説明

高炉セメントを用いた低収縮AEコンクリート組成物

【課題】セメントとして高炉セメントを用いて調製したAEコンクリート組成物であって、得られる硬化体が低い乾燥収縮率、小さい中性化率及び強い凍結融解に対する抵抗性を同時に有するものとなる低収縮AEコンクリート組成物を提供する。
【解決手段】セメント、水、細骨材、粗骨材及び混和剤を用いて調製した低収縮AEコンクリート組成物であって、セメントとして高炉セメントを用いると共に、低収縮AEコンクリート組成物1m当たり、細骨材の少なくとも一部として下記の高炉スラグ細骨材を100〜750kgとなる割合で用い、また水を135〜175kgとなる割合で用いて、水/セメント比を30〜60%に調製した。
高炉スラグ細骨材:JIS−A5011−1に記載された高炉スラグ細骨材の粒度による区分に含まれる高炉スラグ細骨材であって、粗粒率を2.0〜3.3の範囲に調製したもの。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は高炉セメントを用いた低収縮AEコンクリート組成物に関する。普通ポルトランドセメントに高炉スラグ微粉末を混合した高炉セメントは、普通ポルトランドセメントに比べて、水和熱が低い、長期強度の伸びが大きい、水密性が大きい、硫酸塩に対する化学的侵食に対して抵抗性が大きい、アルカリ骨材反応の抑制効果がある等、多くの特徴を有するため、土木構造物のコンクリートに多く使用されている。その反面、高炉セメントを用いたものは、普通ポルトランドセメントを用いたものに比べて、乾燥収縮が大きいので、収縮ひび割れが発生し易く、また中性化による劣化が速いという不利な点もあるため、建築物のコンクリートには使用され難くいという問題もある。しかし、近年のコンクリート構造物の長寿命化を目的としたコンクリートの高耐久性化の要求に応えるためには、セメントとして高炉セメントを用いて調製したAEコンクリート組成物についても、得られる硬化体の乾燥収縮を低減する機能を持つと同時に中性化速度を抑える機能を持ち、更に加えて凍結融解に抵抗する機能も併せ持つことが求められている。本発明はセメントとして高炉セメントを用いて調製したAEコンクリート組成物であって、得られる硬化体の乾燥収縮を低減する機能、中性化速度を抑える機能及び凍結融解作用に対して抵抗する機能、以上の三つの機能を同時に有する低収縮AEコンクリート組成物に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、AEコンクリート組成物から得られる硬化体の乾燥収縮率を低減する方法として、1)乾燥収縮低減剤を使用する、2)膨張材を使用する、3)粗骨材として石灰石砕石を使用する等の方法が有効であり、これらの材料を用いてAEコンクリート組成物を調製し、得られる硬化体の乾燥収縮率を800×10−6以下に抑えることが必要であると指摘されている(例えば、非特許文献1参照)。しかし、得られる硬化体の乾燥収縮率を低減する目的で、これらの材料を用いてAEコンクリート組成物を調製する方法はいずれも相応に有効ではあるが、前記1)や2)の方法には、多量に用いると、得られる硬化体の強度の低下や凍結融解作用に対する抵抗性の低下を招き、コスト高にもなるという問題があり、また前記3)の方法には、そもそもこの方法それ自体が大きな乾燥収縮低減抑制効果を期待するものではないという問題がある。一方、スラグ細骨材の利用について、細骨材の少なくとも一部として、高炉スラグ細骨材を特定の条件下でコンクリートやモルタルの調製に利用することが知られている(例えば、特許文献1〜5参照)。しかし、かかる従来手段により、セメントとして高炉セメントを用い、また細骨材の少なくとも一部として高炉スラグ細骨材を用いてAEコンクリート組成物を調製すると、得られる硬化体の圧縮強度の点で相応の効果があるものの、該硬化体に要求される低い乾燥収縮率、小さい中性化率及び強い凍結融解作用に対する抵抗性を同時に満足することができないという問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開2001−58861号公報
【特許文献2】特開2002−179451号公報
【特許文献3】特開2004−10455号公報
【特許文献4】特開2005−219958号公報
【特許文献5】特開2006−16212号公報
【非特許文献】
【0004】
【非特許文献1】「鉄筋コンクリート造建築物の収縮ひび割れ制御設計・施工指針(案)・同解説」、日本建築学会編、2006年、121頁
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
本発明が解決しようとする課題は、セメントとして高炉セメントを用いて調製したAEコンクリート組成物であって、得られる硬化体が低い乾燥収縮率、小さい中性化率及び強い凍結融解に対する抵抗性を同時に有するものとなる高炉セメントを用いた低収縮AEコンクリート組成物を提供する処にある。
【課題を解決するための手段】
【0006】
しかして本発明者らは、前記の課題を解決するべく研究した結果、セメントとして高炉セメントを用いると共に、細骨材の少なくとも一部として粗粒率を所定範囲に調製した特定の高炉スラグ細骨材を所定割合で用い、また水を所定割合で用いて、且つ水/セメント比を所定範囲内に調製したものが正しく好適であることを見出した。
【0007】
すなわち本発明は、セメント、水、細骨材、粗骨材及び混和剤を用いて調製した低収縮AEコンクリート組成物であって、セメントとして高炉セメントを用いると共に、低収縮AEコンクリート1m当たり、細骨材の少なくとも一部として下記の高炉スラグ細骨材を100〜750kgとなる割合で用い、また水を135〜175kgとなる割合で用いて、且つ水/セメント比を30〜60%に調製して成ることを特徴とする高炉セメントを用いた低収縮AEコンクリート組成物に係る。
【0008】
高炉スラグ細骨材:JIS−A5011−1に記載された高炉スラグ細骨材の粒度による区分に含まれる高炉スラグ細骨材であって、粗粒率を2.0〜3.3の範囲に調製したもの。
【0009】
本発明の低収縮AEコンクリート組成物は、セメント、水、細骨材、粗骨材及び混和剤を用いて調製したものであり、セメントとして高炉セメントを用いたものである。高炉セメントは、普通ポルトランドセメントに高炉スラグ微粉末を混合して造られるものであり、JIS−R5211の規格で、高炉スラグ微粉末の分量によって、A種(5超〜30%)、B種(30超〜60%)、C種(60超〜70%)の3種類に分けられている。本発明ではこれらのいずれをも使用することができるが、高炉セメントとしては汎用されている高炉セメントB種が好ましい。
【0010】
本発明の低収縮AEコンクリート組成物は、細骨材の少なくとも一部として高炉スラグ細骨材を用いたものである。この高炉スラグ細骨材は、JIS−A5011−1に記載された高炉スラグ細骨材の粒度による区分に含まれる高炉スラグ細骨材であって、粗粒率を2.0〜3.3の範囲に調製したものである。なかでも、高炉スラグ細骨材としては、粗粒率を2.2〜3.1の範囲に調製したものが好ましく、粒度による区分が5mm高炉スラグ細骨材又は2.5mm高炉スラグ細骨材であるものが好ましい。またかかる高炉スラグ細骨材としては、その由来は特に制限されないが、高炉水砕スラグ細骨材が好ましい。以上説明した高炉スラグ細骨材以外の細骨材としては、川砂、山砂、海砂、砕砂等が挙げられる。尚、ここで、粗粒率(finess modulus、F.M.)は、80、40、20、10、5、2.5、1.2、0.6、0.3及び0.15(単位mm)の各ふるいからなる1組のふるいを用いて高炉スラグ細骨材をふるい分け試験し、各ふるい毎でふるいを通らない高炉スラグ細骨材の元の高炉スラグ細骨材に対する重量百分率を求め、更にその和を求めて、かかる和を100で除した数値であり、コンクリート用語として一般的に使用されている用語である。
【0011】
本発明の低収縮AEコンクリート組成物で用いる粗骨材としては、いずれも公知の川砂利、砕石、軽量骨材等が挙げられる。
【0012】
本発明の低収縮AEコンクリート組成物で用いる混和剤としては、従来公知のAEコンクリート組成物に用いられるものが挙げられる。これには例えば、セメント分散剤、空気量調節剤等が挙げられる。
【0013】
本発明の低収縮AEコンクリート組成物で用いるセメント分散剤としては、減水剤、AE減水剤、高性能減水剤、高性能AE減水剤等が挙げられる。具体的には、リグニンスルホン酸塩、グルコン酸塩、ナフタレンスルホン酸ホルマリン高縮合物塩、メラミンスルホン酸ホルマリン高縮合物塩、ポリカルボン酸塩等、それ自体は従来公知のものが挙げられる。なかでも、流動性及びその保持性に優れたセメント分散剤として、分子中に下記の構成単位Aを45〜85モル%、下記の構成単位Bを15〜55モル%及び下記の構成単位Cを0〜5モル%(合計100モル%)の割合で有する質量平均分子量2000〜70000(GPC法、プルラン換算、以下同じ)の水溶性ビニル共重合体からなるセメント分散剤が好ましい。
【0014】
構成単位A:メタクリル酸から形成された構成単位及びメタクリル酸塩から形成された構成単位から選ばれる一つ又は二つ以上。
【0015】
構成単位B:分子中に5〜100個のオキシエチレン単位で構成されたポリオキシエチレン基を有するメトキシポリエチレングリコールメタクリレートから形成された構成単位。
【0016】
構成単位C:(メタ)アリルスルホン酸塩から形成された構成単位及びメチル(メタ)アクリレートから形成された構成単位から選ばれる一つ又は二つ以上。
【0017】
以上説明したセメント分散剤としての水溶性ビニル共重合体それ自体は公知の方法で合成できる。これには例えば、特開昭58−74552号公報や特開平1−226757号公報等に記載された方法が挙げられる。セメント分散剤の使用量としては、高炉セメント100質量部当たり0.1〜1.5質量部の割合とするのが好ましい。
【0018】
本発明の低収縮AEコンクリート組成物で用いる空気量調節剤としては、ポリオキシアルキレンアルキルエーテル硫酸塩、アルキルベンゼンスルホン酸塩、ポリオキシエチレンアルキルベンゼンスルホン酸塩、ロジン石けん、高級脂肪酸石けん、アルキルリン酸エステル塩、ポリオキシアルキレンアルキルエーテルリン酸エステル塩等が挙げられる。なかでも、得られる硬化体の凍結融解作用に対する抵抗性が優れる点で、アルキルリン酸モノエステル塩がより好ましく、オクチルリン酸モノエステルカリウム塩が特に好ましい。空気量調節剤の使用量としては、高炉セメント100質量部当たり、0.001〜0.01質量部の割合とするのが好ましい。
【0019】
本発明の低収縮AEコンクリート組成物は、以上説明した高炉セメント、水、細骨材、粗骨材及び混和剤を練り混ぜて調製するが、この際に細骨材の少なくとも一部として、前記した高炉スラグ細骨材を、低収縮AEコンクリート組成物1m当たり、100〜750kgとなる割合、好ましくは150〜650kgとなる割合で用いる。またこの際に水を、低収縮AEコンクリート組成物1m当たり、135〜175kgとなる割合、好ましくは145〜165kgとなる割合で用いる。調製する低収縮AEコンクリート組成物1m当たりの水が175kgを超える場合には、本発明が目的とする収縮低減効果が得られず、逆に水が135kgより少ない場合には、流動性が大きく低下するという問題が生じる。
【0020】
本発明の低収縮AEコンクリート組成物は、空気量(連行空気(AE)量)を3〜7容量%に調整するのが好ましく、3.5〜6容量%に調整するのがより好ましい。かかる空気量の範囲内にて、所期の効果を充分に発現する。
【0021】
本発明の低収縮AEコンクリート組成物は、水/セメント比を30〜60%とするが、得られる硬化体の乾燥収縮の低減、中性化速度の抑制及び凍結融解作用に対する抵抗性をより高レベルで同時に満足させるためには水/セメント比を35〜55%とするのが好ましい。
【0022】
本発明の低収縮AEコンクリート組成物は、以上説明したように、高炉セメント、水、細骨材、粗骨材及び混和剤を用いて調製したものであるが、本発明の効果を損なわない範囲内で、必要に応じて、防錆剤、急結剤、硬化促進剤、凝結遅延剤等の添加剤を併用することができる。
【0023】
本発明の低収縮AEコンクリート組成物は、得られる硬化体の乾燥収縮率が400×10−6〜650×10−6となるものが好ましい。以上説明した本発明の低収縮AEコンクリート組成物は、建設現場で打設される場合だけでなく、コンクリート製品工場で加工される場合にも適用できる。
【発明の効果】
【0024】
本発明によると、得られる硬化体が優れた圧縮強度を発現するだけでなく、得られる硬化体の乾燥収縮率が低く、また中性化率が小さく、しかも凍結融解作用に対する抵抗性が強いという効果がある。
【実施例】
【0025】
以下、本発明の構成及び効果をより具体的にするため、実施例等を挙げるが、本発明がこれらの実施例に限定されるというものではない。尚、以下の実施例等において、別に記載しない限り、%は質量%を、また部は質量部を意味する。
【0026】
試験区分1(セメント分散剤としての水溶性ビニル共重合体の合成)
・セメント分散剤としての水溶性ビニル共重合体(p−1)の合成
メタクリル酸60g、メトキシポリ(オキシエチレン単位が23個、以下n=23とする)エチレングリコールメタクリレート300g及びメタリルスルホン酸ナトリウム5g、3−メルカプトプロピオン酸4g及び水490gを反応容器に仕込み、48%水酸化ナトリウム水溶液58gを加え、攪拌しながら部分中和して均一に溶解した。反応容器内の雰囲気を窒素置換した後、反応系の温度を温水浴にて60℃に保ち、過硫酸ナトリウムの20%水溶液25gを加えてラジカル重合反応を開始し、5時間反応を継続して反応を終了した。その後、48%水酸化ナトリウム水溶液23gを加えて反応物を完全中和し、水溶性ビニル共重合体(p−1)の40%水溶液を得た。水溶性ビニル共重合体(p−1)を分析したところ、メタクリル酸ナトリウムから形成された構成単位/メトキシポリ(n=23)エチレングリコールメタクリレートから形成された構成単位/メタリルスルホン酸ナトリウムから形成された構成単位=70/27/3(モル%)の割合で有する質量平均分子量33800の水溶性ビニル共重合体であった。
【0027】
・セメント分散剤としての水溶性ビニル共重合体(p−2)〜(p−4)及び(pr−1)〜(pr−3)の合成
水溶性ビニル共重合体(p−1)の合成と同様にして、水溶性ビニル共重合体(p−2)〜(p−4)及び(pr−1)〜(pr−3)を合成した。
以上で合成したセメント分散剤としての各水溶性ビニル共重合体の内容を表1にまとめて示した。

【0028】
【表1】

【0029】
表1において、
A−1:メタクリル酸ナトリウム
A−2:メタクリル酸
B−1:メトキシポリ(n=23)エチレングリコールメタクリレート
B−2:メトキシポリ(n=68)エチレングリコールメタクリレート
B−3:メトキシポリ(n=9)エチレングリコールメタクリレート
C−1:メタリルスルホン酸ナトリウム
C−2:アリルスルホン酸ナトリウム
C−3:メチルアクリレート
【0030】
試験区分2(低収縮AEコンクリート組成物の調製)
実施例1
表2に記載の条件で、50リットルのパン型強制練りミキサーに、練り混ぜ用の水(水道水)、セメントとして高炉セメントB種、細骨材として高炉スラグ細骨材及び天然砂、セメント分散剤として試験区分1で合成した水溶性ビニル共重合体(p−1)及び空気量調節剤としてオクチルリン酸モノエステルカリウム塩の各所定量を投入し、45秒間練り混ぜた。次に、粗骨材を投入して60秒間練り混ぜ、目標スランプが10±1cm、目標空気量が4.5±1%の範囲とした実施例1の低収縮AEコンクリート組成物を調製した。
【0031】
実施例2〜10及び比較例1〜9
表2に記載の条件で、実施例1と同様にして、実施例2〜10及び比較例1〜9の低収縮AEコンクリート組成物を調製した。













【0032】
【表2】

【0033】
表2において、
使用量:高炉セメント100質量部当たりの水溶性ビニル共重合体又は空気量調節剤としての添加質量部
天然砂:粗粒率=2.60、密度=2.57g/cmの大井川水系天然砂
高炉セメント:高炉セメントB種、密度=3.04g/cm
粗骨材:岡崎産砕石、密度=2.68g/cm
p−1〜p−4,pr−1〜pr−3:試験区分1で合成したセメント分散剤としての水溶性ビニル共重合体
A−1:オクチルリン酸モノエステルカリウム塩
A−2:樹脂酸石けん系AE剤(竹本油脂社製の商品名チューポールAE−300)
S−1:粒度による区分=5mm高炉スラグ細骨材、粗粒率=2.55、密度=2.70g/cm
S−2:粒度による区分=5mm高炉スラグ細骨材、粗粒率=2.65、密度=2.69g/cm
S−3:粒度による区分=5mm高炉スラグ細骨材、粗粒率=3.02、密度=2.76g/cm
S−4:粒度による区分=2.5mm高炉スラグ細骨材、粗粒率=2.30、密度=2.68g/cm
S−5:粒度による区分=2.5mm高炉スラグ細骨材、粗粒率=2.71、密度=2.72g/cm
R−1:粒度による区分=2.5mm、粗粒率=1.85、密度=2.72g/cmの高炉スラグ細骨材
R−2:粒度による区分=5〜0.3mm、粗粒率=4.05、密度=2.82g/cmの高炉スラグ細骨材
【0034】
試験区分3(低収縮AEコンクリート組成物の評価)
試験区分2で調製した各例の低収縮AEコンクリート組成物について、空気量及びスランプを下記のように求め、結果を表3にまとめて示した。また各例の低収縮AEコンクリート組成物から得られる硬化体について、乾燥収縮率、促進中性化深さ、凍結融解耐久性指数及び圧縮強度を下記のように求め、結果を表3にまとめて示した。
【0035】
・空気量(容量%):練り混ぜ直後の低収縮AEコンクリート及び更に90分間静置後のものについて、JIS−A1128に準拠して測定した。
・スランプ(cm):空気量の測定と同時にJIS−A1101に準拠して測定した。
・乾燥収縮率(%):JIS−A1129に準拠し、各例の低収縮AEコンクリート組成物等を20℃×60%RHの条件下で保存した材齢26週の供試体について、コンパレータ法により乾燥収縮ひずみを測定し、乾燥収縮率を求めた。この数値は小さいほど、乾燥収縮が小さいことを示す。
・促進中性化深さ(mm):各例の低収縮AEコンクリート組成物等について、10×10×40cmの角型供試体の打ち込み面、底面及び両端面をエポキシ樹脂でシールし、20℃×60%RH、炭酸ガス濃度5%の条件下で促進試験を行なった。材齢26週に供試体の断面を切断し、1%フェノールフタレイン溶液を吹き付けて赤色化しない部分を中性化した部分とし、外側からの幅を促進中性化深さとした。この数値は小さいほど中性化が進まず、耐久性が優れていることを示す。
・凍結融解耐久性指数(300サイクル):各例の低収縮AEコンクリート組成物等について、JIS−A1148に準拠して測定した値を用い、ASTM−C666−75の耐久性指数で計算した数値を示した。この数値は、最大値が100で、100に近いほど、凍結融解に対する抵抗性が優れていることを示す。
・圧縮強度(N/mm):各例の低収縮AEコンクリート組成物について、JIS−A1108に準拠し、材齢7日、材齢28日及び材齢91日で測定した。























【0036】
【表3】

【0037】
表3において、
*1:材料分離したため、均一な供試体が得られなかったので、測定しなかった。
*2:目標とする流動性(スランプ値)が得られなかったので、測定しなかった。
*3:30以下となり破壊した。
【0038】
表3の結果からも明らかなように、セメントとして高炉セメントを用いると共に、粗粒率2.0〜3.3の範囲内にある特定の高炉スラグ細骨材を単位質量で100〜750kgとなる割合で用い、また水を単位質量で135〜175kgとなる割合で用いて、且つ水/セメント比を30〜60%に調製した本発明の低収縮AEコンクリートによると、得られる硬化体が、優れた圧縮強度を発現するだけでなく、同時に乾燥収縮率が低く、また中性化率が小さく、しかも凍結融解作用に対する抵抗性が強いものになる。

【特許請求の範囲】
【請求項1】
セメント、水、細骨材、粗骨材及び混和剤を用いて調製した低収縮AEコンクリート組成物であって、セメントとして高炉セメントを用いると共に、低収縮AEコンクリート1m当たり、細骨材の少なくとも一部として下記の高炉スラグ細骨材を100〜750kgとなる割合で用い、また水を135〜175kgとなる割合で用いて、且つ水/セメント比を30〜60%に調製して成ることを特徴とする高炉セメントを用いた低収縮AEコンクリート組成物。
高炉スラグ細骨材:JIS−A5011−1に記載された高炉スラグ細骨材の粒度による区分に含まれる高炉スラグ細骨材であって、粗粒率を2.0〜3.3の範囲に調製したもの。
【請求項2】
高炉セメントが高炉セメントB種である請求項1記載の高炉セメントを用いた低収縮AEコンクリート組成物。
【請求項3】
高炉スラグ細骨材が、粗粒率を2.2〜3.1の範囲に調製したものである請求項1又は2記載の高炉セメントを用いた低収縮AEコンクリート組成物。
【請求項4】
高炉スラグ細骨材が、粒度による区分が5mm高炉スラグ細骨材又は2.5mm高炉スラグ細骨材であるものである請求項1〜3のいずれか一つの項記載の高炉セメントを用いた低収縮AEコンクリート組成物。
【請求項5】
高炉セメント100質量部当たり、混和剤としてのセメント分散剤として、分子中に下記の構成単位Aを45〜85モル%、下記の構成単位Bを15〜55モル%及び下記の構成単位Cを0〜5モル%(合計100モル%)の割合で有する質量平均分子量2000〜70000の水溶性ビニル共重合体からなるものを0.1〜1.5質量部の割合で用いた請求項1〜4のいずれか一つの項記載の高炉セメントを用いた低収縮AEコンクリート組成物。
構成単位A:メタクリル酸から形成された構成単位及びメタクリル酸塩から形成された構成単位から選ばれる一つ又は二つ以上
構成単位B:分子中に5〜100個のオキシエチレン単位で構成されたポリオキシエチレン基を有するメトキシポリエチレングリコールメタクリレートから形成された構成単位
構成単位C:(メタ)アリルスルホン酸塩から形成された構成単位及びメチル(メタ)アクリレートから形成された構成単位から選ばれる一つ又は二つ以上
【請求項6】
混和剤としての空気量調節剤として、アルキルリン酸モノエステル塩からなるものを用いた請求項1〜5のいずれか一つの項記載の高炉セメントを用いた低収縮AEコンクリート組成物。
【請求項7】
水/セメント比を35〜55%に調製した請求項1〜6のいずれか一つの項記載の高炉セメントを用いた低収縮AEコンクリート組成物。
【請求項8】
空気量を3〜7容量%に調製した請求項1〜7のいずれか一つの項記載の高炉セメントを用いた低収縮AEコンクリート組成物。
【請求項9】
得られる硬化体の乾燥収縮率が400×10−6〜650×10−6となるものである請求項1〜8のいずれか一つの項記載の高炉セメントを用いた低収縮AEコンクリート組成物。

【公開番号】特開2011−6305(P2011−6305A)
【公開日】平成23年1月13日(2011.1.13)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2009−153472(P2009−153472)
【出願日】平成21年6月29日(2009.6.29)
【出願人】(000210654)竹本油脂株式会社 (138)
【出願人】(000200301)JFEミネラル株式会社 (79)
【Fターム(参考)】