JP6860364B2 - セメント組成物のコンシステンシー試験方法 - Google Patents
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- Investigating Strength Of Materials By Application Of Mechanical Stress (AREA)
Description
このような試験結果を踏まえて、セメント組成物の配合処方を検討、評価している。
セメント組成物は、セメント材料を混練した直後から凝固するまで、材料特性が経時的に変化するので、工事現場でトラックアジテートから荷下した後、打設箇所まで運ぶ際に、セメント組成物の材料特性は経時的に変化する。また、セメント組成物がコンクリートポンプで圧送される場合、配管内で圧力を受けたセメント組成物の材料特性を正確に評価できず、ポンプ圧送に適した配合を選定できないことが問題であった。
当該方法は、スランプ試験において、セメント組成物をスランプコーンに充填してから、スランプ値を測定するまで、所定時間スランプコーン内にセメント組成物を充填して静置するという方法である。所定時間スランプコーン内にセメント組成物を充填して静置することで、セメント組成物の構成材料が密度に応じて自重により分離する。そのため、静置スランプ試験は、撹拌の影響を受けないセメント組成物の材料特性の経時変化を評価することができる。
斯かる問題から、圧力作用下で配管内に滞留したセメント組成物の再圧送時における変形性を簡易に評価できる方法が要望されている。
〔1〕少なくとも水硬性材料、水、及び混和剤を含有するセメント材料を混練してセメント組成物を作製する作製工程と、両端が開口した筒体に前記セメント組成物を充填する充填工程と、前記筒体内部に充填した前記セメント組成物を充填開始から所定時間経過するまで静置する静置工程と、前記所定時間経過後に、前記セメント組成物のフロー値を測定するフロー測定工程と、を有するセメント組成物のコンシステンシー試験方法であって、前記静置工程が、前記筒体に充填した前記セメント組成物に荷重をかけてセメント組成物を静置する工程である、セメント組成物のコンシステンシー試験方法(以下、本明細書中「試験方法」と略すことがある)。
〔2〕前記所定時間が、1〜180分である上記〔1〕に記載のセメント組成物のコンシステンシー試験方法。
〔3〕前記静置工程が、その内部に前記セメント組成物が充填された前記筒体をフローテーブル上に載置し、前記筒体の前記フローテーブルと接触する外縁部を被覆して静置する工程である上記〔1〕又は〔2〕に記載のセメント組成物のコンシステンシー試験方法。
〔4〕前記フロー測定工程が、前記フローテーブルを所定回数落下運動させた後、前記セメント組成物のフロー値を測定する工程である上記〔3〕に記載のセメント組成物のコンシステンシー試験方法。
〔5〕前記所定回数が、1〜100回である上記〔4〕に記載のセメント組成物のコンシステンシー試験方法。
〔6〕前記荷重が、錘又は載荷試験機による荷重である上記〔1〕〜〔5〕のいずれかに記載のセメント組成物のコンシステンシー試験方法。
〔7〕その周囲がコーキングされ、前記筒体に充填された前記セメント組成物の打設面に置かれた蓋の上から、前記錘により荷重する上記〔6〕に記載のセメント組成物のコンシステンシー試験方法。
〔8〕前記錘の重さが、前記セメント組成物1mm3に対して、0.0001〜0.255gである上記〔6〕又は〔7〕に記載のセメント組成物のコンシステンシー試験方法。
〔9〕上記〔1〕〜〔8〕のいずれかに記載のセメント組成物のコンシステンシー試験方法により、圧力作用下で滞留した際のコンシステンシーが評価されたセメント組成物。
〔10〕上記〔9〕に記載のセメント組成物を用いたコンクリート。
本発明の試験方法は、少なくとも水硬性材料、水、及び混和剤を含有するセメント材料を混練してセメント組成物を作製する作製工程と、両端が開口した筒体にセメント組成物を充填する充填工程と、筒体内部に充填したセメント組成物を充填開始から所定時間経過するまで静置する静置工程と、所定時間経過後に、セメント組成物のフロー値を測定するフロー測定工程と、を有するセメント組成物のコンシステンシー試験方法であって、静置工程が、筒体に充填したセメント組成物に荷重をかけてセメント組成物を静置する工程である、セメント組成物のコンシステンシー試験方法である。
本工程は、JIS R 5201で規定するフロー試験を模したものである。かかるフロー値を測定することで、セメント組成物の相対的な柔らかさを評価し得る。そのため、圧送工法において、ポンプを再始動する際のセメント組成物の降伏値を評価し得る。
なお、「降伏値」とは、セメント組成物におけるせん断応力−せん断ひずみ速度の関係が線形になるビンガム流体とみなした場合において、セメント組成物が流動し始めるのに要する応力をいう。
作製工程は、少なくとも水硬性材料、水、及び混和剤を含有するセメント材料を混練してセメント組成物を作製する工程である。
セメント組成物は、少なくとも水硬性材料、水、及び混和剤を含有するセメント材料を混練して作製するものである。
セメントは、水硬性セメントであれば特に限定されない。例えば、普通、低熱、中庸熱、早強、超早強、耐硫酸塩等のポルトランドセメント、ポルトランドセメントの低アルカリ形、高炉セメント(A種、B種、C種)、シリカセメント(A種、B種、C種)、フライアッシュセメント(A種、B種、C種)、エコセメント(普通、速硬)、シリカヒュームセメント、白色ポルトランドセメント、アルミナセメント、超速硬セメント、グラウト用セメント、油井セメント、低発熱セメント、セメント系固化材が挙げられる。
なお、混和剤は、1種単独で使用してもよく、2種以上の混和剤を任意の比率で組み合わせて用いもよい。
各材料を混練する方法は、特に限定されるものではない。例えば、上記各成分と水とを同時に混練する方法、混和剤を予め水に添加しておく方法、混和剤を後添加若しくは分割添加する方法が挙げられる。混練時間は、使用する混練機にもよるが、一般には、全材料を混練機に投入後、少なくとも60秒以上であり、好ましくは90秒〜10分間である。
充填工程は、その両端が開口した筒体にセメント組成物を充填する工程である。
セメント組成物は、上記の作製工程で作製したセメント組成物である。
そのような筒体としては、例えば、JIS A 1101で規定されているスランプコーン、JIS R 5201で規定されているフローコーン、JIS A 1171で規定されているミニスランプコーン、JHS A 313で規定されているシリンダーフローコーンが挙げられる。
静置工程は、筒体内部に充填したセメント組成物に荷重をかけて、充填開始から所定時間経過するまで静置する工程である。充填完了直後から速やかに荷重することが好ましい。
本工程を行うことにより、セメント組成物は、自重に加えて、荷重の分の圧力の影響を受けた状態となる。そのため、圧力作用下で配管内部に滞留したセメント組成物の材料特性の経時変化を評価し得る。従って、圧送工法で使用し得るセメント組成物を評価し得る。なお、筒体内部にセメント組成物を充填して静置する際、荷重したセメント組成物の評価結果と、荷重しないセメント組成物の評価結果の相違によって、圧力作用下でのセメント組成物の材料特性の変化を理解することができる。
なお、ここでいう「打設面」とは、筒体の上部開口部から充填されたセメント組成物の上表面をいう。
筒体の下部開口部のフローテーブルと接触する外縁部を被覆する材料は、水分の流出を防止可能なものである限り、特に限定されるものではないが、筒体を引き上げる直前に比較的容易に除去できるものが好ましい。例えば、油粘土が挙げられる。
コーキング材の充填材料としては、従来公知のものを使用することができる。例えば、オルガノポリシロキサン等のシリコーン系樹脂;シリル基を末端に有するポリエーテル等の変性シリコーン系樹脂;ポリウレタン系の樹脂が挙げられる。
これに対し、本発明の目的は、圧力作用下のセメント組成物のコンシステンシーの評価であり、上記の加圧ブリーディング試験とは異なる。加圧ブリーディング試験で試料に加えている3.5N/mm2の圧力は過大ではあるが、これを参考値として、本発明における錘の重さを設定することは、圧力環境下に晒されたセメント組成物のコンシステンシーを評価する上で有意義であると考える。錘の重さは、セメント組成物に載荷し続ける時間の長さについても考慮する必要があり、長い時間錘を載荷したセメント組成物の方が、荷重によってコンシステンシーに及ぼす影響は大きくなる。
図2に示す通り、フローテーブル6の上面に載置した筒体2に充填したセメント組成物1を静置する。この際、筒体2の上部開口部からセメント組成物1の水分が蒸発することを防止するため、保護部材8を置くことが好ましい。保護部材は湿布などを用いることができる。静置することにより、筒体2の内部に充填したセメント組成物1の材料成分が密度の相違に応じて分離する。材料分離によってブリーディング水が筒体2の下部から漏水しないように、油粘土のような止水材7により筒体2のフローテーブル6の上面と接触する外縁部を被覆することが好ましい。このように、従来の静置スランプ試験方法は、セメント組成物の自重による材料特性の経時変化を確認し得る。
図3に示す通り、本発明の試験方法における静置工程においては、筒体2の内部に充填したセメント組成物1の打設面に蓋3をおき、その上に錘5を載せて充填開始から所定時間経過するまで静置する。このように荷重をかけて静置することで、セメント組成物の材料特性の経時変化のみならず、圧力作用下でポンプ配管内部に滞留したセメント組成物のコンシステンシーを評価し得る。
なお、図3においては、蓋3と筒体2の隙間をコーキング材4で充填しつつ、錘5によって荷重を加えている。従来の静置スランプ試験と同様に、筒体2の内部に充填したセメント組成物の材料分離によってブリーディング水が筒体2の下部開口部から漏水しないように、油粘土を始めとする止水材7により筒体2のフローテーブル6の上面と接触する外縁部を被覆する。このように本発明の試験方法では、錘等による荷重によってセメント組成物の材料分離の度合いが助長されることから、ブリーディング水も増量すると考えられるため、コーキング材4と止水材7は、試験に支障のない範囲で入念に施すことが好ましい。
フロー測定工程は、所定時間経過後に、セメント組成物のフロー値を測定する工程である。フロー値の測定方法は特に限定されるものではない。例えば、JIS A 1150で規定されているフロー試験に準拠して測定し得る。
筒体を上方に持ち上げると、自重や水分の影響により、図4に示すように、セメント組成物1はフローテーブル6の上面に広がる。なお、筒体を持ち上げる際、油粘土やコーキング材を施した蓋は取り外しておく。
セメント組成物のフロー値は、図5に示すように、フローテーブル6の上面に広がったセメント組成物1の最大直径l1と該直径l1と直交する方向の直径l2を測定し、両直径l1とl2の平均値として算出する。セメント組成物から水分が著しく脱水した場合のフロー測定は、セメント組成物の固定部位を測定対象とする。また、フローテーブルの落下運動による衝撃が加えられた際に、骨材のみがセメント組成物から分離して固体部位から外れた場合は、該骨材はセメント組成物の固体部位とみなさないものとする。
圧送工法において、ポンプ停止時に加わる圧力と、ポンプ再始動時に加わる圧力は同じ方向であることを考慮すると、落下運動により型崩れしたセメント組成物のフロー値を測定する方が、より圧送工法に模したデータが得られるので好ましい。
本発明のセメント組成物は、本発明の試験方法により、圧力作用下で滞留した際のコンシステンシーが評価されたセメント組成物である。そのため、近年のコンクリート工事の現場で使用される圧送工法に適したセメント組成物である。
<パラメータ1>作製後速やかに充填した直後のセメント組成物における、落下運動前(落下運動回数0回)のフロー値Aに対する、荷重条件下で静置されたセメント組成物の落下運動前(落下運動回数0回)のフロー値Bが、B/A=25〜100%である。
<パラメータ2>荷重条件下で静置されたセメント組成物の落下運動前(落下運動回数0回)のフロー値Cに対する、同条件で静置されたセメント組成物の15回落下運動させた際のフロー値Dが、D/C=125〜400%である。
なお、上記パラメータ中、荷重条件とは、9.6MPaの圧力が加わった条件をいう。以下、各パラメータの有する技術的意義を説明する。
本発明のセメント組成物は、作製後速やかに筒体に充填した直後のセメント組成物における、落下運動前(落下運動回数0回)のフロー値Aに対する、荷重条件下で静置されたセメント組成物の落下運動前(落下運動回数0回)のフロー値Bが、B/A=25〜100%であり、70〜100%が好ましい。斯かる数値範囲であることで、圧力作用下、配管内部で滞留したセメント組成物であっても、流動性が良好であり、良好なコンシステンシーといえる。そのため、圧送工法において好適に使用し得るセメント組成物であるといえる。
また、本発明のセメント組成物は、荷重条件下で静置されたセメント組成物の落下運動前(落下運動回数0回)のフロー値Cに対する、同条件で静置されたセメント組成物の15回落下運動させた際のフロー値Dが、D/C=125〜400%であり、130〜300%が好ましく、200〜300%がより好ましい。斯かる数値範囲であることで、圧力作用下、配管内部で滞留したセメント組成物であっても、降伏値が過度に高くないと評価し得る。そのため、圧送工法において好適に使用し得るセメント組成物であるといえる。
本発明のコンクリートは、上記の本発明のセメント組成物を用いたものである。そのため、ポンプを用いた圧送工法に使用するのに適しており、高層ビルのCFTコンクリートやトンネル等のインバートコンクリート等の長距離圧送に及ぶ範疇まで好適に使用し得る。
下記表1に示す配合処方のセメント材料を用いて、ホバートミキサー(商品名:ハイパワーミキサーCB−34、製造元:株式会社丸東製作所)を用いて混練することでセメント組成物を作製した。混練手順の詳細を以下に記す。下記表1に示す骨材成分(S1、S2)と、水硬性材料を低速で10秒混練し、水、高性能AE減水剤と消泡剤を加えて低速で30秒混練した。その後、必要に応じて圧送助剤(低チキソトロピー性助剤)を加えて高速で90秒混練した。環境温度は20℃とし、練り量は2.0Lとした。圧送助剤を添加せず作製したものをセメント組成物(1)とし、圧送助剤を添加して作製したものをセメント組成物(2)とした。
C:(水硬性材料、高炉セメントB種(宇部三菱社製、密度3.04))
W:水
S1:骨材(山砂(千葉県君津市産、表面密度2.64、F.M.2.50))
S2:骨材(石灰砕砂(埼玉県飯能市産、表面密度2.65、F.M.3.00))
なお、混和剤の添加率は、圧送助剤を添加しないときは1.4%/C、圧送助剤を添加したときは1.35%/Cとした。
作製直後のセメント組成物(1)を、フローテーブル(株式会社マルイ「MIC−302−0−01」)上に載置したシリンダーコーンに充填した後、シリンダーコーンを上部に持ち上げた。この際のフロー値と、フローテーブルを落下運動(5回、10回、15回)させた際のフロー値を測定した。測定結果を表2に示す。
なお、当該データのうち、落下運動回数0回での値が、セメント組成物(1)のフロー値Aである。
作製したセメント組成物((1)又は(2))を表2に示す時間、ボウル等の容器に入れておき、シリンダーコーンに充填する直前に再度右回りに10回、左回りに10回さじを用いて撹拌したこと以外は、参考例1と同様にしてフロー値を測定した。測定結果を表2に示す。
なお、参考例5のデータのうち、落下運動回数0回での値が、セメント組成物(2)のフロー値Aである。
作製直後のセメント組成物(1)を、フローテーブル(株式会社マルイ「MIC−302−0−01」)上に載置したシリンダーコーンに充填した。シリンダーコーンの底部外縁部を油粘土で防水し、上部開口部をシリンダーコーンと同じ材質のアクリル板で覆い、シリンダーコーン内部にセメント組成物(1)を30分静置した。その後、シリンダーコーンを上部に持ち上げた。この際のフロー値と、フローテーブルを落下運動(5回、10回、15回)させた際のフロー値を測定した。測定結果を表3に示す。
作製したセメント組成物((1)又は(2))について、シリンダーコーン内部に静置した時間を表3に示す条件に変更したこと以外は、参考例9と同様にしてフロー値を測定した。測定結果を表3に示す。
作製直後のセメント組成物(1)を、フローテーブル(株式会社マルイ「MIC−302−0−01」)上に載置したシリンダーコーンに充填した。シリンダーコーンの底部外縁部を油粘土で防水し、セメント組成物の打設面に蓋をし、蓋の周囲をコーキング材で止水した。蓋の上に500gの錘を載せて、シリンダーコーン内部にセメント組成物(1)を30分加圧した状態で静置した。その後、シリンダーコーンを上部に持ち上げた。この際のフロー値と、フローテーブルを落下運動(5回、10回、15回)させた際のフロー値を測定した。測定結果を表4に示す。
なお、当該データのうち、落下運動回数0回での値が、実施例1でのフロー値B及びCであり、落下運動回数15回での値が、実施例1でのフロー値Dである。
作製したセメント組成物((1)又は(2))について、錘の重さ及びシリンダーコーン内部に静置した時間を表4に示す条件に変更したこと以外は、実施例1と同様にしてフロー値を測定した。測定結果を表4に示す。
なお、各データのうち、落下運動回数0回での値が、各実施例のフロー値B及びCであり、落下運動回数15回での値が、各実施例のフロー値Dである。
なお、各実施例のB/Aは次のとおりである。90%(実施例1)、78%(実施例2)、71%(実施例3)、90%(実施例4)、88%(実施例5)、82%(実施例6)、80%(実施例7)、75%(実施例8)、70%(実施例9)、93%(実施例10)、90%(実施例11)、83%(実施例12)。また、各実施例のD/Cは次のとおりである。158%(実施例1)、165%(実施例2)、170%(実施例3)、159%(実施例4)、161%(実施例5)、167%(実施例6)、156%(実施例7)、160%(実施例8)、151%(実施例9)、144%(実施例10)、150%(実施例11)、151%(実施例12)。
下記表5に示す配合処方のセメント材料を用いて、強制二軸ミキサ(商品名:スーパーダブルミキサーSD−55、製造元:太平洋機構株式会社)を用いて混練することでセメント組成物を作製した。混練手順の詳細を以下に記す。下記表5に示す骨材成分(S、G)と、水硬性材料で10秒混練し、水・高性能AE減水剤・AE剤・消泡剤を加えて90秒混練した。その後、必要に応じて圧送助剤(低チキソトロピー性助剤)を加えて30秒混練した。環境温度は20℃とし、練り量は50.0Lとした。圧送助剤(低チキソトロピー性助剤)を添加せずに作製したものをセメント組成物(3)とし、圧送助剤(低チキソトロピー性助剤)を添加して作製したものをセメント組成物(4)とした。
C:(水硬性材料、普通ポルトランドセメント(太平洋セメント社製、密度3.16))
W:水
S:細骨材(山砂(静岡県掛川市産、表面密度2.58、F.M.2.78))
G:粗骨材(硬質砂岩砕石2005(東京都青梅市産、表面密度2.65、実積率59.5%))
なお、混和剤の添加率は、圧送助剤を添加しないときは1.0%/C、圧送助剤を添加したときは0.95%/Cとした。
作製直後のセメント組成物(3)を、コンクリートフローテーブル(製造元:株式会社西日本試験機「C−279」)上に載置したシリンダーコーンに充填した後、シリンダーコーンを上部に持ち上げた。この際のフロー値と、フローテーブルを落下運動(5回、10回、15回)させた際のフロー値を測定した。測定結果を表6に示す。
なお、当該データのうち、落下運動回数0回での値が、セメント組成物(3)のフロー値Aである。
作製したセメント組成物((3)又は(4))を表6に示す時間、コンクリート用の練り舟に入れておき、シリンダーコーンに充填する直前にスコップによってセメント組成物を切返して流動性を定常状態にしたこと以外は、参考例15と同様にしてフロー値を測定した。測定結果を表6に示す。
なお、参考例17のデータのうち、落下運動回数0回での値が、セメント組成物(4)のフロー値Aである。
作製直後のセメント組成物(3)を、フローテーブル(製造元:株式会社マルイ「MIC−302−0−01」)上に載置したシリンダーコーンに充填した。シリンダーコーンの底部外縁部を油粘土で防水し、セメント組成物の打設面に蓋をし、蓋の周囲をコーキング材で止水した。蓋の上に18.8kgの錘を載せて、シリンダーコーン内部にセメント組成物を60分加圧した状態で静置した。その後、シリンダーコーンを上部に持ち上げた。この際のフロー値と、フローテーブルを落下運動(5回、10回、15回)させた際のフロー値を測定した。測定結果を表7に示す。
なお、当該データのうち、落下運動回数0回での値が、実施例13でのフロー値B及びCであり、落下運動回数15回での値が、実施例13でのフロー値Dである。
実施例13のセメント組成物(3)を、セメント組成物(4)に変更した以外は、実施例13と同様にしてフロー値を測定した。測定結果を表7に示す。
なお、当該データのうち、落下運動回数0回での値が、実施例14でのフロー値B及びCであり、落下運動回数15回での値が、実施例14でのフロー値Dである。
なお、各実施例のB/Aは次のとおりである。57%(実施例13)、55%(実施例14)。また、各実施例のD/Cは次のとおりである。164%(実施例13)、200%(実施例14)。
Claims (10)
- 少なくとも水硬性材料、水、及び混和剤を含有するセメント材料を混練してセメント組成物を作製する作製工程と、
両端が開口した筒体に前記セメント組成物を充填する充填工程と、
前記筒体内部に充填した前記セメント組成物を充填開始から所定時間経過するまで静置する静置工程と、
前記所定時間経過後に、前記セメント組成物のフロー値を測定するフロー測定工程と、を有するセメント組成物のコンシステンシー試験方法であって、
前記静置工程が、前記筒体に充填した前記セメント組成物に荷重をかけてセメント組成物を静置する工程である、セメント組成物のコンシステンシー試験方法。 - 前記所定時間が、1〜180分である請求項1に記載のセメント組成物のコンシステンシー試験方法。
- 前記静置工程が、その内部に前記セメント組成物が充填された前記筒体をフローテーブル上に載置し、前記筒体の前記フローテーブルと接触する外縁部を被覆して静置する工程である請求項1又は2に記載のセメント組成物のコンシステンシー試験方法。
- 前記フロー測定工程が、前記フローテーブルを所定回数落下運動させた後、前記セメント組成物のフロー値を測定する工程である請求項3に記載のセメント組成物のコンシステンシー試験方法。
- 前記所定回数が、1〜100回である請求項4に記載のセメント組成物のコンシステンシー試験方法。
- 前記荷重が、錘又は載荷試験機による荷重である請求項1〜5のいずれか1項に記載のセメント組成物のコンシステンシー試験方法。
- その周囲がコーキングされ、前記筒体に充填された前記セメント組成物の打設面におかれた蓋の上から、前記錘により荷重する請求項6に記載のセメント組成物のコンシステンシー試験方法。
- 前記錘の重さが、前記セメント組成物1mm3に対して、0.0001g〜0.25gである請求項6又は7に記載のセメント組成物のコンシステンシー試験方法。
- 少なくとも水硬性材料、水、及び混和剤を含有するセメント材料を混練してセメント組成物を作製する作製工程及び、
前記セメント組成物の圧力作用下で滞留した際のコンシステンシーを評価する評価工程を有し、
前記評価工程は、
両端が開口した筒体に前記作製工程で作成されたセメント組成物を充填する充填工程と、
前記筒体内部に充填した前記セメント組成物を充填開始から所定時間経過するまで静置する静置工程と、
前記所定時間経過後に、前記セメント組成物のフロー値を測定するフロー測定工程と、を有し、
前記静置工程が、前記筒体に充填した前記セメント組成物に荷重をかけてセメント組成物を静置する工程である、
セメント組成物の製造方法。 - 少なくとも水硬性材料、水、及び混和剤を含有するセメント材料を混練してセメント組成物を作製する作製工程、
前記セメント組成物の圧力作用下で滞留した際のコンシステンシーを評価する評価工程、及び
得られるセメント組成物を用いてコンクリートを製造する工程
を有し、
前記評価工程は、
両端が開口した筒体に前記作製工程で作成されたセメント組成物を充填する充填工程と、
前記筒体内部に充填した前記セメント組成物を充填開始から所定時間経過するまで静置する静置工程と、
前記所定時間経過後に、前記セメント組成物のフロー値を測定するフロー測定工程と、を有し、
前記静置工程が、前記筒体に充填した前記セメント組成物に荷重をかけてセメント組成物を静置する工程である、
コンクリートの製造方法。
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