JP7187090B1

JP7187090B1 - コンクリート組成物

Info

Publication number: JP7187090B1
Application number: JP2022105368A
Authority: JP
Inventors: 卓哉横山
Original assignee: 株式会社キクノ
Priority date: 2022-06-30
Filing date: 2022-06-30
Publication date: 2022-12-12
Anticipated expiration: 2042-06-30
Also published as: JP2024005273A

Abstract

【課題】普通ポルトランドセメントの使用量を大幅に低減して二酸化炭素排出量を削減する一方で、高炉スラグ微粉末高含有高流動コンクリートとすることでコンクリート硬化体組織を緻密化し、水や酸素の浸透を抑制することができるコンクリート組成物、コンクリートの製造方法、及びプレキャストコンクリートを提供すること。【解決手段】本発明のコンクリート組成物は、結合材、水、細骨材、粗骨材、及び混和剤を含むコンクリート組成物であって、結合材として、１５～４５質量％の普通ポルトランドセメントと、５５～８５質量％の高炉スラグ微粉末とを含み、結合材に対する水の水粉体容積比を８０～１１０％、粗骨材の粗骨材絶対容積を３２０Ｌ／m３以下、空気量を２．０％以下としたことを特徴とする。【選択図】図１

Description

本発明は、高炉スラグ微粉末を含むコンクリート組成物、コンクリートの製造方法、及びプレキャストコンクリートに関する。

普通ポルトランドセメントを高炉スラグ微粉末に置換することで二酸化炭素排出量を削減できるが、置換する高炉スラグ微粉末の割合が大きくなると、コンクリート中のアルカリ性が低下し、鉄筋の不動態被膜が破壊されやすくなるため、水や酸素の浸透により鉄筋腐食が進行しやすい。
特許文献１では、早強ポルトランドセメントに対して、混和材として高炉スラグ微粉末が３５～６５重量％添加された結合材組成物を提案している。
特許文献２では、高炉スラグ微粉末を４５～７５質量％含有する高炉セメントを結合材中に７０質量％以上含有するコンクリート組成物を提案している。

特開２０１０－６６６２号公報特開２０１３－２０３６３５号公報

特許文献１や特許文献２のように、空気量を３．０～６．０％程度とすることで、ワーカビリティ及び耐凍害性が改善され、所要のコンシステンシーを得るための単位水量を減少させることができる。
しかし、圧縮強度は空気量の増加にほぼ反比例して低下する。一般には、同一水セメント比の場合は、空気量１％増加に対して材齢７日の圧縮強度は４～６％低下する。
また、プレキャストコンクリート製品に着目すると、コンクリート打込み時に巻き込んだ空気が脱泡できず、コンクリート表面に大きな気泡が多数発生する。プレキャストコンクリート製品のように同一規格で大量に生産される部材では、コンクリート表面の仕上がりが重要視され、強度・耐久性上問題がない場合でも表面気泡を施主や施工管理者が嫌う傾向にあり、商品価値の低下を招くことになる。

本発明は、普通ポルトランドセメントの使用量を大幅に低減して二酸化炭素排出量を削減する一方で、高炉スラグ微粉末高含有高流動コンクリートとすることでコンクリート硬化体組織を緻密化し、水や酸素の浸透を抑制することができるコンクリート組成物、コンクリートの製造方法、及びプレキャストコンクリートを提供することを目的とする。

請求項１記載の本発明のコンクリート組成物は、結合材、水、細骨材、粗骨材、及び混和剤を含むコンクリート組成物であって、前記結合材として、１５～３０質量％の普通ポルトランドセメントと、７０～８５質量％の高炉スラグ微粉末とを含み、前記粗骨材を石灰岩系砕石とし、前記混和剤として、特殊ポリエーテル系化合物と特殊界面活性剤を主成分とする高性能減水剤、ポリカルボン酸系化合物を主成分とする高性能減水剤、ポリカルボン酸コポリマーを主成分とする高性能減水剤、又はポリカルボン酸系化合物を主成分とする高性能減水剤を用い、前記結合材に対する前記水の水粉体容積比を８０～１１０％、前記水の単位水量を１５５～１７０ｋｇ／m^３、前記粗骨材の粗骨材絶対容積を３１０～３２０Ｌ／m^３、空気量を２．０％以下としたことを特徴とする。
請求項２記載の本発明のコンクリート組成物は、結合材、水、細骨材、粗骨材、及び混和剤を含むコンクリート組成物であって、前記結合材として、１５～３０質量％の普通ポルトランドセメントと、７０～８５質量％の高炉スラグ微粉末とを含み、前記粗骨材を砂岩系砕石とし、前記混和剤として、ポリカルボン酸エーテル系化合物を主成分とする高性能減水剤、又はＰＡＥ化合物を主成分とする高性能減水剤を用い、前記結合材に対する前記水の水粉体容積比を９０～１０５％、前記水の単位水量を１５５～１６５ｋｇ／m^３、前記粗骨材の粗骨材絶対容積を３１０～３２０Ｌ／m^３、空気量を２．０％以下としたことを特徴とする。
請求項３記載の本発明のコンクリート組成物は、結合材、水、細骨材、粗骨材、及び混和剤を含むコンクリート組成物であって、前記結合材として、１５～３０質量％の普通ポルトランドセメントと、７０～８５質量％の高炉スラグ微粉末とを含み、前記粗骨材を輝緑岩系砕石とし、前記混和剤として、ポリカルボン酸系化合物と特殊増粘剤を主成分とする高性能ＡＥ減水剤、又はポリカルボン酸コポリマーを主成分とする高性能減水剤を用い、前記結合材に対する前記水の水粉体容積比を８５～１０５％、前記水の単位水量を１５５～１７０ｋｇ／m^３、前記粗骨材の粗骨材絶対容積を３１０～３２０Ｌ／m^３、空気量を２．０％以下としたことを特徴とする。
請求項４記載の本発明は、請求項１に記載のコンクリート組成物において、前記粗骨材を２０～５ｍｍの大きさとしたことを特徴とする。
請求項５記載の本発明は、請求項１に記載のコンクリート組成物において、前記高炉スラグ微粉末には２質量％の石こうが含まれることを特徴とする。
請求項６記載の本発明のコンクリートの製造方法は、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載のコンクリート組成物を、混練りした後に蒸気養生又は気中養生して製造する
ことを特徴とする。
請求項７記載の本発明のプレキャストコンクリートは、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載のコンクリート組成物が、所定形状に硬化されて前記結合材として７０～８５質量％の前記高炉スラグ微粉末を含有することを特徴とする。

本発明によれば、普通ポルトランドセメントの使用量を大幅に低減して二酸化炭素排出量を削減する一方で、高炉スラグ微粉末高含有高流動コンクリートとすることでコンクリート硬化体組織を緻密化し、水や酸素の浸透を抑制することができる。

本発明の一実施例によるコンクリート組成物における粗骨材絶対容積と充填高さの関係を示すグラフ同コンクリート組成物の粗骨材別の５０ｃｍフロー到達時間とフロー停止時間の関係を示すグラフ同コンクリート組成物の水粉体容積比と５０ｃｍフロー到達時間及びスランプフロー値の関係を示すグラフ図３に示すデータ中、砂岩系砕石を粗骨材として用いたデータのグラフ図３に示すデータ中、石灰岩系砕石を粗骨材として用いたデータのグラフ図３に示すデータ中、輝緑岩系砕石を粗骨材として用いたデータのグラフ同コンクリート組成物のＢＦＳ置換率と水粉体容積比の関係を示すグラフ同コンクリート組成物のＢＦＳ置換率と圧縮強度との関係を示すグラフ同コンクリート組成物の養生方法（蒸気養生と気中養生）の違いによる圧縮強度を示すグラフ同コンクリート組成物のＣＯ_２排出量削減効果を示す表

本発明の第１の実施の形態によるコンクリート組成物は、結合材として、３０～４５質量％の普通ポルトランドセメントと、７０～８５質量％の高炉スラグ微粉末とを含み、粗骨材を石灰岩系砕石とし、混和剤として、特殊ポリエーテル系化合物と特殊界面活性剤を主成分とする高性能減水剤、ポリカルボン酸系化合物を主成分とする高性能減水剤、ポリカルボン酸コポリマーを主成分とする高性能減水剤、又はポリカルボン酸系化合物を主成分とする高性能減水剤を用い、結合材に対する水の水粉体容積比を８０～１１０％、水の単位水量を１５５～１７０ｋｇ／m^３、粗骨材の粗骨材絶対容積を３１０～３２０Ｌ／m^３、空気量を２．０％以下としたものである。本実施の形態によれば、普通ポルトランドセメントの使用量を大幅に低減でき、コンクリート硬化体組織を緻密化し、水や酸素の浸透を抑制することができる。また、石灰岩系砕石を粗骨材として用いる場合には、水粉体容積比が８０～１１０％の範囲において、５０ｃｍフロー到達時間及びスランプフローの流動性試験で目標とする品質を得ることができる。また、高炉スラグ微粉末を７０～８５質量％としても圧縮強度の大きな低下は見られず、実用に耐えうる圧縮強度を得られる。

本発明の第２の実施の形態によるコンクリート組成物は、結合材として、１５～３０質量％の普通ポルトランドセメントと、７０～８５質量％の高炉スラグ微粉末とを含み、粗骨材を砂岩系砕石とし、混和剤として、ポリカルボン酸エーテル系化合物を主成分とする高性能減水剤、又はＰＡＥ化合物を主成分とする高性能減水剤を用い、結合材に対する水の水粉体容積比を９０～１０５％、水の単位水量を１５５～１６５ｋｇ／m^３、粗骨材の粗骨材絶対容積を３１０～３２０Ｌ／m^３、空気量を２．０％以下としたものである。本実施の形態によれば、普通ポルトランドセメントの使用量を大幅に低減でき、コンクリート硬化体組織を緻密化し、水や酸素の浸透を抑制することができる。また、砂岩系砕石を粗骨材として用いる場合には、水粉体容積比が９０～１０５％の範囲において、５０ｃｍフロー到達時間及びスランプフローの流動性試験で目標とする品質を得ることができる。また、高炉スラグ微粉末を７０～８５質量％としても圧縮強度の大きな低下は見られず、実用に耐えうる圧縮強度を得られる。

本発明の第３の実施の形態によるコンクリート組成物は、結合材として、１５～３０質量％の普通ポルトランドセメントと、７０～８５質量％の高炉スラグ微粉末とを含み、粗骨材を輝緑岩系砕石とし、混和剤として、ポリカルボン酸系化合物と特殊増粘剤を主成分とする高性能ＡＥ減水剤、又はポリカルボン酸コポリマーを主成分とする高性能減水剤を用い、結合材に対する水の水粉体容積比を８５～１０５％、水の単位水量を１５５～１７０ｋｇ／m^３、粗骨材の粗骨材絶対容積を３１０～３２０Ｌ／m^３、空気量を２．０％以下としたものである。本実施の形態によれば、普通ポルトランドセメントの使用量を大幅に低減でき、コンクリート硬化体組織を緻密化し、水や酸素の浸透を抑制することができる。また、輝緑岩系砕石を粗骨材として用いる場合には、水粉体容積比が８５～１０５％の範囲において、５０ｃｍフロー到達時間及びスランプフローの流動性試験で目標とする品質を得ることができる。また、高炉スラグ微粉末を７０～８５質量％としても圧縮強度の大きな低下は見られず、実用に耐えうる圧縮強度を得られる。

本発明の第４の実施の形態は、第１の実施の形態によるコンクリート組成物において、粗骨材を２０～５ｍｍの大きさとしたものである。本実施の形態によれば、粗骨材の粒の大きさの範囲を２０～５ｍｍとすることで、目標とする流動性を得ることができる。

本発明の第５の実施の形態は、第１の実施の形態によるコンクリート組成物において、高炉スラグ微粉末には２質量％の石こうが含まれるものである。本実施の形態によれば、石こうを含むことで、経過時間に伴うスランプフロー値の低下が小さい。

本発明の第６の実施の形態によるコンクリートの製造方法は、第１から第５のいずれかの実施の形態によるコンクリート組成物を、混練りした後に蒸気養生又は気中養生して製造するものである。本実施の形態によれば、高炉スラグ微粉末を含むコンクリート組成物では圧縮強度発現に対する養生の影響が大きいため、蒸気養生又は気中養生によって圧縮強度を高めることができる。

本発明の第７の実施の形態によるプレキャストコンクリートは、第１から第５のいずれかの実施の形態によるコンクリート組成物が所定形状に硬化されて結合材として７０～８５質量％の高炉スラグ微粉末を含有するものである。本実施の形態によれば、表面気泡がなく表面の仕上がりがきれいなプレキャストコンクリートを得ることができる。

以下、本発明の一実施例について図面を参照しながら説明する。
本実施例によるコンクリート組成物は、結合材、水、細骨材、粗骨材、及び混和剤を含む。
結合材は、セメントと混和材であり、セメントには普通ポルトランドセメントを用い、混和材には高炉スラグ微粉末を用いている。
細骨材には石灰砕砂を用い、粗骨材には、砂岩系砕石、石灰岩系砕石、又は輝緑岩系砕石を用いている。
混和剤は、ポリカルボン酸エーテル系化合物、ＰＡＥ化合物、特殊ポリエーテル系化合物、ポリカルボン酸系化合物、ポリカルボン酸コポリマーなどを主成分とする高性能減水剤である。

図１は粗骨材絶対容積と充填高さとの関係を示すグラフである。
なお、図１に示すデータは、ＢＦＳ置換率（ＢＦＳ／（Ｃ＋ＢＦＳ））が７０％（ＢＦＳは高炉スラグ微粉末（ｋｇ／ｍ^３）、Ｃは普通ポルトランドセメント（ｋｇ／ｍ^３））、高炉スラグ微粉末には２質量％の石こうが含まれており、空気量は２．０％以下である。
また、Ｖｗ／Ｖｐは水粉体容積比を示している（Ｖｗは水容積、Ｖｐは粉体（Ｃ＋ＢＦＳ）容積）。
自己充填性に影響を及ぼす最も大きな要因は粗骨材量であり、粗骨材量が少ないと間隙を通過しやすく自己充填性は向上する。
一方で、粗骨材量が多いと間隙通過時における粗骨材同士の噛み合わせが顕著になり、自己充填性は低下する。また、粗骨材量が多い、つまり細骨材量が少ないと製品にした際の肌面が悪化する。
以上のことから、自己充填性を満足する最適粗骨材量を決定するために、水粉体容積比と砕石種類の違いによる影響を確認した。

図１（ａ）では、粗骨材絶対容積３１０、３２０、３３０Ｌ／ｍ^３の３水準について、単位水量一定の条件で水粉体容積比の影響を比較した。水粉体容積比が小さいとは単位結合材量が多く、また水粉体容積比が大きいとは単位結合材量が少ないことを意味する。
水粉体容積比の違いに関わらず、粗骨材絶対容積が大きくなるに伴い充填高さは小さくなり、間隙通過性及び自己充填性は低下した。
一方で、粗骨材絶対容積３２０Ｌ／ｍ^３までは目標とするＵ形充填高さ３００ｍｍを超えて充填したことから、粗骨材絶対容積は３２０Ｌ／ｍ^３以下にする必要がある。

図１（ｂ）では、砕石種類の影響を示している。
砂岩系砕石と石灰岩系砕石との２水準について、同様に粗骨材絶対容積の影響を比較した。
石灰岩系砕石の方が粗骨材絶対容積が大きい場合においても充填高さは大きく、間隙通過性及び自己充填性に優れることがわかる。
図１（ｂ）に示すように、砂岩系砕石より石灰岩系砕石の方が自己充填性には有利であるが、砂岩系砕石についても粗骨材絶対容積を小さく配合設計すれば、間隙通過性や自己充填性を満足することができる。

図２は粗骨材別の５０ｃｍフロー到達時間とフロー停止時間の関係を示すグラフである。
図２（ａ）は粗骨材として砂岩系砕石、図２（ｂ）は粗骨材として石灰岩系砕石、図２（ｃ）は粗骨材として輝緑岩系砕石を用いている。

ＢＦＳ／（Ｃ＋ＢＦＳ）は７０％、高炉スラグ微粉末には２質量％の石こうが含まれており、空気量は２．０％以下である。粗骨材には２０～５ｍｍの範囲の大きさの粒を用いている。
Ｄ－１はポリカルボン酸エーテル系化合物を主成分とする高性能減水剤、Ｄ－２はＰＡＥ化合物を主成分とする高性能減水剤、Ｅ－１は特殊ポリエーテル系化合物と特殊界面活性剤を主成分とする高性能減水剤、Ｆ－１はポリカルボン酸系化合物を主成分とする高性能減水剤、Ｇ－１はポリカルボン酸系化合物と特殊増粘剤を主成分とする高性能ＡＥ減水剤、Ｇ－２はポリカルボン酸コポリマーを主成分とする高性能減水剤である。
５０ｃｍフロー到達時間は流動性の、フロー停止時間は材料分離抵抗性の目安となる。
いずれの粗骨材を用いた場合でも、５０ｃｍフロー到達時間とフロー停止時間には正の相関があることが確認できる。
５０ｃｍフロー到達時間が短いとフロー停止時間も短く、５０ｃｍフロー到達時間が長いとフロー停止時間も長くなっており、５０ｃｍフロー停止時間で流動性と材料分離抵抗性を判断できることを意味する。

図３は水粉体容積比と５０ｃｍフロー到達時間及びスランプフロー値の関係を示すグラフである。
図３に示すデータでは、粗骨材としては、砂岩系砕石、石灰岩系砕石、及び輝緑岩系砕石をそれぞれ用い、２０～５ｍｍの範囲の大きさの粒を用いている。粗骨材絶対容積は３１０Ｌ／ｍ^３又は３２０Ｌ／ｍ^３としている。また、混和剤としては、ポリカルボン酸エーテル系化合物を主成分とする高性能減水剤、ＰＡＥ化合物を主成分とする高性能減水剤、特殊ポリエーテル系化合物と特殊界面活性剤を主成分とする高性能減水剤、ポリカルボン酸系化合物を主成分とする高性能減水剤、ポリカルボン酸系化合物と特殊増粘剤を主成分とする高性能ＡＥ減水剤、ポリカルボン酸コポリマーを主成分とする高性能減水剤を用いている。
ＢＦＳ／（Ｃ＋ＢＦＳ）は７０％、高炉スラグ微粉末には２質量％の石こうが含まれており、空気量は２．０％以下である。

水粉体容積比が大きくなる（単位結合材量が少なくなる）に従い、図３（ａ）に示すように、流動性と材料分離抵抗性を同時に満足するスランプフローは低下傾向にあり、図３（ｂ）に示すように、５０ｃｍフロー到達時間も同様の傾向が確認でき、水粉体容積比が大きくなると到達時間は短くなる。
流動性を高めるためには水粉体容積比を小さくすることが好ましいが、材料分離抵抗性は低下する。また、材料分離抵抗性を高めるためには水粉体容積比を大きくすることが好ましいが、流動性は低下する。
材料分離抵抗性及び流動性を同時に満たす水粉体容積比は８０～１１０％であり、水粉体容積比が８０～１１０％の範囲内で、単位水量や混和剤の種類を調整することで最適水粉体容積比とすることができる。

図４は図３に示すデータ中、砂岩系砕石を粗骨材として用いたデータのグラフであり、図４（ａ）では混和剤をポリカルボン酸エーテル系化合物を主成分とする高性能減水剤（Ｄ－１）、単位水量Ｗ（ｇ／m^３）を１５５ｋｇ／m^３、１６０ｋｇ／m^３、及び１６５ｋｇ／m^３としたデータ、図４（ｂ）では混和剤をＰＡＥ化合物を主成分とする高性能減水剤（Ｄ－２）、単位水量Ｗ（ｋｇ／m^３）を１６０ｋｇ／m^３及び１６５ｋｇ／m^３としたデータである。

図５は図３に示すデータ中、石灰岩系砕石を粗骨材として用いたデータのグラフであり、図５（ａ）では混和剤を特殊ポリエーテル系化合物と特殊界面活性剤を主成分とする高性能減水剤（Ｅ－１）、単位水量Ｗ（ｋｇ／m^３）を１６０ｋｇ／m^３、１６５ｋｇ／m^３、及び１７０ｋｇ／m^３としたデータ、図５（ｂ）では混和剤をポリカルボン酸系化合物を主成分とする高性能減水剤（Ｆ－１）、単位水量Ｗ（ｋｇ／m^３）を１５５ｋｇ／m^３、１６０ｋｇ／m^３、及び１６５ｋｇ／m^３としたデータ、図５（ｃ）では混和剤をポリカルボン酸コポリマーを主成分とする高性能減水剤（Ｇ－２）、単位水量Ｗ（ｋｇ／m^３）を１５５ｋｇ／m^３、１６０ｋｇ／m^３、及び１６５ｋｇ／m^３としたデータ、図５（ｄ）では混和剤をポリカルボン酸系化合物を主成分とする高性能減水剤（Ｆ－２）、単位水量Ｗ（ｋｇ／m^３）を１６０ｋｇ／m^３、１６５ｋｇ／m^３、及び１７０ｋｇ／m^３としたデータである。

図６は図３に示すデータ中、輝緑岩系砕石を粗骨材として用いたデータのグラフであり、図６（ａ）ではポリカルボン酸系化合物と特殊増粘剤を主成分とする高性能ＡＥ減水剤（Ｇ－１）、単位水量Ｗ（ｋｇ／m^３）を１５５ｋｇ／m^３、１６０ｋｇ／m^３、及び１６５ｋｇ／m^３としたデータ、図６（ｂ）では混和剤をポリカルボン酸コポリマーを主成分とする高性能減水剤（Ｇ－２）、単位水量Ｗ（ｋｇ／m^３）を１６０ｋｇ／m^３、１６５ｋｇ／m^３、及び１７０ｋｇ／m^３としたデータである。

図４から図６は、目標とするフレッシュコンクリートの性状（材料分離抵抗性や流動性）を満足する適正水粉体容積比の範囲を、粗骨材別で混和剤別に、単位水量のパラメータを変更して確認している。
データ条件として、目標フロー値７００ｍｍに対し±５０ｍｍの結果を抽出し、流動性と材料分離抵抗性を判断する指標は５０ｃｍフロー到達時間とした。
５０ｃｍフロー到達時間が短いと粘性は低く、材料分離しやすい。逆に５０ｃｍフロー到達時間が長いと粘性は高く、材料分離抵抗性は大きいが作業性に劣る。
図４に示す砂岩系砕石、及び図５に示す石灰岩系砕石は目標５０ｃｍフロー到達時間３～６秒、図６に示す輝緑岩系砕石については４～７秒としている。これは輝緑岩系砕石の密度が大きいため、モルタルの粘性が低いと骨材と一体となって流動せず、他の２岩種と異なり粘性を上げる必要があるためである。

図４から図６に示すように、いずれの粗骨材においても、単位水量の増加に伴い粘性は低下し、適正水粉体容積比の中心値は小さくなる。つまり、適度な流動性、材料分離抵抗性を有するために必要な単位結合材量が多くなることを意味する。
混和剤の成分は、大きく分けて、減水成分、増粘成分、保持成分に分かれる。その特徴の違いにより、適正水粉体容積比の中心値が上下することがわかる。
図５（ｄ）に示す石灰岩系砕石の混和剤Ｆ－２が最も水粉体容積比が大きい（単位結合材量が少ない）条件で流動性、材料分離抵抗性を満足し、図５（ａ）に示す石灰岩系砕石の混和剤Ｆ－１が最も水粉体容積比が小さい（単位結合材量が多い）
石灰岩系砕石は他の２つの岩種に比べ、粒形が良く良質な微粒分を多く含むため、適度な流動性、材料分離抵抗性を満足するための水粉体容積比は大きくなる（単位結合材量は少なくなる）のが一般的であるが、前述した混和剤Ｆ－１、Ｆ－２は両極の結果となる。

図４から図６に示すように、使用する混和剤の種別でも適正水粉体容積比の範囲は調整可能であり、単位水量の増減によっても調整できるが、図４に示すように、粗骨材を砂岩系砕石とした場合には、水粉体容積比が９０～１０５％の範囲で適度な流動性、材料分離抵抗性を有し、図５に示すように、粗骨材を石灰岩系砕石とした場合には、水粉体容積比が８０～１１０％の範囲で適度な流動性、材料分離抵抗性を有し、図６に示すように、粗骨材を輝緑岩系砕石とした場合には、水粉体容積比が８５～１０５％の範囲で適度な流動性、材料分離抵抗性を有する。

図７はＢＦＳ置換率と水粉体容積比の関係を示すグラフである。
図７（ａ）は、砂岩系砕石を粗骨材として用い、混和剤としてポリカルボン酸エーテル系化合物を主成分とする高性能減水剤（Ｄ－１）とＰＡＥ化合物を主成分とする高性能減水剤（Ｄ－２）を用い、図７（ｂ）は、石灰岩系砕石を粗骨材として用い、混和剤として特殊ポリエーテル系化合物と特殊界面活性剤を主成分とする高性能減水剤（Ｅ－１）とポリカルボン酸系化合物を主成分とする高性能減水剤（Ｆ－１）を用い、図７（ｃ）は、石灰岩系砕石を粗骨材として用い、混和剤としてポリカルボン酸系化合物を主成分とする高性能減水剤（Ｆ－２）とポリカルボン酸コポリマーを主成分とする高性能減水剤（Ｇ－２）を用い、図７（ｄ）は、輝緑岩系砕石を粗骨材として用い、混和剤としてポリカルボン酸系化合物と特殊増粘剤を主成分とする高性能ＡＥ減水剤（Ｇ－１）とポリカルボン酸コポリマーを主成分とする高性能減水剤（Ｇ－２）を用いている。高炉スラグ微粉末には２質量％の石こうが含まれており、空気量は２．０％以下である。粗骨材には２０～５ｍｍの範囲の大きさの粒を用いている。

目標とするフレッシュコンクリートの性状（材料分離抵抗性や流動性）を満足する配合条件の下で、すなわち、水粉体容積比が８０～１１０％の範囲において、ＢＦＳ置換率と単位結合材量の関係について確認した。
データ条件として、目標フロー値７００ｍｍに対し±５０ｍｍ、５０ｃｍフロー到達時間は３～７秒の範囲とした。
いずれの粗骨材の場合でも、ＢＦＳ置換率の増大に伴い、適切なフレッシュコンクリートの性状が得られる単位結合材量は減少している。
図７（ｂ）に示す石灰岩系砕石を使用した場合には、単位結合材量は最も多くなり、図７（ｃ）に示す石灰岩系砕石を使用した場合には、単位結合材量は少なくなっており、混和剤の特性が粘性の付与に影響している。
ＢＦＳ置換率を増大させるとモルタルの粘性が高くなり、流動性および材料分離抵抗性を満足するための粉体量は少なくなる。
図７に示すように、水粉体容積比が８０～１１０％の範囲であれば、ＢＦＳ置換率が５５％を超えても、更にはＢＦＳ置換率が７０～８５％の範囲でも、５０ｃｍフロー到達時間及びスランプフローの流動性試験で目標とする品質を得ることができる。

図８はＢＦＳ置換率と圧縮強度との関係を示すグラフである。
図８（ａ）は粗骨材として輝緑岩系砕石を用いた場合の材齢７日におけるＢＦＳ置換率と圧縮強度との関係を示し、図８（ｂ）はセメント水比と圧縮強度との関係を示している。図８（ｂ）において、△は粗骨材として砂岩系砕石を用い、〇は粗骨材として石灰岩系砕石を用い、×は粗骨材として輝緑岩系砕石を用いている。養生方法は気中養生とし、粗骨材として砂岩系砕石を用いた△は外気温が３５℃、粗骨材として石灰岩系砕石を用いた〇は外気温が１５℃、粗骨材として輝緑岩系砕石を用いた×は外気温が２５℃であった。

図８（ａ）に示すように、ＢＦＳ置換率の増大に伴い、圧縮強度は直線的に低下する。しかし、ＢＦＳ置換率７０～８５％における圧縮強度は４０Ｎ／ｍｍ^２程度となり、一般的なＰＣａ（プレキャスト鉄筋コンクリート）製品に適用可能であることが確認できた。
図８（ｂ）に示すように、セメント水比と圧縮強度の関係は、ひとつの直線近似式で表現することができる。この直線近似式を用いることにより、要求される強度を得るためのセメント水比を決定でき、その逆数である水セメント比を算出できる。
外気温の違いで強度発現は異なり、外気温が高い方が初期材齢における強度は高くなる。コンクリート温度は外気温に依存し、コンクリート温度が１０℃低いと若材齢における圧縮強度は約１０～２０％程度低下する。
粗骨材として砂岩系砕石を用いた場合（△）が粗骨材として石灰岩系砕石を用いた場合（〇）より圧縮強度が高いのは外気温の影響が大きいと考えられるが、粗骨材として砂岩系砕石を用いた場合（△）は粗骨材として輝緑岩系砕石を用いた場合（×）よりも圧縮強度は低くなっている。
このことから、粗骨材の種類は圧縮強度に影響を及ぼし、粗骨材として輝緑岩系砕石を用いた場合（×）には、粗骨材として砂岩系砕石を用いた場合（△）よりも圧縮強度が高くなる傾向がある。

図９は養生方法（蒸気養生と気中養生）の違いによる圧縮強度を示すグラフである。
図９（ａ）は粗骨材として砂岩系砕石を用いた場合の材齢７日における圧縮強度、図９（ｂ）は粗骨材として石灰岩系砕石を用いた場合の材齢７日における圧縮強度、図９（ｃ）は粗骨材として輝緑岩系砕石を用いた場合の材齢７日における圧縮強度を示している。

ＢＦＳ置換率は、５４．８～７２．６％の範囲で行っている。図中、σ１は材齢１日、σ７は材齢７日、σ１４は材齢１４日であることを示している。
粗骨材の違いに関わらず、材齢１日では蒸気養生を行った場合の方が圧縮強度は高くなっているが、材齢７日、１４日と材齢が伸びるに伴い、養生方法の違いによる強度発現に大きな差は見られず、同程度となっている。
ＰＣａ製品では、型枠の回転率向上や早期出荷を目的として蒸気養生を行うことが一般的であり、翌日脱型できるだけの強度確保を目的としている。
圧縮強度試験は、９～１０月に行っており、比較的外気温が低くない時期であるため、蒸気養生を行わず気中養生としたコンクリートについても強度の低下は少なかった。
蒸気養生を行う設備がない場合には、気中養生における材齢７日以降の強度確認を行えば推定可能と考えられる。そのためには、事前に蒸気養生と気中養生の強度発現性を比較する必要がある。
図に示すように、粗骨材の違いにより強度発現に差が生じており、砂岩系砕石を用いた場合の材齢１４日強度と、石灰岩系砕石又は輝緑岩系砕石を用いた場合の材齢７日強度とが同程度となっている。

図１０はＣＯ_２排出量削減効果を示す表である。
図１０（ａ）は粗骨材として砂岩系砕石を用いた場合、図１０（ｂ）は粗骨材として石灰岩系砕石を用いた場合、図１０（ｃ）は粗骨材として輝緑岩系砕石を用いた場合を示しており、図１０（ｄ）は、材料別のＣＯ_２排出原単位である。ＢＦＳ置換率は５５％と７０％で行っている。
比較例として、一般的な高流動コンクリート配合と、従来の高流動コンクリート配合を示している。
図１０（ａ）から図１０（ｃ）に示すように、一般的な高流動コンクリートに比べ、高炉スラグ微粉末をセメントの代わりに５５％置換した配合では、ＣＯ_２排出量を４０～４８％削減でき、７０％置換した配合では、ＣＯ_２排出量を６０～６４％削減できている。

本発明によれば、普通ポルトランドセメントの使用量を大幅に低減して二酸化炭素排出量を削減する一方で、コンクリート硬化体組織を緻密化し、水や酸素の浸透を抑制できる。

Claims

結合材、水、細骨材、粗骨材、及び混和剤を含むコンクリート組成物であって、
前記結合材として、１５～３０質量％の普通ポルトランドセメントと、７０～８５質量％の高炉スラグ微粉末とを含み、
前記粗骨材を石灰岩系砕石とし、
前記混和剤として、特殊ポリエーテル系化合物と特殊界面活性剤を主成分とする高性能減水剤、ポリカルボン酸系化合物を主成分とする高性能減水剤、ポリカルボン酸コポリマーを主成分とする高性能減水剤、又はポリカルボン酸系化合物を主成分とする高性能減水剤を用い、
前記結合材に対する前記水の水粉体容積比を８０～１１０％、前記水の単位水量を１５５～１７０ｋｇ／m^３、前記粗骨材の粗骨材絶対容積を３１０～３２０Ｌ／m^３、空気量を２．０％以下とした
ことを特徴とするコンクリート組成物。
結合材、水、細骨材、粗骨材、及び混和剤を含むコンクリート組成物であって、
前記結合材として、１５～３０質量％の普通ポルトランドセメントと、７０～８５質量％の高炉スラグ微粉末とを含み、
前記粗骨材を砂岩系砕石とし、
前記混和剤として、ポリカルボン酸エーテル系化合物を主成分とする高性能減水剤、又はＰＡＥ化合物を主成分とする高性能減水剤を用い、
前記結合材に対する前記水の水粉体容積比を９０～１０５％、前記水の単位水量を１５５～１６５ｋｇ／m^３、前記粗骨材の粗骨材絶対容積を３１０～３２０Ｌ／m^３、空気量を２．０％以下とした
ことを特徴とするコンクリート組成物。
結合材、水、細骨材、粗骨材、及び混和剤を含むコンクリート組成物であって、
前記結合材として、１５～３０質量％の普通ポルトランドセメントと、７０～８５質量％の高炉スラグ微粉末とを含み、
前記粗骨材を輝緑岩系砕石とし、
前記混和剤として、ポリカルボン酸系化合物と特殊増粘剤を主成分とする高性能ＡＥ減水剤、又はポリカルボン酸コポリマーを主成分とする高性能減水剤を用い、
前記結合材に対する前記水の水粉体容積比を８５～１０５％、前記水の単位水量を１５５～１７０ｋｇ／m^３、前記粗骨材の粗骨材絶対容積を３１０～３２０Ｌ／m^３、空気量を２．０％以下とした
ことを特徴とするコンクリート組成物。
前記粗骨材を２０～５ｍｍの大きさとした
ことを特徴とする請求項１に記載のコンクリート組成物。
前記高炉スラグ微粉末には２質量％の石こうが含まれる
ことを特徴とする請求項１に記載のコンクリート組成物。
請求項１から請求項５のいずれか１項に記載のコンクリート組成物を、混練りした後に蒸気養生又は気中養生して製造する
ことを特徴とするコンクリートの製造方法。
請求項１から請求項５のいずれか１項に記載のコンクリート組成物が、所定形状に硬化されて前記結合材として７０～８５質量％の前記高炉スラグ微粉末を含有する
ことを特徴とするプレキャストコンクリート。