JP6955939B2 - プレキャスト・コンクリート部材の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、高炉スラグ微粉末を含むプレキャスト・コンクリート部材の製造方法に関する。

ＰＣ構造物の長寿命化と環境負荷低減を目的として、混和材として高炉スラグ微粉末を加えたコンクリート（高炉スラグコンクリート）の実用化が図られている。高炉スラグ微粉末は、溶鉱炉で銑鉄と同時に生成する溶融状態の高炉スラグを水によって急冷し、乾燥、粉砕したものである。高炉スラグコンクリートは塩分浸透抵抗性が高く、かつ鋼材腐食発生限界塩化物イオン濃度が大きいため、融雪剤として塩化カルシウムを散布する地域のＰＣ道路橋の長寿命化などに適している。

高炉スラグコンクリートは、高炉スラグ微粉末が混入されていない一般的なコンクリートと比較して、その養生期間において必要な水和反応を行わせるために十分な保水量が必要であることが知られている。そのため、コンクリート打設後にコンクリート表面に継続的に散水することなどによって、必要な水分量を確保することが行われている（特許文献１参照）。

なお、本発明に関連したその他の先行技術として、補修用モルタルに人口軽量骨材砂を入れることによってコンクリートの内部養生効果を発現せしめ、硬化時の収縮を低減し、ひび割れの発生を抑制する技術（特許文献２参照）、粗骨材として廃瓦の細孔に水を含ませて、他の材料と混錬りし、高強度コンクリートを製造する技術がある（特許文献３参照）。

特開２０１４−１６２６７６号公報 特開２００８−１８４３５３号公報 特開２００８−２６６１３０号公報

混和材として高炉スラグ微粉末を加えたコンクリートを使用したプレキャスト・コンクリート部材を製造する際には、十分な保水量を確保した状態での養生（湿潤養生）が必要とされている。高炉スラグ微粉末を使用したプレキャスト・コンクリート製品では、圧縮強度発現、耐久性、ひび割れ抵抗性の確保のため、蒸気養生後の３日間の湿潤養生が行われることが普通である。

混和材として高炉スラグ微粉末を加えたコンクリートを使用したプレキャスト・コンクリート部材の湿潤養生は工場内に水槽を設け、そのなかに浸漬することによって行われることが普通である。したがって、設備費用が嵩み、製品の価格増につながる。また、工場内に水槽設置スペースが必要であるため、そのための敷地条件を満足する工場には限りがある。

さらに、冬季の湿潤養生では、水槽の水温管理が必要となり、そのためのボイラーなどの設備が必須となるため、設備費用がさらに嵩むという問題がある。

以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、外部から供給された水による湿潤養生を行って得られたものと同等の品質を有するプレキャスト・コンクリート部材を、外部から供給された水による湿潤養生を要することなく製造することのできるプレキャスト・コンクリート部材の製造方法を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明の一形態に係るプレキャスト・コンクリート部材の製造方法は、工場にて、早強ポルトランドセメントと、混和材としての高炉スラグ微粉末と、予め吸水させた多孔質骨材を含む細骨材を含むコンクリートを打設し、給温養生を行い脱枠後、外部から供給された水による湿潤養生を行うことなく気乾養生を行うことによって前記多孔質骨材から放出される水により内部から湿潤養生するプレキャスト・コンクリート部材の製造方法であって、前記細骨材における前記多孔質骨材の容積率が３０％である、としたものである。

本発明に係るプレキャスト・コンクリート部材の製造方法によれば、混和材として高炉スラグ微粉末を加え、予め吸水させた多孔質骨材を含む細骨材を含むコンクリートを打設し、給温養生を行い、脱枠後、外部から供給された水による湿潤養生を行うことなく気乾養生を行うことにより、気乾養生において多孔質骨材から放出される水によりコンクリートを内部から湿潤養生することによって、外部から供給された水による湿潤養生を行って得られたものと同等の品質を有するプレキャスト・コンクリート部材を製造することができる。

そして細骨材において多孔質骨材の容積率を３０％とすることで、外部から供給された水による湿潤養生を行って得られるコンクリートと比較して、収縮ひずみの点で同等で、圧縮強度およびヤング係数の点で同等以上のコンクリートを得ることができる。

本発明によれば、外部から供給された水による３日間湿潤養生を行って得られるものと同等の品質を有するプレキャスト・コンクリート部材を、その３日間湿潤養生を要することなく製造することができる。

本実施形態のプレキャスト・コンクリート部材の製造方法におけるコンクリート打設から養生までの流れを示す図である。 典型的な製造方法の流れを示す図である。 本実施形態のプレキャスト・コンクリート部材の製造方法によるコンクリートの自己養生の原理を説明するため図である。 各試験対象のコンクリート打設後７日間の収縮ひずみの試験結果を示すグラフである。 各試験対象のコンクリート打設後２８日目の圧縮強度の試験結果を示すグラフである。 自己養生材を用いた試験対象１の圧縮強度とヤング係数との関係を示すグラフである。 自己養生材を用いた試験対象２の圧縮強度とヤング係数との関係を示すグラフである。 自己養生材を用いた試験対象３の圧縮強度とヤング係数との関係を示すグラフである。

以下、本発明に係る実施形態を説明する。
本実施形態は、環境負荷低減、塩害、アルカリ骨材反応抑制などを目的として高炉スラグ微粉末を混入したプレキャスト・コンクリート部材の製造方法に関するものである。本実施形態は、特に設計基準強度５０Ｎ／ｍｍ^２のプレキャスト・コンクリート部材の製造において圧縮強度、耐久性、ひび割れ抵抗性の確保のために必要とされてきた外部から供給された水による３日間湿潤養生を省略することのできる製造方法である。

図１は本実施形態のプレキャスト・コンクリート部材の製造方法におけるコンクリート打設から養生までの流れを示す図である。比較のため、図２に典型的な製造方法の流れを示す。
本実施形態のプレキャスト・コンクリート部材の製造方法は、
Ａ．例えは早強ポルトランドセメントなどのセメントと、混和材としての高炉スラグ微粉末と、自己養生材として予め水を含ませた多孔質骨材を含む細骨材と、粗骨材と、水と、混和剤を混錬し、型枠に打ち込む工程Ａと、
Ｂ．高炉スラグコンクリートの打設後、給温養生を行う工程Ｂと、
Ｃ．給温養生および脱枠後、外部から供給された水による３日間湿潤養生（図２の工程Ｃ１）を行わずに気乾養生を行うことによって、多孔質骨材から放出される水により高炉スラグコンクリートを内部から湿潤養生する工程Ｃと、を有する。

本実施形態のプレキャスト・コンクリート部材の製造方法によれば、図３に示すように、気乾養生において多孔質骨材１１から放出される水Ｗにより高炉スラグ微粉末１３を含む高炉スラグコンクリート１２を内部から湿潤養生することによって、外部から供給された水による３日間湿潤養生を行って得られたものと同等の品質を有するプレキャスト・コンクリート部材を製造することができる。

これにより、プレキャスト・コンクリート部材工場内の湿潤養生水槽の設置、冬季製造におけるボイラーによる水温管理、脱枠後のコンクリート部材の水槽への移動などの作業が不要となり、製造コストの低減、製造効率の向上を図ることができる。

なお、細骨材には、自己養生材としての多孔質骨材１１の他、砂等の天然骨材を含むものが使用され、粗骨材は砂利や砕石等の天然骨材を含むものが使用される。自己養生材としての多孔質骨材１１には、吸水率が高く、吸水しても体積変化の少ない骨材が好ましい。例えば、日本メサライト工業社製のメサライト（登録商標）、太平洋セメント社製のアサノライト（登録商標）などの人工軽量骨材や、廃瓦細骨材などが挙げられる。メサライト（登録商標）、アサノライト（登録商標）などの人工軽量骨材については、工場出荷時にプレウェッティングし、廃瓦細骨材については７日間吸水させることによって、いずれも内部に貯水する内部養生水が飽和状態となったものが用いられる。

高炉スラグコンクリート材には、混和剤として減水剤、ＡＥ剤、高性能減水剤、高性能ＡＥ減水剤が混入されることが好ましい。

以下、本実施形態の製造方法により製造されたプレキャスト・コンクリート部材について、収縮ひずみ、圧縮強度、ヤング係数の試験を行った結果を示す。
プレキャスト・コンクリート部材の目標性状は以下の通りとした。
強度保証値の目標値＝６０Ｎ／ｍｍ^２（特性値５０Ｎ／ｍｍ^２）
プレストレス導入時の強度保証値の目標値＝４２Ｎ／ｍｍ^２（特性値３５Ｎ／ｍｍ^２）
スランプ＝１８±２．５ｃｍ
空気量＝６．０％

試験対象のプレキャスト・コンクリート部材として、以下の配合を有するものを準備した。
試験対象１．細骨材に混入する自己養生材としてメサライト（登録商標）を用いたもので、容積置換率（以下、単に「置換率」と呼ぶ。）を３０％、５０％、７０％とした３種類。
試験対象２．細骨材に混入する自己養生材としてアサノライト（登録商標）を用いたもので、置換率を３０％、５０％、７０％とした３種類。
試験対象３．細骨材に混入する自己養生材として廃瓦細骨材を用いたもので、置換率を３０％、５０％とした２種類。
比較のため、
試験対象４．細骨材に自己養生材を用いない基準配合のコンクリート材を給温養生後、３日間湿潤養生し、その後、気乾養生したもの。
試験対象５．細骨材に自己養生材を用いない基準配合のコンクリート材を給温養生後、気乾養生したもの。
についても試験した。

給温養生に関しては、温度２０℃で前養生を３時間、その後、３時間をかけて温度４５℃まで給温し、４時間保持し、さらに４時間かけて温度２０℃まで下げて、完了した。給温養生期間の湿度は９５％とした。気乾養生は、温度２０℃、湿度６０％の条件で実施した。

［収縮ひずみの試験結果］
図４は各試験対象のコンクリート打設後７日間の収縮ひずみの試験結果を示すグラフである。このグラフでは、収縮ひずみの膨張側をプラス（＋）、収縮側をマイナス（−）として表してある。また、このグラフでは、試験対象１、２、３のうち自己養生材としてメサライト（登録商標）を用いた置換率３０％、５０％、７０％の試験対象１の試験結果のみを示した。試験対象２および試験対象３の収縮ひずみの測定結果は試験対象１と同様である。

このグラフから明らかなように、自己養生材を用いない試験対象４、５において、湿潤養生を行った試験対象４では湿潤養生期間の収縮ひずみはごく僅かであったが、湿潤養生を行わない試験対象５では脱枠後から収縮ひずみが増大した。自己養生材を用いた試験対象１においては、置換率を７０％とした場合の収縮ひずみが最も小さく、置換率を３０％とした場合のコンクリート打設後７日目の収縮ひずみは、３日間湿潤養生を行った試験対象４と同等であった。

［圧縮強度の試験結果］
図５は各試験対象のコンクリート打設後２８日目の圧縮強度の試験結果を示すグラフである。
自己養生材を用いた試験対象１、２の圧縮強度はいずれも自己養生材を用いない試験対象４、５のそれよりも高いことが確認された。自己養生材を用いた試験対象１、２，３間では、試験対象１、試験対象２、試験対象３の順に高かった。自己養生材として廃瓦細骨材を用いた試験対象３の圧縮強度は、自己養生材を用いない３日間湿潤養生の試験対象４の同等であった。このため、圧縮強度の観点では、自己養生材としてはメサライト（登録商標）が最も優れることが考えられる。

［ヤング係数の試験結果］
図６Ａは試験対象１の圧縮強度とヤング係数との関係、図６Ｂは試験対象２の圧縮強度とヤング係数との関係、図６Ｃは試験対象３の圧縮強度とヤング係数との関係を示すグラフである。
試験対象１、試験対象２、試験対象３のいずれの場合も、置換率が高くなるに従いヤング係数は小さくなる傾向があった。また、試験対象１、試験対象２、試験対象３のいずれの場合も、置換率が３０％の場合のヤング係数は、自己養生材を用いない３日間湿潤養生の試験対象４と同等以上であったが、置換率が５０％、７０％の場合のヤング係数は、自己養生材を用いない３日間湿潤養生の試験対象４に比べ小さくなる傾向があった。

また、試験対象１、試験対象２、試験対象３のいずれの場合も、置換率が３０％の場合の圧縮強度とヤング係数との関係は、土木学会コンクリート標準示方書に記載されている圧縮強度とヤング係数との関係（標示式）と同等の値を示したが、置換率が５０％、７０％の場合の圧縮強度とヤング係数との関係は標示式に比べ小さくなる傾向があった。圧縮強度とヤング係数との関係の観点では、置換率を３０％以下とすることが望ましいと考えられる。

以上の試験から、自己養生材としてメサライト（登録商標）、アサノライト（登録商標）、廃瓦細骨材のいずれかを用いた場合であっても、置換率の選定次第で、３日間湿潤養生の試験対象４と同等以上の品質の高炉スラグコンクリートが得られることが確認された。さらに、圧縮強度の観点では、メサライト（登録商標）を採用することが望ましいことを確認できた。

所要の強度を満足する水結合比（Ｗ／Ｂ）は、算定試験の結果、メサライト（登録商標）の場合は３６％、アサノライト（登録商標）および廃瓦細骨材の場合には３４％であった。

１１…多孔質骨材
１２…高炉スラグコンクリート
１３…高炉スラグ微粉末

Claims (1)

1. 工場にて、早強ポルトランドセメントと、混和材としての高炉スラグ微粉末と、予め吸水させた多孔質骨材を含む細骨材を含むコンクリートを打設し、給温養生を行い、脱枠後、外部から供給された水による湿潤養生を行うことなく気乾養生を行うことによって前記多孔質骨材から放出される水により内部から湿潤養生するプレキャスト・コンクリート部材の製造方法であって、
   前記細骨材における前記多孔質骨材の容積率が３０％である
   プレキャスト・コンクリート部材の製造方法。

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