(57)【要約】【課題】従来、コンクリート用粗骨材の規格は、吸水率や絶乾密度などのＪＩＳ規格があるだけで、これらの規格を満足しても高強度コンクリート用粗骨材としては、必ずしも満足なものではなかった。ＪＩＳ規格に加えて、新たな指標により選定された高強度コンクリート用途に特に適する粗骨材の提供が望まれていた。【解決手段】特定の細孔径、すなわちポロシメータで０．００３μｍから０．２μｍの細孔径の範囲で測定した総細孔容積が６〜２０ｍｍ３／ｇであり、かつ圧縮強度が１２０Ｎ／ｍｍ２以上であることを特徴とする高強度コンクリート用粗骨材及びその粗骨材を用いた高強度コンクリートを提供する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
設計基準強度が１００Ｎ／ｍｍ２以上である高強度コンクリート用粗骨材であって、ポロシメータで０．００３μｍから０．２μｍの細孔径の範囲で測定した総細孔容積が、６〜２０ｍｍ３／ｇであり、かつ圧縮強度が１２０Ｎ／ｍｍ２以上であることを特徴とする粗骨材。
【請求項２】
請求項１の高強度コンクリート用粗骨材を使用した高強度コンクリート。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高強度コンクリート用粗骨材及びその粗骨材を用いた高強度コンクリートに関する。
【背景技術】
【０００２】
骨材はコンクリートの約７〜８割程度の体積を占め、所用のスランプを得るための単位水量、単位容積質量、強度、耐久性などコンクリートの品質に及ぼす影響が大きい材料である。そのため、この骨材の品質を確保するために、ＪＩＳ規格（ＪＩＳ  Ａ  ５００５：コンクリート用砕石及び砕砂）が定められている。
【０００３】
中でも粗骨材の品質を簡易的に判断するＪＩＳ規格値として、絶乾密度と吸水率が挙げられる。絶乾密度が高く、吸水率が低い骨材ほど密実で堅硬であり、品質が良いと判断される。また、骨材の品質と有効利用に関する研究委員会報告書（非特許文献１）には、このような絶乾密度が高く、吸水率が低い粗骨材ほどコンクリートの圧縮強度が高くなる傾向にあると示されている。
【０００４】
しかし、高強度コンクリートのコンクリート物性は普通強度のコンクリートの物性とは大きく異なるため、これらのＪＩＳ規格値を満足するだけでは高強度コンクリート用骨材としての品質を十分に確保できないと考えられており、ＪＩＳ規格値以外の指標が必要となる。
【０００５】
その指標のひとつとして例えば、粗骨材の静弾性係数が挙げられる。この粗骨材の静弾性係数とコンクリートの静弾性係数および圧縮強度との関係に関して、例えば、非特許文献２の開示がある。この文献では、８０Ｎ／ｍｍ２以上の高強度コンクリートにおいて、モルタルマトリックスの静弾性係数に近い静弾性係数を有する粗骨材に比較して、それより大きい静弾性係数の粗骨材を用いた場合、粗骨材−モルタル間の剛性の違いに起因する応力集中がコンクリート圧縮破壊の原因となってコンクリートの強度が低下することを示唆する記載がある。
【０００６】
さらに、特開２００６−２１２９３３（特許文献１）には、設計基準強度が１００Ｎ／ｍｍ２程度或いはそれ以上の高強度コンクリートでは、一般のコンクリートとは異なる破壊性状を示すことが確認され、高強度コンクリートに使用する粗骨材の選定が必要とされる記載がある。
【０００７】
また、日本建築学会構造系論文集、第５４９号、１−６頁、２００１年１１月号（非特許文献３）には、骨材原石の細孔径分布と、これを用いたコンクリートの乾燥収縮との関係を求めた研究例がある。しかし、骨材の細孔径分布と、これを用いたコンクリートの強度物性との関係は明らかにされていない。このコンクリートの強度物性のうち、コンクリートの破壊に至るまでのひずみは、構造体の変形性能、剛性を評価する重要な因子であるが、骨材物性との関係については検討されていないのが現状である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００６−２１２９３３号
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】「骨材の品質と有効利用に関する研究委員会報告書」，社団法人日本コンクリート工学協会骨材の品質と有効利用に関する研究委員会，２００７年７月，Ｐ８６−Ｐ８７
【非特許文献２】「超高強度コンクリートに関する開発研究（その３）」，日本建築学会大会学術講演梗概集，１９９０年１０月，Ｐ４９５−Ｐ４９６
【非特許文献３】「関西地域における骨材原石の乾燥収縮および細孔径分布に関する実験的研究」，日本建築学会構造系論文集、第５４９号，２００１年１１月号，Ｐ１−Ｐ６
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上述の通り、粗骨材の物性が高強度コンクリートの圧縮強度などの物性に与える影響に関する定量的データは少なく、自然界より採取される粗骨材ではその他の工業製品と比べて物性値のばらつきも大きい。このため、高強度コンクリートの製造の際、ＪＩＳ規格（ＪＩＳ  Ａ  ５００５：コンクリート用砕石及び砕砂）に定められている規格値に対する品質管理以外には、特別な規定は設けられていないのが現状である。
【００１１】
前記特許文献２では、コンクリートの高強度化を図るには、モルタルマトリックスと同程度の剛性を有する粗骨材を選定するのが良いとされている。また、剛性を示す指標としては、静弾性係数を用いることも妥当である。しかし、静弾性係数の測定には、所定寸法の試験片を切り出して作成する必要があった。原石の粉砕後の粗骨材自体からは、これを作成することはできない。そこで、原石に戻って、コア供試体をコア抜きによって作成せざるを得ない。また、自然石である原石等では、原石の成分その他のバラツキが、直接的に生産された粗骨材のバラツキとなった。
【００１２】
したがって、設計基準強度が１００Ｎ／ｍｍ２以上の高強度コンクリート用骨材の選定をおこなうためには、ＪＩＳ規格に定められている規格値、粗骨材の静弾性係数以外の物性も検討する余地がある。その一方で、粗骨材の選定とコンクリートの強度設計は、原石からの試験片の切り出し等をおこなわずに済み、簡易で、容易に評価の行える物性であることが望ましい。
【００１３】
そこで、粗骨材に関するＪＩＳ規格に定められている規格値、静弾性係数の物性値以外の新たな指標で、高強度コンクリートの設計圧縮強度に応じた粗骨材を選定し、これを用いた高強度コンクリートを提供する。
【００１４】
さらに、粗骨材物性の管理によって、高強度コンクリートの破断に至るまでのひずみを大きくして、変形に耐えうるコンクリートを設計することも新規課題とした。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明は、設計基準強度が１００Ｎ／ｍｍ２以上である高強度コンクリート用粗骨材であって、ポロシメータで０．００３μｍから０．２μｍの細孔径の範囲で測定した総細孔容積が、６〜２０ｍｍ３／ｇであり、かつ圧縮強度が１２０Ｎ／ｍｍ２以上の粗骨材を提供する。
【００１６】
０．００３μｍから０．２μｍの細孔径の範囲で測定した総細孔容積が６ｍｍ３／ｇ未満では、該粗骨材を用いて製造した高強度コンクリートの圧縮強度が十分得られない場合があり、総細孔容積が２０ｍｍ３／ｇを超えるとＪＩＳ規格値である絶乾密度や吸水率が規格の範囲から外れる可能性があるため、好ましくない。さらに好ましい総細孔容積は、６〜１６ｍｍ３／ｇである。また、本発明の粗骨材は、設計基準強度が１００Ｎ／ｍｍ２以上の高強度コンクリート用粗骨材として用いたときに、特に効果を発揮する。設計基準強度が１００Ｎ／ｍｍ２未満である高強度コンクリートでは、マトリックスであるモルタル部分の強度が大きく反映されて、該粗骨材を用いても、コンクリートの圧縮強度、破断時のひずみにおいて十分な効果が得られない場合がある。設計基準強度が１００Ｎ／ｍｍ２以上の高強度コンクリートの場合、安全率を１５〜２０％みて材料選定を行うことが一般的であり、骨材の圧縮強度が目標とするコンクリートの圧縮強度よりも低い場合、骨材が弱点となり強度が低くなることが懸念されるため、骨材の圧縮強度を１２０Ｎ／ｍｍ２以上とすることが好ましい。なお、設計基準強度が１２０Ｎ／ｍｍ２以上の高強度コンクリート用粗骨材として用いたときに、さらに顕著な効果を発揮する。
【００１７】
一般的には内部空隙が多い場合、絶乾密度が低くなり、吸水率が高くなる傾向にあると考えられるが、これらのＪＩＳ規格値（ＪＩＳ  Ａ  ５００５の規格値を満足すること）を満足する範囲で、特定の細孔径範囲の総細孔容積がより大きくなる範囲の粗骨材を選定することにより高品質な高強度コンクリート用粗骨材の提供が可能となる。
【００１８】
粗骨材は、粗骨材原石を粉砕して製造すればよい。原石の粗砕は、通常の粉砕機を用いることができる。原石の大きさに応じて、二段以上の粉砕工程とすることも好ましい。粉砕機は、クラッシャー、ハンマーミル、パルベライザー、ボールミル、竪型ミル等を用いることができる。ここで、粗骨材の粒径は、５ｍｍから３０ｍｍである。
【００１９】
粗骨材原石は、通常用いられる安山岩、硬質砂岩、石灰石がよい。粗骨材としての必要強度を有するからである。
【００２０】
前記粗骨材の総細孔容積測定法は、細孔径に対する容積分布が測定できるものであれば良いが、水銀圧入式ポロシメータで測定するのが好ましい。ＢＥＴ等の比表面積測定手段では、細孔径分布に応じたデータ取得が困難であり、特定範囲の総細孔容積データが必要な本願発明には不向きである。
【００２１】
図２に、ＪＩＳ規格を満たすとともに高強度コンクリートに用いた時に高い圧縮強度を実現できる２種の粗骨材について、水銀圧入式ポロシメータを用いて、細孔径（μｍ）に対する細孔容積（ｍｍ３／ｇ）を測定した結果を示した。０．００３μｍ付近から０．２μｍ付近にかけて、０．０３μｍをピークとする細孔容積部分が認められる。０．００３μｍからの立ち上がりは急であり、０．２μｍ付近は緩やかにテイリングするピーク形状である。一方、別の粗骨材の細孔容積を測定した結果を図３に示した。図３の粗骨材もＪＩＳ規格を満たすが、高強度コンクリートに用いた時に十分な圧縮強度を得られない骨材である。図３では、図２に見られる顕著なピークが見られない。したがって、骨材の物性をより的確に捉えるために、０．００３〜０．２μｍの細孔径範囲での総細孔容積を指標として用いることが適切である。
【００２２】
また本発明は、前記に示す高強度コンクリート用粗骨材を使用した、高強度コンクリートを提供する。
【００２３】
以下に好ましい配合条件を例示する。セメントは超高強度コンクリート用セメントを用いればよい。ポルトランドセメントに、シリカフュームやメタカオリン、石灰石等の超微粉を混合した超高強度コンクリート用セメントが市販されている。例えば、太平洋セメント社製のＳＦＰＣが挙げられる。水／結合材比は１０〜１５％（外割り質量％）、単位水量は１２０〜１８０ｋｇ／ｍ３で、減水効果が大きく凝結遅延成分が少ない高性能減水剤を適宜加えることによりフレッシュコンクリートのスランプフローが５５〜８５ｃｍとなるように調整することが好ましい。また、空気量調整剤を適宜加えて空気量を２％以下に調整することが好ましい。細骨材の単位量は、３００〜４００ｋｇ／ｍ３が好ましい。
【発明の効果】
【００２４】
ＪＩＳ規格値に加え、新たな指標を用いることで、質の高い高強度コンクリートの強度設計をおこなうことや骨材を提供することが可能で、更に、これを用いた高強度コンクリートを提供することを可能とした。さらに、粗骨材物性の管理によって、高強度コンクリートの破断に至るまでのひずみを大きくして、変形に耐えうるコンクリートを設計し、製造できた。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明にかかるコンクリートの圧縮強度とひずみとの関係を示す図である。
【図２】実施例の粗骨材の細孔径に対する細孔容積の分布を示す図である。
【図３】比較例の粗骨材の細孔径に対する細孔容積の分布を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下に本発明の形態について、詳細に説明する。これによって、本発明を限定するものではない。
【００２７】
粗骨材は砕石場で製造されたものを使用した。砕石場で、表土除去を完了させた後、クローラドリルで発破孔をさく孔し、硝安油剤爆薬で爆破して、起砕石を得た。次いで、パワーショベルにて、立坑に投入した。立坑に投入された原石は、坑内で１次クラッシャーを用いて、破砕した。坑内ベルトコンベヤで坑外に搬出したのち、更にコーンクラッシャー又は、インパクトクラッシャーで破砕し、篩で５−２０ｍｍに調整した。
【００２８】
粗骨材原石は、通常用いられる安山岩、硬質砂岩、石灰石を用いた。粗骨材例の物理的性質および化学成分を表１に示す。
【００２９】
【表１】
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【００３０】
試料の乾燥は、予備乾燥（１０５℃）後、ドライアイス−メタノール温度のトラップを付帯した真空乾燥を行い、恒量とした試料を用いた。
【００３１】
次いで、乾燥した試料について、水銀圧入式ポロシメータで総細孔容積を測定した。この方法は、各測定ポイントでサンプルの細孔へ強制的に圧入された水銀の量を静電容量検出器で測定し、総細孔容積データを得るものである。
【００３２】
高強度領域のコンクリートにおいては、マトリックスセメントの静弾性係数と、粗骨材の静弾性係数が近い値を示すとき、高強度化することが判明している。しかし、粗骨材の細孔容積とこれを用いたコンクリートの圧縮強度等の強度物性との関係は求められてはいない。
【００３３】
ここで、高強度コンクリートは、次のように製造した。即ち、試験に使用した材料は、シリカヒューム混合セメント（太平洋セメント社製ＳＦＰＣ）、細骨材（砕砂、表乾密度：２．６２ｇ／ｃｍ３、吸水率：３．０２％、粗粒率：２．５８）、所定粗骨材、高性能ポリカルボン酸系ＡＥ減水剤、空気量調整剤（消泡剤）を所定量用いた。コンクリートの調合はＷ／Ｃ＝１３％とし、単位粗骨材絶対容積および混和剤添加量を一定とし、目標スランプフロー７０±７．５ｃｍ、目標空気量２．０％以下となるように設定した。練混ぜは水平二軸型強制練りミキサを使用し、セメント、細骨材を投入し３０秒、水および混和剤を投入し２４０秒、その後粗骨材を投入し９０秒間行った。材齢１日で脱型し、その後標準水中養生を所定の試験材齢まで行った。
【００３４】
使用した粗骨材の物理的性質およびこれを用いて製造したコンクリートの圧縮強度及び圧縮試験破壊時のひずみを表２に示す。８種類の岩種の原石を用いた。なお、本試験でのコンクリートの設計基準強度は１３０Ｎ／ｍｍ２とし、安全率２０％をみて２８日圧縮強度が１５６Ｎ／ｍｍ２以上で合格とした。
【００３５】
【表２】
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【００３６】
表２中のすべての粗骨材はＪＩＳ規格値を満足している骨材である。試料１〜３の粗骨材は、０．００３〜０．０２μｍでの総細孔容積は、６ｍｍ３／ｇ以上であり、２８日圧縮強度は、目標とした１５６Ｎ／ｍｍ２以上であり、破断時には、４０００μｍ以上のひずみを生じさせることができる。
【００３７】
比較例として、試料４〜８の粗骨材は、０．００３〜０．０２μｍでの総細孔容積は、６ｍｍ３／ｇ未満であり、これを用いたコンクリートの２８日圧縮強度は、目標とした１５６Ｎ／ｍｍ２に到達することがなかった。また、破断時ひずみも、４０００μｍ未満であった。
【００３８】
このようにして総細孔容積（細孔径０．００３〜０．２μｍ）の値と圧縮強度に基づいて選定した粗骨材を用いて、前記の所定製造条件で製造したコンクリートは、想定する１５６Ｎ／ｍｍ２以上の圧縮強度と破断時のひずみが大きなコンクリートを得ることができた。図１に、本発明にかかるコンクリートの圧縮強度とひずみとの関係を比較例とともに示す。試料２が実施例であり、試料４、８が比較例である。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
測定容易な総細孔容積を指標にした粗骨材を高強度コンクリート用骨材として用いることで、建設工程管理が容易に精度良く高強度コンクリートの施工を行うことができた。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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