(57)【要約】【課題】  高い靭性が求められる土木構造物にも使用することのできる高強度の繊維補強コンクリート成形体をきわめて効率的に製造することができる繊維補強コンクリート成形体およびその製造方法を提供する。【解決手段】  セメント、最大粒度２ｍｍ以下の骨材、１次粒子粒度１μｍ以下のポゾラン系反応粒子、平均粒度１ｍｍ以下の針状もしくは薄片状粒子、水、平均粒径３〜２０μｍの石英粉末および金属繊維を含み、かつ減水剤の使用量が０〜１５ｋｇ／ｍ３であるモルタル混練物を０．２５〜１ＭＰａの加圧量で加圧成形する。そしてその後、５０〜７０°Ｃの温度下で蒸気養生する。【選択図】                  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
セメント、最大粒度２ｍｍ以下の骨材、１次粒子粒度１μｍ以下のポゾラン系反応粒子、平均粒度１ｍｍ以下の針状もしくは薄片状粒子、水、平均粒径３〜２０μｍの石英粉末および金属繊維を含み、かつ減水剤の使用量が０〜１５ｋｇ／ｍ３であるモルタル混練物から加圧成形されてなることを特徴とする繊維補強コンクリート成形体。
【請求項２】
モルタル混練物は促進剤を含むことを特徴とする請求項１記載の繊維補強コンクリート成形体。
【請求項３】
セメント、最大粒度２ｍｍ以下の骨材、１次粒子粒度１μｍ以下のポゾラン系反応粒子、平均粒度１ｍｍ以下の針状もしくは薄片状粒子、水、平均粒径３〜２０μｍの石英粉末および金属繊維を含み、かつ減水剤の使用量が０〜１５ｋｇ／ｍ３であるモルタル混練物を０．２５〜１ＭＰａの加圧量で加圧成形した状態で、５０〜７０°Ｃの温度下で蒸気養生することを特徴とする繊維補強コンクリート成形体の製造方法。
【請求項４】
モルタル混練物は促進剤を含むことを特徴とする請求項３記載の繊維補強コンクリート成形体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願発明は、特に高い靭性が求められる土木構造物用構造部材として用いられる繊維補強コンクリート成形体およびその製造方法に関し、特に繊維補強コンクリート成形体の強度(靭性)等の特性の向上と当該繊維補強コンクリート成形体の効率的生産を可能にしたものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、建物の柱や梁などの構造部材として繊維補強コンクリート成形体が広く用いられている。従来、この種の繊維補強コンクリート成形体の製造方法としては、セメント、骨材、ポゾラン系粉末ほか各種の微粒子、繊維材、減水剤、水などを混練したモルタル混練物を単に型枠に投入して成形し、成形直後のコンクリート成形体は一定時間養生工程にかけられる。
【特許文献１】特開２００１−２２６１６１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、型枠成形方法の場合、成形後２０度の温度下で４８時間もの前養生が必要なため、型枠の回転が悪く生産効率が非常に悪い等の課題があった。
【０００４】
本願発明は、以上の課題を解決するためになされたもので、強度が非常に大きい上に、養生時間を短縮できて非常に効率的に製造可能な繊維補強コンクリート成形体およびその製造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】
【０００５】
請求項１記載の繊維補強コンクリート成形体は、セメント、最大粒度２ｍｍ以下の骨材、１次粒子粒度１μｍ以下のポゾラン系反応粒子、平均粒度１ｍｍ以下の針状もしくは薄片状粒子、水、平均粒径３〜２０μｍの石英粉末および金属繊維を含み、かつ減水剤の使用量が０〜１５ｋｇ／ｍ３であるモルタル混練物から加圧成形されてなることを特徴とするものである。
【０００６】
請求項２記載の繊維補強コンクリート成形体は、請求項１記載の繊維補強コンクリート成形体において、モルタル混練物は促進剤を含むことを特徴とするものである。
【０００７】
請求項３記載の繊維補強コンクリート成形体の製造方法は、セメント、最大粒度２ｍｍ以下の骨材、１次粒子粒度１μｍ以下のポゾラン系反応粒子、平均粒度１ｍｍ以下の針状もしくは薄片状粒子、水、平均粒径３〜２０μｍの石英粉末および金属繊維を含み、かつ減水剤の使用量が０〜１５ｋｇ／ｍ３であるモルタル混練物を０．２５〜１ＭＰａの加圧量で加圧成形した状態で、５０〜７０°Ｃの温度下で蒸気養生することを特徴とするものである。
【０００８】
請求項４記載の繊維補強コンクリート成形体の製造方法は、請求項３記載の繊維補強コンクリート成形体の製造方法において、モルタル混練物は促進剤を含むことを特徴とするものである。
【０００９】
本願発明は特に、減水剤の使用量を０〜１５ｋｇ／ｍ３、製造方法を０．２５〜１ＭＰａ量の加圧下での加圧成形、さらに養生方法を５０〜７０°Ｃの温度下で蒸気養生とすることにより、高い靭性が求められる土木構造物にも使用することのできるコンクリート成形体をきわめて効率的に製造できるようにしたものである。
【発明の効果】
【００１０】
本願発明は繊維補強コンクリート成形体の製造に際し、特に減水剤の使用量を０〜１５ｋｇ／ｍ３、製造方法を０．２５〜１ＭＰａの加圧下での加圧成形、さらに養生方法を５０〜７０°Ｃの温度下での蒸気養生とすることにより、高い靭性が求められる土木構造物にも使用することのできる高強度の繊維補強コンクリート成形体をきわめて効率的に製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
最初に、本願発明の繊維補強コンクリート成形体およびその配合原料について説明すると、本願発明の繊維補強コンクリート成形体は、セメント、最大粒度が２ｍｍ以下の骨材、１次粒子粒度が１μｍ以下のポゾラン系反応粒子、平均粒度が１ｍｍ以下の針状もしくは薄片状粒子、水、平均粒径が３〜２０μｍの石英粉末、金属繊維をそれぞれ含み、かつセメントとポゾラン系反応粒子と石英粉末の合計質量に対する水の質量比率が８〜２４％であり、金属繊維の長さが２ｍｍ以上で、金属繊維の直径に対する長さの比率が２０以上であり、骨材粒子の最大粒度に対する金属繊維の長さの比が１０以上であり、金属繊維の量が４体積％以下であるモルタル混練物の硬化体である。当該硬化体は１５０Ｎ／ｍｍ２以上の強度を発現させることが可能であり、耐磨耗性、耐衝撃性、耐久性にもすぐれたものである。
【００１２】
ここで配合されたセメントは、特に限定されるものではなく、普通ポルトランドセメント、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等のポルトランドセメント、高炉セメント、フライアッシュセメント等の混合セメント、その他ポリマーセメント、カラーセメント、エコセメント等、いずれも使用することができる。特に、早期強度の発現が必要な場合には早強ポルトランドセメント、長期強度の発現が求められる場合には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等を用いるのが望ましい。
【００１３】
また、骨材としては、一般に入手可能な川砂、陸砂、海砂、砕破、珪砂またはこれらの混合物を使用することができ、特に最大粒径２ｍｍ以下のものを使用する。粒径が２ｍｍを越えると、強度が低下するため好ましくない。好ましい最大粒径は、強度発現性の観点から１．５ｍｍ以下、より好ましくは１．２ｍｍ以下である。      
【００１４】
また、骨材の配合量は原料配合物の混練性など、硬化後にあっては強度、クラックに対する抵抗性などの観点からセメント１００質量部に対し５０〜２５０質量部が好ましく、８０〜１８０質量部がより好ましい。
【００１５】
ポゾラン系微粉末は、配合することによってマイクロフィラー効果、およびセメント分散効果が生じ、コンクリート成形体を緻密化し、強度を向上させる等の効果を有する。このような作用効果を有するポゾラン系微粉末としては、シリカフューム、シリカダスト、フライアッシュ、スラグ、火山灰、シリカゾル、沈降シリカ等が挙げられる。細かさは特に限定されないが、細かいほうが望ましい。中でも、シリカフュームとシリカダストは、それ自体の１次粒子粒度(平均粒径)が１μｍ以下であり、粉砕等の処理を要さずそのままでも使用できるためコスト上からも好ましい。
【００１６】
また、ポゾラン系微粉末の配合量は、モルタルの混練性、硬化体の強度、耐磨耗性、耐久性などの点からセメント１００質量部に対し５〜５０質量部が好ましく、特に１５〜３５質量部より好ましい。
【００１７】
針状粒子としては、ウォラストナイト、ボーキサイト、ムライト等が挙げられ、また薄片状粒子としては、マイカフレーク、タルクフレーク、バーミキュライトフレーク、アルミナフレーク等が挙げられる。これらの粒子は、単独配合してもまたは併用してもよく、またその配合量は、硬化体の強度や靭性などの点からセメント１００質量部に対して４〜２５質量部が好ましい。
【００１８】
石英粉末としては、石英や非晶質石英などの粉末、あるいはオパール質やクリストパライト質などのシリカ含有粉末が挙げられ、細かさは、平均粒径が３〜２０μｍの範囲のものである必要があり、その範囲外では、強度が低下するので好ましくない。一般に、４〜１０μｍのものが強度の点から好ましい。また、配合量は、原料配合物の混練性、硬化後の強度などの観点から、セメント１００質量部に対し２０〜３５質量部が好ましい。
【００１９】
金属繊維としては、鋼繊維、ステンレス繊維、アモルファス繊維などが挙げられ、中でも、鋼繊維は強度の点で優れており、またコストや入手のし易さ等の点からも好ましいものである。金属繊維は長さが２〜３０ｍｍ、繊維長／繊維直径の比が２０〜２００のものが好ましい。
【００２０】
水の配合量は、セメントとポゾラン系反応粒子と石英粉末の合計質量に対する水の質量比率が８〜２４％の範囲内とするのが原料配合物の混練性と強度保持の点から好ましい。
【００２１】
本願発明では、減水剤を使用することができる。減水剤としては、リグニン系、リグニンスホル酸系、ナフタレンスルホン酸系、メラミン系、メラミンスルホン酸系、アルキルアリルスホル酸系、ポリカルボン酸系、オキシカルボン酸系の各種減水剤、ＡＥ減水剤、高性能減水剤または高性能ＡＥ減水剤などが挙げられる。
【００２２】
これらのうち、減水効果の大きな高性能減水剤または高性能ＡＥ減水剤が好ましく、特にポリカルボン酸系の高性能減水剤または高性能ＡＥ減水剤が好ましい。また、これらの減水剤の配合量は、配合物の流動性や硬化体の強度などから０〜１５ｋｇ／ｍ３が好ましい。なお、減水剤は液状または粉末状どちらでも使用可能である。
【００２３】
本願発明で促進剤を使用することは、養生時間を短縮でき好ましい。促進剤にはカルシウム塩を用い、カルシウム塩としては、亜硝酸カルシウム、硝酸カルシウム、蟻酸カルシウム、チオシアン酸カルシウム、酢酸カルシウム等が挙げられる。それらの中でも、入手の容易性や、セメントスラリーの作業性などの面から、硝酸カルシウム、亜硝酸カルシウムが好ましい。
【００２４】
また配合量は、セメント１００質量部に対して、酸化カルシウム換算で０．６質量部以下であり、好ましくは０．０２〜０．５５質量部である。配合量が０．６質量部を超えると、セメントスラリーの流動性が急激に低下するため好ましくない。
【００２５】
次に、本願発明の繊維補強コンクリート成形体の製造方法について説明すると、最初に、上記した各原料を適宜選択し、配合し混練してセメント配合物を製造する。
【００２６】
この場合の配合材の混練方法は、特に限定されるものではなく、次のような方法がある。
１．水、分散剤以外の各原料を予め混合しておき(プレミックス)、この混合物と水、減水剤をミキサに投入し、混練する方法、
２．水以外の材料を予め混合しておき(プレミックス、ただし減水剤は粉末タイプのものを使用する)、この混合物と水をミキサに投入し、混練する方法、
などが挙げられる。
【００２７】
また、この場合の混練に用いるミキサは通常のコンクリートの混練に用いられるどのタイプのものでもよく、例えば揺動型ミキサ、パンタイプミキサ、二軸練りミキサ等を用いることができる。
【００２８】
次に、このモルタル混練物を目的に応じた加圧成形用型枠に投入し、０．２５〜１ＭＰａの加圧量で加圧し、そして５０〜７０°Ｃの高温下で蒸気養生する。この場合の成形用型枠は機械的に加圧可能に構成されていればよく、既存のものを使用することができる。
【００２９】
次に、本願発明の繊維補強コンクリート製造方法における配合決定を目的に、
(1)  減水剤使用量の影響、
(2)  蒸気養生温度の確認、
(3)  加圧量の検討、
(4)  強度促進剤の検討
の各課題に対して行った実験的検証について説明する。
【００３０】
最初に、上記した配合原料を用いてモルタル混練物を製造した（表−１のＮＯ，４）。その際、モルタル混練物のフレッシュ性状はフロー値が２５０ｍｍ程度あり加圧成形用の固練り配合を検討する必要があった。また加圧成形法では、減水剤使用量によって初期強度の発現性に影響を受ける場合があった。このことにより、減水剤使用量を調整し、目標フロー値１５０ｍｍとなる加圧成形用の固練り配合を決定した。
【００３１】
表−１は、加圧成形用の固練り配合の例（ＮＯ，１〜３）と標準配合（ＮＯ，４）を示したものであり、配合は加圧成形用の固練り配合を基本とし、以下の条件のもとで実施した。
蒸気養生温度  ；40、50、60、70、および90°Cの５水準
脱型時間      ；5、6および７時間
加圧量        ；0、0.25、0.5、0.75および1.0  ＭＰａ
促進剤         ; 0、5および10  kg/m3
【００３２】
【表１】
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【００３３】
配合物の配合割合は、低熱ポルトランドセメント１００質量部、シリカフューム３２質量部、珪砂５号１２０質量部、石英粉末（平均粒径７μｍ）３０質量部、ウォラストナイト（平均長さ０．３ｍｍ）２４質量部である。
【００３４】
次に、このモルタル混練物を加圧成形用型枠に投入し、加圧成形してφ６０×１２０ｍｍの円柱供試体を成形した。そして、この円柱供試体を用いてＪＩＳＡ１１０８に準じた圧縮強度試験を行った。
【００３５】
図１は、単位水量と減水剤使用量との関係を示し、図に示すように、フロー値が１５０ｍｍでモルタル混練物の基本配合の単位水量１８０ｋｇ／ｍ３に相当する減水剤使用量は１５ｋｇ／ｍ３になることがわかった。また、図２は圧縮強度と養生時間との関係を示し、図に示すように、標準配合では圧縮強度が０．２５Ｎ／ｍｍ２程度で変化は見られないが、加圧配合（表−１のＮＯ，３）では若干ではあるが強度発現性が確認された。そして、図３は、加圧配合（表−１のＮＯ，３）の圧縮強度との関係を示し、図に示すように、養生温度の条件の中で６０°Ｃが最も強度発現性があることがわかった。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
本願発明は、非常に短期間の前養生により脱型可能な強度発現を有するコンクリート成形体を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】単位水量と減水剤使用量との関係を示す図である。
【図２】圧縮強度と養生時間との関係を示す図である。
【図３】圧縮強度と養生温度との関係を示す図である。
【図４】圧縮強度と加圧量との関係を示す図である。
【図５】圧縮強度と促進剤と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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