高強度遠心力成形用コンクリート組成物及びその製造方法
【課題】 パイル、ポール又はヒューム管等の遠心力成形をしたコンクリート二次製品に関して、高強度を発現する遠心力成形用コンクリート組成物を提供する。
【解決手段】 普通ポルトランドセメント、早強ポルトランドセメント、高強度混和材、分散剤、骨材及び水を含む高強度遠心力成形用コンクリート組成物であって、普通ポルトランドセメントの石膏中の半水石膏割合が２０〜９５質量％、間隙相含有割合が１７〜２３質量％、ポルトランドセメント総量中の早強ポルトランドセメントの割合が２８〜８０質量％、ポルトランドセメント総量の単位量が５１０〜６９０ｋｇ／ｍ３である高強度遠心力成形用コンクリート組成物である。
【解決手段】 普通ポルトランドセメント、早強ポルトランドセメント、高強度混和材、分散剤、骨材及び水を含む高強度遠心力成形用コンクリート組成物であって、普通ポルトランドセメントの石膏中の半水石膏割合が２０〜９５質量％、間隙相含有割合が１７〜２３質量％、ポルトランドセメント総量中の早強ポルトランドセメントの割合が２８〜８０質量％、ポルトランドセメント総量の単位量が５１０〜６９０ｋｇ／ｍ３である高強度遠心力成形用コンクリート組成物である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、遠心力を利用して製造するパイル、ポール、ヒューム管等のコンクリート成形用に適したコンクリート組成物及びそれを使用するコンクリート二次製品の製造方法に関する。特に、特殊な骨材や繊維補強材等を使用することなく、蒸気養生及びその後の気中養生後に１３０Ｎ／ｍｍ２レベルの極めて高い強度を有する遠心力成形用コンクリート組成物に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、パイル、ポール又はヒューム管等の円柱形又は円筒形のコンクリート二次製品の製造には遠心力を利用した成形方法が一般に採用されている。この方法では、鉄筋を配した型枠中にコンクリートを打設して遠心力成形し、常温で所定時間前養生を行ったのち常圧で蒸気養生を行い、冷却後脱型し、数週間気中養生して出荷される。
【０００３】
最近、コンクリートパイルをはじめとするコンクリート二次製品には、支持力がより高いものが求められる傾向にある。このような要求を満たすために、使用する材料、コンクリートの配合、遠心力成形条件、前養生条件、さらには常圧蒸気養生条件や高温高圧養生の付加等によって最適化する手法がとられているが、必ずしも安定した高強度硬化体を得るには至っていないのが現状である。ちなみに、通常のコンクリート材料を使用した場合、遠心力成形用コンクリート組成物の設計基準強度（圧縮強度）１３０Ｎ／ｍｍ２レベルのような高強度領域は、技術的にも限界に近く、その高強度を確保することが極めて難しいとされている（特許文献１〜３参照）。
【特許文献１】特許第２８８７５６１号公報
【特許文献２】特許第２８６５５６７号公報
【特許文献３】特開２００５−１７９１４９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このように、従来、遠心力成形コンクリート硬化体では、設計基準強度（圧縮強度）１３０Ｎ／ｍｍ２以上を満たすことが困難であったことに鑑み、本発明は、遠心力成形用製品において、コンクリートの蒸気養生後の脱型圧縮強度が約１１５Ｎ／ｍｍ２以上、その後の気中養生後（１〜２週間後）で１３０Ｎ／ｍｍ２レベルの高強度化を実現する遠心力成形用コンクリート組成物を提供することを目的とする。
【０００５】
本発明はまた、コンクリート材料、配合、練混ぜ、型枠への充填、遠心力成形、前養生及び蒸気養生の最適条件を明らかにして、上記のような高強度の遠心力成形用製品を製造する方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明者らは、遠心力成形用製品の高強度化を実現するために鋭意検討した結果、普通ポルトランドセメント、早強ポルトランドセメント、高強度混和材、分散剤、骨材及び水を含む高強度遠心力成形用コンクリート組成物であって、普通ポルトランドセメントの石膏中の半水石膏割合が２０〜９５質量％、間隙相含有割合が１７〜２３質量％、ポルトランドセメント総量中の早強ポルトランドセメントの割合が２８〜８０質量％、ポルトランドセメント総量の単位量が５１０〜６９０ｋｇ／ｍ３であり、高強度混和材は無水石膏と非晶質シリカとを含み、無水石膏／非晶質シリカの質量比が１５／８５〜８５／１５であり、ポルトランドセメント総量１００質量部に対して高強度混和材を５〜２０質量部含み、分散剤がポリカルボン酸系分散剤である高強度遠心力成形用コンクリート組成物を発明するに至った。
【０００７】
本発明の高強度遠心力成形用コンクリート組成物は、早強ポルトランドセメントの石膏中の半水石膏割合が１０〜９０質量％であることが好ましい。また、高強度混和材中の非晶質シリカがシリカフュームであることが好ましく、高強度混和材が、無水石膏とシリカフュームとを混合粉砕したものがより好ましい。さらに、普通ポルトランドセメント中のＣ３Ａ含有割合が７〜１４質量％であることが好ましい。さらに、ポルトランドセメント総量１００質量部に対して、高強度混和材を５〜２０質量部及び分散剤を水溶液基準で１．０〜２．０質量部含有することがより好ましい。
また、水／（ポルトランドセメント総量＋高強度混和材）質量比が１６〜２０％であることがより好ましい。
【０００８】
本発明はさらに、上記の高強度遠心力成形用コンクリート組成物を練混ぜ、鉄筋を配した円筒形型枠に充填したのち遠心力成形し、前養生、続いて蒸気養生したのち脱型し、その後気中で養生する高強度遠心力成形用製品の製造方法を提供する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の遠心力成形用製品の製造方法により、設計基準強度１３０Ｎ／ｍｍ２レベルの高強度遠心力成形用製品が製造できる。このため、杭の場合では支持力を大きく取ることができるので、施工本数が低減でき、経済的であるという効果を奏する。また、高強度遠心力成形用コンクリート組成物は組織が緻密になることから、耐久性の向上に貢献するという効果も奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下に本発明を詳細に説明する。
先ず、コンクリート組成物に使用する材料の好ましい特性は下記のとおりである。
【００１１】
本発明の高強度遠心力成形用コンクリート組成物に使用するセメントは、普通ポルトランドセメント及び早強ポルトランドセメントであり、普通ポルトランドセメントの石膏中の半水石膏割合は２０〜９５質量％、好ましくは２５〜９０質量％である。早強ポルトランドセメントの石膏中の半水石膏割合は１０〜９０質量％、好ましくは２０〜８０質量％である。普通ポルトランドセメント及び早強ポルトランドセメントの石膏中の半水石膏量は、遠心力成形性（締固め、均質性（内面での波打ち抑制）、ノロ（泥状物）の発生抑制）及び蒸気養生後の強度発現性に極めて重要な役割を果たすため、後述の示差熱熱重量分析方法によって測定するセメントの石膏中の二水石膏と半水石膏との合量に対する半水石膏量の質量比は、普通ポルトランドセメントで上記の２０〜９５質量％の範囲にあることが重要な必須要件の一つである。
【００１２】
さらに、普通ポルトランドセメント中のＣ３Ａ含有割合とＣ４ＡＦ含有割合との合計量で表される間隙相含有割合は１７〜２３質量％、好ましくは１８〜２２質量％である。またＣ３Ａ含有割合は７〜１４質量％、好ましくは８〜１３質量％である。なお、普通ポルトランドセメント中のＣ３Ａ及びＣ４ＡＦの含有割合（質量比）は、ＪＩＳ Ｒ ５２０２：１９９９「ポルトランドセメントの化学分析方法」によって分析したＡｌ２Ｏ３及びＦｅ２Ｏ３の含有割合（％）定量値を用いて次式（Ｂｏｇｕｅ式）で計算することによって得られる。
Ｃ３Ａ含有割合（質量％）＝（２．６５×％Ａｌ２Ｏ３）−（１．６９×％Ｆｅ２Ｏ３）
（１）
Ｃ４ＡＦ含有割合（質量％）＝３．０４×％Ｆｅ２Ｏ３ （２）
【００１３】
さらに、普通ポルトランドセメントの水硬率（Ｈ．Ｍ．）は２．０５〜２．２５、より好ましくは２．１０〜２．２０、セメント中のＳＯ３量は１．５〜３．０質量％、より好ましくは１．７〜２．４質量％のものを使用することができる。また、普通ポルトランドセメントの粒度は、粉末度（ブレーン比表面積）が３０００〜３８００ｃｍ２／ｇ、エアジェットシーブによる３２μｍ篩残分が１２．０〜２４．０質量％、レーザー回折式粒度分布測定装置（セイシン企業製、ＬＭＳ−３０（レーザー・マイクロ・サイザー））による体積含有率が５０％通過径８〜２４μｍ、より好ましくは１２〜２０μｍ、９０％通過径／１０％通過径比が５〜２０、Ｒｏｓｉｎ−Ｒａｍｍｌｅｒ線図におけるｎ値（粒度分布均等数、粒径対象範囲４〜３２μｍ）が１．１０〜１．３５、好ましくは１.１５〜１.３０のものであれば、良好に使用することができる。
【００１４】
さらに、早強ポルトランドセメントの水硬率（Ｈ．Ｍ．）は２．２０〜２．３０、より好ましくは２．２３〜２．２８、セメント中のＳＯ３量は２．５〜３．５質量％、より好ましくは２．８〜３．１質量％のものを使用することができる。また、早強ポルトランドセメントの粒度は、粉末度（ブレーン比表面積）が４２００〜４８００ｃｍ２／ｇ、エアジェットシーブによる３２μｍ篩残分が３．０〜８．０質量％、レーザー回折式粒度分布測定装置（セイシン企業製、ＬＭＳ−３０（レーザー・マイクロ・サイザー））による体積含有率が５０％通過径６〜１６μｍ、より好ましくは８〜１２μｍ、９０％通過径／１０％通過径比が５〜１５、Ｒｏｓｉｎ−Ｒａｍｍｌｅｒ線図におけるｎ値（粒度分布均等数、粒径対象範囲４〜３２μｍ）が１．１０〜１．４０、好ましくは１.１５〜１.３５のものであれば、良好に使用することができる。
【００１５】
本発明の高強度遠心力成形用コンクリート組成物に使用する高強度混和材は、高強度遠心力成形用製品の製造に不可欠な材料の一つであり、無水石膏と非晶質シリカとを含むものである。非晶質シリカとしては、シリカフュームや微粉フライアッシュ（平均粒径１０μｍ以下）等が使用でき、特にシリカ含有割合が９０質量％以上のシリカフュームがより好ましく、その一次粒子が凝集又は焼結されることによって形成された二次粒子が十分解砕・分散されていることが好ましい。これを実現するための方法として、無水石膏とシリカフュームとを混合粉砕することも有効である。高強度混和材中の無水石膏及び非晶質シリカの好ましい含有割合（無水石膏／非晶質シリカ質量比）は１５／８５〜８５／１５、より好ましくは２０／８０〜６５／３５である。高強度混和材の粉末度（ブレーン比表面積）は、構成成分の割合あるいは特に非晶質シリカ粒子の分散状態によって影響されるが、より好ましい配合割合においては、４０００〜１５０００ｃｍ２／ｇ、好ましくは５０００〜１３０００ｃｍ２／ｇの範囲である。
【００１６】
また、高強度混和材は、無水石膏と非晶質シリカとを混合粉砕した混合物を使用することがより好ましい。非晶質シリカは製造時に高温状態にさらされるため一次粒子が塊状の二次粒子を形成しており、混合粉砕することにより解膠され、コンクリートに使用した際の分散状態が良くなる。また、蒸気養生用混和材として一般に市販されているものも好適に使用することができる。この例としては、デンカΣ１０００、デンカΣ２０００（電気化学工業（株）製）、ノンクレーブ、スーパーノンクレーブ（住友大阪セメント（株）製）、ダイミックス（昭和鉱業（株）製）、太平洋ウルトラスーパーミックス（太平洋マテリアル（株）製）等を挙げることができる。これらの中で、デンカΣ２０００、スーパーノンクレーブの使用がより好ましい。
【００１７】
本発明の高強度遠心力成形用コンクリート組成物に使用する分散剤は、ポリアルキレン側鎖（通常、−Ｏ（ＣＨ２ＣＨ２Ｏ）ｎ−）を有するポリカルボン酸系分散剤である。この例としては、メタクリル酸系共重合物やメタクリル酸系多元共重合物、マレイン酸系共重合物等が挙げられる。この種の分散剤は、コンクリート用高性能減水剤として多種のものが市販されており、主成分である上記のポリカルボン酸系成分の分子量分布、官能基（ポリカルボキシル及びポリアルキレン）の質量割合等に工夫がなされている他、複数の機能を付加させるために、第二、第三、第四成分が一般に添加されている。形態としては、粉末状又は水溶液タイプのもののいずれも使用できるが、扱いやすさから後者（水溶液）の使用がより好ましい。水溶液中の固形分含有量（溶質含有量）は約２５〜４５質量％の範囲のものが多い。分散剤の水分量は、コンクリート配合設計上、練り混ぜ水に加算するので、その使用に際しては水分量を予め求めておく必要がある。分散剤の市場品の具体例としては、マイティ２１ＷＨ（花王（株）製）、レオビルド８０００Ｈ（ポゾリス物産（株）製）、チューポールＮＶ−Ｇ５（竹本油脂（株）製）、フローリックＶＰ−７００（（株）フローリック製）、シーカメント２２００（日本シーカ（株））等を挙げることができる。代表的なポリカルボン酸系分散剤の赤外線吸収スペクトルを図１に示す。
【００１８】
本発明の高強度遠心力成形用コンクリート組成物に使用する骨材は、種類は特に限定されず、通常、遠心力成形用製品に使用されているものを使用することができる。粗骨材の最大寸法は、より好ましくは１５ｍｍのものを使用し、細骨材率（ｓ／ａ）は３０〜４５質量％の範囲から選択される。
【００１９】
次に、本発明の高強度遠心力成形用コンクリート組成物におけるコンクリート配合は以下のとおりである。
まず、普通ポルトランドセメント及び早強ポルトランドセメントとの総量（以下ポルトランドセメント総量と略記する）の単位量は５１０〜６９０ｋｇ／ｍ３である。ポルトランドセメント総量の単位量が５１０ｋｇ／ｍ３未満では十分な強度が得られず、６９０ｋｇ／ｍ３を超えると水セメント比は小さくできるが、骨材間間隙に対するセメントペーストの容積比が過大となって遠心成形による締め固めが不充分となり、結果として高強度を得ることができない。
また、ポルトランドセメント総量中の早強ポルトランドセメントの割合は２８〜８０質量％、好ましくは３０〜７０質量％である。２８質量％未満では、十分な強度が得られず、８０質量％を超えると遠心成形性が悪くなる。
【００２０】
高強度混和材は、ポルトランドセメント総量１００質量部に対して、５〜２０質量部が好ましく、８〜１８質量部がより好ましい。高強度混和材の含有量が５質量部未満では強度向上効果が期待できず、２０質量部を越えると、遠心力成形性が低下し、強度が低下する場合もあり好ましくない。
【００２１】
ポリカルボン酸系の分散剤は、ポルトランドセメント総量１００質量部に対して、水溶液基準で１．０〜２．０質量部が好ましく、経済性をも踏まえると１．２〜１．６質量部がより好ましい。すなわち、分散剤が水溶液基準で１．０質量部未満では減水性が不十分で、２．０質量部を超えて添加してもその増量分に見合う程の大きな減水効果が得られ難いため不経済となる。
【００２２】
また、本発明の遠心力成形用コンクリート組成物の高強度化は、高強度混和材と分散剤との間の相互作用が起こるなかで達せられるものであり、これらの混和材（剤）は単に多ければ良いというものでなく、適正添加量が存在する。
【００２３】
水／（ポルトランドセメント総量＋高強度混和材）、すなわち水／結合材の適正質量比は、使用する各種コンクリート材料及び単位量（配合）によっても変化するが、１６〜２０質量％、好ましくは１７〜１９質量％の範囲である。１６質量％未満ではコンクリートの粘性が上がり、ハンドリング性が悪化するとともに、硬すぎて型枠への投入が困難となり、また、２０質量％を超えるとコンクリートが流動化し遠心力による締固めが不十分となり、高強度が得られ難くなるため好ましくない。
【００２４】
なお、遠心力成形で高強度の鋼管パイルを製造する場合には、上記のコンクリート配合として、高強度混和材に加えて膨張材を併用するのが好ましい。膨張材はアウィン−石灰−石膏系又は石灰−石膏系のものであり、ポルトランドセメント総量１００質量部に対し、膨張材と高強度混和材との合量を基準に１８質量部以内で使用するのが好ましい。この場合、膨張材としては、市販のデンカＣＳＡ＃２０（電気化学工業（株）製）、太平洋エクスパン又は太平洋ジプカル（太平洋マテリアル（株））等が使用でき、この膨張材単体分の配合量は概ね５〜８質量部が好ましい。
【００２５】
コンクリート使用材料の投入順序、使用するミキサ、練混ぜ時間等は特に限定されず、遠心力成形用製品の製造で通常行われている条件を採用することができる。練混ぜられた適正なコンクリートの流動性は、スランプで１０ｃｍ以下、好ましくは１〜４ｃｍ、鋼管パイルでは６〜１２ｃｍ程度である。このコンクリートは、配筋された型枠内に打設し、コンクリートの型枠軸方向での均質化を行なう工程（１〜４Ｇ）、型枠内面への貼り付けを行なう工程（低速５〜１４Ｇ、高速１５〜２０Ｇ）、粗骨材の型枠内面方向への濃集と締固めを行を行なう工程（２０Ｇ以上）の４工程で遠心成形する。それぞれの遠心力付加時間は１〜５分間の範囲で選択される。
【００２６】
遠心力成形された成形体は、常温、例えば、５〜３５℃の温度範囲で４〜６時間前養生を行ったのち、蒸気養生を行う。蒸気養生は１５〜２２℃／ｈの昇温速度で最高温度６０〜１００℃、好ましくは７０〜９０℃まで昇温し、最高温度で３〜６時間保持したのち、８〜１２時間かけて冷却する。冷却後脱型し、１週間以上気中で養生を行う。
【実施例】
【００２７】
［使用材料］
［１］普通ポルトランドセメント（ＮＣ）：
普通ポルトランドセメントは、水硬率（Ｈ．Ｍ．）が２．１１〜２．２０、セメント中のＳＯ３量が１．７６〜２.０１質量％、粉末度（ブレーン比表面積）が３１７０〜３５２０ｃｍ２／ｇ、エアジェットシーブによる３２μｍ篩残分が１４.６〜２１.６質量％、レーザー回折式粒度分布測定装置（セイシン企業製、ＬＭＳ−３０（レーザー・マイクロ・サイザー））によるＲｏｓｉｎ−Ｒａｍｍｌｅｒ線図におけるｎ値（粒度分布均等数、粒径対象範囲４〜３２μｍ）が１．１９〜１．２６のもので、Ｃ３Ａ含有割合（質量％）、Ｃ４ＡＦ含有割合（質量％）、間隙相含有割合（質量％）及び半水石膏割合（質量％）がそれぞれ異なる、表１に示す１１種類を使用した。
【００２８】
普通ポルトランドセメントの鉱物組成及びＳＯ３量は、ＪＩＳ Ｒ ５２０２：１９９９「ポルトランドセメントの化学分析方法」及びＪＩＳ Ｒ ５２０４：２００２「セメントの蛍光Ｘ線分析方法」により測定した。Ｒ２Ｏ含有割合（質量％）は、Ｎａ２Ｏ含有割合（質量％）とＫ２Ｏ含有割合（質量％）から式（３）により算出した。
Ｒ２Ｏ含有割合（質量比）＝Ｎａ２Ｏ（質量比）＋０．６５８Ｋ２Ｏ（質量比） （３）
【００２９】
【表１】
【００３０】
［２］早強ポルトランドセメント（ＨＣ）：
早強ポルトランドセメントは、水硬率（Ｈ．Ｍ．）が２．２３〜２．２８、セメント中のＳＯ３量が２．８０〜３．１１質量％、粉末度（ブレーン比表面積）が４４５０〜４６４０ｃｍ２／ｇ、エアジェットシーブによる３２μｍ篩残分が５.１〜７.７質量％、レーザー回折式粒度分布測定装置（セイシン企業製、ＬＭＳ−３０（レーザー・マイクロ・サイザー））によるＲｏｓｉｎ−Ｒａｍｍｌｅｒ線図におけるｎ値（粒度分布均等数、粒径対象範囲４〜３２μｍ）が１．１６〜１．３５のもので、半水石膏割合（質量％）がそれぞれ異なる、表２に示す５種類を使用した。
【００３１】
【表２】
【００３２】
なお、半水石膏割合は、以下の方法より求めた。
まず、半水石膏量及び二水石膏量を、示差熱重量分析（ＴＧ−ＤＴＡ）によって定量した。具体的には、示差熱熱重量分析装置ＴＧ−ＤＴＡ６２００（セイコーインスツルメンツ（株）製）を用いて、直径２０μｍの孔を有する容量３０μＬのセル（アルミ製）に、試料を約３０ｍｇ入れ、昇温速度５℃／ｍｉｎで室温から３００℃まで昇温した。図２に示すように、まず、重量減少曲線（図２のＴＧ）を微分した曲線（図２のＤＴＧ）から、ＤＴＧピークＡの立ち上がり温度（約１２５℃）、半水石膏の脱水に伴うＤＴＧピークＢの立ち上がり温度（約１５５℃）、ピークＢの終局点（約１９５℃）を求めた。次に、二水石膏の脱水に伴う１２５〜１５５℃附近の減量（ａ質量％）と、半水石膏の脱水に伴う１５５〜１９５℃附近の減量（ｂ質量％）を求め、式（４）及び式（５）を用いて、セメントの石膏中の二水石膏量（質量％）及び半水石膏量（質量％）を算出した。これらより、半水石膏の割合（質量％）は式（６）を用いて算出した。なお、リファレンスとして、アルミ板を用いた。
【００３３】
二水石膏量（質量％）＝減量ａ（質量％）×１７２（二水石膏の分子量）÷（１．５×１８（Ｈ２Ｏの分子量）） （４）半水石膏量（質量％）＝（減量ｂ（質量％）−減量ａ（質量％）÷３）×１４５（半水石膏の分子量）÷（０．５×１８（Ｈ２Ｏの分子量）） （５）半水石膏割合（質量％）＝半水石膏量÷（半水石膏量＋二水石膏量）×１００ （６）
【００３４】
［３］高強度混和材（Ａ）：
調製品：II型無水石膏粉末（フッ酸無水石膏）とシリカフューム（エルケム社製）との配合割合（石膏／シリカフューム質量比）を、１０／９０、２０／８０、３０／７０、６５／３５、８０／２０、９０／１０に変え、試験ボールミル（Φ３０×３０ｃｍ）によりブレーン比表面積が５５００〜１１０００ｃｍ２／ｇになるように混合粉砕した。また、無水石膏／シリカフュームの質量比が２０／８０については、混合粉砕することなく、無水石膏粉末とシリカフュームとをＶ型混合機で単に混合したものも使用した。
【００３５】
また、市販品として、デンカΣ２０００（無水石膏／非晶質シリカ質量比：２０／８０、電気化学工業（株）製）、ダイミックス（無水石膏／非晶質シリカ質量比：６０／４０、昭和鉱業（株）製）、スーパーノンクレーブ（無水石膏／非晶質シリカ質量比：５０／５０、住友大阪セメント（株）製）、ノンクレーブ（無水石膏／非晶質シリカ質量比：９８／１、住友大阪セメント（株）製）を使用した。なお、記載した無水石膏／非晶質シリカ質量比は、ＪＩＳ Ｍ８８５２：１９９８「セラミック用高シリカ質原料の化学分析方法」に準じて、ＳＯ３及びＳｉＯ２を定量し、ＳＯ３量をＣａＳＯ４（無水石膏）に換算、またＳｉＯ２量は全て非晶質シリカ量とみなした。
【００３６】
［４］分散剤：
市販品のポリカルボン酸系のマイティ２１ＷＨ（花王（株）製）、レオビルド８０００Ｈ（ポゾリス物産（株）製）、チューポールＮＶ−Ｇ５（竹本油脂（株）製）、フローリックＶＰ−７００（（株）フローリック製）、シーカメント２２００（日本シーカ（株））を使用した。比較用として、ポリカルボン酸系でなくナフタリンスルホン酸系の高性能減水剤であるマイティＨＳ（花王（株）製）も使用した。
【００３７】
［５］骨材
粗骨材は、硬質砂岩砕石（ＪＩＳ Ａ ５００５：１９９３「コンクリート用砕石及び砕砂」による粒の大きさによる区分が砕石１５０５、ＪＩＳ Ａ １１１０：１９９９「粗骨材の密度及び吸水率試験方法」による密度が２．６３ｇ／ｃｍ３及び吸水率が０．７８％、ＪＩＳ Ａ １１０２：１９９９「骨材のふるい分け試験方法」による粗粒率が６．３２）を使用した。
【００３８】
また、細骨材としては砕砂（ＪＩＳ Ａ １１０９：１９９９「細骨材の密度及び吸水率試験方法」による密度が２．６３ｇ／ｃｍ３及び吸水率が０．７８％、ＪＩＳ Ａ １１０２：１９９９「骨材のふるい分け試験方法」による粗粒率が３．０８）を使用した。
【００３９】
〔コンクリートの練混ぜ〕
セメント、混和材、細骨材及び粗骨材を二軸強制練りミキサ（容量：５０リットル）に投入し、３０秒間攪拌した後、練混ぜ水及び混和剤を投入し、４分間練混ぜ、コンクリートを作製した。このうち、単位水量には練混ぜ水量（水道水）に分散剤（水溶液タイプ）に由来する水量が加算されている。
【００４０】
〔供試体の作製〕
強度試験用円柱供試体は内径Φ１０×長さ２０ｃｍの型枠にコンクリートを充填し、テーブルバイブレータにより振動締固めを行った。一方、遠心力成形体（外径Φ２０×長さ３０×厚さ４ｃｍ）はその型枠に所定量のコンクリートを投入し、２Ｇ−３ｍｉｎ、１０Ｇ−１ｍｉｎ、２０Ｇ−１ｍｉｎ及び３０Ｇ−５ｍｉｎの条件下で遠心力成形を行った。
成形状況は供試体断面における締固め性状、空洞部（円筒）内面の平滑性（例：波打ちの有無）及びスラッジ発生状況等で判断し、一部の遠心力成形供試体については圧縮強度の試験に供した。
【００４１】
〔前養生及び蒸気養生〕
強度試験用円柱供試体及び遠心力成形供試体は、２０℃で４時間前養生を行い、２０℃／ｈの昇温速度（３時間）で８０℃まで加熱し、８０℃で３時間保持したのち、降温速度１０℃／ｈ（６時間）で冷却した。
【００４２】
〔圧縮強度試験〕
脱型直後及び引き続き７日間気中養生後の強度試験用円柱供試体はＪＩＳ Ａ １１０８：１９９９「コンクリートの圧縮強度試験方法」、遠心力成形供試体はＪＩＳ Ａ １１３６：１９９３「遠心力締固めコンクリートの圧縮試験方法」に準じ、圧縮強度試験を行った。
【００４３】
なお、特記しない限り、下記条件を基準条件とした。なお、実施例及び比較例のコンクリート組成物単位量（ｋｇ／ｍ３）を表３に示す。
【００４４】
【表３】
【００４５】
［１］普通ポルトランドセメント（３）：密度３．１６ｇ／ｃｍ３、ブレーン比表面積３３４０ｃｍ２／ｇ、Ｃ３Ａ含有割合１０質量％、Ｃ４ＡＦ含有割合９質量％、間隙相含有割合１９質量％、半水石膏割合６７質量％
［２］早強ポルトランドセメント（３）：密度３．１４ｇ／ｃｍ３、ブレーン比表面積４５８０ｃｍ２／ｇ、半水石膏割合５１質量％
［３］高強度混和材（Ａ）：デンカΣ２０００（無水石膏／非晶質シリカ質量比：２０／８０、電気化学工業（株）製、ブレーン比表面積４９００ｃｍ２／ｇ）
［４］分散剤：マイティ２１ＷＨ（花王（株）製、固形分量３０質量％）
［５］骨材：粗骨材の最大寸法（ＧＭＡＸ）１５ｍｍ、細骨材率（ｓ／ａ）３５質量％
［６］配合（単位量）：単位水量１２０ｋｇ／ｍ３、普通ポルトランドセメント３００ｋｇ／ｍ３、早強ポルトランドセメント２８０ｋｇ／ｍ３、高強度混和材８４ｋｇ／ｍ３
【００４６】
［実施例１〜６、比較例１〜５］
普通ポルトランドセメント、早強ポルトランドセメントおよび市販の高強度混和材を使用し、その単位量と、ポルトランドセメント総量中の早強ポルトランドセメントの割合を変えた場合の振動成形品の圧縮強度および遠心成形性を表４に示す。なお、この場合、高強度混和材の添加割合も変えて試験し、所要水／結合材比（Ｗ／（Ｃ＋Ａ））との関係も評価した。
【００４７】
比較例１（ポルトランドセメント総量の単位量５００ｋｇ／ｍ３）は振動締固め成形品の強度発現性が低かった。また、比較例５（ポルトランドセメント総量の単位量７００ｋｇ／ｍ３）では振動締固め成形品の強度発現性は良いものの、遠心成形性は良くなかった。
比較例２（早強ポルトランドセメントの割合は２７質量％）は遠心成形体の強度が１３０Ｎ/ｍｍ２に達しなかった。また、比較例４（早強ポルトランドセメントの割合は８５質量％）では、遠心成形体の強度が１３０Ｎ/ｍｍ２に達しなく、また遠心成形性も良くなかった。
また、単位セメント量と水／結合材比（Ｗ／（Ｃ＋Ａ））との関係において、高強度混和材の添加割合（Ａ／Ｃ）を増加させることにより水／結合材比（Ｗ／（Ｃ＋Ａ））は低減できる（実施例２〜４、比較例３）。
【００４８】
【表４】
【００４９】
［実施例７〜９、比較例６、７］
普通ポルトランドセメントおよび早強ポルトランドセメントの石膏中の半水化割合の異なるセメントを使用した場合の供試体の圧縮強度及び遠心成形性を表５に示す。
比較例６（半水石膏割合が５質量％）では振動締固め成形及び遠心力成形品ともに強度発現性が低く、逆に比較例７（半水石膏割合が９５質量％以上）になると締固め性状及び圧縮強度ともに低下した。
【００５０】
【表５】
【００５１】
［実施例１０〜１３、比較例８、９］
普通ポルトランドセメント中の間隙相量の異なるセメントを使用した場合の供試体の圧縮強度及び遠心成形性を表６に示す。比較例８（間隙相含有割合２４質量％）では振動締固め成形品は強度発現性に優れるものの、遠心力成形品の成形性が悪く、強度も１３０Ｎ/ｍｍ２に達しなかった。比較例９（間隙相含有割合１６質量％）になると振動締固め成形品及び遠心成形品ともに圧縮強度が低下した。
【００５２】
【表６】
【００５３】
［実施例１４〜１８、比較例１０、１１］
高強度混和材のII型無水石膏（ＡＨ）とシリカフューム（ＳＦ）との割合を変えて、混合粉砕した場合についての振動成形品の圧縮強度を表７に示す。なお、実施例１８は、II型無水石膏粉末（３８４０ｃｍ２／ｇ）とシリカフューム（ＢＥＴ比表面積：１６ｍ２／ｇ）をＶ型混合器で混合したものであり、混合粉砕していない場合である。
【００５４】
無水石膏とシリカフュームとの質量比が１０／９０或は９０／１０の比較例１０、比較例１１は圧縮強度が低く、高強度混和材の無水石膏とシリカフュームとの質量比の適正領域は１５／８５〜８５／１５であることが判る。また、この質量比は、２０／８０〜６５／３５の範囲のものが、圧縮強度をより高くすることができた。また、実施例１８は、無水石膏とシリカフュームとの質量比が２０／８０であっても、混合粉砕したものではないため、混合粉砕した実施例１４よりも、圧縮強度が若干低い。
【００５５】
【表７】
【００５６】
［実施例１９〜２１、比較例１２］
市販の高強度混和材を使用した場合の振動成形供試体の圧縮強度を表８に示す。高強度混和材銘柄としてはデンカΣ２０００、スーパーノンクレーブ及びダイミックス（実施例２０〜２２）が好ましく、換言すれば無水石膏／非晶質シリカの質量比が大き過ぎるノンクレーブ（比較例１２）は好ましくなかった。
【００５７】
【表８】
【００５８】
［実施例２２〜２６、比較例１３］
分散剤として、市販のコンクリート用ポリカルボン酸系高性能減水剤、及び比較用としてβ−ナフタリンスルホン酸ホルマリン縮合物系高性能減水剤（マイティＨＳ）を使用した場合の振動成形供試体の圧縮強度を表８に示す。ポリカルボン酸系高性能減水剤は良好な強度発現性を示し（実施例２２〜２６）、このうち特にマイティ２１ＷＨが最も優れた強度発現性が得られ（実施例２２）、一方ではナフタリン系高性能減水剤（マイティＨＳ）を使用した場合（比較例１３）の強度発現性は相対的にかなり低かった。
【００５９】
【表９】
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】代表的な分散剤の赤外線吸収スペクトルを示す図である。
【図２】半水石膏量及び二水石膏量の示差熱重量分析結果を示す図である。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、遠心力を利用して製造するパイル、ポール、ヒューム管等のコンクリート成形用に適したコンクリート組成物及びそれを使用するコンクリート二次製品の製造方法に関する。特に、特殊な骨材や繊維補強材等を使用することなく、蒸気養生及びその後の気中養生後に１３０Ｎ／ｍｍ２レベルの極めて高い強度を有する遠心力成形用コンクリート組成物に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、パイル、ポール又はヒューム管等の円柱形又は円筒形のコンクリート二次製品の製造には遠心力を利用した成形方法が一般に採用されている。この方法では、鉄筋を配した型枠中にコンクリートを打設して遠心力成形し、常温で所定時間前養生を行ったのち常圧で蒸気養生を行い、冷却後脱型し、数週間気中養生して出荷される。
【０００３】
最近、コンクリートパイルをはじめとするコンクリート二次製品には、支持力がより高いものが求められる傾向にある。このような要求を満たすために、使用する材料、コンクリートの配合、遠心力成形条件、前養生条件、さらには常圧蒸気養生条件や高温高圧養生の付加等によって最適化する手法がとられているが、必ずしも安定した高強度硬化体を得るには至っていないのが現状である。ちなみに、通常のコンクリート材料を使用した場合、遠心力成形用コンクリート組成物の設計基準強度（圧縮強度）１３０Ｎ／ｍｍ２レベルのような高強度領域は、技術的にも限界に近く、その高強度を確保することが極めて難しいとされている（特許文献１〜３参照）。
【特許文献１】特許第２８８７５６１号公報
【特許文献２】特許第２８６５５６７号公報
【特許文献３】特開２００５−１７９１４９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このように、従来、遠心力成形コンクリート硬化体では、設計基準強度（圧縮強度）１３０Ｎ／ｍｍ２以上を満たすことが困難であったことに鑑み、本発明は、遠心力成形用製品において、コンクリートの蒸気養生後の脱型圧縮強度が約１１５Ｎ／ｍｍ２以上、その後の気中養生後（１〜２週間後）で１３０Ｎ／ｍｍ２レベルの高強度化を実現する遠心力成形用コンクリート組成物を提供することを目的とする。
【０００５】
本発明はまた、コンクリート材料、配合、練混ぜ、型枠への充填、遠心力成形、前養生及び蒸気養生の最適条件を明らかにして、上記のような高強度の遠心力成形用製品を製造する方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明者らは、遠心力成形用製品の高強度化を実現するために鋭意検討した結果、普通ポルトランドセメント、早強ポルトランドセメント、高強度混和材、分散剤、骨材及び水を含む高強度遠心力成形用コンクリート組成物であって、普通ポルトランドセメントの石膏中の半水石膏割合が２０〜９５質量％、間隙相含有割合が１７〜２３質量％、ポルトランドセメント総量中の早強ポルトランドセメントの割合が２８〜８０質量％、ポルトランドセメント総量の単位量が５１０〜６９０ｋｇ／ｍ３であり、高強度混和材は無水石膏と非晶質シリカとを含み、無水石膏／非晶質シリカの質量比が１５／８５〜８５／１５であり、ポルトランドセメント総量１００質量部に対して高強度混和材を５〜２０質量部含み、分散剤がポリカルボン酸系分散剤である高強度遠心力成形用コンクリート組成物を発明するに至った。
【０００７】
本発明の高強度遠心力成形用コンクリート組成物は、早強ポルトランドセメントの石膏中の半水石膏割合が１０〜９０質量％であることが好ましい。また、高強度混和材中の非晶質シリカがシリカフュームであることが好ましく、高強度混和材が、無水石膏とシリカフュームとを混合粉砕したものがより好ましい。さらに、普通ポルトランドセメント中のＣ３Ａ含有割合が７〜１４質量％であることが好ましい。さらに、ポルトランドセメント総量１００質量部に対して、高強度混和材を５〜２０質量部及び分散剤を水溶液基準で１．０〜２．０質量部含有することがより好ましい。
また、水／（ポルトランドセメント総量＋高強度混和材）質量比が１６〜２０％であることがより好ましい。
【０００８】
本発明はさらに、上記の高強度遠心力成形用コンクリート組成物を練混ぜ、鉄筋を配した円筒形型枠に充填したのち遠心力成形し、前養生、続いて蒸気養生したのち脱型し、その後気中で養生する高強度遠心力成形用製品の製造方法を提供する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の遠心力成形用製品の製造方法により、設計基準強度１３０Ｎ／ｍｍ２レベルの高強度遠心力成形用製品が製造できる。このため、杭の場合では支持力を大きく取ることができるので、施工本数が低減でき、経済的であるという効果を奏する。また、高強度遠心力成形用コンクリート組成物は組織が緻密になることから、耐久性の向上に貢献するという効果も奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下に本発明を詳細に説明する。
先ず、コンクリート組成物に使用する材料の好ましい特性は下記のとおりである。
【００１１】
本発明の高強度遠心力成形用コンクリート組成物に使用するセメントは、普通ポルトランドセメント及び早強ポルトランドセメントであり、普通ポルトランドセメントの石膏中の半水石膏割合は２０〜９５質量％、好ましくは２５〜９０質量％である。早強ポルトランドセメントの石膏中の半水石膏割合は１０〜９０質量％、好ましくは２０〜８０質量％である。普通ポルトランドセメント及び早強ポルトランドセメントの石膏中の半水石膏量は、遠心力成形性（締固め、均質性（内面での波打ち抑制）、ノロ（泥状物）の発生抑制）及び蒸気養生後の強度発現性に極めて重要な役割を果たすため、後述の示差熱熱重量分析方法によって測定するセメントの石膏中の二水石膏と半水石膏との合量に対する半水石膏量の質量比は、普通ポルトランドセメントで上記の２０〜９５質量％の範囲にあることが重要な必須要件の一つである。
【００１２】
さらに、普通ポルトランドセメント中のＣ３Ａ含有割合とＣ４ＡＦ含有割合との合計量で表される間隙相含有割合は１７〜２３質量％、好ましくは１８〜２２質量％である。またＣ３Ａ含有割合は７〜１４質量％、好ましくは８〜１３質量％である。なお、普通ポルトランドセメント中のＣ３Ａ及びＣ４ＡＦの含有割合（質量比）は、ＪＩＳ Ｒ ５２０２：１９９９「ポルトランドセメントの化学分析方法」によって分析したＡｌ２Ｏ３及びＦｅ２Ｏ３の含有割合（％）定量値を用いて次式（Ｂｏｇｕｅ式）で計算することによって得られる。
Ｃ３Ａ含有割合（質量％）＝（２．６５×％Ａｌ２Ｏ３）−（１．６９×％Ｆｅ２Ｏ３）
（１）
Ｃ４ＡＦ含有割合（質量％）＝３．０４×％Ｆｅ２Ｏ３ （２）
【００１３】
さらに、普通ポルトランドセメントの水硬率（Ｈ．Ｍ．）は２．０５〜２．２５、より好ましくは２．１０〜２．２０、セメント中のＳＯ３量は１．５〜３．０質量％、より好ましくは１．７〜２．４質量％のものを使用することができる。また、普通ポルトランドセメントの粒度は、粉末度（ブレーン比表面積）が３０００〜３８００ｃｍ２／ｇ、エアジェットシーブによる３２μｍ篩残分が１２．０〜２４．０質量％、レーザー回折式粒度分布測定装置（セイシン企業製、ＬＭＳ−３０（レーザー・マイクロ・サイザー））による体積含有率が５０％通過径８〜２４μｍ、より好ましくは１２〜２０μｍ、９０％通過径／１０％通過径比が５〜２０、Ｒｏｓｉｎ−Ｒａｍｍｌｅｒ線図におけるｎ値（粒度分布均等数、粒径対象範囲４〜３２μｍ）が１．１０〜１．３５、好ましくは１.１５〜１.３０のものであれば、良好に使用することができる。
【００１４】
さらに、早強ポルトランドセメントの水硬率（Ｈ．Ｍ．）は２．２０〜２．３０、より好ましくは２．２３〜２．２８、セメント中のＳＯ３量は２．５〜３．５質量％、より好ましくは２．８〜３．１質量％のものを使用することができる。また、早強ポルトランドセメントの粒度は、粉末度（ブレーン比表面積）が４２００〜４８００ｃｍ２／ｇ、エアジェットシーブによる３２μｍ篩残分が３．０〜８．０質量％、レーザー回折式粒度分布測定装置（セイシン企業製、ＬＭＳ−３０（レーザー・マイクロ・サイザー））による体積含有率が５０％通過径６〜１６μｍ、より好ましくは８〜１２μｍ、９０％通過径／１０％通過径比が５〜１５、Ｒｏｓｉｎ−Ｒａｍｍｌｅｒ線図におけるｎ値（粒度分布均等数、粒径対象範囲４〜３２μｍ）が１．１０〜１．４０、好ましくは１.１５〜１.３５のものであれば、良好に使用することができる。
【００１５】
本発明の高強度遠心力成形用コンクリート組成物に使用する高強度混和材は、高強度遠心力成形用製品の製造に不可欠な材料の一つであり、無水石膏と非晶質シリカとを含むものである。非晶質シリカとしては、シリカフュームや微粉フライアッシュ（平均粒径１０μｍ以下）等が使用でき、特にシリカ含有割合が９０質量％以上のシリカフュームがより好ましく、その一次粒子が凝集又は焼結されることによって形成された二次粒子が十分解砕・分散されていることが好ましい。これを実現するための方法として、無水石膏とシリカフュームとを混合粉砕することも有効である。高強度混和材中の無水石膏及び非晶質シリカの好ましい含有割合（無水石膏／非晶質シリカ質量比）は１５／８５〜８５／１５、より好ましくは２０／８０〜６５／３５である。高強度混和材の粉末度（ブレーン比表面積）は、構成成分の割合あるいは特に非晶質シリカ粒子の分散状態によって影響されるが、より好ましい配合割合においては、４０００〜１５０００ｃｍ２／ｇ、好ましくは５０００〜１３０００ｃｍ２／ｇの範囲である。
【００１６】
また、高強度混和材は、無水石膏と非晶質シリカとを混合粉砕した混合物を使用することがより好ましい。非晶質シリカは製造時に高温状態にさらされるため一次粒子が塊状の二次粒子を形成しており、混合粉砕することにより解膠され、コンクリートに使用した際の分散状態が良くなる。また、蒸気養生用混和材として一般に市販されているものも好適に使用することができる。この例としては、デンカΣ１０００、デンカΣ２０００（電気化学工業（株）製）、ノンクレーブ、スーパーノンクレーブ（住友大阪セメント（株）製）、ダイミックス（昭和鉱業（株）製）、太平洋ウルトラスーパーミックス（太平洋マテリアル（株）製）等を挙げることができる。これらの中で、デンカΣ２０００、スーパーノンクレーブの使用がより好ましい。
【００１７】
本発明の高強度遠心力成形用コンクリート組成物に使用する分散剤は、ポリアルキレン側鎖（通常、−Ｏ（ＣＨ２ＣＨ２Ｏ）ｎ−）を有するポリカルボン酸系分散剤である。この例としては、メタクリル酸系共重合物やメタクリル酸系多元共重合物、マレイン酸系共重合物等が挙げられる。この種の分散剤は、コンクリート用高性能減水剤として多種のものが市販されており、主成分である上記のポリカルボン酸系成分の分子量分布、官能基（ポリカルボキシル及びポリアルキレン）の質量割合等に工夫がなされている他、複数の機能を付加させるために、第二、第三、第四成分が一般に添加されている。形態としては、粉末状又は水溶液タイプのもののいずれも使用できるが、扱いやすさから後者（水溶液）の使用がより好ましい。水溶液中の固形分含有量（溶質含有量）は約２５〜４５質量％の範囲のものが多い。分散剤の水分量は、コンクリート配合設計上、練り混ぜ水に加算するので、その使用に際しては水分量を予め求めておく必要がある。分散剤の市場品の具体例としては、マイティ２１ＷＨ（花王（株）製）、レオビルド８０００Ｈ（ポゾリス物産（株）製）、チューポールＮＶ−Ｇ５（竹本油脂（株）製）、フローリックＶＰ−７００（（株）フローリック製）、シーカメント２２００（日本シーカ（株））等を挙げることができる。代表的なポリカルボン酸系分散剤の赤外線吸収スペクトルを図１に示す。
【００１８】
本発明の高強度遠心力成形用コンクリート組成物に使用する骨材は、種類は特に限定されず、通常、遠心力成形用製品に使用されているものを使用することができる。粗骨材の最大寸法は、より好ましくは１５ｍｍのものを使用し、細骨材率（ｓ／ａ）は３０〜４５質量％の範囲から選択される。
【００１９】
次に、本発明の高強度遠心力成形用コンクリート組成物におけるコンクリート配合は以下のとおりである。
まず、普通ポルトランドセメント及び早強ポルトランドセメントとの総量（以下ポルトランドセメント総量と略記する）の単位量は５１０〜６９０ｋｇ／ｍ３である。ポルトランドセメント総量の単位量が５１０ｋｇ／ｍ３未満では十分な強度が得られず、６９０ｋｇ／ｍ３を超えると水セメント比は小さくできるが、骨材間間隙に対するセメントペーストの容積比が過大となって遠心成形による締め固めが不充分となり、結果として高強度を得ることができない。
また、ポルトランドセメント総量中の早強ポルトランドセメントの割合は２８〜８０質量％、好ましくは３０〜７０質量％である。２８質量％未満では、十分な強度が得られず、８０質量％を超えると遠心成形性が悪くなる。
【００２０】
高強度混和材は、ポルトランドセメント総量１００質量部に対して、５〜２０質量部が好ましく、８〜１８質量部がより好ましい。高強度混和材の含有量が５質量部未満では強度向上効果が期待できず、２０質量部を越えると、遠心力成形性が低下し、強度が低下する場合もあり好ましくない。
【００２１】
ポリカルボン酸系の分散剤は、ポルトランドセメント総量１００質量部に対して、水溶液基準で１．０〜２．０質量部が好ましく、経済性をも踏まえると１．２〜１．６質量部がより好ましい。すなわち、分散剤が水溶液基準で１．０質量部未満では減水性が不十分で、２．０質量部を超えて添加してもその増量分に見合う程の大きな減水効果が得られ難いため不経済となる。
【００２２】
また、本発明の遠心力成形用コンクリート組成物の高強度化は、高強度混和材と分散剤との間の相互作用が起こるなかで達せられるものであり、これらの混和材（剤）は単に多ければ良いというものでなく、適正添加量が存在する。
【００２３】
水／（ポルトランドセメント総量＋高強度混和材）、すなわち水／結合材の適正質量比は、使用する各種コンクリート材料及び単位量（配合）によっても変化するが、１６〜２０質量％、好ましくは１７〜１９質量％の範囲である。１６質量％未満ではコンクリートの粘性が上がり、ハンドリング性が悪化するとともに、硬すぎて型枠への投入が困難となり、また、２０質量％を超えるとコンクリートが流動化し遠心力による締固めが不十分となり、高強度が得られ難くなるため好ましくない。
【００２４】
なお、遠心力成形で高強度の鋼管パイルを製造する場合には、上記のコンクリート配合として、高強度混和材に加えて膨張材を併用するのが好ましい。膨張材はアウィン−石灰−石膏系又は石灰−石膏系のものであり、ポルトランドセメント総量１００質量部に対し、膨張材と高強度混和材との合量を基準に１８質量部以内で使用するのが好ましい。この場合、膨張材としては、市販のデンカＣＳＡ＃２０（電気化学工業（株）製）、太平洋エクスパン又は太平洋ジプカル（太平洋マテリアル（株））等が使用でき、この膨張材単体分の配合量は概ね５〜８質量部が好ましい。
【００２５】
コンクリート使用材料の投入順序、使用するミキサ、練混ぜ時間等は特に限定されず、遠心力成形用製品の製造で通常行われている条件を採用することができる。練混ぜられた適正なコンクリートの流動性は、スランプで１０ｃｍ以下、好ましくは１〜４ｃｍ、鋼管パイルでは６〜１２ｃｍ程度である。このコンクリートは、配筋された型枠内に打設し、コンクリートの型枠軸方向での均質化を行なう工程（１〜４Ｇ）、型枠内面への貼り付けを行なう工程（低速５〜１４Ｇ、高速１５〜２０Ｇ）、粗骨材の型枠内面方向への濃集と締固めを行を行なう工程（２０Ｇ以上）の４工程で遠心成形する。それぞれの遠心力付加時間は１〜５分間の範囲で選択される。
【００２６】
遠心力成形された成形体は、常温、例えば、５〜３５℃の温度範囲で４〜６時間前養生を行ったのち、蒸気養生を行う。蒸気養生は１５〜２２℃／ｈの昇温速度で最高温度６０〜１００℃、好ましくは７０〜９０℃まで昇温し、最高温度で３〜６時間保持したのち、８〜１２時間かけて冷却する。冷却後脱型し、１週間以上気中で養生を行う。
【実施例】
【００２７】
［使用材料］
［１］普通ポルトランドセメント（ＮＣ）：
普通ポルトランドセメントは、水硬率（Ｈ．Ｍ．）が２．１１〜２．２０、セメント中のＳＯ３量が１．７６〜２.０１質量％、粉末度（ブレーン比表面積）が３１７０〜３５２０ｃｍ２／ｇ、エアジェットシーブによる３２μｍ篩残分が１４.６〜２１.６質量％、レーザー回折式粒度分布測定装置（セイシン企業製、ＬＭＳ−３０（レーザー・マイクロ・サイザー））によるＲｏｓｉｎ−Ｒａｍｍｌｅｒ線図におけるｎ値（粒度分布均等数、粒径対象範囲４〜３２μｍ）が１．１９〜１．２６のもので、Ｃ３Ａ含有割合（質量％）、Ｃ４ＡＦ含有割合（質量％）、間隙相含有割合（質量％）及び半水石膏割合（質量％）がそれぞれ異なる、表１に示す１１種類を使用した。
【００２８】
普通ポルトランドセメントの鉱物組成及びＳＯ３量は、ＪＩＳ Ｒ ５２０２：１９９９「ポルトランドセメントの化学分析方法」及びＪＩＳ Ｒ ５２０４：２００２「セメントの蛍光Ｘ線分析方法」により測定した。Ｒ２Ｏ含有割合（質量％）は、Ｎａ２Ｏ含有割合（質量％）とＫ２Ｏ含有割合（質量％）から式（３）により算出した。
Ｒ２Ｏ含有割合（質量比）＝Ｎａ２Ｏ（質量比）＋０．６５８Ｋ２Ｏ（質量比） （３）
【００２９】
【表１】
【００３０】
［２］早強ポルトランドセメント（ＨＣ）：
早強ポルトランドセメントは、水硬率（Ｈ．Ｍ．）が２．２３〜２．２８、セメント中のＳＯ３量が２．８０〜３．１１質量％、粉末度（ブレーン比表面積）が４４５０〜４６４０ｃｍ２／ｇ、エアジェットシーブによる３２μｍ篩残分が５.１〜７.７質量％、レーザー回折式粒度分布測定装置（セイシン企業製、ＬＭＳ−３０（レーザー・マイクロ・サイザー））によるＲｏｓｉｎ−Ｒａｍｍｌｅｒ線図におけるｎ値（粒度分布均等数、粒径対象範囲４〜３２μｍ）が１．１６〜１．３５のもので、半水石膏割合（質量％）がそれぞれ異なる、表２に示す５種類を使用した。
【００３１】
【表２】
【００３２】
なお、半水石膏割合は、以下の方法より求めた。
まず、半水石膏量及び二水石膏量を、示差熱重量分析（ＴＧ−ＤＴＡ）によって定量した。具体的には、示差熱熱重量分析装置ＴＧ−ＤＴＡ６２００（セイコーインスツルメンツ（株）製）を用いて、直径２０μｍの孔を有する容量３０μＬのセル（アルミ製）に、試料を約３０ｍｇ入れ、昇温速度５℃／ｍｉｎで室温から３００℃まで昇温した。図２に示すように、まず、重量減少曲線（図２のＴＧ）を微分した曲線（図２のＤＴＧ）から、ＤＴＧピークＡの立ち上がり温度（約１２５℃）、半水石膏の脱水に伴うＤＴＧピークＢの立ち上がり温度（約１５５℃）、ピークＢの終局点（約１９５℃）を求めた。次に、二水石膏の脱水に伴う１２５〜１５５℃附近の減量（ａ質量％）と、半水石膏の脱水に伴う１５５〜１９５℃附近の減量（ｂ質量％）を求め、式（４）及び式（５）を用いて、セメントの石膏中の二水石膏量（質量％）及び半水石膏量（質量％）を算出した。これらより、半水石膏の割合（質量％）は式（６）を用いて算出した。なお、リファレンスとして、アルミ板を用いた。
【００３３】
二水石膏量（質量％）＝減量ａ（質量％）×１７２（二水石膏の分子量）÷（１．５×１８（Ｈ２Ｏの分子量）） （４）半水石膏量（質量％）＝（減量ｂ（質量％）−減量ａ（質量％）÷３）×１４５（半水石膏の分子量）÷（０．５×１８（Ｈ２Ｏの分子量）） （５）半水石膏割合（質量％）＝半水石膏量÷（半水石膏量＋二水石膏量）×１００ （６）
【００３４】
［３］高強度混和材（Ａ）：
調製品：II型無水石膏粉末（フッ酸無水石膏）とシリカフューム（エルケム社製）との配合割合（石膏／シリカフューム質量比）を、１０／９０、２０／８０、３０／７０、６５／３５、８０／２０、９０／１０に変え、試験ボールミル（Φ３０×３０ｃｍ）によりブレーン比表面積が５５００〜１１０００ｃｍ２／ｇになるように混合粉砕した。また、無水石膏／シリカフュームの質量比が２０／８０については、混合粉砕することなく、無水石膏粉末とシリカフュームとをＶ型混合機で単に混合したものも使用した。
【００３５】
また、市販品として、デンカΣ２０００（無水石膏／非晶質シリカ質量比：２０／８０、電気化学工業（株）製）、ダイミックス（無水石膏／非晶質シリカ質量比：６０／４０、昭和鉱業（株）製）、スーパーノンクレーブ（無水石膏／非晶質シリカ質量比：５０／５０、住友大阪セメント（株）製）、ノンクレーブ（無水石膏／非晶質シリカ質量比：９８／１、住友大阪セメント（株）製）を使用した。なお、記載した無水石膏／非晶質シリカ質量比は、ＪＩＳ Ｍ８８５２：１９９８「セラミック用高シリカ質原料の化学分析方法」に準じて、ＳＯ３及びＳｉＯ２を定量し、ＳＯ３量をＣａＳＯ４（無水石膏）に換算、またＳｉＯ２量は全て非晶質シリカ量とみなした。
【００３６】
［４］分散剤：
市販品のポリカルボン酸系のマイティ２１ＷＨ（花王（株）製）、レオビルド８０００Ｈ（ポゾリス物産（株）製）、チューポールＮＶ−Ｇ５（竹本油脂（株）製）、フローリックＶＰ−７００（（株）フローリック製）、シーカメント２２００（日本シーカ（株））を使用した。比較用として、ポリカルボン酸系でなくナフタリンスルホン酸系の高性能減水剤であるマイティＨＳ（花王（株）製）も使用した。
【００３７】
［５］骨材
粗骨材は、硬質砂岩砕石（ＪＩＳ Ａ ５００５：１９９３「コンクリート用砕石及び砕砂」による粒の大きさによる区分が砕石１５０５、ＪＩＳ Ａ １１１０：１９９９「粗骨材の密度及び吸水率試験方法」による密度が２．６３ｇ／ｃｍ３及び吸水率が０．７８％、ＪＩＳ Ａ １１０２：１９９９「骨材のふるい分け試験方法」による粗粒率が６．３２）を使用した。
【００３８】
また、細骨材としては砕砂（ＪＩＳ Ａ １１０９：１９９９「細骨材の密度及び吸水率試験方法」による密度が２．６３ｇ／ｃｍ３及び吸水率が０．７８％、ＪＩＳ Ａ １１０２：１９９９「骨材のふるい分け試験方法」による粗粒率が３．０８）を使用した。
【００３９】
〔コンクリートの練混ぜ〕
セメント、混和材、細骨材及び粗骨材を二軸強制練りミキサ（容量：５０リットル）に投入し、３０秒間攪拌した後、練混ぜ水及び混和剤を投入し、４分間練混ぜ、コンクリートを作製した。このうち、単位水量には練混ぜ水量（水道水）に分散剤（水溶液タイプ）に由来する水量が加算されている。
【００４０】
〔供試体の作製〕
強度試験用円柱供試体は内径Φ１０×長さ２０ｃｍの型枠にコンクリートを充填し、テーブルバイブレータにより振動締固めを行った。一方、遠心力成形体（外径Φ２０×長さ３０×厚さ４ｃｍ）はその型枠に所定量のコンクリートを投入し、２Ｇ−３ｍｉｎ、１０Ｇ−１ｍｉｎ、２０Ｇ−１ｍｉｎ及び３０Ｇ−５ｍｉｎの条件下で遠心力成形を行った。
成形状況は供試体断面における締固め性状、空洞部（円筒）内面の平滑性（例：波打ちの有無）及びスラッジ発生状況等で判断し、一部の遠心力成形供試体については圧縮強度の試験に供した。
【００４１】
〔前養生及び蒸気養生〕
強度試験用円柱供試体及び遠心力成形供試体は、２０℃で４時間前養生を行い、２０℃／ｈの昇温速度（３時間）で８０℃まで加熱し、８０℃で３時間保持したのち、降温速度１０℃／ｈ（６時間）で冷却した。
【００４２】
〔圧縮強度試験〕
脱型直後及び引き続き７日間気中養生後の強度試験用円柱供試体はＪＩＳ Ａ １１０８：１９９９「コンクリートの圧縮強度試験方法」、遠心力成形供試体はＪＩＳ Ａ １１３６：１９９３「遠心力締固めコンクリートの圧縮試験方法」に準じ、圧縮強度試験を行った。
【００４３】
なお、特記しない限り、下記条件を基準条件とした。なお、実施例及び比較例のコンクリート組成物単位量（ｋｇ／ｍ３）を表３に示す。
【００４４】
【表３】
【００４５】
［１］普通ポルトランドセメント（３）：密度３．１６ｇ／ｃｍ３、ブレーン比表面積３３４０ｃｍ２／ｇ、Ｃ３Ａ含有割合１０質量％、Ｃ４ＡＦ含有割合９質量％、間隙相含有割合１９質量％、半水石膏割合６７質量％
［２］早強ポルトランドセメント（３）：密度３．１４ｇ／ｃｍ３、ブレーン比表面積４５８０ｃｍ２／ｇ、半水石膏割合５１質量％
［３］高強度混和材（Ａ）：デンカΣ２０００（無水石膏／非晶質シリカ質量比：２０／８０、電気化学工業（株）製、ブレーン比表面積４９００ｃｍ２／ｇ）
［４］分散剤：マイティ２１ＷＨ（花王（株）製、固形分量３０質量％）
［５］骨材：粗骨材の最大寸法（ＧＭＡＸ）１５ｍｍ、細骨材率（ｓ／ａ）３５質量％
［６］配合（単位量）：単位水量１２０ｋｇ／ｍ３、普通ポルトランドセメント３００ｋｇ／ｍ３、早強ポルトランドセメント２８０ｋｇ／ｍ３、高強度混和材８４ｋｇ／ｍ３
【００４６】
［実施例１〜６、比較例１〜５］
普通ポルトランドセメント、早強ポルトランドセメントおよび市販の高強度混和材を使用し、その単位量と、ポルトランドセメント総量中の早強ポルトランドセメントの割合を変えた場合の振動成形品の圧縮強度および遠心成形性を表４に示す。なお、この場合、高強度混和材の添加割合も変えて試験し、所要水／結合材比（Ｗ／（Ｃ＋Ａ））との関係も評価した。
【００４７】
比較例１（ポルトランドセメント総量の単位量５００ｋｇ／ｍ３）は振動締固め成形品の強度発現性が低かった。また、比較例５（ポルトランドセメント総量の単位量７００ｋｇ／ｍ３）では振動締固め成形品の強度発現性は良いものの、遠心成形性は良くなかった。
比較例２（早強ポルトランドセメントの割合は２７質量％）は遠心成形体の強度が１３０Ｎ/ｍｍ２に達しなかった。また、比較例４（早強ポルトランドセメントの割合は８５質量％）では、遠心成形体の強度が１３０Ｎ/ｍｍ２に達しなく、また遠心成形性も良くなかった。
また、単位セメント量と水／結合材比（Ｗ／（Ｃ＋Ａ））との関係において、高強度混和材の添加割合（Ａ／Ｃ）を増加させることにより水／結合材比（Ｗ／（Ｃ＋Ａ））は低減できる（実施例２〜４、比較例３）。
【００４８】
【表４】
【００４９】
［実施例７〜９、比較例６、７］
普通ポルトランドセメントおよび早強ポルトランドセメントの石膏中の半水化割合の異なるセメントを使用した場合の供試体の圧縮強度及び遠心成形性を表５に示す。
比較例６（半水石膏割合が５質量％）では振動締固め成形及び遠心力成形品ともに強度発現性が低く、逆に比較例７（半水石膏割合が９５質量％以上）になると締固め性状及び圧縮強度ともに低下した。
【００５０】
【表５】
【００５１】
［実施例１０〜１３、比較例８、９］
普通ポルトランドセメント中の間隙相量の異なるセメントを使用した場合の供試体の圧縮強度及び遠心成形性を表６に示す。比較例８（間隙相含有割合２４質量％）では振動締固め成形品は強度発現性に優れるものの、遠心力成形品の成形性が悪く、強度も１３０Ｎ/ｍｍ２に達しなかった。比較例９（間隙相含有割合１６質量％）になると振動締固め成形品及び遠心成形品ともに圧縮強度が低下した。
【００５２】
【表６】
【００５３】
［実施例１４〜１８、比較例１０、１１］
高強度混和材のII型無水石膏（ＡＨ）とシリカフューム（ＳＦ）との割合を変えて、混合粉砕した場合についての振動成形品の圧縮強度を表７に示す。なお、実施例１８は、II型無水石膏粉末（３８４０ｃｍ２／ｇ）とシリカフューム（ＢＥＴ比表面積：１６ｍ２／ｇ）をＶ型混合器で混合したものであり、混合粉砕していない場合である。
【００５４】
無水石膏とシリカフュームとの質量比が１０／９０或は９０／１０の比較例１０、比較例１１は圧縮強度が低く、高強度混和材の無水石膏とシリカフュームとの質量比の適正領域は１５／８５〜８５／１５であることが判る。また、この質量比は、２０／８０〜６５／３５の範囲のものが、圧縮強度をより高くすることができた。また、実施例１８は、無水石膏とシリカフュームとの質量比が２０／８０であっても、混合粉砕したものではないため、混合粉砕した実施例１４よりも、圧縮強度が若干低い。
【００５５】
【表７】
【００５６】
［実施例１９〜２１、比較例１２］
市販の高強度混和材を使用した場合の振動成形供試体の圧縮強度を表８に示す。高強度混和材銘柄としてはデンカΣ２０００、スーパーノンクレーブ及びダイミックス（実施例２０〜２２）が好ましく、換言すれば無水石膏／非晶質シリカの質量比が大き過ぎるノンクレーブ（比較例１２）は好ましくなかった。
【００５７】
【表８】
【００５８】
［実施例２２〜２６、比較例１３］
分散剤として、市販のコンクリート用ポリカルボン酸系高性能減水剤、及び比較用としてβ−ナフタリンスルホン酸ホルマリン縮合物系高性能減水剤（マイティＨＳ）を使用した場合の振動成形供試体の圧縮強度を表８に示す。ポリカルボン酸系高性能減水剤は良好な強度発現性を示し（実施例２２〜２６）、このうち特にマイティ２１ＷＨが最も優れた強度発現性が得られ（実施例２２）、一方ではナフタリン系高性能減水剤（マイティＨＳ）を使用した場合（比較例１３）の強度発現性は相対的にかなり低かった。
【００５９】
【表９】
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】代表的な分散剤の赤外線吸収スペクトルを示す図である。
【図２】半水石膏量及び二水石膏量の示差熱重量分析結果を示す図である。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
普通ポルトランドセメント、早強ポルトランドセメント、高強度混和材、分散剤、骨材及び水を含む高強度遠心力成形用コンクリート組成物であって、
普通ポルトランドセメントの石膏中の半水石膏割合が２０〜９５質量％、間隙相含有割合が１７〜２３質量％、ポルトランドセメント総量中の早強ポルトランドセメントの割合が２８〜８０質量％、ポルトランドセメント総量の単位量が５１０〜６９０ｋｇ／ｍ３であり、
高強度混和材は無水石膏と非晶質シリカとを含み、無水石膏／非晶質シリカの質量比が１５／８５〜８５／１５であり、ポルトランドセメント総量１００質量部に対して高強度混和材を５〜２０質量部含み、分散剤がポリカルボン酸系分散剤であることを特徴とする高強度遠心力成形用コンクリート組成物。
【請求項２】
早強ポルトランドセメントの石膏中の半水石膏割合が１０〜９０質量％である請求項１記載の高強度遠心力成形用コンクリート組成物。
【請求項３】
高強度混和材中の非晶質シリカがシリカフュームである請求項１又は２記載の高強度遠心力成形用コンクリート組成物。
【請求項４】
高強度混和材が、無水石膏とシリカフュームとを混合粉砕したものである請求項１〜３の何れか１項記載の高強度遠心力成形用コンクリート組成物。
【請求項５】
普通ポルトランドセメント中のＣ３Ａ含有割合が７〜１４質量％である請求項１〜４の何れか１項記載の高強度遠心力成形用コンクリート組成物。
【請求項６】
ポルトランドセメント総量１００質量部に対して、高強度混和材を５〜２０質量部及び分散剤を水溶液基準で１．０〜２．０質量部含有する請求項１〜５のいずれか１項記載の高強度遠心力成形用コンクリート組成物。
【請求項７】
水／（ポルトランドセメント総量＋高強度混和材）質量比が１６〜２０％である請求項１〜６のいずれか１項記載の高強度遠心力成形用コンクリート組成物。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１項記載の高強度遠心力成形用コンクリート組成物を練混ぜ、鉄筋を配した円筒形型枠に充填したのち遠心力成形し、前養生、続いて蒸気養生したのち脱型し、その後気中で養生する高強度遠心力成形用コンクリート組成物の製造方法。
【請求項１】
普通ポルトランドセメント、早強ポルトランドセメント、高強度混和材、分散剤、骨材及び水を含む高強度遠心力成形用コンクリート組成物であって、
普通ポルトランドセメントの石膏中の半水石膏割合が２０〜９５質量％、間隙相含有割合が１７〜２３質量％、ポルトランドセメント総量中の早強ポルトランドセメントの割合が２８〜８０質量％、ポルトランドセメント総量の単位量が５１０〜６９０ｋｇ／ｍ３であり、
高強度混和材は無水石膏と非晶質シリカとを含み、無水石膏／非晶質シリカの質量比が１５／８５〜８５／１５であり、ポルトランドセメント総量１００質量部に対して高強度混和材を５〜２０質量部含み、分散剤がポリカルボン酸系分散剤であることを特徴とする高強度遠心力成形用コンクリート組成物。
【請求項２】
早強ポルトランドセメントの石膏中の半水石膏割合が１０〜９０質量％である請求項１記載の高強度遠心力成形用コンクリート組成物。
【請求項３】
高強度混和材中の非晶質シリカがシリカフュームである請求項１又は２記載の高強度遠心力成形用コンクリート組成物。
【請求項４】
高強度混和材が、無水石膏とシリカフュームとを混合粉砕したものである請求項１〜３の何れか１項記載の高強度遠心力成形用コンクリート組成物。
【請求項５】
普通ポルトランドセメント中のＣ３Ａ含有割合が７〜１４質量％である請求項１〜４の何れか１項記載の高強度遠心力成形用コンクリート組成物。
【請求項６】
ポルトランドセメント総量１００質量部に対して、高強度混和材を５〜２０質量部及び分散剤を水溶液基準で１．０〜２．０質量部含有する請求項１〜５のいずれか１項記載の高強度遠心力成形用コンクリート組成物。
【請求項７】
水／（ポルトランドセメント総量＋高強度混和材）質量比が１６〜２０％である請求項１〜６のいずれか１項記載の高強度遠心力成形用コンクリート組成物。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１項記載の高強度遠心力成形用コンクリート組成物を練混ぜ、鉄筋を配した円筒形型枠に充填したのち遠心力成形し、前養生、続いて蒸気養生したのち脱型し、その後気中で養生する高強度遠心力成形用コンクリート組成物の製造方法。
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開２００８−２２２４８２（Ｐ２００８−２２２４８２Ａ）
【公開日】平成２０年９月２５日（２００８．９．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−６１８６２（Ｐ２００７−６１８６２）
【出願日】平成１９年３月１２日（２００７．３．１２）
【出願人】（００００００２０６）宇部興産株式会社 (2,022)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年９月２５日（２００８．９．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年３月１２日（２００７．３．１２）
【出願人】（００００００２０６）宇部興産株式会社 (2,022)
【Ｆターム（参考）】
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