JP6980076B2 - 超低収縮コンクリート - Google Patents

Description

本発明は乾燥収縮性能に優れる超低収縮コンクリートに関する。

周知のようにコンクリートは硬化後に徐々に乾燥していく過程で乾燥収縮が生じることが不可避であり、その乾燥収縮率は一般的なコンクリートでは材齢６ヶ月において６×１０^−４〜１０×１０^−４（旧来の乾燥収縮ひずみとしての表記では６００×１０^−６〜１０００×１０^−６、あるいは６００μ〜１０００μ）程度である。

そのような乾燥収縮が生じる結果として硬化後のコンクリートにはひび割れが生じることがあるが、近年においてはコンクリート構造物に対して高度の耐久性やさらなる品質向上が厳しく要求されていることから、従前に比べて微細なひび割れについてもその発生を可及的に防止する必要があるとされ、そのためには乾燥収縮に起因するひび割れの発生を十分に抑制することが必要不可欠である。

そのため、たとえば非特許文献１に示されるように乾燥収縮を十分に低減させ得る超低収縮コンクリートの開発も進められている。
図２は非特許文献１に示される超低収縮コンクリートの概要を示すもので、（ａ）に示す材料を（ｂ）に示すような配合で混練することにより、（ｃ）に示すように材齢６ヶ月における乾燥収縮ひずみを２００×１０^−６〜５００×１０^−６程度とできることが開示されている。

稲垣ほか、「乾燥収縮２００μクラスの超低収縮コンクリートのひび割れ抑制効果に関する研究（その１．超低収縮コンクリートの基礎物性）」、日本建築学会大会学術講演梗概集（北陸）、２０１０年９月、p.９１７−９１８。

上記の非特許文献１に示される超低収縮コンクリートは、石灰岩を粗骨材として用いるとともに、混和材料として収縮低減剤と高性能ＡＥ減水剤および二水石膏を用いることが特徴的であり、一般的なコンクリートに比べて乾燥収縮性能に優れるものではあるが、いずれにしても乾燥収縮ひずみは２００μクラス（２００×１０^−６程度。現在の乾燥収縮率としての表記では２×１０^−４程度）が限界であるのでひび割れ抑制効果にも自ずと限界がある。

上記事情に鑑み、本発明は非特許文献１に示される超低収縮コンクリートに比べてさらに優れた乾燥収縮性能を有して、ひび割れ抑制効果をさらに向上させ得る有効適切な超低収縮コンクリートを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係る超低収縮コンクリートは、セメントと粗骨材と細骨材と水を主材として調製され、材齢６ヶ月における乾燥収縮率が１．５×１０^−４以下となる超低収縮コンクリートであって、前記粗骨材および前記細骨材の原料としていずれも石灰岩を用いるとともに、配合前の粘度が１０〜２００ｍＰａ・ｓ（２０℃）の混和材料を配合し、結合材水比を１．５４〜３．３３とし、前記混和材料の単位量を固形分で１０〜３０ｋｇ／ｍ^３とし、前記混和材料は、収縮低減剤および／または増粘剤からなることを特徴とする。

本発明では、粗骨材および細骨材の原料としていずれも石灰岩を用いるとともに、配合前の粘度が粘度が１０〜２００ｍＰａ・ｓ（２０℃）の混和材料を配合して結合材水比を１．５４〜２．８６とし、混和材料の単位量を固形分で１０〜３０ｋｇ／ｍ^３とし、混和材料は、収縮低減剤および／または増粘剤からなるため、フレッシュコンクリートの分離性を始めとしてコンクリート本来の性能を損なうことなく乾燥収縮性能が向上したものとなり、乾燥収縮率が１．５×１０^−４以下という従来にない優れた乾燥収縮性能を有する超低収縮コンクリートを実現することができる。

また、本発明に係る超低収縮コンクリートは、前記石灰岩の配合を９００〜１１００ｋｇ／ｍ^３としてもよい。

本発明では、粗骨材および細骨材の原料としていずれも石灰岩を用いて石灰岩の配合を９００〜１１００ｋｇ／ｍ^３とするとともに、粘度が１０〜２００ｍＰａ・ｓ（２０℃）混和材料を配合して結合材水比を１．５４〜３．３３とするため、乾燥収縮率が１．５×１０^−４以下という従来にない優れた乾燥収縮性能を有する超低収縮コンクリートを実現することができる。

本発明によれば、乾燥収縮率が１．５×１０^−４以下という従来にない優れた乾燥収縮性能を有する超低収縮コンクリートを実現することができる。

本発明の第１実施形態による超低収縮コンクリートを示すもので、使用材料、調合、乾燥収縮率試験結果を示す図である。 従来の超低収縮コンクリートの一例を示すもので、使用材料、調合、乾燥収縮率試験結果を示す図である。 本発明の第２実施形態による超低収縮コンクリートを示すもので、使用材料、調合を示す図である。 （ａ）、（ｂ）は混和材料の増粘剤量と粘度との関係を示す図である。 フレッシュコンクリートの塑性粘度試験の試験水準を示したものである。 （ａ）〜（ｃ）は乾燥収縮率試験の試験水準を示したものである。 結合材水比（Ｂ／Ｗ）とフレッシュコンクリートの塑性粘度との関係を示す図である。 水結合材比および単位水量の異なる試験体の乾燥収縮率試験結果を示す図である。 膨張材種類およびその量の異なる試験体の乾燥収縮率試験結果を示す図である。 収縮低減剤種類及びその量の異なる試験体の乾燥収縮率試験結果を示す図である。 膨張材の初期効果を考慮した場合と考慮しない場合の試験体の乾燥収縮率試験結果を示す図である。

図１に本発明の第１実施形態である超低収縮コンクリートの使用材料と調合およびその乾燥収縮特性を示す。
第１実施形態の超低収縮コンクリートは、通常のコンクリートと同様にセメントと粗骨材と細骨材と水を主材として調製されるものであるが、乾燥収縮率を１．５×１０^−４以下とするべく、（ａ）に示すように粗骨材および細骨材の原料としていずれも石灰岩を用いるとともに、２０℃における粘度が１０〜２００ｍＰａ・ｓ（２０℃）である混和材料を配合することを主眼とし、特にその混和材料として各種の収縮低減剤、なかでも特殊ポリオキシアルキレングリコールを主成分とする収縮低減剤を用いるものである。

粗骨材としての石灰岩はそれ自体が収縮し難い原料であることから、非特許文献１にも示されているように粗骨材として石灰岩を用いること自体は周知である。
また、石灰岩を粗骨材のみならず細骨材として用いることも従来より検討されていたのであるが、細骨材として単に石灰岩を用いることではフレッシュコンクリートとしての分離性が著しく低下してコンクリート本来の特性が損なわれてしまうことから現実的ではなく、そのため非特許文献１に示されているように粗骨材として石灰岩を使用する場合においても細骨材としては通常の山砂を用いることが従来一般的であった。

第１実施形態においては、非特許文献１に示される超低収縮コンクリートよりもさらに乾燥収縮率を低減させるために粗骨材のみならず細骨材としても石灰岩を用いることとし、かつその場合における分離性の低下を防止するべく上記のような特殊な混和材料を配合したものである。
すなわち第１実施形態による超低収縮コンクリートは、細骨材として石灰岩を用いることで乾燥収縮率を向上させる場合における分離性の低下を回避するべく、その細骨材としての石灰岩と、粘度１０〜２００ｍＰａ・ｓ（２０℃）の混和材料とを有機的に組み合わせて用いたものであり、それによりフレッシュコンクリートの粘性を適度に向上させて分離性を維持するようにしたものである。

上記構成に基づき、第１実施形態による超低収縮コンクリートは分離性を始めとしてコンクリート本来の性能を損なうことなく乾燥収縮性能が向上したものとなり、以て、乾燥収縮率が１．５×１０^−４以下（非特許文献１での表記に即せば１５０×１０^−６（１５０μ）以下）という従来にない優れた乾燥収縮性能を有する超低収縮コンクリートを本発明により初めて実現し得たものである。

なお、第１実施形態による超低収縮コンクリートを調製する際には、上記のように粗骨材および細骨材としていずれも石灰岩を用い、かつ粘度１０〜２００ｍＰａ・ｓ（２０℃）の混和材料を用いる限りにおいて具体的な使用材料や調合については任意であって、施工するべきコンクリートの用途や要求性能その他の諸条件を考慮してそのつど最適な配合設計を行えば良いが、一具体例を挙げればたとえば図１（ａ）に示す材料を用いて図１（ｂ）に示す調合とすることが好適である。

すなわち、セメントとしてはポルトランドセメントを用いることが好ましく、シリカセメントやフライアッシュセメント、高炉セメント等の非ポルトランドセメントは好ましくない。
また、ポルトランドセメントとしては普通セメントも採用可能ではあるが、特に水和熱を抑制し得る中庸熱セメントや低熱セメントを用いることが好ましく、なかでも中庸熱セメントは比較的低コストで十分な乾燥収縮率の改善効果が得られるので最適である。

粗骨材および細骨材としての石灰岩の純度が低い場合には改善効果がやや損なわれる場合もあるので、ＣａＯ（炭酸カルシウム）成分が少なくとも５０％以上、可能であれば５５％以上である高純度石灰岩を用いることが好ましい。

混和材料としては特殊ポリオキシアルキレングリコールを主成分とする収縮低減剤に限らず、粘度が１０〜２００ｍＰａ・ｓ（２０℃）のものであれば各種の収縮低減剤や増粘剤も含めて任意の混和材料を採用可能である。
さらに、各種の膨張材、特に石灰系またはエトリンガイト系または石灰‐エトリンガイト系の膨張材を併用することも好ましい。

調合については、図１（ｂ）に示すように、水結合材比（Ｗ／Ｂ）を３０〜６５％、単位水量を１７５ｋｇ／ｍ^３以下、単位粗骨材量を９００〜１１００ｋｇ／ｍ^３、混和材料の単位量を固形分で１０〜３０ｋｇ／ｍ^３、膨張材を用いる場合にはその単位量を１０〜３０ｋｇ／ｍ^３とすることが好ましい。

図１（ｃ）は上記の配合による本発明の超低収縮コンクリートに対する乾燥収縮試験結果を示すものであり、比較例として図２（ｃ）に示した非特許文献１における乾燥収縮試験結果の一部（最良の結果が得られている試料Ｎｏ.５５−２０およびＮｏ.４７−２０についての結果）を図１（ｃ）に転記して併せて示す。
図１（ｃ）に示されるように、非特許文献１に示される従来の２００μクラスの超低収縮コンクリートでは材齢６ヶ月における乾燥収縮率が最良の場合でも２×１０^−４（２００μ）を超えるものであるのに対し、本発明の超低収縮コンクリートでは１×１０^−４をやや超える程度であっていわば１００μクラスの優れた乾燥収縮性能を有するものであり、本発明により乾燥収縮率が１．５×１０^−４以下の超低収縮コンクリートを実現するという所期の目的を十分に達成し得ることが確認できた。

次に、図３乃至図１０に本発明の第２実施形態である超低収縮コンクリートの使用材料と調合およびその乾燥収縮特性を示す。
第２実施形態による超低収縮コンクリートは、第１実施形態の超低収縮コンクリートと同様に、セメントと粗骨材と細骨材と水を主材として調製され、乾燥収縮率を１．５×１０^−４以下とするべく、粗骨材および細骨材の原料としていずれも石灰岩を用いている。
そして、第１実施形態では、２０℃における粘度が５０〜２００ｍＰａ・ｓである混和材料を配合しているが、第２実施形態では、フレッシュコンクリートの塑性粘度が１０〜２００Ｐａ・ｓとなるように混和材料を配合している。
なお、第２実施形態では、混和材料以外の材料については第１実施形態と同様のものとし、混和材料以外の材料についての説明は省略する。

第２実施形態による超低収縮コンクリートを調製する際には、第１実施形態と同様に粗骨材および細骨材としていずれも石灰岩を用い、かつフレッシュコンクリートの塑性粘度が１０〜２００Ｐａ・ｓとなるように混和材料を配合する限りにおいて、具体的な使用材料や調合については任意であって、施工するべきコンクリートの用途や要求性能その他の諸条件を考慮してそのつど最適な配合設計を行えば良いが、一具体例を挙げればたとえば図３（ａ）に示す材料を用いて図３（ｂ）に示す調合とすることが好適である。

図３に示すように、混和材料としては、収縮低減剤および増粘剤が用いられている。
収縮低減剤としては、例えば、低級アルコールのアルキレンオキシド付加物や、低分子量エチレンオキサイドとプロピレンオキサイドとの共重合体、特殊ポリオキシアルキレングリコールなどを主成分とするものが挙げられる。
また、増粘剤としては、例えば粉体の水溶性セルロースエーテルや、アルキルアンモニウム塩、アルキルアリルスルフォン酸塩などが挙げられる。
なお、混和材料として使用される材料は、上記以外のものでもよい。

ここで、増粘剤は、混和材料として収縮低減剤のみを使用した際にフレッシュコンクリートの所望の粘度が得られない場合に、収縮低減剤と併せて使用し、フレッシュコンクリートの塑性粘度を１０〜２００Ｐａ・ｓとするために使用される。
そして、第２実施形態では、収縮低減剤のみ、または収縮低減剤および増粘剤を、混和材料として用いてフレッシュコンクリートの塑性粘度を１０〜２００Ｐａ・ｓとしている。

ここで、混和材料について、収縮低減剤への増粘剤の混入量とその粘度との関係について説明する。
混和材料の粘度は、Ｂ型粘度計を使用して測定した。なお、混和材料の粘度は、１０〜２００ｍＰａ・ｓ（２０℃）となることが好ましい。
図４（ａ）に示すように、混和材料の収縮低減剤が、低級アルコールのアルキレンオキシド付加物（固形分：１２ｋｇ／ｃоｎ・ｍ^３）である場合、増粘剤を使用すると、混入量に伴い粘度が比例的に増すことがわかる。
また、図４（ｂ）に示すように、混和材料の収縮低減剤が、低分子量エチレンオキサイドとの共重合体（固形分：１２ｋｇ／ｃоｎ・ｍ^３）である場合、増粘剤を使用すると、混入量に伴い粘度が比例的に増すことがわかる。

このように、混和材料は、収縮低減剤として低級アルコールのアルキレンオキシド付加物、または、低分子量エチレンオキサイドとプロピレンオキサイドとの共重合体を主成分とするものを用いる場合は、増粘剤（水溶性セルロースエーテル）を混入したものとし、収縮低減剤として、特殊ポリオキシアルキレングリコールを主成分とするものを用いる場合は、増粘剤を混入せずに収縮低減剤のみとすることが好ましい。
そして、コンクリートの調合において、収縮低減剤（固形分）混入量は、１０〜３０ｋｇ／ｍ^３とし、増粘剤の混入量は、０〜０．６ｋｇ／ｍ^３とする。

ここで、セメントペーストを調製する際に、セメントに増粘剤を投入して混合し、そのあとに水と収縮低減剤の混合液を投入して混合する従来の方法と比べて、セメントに水を投入して混合し、そのあとに収縮低減剤と増粘剤との混合液を投入して混合する方法のほうが、コンクリートの混練度がより高まり、短時間で均質なセメントペーストを調製することができることが確認できた。

図５および図６は、第２実施形態による超低収縮コンクリートに対する乾燥収縮試験の試験水準を示すものである。図５には、水準Ａとしてフレッシュコンクリートの塑性粘度を試験するための収縮低減剤の種類、水結合材比、および各種材料の単位量を示している。図６（ａ）には、水準Ｂとして乾燥収縮率（水結合材比および単位水量）、図６（ｂ）には、水準Ｃとして乾燥収縮率（膨張材種類および量）、図６（ｃ）には、水準Ｄとして乾燥収縮率（収縮低減剤種類および量）を試験するための水結合材比、および各種材料の単位量を示している。
なお、図５および図６における膨張材の（１）は石灰系、（３）は石灰‐エトリンガイト系の膨張材を示し、収縮低減剤の（１）は低級アルコールのアルキレンオキシド付加物を主成分とするもの、（２）は低分子量エチレンオキサイドとプロピレンオキサイドとの共重合体を主成分とするもの、（３）は特殊ポリオキシアルキレングリコールを主成分とするものを示す。
また、本実施形態では、材齢７日に乾燥を開始している。

図７より、結合材水比１．５４〜３．３３（水結合材比６５〜３０％）の範囲において、フレッシュコンクリートの塑性粘度が１０〜２００（Ｐａ・ｓ）となることが確認できた。特に、結合材水比１．５４〜２．８６（水結合材比６５〜３５％）の範囲において、フレッシュコンクリートの塑性粘度が１０〜２００（Ｐａ・ｓ）となることが確認できた。
そして、図８乃至１０より、水結合材比が６５〜３０％の試験体は、材齢６ヶ月における乾燥収縮率が、１．５×１０^−４以下となることが確認できた。特に、水結合材比が６５〜３５％（結合材水比１．５４〜２．８６）の試験体は、材齢６ヶ月における乾燥収縮率が、１．５×１０^−４以下となることが確認できた。
これにより、第２実施形態においても、材齢６ヶ月における乾燥収縮率が、１．５×１０^−４以下の超低収縮コンクリートを実現するという所期の目的を十分に達成し得ることが確認できた。

膨張材は、乾燥期間の前（材齢０日から７日）にその効果を発揮するため、乾燥期間（材齢７日以降）においてコンクリートの乾燥収縮に与える影響は軽微なことが知られている。
ただし、乾燥期間前の膨張材による効果は、乾燥収縮率で−１×１０^−４以上であるため、膨張材による効果を考慮すると、図１１に示すように、材齢６か月における乾燥収縮率が、０．５×１０^−４以下相当の超低収縮コンクリートを実現することができる。
また、フレッシュコンクリートの塑性粘度が１０〜２００（Ｐａ・ｓ）の範囲外の場合には、分離を起こすため、コンクリートとして成立せず、材齢６か月における乾燥収縮率は、１．５×１０^−４を超えることが分かった。

Claims (2)

1. セメントと粗骨材と細骨材と水を主材として調製され、材齢６ヶ月における乾燥収縮率が１．５×１０^−４以下となる超低収縮コンクリートであって、
   前記粗骨材および前記細骨材の原料としていずれも石灰岩を用いるとともに、配合前の粘度が１０〜２００ｍＰａ・ｓ（２０℃）の混和材料を配合し、結合材水比を１．５４〜３．３３とし、
   前記混和材料の単位量を固形分で１０〜３０ｋｇ／ｍ^３とし、
   前記混和材料は、収縮低減剤および／または増粘剤からなることを特徴とする超低収縮コンクリート。
2. 前記石灰岩の配合を９００〜１１００ｋｇ／ｍ^３とすることを特徴とする請求項１に記載の超低収縮コンクリート。

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