(57)【要約】【課題】ひびの発生することがない低収縮超高強度コンクリート組成物及びそれを用いて自己充填機能をもって得られるプレキャストコンクリート製品を提供する。【解決手段】コンクリート１ｍ３あたり、５００ｋｇ以上のセメントに、ブレーン値３０００ｃｍ２／ｇ以上の不活性微粉末を加えると共に、セメント及び不活性微粉末の比表面積の総和を２５万〜５０万ｍ２とすることを特徴とする高流動、自己充填機能をもった低収縮超高強度コンクリート組成物、及びこれを用いて得られる無ひびのプレキャストコンクリート製品。【選択図】　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
コンクリート１ｍ３あたり５００ｋｇ以上のセメントと、不活性微粉末、粗骨材、細骨材、並びに水を配合し、これに適量の減水剤、混和剤、収縮低減剤、並びに膨張剤を加え、特に、前記不活性微粉末のブレーン値を３０００ｃｍ２／ｇ以上とすると共に、前記セメント配合物の比表面積と前記不活性微粉末配合物の比表面積の総和を２５００００ｍ２〜５０００００ｍ２としたことを特徴とする低収縮超高強度コンクリート組成物。
【請求項２】
請求項１に記載の組成物を、スランプフロー値５０ｃｍ以上の高流動性組成物とし、これを自己充填機能をもって型枠内に充填し、圧縮強度９０〜１５０Ｎ／ｍｍ２、かつ無罅の耐久性の高いコンクリート製品としたことを特徴とする低収縮超高強度コンクリート製品。
【請求項３】
請求項１に記載の組成物をスランプフロー値５０ｃｍ以上の高流動性組成物とし、これを自己充填機能をもって型枠内に充填し、総表面積に対する排水開口の部分の面積が１５〜２１％であり、該排水開口部分を６〜１０本のスリット開口部分に配分して成る通水蓋としたことを特徴とする低収縮超高強度コンクリート製品。
【請求項４】
請求項３に記載の通水蓋は、スリット穿設方向と直交する方向に沿って加わる集中線荷重に対し、２７ｋＮ〜６０ｋＮの曲げ耐力を有することを特徴とする低収縮超高強度コンクリート製品。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高流動性を有し自己充填機能をもって成型を行うことができ、しかも圧縮強度が９０〜１５０Ｎ／ｍｍ２の超高強度で、かつ無罅の耐久性の有る低収縮超高強度コンクリート組成物及びそれを用いて得られる通水蓋等のコンクリート製品に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、複雑又は肉薄のコンクリート製品を容易に得るために自己充填機能を向上させるための研究が為されている。また、肉薄で超高強度のコンクリート製品を得るために圧縮強度９０Ｎ／ｍｍ２以上の強度を有する超高強度コンクリートの研究が為されている。
【０００３】
従来の圧縮強度９０〜１５０Ｎ／ｍｍ２の超高強度のコンクリートは、水に対する粉体比を２０〜３５％程度の低い値として、セメントおよびほかのポゾラン反応特性を有する粉体の単位使用量を５００ｋｇ／ｍ３以上としている。このよにう多量の反応性微粉末を保有するコンクリートは超高強度とはなるものの自己収縮等による罅割れ（以下、罅又はひびと称す）が発生しやすく、全体強度を低下すると共に耐久性に問題を生じる。
【０００４】
硬化組成物の表面に収縮により発生する微細なひび割れは、外観上の欠陥となる他に、ひび割れが誘発する凍結融解による劣化作用や、塩害、各種ガスの進入など物理的、化学的影響を受けてコンクリート組成物を早期に劣化させる。従って、表面にひび割れを生じたコンクリート製品は、耐久性が無く、品質劣化にて商品たり得ない。
【０００５】
図４は、本発明の実施例において比較例として用いた従来の超高強度コンクリートの表面の電子顕微鏡写真（５００倍）である。図において、縦方向に深いひび割れが見える。このように、従来の超高強度コンクリートは、高流動性を得るため水に対する粉体比を２０〜３５％程度の低い値としているので、必ず目視可能なひび割れを生じていた。
【０００６】
コンクリートの収縮によるひび割れを少なくするためには、膨張特性を有するひび割れ低減材等の添加等の対策が取られるものの、なお反応性粉体を多量保有し、自己収縮が相当大きく、これにより構造物に起こる収縮ひび割れを抑制するに至っておらず、耐久性向上の課題が残されている。
【０００７】
また、未硬化の生コンクリートを型枠内に均等、かつ確実に充填する目的でスランプフロー値１８ｃｍ以下の普通コンクリートと、スランプフロー値５０ｃｍ以下の中流動コンクリートと、スランプフロー値５０〜７０ｃｍ程度の高流動コンクリートの夫々について、夫々充填機能の改善が図られつつあるが、少なくとも超高強度の高流動コンクリートについては未だ満足すべき域に達していない。充填機能の改良はコンクリート工学の今日的課題でもある。
【０００８】
超高強度を必要とするコンクリート製品の一例としては、厚み制限のあるコルゲートボックスや道路側溝の蓋、特に通水蓋等の例が有る。道路側溝の蓋において、車両の輪荷重のみに限定される通常蓋の場合は、従来の鉄筋コンクリートの許容応力度で十分対応が可能であり、経済的にも有利である。従って、通常蓋については、重量的には問題残るも、現状側溝の多くには、鉄筋コンクリート蓋が殆ど用いられている。しかし、輪荷重と路面排水機能を同時に要求される通水蓋は、排水機能を確保するために多数のスリットを必要とし、従来の鉄筋コンクリートでは強度不足のためこれに対応できず、鉄筋コンクリート製蓋より価格的には３〜４倍高価な鋼製又はレジンコンクリート製のグレーチングと呼ばれる格子状の通水蓋のみが対象とされている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記従来技術に鑑みて、超高強度、かつ高流動性として自己充填機能を高くしながらも、低収縮特性を有し無ひびの成型品とすることができる低収縮超高強度コンクリート組成物及びそれにより得られるコンクリート製品を提供することを目的とする。
【００１０】
また、低収縮超高強度コンクリート製品の一例として、超高強度、肉薄軽量で安価に製造できるコンクリート製通水蓋を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決することのできる本発明の低収縮超高強度コンクリート組成物は、コンクリート１ｍ２あたり５００ｋｇ以上のセメントと、不活性微粉末、粗骨材、細骨材、並びに水を配合し、これに適量の減水剤、混和剤、収縮低減剤、並びに膨張剤を加え、特に、前記不活性微粉末のブレーン値を３０００ｃｍ２／ｇ以上とすると共に、前記セメント配合物の比表面積と前記不活性微粉末配合物の比表面積の総和を２５００００ｍ２〜５０００００ｍ２としたことを特徴とする。
【００１２】
本発明の低収縮超高強度コンクリート組成物は、コンクリート１ｍ３あたり５００ｋｇ以上の普通セメントあるいは高炉セメントと、不活性の微粉末と、絶乾比重２．５以上、吸水率１．０％以下の粗骨材及び細骨材と、収縮低減材、膨張剤、高性能減水剤および水を混練して組成される。
【００１３】
使用するセメントは普通セメントあるいは高炉セメントのほかに、中庸熱セメント、低熱セメント、フライアッシュセメントなどがいずれも使用できるが、早強セメントは初期の水和熱が大きく、ひび割れが発生しやすく好ましくない。セメントの単位容積当りの使用量は、５００〜７００ｋｇ／ｍ３とすることが好ましい。単位セメント使用量が５００ｋｇ／ｍ３より少なくなると、コンクリートの圧縮強度６０Ｎ／ｍｍ２以上の高強度又は超高強度を得るのが難しくなる。また、使用量が７００ｋｇ／ｍ３を超えると、コンクリートの自己収縮が大きくなり、ひび割れの原因となる。
【００１４】
不活性微粉末としては、例えば石灰石微粉末など、通常の良質な岩石の砕石微粉末を使用することができる。鉱滓スラグ、石炭フライアッシュ、天然ポゾランなど潜在水硬性を有する物質の微粉末は自己収縮抑止の効果がなく、本発明には適用できない。
【００１５】
不活性微粉末のブレーン値は使用セメントの粉末より大きくし、３０００ｃｍ２／ｇ以上とする。このブレーン値は、４０００〜８０００ｃｍ２／ｇが適当である。８０００ｃｍ２／ｇ以下だと、コンクリートのひび割れ抑止の効果が無い。８０００ｃｍ２／ｇより大きくすると、材料コストが高くなり、不経済となる。
【００１６】
ここで、本発明者は、多数の実験と試行錯誤の結果、次の不活性微粉末の利用効果に関する一つの法則（比表面積総和の法則）を見出した。即ち、セメント配合物の比表面積（Ｓｃ）ｍ２、プレーン値４０００〜８０００ｃｍ２／ｇの不活性微粉末の配合物の比表面積（Ｓｔ）ｍ２、両配合物の比表面積の総和をΣＳとするとき、不活性微粉末の比表面積Ｓｔは、Ｓｃ×０．４５±０．２、より好ましくはＳｃ×０．４５±０．１が適切で、かつ総和ΣＳを２５００００ｍ２〜５０００００ｍ２とすれば、高流動化によっても分離せず、自己充填が可能で、かつ低収縮特性を有し、ひび割れ抑止効果が高い。別の見方をすれば、比表面積総和の法則を基準として、不活性微粉末の量Ｓｔは、ΣＳ−Ｓｃで定める。
【００１７】
勿論、他の配合物も適切に定められなければならないが、一部に配合変更があっても、この法則は守られる。従って、この法則に従って、セメント及び不活性微粉末を適切に採択し、配合管理すれば、自己充填機能を用いて低収縮、無ひびで超高強度のプレキャストコンクリート製品を作ることができる。
【００１８】
一般に、圧縮強度６０Ｎ／ｍｍ２以上のものを高強度、９０Ｎ／ｍｍ２以上のものを超高強度と呼んでいる。本発明では、超高強度と称するも、前述比表面積総和の法則を基本とする発明であり、６０Ｎ／ｍｍ２以上の高強度コンクリートをも含むものである。圧縮強度６０Ｎ／ｍｍ２以上の高強度コンクリートは、コンクリート１ｍ３あたりに使用するセメント量を５００〜６００ｋｇ以上必要とする。これに高性能減水剤や、収縮低減剤などの添加だけでは、水和反応過程で組成物に生ずる微細な収縮ひび割れの発生現象を抑止できない。本発明では、セメント量が５５０ｋｇ以上〜６５０ｋｇと大量であってもセメント量から持ち込まれる微粒子の総表面積Ｓｃと、不活性微粉末から持ち込まれる微粒子の総表面積Ｓｔとを加えた比表面積の総和ΣＳが、２５００００ｍ２以上、５０００００ｍ２未満の範囲に調整して混合されれば、分散効果によってコンクリート硬化体の自己収縮や乾燥収縮に伴う微細なひび割れ現象を抑止できる。
【００１９】
本発明の低収縮超高強度コンクリート製品は、以上示した組成物を、スランプフロー値５０ｃｍ以上の高流動性組成物とし、これを自己充填機能をもって型枠内に充填し、圧縮強度９０〜１５０Ｎ／ｍｍ２、かつ無ひびで耐久性の高いコンクリート製品としたことを特徴とする。
【００２０】
本製品の例としては、制限された厚みの中で高強度を必要とするコンクリート製品として、ボックスカルバートや薄手の側溝蓋、地形的又は形状的に部材断面の縮小化や制約を受ける地中埋設函梁、プレキャスト橋桁、プレキャスト床版、カーテンウォール、その他小断面、高強度部材のプレキャストコンクリート製品等の例がある。
【００２１】
本発明の低収縮超高強度コンクリート製品の一例としての通水蓋は、上記組成物をスランプフロー値５０ｃｍ以上の高流動性組成物とし、これを自己充填機能をもって型枠内に充填し、総面積に対する排水開口の部分の面積が１５〜２１％であり、該排水開口部分を６〜１０本のスリット開口部分に配分して成る通水蓋としたことを特徴とする。又、この通水蓋は、スリット穿設方向と直交する方向に沿って加わる集中線荷重に対し、２７ｋＮ〜６０ｋＮの曲げ耐力を有することを特徴とする。
【００２２】
本発明の通水蓋は、高流動性を持たせ、自己充填機能をもって容易にプレキャスト成型できる。総面積に対する排水開口部分の面積を１５〜２１％とするので、道路側溝において、充分な排水機能を果す。また、排水開口部分は、６〜１０本のスリット開口部分に配分するので、スリット状の単位排水開口幅は、十分小さくすることができ、この間にハイヒールや車椅子のタイヤ等が入り込むようなことが無い。
【００２３】
また、本発明の通水蓋は、スロット穿設方向と直交する方向（一般には道路方向又は蓋配置方向）に沿って加わる集中線荷重に対し、２７ｋＮ〜６０ｋＮの曲げ耐力を有するよう、超高強度コンクリート組成物を用いて無ひびで成型される。従って、道路側溝の蓋として利用したとき、車両の輪荷重によって破損する恐れは無く、耐久性の高い通水蓋として実現できる。
【００２４】
以上示した通水蓋と同様に通常の蓋を肉薄、軽量化して設計できる。即ち、本発明のコンクリートは、流動性高くして自己充填機能を有するのみならず、超高強度で、特に無ひび製品とすることができる。従って、通常蓋を厚み４０％以上減少させて設計しても、通常コンクリートと同一強度とすることができ、薄く、５０％近く軽量化した通常蓋を作ることができる。現状の通常蓋の代わりに利用する場合には、高さを合わせるために足部を設ければ良い。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、配合例、及び設計例等の実施例を挙げつつ、本発明の実施の形態を説明する。まず、本発明の低収縮超高強度コンクリート組成物は、１ｍ３のコンクリートあたり５００ｋｇ以上のセメントと、不活性微粉末、粗骨材、細骨材、並びに水を配合し、これに適量の減水剤、混和剤、収縮低減剤、並びに膨張剤を加え、特に、前記不活性微粉末のブレーン値を３０００ｃｍ２／ｇ以上とすると共に、前記セメント配合物の比表面積と前記不活性微粉末配合物の比表面積の総和を２５００００ｍ２〜５０００００ｍ２としたことを特徴とする。配合は、既に示した比表面積総和の法則に従って行う。表１に、実施例配合１及び２を比較例１及び２と共に示した。比較例１、２のセメント配合量は、実施例１、２のものと同一となるよう夫々が対応するよう配合している。
【００２６】
【表１】
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表１において、セメントは、太平洋セメント株式会社のブレーン値３３００ｃｍ２／ｇの普通セメントを用いた。不活性微粉末は、同太平洋セメント株式会社製のプレーン値５１５０ｃｍ２／ｇの石灰石微粉末を用いた。粗骨材は、粒径５ｍｍ以上の大分県津久見産の砕石を用いた。膨張材は、商品名Ｎ・ＥＸとして販売されている石灰系膨張剤であるカルシュームサルフォアルミネート系膨張剤を用いた。収縮低減剤としては、商品名ＡＳ２１として販売されているアルキレンオキシド系収縮低減剤を用いた。高性能減水剤としては、商品名マイティ２１ＷＨとして販売されているカルボキシル基含有ポリエーテル系化合物を用いた。その他、少量のシリカフュームを用いている。
【００２７】
表１に示したセメントの比表面積Ｓｃ及び不活性微粉末の比表面積Ｓｔの関係を示すと、表２の通りである。
【００２８】
【表２】
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表２に示すように、本発明では、コンクリート１ｍ３あたりに使用するセメントの比表面積Ｓｃと不活性微粉末の比表面積Ｓｔの総和ΣＳを２５万〜５０万（ｍ２）とする。表２に示した配合により得られる各コンクリートの性状を表３に示す。
【００２９】
【表３】
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表３に示すように、実施例１、２のコンクリートは、スランプフロー値を夫々６９ｃｍ、７２ｃｍとして高流動化し自己充填機能をもって均一に型枠に充填することができ、圧縮強度１０８Ｎ／ｍｍ２、１２１Ｎ／ｍｍ２を出すことができる。充填中において分離することも無く、隅々までよく行き亘る。ここで、重要な点は、実施例のものは無ひびである点である。実施例１、比較例１の表面電子顕微鏡写真を夫々図１、図５に示す。比較例のものは、全てひびを生じ、製品劣化し、耐久性を阻害している。
【００３０】
図２は、表１に示す各配合により作られたコンクリートの収縮率を示している。横軸は材齢（週）を、縦軸は収縮率（％）を示す。
【００３１】
図２から明らかなように、不活性微粉末を用い、セメント及び不活性微粉末の比表面積Ｓｃ、Ｓｔの総和ΣＳを２５万〜５０万ｍ２とする実施例にあっては、明らかに比較例と異なり、８週間経っても０．０２５％以下でひびが発生しない。比較例では材齢２週間でひび発生する。実施例のものにあっては、収縮率は、６ヶ月経過後もほとんど増加しないことも確認されている。
【００３２】
図３は、上記実施例１のコンクリート組成物を、自己充填機能をもって成型して作った通水蓋１を示す。本例の通水蓋１は、道路に布設された側溝（図示せず）の蓋のうち、集水部分に設置されるコンクリート製の蓋である。本通水蓋１の設計は、本発明の低収縮超高強度コンクリート組成物の出現により、始めて設計可能となったものである。ここでは、本通水蓋１をＳＱＣタイプと称している。長さＬｃｍと、呼び名に対する幅寸法ｂ１（ｂ２）が定められ、排水開口部には、６本のスリット開口部２が切られ、スリット間には矩形の滑り止めマット３が設けられ、高さ合せのための足部４が設けられ、足部４には防音ゴム５が設けられている。寸法、重量は、表４に示す通りである。強度別には、９０Ｎ／ｍｍ２、１１０Ｎ／ｍｍ２の２通りが設計できる。６０Ｎ／ｍｍ２高強度コンクリートのものも設計できる。特性を表５に示す。
【００３３】
【表４】
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【表５】
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表４及び表５において、高さｔ１は、スリット開口部２の無い通常の側溝蓋（図示せず）が必要とする高さと同一である。本例の通水蓋１は、足部４を設け、本体部分の厚み（高さ）ｔ２を２５ｍｍ〜４０ｍｍだけ小さくしている。従って、重量的には、通常の側溝蓋に対し、スリット開口分と、高さ減少分だけ減少させることができる。この減少分を重量換算すると、通常蓋に対し２５〜４５％の軽量化を図ることができる。
【００３４】
表５において、強度は、図３に示す通水蓋１の中央でスリット穿設方向と直交する方向（蓋設置方向）に長さ２００ｍｍの線荷重をかけ、測定した。スリット開口部２で区切られるリブ１本当りの曲げ耐力は１３〜２０ｋＮであり、全体では４０〜６０ｋＮの荷重に耐えることができた。この値は、規格値２７〜３０ｋＮに十分対応できる値である。しかも、前述のように、通水蓋１とされたコンクリートの表面は、図１に示す通り均一で無ひびであり、耐久性が極めて高い。試算によれば、耐久年数１００年以上とされる。
【００３５】
本発明は、上記通水蓋１に加えて、通常の側溝蓋（通常蓋）にも適用できる。即ち、本発明の低収縮超高強度コンクリート組成物は、スランプフロー値５０ｃｍ以上として高流動性をもたせ、自己充填機能をもって無ひびの超高強度のプレキャスト製品を作ることができるので、図３に示した通水蓋１から、スリット開口部２、滑り止めマット３を除いた形の足部４の付いた通常蓋を作ることができる。
【００３６】
この足部４の付いた通常蓋は、同一強度を保ちながら本体厚みを肉薄とした形であり、その分軽量化することができる。また、現状の厚みの有るコンクリートに代えて、そのまま設置することができる。
【００３７】
本例の軽量化された通常蓋は、従来の蓋より重量を４０％程度軽減できる。全国市町村では、湿度が高くなり病害虫がはびこり易い季節には住民が中心となって清掃を行っている。ところが、住民の高齢化に伴い、厚さ１０ｃｍ、重さ２０〜４０ｋｇ程の重い側溝の蓋の取り外しが負担と成っている。清掃ともなると、１軒あたり２０個前後をはぐり上げねばならず、相当大変である。そのため、住民の声として、軽量化量が待望されていた。ここに、本発明の低収縮超高強度コンクリート製の側溝蓋（通常蓋、通水蓋）は、厚み５〜６ｃｍ程度にて、４０〜５０％まで軽量化可能であり、前記住民の声に答えて、容易にはぐり上げることのできる側溝蓋とすることができる。
【００３８】
本発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を変更しない範囲で種々変形することができ、各種態様で実施できる。
【００３９】
【発明の効果】
以上の通り、本発明は、コンクリート１ｍ３あたり５００ｋｇ以上のセメントにブレーン値３０００ｃｍ２／ｇ以上の不活性微粉末を加えると共に、セメント及び不活性微粉末の比表面積の総和を２５万〜５０万ｍ２とすることを特徴とする高流動、自己充填機能をもった低収縮超高強度コンクリート組成物であるので、複雑又は厚みの薄いプレキャストコンクリートを均一に無ひびで、しかも超高強度で成型することができる。
【００４０】
本発明の低収縮超高強度コンクリート製品によれば、無ひびとすることができるので、ひび割れが誘発する凍結融解による劣化作用、塩害、各種ガスの進入による劣化作用が発生せず、長期の耐久性を保障できる。
【００４１】
本発明の通水蓋及び他の側溝蓋（通常蓋）によれば、規格強度以上の強度を得ながら肉薄製品として成型することができるので、軽量化でき、理想的なコンクリート製の蓋を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例に係る低収縮超高強度コンクリートの表面の電子顕微鏡写真（倍率５００倍）である。
【図２】本発明の実施例に係る低収縮超高強度コンクリートの材齢に対する収縮率を比較例と共に示す特性線図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る通水蓋を示し、（ａ）図は平面図、（ｂ）図はその正面側面図、（ｃ）図は底面図、（ｄ）図は右側面図である。
【図４】本発明の比較例として示した従来の超高強度コンクリートの表面の電子顕微鏡写真（倍率５００倍）である。
【符号の説明】
１　通水蓋
２　スリット開口部
３　滑り止めマット
４　足部
５　防音ゴム
Ｓｃ　セメントの比表面積
Ｓｔ　不活性微粉末の比表面積
ΣＳ　比表面積の総和
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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