(57)【要約】【課題】ＡＥコンクリートにおいて、耐凍害性を確保するために必要な気泡間隔係数に代わる新たな基準について探求し、その新たな基準を満たすことにより確実に耐凍害性を有するものとなるＡＥコンクリートを提供すること。【解決手段】硬化コンクリート中の気泡弦長が１μｍ以上の気泡の総数に対する、気泡弦長が５０〜１００μｍである気泡の数の割合が２０％以上を占め、かつ、硬化コンクリート中の気泡弦長が１μｍ以上の気泡の総数に対する、気泡弦長が１〜３０μｍである気泡の数の割合が２０％未満であることを特徴とする耐凍害性を有するＡＥコンクリートである。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
硬化コンクリート中の気泡弦長が１μｍ以上の気泡の総数に対する、気泡弦長が５０〜１００μｍである気泡の数の割合が２０％以上を占め、かつ、硬化コンクリート中の気泡弦長が１μｍ以上の気泡の総数に対する、気泡弦長が１〜３０μｍである気泡の数の割合が２０％未満であることを特徴とする耐凍害性を有するＡＥコンクリート。
【請求項２】
さらに、硬化コンクリート中の気泡弦長が１μｍ以上の気泡の総数に対する、気泡弦長が６０〜９０μｍである気泡の数の割合が１５％以上を占める請求項１に記載のＡＥコンクリート。
【請求項３】
硬化コンクリート中の空気量が４．０容量％以上である請求項１または２に記載のＡＥコンクリート。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、混和剤としてＡＥ剤を配合した、耐凍害性を有するＡＥコンクリートに関する。
【背景技術】
【０００２】
コンクリート内部に気泡を意図的に作るための混和剤としてＡＥ剤を使用しているＡＥコンクリートは、凍結融解に対する抵抗性とワーカビリティーが優れることが知られている。このようなＡＥコンクリートにおいて、耐凍害性を向上させたコンクリートを製造するには、良好な空気を多く連行することが有効であるといわれている。その指標として、気泡間隔係数があり、一般的に気泡間隔係数が２５０μｍ以下であれば、耐凍害性を有したコンクリートが得られるといわれている。
【０００３】
このようなＡＥコンクリートとして、例えば、特開２００８−１９４８６７号公報（特許文献１）には、セメント、細骨材、粗骨材、セメント分散剤、特定の液状泡沫体および錬り混ぜ水を用い、錬り混ぜ水が抗火石と接触させた水であるＡＥコンクリートが記載され、得られた硬化体の気泡間隔係数が、１００〜３５０μｍの範囲内であることが記載されている。また、特開２００８−２８５３３６号公報（特許文献２）にも、セメント、水、細骨材、粗骨材、セメント分散剤、乾燥収縮低減剤および特定の液状泡沫体を用いて調製したコンクリートであって、連行空気量が３〜８容量％であり、得られた硬化体の気泡間隔係数が、１００〜３００μｍの範囲内であるＡＥコンクリートが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−１９４８６７号公報
【特許文献２】特開２００８−２８５３３６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、現実のＡＥコンクリートを見た場合、気泡間隔係数が２５０μｍ以下であっても、実際に耐凍害性が確保されないという事例が数多くあり、耐凍害性の確保には、気泡間隔係数だけでは、評価できないという問題があった。
そこで、本発明は、ＡＥコンクリートにおいて、耐凍害性を確保するために必要な気泡間隔係数に代わる新たな基準について探求し、その新たな基準を満たすことにより確実に耐凍害性を有するものとなるＡＥ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】
【０００６】
本発明者は、耐凍害性を確保するには、気泡間隔係数に注目するのではなく、硬化コンクリート中における気泡の総数に対する特定の気泡径を有する気泡の分布が重要であることを見い出し、この知見に基づき気泡の総数に対する気泡の分布が特定の範囲となるように調整することにより、耐凍害性を有するＡＥコンクリートを提供できることを見い出し本発明を完成した。
【０００７】
すなわち、本発明は、
［１］  硬化コンクリート中の気泡弦長が１μｍ以上の気泡の総数に対する、気泡弦長が５０〜１００μｍである気泡の数の割合が２０％以上を占め、かつ、硬化コンクリート中の気泡弦長が１μｍ以上の気泡の総数に対する、気泡弦長が１〜３０μｍである気泡の数の割合が２０％未満であることを特徴とする耐凍害性を有するＡＥコンクリート。
［２］  さらに、硬化コンクリート中の気泡弦長が１μｍ以上の気泡の総数に対する、気泡弦長が６０〜９０μｍである気泡の数の割合が１５％以上を占める［１］に記載のＡＥコンクリート。
［３］  硬化コンクリート中の空気量が４．０容量％以上である［１］または［２］に記載のＡＥコンクリート。
【０００８】
本発明でいう「気泡弦長」とは、ＡＳＴＭ  Ｃ  ４５７で規定されている、いわゆるリニアトラバース法により定められるもので、トラバース線に沿って気泡断面を観察した際に、トラバース線と気泡断面とが交差したときのトラバース線の長さ、すなわち、気泡を分割する弦長を意味するものであり、本発明では、気泡弦長の測定に際して、リニアトラバース線上にあるすべての気泡のうち、気泡弦長が１μｍ以上のものを計測の対象とし、各気泡の弦長を計測し、その気泡数を求めたものである。この気泡弦長が１μｍ以上の気泡の総数を「総気泡数」という。
【０００９】
具体的には、直径１０ｃｍ×高さ２０ｃｍ円柱供試体について、高さ方向中央より約５０ｍｍの厚さの部分を切り取り、測定用試料とした。測定は、試料の両面について、３０倍の顕微鏡を用いて、ＡＳＴＭ  Ｃ  ４５７に従って行い、両者を合わせた全測定結果より、試料の気泡システムのパラメータおよび空気量を求めた。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、より確実に耐凍害性を有するＡＥコンクリートが提供できる。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明における、ＡＥコンクリートは、水、セメントおよび骨材その他の添加剤を含む配合物であり、添加剤として少なくともＡＥ剤、ＡＥ減水剤あるいは高性能ＡＥ減水剤などの混和剤を配合することにより、コンクリート中に独立した気泡を連行させたものであり、硬化コンクリート中の気泡弦長が５０〜１００μｍである気泡の数の割合が、硬化コンクリート中の総気泡数の２０％以上を占めるとともに、硬化コンクリート中の気泡弦長が１〜３０μｍである気泡の数の割合が、硬化コンクリート中の総気泡数の２０％未満となるように空気が連行されたＡＥコンクリートである。
【００１２】
本発明において使用することができるセメントとしては、一般にコンクリートに使用されているセメントが使用でき、例えば普通ポルトランドセメント、早強ポルトランドセメント、超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、耐硫酸塩ポルトランドセメント等のポルトランドセメント、高炉セメント、シリカセメント、フライアッシュセメント等の混合セメント、またはこれらのセメントと、高炉スラグ、フライアッシュ、シリカフューム、石灰石粉等の混和材を組み合わせたセメント、さらには高ビーライト系セメント、油井セメント、高硫酸塩スラグセメント、アルミナセメント、マグネシヤセメント、耐酸セメント、超速硬セメント等の特殊セメントなどをあげることができる。これらのセメントは必要に応じて１種または２種以上組み合わせて用いることもできる。
【００１３】
骨材としては、目的に応じて砂、砂利、砕石、人工骨材、再生骨材、人工軽量骨材など任意のものが使用でき、粒子の大きさにより、５ｍｍ以下の「細骨材」および５ｍｍを超える「粗骨材」とに分けられる。
【００１４】
セメント配合物における水／セメント比（Ｗ／Ｃ）、セメント／骨材比は任意であり、一般のコンクリートと同様とすることができるが、一般的には水／セメント比が２０〜９０重量％、好ましくは３０〜７０重量％、特に好ましくは４０〜５５重量％であり、セメント／骨材比は一般的には１０〜２００重量％、好ましくは１５〜１００重量％とするのが好適である。また、細骨材と粗骨材との質量比率（ｓ／ａ）は、一般に、１５〜８０程度、好ましくは２５〜６０、特に好ましくは３５〜４５とするのが好ましい。
【００１５】
本発明において使用するＡＥ剤などの混和剤は、セメント配合物に微細な独立気泡を連行できる混和剤であり、直径３００μｍ以下、好ましくは２０〜２００μｍの独立気泡を３〜６容量％連行できるものがよい。このような混和剤としては、ＪＩＳ  Ａ  ６２０４のＡＥ剤、ＡＥ減水剤および高性能ＡＥ減水剤およびそれらと同等の性能を有する化合物があげられ、市販品を使用することもできる。これらは１種単独で使用してもよく、また２種以上を併用してもよい。
【００１６】
ＡＥ剤としては、具体的には、脂肪酸塩、樹脂酸塩等の石鹸系ＡＥ剤、高級アルコール硫酸エステル塩、ポリオキシエチレンアルキルエーテル硫酸エステル塩等の硫酸エステル系ＡＥ剤、ポリオキシエチレンアルキルエーテル、ポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテル等のエーテル系ＡＥ剤（ただし、アルキルは炭素数８以上）、ポリオキシエチレンソルビタン脂肪酸エステル系ＡＥ剤、ベタイン系ＡＥ剤、イミダゾリンベタイン系ＡＥ剤等を使用することができる。
【００１７】
ＡＥ減水剤としては、主成分としてリグニンスルホン酸塩もしくはその誘導体、オキシ有機酸塩、アルキルアリールスルホン酸塩、ポリオキシエチレンアルキルアリールエーテル類、ポリオール複合体、高級アルコールのスルホン酸塩等を含む化合物を使用することができ、前述したＡＥ剤を一部に含有することもできる。
【００１８】
高性能ＡＥ減水剤としては、主成分としてポリカルボン酸エーテル類、変性リグニンスルホン酸塩、アルキルアリールスルホン酸塩、芳香族アミノスルホン酸塩、変性ナフタレンスルホン酸塩、変性メチロールメラミン縮合物、メラミンスルホン酸塩等を使用することができ、前述したＡＥ剤を一部に含有することもできる。
【００１９】
本発明のＡＥコンクリートには、その目的を損なわない限度で、必要に応じて他のセメント用添加剤として、高炉スラグ、フライアッシュ、シリカ質混合材あるいはカルシウムサルファアルミネート系や石灰系の膨張材のような混和材の他、減水剤、流動化剤、分離低減剤、気泡剤、発泡剤、凝結・硬化調節剤、急結剤、防錆剤、防水材などの各種混和剤を併用することもできる。
【００２０】
本発明のＡＥコンクリートは、水、セメントならびに骨材および他の添加剤を含む配合物に、ＡＥ剤、ＡＥ減水剤あるいは高性能ＡＥ剤などを添加、混合して練り上げることにより製造することができる。
ＡＥ剤、ＡＥ減水剤あるいは高性能ＡＥ剤などの添加は練り混ぜ水に予め溶解、分散させたり、あるいは注水と同時に添加することができる。混合、練り混ぜは従来と同様に行うことができ、一般に使用されているミキサを使用して行うことができる。
【００２１】
本発明のＡＥコンクリートは、次のような気泡の分布を有するものである。
（１）硬化コンクリート中の気泡弦長が１〜３０μｍである気泡の数の割合が硬化コンクリート中の総気泡数の２０％未満であり、硬化コンクリート中の気泡弦長が５０〜１００μｍである気泡の数の割合が、硬化コンクリート中の総気泡数の２０％以上である。より好ましくは、硬化コンクリート中の気泡弦長が６０〜９０μｍである気泡の数の割合は、硬化コンクリート中の総気泡数の１５％以上という気泡分布を有するものである。ここで、硬化コンクリート中の気泡の最少の気泡径としては、１μｍ程度であるが、最大の気泡径としての上限はないが、一般的には、５０００μｍ程度のものである。
（２）また、硬化コンクリート中の空気量は、好ましくは４．０％以上である。この空気量は混練中に巻き込まれた空気（エントラップトエアー）とＡＥ剤により連行された空気（エントレインドエアー）の両者の合計量を意味する。なお、エントラップトエアーの量は、通常約１〜２容量％程度である。
【００２２】
このような気泡の分布を有するＡＥコンクリートは、ＡＥ剤、ＡＥ減水剤あるいは高性能ＡＥ剤などの種類やその添加量、あるいは、混練り条件（撹拌温度、撹拌時間、撹拌強度など）を調整することに得ることができる。
【００２３】
例えば、ＡＥ剤、ＡＥ減水剤あるいは高性能ＡＥ剤などの種類としては、ＪＩＳ品であれば、いずれのものでも用いることができるが、その添加量としては、ＡＥ剤の種類あるいは使用したセメントや骨材の種類などにより異なり、一概には定めることができないものの、これらのＡＥ剤などの添加量が増大するにつれて、連行空気の量も増大することから、連行される空気量が３〜６容量％となるような量に調整することが好ましい。
【００２４】
一方、混練りの条件としては、コンクリートの流動性、混練りの温度、撹拌時間などの影響を受け、例えば、コンクリートの流動性としては、軟練りとした方が、また、混練りの温度は低い方が多くの気泡が得られる。一方、撹拌時間としては、ある程度までは長くした方が多くの気泡が得られるものの、あまりに長時間撹拌すると気泡は減少することになるので、空気量や気泡の大きさにあうような撹拌時間とすることが必要となる。
【００２５】
また、空気連行性は、コンクリートの組成とも関連し、セメントの種類や粒度、骨材の種類、粒径あるいは量、混和材料、回収水などの影響を受け、次のような関係になることが知られている。
【００２６】
【表１】
2014193781.tif 000002
【００２７】
本発明では、以上の点を組み合わせて、所定の気泡の分布をもつように、調製することができる。また、ＡＥ剤と消泡剤の添加によって空気量や気泡分布を調整することもでき、例えば、消泡剤によりＡＥ剤が連行する特定の大きさの気泡を消することにより、気泡の大きさを所望の範囲とすることができる。この際、混和剤メーカーが提供している連行される気泡径の大きさや、消泡できる気泡径の大きさなどを参考にすることもできる。
【００２８】
上記のようにしてセメントや骨材などを含むコンクリートの配合物に、上記のＡＥ剤、ＡＥ減水剤あるいは高性能ＡＥ剤などを添加、混合して練り上げることにより、空気が好ましくは４容量％以上連行され、特定の気泡径を有する気泡数が総気泡数に対して特定の割合となるように、均一に分散することができる。この状態でコンクリートを硬化させると、耐凍結性に優れたＡＥコンクリートの硬化体が得られる。
【００２９】
従来のＡＥコンクリートにおいては、優れた耐凍害性を示すためには、その気泡間隔係数を２５０μｍ以下にすることが必要であるとされていたが、本発明により、耐凍害性を確実に発揮するためには、単に気泡間隔係数を２５０μｍ以下にするだけでは達成できず、本発明で規定する気泡の分布を有しなければならないことが明らかになった。
気泡間隔係数は、コンクリート中で平均してどれくらいの間隔で気泡が分布しているかを意味するものであり、空気量が同じであれば、小さな気泡の場合ほど、気泡の数が多くなり、気泡間隔係数が小さくなる。気泡間隔係数が小さいということは、それだけ隣り合う気泡間の距離が短くなることであり、凍結による圧力の逃げ場が近くなり、膨張圧の緩和には有利に働き、耐凍害性には有利に働くと考えられるものの、実際には、その分布状態が重要なのであり、小さな気泡が多すぎても耐凍害性が低下してしまうことになる。
これは、小さな気泡が多ければ、凍結による膨張圧の逃げ場が近くなり、耐凍害性には有利と考えられるが、実際に耐凍害性を向上させるためには、小さな気泡のみが寄与するのではなく、全体の気泡のバランスが重要であることがわかった。
【００３０】
なお、本発明には、ＡＥコンクリートだけではなく、同様な気泡の分布を有するコンクリートペーストやモルタルにおいても同様に耐凍結性を付与することができ、これらのコンクリートペーストやモルタルも含まれるものである。
さらに、本発明では、ＡＥコンクリートの硬化物中の気泡をいわゆるリニアトラバース法により気泡弦長の大きさを顕微鏡により測定し、その分布を算出することにより、コンクリートが有する耐凍害性についての評価をすることができる、という簡便な評価方法も提供される。
【実施例】
【００３１】
以下、本発明の実施例および比較例について説明する。
【００３２】
実施例１〜５、比較例１〜４
表２に示すような、セメントを用い、セメント、水、粗骨材、細骨材、フライアッシュおよびＡＥ剤を所定の量で配合して、同一の性状を有するＡＥコンクリート「３０−１８−２０」を調製した。このＡＥコンクリート「３０−１８−２０」とは、呼び強度３０Ｎ／ｍｍ2、スランプ１８ｃｍ、粗骨材最大寸法２０ｍｍを意味するものである。
【００３３】
なお、細骨材としては、山砂、砕砂を、粗骨材としては、砕砂を、フライアッシュとしては、II種品をそれぞれ用い、ＡＥ剤としては、アルキルエーテル型陰イオン界面活性剤（商品名：マイクロエア１０１、ＢＡＳＦジャパン社製）を用いた。なお、表中で、Ｃはセメント、Ｗは水、Ｓは細骨材、Ｇは粗骨材、Ｆはフライアッシュ、Ｗ／Ｃは水セメント比、ｓ／ａは細骨材率を、それぞれ示している。また、ＡＥ剤はコンクリートの空気量が４．５±１．５容量％となるような量に適宜調整した。なお、この場合、ＡＥ剤の配合量としては、セメントに対して、０．０００１〜０．０２質量％程度の量になる。
【００３４】
【表２】
2014193781.tif 000003
【００３５】
次に、得られた各ＡＥコンクリートについて、２８日間水中養生により硬化した硬化コンクリートの表面を研磨仕上げして供試体とし、ＡＳＴＭ  Ｃ４７５にしたがい、リニアトラバース法により気泡の大きさを顕微鏡により測定し、気泡間隔係数および総気泡数に対する、気泡弦長が１〜３０μｍ、５０〜１００μｍ、および６０〜９０μｍである気泡の数の割合を求めた。
また、得られた各ＡＥコンクリートについて、硬化コンクリート中の空気量をＡＳＴＭ  Ｃ４７５により、算出した。
【００３６】
次いで、得られた各ＡＥコンクリートについて、ＪＩＳ  Ａ１１３８にしたがい、成形体を調製し、２８日間、水中で養生して、供試体とし、ＪＩＳ  Ａ１１４８Ａ法にしたがい、コンクリートの凍結融解抵抗性を測定し、耐久性指数（％）を求めた。
得られた結果を表３に示した。
【００３７】
【表３】
2014193781.tif 000004
【００３８】
表３によると、硬化コンクリート中の気泡弦長が５０〜１００μｍである気泡の数の割合が、硬化コンクリート中の総気泡数の２０％以上を占め、かつ、硬化コンクリート中の気泡弦長が１〜３０μｍである気泡の数が、硬化コンクリート中の総気泡数の２０％未満となるコンクリートを製造することにより、確実に耐凍害性を有するコンクリートを提供することができることがわかる。そして、気泡弦長が１〜３０μｍという小さな粒径を有する気泡の気泡数の総気泡数に対する割合が、２０％を超えると、耐凍害性を示す耐久性指数が大幅に低下すること（なお、この耐久性指数は、６０％以上であることが耐凍害性の確保には必要である。）、および、気泡弦長が５０〜１００μｍという粒径の気泡の気泡数の総気泡数に対する割合が、２０％を下廻ると、同様に耐凍害性を示す耐久性指数が大幅に低下することから、気泡弦長が１〜３０μｍである気泡の数の総気泡数に対する割合が２０％未満であり、気泡弦長が５０〜１００μｍである気泡の数の総気泡数に対する割合が２０％以上であることは、それぞれの割合を示す数値が臨界的な技術的意味を有していることがわかる。
また、気泡弦長が６０〜９０μｍである気泡の数の総気泡数に対する割合が、１５％以上であれば、より耐凍害性に対して有効であることもわかる。さらに、空気量が、４．０容量％以上であれば、優れた耐凍害性を有するものとなることもわかる。