(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
コンクリート部分が、セメント、ポゾラン質微粉末、粒径2mm以下の細骨材、水、並びに高性能減水剤又は高性能ＡＥ減水剤を少なくとも含み、且つ膨張材を含まない配合物の硬化体からなる鋼管コンクリート杭であって、
前記ポゾラン質微粉末が、シリカフューム又はシリカダストであり、
前記各材料の配合割合が、セメント100重量部に対し、ポゾラン質微粉末5〜50重量部、細骨材50〜250重量部、水10〜30重量部、高性能減水剤又は高性能ＡＥ減水剤（固形分換算）0.5〜4.0重量部であり、
鋼管の内側に配合物を流し込み、遠心成形して製造されたことを特徴とする鋼管コンクリート杭。
【請求項２】
配合物に、金属繊維及び／又は有機質繊維を含み、金属繊維量が配合物の体積の4％未満となる量であり、有機繊維量が配合物の体積の10％未満となる量である請求項１に記載の鋼管コンクリート杭。
【請求項３】
金属繊維が、径0.01〜1.0mm、長さ2〜30mmの鋼繊維である請求項２記載の鋼管コンクリート杭。
【請求項４】
有機質繊維が、径0.005〜1.0mm、長さ2〜30mmのビニロン繊維、ポリプロピレン繊維、ポリエチレン繊維、アラミド繊維、炭素繊維から選ばれる１種以上の繊維である請求項２記載の鋼管コンクリート杭。
【請求項５】
配合物に、平均粒径3〜20μｍの石英粉末をセメント100重量部に対して50重量部以下含む請求項１〜４のいずれかに記載の鋼管コンクリート杭。
【請求項６】
配合物に、平均粒度1mm以下のウォラストナイト、ボーキサイト、ムライト、マイカフレーク、タルクフレーク、バーミキュライトフレーク、アルミナフレークから選ばれた１種以上の粒子を、セメント100重量部に対して35重量部以下含む請求項１〜５のいずれかに記載の鋼管コンクリート杭。
【請求項７】
配合物に、配合物の体積の60％以下の粗骨材を含む請求項１〜６のいずれかに記載の鋼管コンクリート杭。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、鋼管を外殻とし、その内側に圧縮強度130MPaを超える超高強度コンクリートをライニングした鋼管コンクリート杭に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より使用されている鋼管コンクリート杭は、鋼管を外殻とし、圧縮強度80MPa程度の高強度コンクリートを内側にライニングしているので、特に曲げ抵抗力や曲げ剛性が大きく、大きな曲げモーメントやせん断力が作用する基礎杭、あるいは変位の制限条件が大きい場合の基礎杭として使用されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述した従来の鋼管コンクリート杭（圧縮強度80MPa程度の高強度コンクリートを内側にライニングしたもの）には、
1)例えば、外径が600mmと大型の鋼管コンクリート杭の場合では、コンクリート厚が80〜90mmと厚く、鋼管コンクリート杭の重量が大きくなり、運搬等に手間がかかる。また、杭の厚さも100mm程度と厚く、基礎杭としての打ち込みにも手間がかかる。
2)コンクリートの乾燥収縮の防止や、鋼管とコンクリートの密着性を高めるために膨張材を使用するのが普通であるが、膨張材の使用によるケミカルプレストレスが過大とならないように注意する必要がある。
などの欠点があった。
【０００４】
そのため、コンクリート厚を薄くすることができ、また、膨張材を使用する必要のない鋼管コンクリート杭が望まれていた。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、上記課題を解決するために鋭意研究した結果、特定の材料を組み合わせた配合物で鋼管の内側をライニングすることにより、上記課題を解決することができるとの知見を得、本発明に到達した。
【０００６】
即ち、本発明は、コンクリート部分が、セメント、ポゾラン質微粉末、粒径2mm以下の細骨材、水、並びに高性能減水剤又は高性能ＡＥ減水剤を少なくとも含み、且つ膨張材を含まない配合物の硬化体からなる鋼管コンクリート杭であって、前記ポゾラン質微粉末が、シリカフューム又はシリカダストであり、前記各材料の配合割合が、セメント100重量部に対し、ポゾラン質微粉末5〜50重量部、細骨材50〜250重量部、水10〜30重量部、高性能減水剤又は高性能ＡＥ減水剤（固形分換算）0.5〜4.0重量部であり、鋼管の内側に配合物を流し込み、遠心成形して製造された鋼管コンクリート杭（請求項１）であり、さらに、配合物に、特定の割合で金属繊維及び／又は有機質繊維（請求項２）、平均粒径3〜20μｍの石英粉末（請求項５）、平均粒度1mm以下の繊維状粒子又は薄片状粒子（請求項６）、粗骨材（請求項７）を含むことが好ましいものである。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明について詳細に説明する。
本発明で使用するセメントの種類は限定するものではなく、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を使用することができる。
本発明において、硬化体の早期強度を向上しようとする場合は、早強ポルトランドセメントを使用することが好ましく、配合物の流動性を向上しようとする場合は、中庸熱ポルトランドセメントや低熱ポルトランドセメントを使用することが好ましい。
【０００８】
本発明で使用するポゾラン質微粉末は、シリカフューム又はシリカダストである。一般に、シリカフュームやシリカダストでは、その平均粒径は、1.0μｍ以下であり、粉砕等をする必要がないので本発明のポゾラン質微粉末として好適である。ポゾラン質微粉末の配合量は、硬化体の強度や乾燥収縮量の低減から、セメント100重量部に対して5〜50重量部である。ポゾラン質微粉末が少ないと強度発現性が低下する。ポゾラン質微粉末の添加量が多くなると単位水量が増大するのでやはり強度発現性が低下する。
【０００９】
本発明においては粒径2mm以下の細骨材が用いられる。ここで、本発明における細骨材の粒径とは、85％重量累積粒径である。細骨材の粒径が2mmを超えると、コンクリートの強度が低下する。なお、本発明においては、最大粒径が2mm以下の細骨材を用いることが好ましく、最大粒径が1.5mm以下の細骨材を用いることがより好ましい。細骨材としては、川砂、陸砂、海砂、砕砂、珪砂及びこれらの混合物を使用することができる。細骨材の配合量は、硬化体の強度や乾燥収縮量の低減から、セメント100重量部に対して50〜250重量部であり、80〜180重量部がより好ましい。
【００１０】
本発明で使用する減水剤は、高性能減水剤又は高性能ＡＥ減水剤である。これらの減水剤は、減水効果が大きい。減水剤の配合量は、セメント100重量部に対して、固形分換算で0.5〜4.0重量部である。セメント100重量部に対して、減水剤量（固形分換算）が0.5重量部未満では、混練が困難になるとともに、配合物の流動性が低く成形などの作業も困難である。セメント100重量部に対して、減水剤量（固形分換算）が4.0重量部を超えると強度が低下する。なお、減水剤は、液状又は粉末状どちらでも使用可能である。
【００１１】
水量は、セメント100重量部に対して10〜30重量部であり、好ましくは15〜25重量部である。セメント100重量部に対して、水量が10重量部未満では、混練が困難となるとともに、配合物の流動性が低く成形などの作業も困難である。セメント100重量部に対して、水量が30重量部を超えると強度が低下し、また、乾燥収縮量も大きくなる。
【００１２】
本発明においては、硬化体の曲げ強度を大幅に高める観点から、前記配合物に金属繊維及び／又は有機質繊維を含ませることが好ましい。
金属繊維としては、鋼繊維、アモルファス繊維等が挙げられるが、中でも鋼繊維は強度に優れており、またコストや入手のし易さの点からも好ましいものである。金属繊維は、径0.01〜1.0mm、長さ2〜30mmのものが好ましい。径が0.01mm未満では繊維自身の強度が不足し、張力を受けた際に切れやすくなる。径が1.0mmを超えると、同一配合量での本数が少なくなり、曲げ強度を向上させる効果が低下する。長さが30mmを超えると、混練の際ファイバーボールが生じやすくなる。
長さが2mm未満では曲げ強度を向上させる効果が低下する。
金属繊維の配合量は、配合物の体積の4％未満が好ましく、より好ましくは3％未満である。金属繊維の含有量が多くなると混練時の作業性等を確保するために単位水量も増大するので、金属繊維の配合量は前記の量が好ましい。
【００１３】
有機質繊維としては、ビニロン繊維、ポリプロピレン繊維、ポリエチレン繊維、アラミド繊維、炭素繊維等が挙げられる。有機質繊維は、径0.005〜1.0mm、長さ2〜30mmのものが好ましい。
有機質繊維の配合量は、配合物の体積の10％未満が好ましく、8％未満がより好ましい。
なお、本発明においては、金属繊維と有機質繊維を併用することは差し支えない。
【００１４】
本発明においては、硬化体の充填密度を高める観点から、配合物に、平均粒径3〜20μｍ、より好ましくは平均粒径4〜10μｍの石英粉末を含ませることが好ましい。この石英粉末は、コストの点や硬化体の品質安定性の点から好ましいものである。石英粉末としては、石英や非晶質石英、オパール質やクリストバライト質のシリカ含有粉末等が挙げられる。石英粉末の配合量は、硬化体の強度から、セメント100重量部に対して50重量部以下が好ましく、20〜35重量部がより好ましい。
【００１５】
本発明においては、硬化体の靱性を高める観点から、配合物に、平均粒度が1mm以下の繊維状粒子又は薄片状粒子を含ませることが好ましい。ここで、粒子の粒度とは、その最大寸法の大きさ（特に、繊維状粒子ではその長さ）である。
繊維状粒子としては、ウォラストナイト、ボーキサイト、ムライト等が、薄片状粒子としては、マイカフレーク、タルクフレーク、バーミキュライトフレーク、アルミナフレーク等が挙げられる。
繊維状粒子又は薄片状粒子の配合量は、硬化体の強度や靱性等から、セメント100重量部に対して35重量部以下が好ましく、10〜25重量部がより好ましい。
なお、繊維状粒子においては、硬化体の靱性を高める観点から、長さ／直径の比で表される針状度が3以上のものを用いるのが好ましい。
【００１６】
本発明においては、前記配合物に、粗骨材を含ませてもかまわない。粗骨材としては、粒径範囲が2.5〜40mmの砂利、砕石、及びこれらの混合物等が挙げられる。
粗骨材の配合量は、混練時の作業性や硬化体の強度等から、配合物中の60vol％以下が好ましく、50vol％以下がより好ましい。
【００１７】
本発明において、配合物の混練方法は、特に限定するものではなく、例えば、▲１▼粗骨材を使用しない場合、
1)水、減水剤以外の材料を予め混合しておき（プレミックス）、該プレミックス、水、減水剤をミキサに投入し、混練する。
2)水以外の材料を予め混合しておき（プレミックス、ただし減水剤は粉末タイプのものを使用する）、該プレミックス、水をミキサに投入し、混練する。
3)各材料を、それぞれ個別にミキサに投入し、混練する。
▲２▼粗骨材を使用する場合、
1)水、減水剤、粗骨材以外の材料を予め混合しておき（プレミックス）、該プレミックス、水、減水剤、粗骨材をミキサに投入し、混練する。
2)水、粗骨材以外の材料を予め混合しておき（プレミックス、ただし減水剤は粉末タイプのものを使用する）、該プレミックス、水、粗骨材をミキサに投入し、混練する。
3)各材料を、それぞれ個別にミキサに投入し、混練する。
等の方法が挙げられる。
【００１８】
混練に用いるミキサは、通常のコンクリートの混練に用いられるどのタイプのものでもよく、例えば、揺動型ミキサ、パンタイプミキサ、二軸練りミキサ等が用いられる。
【００１９】
本発明において、鋼管コンクリート杭の成形方法は、外殻となる鋼管の内側に、配合物を流し込み遠心成形することによって行われる。
本発明において、粗骨材を含まない配合物は、「JIS R 5201（セメントの物理試験方法）11.フロー試験」に記載される方法において、15回の落下運動を行わないで測定したフロー値が、200mm以上と流動性に優れるものであり、鋼管内への流し込みを容易に行うことができる。また、本発明において、養生条件は特に限定するものではなく、蒸気養生等を行えば良い。
【００２０】
本発明の配合物の硬化体は130MPaを超える圧縮強度を発現するので、コンクリート厚を薄くすることができ、鋼管コンクリート杭の軽量化が可能である。また、杭の厚さも薄くできるので、基礎杭としての打ち込みも容易になる。
さらに、本発明の配合物の硬化体の乾燥収縮量は極めて小さいので、鋼管とコンクリートの密着性を高めるために膨張材を使用する必要はない。
【００２１】
【実施例】
以下、実施例により本発明を説明する。
１．使用材料
以下に示す材料を使用した。
１）セメント        ；低熱ポルトランドセメント（太平洋セメント（株）製）
２）ポゾラン質微粉末；シリカフューム（平均粒径0.7μｍ）
３）細骨材          ；珪砂４号と珪砂５号の２：１（重量比）混合品
４）金属繊維        ；鋼繊維（直径：0.2mm、長さ：15mm）
５）高性能ＡＥ減水剤；ポリカルボン酸系高性能ＡＥ減水剤
６）水              ；水道水
７）無機粉末        ；石英粉（平均粒径7μｍ）
８）繊維状粒子      ；ウォラストナイト（平均長さ0.3mm、長さ／直径の比4）
９）粗骨材          ；砕石1505
【００２２】
実施例１
低熱ポルトランドセメント100重量部、シリカフューム32.5重量部、細骨材120重量部、高性能ＡＥ減水剤1.0重量部（セメントに対する固形分）、水22重量部を二軸練りミキサに投入し、混練した。
該配合物のフロー値を、「JIS R 5201（セメントの物理試験方法）11.フロー試験」に記載される方法において、15回の落下運動を行わないで測定した。その結果、フロー値は270mmであった。
また、前記配合物をφ50×100mmの型枠に流し込み、20℃で48時間前置き後90℃で48時間蒸気養生した。該硬化体の圧縮強度（３本の平均値）は210MPaであった。
さらに、前記配合物を10×10×40cmの型枠に流し込み、20℃で48時間前置き後90℃で48時間蒸気養生した。該硬化体の曲げ強度（３本の平均値）は25MPaであった。
また、前記配合物を10×10×40cmの型枠に流し込み、20℃で48時間前置き後90℃で48時間蒸気養生した。そして、20℃まで冷却後、脱型した。該供試体を20℃、湿度60％で91日間保存し、脱型時からの乾燥収縮量を求めた。該硬化体の乾燥収縮量（３本の平均値）は50μmであった。
【００２３】
実施例２
低熱ポルトランドセメント100重量部、シリカフューム32.5重量部、細骨材120重量部、高性能ＡＥ減水剤1.0重量部（セメントに対する固形分）、水22重量部、鋼繊維(配合物中の体積の２％)を二軸練りミキサに投入し、混練した。
該配合物のフロー値を実施例１と同様に測定した。その結果、フロー値は250mmであった。
また、圧縮強度と曲げ強度も実施例１と同様に測定した。その結果、圧縮強度は210MPa、曲げ強度は47MPaであった。
また、乾燥収縮量も実施例１と同様に測定した。その結果、乾燥収縮量は50μmであった。
【００２４】
実施例３
低熱ポルトランドセメント100重量部、シリカフューム32.5重量部、細骨材120重量部、高性能ＡＥ減水剤1.0重量部（セメントに対する固形分）、水22重量部、石英粉30重量部、ウォラストナイト24重量部、鋼繊維(配合物中の体積の２％)を二軸練りミキサに投入し、混練した。
該配合物のフロー値を実施例１と同様に測定した。その結果、フロー値は250mmであった。
また、圧縮強度と曲げ強度も実施例１と同様に測定した。その結果、圧縮強度は230MPa、曲げ強度は47MPaであった。
また、乾燥収縮量も実施例１と同様に測定した。その結果、乾燥収縮量は47μmであった。
【００２５】
実施例４
実施例３で使用した配合物と粗骨材の容積比が7:3となるように、各材料を二軸練りミキサに投入し、混練した。
該配合物の圧縮強度と曲げ強度を実施例１と同様に測定した。その結果、圧縮強度は135MPa、曲げ強度は13MPaであった。
また、乾燥収縮量も実施例１と同様に測定した。その結果、乾燥収縮量は48μmであった。
【００２６】
実施例５
低熱ポルトランドセメント100重量部、シリカフューム32.5重量部、細骨材180重量部、高性能ＡＥ減水剤1.0重量部（セメントに対する固形分）、水22重量部、石英粉30重量部、ウォラストナイト24重量部、鋼繊維(配合物中の体積の２％)を二軸練りミキサに投入し、混練した。
外径600mm×長さ10mの鋼管（鋼管厚9mm）に、該配合物を投入し（コンクリート厚が40mmとなる量）、遠心成形（低速2G×2分、低速5G×5分、中速15G×5分、高速35G×15分）を行った。
遠心成形後のノロの発生は認められなかった。
【００２７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の鋼管コンクリート杭においては、圧縮強度が130MPaを超える配合物を用いて製造するので、コンクリート厚を薄くすることができ、鋼管コンクリート杭の軽量化が可能である。また、杭の厚さも薄くできるので、基礎杭としての打ち込みも容易になる。
さらに、本発明の配合物の硬化体の乾燥収縮量は極めて小さいので、鋼管とコンクリートの密着性を高めるために膨張材を使用する必要はない。