(57)【要約】      （修正有）【課題】目標とする強度を発現できる硬化促進材料の添加量を決定する方法と、目標とする強度を発現できるコンクリートやモルタル等の水硬性硬化体を製造する方法を提供する。【解決手段】下記（Ａ）〜（Ｃ）工程を経て得た強度に基づき、目標強度を満たす強度を発現した添加量を、硬化促進材料の適正な添加量として決定する、硬化促進材料の添加量の決定方法である。（Ａ）実部材の温度履歴を測定する、実部材の温度履歴の測定工程、（Ｂ）前記温度履歴をプログラミングした恒温恒湿槽内に、複数の水準の添加量の硬化促進材料を含む供試体を静置して、前記温度履歴に従い加熱養生を行なう、供試体の加熱養生工程、および（Ｃ）前記加熱養生を行なった供試体の強度を測定する、供試体の強度測定工程。【選択図】図２
2020116743.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
下記（Ａ）〜（Ｃ）工程を経て得た強度に基づき、目標強度を満たす強度を発現した添加量を、硬化促進材料の適正な添加量として決定する、硬化促進材料の添加量の決定方法。
（Ａ）実製造しようとするコンクリート部材の温度履歴を測定する、実製造しようとするコンクリート部材の温度履歴の測定工程
（Ｂ）前記温度履歴をプログラミングした恒温恒湿槽内に、複数の水準の添加量の硬化促進材料を含む供試体を静置して、前記温度履歴に従い加熱養生を行なう、供試体の加熱養生工程
（Ｃ）前記加熱養生を行なった供試体の強度を測定する、供試体の強度測定工程
【請求項２】
前記（Ａ）工程に代えて、下記（Ａ´）工程を実施する、請求項１に記載の硬化促進材料の添加量の決定方法。
（Ａ´）有限要素法を用いて前記実製造しようとするコンクリート部材の温度応力解析を行って、温度履歴を算出する、実製造しようとするコンクリート部材の温度履歴の算出工程
【請求項３】
前記硬化促進材料が、亜硝酸塩、硝酸塩、カルシウムアルミネート類、金属塩化物、およびカルシウムシリケート化合物から選ばれる１種以上である、請求項１または２に記載の硬化促進材料の添加量の決定方法。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の硬化促進材料の添加量の決定方法を用いて決定した添加量の硬化促進材料、セメント、細骨材、粗骨材、および水を、少なくとも含む混合物を混練してコンクリートを製造する、水硬性組成物の製造方法。
【請求項５】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の硬化促進材料の添加量の決定方法を用いて決定した添加量の硬化促進材料、セメント、細骨材、および水を、少なくとも含む混合物を混練してモルタルを製造する、水硬性組成物の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、目標とする強度を発現できる硬化促進材料の添加量を決定する方法と、目標とする強度を発現できるコンクリートやモルタル等の水硬性硬化体を製造する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
コンクリートの強度発現性はセメントの水和反応に依存し、気温が低くなる寒中期では、コンクリートの強度発現性が低下するため、コンクリートの強度が脱型可能になるまでの時間が長くなり、その結果、コンクリート製品の製造効率が低下する。そこで、コンクリートの強度発現性を高める方法として、硬化促進材料をコンクリートに配合する方法がある。そして、この硬化促進材料は、例えば、焼成ミョウバン石等の組成物（特許文献１）、３ＣａＯ・３Ａｌ2Ｏ3・ＣａＳＯ4等の組成物（特許文献２）、カルシウムアルミネート等の組成物（特許文献３）、塩化カルシウム、亜硝酸塩カルシウム、およびカルシウムシリケート化合物のナノ粒子などがあり、粉体または水溶液の形態でコンクリートに添加する。
そして、従来、硬化促進材料の添加量を決定する方法は、硬化促進材料を幾種類かの添加量で添加して作製したコンクリート供試体（直径１０ｃｍ、長さ２０ｃｍ）を用いて各種の強度試験を行い、脱型可能な強度や要求された強度を満たす硬化促進材料の添加量を、作業性やコストを勘案して決定していた。
【０００３】
一方、決定したコンクリート配合を用いて製造するコンクリート部材は、一般に寸法が大きいため、セメントの水和発熱により部材中の温度が上昇する。上述したように、セメントの水和反応は温度依存性があるため、温度上昇によって強度発現が促進され、部材中のコンクリート強度は、同じ配合で作製した供試体の強度とは異なる。しかし、部材中のコンクリート強度を測定する有効な方法がないために、通常、コンクリートの品質を小サイズの供試体の強度により安全側に評価している。
段落０００２で述べたような硬化促進材料の添加量を決定する場合も同様であり、供試体強度に基づき決定する添加量は過大となりがちで、コストの増加を招くことになる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開昭６３−２１２４５号公報
【特許文献２】特開平０９−０８６９８９号公報
【特許文献３】特開２０１５−１２４１４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
したがって、本発明は、硬化促進材料の添加量を最適化して、経済的な材料選定を行う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】
そこで、本発明者は、前記目的にかなう硬化促進材料の添加量の決定方法を検討したところ、有限要素法により推定または実測したコンクリート部材内部の温度履歴を用いた養生下で、硬化促進材料の強度増進効果を検討することにより、製造しようとする部材中に生じる温度履歴を考慮した必要十分な添加量を決定できることを見い出し、本発明を完成させた。
すなわち、本発明は下記の構成を有する硬化促進材料の添加量の決定方法等である。
【０００７】
［１］下記（Ａ）〜（Ｃ）工程を経て得た強度に基づき、目標強度を満たす強度を発現した添加量を、硬化促進材料の適正な添加量として決定する、硬化促進材料の添加量の決定方法。
（Ａ）実製造しようとするコンクリート部材（以下「実部材」と略す。）の温度履歴を測定する、実部材の温度履歴の測定工程
（Ｂ）前記温度履歴をプログラミングした恒温恒湿槽内に、複数の水準の添加量の硬化促進材料を含む供試体を静置して、前記温度履歴に従い加熱養生を行なう、供試体の加熱養生工程
（Ｃ）前記加熱養生を行なった供試体の強度を測定する、供試体の強度測定工程
ここで、前記硬化促進材料の添加量（Ｃ×％）とは、セメントの配合量（質量）を１００とした場合の、硬化促進材料の添加量（質量）の比を百分率で表示した値である。
［２］前記（Ａ）工程に代えて、下記（Ａ´）工程を実施する、前記［１］に記載の硬化促進材料の添加量の決定方法。
（Ａ´）有限要素法を用いて前記実部材の温度応力解析を行って、温度履歴を算出する、実部材の温度履歴の算出工程
［３］前記硬化促進材料が、亜硝酸塩、硝酸塩、カルシウムアルミネート類、金属塩化物、カルシウムシリケート化合物から選ばれる１種以上である、前記［１］または［２］に記載の硬化促進材料の添加量の決定方法。
［４］前記［１］〜［３］のいずれかに記載の硬化促進材料の添加量の決定方法を用いて決定した添加量の硬化促進材料、セメント、細骨材、粗骨材、および水を、少なくとも含む混合物を混練してコンクリートを製造する、水硬性組成物の製造方法。
［５］前記［１］〜［３］のいずれかに記載の硬化促進材料の添加量の決定方法を用いて決定した添加量の硬化促進材料、セメント、細骨材、および水を、少なくとも含む混合物を混練してモルタルを製造する、水硬性組成物の製造方法。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の硬化促進材料の添加量の決定方法によれば、実部材内に生じる温度履歴を考慮することにより、目標強度を満たす硬化促進材料の添加量を低減できるため、経済的な材料選定が可能である。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施例で製造したボックスカルバート（実部材）の写真である。
【図２】（Ａ）は実施例で製造したボックスカルバートの部材表面部分の温度履歴（熱電対を用いた実測値）である。また、（Ｂ）は該ボックスカルバートを設置した場所における１日の気温変動である
【図３】有限要素法を用いて本発明で用いたボックスカルバート（断面）の温度応力解析を行って得られた温度分布の図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明は、前記のとおり、前記（Ａ）実部材の温度履歴の測定工程、（Ｂ）加熱養生工程、および（Ｃ）強度測定工程等を経て得た強度に基づき、目標強度を満たす強度を発現した添加量を、硬化促進材料の適正な添加量として決定する、硬化促進材料の添加量の決定方法等である。
以下、前記（Ａ）実部材の温度履歴の測定工程、（Ｂ）供試体の加熱養生工程、および（Ｃ）供試体の強度測定工程、（Ａ´）実部材の温度履歴の算出工程、および水硬性硬化体の製造方法に分けて詳細に説明する。
【００１１】
１．前記各工程
（Ａ）実部材の温度履歴の測定工程
該工程は、実部材の温度履歴を測定する工程である。
実部材は、例えば、ボックスカルバート、橋脚、およびコンクリートブロック等のコンクリート製品が挙げられる。また、熱電対等の温度測定装置の設置場所（または、後述する温度応力解析での温度推定位置）は、特に限定されず、インサートなど吊り具の周辺の位置や型枠の近傍など、製造作業計画者が注視する箇所を選定する。
例えば、脱型作業の場合、型枠周辺のコンクリートの強度発現が特に重要であるから、好ましくは、型枠近傍でのコンクリート温度を取得する。もっとも、部材型枠が鋼製の場合、型枠表面に貼付した熱電対、または赤外線温度計を用いて測定した型枠表面の温度を、型枠近傍のコンクリート温度に代えてもよい。
【００１２】
（Ｂ）供試体の加熱養生工程
該工程は、前記温度履歴をプログラミングした恒温恒湿槽内に、複数の水準の添加量の硬化促進材料を含む供試体を静置して、前記温度履歴に従い加熱養生を行なう工程である。
【００１３】
（Ｃ）供試体の強度測定工程
該工程は、前記加熱養生を行なった供試体の強度を測定する工程である。前記加熱養生は実部材内と同様の温度環境を模擬しているので、ここで測定される強度は実際の部材中のコンクリート強度に極めて近いといえる。
そして、圧縮強度は、供試体がコンクリートの場合、ＪＩＳ  Ａ  ５３０８「レディーミクストコンクリート」に準拠して測定し、供試体がモルタルの場合、ＪＩＳ  Ｒ  ５２０１「セメントの物理試験方法」に準拠して測定するが、試験機の冶具等の実験設備の都合から、円柱試験体（直径50ｍｍ、高さ100ｍｍ）を用いてもよい。
なお、本発明において、実部材がコンクリートで供試体がコンクリートの場合は、供試体用コンクリートの配合は実部材のコンクリートの配合と同じにすることが好ましい。
また、実部材がコンクリートで供試体がモルタルの場合は、供試体用モルタルの配合は実部材のコンクリートから粗骨材を除いた配合（言い換えると、実部材のコンクリート中のモルタルと同じ配合）にすることが好ましい。
また、実部材がモルタルで供試体がモルタルの場合は、供試体用モルタルの配合は実部材のモルタルの配合と同じにすることが好ましい。
【００１４】
（Ａ´）実部材の温度履歴の算出工程
また、工程をより簡略化するため、前記（Ａ）工程に代えて、前記（Ａ´）工程を実施してもよい。（Ａ´）該工程とは、有限要素法を用いて前記実部材の温度応力解析を行って、温度履歴を算出する工程であり、例えば、温度応力解析ソフト（ASTEA-MACS等）を用いて、実部材の形状をモデリングし、コンクリートの断熱温度上昇性状と外気温を入力して部材の内部温度を推定する。なお、硬化促進材料を用いると、コンクリートの断熱温度上昇が変化するが、一般的に、温度は上昇するため、安全側の評価として硬化促進材料を使用しないケースのみ内部温度を推定すればよい。
【００１５】
このように、前記（Ａ）〜（Ｃ）工程等を経て得た強度に基づき、目標強度を満たす強度を発現した添加量を、硬化促進材料の適正な添加量として決定する。
【００１６】
２．水硬性組成物の製造方法
本発明の水硬性組成物の製造方法は、水硬性組成物がコンクリートである場合は、前記［１］〜［３］のいずれかに記載の硬化促進材料の添加量の決定方法を用いて決定した添加量の硬化促進材料、セメント、細骨材、粗骨材、および水を、少なくとも含む混合物を混練してコンクリートを製造する方法である。
また、水硬性組成物がモルタルである場合は、前記［１］〜［３］のいずれかに記載の硬化促進材料の添加量の決定方法を用いて決定した添加量の硬化促進材、セメント、細骨材、および水を、少なくとも含む混合物を混練してモルタルを製造する方法である。
次に、硬化促進材料、セメント、細骨材、粗骨材、および水等に分けて説明する。
【００１７】
（１）硬化促進材
本発明で用いる硬化促進材料は、亜硝酸塩、硝酸塩、カルシウムアルミネート類、金属塩化物、カルシウムシリケート化合物から選ばれる１種以上であり、基本的にセメントの水和を促進するものであれば、特に硬化促進材料の種類は限定されない。
具体的には、前記亜硝酸塩は、亜硝酸カルシウム、亜硝酸ナトリウムが挙げられ、前記硝酸塩は、硝酸カルシウムが挙げられる。また、前記カルシウムアルミネート類は、３ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３、２ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３、１２ＣａＯ・７Ａｌ２Ｏ３、５ＣａＯ・３Ａｌ２Ｏ３、ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３、３ＣａＯ・５Ａｌ２Ｏ３、またはＣａＯ・２Ａｌ２Ｏ３等のカルシウムアルミネート；２ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３・Ｆｅ２Ｏ３、または４ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３・Ｆｅ２Ｏ３等のカルシウムアルミノフェライト；カルシウムアルミネートにハロゲンが固溶または置換した３ＣａＯ・３Ａｌ２Ｏ３・ＣａＦ２、および１１ＣａＯ・７Ａｌ２Ｏ３・ＣａＦ2等のカルシウムフロロアルミネートを含むカルシウムハロアルミネート；８ＣａＯ・Ｎａ２Ｏ・３Ａｌ２Ｏ３、および３ＣａＯ・２Ｎａ２Ｏ・５Ａｌ２Ｏ３等のカルシウムナトリウムアルミネート；カルシウムリチウムアルミネート；アルミナセメント；さらにこれらにＮａ，Ｋ，Ｌｉ、Ｔｉ、Ｆｅ、Ｍｇ、Ｃｒ、Ｐ、Ｆ、Ｓ等の微量元素（酸化物等含む。）が固溶した鉱物から選ばれる１種以上が挙げられる。また、前記金属塩化物は、塩化カルシウム、塩化ナトリウム、および塩化カリウムから選ばれる１種以上が挙げられる。
また、カルシウムシリケート化合物系の硬化促進材料は、ＢＡＳＦポゾリス社製の商品名「マスターエックスシード」などが挙げられる。
【００１８】
（２）セメント
本発明で用いるセメントは、特に制限されず、普通ポルトランドセメント、早強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、シリカフューム含有セメント、高炉セメント、フライアッシュセメント、およびエコセメント等から選ばれる１種以上が挙げられる。
【００１９】
（３）細骨材
本発明で用いる細骨材は、川砂、山砂、陸砂、海砂、砕砂、硅砂、スラグ細骨材、および軽量細骨材等から選ばれる１種以上が挙げられる。また、細骨材は天然骨材のほか再生骨材を用いることができる。
【００２０】
（４）粗骨材
本発明で用いる粗骨材は砂利、砕石、スラグ粗骨材、および軽量粗骨材等から選ばれる１種以上が挙げられる。また、粗骨材は、前記細骨材と同様に、天然骨材のほか再生骨材を用いることができる。
【００２１】
（５）水
水は、コンクリートの強度や流動性等の物性に悪影響を与えないものであれば用いることができ、例えば、水道水、下水処理水、生コンクリートの上澄水等が挙げられる。
【００２２】
（６）その他の材料
前記水硬性組成物は、上記材料の他に、混和材として、フライアッシュ、スラグ、石灰石粉末、石英粉末、膨張性混和材、および石膏等を含むことができ、また、化学混和剤として、減水剤、空気量調整剤、および収縮低減剤等が使用できる。
【実施例】
【００２３】
以下、本発明を実施例により説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されない。
１．使用材料
（１）セメント（略号：Ｃ）
早強ポルトランドセメント（太平洋セメント社製）
（２）硬化促進材料Ａ
カルシウムシリケート化合物、商品名  マスターエックスシード120JP（ＢＡＳＦポゾリス社製）
（３）硬化促進材料Ｂ
亜硝酸塩系混和剤、商品名  マノール  ＮＡＣ−Ｍ  （マノール社製）
（４）細骨材（略号：Ｓ）
山砂、静岡県掛川市産
（５）粗骨材（略号：Ｇ）
砕石２００５、茨城県産桜川市産
（６）水（略号：Ｗ）
上水道水
【００２４】
２．比較例：従来法による硬化促進剤材料の添加量の決定
ＪＩＳ  Ｒ  ５２０１「セメントの物理試験方法」に準拠して、５℃の環境下で混練して得たモルタル（水／セメント比：３５％、細骨材／セメント比：１５６％）を型枠に打設して、該打設面をビニルフィルムで覆って５℃の環境下で封緘養生して、直径５０ｍｍ、長さ１００ｍｍのモルタル供試体を作製した。なお、硬化促進剤材料ＡおよびＢの添加量は、いずれの硬化促進剤材料も、Ｃ×０％、Ｃ×３％、Ｃ×５％、およびＣ×１０％であり、練り混ぜ水に置換して添加した。次に、材齢１８時間で該モルタル供試体を脱型し、該モルタル供試体の圧縮強度を測定した。その結果を表１に示す。
ここで、コンクリートの目標圧縮強度は脱型や運搬が安全に行える強度として、１２Ｎ／ｍｍ２を採用した。
表１に記載の圧縮強度から、硬化促進剤材料の適正な添加量は、硬化促進剤材料ＡではＣ×１０％、硬化促進剤材料ＢではＣ×５％に決定した。
【００２５】
【表１】
2020116743.tif 000003
【００２６】
３．実施例：本発明による硬化促進剤材料の添加量の決定
（１）ボックスカルバート内の温度履歴の測定
ボックスカルバートの型枠内（図１に示すボックスカルバートのＡ点の温度を測定できる位置）に熱電対を設置した後、表２に示す配合のコンクリートを該型枠内に打設して、該打設面を養生シートで覆って材齢１８時間まで封緘養生して脱型し、図１に示す縦８００ｍｍ、横８００ｍｍ、長さ２０００ｍｍ、部材の厚さ１００ｍｍのボックスカルバートを製造した。なお、ボックスカルバート内の温度履歴は、コンクリートを打設した直後から連続して測定した。その結果を図２の（Ａ）に示す。
【００２７】
【表２】
2020116743.tif 000004
【００２８】
（２）硬化促進剤材料の添加量の決定
前記測定したボックスカルバート内の温度履歴をプログラミングした恒温恒湿槽内で、モルタル供試体（水／セメント比：３５％、細骨材／セメント比：１５６％）を養生し、材齢18時間で圧縮強度を測定した。その結果を表３に示す。
表３に示すように、硬化促進材料ＡおよびＢともに、Ｃ×３％で目標とする強度を満たす。このように、実部材の温度履歴を算出（推定）して取得し、実際の水和発熱を考慮することにより、硬化促進材料の添加量を最適化して、経済的な材料選定を行うことができる。
【００２９】
【表３】
2020116743.tif 000005
【図１】
2020116743.tif 000006
【図２】
2020116743.tif 000007
【図３】
2020116743.tif 000008