(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋼繊維が配合されかつ高流動性を有するコンクリートの配合設計を行なうに際し、暫定配合したコンクリート試料からウェットスクリーニングによりモルタル試料を調製し、該モルタル試料における塑性粘度または降伏値に基づいて前記コンクリート試料における鋼繊維の分離特性を判定するとともに、該コンクリート試料の鋼繊維に関する分離指数が所定値以下となるように前記モルタル試料の塑性粘度または降伏値の値を決定することを特徴とする高流動鋼繊維補強コンクリートの配合設計方法。
【請求項２】
前記モルタル試料における塑性粘度の代用値として漏斗流下時間を採用し、該漏斗流下時間と前記分離指数との関係を予め求めておいて、前記分離指数が所定値以下となるように前記漏斗流下時間の値を決定し、かつ、該漏斗流下時間の調節を前記コンクリート試料に配合する増粘剤の配合量の調節により行なうことを特徴とする請求項１記載の高流動鋼繊維補強コンクリートの配合設計方法。
【請求項３】
前記モルタル試料における降伏値の代用値としてモルタルのスランプフローを採用し、該モルタルのスランプフローと前記分離指数との関係を予め求めておいて、前記分離指数が所定値以下となるように前記モルタルのスランプフローの値を決定し、かつ、該モルタルのスランプフローの調節を前記コンクリート試料に配合する増粘剤の配合量の調節により行なうことを特徴とする請求項１または２記載の高流動鋼繊維補強コンクリートの配合設計方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、鋼繊維が配合されかつ高流動性を有する高流動鋼繊維補強コンクリートに適用する配合設計方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
周知のように、高流動コンクリートは、フレッシュコンクリート（いわゆる生コン）の状態において材料分離が生じることのない良好な材料分離抵抗性を維持しつつ、たとえばスランプが２５ｃｍ以上、スランプフローが５０ｃｍ以上といった著しい流動性を有するものであって、自重のみで型枠内の隅々まで充填される自己充填性を有することから、近年多用されるようになってきている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、この種の高流動コンクリートに鋼繊維を配合して曲げ強度やひび割れ抵抗性を高めることが検討されている。そのような高流動鋼繊維補強コンクリートにおいては鋼繊維が分離してしまうことのないような配合設計が必要となるが、高流動鋼繊維補強コンクリートといった特殊なコンクリートにおける有効な配合設計手法は未だ確立されていないことが実情である。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記事情に鑑み、本発明は、鋼繊維が配合されかつ高流動性を有するコンクリートの配合設計を行なうに際し、暫定配合したコンクリート試料からウェットスクリーニングによりモルタル試料を調製し、該モルタル試料における塑性粘度または降伏値に基づいて前記コンクリート試料における鋼繊維の分離特性を判定するとともに、該コンクリート試料の鋼繊維に関する分離指数が所定値以下となるように前記モルタル試料の塑性粘度または降伏値の値を決定することを特徴とする。
【０００５】
本発明においては、前記モルタル試料における塑性粘度の代用値として漏斗流下時間を採用することが現実的であり、該漏斗流下時間と前記分離指数との関係を予め求めておいて、前記分離指数が所定値以下となるように前記漏斗流下時間の値を決定し、かつ、該漏斗流下時間の調節を前記コンクリート試料に配合する増粘剤の配合量の調節により行なうことが好適である。
【０００６】
また、前記モルタル試料における降伏値の代用値としてはモルタルのスランプフローを採用することが現実的であり、該モルタルのスランプフローと前記分離指数との関係を予め求めておいて、前記分離指数が所定値以下となるように前記モルタルのスランプフローの値を決定し、かつ、該モルタルのスランプフローの調節を前記コンクリート試料に配合する増粘剤の配合量の調節により行なうことが好適である。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の配合設計の実施形態を説明するが、それに先立ち、本発明の基礎となった知見について説明する。
【０００８】
本発明が対象とする高流動鋼繊維補強コンクリートにおける鋼繊維の分離特性は、図５に示すような分離試験により求められる分離指数ＳＩにより定量的に評価することができる。すなわち、所定規格の有底円筒状の容器１（たとえば直径１５ｃｍ、高さ３０ｃｍ、内容積約５．３リットル）内に対象とする高流動鋼繊維補強コンクリートの試料２を充填し、振動テーブル３により一定の振動（たとえば振動数５０Ｈｚ、振幅１．１ｍｍの垂直振動）を一定時間（たとえば３０秒間）与えることで強制的に分離が生じやすい状況をつくる。
【０００９】
上記のようにして試料２に振動を与えることで鋼繊維の分離が生じると、当初は試料２全体にわたって均等に分散していた鋼繊維は試料２の下部に次第に沈み込んでいき、その結果、試料２の下部での鋼繊維密度が高まり上部での鋼繊維密度は低下することになる。そこで、容器１内の上部と底部からそれぞれ等量（たとえば２リットルづつ）の試料２ａ，２ｂを採取し、それら上部試料２ａ、下部試料２ｂ中の鋼繊維の重量ＳＦ１，ＳＦ２をそれぞれ計測し、それらＳＦ１，ＳＦ２の値から次式に基づき鋼繊維に関する材料分離指数ＳＩを算定する。
【００１０】
ＳＩ＝｛（ＳＦ２−ＳＦ１）／（ＳＦ１＋ＳＦ２）｝×１００
ＳＩ  ：鋼繊維に関する材料分離指数（％）
ＳＦ１：上部試料中の鋼繊維の重量（ｇ）
ＳＦ２：下部試料中の鋼繊維の重量（ｇ）
【００１１】
上記により得られる指数ＳＩの値は、両試料２ａ，２ｂ中における鋼繊維量の偏差の度合いを示すもので、分離が顕著に生じているほど大きな値となる。つまり、理論的に鋼繊維が完全に分離してその全量が試料の下部に沈み込んでしまったとすると、ＳＦ１＝０となるからＳＩ＝１００％となり、逆に、分離が全く生じていない状況では、当初の均等分散状況が維持されてＳＦ１＝ＳＦ２となっているからＳＩ＝０％となり、分離の状況に応じて指数ＳＩの値は０〜１００％の範囲内で任意の値となる。したがって、様々な試料に対して上記のような試験を行い、指数ＳＩの値と分離発生状況との関係を予め把握しておくことにより、試料の指数ＳＩを算定することでその分離特性を客観的に定量化できることになる。
【００１２】
そして、一般的には上記の指数ＳＩが３０％以下であればワーカビリティーに悪影響を及ぼすような分離が生じないことが判明している。したがって以下の実施形態では分離指数ＳＩが３０％以下となるような配合設計を行なうことを主眼とする。
【００１３】
ところで、配合設計に際して上記のような分離試験を行なって試料の分離指数ＳＩをそのつど求め、それが適正値となっているか否かを判定することは繁雑な手間を要するので得策ではなく、本発明では、以下の知見に基づき、より簡便な手法として試料のレオロジー特性から分離特性を間接的に判定することとする。
【００１４】
すなわち、本発明者の研究によると、高流動鋼繊維補強コンクリートにおける鋼繊維の分離特性はそのレオロジー特性により決定され、レオロジー特性を適正に設定すれば分離特性も適正に維持できることが判明した。そして、コンクリートのレオロジー特性は、材料分離特性に関する指標である塑性粘度と、流動性に関する指標である降伏値（塑性粘度と降伏値を総称してレオロジー定数という）により定量的に把握できるから、それら塑性粘度や降伏値の値と分離指数ＳＩの値との関係を予め求めておき、分離指数ＳＩが適正範囲（上述のように一般的には３０％以下）となるように試料の塑性粘度や降伏値の値を決定すれば、分離を生じない良好なコンクリートを得ることができることになる。
【００１５】
ここで、フレッシュコンクリートの塑性粘度や降伏値は、本来的には回転翼型粘度計や二重円筒型回転粘度計により計測されるものであるが、それらの粘度計により塑性粘度や降伏値を求める試験は分離試験を行なうよりも繁雑となるので無意味であり、塑性粘度や降伏値の代用特性として漏斗流下時間およびスランプフローを採用することが現実的である。漏斗流下時間は所定規格の漏斗を用いてその内部に試料であるコンクリートを充填し、それを鉛直姿勢として両端を開放した際に試料の全量が落下するに要する時間として求められる値であり、スランプフローはスランプコーンによるスランプ試験を行なった際における試料の水平的な広がりの程度を示すものであり、それぞれフレッシュコンクリートの材料分離特性と流動性に関する指標として簡便に求められるものである。
【００１６】
しかし、そのような漏斗流下時間およびスランプフローをコンクリートの塑性粘度および降伏値の代用値として用い、それら漏斗流下時間およびスランプフローの値と分離指数ＳＩとの関係を求めてみると、それらの間には必ずしも明確な相関が得られず、したがってコンクリートの漏斗流下時間やスランプフローの値からは分離特性を必ずしも有効に評価できないことが判明した。これはコンクリート中の粗骨材や鋼繊維の影響が大きいことに起因していると考えられる。
【００１７】
そこで、粗骨材や鋼繊維の影響を排除するべく、粗骨材や鋼繊維を含まないモルタル試料に着目し、コンクリート試料に対してウェットスクリーニングを行なうことで粗骨材や鋼繊維を含まないモルタル試料を調製し、そのモルタル試料に対して図６（ａ）に示す規格の漏斗および（ｂ）に示す規格のスランプコーンを用いて漏斗流下時間とスランプフローを求めてみた。図６（ａ）に示す規格の漏斗はＫロートと称されるもので、両端が開放された全長５００ｍｍの断面円形のものとされ、上部１６０ｍｍの範囲が７０ｍｍ径、下部６０ｍｍの範囲が３０ｍｍ径、中間部分２８０ｍｍの範囲が滑らかなテーパ状に漸次縮径したものであり、このＫロートにより計測される漏斗流下時間をＫロート流下時間という。また、図６（ｂ）に示す規格のスランプコーンは、全高１５０ｍｍの円錐台状をなし、上蓋を有する上面部の径が５０ｍｍ径、無底の下面部の径が１００ｍｍ径とされたもので、通常のスランプコーンよりも小さいことからミニスランプコーンと称され、これにより計測されるスランプフローをミニスランプフローという。
【００１８】
そして、モルタル試料のＫロート流下時間およびミニスランプフローと、コンクリート試料（ウェットスクリーニング前の粗骨材と鋼繊維を含むもの）の分離指数ＳＩとの関係を求めてみると、図７および図８に示すようにそれらには明確な相関があることが判明した。すなわち、図７に示すように、粗骨材および鋼繊維を含むウェットスクリーニング前のコンクリート試料の分離指数ＳＩと、それらを除いたウェットスクリーニング後のモルタル試料のＫロート流下時間との間には、鋼繊維の混入量により若干のばらつきはあるものの明確な相関があり、分離指数ＳＩが３０％以下の分離特性が良好なコンクリートにおいては、そのモルタル成分のＫロート流下時間は必ず１３秒以上となっていることが判明した。また、図８に示すように、粗骨材および鋼繊維を含むウェットスクリーニング前のコンクリート試料の分離指数ＳＩと、それらを除いたウェットスクリーニング後のモルタル試料のミニスランプフローとの間には、やはり鋼繊維の混入量により若干のばらつきはあるものの明確な相関があり、分離指数が３０％以下の分離特性が良好なコンクリートにおいては、そのモルタル成分のミニスランプフローは必ず３８０ｍｍ以下となっていることが判明した。この関係は、鋼繊維の混入量が通常の設定範囲である０．５〜１．０％の範囲で常に満足し、また、図９に示すようにＫロート流下時間とミニスランプフローとは一方が決れば他方も一義的に決まるという関係にあることも判明した。
【００１９】
以上のことから、高流動鋼繊維補強コンクリートの鋼繊維に対する分離特性は、コンクリート試料から粗骨材と鋼繊維を除いたモルタル試料のＫロート流下時間およびミニスランプフローから評価できることが判明し、本発明はそのような知見を配合設計に応用したものである。以下、その配合設計の手順を図１〜図４を参照して具体的に説明する。
【００２０】
図１は本実施形態の配合設計の手順を示すフローチャートである。まず、コンクリートに要求される品質から暫定配合を行ない、たとえば図２に示すような配合のコンクリート試料を調製する。図２に示す配合は、水セメント比Ｗ／Ｃを４０％、鋼繊維混入率を１．０ｖｏｌ％、単位水量Ｗを２００Ｋｇ／ｍ３、単位セメント量Ｃを５００Ｋｇ／ｍ３、単位細骨材量Ｓを１，１２８Ｋｇ／ｍ３、単位粗骨材量Ｇを５４４Ｋｇ／ｍ３、単位鋼繊維量を７８．５Ｋｇ／ｍ３、混和剤として高性能（ＡＥ）減水剤（ＳＰ）を単位セメント量Ｃに対して２．０％、同じく混和剤として増粘剤を１，２００ｇ／ｍ３に設定したものである。鋼繊維としては直径０．６ｍｍ程度、長さ２５〜３０ｍｍ程度のものを用い、コンクリートに対する付着性を考慮して適宜折り曲げ加工やプレス加工を施すものとする。また、この配合のコンクリートのスランプフローは５０〜７０ｃｍの範囲に設定する。
【００２１】
上記の暫定配合のコンクリート試料に対し、目視により分離が生じていないかどうかの確認を行なったうえ、図１に示すようにスランプフロー試験を行なってスランプフローが設定値（５０〜７０ｃｍ）の範囲にあるか否かの確認を行ない、その範囲を満たしていなければ高性能（ＡＥ）減水剤の配合量を調節する。
【００２２】
スランプフローが設定値を満たすものとなったら、コンクリート試料に対してウェットスクリーニングを行ない、モルタル試料を調製する。すなわち、コンクリート試料を５ｍｍメッシュのスクリーンに通すことで粗骨材および鋼繊維コンクリートを除去してしまう。そして、スクリーンを通過したモルタル試料に対して図６（ａ）に示したＫロートを用いてＫロート流下試験を行ない、その結果が目標値である１３秒以上であればコンクリート試料の分離特性が良好（分離指数が３０％以下）であると判定できる。Ｋロート流下時間が１３秒未満であれば分離特性が不良であるとの判定となるから、その際は暫定配合をやり直すこととし、増粘剤の配合量を調節する。この際、図３に示すように増粘剤の配合量を多くするほどＫロート流下時間が大きくなるから、増粘剤量を増やす方向でその配合量を調節する。そして、暫定配合をやり直して新たに調製したコンクリート試料に対して再びウェットスクリーニングを行なって新たなモルタル試料を調製し、そのモルタル試料に対して同様にＫロート流下試験を行ない、Ｋロート流下時間が目標値である１３秒以上となるまで以上の手順を繰り返す。なお、暫定配合をやり直して再調製したコンクリート試料に対してはスランプフロー試験は省略して差し支えないが、図１に破線で示しているように再びスランプフロー試験を行なってスランプフローが適正範囲に維持されているかの確認を行なっても勿論良い。
【００２３】
Ｋロート流下時間が目標値を満足したら、続いて図６（ｂ）に示したミニスランプコーンを用いてモルタル試料のミニスランプフロー試験を行ない、その結果が目標値である３８０ｍｍ以下を満足していればコンクリート試料の分離特性は良好であると確認でき、以上で配合を決定する。仮にミニスランプフローが目標値を満足していなければ、暫定配合をやり直すこととし、増粘剤の配合量を調節する。この際、図４に示すように、増粘剤の配合量を多くするほどミニスランプフローが小さくなるから、増粘剤量を増やす方向でその配合量を調節する。そして、暫定配合をやり直して新たに調製したコンクリート試料から再びウェットスクリーニングによりモルタル試料を調製し、そのモルタル試料に対して再びＫロート流下試験、ミニスランプフロー試験を行ない、双方が目標値を満足するまで以上を繰り返す。
【００２４】
以上の配合設計手順によれば、暫定配合したコンクリート試料からウェットスクリーニングによりモルタル試料を調製し、そのモルタル試料に対して簡便なＫロート流下試験とミニスランプフロー試験を行なうことのみで、ウェットスクリーニング前のコンクリート試料の分離特性を判定できるから、コンクリート試料に対して分離指数ＳＩを直接的に計測するための分離試験を行なう必要はなく、しかも粗骨材量や鋼繊維混入量に影響されることもない。
【００２５】
なお、上記のように暫定配合したコンクリート試料からウェットスクリーニングによりモルタル試料を調製することに代えて、最初から粗骨材と鋼繊維を含まないモルタル試料を調製してそのモルタル試料に対してＫロート流下時間とミニスランプフロー試験を行なうことも考えられようが、コンクリート試料からウェットスクリーニングにより調製したモルタル試料と、最初から粗骨材および鋼繊維を最初から含まないものとして調製したモルタル試料とでは特性が異なることが判明しており、したがって上記のようにした場合にはコンクリートの分離特性を正確に評価することはできず、そのようにすべきではない。
【００２６】
また、上述したように、塑性粘度の代用特性としてのＫロート流下時間と、降伏値の代用特性としてのミニスランプフローは、一方が決れば他方も一義的に決る関係にあるので、いずれか一方が目標値を満足すれば他方も自ずと目標値を満足する関係にあり、したがって必ずしもＫロート流下試験とミニスランプフロー試験の双方を行なうことはなく、通常はいずれか一方の試験のみを行なうことで足りる。しかし、上記のように双方の試験を行なって双方の目標値を満たすことを確認することがより確実であり、そのようにすることが好ましい。勿論、双方の試験を行なう場合にはその順序は任意である。
【００２７】
また、上記では塑性粘度の代用特性としてＫロートによるＫロート流下時間を採用し、その目標値として１３秒以上という値を設定したが、Ｋロートを用いることはあくまで一例であり、形状や寸法の異なる他の漏斗を用い、その漏斗に対応する目標値を設定することも妨げるものではない。同様に、上記では降伏値の代用特性としてミニスランプコーンによるミニスランプフローを採用し、その目標値として３８０ｍｍ以下という値を設定したが、これも一例であってたとえば通常のスランプコーンによるスランプフロー等の他の代用特性を採用することを妨げるものではない。勿論、モルタル試料の塑性粘度や降伏値を直接的に計測できる簡便な手法があればそれを採用することを妨げるものではない。
【００２８】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、暫定配合したコンクリート試料からウェットスクリーニングによりモルタル試料を調製し、そのモルタル試料の塑性粘度または降伏値に基づいてコンクリート試料の分離特性を評価し、かつ配合を決定するようにしたので、コンクリート試料に対する面倒な分離試験を行なうことなく、また粗骨材や鋼繊維の配合量に影響されることなく、最適な配合設計を行なうことができる。特に、モルタル試料の塑性粘度の代用特性としてＫロート流下時間を採用し、降伏値の代用特性としてミニスランプフローを採用すれば、それらの値を極めて簡便に求めることができるので好適である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態である配合設計方法の手順を示すフローチャートである。
【図２】高流動鋼繊維補強コンクリートの暫定配合の一例を示すものである。
【図３】モルタル試料のＫロート流下時間と増粘剤の配合量との関係を示す図である。
【図４】モルタル試料のミニスランプフローと増粘剤の配合量との関係を示す図である。
【図５】鋼繊維に対する分離指数を求める分離試験を行なっている状況を示す図である。
【図６】Ｋロートおよびミニスランプコーンを示す図である。
【図７】モルタル試料の分離指数とＫロート流下時間の関係を示す図である。
【図８】モルタル試料の分離指数とミニスランプフローの関係を示す図である。
【図９】モルタル試料のＫロート流下時間とミニスランプフローの関係を示す図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
0003601001.tif 000009
【図９】
0003601001.tif 000010