(57)【要約】  【課題】  主として温度ひずみに起因するコンクリート中への応力残存やひび割れの発生を抑制することを一の課題とする。  【解決手段】  セメント、骨材、及び膨張材を含有し、圧縮強度が８０Ｎ／ｍｍ2以下となる配合で構成され、前記骨材のうち１０〜１００体積％が軽量骨材であることを特徴とするひび割れ抑制コンクリートによる。【選択図】          なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
セメント、骨材、及び膨張材を含有し、圧縮強度が８０Ｎ／ｍｍ2以下となる配合で構成され、前記骨材のうち１０〜１００体積％が軽量骨材であることを特徴とするひび割れ抑制コンクリート。
【請求項２】
水結合材比が、３５〜８０重量％であることを特徴とする請求項１記載のひび割れ抑制コンクリート。
【請求項３】
前記軽量骨材の圧壊荷重が１０００Ｎ以下であることを特徴とする請求項１又は２記載のひび割れ抑制コンクリート。
【請求項４】
前記膨張材が、コンクリート１ｍ3当たり６０ｋｇ以下の割合で配合されてなることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載のひび割れ抑制コンクリート。
【請求項５】
セメント、骨材、及び膨張材を用い、圧縮強度が８０Ｎ／ｍｍ2以下となる配合に調製し、前記骨材のうち１０〜１００体積％を軽量骨材とすることを特徴とするコンクリートのひび割れ抑制方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ひび割れ抑制コンクリート及びコンクリートのひび割れ抑制方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
コンクリートにおいて生じるひび割れは、水の蒸発によって起こる乾燥に起因する乾燥収縮、水和反応によって起こる自己乾燥に起因する自己収縮、及び、セメントの水和反応の進行によって起こるコンクリートの温度上昇および温度降下に起因する温度ひずみなどが原因となっているものと考えられる。
【０００３】
温度ひずみは、セメントの水和反応による発熱によってコンクリート内部が温度上昇して膨張し、その後の温度降下によって収縮することで生じるものである。特に、断面が比較的大きなコンクリート構造物（マスコンクリート構造物）や、断面がさほど大きくなくとも単位セメント量（単位結合材量）の多いコンクリート構造物では、セメントの水和反応による発熱が外環境に放出されにくいために温度ひずみが生じやすく、「温度ひび割れ」と称される割れ幅の大きなひび割れが発生しやすいという問題がある。
【０００４】
一方、自己収縮は、セメントの水和反応によって細孔中の水が消費されて生じるものであると考えられ、特に、水セメント比の小さな高強度コンクリートでは、このような自己乾燥に起因する自己収縮が顕著に現れる。
【０００５】
従来、高強度コンクリートの自己収縮を抑制する方法として、粗骨材の３０容量％以下を特殊な高強度の人工軽量骨材で置換し、コンクリート中に配合する方法が提案されている（特許文献１）。該特許文献１記載の方法によれば、特殊な高強度の人工軽量骨材をコンクリート中に配合することにより、該人工軽量骨材が保有する水分によって水和反応で消費される水分を補充して自己乾燥に起因する自己収縮の低減を図り、しかも、圧縮強度が１００Ｎ／ｍｍ2を超えるような超高強度のコンクリートが得られる旨が開示されている。
【０００６】
【特許文献１】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】
【０００７】
しかしながら、前記特許文献１に記載の方法では、自己乾燥に起因する自己収縮ひずみの低減や、これに起因するひび割れの抑制に対しては或る程度の有効性はあるものの、上述のような温度ひずみによるひび割れの発生や応力の残存に対しては、これを有効に防止することはできない。
【０００８】
このような従来技術の問題点に鑑み、本発明は、主として温度ひずみに起因するひび割れの抑制やコンクリート内部における応力残存を低減することを一の課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決すべく、本発明は、セメント、骨材、及び膨張材を含有し、圧縮強度が８０Ｎ／ｍｍ2以下となる配合で構成され、前記骨材のうち１０〜１００体積％が軽量骨材であることを特徴とするひび割れ抑制コンクリートを提供する。
また、本発明は、セメント、骨材、及び膨張材を用い、圧縮強度が８０Ｎ／ｍｍ2以下となる配合に調製し、前記骨材のうち１０〜１００体積％を軽量骨材とすることを特徴とするコンクリートのひび割れ抑制方法を提供する。
【００１０】
本発明に係るひび割れ抑制コンクリートによれば、セメントの水和反応による温度上昇時に膨張材の水和による膨張反応が進行し、硬化したセメントペーストや硬化したモルタルよりも圧縮弾性率の低い軽量骨材に圧縮弾性ひずみが蓄積されることとなる。そして、圧縮強度が８０Ｎ／ｍｍ2以下となるコンクリートの配合において、このような軽量骨材が全骨材量のうち１０〜１００体積％となるように配合されたことにより、温度上昇時においては該軽量骨材が十分な圧縮ひずみを蓄積した状態となる。その後、温度降下によってコンクリートが収縮しようとする際、該軽量骨材中に蓄えられた圧縮弾性ひずみが解放され、しかも硬化したセメントペーストや硬化したモルタルよりも前記軽量骨材の戻りひずみ量が大きいため、収縮により生じる温度ひずみを低減することができ、また、これを主要因として生じるコンクリートのひび割れを抑制することができる。
【００１１】
また、圧縮強度が８０Ｎ／ｍｍ2以下となるコンクリートの配合において、軽量骨材が全骨材量のうち１０〜１００体積％となるように配合されたことにより、該軽量骨材が十分な水分貯蔵機能を発揮し、軽量骨材の空隙中に含浸した水が、コンクリートの硬化過程で徐々にセメントや膨張材の水和反応に供給されることとなる。これにより、温度降下過程において、該軽量骨材から供給される水によって膨張材の膨張作用やセメントの水和反応による膨張作用を持続させることができ、収縮を低減させる効果も発揮されると考えられる。
【発明の効果】
【００１２】
以上のように、本発明に係るひび割れ抑制コンクリートによれば、主として温度ひずみに起因するコンクリート中への応力残存が低減され、これらが要因となって発生するひび割れが効果的に抑制され、コンクリートに発生するひび割れ幅が小さくなり、又は、コンクリートに発生するひび割れ本数が減るという効果がある。
【００１３】
特に、本発明に係るひび割れ抑制コンクリートは、断面が比較的大きいマスコンクリート構造物や、単位セメント量の多いコンクリート構造物において顕著な効果を発揮する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明に係るコンクリートは、セメント、骨材、及び膨張材を含有し、圧縮強度が８０Ｎ／ｍｍ2以下となる配合で構成され、前記骨材のうち２０〜１００体積％が軽量骨材であることを特徴とするものである。
【００１５】
本発明において用いられる軽量骨材としては、従来、コンクリートに使用されている公知の軽量骨材と同様のものを使用することができる。該軽量骨材としては、例えば、水砕スラグ、シラス、黒曜石等を粒度調整し、必要に応じて発泡剤等を加えて加熱して発泡させた無機発泡体や、泡ガラス、廃棄泡ガラス等を粉砕して粒度調整したガラス粉末等を挙げることができる。また、これらの人工の軽量骨材のみならず、天然の軽量骨材を使用することもできる。
【００１６】
該軽量骨材は、絶乾密度が１．２〜２．０ｇ／ｃｍ3であるものが好ましい。また、該軽量骨材は、圧壊荷重が５００〜１０００Ｎのものが好ましく、６００〜９００Ｎであるものがより好ましい。
【００１７】
このような比較的圧壊荷重の低い軽量骨材を使用することにより、膨張材やセメントの水和反応によって生じるコンクリートの膨張が、該軽量骨材中の圧縮弾性ひずみとして蓄積されやすくなり、温度ひずみ及び温度ひび割れをより効果的に抑制することができる。
【００１８】
さらに、本発明において用いられる軽量骨材は、予め水が含浸されているか否かに拘らず、如何なる含水率の軽量骨材でも使用することができる。
【００１９】
該軽量骨材は、コンクリートを構成する骨材のうち、１０体積％以上、１００体積％以下となるように配合されるが、好ましくは下限が１５体積％、より好ましくは下限が１８体積％となるように配合される。
また、該軽量骨材の粒径については特に限定されず、粗骨材又は細骨材のどちらであってもよい。
【００２０】
また、本発明において用いられる膨張材としては、水和反応によって体積膨張しうるものであれば特に限定されるものではない。該膨張材としては、例えば、カルシウムサルホアルミネートからエトリンガイト（３ＣａＯ・Ａｌ2Ｏ3・３ＣａＳＯ4・３２Ｈ2Ｏ）を生成することによって膨張するものや、水酸化カルシウムの生成による水和膨張で膨張するものなどを挙げることができる。
また、該膨張材としては、ＪＩＳ  Ａ  ６２０２に適合する膨張材を好適に使用することができる。
【００２１】
該膨張材の配合量は、コンクリート１ｍ3当たり６０ｋｇ以下とすることが好ましく、１０〜５０ｋｇとすることがより好ましい。
【００２２】
また、本発明に係るコンクリートは、圧縮強度が８０Ｎ／ｍｍ2以下となる配合のコンクリートであれば、該コンクリートの用途に応じて種々の水結合材比で配合して得ることができるが、とりわけ、水結合材比が３５〜８０重量％として調製されるコンクリートが好ましい。このような水結合材比のコンクリートであれば、本発明によって奏される温度ひずみ低減効果及び温度ひび割れ抑制効果がより一層顕著に発揮されることとなる。
【００２３】
さらに、本発明において用いられるセメントについては特に限定されず、普通、早強、超早強、低熱、中庸熱、耐硫酸塩等の各種ポルトランドセメント、高炉スラグ微粉末、フライアッシュ、シリカフューム、石灰石微粉末等の混和材を任意の割合で混入した各種混合セメントを使用することができる。
【００２４】
本発明に係るひび割れ抑制コンクリートは、圧縮強度が８０Ｎ／ｍｍ2以下のコンクリートを対象とするものであるが、圧縮強度が２０〜５０Ｎ／ｍｍ2のコンクリートに特に好適である。
【００２５】
また、本発明に係るコンクリートには、本発明の目的を阻害しない範囲内において他の材料を配合することも可能である。他の材料としては、減水剤、高性能減水剤、ＡＥ減水剤、高性能ＡＥ減水剤などの化学混和剤や、高炉スラグ微粉末、フライアッシュ、シリカフューム等の各種混和材、石灰石粉末等を例示することができる。
【実施例】
【００２６】
以下、実施例を挙げて本発明について更に詳細に説明するが、本発明は、これらの実施例に限定されるものではない。
【００２７】
（実施例１、２及び比較例１〜４）
セメント、膨張材、粗骨材、軽量骨材、水、細骨材及び混和剤を下記表１に示す配合にて混合し、実施例及び比較例のコンクリートを調製した。尚、使用した材料は、以下のとおりである。
セメント：住友大阪セメント社製、普通ポルトランドセメント（密度3.15g/cm2）
膨張材：電化社製、商品名「ＣＳＡ＃２０」（密度2.98g/cm2）
軽量骨材：日本メサライト工業社製、人工軽量骨材、商品名「メサライト粗骨材」（絶乾密度1.64g/cm2、圧壊荷重800〜900N）
粗骨材：砕石（密度2.6g/cm2）
細骨材：川砂（密度2.63g/cm2）
混和剤：ＮＭＢ社製、減水剤
【００２８】
(温度ひずみの測定)
調製した実施例および比較例のコンクリートについて、図１に示したような試験装置を用いて応力を測定した。即ち、上記コンクリートを用いてコンクリート試験片１を作製し、該コンクリート試験片１の両端をクロスヘッド２にて固定するとともに、一方のクロスヘッド２には、ステッピングモータ３を用いて該試験片の長手方向に位置調節自在なロードセル４を隣接させて設置した。そして、クロスヘッド２の相対距離を、変位計を用いて測定し、該相対距離の変位量が0.5μｍとなった際に前記ステッピングモータ３を作動させてロードセル４を元の位置まで強制的に戻し、その際に、該ロードセル４に作用する荷重（膨張又は収縮による荷重）を測定した。また、該コンクリート試験片１の内部に温度計を設置し、温度変化を測定した。このようにして、コンクリートの充填から約２００時間経過後に至るまで、該コンクリート試験片１の膨張・収縮による応力と、内部温度を測定した。
図２に温度の測定結果、図３に応力の測定結果をそれぞれ示す。
【００２９】
【表１】
2008044806.tif 000002
【００３０】
図２より、実施例及び比較例の何れのコンクリートにおいても、約１５時間経過後までに約３０℃の温度上昇が生じていることが認められる。特に、圧縮強度が１００Ｎ／ｍｍ2を超えるような高強度コンクリートの配合で作製された比較例４では、６０℃を超える温度上昇が生じていることがわかる。
【００３１】
また、図３より、そのような温度上昇と対応するように、約１５時間経過後までは各コンクリートにおいて圧縮応力が増加していることが認められる。さらに、圧縮応力がピーク値を越えた後、即ち、コンクリートの内部温度が降下するにつれ、該圧縮応力は逆に引張応力へと変化していることがわかる。そして、比較例１〜３のコンクリートでは、約２００時間経過後には２〜３ＭＰａの引張り応力が発生した状態となり、比較例４の高強度コンクリートでは、わずか５０時間経過後に約３ＭＰａの引張り応力が発生した状態となっている。これに対し、実施例１及び２のコンクリートでは、発生する応力は概ね０〜１．５程度となっており、温度変化によって生じる応力が効果的に抑制されていることが認められる。
【００３２】
（実施例３〜９及び比較例５〜８）
同様にして、下記表２に示す配合によって実施例３〜９及び比較例５〜８のコンクリートを調製した。
【００３３】
(温度ひずみの測定)
調製した実施例３〜９及び比較例５〜８のコンクリートを、複数のボルトを介してＨ型鋼に沿って拘束されるような状態で打設し、打設後２００時間経過した際に、拘束体であるＨ型鋼に発生したひずみを測定することによって個々のコンクリート試験片に生じた内部応力を評価した。結果を併せて表２に示す。
【００３４】
【表２】
2008044806.tif 000003
【００３５】
表２に示したように、粗骨材における軽量骨材の割合が１０体積％を超える実施例では、同割合が１０体積％を下回る比較例よりも、コンクリート試験片に生じる内部応力が小さくなる傾向が認められた。特に、軽量骨材の割合が１８体積％を超える実施例６〜９では、コンクリート試験片に生じる内部応力が非常に小さく、本発明による効果が顕著に現れていることが認められた。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】温度ひずみの測定装置の概略図。
【図２】実施例１、２及び比較例１〜４におけるコンクリートの温度測定結果を示したグラフ。
【図３】実施例１、２及び比較例１〜４におけるコンクリートの応力測定結果を示したグラフ。
【図１】
2008044806.tif 000004
【図２】
2008044806.tif 000005
【図３】
2008044806.tif 000006