(57)【要約】【課題】  高強度コンクリートのワーカビリティを低下させることなく、火災時等の高温状態においても確実に爆裂を抑制できるようにする。【解決手段】水結合材比が３０％以下で、コンクリート内に樹脂薄膜を形成可能な、合成高分子樹脂、半合成高分子樹脂、天然樹脂のうちから選択された樹脂を乳化重合してなる樹脂エマルジョンを前記結合材質量に対して０．０５〜０．３質量％添加した高強度コンクリートとする。硬化し内部に樹脂薄膜が形成されたコンクリートは、火災等の高温環境下で樹脂薄膜が溶融して体積が減少し、急激に発生した高圧蒸気が樹脂薄膜内に透過、浸入し、高圧蒸気の圧力緩和、コンクリート熱応力緩和の作用を果たし、またコンクリート表面まで樹脂薄膜の一部が連続することで、内部の高圧蒸気の漏気し、爆裂を有効に抑制する。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
水結合材比が３０％以下のコンクリートであって、該コンクリート内に樹脂薄膜を形成可能な樹脂エマルジョンを前記結合材質量に対して０．０５〜０．３質量％添加してなることを特徴とする爆裂抑制コンクリート。
【請求項２】
前記樹脂エマルジョンは、合成高分子樹脂、半合成高分子樹脂、天然樹脂のうちから選択された樹脂を乳化重合してなることを特徴とする請求項１に記載の爆裂抑制コンクリート。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は爆裂抑制コンクリートに係り、建築物やトンネル等、火災を受ける可能性のある構造物に用いる火災時の耐爆裂性に優れた爆裂抑制コンクリートに関する。
【背景技術】
【０００２】
コンクリート製造時における水と結合材、すなわちセメント、ポゾラン等の水硬性材料との比率を小さくすることで、硬化コンクリートの組織を緻密化することで、高強度コンクリートが得られることが知られている。そして高強度コンクリートを使用することにより、建造物の柱の断面寸法を小さくしたり、高層化が図れたり数々のメリットが得られる。しかし、高強度コンクリートは、火災等により高温状態に曝された際、コンクリート内の水分に起因した高圧水蒸気の急激な発生や拘束部分における熱応力の発生等によりコンクリート表層部分が爆裂し易い状態となり、種々の問題を生じるおそれがあることが知られている。
【０００３】
このような高強度コンクリートの爆裂を抑制するために、たとえばシャモット、繊維材、樹脂エマルジョンを混入した薄層の防火モルタルで外周を被覆した高強度コンクリート（特許文献１参照）や、薄肉鋼板で外周を被覆した高強度鉄筋コンクリート（特許文献２）が開示されている。これらの発明は、断熱性を有する材料や、熱伝導性を有する材料でコンクリートの表面を覆うことで火災等による高温雰囲気におけるコンクリート表面の急激な温度上昇を抑制することによって爆裂を抑制するものである。また、高強度コンクリートの製造時に低融点の有機短繊維をコンクリート内に混入することで、火災等によりコンクリートが高温に曝された際にコンクリート表面近くの有機短繊維が溶融してコンクリート内に空隙が形成され、水蒸気が系外に揮散することでコンクリートの爆裂抑制を図るように高強度コンクリートも提案されている（特許文献３参照）。
【０００４】
【特許文献１】特開平３−１２２３３８号公報
【特許文献２】特開平１１−９３２９５号公報
【特許文献３】特許第２６２０９１０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述した高強度コンクリートの爆裂抑制を企図した現状の技術は各々、ある程度の効果がある反面、高強度コンクリートに適用した場合には種々の課題を有している。すなわち、コンクリート躯体の周囲に被覆工を施す耐火被覆構造では躯体の断面が大きくなり、利用スペースが狭くなるという問題があり、またコンクリート打設後に被覆工を行うため、工程が増加するという問題もある。
【０００６】
有機短繊維を混入した高強度コンクリートでは製造時にコンクリートのワーカビリティが低下し、施工性が悪くなり、また短繊維が均一に分散しにくいという欠点がある。
【０００７】
そこで、本発明の目的は上述した従来の技術が有する問題点を解消し、コンクリートのワーカビリティを低下させることなく、火災時等の高温状態においても確実にコンクリートの爆裂を抑制できるようにした爆裂抑制コンクリートを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明は水結合材比が３０％以下のコンクリートであって、該コンクリート内に樹脂薄膜を形成可能な樹脂エマルジョンを前記結合材質量に対して０．０５〜０．３質量％添加したことを特徴とする。
【０００９】
前記樹脂エマルジョンは、合成高分子樹脂、半合成高分子樹脂、天然樹脂のうちから選択された樹脂を乳化重合してなることが好ましい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、硬化した本発明の爆裂抑制コンクリートが高温下に曝された際に、前記樹脂エマルジョンにより形成されたコンクリート内部の樹脂薄膜が溶融して体積が減少し、急激に発生した高圧蒸気としての水分が樹脂薄膜内に透過、浸入し、高圧蒸気の圧力緩和、コンクリート熱応力緩和の作用を果たし、またコンクリート表面まで樹脂薄膜の一部が連続することで、内部の高圧蒸気の漏気を果たし、コンクリートの爆裂を有効に抑制することができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の爆裂抑制コンクリートについて、好ましい実施の態様及び実施例に基づいて説明する。本発明の爆裂抑制コンクリートは、固化した状態のコンクリート内において薄樹脂膜を形成可能な樹脂エマルジョンを使用セメント質量に対して所定割合で混合したことを特徴とする。
【００１２】
本発明のコンクリートは設計基準強度が６０N/mm2程度以上の高強度コンクリートを対象とする。本発明では、この仕様の高強度コンクリートにおいて火災時等の高温環境下での爆裂抑制のために、コンクリート製造時に樹脂エマルジョンを所定割合で添加するものである。
【００１３】
本発明では使用セメントとして、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等の各種ポルトランドセメントの他、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適宜使用することができ、セメントの種類は限定されない。また、ワーカビリティの確保のため、高ビーライト系ポルトランドセメント、球状化セメント、粒度調整セメントの使用も有効である。また、水硬性混和材としてシリカフューム、フライアッシュ、高炉スラグ微粉末等の微粉末混和材を使用することも好ましい。
【００１４】
使用骨材としては、セメントペーストの強度を十分に活かすことができる骨材自体の強度を有し、セメントペーストとの付着が十分に得られる粒度分布、粒形からなる骨材を使用することが好ましい。
【００１５】
混和剤としては、高減水性、高流動性、適度のコンシステンシー、空気連行性を有する高性能減水剤または高性能ＡＥ減水剤を使用する。高性能ＡＥ減水剤としては、ポリカルボン酸系，ナフタリン系，アミノスルホン酸系，メラミン系のものを適宜使用することができる。これら減水剤の添加量（結合材に対して外割）は、使用減水剤種類、結合材の比表面積，細骨材の粒径によって異なるが、注入モルタルの流動性，充填性，分離抵抗性およびコスト等を勘案して、結合材（セメント＋水硬性混和材）質量に対して０．７〜２．５質量％が好ましい。
【００１６】
樹脂エマルジョンを構成する水溶性高分子材料としては、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ），ポリエチレンオキサイド（ＰＥＯ），ポリアクリル酸ナトリウム等の水溶性ポリマー、酢ビホモエマルジョン，酢ビコポリエマルジョン，スチレン酢酸ビニル（ＥＶＡ）エマルジョン，アクリル樹脂エマルジョン，アクリルスチレン樹脂エマルジョン、塩化ビニリデン樹脂エマルジョン等のエマルジョン等の合成樹脂エマルジョンの他、合成ゴム系のスチレンーブタジエンゴム，クロロプレンゴム，アルリルニトリル−ブタジンゴム，半合成樹脂エマルジョンとして、セルロースアセテート，セルロースニトレート，セルロースアセテートプチレート等のセルロース系樹脂、グラフト天然ゴム，環化天然ゴム，塩化天然ゴム等のゴム系高分子材料、天然樹脂として、天然ゴム，ロジン，コハク，コーパル，ダンマル，カナダバルサム，エレミ，サンダラック，グッタベルカ，ニカワ（ゼラチン），シュラック等を使用することができる。なお、これらの樹脂の微粒子を製造するための乳化、可溶化のためには、公知の乳化重合技術、可溶化技術を用いればよい。
【００１７】
また、各種のモノマーの形態（ソフトモノマー、ハードモノマー、架橋モノマー）等の重合、共重合させた各種合成樹脂のエマルジョンとすることも可能である。これらの樹脂エマルジョンの平均粒径は５nm〜１０μm程度のものが、後述する樹脂薄膜形成のためには好ましい。
【００１８】
樹脂エマルジョンの添加態様としては、混練り時にＷ／Ｏタイプを骨材、セメントともに添加しても良いし、計量水にＯ／Ｗタイプエマルジョンを添加しておき、空練りされた材料に対して投入しても良い。また、コンクリート練上がり後トラックアジテータに積載後の後添加も可能であり、その添加時は積載直後でも打設現場到着後でもよい。添加量は、使用セメント質量に対して０．０５質量％以下ではコンクリート内に十分な樹脂薄膜が形成できず、爆裂のおそれがある一方、０．３質量％より大きい場合にはコンクリート内に形成される樹脂薄膜が多く形成されているため、高温環境下で樹脂が融解した際に骨材間の結合が弱まり、コンクリート表面が脆く崩れるおそれがある。
【００１９】
この混練り工程において、その混練り方法は限定するものではなく、混練りに用いる装置も特に限定するものではなく、パン型ミキサ，２軸練りミキサ，傾胴ミキサ、ホバートミキサ，オムニミキサ等の公知のコンクリートミキサを使用することができる。
【００２０】
［樹脂薄膜形成］
フレッシュコンクリートに添加された樹脂エマルジョンは、硬化過程において、樹脂薄膜を形成する。すなわち、樹脂薄膜はコンクリート表面、骨材表面、セメントペースト表面をつなぐように、酸化雰囲気の影響を受ける部位に形成される。また、数年の経過時間の後はコンクリート内部の骨材、セメント水和物の界面にも樹脂膜が形成されると考えられる。このようにして形成された樹脂薄膜は蒸気等の水分は透過するが、通常の液状の水分はほとんど透過しない。このため、硬化コンクリートが火災時等に高温下に曝された際に、内部の樹脂薄膜が溶融し、その部分の体積が減少するので蒸気としての水分が透過、浸入し、高圧蒸気の圧力緩和、コンクリート熱応力緩和の作用を果たし、コンクリート表面まで樹脂薄膜が連続することで、内部の高圧蒸気の漏気を果たすことができる。
【実施例】
【００２１】
以下、実施例を通じて本発明における樹脂エマルジョンの添加量を変化させた場合の長期の材齢までの効果の変動について確認した。
［使用材料］
各実施例および比較例における使用材料は以下のとおりである。
１）セメント        ；シリカフュームセメント
２）骨材            ；（細骨材）硬質砂岩砕砂（ＦＭ２．９）
（粗骨材）硬質砂岩砕石（５−２０）（ＦＭ６．６）
３）高性能減水剤；ポリカルボン酸系高性能減水剤（ＪＩＳ Ａ６２０４適合品）
４）樹脂エマルジョン；アクリル樹脂エマルジョン（Ｗ／Ｏ）
平均粒径１００nm，比重１．０５，固形分換算添加
５）消泡剤          ；ポリオキシアルキレンアルケニルエーテル系
【００２２】
［試  験］
以下の試験により、本発明の樹脂エマルジョン添加量（ミキサ混練り時に添加）に応じた性状、性能を確認する。
○耐火試験
材齢３５〜３００日経過後の供試体を、ＩＳＯ８３４に規定する昇温曲線
Ｔ＝３４５loｇ10（８ｔ＋１）＋Ｔ0      （℃）
ここに、Ｔ：温度（℃）
Ｔ0：初期温度（℃）
ｔ：時間（分）
に準拠して１２０分、電気炉にて加熱した。
・使用供試体寸法：１５０×１５０×１５０(mm)
○圧縮試験
(1)コンクリート圧縮試験（ＪＩＳ Ａ１１０８）
・使用供試体寸法：φ１００×２００(mm)
［配  合］
上記試験に用いた本実施例の高強度コンクリートの配合表を表１に示す。（比較例：普通コンクリート）
【００２３】
【表１】
2005060199.tif 000002
【００２４】
表−１において、比較例配合１−１は、高強度コンクリートとしての典型配合であり、実施例配合１−２〜１−６に、爆裂抑制を目的として樹脂エマルジョンを所定量添加した高強度コンクリートの配合を示した。以上の配合において、フレッシュ時および硬化時（材齢３５〜３００日）についての強度、耐火性の性状確認を行った。
【００２５】
［結  果］
表２〜表４示したように、樹脂エマルジョンの適正添加量の範囲において、以下の効果を確認できた。
【表２】
2005060199.tif 000003
【００２６】
【表３】
2005060199.tif 000004
【００２７】
【表４】
2005060199.tif 000005
【００２８】
セメント質量に対して０．０５〜０．３質量％の範囲において、上記条件による爆裂を有効に抑制できることが確認された。このときの圧縮強度は、樹脂エマルジョンを添加しないコンクリート（配合１−１）に比べても５％程度の強度低下にとどまっている。また、強制的な乾燥状態、気乾状態のいずれの場合にもその傾向に差異はなかった。