高強度遠心力成形用コンクリート組成物及び高強度遠心力成形コンクリートの製造方法
【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】 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、単位セメント量が６４０〜８００ｋｇ／ｍ３、単位水量が１３０〜１４５ｋｇ／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９０／１０以下であり、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】 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、単位セメント量が６４０〜８００ｋｇ／ｍ３、単位水量が１３０〜１４５ｋｇ／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９０／１０以下であり、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高強度遠心力成形コンクリート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１２０〜１３０Ｎ／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）１２０〜１３０Ｎ／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】特開２００５−２６３５６７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１２０〜１３０Ｎ／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、早強ポルトランドセメント、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、単位セメント量が６４０ｋｇ／ｍ３〜８００ｋｇ／ｍ３以下、単位水量が１３０〜１４５ｋｇ／ｍ３であり、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９０／１０以下であり、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、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、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、早強ポルトランドセメント１００質量部に対して、混和材を５〜２５質量部及び分散剤を水溶液基準で１．０〜８．０質量部含む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コンクリート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コンクリート組成物及び高強度遠心力成形コンクリートの製造方法により、設計基準強度１２０〜１３０Ｎ／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、早強ポルトランドセメントであり、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。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影響を及ぼすため、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割合は、早強ポルトランドセメントで上記の１０〜９０質量％の範囲にあることが好ましい。
【００１２】
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、珪酸率（Ｓ．Ｍ．）は２．６３〜２．７３、より好ましくは２．６５〜２．７０、鉄率（Ｉ．Ｍ．）１．８３〜１．９８、より好ましくは１．８５〜１．９５である。
【００１３】
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、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。
【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。混和材中の無水石膏及び非晶質シリカの含有割合（無水石膏／非晶質シリカの質量比）は９０／１０以下、好ましくは１５／８５〜９０／１０、より好ましくは２０／８０〜６５／３５である。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、４０００〜１５０００ｃｍ２／ｇ、好ましくは５０００〜１３０００ｃｍ２／ｇの範囲である。
【００１５】
また、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１２０（第一工業製薬（株））、レオビルド１４４０（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。
【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２０〜５０容積％、好ましくは３０〜４５容積％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、早強ポルトランドセメントの単位量は６４０〜８００ｋｇ／ｍ３、好ましくは６４０を超えて８００ｋｇ／ｍ３、更に好ましくは６４５〜７８０ｋｇ／ｍ３、特に好ましくは６５０〜７６０ｋｇ／ｍ３である。単位水量は１３０〜１４５ｋｇ／ｍ３、好ましくは１３１〜１４４ｋｇ／ｍ３、更に好ましくは１３２〜１４０ｋｇ／ｍ３である。上記範囲であれば十分な強度が得られ、また遠心成型による締め固めも十分に行える。
【００１９】
混和材は、早強ポルトランドセメント１００質量部に対して、５〜２５質量部が好ましく、８〜２０質量部がより好ましい。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、２５質量部を超えると、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】
分散剤は、早強ポルトランドセメント１００質量部に対して、水溶液基準で２．５〜８．０質量部が好ましく、経済性をも踏まえると３．０〜６．０質量部がより好ましい。分散剤が水溶液基準で２．５質量部未満では減水性が不十分で、８．０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、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／早強ポルトランドセメントの適正質量比は、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、１７．０〜２２．０％、好ましくは１８．０〜２１．０％の範囲である。１７．０％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、２２．０％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、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、早強ポルトランドセメント１００質量部に対し、膨張材と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。膨張材の単位量は１０〜５０ｋｇ／ｍ３、好ましくは２０〜４５ｋｇ／ｍ３、より好ましくは３０〜４０ｋｇ／ｍ３である。
【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均等な厚さに成形を行なう工程（１〜４Ｇ）、回転を低速度から高速度へと円滑につなげる工程（低速５〜１０Ｇ、高速１０〜２０Ｇ）、遠心力締め固めにより，組織を緻密にする工程（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１〜１０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、材齢が７日以上になるまで気中で養生を行う。
【実施例】
【００２６】
［使用材料］
［１］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、Ｈ．Ｍ．が２．２５、Ｓ．Ｍ．が２．６６、Ｉ．Ｍ．が１．８６、セメント中のＳＯ３量が２．９０質量％、粉末度（ブレーン比表面積）が４５４０ｃｍ２／ｇのものを使用した。
【００２７】
早強ポルトランドセメントの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。
【００２８】
［２］混和材（Ａ）：
II型無水石膏粉末（フッ酸無水石膏）とシリカフュームとの配合割合（石膏／シリカフューム質量比）が２０／８０、９８／２である２種類を使用した。
【００２９】
［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、固形分量３５．５質量％）を使用した。
【００３０】
［４］骨材
粗骨材（ａ）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２．７０ｇ／ｃｍ３及び吸水率が０．５０％、ＪＩＳ Ａ １１０２：１９９９「骨材のふるい分け試験方法」による粗粒率が６．６７）を使用した。
また、細骨材（ｓ）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２．６６ｇ／ｃｍ３及び吸水率が１．２０％、ＪＩＳ Ａ １１０２：１９９９「骨材のふるい分け試験方法」による粗粒率が２．８０）を使用した。
【００３１】
〔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。
【００３２】
〔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）は鉄筋を配した円筒形型枠に所定量のコンクリートを充填し、２Ｇ−７ｍｉｎ、７Ｇ−２ｍｉｎ、１４Ｇ−１ｍｉｎ及び２５Ｇ−２ｍｉｎの条件下で遠心力成形を行った。
【００３３】
〔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５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５時間保持したのち、降温速度１０℃／ｈ（６時間）で冷却した。
【００３４】
〔圧縮強度試験〕
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。
【００３５】
［実施例１〜１１、比較例１〜３］
早強ポルトランドセメントおよび混和材を使用し、その単位量を変えた場合の圧縮強度を表１及び２に示す。なお、この場合、混和材の添加割合も変えて試験し、水／セメント質量比（Ｗ／Ｃ）との関係も評価した。なお、実施例１１では強度向上のために膨張材も添加した。
【００３６】
【表１】
【００３７】
【表２】
【００３８】
表１及び２に示すように単位セメント量が６４０〜８００ｋｇ／ｍ３、単位水量が１３０〜１４５ｋｇ／ｍ３である実施例１〜１０は、約１３０Ｎ/ｍｍ２の十分な強度が得られた。
比較例１（単位セメント量６０５ｋｇ／ｍ３）は円柱供試体の強度発現性が低く好ましくなかった。また、比較例２（単位セメント量６６２ｋｇ／ｍ３，単位水量が１２９ｋｇ／ｍ３）では単位水量が少なく、粘性が高い配合となったため，円柱供試体を作成出来なかった。
膨張材を加えた実施例１１では、材齢７日の圧縮強度が１３９Ｎ/ｍｍ２と最も高い強度を示した。
【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高強度遠心力成形コンクリート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１２０〜１３０Ｎ／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）１２０〜１３０Ｎ／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】特開２００５−２６３５６７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１２０〜１３０Ｎ／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、早強ポルトランドセメント、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、単位セメント量が６４０ｋｇ／ｍ３〜８００ｋｇ／ｍ３以下、単位水量が１３０〜１４５ｋｇ／ｍ３であり、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９０／１０以下であり、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、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、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、早強ポルトランドセメント１００質量部に対して、混和材を５〜２５質量部及び分散剤を水溶液基準で１．０〜８．０質量部含む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コンクリート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コンクリート組成物及び高強度遠心力成形コンクリートの製造方法により、設計基準強度１２０〜１３０Ｎ／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、早強ポルトランドセメントであり、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。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影響を及ぼすため、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割合は、早強ポルトランドセメントで上記の１０〜９０質量％の範囲にあることが好ましい。
【００１２】
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、珪酸率（Ｓ．Ｍ．）は２．６３〜２．７３、より好ましくは２．６５〜２．７０、鉄率（Ｉ．Ｍ．）１．８３〜１．９８、より好ましくは１．８５〜１．９５である。
【００１３】
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、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。
【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。混和材中の無水石膏及び非晶質シリカの含有割合（無水石膏／非晶質シリカの質量比）は９０／１０以下、好ましくは１５／８５〜９０／１０、より好ましくは２０／８０〜６５／３５である。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、４０００〜１５０００ｃｍ２／ｇ、好ましくは５０００〜１３０００ｃｍ２／ｇの範囲である。
【００１５】
また、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１２０（第一工業製薬（株））、レオビルド１４４０（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。
【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２０〜５０容積％、好ましくは３０〜４５容積％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、早強ポルトランドセメントの単位量は６４０〜８００ｋｇ／ｍ３、好ましくは６４０を超えて８００ｋｇ／ｍ３、更に好ましくは６４５〜７８０ｋｇ／ｍ３、特に好ましくは６５０〜７６０ｋｇ／ｍ３である。単位水量は１３０〜１４５ｋｇ／ｍ３、好ましくは１３１〜１４４ｋｇ／ｍ３、更に好ましくは１３２〜１４０ｋｇ／ｍ３である。上記範囲であれば十分な強度が得られ、また遠心成型による締め固めも十分に行える。
【００１９】
混和材は、早強ポルトランドセメント１００質量部に対して、５〜２５質量部が好ましく、８〜２０質量部がより好ましい。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、２５質量部を超えると、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】
分散剤は、早強ポルトランドセメント１００質量部に対して、水溶液基準で２．５〜８．０質量部が好ましく、経済性をも踏まえると３．０〜６．０質量部がより好ましい。分散剤が水溶液基準で２．５質量部未満では減水性が不十分で、８．０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、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／早強ポルトランドセメントの適正質量比は、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、１７．０〜２２．０％、好ましくは１８．０〜２１．０％の範囲である。１７．０％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、２２．０％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、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、早強ポルトランドセメント１００質量部に対し、膨張材と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。膨張材の単位量は１０〜５０ｋｇ／ｍ３、好ましくは２０〜４５ｋｇ／ｍ３、より好ましくは３０〜４０ｋｇ／ｍ３である。
【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均等な厚さに成形を行なう工程（１〜４Ｇ）、回転を低速度から高速度へと円滑につなげる工程（低速５〜１０Ｇ、高速１０〜２０Ｇ）、遠心力締め固めにより，組織を緻密にする工程（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１〜１０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、材齢が７日以上になるまで気中で養生を行う。
【実施例】
【００２６】
［使用材料］
［１］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、Ｈ．Ｍ．が２．２５、Ｓ．Ｍ．が２．６６、Ｉ．Ｍ．が１．８６、セメント中のＳＯ３量が２．９０質量％、粉末度（ブレーン比表面積）が４５４０ｃｍ２／ｇのものを使用した。
【００２７】
早強ポルトランドセメントの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。
【００２８】
［２］混和材（Ａ）：
II型無水石膏粉末（フッ酸無水石膏）とシリカフュームとの配合割合（石膏／シリカフューム質量比）が２０／８０、９８／２である２種類を使用した。
【００２９】
［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、固形分量３５．５質量％）を使用した。
【００３０】
［４］骨材
粗骨材（ａ）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２．７０ｇ／ｃｍ３及び吸水率が０．５０％、ＪＩＳ Ａ １１０２：１９９９「骨材のふるい分け試験方法」による粗粒率が６．６７）を使用した。
また、細骨材（ｓ）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２．６６ｇ／ｃｍ３及び吸水率が１．２０％、ＪＩＳ Ａ １１０２：１９９９「骨材のふるい分け試験方法」による粗粒率が２．８０）を使用した。
【００３１】
〔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。
【００３２】
〔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）は鉄筋を配した円筒形型枠に所定量のコンクリートを充填し、２Ｇ−７ｍｉｎ、７Ｇ−２ｍｉｎ、１４Ｇ−１ｍｉｎ及び２５Ｇ−２ｍｉｎの条件下で遠心力成形を行った。
【００３３】
〔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５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５時間保持したのち、降温速度１０℃／ｈ（６時間）で冷却した。
【００３４】
〔圧縮強度試験〕
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。
【００３５】
［実施例１〜１１、比較例１〜３］
早強ポルトランドセメントおよび混和材を使用し、その単位量を変えた場合の圧縮強度を表１及び２に示す。なお、この場合、混和材の添加割合も変えて試験し、水／セメント質量比（Ｗ／Ｃ）との関係も評価した。なお、実施例１１では強度向上のために膨張材も添加した。
【００３６】
【表１】
【００３７】
【表２】
【００３８】
表１及び２に示すように単位セメント量が６４０〜８００ｋｇ／ｍ３、単位水量が１３０〜１４５ｋｇ／ｍ３である実施例１〜１０は、約１３０Ｎ/ｍｍ２の十分な強度が得られた。
比較例１（単位セメント量６０５ｋｇ／ｍ３）は円柱供試体の強度発現性が低く好ましくなかった。また、比較例２（単位セメント量６６２ｋｇ／ｍ３，単位水量が１２９ｋｇ／ｍ３）では単位水量が少なく、粘性が高い配合となったため，円柱供試体を作成出来なかった。
膨張材を加えた実施例１１では、材齢７日の圧縮強度が１３９Ｎ/ｍｍ２と最も高い強度を示した。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
早強ポルトランドセメント、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、
単位セメント量が６４０〜８００ｋｇ／ｍ３、単位水量が１３０〜１４５ｋｇ／ｍ３であり、
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９０／１０以下であり、
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】
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】
早強ポルトランドセメント１００質量部に対して、混和材を５〜２５質量部含み、分散剤を水溶液基準で２．５〜８．０質量部含む、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】
さらに膨張材を含む、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】
膨張材の単位量が１０〜５０ｋｇ／ｍ３である、請求項４に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】
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コンクリートの製造方法。
【請求項１】
早強ポルトランドセメント、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、
単位セメント量が６４０〜８００ｋｇ／ｍ３、単位水量が１３０〜１４５ｋｇ／ｍ３であり、
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９０／１０以下であり、
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】
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】
早強ポルトランドセメント１００質量部に対して、混和材を５〜２５質量部含み、分散剤を水溶液基準で２．５〜８．０質量部含む、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】
さらに膨張材を含む、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】
膨張材の単位量が１０〜５０ｋｇ／ｍ３である、請求項４に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】
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コンクリートの製造方法。
【公開番号】特開２０１０−１００５０５（Ｐ２０１０−１００５０５Ａ）
【公開日】平成２２年５月６日（２０１０．５．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２７５９０５（Ｐ２００８−２７５９０５）
【出願日】平成２０年１０月２７日（２００８．１０．２７）
【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２２年５月６日（２０１０．５．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１０月２７日（２００８．１０．２７）
【出願人】（００００００２０６）宇部興産株式会社 (2,022)
【Ｆターム（参考）】
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