(57)【要約】【課題】性能を維持しながら、コンクリート材料として灰の有効利用を図ることができるコンクリートを提供する。【解決手段】本発明のコンクリートは、水と、セメントと、粗骨材と、細骨材と、増粘剤と、分散剤と、を混合してなり、水中不分離性コンクリート又は高流動コンクリートとして使用されるコンクリートであって、塩化物イオンを含む塩化物イオン源が混合されており、細骨材には、クリンカアッシュが含まれていることを特徴とする。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
水と、セメントと、粗骨材と、細骨材と、増粘剤と、分散剤と、を混合してなり、水中不分離性コンクリート又は高流動コンクリートとして使用されるコンクリートであって、
塩化物イオンを含む塩化物イオン源が混合されており、
前記細骨材には、クリンカアッシュが含まれていることを特徴とするコンクリート。
【請求項２】
前記水は、前記塩化物イオン源としての海水であることを特徴とする請求項１に記載のコンクリート。
【請求項３】
前記分散剤は、高性能ＡＥ減水剤又は高性能減水剤を含むことを特徴とする請求項１又は２に記載のコンクリート。
【請求項４】
前記細骨材は、
前記クリンカアッシュと砂とを含んでおり、
前記細骨材全体に対する前記クリンカアッシュの重量比が、５０％以下であることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載のコンクリート。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高流動コンクリート又は水中不分離性コンクリートとして使用されるコンクリートに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
火力発電所の燃焼炉等で発生するクリンカアッシュやフライアッシュ等の灰は、産業副産物でありその有効利用が望まれているが、この種の灰の用途は限定的であり有効利用が十分に図られていないのが現状である。このような分野の技術として、下記特許文献１には、フライアッシュをコンクリート材料として有効利用することが開示されている。すなわち、特許文献１では、コンクリートの結合剤であるセメントの一部をフライアッシュに置換することが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−３１４９５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、本来のコンクリート材料を上記のような灰に安易に置換すれば、本来の材料との性状の相違から、コンクリートの性能が低下するおそれもある。実際に、フライアッシュを用いたコンクリートについて、特許文献１では流動性を検討してはいるが、例えば完成したコンクリート構造物の強度は不明である。このような問題に鑑み、本発明は、性能を維持しながら、コンクリート材料として灰の有効利用を図ることができるコンクリート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】
【０００５】
本発明のコンクリートは、水と、セメントと、粗骨材と、細骨材と、増粘剤と、分散剤と、を混合してなり、水中不分離性コンクリート又は高流動コンクリートとして使用されるコンクリートであって、塩化物イオンを含む塩化物イオン源が混合されており、細骨材には、クリンカアッシュが含まれていることを特徴とする。
【０００６】
このコンクリートによれば、クリンカアッシュを細骨材に含むことで、クリンカアッシュをコンクリート材料として有効利用することができる。また、塩化物イオンの含有に起因して、完成したコンクリート構造物の強度も維持され、コンクリートの性能も維持される。
【０００７】
また、上記の水は、塩化物イオン源としての海水であることとしてもよい。この構成によれば、コンクリートを、例えば海中に打設する水中不分離性コンクリートとして用いる場合に、現場において海水を塩化物イオン源として容易に入手することができる。
【０００８】
また、分散剤は、高性能ＡＥ減水剤又は高性能減水剤を含むこととしてもよい。この場合、高流動コンクリート又は水中不分離性コンクリートとしての性能を十分に発揮する。
【０００９】
また、細骨材は、クリンカアッシュと砂とを含んでおり、細骨材全体に対するクリンカアッシュの重量比が、５０％以下であることとしてもよい。本発明者らの実験によれば、細骨材全体に対するクリンカアッシュの重量比が５０％を超えると、コンクリート構造物の強度が低下する傾向があることが判った。よって、細骨材全体に対するクリンカアッシュの重量比を、５０％以下とすることで、クリンカアッシュを使用することによる強度低下を最低限に抑えることができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明のコンクリートによれば、性能を維持しながら、コンクリート材料として灰の有効利用を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明者らが行った実験１における各供試体の圧縮強度を示す棒グラフである。
【図２】本発明者らが行った実験２における各供試体の圧縮強度を示す棒グラフである。
【図３】本発明者らが行った実験３における各供試体の圧縮強度を示す棒グラフである。
【図４】本発明者らが行った実験４において、各供試体の細骨材の構成と圧縮強度との関係を示すグラフである。
【図５】本発明者らが行った実験５において、各サンプルのスランプ又はスランプフローを示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面を参照しつつ本発明に係るコンクリートの実施形態について詳細に説明する。
【００１３】
（第１実施形態）
本実施形態のコンクリートは、水と、セメントと、粗骨材と、細骨材と、増粘剤と、分散剤と、を混合してなり、水中不分離性コンクリートとして使用される。ここで、「水中不分離性コンクリート」とは、増粘剤を含む点において通常のコンクリートとは異なるものであり、具体的には、土木学会規準JSCE-D 104-2007に定義されている「水中不分離性コンクリート」を意味する。
【００１４】
本実施形態のコンクリートの具体的な配合の一例は以下の通りである。
水      ：約２０容積％
セメント：約１０容積％
細骨材  ：約３５容積％
粗骨材  ：約３５容積％
増粘剤  ：約0.2重量％
分散剤  ：約0.2重量％
【００１５】
増粘剤としては、例えば「UWB（三井化学産資株式会社製）」が用いられる。分散剤としては、高性能ＡＥ減水剤又は高性能減水剤が用いられる。高性能ＡＥ減水剤は、JIS A 6204に定義されるものであり、例えば「SF500S（株式会社フローリック製）」が用いられる。高性能減水剤は、JIS A 6204に定義されるものであり、例えば「UC-150（BASFポゾリス株式会社製）」が用いられる。このような増粘剤、分散剤を含むことで、本実施形態のコンクリートは、水中不分離性コンクリートとしての機能を備える。
【００１６】
細骨材には、クリンカアッシュが少なくとも含まれている。クリンカアッシュとは、例えば、火力発電所の燃焼炉や焼却炉等の炉底から採取される灰であり、「ボトムアッシュ」などと呼ばれる場合もある。細骨材をクリンカアッシュのみで構成してもよいが、コンクリートの性能を維持する観点から、クリンカアッシュと砂とを所定の割合で混合した細骨材を使用することが好ましい。すなわち、細骨材として通常用いられている砂の一部をクリンカアッシュに置換した状態が好ましい。特にこの場合、細骨材全体に対するクリンカアッシュの重量比を、５０％以下とすることが好ましい。また、クリンカアッシュの十分な量の有効利用を図る観点からは、細骨材全体に対するクリンカアッシュの重量比は、１０％以上であることが好ましい。
【００１７】
また、本実施形態のコンクリートには、更に塩化物イオン源が混合されることで、塩化物イオンが含まれている。具体的には、コンクリートに配合する水として、海水が使用される。また、海水を使用する代わりに、淡水を使用し、塩化物イオン源として早強剤をコンクリートに添加してもよい。この場合、少なくとも海水と同程度の量の塩化物イオンを提供するように早強剤の量を定める。なお、本実施形態のコンクリートを、例えば海中に打設する水中不分離性コンクリートとして用いる場合には、塩化物イオン源としての海水を現場で容易に入手することができるので、海水を使用することが好ましい。
【００１８】
続いて、以上説明した本実施形態のコンクリートによる作用効果について説明する。
【００１９】
本実施形態のコンクリートによれば、クリンカアッシュを細骨材に含むことで、クリンカアッシュをコンクリート材料として有効利用することができる。また、コンクリートに含まれる塩化物イオンに起因して、完成したコンクリート構造物の強度も維持され、コンクリートの性能も維持される。すなわち、本実施形態のコンクリートによれば、性能を維持しながらも、コンクリート材料としてクリンカアッシュの有効利用を図ることができる。
【００２０】
また、本発明者らの実験によれば、細骨材全体に対するクリンカアッシュの重量比が５０％を超えると、コンクリート構造物の強度が低下する傾向が大きくなることが判った。よって、細骨材全体に対するクリンカアッシュの重量比を、５０％以下とすることで、細骨材にクリンカアッシュを使用することによるコンクリート構造物の強度低下を最低限に抑えることができる。また、細骨材全体に対するクリンカアッシュの重量比を、１０％以上、好ましくは２０％以上にすることで、クリンカアッシュの十分な量の有効利用を図ることができる。
【００２１】
続いて、上記のような作用効果を確認すべく本発明者らが行った実験１〜５について説明する。
【００２２】
（実験１）
本発明者らは、普通コンクリート（増粘剤を含まず水中不分離性コンクリートに該当しないもの）において、砂を細骨材とする供試体Ａ１と、クリンカアッシュを細骨材とする供試体Ａ２と、を作製した。すなわち、供試体Ａ１の細骨材はその１００％が砂であり、供試体Ａ２の細骨材はその１００％がクリンカアッシュである。
【００２３】
このとき、コンクリートの配合は、次の通りとした。
水      ：１７容積％
セメント：１０容積％
細骨材（砂又はクリンカアッシュ）：３５容積％
粗骨材  ：３８容積％
分散剤  ：0.2重量％
なお、分散剤としては、フローリックS（株式会社フローリック製）を用いた。
【００２４】
そして、各材齢において各々の供試体Ａ１，Ａ２の圧縮強度を測定し、図１のグラフに示した。なお、供試体の圧縮強度は、JIS A 1108のコンクリートの圧縮強度試験によって測定した（以降の実験２〜３の各供試体についても同様）。
【００２５】
図１に示される通り、普通コンクリートにおいては、細骨材の砂をクリンカアッシュに置換することにより、圧縮強度が大きく低下することが判った。また、クリンカアッシュの粒子は、多孔性であり粒形がいびつであるので、吸着水の管理・測定が困難であり、表面水の管理が困難である。従って、コンクリートの細骨材としてクリンカアッシュを使用した場合、コンクリートの流動性が安定しなかった。よって、普通コンクリートにおいては、細骨材としてクリンカアッシュを使用することは好ましくないことが判った。
【００２６】
（実験２）
本発明者らは、水中不分離性コンクリートにおいて、砂を細骨材とする供試体Ｂ１と、クリンカアッシュを細骨材とする供試体Ｂ２と、を作製した。すなわち、供試体Ｂ１の細骨材はその１００％が砂であり、供試体Ｂ２の細骨材はその１００％がクリンカアッシュである。
【００２７】
コンクリートの配合は、次の通りとした。
水      ：２２容積％
セメント：１４容積％
細骨材（砂又はクリンカアッシュ）：２８容積％
粗骨材  ：３６容積％
増粘剤  ：0.1重量％
分散剤  ：0.2重量％
なお、増粘剤としてはUWB（三井化学産資株式会社製）を用い、分散剤としてはフローリックNSW（株式会社フローリック製）を用いた。
【００２８】
そして、各材齢において各々の供試体Ｂ１，Ｂ２の圧縮強度を測定し、図２のグラフに示した。図２に示される通り、水中不分離性コンクリートにおいては、細骨材の砂をクリンカアッシュに置換することにより、圧縮強度が低下することが判った。但し、普通コンクリートの場合（図１）よりも圧縮強度の低下の度合いは小さい。また，流動性は安定し使用に遜色ない性状が得られた。このように、水中不分離性コンクリートにおいても、単に細骨材としてクリンカアッシュを使用するだけでは、コンクリート構造物の強度低下を免れないことが判った。
【００２９】
（実験３）
本発明者らは、水中不分離性コンクリートにおいて、クリンカアッシュを細骨材とし海水を使用して作製した供試体Ｃ２を作製した。すなわち、供試体Ｃ２の細骨材はその１００％がクリンカアッシュであり、使用した水はその１００％が海水である。
【００３０】
コンクリートの配合は、次の通りとした。
水（海水）  ：２２容積％
セメント：１４容積％
細骨材（砂又はクリンカアッシュ）：２８容積％
粗骨材  ：３６容積％
増粘剤  ：0.1重量％
分散剤  ：0.2重量％
なお、増粘剤としてはUWB（三井化学産資株式会社製）を用い、分散剤としてはフローリックNSW（株式会社フローリック製）を用いた。
【００３１】
そして、各材齢において供試体Ｃ２の圧縮強度を測定し、前述の供試体Ｂ１の圧縮強度と比較して図３のグラフに示した。図３に示される通り、クリンカアッシュを細骨材とした水中不分離性コンクリート（供試体Ｃ２）においては、供試体Ｂ１よりも圧縮強度が向上することが判った。これは、海水中の塩化物イオンの影響であると考えられる。従って、水中不分離性コンクリートにおいては、細骨材として砂の代わりにクリンカアッシュを使用した場合でも、海水を使用することによって、コンクリート構造物の強度を維持（もしくは向上）することができることが判った。
【００３２】
（実験４）
本発明者らは、細骨材における砂とクリンカアッシュとの混合割合と、コンクリート構造物の圧縮強度と、の関係について実験を行った。具体的には、砂とクリンカアッシュとを混合して細骨材とし海水を使用して供試体を作製した。そして、砂とクリンカアッシュとの混合割合を変えながら６種類の供試体Ｄ２を作製した。また、比較のため、砂とクリンカアッシュとを混合して細骨材とし淡水を使用して供試体を作製した。そして、砂とクリンカアッシュとの混合割合（重量比）を変えながら６種類の供試体Ｄ１を作製した。
【００３３】
６種類の供試体Ｄ２の圧縮強度と、６種類の供試体Ｄ１の圧縮強度とを測定し図４に示した。図４のグラフの横軸「クリンカアッシュ重量比」は、細骨材全体に対するクリンカアッシュの重量比を％で表した値である。また、同グラフに示す各圧縮強度は、供試体Ｄ１のうちクリンカアッシュ重量比を０％とした場合の圧縮強度を１．００として比で表すものである。
【００３４】
供試体Ｄ１（淡水使用），Ｄ２（海水使用）ともに、細骨材中のクリンカアッシュ含有割合が高くなるに従って、圧縮強度が低下することが判る。しかしながら、供試体Ｄ２では、クリンカアッシュ重量比を１００％とした場合であっても、供試体Ｄ１でクリンカアッシュ重量比０％の場合よりも高い圧縮強度が得られている。また、供試体Ｄ２においては、クリンカアッシュ重量比が５０％を超えたところで、圧縮強度が比較的大きく低下することが判った。換言すれば、クリンカアッシュ重量比が５０％以下であれば、圧縮強度低下が最低限に抑えられることが判った。
【００３５】
（実験５）
本発明者らは、まず、普通コンクリートにおいて、砂を細骨材とするコンクリートサンプルＥ１と、クリンカアッシュを細骨材とするコンクリートサンプルＥ２と、を作製した。すなわち、サンプルＥ１の細骨材はその１００％が砂であり、サンプルＥ２の細骨材はその１００％がクリンカアッシュである。
【００３６】
このとき、目標スランプ値を１０ｃｍとし、コンクリートの配合を次の通りとした。
水      ：１７容積％
セメント：１０容積％
細骨材（砂又はクリンカアッシュ）：３５容積％
粗骨材  ：３８容積％
分散剤  ：0.2重量％
なお、分散剤としては、フローリックS（株式会社フローリック製）を用いた。
【００３７】
サンプルＥ１，Ｅ２を、それぞれ１０バッチ分作製し、各バッチのスランプ値をJIA A1101のスランプ試験によって測定した。
【００３８】
次に、本発明者らは、水中不分離性コンクリートにおいて、砂を細骨材とするコンクリートサンプルＦ１と、クリンカアッシュを細骨材とするコンクリートサンプルＦ２と、を作製した。すなわち、サンプルＦ１の細骨材はその１００％が砂であり、サンプルＦ２の細骨材はその１００％がクリンカアッシュである。
【００３９】
このとき、目標スランプフローを５５ｍｍとし、コンクリートの配合を次の通りとした。
水      ：２２容積％
セメント：１４容積％
細骨材（砂又はクリンカアッシュ）：２８容積％
粗骨材  ：３６容積％
増粘剤  ：0.1重量％
分散剤  ：0.2重量％
なお、増粘剤としてはUWB（三井化学産資株式会社製）を用い、分散剤としてはフローリックNSW（株式会社フローリック製）を用いた。
【００４０】
サンプルＦ１，Ｆ２を、それぞれ１０バッチ分作製し、各バッチのスランプフロー値をJIAA 1101のスランプ試験によって測定した。
【００４１】
サンプルＥ１，Ｅ２，Ｆ１，Ｆ２の各１０バッチ分の測定値は、下表１に示す通りである。また、上記の各１０バッチ分の測定値に基づき、サンプルＥ１，Ｅ２のスランプの平均値を図５（ａ）に示し、サンプルＦ１，Ｆ２のスランプの平均値を図５（ｂ）に示した。
【表１】
2014024709.tif 000002
【００４２】
図５（ａ）に示される通り、サンプルＥ１の測定値とサンプルＥ２の測定値とを比較すれば、サンプルＥ２の測定値の方がバラつきが大きいことが判る。これは、普通コンクリートにおいて、細骨材を砂からクリンカアッシュに変更した場合には、スランプ値のバラつきが大きくなり、品質を安定させることが困難になることを意味する。従って、普通コンクリートにおいては、細骨材としてクリンカアッシュを使用することは好ましくないことが判った。
【００４３】
これに対して、図５（ｂ）に示される通り、サンプルＦ１の測定値とサンプルＦ２の測定値とを比較すれば、サンプルＦ２の測定値のバラつきは、サンプルＦ１の測定値のバラつきに比較して、極端に増加することはないことが判る。従って、水中不分離性コンクリートにおいては、細骨材を砂からクリンカアッシュに変更した場合においても、スランプ値のバラつきが極端に大きくなることはなく、品質の安定性が極端に悪化することもないと考えられる。
【００４４】
従って、細骨材としてクリンカアッシュを使用することは、水中不分離性コンクリートに適用されることが特に好ましいことが判った。
【００４５】
以上の実験１〜５により、本実施形態のコンクリートによれば、コンクリートの性能を維持しながらも、クリンカアッシュのコンクリート材料としての有効利用を図ることができることが確認された。また、細骨材全体に対するクリンカアッシュの重量比を、５０％以下とすることで、クリンカアッシュの使用によるコンクリート構造物の強度低下を最低限に抑えることができることが判った。
【００４６】
（第２実施形態）
本実施形態のコンクリートは、水と、セメントと、粗骨材と、細骨材と、増粘剤と、分散剤と、を混合してなり、高流動コンクリートとして使用される。ここで、「高流動コンクリート」とは、増粘剤を含む点において通常のコンクリートとは異なるものであり、具体的には、JIA A 1101 の「コンクリートのスランプ試験」においてスランプフローが500〜700mmの範囲にあるコンクリートを言う。
【００４７】
本実施形態のコンクリートを高流動コンクリートとして使用する場合には、水中不分離性コンクリートとして使用する場合（第１実施形態）に比較して、増粘剤の添加量及び種類とを変えればよい。具体的には、増粘剤の配合比率を約0.01重量％とし、増粘剤としては、例えば「グッドフロー（株式会社フローリック製）」を用いる。これら以外の構成は、水中不分離性コンクリートとして使用する場合（第１実施形態）の構成と同様であるので、重複する説明を省略する。以上のような構成により、本実施形態のコンクリートは、高流動コンクリートとしての機能を備える。
【００４８】
そして、本実施形態のコンクリートでは、第1実施形態と同様に、塩化物イオンを含む塩化物イオン源（例えば、海水、早強剤）が混合され、細骨材にクリンカアッシュが含まれている。このように、本発明は、本実施形態のように高流動コンクリートにも適用可能であり、本実施形態のコンクリートは前述の第１実施形態のコンクリートと同様の作用効果を奏する。
【００４９】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限られるものではなく、各請求項に記載した要旨を変更しない範囲で変形したものであってもよい。
【図１】
2014024709.tif 000003
【図２】
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【図３】
2014024709.tif 000005
【図４】
2014024709.tif 000006
【図５】
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