JP6876489B2

JP6876489B2 - 速硬コンクリート及びその製造方法

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Publication number: JP6876489B2
Application number: JP2017071498A
Authority: JP
Inventors: 和秀中田; 度連郭
Original assignee: Taiheiyo Materials Corp
Current assignee: Taiheiyo Materials Corp
Priority date: 2017-03-31
Filing date: 2017-03-31
Publication date: 2021-05-26
Anticipated expiration: 2037-03-31
Also published as: JP2018172236A

Description

本発明は速硬コンクリート及びそ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）。

特開平２０１３−６７５３６号公報

しかしながら、上記の特許文献１の製造方法では、早強ポルトランドセメントが使用されており、普通ポルトランドセメントは使用されていない。理由としては、普通ポルトランドセメントに亜硝酸カルシウムを添加して製造した場合は十分な早期強度を得ることができないことが挙げられる。一方、早強ポルトランドセメントを使用した場合、早期強度発現性は良好であるが、コンクリートの流動性保持性が悪くなるという課題が挙げられる。

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。本発明における課題は、普通ポルトランドセメントを用いたコンクリートを、通常の養生温度において、十分な流動性を所定時間確保しながら、１５〜２４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及びその製造方法を提供するものである。

本発明者らは、普通ポルトランドセメントに硝酸カルシウム及び／又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及びそ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〕〜〔４〕を提供するものである。
〔１〕普通ポルトランドセメント、膨張材、硝酸カルシウム及び／又は亜硝酸カルシウムを含む促進剤、ポリカルボン酸系減水剤を含有する速硬コンクリートであって、前記促進剤が、普通ポルトランドセメント及び膨張材を含む結合材１００質量部に対して、硝酸カルシウム及び／又は亜硝酸カルシウムの固形分換算で０．７〜３．５質量部である速硬コンクリート。
〔２〕〔１〕に記載の速硬コンクリートの製造方法であって、（Ａ）普通ポルトランドセメント、膨張材、ポリカルボン酸系減水剤、骨材及び水が混練され、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、前記促進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。
〔３〕さらに、（Ｃ）工程（Ｂ）の後、ポリカルボン酸系減水剤が添加され混練される工程を具備する〔２〕に記載の速硬コンクリートの製造方法。

所定の時間、流動性が確保され、常温においても、良好な早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。

本発明の速硬コンクリートは、セメント、膨張材、硝酸カルシウム及び／又は亜硝酸カルシウムを含む促進剤、ポリカルボン酸系減水剤を含有する速硬コンクリート（速硬モルタルを含む）である。

本発明において使用されるセメントは、普通ポルトランドセメントである。普通ポルトランドセメントはもっとも汎用的なセメントであり、入手が容易であり、かつ経済性に優れる。普通ポルトランドセメントには、本発明の特長が損なわない程度において、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の混合材が含まれていてもよい。普通ポルトランド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。

本発明において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、あるいはこれらを併用した複合系膨張材などが挙げられる。特に、本発明の促進剤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、普通ポルトランド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る。

本発明において使用される促進剤は硝酸カルシウム及び／又は亜硝酸カルシウムを含む。硝酸カルシウムと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有効である。硝酸カルシウム及び／又は亜硝酸カルシウムを含む促進剤は、コンクリートミキサ（あるいはアジテータ車のドラム）への添加、あるいは混練の容易さから、中和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、硝酸カルシウムと亜硝酸カルシウムの他に、硫酸アルミニウム、硫酸カルシウム、硫酸アルカリ等二種以上を併用してもよい。硝酸カルシウム及び／又は亜硝酸カルシウムを含む促進剤の添加量としては、結合材１００質量部に対して、固形分換算で０．７〜３．５質量部である。０．７質量部未満では早期強度発現性が十分でなく、３．５質量部を超えるとコンクリートの流動性の保持性を確保することが困難になる。促進剤の添加量は、結合材１００質量部に対して、硝酸カルシウム及び／又は亜硝酸カルシウムの固形分換算で０．９〜２．９質量部がより好ましく、１．２〜２．７質量部がさらに好ましく、１．５〜２．５質量部が特に好ましい。

本発明において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、及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。

本発明において使用される骨材としては、通常のコンクリートの製造に使用される細骨材及び粗骨材を何れも使用することができる。そのような細骨材及び粗骨材として、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。

本発明の速硬コンクリートには、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、凝結遅延剤、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。

次に、本発明の速硬コンクリートの製造方法について説明する。

本発明の速硬コンクリートの製造方法は、上記した速硬コンクリートの製造方法であって、（Ａ）普通ポルトランドセメント、膨張材、ポリカルボン酸系減水剤、骨材及び水が混練され、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、前記促進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である。以下、工程毎に詳しく記す。

＜工程（Ａ）＞
工程（Ａ）は、普通ポルトランドセメント、膨張材、ポリカルボン酸系減水剤、骨材及び水を含むベースコンクリート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、特に限定されるものではなく、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、通常モルタルやコンクリートの混練に使用されている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。

＜工程（Ｂ）＞
工程（Ｂ）は、前記ベースコンクリートに硝酸カルシウム及び／又は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である。一般にはベースコンクリートに前記促進剤が添加され、コンクリートミキサによって混練される。ベースコンクリートがトラックアジテータで搬送される場合は、コンクリート打設現場でコンクリートミキサに投入後、促進剤が添加され、混練される。あるいは、トラックアジテータのドラム内に前記促進剤を添加し、ドラムを高速回転させることによって製造することもできる。混練時間は１分〜１０分が好ましい。トラックアジテータのドラムで混練する場合、ドラムの回転速度は５〜２０ｒ．ｐ．ｍ．が好ましい。

＜工程（Ｃ）＞
本発明における速硬コンクリートの製造工程は、さらに（Ｃ）工程を具備することができる。
工程（Ｃ）は、工程（Ｂ）の後、ポリカルボン酸系減水剤が添加され混練される工程である。ここでポリカルボン酸系減水剤をさらに添加する効果としては、スランプ調整と流動性保持時間の調整である。硝酸カルシウム及び／又は亜硝酸カルシウムを含む促進剤の添加されたコンクリートのスランプはスランプを調整するのが難しく、また施工現場における温度条件や施工状況に応じた流動性確保時間が変化することからこれらに対応することが実用上必要になる。最後にポリカルボン酸系減水剤を添加調製する工程を有することにより、そのような問題に対処することができる。

混練はコンクリートミキサで行う。工程（Ｂ）がトラックアジテータのドラムで行われた場合は、このドラム内にポリカルボン酸系減水剤を添加し、ドラムを高速回転させて混練することもできる。混練時間は１分〜１０分が好ましい。トラックアジテータのドラムで混練する場合、ドラムの回転速度は５〜２０ｒ．ｐ．ｍ．が好ましい。なお、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、工程（Ａ）と同様に、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、及びポリカルボン酸系高性能減水剤等が挙げられ、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。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ってしまうため、早期強度発現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。例えば、太平洋マテリアル社製コアフローＮＦ、花王社製マイティなどが挙げられる。ポリカルボン酸系減水剤の添加量は、施工現場の状況を考慮し適宜調整されるが、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。

本発明による速硬コンクリートは、所定の時間（３０分以上）、流動性を確保することができ、良好な早期強度発現性を得ることができることから、例えば道路橋コンクリート床版の補修・補強等に好適に使用することができる。

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。

＜使用材料とコンクリート配合＞
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。促進剤（ＡＣ）は硝酸カルシウム及び亜硝酸カルシウムを含む水溶液としての配合量である。試験水準として、促進剤の添加量を変えて評価した。具体的には、ＡＣ＝０、１０、２０、３０ｋｇ／ｍ³であり、それぞれ結合材１００質量部に対して、０、０．９５、１．９０、２．８５質量部である。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。

（速硬コンクリートの製造）
まず、上記の材料を用い、表２に示す配合のうち促進剤（ＡＣ）及び粉末型高性能減水剤（ＮＦ）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促進剤（ＡＣ）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、粉末型高性能減水剤（ＮＦ）を添加し、コンクリートミキサで１分間混練した（工程（Ｃ））。

（コンクリートの評価試験）
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、１５時間及び１８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。

（モルタルフローの評価試験）
流動性の経時変化を評価するために、上記のコンクリート配合に近いモルタルを製造し、ＪＩＳＲ５２０１「セメントの物理試験方法」の項目１２「フロー試験」に準拠して実施した。実施例のモルタル配合を表３に示す。
試験水準として、粉末型高性能減水剤（ＮＦ）を添加せず、促進剤（ＡＣ）の量を０、１０、３０ｋｇ／ｍ³と変えたものと、粉末型高性能減水剤（ＮＦ）を添加して促進剤（ＡＣ）の量を１０、３０ｋｇ／ｍ³と変えた。

（試験結果）
試験結果を表４、表５に示す。
促進剤（ＡＣ）を１０ｋｇ／ｍ³以上添加した配合（水準２〜４）では、１８時間材齢で２０Ｎ／ｍｍ³以上、２４時間材齢で２４Ｎ／ｍｍ³以上の強度発現性が得られることがわかった。特に、促進剤（ＡＣ）を３０ｋｇ／ｍ³添加した配合（水準４）では、１５時間材齢で３５Ｎ／ｍｍ³以上と高い強度発現性が得られることが分かった。一方、促進剤無添加の配合（水準１）では２４時間材齢においても十分な強度は得られなかった。
モルタルフローによる評価で流動性の保持性を評価した結果、促進剤（ＡＣ）を１０ｋｇ／ｍ³添加した配合（水準５、６）では６０分後でも高い流動性が維持されていることを確認した。一方、促進剤（ＡＣ）を３０ｋｇ／ｍ³添加した配合（水準５、６）でも３０分後までは十分実用に供する流動性を確保できることが分かった。また、後からポリカルボン酸系の粉末型高性能減水剤（ＮＦ）を添加した場合（水準６、８）は、特に３０分後まで高い流動性を保持できることが分かった。
これらの強度発現性試験、流動性保持試験の結果から、促進剤（ＡＣ）を適量配合し、さらにはポリカルボン酸系減水剤の後添加により流動性を調整することによって、所定の時間、流動性が確保され、常温においても良好な早期強度発現性を有する速硬コンクリートを製造できることを確認することができた。

Claims

普通ポルトランドセメント、膨張材、硝酸カルシウム及び亜硝酸カルシウムを含む促進剤、ポリカルボン酸系減水剤を含有する速硬コンクリートであって、
前記促進剤が、普通ポルトランドセメント及び膨張材を含む結合材１００質量部に対して、硝酸カルシウム及び亜硝酸カルシウムの固形分換算で０．７〜３．５質量部であることを特徴とする速硬コンクリート。
請求項１に記載の速硬コンクリートの製造方法であって、
（Ａ）普通ポルトランドセメント、膨張材、ポリカルボン酸系減水剤、骨材及び水が混練され、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、前記促進剤が添加され混練される工程とを具備することを特徴とする速硬コンクリートの製造方法。
さらに、（Ｃ）工程（Ｂ）の後、ポリカルボン酸系減水剤が添加され混練される工程を具備することを特徴とする請求項２に記載の速硬コンクリートの製造方法。