コンクリート組成物の製造方法及びコンクリート成形体
【課題】水／結合材比の低いコンクリート組成物に適用した場合でも、短時間で、均一なスラリー状のコンクリート組成物を調製しうるコンクリート組成物の製造方法、それにより得られた高圧縮強度のコンクリート成形体を提供する。
【解決手段】水／結合材比が０．２以下のコンクリート組成物の製造方法であって、コンクリート組成物に含まれるセメントを含む結合材の総量を１００質量部としたときに、結合材の５０質量部から９０質量部と水とを練り混ぜてスラリーを調整する第１の練り混ぜ工程と、該スラリーに対し、結合材の残量を添加して練り混ぜる第２の練り混ぜ工程とを有するコンクリート組成物の製造方法。
【解決手段】水／結合材比が０．２以下のコンクリート組成物の製造方法であって、コンクリート組成物に含まれるセメントを含む結合材の総量を１００質量部としたときに、結合材の５０質量部から９０質量部と水とを練り混ぜてスラリーを調整する第１の練り混ぜ工程と、該スラリーに対し、結合材の残量を添加して練り混ぜる第２の練り混ぜ工程とを有するコンクリート組成物の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コンクリート組成物の製造方法及び該製造方法により得られたコンクリート組成物を硬化させて得られるコンクリート成形体に関し、詳細には、水／結合材比が低く、高強度の成形体を得られるコンクリート組成物を容易に調整しうる製造方法及びそれにより得られた高強度のコンクリート成形体に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、建築物の高層化や橋梁の大規模化などに伴い、土木建築構造物に使用されるセメントコンクリートからなる成形体として高強度のものが求められている。従来、コンクリート組成物は、水／結合材比が０.４〜０.７、即ち、水と結合材との総量中における結合材の含有量が７１質量％〜５９質量％程度のものが用いられ、これに、必要に応じて細骨材、粗骨材などを混合し、一括混練りしてスラリー状のコンクリート組成物を調製し、それを打設し、硬化させて成形体を得ている。このような場合には、混練りを開始してから数分で打設可能なスラリー状のコンクリート組成物が得られる。
しかしながら、コンクリート成形体の高強度化の手段として、水／結合材比を低くすると、粉体の量が増加するため、均一なスラリー状のコンクリート組成物を調製するのに時間が掛かるという問題があり、これについては、減水剤を配合することで効率化を図っている。
高強度コンクリートにおいては、水／結合材比を低減して、セメントとともにシリカフュームや石灰石微粉などの微粉末の含有量をも増加させるが、粉末量が多く、且つ、粉末のかさ容積が大きいために、水／結合材比が０.３以下、特に、０．２以下のものを調製する場合、粉体間に減水剤を含んだ水が均一に行きわたらず、均一なスラリーとなるのに長時間かかる、或いは、１０分間以上練り混ぜても、スラリー形成の前段階である、各固体粒子間の一部に水が侵入して塊状となるペンデュラー状態が形成されず、均一なスラリーとならないといった問題がある。
【０００３】
高強度コンクリート組成物の調製法としては、例えば、補強繊維を含有する高強度コンクリート組成物を得るために、水に減水剤、補強繊維を順次添加し、混練りした後に、セメントを添加して練り混ぜ、セメントペーストを調製した後に、空練り下した骨材混合物に、このセメントペーストを添加するコンクリート組成物の製造方法が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。この方法によれば、補強繊維をコンクリート組成物中に均一に配置することができるが、ここに記載されたコンクリート組成物の水／結合材比は０.６（６０％）程度であり、水／結合材比を低くして高強度化を図る点については考慮されておらず、また、この技術を水／結合材比の低い組成物に適用すると、セメント投入後に練り混ぜを行っても均一なセメントペーストは得られないという問題があった。
【０００４】
また、高強度コンクリートの他の製造方法としては、セメント、珪砂、水及び減水剤を練り混ぜてセメントペーストを作製し、その後、水及び遅延剤を添加する方法が提案されている（例えば、特許文献２参照。）。この方法では、計量の正確さを期するために、水を２回に分けて添加するが、水／結合材比の低い組成物では、第１段階の混合物に添加する水がさらに少なくなるために、均一なセメントペーストが得られないという問題があり、いずれも、水／結合材比の低いコンクリート組成物の調製に関する本質的な解決には至っていなかった。
【特許文献１】特開平１１−３２０５４４号公報
【特許文献２】特開２００４−１２３４２８公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記問題点を考慮してなされた本発明の目的は、水／結合材比の低いコンクリート組成物に適用した場合でも、短時間、低エネルギーで、均一なスラリー状のコンクリート組成物を調製することができ、高圧縮強度の成形体を形成しうるコンクリート組成物の製造方法を提供することにある。
また、本発明のさらなる目的は、前記コンクリート組成物の製造方法により得られる組成物を用いてなる、水／結合材比が低く、高圧縮強度のコンクリート成形体を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明者らは、セメントコンクリート組成物、特にセメントペーストの調製工程において、セメントやシリカフュームなどの結合材を２回に分けて添加することで、前記課題を解決しうることを見出し、本発明を完成した。
即ち、本発明の構成は以下に示すとおりである。
＜１＞ 水／結合材比が０.２以下のコンクリート組成物の製造方法であって、コンクリート組成物に含まれるセメントを含む結合材の総量を１００質量部としたときに、結合材の５０質量部から９０質量部と水とを練り混ぜてスラリーを調整する第１の練り混ぜ工程と、該スラリーに対し、結合材の残量を添加して練り混ぜる第２の練り混ぜ工程とを有するコンクリート組成物の製造方法。
＜２＞ 前記コンクリート組成物の水／結合材比が０.０５〜０.１５である＜１＞記載のコンクリート組成物の製造方法。
【０００７】
＜３＞ 前記第１の練り混ぜ工程において使用される水と結合材との混合比率が０.１〜０.３である＜１＞又は＜２＞記載のコンクリート組成物の製造方法。
＜４＞ 前記第１の練り混ぜ工程に用いられる、結合材が、セメント、シリカフューム、スラグ、石灰石微粉末、フライアッシュから選択される１種以上を含有する＜１＞〜＜３＞のいずれかに記載のコンクリート組成物の製造方法。
＜５＞ 前記第１の練り混ぜ工程が、結合材と水に、さらに、細骨材と減水剤とを混合する工程である＜１＞〜＜４＞のいずれかに記載のコンクリート組成物の製造方法。
【０００８】
＜６＞ 前記第２の練り混ぜ工程の後に、さらに、粗骨材を添加して練り混ぜる第３の練り混ぜ工程を有する＜１＞〜＜５＞のいずれかに記載のコンクリート組成物の製造方法。
＜７＞ ＜１＞〜＜６＞のいずれかに記載のコンクリート組成物の製造方法により得られたコンクリート組成物を硬化させてなる、圧縮強度が８０Ｎ／ｍｍ２以上であるコンクリート成形体。
【０００９】
本発明の作用は明確ではないが、以下のように推定される。本発明のコンクリート組成物に製造方法では、水全量に対して、セメント、シリカフュームなどの結合材の一部をまず添加することで、第１の練り混ぜ工程における組成物は、水と結合材との比率が大きくなり、短時間で粉末の間隙や周辺部に水が速やかに浸透し、短時間で均一なスラリー状の混合物となり、そこに、残余の結合材を添加すると、一旦形成された水に比較して高粘度のスラリーに粉末状の結合材が添加されることになるため、スラリーの均一性を損なうことなく、追加された結合材がスラリー中に均一に分散され、短時間で、水／結合材比の低いスラリーが調製され、打設に適したコンクリート組成物を得ることができるものと考えている。
また、打設に適したコンクリート組成物を短時間で効率よく調整しうるために、スラリー調製時の巻き込み空気が少なくなり、スラリー調製に時間とエネルギーとを本態様よりも多く必要とする一括練りに比べて、このコンクリート組成物を硬化させて得られる成形体の圧縮強度も向上するものと考えられる。
一般に、水／結合材比が低いほど練り混ぜによる均一なスラリー状混合物の調製が困難であるため、本発明の製造方法は、水結合材比が０．２以下、特には、０．０５〜０．１５のコンクリート組成物の調製に用いて、その効果が著しいといえる。
【００１０】
なお、一般に建築材料として、セメント等の結合材に対し、粗骨材を含有せず、細骨材のみを配合して調整したものをモルタルと称するが、セメントなどの結合材と水とを前記所定量含有する組成物であれば、練り混ぜ工程において同一または類似の挙動を示すために、本発明における「コンクリート組成物」は、粗骨材を含まないモルタル組成物も包含するものとする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、水／結合材比の低い、具体的には、水／結合材比が０．２以下のコンクリート組成物に適用した場合でも、短時間で、均一なスラリー状のコンクリート組成物を調製しうるコンクリート組成物の製造方法を提供することができる。
また、本発明のコンクリート組成物の製造方法により得られる組成物を用いることで、水／結合材比が低く、高圧縮強度のコンクリート成形体を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
＜コンクリート組成物の製造方法＞
本発明のコンクリート組成物の製造方法は、水／結合材比が０．２以下のコンクリート組成物の製造方法であって、コンクリート組成物に含まれるセメントを含む結合材の総量を１００質量部としたときに、結合材の５０質量部から９０質量部と水とを練り混ぜてスラリーを調整する第１の練り混ぜ工程と、該スラリーに対し、結合材の残量を添加して練り混ぜる第２の練り混ぜ工程とを有することを特徴とする。
以下、本発明の製造方法について詳細に説明する。
【００１３】
本発明の製造方法が適用されるコンクリート組成物は、水／結合材比が０．２以下の組成物であって、少なくとも、水、セメント、及び、その他の結合材を含有し、目的に応じて、さらに、細骨材、粗骨材などの骨材、及び、減水剤などを含有する。
水／結合材比は、０．２以下、即ち、水と結合材との総量中における結合材の含有量が８３．３質量％以上のもの、であることを要し、好ましくは、０．０５〜０．１５、即ち、水と結合材との総量中における結合材の含有量が８７質量％〜９５質量％、の範囲である。
なお、本発明における結合材は、コンクリートの主成分であるセメント及び一般にセメントと共に用いられるシリカフューム、スラグやフライアッシュなどの微粉末を包含するものである。
【００１４】
本発明のコンクリート組成物の製造方法に用いられるセメントには特に制限はなく、目的に応じて、各種セメント類の中から、適宜選択することができる。セメントとして、普通ポルトランドセメント、中庸熱ポルトランドセメント、低熱ポルトランドセメントなどの公知のセメントはいずれも好適に使用しうる。
【００１５】
セメントと共に用いる他の結合材にも特に制限はなく、調製されるコンクリート組成物の用途に応じて、各種セメント、コンクリート用に用いられる結合材から適宜種類、使用量を選択できる。
本発明に用いうるセメント以外の結合材としては、具体的には、高炉スラグ微粉末などのスラグ、石灰石微粉末、フライアッシュやシリカフュームなどが好ましく挙げられる。
本発明において「結合材」とは、セメント及び添加材としての他の結合材粉末を包含するものである。
【００１６】
また、このコンクリート組成物には、目的に応じて、骨材や減水剤、遅延剤など、コンクリート組成物に用いられる他の成分を含むことができる。
【００１７】
〔コンクリート組成物に含まれるセメントを含む結合材の総量を１００質量部としたときに、結合材の５０質量部から９０質量部と水とを練り混ぜてスラリーを調整する第１の練り混ぜ工程〕
本発明に用いられるコンクリート組成物は、水／結合材比が０．２以下であることを要するが、本発明において「水／結合材比」と表記した場合の結合材の量は、セメント類及びセメント以外の上述した結合材の総量を基準とするものである。
第１の練り混ぜ工程では、まず、水全量に対し、結合材のうち、全体の５０〜９０質量部を量り取り、これを添加して練り混ぜる。
【００１８】
結合材は、総量を１００質量部としたときに、その５０質量部から９０質量部を添加することを要し、効率的に均一に混練りするという観点からは、第１の練り混ぜ工程において可能な限りで多くの結合材を添加することが好ましく、７０質量部から９０質量部を添加することが好ましい。このとき添加する結合材の割合は、調製しようとするコンクリート組成物の物性や配合により適宜選択されるが、効率よくスラリー状混合物を形成するという観点からは、第１の練り混ぜ工程における混合物の水／結合材比を０．１〜０．３となるように結合材の添加割合を決めることが好ましい。
【００１９】
また、調製するコンクリート組成物が骨材を含む場合には、骨材のうち、細骨材を第１の練り混ぜ工程において配合することが好ましい。
用いられる細骨材としては、山砂や砕砂など、公知のものを用いることができる。粗骨材は配合される全量を第１の練り混ぜ工程において添加することが好ましい。
【００２０】
また、効率よく混合物をスラリー状とするという観点からは、第１の練り混ぜ工程において、減水剤を添加することが好ましい。
減水剤としては、公知のものを適宜選択できるが、リグニンスルホン酸などを主成分とするＡＥ減水剤、高級脂肪酸のスルホン酸塩、オキシカルボン酸塩などから選択される界面活性剤を主成分とする減水剤などが挙げられる。
減水剤の添加量としては、第１の練り混ぜ工程に用いられる結合材の総量を１００質量部としたとき、０〜１０質量部の範囲で添加することができる。
減水剤を添加する場合、第１の練り混ぜ工程において添加するかぎり、添加の時期は任意であり、また、減水剤の一部を第２の練り混ぜ工程において添加してもよい。
【００２１】
水、結合材の一部及び所望により細骨材、減水剤を添加して練り混ぜを行うことで、混合物は当初、各固体粒子間の一部に水が侵入して塊状となるペンデュラー状態からファニキュラー状態となり、さらに粉体表面に毛管現象などにより均一の水の被膜が形成されたキャピラリー状態となり、さらに練り混ぜることで、流動性に優れたスラリー状態となる。
練り混ぜに用いるミキサーは公知のものを適宜使用することができる。
【００２２】
ミキサー中で練り混ぜられる混合物がスラリー状態になることは、練混ぜ中の混合物が団子状態（流動性を持たない状態）から流動性を持つ状態に変化することにより、その状態を目視で確認することができる。また、スラリー状態となり流動性が向上することは、練り混ぜに用いるミキサーの負荷電流がピークを過ぎたことにより確認することもできる。
練り混ぜ開始からスラリー状となるまでに掛かる時間は、通常１５秒間〜５分間であることが好ましく、１５秒〜２分間であることがより好ましい。
また、スラリー状態となった後、均一性向上のため、さらに、１〜３分間程度練り混ぜることが好ましい。
【００２３】
〔スラリーに対し、結合材の残量を添加して練り混ぜる第２の練り混ぜ工程〕
本工程では、第１の練り混ぜ工程で調製されたスラリー状の混合物（モルタル或いはセメントペースト）に残余の結合材を添加してさらに練り混ぜを行う。
この工程は、第１の練り混ぜ工程に引き続き、同じミキサーを用いて行うことができる。すなわち、第１の練り混ぜ工程の終了後、ミキサーを一旦停止し、スラリー状態となった混合物に対して、残余の結合材を添加してさらに練り混ぜを行うことができる。
この工程では、スラリー状態となった混合物に対して、結合材のみを添加するが、すでにスラリー状態が形成されたものに対し、粉末を添加することで、粉末はスラリー中に速やかに分散され、均一なコンクリート組成物が形成される。結合材を添加すると、直後には、混合物中に凝集体であるフェニキュラー状態が形成され、１〜５分間、好ましくは、１〜３分間ほど練り混ぜると、均一なスラリー状態となり、たとえば、ミキサーの負荷電流が一旦上昇し、その後、下降する。
第２の練り混ぜ工程においても、スラリー状態となった後、さらに、１〜３分間程度練り混ぜを続けることが好ましい。
こうして、所定の水／結合材比を有する流動状のコンクリート組成物を短時間で製造することができる。
【００２４】
本発明のコンクリート組成物を調製するに際しては、公知の添加剤を適宜配合することができる。
例えば、強度、靭性、耐火性などの向上を目的として、コンクリート組成物に炭素繊維、鋼繊維などの補強繊維を添加することもできる。
【００２５】
他の添加剤としては、例えば、陰イオン界面活性剤などの界面活性剤；有機染料、有機顔料などの有機成分；水溶性ポリマー、非水溶性の繊維状物質のような有機高分子化合物、炭素、シリカ、チタニア等の無機化合物からなる無機微粒子などが挙げられ、これらは製造の任意の段階で含ませることが可能である。更に目的に応じて他素材と複合化した粒子、表面処理を施した粒子を用いることも可能である。
【００２６】
本発明に係るコンクリート組成物には、上記必須成分及び上述した添加剤の他、通常セメント系組成物に配合されている各種添加剤、例えば、空気連行剤、消泡剤などを、適宜配合することができる。
コンクリート組成物においては、水、セメント、混和材料、骨材、化学混和剤などの各種材料の重量比を適宜調整することで強度や物性を調整することもできる。
【００２７】
なお、コンクリート組成物を調製に際して併用しうる結合材以外の成分のうち、この第１の練り混ぜ工程において添加することが好ましい成分としては、前記減水剤、細骨材のなどが挙げられる。なお、減水剤や細骨材の一部を、第二の練り混ぜ工程において添加することもできる。
また、第２の練り混ぜ工程の終了後に添加することが好ましい成分としては、鋼繊維、有機繊維などが挙げられる。
【００２８】
コンクリート組成物において、所望により用いられる細骨材及び粗骨材は、第１の練り混ぜ工程、第２の練り混ぜ工程のいずれで添加してもよく、また、第１の練りまぜ工程、第２の練り混ぜ工程の後に添加してもよい。
細骨材及び粗骨材は、必要とする総添加量を一度に添加してもよく、また、これを２分割から３分割して、異なる工程で添加してもよい。
細骨材及び粗骨材添加の態様としては、第１の練り混ぜ工程において総量を添加する態様、第２の練り混ぜ工程において総量を添加する態様。第１及び第２の練り混ぜ工程の終了後に総量を添加する態様、さらには、粗骨材を２分割して、第１の練り混ぜ工程と第２の練り混ぜ工程においてそれぞれを添加する態様、第２の練り混ぜ工程と第１及び第２の練り混ぜ工程の終了後においてそれぞれを添加する態様、第１の練り混ぜ工程と第１及び第２の練り混ぜ工程の終了後においてそれぞれを添加する態様、粗骨材を３分割して、第１の練り混ぜ工程、第２の練り混ぜ工程、及び、第１及び第２の練り混ぜ工程の終了後においてそれぞれを添加する態様などのいずれの態様をとってもよい。
細骨材及び粗骨材を２分割、３分割する際の量比は任意である。
これらの条件は、コンクリート組成物に用いる材料や目的とする組成物の物性に従って適宜選択すればよい。
これらのなかでも、細骨材は第１の練り混ぜ工程中に添加することが好ましく、粗骨材は第２の練り混ぜ工程の終了後に添加することが好ましいことは前述したとおりである。
【００２９】
＜コンクリート成形体＞
前記本発明の製造方法により調製されたコンクリート組成物は水結合材比が０．２以下と低いものではあるが、流動性に優れた均一なスラリー状態であることから、このような組成物を硬化させて得られる本発明のコンクリート成形体硬化体は、圧縮強度が高く、圧縮強度が８０Ｎ／ｍｍ２以上を達成する。
水結合材比をさらに低くすることにより圧縮強度をさらに向上させることができ、本発明のコンクリート成形体の圧縮強度は好ましくは、１００Ｎ／ｍｍ２以上であり、さらに好ましくは、１５０Ｎ／ｍｍ２以上である。
【００３０】
本発明のコンクリート成形体は、前記各必須成分或いはさらに目的に応じて添加される種々の添加剤を含有するコンクリート組成物を上記本発明の方法により少なくとも２工程に分けて混練し、これを型枠などに打設し、硬化することにより製造することができる。
【００３１】
本発明のコンクリート成形体は、簡易に製造することができ、水／結合材比が低いことから圧縮強度が高いために、ビルや橋脚などの構造材料、プレキャストコンクリート成形体など、その応用範囲は広い。
【実施例】
【００３２】
以下、本発明を、実施例を挙げてさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの記載に制限されるものではない。
〔実施例１〕
（コンクリート組成物の調製）
［使用材料］
セメント：低熱ポルトランドセメント（三菱マテリアル社製）比重３．２４
混和材：シリカフューム（エルケム社製）比重２．２
水：水道水
細骨材：大月産安山岩砕砂 比重２．６
粗骨材：大月産安山岩砕石 最大寸法１５ｍｍ 比重２．６
減水剤：チューポールＳＳＰ（竹本油脂社製）添加量：セメント総量の５質量％
単位水量：１２６ｋｇ／ｍ３、水結合材比が０．１１となるコンクリート組成物を調製する。また、粗骨材は、かさ容積が０．５ｍ３／ｍ３となる量で添加する。コンクリートの練り量は８０Ｌとした。
【００３３】
（第１の練り混ぜ工程）
まず、水の全量、及び混和剤の全量、セメントと混和材を合わせた結合材のうち５０質量％に相当する４５．７６ｋｇ、及び、細骨材の５０質量％に相当する１７．５６ｋｇ、粗骨材の細骨材の５０質量％に相当する２９．７２ｋｇを１００Ｌ練強制２軸ミキサー中に投入して練り混ぜた。
練り混ぜ後、２３秒間で均一なスラリー状態が形成された。
（第２の練り混ぜ工程）
その後、ミキサーを一旦止めて残余の結合材４５．７６ｋｇ及び残余の細骨材１７．５６、粗骨材２９．７２ｋｇをミキサーに投入してさらに練りまぜたところ、４９秒後に均一なスラリー状態のコンクリート組成物を得た。
即ち、本実施形態では、練り混ぜは、第１の練り混ぜで、水全量＋混和剤全量＋（結合材＋粗骨材＋細骨材）のそれぞれ半量を添加し、第２の練り混ぜで、（結合材＋粗骨材＋細骨材）のそれぞれ半量を追加して行った。
【００３４】
このとき、ミキサーに掛かる負荷電流を測定することで、練り混ぜに要するエネルギーを計測した。図１は、実施例１のコンクリート組成物の練り混ぜ時に、調製ミキサーに掛かる負荷電流を示すグラフである。２工程の練り混ぜを行うことで、速やかにスラリー状態の組成物を得られることがわかる。
均一なスラリー状態のコンクリート組成物を得るまでに要したエネルギーは、１６１１Ａ・秒であった。
【００３５】
得られたコンクリート組成物のワーカビリティを測定したところ、空気量２．７％であり、ＪＩＳ Ａ１１０１（１９９８年）に準拠して測定したスランプフローは６７．５×６２．５（ｃｍ）であり、ＪＩＳ Ｒ５２０１（１９９７年）に準拠して測定した粘度は、５０ｃｍフロータイムで３４秒、Ｌフロー初期値Ｖ１は２．４ｍ／ｓ、Ｖ２は２．７ｍ／ｓであり、打設に適切な流動性を有することがわかった。
【００３６】
（コンクリート成形体の製造）
得られたコンクリート組成物を直径１００ｍｍ、高さ２００ｍｍの型枠に打設し、標準水中養生を行って、材齢２８日間のコンクリート成形体を得た。得られたコンクリート成形体の圧縮強度をＪＩＳ Ｒ ５２０１に準じて測定したところ、１５５．１Ｎ／ｍｍ２であり、高強度の成形体であることが確認された。また、同様の成形体を９０℃３日間の蒸気養生にて硬化させたところ、圧縮強度は２５９．４Ｎ／ｍｍ２であり、蒸気養生によっても高強度の成形体が得られることが確認された。
【００３７】
〔比較例１〕
実施例１と同様の使用材料を同量用いて、コンクリート組成物を調整した。調整には、実施例１で用いたのと同様なミキサーを用い、すべての材料をミキサー中に投入して１工程で練り混ぜを行い、比較例１のコンクリート組成物を調整した。
図２は、比較例１のコンクリート組成物の練り混ぜ時に、調製ミキサーに掛かる負荷電流を示すグラフである。１工程の練り混ぜによれば、実施例１におけるよりも、均一なスラリー状態の組成物を得るまでに１．５倍ほどの時間が掛かることがわかる。
均一なスラリー状態のコンクリート組成物を得るまでに要したエネルギーは、２２５２Ａ・秒であり、実施例１に比べ、より多くのエネルギーを要することがわかる。
【００３８】
得られたコンクリート組成物のワーカビリティを、実施例１におけるのと同様に測定したところ、空気量２．３％であり、スランプフローは６２．５×６３．５（ｃｍ）であり、粘度は、５０ｃｍフロータイムで３７秒、Ｌフロー初期値Ｖ１は４．９ｍ／ｓ、Ｖ２は２．７ｍ／ｓであり、実施例１におけるものと同程度の流動性を有することがわかった。
【００３９】
（コンクリート成形体の製造）
得られたコンクリート組成物を実施例１と同様の型枠に打設し、標準水中養生を行って、材齢２８日間のコンクリート成形体を得た。得られたコンクリート成形体の圧縮強度を測定したところ、１６１．８Ｎ／ｍｍ２であり、高強度の成形体であることが確認された。また、同様の成形体を９０℃３日間の蒸気養生にて硬化させたところ、圧縮強度は２５２．７Ｎ／ｍｍ２であり、蒸気養生によっても高強度の成形体が得られることが確認された。
実施例１と比較例１との対比より、実施例１の製造方法によれば、水／結合材比の低いコンクリート組成物を用いて、従来品と同等の優れた圧縮強度を有する成形体を、より短時間で、より低エネルギーで製造しうることがわかる。
【００４０】
〔実施例２〕
（コンクリート組成物の調製）
［使用材料］
セメント：シリカフュームセメント（三菱マテリアル社製）比重３．０８
水：水道水
細骨材：山梨県大月産 安山岩砕砂 密度２．６１ 吸水率２．４８
減水剤：チューポールＳＳＰ（竹本油脂社製）
単位水量：１６２ｋｇ／ｍ３、水結合材比が０．１０となるコンクリート組成物を調製する。
【００４１】
上記組成のうち、結合材であるセメントを等量に２分割し、実施例１と同様にして、第１の練り混ぜ工程、第２の練り混ぜ工程において、それぞれ半量ずつ添加してコンクリート組成物を調整した。
第１の練り混ぜ工程において均一なスラリー状態の混合物を得るのに要した時間を測定したところ、４５秒であり、第２の練り混ぜ工程において均一なスラリー状態の組成物を得るように要した時間は７５秒であり、均一なコンクリート組成物を得るのに要した時間は、１２０秒であった。
【００４２】
得られたコンクリート組成物のワーカビリティについて、実施例１と同様にして空気量とスランプフローを測定した。結果を下記表１に示す。
また、得られたコンクリート組成物を用い、実施例１と同様の条件にて、標準水中養生及び蒸気養生にて硬化させ、コンクリート組成物を得て、成形体の圧縮強度を測定した。
【００４３】
〔比較例２〕
実施例２と同様の使用材料を同量用いて、コンクリート組成物を調整した。調整には、実施例１で用いたのと同様なミキサーを用い、すべての材料をミキサー中に投入して１工程で練り混ぜを行い、比較例２のコンクリート組成物を調整した。
比較例２において、均一なコンクリート組成物を得るのに要した練り混ぜ時間は、１５０秒であった。
比較例２により得られたコンクリート組成物について、実施例１と同様に評価した。結果を下記表１に記載する。
【００４４】
〔実施例３〕
（コンクリート組成物の調製）
［使用材料］
セメント：シリカフュームセメント（三菱マテリアル社製）比重３．０８
水：水道水
細骨材：山梨県大月産 安山岩砕砂 密度２．６１ 吸水率２．４８
減水剤：チューポールＳＳＰ（竹本油脂社製）
単位水量：１４９ｋｇ／ｍ３、水結合材比が０．０９となるコンクリート組成物を調製する。
【００４５】
上記組成のうち、結合材であるセメントを等量に２分割し、実施例１と同様にして、第１の練り混ぜ工程、第２の練り混ぜ工程において、それぞれ半量ずつ添加してコンクリート組成物を調整した。
第１の練り混ぜ工程において均一なスラリー状態の混合物を得るのに要した時間を測定したところ、５１秒であり、第２の練り混ぜ工程において均一なスラリー状態の組成物を得るように要した時間は８４秒であり、均一なコンクリート組成物を得るのに要した時間は、１３５秒であった。
【００４６】
得られたコンクリート組成物のワーカビリティについて、実施例１と同様にして空気量とスランプフローを測定した。結果を下記表１に示す。
また、得られたコンクリート組成物を用い、実施例１と同様の条件にて、標準水中養生及び蒸気養生にて硬化させ、コンクリート組成物を得て、成形体の圧縮強度を測定した。
【００４７】
〔比較例３〕
実施例３と同様の使用材料を同量用いて、コンクリート組成物を調整した。調整には、実施例１で用いたのと同様なミキサーを用い、すべての材料をミキサー中に投入して１工程で練り混ぜを行い、比較例３のコンクリート組成物を調整した。
比較例３において、均一なコンクリート組成物を得るのに要した練り混ぜ時間は、１８０秒であった。
比較例３により得られたコンクリート組成物について、実施例１と同様に評価した。結果を下記表１に記載する。
【００４８】
【表１】
【００４９】
表１に明らかなように、実施例２及び３の製造方法により得られたコンクリート組成物は、比較例にくらべて短時間かつ低エネルギーで均一なコンクリート組成物を得ることができた。また、実施例２と比較例２、実施例３と比較例３との対比により、本発明の製造方法で得られたコンクリート組成物は空気量が少なく、これにより、組成物調製時の空気の巻き込み量が少ないことが裏付けられた。
また、本発明の製造方法により得られたコンクリート組成物を硬化させてなる成形体は、比較例により得られたコンクリート組成物を硬化させてなる成形体に比べ、標準的な水中養生のもの、蒸気養生のもののいずれも、圧縮強度がより高いことがわかる。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】実施例１のコンクリート組成物の練り混ぜ時に、調製ミキサーに掛かる負荷電流を示すグラフである。
【図２】比較例１のコンクリート組成物の練り混ぜ時に、調製ミキサーに掛かる負荷電流を示すグラフである。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コンクリート組成物の製造方法及び該製造方法により得られたコンクリート組成物を硬化させて得られるコンクリート成形体に関し、詳細には、水／結合材比が低く、高強度の成形体を得られるコンクリート組成物を容易に調整しうる製造方法及びそれにより得られた高強度のコンクリート成形体に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、建築物の高層化や橋梁の大規模化などに伴い、土木建築構造物に使用されるセメントコンクリートからなる成形体として高強度のものが求められている。従来、コンクリート組成物は、水／結合材比が０.４〜０.７、即ち、水と結合材との総量中における結合材の含有量が７１質量％〜５９質量％程度のものが用いられ、これに、必要に応じて細骨材、粗骨材などを混合し、一括混練りしてスラリー状のコンクリート組成物を調製し、それを打設し、硬化させて成形体を得ている。このような場合には、混練りを開始してから数分で打設可能なスラリー状のコンクリート組成物が得られる。
しかしながら、コンクリート成形体の高強度化の手段として、水／結合材比を低くすると、粉体の量が増加するため、均一なスラリー状のコンクリート組成物を調製するのに時間が掛かるという問題があり、これについては、減水剤を配合することで効率化を図っている。
高強度コンクリートにおいては、水／結合材比を低減して、セメントとともにシリカフュームや石灰石微粉などの微粉末の含有量をも増加させるが、粉末量が多く、且つ、粉末のかさ容積が大きいために、水／結合材比が０.３以下、特に、０．２以下のものを調製する場合、粉体間に減水剤を含んだ水が均一に行きわたらず、均一なスラリーとなるのに長時間かかる、或いは、１０分間以上練り混ぜても、スラリー形成の前段階である、各固体粒子間の一部に水が侵入して塊状となるペンデュラー状態が形成されず、均一なスラリーとならないといった問題がある。
【０００３】
高強度コンクリート組成物の調製法としては、例えば、補強繊維を含有する高強度コンクリート組成物を得るために、水に減水剤、補強繊維を順次添加し、混練りした後に、セメントを添加して練り混ぜ、セメントペーストを調製した後に、空練り下した骨材混合物に、このセメントペーストを添加するコンクリート組成物の製造方法が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。この方法によれば、補強繊維をコンクリート組成物中に均一に配置することができるが、ここに記載されたコンクリート組成物の水／結合材比は０.６（６０％）程度であり、水／結合材比を低くして高強度化を図る点については考慮されておらず、また、この技術を水／結合材比の低い組成物に適用すると、セメント投入後に練り混ぜを行っても均一なセメントペーストは得られないという問題があった。
【０００４】
また、高強度コンクリートの他の製造方法としては、セメント、珪砂、水及び減水剤を練り混ぜてセメントペーストを作製し、その後、水及び遅延剤を添加する方法が提案されている（例えば、特許文献２参照。）。この方法では、計量の正確さを期するために、水を２回に分けて添加するが、水／結合材比の低い組成物では、第１段階の混合物に添加する水がさらに少なくなるために、均一なセメントペーストが得られないという問題があり、いずれも、水／結合材比の低いコンクリート組成物の調製に関する本質的な解決には至っていなかった。
【特許文献１】特開平１１−３２０５４４号公報
【特許文献２】特開２００４−１２３４２８公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記問題点を考慮してなされた本発明の目的は、水／結合材比の低いコンクリート組成物に適用した場合でも、短時間、低エネルギーで、均一なスラリー状のコンクリート組成物を調製することができ、高圧縮強度の成形体を形成しうるコンクリート組成物の製造方法を提供することにある。
また、本発明のさらなる目的は、前記コンクリート組成物の製造方法により得られる組成物を用いてなる、水／結合材比が低く、高圧縮強度のコンクリート成形体を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明者らは、セメントコンクリート組成物、特にセメントペーストの調製工程において、セメントやシリカフュームなどの結合材を２回に分けて添加することで、前記課題を解決しうることを見出し、本発明を完成した。
即ち、本発明の構成は以下に示すとおりである。
＜１＞ 水／結合材比が０.２以下のコンクリート組成物の製造方法であって、コンクリート組成物に含まれるセメントを含む結合材の総量を１００質量部としたときに、結合材の５０質量部から９０質量部と水とを練り混ぜてスラリーを調整する第１の練り混ぜ工程と、該スラリーに対し、結合材の残量を添加して練り混ぜる第２の練り混ぜ工程とを有するコンクリート組成物の製造方法。
＜２＞ 前記コンクリート組成物の水／結合材比が０.０５〜０.１５である＜１＞記載のコンクリート組成物の製造方法。
【０００７】
＜３＞ 前記第１の練り混ぜ工程において使用される水と結合材との混合比率が０.１〜０.３である＜１＞又は＜２＞記載のコンクリート組成物の製造方法。
＜４＞ 前記第１の練り混ぜ工程に用いられる、結合材が、セメント、シリカフューム、スラグ、石灰石微粉末、フライアッシュから選択される１種以上を含有する＜１＞〜＜３＞のいずれかに記載のコンクリート組成物の製造方法。
＜５＞ 前記第１の練り混ぜ工程が、結合材と水に、さらに、細骨材と減水剤とを混合する工程である＜１＞〜＜４＞のいずれかに記載のコンクリート組成物の製造方法。
【０００８】
＜６＞ 前記第２の練り混ぜ工程の後に、さらに、粗骨材を添加して練り混ぜる第３の練り混ぜ工程を有する＜１＞〜＜５＞のいずれかに記載のコンクリート組成物の製造方法。
＜７＞ ＜１＞〜＜６＞のいずれかに記載のコンクリート組成物の製造方法により得られたコンクリート組成物を硬化させてなる、圧縮強度が８０Ｎ／ｍｍ２以上であるコンクリート成形体。
【０００９】
本発明の作用は明確ではないが、以下のように推定される。本発明のコンクリート組成物に製造方法では、水全量に対して、セメント、シリカフュームなどの結合材の一部をまず添加することで、第１の練り混ぜ工程における組成物は、水と結合材との比率が大きくなり、短時間で粉末の間隙や周辺部に水が速やかに浸透し、短時間で均一なスラリー状の混合物となり、そこに、残余の結合材を添加すると、一旦形成された水に比較して高粘度のスラリーに粉末状の結合材が添加されることになるため、スラリーの均一性を損なうことなく、追加された結合材がスラリー中に均一に分散され、短時間で、水／結合材比の低いスラリーが調製され、打設に適したコンクリート組成物を得ることができるものと考えている。
また、打設に適したコンクリート組成物を短時間で効率よく調整しうるために、スラリー調製時の巻き込み空気が少なくなり、スラリー調製に時間とエネルギーとを本態様よりも多く必要とする一括練りに比べて、このコンクリート組成物を硬化させて得られる成形体の圧縮強度も向上するものと考えられる。
一般に、水／結合材比が低いほど練り混ぜによる均一なスラリー状混合物の調製が困難であるため、本発明の製造方法は、水結合材比が０．２以下、特には、０．０５〜０．１５のコンクリート組成物の調製に用いて、その効果が著しいといえる。
【００１０】
なお、一般に建築材料として、セメント等の結合材に対し、粗骨材を含有せず、細骨材のみを配合して調整したものをモルタルと称するが、セメントなどの結合材と水とを前記所定量含有する組成物であれば、練り混ぜ工程において同一または類似の挙動を示すために、本発明における「コンクリート組成物」は、粗骨材を含まないモルタル組成物も包含するものとする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、水／結合材比の低い、具体的には、水／結合材比が０．２以下のコンクリート組成物に適用した場合でも、短時間で、均一なスラリー状のコンクリート組成物を調製しうるコンクリート組成物の製造方法を提供することができる。
また、本発明のコンクリート組成物の製造方法により得られる組成物を用いることで、水／結合材比が低く、高圧縮強度のコンクリート成形体を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
＜コンクリート組成物の製造方法＞
本発明のコンクリート組成物の製造方法は、水／結合材比が０．２以下のコンクリート組成物の製造方法であって、コンクリート組成物に含まれるセメントを含む結合材の総量を１００質量部としたときに、結合材の５０質量部から９０質量部と水とを練り混ぜてスラリーを調整する第１の練り混ぜ工程と、該スラリーに対し、結合材の残量を添加して練り混ぜる第２の練り混ぜ工程とを有することを特徴とする。
以下、本発明の製造方法について詳細に説明する。
【００１３】
本発明の製造方法が適用されるコンクリート組成物は、水／結合材比が０．２以下の組成物であって、少なくとも、水、セメント、及び、その他の結合材を含有し、目的に応じて、さらに、細骨材、粗骨材などの骨材、及び、減水剤などを含有する。
水／結合材比は、０．２以下、即ち、水と結合材との総量中における結合材の含有量が８３．３質量％以上のもの、であることを要し、好ましくは、０．０５〜０．１５、即ち、水と結合材との総量中における結合材の含有量が８７質量％〜９５質量％、の範囲である。
なお、本発明における結合材は、コンクリートの主成分であるセメント及び一般にセメントと共に用いられるシリカフューム、スラグやフライアッシュなどの微粉末を包含するものである。
【００１４】
本発明のコンクリート組成物の製造方法に用いられるセメントには特に制限はなく、目的に応じて、各種セメント類の中から、適宜選択することができる。セメントとして、普通ポルトランドセメント、中庸熱ポルトランドセメント、低熱ポルトランドセメントなどの公知のセメントはいずれも好適に使用しうる。
【００１５】
セメントと共に用いる他の結合材にも特に制限はなく、調製されるコンクリート組成物の用途に応じて、各種セメント、コンクリート用に用いられる結合材から適宜種類、使用量を選択できる。
本発明に用いうるセメント以外の結合材としては、具体的には、高炉スラグ微粉末などのスラグ、石灰石微粉末、フライアッシュやシリカフュームなどが好ましく挙げられる。
本発明において「結合材」とは、セメント及び添加材としての他の結合材粉末を包含するものである。
【００１６】
また、このコンクリート組成物には、目的に応じて、骨材や減水剤、遅延剤など、コンクリート組成物に用いられる他の成分を含むことができる。
【００１７】
〔コンクリート組成物に含まれるセメントを含む結合材の総量を１００質量部としたときに、結合材の５０質量部から９０質量部と水とを練り混ぜてスラリーを調整する第１の練り混ぜ工程〕
本発明に用いられるコンクリート組成物は、水／結合材比が０．２以下であることを要するが、本発明において「水／結合材比」と表記した場合の結合材の量は、セメント類及びセメント以外の上述した結合材の総量を基準とするものである。
第１の練り混ぜ工程では、まず、水全量に対し、結合材のうち、全体の５０〜９０質量部を量り取り、これを添加して練り混ぜる。
【００１８】
結合材は、総量を１００質量部としたときに、その５０質量部から９０質量部を添加することを要し、効率的に均一に混練りするという観点からは、第１の練り混ぜ工程において可能な限りで多くの結合材を添加することが好ましく、７０質量部から９０質量部を添加することが好ましい。このとき添加する結合材の割合は、調製しようとするコンクリート組成物の物性や配合により適宜選択されるが、効率よくスラリー状混合物を形成するという観点からは、第１の練り混ぜ工程における混合物の水／結合材比を０．１〜０．３となるように結合材の添加割合を決めることが好ましい。
【００１９】
また、調製するコンクリート組成物が骨材を含む場合には、骨材のうち、細骨材を第１の練り混ぜ工程において配合することが好ましい。
用いられる細骨材としては、山砂や砕砂など、公知のものを用いることができる。粗骨材は配合される全量を第１の練り混ぜ工程において添加することが好ましい。
【００２０】
また、効率よく混合物をスラリー状とするという観点からは、第１の練り混ぜ工程において、減水剤を添加することが好ましい。
減水剤としては、公知のものを適宜選択できるが、リグニンスルホン酸などを主成分とするＡＥ減水剤、高級脂肪酸のスルホン酸塩、オキシカルボン酸塩などから選択される界面活性剤を主成分とする減水剤などが挙げられる。
減水剤の添加量としては、第１の練り混ぜ工程に用いられる結合材の総量を１００質量部としたとき、０〜１０質量部の範囲で添加することができる。
減水剤を添加する場合、第１の練り混ぜ工程において添加するかぎり、添加の時期は任意であり、また、減水剤の一部を第２の練り混ぜ工程において添加してもよい。
【００２１】
水、結合材の一部及び所望により細骨材、減水剤を添加して練り混ぜを行うことで、混合物は当初、各固体粒子間の一部に水が侵入して塊状となるペンデュラー状態からファニキュラー状態となり、さらに粉体表面に毛管現象などにより均一の水の被膜が形成されたキャピラリー状態となり、さらに練り混ぜることで、流動性に優れたスラリー状態となる。
練り混ぜに用いるミキサーは公知のものを適宜使用することができる。
【００２２】
ミキサー中で練り混ぜられる混合物がスラリー状態になることは、練混ぜ中の混合物が団子状態（流動性を持たない状態）から流動性を持つ状態に変化することにより、その状態を目視で確認することができる。また、スラリー状態となり流動性が向上することは、練り混ぜに用いるミキサーの負荷電流がピークを過ぎたことにより確認することもできる。
練り混ぜ開始からスラリー状となるまでに掛かる時間は、通常１５秒間〜５分間であることが好ましく、１５秒〜２分間であることがより好ましい。
また、スラリー状態となった後、均一性向上のため、さらに、１〜３分間程度練り混ぜることが好ましい。
【００２３】
〔スラリーに対し、結合材の残量を添加して練り混ぜる第２の練り混ぜ工程〕
本工程では、第１の練り混ぜ工程で調製されたスラリー状の混合物（モルタル或いはセメントペースト）に残余の結合材を添加してさらに練り混ぜを行う。
この工程は、第１の練り混ぜ工程に引き続き、同じミキサーを用いて行うことができる。すなわち、第１の練り混ぜ工程の終了後、ミキサーを一旦停止し、スラリー状態となった混合物に対して、残余の結合材を添加してさらに練り混ぜを行うことができる。
この工程では、スラリー状態となった混合物に対して、結合材のみを添加するが、すでにスラリー状態が形成されたものに対し、粉末を添加することで、粉末はスラリー中に速やかに分散され、均一なコンクリート組成物が形成される。結合材を添加すると、直後には、混合物中に凝集体であるフェニキュラー状態が形成され、１〜５分間、好ましくは、１〜３分間ほど練り混ぜると、均一なスラリー状態となり、たとえば、ミキサーの負荷電流が一旦上昇し、その後、下降する。
第２の練り混ぜ工程においても、スラリー状態となった後、さらに、１〜３分間程度練り混ぜを続けることが好ましい。
こうして、所定の水／結合材比を有する流動状のコンクリート組成物を短時間で製造することができる。
【００２４】
本発明のコンクリート組成物を調製するに際しては、公知の添加剤を適宜配合することができる。
例えば、強度、靭性、耐火性などの向上を目的として、コンクリート組成物に炭素繊維、鋼繊維などの補強繊維を添加することもできる。
【００２５】
他の添加剤としては、例えば、陰イオン界面活性剤などの界面活性剤；有機染料、有機顔料などの有機成分；水溶性ポリマー、非水溶性の繊維状物質のような有機高分子化合物、炭素、シリカ、チタニア等の無機化合物からなる無機微粒子などが挙げられ、これらは製造の任意の段階で含ませることが可能である。更に目的に応じて他素材と複合化した粒子、表面処理を施した粒子を用いることも可能である。
【００２６】
本発明に係るコンクリート組成物には、上記必須成分及び上述した添加剤の他、通常セメント系組成物に配合されている各種添加剤、例えば、空気連行剤、消泡剤などを、適宜配合することができる。
コンクリート組成物においては、水、セメント、混和材料、骨材、化学混和剤などの各種材料の重量比を適宜調整することで強度や物性を調整することもできる。
【００２７】
なお、コンクリート組成物を調製に際して併用しうる結合材以外の成分のうち、この第１の練り混ぜ工程において添加することが好ましい成分としては、前記減水剤、細骨材のなどが挙げられる。なお、減水剤や細骨材の一部を、第二の練り混ぜ工程において添加することもできる。
また、第２の練り混ぜ工程の終了後に添加することが好ましい成分としては、鋼繊維、有機繊維などが挙げられる。
【００２８】
コンクリート組成物において、所望により用いられる細骨材及び粗骨材は、第１の練り混ぜ工程、第２の練り混ぜ工程のいずれで添加してもよく、また、第１の練りまぜ工程、第２の練り混ぜ工程の後に添加してもよい。
細骨材及び粗骨材は、必要とする総添加量を一度に添加してもよく、また、これを２分割から３分割して、異なる工程で添加してもよい。
細骨材及び粗骨材添加の態様としては、第１の練り混ぜ工程において総量を添加する態様、第２の練り混ぜ工程において総量を添加する態様。第１及び第２の練り混ぜ工程の終了後に総量を添加する態様、さらには、粗骨材を２分割して、第１の練り混ぜ工程と第２の練り混ぜ工程においてそれぞれを添加する態様、第２の練り混ぜ工程と第１及び第２の練り混ぜ工程の終了後においてそれぞれを添加する態様、第１の練り混ぜ工程と第１及び第２の練り混ぜ工程の終了後においてそれぞれを添加する態様、粗骨材を３分割して、第１の練り混ぜ工程、第２の練り混ぜ工程、及び、第１及び第２の練り混ぜ工程の終了後においてそれぞれを添加する態様などのいずれの態様をとってもよい。
細骨材及び粗骨材を２分割、３分割する際の量比は任意である。
これらの条件は、コンクリート組成物に用いる材料や目的とする組成物の物性に従って適宜選択すればよい。
これらのなかでも、細骨材は第１の練り混ぜ工程中に添加することが好ましく、粗骨材は第２の練り混ぜ工程の終了後に添加することが好ましいことは前述したとおりである。
【００２９】
＜コンクリート成形体＞
前記本発明の製造方法により調製されたコンクリート組成物は水結合材比が０．２以下と低いものではあるが、流動性に優れた均一なスラリー状態であることから、このような組成物を硬化させて得られる本発明のコンクリート成形体硬化体は、圧縮強度が高く、圧縮強度が８０Ｎ／ｍｍ２以上を達成する。
水結合材比をさらに低くすることにより圧縮強度をさらに向上させることができ、本発明のコンクリート成形体の圧縮強度は好ましくは、１００Ｎ／ｍｍ２以上であり、さらに好ましくは、１５０Ｎ／ｍｍ２以上である。
【００３０】
本発明のコンクリート成形体は、前記各必須成分或いはさらに目的に応じて添加される種々の添加剤を含有するコンクリート組成物を上記本発明の方法により少なくとも２工程に分けて混練し、これを型枠などに打設し、硬化することにより製造することができる。
【００３１】
本発明のコンクリート成形体は、簡易に製造することができ、水／結合材比が低いことから圧縮強度が高いために、ビルや橋脚などの構造材料、プレキャストコンクリート成形体など、その応用範囲は広い。
【実施例】
【００３２】
以下、本発明を、実施例を挙げてさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの記載に制限されるものではない。
〔実施例１〕
（コンクリート組成物の調製）
［使用材料］
セメント：低熱ポルトランドセメント（三菱マテリアル社製）比重３．２４
混和材：シリカフューム（エルケム社製）比重２．２
水：水道水
細骨材：大月産安山岩砕砂 比重２．６
粗骨材：大月産安山岩砕石 最大寸法１５ｍｍ 比重２．６
減水剤：チューポールＳＳＰ（竹本油脂社製）添加量：セメント総量の５質量％
単位水量：１２６ｋｇ／ｍ３、水結合材比が０．１１となるコンクリート組成物を調製する。また、粗骨材は、かさ容積が０．５ｍ３／ｍ３となる量で添加する。コンクリートの練り量は８０Ｌとした。
【００３３】
（第１の練り混ぜ工程）
まず、水の全量、及び混和剤の全量、セメントと混和材を合わせた結合材のうち５０質量％に相当する４５．７６ｋｇ、及び、細骨材の５０質量％に相当する１７．５６ｋｇ、粗骨材の細骨材の５０質量％に相当する２９．７２ｋｇを１００Ｌ練強制２軸ミキサー中に投入して練り混ぜた。
練り混ぜ後、２３秒間で均一なスラリー状態が形成された。
（第２の練り混ぜ工程）
その後、ミキサーを一旦止めて残余の結合材４５．７６ｋｇ及び残余の細骨材１７．５６、粗骨材２９．７２ｋｇをミキサーに投入してさらに練りまぜたところ、４９秒後に均一なスラリー状態のコンクリート組成物を得た。
即ち、本実施形態では、練り混ぜは、第１の練り混ぜで、水全量＋混和剤全量＋（結合材＋粗骨材＋細骨材）のそれぞれ半量を添加し、第２の練り混ぜで、（結合材＋粗骨材＋細骨材）のそれぞれ半量を追加して行った。
【００３４】
このとき、ミキサーに掛かる負荷電流を測定することで、練り混ぜに要するエネルギーを計測した。図１は、実施例１のコンクリート組成物の練り混ぜ時に、調製ミキサーに掛かる負荷電流を示すグラフである。２工程の練り混ぜを行うことで、速やかにスラリー状態の組成物を得られることがわかる。
均一なスラリー状態のコンクリート組成物を得るまでに要したエネルギーは、１６１１Ａ・秒であった。
【００３５】
得られたコンクリート組成物のワーカビリティを測定したところ、空気量２．７％であり、ＪＩＳ Ａ１１０１（１９９８年）に準拠して測定したスランプフローは６７．５×６２．５（ｃｍ）であり、ＪＩＳ Ｒ５２０１（１９９７年）に準拠して測定した粘度は、５０ｃｍフロータイムで３４秒、Ｌフロー初期値Ｖ１は２．４ｍ／ｓ、Ｖ２は２．７ｍ／ｓであり、打設に適切な流動性を有することがわかった。
【００３６】
（コンクリート成形体の製造）
得られたコンクリート組成物を直径１００ｍｍ、高さ２００ｍｍの型枠に打設し、標準水中養生を行って、材齢２８日間のコンクリート成形体を得た。得られたコンクリート成形体の圧縮強度をＪＩＳ Ｒ ５２０１に準じて測定したところ、１５５．１Ｎ／ｍｍ２であり、高強度の成形体であることが確認された。また、同様の成形体を９０℃３日間の蒸気養生にて硬化させたところ、圧縮強度は２５９．４Ｎ／ｍｍ２であり、蒸気養生によっても高強度の成形体が得られることが確認された。
【００３７】
〔比較例１〕
実施例１と同様の使用材料を同量用いて、コンクリート組成物を調整した。調整には、実施例１で用いたのと同様なミキサーを用い、すべての材料をミキサー中に投入して１工程で練り混ぜを行い、比較例１のコンクリート組成物を調整した。
図２は、比較例１のコンクリート組成物の練り混ぜ時に、調製ミキサーに掛かる負荷電流を示すグラフである。１工程の練り混ぜによれば、実施例１におけるよりも、均一なスラリー状態の組成物を得るまでに１．５倍ほどの時間が掛かることがわかる。
均一なスラリー状態のコンクリート組成物を得るまでに要したエネルギーは、２２５２Ａ・秒であり、実施例１に比べ、より多くのエネルギーを要することがわかる。
【００３８】
得られたコンクリート組成物のワーカビリティを、実施例１におけるのと同様に測定したところ、空気量２．３％であり、スランプフローは６２．５×６３．５（ｃｍ）であり、粘度は、５０ｃｍフロータイムで３７秒、Ｌフロー初期値Ｖ１は４．９ｍ／ｓ、Ｖ２は２．７ｍ／ｓであり、実施例１におけるものと同程度の流動性を有することがわかった。
【００３９】
（コンクリート成形体の製造）
得られたコンクリート組成物を実施例１と同様の型枠に打設し、標準水中養生を行って、材齢２８日間のコンクリート成形体を得た。得られたコンクリート成形体の圧縮強度を測定したところ、１６１．８Ｎ／ｍｍ２であり、高強度の成形体であることが確認された。また、同様の成形体を９０℃３日間の蒸気養生にて硬化させたところ、圧縮強度は２５２．７Ｎ／ｍｍ２であり、蒸気養生によっても高強度の成形体が得られることが確認された。
実施例１と比較例１との対比より、実施例１の製造方法によれば、水／結合材比の低いコンクリート組成物を用いて、従来品と同等の優れた圧縮強度を有する成形体を、より短時間で、より低エネルギーで製造しうることがわかる。
【００４０】
〔実施例２〕
（コンクリート組成物の調製）
［使用材料］
セメント：シリカフュームセメント（三菱マテリアル社製）比重３．０８
水：水道水
細骨材：山梨県大月産 安山岩砕砂 密度２．６１ 吸水率２．４８
減水剤：チューポールＳＳＰ（竹本油脂社製）
単位水量：１６２ｋｇ／ｍ３、水結合材比が０．１０となるコンクリート組成物を調製する。
【００４１】
上記組成のうち、結合材であるセメントを等量に２分割し、実施例１と同様にして、第１の練り混ぜ工程、第２の練り混ぜ工程において、それぞれ半量ずつ添加してコンクリート組成物を調整した。
第１の練り混ぜ工程において均一なスラリー状態の混合物を得るのに要した時間を測定したところ、４５秒であり、第２の練り混ぜ工程において均一なスラリー状態の組成物を得るように要した時間は７５秒であり、均一なコンクリート組成物を得るのに要した時間は、１２０秒であった。
【００４２】
得られたコンクリート組成物のワーカビリティについて、実施例１と同様にして空気量とスランプフローを測定した。結果を下記表１に示す。
また、得られたコンクリート組成物を用い、実施例１と同様の条件にて、標準水中養生及び蒸気養生にて硬化させ、コンクリート組成物を得て、成形体の圧縮強度を測定した。
【００４３】
〔比較例２〕
実施例２と同様の使用材料を同量用いて、コンクリート組成物を調整した。調整には、実施例１で用いたのと同様なミキサーを用い、すべての材料をミキサー中に投入して１工程で練り混ぜを行い、比較例２のコンクリート組成物を調整した。
比較例２において、均一なコンクリート組成物を得るのに要した練り混ぜ時間は、１５０秒であった。
比較例２により得られたコンクリート組成物について、実施例１と同様に評価した。結果を下記表１に記載する。
【００４４】
〔実施例３〕
（コンクリート組成物の調製）
［使用材料］
セメント：シリカフュームセメント（三菱マテリアル社製）比重３．０８
水：水道水
細骨材：山梨県大月産 安山岩砕砂 密度２．６１ 吸水率２．４８
減水剤：チューポールＳＳＰ（竹本油脂社製）
単位水量：１４９ｋｇ／ｍ３、水結合材比が０．０９となるコンクリート組成物を調製する。
【００４５】
上記組成のうち、結合材であるセメントを等量に２分割し、実施例１と同様にして、第１の練り混ぜ工程、第２の練り混ぜ工程において、それぞれ半量ずつ添加してコンクリート組成物を調整した。
第１の練り混ぜ工程において均一なスラリー状態の混合物を得るのに要した時間を測定したところ、５１秒であり、第２の練り混ぜ工程において均一なスラリー状態の組成物を得るように要した時間は８４秒であり、均一なコンクリート組成物を得るのに要した時間は、１３５秒であった。
【００４６】
得られたコンクリート組成物のワーカビリティについて、実施例１と同様にして空気量とスランプフローを測定した。結果を下記表１に示す。
また、得られたコンクリート組成物を用い、実施例１と同様の条件にて、標準水中養生及び蒸気養生にて硬化させ、コンクリート組成物を得て、成形体の圧縮強度を測定した。
【００４７】
〔比較例３〕
実施例３と同様の使用材料を同量用いて、コンクリート組成物を調整した。調整には、実施例１で用いたのと同様なミキサーを用い、すべての材料をミキサー中に投入して１工程で練り混ぜを行い、比較例３のコンクリート組成物を調整した。
比較例３において、均一なコンクリート組成物を得るのに要した練り混ぜ時間は、１８０秒であった。
比較例３により得られたコンクリート組成物について、実施例１と同様に評価した。結果を下記表１に記載する。
【００４８】
【表１】
【００４９】
表１に明らかなように、実施例２及び３の製造方法により得られたコンクリート組成物は、比較例にくらべて短時間かつ低エネルギーで均一なコンクリート組成物を得ることができた。また、実施例２と比較例２、実施例３と比較例３との対比により、本発明の製造方法で得られたコンクリート組成物は空気量が少なく、これにより、組成物調製時の空気の巻き込み量が少ないことが裏付けられた。
また、本発明の製造方法により得られたコンクリート組成物を硬化させてなる成形体は、比較例により得られたコンクリート組成物を硬化させてなる成形体に比べ、標準的な水中養生のもの、蒸気養生のもののいずれも、圧縮強度がより高いことがわかる。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】実施例１のコンクリート組成物の練り混ぜ時に、調製ミキサーに掛かる負荷電流を示すグラフである。
【図２】比較例１のコンクリート組成物の練り混ぜ時に、調製ミキサーに掛かる負荷電流を示すグラフである。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水／結合材比が０.２以下のコンクリート組成物の製造方法であって、コンクリート組成物に含まれるセメントを含む結合材の総量を１００質量部としたときに、結合材の５０質量部から９０質量部と水とを練り混ぜてスラリーを調整する第１の練り混ぜ工程と、該スラリーに対し、結合材の残量を添加して練り混ぜる第２の練り混ぜ工程とを有するコンクリート組成物の製造方法。
【請求項２】
前記コンクリート組成物の水／結合材比が、０.０５〜０.１５である請求項１記載のコンクリート組成物の製造方法。
【請求項３】
前記第１の練り混ぜ工程において使用される水と結合材との混合比率が、０．１〜０．３である請求項１または請求項２記載のコンクリート組成物の製造方法。
【請求項４】
前記第１の練り混ぜ工程に用いられる、結合材が、セメント、シリカフューム、スラグ、石灰石微粉末、フライアッシュから選択される１種以上を含有する請求項１から請求項３のいずれか１項記載のコンクリート組成物の製造方法。
【請求項５】
前記第１の練り混ぜ工程が、結合材と水に、さらに、細骨材と減水剤とを混合する工程である請求項１から請求項４のいずれか１項記載のコンクリート組成物の製造方法。
【請求項６】
前記第２の練り混ぜ工程の後に、さらに、粗骨材を添加して練り混ぜる第３の練り混ぜ工程を有する請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のコンクリート組成物の製造方法。
【請求項７】
請求項１から請求項６のいずれか１項に記載のコンクリート組成物の製造方法により得られたコンクリート組成物を硬化させてなる、圧縮強度が８０Ｎ／ｍｍ２以上であるコンクリート成形体。
【請求項１】
水／結合材比が０.２以下のコンクリート組成物の製造方法であって、コンクリート組成物に含まれるセメントを含む結合材の総量を１００質量部としたときに、結合材の５０質量部から９０質量部と水とを練り混ぜてスラリーを調整する第１の練り混ぜ工程と、該スラリーに対し、結合材の残量を添加して練り混ぜる第２の練り混ぜ工程とを有するコンクリート組成物の製造方法。
【請求項２】
前記コンクリート組成物の水／結合材比が、０.０５〜０.１５である請求項１記載のコンクリート組成物の製造方法。
【請求項３】
前記第１の練り混ぜ工程において使用される水と結合材との混合比率が、０．１〜０．３である請求項１または請求項２記載のコンクリート組成物の製造方法。
【請求項４】
前記第１の練り混ぜ工程に用いられる、結合材が、セメント、シリカフューム、スラグ、石灰石微粉末、フライアッシュから選択される１種以上を含有する請求項１から請求項３のいずれか１項記載のコンクリート組成物の製造方法。
【請求項５】
前記第１の練り混ぜ工程が、結合材と水に、さらに、細骨材と減水剤とを混合する工程である請求項１から請求項４のいずれか１項記載のコンクリート組成物の製造方法。
【請求項６】
前記第２の練り混ぜ工程の後に、さらに、粗骨材を添加して練り混ぜる第３の練り混ぜ工程を有する請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のコンクリート組成物の製造方法。
【請求項７】
請求項１から請求項６のいずれか１項に記載のコンクリート組成物の製造方法により得られたコンクリート組成物を硬化させてなる、圧縮強度が８０Ｎ／ｍｍ２以上であるコンクリート成形体。
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開２０１０−１４９４０２（Ｐ２０１０−１４９４０２Ａ）
【公開日】平成２２年７月８日（２０１０．７．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−３３０５８７（Ｐ２００８−３３０５８７）
【出願日】平成２０年１２月２５日（２００８．１２．２５）
【出願人】（０００００３６２１）株式会社竹中工務店 (1,669)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年７月８日（２０１０．７．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１２月２５日（２００８．１２．２５）
【出願人】（０００００３６２１）株式会社竹中工務店 (1,669)
【Ｆターム（参考）】
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