JP6591729B2 - コンクリートの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、セメント組成物の強度発現性が高く、かつ常圧蒸気養生における前養生時間（練り置き時間）が短いセメント組成物の製造方法に関する。なお、本発明においてセメント組成物とは、モルタルおよびコンクリートをいう。

コンクリート製品の工場では、製造効率の向上の観点から型枠の回転率（１日あたり型枠を使用する回数）を上げるため、コンクリート製品に対し常圧蒸気養生を行うことが一般的である。該蒸気養生の時間は、通常、前養生時間、昇温時間、最高温度保持時間、降温時間、後養生時間の合計である。したがって、型枠の回転率をさらに上げるには、前養生時間の短縮やより高温での養生が考えられるが、これらはコンクリートの強度発現性を低下させることが知られている（非特許文献１）。
る。

そこで、常圧蒸気養生においてコンクリートの強度発現性を高めるため、セメント混和材やコンクリート製品の製造方法等が、いくつか提案されている。
例えば、特許文献１では、セッコウ、アルミニウム化合物、アルカリ金属硫酸塩、アルミン酸アルカリ金属塩、および凝結調節剤を有効成分とするセメント混和材が提案されている。しかし、該混和材は、水和により膨張性鉱物であるエトリンガイトを生成するため、セメントに過剰に添加すると、コンクリートにひび割れが生じる危険性がある。
また、特許文献２では、水とセメントを先に練り合わせてセメントペーストを作って静置し、静置後の先練りしたセメントペーストに減水剤を加えて流動性を復元させ、前記セメントペーストを使ってコンクリートを練り混ぜてから硬化促進剤を加え、型枠に打ち込むことによりコンクリートの強度を短時間で高め、常圧蒸気養生を行った後に脱型を可能とした、コンクリート製品の製造方法が提案されている。しかし、該方法は硬化促進剤の使用が必須であるが、該文献の段落０００６に「（凝結）硬化促進剤の添加量を増やすと材料費が高くつくという懸念がある。」と記載されているように、一般に硬化促進剤は高価であり、硬化促進剤を使用するとその分コスト高になる。

Ｓｈｉｄｅｌｅｒ，Ｊ，Ｊ、"Ｌｏｗ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｓｔｒｅａｍ Ｃｕｒｉｎｇ"，Ｊｏｕｎａｌ ｏｆ Ａ．Ｃ．Ｉ．（１９６３−８）

特開平０６−０８０４５２号公報 特開２００６−３０５７４８号公報

したがって、本発明の目的は、セメント混和材や硬化促進剤を用いなくてもセメント組成物の強度発現性が高く、かつ常圧蒸気養生における前養生時間が短いセメント組成物の製造方法を提供することである。

本発明者は前記目的にかなうコンクリートの製造方法を検討したところ、コンクリートの構成材料を特定の順序で単に混練するだけで、前記目的を達成できることを見い出し、本発明を完成させた。
すなわち、本発明は下記の構成を有するコンクリートの製造方法である。
［１］セメント、細骨材、および下記（ａ）〜（ｃ）により決定した量の水をミキサに投入してモルタルを混練して、モルタルの混練エネルギー（トルク）が最大になった後、さらに９０〜１２０秒混練を継続するモルタル混練工程と、
該モルタル混練工程の後に、該モルタルに粗骨材および二次水を投入してコンクリートを混練するコンクリート混練工程と、
前養生時間が６０分以下である常圧蒸気養生工程を含み、
一括混練して製造したコンクリートと比べ圧縮強度が高い、
コンクリートの製造方法。
（ａ）セメントと細骨材の混合物を、ホバート型モルタルミキサに投入する。
（ｂ）前記混合物に対して水を徐々に添加して混練し、そのときのミキサのモーターにかかる負荷電流値を負荷抵抗として測定する。
（ｃ）水／前記混合物の質量比と負荷電流値との関係において、負荷電流値が最大となる質量比を求め、この値を一次水量として決定する。
［２］前記水および／または二次水が減水剤を含む、前記［１］に記載のコンクリートの製造方法。
［３］前記セメントがエコセメントである、前記［１］または［２］に記載のコンクリートの製造方法。

本発明のセメント組成物の製造方法は、セメント組成物の強度発現性が高く、かつ常圧蒸気養生における前養生時間を短縮できる。

粉粒体間における液相の存在状態を示す図である。

以下、本発明のセメント組成物の製造方法について、セメント組成物がモルタルの場合とコンクリートの場合に分けて説明する。
１．モルタルの製造方法
該製造方法は、前記のとおり、セメント、細骨材および水をミキサに投入してモルタルを混練するモルタル混練工程を含み、かつ、常圧蒸気養生における前養生時間が６０分以下であることを特徴とする方法である。以下、セメント、細骨材、水、モルタルの混練方法、および常圧蒸気養生方法の順に説明する。
（１）セメント
該セメントは、普通ポルトランドセメント、エコセメント、早強ポルトランドセメント、超早強ポルトランドセメント、中庸熱ポルトランドセメント、低熱ポルトランドセメント、耐硫酸塩ポルトランドセメント、高炉セメント、フライアッシュセメント、石炭灰含有セメント、シリカセメント、および白色ポルトランドセメント等から選ばれる１種以上が挙げられる。これらの中でも、後記の実施例に示すように、普通ポルトランドセメントおよびエコセメントが好ましく、エコセメントがより好ましい。
エコセメントは普通ポルトランドセメントと比べ強度発現性がやや低いため、エコセメントを含むセメント組成物を、従来の一括混練により製造して常圧蒸気養生する場合、前養生時間は２〜３時間必要であり、また、昇温速度を遅くする等の配慮が必要であった。かかる配慮をしない場合、常圧蒸気養生における昇温時において、セメント組成物の蒸けによりセメント組成物にひび割れが生じ、セメント組成物の強度低下や製品の角欠けが起き易かった。これらの対応として、今まで、単位セメント量の増加、水／セメント比の低減、および角欠けの補修等を強いられてきた。ところが、本発明の製造方法を用いれば、前養生時間は６０分以下でよく、また、昇温速度は通常の速度（２０℃程度／時間）で十分であり、製造者の前記負担を軽減できる。

（２）細骨材
該細骨材は、川砂、山砂、陸砂、海砂、砕砂、硅砂、スラグ細骨材、および軽量細骨材等から選ばれる１種以上が挙げられる。また、細骨材は天然骨材のほか再生骨材を用いることができる。

（３）水
該水は、モルタルの強度や流動性等の物性に悪影響を与えないものであれば用いることができ、例えば、水道水、下水処理水、および生コンクリートの上澄水等から選ばれる１種以上が挙げられる。また、減水剤は、水／セメント比を下げて練混時のトルクを高めることにより、セメントの凝集粒子が壊砕してブリーディング率が低減するため、水は、高性能ＡＥ減水剤、高性能減水剤、ＡＥ減水剤等から選ばれる１種以上の減水剤を含むものが好ましい。ここで、前記減水剤の種類は、ポリカルボン酸、ナフタレンスルホン酸ホルムアルデヒド縮合物、メラミンスルホン酸ホルムアルデヒド縮合物、リグニンスルホン酸、およびこれらのナトリウム塩やカルシウム塩等から選ばれる１種以上が挙げられる。

（４）モルタルの混練方法
該方法として、混練装置に、
(i)細骨材と水を投入して混練した後、セメントを投入して再度混練する、
(ii）セメントと水を投入して混練した後、細骨材を投入して再度混練する、
(iii）細骨材とセメントを投入して空練りした後、水を投入して混練する、および、
(iv)セメントと細骨材と水を投入し、一括して混練する
等の方法が挙げられる。これらの中でも、(i)の方法は、細骨材の湿潤表面にセメントが付着して造殻層を形成して、均質でブリーディングの少ないモルタルが得られるため好ましい。前記混練装置は特に限定されず、強制練りミキサ、重力式ミキサ、およびホバートミキサ等が使用できる。
前記モルタル混練工程における混練時間は、セメント組成物の製造効率やブリーディングの低減効果の観点から、好ましくは８０〜２２０秒、より好ましくは１００〜１６０秒である。
また、水量は水／セメント比換算で、減水剤を含まない場合は、好ましくは２８〜３５％、より好ましくは２８〜３３％であり、減水剤を含む場合は、好ましくは２０〜３３％、より好ましくは２３〜３０％である。水量が前記範囲であれば十分高い強度が得られる。

また、モルタル混練工程において得られるモルタルは、好ましくはキャピラリ―状態にあるものである。ここで、キャピラリ―状態とは、図１の（ｄ）に示すように、粉粒体の間が水等の液相によりほぼ完全に充填され、空隙や気泡等の気相が実質的に存在しない状態をいう。この状態では、混練エネルギー（トルク）が最大になり、モルタル中の粉粒体間の結合が最強になるため、モルタルの強度発現性が向上する。
そして、キャピラリ―状態のモルタルを得るための水量は、水／セメント比換算で、減水剤を含まない場合、好ましくは２８〜３２％、より好ましくは２８〜３０％であり、減水剤を含む場合、好ましくは２３〜３０％、より好ましくは２４〜３０％である。水量が前記範囲を外れると、キャピラリ―状態のモルタルが得にくく、強度発現性やブリーディングの低減効果が低下する場合がある。
ただし、より正確を期すため、前記水量は、例えば、以下の（ａ）〜（ｃ）の手順により決定してもよい。
（ａ）セメントと細骨材の混合物をホバートミキサに投入する。
（ｂ）前記混合物に対して水を徐々に添加して混練し、そのときのミキサのモーターにかかる負荷電流値を負荷抵抗として測定する。
（ｃ）水／前記混合物の質量比と負荷電流値との関係において、負荷電流値が最大となる質量比を求め、この値を水量として決定する。

また、モルタル混練工程においてキャピラリ―状態のモルタルを混練する場合、好ましくはモルタルがキャピラリ―状態になった後、そのまま６０秒以上混練を継続する。該時間が６０秒未満では強度発現性やブリーディングの低減効果が低下する場合がある。また、該時間の上限は好ましくは１２０秒、より好ましくは１００秒である。該上限が１２０秒を超えると、コンクリートの製造効率やブリーディングの低減効果が低下するおそれがある。
なお、モルタルがキャピラリ―状態になった時点は、混練トルクが最大になった時点として把握できる。

（５）常圧蒸気養生方法
該養生方法は、前養生工程、昇温工程、最高温度保持工程、および降温工程からなり、引き続き常温での養生がさらに必要な場合は後養生工程を含む。
前記前養生工程における前養生時間は、好ましくは６０分以下である。後記の実施例に示すように、６０分以下でも強度発現性が高い点が本発明特有の効果である。なお、該時間の下限は、より好ましくは２０分、さらに好ましくは３０分、特に好ましくは４０分である。また、前養生の温度は常温でよい。
前記昇温工程における昇温速度は、好ましくは３０℃／時間以下である。該速度がこの範囲であれば強度発現性は良好である。なお、該速度は、より好ましくは２５℃／時間以下、さらに好ましくは２０℃／時間以下であり、その下限は１０℃／時間である。
強度発現性と製造効率の観点から、前記最高温度保持工程における最高温度は、好ましくは６０〜８０℃、より好ましくは６５〜８０℃であり、最高温度の保持時間は、好ましくは２〜６時間、より好ましくは３〜５時間である。
前記降温工程における降温速度は、通常、自然の冷却速度（自然冷却）でよい。また、前記後養生工程は、強度発現性等の観点から必要に応じて実施する。
前記蒸気養生の全時間は、強度発現性と製造効率の観点から、好ましくは３〜８時間、より好ましくは４〜７時間、さらに好ましくは５〜６時間である。
なお、前記養生方法はモルタルの製造方法のほか、後記のコンクリートの製造方法にも適用することができる。

２．コンクリートの製造方法
該製造方法は、前記のとおり、前記モルタル混練工程の後に、該モルタルに粗骨材および二次水を投入してコンクリートを混練するコンクリート混練工程を含み、かつ、常圧蒸気養生における前養生時間が６０分以下であることを特徴とする方法である。以下、粗骨材、二次水、コンクリート、およびコンクリートの混練方法の順に説明する。
（１）粗骨材
該粗骨材は砂利、砕石、スラグ粗骨材、および軽量粗骨材等から選ばれる１種以上が挙げられる。また、粗骨材は、前記細骨材と同様に、天然骨材のほか再生骨材を用いることができる。
（２）二次水
該二次水は、前記水（一次水）と同様に、コンクリートの強度や流動性等の物性に悪影響を与えないものであれば用いることができ、例えば、水道水、下水処理水、生コンクリートの上澄水等が挙げられる。また、該二次水は、コンクリートの流動性や、水／セメント比の低減によりコンクリートの強度を高めるために、好ましくは、高性能ＡＥ減水剤、高性能減水剤、ＡＥ減水剤等から選ばれる１種以上の減水剤を含む。ここで、前記減水剤の種類は、ポリカルボン酸、ナフタレンスルホン酸ホルムアルデヒド縮合物、メラミンスルホン酸ホルムアルデヒド縮合物、リグニンスルホン酸、およびこれらのナトリウム塩やカルシウム塩等から選ばれる１種以上が挙げられる。
また、モルタルの混練には、より多くの水（一次水）が必要であるため、二次水の量は、一次水１００質量部に対し、好ましくは３０〜９０質量部、より好ましくは４０〜８０質量部である。

（３）コンクリート
本発明の製造方法が対象とするコンクリートは、例えば、普通コンクリート、暑中コンクリート、寒中コンクリート、マスコンクリート、流動化コンクリート、高流動コンクリート、高強度コンクリート、低発熱コンクリート、膨張コンクリート、プレストレストコンクリート、低収縮コンクリート、繊維補強コンクリート、軽量コンクリート、およびポリマーコンクリート等が挙げられる。

（４）コンクリートの混練方法
該方法として、前記モルタルに対し、
(i)粗骨材を投入して混練した後、二次水を投入して再度混練する、
(ii）二次水を投入して混練した後、粗骨材を投入して再度混練する、および、
(iii）粗骨材と二次水を投入した後、一括して混練する
等の方法が挙げられる。これらの中で、製造効率の観点から(iii）が好ましい。ここで、二次混練に用いる混練装置は特に限定されず、強制練りミキサ、重力式ミキサ等が使用できる。
前記コンクリート混練工程における混練時間は、好ましくは２０〜１００秒である。該時間が２０秒未満では均質なコンクリートを製造することが難しく、１００秒を超えると製造効率が低下する。なお、該時間は、より好ましくは３０〜８０秒、さらに好ましくは３０〜６０秒である。
また、二次水の量は、セメント組成物の設計強度を満たす水／セメント比に基づき求めた全水量から、前記一次水量を引いた質量である。
前記コンクリートの混練は、モルタルの混練と同じ場所（同じミキサ）で行うほか、例えば、バッチャプラントのミキサでモルタルを混練した後、トラックアジテータ車等の運搬手段によりコンクリートの打設場所（現場）へ搬送して、該打設場所で行ってもよい。さらに、コンクリートの混練は、トラックアジテータ車等のミキシング機能を有する運搬手段において、コンクリートの運搬中に行ってもよい。

３．その他
本発明において用いる一次水および二次水は、前記減水剤以外に、収縮低減剤、ＡＥ剤、水和熱抑制剤、白華防止剤、遅延剤、硬化促進剤等の混和剤を含んでもよい。また、本発明により製造するセメント組成物は、高炉スラグ、フライアッシュ、石炭灰、シリカフューム、石灰石粉末、シリカ質粉末等の混和材を含むことができる。該混和材は、好ましくはモルタルの混練工程において、その全量を投入する。これにより、該混和材はモルタル中に均質に分散し易くなる。

以下、本発明を実施例により説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されない。
１．使用材料
（１）セメント
エコセメント、普通ポルトランドセメント（いずれも太平洋セメント社製）
（２）細骨材、粗骨材
陸砂（静岡県掛川市産）、砂岩砕石（茨城県桜川市産）
（３）高性能減水剤
マスターグレニウム ８０００Ｓ（登録商標、ポリカルカルボン酸塩、ＢＡＳＦジャパン社製）
（４）水
水道水

２．セメント組成物の圧縮強度とひび割れ
表１に示す配合に従い、２０℃の試験室内で、セメントと細骨材を強制練りミキサに投入し２０秒間混練（空練）した後、減水剤を含む一次水を添加して引き続き混練した。なお、モルタルはキャピラリ―状態（ミキサのトルクが最大）になった後、さらに９０秒間混練して製造した。また、前記一次水の量はモルタルがキャピラリー状態になるように調整して決定した。
続けて、表１に示す配合に従い、前記モルタルに、粗骨材と、減水剤を含む二次水を投入して３０秒間混練しコンクリートを製造した。なお、一次水と二次水中の減水剤の含有率は同一にした。
また、比較のため、表１に示す配合に従い、従来の混練方法を用いてセメント組成物を製造した。具体的には、セメントおよび細骨材、または、セメント、細骨材および粗骨材を強制練りミキサに投入し２０秒間混練（空練）した後、減水剤を含む水を添加して１２０秒間混練しセメント組成物を製造した。
次に、前記セメント組成物をそれぞれ型枠に打設し、前養生を表１に示す時間行った後、２０℃／時間で昇温して６５℃に達したら、そのまま３時間温度を保持し、その後、自然冷却させて常圧蒸気養生を行い供試体を得た。
前記セメント組成物の圧縮強度は、それぞれＪＩＳ Ａ １１４２「モルタルの圧縮強度試験方法」およびＪＩＳ Ａ １１０８「コンクリートの圧縮強度試験方法」に準拠して測定した。また、蒸けによるセメント組成物のひび割れは目視により観察した。これらの結果を表１に示す。

表１に示すように、実施例１、２のモルタルや実施例３、４のコンクリートの圧縮強度は、セメントがエコセメントや普通ポルトランドセメントのいずれの場合でも、比較例１〜４と比べ、脱型時において４２〜４７％、材齢１４日において８〜１０％向上する。
また、蒸けによるひび割れは、比較例１〜３において発生するが、実施例１〜４では発生していない。
したがって、本発明のセメント組成物の製造方法によれば、前養生時間が６０分以下と短くてもセメント組成物の強度発現性は向上し、また、蒸けによるひび割れは発生しない。

Claims (3)

1. セメント、細骨材、および下記（ａ）〜（ｃ）により決定した量の水をミキサに投入してモルタルを混練して、モルタルの混練エネルギー（トルク）が最大になった後、さらに９０〜１２０秒混練を継続するモルタル混練工程と、
   該モルタル混練工程の後に、該モルタルに粗骨材および二次水を投入してコンクリートを混練するコンクリート混練工程と、
   前養生時間が６０分以下である常圧蒸気養生工程を含み、
   一括混練して製造したコンクリートと比べ圧縮強度が高い、
   コンクリートの製造方法。
   （ａ）セメントと細骨材の混合物を、ホバート型モルタルミキサに投入する。
   （ｂ）前記混合物に対して水を徐々に添加して混練し、そのときのミキサのモーターにかかる負荷電流値を負荷抵抗として測定する。
   （ｃ）水／前記混合物の質量比と負荷電流値との関係において、負荷電流値が最大となる質量比を求め、この値を一次水量として決定する。
2. 前記水および／または二次水が減水剤を含む、請求項１に記載のコンクリートの製造方法。
3. 前記セメントがエコセメントである、請求項１または２に記載のコンクリートの製造方法。
   

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