JP6716394B2 - 低強度コンクリート、および低強度コンクリートの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、低強度コンクリート、および低強度コンクリートの製造方法に関する。

地下に構造物を施工する工事などでは、水が流れ込まないように遮水壁を設置する場合がある。遮水壁には、均一性および水密性が求められる。
また、遮水壁は施工時だけ必要となることが多い。したがって遮水壁には、工事完了後に撤去し易いこと、すなわち、低強度性も求められる。

特許文献１には、水セメント比が１００％以上で増粘剤の含有量がセメント１００重量部に対して０．２５以上０．７５以下、高性能減水剤の含有量がスランプフロー値４５センチメートル以上６５センチメートル以下となる量である低強度コンクリート組成物が記載されている。

特開平８−２４５２５４号公報

しかし、遮水壁に求められる水密性の水準は特許文献１に記載の組成物よりも高く、この水準まで水密性を向上させるためには遮水壁に用いられるコンクリートの密実性を向上させる必要がある。

本発明の目的の１つは、スランプ値が１６．０センチメートル以上、２１．０センチメートル以下のワーカビリティを有し、材齢２８日の圧縮強度が３．１ニュートン毎平方ミリメートル以上、７．２ニュートン毎平方ミリメートル以下であり、空気量が２パーセント以下となる低強度コンクリートを提供することである。

上述した課題を解決するため、本発明に係る低強度コンクリートは、水セメント比が１１０％以上１４０％以下であって、セルロース系増粘剤の添加量が、水に対する重量百分率で０．１％以上０．２５％以下であり、消泡剤の添加量が、セメントに対する重量百分率で０．００２％以上０．００５％以下であることを特徴とする。
また、本発明に係る低強度コンクリートの製造方法は、水セメント比が１１０％以上１４０％以下となるように水およびセメントを混合する工程と、水に対する重量百分率で０．１％以上０．２５％以下のセルロース系増粘剤を添加する工程と、セメントに対する重量百分率で０．００２％以上０．００５％以下の消泡剤を添加する工程と、を有することを特徴とする。

本発明によれば、スランプ値が１６．０センチメートル以上、２１．０センチメートル以下のワーカビリティを有し、材齢２８日の圧縮強度が３．１ニュートン毎平方ミリメートル以上、７．２ニュートン毎平方ミリメートル以下であり、空気量が２パーセント以下となる低強度コンクリートを提供することができる。

水密性の試験器具の概要を示す斜視図。 消泡剤の添加量と空気量の相関を示すグラフ。

本発明において低強度コンクリートは、基礎材と添加剤とを含む。基礎材は、水、セメント、細骨材、粗骨材、および減水剤を含む。水は、水道水や真水であってもよいし、海水であってもよい。本発明に係る低強度コンクリートの水セメント比は１１０％以上１４０％以下である。

添加剤は、増粘剤と消泡剤とを含む。増粘剤は、水溶性のセルロース系増粘剤が用いられる。消泡剤は、オイル系、エマルション系、トリブチル系、界面活性剤系などでもよいが、ポリエーテル系またはシリコン系の消泡剤が望ましい。

本発明に係る低強度コンクリートは、増粘剤の添加量が水に対する重量百分率で０．１％以上０．２５％以下である。また、本発明に係る低強度コンクリートは、消泡剤の添加量が、セメントに対する重量百分率で０．００２％以上０．００５％以下である。

（１）基礎材の配合率
セメントは、太平洋セメント株式会社製の普通ポルトランドセメントを用いた。水は水道水を用いた。基礎材における水とセメントのそれぞれの配合量は、水セメント比が１５０％、１４０％、１３０％、１２０％、１１０％、および１００％になるようにそれぞれ調整した。基礎材の名称は、この順にＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、およびＦとした。

また、これらの水セメント比に対応して基礎材における減水剤のセメントに対する重量百分率（「減水剤／セメント比」という）を、上記の順に０．８％、０．６％、０．６％、０．５％、０．５％、０．５％となるようにそれぞれ調整した。

細骨材には、福島県産の砂を用いた。粗骨材には、千葉県産の砂利を用いた。減水剤には、ＢＡＳＦ社製のマスターグレニウム８ＳＶを用いた。

（２）添加剤の添加率
増粘剤には、五洋建設株式会社製のマリンベールＡＳＫ１または株式会社ダイセル製のセルクリートＨを用いた。消泡剤には、ＢＡＳＦ社製のマスターエア４０４を用いた。増粘剤は、水に対する重量百分率で０．０５％、０．１％、０．１５％、０．２５％、および０．３５％になるように調整した。

消泡剤を添加しない試料について、均一性、水密性、スランプ値、材齢４週（２８日）の圧縮強度、および掘削性を評価し、低強度コンクリートとして使用可能なものを「可」として、使用不可能なものを「不可」として評価した。そして、「可」と評価するもののうち、水セメント比と増粘剤添加率との組合せを３つ選択し、これらに対して消泡剤を、セメントに対する重量百分率が０．００１％、０．００２％、０．００３％、０．００４％、および０．００５％となるようにそれぞれ添加した。

上述の選択された組合せのそれぞれについて、消泡剤を添加しない試料と、添加した試料とを作成し、それぞれの密実性を評価して、低強度コンクリートに適したものを「可」よりも良好な評価を示す「良」と評価した。

（３）評価方法
（３−１）均一性
均一性は、ＪＩＳのＡ１１２３−２０１２「コンクリートのブリーディング試験方法」に準じるブリーディング試験により、ブリーディング率を測定した。ブリーディング率が１％以下であるときに均一性を「○」と評価した。均一性が「○」であることは、低強度コンクリートを「可」と評価する必要条件の一つである。

（３−２）水密性
水密性は、奥行０．９メートル、幅０．９メートル、高さ３．０メートルの空間を３つの領域に仕切り、中央に練ったコンクリートを打設して行った。図１は、水密性の試験器具の概要を示す斜視図である。以下、図において、各構成が配置される空間をｘｙｚ右手系座標空間として表す。空間においてｘ軸に沿う方向をｘ軸方向という。また、ｘ軸方向のうち、ｘ成分が増加する方向を＋ｘ方向といい、ｘ成分が減少する方向を−ｘ方向という。ｙ、ｚ成分についても、上記の定義に沿ってｙ軸方向、＋ｙ方向、−ｙ方向、ｚ軸方向、＋ｚ方向、−ｚ方向を定義する。

図１には、底と側面を囲んだ箱が示されている。この箱をｘ軸方向が奥行、ｙ軸方向が幅、ｚ軸方向が高さに沿うように座標を配置すると、箱の内部はｙ軸方向に三等分される。三等分されたそれぞれの空間はいずれも奥行０．３メートル、幅０．９メートル、高さ３．０メートルである。

ｙ軸方向の中央に配置される領域Ｂ２に、試料であるコンクリートの板が施工される。この領域Ｂ２に施工された試料により、＋ｙ方向の領域Ｂ１と、−ｙ方向の領域Ｂ３とが、隔てられる。

水密性は、領域Ｂ２に施工したコンクリートが硬化してから２日後に領域Ｂ１に水を充満させ、４週間後に領域Ｂ３に水が浸出したか否かで判断する。水が浸出した場合に水密性を「×」と評価し、水が浸出していない場合に水密性を「○」と評価した。水密性が「○」であることは、低強度コンクリートを「可」と評価する必要条件の一つである。

（３−３）スランプ値
スランプ値は、ＪＩＳのＡ１１０１−２００５「コンクリートのスランプ試験方法」に従って測定した。スランプ値が、１６．０センチメートル以上、２１．０センチメートル以下である場合に、低強度コンクリートを「可」と評価した。スランプ値が上記の範囲外である場合に、低強度コンクリートを「不可」と評価した。

（３−４）圧縮強度
圧縮強度は、ＪＩＳのＡ１１０８−２００６「コンクリート用圧縮強度試験」に準じて測定した。試料には直径１５０ミリメートル、高さ３００ミリメートルの円筒形の供試体を用いた。材齢２８日の試料の圧縮強度が３．１ニュートン毎平方ミリメートル以上、７．２ニュートン毎平方ミリメートル以下である場合に、低強度コンクリートを「可」と評価した。

（３−５）掘削性
掘削性は、練ってから４週間後の試料をそれぞれハンマーで３回強打し、大きく破壊されたか否かを目視観察によって判断した。大きく破壊されたと判断した場合、掘削性を「○」と評価し、大きく破壊されなかったと判断した場合、掘削性を「×」と評価した。掘削性が「○」であることは、低強度コンクリートを「可」と評価する必要条件の一つである。

（３−６）密実性
ＪＳＣＥ−Ｄ１０４−２００７により空気量を測定した。空気量が２パーセント以下である場合に、低強度コンクリートを「良」と評価した。空気量が２パーセントを超えた場合に、低強度コンクリートを「可」と評価した。

（４）結果
（４−１）基礎材
表１に沿って水、セメント、細骨材、粗骨材、および減水剤をそれぞれ変えて基礎材Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆを作成した。

（４−２）増粘剤および消泡剤
表２は、基礎材Ａ〜Ｆに対して、それぞれ増粘剤（マリンベールＡＳＫ１）を水に対する重量百分率が０．１％となるように添加した試料１〜６の材料重量、条件、および評価を示した表である。試料１〜６のいずれにも消泡剤は添加していない。

試料１は、均一性および水密性がいずれも「×」と評価されたため、低強度コンクリートとして「不可」と評価された。また、試料６は、掘削性が「×」と評価されたため、低強度コンクリートとして「不可」と評価された。試料２〜５については、低強度コンクリートとして「可」と評価された。

表３は、基礎材Ａ〜Ｆに対して、それぞれ増粘剤（マリンベールＡＳＫ１）を水に対する重量百分率が０．０５％となるように添加した試料７〜１２の材料重量、条件、および評価を示した表である。試料７〜１２は、いずれも水密性が「×」と評価されたため、低強度コンクリートとして「不可」と評価された。

表４は、基礎材Ａ〜Ｆに対して、それぞれ増粘剤（マリンベールＡＳＫ１）を水に対する重量百分率が０．２５％となるように添加した試料１３〜２８の材料重量、条件、および評価を示した表である。試料１３は、均一性および水密性が「×」と評価されたため、低強度コンクリートとして「不可」と評価された。試料２８は、掘削性が「×」と評価されたため、低強度コンクリートとして「不可」と評価された。試料１４，１５，２１，２２については、均一性、水密性、および掘削性のいずれにも「×」と評価されていないため低強度コンクリートとして「可」と評価された。

低強度コンクリートとして「可」と評価された試料１４，１５，２１，２２のうち、表４からは試料１５および試料２２が選択された。試料１５に対して、消泡剤をセメントに対する重量百分率で０．００１％、０．００２％、０．００３％、０．００４％、および０．００５％となるように添加し、それぞれ順に試料１６、１７、１８、１９、および２０とした。また、試料２２に対して、消泡剤をセメントに対する重量百分率で０．００１％、０．００２％、０．００３％、０．００４％、および０．００５％となるように添加し、それぞれ順に試料２３、２４、２５、２６、および２７とした。

試料１５〜２０および試料２２〜２７に対して、均一性、水密性、スランプ値、圧縮強度、掘削性に加えて密実性を評価した。試料１５および試料２２，２３については密実性が「×」であったため、低強度コンクリートとして「可」と評価した。試料１６〜２０および試料２４〜２７については密実性が「○」であったため、低強度コンクリートとして「良」と評価した。

表５は、基礎材Ａ〜Ｆに対して、それぞれ増粘剤（セルクリートＨ）を水に対する重量百分率が０．１５％となるように添加した試料２９〜３９の材料重量、条件、および評価を示した表である。試料２９は、均一性および水密性が「×」と評価されたため、低強度コンクリートとして「不可」と評価された。試料３９は、掘削性が「×」と評価されたため、低強度コンクリートとして「不可」と評価された。試料３０〜３３については、均一性、水密性、および掘削性のいずれにも「×」評価はされていないため低強度コンクリートとして「可」と評価された。

低強度コンクリートとして「可」と評価された試料３０〜３３のうち、表５からは試料３３が選択された。試料３３に対して、消泡剤をセメントに対する重量百分率で０．００１％、０．００２％、０．００３％、０．００４％、および０．００５％となるように添加し、それぞれ順に試料３４、３５、３６、３７、および３８とした。

試料３３〜３８に対して、均一性、水密性、スランプ値、圧縮強度、掘削性に加えて密実性を評価した。試料３３，３４については密実性が「×」であったため、低強度コンクリートとして「可」と評価した。試料３５〜３８については密実性が「○」であったため、低強度コンクリートとして「良」と評価した。

表６は、基礎材Ａ〜Ｆに対して、それぞれ増粘剤（マリンベールＡＳＫ１）を水に対する重量百分率が０．３５％となるように添加した試料４０〜４５の材料重量、条件、および評価を示した表である。試料４０〜４５は、いずれもスランプ値が１６．０センチメートル未満であって「×」と評価されたため、低強度コンクリートとして「不可」と評価された。

以上、説明した通り、試料６、１２、２８、３９、および４５のように、基礎材Ｆを用いると、水セメント比が１００％であるため破壊し難いコンクリートとなることが掘削性の結果からわかった。また、試料１、７、１３、２９、および４０のように、基礎材Ａを用いると、水セメント比が１５０％であるため均一性および水密性に欠けるコンクリートとなることがわかった。すなわち、低強度コンクリートの水セメント比は１１０％以上１４０％以下の範囲内であることが必要である。

また、水セメント比が１１０％以上１４０％以下の範囲内であっても、試料８〜１２のように増粘剤の添加量を、水に対する重量百分率で０．０５％まで減らすと、粘性または水中不分離性が低すぎるため均一性や水密性に欠けるコンクリートとなることがわかった。一方、水セメント比が１１０％以上１４０％以下の範囲内であっても、試料４１〜４４のように増粘剤の添加量を、水に対する重量百分率で０．３５％まで増やすと、スランプ値が１６．０センチメートル未満となってしまい、流動性が低く施工し難いコンクリートとなることがわかった。すなわち、低強度コンクリートのセルロース系増粘剤の添加量は、水に対する重量百分率で０．１％以上０．２５％以下であることが必要である。

そして、試料１５、２２、および３３のように消泡剤を添加しない場合や、試料２３および３４のように消泡剤を添加しても添加率がセメントに対する重量百分率で０．００１％である場合、低強度コンクリートとして「可」と評価されるものの、密実性において空気量２％以下という条件を満たすことがないため、高い水準の止水性を満たすことがないコンクリートとなることがわかった。すなわち、低強度コンクリートの消泡剤の添加量は、セメントに対する重量百分率で０．００２％以上であることが必要である。

なお、消泡剤の添加量の上限について、消泡剤の添加量と空気量の相関を実験により調べたところ以下の結果が得られた。図２は、消泡剤の添加量と空気量の相関を示すグラフである。図２に示す実験では、単位セメント量が１３５ｋｇのセメントに対して添加する消泡剤の量を、セメントに対する重量百分率で０．００１％から０．００８％まで変化させて添加後のセメントの空気量を測定した。消泡剤にはＢＡＳＦ社製のマスターエア４０４を用いた。

図２に示す通り、消泡剤を全く添加していないセメントは空気量が３．６％程度あった。そして消泡剤をセメントに対して０．００１％添加しても空気量は２．４％程度あった。しかし、消泡剤をセメントに対して０．００２％添加すると空気量は２．０％を下回り、０．００５％以上の添加では空気量に変化が認められなくなった。したがって、低強度コンクリートに添加する消泡剤の添加量は０．００５％以下でよい。

Claims (2)

1. 水セメント比が１１０％以上１４０％以下であって、
   セルロース系増粘剤の添加量が、水に対する重量百分率で０．１％以上０．２５％以下であり、
   消泡剤の添加量が、セメントに対する重量百分率で０．００２％以上０．００５％以下である
   ことを特徴とする低強度コンクリート。
2. 水セメント比が１１０％以上１４０％以下となるように水およびセメントを混合する工程と、
   水に対する重量百分率で０．１％以上０．２５％以下のセルロース系増粘剤を添加する工程と、
   セメントに対する重量百分率で０．００２％以上０．００５％以下の消泡剤を添加する工程と、
   を有することを特徴とする低強度コンクリートの製造方法。

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