JPH11280062A

JPH11280062A - 外殻鋼管付コンクリート杭

Info

Publication number: JPH11280062A
Application number: JP10197498A
Authority: JP
Inventors: Tokuo Shiraishi; 篤雄白石
Original assignee: Taiheiyo Cement Corp
Current assignee: Taiheiyo Cement Corp
Priority date: 1998-03-30
Filing date: 1998-03-30
Publication date: 1999-10-12

Abstract

(57)【要約】【課題】膨張材の使用量を減らすことができると共
に、廃棄物焼却灰を大量に有効利用する外殻鋼管付コン
クリート杭を提供する。【解決手段】鋼管を外殻に有し、その内側にコンクリ
ートを用いてライニングされた外殻鋼管付コンクリート
杭において、コンクリートに使用されるセメントが都市
ゴミ焼却灰、下水汚泥焼却灰の一種以上を原料としてな
る焼成物に石膏を添加した水硬性組成物を含有すること
を特徴とする外殻鋼管付コンクリート杭。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、土木、建築構造物
の基礎として用いられる外殻鋼管コンクリート杭に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】土木建築構造物の基礎として用いられる
既成杭には鉛直方向軸力と同様に曲げ性能が要求され
る。そのような目的に適合する既製杭として、鋼管の内
面にコンクリートを円筒状に一体成形した中空円筒状の
中空コンクリート杭（以下ＳＣ杭という）が知られてい
る。このＳＣ杭は膨張材を混合したコンクリートを使用
することにより鋼管とコンクリートの密着性を良くし
て、曲げモーメントに対して強い杭を得ようとするもの
である。

【０００３】また、鋼管の内側にその長手方向に沿って
複数の鉄筋を配置し、その鋼管の内面にコンクリートを
注入して鉄筋と鋼管を一体化した鋼管コンクリート杭が
知られている。（特開平６−２２０８４２号公報）この
ような従来ＳＣ杭では鋼管とコンクリートが一体性を有
して挙動する点から、膨張材を混合したコンクリートが
使用されるのが一般的である。膨張材はコンクリートの
乾燥収縮により、鋼管とコンクリートが分離するのを防
止し、鋼管との密着性を高めると共に、不撓性を増すこ
とも目的としている。

【０００４】一方、近年、都市ゴミや下水汚泥等の一般
廃棄物および産業廃棄物は著しく増加し、廃棄物の有効
利用、再資源化が各方面で試みられているが、廃棄物処
理に関する決定的な方法はなく、埋め立てに頼っている
のが現状である。しかし、最近、セメントの製造分野で
は、廃棄物の有効利用および再資源化を目的として、都
市ゴミ焼却灰や下水汚泥焼却灰等の廃棄物を原料として
エコセメントが製造されている。（特開平７−１６５４
４６号公報参照）

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従来の普通セメントを
使用したコンクリートでのＳＣ杭では、コンクリートの
乾燥収縮があるので、鋼管との密着性を上げるため、膨
張材を使用し、高コストになっていた。本発明が解決し
ようとする課題は膨張材の使用量を減らすことができる
と共に、鋼管とコンクリートの密着性が良く、従って不
撓性が良く、また高強度で早期脱型可能な外殻鋼管付き
コンクリート杭（ＳＣ杭）用コンクリートの提供を目的
とする。また他の目的としては、廃棄物から製造された
エコセメントの用途拡大を通じて廃棄物の有効利用およ
び再資源化を図り、埋め立て地不足の問題の解決を目的
とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、鋭意研
究、検討した結果、都市ゴミ焼却灰、下水汚泥焼却灰の
一種以上を原料に製造された水硬性組成物を外殻鋼管付
きコンクリート杭に用いると、その低収縮性により、膨
張材の量を普通セメントに比べて大きく減らすことがで
きることを見出し本発明を完成した。即ち、本発明は鋼
管を外殻に有し、その内側にコンクリートを用いてライ
ニングされた外殻鋼管付コンクリート杭において、コン
クリートが都市ゴミ焼却灰、下水汚泥焼却灰の一種以上
を原料としてなる焼成物に石膏を添加した水硬性組成物
を含有することを特徴とする外殻鋼管付コンクリート
杭。（請求項１）

【０００７】本発明に使用されるコンクリートにおい
て、セメントに都市ゴミ焼却灰、下水汚泥焼却灰の一種
以上を原料としてなる焼成物に石膏を添加した水硬性組
成物（以下エコセメントという）を混合した水硬性材料
を用いると、従来のセメントを使用したコンクリートと
比べると乾燥収縮が小さいので膨張材の添加量を低減で
きる。またエコセメントが速硬性を有するので短時間で
高強度になり、早期に脱型可能である。

【０００８】前記都市ゴミ焼却灰、下水汚泥焼却灰の一
種以上を原料としてなる焼成物が、Ｃ₁₁Ａ₇ＣａＣｌ₂、
Ｃ₁₁Ａ₇ＣａＦ₂、Ｃ₃Ａの一種以上を１０〜４０重量％
およびＣ₂Ｓ、Ｃ₃Ｓの一種以上（ただし、Ｃ：ＣａＯ、
Ｓ：ＳｉＯ₂、Ａ：Ａｌ₂Ｏ₃を示す）を含むことが好ま
しい（請求項２）。

【０００９】この焼成物中のアルミニウム源は焼却灰か
ら主に由来するので、Ｃ₁₁Ａ₇ＣａＣｌ₂、Ｃ₁₁Ａ₇Ｃａ
Ｆ₂、Ｃ₃Ａ等のアルミニウム化合物の含有量１０重量％
未満では、焼却灰の使用量が少なく、焼却灰の大量処理
を目的とする本発明には望ましくない。また、４０重量
％を超えると水和の進行によって過大に膨張する場合が
ある。

【００１０】本発明の外殻鋼管付コンクリート杭におい
て、前記都市ゴミ焼却灰、下水汚泥焼却灰の一種以上を
原料としてなる焼成物が、Ｃ₃Ａを１０〜４０重量％お
よびＣ₂Ｓ、Ｃ₃Ｓの一種以上（ただし、Ｃ：ＣａＯ、
Ｓ：ＳｉＯ₂、Ａ：Ａｌ₂Ｏ₃を示す）を含むことが好ま
しい（請求項３）。

【００１１】前記エコセメントがＣ₃Ａを１０〜４０重
量％含む場合には石膏と反応してエトリンガイトを形成
するので膨張力が大きく、鋼管との密着性が良くなり、
また膨張材の使用量を少なくすることができ好ましい。
またコンクリートを軸鉄筋やＰＣ鋼材で補強する場合に
は、鋼材の腐食防止のため、このコンクリート中の塩素
量は０．３ｋｇ／ｍ³以下であることが望ましい。この
ような場合にはＣ₁₁Ａ₇ＣａＣｌ₂等の塩素化合物の含有
しない或いは含有量の少ない前記鉱物組成のエコセメン
トが好ましい。

【００１２】都市ゴミ焼却灰、下水汚泥焼却灰の一種以
上を原料としてなる焼成物に石膏を加え粉砕した水硬性
組成物を２０重量％以上含有すること（請求項４）。

【００１３】エコセメントの添加量が２０重量％以下で
はエコセメントの持つ低収縮性が有効にに発揮されず、
また本発明の焼却灰の大量処理の目的に適さない。

【００１４】都市ゴミ焼却灰、下水汚泥焼却灰の一種以
上を原料としてなる焼成物に石膏を加え粉砕した水硬性
組成物を４０重量％以上含有すること（請求項５）。

【００１５】エコセメントの持つ低収縮性を有効に発揮
し、膨張材の添加量を少なくし、また廃棄物焼却灰を大
量に有効利用するためにはエコセメントの添加量を４０
重量％以上にするのが好ましい。なお、エコセメントの
添加量が多ければ多いほど収縮低減効果は大きく、当然
のことながら特にエコセメントの含有量が１００重量％
の場合が収縮低減効果が大きく、膨張材の添加量が最小
ですみさらに、廃棄物焼却灰の処理量が最大になるので
最も好ましい。

【００１６】さらに膨張材を添加することを特徴とする
請求項１〜４記載の外殻鋼管付コンクリート杭。（請求
項６）

【００１７】また本発明において膨張材の添加量が１．
５重量％以下であること（請求項７）、膨張材が無機系
膨張材であること（請求項８）、さらに凝結調整剤を添
加すること（請求項９）、凝結調整剤の添加量が０．１
〜１．５重量％であること（請求項１０）、凝結調整剤
が無機質もしくは有機質遅延剤であること（請求項１
１）が好ましい。以下、本発明をさらに詳しく説明す
る。

【００１８】

【発明の実施の形態】図１は本発明の外殻鋼管付コンク
リート柱を模式的に示した図である。図１において、杭
は鋼管１と、該鋼管１の内側にライニングされた中空円
筒状のコンクリート２から構成される。鋼管１は厚さ
４．５〜９．０ｍｍが使用されるが、これは市販されて
いる鋼管のサイズから必要とする曲げ強度に応じて選択
できるものである。但し、鋼管厚さの下限は遠心成形が
可能な強度からさだまり、４．５ｍｍ以上とする必要が
ある。上限は経済的に入手できる厚さで定まり９．０ｍ
ｍ以下がよい。材質は例えばＳＫＫ４００やＳＫＫ４９
０等を使用するのが好ましい。また、鋼管１はそれ自体
で型枠替りになるので、工業生産的に経済性がよい。

【００１９】コンクリート２に使用されるセメントは、
セメントに都市ゴミ焼却灰、下水汚泥焼却灰の一種以上
を原料として製造されるエコセメントを混合した水硬性
材料または全量がエコセメントからなる水硬性材料を用
いる。

【００２０】エコセメントは、都市ゴミ焼却灰、下水汚
泥焼却灰の一種以上を原料としてなる焼成物であって、
Ｃ₁₁Ａ₇ＣａＣｌ₂、Ｃ₁₁Ａ₇ＣａＦ₂、Ｃ₃Ａの一種以上
を１０〜４０重量％およびＣ₂Ｓ、Ｃ₃Ｓの一種以上を含
む焼成物に石膏を添加した水硬性組成物である。なお、
ここで使用する原料は、貝殻や下水汚泥に生石灰を混合
した下水汚泥乾粉、その他の一般廃棄物や産業廃棄物、
さらには普通のセメント原料である石灰石、粘土、珪
石、アルミ灰、ボーキサイト、鉄等と混合して成分調整
した原料であってもよい。かかる原料を１２００〜１５
００℃で焼成して得たクリンカーを粉砕後、この焼成物
に石膏を添加してエコセメントを製造する。尚、石膏
は、無水石膏、二水石膏、半水石膏のいずれも使用で
き、強度の発現性から、石膏は焼成物１００重量％に対
して１〜３０重量％添加するのが好ましい。

【００２１】この焼成物中のアルミニウム源は焼却灰か
ら主に由来するので、Ｃ₁₁Ａ₇ＣａＣｌ₂、Ｃ₁₁Ａ₇Ｃａ
Ｆ₂、Ｃ₃Ａ等のアルミニウム化合物の含有量が１０重量
％未満では、焼却灰の使用量が少なくなり、廃棄物焼却
灰の有効利用および廃棄物焼却灰の大量処理の目的には
適さない。また、４０重量％を越えると、水和の進行に
よって過大に膨張する場合がある。

【００２２】鋼管１の内側にライニングされる中空円筒
状のコンクリート２は、一般に、無筋であるが、軸鉄筋
やＰＣ鋼材で補強する場合がある。鋼材を使用する場合
は、鋼材の腐食防止のために、この焼成物中の塩素量
は、０．１％以下が好ましい。このような場合には塩素
含有量の少ないエコセメント、即ち、前記焼成物がＣ₃
Ａを１０〜４０重量％およびＣ₂Ｓ、Ｃ₃Ｓの一種以上を
含む鉱物組成のエコセメントを用いれば、鋼材の腐食が
防止されより好ましい。

【００２３】本発明で用いるセメントとは、普通、早
強、超早強、中庸熱、耐硫酸塩、白色等の各種ポルトラ
ンドセメント、および高炉、シリカ、フライアッシュ等
の各種混合セメントを指す。

【００２４】本発明の外殻鋼管付コンクリート杭に使用
される水硬性材料として、セメントにエコセメントを添
加する場合、その添加量は２０重量％以上、好ましくは
４０重量％以上とすることが適当である。２０重量％以
下の場合は、エコセメントの特徴である収縮低減効果が
有効に発揮されない。収縮低減効果が有効に発揮され、
膨張材の添加量を少なくし、また廃棄物焼却灰をより大
量に有効利用するためには、エコセメントの添加量を４
０重量％以上とするのが適当である。なお、エコセメン
トの添加量が多ければ多い程収縮低減効果が発揮され、
特にエコセメントの含有量が１００重量％の場合が、当
然のことながら、収縮低減効果、廃棄物の有効利用およ
び再資源化の全ての面で最大の効果を得ることができ
る。

【００２５】本発明に用いられる膨張材の添加量は、導
入ケミカルプレストレスの量に応じて混入量を決めなけ
ればならないが、セメントおよびエコセメントの合量に
対し、一般に１．５重量％以下とすることが適当であ
る。添加量が１．５重量％を超える場合には、コストア
ップになると共に、異常膨張を引き起こす可能性があり
好ましくない。

【００２６】かかる膨張材としては、組成物の乾燥収縮
を低減し、鋼管との密着性を増すもので、その種類は特
に制限されず、種々の膨張材を用いることが可能である
が、例えば、エクスパン（株式会社小野田社製）、デン
カＣＳＡ（電気化学工業社製）、サクス（住友大坂セメ
ント社製）およびアサノジプカル（日本セメント社製）
等が好ましい。

【００２７】一方、セメントに対するエコセメントの添
加量が多いほど、さらにはエコセメントを全量使用する
場合、セメント組成物の凝結の速硬性が大きくなる傾向
にあるが、凝結調整剤の添加量により、凝結時間は適宜
に調整でき、セメント組成物の強度性状にも何ら問題は
ない。

【００２８】本発明に用いられる凝結調整剤は、無機質
もしくは有機質遅延剤で、セメント組成物としての可使
時間を調整することができる。無機質遅延剤は、リン酸
およびその塩等、例えばリン酸、リン酸塩、ホウ酸、ホ
ウ酸塩等が使用できる。有機質遅延剤は、カルボン酸、
オキシカルボン酸およびその塩、糖等、例えばクエン
酸、リンゴ酸、スクロース、オリゴ糖およびデキストリ
ン等が好適に使用できる。

【００２９】かかる凝結調整剤の添加量は、セメントお
よびエコセメントの合量に対して、０．１〜１．５重量
％の範囲で添加することにより好適な可使時間が得られ
る。ここで添加量が０．１重量％より少ないと遅延効果
がなく、１．５重量％より多いと凝結時間が長くなり過
ぎ好ましくない。セメントに対しエコセメントの添加量
が２０重量％以下で使用する場合には、前記凝結調整剤
を必ずしも添加する必要はない。

【００３０】また、本発明の外殻鋼管付コンクリート柱
に使われるコンクリートは、前述の組成のみならず、例
えば適宜な混和材、骨材や砂、減水剤等、本発明の目的
を実質的に阻害しない限り、適宜な添加物を添加するこ
とが可能である。

【００３１】

【実施例】以下に本発明の実施例を示す。なお、これら
は例示であり本発明を限定するものではない。

【００３２】実施例１〜４、比較例１および２使用材料としては以下に示すものを用いた。表１に示す
乾燥した都市ゴミ焼却灰２９．７重量％、石灰石粉６
８．６重量％、アルミ灰１．５重量％、粘土０．２重量
％を原料として、ロータリーキルンを用いて１３００〜
１４５０℃でクリンカーを焼成した。得られたクリンカ
ーは、縦型ミルでブレーン比表面積が４０００ｃｍ2／
ｇになるように粉砕し、この焼成物１００重量％に対し
て無水石膏６重量％と半水石膏６重量％添加してブレー
ン比表面積が４７００ｃｍ2／ｇのエコセメント（比重
3.13）を製造した。なお、製造した焼成物の鉱物組成を
表２に示す。膨張材は、石灰系のものでＣａＯを主成分
としている（株式会社小野田製エクスパン）、ポルトラ
ンドセメントは、普通ポルトランドセメント（比重3.1
6）（秩父小野田製）、骨材は静岡県小笠産陸砂（比重
2.61、粗粒率：2.81）、化学混和剤は、ＡＥ減水剤
（(株)エヌエムビー製、ポゾリスＮｏ．７０）および空
気量調整剤（(株)エヌエムビー製、ポゾリスマイクロエ
アー３０３）、凝結調整剤は、有機質遅延剤であるクエ
ン酸、練混ぜ水は、上水道水を使用し、表３に示す配合
で練り混ぜてモルタルを作製した。

【００３３】

【表１】

【００３４】

【表２】

【００３５】

【表３】

【００３６】得られたモルタルを所定の型枠（４×４×
１６ｃｍ）に打設し、温度２０℃、相対湿度８０％で１
日型枠養生、２０℃水中養生を６日養生後、材齢７日を
基準としてＪＩＳ試験方法による長さ方向の寸法変化を
測定したところ、図２に示す結果を得た。図２より、実
施例２のようにセメントとしてエコセメントのみを使用
した場合は、比較例２のように膨張材を多量に使用した
ときとほぼ同程度の乾燥収縮率が得られる。また、実施
例３および比較例２から、エコセメントと普通ポルトラ
ンドセメントを等量ずつ混合した場合は、膨張材の添加
量は半分で同等の乾燥収縮率が得られることがわかる。
このように、実施例の材料および配合を用いると、長さ
変化が非常に小さく、低収縮のセメント組成物を得るこ
とができる。また、エコセメントを添加することによ
り、膨張材添加量が従来より少なくても効果があること
も確認できる。

【００３７】

【発明の効果】以上、説明したように本発明の外殻鋼管
付コンクリート杭によれば、廃棄物から製造されたエコ
セメントの用途拡大を通じて廃棄物の有効利用および再
資源化を図ることができるとともに、外殻鋼管とコンク
リートの密着性を高めより一体化したコンクリート杭に
なり、曲げ強度および不撓性能の向上したコンクリート
杭を得ることができる。さらに本発明の外殻鋼管コンク
リート杭は膨張材の添加量を減少させることができ、低
コストのコンクリート杭を得ることができる。またエコ
セメントは速硬性があり、短期間で所用の強度に達する
ので、従来の普通セメントを用いたコンクリート杭に比
較して短期間で製造できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態を示す模式図である。

【図２】材齢と長さ変化の関係を示した図である。

【符号の説明】

１鋼管２コンクリート

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】鋼管を外殻に有し、その内側にコンクリ
ートを用いてライニングされた外殻鋼管付コンクリート
杭において、コンクリートに使用されるセメントが都市
ゴミ焼却灰、下水汚泥焼却灰の一種以上を原料としてな
る焼成物に石膏を添加した水硬性組成物を含有すること
を特徴とする外殻鋼管付コンクリート杭。
【請求項２】前記都市ゴミ焼却灰、下水汚泥焼却灰の
一種以上を原料としてなる焼成物が、Ｃ₁₁Ａ₇ＣａＣ
ｌ₂、Ｃ₁₁Ａ₇ＣａＦ₂、Ｃ₃Ａの一種以上を１０〜４０重
量％およびＣ₂Ｓ、Ｃ₃Ｓの一種以上（ただし、Ｃ：Ｃａ
Ｏ、Ｓ：ＳｉＯ₂、Ａ：Ａｌ₂Ｏ₃を示す）を含むことを
特徴とする請求項１記載の外殻鋼管付コンクリート杭。
【請求項３】前記都市ゴミ焼却灰、下水汚泥焼却灰の
一種以上を原料としてなる焼成物が、Ｃ₃Ａを１０〜４
０重量％およびＣ₂Ｓ、Ｃ₃Ｓの一種以上（ただし、Ｃ：
ＣａＯ、Ｓ：ＳｉＯ₂、Ａ：Ａｌ₂Ｏ₃を示す）を含むこ
とを特徴とする請求項１記載の外殻鋼管付コンクリート
杭。
【請求項４】前記都市ゴミ焼却灰、下水汚泥焼却灰の
一種以上を原料としてなる焼成物に石膏を加え粉砕した
水硬性組成物を２０重量％以上含有することを特徴とす
る請求項１〜３いずれか記載の外殻鋼管付コンクリート
杭。
【請求項５】前記都市ゴミ焼却灰、下水汚泥焼却灰の
一種以上を原料としてなる焼成物に石膏を加え粉砕した
水硬性組成物を４０重量％以上含有することを特徴とす
る請求項１〜４いずれか記載の外殻鋼管付コンクリート
杭。
【請求項６】さらに膨張材を添加することを特徴とす
る請求項１〜５記載の外殻鋼管付コンクリート杭。
【請求項７】前記膨張材の添加量が、１．５重量％以
下であることを特徴とする請求項６記載の外殻鋼管付コ
ンクリート杭。
【請求項８】前記膨張材が、無機系膨張材であること
を特徴とする請求項６または７記載の外殻鋼管付コンク
リート杭。
【請求項９】さらに凝結調整剤を添加することを特徴
とする請求項１〜８いずれか記載の外殻鋼管付コンクリ
ート杭。
【請求項１０】凝結調整剤の添加量が、０．１〜１．
５重量％であることを特徴とする請求項９記載の外殻鋼
管付コンクリート杭。
【請求項１１】凝結調整剤が、無機質もしくは有機質
遅延剤であることを特徴とする請求項９または１０記載
の外殻鋼管付コンクリート杭。