(57)【要約】【課題】温度依存性の低い膨張性コンクリートを提供する。【解決手段】膨張成分を配合したコンクリートであって、硬化安定期の鉄筋比１．８以下かつ温度１０〜７０℃における拘束膨張歪みの温度による変動率が３３％以下であることを特徴とする膨張性コンクリートであり、例えば、膨張成分がアリット、無水石膏、遊離生石灰を生成相とし、無水石膏の含有量が０．５〜１０重量％、遊離生石灰の含有量が６５〜８０重量％含有し、かつ、遊離生石灰の１５〜６０体積％がアリット結晶に内包する膨張性クリンカ鉱物を主成分とする膨張性コンクリート。【選択図】    図２
2005047738.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
膨張成分を配合したコンクリートであって、硬化安定期の鉄筋比１．８以下かつ温度１０〜７０℃における拘束膨張歪みの温度による変動率が３３％以下であることを特徴とする膨張性コンクリート。
【請求項２】
膨張成分を配合したコンクリートであって、膨張成分がアリット、無水石膏、遊離生石灰を生成相とし、無水石膏の含有量が０．５〜１０重量％、遊離生石灰の含有量が６５〜８０重量％含有し、かつ、遊離生石灰の１５〜６０体積％がアリット結晶に内包する膨張性クリンカ鉱物を主成分とする請求項１に記載する膨張性コンクリート。
【請求項３】
膨張成分の配合量が、コンクリート材料の合計量のうち５〜５０ｋｇ／ｍ３である請求項１または２に記載する膨張性コンクリート。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、コンクリート打設後のコンクリート内部温度が上昇しても膨張量が安定な温度依存性の低い膨張性コンクリートに関する。
【０００２】
【従来の技術】
部材あるいは構造物の寸法が大きい場合や単位セメント量が多いコンクリートの場合、セメントの水和発熱に起因するひび割れが発生しやすい。このようなコンクリートはマスコンクリートと定義されており、有害なひび割れが発生しない対策が必要とされている。温度ひび割れ対策としては、パイプクーリングでコンクリートの温度上昇を小さくする方策や、リフト高さを低くすることで内部拘束度を小さくして発生する応力を小さくする方策が知られている。しかし、パイプクーリングやリフト高を低くすることによる温度ひび割れ対策は、設置が繁雑になり工期が長くなる課題がある。
【０００３】
また、膨張材のケミカルプレストレス導入により温度応力に対する抵抗力をつける方策も知られている。膨張材は比較的簡便に取り扱えることから温度ひび割れ対策として広く使用されている。膨張材の成分としては生石灰結晶を主体にするものと、カルシウムサルホアルミネート結晶を主体とするものが従来から知られている。また、この生石灰結晶の水和反応をセメント硬化に近い時期に調整するため、石灰類と他の無機物とを混合して焼成し、一部のＣａＯ成分を遊離石灰として焼成クリンカー中に生成させたものも知られている（特許文献１〜３）。
【特許文献１】特公昭４３−９４４８号公報
【特許文献２】特公昭６２−６１５４８号公報
【特許文献３】特開２００１−３１６１４７号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の石灰系膨張材を配合した膨張性コンクリートは温度依存性が大きく、マスコンクリートのような硬化時間の経過に伴って上昇するコンクリート温度が高いものにおいては、膨張材によるケミカルプレストレス導入が不安定となる欠点がある。
【０００５】
本発明は、膨張性コンクリートにおける従来の上記問題を解決したものであって、特定成分からなる膨張成分を配合することにより、マスコンクリートのように硬化後の温度が高くなる場合であっても安定した膨張特性が得られ、安定した拘束応力（ケミカルプレストレス）を導入できる膨張性コンクリートを提供するものである。なお、本発明においては膨張性モルタルを含めて膨張性コンクリートと云う。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば以下の膨張性コンクリートが提供される。
（１）膨張成分を配合したコンクリートであって、硬化安定期の鉄筋比１．８以下かつ温度１０〜７０℃における拘束膨張歪みの温度による変動率が３３％以下であることを特徴とする膨張性コンクリート。
（２）膨張成分を配合したコンクリートであって、膨張成分がアリット、無水石膏、遊離生石灰を生成相とし、無水石膏の含有量が０．５〜１０重量％、遊離生石灰の含有量が６５〜８０重量％含有し、かつ、遊離生石灰の１５〜６０体積％がアリット結晶に内包する膨張性クリンカ鉱物を主成分とする上記（１）に記載する膨張性コンクリート。
（３）膨張成分の配合量が、コンクリート材料の合計量のうち５〜５０ｋｇ／ｍ３である上記請求項（１）または（２）に記載する膨張性コンクリート。
【０００７】
本発明の膨張性コンクリートは、高い強度発現性を有すると共にセメントとの差異が極めて小さい反応時間の経過を辿ることができる膨張成分を配合することによって、硬化安定期における拘束膨張歪みの温度による変動率を３３％以下に抑制した温度依存性の極めて低いコンクリートである。従って、マスコンクリートに使用した場合でも安定した膨張量が得られると共に安定した拘束応力を導入することができる。この結果、ひび割れの発生を格段に低減することができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を実施例に基づいて具体的に説明する。
本発明の膨張性コンクリートは、膨張成分を配合したコンクリートであって、硬化安定期の鉄筋比１．８以下かつ温度１０〜７０℃における拘束膨張歪みの温度による変動率が３３％以下であることを特徴とするものである。
【０００９】
ここで、（イ）硬化安定期とは、内部にプレストレスト用の鉄筋を設けたコンクリートにおいて、拘束応力や拘束膨張歪みが急激に増加する硬化初期を経過した後を云い、具体的には例えば材齢２日後である。
また、（ロ）拘束膨張歪みの温度による変動率とは、膨張性コンクリートを常温で硬化させたときの硬化安定期の拘束膨張歪みＡｏと、コンクリート硬化によって上昇した温度域で硬化させたときの硬化安定期の拘束膨張歪みＡｈとの比を云う。具体的には例えば、膨張性コンクリートを２０℃で硬化させたときの硬化安定期の拘束膨張歪みＡ２０と、７０℃までの所望の温度Ｔ℃で硬化させたときの硬化安定期の拘束膨張歪みＡＴとの比〔ＡＴ／Ａ２０×１００（％）〕を云う。
【００１０】
本発明の膨張性コンクリートは硬化安定期の鉄筋比１．８以下かつ温度１０〜７０℃における拘束膨張歪みの温度による変動率が３３％以下である。因みに、一例として、従来の膨張性コンクリートにおける拘束膨張歪みの温度による変動率は約３４％以上である。このように、本発明の膨張性コンクリートは温度依然性が低いので、マスコンクリートに使用した場合でも安定した膨張量が得られ、かつ安定した拘束応力を導入することができる。従って、ひび割れの発生を格段に低減することができる。
【００１１】
以上のような温度依存性の低い本発明の膨張性コンクリートは、例えば、アリット、無水石膏、遊離生石灰を生成相とし、無水石膏の含有量が０．５〜１０重量％、遊離生石灰の含有量が６５〜８０重量％含有し、かつ、遊離生石灰の１５〜６０体積％がアリット結晶に内包する膨張性クリンカ鉱物を主成分とする膨張成分を含有するものである。
【００１２】
上記膨張性クリンカー鉱物は、遊離生石灰、アリットおよび無水石膏が生成相として存在する。上記クリンカー鉱物の主たる膨張作用は遊離生石灰の水和によつてもたらされる。上記クリンカー鉱物中の遊離生石灰含有量は６５〜８０重量％が適当であり、７０〜７５重量％が好ましい。この量が６５重量％未満ではモルタルやコンクリートの収縮を抑制する十分な膨張量が得られ難いので好ましくなく、また８０重量％を超えると急激な膨張を示すので好ましくない．
【００１３】
また、上記クリンカー鉱物中の遊離生石灰は一部の生石灰結晶粒がアリット結晶中に内包された状態が好ましい。このような状態にすることによつてセメントの水和反応との時期的整合性を的確に達成し易くなり、また発現する膨張量を仔細に調整できるため、モルタルやコンクリートの形状寸法安定性を図ることができる。遊離生石灰のうちアリット結晶中に内包される生石灰結晶粒の割合は、１５〜６０体積％が適当である。この量が１５体積％より低いとモルタルやコンクリートの収縮抑制効果は見られるものの形状寸法安定性を十分に図り難く、また６０体積％を超えると水和反応活性が低減し、膨張発現性が遅延するので好ましくない。
【００１４】
また上記クリンカー鉱物中に生成する無水石膏（ＣａＳＯ４）は実質的に結晶質であり、通常はＩＩ型無水石膏の構造を示す。この無水石膏も水和によって膨張性を有するが、水和反応は生石灰よりも遅れて完結する。また生石灰およびアリットと共存生成することによって特に生石灰粒の粒成長を抑制する作用がある。
上記クリンカー鉱物中の無水石膏含有量は０．５〜１０重量％が適当であり、３〜５重量％が好ましい。この量が０．５重量％未満では生石灰結晶粒が粒成長し易く、反応活性が低下するので好ましくなく、一方１０重量％を超えると膨張発現性が過度に長期化するため好ましくない。
【００１５】
また上記クリンカー鉱物中に生成するアリット（３ＣａＯ・Ｓｉ０２）は高い早期強度発現作用を有するほかに、生石灰の過度の水和活性を抑制する。上記クリンカー鉱物中のアリット含有量は、上記生石灰および無水石膏の残部あるいは残部の一部になる量が適当である。アリットは実質的に結晶構造で存在するが、生石灰結晶を内包することができる。
【００１６】
上記クリンカー鉱物は、アリット、遊離生石灰および無水石膏以外の生成相の存在も、所望の性状に支障を及ぼさない範囲で許容される。許容可能性のある生成相としては、例えばアーウイン、フェライト等を挙げることができる他、製造原料等に由来する不可避不純物を含む相やこれがアリットや生石灰などの主生成相に固溶していても良い。
【００１７】
上記クリンカー鉱物の製造方法は限定されず、また製造原料も限定されない。
一例を示すと、上記各生成相含有量になるように配合割合を調整した石灰石、石膏類および珪石からなる混合粉を、焼成炉で約１２００〜１４５０℃に加熱した後、炉外急冷すれば得ることができる。ここで石膏類としては無水石膏、半水石膏、二水石膏の他、天然石膏や化学石膏などの何れであっても良い。また混合粉には例えば、炭酸カルシウム、化学成分でＣａＯやＳｉＯ２を主体とする無機粉末、セメント焼成ダスト、粘土鉱物等を本膨張性クリンカー鉱物の性状に支障を及ぼさない範囲で加えても良い。
【００１８】
また本発明において用いる膨張成分は、上記膨張性クリンカー鉱物の粉砕物、あるいはこれに石膏類を配合したものである。石膏類の配合量は、上記膨張性クリンカー鉱物１００重量部に対して石膏類５〜１００重量部が好ましい。この石膏類が５重量部未満では強度発現性が低下することがあるので好ましくなく、１００重量部を超えると凝結遅延を起こしたり、膨張発現性の遅れから寸法安定性に欠くことがあるので好ましくない。使用する石膏類は無水石膏、半水石膏、二水石膏の他、天然石膏や化学石膏などの何れでも良い。なお、この膨張成分は上記以外の成分を所望の性状に支障を及ぼさない範囲で含有することができる。このような成分として、例えばフライアツシュやシリカフユーム等のボゾラン反応物質やセメントに配合使用できる混和材（剤）等を挙げることができる。
【００１９】
本発明に係る膨張性コンクリートにおいて各成分の配合量等は以下の範囲が好ましい。
（イ）上記膨張成分の含有量は５〜５０ｋｇ／ｍ３が好ましい。この量が５ｋｇ／ｍ３未満では膨張量が不足し、一方、５０ｋｇ／ｍ３を超えると膨張過大になり、圧縮強度が低下する。
（ロ）単位セメント量は２５０〜６００ｋｇ／ｍ３が好ましい。この量が２５０ｋｇ／ｍ３未満では膨張量が不足し、６００ｋｇ／ｍ３を超えると膨張量不足する。
（ハ）単位水量は１５０〜２００ｋｇ／ｍ３が好ましい。この量が１５０ｋｇ／ｍ３未満ではワーカビリティが悪化し、一方、２００ｋｇ／ｍ３を超えると乾燥収縮が大きくなる。
（ニ）減水剤は減水剤／セメント比が０．１〜３．０重量部になる量が好ましい。
この量が０．１重量部未満ではワーカビリティが悪化し、一方、３．０重量部より多いと凝結遅延を招く。
（ホ）細骨材率は３０〜５０％が好ましい。３０％未満および５０％を超えるとワーカビリティが悪化する。
（ヘ）水セメント比は２５〜６５％が好ましい。２５％未満ではワーカビリティが悪化し、６５％を超えると圧縮強度不足を招き、また乾燥収縮も大きくなる。
【００２０】
石膏は無水石膏、半水石膏、二水石膏の何れでもよい。セメントはポルトランドセメント（普通ポルトランドセメント、早強ポルトランドセメント、超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、耐硫酸塩ポルトランドセメント）、混合セメント（高炉セメント、フライアッシュセメント、シリカセメント）、特殊セメント（白色セメント、アルミナセメント、超速硬セメント、グラウト用セメント、油井セメント、低発熱セメント、エコセメントなど）を用いることができる。
【００２１】
減水剤はＡＥ剤（樹脂系、アルキルベンゼンスルホン酸系、高級アルコールエステル系など）、ＡＥ減水剤（ポリオール複合体、リグニンスルホン酸塩、オキシカルボン酸塩など）、高性能ＡＥ減水剤（ナフタレン系、ポリカルボン酸系、メラミン系、アミノスルホン酸系など）などの何れも用いることができる。また流動化剤を配合してもよい。細骨材として天然骨材（川砂、海砂、山砂）、人工骨材（砕砂、軽量骨材、重量骨材、スラグ骨材）の何れも用いることができる。また粗骨材として天然骨材（川砂利、海砂利、山砂利）、人工骨材（砕石、軽量骨材、重量骨材、スラグ骨材）の何れも用いることができる。
【００２２】
その他に、混和材（フライアッシュ、高炉スラグ微粉末、シリカフュ―ム、石灰石微粉末、炭カル）や、防錆剤、収縮低減剤、急結剤、硬化促進剤、凝結遅延剤、防水剤、増粘剤などを添加してもよい。
【００２３】
【実施例】
以下、本発明の実施例および比較例を示す。
表１に示す材料を用い、表２の配合条件、および表３の配合量に従って膨張性コンクリートを調製し、表４の条件下で図１の断面に示す状態になるように内部鉄筋を設けて型枠に打ち込み、これを表５の条件に従って養生した。硬化後のコンクリートについて、材齢ごとの拘束膨張歪みと拘束応力の変化を測定した。この結果を図２および図３に示した。なお図中、■印と●印は本発明の実施例、□印と○印は従来の比較例である。
【００２４】
拘束膨張歪みは図１に示すようにＰＣ鋼棒中央切削部の対称面に貼付した自己温度補償型の歪みゲージによって測定した。また、鉄筋の拘束応力は、「コンクリートの自己収縮応力試験方法」（自己収縮研究委員会日本コンクリート工学協会）に従い、式σｃ＝（Ｅｓ×εｓ×Ａｓ）／Ａｃ〔ここで、σｃはコンクリートの応力（Ｎ／ｍｍ２）、Ｅｓは鋼材の弾性係数（Ｎ／ｍｍ２）、Ａｓは鋼材の中央部分断面積（Ｎ／ｍｍ２）、Ａｃはコンクリートの純断面積（Ｎ／ｍｍ２）〕によって求めた。
【００２５】
【表１】
2005047738.tif 000003
【００２６】
【表２】
2005047738.tif 000004
【００２７】
【表３】
2005047738.tif 000005
【００２８】
【表４】
2005047738.tif 000006
【００２９】
【表５】
2005047738.tif 000007
【００３０】
図２の拘束膨張歪みのグラフに示すように、拘束鋼材比（ｉｅ．鉄筋比）１．０の試験体において、ＣＡＳを用いた従来の膨張性コンクリートでは、養生２０℃で硬化したときの硬化安定期における拘束膨張歪みＡ２２０（図中□印）は２２４であり、養生５０℃で硬化したときの硬化安定期における拘束膨張歪みＡ２５０（図中○印）は１４７であり、この温度による変動率〔Ａ２５０／Ａ２２０×１００（％）〕は約３４％である。一方、成分調整した膨張成分を用いた本発明の膨張性コンクリートでは、養生２０℃で硬化したときの硬化安定期における拘束膨張歪みＡ１２０（図中■印）は２４９であり、養生５０℃で硬化したときの硬化安定期における拘束膨張歪みＡ１５０（図中●印）は２３０であって、この温度による変動率〔Ａ１５０／Ａ１２０×１００（％）〕は約８％であり、比較例に比べて格段に低い。
【００３１】
図３に示す拘束応力（Ｎ／ｍｍ２）についても同様の結果が得られる。すなわち、ＣＡＳを用いた従来の膨張性コンクリートでは、養生２０℃で硬化したときの硬化安定期における拘束応力Ｂ２２０（図中□印）は０．４４８であり、養生５０℃で硬化したときの硬化安定期における拘束応力Ｂ２５０（図中○印）は０．２９４であり、従って、温度による変動率〔Ａ２５０／Ａ２２０×１００（％）〕は約３４％である。一方、成分調整した膨張成分を用いた本発明の膨張性コンクリートでは、養生２０℃で硬化したときの硬化安定期における拘束応力Ｂ１２０（図中■印）は０．４９８であり、養生５０℃で硬化したときの硬化安定期における拘束応力Ｂ１５０（図中●印）は０．４６０であり、この温度による変動率〔Ａ１５０／Ａ１２０×１００（％）〕は約８％である。
【００３２】
【発明の効果】
本発明の膨張性コンクリートは、硬化安定期における拘束膨張歪みの温度による変動率を３３％以下に抑制した温度依存性の極めて低いコンクリートである。従って、マスコンクリートに使用した場合でも安定した膨張量が得られ、かつ安定した拘束応力を導入することができる。この結果、ひび割れの発生を格段に低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例におけるプレストレストコンクリートの型枠断面図
【図２】拘束膨張歪みの材齢の経過による変化を示すグラフ
【図３】拘束応力の材齢の経過による変化を示すグラフ
【図１】
2005047738.tif 000008
【図２】
2005047738.tif 000009
【図３】
2005047738.tif 000010