(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属構造体と、充填材からなるコンクリート体を組み合わせてなり、かつ、サンドイッチ型複合床版またはコンクリート充填鋼管である複合構造体であって、
上記充填材は、
セメント、細骨材、粗骨材、減水剤、及び水を含むコンクリートからなる充填材であって、
上記細骨材の少なくとも一部が、合成樹脂発泡ビーズであり、
上記コンクリート中の上記合成樹脂発泡ビーズの割合が、上記コンクリートの配合時の値として、１５〜３２体積％であり、
上記合成樹脂発泡ビーズの発泡倍率が２３〜６０倍であり、
上記粗骨材が人工軽量骨材であり、
上記コンクリートを構成する材料のうち粗骨材以外のすべての材料からなる組成物の膨張率が、土木学会標準示方書「充てんモルタルのブリーディング率および膨張率試験方法（案）  ＪＳＣＥ−Ｆ  ５４２−２０１３」に記載された方法による値として、−０．１〜＋０．８％の範囲内であり、
上記コンクリートの密度が、上記コンクリートの配合時の値として、１．５ｇ／ｃｍ３以下であり、
上記コンクリートの材齢２８日の圧縮強度が、２１Ｎ／ｍｍ２以上の充填材である、複合構造体。
【請求項２】
上記コンクリートが、セメント以外の無機粉末を含まない、または、セメント以外の無機粉末を含み、
上記コンクリートの水結合材比（水／結合材の質量比；ただし、結合材の量は、セメントと、セメント以外の無機粉末の合計量である。）が、０．４５以下である請求項１に記載の複合構造体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、充填材及びそれを用いた複合構造体に関する。
【背景技術】
【０００２】
建物の軽量化を図るための軽量コンクリートとして、特許文献１には、結合材、水、構造用軽量コンクリート骨材及び合成樹脂発泡体からなる軽量コンクリートであって、合成樹脂発泡体の発泡倍率が２〜１５倍であることを特徴とする軽量コンクリートが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平６−２７９１４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の目的は、サンドイッチ型複合床版やコンクリート充填鋼管等の複合構造体に用いられるコンクリートからなる充填材であって、優れた充填性を有し、かつ、密度が小さくて軽量性に優れた充填材を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明者は、上記課題を解決するために鋭意検討した結果、セメント、細骨材、粗骨材、減水剤、及び水を含むコンクリートからなる充填材であって、細骨材の少なくとも一部が、発泡倍率が２０倍以上である合成樹脂発泡ビーズであり、コンクリート中の合成樹脂発泡ビーズの割合が、コンクリートの配合時の値として特定の数値範囲内であり、粗骨材が人工軽量骨材であり、コンクリートの密度が、コンクリートの配合時の値として特定の数値範囲内であり、コンクリートの材齢２８日の圧縮強度が特定の数値範囲内である、充填材によれば、上記目的を達成できることを見出し、本発明を完成した。
【０００６】
すなわち、本発明は、以下の［１］〜［５］を提供するものである。
［１］  セメント、細骨材、粗骨材、減水剤、及び水を含むコンクリートからなる充填材であって、上記細骨材の少なくとも一部が、合成樹脂発泡ビーズであり、上記コンクリート中の上記合成樹脂発泡ビーズの割合が、上記コンクリートの配合時の値として、１５〜３２体積％であり、上記合成樹脂発泡ビーズの発泡倍率が２０倍以上であり、上記粗骨材が人工軽量骨材であり、上記コンクリートの密度が、上記コンクリートの配合時の値として、１．７ｇ／ｃｍ３以下であり、上記コンクリートの材齢２８日の圧縮強度が、１８Ｎ／ｍｍ２以上である、充填材。
［２］  上記コンクリートが、セメント以外の無機粉末を含まない、または、セメント以外の無機粉末を含み、上記コンクリートの水結合材比（水／結合材の質量比；ただし、結合材の量は、セメントと、セメント以外の無機粉末の合計量である。）が、０．４５以下である前記［１］に記載の充填材。
［３］  上記コンクリートを構成する材料のうち粗骨材以外のすべての材料からなる組成物の膨張率が、土木学会標準示方書「充てんモルタルのブリーディング率および膨張率試験方法（案）  ＪＳＣＥ−Ｆ  ５４２−２０１３」に記載された方法による値として、−０．３〜＋２．０％の範囲内である前記［１］又は［２］に記載の充填材。
［４］  金属構造体と、前記［１］〜［３］のいずれかに記載の充填材からなるコンクリート体を組み合わせてなる複合構造体。
［５］  上記複合構造体が、サンドイッチ型複合床版またはコンクリート充填鋼管である前記［４］に記載の複合構造体。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の充填材は、優れた充填性を有しているため、サンドイッチ型複合床版やコンクリート充填鋼管等の複合構造体のコンクリート部分を形成するための材料として、好適に用いることができる。
また、本発明の充填材によれば、密度が小さい（配合時に１．７ｇ／ｃｍ３以下）ので、上記複合構造体の軽量化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の複合構造体であるサンドイッチ型複合床版の一例を模式的に示す斜視図である。
【図２】本発明の複合構造体であるコンクリート充填鋼管の一例を模式的に示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本発明の充填材は、セメント、細骨材、粗骨材、減水剤、及び水を含むコンクリートからなる充填材であって、細骨材の少なくとも一部が、合成樹脂発泡ビーズであり、コンクリート中の合成樹脂発泡ビーズの割合が、コンクリートの配合時の値として、１５〜３２体積％であり、合成樹脂発泡ビーズの発泡倍率が２０倍以上であり、粗骨材が人工軽量骨材であり、コンクリートの密度が、コンクリートの配合時の値として、１．７ｇ／ｃｍ３以下であり、コンクリートの材齢２８日の圧縮強度が、１８Ｎ／ｍｍ２以上のものである。
【００１０】
本発明で用いられるセメントとしては、特に限定されるものではなく、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、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各種ポルトランドセメントや、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や、エコセメント等を使用することができる。
【００１１】
本発明で用いられる細骨材の少なくとも一部は、合成樹脂発泡ビーズである。合成樹脂発泡ビーズを用いることで、本発明の充填材を構成するコンクリートの密度を小さくすることができ、かつ、充填材の充填性を向上することができる。
合成樹脂発泡ビーズは、ポリスチレン、ポリプロピレン、ポリエチレン、アクリロニトリルスチレン共重合体、スチレンエチレン共重合体、又はポリ塩化ビニリデン等の合成樹脂を発泡させてなる略球状体である。
【００１２】
合成樹脂発泡ビーズの発泡倍率は、２０倍以上、好ましくは２３〜８０倍、特に好ましくは２５〜６０倍である。該倍率が２０倍以上であれば、充填材の充填性が向上する。該倍率が８０倍以下であれば、硬化後のコンクリートの圧縮強度が大きくなる。
合成樹脂発泡ビーズの平均粒径は、好ましくは０．８〜１．４ｍｍ、より好ましくは０．９〜１．３ｍｍである。該平均粒径が０．８ｍｍ以上であれば、充填材の充填性が向上する。該平均粒径が１．４ｍｍ以下であれば、硬化後のコンクリートの圧縮強度が大きくなる。
なお、本明細書中、「平均粒径」とは、５０％質量累積粒径を意味する。
また、合成樹脂発泡ビーズを構成する粒子（発泡ビーズ）１００質量％中、９５質量％以上の粒子の粒径が、好ましくは０．５〜１．６ｍｍ、より好ましくは０．６〜１．５ｍｍ、特に好ましくは０．６５〜１．４５ｍｍの範囲内にあることが好ましい。該粒径が０．５ｍｍ以上であれば、フレッシュコンクリートの流動性が向上する。該粒径が１．６ｍｍ以下であれば、フレッシュコンクリートの材料分離を抑制する効果が大きくなる。
【００１３】
合成樹脂発泡ビーズ以外の他の細骨材としては、川砂、山砂、陸砂、海砂、砕砂、珪砂等の天然細骨材；スラグ細骨材、フライアッシュ焼成細骨材等の人工細骨材（人工軽量細骨材を含む）；またはこれらの混合物等が挙げられる。中でも、コンクリートの密度をより小さくする観点から、人工軽量細骨材が好ましい。
細骨材中の合成樹脂発泡ビーズの割合は、コンクリートの密度をより小さくする観点からは、好ましくは１質量％以上、より好ましくは５質量％以上であり、硬化後のコンクリートの圧縮強度をより大きくする観点からは、好ましくは５０質量％以下、より好ましくは２５質量％以下である。
【００１４】
コンクリート中の合成樹脂発泡ビーズの割合は、コンクリートの配合時の値として、１５〜３２体積％、好ましくは１６〜３１．５体積％、より好ましくは１７〜３０体積％、特に好ましくは２０〜２８体積％である。該割合が１５体積％以上であれば、コンクリートの密度が小さくなる。該割合が３２体積％以下であれば、硬化後のコンクリートの圧縮強度が大きくなる。
【００１５】
本発明で用いられる粗骨材は人工軽量骨材である。粗骨材として人工軽量骨材を用いることで、コンクリートの密度がより小さくなる。
なお、人工軽量骨材（人工軽量細骨材および人工軽量粗骨材）は、膨張頁岩、フライアッシュ、ガラス、及び火山灰等から選ばれる一種以上を原料とし、これらを焼成、発泡することで得ることができる。
【００１６】
減水剤としては、リグニン系、ナフタレンスルホン酸系、メラミン系、ポリカルボン酸系等の減水剤、ＡＥ減水剤、高性能減水剤又は高性能ＡＥ減水剤を使用することができる。中でも、ポリカルボン酸系のＡＥ減水剤または高性能ＡＥ減水剤が好ましく用いられる。減水剤を配合することにより、コンクリートの流動性や施工性、硬化後の強度、緻密性等を向上させることができる。
減水剤の配合量は、コンクリートの流動性及び凝結時間の観点から、セメント１００質量部に対して、固形分換算で、好ましくは０．１〜３質量部、より好ましくは０．２〜２質量部、特に好ましくは０．３〜１質量部である。
【００１７】
本発明において、コンクリートはセメント以外の無機粉末（セメント以外の結合材）を含んでいてもよい。セメント以外の無機粉末としては、高炉スラグ微粉末、シリカフューム、フライアッシュ等が挙げられる。全結合材中のセメント以外の無機粉末の割合は、特に限定されるものではないが、通常、１質量％以上（特殊な結合材でなければ、通常、３０質量％以上）である。
また、コンクリートには、本発明の目的を阻害しない範囲内で、必要に応じて、空気量調整剤や収縮低減剤等の各種添加剤を配合してもよい。
【００１８】
水としては、水道水、工業用水等を使用することができる。
コンクリートの水結合材比（水／結合材の質量比；ただし、結合材の量は、セメントと、セメント以外の無機粉末の合計量である。）は、好ましくは０．４５以下、より好ましくは０．４０以下、特に好ましくは０．２０〜０．３５である。水結合材比が０．４５以下であれば、硬化後のコンクリートの圧縮強度がより大きくなる。水結合材比が０．２０以上であれば、充填材の流動性および作業性がより向上する。
【００１９】
本発明において、コンクリートの密度は、コンクリートの配合時の値（配合設計における値）として、１．７ｇ／ｃｍ３以下、好ましくは１．６５ｇ／ｃｍ３以下、より好ましくは１．６ｇ／ｃｍ３以下、さらに好ましくは１．５５ｇ／ｃｍ３以下、さらに好ましくは１．５ｇ／ｃｍ３以下、さらに好ましくは１．４５ｇ／ｃｍ３以下、特に好ましくは１．４ｇ／ｃｍ３以下である。該値が１．７ｇ／ｃｍ３以下であれば、本発明の充填材を用いた複合構造体（後述）の軽量化を図ることができる。該密度の下限値は、コンクリートの圧縮強度が過小になるのを避ける観点から、好ましくは１．２ｇ／ｃｍ３である。
また、コンクリートの材齢２８日における圧縮強度は、１８Ｎ／ｍｍ２以上、好ましくは１９Ｎ／ｍｍ２以上、より好ましくは１９．５Ｎ／ｍｍ２以上、特に好ましくは２１Ｎ／ｍｍ２以上である。該圧縮強度が１８Ｎ／ｍｍ２以上であれば、上記複合構造体の耐震性や耐久性を向上することができる。
【００２０】
本発明において、コンクリートを構成する材料のうち粗骨材以外のすべての材料からなる組成物の膨張率は、土木学会標準示方書「充てんモルタルのブリーディング率および膨張率試験方法（案）  ＪＳＣＥ−Ｆ  ５４２−２０１３」に記載された方法による値として、好ましくは−０．３〜＋２．０％、より好ましくは−０．２〜＋１．０％、特に好ましくは−０．１〜＋０．８％である。該値が−０．３％以上であれば、充填材の充填性が向上する。該値が２．０％以下であれば、硬化後のコンクリートの圧縮強度がより大きくなる。
【００２１】
本発明の充填材は、上述したセメント、細骨材（合成樹脂発泡ビーズおよび該ビーズ以外の他の細骨材）、粗骨材、減水剤、及び水を混練することで得ることができる。
各材料の混練に用いるミキサとしては、特に限定されるものではなく、パン型ミキサ、二軸ミキサ等の慣用のミキサを用いることができる。また、後述のとおり、ビーズの後添加用として、アジテータ車のドラムを用いてもよい。
混練方法としては、特に限定されるものではなく、全ての材料を一括してミキサに投入して混練してもよいが、混練を行う際の合成樹脂発泡ビーズの飛散を防ぐ観点から、合成樹脂発泡ビーズを除く各材料を混練した後、得られた混練物に合成樹脂発泡ビーズを投入して混練することが好ましい。また、アジテータ車のドラムを用いる場合、該ドラム内の、生コンクリート（合成樹脂発泡ビーズを除く各材料を混練してなるもの）に、合成樹脂発泡ビーズを後から投入して混練する。
【００２２】
本発明の充填材は、優れた充填性を有するものであり、かつ、密度が小さいコンクリートからなるものであるため、金属構造体とコンクリート体を組み合わせてなる複合構造体におけるコンクリート体の材料（例えば、裏込めコンクリート、間詰めコンクリート、及び充填コンクリート）として好適である。
複合構造体としては、例えば、サンドイッチ型複合床版、及びコンクリート充填鋼管等が挙げられる。以下、図１〜２を参照しながら詳しく説明する。
図１中、本発明のサンドイッチ型複合床版１は、上鋼板（デッキプレート）２と、上鋼板２の短手方向の縁辺の下方に設けられ、かつ、上鋼板２の長手方向（サンドイッチ型複合床版１の長手方向）に平行に延設されたＴ形鋼４と、Ｔ形鋼４の下方に設けられた底鋼板５からなる鋼製の構造体、並びに、上鋼板２とＴ形鋼４と底鋼板５に囲まれた空間に、コンクリートからなる充填材３を充填してなる中詰めコンクリート体を含むものである。なお、Ｔ形鋼４の代わりにＨ形鋼等を使用してもよい。
【００２３】
図２中、本発明のコンクリート充填鋼管１１は、内部に空洞を有する鋼管１２と、鋼管１２の内部の空洞に充填材１３を充填してなる充填コンクリート体と、Ｉ形鋼１４とを含むものである。なお、鋼管１２は、角柱状であっても、円柱状であってもよい。
【実施例】
【００２４】
以下、本発明を実施例により具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
［使用材料］
（１）セメント：普通ポルトランドセメント、太平洋セメント社製（密度：３．１６ｇ／ｃｍ３）
（２）細骨材：天然骨材（密度：２．６１ｇ／ｃｍ３）
（３）合成樹脂発泡ビーズＡ：ポリスチレン製発泡ビーズ、発泡倍率１５倍（見かけ密度：０．１０７ｇ／ｃｍ３、平均粒径：０．８ｍｍ、０．６〜１．０ｍｍの粒径のもの：９５質量％以上）
（４）合成樹脂発泡ビーズＢ：ポリスチレン製発泡ビーズ、発泡倍率２０倍（見かけ密度：０．０８１ｇ／ｃｍ３、平均粒径：０．９ｍｍ、０．７〜１．１ｍｍの粒径のもの：９５質量％以上）
（５）合成樹脂発泡ビーズＣ：ポリスチレン製発泡ビーズ、発泡倍率２５倍（見かけ密度：０．０６７ｇ／ｃｍ３、平均粒径：１．０ｍｍ、０．８〜１．２ｍｍの粒径のもの：９５質量％以上）
（６）合成樹脂発泡ビーズＤ：ポリスチレン製発泡ビーズ、発泡倍率４５倍（見かけ密度：０．０３７ｇ／ｃｍ３、平均粒径：１．２ｍｍ、０．９〜１．４ｍｍの粒径のもの：９５質量％以上）
（７）粗骨材：人工軽量粗骨材、太平洋セメント社製、商品名「アサノライト」（密度１．６３ｇ／ｃｍ３）
（８）減水剤Ａ：ポリカルボン酸系ＡＥ減水剤、ＢＡＳＦジャパン社製、商品名「マスターポリヒード１５Ｓ」
（９）減水剤Ｂ：ポリカルボン酸系高性能ＡＥ減水剤、ＢＡＳＦジャパン社製、商品名「マスターグレニウムＳＰ８ＳＶ」
（１０）空気量調整剤：ＢＡＳＦジャパン社製、商品名「マスターエア４０４」
【００２５】
［実施例１］
表１に示す配合に従って、セメント、天然骨材（合成樹脂発泡ビーズ以外の他の細骨材）、及び粗骨材をパン型ミキサに投入して、１５秒間空練りした後、さらに水、減水剤、及び空気量調整剤を投入して６０秒間混練した。次いで、混練物に合成樹脂発泡ビーズを投入して６０秒間混練し、コンクリートを調製した。
得られたコンクリートの材齢７日及び２８日における圧縮強度を「ＪＩＳ  Ａ  １１０８（コンクリートの圧縮強度試験方法）」に準じて測定した。
また、得られたコンクリートの混練終了直後の密度を、「ＪＩＳ  Ａ  １１１６：２００５（フレッシュコンクリートの単位容積質量試験方法及び空気量の質量による試験方法（質量方法））」に準拠して測定した。
さらに、粗骨材を使用しない以外は、上記コンクリートの調製方法と同様にしてモルタルを調製し、得られたモルタルの膨張率を、土木学会標準示方書「充てんモルタルのブリーディング率および膨張率試験方法（案）  ＪＳＣＥ−Ｆ  ５４２−２０１３」に準拠して測定した。
【００２６】
［実施例２〜９］
表１に示す配合に従い、実施例１と同様にして、コンクリートを調製した。
得られたコンクリートの圧縮強度等を実施例１と同様にして測定した。
【００２７】
［比較例１〜７］
比較例１〜３、及び比較例５〜７では、表１に示す配合に従い、実施例１と同様にして、コンクリートを調製した。
また、比較例４では、表１に示す配合に従って、セメント、天然骨材、および粗骨材をパン型ミキサに投入して、１５秒間空練りした後、さらに水、減水剤、及び空気量調整剤を投入して６０秒間混練し、コンクリートを調製した。
得られたコンクリートの圧縮強度等を実施例１と同様にして測定した。
それぞれの結果を表２に示す。
【００２８】
【表１】
0006646433.tif 000002
【００２９】
【表２】
0006646433.tif 000003
【００３０】
表２から、本発明の充填材を構成するコンクリート（実施例１〜９）の密度（１．６５ｇ／ｃｍ３以下）は小さく、材齢２８日における圧縮強度（１８．７Ｎ／ｍｍ２以上）は大きく、かつ、膨張率（−０．２８〜０．５４％）は、特定の数値範囲内（−０．３〜＋２．０％）であることがわかる。
一方、比較例１、５、７のコンクリートの材齢２８日における圧縮強度（１０．１〜１２．６Ｎ／ｍｍ２）は、実施例１〜９と比べて小さいことがわかる。また、比較例３、４、６の密度（１．７８〜２．０３ｇ／ｃｍ３）は、実施例１〜９と比べて大きいことがわかる。さらに、比較例２のコンクリートの膨張率（−０．３８％）は、実施例１〜９と異なり特定の数値範囲内（−０．３〜＋２．０％）から外れていることがわかる。
【符号の説明】
【００３１】
１  サンドイッチ型複合床版
２  鋼板（デッキプレート）
３，１３  充填材
４  Ｔ形鋼
５  底鋼板
１１  コンクリート充填鋼管
１２  鋼管
１４  Ｉ形鋼
【図１】
0006646433.tif 000004
【図２】
0006646433.tif 000005