JP7437203B2

JP7437203B2 - モルタルコンクリート

Info

Publication number: JP7437203B2
Application number: JP2020054092A
Authority: JP
Inventors: 信哉赤江
Original assignee: Taiheiyo Materials Corp
Current assignee: Taiheiyo Materials Corp
Priority date: 2020-03-25
Filing date: 2020-03-25
Publication date: 2024-02-22
Anticipated expiration: 2040-03-25
Also published as: JP2021155230A

Description

本発明は、コンクリート組成物及びモルタルコンクリートに関する。

近年、建築構造物や土木構造物に対する超高層化、大規模化、高耐久性化等の要求が一層明確になっている。このような建築物を実現するために高強度モルタルの開発が行われている。このような高強度モルタルとして、例えば、特許文献１には、少なくとも、セメント、ポゾラン質微粉末、粒径３．５ｍｍ以下の細骨材、減水剤及び水を含む超高強度モルタルが開示されている。

各種構造物に用いられるコンクリートは、本来、耐久性や低収縮性に優れるものであるが、構造や使用環境によってその一部が劣化する場合がある。このような劣化は、コンクリートの強度低下等の原因となるため、劣化部を除去し、修復及び補強する必要がある。その際、劣化部の周囲を切削してしまい、コンクリートのかぶり厚さが不足するという問題があった。このような問題に対処する方法として、例えば、特許文献２は、既設コンクリート床版に上に樹脂材料を塗布した上から骨材を散布して付着を確保するための凹凸をつけ、セメント、急硬材、炭酸リチウム、凝結遅延剤、流動化剤、窒素ガス発泡物質及び増粘剤を含有するモルタルに対して、Ｐ軸短繊維を１～５％配合した急硬性の高靭性ＦＲＣ材料を流し込むように施工する道路床版の補修方法を提案している。

特開２００４－０４３２３４号公報特開２０１３－０９１９８２号公報

ところで、各種構造物において緊急の補修工事が多々あり、そのような工事では施工時間が限られている。この場合、補修材としては、材料の施工がしやすく、施工後に速やかに強度発現する材料が求められている。また、構造物の劣化部を除去した際に切削してしまった周辺部の補修は、劣化部と比べると補修部分の厚さが薄いものとなるため、薄層での施工が可能な材料であることも重要となる。通常のコンクリートは耐久性や低収縮性に優れているが、薄層での施工がしにくいといった問題がある。道路床版の補修方法では特許文献２に記載の方法が知られているが、一般的に、薄層での施工性と初期及び長期の強度発現性とを両立することは難しいという課題があった。

従って、本発明では、薄層での施工性がよく、初期及び長期の強度発現性に優れるコンクリート組成物及びモルタルコンクリートを提供することを目的とする。

本発明者は、上記課題について鋭意検討した結果、ポゾラン物質の含有量、骨材の粒度を調整することで、薄層での施工性と初期及び長期の強度発現性とを両立できることを見出した。

すなわち、本発明は、以下の［１］～［５］で示される。
［１］セメント、ポゾラン物質、粒径２．５ｍｍ未満の骨材Ａ及び粒径２．５ｍｍ以上１０ｍｍ以下の骨材Ｂを含み、ポゾラン物質の含有量が、セメント１００質量部に対し、３～３４質量部であり、骨材Ａ及び骨材Ｂの合計の含有量が、セメント１００質量部に対し、１１０～３９０質量部であり、骨材Ａ及び骨材Ｂの合計の含有量に対する骨材Ｂの含有量の質量比（［骨材Ｂの含有量（質量部）］／［骨材Ａ及び骨材Ｂの合計の含有量（質量部）］）が、０．０３～０．４４である、コンクリート組成物。
［２］骨材Ａの含有量が、セメント１００質量部に対し、１００～３４０質量部である、［１］に記載のコンクリート組成物。
［３］骨材Ｂの含有量が、セメント１００質量部に対し、１０～１４０質量部である、［１］又は［２］に記載のコンクリート組成物。
［４］膨張材を更に含む、［１］～［３］のいずれかに記載のコンクリート組成物。
［５］［１］～［４］のいずれかに記載のコンクリート組成物と水とを含み、水の含有量が、セメント１００質量部に対し、２５～４５質量部である、モルタルコンクリート。

本発明によれば、薄層での施工性がよく、初期及び長期の強度発現性に優れるコンクリート組成物及びモルタルコンクリートを提供することができる。

以下、本発明の一実施形態について詳細に説明する。

本実施形態のコンクリート組成物は、セメント、ポゾラン物質、粒径２．５ｍｍ未満の骨材Ａ及び粒径２．５ｍｍ以上１０ｍｍ以下の骨材Ｂを含む。

セメントは、種々のものを使用することができ、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、エコセメント、速硬性セメント等が挙げられる。セメントは、一種を単独で用いてもよく、二種以上を併せて用いてもよい。

セメントは、早期におけるより良好な強度発現性の観点から、速硬性セメントが好ましい。速硬性セメントは、カルシウムアルミネート類を有効成分として含有するものが好ましく、１１ＣａＯ・７Ａｌ_２Ｏ_３・ＣａＸ_２（Ｘはハロゲン原子を示す）又は３ＣａＯ・３Ａｌ_２Ｏ_３・ＣａＳＯ_４（アウイン）を有効成分として含有するものがより好ましい。１１ＣａＯ・７Ａｌ_２Ｏ_３・ＣａＸ_２は、いわゆるカルシウムアルミネートハロゲン化物系セメントである。ハロゲン原子は、フッ素原子が好ましい。また、アウインは、カルシウムサルホアルミネート系セメント（アウイン系セメント）とも称されるものである。これらは超速硬セメントと呼ばれるものであり、商品名ジェットセメント又はスーパージェットセメントとして市販されている。速硬性セメントは、アウイン系セメントが最も好ましい。

また、カルシウムアルミネート類としては、この他にもＣａＯをＣ、Ａｌ_２Ｏ_３をＡ、Ｆｅ_２Ｏ_３をＦで表示した場合、Ｃ_３Ａ、Ｃ_２Ａ、Ｃ１_２Ａ_７、Ｃ_５Ａ_３、ＣＡ、Ｃ_３Ａ_５、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、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結晶質又は非晶質のいずれであってもよいし、結晶質及び非晶質の混合体のようなものでもよい。これらのカルシウムアルミネート類と石膏等の無機塩類とを配合して調製された速硬性混和材を、ポルトランドセメントに添加したものも速硬性セメントとして用いることができる。

ポゾラン物質は、ＪＩＳＡ６２０１：２０１５に記載されている各種フライアッシュ、ＪＩＳＡ６２０７：２０１６に記載されているシリカフューム、スラグ粉末、非晶質アルミノシリケート等が挙げられる。ポゾラン物質は、長期の強度発現や施工性に優れるという観点から、シリカフューム、非晶質アルミノシリケートが好ましい。ポゾラン物質は、一種を単独で用いてもよく、二種以上を併せて用いてもよい。

ポゾラン物質の含有量は、セメント１００質量部に対し、３～３４質量部である。ポゾラン物質の含有量が上記範囲外であると、モルタルコンクリートとしたときの性状が優れず施工性が低下し、また長期の強度発現性が得られにくい。初期の強度発現性と長期の強度発現性とがより一層両立しやすいという観点から、ポゾラン物質の含有量は、セメント１００質量部に対し、５～３０質量部であることが好ましく、１０～２５質量部であることがより好ましい。

骨材は、粒径２．５ｍｍ未満の骨材Ａと粒径２．５ｍｍ以上１０ｍｍ以下の骨材Ｂとからなるものであれば、その種類は特に限定されるものではなく、例えば、川砂、珪砂、砕砂、寒水石、石灰石砂、スラグ骨材、豆砂利等が挙げられる。骨材は、これらの中でも珪砂、豆砂利が好ましい。骨材は、一種を単独で用いてもよく、二種以上を併せて用いてもよい。

骨材Ａの粗粒率は、２．０～３．５であることが好ましく、２．２～３．０であることがより好ましく、２．３～２．８であることが更に好ましい。骨材Ｂの粗粒率は、５．０～８．０であることが好ましく、５．５～７．０であることがより好ましく、５．８～６．５であることが更に好ましい。骨材Ａ及び骨材Ｂの粗粒率が上記範囲内であれば、薄層での施工性に優れ、圧縮強度も確保しやすい。なお、本明細書において、「粗粒率」とは、ＪＩＳＡ１１０２：２０１４「骨材のふるい分け試験方法」により規定されるものである。

骨材Ａの含有量は、セメント１００質量部に対し、１００～３４０質量部であることが好ましく、１５０～３３０質量部であることがより好ましく、１７０～３００質量部であることが更に好ましい。

骨材Ｂの含有量は、セメント１００質量部に対し、１０～１４０質量部であることが好ましく、１２～１２０質量部であることがより好ましく、１４～１００質量部であることが更に好ましい。

骨材Ａ及び骨材Ｂの合計の含有量は、セメント１００質量部に対し、１１０～３９０質量部である。骨材Ａ及び骨材Ｂの合計の含有量が上記範囲外であると、施工性や強度発現性が劣る。施工性及び強度発現性の両立がしやすいという観点から、骨材Ａ及び骨材Ｂの合計の含有量は、セメント１００質量部に対し、１５０～３８０質量部であることが好ましく、２００～３７０質量部であることがより好ましい。

骨材Ａ及び骨材Ｂの合計の含有量に対する骨材Ｂの含有量の質量比（［骨材Ｂの含有量（質量部）］／［骨材Ａ及び骨材Ｂの合計の含有量（質量部）］）は、０．０３～０．４４である。骨材Ａ及び骨材Ｂの合計の含有量に対する骨材Ｂの含有量の質量比が上記範囲外であると、施工性が劣る。施工性が一層優れたものとなるという観点から、骨材Ａ及び骨材Ｂの合計の含有量に対する骨材Ｂの含有量の質量比は、０．０４～０．３５であることが好ましく、０．０５～０．３であることがより好ましい。

本実施形態のコンクリート組成物は膨張材を含んでもよい。膨張材は、コンクリート用膨張材として一般に使用されているＪＩＳ適合の膨張材（ＪＩＳＡ６２０２：２００８）であれば、何れの膨張材でもかまわない。膨張材としては、例えば、遊離生石灰を主成分とする膨張材（生石灰系膨張材）、アウインを主成分とする膨張材（エトリンガイト系膨張材）、遊離生石灰とエトリンガイト生成物質の複合系膨張材が挙げられる。これらの中では、生石灰系膨張材が好ましい。膨張材は、一種を単独で用いてもよく、二種以上を併せて用いてもよい。膨張材はブレーン比表面積が２０００～６０００ｃｍ^２／ｇのものを使用することが好ましい。

膨張材の含有量は、セメント１００質量部に対し、０．１～１０質量部であることが好ましく、０．５～８質量部であることがより好ましく、１～５質量部であることが更に好ましい。膨張材の含有量が上記範囲内であれば、圧縮強度、寸法変化率等がより一層優れたものとなる。

本実施形態のコンクリート組成物は減水剤を含んでもよい。減水剤は、高性能減水剤、高性能ＡＥ減水剤、ＡＥ減水剤及び流動化剤を含む。このような減水剤としては、ＪＩＳＡ６２０４：２０１１「コンクリート用化学混和剤」に規定される減水剤が挙げられる。減水剤としては、例えば、ポリカルボン酸系減水剤、ナフタレンスルホン酸系減水剤、リグニンスルホン酸系減水剤、メラミン系減水剤、アクリル系減水剤が挙げられる。これらの中では、ナフタレンスルホン酸系減水剤が好ましい。減水剤は、一種を単独で用いてもよく、二種以上を併せて用いてもよい。

減水剤の含有量は、セメント１００質量部に対し、０．１～１０質量部であることが好ましく、０．３～５質量部であることがより好ましく、０．５～２．５質量部であることが更に好ましい。減水剤の含有量が上記範囲内であれば、モルタルコンクリートとした時により良好な流動性及びコテ性状が得られやすく、硬化時の強度発現性もより向上しやすい。

本実施形態のコンクリート組成物は凝結遅延剤を含んでもよい。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、酒石酸等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、アルカリ金属炭酸塩、アルカリ金属重炭酸塩等の無機塩；糖類が挙げられる。これらの中では、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が好ましい。凝結遅延剤は、粉体であってもよく、液状体（例えば、水溶液、エマルジョン、懸濁液の形態）であってもよい。凝結遅延剤は、一種を単独で用いてもよく、二種以上を併せて用いてもよい。

凝結遅延剤の含有量は、セメント１００質量部に対し、０．１～８質量部であることが好ましく、０．５～５質量部であることがより好ましく、０．８～３質量部であることが更に好ましい。凝結遅延剤の含有量が上記範囲内であれば、可使時間を更に確保しやすく、初期強度発現性が低下しにくい傾向にある。

本実施形態のコンクリート組成物には、本発明の効果が損なわれない範囲で各種混和剤（材）を配合してもよい。混和剤（材）としては、例えば、繊維、石膏類、セメント用ポリマー、発泡剤、消泡剤、防水剤、防錆剤、収縮低減剤、保水剤、顔料、撥水剤、白華防止剤、増粘剤、粉じん低減剤、強度増進剤、石粉、土鉱物粉末等が挙げられる。

本実施形態のコンクリート組成物を製造する方法は、特に限定されず、例えば、Ｖ型混合機や可傾式コンクリートミキサー等の重力式ミキサー、ヘンシェル式ミキサー、噴射型ミキサー、リボンミキサー、パドルミキサー等のミキサーにより混合することで製造することができる。

本実施形態のコンクリート組成物は、水と混合してモルタルコンクリートとすることができ、水の含有量は用途に応じて適宜調整すればよい。モルタルコンクリートにおいて、水の含有量は、セメント１００質量部に対し、２５～５０質量部であることが好ましく、３０～４５質量部であることがより好ましく、３３～４２質量部であることが更に好ましい。水の含有量が上記範囲内であれば、より施工性を確保しやすく、材料分離の発生、硬化体の収縮の増加及び初期強度発現性の低下を抑制しやすい。

本実施形態のモルタルコンクリートの調製は、通常のコンクリート組成物と同様の混練器具を使用することができ、特に限定されるものではない。混練器具としては、例えば、モルタルミキサー、グラウトミキサー、ハンドミキサー、傾胴ミキサー、二軸ミキサー等が挙げられる。

本実施形態のコンクリート組成物は、モルタルコンクリートとした時に薄層での施工性に優れており、また硬化時における初期及び長期の強度発現性に優れたものである。従って、本実施形態のコンクリート組成物及びモルタルコンクリートは、速やかな施工が求められる道路や鉄道等のコンクリート構造物の補修や道路の増厚においても好適に用いることができる。また、その施工方法は特に限定されず、凹部にコテで充填する方法、充填後にバイブレーター等で均した後にコテで仕上げる方法、補修箇所に吹付ける方法等が選択できる。

以下、実施例を挙げて本発明を詳細に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。なお、実験は全て２０℃で行った。

実施例で用いる材料は以下のとおりである。
セメント：速硬性セメント（略号Ｃ）
骨材：珪砂（最大粒径２．５ｍｍ未満、粗粒率２．４、略号Ｓ）
骨材：豆砂利（粒径２．５ｍｍ以上８ｍｍ以下、粗粒率５．９、略号Ｇ１）
骨材：砕石（粒径５ｍｍ以上２０ｍｍ以下、粗粒率６．６、略号Ｇ２）
ポゾラン物質：シリカフューム（ＢＥＴ比表面積１０．２ｍ^２／ｇ、略号ＳＦ）
膨張材：生石灰系膨張材
減水剤：ナフタレンスルホン酸系減水剤
凝結遅延剤：クエン酸塩

［コンクリート組成物の配合設計］
セメント１００質量部に対し、骨材及びポゾラン物質を表１に示す割合とし、膨張材を２質量部、減水剤を１質量部、凝結遅延剤を１質量部として配合設計した。

［モルタルコンクリートの作製］
２０℃環境下において、セメント１００質量部に対し、上水道水３６質量部を１０Ｌの円筒容器に添加し、表１で配合設計したコンクリート組成物の各材料を添加し、ハンドミキサーで６０秒混練してモルタルコンクリートを約３Ｌ作製した。

［評価方法］
各項目について、以下の方法で評価した。評価結果を表１に示す。
１）圧縮強度
土木学会基準ＪＳＣＥ－Ｇ５０５０－２０１０「円柱供試体を用いたモルタルまたはセメントペーストの圧縮強度試験方法（案）」に準じて、材齢３時間及び５６日における圧縮強度を測定した。供試体の寸法は、直径５０ｍｍ、高さ１００ｍｍとした。材齢５６日の供試体は翌日に脱型した後、材齢日まで水中で養生した。養生は常に２０℃の恒温槽内で行った。
２）施工性
ａ）軟度
ＪＩＳＲ５２０１：２０１５「セメントの物理試験方法」１２．フロー試験に準じて、２０℃環境下で測定した。１５打フロー値が１２０～１８０ｍｍとなる場合を良好（○）と評価し、それ以外は不良（×）と評価した。
ｂ）ダレ性
型枠（３０ｃｍ×３０ｃｍ×３ｃｍ）を勾配５％の状態に設置し、モルタルコンクリートを施工した後、コテで均し、モルタルコンクリートのダレ性状を目視観察した。ダレが生じたものを不良（×）と評価し、ダレが生じなかったものを良好（○）と評価した。
ｃ）コテ性状
型枠（３０ｃｍ×３０ｃｍ×３ｃｍ）にモルタルコンクリートを施工した後、コテで均し、モルタルコンクリートのコテ性状の評価を行った。モルタルコンクリートの施工からコテ均しの仕上げまで時間を要した場合を不良（×）と評価し、時間を要しなかった場合を良好（○）と評価した。
ｄ）薄層性
型枠（３０ｃｍ×３０ｃｍ×３ｃｍ）にモルタルコンクリートを施工した際、モルタルコンクリート厚さを２０ｍｍで施工できる場合を良好（○）と評価し、施工が困難な場合を不良（×）と評価した。

実施例のモルタルコンクリートは、薄層性も含めた施工性がよく、また材齢３時間及び５６日間における強度発現性も高かった。一方、比較例のモルタルコンクリートは、施工性が劣るうえに、強度発現性も劣るものであった。

Claims

セメント、ポゾラン物質、粒径２．５ｍｍ未満の骨材Ａ、粒径２．５ｍｍ以上１０ｍｍ以下の骨材Ｂ及び膨張材を含むコンクリート組成物と水とを含み、
前記ポゾラン物質の含有量が、前記セメント１００質量部に対し、３～３４質量部であり、
前記骨材Ａ及び前記骨材Ｂの合計の含有量が、前記セメント１００質量部に対し、１１０～３９０質量部であり、
前記骨材Ａ及び前記骨材Ｂの合計の含有量に対する前記骨材Ｂの含有量の質量比（［前記骨材Ｂの含有量（質量部）］／［前記骨材Ａ及び前記骨材Ｂの合計の含有量（質量部）］）が、０．０３～０．４４であり、
前記水の含有量が、前記セメント１００質量部に対し、２５～４５質量部である、モルタルコンクリート。
前記骨材Ａの含有量が、前記セメント１００質量部に対し、１００～３４０質量部である、請求項１に記載のモルタルコンクリート。
前記骨材Ｂの含有量が、前記セメント１００質量部に対し、１０～１４０質量部である、請求項１又は２に記載のモルタルコンクリート。
前記ポゾラン物質が、シリカフュームである、請求項１～３のいずれか一項に記載のモルタルコンクリート。