WO2006082665A1 - 繊維補強コンクリートと繊維補強コンクリート部材の製造方法 - Google Patents

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WO2006082665A1
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cement
aggregate
pozzolanic
fiber
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Yoshihiro Tanaka
Jun Sakamoto
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Taisei Corporation
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    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
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    • C04B14/00—Use of inorganic materials as fillers, e.g. pigments, for mortars, concrete or artificial stone; Treatment of inorganic materials specially adapted to enhance their filling properties in mortars, concrete or artificial stone
    • C04B14/38—Fibrous materials; Whiskers
    • C04B14/48—Metal
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
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    • C04B28/02—Compositions of mortars, concrete or artificial stone, containing inorganic binders or the reaction product of an inorganic and an organic binder, e.g. polycarboxylate cements containing hydraulic cements other than calcium sulfates
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    • Y02W30/50—Reuse, recycling or recovery technologies
    • Y02W30/91—Use of waste materials as fillers for mortars or concrete

Definitions

  • the present invention relates to a fiber-reinforced concrete manufactured by mixing fibers in a cement-based matrix and a method for manufacturing a fiber-reinforced concrete member.
  • such fiber reinforced concrete has a maximum aggregate particle size of lmn! ⁇ Cement-based Matrix which is made of high-performance dispersant and aggregates of 2mm or less and pozzolanic reaction powder, and the diameter is 0.16mm ⁇ 0.3mm, long
  • the ratio of the average fiber length L to the maximum fiber diameter D of the metallic fibers with a thickness of 10mm to 18mm and the aggregate maximum particle size D (L ZD) is 10-20 or less max mm max
  • the aggregate particle size is limited in the particle size distribution when the average particle size is small. Therefore, in order to procure aggregates that satisfy this restriction, it is necessary to mix several types of cinnabar sand having different particle size distributions in an appropriate composition, and procure fine aggregates such as ordinary fine sand. Compared to the case, the material cost was becoming expensive.
  • the maximum aggregate particle size of aggregate particles is lmn! Because the amount of cement for aggregates with many fine-grained aggregates is less than ⁇ 2 mm, the flow characteristics (flow performance of concrete required for construction) and mechanical characteristics (resistance required for concrete members) Although there is a problem that self-contraction increases, The Here, self-shrinkage refers to a phenomenon in which the volume decreases due to a decrease in the volume of hydrate due to the hydration reaction of the cement and water before the hydration reaction, resulting in a shrinkage phenomenon. Say.
  • the conventional fiber reinforced concrete has a maximum aggregate particle size of lmn! Because it contains a lot of fine aggregates of ⁇ 2mm or less, it has a problem that the shear transmission ability that contributes to the improvement of the shear strength of the member is reduced.
  • shear crack surface On the surface where shear cracks occur in the concrete member (hereinafter sometimes referred to as “shear crack surface”!), Irregularities are formed by aggregate particles, and this irregularity transmits shear force.
  • the aggregate particle size is small, unevenness is not formed, and the shear transfer capability may be reduced.
  • the ratio R of the average length L of the fibers to the maximum particle diameter D of the aggregate particles is set to 10 to 20 max m
  • the average length L of the fiber is max m which is long, and the flow value indicating the workability of the concrete becomes small, and the required fluidity cannot be secured. There was a case.
  • the present invention has been made in order to solve such problems, and it is possible to provide a fiber-reinforced concrete and a fiber-reinforced concrete member having excellent mechanical performance, durability, and workability at low cost. It is an object to provide a manufacturing method.
  • the fiber-reinforced concrete includes a cement, first active pozzolanic reactive particles, and the first pozzolanic reactive particles.
  • the second pozzolanic reactive particles with low activity, the maximum particle size is 2.5 mm or less, the average particle size is within the range of 0.4 mm force and 0.8 mm, and the coarse particle ratio is 1.
  • Powerful fiber reinforced concrete is prepared by adjusting so-called fine sand used for ordinary concrete as an aggregate, so it is easy to procure and cheaper than conventional units. High strength fiber reinforced concrete can be produced.
  • the fiber-reinforced concrete described above has a weight ratio of water to the cement in the range of 20% to 24%, and includes the first aggregate particles and the second aggregate particles.
  • the ratio of the average length of the fibers to the maximum particle size of the aggregate may be less than 10 and the amount of the fibers with respect to the total volume after setting may be less than 4%.
  • Powerful fiber reinforced concrete ensures fluidity even in a small amount of water by making the average length L of the fiber to the maximum m of the aggregate particle size D and the ZD less than 10 Concrete m max
  • the fiber may have a length of 2 mm or more, and the ratio of the length to the straight diameter of the fiber may be 20 or more.
  • Powerful fiber reinforced concrete has a fiber length L of 2 mm or more as a fiber, and the ratio of the length L to the fiber diameter (hereinafter, simply referred to as “fiber diameter” t) Since a relatively long material having a Zd of 20 or more is used, the adhesion resistance between the fiber and the cementitious matrix is increased, and a crosslinking effect at the time of cracking can be expected. Therefore, even if the crack width increases after the initial crack of the cementitious matrix, tensile stress can be expected due to the bridging effect of the fibers, and a high toughness capability can be obtained. That is, the fiber reinforced concrete of the present invention makes it possible to obtain high fracture energy.
  • the weight ratio of the water to the total weight of the cement, the first pozzolanic reaction particles, and the second pozzolanic reaction particles is 10%.
  • the force is also within a range of 15%, and is composed of the cement, the first pozzolanic reactive particles, the second pozzolanic reactive particles, the first aggregate particles, and the second aggregate particles.
  • D particle size within the range of 50 m to 300 m
  • 75 50 Force may be in the range of 10 m to 70 ⁇ m.
  • Powerful fiber reinforced concrete is a cement-based matrix in which cement, first pozzolanic reactive particles, and second pozzolanic reactive particles are mixed according to the predetermined particle size distribution and blending amount. Therefore, the cumulative particle size distribution of the material particles becomes smooth, and the closest packing between the particles is achieved. Therefore, this cementitious matrix has a dense structure without voids, and cement hydrate and fine aggregate are stably bonded, resulting in an improvement in the initial tensile strength of the matrix itself.
  • the fiber-reinforced concrete described above includes the cement, the first pozzolanic reaction particles, the second pozzolanic reaction particles, the first aggregate particles, and the second aggregate particles.
  • the cement, the first pozzolanic reaction particles, the second pozzolanic reaction particles, and the first positant are within a range of 30% to 40% by weight of the cement.
  • the weight ratio of the pozzolanic reaction material which is the force of the first pozzolanic reaction particles and the second pozzolanic reaction particles, is 20% with respect to the mixture composed of the aggregate particles and the second aggregate particles.
  • the force may be within the range of 40%, and the weight ratio of the aggregate composed of the first aggregate particles and the second aggregate particles to the cement may be within the range of 80% to 130%. .
  • the strong fiber reinforced concrete can control self-shrinkage to be small by reducing the ratio of cement to the mixture to 30% to 40%.
  • self-shrinkage is a phenomenon that occurs when the volume of hydrate is reduced due to the hydration reaction between cement and water.
  • Reinforced concrete limits self-shrinkage by reducing the amount of unit cement.
  • the fiber reinforced concrete described above includes the cement, the first pozzolanic reaction particles, the second pozzolanic reaction particles, the first aggregate particles, and the second aggregate particles.
  • the weight ratio of the first aggregate particles may be in the range of 30% to 50% with respect to the mixture composed of: [0021]
  • the aggregate skeleton is formed by the first aggregate particles having a weight ratio of 30% to 50% with respect to the mixture, so that the amount of self-shrinkage can be reduced. It becomes.
  • a method for producing a member made of fiber reinforced concrete including cement, a highly active first pozzolanic reactive particle, and the first pozzolanic reactive particle.
  • the second low-activity pozzolanic reactive particles the maximum particle size is 2.5 mm or less, the average particle size is in the range of 0.4 mm force to 0.8 mm, and the coarse particle ratio is 1.5 force to 3
  • the first aggregate particles in the range of 5 and the maximum particle size is less than 0.425mm, the average particle size is in the range of 0.1mm to 0.3mm, the coarse particle ratio is 0.4 to 0.
  • a curing process for curing the placed fiber-reinforced concrete, and the curing process has a formwork. A primary curing that is performed until a predetermined strength is exhibited in the state, and a secondary curing that is performed after the primary curing and with the formwork removed.
  • FIG. 1 is a graph showing a cumulative particle size curve of a powder material according to the present embodiment.
  • FIG. 2 is a graph showing the pore volume distribution and cumulative pore volume of the fiber reinforced concrete of the present invention and normal high-strength concrete, with the horizontal axis representing the pore diameter and the vertical axis representing the pore volume and cumulative fine volume. The pore volume is shown.
  • FIG. 3 is a graph showing the results of a self-contraction verification experiment.
  • the fiber-reinforced concrete of the present invention includes (1) cement, (2) high-activity first pozzolanic reaction particles, and (3) lower activity than the first pozzolanic reaction particles, Cement system obtained by mixing second pozzolanic reaction particles, (4) first aggregate particles, (5) second aggregate particles, (6) dispersant and (7) water (8) Fibers are mixed in the matrix.
  • low-heat Portland cement or medium heat with a particle size in the range of 0.5-: L00 ⁇ m, an average particle size of up to 18 ⁇ m, and a brain value of 2000-4000 cm 2 Zg Portland cement shall be used.
  • the type of cement is not limited.
  • ordinary Portland cement, early-strength Portland cement, and sulfate Portland cement can be used.
  • a high-performance water reducing agent is absorbed.
  • the amount of cement is based on a powder material composed of cement, first pozzolanic reaction particles, second pozzolanic reaction particles, first aggregate particles, and second aggregate particles. Therefore, the weight ratio is in the range of 30% to 40%.
  • the first highly reactive pozzolanic reactive particles have a particle size D of 0.05 to 50 m (preferably ⁇ to 0.5 ⁇ 50 / ⁇ ⁇ ), average particle size ⁇ ). 15 to 3. 00 m, median diameter D50 force ⁇ ). Silica fume of 5-5 / zm, brane value force 50,000-300, OOOcm Zg shall be used.
  • the material used for the first pozzolanic reaction particles is not limited to silica fume, but compounds selected from kaolin derivatives, precipitated silica, classified fly ash and the like can also be used.
  • the second pozzolanic reactive particles which are less active than the first pozzolanic reactive particles, have a particle size D of 0.1 to 50 m (preferably 15 ⁇ D ⁇ 50 ⁇ m) and an average particle size force. ⁇ 10 ⁇ m, median diameter D force ⁇ ⁇ 11 m, fly ash with a brain value of 3,000-7,500 cm 2 / g, Use pozzolanic reaction particles made of blast furnace slag, volcanic ash, silica sol, stone powder, etc.
  • first pozzolanic reaction particles or the second pozzolanic reaction particles (hereinafter referred to as “first pozzolanic reaction particles” and “second pozzolanic reaction particles”) (Sometimes referred to as “pozzolanic reaction particles”) is a fine powder that participates in the pozzolanic reaction, and the cement-based matrix is made dense by the microfiler effect and the cement dispersion effect of fine particles containing cement. Contributes to improvement, compression and tensile strength.
  • the pozzolanic reaction is a reaction in which the pozzolanic substance reacts with the alkaline substance produced by the cement hydration reaction and gradually becomes a hardened body, which contributes to long-term and stable strength development.
  • the amount of cement is reduced by containing a large amount of pozzolanic reactive particles, and the self-shrinkage is reduced and the water cement ratio is reduced.
  • 60 to 85 parts by weight of pozzolanic reactive particles are mixed, cement, first pozzolanic reactive particles, second pozzolanic reactive particles, first aggregate particles, and second aggregate particles.
  • the weight ratio of the pozzolanic reactive particles is set to be in the range of 20% to 40% with respect to the powder material composed of
  • the first aggregate particles are hard and water-absorbing with a maximum particle size D of 2.5 mm or less, an average particle size of 0.4 mm max to 0.8 mm, and a coarse particle ratio of 1.5 to 3.5.
  • Small fine sand shall be used.
  • the type of fine sand used for the first aggregate particles is not limited. For example, sea sand made of andesite, volcanic rock, quartz rock, river sand, crushed sand, etc. can be procured.
  • the second aggregate particle has a maximum particle size D of 0.425 mm or less and an average particle size of 0.1 mm max to 0
  • Quartz powder which is fine sand with a diameter of 3 mm and a coarse grain ratio of 0.4 to 0.8, shall be used.
  • the type of fine sand used for the second aggregate particles is not limited to quartz powder, but also silica sand, amorphous quartz, opal silica-containing powder, cristobalite powder, volcanic ash, rocks It is possible to procure powder with equal force.
  • the total weight of the aggregate composed of the first aggregate and the second aggregate is in the range of 80% to 130% by weight with respect to the weight of the cement.
  • the weight of the first aggregate Is in the range of 30% to 50% by weight with respect to the total weight of cement, first pozzolanic reactive particles, second pozzolanic reactive particles, first aggregate particles and second aggregate particles.
  • the blending of the powder material composed of cement, first pozzolanic reaction particles, second pozzolanic reaction particles, first aggregate particles, and second aggregate particles is as follows. As shown in Fig. 1, the upper limit of the soil distribution with D particle size of about 50 / zm and D particle size of about 10 m, and D particle size
  • FIG. 1 is a graph showing the cumulative particle size curve of the powder material according to the present embodiment.
  • Dispersants include water-soluble butyl copolymers having a phenoxyl group and a carbonyl group, acrylate, methallyl sulfonate, lignosulfonate, prinaphthalene sulfonate alkali metal salt, polycarboxylic acid So-called plasticizers such as alkali metal salts shall be used. Further, only one type of dispersing agent may be used, or several types of dispersing agents may be used.
  • Water is added so that the weight ratio with respect to the total weight of the cement and the pozzolanic reactive particles is within a range of 10% to 15%.
  • water is added so that the weight ratio of water to cement is 20% to 24%.
  • the amount of fibers mixed in should be such that the fiber volume is less than 4% of the concrete volume after setting, preferably less than 3.5%.
  • the fiber tensile strength is high tensile steel fiber of about 2000 ⁇ 3000NZmm 2
  • amorphous steel fibers used in the known fiber mosquito ⁇ et suitably selected such as stainless steel fibers.
  • the shape of the fiber is not limited, and a fiber having a deformed cross-sectional diameter can be used in addition to an irregular cross-section such as a circular cross-section, a rectangular cross-section, or a polygonal cross-section.
  • the deformed cross section of the fiber is twisted, the fiber is deformed into a corrugated shape, the end has a hook shape, and a hook shape.
  • the thing and the edge part may be crushed and what is called a dog horn shape may be sufficient.
  • a fiber whose roughness is changed in the length direction of the fiber or a fiber whose cross-sectional area is changed may be used.
  • the fiber can be knitted into several cables, braided, or twisted together.
  • a fiber-reinforced concrete member is manufactured by a kneading process, a placing process, and a curing process.
  • the kneading process includes a dry kneading process in which the powder part of the cement-based matrix is kneaded, a wet kneading process in which the liquid part is added to the powder part kneaded in the dry kneading process, and a kneading process in the wet kneading process.
  • a fiber kneading step in which fibers are put into a cemented matrix and kneaded.
  • the dry kneading step includes (1) cement, (2) first pozzolanic reactive particles, (3) second pozzolanic reactive particles, which are powder portions of the cement matrix (4) 1) Aggregate particles and (5) 2nd aggregate particles are kneaded in a dry state.
  • the kneading method and means of each material in the dry kneading step are not limited and may be selected appropriately according to known methods and means.
  • the wet kneading step after the mixing of the powder portion of the cement-based matrix is completed, water and a dispersant, which are liquid portions of the cement-based matrix, are added and kneaded to obtain a cement-based matrix. A predetermined fluidity is expressed.
  • the kneading method and means in the wet kneading step are not limited and may be appropriately selected from known methods and means.
  • fibers are mixed and further kneaded into the cement-based matrix obtained with a predetermined fluidity by the wet kneading step. How to knead in the fiber kneading process
  • the methods and means are not limited and may be appropriately selected from known methods and means.
  • a cement-based matrix (fiber reinforced concrete) containing the kneaded fibers is placed in a predetermined location by a known means.
  • primary curing is performed in a temperature environment of 20 ° C to 45 ° C for 18 to 48 hours.
  • the mold is removed and secondary curing is performed.
  • heat curing is performed for 48 hours to 72 hours in a temperature environment of 60 ° C to 95 ° C.
  • the secondary curing is not limited to the above-mentioned thermal curing, but you can use conventional curing in the air or underwater curing using conventional concrete!
  • each powder material according to this embodiment, the amount of cement, the amount of pozzolanic reaction material, and the amount of aggregate to cement, as shown in the cumulative particle size curve of the powder in FIG. It is possible to obtain a smooth particle size distribution curve. Therefore, since this cement-based matrix has a smooth particle size distribution, a predetermined fluidity can be secured with a small amount of water and a water reducing agent. Furthermore, the hardened body (hydrate) obtained by hydration reaction of this cementitious matrix forms a dense and dense structure because the individual materials are closely packed, and compressive strength, adhesive strength, tensile strength is formed. The mechanical properties such as strength are improved and the durability is improved.
  • the fiber reinforced concrete obtained by this embodiment has a compressive strength of 200 to 220 NZmm 2 and a bending tensile strength of 40 to NZmm 2 , and a bending test sample of 4 to 4 X 16 cm of 40 to 20 cm. 50NZmm 2 , bow with initial cracking I
  • the tensile strength is 9 to 13N
  • the mechanical energy is 27 to 40jZmm 2 with a tensile fracture energy.
  • the flow value according to the JISR5201 flow test (no drop) is in the range of 22 to 26 cm, so that it has sufficient self-filling property. Therefore, compaction with a vibrator is not required, and it is possible to place sufficiently dense ultra-high-strength fiber reinforced concrete by pouring the material. Yes.
  • the amount of cement is reduced and general fine sand is adjusted and used as an aggregate, so that it is compared with conventional fiber reinforced concrete. It is possible to reduce the material cost by 10% to 16% while having the same mechanical properties and mechanical properties.
  • the shear transmission is greatly increased due to the unevenness formed by the aggregate on the shear crack surface when the oblique shear crack occurs. It becomes possible to improve the ultimate shear resistance.
  • the average length L of the fiber is defined as the ratio (L ZD) to the maximum particle diameter D of the aggregate particles, m max m max
  • the cumulative particle size of the material particles is smooth, and the closest packing between the particles is achieved. It is possible to produce a cementitious matrix with a fine structure without voids.
  • the structure to which fiber reinforced concrete according to this embodiment is applied can reduce maintenance costs that do not deteriorate even under severe environmental conditions for concrete structures in marine environments and cold regions. It becomes.
  • the fiber-reinforced concrete member produced by the production method of the present invention performs secondary curing by heat curing, so that the cementitious matrix becomes denser.
  • free lime in cement and silica and alumina of pozzolanic reaction particles Combine to form a stable and hard material early and to refine the cementitious matrix structure.
  • mechanical properties such as compressive strength and tensile strength are improved, and durability such as a dramatic increase in salt diffusion coefficient and hydraulic conductivity is improved.
  • the hydration reaction between cement and water is completely completed after heat curing, so that the pore liquid of fiber reinforced concrete is consumed after heat curing, and shrinkage due to drying shrinkage occurs. Does not occur.
  • the fiber-reinforced concrete of the present embodiment since it has sufficient mechanical performance and durability, it can be applied to the construction of a structure without the need for reinforcement by reinforcing bars,
  • the member cross section can be made thinner.
  • the weight of the structure can be reduced to 1Z2 ⁇ : LZ6, compared with the structure using conventional reinforced concrete. Therefore, for example, if this fiber reinforced concrete is adopted for the upper part of the bridge, it is possible to reduce the scale of the upper installation structure and the lower foundation structure, etc., and shorten the construction period and the construction cost. Become. In addition, it is possible to easily and economically reduce the girder height and increase the span length.
  • the kneading step of the cement-based matrix a method of kneading the fiber after only the powder material is kneaded, the liquid material is added, and further kneaded to develop a predetermined fluidity
  • the order in which the materials are charged in the kneading step is not limited and may be set as appropriate.
  • the weight ratio of cement, pozzolanic reaction particles, aggregate, and the like is not limited to the weight ratio of the above-described embodiment, and may be set as appropriate. ,.
  • Fig. 2 is a graph showing the pore volume distribution and cumulative pore volume of fiber reinforced concrete and high-strength concrete, with the horizontal axis representing the pore diameter and the vertical axis representing the pore volume and cumulative pore volume. Showing
  • the fiber reinforced concrete has a very small pore volume in the capillary pore size distribution compared to the high-strength concrete. Therefore, it was demonstrated that the fiber reinforced concrete according to the present invention is excellent in durability.
  • Table 1 shows the composition of each cementitious matrix and the mechanical properties of the concrete produced by this composition.
  • Table 1 shows the composition of each cementitious matrix and the mechanical properties of the concrete produced by this composition.
  • Table 1 shows the composition of each cementitious matrix and the mechanical properties of the concrete produced by this composition.
  • Table 1 shows the composition of each cementitious matrix and the mechanical properties of the concrete produced by this composition.
  • Table 1 shows the composition of each cementitious matrix and the mechanical properties of the concrete produced by this composition.
  • Table 1 shows the composition of each cementitious matrix and the mechanical properties of the concrete produced by this composition.
  • Table 1 shows the composition of each cementitious matrix and the mechanical properties of the concrete produced by this composition.
  • Table 1 shows the composition of each cementitious matrix and the mechanical properties of the concrete produced by this composition.
  • Table 1 shows the composition of each cementitious matrix and the mechanical properties of the concrete produced by this composition.
  • Table 1 shows the composition of each cementitious matrix and the mechanical properties of the concrete produced by this composition.
  • Table 1 shows the
  • Fig. 3 shows the results of self-shrinkage tests performed on specimens manufactured according to the formulations shown in Table 1.
  • Fig. 3 is a graph showing the results of the self-shrinking proof experiment, where the horizontal axis is the elapsed time when the mixing start time is zero, the vertical axis is the length change rate, plus is expansion, and minus is Show contraction.
  • the self-shrinkage becomes a problem in a time zone where the initial strength appears around 48 hours after the elapsed time, and a time zone in which the tensile stress due to restraint becomes a problem.
  • Fig. 3 when comparing the shrinkage change rate after this elapsed time of about 48 hours, Compound-1 was 0.095%, Compound-2 was 0.050%, and Compound-3 was 0.03%. About%.
  • the blend 3 according to the blend of the present invention maximum aggregate particle size with a small amount of cement is 2.5 mm
  • the mechanical properties of each formulation in Table 1 were compared, it was demonstrated that the effect of self-shrinkage that the splitting strength of formulation-1 was small appeared.
  • the concrete m max is calculated according to the relationship between the fiber length L and the maximum aggregate particle size D of the aggregate.
  • compound B and compound C have a long fiber length L.
  • the flow value indicating the fluidity of the salt is reduced, and in particular, Formulation-C is 195 mm and cannot be self-filled (generally, the flow value within the range of 220 to 260 mm is suitable for self-fillability). Value.
  • the compressive strength is not significantly affected by the combination of the three types, but the bending strength and splitting strength decrease sharply as the m max ratio R between the fiber length L and the maximum aggregate particle size D increases. As a result.
  • the length of the fiber of the present invention is L force S2 mm or more, the fiber length L and the maximum aggregate particle size mm

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Abstract

　セメントと、活性度の高い第一のポゾラン系反応粒子と、第一のポゾラン系反応粒子よりも活性度の低い第二のポゾラン系反応粒子と、最大粒径が２．５ｍｍ以下で、平均粒径が０．４ｍｍから０．８ｍｍの範囲内で、粗粒率が１．５から３．５の範囲内の第一の骨材粒子と、最大粒径が０．４２５ｍｍ以下で、平均粒径が０．１ｍｍから０．３ｍｍの範囲内で、粗粒率が０．４から０．８の範囲内の第二の骨材粒子と、少なくとも１種類の分散剤と、水とを含むセメント系マトリックス中に、繊維を分散して含めることにより繊維補強コンクリートを生成する。

Description

明 細 書
繊維補強コンクリートと繊維補強コンクリート部材の製造方法
技術分野
[0001] 本発明は、セメント系マトリックスに繊維を混入することにより製造される繊維補強コ ンクリートと繊維補強コンクリート部材の製造方法に関するものである。
背景技術
[0002] 近年、土木、建築分野において、部材の薄肉化や軽量化および意匠の自由度の 向上や耐久性の向上を目的として、超高強度の繊維補強コンクリートが種々のコンク リート構造物に適用されて 、る。
[0003] 例えば、特開平 11— 246255号公報（[0031]— [0077])または特開平 05— 31 0459号公報（ [0004]— [0011]、図 1—図 6)に開示されるように、従来、このような 繊維補強コンクリートは、最大骨材粒径が lmn！〜 2mm以下の骨材と、ポゾラン系反 応粉体とを主成分とし、これに高性能な分散剤を使用して製造したセメント系マトリツ タスに、直径が 0. 16mm〜0. 3mm、長さが 10mm〜18mm程度の金属性の繊維 力、骨材の最大粒径 D に対する繊維の平均長さ Lの比 R (L ZD )を 10〜20以 max m m max
上、容積で 1%〜4%混入して構成されている。
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0004] ところが、従来の繊維補強コンクリートは、骨材粒子が、小さい平均粒径において、 その粒径分布に制約が設けられている。そのため、この制約に対して満足する骨材 を調達するためには、粒径分布の異なる数種類の硅砂を適当な配合で混合する必 要があり、通常の細砂などの細骨材を調達する場合と比較して材料費が高価となつ ていた。
[0005] また、従来の繊維補強コンクリートでは、骨材粒子の最大骨材粒径は、 lmn！〜 2m m以下と、細粒骨材が多ぐ骨材に対するセメント量が多いため、流動特性 (施工上、 必要とされるコンクリートの流動性能)や力学的特性 (コンクリート部材に必要とされる 耐カ等）の向上には貢献するものの、自己収縮が大きくなるという問題点を有してい る。ここで、自己収縮とは、水和反応する前のセメントと水の容積に比べて、これらが 水和反応することにより水和物の容積が小さくなることにより体積が減少し、収縮する 現象をいう。
そのため、単位セメント量が多いコンクリートにおいて、セメントが水和反応して凝結 が開始するころから生ずるものである。したがって、弱材齢時に発生する自己収縮は 、型枠などの収縮を拘束する構造が存在する場合には拘束されるため、コンクリート 内部に引張ひずみを残すこととなり、結果的に、セメント系マトリックスの初期ひび割 れ強度が低下する。
[0006] また、従来の繊維補強コンクリートは、骨材粒子の最大骨材粒径は、 lmn！〜 2mm 以下と、細粒骨材が多く含まれているため、部材のせん断耐力の向上に寄与するせ ん断伝達能力が低下するという問題点を有していた。つまり、コンクリート部材に発生 するせん断クラックの発生面（以下、単に「せん断クラック面」と!、う場合がある）では、 骨材粒子により凹凸が形成されて、この凹凸がせん断力を伝達するメカニズムが形 成されるのに対し、骨材粒子の粒径が小さいと、凹凸が形成されないため、せん断伝 達能力が小さくなる場合があった。
[0007] さらに、骨材粒子の最大粒径 D に対する繊維の平均長さ Lの比 Rを 10〜20以 max m
上としているため、骨材粒子の最大粒径 D によっては、繊維の平均長さ Lが長くな max m り、コンクリートの施工性を示すフロー値が小さくなり、必要な流動性を確保できなくな る場合があった。
[0008] 本発明は、このような問題点を解決するためになされたものであり、安価な材料費 により優れた力学性能と耐久性能と施工性を有した繊維補強コンクリートと繊維補強 コンクリート部材の製造方法を提供することを課題とする。
課題を解決するための手段
[0009] 前記課題を解決するために、本発明の一側面としての繊維補強コンクリートは、セメ ントと、活性度の高い第一のポゾラン系反応粒子と、前記第一のポゾラン系反応粒子 よりも活性度の低い第二のポゾラン系反応粒子と、最大粒径が 2. 5mm以下で、かつ 、平均粒径が 0. 4mm力ら 0. 8mmの範囲内で、なおかつ、粗粒率が 1. 5力ら 3. 5 の範囲内の第一の骨材粒子と、最大粒径が 0. 425mm以下で、かつ、平均粒径が 0 . 1mmから 0. 3mmの範囲内で、なおかつ、粗粒率が 0. 4力ら 0. 8の範囲内の第二 の骨材粒子と、少なくとも 1種類の分散剤と、水とを含むセメント系マトリックス中に、繊 維が分散して含まれることを特徴とする。
[0010] 力かる繊維補強コンクリートは、骨材として、普通コンクリートに用いられるいわゆる 細砂を調整して使用しているため、その調達が容易で、単価も安ぐ従来に比べて安 価に超高強度の繊維補強コンクリートを生成することが可能となる。
[0011] また、骨材として、最大粒径 D を 2. 5mm以下と、比較的大きな粒径の細砂を使 max
用しているため、クラック面において細砂による凹凸が形成されて、せん断クラック面 におけるせん断伝達を向上することが可能となり、せん断耐力に優れたコンクリート構 造物の構築が可能となる。
[0012] 前述した繊維補強コンクリートは、前記セメントに対する水の重量比率が 20%から 2 4%の範囲内にあって、かつ、前記第一の骨材粒子および前記第二の骨材粒子から なる骨材の最大粒径に対する前記繊維の平均長さの比が 10未満であって、なおか つ、凝結後の全体の体積に対する前記繊維の量が 4%未満でも良 、。
[0013] 力かる繊維補強コンクリートは、骨材の最大粒径 D に対する繊維の平均長さ Lの max m 比し ZD を 10未満とすることで、少ない水に対しても流動性を確保し、コンクリート m max
打設時の施工性を向上することが可能となる。
[0014] 前述した繊維補強コンクリートは、前記繊維が、長さ 2mm以上で、かつ、繊維の直 径に対する長さの比率が 20以上でも良い。
[0015] 力かる繊維補強コンクリートは、繊維として、繊維の個々の長さ Lが 2mm以上で、 繊維の直径 (以下、単に「繊維径」 t 、う場合がある） dに対する長さの比率 L Zdが 2 0以上の比較的長いものを使用しているため、繊維とセメント系マトリックス間の付着 抵抗力が増大して、ひび割れ時の架橋効果も期待することが可能となる。したがって 、セメント系マトリックスの初期ひび割れ以降に、ひび割れ幅が増大しても、繊維の架 橋効果により引張応力が期待でき、高い靱性能力が得られる。つまり、本発明の繊維 補強コンクリートにより、高い破壊エネルギーを得ることが可能となる。
[0016] 前述した繊維補強コンクリートは、前記セメントと前記第一のポゾラン系反応粒子と 前記第二のポゾラン系反応粒子との合計重量に対する前記水の重量比率が、 10% 力も 15%の範囲内で、かつ、前記セメントと前記第一のポゾラン系反応粒子と前記第 二のポゾラン系反応粒子と前記第一の骨材粒子と前記第二の骨材粒子とから構成さ れる混合物の粒度成分のうち、 D 粒度が 50 mから 300 mの範囲内で、 D 粒度
75 50 力 10 mから 70 μ mの範囲内でも良い。
[0017] 力かる繊維補強コンクリートは、セメントと、第一のポゾラン系反応粒子と、第二のポ ゾラン系反応粒子とを前記の所定の粒径分布と配合量により混入してセメント系マトリ ックスを構成するため、材料粒子の累計粒度分布が滑らかとなり、粒子相互に最密充 填が達成される。そのため、このセメント系マトリックスは空隙を有しない緻密な構造と なり、セメント水和物と細骨材とが安定的に結合されて、結果的にマトリックス自身の 初期引張強度が向上する。
[0018] また、前述した繊維補強コンクリートは、前記セメントと前記第一のポゾラン系反応 粒子と前記第二のポゾラン系反応粒子と前記第一の骨材粒子と前記第二の骨材粒 子とから構成される混合物に対して、前記セメントの重量比率が 30%から 40%の範 囲内で、前記セメントと前記第一のポゾラン系反応粒子と前記第二のポゾラン系反応 粒子と前記第一の骨材粒子と前記第二の骨材粒子とから構成される混合物に対して 、前記第一のポゾラン系反応粒子と前記第二のポゾラン系反応粒子力 なるポゾラン 系反応材料の重量比率が 20%力も 40%の範囲内で、かつ、前記セメントに対して、 前記第一の骨材粒子と前記第二の骨材粒子とからなる骨材の重量比率が 80%から 130%の範囲内でも良い。
[0019] 力かる繊維補強コンクリートは、前記混合物に対するセメントの比率を 30%〜40% と低くすることにより、自己収縮を小さく制御することが可能となる。つまり、 自己収縮 は、セメントと水との水和反応により、水和物の容積が縮小することにより生じる現象 であるため、単位セメント量が多い配合に発生することを踏まえて、本発明の繊維補 強コンクリートは、単位セメント量を少なくすることで自己収縮を制限している。
[0020] さらに、前述した繊維補強コンクリートは、前記セメントと前記第一のポゾラン系反応 粒子と前記第二のポゾラン系反応粒子と前記第一の骨材粒子と前記第二の骨材粒 子とから構成される混合物に対して、前記第一の骨材粒子の重量比率が、 30%から 50%の範囲内でも良い。 [0021] 力かる繊維補強コンクリートによると、前記混合物に対する重量比率が 30%〜50 %の第一の骨材粒子により、骨材の骨格が形成されるので、自己収縮量を低減する ことが可能となる。
[0022] 本発明の別の側面としての繊維補強コンクリートからなる部材の製造方法は、セメン トと、活性度の高い第一のポゾラン系反応粒子と、前記第一のポゾラン系反応粒子よ りも活性度の低い第二のポゾラン系反応粒子と、最大粒径が 2. 5mm以下で、平均 粒径が 0. 4mm力ら 0. 8mmの範囲内で、粗粒率が 1. 5力ら 3. 5の範囲内の第一の 骨材粒子と、最大粒径が 0. 425mm以下で、平均粒径が 0. 1mmから 0. 3mmの範 囲内で、粗粒率が 0. 4から 0. 8の範囲内の第二の骨材粒子と、少なくとも 1種類の分 散剤と、水と、繊維とを練り混ぜて繊維補強コンクリートを生成する混練工程と、練り 混ぜられた繊維補強コンクリートを所定箇所に打設する打設工程と、打設された繊維 補強コンクリートを養生する養生工程とからなり、前記養生工程が、型枠を有した状 態で所定の強度が発現するまで行う一次養生と、前記一次養生後、型枠を取り外し た状態で行う二次養生と、を含むことを特徴とする。
[0023] そして、前記二次養生において、 60°C〜95°Cの温度環境下で 48時間〜 72時間 行えば、この熱処理により、セメント中の遊離石灰とポゾラン系反応粒子のシリカゃァ ルミナが結合して、安定的で硬い物質を早期に形成し、セメント系マトリックスの組織 を緻密にすることが可能となり、好適である。
[0024] 前記した本発明の諸側面及び効果、並びに、他の効果及びさらなる特徴は、添付 の図面を参照して後述する本発明の例示的かつ非制限的な実施の形態の詳細な説 明により、一層明ら力となるであろう。
図面の簡単な説明
[0025] [図 1]本実施形態による粉体材料の累計粒度曲線を示すグラフである。
[図 2]本発明の繊維補強コンクリートと通常の高強度コンクリートの細孔容積の分布と 累積細孔容積とを示すグラフであって、横軸に細孔径、縦軸に細孔容積および累積 細孔容積を示している。
[図 3]自己収縮の実証実験結果を示すグラフである。
発明を実施するための最良の形態 [0026] 本発明の繊維補強コンクリートは、（1)セメントと、（2)活性度の高い第一のポゾラン 系反応粒子と、 (3)第一のポゾラン系反応粒子よりも活性度の低 、第二のポゾラン系 反応粒子と、（4)第一の骨材粒子と、（5)第二の骨材粒子と、（6)分散剤と (7)水とを 混合して得られるセメント系マトリックスに、（8)繊維を混入することにより構成されて いる。
[0027] 以下、本発明の繊維補強コンクリートに使用する各材料の詳細について説明する。
[0028] (1)セメント
セメントには、粒径が 0. 5〜： L00 μ mの範囲内であって、平均粒径力 〜18 μ mの 範囲内で、ブレーン値が 2000〜4000cm2Zgの低熱ポルトランドセメントまたは中庸 熱ポルトランドセメントを使用するものとする。なお、セメントの種類は限定されるもの ではなぐ例えば普通ポルトランドセメント、早強ポルトランドセメント、対硫酸塩ポルト ランドセメント等を使用することも可能であるが、本実施形態では、高性能減水剤を吸 収しゃす 、アルミネート相が少な 、、低熱ポルトランドセメントまたは中庸熱ポルトラン ドセメントを使用する。
[0029] なお、セメント量は、セメントと第一のポゾラン系反応粒子と第二のポゾラン系反応 粒子と第一の骨材粒子と第二の骨材粒子とから構成される粉体材料に対して、重量 比率が 30%〜40%の範囲内とする。
[0030] (2)第一のポゾラン系反応粒子
活性度の高い第一のポゾラン系反応粒子には、粒径 Dが 0. 05〜50 m (好適に ίま 0. 5< ϋ≤50 /ζ πι)、平均粒径力^). 15〜3. 00 m、メディアン径 D50力^). 5〜5 /z m、ブレーン値力 50, 000〜300, OOOcm Zgのシリカフュームを使用するもの とする。ここで、第一のポゾラン系反応粒子に使用される材料はシリカフュームに限定 されるものではなぐこの他、カオリンの誘導体から選定した化合物、沈降シリカ、分 級フライアッシュ等も使用可能である。
[0031] (3)第二のポゾラン系反応粒子
第一のポゾラン系反応粒子よりも活性度の低い第二のポゾラン系反応粒子には、 粒径 Dが 0. 1〜50 m (好適には 15< D≤ 50 μ m)、平均粒径力 〜10 μ m、メデ イアン径 D 力^〜 11 m、ブレーン値が 3, 000〜7, 500cm2/gのフライアッシュ、 高炉スラグ、火山灰、シリカゾル、石粉等からなるポゾラン系反応粒子を使用する。
[0032] ここで、第一のポゾラン系反応粒子または第二のポゾラン系反応粒子 (以下、「第一 のポゾラン系反応粒子」と「第二のポゾラン系反応粒子」を区別しな 、場合は、単に「 ポゾラン系反応粒子」という場合がある）は、ポゾラン反応に関与する微粉末であって 、セメントを含む微粒子のマイクロフイラ一効果およびセメント分散効果によりセメント 系マトリックスを緻密化し、耐久性の向上、圧縮'引張強度の向上に寄与する。なお、 ポゾラン反応とは、セメントの水和反応により生成されるアルカリ物質にポゾラン物質 が反応して徐々に硬化体となる反応であって、長期的で安定的な強度発現に寄与 する。
[0033] なお、本実施形態では、ポゾラン系反応粒子を多く含むことにより、セメント量を減 量し、自己収縮の低減と水セメント比の低減を図ることを目的として、セメント 100重 量部に対して、ポゾラン系反応粒子を 60〜85重量部混入するものとし、セメントと第 一のポゾラン系反応粒子と第二のポゾラン系反応粒子と第一の骨材粒子と第二の骨 材粒子とから構成される粉体材料に対して、ポゾラン系反応粒子の重量比率が 20% 〜40%の範囲内となるようにする。
[0034] (4)第一の骨材粒子
第一の骨材粒子には、最大粒径 D が 2. 5mm以下、平均粒径が 0. 4mm max 〜0. 8 mm、粗粒率が 1. 5〜3. 5の硬質で吸水率の小さな細砂を使用するものとする。ここ で、第一の骨材粒子に使用する細砂の種類は限定されるものではなぐ例えば安山 岩、火山岩、石英岩からなる海砂、川砂、砕砂等カゝら調達が可能である。
[0035] (5)第二の骨材粒子
第二の骨材粒子には、最大粒径 D が 0. 425mm以下、平均粒径が 0. lmm max 〜0
. 3mm,粗粒率が 0. 4〜0. 8の細砂である石英粉を使用するものとする。ここで、第 二の骨材粒子に使用する細砂の種類は限定されるものではなぐ石英粉の他に、珪 砂、非晶質石英、オパール質シリカ含有粉末、クリストバライト質粉末、火山灰、岩石 粉末等力 調達が可能である。
[0036] なお、第一の骨材および第二の骨材とからなる骨材の合計重量は、セメントの重量 に対して、重量比率で 80%〜130%の範囲内とする。また、前記第一の骨材の重量 は、セメントと第一のポゾラン系反応粒子と第二のポゾラン系反応粒子と第一の骨材 粒子と第二の骨材粒子との合計重量に対して重量比で 30%〜50%の範囲内とする
[0037] ここで、セメントと、第一のポゾラン系反応粒子と、第二のポゾラン系反応粒子と、第 一の骨材粒子と、第二の骨材粒子とからなる粉体材料の配合は、図 1に示すように、 D 粒度が 50 /z m程度で D 粒度が 10 m程度である粒土分布の上限と、 D 粒度
75 50 75 力 S300 μ m程度で D 粒度が 70 μ m程度である粒土分布の下限とを満足し、かつ、
50
その粒度曲線が滑らかとなる配合とする。なお、図 1は、本実施形態による粉体材料 の累計粒度曲線を示すグラフである。
[0038] (6)分散剤
分散剤には、フヱノキシル基およびカルボ二ル基を有する水溶性ビュル共重合体 である、アクリル酸塩、メタリルスルホン酸塩、リグノスルホン酸塩、プリナフタレンスル ホン酸アルカリ金属塩、ポリカルボン酸アルカリ金属塩等のいわゆる可塑剤を使用す るものとする。また、使用する分散剤は、 1種類のみでも、数種類でもよい。
[0039] (7)水
また、水は、セメントと、ポゾラン系反応粒子との合計重量に対する重量比率が 10 %〜15%の範囲内になるように投入する。また、セメントに対する水の重量比率が 2 0%〜24%となるように投入する。
[0040] (8)繊維
繊維には、繊維径に対する長さの比率が 20以上で、長さが少なくとも 2mm以上、 かつ、平均長さが 10〜25mm程度のものを使用する。また、骨材粒子の最大粒径 D に対する繊維の平均長さ Lの比 L /Ό は 10未満とする。
max m m max
また、繊維の混入量は、凝結後のコンクリート体積の 4%未満、好ましくは 3. 5%未 満の繊維体積となる量とする。
[0041] また、本実施形態では、繊維として、引張強度が 2000〜3000NZmm2程度の高 張力鋼繊維、アモルファス鋼繊維、ステンレス繊維などの公知の繊維カゝら適宜選定し て使用する。なお、前記の繊維に、銅、亜鉛、ニッケルなどの非鉄金属でメツキされた ものを使用してもよい。 [0042] 繊維の形状は、限定されるものではなぐ円形断面、矩形断面や多角形断面等の 異形断面の他、変形する断面径状を有したものを使用することが可能である。例えば 、繊維とセメント系マトリックスとの付着力を向上させることを目的として、繊維の異形 断面がねじられているもの、波形に変形しているもの、端部がかぎ型、フック型になつ ているもの、端部がつぶれていわゆるドッグホーン状になっているものでもよい。また 、繊維の長さ方向に、繊維の粗さを変動させたものや、繊維の断面積を変動させたも のを使用してもよい。さらに、繊維は、何本かの繊維をケーブル状に編み込むこと、 プレード編みすること、ねじりにより一体ィ匕することを行ってもょ 、。
[0043] 次に、本実施形態の繊維補強コンクリート部材の製造方法について、説明する。
本実施形態では、混練工程、打設工程、養生工程により、繊維補強コンクリート部 材を製造する。
[0044] [混練工程]
混練工程は、セメント系マトリックスの粉体部分を練り混ぜる乾燥混練工程と、乾燥 混練工程により練り混ぜられた粉体部分に液体部分を投入して練り混ぜる湿潤混練 工程と、湿潤混練工程により練り混ぜられたセメント系マトリックスに繊維を投入して 練り混ぜる繊維混練工程とを含んで!/ヽる。
[0045] 乾燥混練工程は、セメント系マトリックスの粉体部分である、（1)セメントと、（2)第一 のポゾラン系反応粒子と、（3)第二のポゾラン系反応粒子と、（4)第一の骨材粒子と 、（5)第二の骨材粒子とを、ドライ状態で練り混ぜる。乾燥混練工程における、各材 料の練り混ぜ方法や手段は限定されるものではなぐ公知の方法および手段力 適 宜選定して行えばよい。
[0046] 湿潤混練工程は、セメント系マトリックスの粉体部分の練り混ぜが完了した後、セメ ント系マトリックスの液体部分である水と分散剤等を投入して練り混ぜて、セメント系マ トリックスに所定の流動性を発現させる。なお、湿潤混練工程における練り混ぜ方法 や手段は限定されるものではなぐ公知の方法および手段力 適宜選定して行えば よい。
[0047] 繊維混練工程は、湿潤混練工程により、所定の流動性が得られたセメント系マトリツ タスに、繊維を混入してさらに練り混ぜる。なお、繊維混練工程における練り混ぜ方 法や手段は限定されるものではなぐ公知の方法および手段から適宜選定して行え ばよい。
[0048] [打設工程]
混練工程により、練り混ぜられた繊維を含みセメント系マトリックス (繊維補強コンクリ ート）を、公知の手段により、所定の箇所に打設する。
[0049] [養生工程]
コンクリートの打設後、 20°C〜45°Cの温度環境下で 18時間〜 48時間、一次養生 を行う。一次養生後、所定の強度が発現したら、脱型して、二次養生を行う。二次養 生としては、 60°C〜95°Cの温度環境下で 48時間〜 72時間の熱養生を行う。なお、 二次養生は、前記の熱養生に限定されるものではなぐ従来のコンクリートで行う、常 温による気中養生や水中養生を採用してもよ!、。
[0050] 本実施形態による各粉体材料の粒度分布と、セメント量、ポゾラン系反応材料の量 、およびセメントに対する骨材の量によれば、図 1の粉体の累計粒度曲線に示すよう に、滑らかな粒度分布の曲線を得ることが可能となる。したがって、このセメント系マト リックスは、滑らかな粒度分布を有しているため、少ない水と減水剤により、所定の流 動性を確保することが可能となる。さらに、このセメント系マトリックスが水和反応した 硬化体 (水和物）は、個々の材料が最密充填されているために、密実で緻密な組織 を形成し、圧縮強度、付着強度、引張強度等の力学的特性が向上するとともに耐久 性が向上する。
[0051] また、本実施形態により得られる繊維補強コンクリートは、 φ 10 X 20cmの円柱供 試体による圧縮強度が 200〜220NZmm2、 4 X 4 X 16cmの曲げ供試体による曲 げ引張強度が 40〜50NZmm2、初期にひび割れが発生する弓 I張強度が 9〜 13N さら〖こ、引張りによる破壊エネルギーが 27〜40jZmm2である力学的特性 を有しており、力学性能に優れている。
[0052] また、練り混ぜ後のコンシステンシ一としては、 JISR5201フロー試験（落下なし）に よるフロー値が 22〜26cmの範囲内であるため、十分な自己充填性を有している。し たがって、バイブレータによる締め固めが不要で、材料を流し込むだけで十分に密 実な超高強度の繊維補強コンクリートを打設することが可能なため、施工性に優れて いる。
[0053] また、本実施形態による繊維補強コンクリートによれば、セメント量を抑え、かつ、骨 材として一般的な細砂を調整して使用しているため、従来の繊維補強コンクリートと 比較して、同等以上の力学的特性およびィ匕学的特性を有しながら、材料費用を 10 %〜16%低減することが可能となる。
[0054] また、セメント量を低減させたことにより、水和反応の際に水和物の容積縮小により 生ずる自己収縮を低減させることが可能となる。
[0055] また、最大骨材粒径を、比較的大きな 2. 5mmとしたことにより、斜めせん断クラック が発生した際のせん断クラック面において、骨材により形成された凹凸により、せん 断伝達を大きくすることが可能となり、終局のせん断耐カを向上させることが可能とな る。
[0056] また、繊維の平均長さ Lを、骨材粒子の最大粒径 D に対する比率 (L ZD )を m max m max
10未満に設定したことにより、十分な付着長を有しコンクリートの靱性性能を向上す るとともに、少ない水に対しても十分な流動性を確保することが可能となった。
[0057] また、セメントと、第一のポゾラン反応粒子と、第二のポゾラン反応粒子との配合によ り、材料粒子の累計粒度が滑らかで、粒子間相互の最密充填が達成されて、空隙を 有しない緻密な構造のセメント系マトリックスの生成が可能となる。
[0058] また、セメント系マトリックスの耐久性に影響する 0. 01 m〜0. 1 μ mにおける細 孔径分布が非常に少ないために、塩分拡散係数が 0. 002cm2Z年 (水セメント比 W ZC = 30%の高強度コンクリートの塩分拡散係数は 0. 14cm2Z年）、また、透水係 数が 4 X 10— 17cm/秒（水セメント比 W/C = 30%の透水係数が 1 X 10— ucm/秒）と 非常に小さぐ長期的な耐久性に優れている。そのため、本実施形態による繊維補 強コンクリートを適用した構造物は、海洋環境や寒冷地域等のコンクリート構造物に とって過酷な環境条件下においても劣化することがなぐ維持管理費用の削減が可 能となる。
[0059] また、本発明の製造方法により製造された繊維補強コンクリート部材は、熱養生の より二次養生を行うため、セメント系マトリックスをより緻密にする。つまり、このように熱 処理を行うことにより、セメント中の遊離石灰とポゾラン系反応粒子のシリカやアルミナ が結合して、安定的で硬い物質を早期に形成し、セメント系マトリックスの組織を緻密 にする。その結果、圧縮強度や引張強度等の力学的特性を向上させ、さらに塩分拡 散係数や透水係数の飛躍的増大などの耐久性を向上させる。また、熱養生を行うこ とにより、熱養生後には、セメントと水による水和反応が完全に終了するので、熱養生 後には繊維補強コンクリートの細孔液が消費されて、乾燥収縮による収縮が発生しな い。
[0060] さらに、本実施形態の繊維補強コンクリートによれば、十分な力学性能および耐久 性を有しているため、鉄筋による補強を必要とせずに構造物の構築に適用することが 可能となり、部材断面の薄肉化が可能となる。その結果、構造物の自重が従来の鉄 筋コンクリートを使用した構造物と比較して、 1Z2〜： LZ6にまで低減することが可能 となる。したがって、例えば、橋梁の上部ェにこの繊維補強コンクリートを採用すれば 、上部ェの架設設備や下部の基礎構造等の小規模化が可能となり、施工期間の短 縮と建設費用の低減が可能となる。また、桁高を低くすることやスパン長を長くするこ とが容易、かつ、経済的に実現することが可能となる。
[0061] 以上、本発明について、好適な実施形態について説明した。しかし、本発明は、前 述の各実施形態に限られず、前記の各構成要素については、本発明の趣旨を逸脱 しな 、範囲で、適宜設計変更が可能であることは 、うまでもな!/、。
例えば、前記実施形態では、セメント系マトリックスの混練工程として、粉体材料の みを混練してから、液体材料を投入し、さらに混練して所定の流動性が発現してから 繊維を混練する方法としたが、混練工程における材料の投入の順序は限定されるも のではなぐ適宜設定して行えばよい。
[0062] また、セメント、ポゾラン系反応粒子、骨材等の重量比等は、前記実施形態の重量 比に限定されるものではなく、適宜設定してもよ 、ことは 、うまでもな!/、。
実施例
[0063] (1)耐久性
本発明による繊維補強コンクリートの耐久性能の実証実験として、細孔径分布の比 較調査を行った。
ここで、鋼材の腐食は、外部から塩ィ匕物イオン、水、酸素が浸入することにより進行 し、コンクリートの中性ィ匕は、外部より二酸ィ匕炭素が浸入することにより発生する。これ らの物質は、主に毛細管現象による物質移動が行われるとされており、直径 7ηπ！〜 5 OOOnmの細孔径が毛細管空隙と呼ばれている。このため、コンクリートの劣化の進 行を抑えるには、コンクリートを、塩ィ匕物イオン、水、酸素、二酸化炭素などが浸入で きない緻密な組織に形成すればよい。したがって、コンクリートの耐久性能は、マトリ ックス内部の細孔構造により決定する。
[0064] 本実証実験では、本発明の繊維補強コンクリート（以下、単に「繊維補強コンクリー ト」という場合がある）と、水セメント比 30%の通常の高強度コンクリート（以下、単に「 高強度コンクリート」という場合がある）との細孔径容積の分布と、累積細孔容積との 比較を行い、その結果を図 2に示す。なお、図 2は、繊維補強コンクリートと高強度コ ンクリートの細孔容積の分布と累積細孔容積とを示すグラフであって、横軸に細孔径 、縦軸に細孔容積および累積細孔容積を示して 、る。
[0065] 図 2に示すように、繊維補強コンクリートは、毛細管空隙粒度分布における細孔容 積が高強度コンクリートに比べて非常に小さいことが解る。したがって、本発明による 繊維補強コンクリートが、耐久性に優れていることが実証された。
[0066] (2)自己収縮
次に、骨材の最大粒径とセメント量を変化させて打設後の供試体の高さの変化を測 定することにより、本発明の繊維補強コンクリートの配合による自己収縮の低減化へ の影響について、実証実験を行った。
本実証実験における各セメント系マトリックスの配合とこの配合により製造されたコン クリートの力学特性を表 1に示す。表 1に示すように、本実証実験では、比較例である 配合一 1および配合一 2と本発明の繊維補強コンクリートの配合である配合一 3との 3 種類の配合により製造されたセメント系マトリックスについて行うものとし、最大骨材粒 径を配合 1および配合 2は 0. 6mm、配合 3は 2. 5mmとし、セメント量を配合 1は 828kgZm3、配合— 2および配合— 3は 795kgZm3とした。
[0067] [表 1] 自己収縮に関する比較試験の配合
Figure imgf000016_0001
[0068] 表 1の配合により製造された供試体について行われた自己収縮の試験結果を、図 3に示す。ここで、図 3は、自己収縮の実証実験結果を示すグラフであって、横軸に 練り混ぜ開始時間をゼロとした経過時間、縦軸は長さ変化率であってプラスは膨張、 マイナスは収縮を示して 、る。
[0069] ここで、自己収縮が問題となるのは、経過時間 48時間後頃の、初期強度が発現す る時間帯で、拘束による引張応力が問題となる時間帯である。図 3に示すように、この 経過時間 48時間後頃の収縮変化率を比較すると、配合— 1が 0. 095%と最も大きく 、配合— 2は 0. 050%、配合— 3が 0. 038%程度である。この結果、本発明の配合 による配合 3 (セメント量が少なぐ最大骨材粒径が 2. 5mm)が、自己収縮の影響 が小さいことが実証された。また、表 1の各配合による力学特性を比較すると、配合— 1の割裂強度が小さぐ自己収縮の影響が現れていることが実証された。
[0070] (3)コンシステンシ一と力学特性
次に、繊維の長さ Lと骨材の最大骨材粒径 D との関係による、コンクリートのコン m max
システンシー（流動性）と力学特性への影響について、本発明の配合である配合 A と比較例である配合 Bおよび配合 Cとの 3種類の配合による実証実験を行い、そ の結果を表 2に示す。本実証実験では、表 2に示すように、繊維の長さ Lをそれぞれ m 15mm, 30mm, 40mmと変化させた配合 A、配合 B、配合—Cの供試体のフロ 一試験、圧縮試験、曲げ試験、割裂試験を実施した。
[表 2] 繊維形状による材料特性への影響
Figure imgf000017_0001
表 2に示すように、配合 Bおよび配合 Cは、繊維の長さ Lが長いため、コンクリ m
ートの流動性を示すフロー値が小さくなり、特に配合—Cは、 195mmとなり、自己充 填（一般的にフロー値 220〜260mmの範囲内が自己充填性に適している）すること ができない値となった。また、圧縮強度いついては、 3種類の配合による影響は小さ いが、曲げ強度および割裂強度については、繊維の長さ Lと最大骨材粒径 D との m max 比 Rが大きくなると急激に低下する結果となった。
したがって、本発明の繊維の長さが L力 S2mm以上、繊維の長さ Lと最大骨材粒径 m m
D との比 Rが 10未満の配合である配合一 Aが最もコンシステンシ一と力学特性に max
優れて 、ることが実証された。 [0073] (4)流動性と力学特性
さらに、混入する繊維の量とコンクリートの流動性および力学特性との関係につい て、本発明の配合による配合一 cと比較例である配合一 a、配合一 b、配合一 dとの 4 種類の配合による実証実験を行った。その結果を表 3に示す。
本実証実験では、表 3に示すように、同一のセメント系マトリックスに、同形状の繊維 をそれぞれ全体の体積に対して 1. 0%、 1. 5%、 2. 0%、 2. 5%混入した配合— a、 配合 b、配合 c、配合—dの供試体について、フロー値、圧縮強度、曲げ強度、 割裂強度を測定し、比較を行った。
[0074] [表 3] 混入する繊維量の材料特性への影響
Figure imgf000018_0001
表 3に示すように、フロー値と圧縮強度には、顕著な変化は認められないが、曲げ 強度や割列強度については、混入する繊維量が多ければ高くなるという、特性が示 された。ところが、配合 cと配合一 dとの曲げ強度と割列強度には、大きな差が無ぐ コストパフォーマンスの面で考慮すると、繊維の混入量は 2. 0%程度が最適であるこ とが実証された。

Claims

請求の範囲
[1] セメントと、
活性度の高!、第一のポゾラン系反応粒子と、
前記第一のポゾラン系反応粒子よりも活性度の低い第二のポゾラン系反応粒子と、 最大粒径が 2. 5mm以下で、平均粒径が 0. 4mm力ら 0. 8mmの範囲内で、粗粒 率が 1. 5から 3. 5の範囲内の第一の骨材粒子と、
最大粒径が 0. 425mm以下で、平均粒径が 0. 1mmから 0. 3mmの範囲内で、粗 粒率が 0. 4力ら 0. 8の範囲内の第二の骨材粒子と、
少なくとも 1種類の分散剤と、
水と、を含むセメント系マトリックス中に、繊維が分散して含まれることを特徴とする 繊維補強コンクリート。
[2] 前記セメントに対する水の重量比率が 20%から 24%の範囲内であり、
前記第一の骨材粒子および前記第二の骨材粒子からなる骨材の最大粒径に対す る前記繊維の平均長さの比が 10未満であり、
かつ、凝結後の全体の体積に対する前記繊維の量力 未満であることを特徴と する請求の範囲第 1項に記載の繊維補強コンクリート。
[3] 前記繊維が、長さ 2mm以上で、かつ、繊維の直径に対する長さの比率が 20以上 であることを特徴とする請求の範囲第 2項に記載の繊維補強コンクリート。
[4] 前記セメントと前記第一のポゾラン系反応粒子と前記第二のポゾラン系反応粒子と の合計重量に対する前記水の重量比率が、 10%から 15%の範囲内であり、 かつ、前記セメントと前記第一のポゾラン系反応粒子と前記第二のポゾラン系反応 粒子と前記第一の骨材粒子と前記第二の骨材粒子とから構成される混合物の粒度 成分のうち、 D 粒度が 50 mから 300 mの範囲内で、 D 粒度が 10 mから 70
75 50 mの範囲内であることを特徴とする請求の範囲第 2項に記載の繊維補強コンクリー
[5] 前記セメントと前記第一のポゾラン系反応粒子と前記第二のポゾラン系反応粒子と の合計重量に対する前記水の重量比率が、 10%から 15%の範囲内であり、 かつ、前記セメントと前記第一のポゾラン系反応粒子と前記第二のポゾラン系反応 粒子と前記第一の骨材粒子と前記第二の骨材粒子とから構成される混合物の粒度 成分のうち、 D 粒度が 50 mから 300 mの範囲内で、 D 粒度が 10 mから 70
75 50 mの範囲内であることを特徴とする請求の範囲第 3項に記載の繊維補強コンクリー
[6] 前記セメントと前記第一のポゾラン系反応粒子と前記第二のポゾラン系反応粒子と 前記第一の骨材粒子と前記第二の骨材粒子とから構成される混合物に対して、前記 セメントの重量比率が 30%力も 40%の範囲内であり、
前記セメントと前記第一のポゾラン系反応粒子と前記第二のポゾラン系反応粒子と 前記第一の骨材粒子と前記第二の骨材粒子とから構成される混合物に対して、前記 第一のポゾラン系反応粒子と前記第二のポゾラン系反応粒子力 なるポゾラン系反 応材料の重量比率が 20%力 40%の範囲内であり、
かつ、前記セメントに対して、前記骨材の重量比率が 80%から 130%の範囲内で あることを特徴とする請求の範囲第 2項に記載の繊維補強コンクリート。
[7] 前記セメントと前記第一のポゾラン系反応粒子と前記第二のポゾラン系反応粒子と 前記第一の骨材粒子と前記第二の骨材粒子とから構成される混合物に対して、前記 セメントの重量比率が 30%力も 40%の範囲内であり、
前記セメントと前記第一のポゾラン系反応粒子と前記第二のポゾラン系反応粒子と 前記第一の骨材粒子と前記第二の骨材粒子とから構成される混合物に対して、前記 第一のポゾラン系反応粒子と前記第二のポゾラン系反応粒子力 なるポゾラン系反 応材料の重量比率が 20%力 40%の範囲内であり、
かつ、前記セメントに対して、前記骨材の重量比率が 80%から 130%の範囲内で あることを特徴とする請求の範囲第 3項に記載の繊維補強コンクリート。
[8] 前記セメントと前記第一のポゾラン系反応粒子と前記第二のポゾラン系反応粒子と 前記第一の骨材粒子と前記第二の骨材粒子とから構成される混合物に対して、前記 セメントの重量比率が 30%力も 40%の範囲内であり、
前記セメントと前記第一のポゾラン系反応粒子と前記第二のポゾラン系反応粒子と 前記第一の骨材粒子と前記第二の骨材粒子とから構成される混合物に対して、前記 第一のポゾラン系反応粒子と前記第二のポゾラン系反応粒子力 なるポゾラン系反 応材料の重量比率が 20%力 40%の範囲内であり、
かつ、前記セメントに対して、前記骨材の重量比率が 80%から 130%の範囲内で あることを特徴とする請求の範囲第 4項に記載の繊維補強コンクリート。
[9] 前記セメントと前記第一のポゾラン系反応粒子と前記第二のポゾラン系反応粒子と 前記第一の骨材粒子と前記第二の骨材粒子とから構成される混合物に対して、前記 セメントの重量比率が 30%力も 40%の範囲内であり、
前記セメントと前記第一のポゾラン系反応粒子と前記第二のポゾラン系反応粒子と 前記第一の骨材粒子と前記第二の骨材粒子とから構成される混合物に対して、前記 第一のポゾラン系反応粒子と前記第二のポゾラン系反応粒子力 なるポゾラン系反 応材料の重量比率が 20%力 40%の範囲内であり、
かつ、前記セメントに対して、前記骨材の重量比率が 80%から 130%の範囲内で あることを特徴とする請求の範囲第 5項に記載の繊維補強コンクリート。
[10] 前記セメントと前記第一のポゾラン系反応粒子と前記第二のポゾラン系反応粒子と 前記第一の骨材粒子と前記第二の骨材粒子とから構成される混合物に対して、前記 第一の骨材粒子の重量比率が、 30%から 50%の範囲内であることを特徴とする請 求の範囲第 1項力 第 9項のいずれか一項に記載の繊維補強コンクリート。
[11] セメントと、活性度の高い第一のポゾラン系反応粒子と、前記第一のポゾラン系反 応粒子よりも活性度の低い第二のポゾラン系反応粒子と、最大粒径が 2. 5mm以下 で、平均粒径が 0. 4mm力ら 0. 8mmの範囲内で、粗粒率が 1. 5力ら 3. 5の範囲内 の第一の骨材粒子と、最大粒径が 0. 425mm以下で、平均粒径が 0. 1mmから 0. 3 mmの範囲内で、粗粒率が 0. 4力ら 0. 8の範囲内の第二の骨材粒子と、少なくとも 1 種類の分散剤と、水と、繊維と、を練り混ぜて繊維補強コンクリートを生成する混練ェ 程と、
練り混ぜられた繊維補強コンクリートを所定箇所に打設する打設工程と、 打設された繊維補強コンクリートを養生する養生工程と、を含む繊維補強コンクリー トからなる部材の製造方法であって、
前記養生工程が、型枠を有した状態で所定の強度が発現するまで行う一次養生と
、前記一次養生後、型枠を取り外した状態で行う二次養生と、を含むことを特徴とす る、繊維補強コンクリート部材の製造方法。
前記二次養生は、 60°Cから 95°Cの範囲内の温度環境下で 48時間から 72時間行 うことを特徴とする請求の範囲第 11項に記載の繊維補強コンクリート部材の製造方 法。
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