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、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％、間隙相含有率が１７〜２３質量％、単位セメント量が５１０〜６８０ｋｇ／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１５／８５〜９０／１０であり、分散剤がナフタレン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である。
【解決手段】 普通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％、間隙相含有率が１７〜２３質量％、単位セメント量が５１０〜６８０ｋｇ／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１５／８５〜９０／１０であり、分散剤がナフタレン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、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％、間隙相含有率が１７〜２３質量％、単位セメント量が５１０〜６８０ｋｇ／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１５／８５〜９０／１０であり、分散剤がナフタレン系分散剤である、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、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含有率が７〜１４質量％であることが好ましい。さらに、普通ポルトランドセメント１００質量部に対して、高強度混和材を６〜２５質量部、分散剤を水溶液基準で１．０〜５．５質量部含有することが好ましい。また、水／（普通ポルトランドセメント＋高強度混和材）質量比が１６.０〜２１.５％、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であり、その石膏中の半水石膏割合は２０〜９５質量％である。普通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、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】
普通ポルトランドセメント中のＣ３Ａ含有率とＣ４ＡＦ含有率との合計量で表される間隙相含有率は１７〜２３質量％、好ましくは１８〜２２質量％である。またＣ３Ａ含有率は７〜１４質量％、好ましくは９〜１３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の含有率（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の含有率（％）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含有率（質量％）＝（２．６５×％Ａｌ２Ｏ３）−（１．６９×％Ｆｅ２Ｏ３）
（１）
Ｃ４ＡＦ含有率（質量％）＝３．０４×％Ｆｅ２Ｏ３ （２）
【００１３】
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特に限定されるものではなく、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％通過経比が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のものであれば、良好に使用することができる。
【００１４】
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１５／８５〜９０／１０、より好ましくは２０／８０〜７０／３０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。
【００１５】
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ＫＤＥ（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。
【００１６】
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、比較的多量に添加しても遅延性がなく、空気連行性もない減水率の高い高性能減水剤である。高性能減水剤としては、ポリアルキルアリルスルホン酸塩系または芳香族アミノスルホン酸塩系のいずれかを主成分とするものが使用できる。より好ましくはポリアルキルアリルスルホン酸塩系高性能減水剤である。この例として、メチルナフタレンスルホン酸ホルマリン縮合物、ナフタレンスルホン酸ホルマリン縮合物及びアントラセンスルホン酸ホルマリン縮合物等が挙げられる。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、扱いやすさから水溶液タイプ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ＨＳ（花王（株）製）、マイティ１５０（花王（株）製）、セルフロー（第一工業製薬（株））、レオビルド８０００Ｈ（ＢＡＳＦポゾリス（株）製）、ポールファイン５１０−ＡＮ（竹本油脂（株）製）、フローリックＰＳ（（株）フローリック製）等を挙げることができる。
代表的なポリアルキルアリルスルホン酸塩系分散剤の赤外線吸収スペクトルを図１に示す。赤外線吸収スペクトルは日本分光社製のＦＴ／ＩＲ−４０００（測定精度：４ｃｍ−１）を用いて測定した。分散剤はNaCl板に原液のまま塗布して１１０℃で乾固し透過法により測定した。測定範囲は４００〜４０００ｃｍ−１、積算回数は１６回とした。
【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。
【００１８】
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の単位量は５１０〜６８０ｋｇ／ｍ３、より好ましくは５８０〜６２０ｋｇ／ｍ３である。普通ポルトランドセメントの単位量が５１０ｋｇ／ｍ３未満では十分な強度が得られず、６８０ｋｇ／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。
【００１９】
高強度混和材は、普通ポルトランドセメント１００質量部に対して、６〜２５質量部が好ましく、１２〜１８質量部がより好ましい。高強度混和材の含有量が６質量部未満では強度向上効果が期待できず、２５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。
【００２０】
ナフタレン系の分散剤は、普通ポルトランドセメント１００質量部に対して、水溶液基準で１．０〜５．５質量部が好ましく、経済性をも踏まえると２．０〜４．５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、５．５質量部を超えて添加しても、減水効果は頭打ちとなり、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。
【００２１】
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。
【００２２】
水／（普通ポルトランドセメント＋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、１６.０〜２１.５質量％、好ましくは１８〜２０質量％の範囲である。１６.０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、２１.５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。
【００２３】
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、普通ポルトランドセメント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。
【００２４】
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。
【００２５】
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】
【００２６】
［使用材料］
［１］普通ポルトランドセメント（Ｃ）：
普通ポルトランドセメントは、水硬率（Ｈ．Ｍ．）が２．０５〜２．２５、セメント中のＳＯ３量が１．５〜３．０質量％、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、９０％通過径／１０％通過経比が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のもので、Ｃ３Ａ含有率（質量％）、Ｃ４ＡＦ含有率（質量％）、間隙相含有率（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１２種類を使用した。
【００２７】
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含有率（質量％）は、Ｎａ２Ｏ含有率（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）
【００２８】
【表１】
【００２９】
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。
【００３０】
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）
【００３１】
［２］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、９５／５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。
【００３２】
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ＫＤＥ（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。
【００３３】
［３］分散剤：
市販品のナフタレン系の高性能減水剤マイティＨＳ（花王（株）製）を使用した。
【００３４】
［４］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２．７２ｇ／ｃｍ３及び吸水率が０．５１％、ＪＩＳ Ａ １１０２：１９９９「骨材のふるい分け試験方法」による粗粒率が６．２１）を使用した。
【００３５】
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２．６４ｇ／ｃｍ３及び吸水率が１．２５％、ＪＩＳ Ａ １１０２：１９９９「骨材のふるい分け試験方法」による粗粒率が２．７５）を使用した。
【００３６】
〔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。
【００３７】
〔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。
【００３８】
〔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。
【００３９】
〔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。
【００４０】
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２に示す。
【００４１】
【表２】
【００４２】
［１］普通ポルトランドセメント（４）：Ｃ３Ａ含有率１０質量％、Ｃ４ＡＦ含有率９質量％、間隙相含有率１９質量％、半水石膏割合６７質量％
［２］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）
［３］分散剤：マイティＨＳ（花王（株）製、固形分量３５質量％）
［４］骨材：粗骨材の最大寸法（ＧＭＡＸ）１５ｍｍ、細骨材率（ｓ／ａ）３５質量％
［５］配合（単位量）：単位水量１２５ｋｇ／ｍ３、普通ポルトランドセメント６００ｋｇ／ｍ３、高強度混和材１００ｋｇ／ｍ３
【００４３】
［実施例１〜７、比較例１、２］
普通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、その単位量を変えた場合の振動締固め成形品の圧縮強度，遠心成形供試体の圧縮強度および遠心成形性を表３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。
【００４４】
比較例１（単位セメント量５００ｋｇ／ｍ３，水／結合材比２１．７％）は振動締固め成形品の強度発現性が低く好ましくない。
また、単位セメント量５５０ｋｇ／ｍ３では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））が低減でき、振動締固め成形品および遠心成形供試体の強度発現性が増加した（実施例１〜３）。
単位セメント量６００ｋｇ／ｍ３でも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））が低減でき、振動締固め成形品の強度発現性が増加した。（実施例４〜６）。
実施例７（単位水量１２５ｋｇ／ｍ３、単位セメント量６５０ｋｇ／ｍ３，水／結合材比１７．５％）は、分散剤が標準添加量の上限値ではあるものの，振動締固め成形品の強度発現性も良好であり，遠心成形供試体の成形も可能である。
比較例２（単位セメント量６９０ｋｇ／ｍ３，水／結合材比１５．７％）では振動締固め成形品の強度発現性は良いものの、遠心成形供試体の成形性が好ましくない。
【００４５】
【表３】
【００４６】
［実施例８〜１１、比較例３、４］
普通ポルトランドセメントの石膏中の半水化率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４に示す。比較例４（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５（半水石膏割合が９５質量％）になると締固め性状及び圧縮強度ともに低下し好ましくない。
【００４７】
【表４】
【００４８】
［実施例１２〜１５、比較例５、６］
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５に示す。比較例５（間隙相含有率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、強度も低い。比較例６（間隙相含有率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好ましくない。
【００４９】
【表５】
【００５０】
［実施例１６〜２０、比較例７、８］
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６に示す。なお、実施例２０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。
【００５１】
無水石膏とシリカフュームとの質量比が１０／９０或は９５／５の比較例８、比較例９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２０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１６よりも、圧縮強度が若干低い。
【００５２】
【表６】
【００５３】
［実施例２１〜２３、比較例９］
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７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２１〜２３）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９）は好ましくなかった。
【００５４】
【表７】
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【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、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％、間隙相含有率が１７〜２３質量％、単位セメント量が５１０〜６８０ｋｇ／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１５／８５〜９０／１０であり、分散剤がナフタレン系分散剤である、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、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含有率が７〜１４質量％であることが好ましい。さらに、普通ポルトランドセメント１００質量部に対して、高強度混和材を６〜２５質量部、分散剤を水溶液基準で１．０〜５．５質量部含有することが好ましい。また、水／（普通ポルトランドセメント＋高強度混和材）質量比が１６.０〜２１.５％、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であり、その石膏中の半水石膏割合は２０〜９５質量％である。普通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、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】
普通ポルトランドセメント中のＣ３Ａ含有率とＣ４ＡＦ含有率との合計量で表される間隙相含有率は１７〜２３質量％、好ましくは１８〜２２質量％である。またＣ３Ａ含有率は７〜１４質量％、好ましくは９〜１３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の含有率（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の含有率（％）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含有率（質量％）＝（２．６５×％Ａｌ２Ｏ３）−（１．６９×％Ｆｅ２Ｏ３）
（１）
Ｃ４ＡＦ含有率（質量％）＝３．０４×％Ｆｅ２Ｏ３ （２）
【００１３】
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特に限定されるものではなく、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％通過経比が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のものであれば、良好に使用することができる。
【００１４】
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１５／８５〜９０／１０、より好ましくは２０／８０〜７０／３０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。
【００１５】
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ＫＤＥ（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。
【００１６】
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、比較的多量に添加しても遅延性がなく、空気連行性もない減水率の高い高性能減水剤である。高性能減水剤としては、ポリアルキルアリルスルホン酸塩系または芳香族アミノスルホン酸塩系のいずれかを主成分とするものが使用できる。より好ましくはポリアルキルアリルスルホン酸塩系高性能減水剤である。この例として、メチルナフタレンスルホン酸ホルマリン縮合物、ナフタレンスルホン酸ホルマリン縮合物及びアントラセンスルホン酸ホルマリン縮合物等が挙げられる。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、扱いやすさから水溶液タイプ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ＨＳ（花王（株）製）、マイティ１５０（花王（株）製）、セルフロー（第一工業製薬（株））、レオビルド８０００Ｈ（ＢＡＳＦポゾリス（株）製）、ポールファイン５１０−ＡＮ（竹本油脂（株）製）、フローリックＰＳ（（株）フローリック製）等を挙げることができる。
代表的なポリアルキルアリルスルホン酸塩系分散剤の赤外線吸収スペクトルを図１に示す。赤外線吸収スペクトルは日本分光社製のＦＴ／ＩＲ−４０００（測定精度：４ｃｍ−１）を用いて測定した。分散剤はNaCl板に原液のまま塗布して１１０℃で乾固し透過法により測定した。測定範囲は４００〜４０００ｃｍ−１、積算回数は１６回とした。
【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。
【００１８】
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の単位量は５１０〜６８０ｋｇ／ｍ３、より好ましくは５８０〜６２０ｋｇ／ｍ３である。普通ポルトランドセメントの単位量が５１０ｋｇ／ｍ３未満では十分な強度が得られず、６８０ｋｇ／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。
【００１９】
高強度混和材は、普通ポルトランドセメント１００質量部に対して、６〜２５質量部が好ましく、１２〜１８質量部がより好ましい。高強度混和材の含有量が６質量部未満では強度向上効果が期待できず、２５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。
【００２０】
ナフタレン系の分散剤は、普通ポルトランドセメント１００質量部に対して、水溶液基準で１．０〜５．５質量部が好ましく、経済性をも踏まえると２．０〜４．５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、５．５質量部を超えて添加しても、減水効果は頭打ちとなり、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。
【００２１】
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。
【００２２】
水／（普通ポルトランドセメント＋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、１６.０〜２１.５質量％、好ましくは１８〜２０質量％の範囲である。１６.０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、２１.５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。
【００２３】
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、普通ポルトランドセメント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。
【００２４】
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。
【００２５】
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】
【００２６】
［使用材料］
［１］普通ポルトランドセメント（Ｃ）：
普通ポルトランドセメントは、水硬率（Ｈ．Ｍ．）が２．０５〜２．２５、セメント中のＳＯ３量が１．５〜３．０質量％、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、９０％通過径／１０％通過経比が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のもので、Ｃ３Ａ含有率（質量％）、Ｃ４ＡＦ含有率（質量％）、間隙相含有率（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１２種類を使用した。
【００２７】
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含有率（質量％）は、Ｎａ２Ｏ含有率（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）
【００２８】
【表１】
【００２９】
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。
【００３０】
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）
【００３１】
［２］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、９５／５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。
【００３２】
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ＫＤＥ（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。
【００３３】
［３］分散剤：
市販品のナフタレン系の高性能減水剤マイティＨＳ（花王（株）製）を使用した。
【００３４】
［４］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２．７２ｇ／ｃｍ３及び吸水率が０．５１％、ＪＩＳ Ａ １１０２：１９９９「骨材のふるい分け試験方法」による粗粒率が６．２１）を使用した。
【００３５】
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２．６４ｇ／ｃｍ３及び吸水率が１．２５％、ＪＩＳ Ａ １１０２：１９９９「骨材のふるい分け試験方法」による粗粒率が２．７５）を使用した。
【００３６】
〔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。
【００３７】
〔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。
【００３８】
〔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。
【００３９】
〔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。
【００４０】
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２に示す。
【００４１】
【表２】
【００４２】
［１］普通ポルトランドセメント（４）：Ｃ３Ａ含有率１０質量％、Ｃ４ＡＦ含有率９質量％、間隙相含有率１９質量％、半水石膏割合６７質量％
［２］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）
［３］分散剤：マイティＨＳ（花王（株）製、固形分量３５質量％）
［４］骨材：粗骨材の最大寸法（ＧＭＡＸ）１５ｍｍ、細骨材率（ｓ／ａ）３５質量％
［５］配合（単位量）：単位水量１２５ｋｇ／ｍ３、普通ポルトランドセメント６００ｋｇ／ｍ３、高強度混和材１００ｋｇ／ｍ３
【００４３】
［実施例１〜７、比較例１、２］
普通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、その単位量を変えた場合の振動締固め成形品の圧縮強度，遠心成形供試体の圧縮強度および遠心成形性を表３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。
【００４４】
比較例１（単位セメント量５００ｋｇ／ｍ３，水／結合材比２１．７％）は振動締固め成形品の強度発現性が低く好ましくない。
また、単位セメント量５５０ｋｇ／ｍ３では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））が低減でき、振動締固め成形品および遠心成形供試体の強度発現性が増加した（実施例１〜３）。
単位セメント量６００ｋｇ／ｍ３でも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））が低減でき、振動締固め成形品の強度発現性が増加した。（実施例４〜６）。
実施例７（単位水量１２５ｋｇ／ｍ３、単位セメント量６５０ｋｇ／ｍ３，水／結合材比１７．５％）は、分散剤が標準添加量の上限値ではあるものの，振動締固め成形品の強度発現性も良好であり，遠心成形供試体の成形も可能である。
比較例２（単位セメント量６９０ｋｇ／ｍ３，水／結合材比１５．７％）では振動締固め成形品の強度発現性は良いものの、遠心成形供試体の成形性が好ましくない。
【００４５】
【表３】
【００４６】
［実施例８〜１１、比較例３、４］
普通ポルトランドセメントの石膏中の半水化率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４に示す。比較例４（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５（半水石膏割合が９５質量％）になると締固め性状及び圧縮強度ともに低下し好ましくない。
【００４７】
【表４】
【００４８】
［実施例１２〜１５、比較例５、６］
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５に示す。比較例５（間隙相含有率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、強度も低い。比較例６（間隙相含有率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好ましくない。
【００４９】
【表５】
【００５０】
［実施例１６〜２０、比較例７、８］
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６に示す。なお、実施例２０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。
【００５１】
無水石膏とシリカフュームとの質量比が１０／９０或は９５／５の比較例８、比較例９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２０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１６よりも、圧縮強度が若干低い。
【００５２】
【表６】
【００５３】
［実施例２１〜２３、比較例９］
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７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２１〜２３）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９）は好ましくなかった。
【００５４】
【表７】
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【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、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％、間隙相含有率が１７〜２３質量％、単位セメント量が５１０〜６８０ｋｇ／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１５／８５〜９０／１０であり、
分散剤がナフタレン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】
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】
普通ポルトランドセメント中のＣ３Ａ含有率が７〜１４質量％である、請求項１〜３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５】
普通ポルトランドセメント１００質量部に対して、高強度混和材を６〜２５質量部、分散剤を水溶液基準で１．０〜５．５質量部含有する、請求項１〜４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６】
水／（普通ポルトランドセメント＋高強度混和材）質量比が１６.０〜２１.５％である、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】
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、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％、間隙相含有率が１７〜２３質量％、単位セメント量が５１０〜６８０ｋｇ／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１５／８５〜９０／１０であり、
分散剤がナフタレン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】
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】
普通ポルトランドセメント中のＣ３Ａ含有率が７〜１４質量％である、請求項１〜３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５】
普通ポルトランドセメント１００質量部に対して、高強度混和材を６〜２５質量部、分散剤を水溶液基準で１．０〜５．５質量部含有する、請求項１〜４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６】
水／（普通ポルトランドセメント＋高強度混和材）質量比が１６.０〜２１.５％である、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】
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２００９−７３６９７（Ｐ２００９−７３６９７Ａ）
【公開日】平成２１年４月９日（２００９．４．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２４４６６４（Ｐ２００７−２４４６６４）
【出願日】平成１９年９月２１日（２００７．９．２１）
【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２１年４月９日（２００９．４．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年９月２１日（２００７．９．２１）
【出願人】（００００００２０６）宇部興産株式会社 (2,022)
【Ｆターム（参考）】
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