JP6694313B2

JP6694313B2 - 速硬コンクリートの製造方法

Info

Publication number: JP6694313B2
Application number: JP2016071854A
Authority: JP
Inventors: 俊幸山中; 度連郭
Original assignee: Taiheiyo Materials Corp
Current assignee: Taiheiyo Materials Corp
Priority date: 2016-03-31
Filing date: 2016-03-31
Publication date: 2020-05-13
Anticipated expiration: 2036-03-31
Also published as: JP2017178739A

Description

本発明は速硬コンクリートの製造方法に関する。

一般にモルタルやコンクリートのセメント組成物は、道路における緊急工事や一般工事の工期短縮を目的とする場合に於いて、早期強度発現性を有することが必要とされる。また、コンクリート製品についても硬化促進効果を付与したコンクリートであれば早期脱型が可能となり製造量が増加することから最終的にコスト減に繋がる。前述の硬化促進性及び早期強度性を有するコンクリートの一つとして、セメント混練物に亜硝酸カルシウムを添加する製造方法が提案されている（例えば特許文献１、２）。

特開平２００１−４８６２５号公報特開平２００５−３０６６３３号公報

しかしながら、亜硝酸カルシウムを添加した場合、硬化促進効果の付与に伴い短時間でのスランプ低下により打設までの可使時間が充分に取れないという課題が挙げられる。逆に可使時間を確保するために、スランプ保持性の高い減水剤を十分な量添加した場合は、亜硝酸カルシウムによる硬化促進作用が阻害されるという課題がある。
特許文献１では、亜硝酸カルシウム添加前にベースのセメント混練物に減水剤を添加し、予め流動性の高いベース混練物を製造した上で、混練の開始から１５〜１２０分経過後に亜硝酸カルシウムを後添加することによって、可使時間を改善させている。しかしながら、６〜８時間における圧縮強度の特性に関する記載はみられず、速硬性について十分かどうかは不明である。
一方、特許文献２では、セメント流動体（混練物）を形成する際に、高性能減水剤を添加せずに、亜硝酸カルシウムを含む構成材料が添加され混練された後で高性能減水剤が添加されることによって、亜硝酸カルシウムと高性能減水剤とが共存して混練される時間を１時間未満となるようにし、以て亜硝酸カルシウムによる硬化促進作用を効率的に作用させている。しかしながら、本製造方法によるセメント流動体のスランプは５ｃｍ以内と小さく、流動性や可使時間についての示唆はなく、またそのセメント硬化物は高温での蒸気養生によって製造されるものであって、常温養生での速硬性の性状については記載がない。

このように、亜硝酸カルシウムを促進剤として用いる場合は、混練によりコンクリートの流動性や強度発現性に影響が生じ、取扱いが難しいという問題がある。したがって、本発明における課題は、通常の養生温度において、十分な可使時間を確保しながら、６〜８時間の早い時間材齢において高強度を得るための速硬コンクリートの製造方法を提供するものである。

本発明者らは、亜硝酸カルシウムを用いた速硬コンクリートの製造方法について鋭意検討を重ねた結果、製造後の可使時間を確保可能な速硬コンクリートの製造方法を見出し、発明を完成した。すなわち、本発明は、次の〔１〕，〔２〕で表される速硬コンクリートの製造方法である。
〔１〕セメント、亜硝酸カルシウムを含む促進剤、膨張材、ポリカルボン酸系減水剤、骨材および水を含む速硬コンクリートの製造方法であって、
（Ａ）前記構成材料のうち、亜硝酸カルシウムを含む促進剤を除く材料が混練され、ベースコンクリートが製造される工程と、
（Ｂ）前記ベースコンクリートに亜硝酸カルシウムを含む促進剤が添加され混練される工程と、
（Ｃ）工程（Ｂ）の後、さらにポリカルボン酸系減水剤が添加され混練される工程とを具備する速硬コンクリートの製造方法。
〔２〕工程（Ｃ）で添加されるポリカルボン酸系減水剤が粉末状である〔１〕の速硬コンクリートの製造方法。

所定の可使時間が確保され、常温においても、良好な初期強度発現性を有する速硬コンクリートが得られる。

以下に、本発明の実施の形態を説明する。

本発明の実施形態に係る速硬コンクリートについて説明する。
本発明は、セメント、亜硝酸カルシウムを含む促進剤、膨張材、ポリカルボン酸系減水剤、骨材および水を含む速硬コンクリートの製造方法であって、次に記載する３つの工程を具備する。（１）前記構成材料のうち、亜硝酸カルシウムを含む促進剤を除く材料を混練し、ベースコンクリートを作製する工程（Ａ）と、（２）前記ベースコンクリートに亜硝酸カルシウムを含む促進剤を添加して混練する工程（Ｂ）と、（３）その後、さらにポリカルボン酸系減水剤が添加される工程（Ｃ）である。すなわち、ポリカルボン酸系減水剤が亜硝酸カルシウム添加の前後において、２回に分けて添加される。以下に、各工程について詳しく説明する。

＜工程（Ａ）＞
工程（Ａ）は、セメント、膨張材、ポリカルボン酸系減水剤、骨材および水を含むベースコンを製造する工程である。主に、コンクリート製造プラントで製造されるが、これに限定されるものではない。例えば打設量が少ない場合は、打設現場近傍に設置された混練設備に、それぞれの材料を添加し製造することができる。所定の性能を発現するように各材料が配合され、コンクリートミキサ等で混練して製造される。

ベースコンクリートの混練方法は、特に限定されないが、製造量や均質な混練性の観点から、ミキサを用いる手法が好ましい。ミキサとしては、連続式ミキサやバッチ式ミキサが用いられる。例えば、パン型コンクリートミキサ、パグミル型コンクリートミキサ、重力式コンクリートミキサ等が挙げられる。

コンクリート製造プラントで製造されたベースコンクリートは、トラックアジテータのドラム内に投入され、コンクリート打設現場まで輸送される。輸送時間は９０分以内であることが望ましい。用いられるトラックアジテータは、ドラムの高速回転ができるものであれば、何れのものも使用できる。ここで高速回転とは、５ｒ．ｐ．ｍ．以上の回転をいう。

ベースコンクリートに用いられるセメントとしては、種々のものを使用することができ、例えば、ポルトランドセメントや混合セメントなどを使用することができる。そのようなポルトランドセメントとしては、例えば、普通、早強、超早強、低熱及び中庸熱等の各種ポルトランドセメントが挙げられる。混合セメントとしては、例えば、フライアッシュ、高炉スラグ、シリカフューム又は石灰石微粉末等が混合された各種の混合セメントが挙げられる。また、上記以外のセメントとしては、速硬性を有しない普通セメントタイプのエコセメントなどが挙げられる。これらのセメントは、いずれか一種を選択して使用することもできるが、二種以上のセメントを組み合わせて使用してもよい。セメントの配合量は、３００〜５００ｋｇ／ｍ³が好ましく、さらに３５０〜４５０ｋｇ／ｍ³が好ましい。

ベースコンクリートに使用される膨張材は、水和により膨張性能を発現し、収縮ひび割れを抑制するために有効な成分であり、一般にコンクリートに使用されている膨張材を用いることができる。具体的には、生石灰系膨張材、ＣＳＡ（カルシウムサルホアルミネート）系膨張材などが挙げられる。特に、亜硝酸カルシウムとの相性の観点から、生石灰系膨張材が好ましい。膨張材の配合量としては、ひび割れ抑制や強度発現の観点から、１５〜２５ｋｇ／ｍ³が好ましい。

ここで本発明において、セメントと膨張材を合せて結合材という。結合材とは、水と反応してコンクリートの強度発現に寄与する物質を生成するものの総称をいう。セメントと膨張材の他に、フライアッシュ、高炉スラグ、シリカフューム、石灰石微粉末、メタカオリン等が挙げられ、これら一種以上を併せて用いることができる。

ベースコンクリートに用いられるポリカルボン酸系減水剤としては、一般にモルタル、コンクリート用に使用されるポリカルボン酸系減水剤、ポリカルボン酸系ＡＥ減水剤、ポリカルボン酸系高性能ＡＥ減水剤、およびポリカルボン酸系高性能減水剤等が挙げられる。この中でポリカルボン酸系高性能ＡＥ減水剤、またはポリカルボン酸系高性能減水剤が好ましい。例えば、ＢＡＳＦ社製マスターグレニウムシリーズ、竹本油脂社製チューポールシリーズなどが挙げられる。液体状、粉末状いずれのものも使用することができる。ポリカルボン酸系減水剤の配合量は、流動性、可使時間確保の観点から、結合材１００質量部に対して、固形分換算で０．０１〜１．０質量部が好ましく、さらに０．１〜０．５質量部が好ましい。

ベースコンクリートに用いられる骨材としては、通常のコンクリートの製造に使用される細骨材および粗骨材を何れも使用することができる。そのような細骨材および粗骨材として、例えば川砂、海砂、山砂、砕砂、人工細骨材、スラグ細骨材、再生細骨材、珪砂、川砂利、陸砂利、砕石、人工粗骨材、スラグ粗骨材、再生粗骨材等が挙げられる。骨材の配合量は、１５００〜２２００ｋｇ／ｍ³が好ましく、さらに１６００〜２０００ｋｇ／ｍ³が好ましい。

本発明において使用される水は、特に限定されるものではなく、水道水などを使用することができる。水の配合量（単位水量）は、１５０〜１８０ｋｇ／ｍ^３とすることが、材料分離抵抗性を高めることから好ましい。また、水の配合量は、セメント１００質量部に対し、３５〜６５質量部とすることが好ましい。

ベースコンクリートには、前記成分の他にも、必要に応じて、本発明の特長が損なわない程度において、さらに各種混和剤（材）を添加することを妨げない。例えば、増粘剤、収縮低減剤、セメント用ポリマー、防水材、防錆剤、凍結防止剤、保水剤、顔料、白華防止剤、発泡剤、消泡剤、撥水剤等が挙げられる。

＜工程（Ｂ）＞
工程（Ｂ）は、前記ベースコンクリートに亜硝酸カルシウムを含む促進剤を添加して混練する工程である。一般にはベースコンクリートが打設現場に到着後、アジテータのドラム内に亜硝酸カルシウムを含む促進剤を添加し高速撹拌を行う。混練時間は１分〜１０分が好ましく、またドラムの回転速度は５〜２０ｒ．ｐ．ｍ．が好ましい。

本発明において使用される促進剤は亜硝酸カルシウムを含む。亜硝酸カルシウムは、セメントの硬化を促進させ、初期強度を増進させる促進剤として加えられる。亜硝酸カルシウムは、ドラム内への添加、あるいは混練の容易さから、亜硝酸塩水溶液の形態で添加することが好ましい。促進剤の成分としては、亜硝酸カルシウムの他に、硝酸カルシウム、硫酸アルミニウム、硫酸カルシウム、硫酸アルカリ等一種以上を併用してもよい。亜硝酸カルシウムを含む促進剤の添加量としては、短期強度促進の観点から、結合材１００質量部に対して、固形分換算で０．２〜３．０質量部が好ましく、さらに０．５〜２．０質量部が好ましい。

＜工程（Ｃ）＞
工程（Ｃ）は、工程（Ｂ）の後、さらにポリカルボン酸系減水剤を添加して混練する工程である。一般にはアジテータのドラム内にポリカルボン酸系減水剤を添加し高速撹拌を行う。混練時間は１分〜１０分が好ましく、またドラムの回転速度は５〜２０ｒ．ｐ．ｍ．が好ましい。工程（Ｃ）におけるポリカルボン酸系減水剤の添加は、工程（Ｂ）の直後から３０分後以内に行うのが好ましい。

工程（Ｃ）で使用されるポリカルボン酸系減水剤としては、一般にモルタル、コンクリート用に使用されるポリカルボン酸系減水剤、ポリカルボン酸系ＡＥ減水剤、ポリカルボン酸系高性能ＡＥ減水剤、およびポリカルボン酸系高性能減水剤等が挙げられる。この中でポリカルボン酸系高性能ＡＥ減水剤、またはポリカルボン酸系高性能減水剤が好ましい。例えば、ＢＡＳＦ社製マスターグレニウムシリーズ、太平洋マテリアル社製ＮＦ−２００などが挙げられる。液体状、粉末状いずれのものも使用することができるが、液体状の場合はコンクリート自体の単位水量が変わるため初期強度発現性（速硬性）に悪影響を及ぼす恐れがあることから、粉末状であることが好ましい。ポリカルボン酸系減水剤の添加量は、流動性、可使時間確保の観点から、結合材１００質量部に対して、固形分換算で０．０５〜０．２質量部が好ましく、さらに０．０５〜０．１５質量部が好ましい。

本発明における速硬コンクリートの製造方法は、ポリカルボン酸系減水剤を含むベースコンクリートを製造した後で、亜硝酸カルシウムを含む促進剤を添加・混練し、その後さらにポリカルボン酸系減水剤を添加して混練することに特徴がある。２回に分けて添加することによって、より適切にかつ効率的に所定の流動性および可使時間を有する速硬コンクリートを得ることができる。亜硝酸カルシウムを含む促進剤の添加・混練後に添加されるポリカルボン酸系減水剤は粉末状であることが好ましい。これによって、良好な流動性と所定の可使時間が確保され、かつ良好な初期強度発現性（速硬性）を有する速硬コンクリートが得られる。

以下、実施例を挙げて本発明を詳細に説明するが、本発明は何らこれらに限定されるものではない。

＜使用材料＞
実施例で使用する材料を表１に示す。また、実施例におけるコンクリート配合を表２に示す。

（速硬コンクリートの製造）
上記の材料を用い、表２に示す配合で速硬コンクリートを製造した。促進剤（ＡＣ）は亜硝酸カルシウム水溶液としての配合量である。
試験水準として、ポリカルボン酸系減水剤の添加方法を、亜硝酸カルシウムの前に添加、同時に添加、後に添加と変えて評価した。さらに、亜硝酸カルシウム添加の後に、メラミン系減水剤を添加した試験を行った。試験水準を表３に示す。なお、減水剤は、結合材（Ｂ）（セメント（Ｃ）＋膨張材（Ｅｘ））に対して所定量添加した。
以下に実施例、比較例について詳しく説明する。

（実施例１）
上記の材料を用い、表２に示す配合のうち亜硝酸カルシウムを除く配合でベースコンクリートを製造した（工程（Ａ））。環境温度を２０℃とし、コンクリートミキサを用いて１．５分間混練した。
次に、ベースコンクリートに亜硝酸カルシウムを添加し、コンクリートミキサで１分間混練した（工程（Ｂ））。
最後に、粉末状のポリカルボン酸系減水剤を添加し、コンクリートミキサで１分間混練した（工程（Ｃ））。

（比較例１、２）
比較例１では、ベースコンクリートを製造後、亜硝酸カルシウムを添加する前にポリカルボン酸系減水剤を添加して、コンクリートミキサで１分間混練した。また、比較例２では、亜硝酸カルシウムとポリカルボン酸系減水剤を同時に添加してコンクリートミキサで２分間混練した。いずれの比較例も混練時間は同じとなるようにした。

（比較例３）
比較例３では、亜硝酸カルシウムを添加、混練した後、メラミン系減水剤を添加し、コンクリートミキサで１分間混練した。なお、メラミン系減水剤の添加量は、ポリカルボン酸系減水剤と同じ添加量では、減水効果が小さいため０．８質量％とした。

（試験）
製造された速硬コンクリートについて、スランプを測定し、流動性を評価した。試験は、ＪＩＳＡ１１０１「コンクリートのスランプ試験方法」に準拠して実施した。
また、６時間及び８時間材齢の初期強度、ならびに２４時間材齢の圧縮強度を測定した。試験は、ＪＩＳＡ１１０８「コンクリートの圧縮強度試験方法」に準拠して実施した。

（試験結果）
試験結果を表４に示す。
本発明における製造方法である、粉末状ポリカルボン酸系減水剤を亜硝酸カルシウムの添加・混練の後に、もう一度添加した場合（実施例１）は、流動性が良好であり、６０分後のスランプも１５．０ｃｍと大きく十分な可使時間を確保することができること、かつ圧縮強度の発現性も良好であった。一方、粉末状ポリカルボン酸系減水剤を亜硝酸カルシウムの添加・混練前に添加した場合（比較例１）、あるいは亜硝酸カルシウムと同時に添加・混練した場合（比較例２）は、同じ量の粉末状ポリカルボン酸系減水剤を添加したにも拘わらず、流動性が悪く、６０分後でスランプが小さくなり、６０分間の可使時間を確保できなかった。
粉末状ポリカルボン酸系減水剤に変えて、粉末状メラミン系減水剤を亜硝酸カルシウムの添加・混練後に添加した場合（比較例３）は、添加量を０．８質量％と増やしても流動性が悪く、可使時間を確保することができなかった。

Claims

セメント、亜硝酸カルシウムを含む促進剤、膨張材、ポリカルボン酸系減水剤、骨材および水を含む速硬コンクリートの製造方法であって、
（Ａ）前記構成材料のうち、亜硝酸カルシウムを含む促進剤を除く材料が混練され、ベースコンクリートが製造される工程と、
（Ｂ）前記ベースコンクリートに亜硝酸カルシウムを含む促進剤が添加され混練される工程と、
（Ｃ）工程（Ｂ）の後、さらに粉末状ポリカルボン酸系減水剤が添加され混練される工程とを具備し、
前記ベースコンクリートに使用されるポリカルボン酸系減水剤の配合量が、セメントと膨張材を含む結合材１００質量部に対して、固形分換算で０．０１〜１．０質量部であり、
かつ、工程（Ｃ）で使用される粉末状ポリカルボン酸系減水剤の添加量が、前記結合材１００質量部に対して、固形分換算で０．０５〜０．２質量部であることを特徴とする速硬コンクリートの製造方法。