(57)【要約】【課題】スランプ８〜２１ｃｍのコンクリートとして適用可能で、コンクリートの体積が打設時より収縮することがない無収縮コンクリートを提供すること。【解決手段】コンクリート１ｍ３あたり、膨張材を４０ｋｇ以上、収縮低減剤を１０ｋｇ以上混入し、長期にわたって残留膨張ひずみ７５が残るコンクリートを得る。膨張材には、例えば、３ＣａＯ・３Ａｌ２Ｏ３・ＣａＳＯ４、ＣａＯ、およびＣａＳＯ４を含むものやＣａＯ、３ＣａＯ・ＳｉＯ２、およびＣａＳＯ４を含むものを用いる。収縮低減剤には、例えば、低分子量アルキレンオキシド共重合体を含むものを用いる。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水、セメント、細骨材、粗骨材その他を含有して成るコンクリート１ｍ３あたり、膨張材を４０ｋｇ以上、収縮低減剤を１０ｋｇ以上混入したことを特徴とする無収縮コンクリート。
【請求項２】
前記コンクリートにおける細骨材またはセメントの一部を前記膨張材とすることを特徴とする請求項１記載の無収縮コンクリート。
【請求項３】
前記膨張材は、前記膨張材全体を１００質量部として、合計５質量部以上の３ＣａＯ・３Ａｌ２Ｏ３・ＣａＳＯ４、ＣａＯ、およびＣａＳＯ４を含むことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の無収縮コンクリート。
【請求項４】
前記膨張材は、前記膨張材全体を１００質量部として、合計５質量部以上のＣａＯ、３ＣａＯ・ＳｉＯ２、およびＣａＳＯ４を含むことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の無収縮コンクリート。
【請求項５】
前記コンクリートにおける水の一部を前記収縮低減剤とすることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の無収縮コンクリート。
【請求項６】
前記収縮低減剤は、前記収縮低減剤全体を１００質量部として、５質量部以上の低分子量アルキレンオキシド共重合体を含むことを特徴とする請求項５記載の無収縮コンクリート。
【請求項７】
水セメント比が２０％〜７０％であることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれかに記載の無収縮コンクリート。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、無収縮コンクリートに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、コンクリートの収縮が望ましくない部材（柱や梁などの拘束体に囲まれた後打ち増設壁等）にコンクリートを適用する場合には、セメント量が４００ｋｇ／ｍ３以上のコンクリートに、３０ｋｇ／ｍ３以下の膨張材や４ｋｇ／ｍ３以下の収縮低減剤などを混入して製造される膨張コンクリートが用いられてきた（例えば、非特許文献１参照）。また、中庸熱セメントを用いたコンクリートにセメントの２％の収縮低減剤を添加する試み（例えば、非特許文献２参照）や、普通セメントを用いたコンクリートに３０ｋｇ／ｍ３以上の膨張材や１０ｋｇ／ｍ３以下の収縮低減剤を混入する試み（非特許文献３参照）などがなされている。
【０００３】
【非特許文献１】
日本建築学会大会学術講演梗概集Ａ−１、２００２年８月、ｐ．５６９−５７０
【非特許文献２】
日本建築学会大会学術講演梗概集Ａ−１、２００２年８月、ｐ．５４３−５４６
【非特許文献３】
日本建築学会大会学術講演梗概集Ｃ−２、２００２年８月、ｐ。７０５−７０６
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の膨張コンクリートでは、打設後の初期材齢では膨張材の効果によってコンクリートが一定量膨張するが、その後の長期材齢における乾燥等によって、初期の膨張ひずみを上回る収縮ひずみが生じ、最終的には収縮側に転じてしまう。
【０００５】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、スランプ８〜２１ｃｍのコンクリートとして適用可能で、コンクリートの体積が打設時より収縮することがない無収縮コンクリートを提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
前述した目的を達成するための本発明は、コンクリート１ｍ３あたり、膨張材を４０ｋｇ以上、収縮低減剤を１０ｋｇ以上混入したことを特徴とする無収縮コンクリートである。
【０００７】
本発明の無収縮コンクリートでは、例えば、コンクリートの基準調合における細骨材またはセメントの一部を膨張材と置き換える。膨張材の使用量は、コンクリート１ｍ３あたり４０ｋｇ以上であり、その上限は８０ｋｇとする。なお、非特許文献３に示すように、コンクリート１ｍ３あたりの膨張材使用量を９０ｋｇとすると、圧縮強度が著しく低下するため、上限値として８０ｋｇを設定した。
【０００８】
膨張材には、例えば、主成分として３ＣａＯ・３Ａｌ２Ｏ３・ＣａＳＯ４、ＣａＯ、およびＣａＳＯ４を含むものを用いるのが好ましい。また、主成分としてＣａＯ、３ＣａＯ・ＳｉＯ２、およびＣａＳＯ４を含むものも使用可能である。主成分とは、膨張材全体を１００質量部として、５質量部以上含まれる成分である。
【０００９】
また、例えば、コンクリートの基準調合における水の一部を収縮低減剤と置き換える。収縮低減剤の使用量は、コンクリート１ｍ３あたり１０ｋｇ以上であり、その上限は３０ｋｇとする。これは、一般的に、水と置き換える収縮低減剤の量を増やすほど圧縮強度が低下する傾向があるためである。なお、収縮低減剤を３０ｋｇ使用した場合の圧縮強度の低下率は、３０％程度である。
【００１０】
収縮低減剤には、例えば、主成分として低分子量アルキレンオキシド共重合体を含むものを用いるのが好ましい。低分子量アルキレンオキシド共重合体とは、エチレンオキサイドとプロピレンオキサイドとの共重合体であり、重合方法は、ランダム重合物、ブロック重合物のいずれでも良い。主成分とは、収縮低減剤全体を１００質量部として、５質量部以上含まれる成分である。本願発明では、水セメント比は、２０％〜７０％にて行っている。また、高性能ＡＥ減水剤等の混和剤を必要に応じて混入する。
【００１１】
第１の発明では、コンクリート１ｍ３あたりに、膨張材を４０ｋｇ以上、収縮低減剤を１０ｋｇ以上混入して無収縮コンクリートを製造する。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて、本発明の実施の形態について詳細に説明する。以下に、柱・梁の拘束フレーム内に壁を打設する状況を模擬した試験体１を用いて、コンクリートの無収縮性を確認した実験について述べる。図１、図２は、試験体１の立面断面図を示す。図２は、図１のＡ−Ａによる断面図、図１は、図２のＢ−Ｂによる断面図である。
【００１３】
図１、図２に示すように、試験体１は、拘束フレーム７、鉄筋９、コンクリート１１等で構成される。拘束フレーム７は、Ｈ鋼３とＨ鋼５からなる四角形状の枠である。鉛直方向の２本のＨ鋼３は柱に相当し、２本のＨ鋼３の上端同士、下端同士を連結する水平方向のＨ鋼５は梁に相当する。拘束フレーム７の枠内には、壁を模擬した鉄筋９、コンクリート１１が設置される。鉄筋９は格子状に配置され、鉄筋９の前後には型枠１０が設置される。型枠１０内にはコンクリート１１が打設される。Ｈ鋼３、Ｈ鋼５の寸法はいずれも２００×２００×８×１２ｍｍであり、長さはそれぞれ８００ｍｍ、６００ｍｍである。鉄筋９は、公称径が１３ｍｍの異形鉄筋であり、１００ｍｍ間隔で配置される。
【００１４】
図３は、コンクリート１１の調合を示す図である。実験では、コンクリート１１の種類や調合を変化させ、４体の試験体１を製作した。図３の調合Ｎｏ１３は、４体の試験体１に打設したコンクリート１１の調合の番号を示す。調合Ｎｏ．１は普通コンクリート、調合Ｎｏ．２〜Ｎｏ．４は無収縮コンクリートである。本発明の無収縮コンクリートでは、コンクリート１ｍ３あたり、４０ｋｇ以上の膨張材と、１０ｋｇ以上の収縮低減剤を混入するが、図３に示す調合Ｎｏ．２から調合Ｎｏ．４は、その例である。
【００１５】
図３の水セメント比１５、細骨材率１７、空気量１９は、調合Ｎｏ．１〜Ｎｏ．４に示す各調合での水セメント比（％）、細骨材率（％）、目標とする空気量（％）を示す。なお、図３では、水セメント比１５を、セメント２５の質量と膨張材２７の質量との和に対する水２１の質量と収縮低減剤２３の質量との和の比として算出した。
【００１６】
また、水２１、収縮低減剤２３、セメント２５、膨張材２７、細骨材２９、粗骨材３１の上段３７は、調合Ｎｏ．１〜Ｎｏ．４に示す各調合でのコンクリート１ｍ３中の水２１、収縮低減剤２３、セメント２５、膨張材２７、細骨材２９、粗骨材３１の質量（ｋｇ／ｍ３）を、下段３９は、各調合でのコンクリート１ｍ３中の水２１、収縮低減剤２３、セメント２５、膨張材２７、細骨材２９、粗骨材３１の体積（ｌ／ｍ３）を示す。
【００１７】
高性能ＡＥ減水剤３３、ＡＥ助剤３５の上段３７は、各調合でのセメント＋膨張材に対する高性能ＡＥ減水剤３３、ＡＥ助剤３５の質量比（％）を、下段３９は、各調合でのセメント＋膨張材に対する高性能ＡＥ減水剤３３、ＡＥ助剤３５の体積（ｌ／ｍ３）を示す。
【００１８】
膨張材２７には、３ＣａＯ・３Ａｌ２Ｏ３・ＣａＳＯ４、ＣａＯ、およびＣａＳＯ４が主成分であるものを用いるのが好ましい。また、ＣａＯ、３ＣａＯ・ＳｉＯ２、およびＣａＳＯ４が主成分であるものも使用可能である。但し、主成分とは、膨張材２７全体を１００質量部として、合計で５質量部以上含まれる成分とする。
【００１９】
収縮低減剤２３には、低分子量アルキレンオキシド共重合体が主成分であるものを用いるのが好ましい。但し、主成分とは、収縮低減剤２３全体を１００質量部として、合計で５質量部以上含まれる成分とする。低分子量アルキレンオキシド共重合体とは、エチレンオキサイドとプロピレンオキサイドとの共重合体であり、重合方法は、ランダム重合物、ブロック重合物のいずれでも良い。
【００２０】
試験体Ｎｏ．１では、試験体１のコンクリート１１に、調合Ｎｏ．１の普通コンクリートを適用した。図３に示すように、調合Ｎｏ．１では、収縮低減剤２３や膨張材２７は混入されない。試験体Ｎｏ．１は、コンクリート１１の打設後、材齢７日までコンクリートの乾燥を防ぐ目的で型枠１０を取り付けた状態を維持した。試験体Ｎｏ．１は、比較用の試験体として用いられる。
【００２１】
試験体Ｎｏ．２では、試験体１のコンクリート１１に、調合Ｎｏ．２の無収縮コンクリートを適用した。図３に示すように、調合Ｎｏ．２は、調合Ｎｏ．１と比較してセメント２５の量が少なく、水セメント比１５が大きい。また、１０ｋｇ／ｍ３の収縮低減剤２３と、６０ｋｇ／ｍ３の膨張材２７が混入される。試験体Ｎｏ．２は、コンクリート１１の打設後、材齢７日まで型枠１０を存置した。試験体Ｎｏ．２は、セメント２５の量が４００ｋｇ／ｍ３以下の無収縮コンクリートを用いた試験体である。
【００２２】
試験体Ｎｏ．３では、試験体１のコンクリート１１に、調合Ｎｏ．３の無収縮コンクリートを適用した。図３に示すように、調合Ｎｏ．３では、水セメント比１５は調合Ｎｏ．１と同じであるが、１７０ｋｇ／ｍ３の水２１のうち１５ｋｇ／ｍ３が収縮低減剤２３に置き換えられ、４８６ｋｇ／ｍ３のセメント２５のうち６０ｋｇ／ｍ３が膨張材２７に置き換えられる。試験体Ｎｏ．３は、コンクリート１１の打設後、材齢７日まで型枠１０を存置した。
【００２３】
試験体Ｎｏ．４では、試験体１のコンクリート１１に、調合Ｎｏ．４の無収縮コンクリートを適用した。図３に示すように、調合Ｎｏ．４は、調合Ｎｏ．３と同じコンクリートである。試験体Ｎｏ．４は、コンクリート１１の打設後、材齢２日で型枠１０を取り外し、材齢７日まで養生マットで壁面１２の表面を湿潤養生した。これは、試験体Ｎｏ．１、試験体Ｎｏ．２、試験体Ｎｏ．３と養生条件が相異することによる影響を評価するためである。
【００２４】
図４は、試験体Ｎｏ．１から試験体Ｎｏ．４までの材齢と長さ変化率との関係を示すグラフである。なお、長さ変化率の試験方法は、ＪＩＳＡ６２０２：１９９７に準拠した。図４の横軸４１は材齢（日）を、縦軸４３はコンクリート１１の長さ変化率（×１０−６）を示す。
【００２５】
試験体Ｎｏ．１から試験体Ｎｏ．４では、コンクリート１１の打設後、所定の材齢に達したときにコンクリート１１の長さを測定し、測定開始時の長さに対する長さ変化率（×１０−６）を算出した。曲線４５、曲線４７、曲線４９、曲線５１は、それぞれ、試験体Ｎｏ．１、試験体Ｎｏ．２、試験体Ｎｏ．３、試験体Ｎｏ．４の材齢と長さ変化率の関係を示す。
【００２６】
コンクリート１１に比較用の普通コンクリート（調合Ｎｏ．１）を適用した試験体Ｎｏ．１では、曲線４５に示すように、測定開始直後から長さ変化率が−５０６．５×１０−６である。試験体Ｎｏ．１のコンクリート１１は、材齢１８０日の時点で、測定開始時より収縮している。
【００２７】
コンクリート１１に無収縮コンクリート（調合Ｎｏ．２〜調合Ｎｏ．４）を適用した試験体Ｎｏ．２から試験体Ｎｏ．４では、曲線４７、曲線４９、曲線５１に示すように、打設直後から長さ変化率がプラスである。試験体Ｎｏ．２から試験体Ｎｏ．４のコンクリート１１に適用した無収縮コンクリートは、材齢１８０日の時点で、測定開始時より膨張している。
【００２８】
曲線４７、曲線４９、曲線５１は、材齢１８０日の時点で、それぞれほぼ一定値に収束しており、試験体Ｎｏ．２から試験体Ｎｏ．４では、材齢１８０日以降も無収縮性が確保されていることが確認された。
【００２９】
図５は、試験体Ｎｏ．１から試験体Ｎｏ．４までの材齢と拘束フレーム７のひずみとの関係を示すグラフである。図５の横軸５３は材齢（日）を、縦軸５５は拘束フレーム７のひずみ（×１０−６）を示す。
【００３０】
試験体Ｎｏ．１から試験体Ｎｏ．４では、コンクリート１１の打設後、所定の材齢に達したときに、拘束フレーム７に取付けたひずみゲージ（図示せず）によって、測定開始時に対する拘束フレーム７のひずみ（×１０−６）を測定した。ひずみゲージ（図示せず）は、例えば、Ｈ鋼３またはＨ鋼５のフランジに設置される。点線５７、破線５９、細線６１、太線６３は、それぞれ、試験体Ｎｏ．１、試験体Ｎｏ．２、試験体Ｎｏ．３、試験体Ｎｏ．４の材齢（日）と拘束フレーム７のひずみの関係を示す。
【００３１】
コンクリート１１に比較用の普通コンクリート（調合Ｎｏ．１）を適用した試験体Ｎｏ．１では、点線５７に示すように、コンクリート１１の打設以降、拘束フレーム７にはほとんどひずみが生じていない。これは、図４の曲線４５に示すように、試験体Ｎｏ．１のコンクリート１１が収縮側にあるためである。
【００３２】
コンクリート１１に無収縮コンクリート（調合Ｎｏ．２〜調合Ｎｏ．４）を適用した試験体Ｎｏ．２から試験体Ｎｏ．４では、破線５９、細線６１、太線６３に示すように、コンクリート１１の打設以降、拘束フレーム７に変形が生じている。
【００３３】
試験体Ｎｏ．２から試験体Ｎｏ．４の拘束フレーム７の変形は、図４の曲線４７、曲線４９、曲線５１に示すように、無収縮コンクリートの膨張によるものである。図４で長さ変化率が減少し始めた材齢７日以降、図５に示すように拘束フレーム７のひずみは徐々に小さくなっている。しかし、材齢９１日時点においても拘束フレーム７の変形は残っており、試験体Ｎｏ．２から試験体Ｎｏ．４のコンクリート１１に適用した無収縮コンクリートは、１４．０×１０−６〜２６．５×１０−６程度のひずみを生じており、打設時点より膨張側にあることが確認できる。
【００３４】
このように、図３の調合Ｎｏ．２から調合Ｎｏ．４に示す無収縮コンクリートでは、図４に示すように、材齢１８０日の時点で、打設した時点のコンクリート１１の体積を基準として膨張した状態で安定しつつあり、収縮側に転じない。
【００３５】
図６は、無収縮コンクリート７３の概念図を示す。図６の横軸６５は材齢、縦軸６７はコンクリートの長さ変化を示す。打設した時点でのコンクリートの体積を基準として、縦軸６７の矢印Ａ方向は膨張側、矢印Ｂ方向は収縮側である。
【００３６】
図６に示すように、例えば図３に示される調合Ｎｏ．１のような普通コンクリート６９は、打設直後は膨張するが、その後収縮側に転じ、収縮が進行する。これは、図４の試験体Ｎｏ．１の長さ変化率の経過とほぼ一致する。また、従来の膨張コンクリート７１は、打設後は膨張するが、その後、乾燥等によって初期の膨張ひずみ以上の収縮ひずみが生じ、収縮側に転じる。
【００３７】
例えば図３における調合Ｎｏ．３、調合Ｎｏ．４のような無収縮コンクリート７３では、長期材齢における乾燥等による収縮ひずみ量が、打設直後に生じた膨張ひずみ量を超えることがなく、収縮が収束した後に残留膨張ひずみ７５が残る。この傾向は、図４に示すように、セメント量が４００ｋｇ／ｍ３以下である調合Ｎｏ．２の無収縮コンクリートにも認められる。
【００３８】
図３に示す調合のコンクリートを用いた実験により、セメント量が４００ｋｇ／ｍ３以下であっても無収縮コンクリートを製造できることが確認できた。また、スランプが８〜２１ｃｍのコンクリートが得られ、様々な用途に用いることができる。本発明の無収縮コンクリートを、柱・梁等によるフレーム内に後打ちする増設壁などに適用する場合には、打設された無収縮コンクリートが周辺フレームによって拘束されるため、周辺フレームへの定着用アンカの施工が不要となる。
【００３９】
なお、無収縮コンクリートの調合は、図３の調合Ｎｏ．２から調合Ｎｏ．３に示すものに限らず、コンクリート１ｍ３あたり、膨張材を４０ｋｇ以上、収縮低減剤を１０ｋｇ以上混入したものとする。通常、水セメント比（水結合材比）は、２０％から７０％の範囲で使用している。
【００４０】
また、図３に示す調合Ｎｏ．２〜調合Ｎｏ．４では、基準調合におけるセメント２５の一部を膨張材２７で置き換えたが、基準調合における細骨材２９の一部を膨張材２７で置き換えてもよい。
【００４１】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明によれば、コンクリートの体積が打設時より収縮することがない無収縮コンクリートを提供できる。図３に示す調合のコンクリートを用いた実験により、セメント量が４００ｋｇ／ｍ３以下であっても無収縮コンクリートを製造できることが確認できた。また、スランプが８〜２１ｃｍのコンクリートが得られ、様々な用途に用いることができる。本発明の無収縮コンクリートを、柱・梁等によるフレーム内に後打ちする増設壁などに適用する場合には、打設された無収縮コンクリートが周辺フレームによって拘束されるため、周辺フレームへの定着用アンカの施工が不要となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】試験体１の立面断面図
【図２】試験体１の立面断面図
【図３】コンクリート１１の調合を示す図
【図４】材齢と長さ変化率との関係を示すグラフ
【図５】材齢と拘束フレーム７のひずみとの関係を示すグラフ
【図６】無収縮コンクリート７３の概念図
【符号の説明】
１………試験体
３、５………Ｈ鋼
７………拘束フレーム
９………鉄筋
１１………コンクリート
１２………壁面
１５………水セメント比
２１………水
２３………収縮低減剤
２５………セメント
２７………膨張材
２９………細骨材
７３………無収縮コンクリート
７５………残留膨張ひずみ
【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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