(57)【要約】【課題】自己収縮を抑制しつつ、圧縮強度が維持又は向上する高強度コンクリートを安価に提供することを目的とする。さらに、高強度コンクリートの自己収縮低減方法を提供することを目的とする。【解決手段】少なくとも水Ｗとセメント系粉体Ｃと木粉を含んだ高強度コンクリートは、水とセメント系粉体との重量比（Ｗ／Ｃ）が２５〜４０％であり、木粉の最大径φｍａｘが１．２ｍｍ未満であり、かつ、木粉の添加率がセメント系粉体Ｃの重量の１．０％〜２．０％であることを特徴とする。本発明で使用する木粉は、もみ殻、廃材、又は間伐材等を原料にすることができる。これにより、本発明によって提供される高強度コンクリートは、その経済性が図られるばかりでなく、環境に優しい（リサイクル対応可能な）製品となりえる。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも水とセメント系粉体と木粉とを含んだ高強度コンクリートであって、
前記水と前記セメント系粉体との重量比が２５~４０％であり、
前記木粉の最大径が２．４ｍｍ未満であり、かつ、前記木粉の添加率が前記セメント系粉体の重量の１．０％〜２．０％であることを特徴とする高強度コンクリート。
【請求項２】
前記木粉の最大径が０．６ｍｍ未満であり、かつ、前記木粉の添加率が前記セメント系粉体の重量の１．０％であることを特徴とする請求項１に記載の高強度コンクリート。
【請求項３】
高強度コンクリートの自己収縮低減方法であって、
水とセメント系粉体との重量比が３０％となるように水とセメント系粉体とを配合し、
最大径が２．４ｍｍ未満の木粉を、前記セメント系粉体の重量に対して１．０％〜２．０％の添加率で添加して、材齢７日での自己収縮ひずみ量を０〜２５０μにすることを特徴とする高強度コンクリートの自己収縮低減方法。
【請求項４】
前記木粉の最大径が０．６ｍｍ未満であり、かつ、前記木粉の添加率が前記セメント系粉体の重量の１．０％であり、さらに材齢７日での圧縮強度を７０Ｎ／ｍｍ２にすることを特徴とする請求項３に記載の高強度コンクリートの自己収縮低減方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コンクリートのひび割れの原因となる自己収縮作用を低減する自己収縮低減方法及びこの方法によって製造された高強度コンクリートに関するものであり、より詳しくは、木粉の添加により自己収縮作用が低減された高強度コンクリートに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
高強度コンクリートとは、圧縮強度が５０Ｎ／ｍｍ２以上と極めて高いものとされており、近年、高層建築物や橋梁などの土木建造物等の用途において多用されている。
【０００３】
高強度コンクリートは、製造時に水セメント比を小さくし、化学混和材料を添加することによって強度と流動性の改善を図るものである。なお、セメントの一部をフライアッシュや高炉スラグ、シリカフュームなどに置き換えても、同等の高強度コンクリートを製造することができる。
【０００４】
しかしながら、コンクリートが硬化反応すると収縮が発生しやすく、ひび割れの原因となる。このような硬化収縮は、以下のメカニズムにより発生するため、自己収縮または自己乾燥と呼ばれている。
【０００５】
コンクリートの自己収縮は、コンクリート内部におけるセメントの水和反応の進行によって、細孔空隙中の水が消費され、水面がより細孔径の小さな空隙に移動して、表面張力に起因する毛細管張力が増大することによって起こる現象であると説明されている。この自己収縮現象は、水セメント比の小さな高強度コンクリートで特に顕著になる。
【０００６】
このような高強度コンクリートの自己収縮を低減させる方法として、今までに、（１）膨張材や収縮低減剤を添加する方法、（２）コンクリート中に水分を貯蔵可能なマイクロカプセル又は高吸水ポリマーを添加する方法、及び（３）吸水率の高い軽量骨材を使用する方法、が提案されている（特許文献１〜３を参照）。
【０００７】
ここで上記（１）の方法では、膨張材とは、膨張反応によりコンクリートの体積変化を相殺するものであり、石膏が例示される。また収縮低減剤とは、表面張力を低減し、化学的に収縮を低減するものであり、界面活性剤が例示される。
【０００８】
しかしながら、膨張材や収縮低減剤は一般に高価であるだけでなく、膨張材を使用した場合に数年後に過膨張となる不具合が報告されており、また収縮低減剤を使用した場合も低減効果が長続きしないといった不具合がある。
【０００９】
また、上記（２）の方法で使用するマイクロカプセル又は高吸水ポリマーも、上記（１）の膨張材や収縮低減剤と同様に高価な化学材料であることは変わらず、コンクリートの製造コストを押し上げる原因となっていた。
【００１０】
また、上記（３）の方法で使用する軽量骨材については、その採取地は極端に限定されており、その骨材価格は輸送費が大半を占めることから、採取地から離れた地域ではコンクリートの製造コストは上昇してしまい、地産地消を原則するコンクリート製品にとって相容れない対処方法であった。
【特許文献１】特開２００７−２６９５１９号公報
【特許文献２】特開２００３−１３６５２３号公報
【特許文献３】特開２００５−２２９３１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
そこで、本発明は、従来の問題点を解消し、自己収縮を抑制しつつ、圧縮強度が維持又は向上する高強度コンクリートを安価に提供することを目的とする。
【００１２】
さらに本発明では、地産地消可能でかつ環境調和型の原料から高強度コンクリートを安価に提供することを目的とする。
【００１３】
さらに本発明では、自己収縮を抑制しつつ、圧縮強度が維持又は向上する高強度コンクリートの自己収縮低減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】
【００１４】
本発明の発明者は、鋭意検討の末、従来技術のマイクロカプセルや高吸水性ポリマーに替えて木粉を使用することで、水分貯蔵スペースをコンクリート中に確保できれば、同様の効果が得られる（自己収縮が解決される）とともに、コストや諸性能の問題を克服できることを見出し、本発明を完成するに至った。
【００１５】
すなわち、本発明では次の１〜４の構成を採用する。
【００１６】
１．少なくとも水とセメント系粉体と木粉とを含んだ高強度コンクリートであって、
前記水と前記セメント系粉体との重量比が２５〜４０％であり、
前記木粉の最大径が２．４ｍｍ未満であり、かつ、前記木粉の添加率が前記セメント系粉体の重量の１．０％〜２．０％であることを特徴とする高強度コンクリート。
２．前記木粉の最大径が０．６ｍｍ未満であり、かつ、前記木粉の添加率が前記セメント系粉体の重量の１．０％であることを特徴とする前記１に記載の高強度コンクリート。
３．高強度コンクリートの自己収縮低減方法であって、
水とセメント系粉体との重量比が３０％となるように水とセメントとを配合し、
最大径が２．４ｍｍ未満の木粉を、前記セメント系粉体の重量に対して１．０％〜２．０％の添加率で添加して、材齢７日での自己収縮ひずみ量を０〜２５０μにすることを特徴とする高強度コンクリートの自己収縮低減方法。
４．前記木粉の最大径が０．６ｍｍ未満であり、かつ、前記木粉の添加率が前記セメント系粉体の重量の１．０％であり、さらに材齢７日での圧縮強度を７０Ｎ／ｍｍ２にすることを特徴とする前記３に記載の高強度コンクリートの自己収縮低減方法。
【００１７】
ここで、「セメント系粉体」とは、通常のセメントのみならず、セメントの一部を他の物質（例えば、セメント、フライアッシュ、高炉スラグ、及び／又はシリカフューム）に置換したものを含むことを意味する。
【００１８】
さらに、「水とセメント系粉体との重量比」とは、水と上述のセメント系粉体との重量比を意味するが、以下の明細書中の記載（置換物の無いセメントを使用した実施例の記載）においては、説明の便宜のため、水セメント比とも呼んでいる。
【発明の効果】
【００１９】
以上のように構成された本発明の自己収縮低減方法及びこれを利用して製造された高強度コンクリートは次のような顕著な効果を奏する。
【００２０】
本発明によれば、高強度コンクリートに発生しやすい自己収縮を低減することができる（ひいては、ひび割れの問題を解消することができる）。その低減効果は従来技術と同等でありながら、さらに経済的である。
【００２１】
また、本発明によれば、従来の収縮低減技術の副作用として生じていた、圧縮強度の低下、過膨張、又は収縮低減効果の消失といった不具合をもたらすことはない。特筆すべきは、木粉の寸法や添加率を適切に制御することにより、圧縮強度の増進さえ可能である。
【００２２】
また、本発明で使用する木粉は、もみ殻、廃材、又は間伐材等を原料にすることができる。これにより、本発明によって提供される高強度コンクリートは、その経済性が図られるばかりでなく、環境に優しい（リサイクル対応可能な）製品となりえる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明を図面に示す実施の形態に基づき説明するが、本発明は、下記の具体的な実施態様に何等限定されるものではない。なお、各図において同一又は対応する部材には同一符号を用いる。
【００２４】
本発明は、先述したように、コンクリート中の水分貯蔵スペースとして、従来のマイクロカプセル等の化学材料に代えて木粉を使用することを特徴とする。ここで、木粉の原料としては、杉材等の間伐材、パイン材、小麦ふすま、もみ殻、廃材などを使用することができる。なお、間伐材（かんばつざい）とは、森林の成長過程で密集化する立木を間引く間伐の過程で発生する木材のことであり、建築用途の材料などには向かない木材のことである。
【００２５】
次に、本発明の高強度コンクリートを好適に製造するには、単に木粉を混入させるだけでは本発明の所望の効果を得ることはできない。高強度コンクリートを構成する水とセメントとの配合比（水セメント比）や、混入させる木粉の添加率や寸法の最適値を厳密に把握し、調整しておく必要があると考えられる。
【００２６】
[高強度コンクリート性能評価試験装置]
そこで、本願の発明者は、図１に示すような、高強度コンクリート性能評価試験装置を用いて、水セメント比（Ｗ／Ｃ）、木粉添加率、及び木粉寸法が自己収縮や圧縮強度に与える影響を評価した。ここで、図１の（ａ）は試験体の概略を示し、（ｂ）は、複数の該試験体とデータロガーを含んだ試験装置の概観を示す。ここで、試験体は、寸法４０ｍｍ×４０ｍｍ×１６０ｍｍの立方体（四角柱）をなす供試体を有する。この供試体の作製にあたっては、砂や砂利などの骨材を用いずに、セメント、水及び木粉のみを原料として用いた。
そして、供試体は、練り混ぜ直後に外気との接触がないようにビニルシートで包装され、さらにその外面を覆うように型枠で覆われて、室温２０±３℃の室内に静置される。また、供試体の自己収縮ひずみを測定するために、ひずみゲージが供試体の中央に１点設けられている。
【００２７】
この試験評価では、（１）水とセメントとの重量比（水セメント比、Ｗ／Ｃ）、（２）木粉の添加率、及び（３）木粉の寸法の影響が評価できるように、これらのパラメータを試験水準とした。具体的には、（１）水セメント比を、３０：１００（Ｗ／Ｃ＝３０％）と、２０：１００（Ｗ／Ｃ＝２０％）の２種類に設定し、（２）木粉の添加率をセメント重量に対して０％、０．５％、１．０％、２．０％の４種類に設定し、（３）木粉の寸法（篩い径φｍａｘ）を、０．６ｍｍ、２．４ｍｍ、及び４．８ｍｍの３種類に設定し、供試体の自己収縮ひずみ特性と、圧縮強度特性と、を評価した。
【００２８】
自己収縮ひずみの測定については、予め供試体に埋設したひずみゲージにより供試体の打設（練り混ぜ）直後からひずみ測定を開始し（練り混ぜ１時間後のひずみ値を初期値として計測を開始し）、練り混ぜ７日目（材齢７日目）のひずみ量を解析することによって、自己収縮ひずみ特性を評価した。ここで、「自己収縮」とは外部との水分のやりとりが無い状態で発生するコンクリート自体の硬化収縮を意味する。これに対し外部との水のやりとりが有る（外部に水分を奪われる）状態でのコンクリートの収縮を「乾燥収縮」と呼ぶ。
【００２９】
[木粉添加率と自己収縮ひずみとの関係]
図２は、水セメント比及び木粉寸法をそれぞれＷ／Ｃ＝３０％及びφｍａｘ＝０．６ｍｍの一定値に設定し、木粉の添加率のみを変化させた場合におけるコンクリート（材齢７日目）の自己収縮ひずみを示す。
【００３０】
この図２の結果より、木粉の添加率が大きい程、自己収縮ひずみ量が顕著に小さくなることがわかる。すなわち、添加０％（木粉無混入）では、自己収縮ひずみが約６５０μと非常に大きいが、木粉の添加量が増加するに従い、顕著にひずみ量が低下することがわかる。特に、添加率０％〜１．０％の範囲ではひずみ量の低下の具合は顕著である。しかしながら、添加率１．０％〜２．０％の範囲では、ひずみ量の低下の具合は比較的に緩やかになり、添加率２．０％において自己収縮ひずみは、ほぼ零になっていることがわかる。これにより、上記の水セメント比と木粉寸法を固定した供試体においては、自己収縮ひずみ特性を最適にするには、添加率が１．０〜２．０％が好ましいことがわかる。
【００３１】
[木粉添加率と圧縮強度との関係]
図３は、図２と同様に水セメント比及び木粉寸法をそれぞれＷ／Ｃ＝３０％及びφｍａｘ＝０．６ｍｍの一定値に設定し、木粉の添加率のみを変化させた場合におけるコンクリートの圧縮強度を示す。なお、圧縮強度試験の測定対象の供試体は、図２に示した供試体と基本的に同一のものであるが、７日間封緘（自己収縮）させた後、供試体のビニルシート及び型枠を取り外して２１日間、外部乾燥（相対湿度６０％）させたものを使用した。さらに、図３には、木粉添加率４％のものも比較例として示されている。
【００３２】
図３の結果から、木粉を添加した供試体（添加率０．５％、１％、及び２％）の方が無添加（０％）に比べて圧縮強度が増加することがわかる。この傾向は、マイクロカプセル等を添加させると添加のコンクリートより圧縮強度が低下する通常の傾向とは全く異なっており（逆の傾向となっており）、驚くべき結果であった。ただし、添加率が４．０％になるとほぼ同等（若干小さい）になっており、かつ、１．０％のときに圧縮強度が最大になっていることから、上記の水セメント比と木粉寸法を固定した供試体においては、圧縮強度特性を最適にするには、添加率が０．５〜２．０％が好ましいことがわかる。
【００３３】
次に、木粉寸法が自己収縮ひずみ特性及び圧縮強度特性に与える影響を説明する。
【００３４】
[木粉寸法と自己収縮ひずみとの関係]
図４は、木粉寸法が自己収縮ひずみ特性に与える影響を示した図である。木粉寸法は、篩い分けにより寸法を３つの大きさに規定・分類している。具体的には、篩い径φｍａｘ＝４．８ｍｍの木粉とは４．８ｍｍの篩いを通過しかつ２．４ｍｍの篩いに留まるものであり、篩い径φｍａｘ＝２．４ｍｍの木粉とは２．４ｍｍの篩いを通過しかつ１．２ｍｍの篩いに留まるものであり、また、篩い径φｍａｘ＝０．６ｍｍとは０．６ｍｍの篩いを通過し、０．０７５ｍｍに留まるものである。すなわち、篩い径φｍａｘとは、篩いによって分類された各木粉の最大径を示している（図４の横軸を参照）。なお、φｍａｘ＝４．８ｍｍ及び２．４ｍｍの木粉原料にはパイン材を利用し、φｍａｘ＝０．６ｍｍの木粉原料には杉材（純密度１．１２ｇ／ｃｍ３）や小麦ふすまを利用した。
【００３５】
図４の結果は、水セメント比及び木粉添加率をそれぞれＷ／Ｃ＝３０％及び１．０％の一定値に設定し、木粉の寸法のみを上記三つの篩い径で変化させた場合におけるコンクリート（材齢７日目）の自己収縮ひずみを示す。図４の結果により、木粉寸法（篩い径）が小さい程、自己収縮ひずみが小さくなることがわかる。つまり、自己収縮ひずみ特性を最適にする木粉寸法（篩い径）φｍａｘは０．６ｍｍとなる。
【００３６】
[木粉寸法と圧縮強度との関係]
図５は、図４と同様に水セメント比及び木粉添加率をそれぞれＷ／Ｃ＝３０％及び１．０％の一定値に設定し、木粉寸法（篩い径）のみを変化させた場合におけるコンクリートの圧縮強度を示す。なお、圧縮強度試験の測定対象の供試体は、図４に示した供試体と基本的に同一のものであるが、７日間封緘（自己収縮）させた後、供試体のビニルシート及び型枠を取り外して２１日間、外部乾燥（相対湿度６０％）させたものを使用した。
【００３７】
図５の結果より、木粉寸法が小さくなる程、圧縮強度が増加することがわかる。なお、図５中に横軸に水平に描かれた破線（圧縮強度が約５８Ｎ／ｍｍ２）は、木粉無混入の場合の圧縮強度であり、この値と比較すると、木粉最大径φｍａｘ＝０．６ｍｍのときには木粉無混入の場合よりも圧縮強度が明らかに大きく最大値となり、φｍａｘ＝２．４ｍｍのときには木粉無混入の場合とほぼ同等の圧縮強度になり、φｍａｘ＝４．８ｍｍでは木粉無混入の場合よりも圧縮強度が明らかに小さくなってしまっていることがわかる。
【００３８】
図４及び図５の結果から、自己収縮ひずみ特性及び圧縮強度特性を最適にする木粉寸法（篩い径）φｍａｘは０．６ｍｍとなることがわかる。
【００３９】
[水セメント比が自己収縮ひずみと圧縮強度に与える影響]
図２〜図５に示した自己収縮ひずみ又は圧縮強度に関する評価に使用した供試体は、いずれも水セメント比（Ｗ／Ｃ）が３０％のものであった。ここでは、図１及び図２の実施例に対する比較例として、水セメント比（Ｗ／Ｃ）のみを２５％又は２０％に変更し、他の条件は図１及び図２の測定条件と同様に設定して（すなわち、木粉寸法をφｍａｘ＝０．６ｍｍに設定し、木粉添加率を適宜変化させて）、上記各特性を評価した（図６〜８を参照）。
【００４０】
図６に、Ｗ／Ｃ＝２０％（比較例）における木粉添加率とひずみ量（自己収縮ひずみの経時変化）との関係を示す。図６の結果においては、木粉添加率を０％〜２．０％に変化させても、ひずみ量の変化は現われず、材齢７日目においてはいずれのひずみ量も場合も−５００μである。これは図２に示したＷ／Ｃ＝３０％の自己収縮ひずみの結果と大きな相違があることがわかる。
【００４１】
図７にＷ／Ｃ＝２５％における木粉添加率とひずみ量との関係を示す。この場合には木粉添加率を２％とすることによって、材齢７日目のひずみは、木粉添加率０％の場合に比して２００μ程度小さくなる。
【００４２】
図８は、Ｗ／Ｃ＝２０％（比較例）における木粉添加率と圧縮強度との関係を示す。この比較例においては、木粉無混入（図中０％の場合）の供試体が１２０Ｎ／ｍｍ２となって最大となり、木粉を添加させた供試体（図中１．０％や２．０％の場合）の圧縮強度は顕著に低下し、約７０〜８０Ｎ／ｍｍ２を推移することがわかる。この図８の結果も、図３に示したＷ／Ｃ＝３０％の圧縮強度の結果と大きな相違があることがわかる。
【００４３】
以上の図２〜図８までの評価結果を比較検討すると、以下のように結論づけられる。
（１）木粉寸法（篩い径φｍａｘ）として、２．４ｍｍ未満が好ましく、０．６ｍｍ未満がさらに好ましい。
（２）木粉添加率として、１．０％〜２．０％が好ましく、約１．０％がさらに好ましい。
（３）水とセメント系粉体との重量比（通常、水セメント比Ｗ／Ｃ）として、２５％以上が好ましく、３０％がさらに好ましい。なお、高強度コンクリートのＷ／Ｃは、他の性能等の制限から、その上限の目安は４０％程度である。従って、自己収縮抑制および他の性能の双方の面を十分に発揮する高強度コンクリートの上記重量比の好適範囲は、約２５〜４０％といえる。
（４）以上から、高強度コンクリートの自己収縮低減方法として特に、材齢７日での自己収縮ひずみ量を０〜２５０μにするには、水とセメント系粉体との重量比が３０％となるように水とセメント系粉体とを配合し、最大径が２．４ｍｍ未満の木粉を、前記セメント系粉体の重量に対して１．０％〜２．０％の添加率で添加するように設定するのが好ましい。
【００４４】
すなわち、上記（１）の寸法範囲の木粉を、上記（２）添加率範囲でセメントに添加して、水とセメントとを上記（３）の重量比率で配合することにより、強度や耐乾燥性など他の性能を損なうことなく、硬化収縮（自己収縮）を大幅に低減することができる。
【００４５】
以上のように構成された本発明の自己収縮低減方法及びこれを利用して製造された高強度コンクリートは次のような顕著な効果を奏する。
【００４６】
本発明によれば、高強度コンクリートに発生しやすい自己収縮を低減することができる（ひいては、ひび割れの問題を解消することができる）。その低減効果は従来技術と同等でありながら、さらに経済的である。
【００４７】
また、本発明によれば、従来の収縮低減技術の副作用として生じていた、圧縮強度の低下、過膨張、又は収縮低減効果の消失といった不具合をもたらすことはない。特筆すべきは、木粉の寸法や添加率を適切に制御することにより、圧縮強度の増進さえ可能である。
【００４８】
また、本発明で使用する木粉は、もみ殻、廃材、又は間伐材等を原料にすることができる。これにより、本発明によって提供される高強度コンクリートは、その経済性が図られるばかりでなく、環境に優しい（リサイクル対応可能な）製品となりえる。
【００４９】
本発明は上記実施例に限定されることなく、特許請求の記載した発明の範囲内で種々の変更が可能であり、それらも本発明の範囲に含まれることはいうまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】高強度コンクリート性能評価試験装置の（ａ）試験体の概略と、（ｂ）装置の概観を示した図である。
【図２】木粉添加率と自己収縮ひずみとの関係を示した図である。
【図３】木粉添加率と圧縮強度との関係を示した図である。
【図４】木粉寸法と自己収縮ひずみとの関係を示した図である。
【図５】木粉寸法と圧縮強度との関係を示した図である。
【図６】Ｗ／Ｃ＝２０％（比較例）における木粉添加率とひずみ量（自己収縮ひずみの経時変化）との関係を示した図である。
【図７】Ｗ／Ｃ＝２５％（比較例）における木粉添加率とひずみ量（自己収縮ひずみの経時変化）との関係を示した図である。
【図８】Ｗ／Ｃ＝２０％（比較例）における木粉添加率と圧縮強度との関係を示した図である。
【符号の説明】
【００５１】
Ｃ  セメント（セメント系粉体）
Ｗ  水
φｍａｘ  篩い径
【図２】
2010143815.tif 000002
【図３】
2010143815.tif 000003
【図４】
2010143815.tif 000004
【図５】
2010143815.tif 000005
【図６】
2010143815.tif 000006
【図７】
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【図８】
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【図１】
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