JP6475579B2 - プレキャストコンクリート用膨張材、その製造方法およびプレキャストコンクリートの製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、土木・建築分野で使用されるプレキャストコンクリート用膨張材、その製造方法およびプレキャストコンクリートの製造方法に関する。
コンクリートのひび割れを低減する材料や技術の開発が進んでいる（特許文献１）。近年はコンクリートのプレキャスト化が進展し、工場でコンクリート製品を製造し、建設現場に運搬して組み立てを行う工法が増加している。生産性の向上を目的としてコンクリート製品に蒸気養生が実施されるが、膨張材を配合したコンクリートでは、蒸気養生をかけるまでの時間が変化した際、コンクリートの膨張率が変動するという課題があった。
本発明は、コンクリートの練り混ぜから蒸気養生を行うまでの前置時間が変動しても、安定した膨張率（ひずみ）を付与できるプレキャストコンクリート用膨張材、その製造方法およびプレキャストコンクリートの製造方法を提供する。
すなわち、本発明は、（１）ＪＩＳ Ａ６２０２Ｂ法に準拠して２０℃で測定したコンクリート試験体の膨張率であって、材齢７日の膨張率に対して材齢１日での膨張率が７５％以上を示す膨張材を３０〜７０部と３０〜７０％を示す膨張材を３０〜７０部を合計１００部となるように配合したプレキャストコンクリート用膨張材、（２）ＪＩＳ Ａ６２０２Ｂ法に準拠して２０℃で測定したコンクリート試験体の膨張率であって、材齢７日の膨張率に対して材齢１日での膨張率が、７５％以上を示す膨張材を３０〜７０部と３０〜７０％を示す膨張材を３０〜７０部を合計１００部となるように配合してなるプレキャストコンクリート用膨張材の製造方法、（３）（１）のプレキャストコンクリート用膨張材を用いてなるプレキャストコンクリートの製造方法、である。
本発明により、コンクリートの練り混ぜから蒸気養生を行うまでの前置時間が変動しても、プレキャストコンクリートに安定した膨張率（ひずみ）を導入することが可能となる。
本発明で使用される、部、％は、特に規定しない限り質量基準である。
また、本発明で云うコンクリートとは、セメントペースト、セメントモルタル、およびセメントコンクリートを総称するものである。
また、本発明で云うコンクリートとは、セメントペースト、セメントモルタル、およびセメントコンクリートを総称するものである。
本発明で使用する膨張材は、特に限定されるものではなく、例えば、セメントに使用される市販の膨張材であり、エトリンガイト系、石灰系、エトリンガイト・石灰系膨張材などが挙げられる。
本発明のプレキャストコンクリート用膨張材は、２０℃で練り混ぜおよび養生を行ったコンクリートの材齢７日の膨張率を基準とし、材齢１日での膨張率が７５％以上を示す膨張材を３０〜７０部と３０〜７０％を示す膨張材を３０〜７０部を合計１００部となるように配合するものである。膨張率の測定は、ＪＩＳ Ａ６２０２Ｂ法に準拠して測定される一軸拘束膨張率の測定方法で実施する。
本発明の材齢７日を基準とした膨張率に対する材齢１日の膨張割合（％）は、膨張材の組成、粒度、表面処理などによって制御することが可能である。
膨張材の組成で材齢１日の膨張割合（％）を調整する場合、材齢１日の膨張率が７５％以上の膨張材においては、遊離石灰の含有量は、遊離石灰、水硬性化合物および無水石膏の合計１００部中、１０〜７０部が好ましく、２０〜６０部がより好ましい。水硬性化合物の含有量は、遊離石灰、水硬性化合物および無水石膏の合計１００部中、１０〜５０部が好ましく、２０〜３０部がより好ましい。無水石膏の含有量は、遊離石灰、水硬性化合物および無水石膏の合計１００部中、１０〜６０部が好ましく、２０〜５０部がより好ましい。
材齢１日の膨張率が３０〜７０％の膨張材においては、遊離石灰の含有量は、遊離石灰、水硬性化合物および無水石膏の合計１００部中、１０〜４０部が好ましく、２０〜３０部がより好ましい。水硬性化合物の含有量は、遊離石灰、水硬性化合物および無水石膏の合計１００部中、１０〜６０部が好ましく、２０〜４０部がより好ましい。無水石膏の含有量は、遊離石灰、水硬性化合物および無水石膏の合計１００部中、１０〜５０部が好ましく、２０〜４０部がより好ましい。
ここで、遊離石灰（Ｆ−ＣａＯ）、水硬性化合物（３ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３・ＣａＳＯ４など）、無水石膏（ＣａＳＯ４）である。
膨張材の組成で材齢１日の膨張割合（％）を調整する場合、材齢１日の膨張率が７５％以上の膨張材においては、遊離石灰の含有量は、遊離石灰、水硬性化合物および無水石膏の合計１００部中、１０〜７０部が好ましく、２０〜６０部がより好ましい。水硬性化合物の含有量は、遊離石灰、水硬性化合物および無水石膏の合計１００部中、１０〜５０部が好ましく、２０〜３０部がより好ましい。無水石膏の含有量は、遊離石灰、水硬性化合物および無水石膏の合計１００部中、１０〜６０部が好ましく、２０〜５０部がより好ましい。
材齢１日の膨張率が３０〜７０％の膨張材においては、遊離石灰の含有量は、遊離石灰、水硬性化合物および無水石膏の合計１００部中、１０〜４０部が好ましく、２０〜３０部がより好ましい。水硬性化合物の含有量は、遊離石灰、水硬性化合物および無水石膏の合計１００部中、１０〜６０部が好ましく、２０〜４０部がより好ましい。無水石膏の含有量は、遊離石灰、水硬性化合物および無水石膏の合計１００部中、１０〜５０部が好ましく、２０〜４０部がより好ましい。
ここで、遊離石灰（Ｆ−ＣａＯ）、水硬性化合物（３ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３・ＣａＳＯ４など）、無水石膏（ＣａＳＯ４）である。
膨張材の粒度で材齢１日の膨張割合（％）を調整する場合、材齢１日の膨張率が７５％以上の膨張材においては、ブレーン比表面積で２５００〜４５００ｃｍ２／ｇが好ましく、３０００〜４０００ｃｍ２／ｇがより好ましい。材齢１日の膨張率が３０〜７０％の膨張材においては、ブレーン比表面積で２５００ｃｍ２／ｇ未満または、４５００ｃｍ２／ｇを超えるものが好ましい。
膨張材の表面処理で材齢１日の膨張割合（％）を調整する場合、材齢１日の膨張率が７５％以上の膨張材においては、膨張材を６００℃、ＣＯ２雰囲気下で炭酸化処理することが好ましい。材齢１日の膨張率が３０〜７０％の膨張材においては、膨張材を５００℃以下または、７００℃以上でＣＯ２雰囲気下で炭酸化処理することが好ましい。
本発明の膨張材の配合割合は、セメントと膨張材の合計１００部中、セメントを８０〜９５部、膨張材を５〜２０部であることが好ましい。
本発明で使用するセメントとしては、普通、早強、超早強、低熱、および中庸熱などの各種ポルトランドセメント、これらセメントに対して、高炉スラグ、フライアッシュ、およびシリカからなる群から選ばれる少なくとも１種を混合した各種混合セメント、ならびに石灰石粉末を混合したフィラーセメントなどが挙げられる。
本発明では、砂、砂利の他、減水剤、高性能減水剤、ＡＥ減水剤、高性能ＡＥ減水剤、流動化剤、消泡剤、増粘剤、防錆剤、防凍剤、収縮低減剤、高分子エマルジョン、凝結調整剤、セメント急硬材、ベントナイトなどの粘土鉱物、ゼオライトなどのイオン交換体、シリカ質微粉末、炭酸カルシウム、水酸化カルシウム、石膏、ケイ酸カルシウム、鋼繊維などを併用することが可能である。有機系材料としては、ビニロン繊維、アクリル繊維、炭素繊維などの繊維状物質などが挙げられる。
以下に実施例および比較例により本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されないことはもちろんである。
「実験例１」
使用材料に示す膨張材を用意し、ＪＩＳ Ａ６２０２Ｂ法に準拠して、モルタルの拘束膨張率を測定した。材齢１日および材齢７日の膨張率から、材齢７日の膨張率に対する材齢１日の膨張率の割合（％）を求めた。
これら膨張材を表１に示す割合で計量してコンクリート試験を実施した。コンクリートの単位量（ｋｇ／ｍ３）は、結合材量を４００ｋｇ（セメント量３６０ｋｇ、膨張材量４０ｋｇ）、水量を１５９ｋｇ、細骨材量を８９９ｋｇ、粗骨材量を９１７ｋｇとし、減水剤を用いて、空気量３．０％、スランプ１０．０ｃｍとした。
コンクリートの練り混ぜは２０℃環境で実施し、ＪＩＳ Ａ６２０２Ｂ法に準拠した拘束膨張試験体を作成した後、蒸気養生を行った。
なお、蒸気養生を行うまでの前置き時間を１時間(hr)、３時間(hr)、６時間(hr)と変化させ、その間は２０℃試験室内で試験体を養生した。蒸気養生槽の昇温速度は２０℃／ｈｒ、蒸気養生温度は６５℃とし、最高温度で３ｈｒ保持した。その後自然冷却して、試験体温度を２０℃とした後、材齢１日で膨張率を測定し、ＪＩＳ Ａ６２０２Ｂ法に準拠して２０℃で測定した材齢７日のコンクリート試験体の膨張率に対する膨張割合（％）を求めた。結果を表１に示す。
使用材料に示す膨張材を用意し、ＪＩＳ Ａ６２０２Ｂ法に準拠して、モルタルの拘束膨張率を測定した。材齢１日および材齢７日の膨張率から、材齢７日の膨張率に対する材齢１日の膨張率の割合（％）を求めた。
これら膨張材を表１に示す割合で計量してコンクリート試験を実施した。コンクリートの単位量（ｋｇ／ｍ３）は、結合材量を４００ｋｇ（セメント量３６０ｋｇ、膨張材量４０ｋｇ）、水量を１５９ｋｇ、細骨材量を８９９ｋｇ、粗骨材量を９１７ｋｇとし、減水剤を用いて、空気量３．０％、スランプ１０．０ｃｍとした。
コンクリートの練り混ぜは２０℃環境で実施し、ＪＩＳ Ａ６２０２Ｂ法に準拠した拘束膨張試験体を作成した後、蒸気養生を行った。
なお、蒸気養生を行うまでの前置き時間を１時間(hr)、３時間(hr)、６時間(hr)と変化させ、その間は２０℃試験室内で試験体を養生した。蒸気養生槽の昇温速度は２０℃／ｈｒ、蒸気養生温度は６５℃とし、最高温度で３ｈｒ保持した。その後自然冷却して、試験体温度を２０℃とした後、材齢１日で膨張率を測定し、ＪＩＳ Ａ６２０２Ｂ法に準拠して２０℃で測定した材齢７日のコンクリート試験体の膨張率に対する膨張割合（％）を求めた。結果を表１に示す。
（使用材料）
膨張材Ａ：材齢１日の膨張割合９０％、膨張材１００部中、Ｆ−ＣａＯ６０部、３ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３・ＣａＳＯ４２０部、ＣａＳＯ４２０部、ブレーン比表面積３５００ｃｍ２／ｇ
膨張材Ｂ：材齢１日の膨張割合８０％、膨張材１００部中、Ｆ−ＣａＯ５０部、３ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３・ＣａＳＯ４２５部、ＣａＳＯ４２５部、ブレーン比表面積３３００ｃｍ２／ｇ
膨張材Ｃ：材齢１日の膨張割合７５％、膨張材１００部中、Ｆ−ＣａＯ４０部、３ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３・ＣａＳＯ４３０部、ＣａＳＯ４３０部、ブレーン比表面積３０００ｃｍ２／ｇ
膨張材Ｄ：材齢１日の膨張割合５０％、膨張材１００部中、Ｆ−ＣａＯ２５部、３ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３・ＣａＳＯ４３５部、ＣａＳＯ４４０部ブレーン比表面積５３００ｃｍ２／ｇ
膨張材Ｅ：材齢１日の膨張割合３０％、膨張材１００部中、Ｆ−ＣａＯ２２部、３ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３・ＣａＳＯ４３９部、ＣａＳＯ４３９部、ブレーン比表面積２０００ｃｍ２／ｇ
膨張材Ｆ：膨張材Ｂを、６００℃、ＣＯ２雰囲気下で炭酸化処理、炭酸カルシウム含有量２．０％、材齢１日の膨張割合８０％、ブレーン比表面積３２００ｃｍ２／ｇ
膨張材Ｇ：材齢１日の膨張割合７１％、膨張材１００部中、Ｆ−ＣａＯ３８部、３ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３・ＣａＳＯ４３２部、ＣａＳＯ４３０部、ブレーン比表面積３５００ｃｍ２／ｇ
膨張材Ｈ：材齢１日の膨張割合６９％、膨張材１００部中、Ｆ−ＣａＯ３０部、３ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３・ＣａＳＯ４３５部、ＣａＳＯ４３５部、ブレーン比表面積４６００ｃｍ２／ｇ
膨張材Ｉ：材齢１日の膨張割合３１％、膨張材１００部中、Ｆ−ＣａＯ２０部、３ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３・ＣａＳＯ４４０部、ＣａＳＯ４４０部、ブレーン比表面積２４００ｃｍ２／ｇ
膨張材Ｊ：材齢１日の膨張割合２９％、膨張材１００部中、Ｆ−ＣａＯ１３部、３ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３・ＣａＳＯ４３７部、ＣａＳＯ４５０部、ブレーン比表面積１８００ｃｍ２／ｇ
砂：ＪＩＳ標準砂
水：水道水
セメント：普通ポルトランドセメント
細骨材：新潟県姫川水系、密度２．６４
粗骨材：新潟県姫川水系、密度２．６８
減水剤：花王社製、マイティ２１ＨＦ
膨張材Ａ：材齢１日の膨張割合９０％、膨張材１００部中、Ｆ−ＣａＯ６０部、３ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３・ＣａＳＯ４２０部、ＣａＳＯ４２０部、ブレーン比表面積３５００ｃｍ２／ｇ
膨張材Ｂ：材齢１日の膨張割合８０％、膨張材１００部中、Ｆ−ＣａＯ５０部、３ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３・ＣａＳＯ４２５部、ＣａＳＯ４２５部、ブレーン比表面積３３００ｃｍ２／ｇ
膨張材Ｃ：材齢１日の膨張割合７５％、膨張材１００部中、Ｆ−ＣａＯ４０部、３ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３・ＣａＳＯ４３０部、ＣａＳＯ４３０部、ブレーン比表面積３０００ｃｍ２／ｇ
膨張材Ｄ：材齢１日の膨張割合５０％、膨張材１００部中、Ｆ−ＣａＯ２５部、３ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３・ＣａＳＯ４３５部、ＣａＳＯ４４０部ブレーン比表面積５３００ｃｍ２／ｇ
膨張材Ｅ：材齢１日の膨張割合３０％、膨張材１００部中、Ｆ−ＣａＯ２２部、３ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３・ＣａＳＯ４３９部、ＣａＳＯ４３９部、ブレーン比表面積２０００ｃｍ２／ｇ
膨張材Ｆ：膨張材Ｂを、６００℃、ＣＯ２雰囲気下で炭酸化処理、炭酸カルシウム含有量２．０％、材齢１日の膨張割合８０％、ブレーン比表面積３２００ｃｍ２／ｇ
膨張材Ｇ：材齢１日の膨張割合７１％、膨張材１００部中、Ｆ−ＣａＯ３８部、３ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３・ＣａＳＯ４３２部、ＣａＳＯ４３０部、ブレーン比表面積３５００ｃｍ２／ｇ
膨張材Ｈ：材齢１日の膨張割合６９％、膨張材１００部中、Ｆ−ＣａＯ３０部、３ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３・ＣａＳＯ４３５部、ＣａＳＯ４３５部、ブレーン比表面積４６００ｃｍ２／ｇ
膨張材Ｉ：材齢１日の膨張割合３１％、膨張材１００部中、Ｆ−ＣａＯ２０部、３ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３・ＣａＳＯ４４０部、ＣａＳＯ４４０部、ブレーン比表面積２４００ｃｍ２／ｇ
膨張材Ｊ：材齢１日の膨張割合２９％、膨張材１００部中、Ｆ−ＣａＯ１３部、３ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３・ＣａＳＯ４３７部、ＣａＳＯ４５０部、ブレーン比表面積１８００ｃｍ２／ｇ
砂：ＪＩＳ標準砂
水：水道水
セメント：普通ポルトランドセメント
細骨材：新潟県姫川水系、密度２．６４
粗骨材：新潟県姫川水系、密度２．６８
減水剤：花王社製、マイティ２１ＨＦ
（試験方法）
膨張率：ＪＩＳ Ａ６２０２Ｂ法に準拠
膨張率の差：蒸気養生を行うまでの前置き時間を１時間(hr)、３時間(hr)、６時間(hr)とした場合の材齢７日のコンクリートの膨張率の最大と最小の差
膨張率：ＪＩＳ Ａ６２０２Ｂ法に準拠
膨張率の差：蒸気養生を行うまでの前置き時間を１時間(hr)、３時間(hr)、６時間(hr)とした場合の材齢７日のコンクリートの膨張率の最大と最小の差
表１より、本発明により特定の膨張材を組み合わせることによって、前置時間によらず蒸気養生後に安定した膨張率が得られることが分かる。
「実験例２」
使用材料、使用配合、試験方法、蒸気養生パターンは実験例１と同様に行い、膨張材の単位量を２０ｋｇ／ｍ３、７６ｋｇ／ｍ３と変化させた。膨張材の増分は、セメントで置換した。結果を表２、表３に示す。
使用材料、使用配合、試験方法、蒸気養生パターンは実験例１と同様に行い、膨張材の単位量を２０ｋｇ／ｍ３、７６ｋｇ／ｍ３と変化させた。膨張材の増分は、セメントで置換した。結果を表２、表３に示す。
表２、３より、本発明により特定の膨張材を組み合わせることによって、前置時間によらず蒸気養生後に安定した膨張率が得られることが分かる。
本発明により、プレキャストコンクリートの品質を安定化させることができるので、コンクリート製品分野に好適である。
Claims (3)
- ＪＩＳ Ａ６２０２Ｂ法に準拠して２０℃で測定したコンクリート試験体の膨張率であって、材齢７日の膨張率に対して材齢１日での膨張率が７５％以上を示す膨張材を３０〜７０部と３０〜７０％を示す膨張材を３０〜７０部を合計１００部となるように配合したプレキャストコンクリート用膨張材。
- ＪＩＳ Ａ６２０２Ｂ法に準拠して２０℃で測定したコンクリート試験体の膨張率であって、材齢７日の膨張率に対して材齢１日での膨張率が、７５％以上を示す膨張材を３０〜７０部と３０〜７０％を示す膨張材を３０〜７０部を合計１００部となるように配合してなるプレキャストコンクリート用膨張材の製造方法。
- 請求項１記載のプレキャストコンクリート用膨張材を用いてなるプレキャストコンクリートの製造方法。
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