JP7117209B2 - 構造体の作製方法 - Google Patents
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Description
本実施形態では、本発明の実施形態の一つである構造体100について、図1(A)から図6(C)を用いて説明する。図1(A)、図1(B)、図5(A)、図5(B)は構造体100の模式的斜視図であり、図1(B)、図5(A)と図5(B)では、後述する第2のコンクリート104が除かれている。図2(A)、図3(A)、図6(A)は構造体100のxy平面に平行な断面の模式図である。図2(B)、図3(B)、図4(A)、図6(B)は構造体100のxz平面に平行な断面の模式図である。図2(C)、図3(C)、図4(B)、図6(C)は構造体100のyz平面に平行な断面の模式図である。なお、上述した平面を表すx軸、y軸、z軸は便宜的に定義されるものであり、これらの軸は、構造体100の形状と無関係に設定することができる。また、これらの軸と水平面との関係も任意である。
図1(A)から図2(C)に示すように、構造体100は、第1のコンクリート102、第2のコンクリート104、および複数の鉄筋106を基本的な構造として備える。第1のコンクリート102は第2のコンクリート104の内側に位置する。すなわち、第1のコンクリート102は第2のコンクリート104によって囲まれ、第2のコンクリート104は第1のコンクリート102の少なくとも一部を覆う。複数の鉄筋106は、その少なくとも一部が第2のコンクリート104に覆われる。第2のコンクリート104はかぶりコンクリートとも呼ばれる。
第1のコンクリート102、第2のコンクリート104、および第3のコンクリート110は、いずれもセメント水和物を含み、さらに、未水和のセメントや水酸化カルシウム、骨材、添加剤(混和剤とも呼ばれる)を含んでもよい。第1のコンクリート102は、炭酸カルシウムをさらに含む。また、第1のコンクリート102は、二酸化炭素を可逆的に吸着する多孔質材料をさらに含んでもよい。第2のコンクリート104や第3のコンクリート110は炭酸カルシウムを実質的に含まない、あるいは微量の炭酸カルシウムが含まれている場合でも、炭酸カルシウムは表面とその近傍に遍在し、内部の炭酸カルシウム濃度は、表面におけるそれと比較して低い。
セメント水和物は、原料であるセメントが水と反応(水和)することによって形成される。セメントの組成に制約はなく、例えばエーライトとも呼ばれる、主にケイ酸三カルシウム(3CaO・SiO2)を含む鉱物、ビーライトとも呼ばれる、主にケイ酸二カルシウム(2CaO・SiO2)を含む鉱物、アルミネート相を形成するアルミン酸三カルシウム(3CaO・Al2O3)を主に含む鉱物、およびフェライト相を形成するアルミン酸四カルシウム(4CaO・Al2O3・Fe2O3)を主に含む鉱物の少なくとも一つを含む。あるいはこれらの鉱物の複数種を含むセメントを用いてもよい。例えばポルトランドセメントを用いることができ、この場合、約55%の3CaO・SiO2と約20%の2CaO・SiO2が主成分となる。
後述するように、第1のコンクリート102は、セメントの水和時に二酸化炭素を添加することで形成され、炭酸カルシウムは、少なくとも一部はセメントの水和時に生成する水酸化カルシウムと二酸化炭素との反応によって生成する。炭酸カルシウムの濃度は、第1のコンクリート102において、水酸化カルシウムと炭酸カルシウムが共存するように調整してもよく、あるいは、水和によって生じる水酸化カルシウムの全てが二酸化炭素と反応し、水酸化カルシウムが存在しない、もしくは実質的に存在しないように調整してもよい。具体的には、第1のコンクリート102における炭酸カルシウムの重量は、第1のコンクリート102の重量に対し、0.1%以上50%以下、0.1%以上5%以下、0.1%以上2.5%以下、あるいは1%以上1.5%以下の範囲から選択される。あるいは、炭酸カルシウムの重量は、第1のコンクリート102における水和セメントと炭酸カルシウムの総重量に対し、0.2%以上10%以下、0.2%以上5%以下、あるいは1%以上3%の範囲から選択される。
骨材は、第1のコンクリート102や第2のコンクリート104、第3のコンクリート110に機械的・物理的強度を付与する、あるいはこれらのコンクリートの体積を増大させるために添加される。骨材としては砂や砂利、玉石(たまいし)、岩、砕石、砕砂などが例示される。第1のコンクリート102から第3のコンクリート110中における骨材の重量に制約はなく、それぞれのコンクリートの重量の10%以上90%以下、20%以上70%以下、あるいは25%以上60%以下の範囲から選択される。第1のコンクリート102から第3のコンクリート110のそれぞれにおける骨材の割合は互いに異なってもよい。例えば第1のコンクリート102における骨材の割合は、第2のコンクリート104と第3のコンクリート110のそれよりも大きくてもよい。また、第1のコンクリート102から第3のコンクリート110において、骨材の大きさは互いに異なってもよい。骨材の大きさは、その平均粒径によって見積もられる。
添加剤の種類や濃度にも制約はなく、例えば第1のコンクリート102から第3のコンクリート110をそれぞれ与えるレディーミクストコンクリートの凍結を防止するAE剤(気泡分散剤)や、レディーミクストコンクリートの流動性を増大する流動化剤、水中での施工を可能にするための増粘剤、レディーミクストコンクリートの硬化を促進するための急結剤などを使用することができる。
二酸化炭素を可逆的に吸着、脱離する多孔質材料としては、酸化ケイ素、酸化ジルコニウム、酸化アルミニウム、ケイ酸アルミニウム、ランタノイド金属の酸化物、または炭素を基本骨格とする材料が例示される。ランタノイド金属としては、例えばセリウムやランタン、イットリウムなどが挙げられる。第1のコンクリート102中における多孔質材料の重量に制約はなく、第1のコンクリート102において、1%以上30%以下、0.1%以上10%以下、1%以上10%以下、あるいは1%以上5%以下の範囲から選択される。
未水和のセメントが含まれる場合、その量は、第1のコンクリート102から第3のコンクリート110のそれぞれの重量に対して0%よりも大きく50%以下、0%よりも大きく10%以下、0%よりも大きく5%以下、あるいは0%よりも大きく3%以下となるように調整される。水和はセメントと水との化学反応であるため、未水和セメントの量は、水和時の水の量によって調整される。
複数の鉄筋106の各々は、鉄(0価の鉄)を主成分とする金属線、あるいは金属棒であり、第1のコンクリート102と接することなく、第1のコンクリート102から離隔される。複数の鉄筋106は、少なくとも一部は第2のコンクリート104内に位置し、第2のコンクリート104と接する。第1のコンクリート102と第2のコンクリート104の界面から鉄筋106までの最短距離は、この界面の法線方向において、1cm以上1m以下、5cm以上50cm以下、あるいは10cm以上30cm以下の範囲から選択することができる。
上述した例では、構造体100において第1のコンクリート102と第2のコンクリート104は互いに接するが、構造体100はさらに、第1のコンクリート102と第2のコンクリート104の間に、これらの少なくとも一部が互いに接する、あるいは混合されることを防ぐためのセパレータ108を有してもよい(図6(A)、図6(B)、図6(C))。セパレータ108は、第1のコンクリート102の全体を覆うように設けてもよく、あるいは第1のコンクリート102の一部(例えば第1のコンクリート102の上面)が第2のコンクリート104と接するように設けてもよい。セパレータ108としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリブテンなどのポリオレフィン樹脂、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレートなどのポリエステル樹脂、ナイロン6、ナイロン66などのポリアミド樹脂、アラミド樹脂、炭素繊維などから選択される繊維を含む不織布が例示される。不織布に替わって、もしくは不織布とともにセパレータ108として水を遮断する機能を有するシートを使用してもよい。この場合、セパレータ108はポリエチレン、エチレンと酢酸ビニルの共重合体などのビニルポリマーを含む。
本実施形態では、構造体100の作製方法を説明する。以下、一例として、第3のコンクリート110を含み、図5(A)に示す複数の鉄筋106の一部が第3のコンクリート110内に埋設される構造体100の作製方法を、図7(A)から図15を用いて説明する。図7(A)、図8(A)、図9(A)、図10(A)、図15(A)は構造体100のxy平面に平行な断面に相当し、図7(B)、図8(B)、図9(B)、図10(B)、図15(B)は構造体100のxz平面に平行な断面に相当する。第1実施形態述べた構成と同一、あるいは類似する構成については説明を割愛することがある。
まず、公知の方法を適用し、第3のコンクリート110上に複数の鉄筋106を組み立てる。具体的には、まず、セメントを攪拌する(空練)。この際、骨材を用いてもよく、この操作により、骨材とセメントが均一に混合される。次に、この混合物に水を加えて攪拌する(本練)。これにより、セメントの水和が開始される。必要に応じ、添加剤を加えて攪拌してもよい。以上の操作により、レディーミクストコンクリートが形成される(以下、第3のコンクリート110を形成するためのレディーミクストコンクリートを第3のレディーミクストコンクリートと記す)。この後、複数の鉄筋106の一部(例えば第1の鉄筋106a)を埋設するように、第3のレディーミクストコンクリートを設置(打設)し、硬化させる。これにより、複数の鉄筋106の一部が第3のコンクリート110上に固定される。その後、残りの鉄筋106を組み立て、構造体100の概略形状を形成する(図7(A)、図7(B))。第3のコンクリート110は第1のコンクリート102や第2のコンクリート104の基礎として機能する。
引き続き、第3のコンクリート110上に、複数の鉄筋106を囲む型枠112を設置する(図8(A)、図8(B))。型枠112は、木、鉄やアルミニウムなどの金属、プラスチックなどで形成される板を適宜組み合わせて設けることができる。型枠112の形成も公知の方法を適用して行うことができる。
引き続き、第1のコンクリート102と第2のコンクリート104を形成する。前者は、二酸化炭素が導入されたレディーミクストコンクリート(以下、第1のレディーミクストコンクリートと記す)102aを用いて形成される。すなわち、型枠112が囲む空間に対し、複数の鉄筋106から離隔するようにホース116を介して第1のレディーミクストコンクリート102aを注入し、硬化することで形成される。後者は、二酸化炭素を加えることなく形成されたレディーミクストコンクリート(以下、第2のレディーミクストコンクリートと記す)104aを用いて形成される。すなわち、同空間に対し、複数の鉄筋106と接するようにホース118を介して第2のレディーミクストコンクリート104aを注入し、硬化することで形成される(図10(A)、図10(B))。
引き続き、注入された第1のレディーミクストコンクリート102aを覆うように第2のレディーミクストコンクリート104aを注入する。具体的には、図15(A)、図15(B)に示すように、第1のコンクリート102を形成するために注入された第1のレディーミクストコンクリート102a、および第2のコンクリート104を形成するために注入された第2のレディーミクストコンクリート104a上に第2のレディーミクストコンクリート104aを設置する。この操作は、第1のレディーミクストコンクリート102aが硬化して第1のコンクリート102が形成されたのちに行ってもよく、第1のレディーミクストコンクリート102aが硬化する前に行ってもよい。図示しないが、この操作は、セパレータ108のすべて、あるいは一部(例えば第1のレディーミクストコンクリート102a、あるいは第2のレディーミクストコンクリート104aから露出した部分)を取り除いた後に行ってもよい。
第1のコンクリート102と第2のコンクリート104は、上述した方法とは異なる方法を用いて形成してもい。この方法を図16(A)から図17(B)を用いて説明する。図16(A)は構造体100のxy平面に平行な断面に相当し、図16(B)から図17(B)は構造体100のxz平面に平行な断面に相当する。第1、第2実施形態の構成と同一、あるいは類似する構成については説明を割愛することがある。
Claims (7)
- 複数の鉄筋を組み立てること、
前記複数の鉄筋を囲む型枠を形成すること、
前記型枠が囲む空間に対し、前記複数の鉄筋から離隔するように第1のレディーミクストコンクリートを注入すること、
前記第1のレディーミクストコンクリートを囲み、前記複数の鉄筋と接するように第2のレディーミクストコンクリートを前記空間に注入すること、および
前記第1のレディーミクストコンクリートと前記第2のレディーミクストコンクリートを硬化することを含み、
前記第1のレディーミクストコンクリートは、水、セメント、および二酸化炭素を混合することによって形成される、構造体を作製する方法。 - 前記第2のレディーミクストコンクリートは、二酸化炭素を加えることなく、水とセメントを混合することによって形成される、請求項1に記載の方法。
- 前記第2のレディーミクストコンクリートを前記第1のレディーミクストコンクリート上に設置することをさらに含む、請求項1に記載の方法。
- 複数の鉄筋を組み立てること、
前記複数の鉄筋を囲む型枠を形成すること、
前記型枠内にレディーミクストコンクリートを注入すること、および
注入された前記レディーミクストコンクリートの一部に対し、選択的に二酸化炭素を添加することを含み、
前記一部は前記複数の鉄筋から離隔する、構造体を作製する方法。 - 前記二酸化炭素の前記添加は、固体状の二酸化炭素を用いて行われる、請求項1または4に記載の方法。
- 前記レディーミクストコンクリートは、二酸化炭素を加えることなく、水とセメントを混合することによって形成される、請求項4に記載の方法。
- 前記二酸化炭素の前記添加を終了させた後、前記一部上に前記レディーミクストコンクリートを設置することをさらに含む、請求項4に記載の方法。
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