(57)【要約】【目的】耐凍結融解抵抗性に優れた高強度軽量コンクリートおよびその製造方法に係り、軽量骨材を用いて軽量化を図ったコンクリートにおいて好ましい構造物の高耐久性およびトータルコストの低減を図った有利な施工性を確保し、またその適切な製造方法を提供する。【構成】少なくとも粗骨材の周面においてスラリー状シリカフュームによる被覆層３ａが形成されたものであって、細骨材４とセメント系その他の凝結性混練物が配合されて混合成形された耐凍結融解抵抗性に優れた高強度軽量コンクリート。【選択図】　　　　　図１
2004002124.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも粗骨材の周面においてスラリー状シリカフュームによる被覆層が形成されたものであって、細骨材とセメント系その他の凝結性混練物が配合されて混合成形されたことを特徴とする耐凍結融解抵抗性に優れた高強度軽量コンクリート。
【請求項２】
周面にスラリー状シリカフューム混練物による被覆層を形成した軽量粗骨材または細骨材に対しセメント系その他の凝結性混練物が添加され被覆成形されたことを特徴とする請求項１に記載の耐凍結融解性に優れた高強度軽量コンクリート。
【請求項３】
コンクリート成型体であって凍結融解サイクル回数が３００回を超えても相対動弾性係数が７０％以上であることを特徴とした請求項１または請求項２に記載の耐凍結融解抵抗性に優れた高強度軽量コンクリート。
【請求項４】
軽量骨材の周面にスラリー状シリカフューム層を附着形成し、このスラリー状シリカフューム層を形成した軽量骨材に対し１次水をセメントその他の凝結性成分の２５〜４０ｗｔ％とした１次混練をなし、次いで目的の流動成形性を得るための２次水を添加して混練した混練物を前記軽量骨材間に充填成形することを特徴とした耐凍結融解抵抗性に優れた高強度軽量コンクリートの製造方法。
【請求項５】
軽量粗骨材の表面にシリカフューム重量の１．２〜１．７倍とされた水量によるスラリー状シリカフュームの被覆層を形成することを特徴とした請求項４に記載の耐凍結融解抵抗性に優れた高強度軽量コンクリートの製造方法。
【請求項６】
混練前における含水率７％以下とされた軽量骨材を用いることを特徴とした請求項４または５の何れか１つに記載の耐凍結融解抵抗性に優れた高強度軽量コンクリートの製造方法。
【請求項７】
混練前における含水率５％以下とされた軽量骨材を用いることを特徴とした請求項６に記載の耐凍結融解抵抗性に優れた高強度軽量コンクリートの製造方法。
【請求項８】
１次水量Ｗ１を次式によって求めることを特徴とした請求項４〜７の何れか１つに記載の耐凍結融解抵抗性に優れた高強度軽量コンクリートの製造方法。
【数１】
2004002124.tif 000014
Ｗ１＝１次水量（ｋｇｆ／ｍ３）
α＝セメントのキャピラリー状態に必要な水セメント比（％）
βＯＨ（Ｓ）＝細骨材の拘束水率（％）
βＯＨ（Ｇ）＝粗骨材の拘束水率（％）
Ｃ＝単位セメント量（ｋｇｆ／ｍ３）
Ｓ＝単位細骨材量（ｋｇｆ／ｍ３）
Ｇ＝単位粗骨材量（ｋｇｆ／ｍ３）
【請求項９】
人工軽量粗骨材および細骨材に対し１次水とシリカフュームを含有せしめてスラリー状態として混練すると共に表面水を均斉化し、次いでセメントを添加した１次練りを行ってから２次水と所要の混和剤を添加して２次練りを行うことを特徴とした請求項１〜８の何れか１つに記載の耐凍結融解抵抗性に優れた高強度軽量コンクリートの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は耐凍結融解抵抗性に優れた高強度軽量コンクリートおよびその製造方法に係り、軽量骨材を用いて軽量化を図ったコンクリートにおいて好ましい構造物の高耐久性およびトータルコストの低減を図った有利な施工性を確保し、またその適切な製造方法を提供しようとするものである。
【０００２】
【従来の技術】
建築物や構築物においてコンクリートは不可欠な構造体であって、古くから各方面において種々に広く採用されているが、このようなコンクリートにあっては粗骨材と細骨材において強度を確保しようとすることが一般的技術方向である。
【０００３】
ところで前記のようなコンクリートにあっては得られる構造体において強度を確保するためには相当量の骨材を配合することが不可欠であって、このことは軽量コンクリートにおいても耐凍結融解抵抗性に優れた高強度を得しめることが有用であることは明らかであり、そうした軽量性と対凍結融解条件下での高強度性を共に具備したコンクリートを得ることについては従来から各方面で種々に研究がなされているが、未だにそれらの要求を共に満足せしめた製品は勿論その製造方法も確立されるに到っていない。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
即ちコンクリートの強度を確保するためには骨材を配合することが不可欠であり、また軽量性を得るには高度の多孔組織をもった骨材（特に粗骨材）を採用すべきこととなるが、このような軽量性を得るための高度の多孔組織は該コンクリートの強度性を損うのが一般的であって、そうした強度性と軽量性をともに満足させることは基本的に相反する不合理な要求とならざるを得ないことが一般である。
【０００５】
特に軽量コンクリートを得るための軽量骨材は吸水性の高いものとなり、そうした吸水性の高い軽量骨材を用いたコンクリートの場合には耐凍結融解抵抗性の如きが大きく低下することとならざるを得ない。また斯様な耐凍結融解抵抗性を向上させるためには絶乾状態の軽量骨材を用いることが考えられるが、そのような絶乾状態の軽量骨材を用いた場合には施工時において一般的に採用されるポンプ圧送により配合水分が骨材中に閉じ込められ、結果的に吸水率の高い軽量骨材を用いたことになり目的とするような高強度軽量コンクリートを得ることができない。
【０００６】
また例えば海上などにおけるプラント船などの浮上構造物や水上などにおける橋梁上部構造物などにおいては軽量性と共に強度性の何れもが高度に要求され、如何に軽量であっても強度の低いものは殆ど無価値であり、反対に強度が充分に高いものであったとしても重量の大きいものは全く利用価値を有していない。即ち軽量性と強度性が共に満足されることが要求されるものであって、斯うした要求が共に満足されることにより始めて上記のような用途に提供することが可能である。
【０００７】
なお上記のようなコンクリートを用いて得られる構造物の基礎部分や支持部分の如きもそれなりに高強度を必要とすることから高重量とならざるを得ず、必然的にこの基礎部分においても多量の資材と工数を必要とし、多額の費用を必要とする。従って近年においては軽量骨材を用いた高強度軽量コンクリートに対する必要性が高まっているが、その軽量化目的で採用される軽量骨材はその吸水性が高くなることから耐凍結融解抵抗性の如きが低下することとならざるを得ない。この耐凍結融解抵抗性を向上させるために絶乾状態の軽量骨材を用いることも行われるが、施工時におけるポンプ圧送により水分が骨材中に閉じ込められることとなり、結果的には吸水率の高い軽量骨材を用いたこととなって、好ましい結果を得難い不利がある。
【０００８】
更に上記のように粗骨材や細骨材を用いて強度を確保しようとする従来の一般的技術方向によるものは、その本体部分や基礎部分の如きの何れにおいても重量の大きいコンクリートに対しては大量の資材を必要とし多額の費用を必要とする。しかも得られるコンクリートの重量が大であるから成程強度が得られたとしても例えば構造物床板ないし基礎構造部に採用される部材などにおいてはそれら基礎部材が損傷した場合などにおける取替え工作を困難且つ煩雑化する。具体的には近年における車輛の大型化および交通量の増加などにより鋼橋の鉄筋コンクリート床板などの損傷が著しいことは一般的に知られている通りである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記したような従来のものにおける不利ないし課題を解消することについて研究を重ね創案されたものであって、軽量粗骨材の周面にシリカフューム含有水分層即ちスラリーシリカフュームを吸着させて目止めを形成し、シリカフュームを少なくとも該粗骨材の表面における多孔組織の目止めとなし、しかも上記したように造殻層の形成された軽量粗骨材の周面にスラリー状シリカフュームを形成し、次いでセメントをキャピラリー状とするための２次水とセメントを添加して混合成形するものであって以下の如くである。
【００１０】
（１）少なくとも粗骨材の周面においてスラリー状シリカフュームによる被覆層が形成されたものであって、細骨材とセメント系その他の凝結性混練物が配合されて混合成形されたことを特徴とする耐凍結融解抵抗性に優れた高強度軽量コンクリート。
【００１１】
（２）周面にスラリー状シリカフューム混練物による被覆層を形成した軽量粗骨材または細骨材に対しセメント系その他の凝結性混練物が添加され被覆成形されたことを特徴とする前記（１）項に記載の耐凍結融解抵抗性に優れた高強度軽量コンクリート。
【００１２】
（３）コンクリート成型体であって凍結融解サイクル回数が３００回を超えても相対動弾性係数が７０％以上であることを特徴とした前記（１）項または（２）項に記載の耐凍結融解抵抗性に優れた高強度軽量コンクリート。
【００１３】
（４）軽量粗骨材の周面にスラリー状シリカフューム層を附着形成し、このスラリー状シリカフューム層を形成した軽量骨材に対し１次水をセメントその他の凝結性成分の２５〜４０ｗｔ％とした１次混練をなし、次いで目的の流動成形性を得るための２次水を添加して混練した混練物を前記軽量骨材間に充填成形することを特徴とした耐凍結融解抵抗性に優れた高強度軽量コンクリートの製造方法。
【００１４】
（５）軽量粗骨材の表面にシリカフューム重量の１．２〜１．７倍とされた水量によるスラリー状シリカフュームの被覆層を形成することを特徴とした前記（４）項に記載の耐凍結融解抵抗性に優れた高強度軽量コンクリートの製造方法。
【００１５】
（６）混練前における含水率７％以下とされた軽量骨材を用いることを特徴とした前記（４）項または（５）項の何れか１つに記載の耐凍結融解抵抗性に優れた高強度軽量コンクリートの製造方法。
【００１６】
（７）混練前における含水率５％以下とされた軽量骨材を用いることを特徴とした前記（６）項に記載の耐凍結融解抵抗性に優れた高強度軽量コンクリートの製造方法。
【００１７】
（８）１次水量Ｗ１を次式によって求めることを特徴とした前記（４）〜（７）項の何れか１つに記載の耐凍結融解抵抗性に優れた高強度軽量コンクリートの製造方法。
【数２】
2004002124.tif 000003
Ｗ１＝１次水量（ｋｇｆ／ｍ３）
α＝セメントのキャピラリー状態に必要な水セメント比（％）
βＯＨ（Ｓ）＝細骨材の拘束水率（％）
βＯＨ（Ｇ）＝粗骨材の拘束水率（％）
Ｃ＝単位セメント量（ｋｇｆ／ｍ３）
Ｓ＝単位細骨材量（ｋｇｆ／ｍ３）
Ｇ＝単位粗骨材量（ｋｇｆ／ｍ３）
【００１８】
（９）人工軽量粗骨材および細骨材に対し１次水とシリカフュームを含有せしめてスラリー状態として混練すると共に表面水を均斉化し、次いでセメントを添加した１次練りを行ってから２次水と所要の混和剤を添加して２次練りを行うことを特徴とした前記（１）〜（８）の何れか１つに記載の耐凍結融解抵抗性に優れた高強度軽量コンクリートの製造方法。
【００１９】
【作用】
少なくとも粗骨材の周面においてスラリー状シリカフュームによる被覆層を形成したものに対し細骨材とセメント系その他の凝結性混練物が配合されて混合成形したことにより耐凍結融解抵抗性に優れた高強度軽量コンクリートが提供される。
【００２０】
周面にスラリー状シリカフューム混練物による被覆層を形成した軽量粗骨材または細骨材に対しセメント系その他の凝結性混練物が添加され被覆成形されたことによりシリカフューム混練物によって周面を被覆された軽量粗骨材または細骨材がセメント系その他の凝結性混練物により凝結一体化した高強度コンクリートを適切に製造せしめ、前記シリカフューム混練物による被覆層によって耐凍結融解抵抗性を適切に向上せしめる。
【００２１】
普通コンクリート成型体であって凍結融解サイクル回数が３００回を超えても相対動弾性係数が７０％以上であることにより凍結、融解が激しく繰返されるような寒冷地などにおける施工条件下においても好ましい耐用性（強度）を長期に亘って保持した高強度軽量コンクリートを提供せしめ、従来技術において求め得ない高度の耐凍結融解性をもった各種部体を得しめ、コンクリート構造物の軽量性と耐用性を確保せしめる。
【００２２】
軽量骨材の周面にスラリー状シリカフューム層を附着形成し、このスラリー状シリカフューム層を形成した軽量骨材に対し１次水をセメントその他の凝結性成分の２５〜４０ｗｔ％とした１次混練をなすことにより、上記のようなシリカフューム層を介して軽量骨材粒子相互を有効且つ適切に結着一体化した高強度軽量コンクリートを製造せしめる。
【００２３】
また上記に次いで目的の流動成形性を得るための２次水を添加して混練した混練物を前記軽量骨材間に充填成形することによって耐凍結融解抵抗性に優れた高強度軽量コンクリートを的確に製造し提供することを可能とする。
【００２４】
混練前における軽量骨材の含水率を７％以下とした動弾性係数７０％以上のような軽量骨材を用いることにより上記したようなスラリー状シリカフュームによる被覆層を利用した相対高強度レベルの骨材を準備し、該軽量骨材の周面にスラリー状シリカフューム層を附着形成したコンクリートの製造を的確に得しめる。
【００２５】
混練前における含水率をシリカフューム含有条件下で５％以下とされた軽量骨材を用いることによってスラリー状シリカフュームによる被覆層を利用し相対動弾性係数が９０％以上（少なくとも８５％以上）のような製品を安定して高レベルに製造せしめ得、性能良好な製品を的確に提供することができる。
【００２６】
上述したようにスラリー状シリカフュームを形成した軽量骨材に対する混練に当って１次水量Ｗ１をセメントのキャピラリー状態に必要な水セメント比と細骨材および粗骨材の拘束水率、単位セメント量、単位細骨材および単位粗骨材量に基いた特定計算式によって求めることにより与えられた配合組成条件下において的確な配合水量により合理的な高強度軽量コンクリートを得しめる。
【００２７】
人工軽量粗骨材および細骨材に対し１次水とシリカフュームを含有せしめてスラリー状態として混練すると共に表面水を均斉化し、次いでセメントを添加した１次練りを行ってから２次水と所要の混和剤を添加して２次練りを行うことによって目的とする耐凍結融解抵抗性に優れた高強度軽量コンクリートを的確に製造せしめる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
上記したような本発明によるものの具体的な実施態様について説明すると、近年において高強度軽量コンクリートに対する需要が高まっており、使用する軽量骨材の吸水性が高い場合においては耐融解抵抗性が低下する傾向となり、この耐凍結融解抵抗性を向上させるために絶乾状態の軽量骨材を用いることが考えられるが、施工時のポンプ圧送を受けることにより水分が骨材中に閉じ込められ、結果的に吸水率の高い軽量骨材を用いたことになってしまうことは前記した通りである。
【００２９】
そこで本発明においては連続した３段階（スリーステージ）練り法を採用して軽量粗骨材の周面に造殻層を形成し、即ち骨材の界面を改善するためシリカフュームをスラリー状として形成した目どめ効果を得しめるように１次水の適量を均一状に添加せしめてからシリカフュームを均等状に添加して均一状に添着せしめ、耐凍結融解性の高い高強度軽量コンクリートを形成せしめるものである。即ちこのようなシリカフュームの添着状態は図１、図２に示す如くであって粗骨材１または細骨材４における適度の加湿条件でシリカフューム３が添加付着せしめられることによってベース部材１または４の表面にシリカフュームの均一状被覆３が定着される。
【００３０】
本発明者等が具体的に採用したコンクリート材料は次の表１に示す如くであって、セメントとしては強度発現の早い早強ポルトランドセメントを採用し、粗骨材についてはコンクリートの使用目的を考慮して絶乾状態の人工軽量骨材（メサライト）を採用した。
【００３１】
【表１】
2004002124.tif 000004
【００３２】
また本発明のような場合においては配合されるセメントを有効に分散させ、骨材の周面に充分に造殻させることが必要であり、その１次混練のための１次水量Ｗ１を次のＷ１に関する式によって求めることとした。
【数３】
2004002124.tif 000005
Ｗ１＝１次水量（ｋｇｆ／ｍ３）
α＝セメントのキャピラリー状態に必要な水セメント比（％）
βＯＨ＝細骨材の拘束水率（％）
Ｃ＝単位セメント量（ｋｇｆ／ｍ３）
Ｓ＝単位細骨材量（ｋｇｆ／ｍ３）
Ｇ＝単位粗骨材量（ｋｇｆ／ｍ３）
【００３３】
上記したセメントのキャピラリー状態に必要な水セメント比αの試験については、ミキサーを攪拌しながら、試料セメントに所定のピッチで水を順次加え、それぞれの負荷電流値を測定することによりキャピラリー状態に必要な水セメント比αを求めた。また細骨材の拘束水率βＯＨ（Ｓ）および軽量粗骨材の拘束水率βＯＨ（Ｇ）の試験は試料細骨材および軽量粗骨材と分散材とで作成したモルタルを収納容器に詰め、一定の遠心力を作用させ、残留水セメント比から細骨材の拘束水率を求める。分散材は、水セメント比４５％のセメントペーストとする。更にβ０（％）の試験は、上記したような試験の結果より以下の式により勾配β０を求める。
【数４】
2004002124.tif 000006
ＷＺ　＝遠心脱水後の試料モルタル中の残留水量（％）
Ｗ＝遠心脱水前の試料モルタル中における残留水率（％）
Ｃ＝試料モルタル中のセメント量（％）
ＷＡ＝遠心脱水前の試料モルタル中のセメント重量（ｇ）
ＷＢ＝遠心脱水前の試料モルタル重量（ｇ）
ＷＣ＝容器の風袋重量（ｇ）
【００３４】
なおβＯＨ（％）と細骨材の吸水率との関係は以下のとおりである。
【数５】
2004002124.tif 000007
【００３５】
また２次水量Ｗ２の決定方法については、２次水量に関する以下の式で求める。
なお、骨材の表面水量の補正は１次水で行い、混和剤（Ａｄ）量の補正は２次水で行うこととした。
Ｗ２＝Ｗ０−（Ｗ１＋ＳＦＷ＋Ａｄ）
Ｗ０＝単位水量（ｋｇｆ／ｍ３）
Ｗ１＝１次水量（ｋｇｆ／ｍ３）
ＳＦＷ＝スラリーシリカフュームの水分量（ｋｇｆ／ｍ３）
Ｗ２＝２次水量（ｋｇｆ／ｍ３）
Ａｄ＝ｂ混和剤量（ｋｇｆ／ｍ３）
【００３６】
また凍結融解試験抵抗性に関する検討試験は「目標値」および「コンクリートの配合」については以下の如くである。
本発明者等の実施した連続した３段階（スリーステージ）練りによる高強度軽量コンクリートの目標値は以下に示す如くである。
スランプ：１０±２ｃｍ
空気量：５％
単位容積質量：１．９ｋｇ／リッタ以下
圧縮強度：５０Ｎ／ｍｍ２（設計）
６０Ｎ／ｍｍ２（目標）
【００３７】
次にコンクリートの配合は、予備試験実施に当り配合（吸水補正水の計算を含む）は日本メサライト工業の参考資料である高強度軽量コンクリート（１種）試験結果報告を参考にしたが、コンクリートの配合条件および配合表は次の表２に示す如くである。
【００３８】
【表２】
2004002124.tif 000008
【００３９】
【実施例】
本発明によるものの具体的な実施例について説明すると、本発明者等は人工軽量粗骨材や細骨材と共に１次水、２次水とセメント及び混和剤を用いて以下に示す如く配合し混練調整した。
【００４０】
粗骨材として人工軽量粗骨材である絶乾密度１．２８ｇ／ｃｍ３で３０分吸水率が４．８％のものを１５ｍｍ以下に破砕したものとして準備し、また細骨材としては大井川水系産出の陸砂（表乾密度２．５８ｇ／ｃｍ３）と千葉県産出の山砂（表乾密度２．６４ｇ／ｃｍ３）と太平洋セメント社製造の早強ポルトランドセメントと高性能ＡＥ減水剤、ＡＥ助剤を準備し、次の表３に示すような配合条件および配合により連続３段階（スリーステージ）練り方式で調整した。
【００４１】
【表３】
2004002124.tif 000009
【００４２】
また、同様の連続３段階（スリーステージ）練り方式による調整ではあるが、シリカフュームを含まないものについては次ぎの表４に示すような配合条件および配合によって準備した。
【００４３】
【表４】
2004002124.tif 000010
【００４４】
さらに、比較例として、上記連続３段階（スリーステージ）練り方式と同じ時間（１８０秒）を従来技術方式により行ったもの（シリカフューム含む）についての配合条件および配合は次ぎの表５に示すとおりである。
【００４５】
【表５】
2004002124.tif 000011
【００４６】
なお、混練前における人工軽量骨材（粗骨材および細骨材）における含水率としては本発明によるものが１、５、７、１０、２６．５％の範囲で種々に変化したものを準備し、混練方法としては本発明によるものは骨材とシリカフューム溶液と１次水を添加した１次混練後にセメントを投入混練して２次混練し、次いで目的の流動成形性を得る２次水を添加して３次混練したものであるが、このようにして得られた各種資料についてＪＳＣＥ−Ｇ５０１−１９８６によるコンクリートの凍結融解試験を行った結果は図３として示す如くであって、混練前の人工軽量粗骨材における含水率が７％以下のものは５００サイクル後においても相対動弾性係数が７０％以上（図３のものでは７０％以上）であることが確認され、混練前粗骨材含水率が５％以下のものは９０％以上が９０％程度以上、混練前粗骨材含水率１％以下のものは１００％近い相対動弾性係数を有していることが確認され、更に耐凍結融解抵抗性が大幅に改善向上されていて、耐候性に卓越していることが知られた。また、シリカフュームを含まないこと以外の条件は本発明の含水率７％と同様の条件とした場合についてを点線によって示しているが、この場合には本発明により達成されるべき特質は実現されていないことが理解される。
【００４７】
即ちこのような本発明のものに対し、従来技術方式のものおよび混練前粗骨材含水率が１０％や２６．５％の資料（人工軽量粗骨材による製品）は何れも３００サイクル以下で相対動弾性係数が６０％以下となっているもので、本発明のものの耐凍結融解特性における技術的特段性は明確である。
【００４８】
また、凍結融解試験５１０サイクル完了後の曲げ強度結果を表６に、圧縮強度結果を表７に示す。これらの表６、表７において、本発明１、２については５１０サイクル後の数値を示すが、比較例である従来技術方式のものは３００サイクル完了後、相対動弾性係数が何れも８０％に達したので（規格６０％以上）、その時点での数値を記載している。また、強度比は、従来技術方式（シリカフューム５％）を１００とした場合の比率を数値で表したものである。
【００４９】
【表６】
2004002124.tif 000012
【００５０】
【表７】
2004002124.tif 000013
【００５１】
上記表６、７から明らかなように、凍結融解試験５１０サイクル完了後においても曲げ強度及び圧縮強度において本発明が非常に優れたものであることが理解される。
【００５２】
【発明の効果】
以上説明したような本発明によるときは凍結融解抵抗性に優れた高強度性を確保し、構造物の軽量化と高強度性を共に満足せしめ、トータルコストの低減を充分に図らしめるなどの効果を有しており、工業的にその効果の大きい発明である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の軽量粗骨材に対するシリカフューム被覆の形成状態を示した部分切欠正面図である。
【図２】本発明における粗骨材と共に細骨材にもシリカフューム被覆の形成された状態を示す部分切欠正面図である。
【図３】本発明例とその比較例についての凍結融解サイクルによる相対動弾性係数変化状態を要約して示した図表である。
【符号の説明】
１　軽量粗骨材
２　その多孔組織部
３　シリカフューム被覆体
３ａ　シリカフューム被覆層
４　細骨材
【図１】
2004002124.tif 000015
【図２】
2004002124.tif 000016
【図３】
2004002124.tif 000017