JPH04164849A

JPH04164849A - 高充填性コンクリート材料、該コンクリート材料を用いた鉄筋コンクリート構造物及び鋼コンクリート複合構造

Info

Publication number: JPH04164849A
Application number: JP2290690A
Authority: JP
Inventors: Hajime Okamura; 甫岡村; Kazumasa Ozawa; 小沢　一雅; Takeshi Komon; 武小門; Masato Miyake; 正人三宅; Toshiya Kawahara; 河原　俊哉
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1990-10-30
Filing date: 1990-10-30
Publication date: 1992-06-10
Anticipated expiration: 2015-01-11
Also published as: JP2997893B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は、現場打設コンクリート、コンクリート２衣装
品等に用いられる高充填性コンクリート材料、及び該高
充填性コンクリート材料を用いた鉄筋コンクリート構造
物及び鋼コンクリート複合部材に関するものである。

〔従来の技術〕

鉄筋が密に配筋されている箇所にコンクリートを打設す
る場合や、コンクリート充填鋼管構造、二重鋼殻函体構
造、ハイブリッド壁体構造等、閉鎖断面の鋼コンクリー
ト複合構造におけるコンクリートの充填においては、コ
ンクリートをいかに隅々まで充填できるかが一つのポイ
ントとなる。

しかし、従来の一般的なセメント材料を用いた施工にお
いて、水セメント比を上げることは、強度その他、コン
クリートの品質を低下させることになり、材料分離、ブ
リージング等の問題も生しる。

また、例えば機器の据え付けに使用されるグラウトコン
クリートについては、単位水量を増やしたり、高性能の
減水剤、流動化剤を使用して流動性を向上させているが
、材料分離が生しやすくなり、型枠内で粗骨材のブロッ
キングによるコンクリートの閉塞が生し、充填性が確保
できない。これに対し、セメント量を増やすことにより
、材料分離抵抗性を向上させ、充填性を確保することが
行われているが、セメント量が増えることにより、水和
熱による温度ひび割れが生じやすくなるという問題があ
る。

一方、一般の構造物や非常に密な配筋を有する鉄筋コン
クリート構造物を対象とした流動性及び材料分離抵抗性
に優れたコンクリートについての研究が行われており、
例えば以下の文献がある。

■　手沢−雅、前用宏−１岡村甫：ハイパーフォーマン
スコンクリートの開発、コンクリート工学年次論文報告
集、日本コンクリート工学協会、ＶＯｌ、１１．　ＮＱ
　１　、１９８９年■　新藤竹文、松岡康訓、坂本淳、
ソムヌックタングテルム　シリクル：締固め不要コンク
リートのフレッシュな状態における性状、土木学会第４
５回年次学術講演会、平成２年９月上記■の文献にはフ
レッシュコンクリートの状態において、締固めが不要な
程度に変形性及び材料分離抵抗性に優れ、かつ打設直後
および硬化後における種々の課題を解決した高品質のコ
ンクリートとしてのハイパーフォーマンスコンクリート
が定義され、そのモデルとして粉末度の細かい高炉スラ
グ微粉末（プレーン値５．６８０ｃ＋ｌｌ／　ｇ　）　
、７ライアツシユ及び膨張材を使用し、高性能ＡＥＫ水
剖と少量の増粘剤を併用したものが開示されている。

また、上記■の文献には増粘剤として発酵技術により製
造されるバイオポリマーを用いた締固め不要コンクリー
トに関する研究が記載されているにの■の文献器こおい
て検討されたコンクリートは結合材として普通ポルトラ
ンドセメント、高炉スラグ（プレーン値４．２７０ｃｄ
／　ｇ　）及びフライアッシュを、それぞれ３０％、３
０％、４０％の割合で混合し、混和剤として上述のバイ
オポリマーと高性能減水剤を用いたもので、単位水量及
びバイオポリマーの量を調整することにより、締固めが
不要な程度に流動性及び材料分離抵抗性に優れたコンク
リートが得られることが報告されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

上述のようにグラウトコンクリートにおいて行われてい
る、材料分離抵抗性、充填性を改善するためのセメント
（結合材）量の増加は水和熱の発生による温度ひび割れ
の問題があり、これをそのまま一般の鉄筋コンクリート
構造物や、鯛コンクリート複合構造に適用することはで
きない。

本発明は上述の■、■の文献に記載されたコンクリート
において、結合材の種類や、フライアンシュ等の混和材
（■においてはフライアッシュを結合材として用いてい
る）、減水剤、増粘剤等の混和剤の種類、量を規定する
ことにより、締固め不要なコンクリートを実現している
のに対し、同様な考え方から、結合材としてセメントと
プレーン比表面積が５．０００〜１０，０００ｃ４　／
　ｇといった粉末度の非常に細かい高炉スラグ微粉末を
組み合わせるとともに、減水作用を与えるための界面活
性剤を用い、フライアッシュ等の混和材、及び特殊な増
粘剤等を用いることなく、低コストで配合設計の容易な
締固め不要コンクリートを提供することを目的としたも
のである。

（課題を解決するための手段〕本発明の高充填性コンクリート材料は、セメントと、プ
レーン比表面積が５．０００〜１０．ＯＯＭ／　ｇとい
う粉末度の非常に細かい高炉スラグ微粉末を混合したも
のを結合材として用いるものである。

高炉スラグ微粉末の置換率、すなわち結合材中に占める
高炉スラグ微粉末の重量比は４５〜９０％とし、これに
所要量の水及び界面活性剤を加えることにより、フレッ
シュな状態における所要の流動性および材料分離抵抗性
を確保し、充填時の締固めを不要とすることができる。

なお、ここでいう高充填性コンクリート材料りは粗骨材
を有しないモルタルや、細骨材、粗骨材を有しないセメ
ントペースト等も含む。

本発明の高充填性コンクリート材料がコンクリートの調
合に用いられる場合には、所要量の細骨材及び粗骨材が
混入され、氷結合材比（セメント及び水砕スラグに対す
る水の重量比）は２５〜４０％とする。

本発明で用いる高炉スラグ微粉末は、通常の高炉セメン
トに混入されている高炉スラグのプレーン比表面積が３
，０００〜４．０００ｄ／　ｇであるのに対し、プレー
ン比表面積を５，０００〜１０，０ＯＯｃｄ　／　ｇと
したもので、高炉スラグを粉砕機で粉砕した後、分級機
で分級する等して得られる。

高炉スラグ微粉末と混合されるセメントとしては、市販
の普通ポルトランドセメント、早強ポルトランドセメン
ト、フライアッシュセメント、高炉セメント、その他の
セメントが用いられる。

高炉スラグ微粉末のプレーン比表面積を５，０００〜１
０．０００ｄ／　ｇとしたのは、市販のセメント材料に
比ベコスト的に不利とならない範囲で、粘性の向上によ
る材料分離抵抗性と所要の流動性がともに確保できる範
囲を規定したもので、５，０００ｄ／ｇよりも低いと流
動性および材料分離抵抗性に関する効果が不十分であり
、１０，０００ｃｄ　／　ｇよりも高いと主として材料
コストが高くつくことによる。

高炉スラグ微粉末の置換率を４５〜９０％としたのは、
４５％よりも低いと粉末度の細かい高炉スラグを用いた
ことによる材料分離抵抗性に関する効果が不十分であり
、９０％よりも高いと効果の差が少ないことによる。

本発明でいう界面活性剤は高性能減水副、高性能ＡＥ減
水剤、ＡＥ減水剤、減水剤等、結合材の水和反応に必要
とする水量及び氷結合材比を低減させるために用いられ
る混和剤であり、配合設計における混入量はその種類に
よっても異なる。

また、氷結合材比を２５〜４０％としたのは、所要の流
動性が確保でき、かつ水量の増加によるコンクリートの
品質に対する悪影響が少ない範囲を規定したものである
。

本発明の高充填性コンクリート材料は上述のように、材
料分離抵抗性および流動性を大幅に改善したものであり
、鉄筋を配筋した型枠内に充填する“ことにより、締固
めを行うことなく、型枠の隅々まで行きわたらせること
ができ、その硬化により高品質の鉄筋コンクリート構造
物を構築することができる。特に、鉄筋が非常に密に配
筋される構造においてその効果が大きい。

また、同様にコンクリート充填鋼管構造、二重鋼殻函体
構造、ハイブリッド壁体構造等、閉鎖断面の鋼コンクリ
ート複合構造におけるコンクリートの充填にも適し、特
にコンクリート充填鋼管構造に関しては、高品質のコン
クリートを鋼管柱の柱脚部から高圧で圧入し、多層階に
わたるコンクリート充填鋼管柱を一気に施工することが
できる。

［作　用］本発明においては、プレーン比表面積がｓ、ｏｏ。

〜１０，０００ｃｊ　／　ｇの高炉スラグ微粉末を用い
たことで、単位量当りの結合材量を増すことなく、また
増粘剤やフライアッシュ等の混和材を用いることなく、
締固め不要コンクリートに要求される材料分離抵抗性と
流動性が確保される。

第２図は流動性及び粘性に関する結合材種類の影響を調
べたもので、横軸に流動性を表すモルタルのスランプフ
ロー値（１）、縦軸に粘性を表すＰロート流下時間（秒
）をとっている。

グラフ中の曲線と結合材種類の対応関係は、以下の通り
である。

ロ：普通ポルトランドセメント ○ニプレーン比表面積が３．８００ｃｊ　／　ｇの高炉
スラグ微粉末（置換率７０％）・ニプレーン比表面積が６，０ＯＯｄ／ｇの高炉スラグ
微粉末（置換率７０％） △ニプレーン比表面積が８，０００ｃ４／ｇの高炉スラ
グ微粉末（Ｎ換率７０％）ム：プレーン比表面積が２，８００ｃｍ２／ｇのフライ
アシュ（置換率１５％）ただし、置換率は結合材中に占める重量比とする。

図から分るように、それぞれの結合材については、流動
性が大きくなるほど粘性が小さくなり、それだけ材料分
離が生じやすいと考えられる。また、通常の高炉セメン
ト０種に相当するプレーン比表面積が３，８００ｃｊ／
ｇの高炉スラグ微粉末を混入したものでは、普通ポルト
ランドセメントの場合に比べ曲線が下側にきており、同
じ流動性を示すものについては、高炉スラグ微粉末を混
入したものの方が粘性が低く、材料分離が生じやすい。

すなわち、充填性に関し、普通ポルトランドセメントの
場合より不利となる。これに対し、プレーン比表面積６
，０ＯＯＣ４／ｇと粉末度の大きい高炉スラグ微粉末を
用いると、普通ポルトランドセメントの場合に比べ、曲
線が上側にきており、同じ流動性を示すものについて、
材料分離抵抗性が大きくなる。さらに、置換率をそのま
まで、プレーン比表面積を８，０００ｃｄ／ｇとすると
さらに流動性、材料分離抵抗性の面で有利となる。

また、第３図は流動性及び粘性に関する高炉スラグ置換
率の影響を調べたもので、やはり横軸に流動性を表すモ
ルタルのスランプフロー！（ｃｍ）、縦軸に粘性を表す
Ｐロート流下時間（秒）をとっている。

高炉スラグ微粉末としてはプレーン比表面積が６．００
０　ｃｄ／ｇのものを使用した。グラフ中の曲線と結合
材種類の対応関係は、口が置換率０％、○が同５０％、
・が同７０％、△が同８５％の場合である。

この図からプレーン比表面積が大きいほど、すなわち高
炉スラグ微粉末の粉末度が大きいほど、流動性、材料分
離抵抗性の面で有利であることが分る。

また、水和熱による温度ひび割れについて考えた場合、
■結合材が低発熱タイプであること、■所定の充填性（
または材料分離抵抗性）を得るために必要な結合材量が
減らせることにより、その危険性が低減できる。

第４図は下記の表−１の配合のもとに、断熱温度上昇試
験を行った試験結果を示したもので、配合２は通常のコ
ンクリートの場合、配合ｌはプレーン比表面積が６，０
ＯＯｄ／ｇの高炉スラグ微粉末を用い、置換率を６８％
とした場合、配合３は同じく置換率を７９％とした場合
である。

第４図に示されるように、高炉スラグ微粉末を用いた配
合１及び配合３では特に材令初期における発熱が少なく
、また配合３では長期にわたり発熱が少ない、従って、
温度ひび割れの防止の面で有利である。

なお、高炉スラグ微粉末に関しては、土木学会において
、「コンクリート用高炉スラグ微粉末規格Ｃ案）ノ及び
［高炉スラグ微粉末を用いたコンクリートの設計施工指
針（案）」が作成されている。また、粉末度の細かい高
炉スラグ微粉末を用いることにより、水中分離抵抗性や
粘性が増すことが知られており、この性質を利用したも
のとして、特開昭６３−１１５５３号公報には水中コン
クリート用セメント組成物の発明が、特開昭６３−７４
９４３号公報には吹付はコンクリート用のセメント組成
物の発明が記載されている。

これらに対し、本願発明者は高炉スラグ微粉末を用いた
所定の配合により、上述のように材料分離抵抗性と流動
性を同時に確保することができることを確認したもので
あり、締固め不要コンクリートとして、充填性に優れた
コンクリートを得ることができた。

〔実施例〕

以下、実施例について説明する。

第１図は鉄筋コンクリート構造物への適用例として、過
密配筋をシミュレートした充填性試験に用いたモデル型
枠の寸法を示したものである。

（単位は―）。

Ｌ、（開口部中）：２００Ｌｔ：４００Ｌｓ：９８０Ｌｌ：１００Ｌｓ：１８０Ｌｂ：１８０Ｌｔ：９００Ｌｓ：１００Ｌ、（鉄筋かぶり）：４０Ｌｌ。：５８Ｌｌ、：６０Ｌｌｘ：４６Ｌｌｆｆ（鉄筋６の間隔）＝６０鉄筋６の直径＝１９型枠の輻：２００このモデル型枠を用いて、上端の開口部より、表−２に
示す配合のコンクリートを振動等により締固めを行うこ
となく流し込んだ。

表−３は上記配合１〜５によるコンクリート試験結果を
示したものである。ただし、充填率とはコンクリートの
上面型枠との境界部の充填率を表す。

表−３コンクリートの充填性試験結果本発明の高充填性コンクリート材料は配合１の場合に相
当し、充填性、充填率とも良好な結果が得られた。

配合２はプレーン比表面積が３，８００ｃｄ／　ｇの高
炉スラグ微粉末を用いた場合であり、材料分離抵抗性が
劣るため、粗骨材の分離等により途中で閉塞を生じた。

配合３は結合材としてセメントのみを使用し、高炉スラ
グ微粉末用いない場合であり、充填性に関しては途中で
閉塞を生じた。

配合４はセメント量を増すことにより、材料分離抵抗性
を向上させた場合であり、充填性、充填率とも比較的良
好であるが、セメント量を増したことで温度ひび割れが
生しやすく、硬化後のコンクリートの品質が問題となる
。

配合５は界面活性剤の量を減らし、水結合打止を上げる
ことにより流動性を持たせたものであるが、材料分離抵
抗性が劣り、充填性が悪く、充填率も低い値となった。

第５図は本発明の構造体への適用例としてのコンクリー
ト充填鋼管柱ｌを示したものである。流動性及び材料分
離抵抗性を改善した本発明の高充填性コンクリート材料
７を用いることにより、高強度、高品質のコンクリート
材料を鋼管柱８の柱脚部の圧入口２より多層階にわたっ
て、−気に圧入充填することができる０図中、３はポン
プ配管、４は接合部ダイヤフラム、５は大梁を示す。

この他、図示しないが、共同溝等に適用される二重鋼殻
構造、トンネル等に適用される鋼コンクリート合成セグ
メント、ハイブリッド壁体等、閉断面の鋼殻内にコンク
リートを充填し、鋼コンクリート複合構造とする場合に
、好適な材料として用いることができる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、粉末度の大きい高炉スラグ微粉末を用
いることにより、少ない結合材量で流動性及び所定の材
料分離抵抗性を寞現することができ、コンクリート構造
物や鋼コンクリート複合構造に適用する際、締固めを行
うことなく良好な充填性が得られる。

また、増粘側を用いることがないため、乾燥収縮、凍結
融解性、耐久性等を損なうことがなく、硬化後のコンク
リートの高品質を確保することができる。

さらに、少ない結合材量で済むことから、温度上昇量も
小さく、水和熱による温度ひび割れの危険性を低減でき
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の高充填性コンクリート材料の充填性試
験に用いたモデル型枠の鉛直断面図、第２図は結合材種
類の影響に関する試験結果を示したグラフ、第３図は高
炉スラグ置換率の影響に関する試験結果を示したグラフ
、第４図は断熱温度上昇試験結果を示したグラフ、第５
図は本発明をコンクリート充填鋼管柱に適用する場合の
斜視図である。１・・・コンクリート充填鋼管柱、２・・・圧入口、３
・・・ポンプ配管、４・・・接合部ダイヤフラム、５・
・・大梁、６・・・鉄筋、７・・・高充填性コンクリー
ト材料、８・・・鋼管柱。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）結合材としてセメント及びプレーン比表面積が５
，０００〜１０，０００ｃｍ＾２／ｇの高炉スラグ微粉
末を用い、前記高炉スラグ微粉末の置換率（結合材中に占める重量比）を４５〜９０％とし、水及
び界面活性剤を加えることにより、充填時における所要
の流動性及び材料分離抵抗性を持たせたことを特徴とす
る高充填性コンクリート材料。
（２）結合材としてセメント及びプレーン比表面積が５
，０００〜１０，０００ｃｍ＾２／ｇの高炉スラグ微粉
末と、所要量の細骨材及び粗骨材と、所要量の水と、所
要量の界面活性剤とからなり、前記高炉スラグ微粉末の
置換率を４５〜９０％、水結合材比（結合材に対する水
の重量比）を２５〜４０％としたことを特徴とする高充
填性コンクリート材料。
（３）鉄筋を配筋した型枠内に請求項２記載の高充填性
コンクリート材料を充填し、硬化させた鉄筋コンクリー
ト構造物。
（４）鋼管または鋼殻内に請求項２記載の高充填性コン
クリート材料を充填し、硬化させた鋼コンクリート複合
構造。