JP7262896B2

JP7262896B2 - 混和材梱包体および混和材梱包体を用いた速硬コンクリートの製造方法

Info

Publication number: JP7262896B2
Application number: JP2019065207A
Authority: JP
Inventors: 則久立川; 孝仁小沼; 紳也佐竹
Original assignee: Taiheiyo Materials Corp
Current assignee: Taiheiyo Materials Corp
Priority date: 2019-03-29
Filing date: 2019-03-29
Publication date: 2023-04-24
Anticipated expiration: 2039-03-29
Also published as: JP2020163646A

Description

本発明は速硬コンクリートの製造方法に関する。

短時間で高い強度を発現する速硬コンクリートの製造方法として、従来、超速硬セメントを使用し、移動式ミキサー等専用の設備を使用して製造する方法が知られている。一方、経済性、汎用性の観点から、特殊設備を使用せずに、トラックアジテータに粉末状の速硬性セメント混和材を投入・混練する製造方法が提案されている（特許文献１、２等）。

このような速硬性セメント混和材を使用して速硬コンクリートを製造する場合、コンクリート１ｍ^３当たり１００～２００ｋｇと多量の速硬性セメント混和材を投入することになり、投入作業の負担が大きい。その解決手段の一つとして、特許文献２では高濃度粉体輸送機を使用した方法が提案されている。

特開２００７－４５６５４号公報特開２０１２－１３９８９７号公報

しかし、粉末状の混和材をトラックアジテータに投入する場合、投入口であるホッパには通常ベースコンクリートが付着していることから、粉末状混和材がホッパに付着し、さらに付着物等の水分と反応し固着してしまう虞がある。特に速硬性を有する混和材を投入する場合、混和材には水和活性の高い粉末が含まれているため、投入口には固着・固結物が生成してしまう。このような固着・固結物は以後の投入作業に支障を及ぼしたり、作業後の固着・固結物の除去に労力を要したりすることになることから、粉末状の混和材の投入方法が課題となっている。

本発明は、粉末状の速硬性混和材を用いる場合であっても、作業性の良好な速硬コンクリートを製造する方法を提供するものである。

すなわち、本発明は、次の〔１〕～〔２〕を提供するものである。
〔１〕カルシウムアルミネート類を主成分として含む速硬性混和材を水溶性紙中の繊維成分の含有量が９０％以上である水溶性紙袋に内包する混和材梱包体を、前記速硬性混和材を含まないベースコンクリート中のセメント１００質量部に対して前記速硬性混和材の添加量が２０～７０質量部となるよう、トラックアジテータのドラムの投入口から該ドラム内の前記ベースコンクリートに投入し、撹拌することを特徴とする速硬コンクリートの製造方法。
〔２〕前記速硬性混和材が、さらにセメント分散剤を含む〔１〕の速硬コンクリートの製造方法。

本発明によれば、トラックアジテータへの速硬性混和材の投入作業あるいは固着・固結物のハツリ作業の軽減が図れる。また、投入時の粉じんの発生もなく、作業環境も改善される。

トラックアジテータのホッパに付着した固結物の様子（洗浄後）混和材梱包体を使用した場合のトラックアジテータのホッパの様子（洗浄後）トラックアジテータの概略図

本発明の第１の態様は混和材梱包体である。この混和材梱包体は、カルシウムアルミネート類を主成分として含む速硬性混和材を水溶性紙袋に内包する。カルシウムアルミネート類はコンクリートに速硬性を付与する水和活性の高い成分である。なお、速硬性混和材は粉末状である。

前記速硬性混和材に含まれるカルシウムアルミネート類としては、ＣａＯをＣ、Ａｌ_２Ｏ_３をＡ、Ｎａ_２ＯをＮ、Ｆｅ_２Ｏ_３をＦで表示した場合、Ｃ_３Ａ，Ｃ_２Ａ，Ｃ_１２Ａ_７，Ｃ_５Ａ_３，ＣＡ，Ｃ_３Ａ_５又はＣＡ_２等と表示される鉱物組成を有するカルシウムアルミネート、Ｃ_２ＡＦ，Ｃ_４ＡＦ等と表示されるカルシウムアルミノフェライト、カルシウムアルミネートにハロゲンが固溶又は置換したＣ_３Ａ_３・ＣａＦ_２やＣ_１１Ａ７・ＣａＦ_２等と表示されるカルシウムフロロアルミネートを含むカルシウムハロアルミネート、Ｃ_８ＮＡ_３やＣ_３Ｎ_２Ａ_５等と表示されるカルシウムナトリウムアルミネート、カルシウムリチウムアルミネート、アウイン（３ＣａＯ・３Ａｌ_２Ｏ_３・ＣａＳＯ_４）等のカルシウムサルホアルミネート、アルミナセメント、並びにこれらにＳｉＯ_２，Ｋ_２Ｏ，Ｆｅ_２Ｏ_３，ＴｉＯ_２等が固溶又は化合したもの等が含まれる。カルシウムアルミネート類は一種であっても、二種以上であっても良い。また、結晶質であっても非晶質であっても良い。これらの中ではカルシウムアルミネートを主成分として含むものが好ましく、ＣＡ（ＣａＯ・３Ａｌ_２Ｏ_３）を主成分として含むものがより好ましい。

また、前記速硬性混和材には、この他にも、必要に応じて、他の化合物、成分を加えることができる。例えば、さらに安定した強度発現性の観点から硫酸ナトリウム、硫酸カリウム、硫酸カルシウム等の硫酸塩を含むことができる。速硬性混和材の添加量としては、ベースコンクリート中のセメント１００質量部に対して２０～７０質量部が好ましい。

前記速硬性混和材には、さらにセメント分散剤を含有することが好ましい。速硬性混和材がベースコンクリートに投入されると、コンクリートの流動性の低下する虞がある。流動性を確保する点から、セメント分散剤を含有することが有効である。セメント分散剤としては、セメント、コンクリートに使用される減水剤、ＡＥ減水剤、高性能減水剤、高性能ＡＥ減水剤、流動化剤等を用いることができ、その成分としては、ナフタレン系、ポリカルボン酸系、メラミン系等が挙げられる。これらの中では、本発明における速硬コンクリートの製造に際しては、流動性保持性等の点から、ポリカルボン酸系が好ましい。セメント分散剤は液状のものを速硬性混和材に噴霧して加えることもできるが、好ましくは粉末状である。セメント分散剤の配合量としては、速硬性混和材１００質量部に対して、０．０５～３質量部が好ましく、０．１～２質量％がより好ましい。

本発明の混和材梱包体には、この他にも、本発明の特長が損なわれない範囲で、各種添加材（剤）が配合されても良い。この種の添加材（剤）としては、発泡剤、起泡剤、防水剤、防錆剤、増粘剤、保水剤、顔料、撥水剤、白華防止剤、凝結遅延剤、各種繊維、セメント混和用ポリマー、シリカフューム等が挙げられる。

本発明で速硬性混和材が内包される梱包体は水溶性紙袋である。紙袋に使用される水溶性の紙（水溶紙）は、水中において短時間で溶ける（紙中の繊維が分散する）ものであれば特に限定されるものではなく、市販されている水溶紙を使用することができる。水中での分散時間としては５０秒以下が好ましく、４０秒以下がより好ましく、３０秒以下がさらに好ましい。また、ポルトランドセメントを使用したコンクリート混練物はアルカリ性を示すことから、特にアルカリ性を有する水溶液に対し可溶性の高いものが好ましい。さらに、本発明に使用される水溶紙は、内包される速硬性混和材の重量に耐えうるため十分な強度を有する必要があることから、水溶紙中の繊維（パルプ）成分の含有量としては９０％以上が好ましく、９５％以上がより好ましい。

前記混和材梱包体の寸法としては、トラックアジテータの投入口から円滑に投入できる点から、２０～４０ｃｍが好ましい。速硬性混和材の封入量としては、作業のしやすさの点から、５～２５ｋｇが好ましい。また、袋体の厚さは特に限定されるものではないが、梱包される速硬性混和材の重さに耐えうるものであって、水への溶解性に支障がない範囲で設定され、５０～２００μｍが好ましい。

本発明の第２の態様は、速硬コンクリートの製造方法である。特に、速硬性混和材が内包された混和材梱包体をトラックアジテータのドラムの投入口から投入し、撹拌することを特徴とする速硬コンクリートの製造方法である。ドラム内に投入された混和材梱包体は、ベースコンクリートと接触し、さらに撹拌されることによって、速やかに水溶性紙袋が溶解・分散し、内包されていた速硬性混和材がベースコンクリートと混合される。所定の時間撹拌され、均一な速硬コンクリートが製造される。以下、その工程を詳細に説明する。

まず、速硬性混和材を含まないベースコンクリートがコンクリート製造プラント等で製造される。ベースコンクリートは、少なくともセメントと水と骨材を含むものであればよいが、安定した品質が得られ易い観点から、ＪＩＳＡ５３０８「レディーミクストコンクリート」に準拠して製造されたレディーミクストコンクリートであることが好ましい。特に、ＪＩＳＡ５３０８についてＪＩＳ認証を受けたレディーミクストコンクリート製造工場でＪＩＳＡ５３０８に従って製造されたレディーミクストコンクリートであると、必要な強度、セメントの種類、コンシステンシー（スランプ又はスランプフロー値）、骨材の最大寸法等が指定されることで、必要な品質のベースコンクリートを容易に入手することができる。

ベースコンクリートに使用するセメントとしては、通常使用される各種ポルトランドセメント等が使用できる。例えば、普通、早強、超早強、低熱及び中庸熱等の各種ポルトランドセメント、ポルトランドセメントにフライアッシュ、高炉スラグ、石灰石微粉末等が混合された各種混合セメントが挙げられる。骨材は、通常コンクリートに用いられるものが使用できる。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。この他に、適宜、各種コンクリート用混和剤を使用することができる。この種の混和剤としては、例えばＡＥ剤、減水剤、ＡＥ減水剤、高性能減水剤、高性能ＡＥ減水剤、流動化剤、収縮低減剤等が挙げられる。

ベースコンクリートはトラックアジテータのホッパ（投入口）からドラム内に投入され、コンクリート施工現場に搬送される。この際、トラックアジテータのドラム内に投入されるベースコンクリートの量は該ドラムの内容積の１／１０～３／５であることが好ましい。本発明では、後から比較的多量の速硬性混和材を投入して、ドラム内でベースコンクリートと速硬性混和材を撹拌する。トラックアジテータのドラム内での撹拌は、一般的なコンクリートミキサーの混練とは異なり、混合能力は十分とは言えない。このため、ベースコンクリートの量を所定の範囲に設定することによって、トラックアジテータのドラムの撹拌によっても、ベースコンクリートと速硬性混和材の混合が十分になされ、速硬性混和材が均一混合された、良好な速硬コンクリートを得られることができる。

本発明における速硬コンクリートは、コンクリート施工現場において、トラックアジテータのドラム内のベースコンクリートにカルシウムアルミネート類を主成分として含む速硬性混和材が投入されるが、該速硬性混和材は水溶性紙袋に内包された混和材梱包体として投入される。梱包体としてドラム内に投入することで、速硬性混和材の粉末がドラムのホッパに付着することがなく、ホッパに固着・固結物を形成する虞がない。

速硬性混和材を投入後、トラックアジテータのドラムを回転させることによって、ベースコンクリートがドラム内で撹拌される。速硬性混和材を梱包している水溶紙は、コンクリート中の水分と接すると、速やかに溶解・分散が開始し、さらにドラムの回転によって、完全に溶解・分散する。水溶紙の溶解・分散とともに、内包されていた速硬性混和材がベースコンクリートと接触し、ドラムの回転によって、均一に撹拌される。最終的に速硬性混和材が均一に混合された速硬コンクリートが製造される。トラックアジテータのドラムは０．５～２０ｒ．ｐ．ｍ．（より好ましくは、５～１５ｒ．ｐ．ｍ．）で回転することが好ましい。

また、速硬性混和材と同時にあるいはその前後に凝結遅延剤がドラム内に投入され、速硬性混和材と一緒に撹拌されることが好ましい。凝結遅延剤の添加によって、所定の可使時間（３０～９０分）が確保される。また、速硬性混和材混練後の速硬コンクリートのコンシステンシーを、添加前のベースコンクリートのコンシステンシーとほぼ同じく、または高めることができる。凝結遅延剤は、液状のもの、粉体状のものいずれでも構わないが、液状のものが好ましい。凝結遅延剤が液状のものを好ましいとしたのは、遅延効果が速やかに得られるからである。このため、混和材梱包体に内包せず、別途ベースコンクリートに投入されることが好ましい。

このような凝結遅延剤としては、例えばクエン酸、グルコン酸、リンゴ酸、酒石酸などの有機酸、又はその塩、ホウ酸、ホウ酸ナトリウム等のホウ酸塩、リン酸塩、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、重炭酸ナトリウム、重炭酸カリウム等の無機塩、糖類などの群の中から選ばれる一種又は二種以上を含む液状（例えば、水溶液、エマルジョン、懸濁液の形態）のものが挙げられる。中でも、クエン酸、クエン酸塩、酒石酸、酒石酸塩、アルカリ金属炭酸塩の群の中から選ばれる一種又は二種以上を含む水溶液が用いられると、速硬コンクリートの可使時間が長く、かつ、初期の強度発現が高いことから好ましい。凝結遅延剤（固形分）の配合量は、速硬コンクリートの可使時間や初期強度発現性の観点から、適宜設定されるが、セメントと速硬性混和材の合量１００質量部に対して、０．０５～２．０質量部が好ましい。

本発明における速硬コンクリートには、上記以外の成分として、本発明の特長が損なわれない範囲で、各種添加材（剤）が併用されても良い。この種の添加材（剤）としては、発泡剤、起泡剤、防水剤、防錆剤、増粘剤、保水剤、顔料、撥水剤、白華防止剤、繊維、セメント混和用ポリマー、シリカフューム等が挙げられる。

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＞
（１）セメント：普通ポルトランドセメント（太平洋セメント社製、密度；３．１６ｇ／ｃｍ^３）
（２）速硬性混和材：カルシウムアルミネートを主成分とする粉末状急硬材
（３）凝結遅延剤：クエン酸系遅延剤
（４）細骨材：尻内町産砕砂（絶乾密度２．６０ｇ／ｃｍ^３）
（５）粗骨材：尻内町産砕石（絶乾密度２．６３ｇ／ｃｍ^３）
（６）水：水道水
（７）梱包体：水解離紙充填袋（共栄製袋社製）

＜速硬コンクリートの製造＞
まず、ベースコンクリートとして、ＪＩＳ生コン１ｍ^３がコンクリート製造プラントで製造された。ＪＩＳ生コンの配合を表１に示す。コンクリート施工現場まで、トラックアジテータで輸送された。現場到着後、ベースコンクリートのスランプ値（ＪＩＳＡ１１０１）及び空気量（ＪＩＳＡ１１２８）が測定された。
コンクリート打設現場で、凝結遅延剤２.５ｋｇ（セメントと速硬性混和材の合量１００質量部に対して０．５質量部）を水１０ｋｇに溶解しトラックアジテータのドラム内に投入撹拌された。その後、速硬性混和材２１.４ｋｇが水溶性紙袋に内包された混和材梱包体を、トラックアジテータのドラムの投入口から、７袋（合計１５０ｋｇ）投入し、撹拌された。撹拌混合後、ドラムから排出された速硬コンクリートのスランプ値及び空気量が測定された。さらに、その後の可使時間、材齢６時間及び１日の圧縮強度が測定された。

＜試験結果＞
試験結果を表２に示す。表２に示すとおり、良好な速硬コンクリートを製造することができた。

＜投入口の様子＞
速硬性混和材を粉末のまま投入して速硬コンクリートを製造した場合の、洗浄後のトラックアジテータのホッパ（投入口）の様子を図１に示す。速硬コンクリートの製造終了後にトラックアジテータを洗浄した後において、ホッパの表面には固結物が付着した状態となっていた。この固結物を除去するためハツリ作業を行ったが、固結物は強固に付着していた。一方、速硬性混和材を梱包した混和材梱包体を使用して速硬コンクリートを製造した場合、洗浄後のトラックアジテータのホッパに固結物の付着はほとんど認められず、速硬コンクリート製造前と同様にきれいな状態であった（図２）。

１トラックアジテータ
２ドラム
３ホッパ（投入口）
４シュート

Claims

カルシウムアルミネート類を主成分として含む速硬性混和材を水溶性紙中の繊維成分の含有量が９０％以上である水溶性紙袋に内包する混和材梱包体を、前記速硬性混和材を含まないベースコンクリート中のセメント１００質量部に対して前記速硬性混和材の添加量が２０～７０質量部となるよう、トラックアジテータのドラムの投入口から該ドラム内の前記ベースコンクリートに投入し、撹拌することを特徴とする速硬コンクリートの製造方法。
前記速硬性混和材が、さらにセメント分散剤を含む請求項１に記載の速硬コンクリートの製造方法。