(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
フライアッシュ、高炉スラグ、シリカフュームのいずれかの副産物を含むモルタルについて、式１を利用して材齢２８日の圧縮強度を推定するモルタル強度の推定方法であって、
式２により定数αを算出し、
前記定数αを利用して式３により副産物の強度寄与率ｋを算出し、
前記強度寄与率ｋを式１に代入して前記圧縮強度を推定することを特徴とする、モルタル強度の推定方法。
ＦＥ＝ａ（Ｃ＋ｋＥ）／Ｗ＋ｂ  ・・・  式１
α＝ＣａＯ／（ＳｉＯ２＋Ａｌ２Ｏ３）  ・・・  式２
ｋ＝ｌＣ＋ｍ（Ｃ／Ｅ）＋ｎα＋ｏ（１／Ｒ２）＋ｐ（１／Ｒ）＋ｑ  ・・・  式３
ＦＥ：モルタルの材齢２８日の圧縮強度（Ｎ／ｍｍ２）
Ｃ：単位セメント量（ｋｇ／ｍ３）
Ｅ：単位副産物量（ｋｇ／ｍ３）
Ｗ：単位水量（ｋｇ／ｍ３）
ａ，ｂ：実験係数（Ｎ／ｍｍ２）
ＣａＯ：結合材中に含まれる酸化カルシウムの割合（ｍａｓｓ％）
ＳｉＯ２：結合材中に含まれる二酸化ケイ素の割合（ｍａｓｓ％）
Ａｌ２Ｏ３：結合材中に含まれる酸化アルミニウムの割合（ｍａｓｓ％）
Ｒ：５０％粒子の平均粒径（μｍ）
ｌ，ｍ，ｎ，ｏ，ｐ，ｑ：係数
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フライアッシュ、高炉スラグ、シリカフュームのいずれかを含むコンクリート強度の推定に供する目的で、骨材を除いたモルタルの圧縮強度の推定方法を提供する。
【背景技術】
【０００２】
近年、セメントの一部をフライアッシュ、高炉スラグ、シリカフューム等の工業副産物に置き換えた環境配慮型コンクリートが開発されている。
このような環境配慮型コンクリートによれば、廃棄物の有効利用によるセメント使用量の低減化が可能となり、結果、二酸化炭素（ＣＯ２）排出量の削減を図ることができる。
【０００３】
ところで、副産物を含むコンクリートの強度は、使用する副産物の品質などによって変化するため、コンクリートの打設後、材齢２８日の強度試験結果を待たなければ、品質を評価することができなかった。したがって、材齢２８日の強度試験結果を実施せずに調合設計を行うための合理的な強度推定式が求められていた。
【０００４】
非特許文献１には、式Ａに示す、フライアッシュを使用したコンクリートの圧縮強度を推定する計算式が開示されている。
ＦＦＡ＝ａ（Ｃ＋ｋ’ＦＡ）／Ｗ＋ｂ    ・・・    式Ａ
ＦＦＡ：コンクリートの圧縮強度（Ｎ／ｍｍ２）
Ｃ：単位セメント量（ｋｇ／ｍ３）
ＦＡ：単位フライアッシュ量（ｋｇ／ｍ３）
Ｗ：単位水量（ｋｇ／ｍ３）
ａ，ｂ：実験係数（Ｎ／ｍｍ２）
ｋ’：フライアッシュの強度寄与率
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】「フライアッシュを使用するコンクリートの調合設計・施工指針・解説」，日本建築学会，２００７年１０月，ｐ．４８
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところが、式Ａは、フライアッシュの強度寄与率ｋ’によりコンクリートの強度を推定するものであるため、フライアッシュ以外の副産物（高炉スラグやシリカフューム等）が添加されたコンクリートや、複数の異なる副産物が添加されたコンクリートに対しては採用することができなかった。
【０００７】
そのため、本発明は、添加される副産物の種類に関わらず、モルタルの圧縮強度を推定することで、当該モルタル配合に骨材が添加されたコンクリートの圧縮強度の推定を行うことを可能とした、モルタル強度の推定方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記課題を解決するために、本発明は、フライアッシュ、高炉スラグ、シリカフュームのいずれかの副産物を含むモルタルについて、式１を利用して材齢２８日の圧縮強度を推定するモルタル強度の推定方法であって、式２により求まる定数αを算出し、前記定数αを利用して式３により副産物の強度寄与率ｋを算出し、前記強度寄与率ｋを式１に代入して前記圧縮強度を推定することを特徴としている。
ＦＥ＝ａ（Ｃ＋ｋＥ）／Ｗ＋ｂ  ・・・  式１
α＝ＣａＯ／（ＳｉＯ２＋Ａｌ２Ｏ３）  ・・・  式２
ｋ＝ｌＣ＋ｍ（Ｃ／Ｅ）＋ｎα＋ｏ（１／Ｒ２）＋ｐ（１／Ｒ）＋ｑ  ・・・  式３
ＦＥ：モルタルの材齢２８日の圧縮強度（Ｎ／ｍｍ２）
Ｃ：単位セメント量（ｋｇ／ｍ３）
Ｅ：単位副産物量（ｋｇ／ｍ３）
Ｗ：単位水量（ｋｇ／ｍ３）
ａ，ｂ：実験係数（Ｎ／ｍｍ２）
ＣａＯ：結合材中に含まれる酸化カルシウムの割合（ｍａｓｓ％）
ＳｉＯ２：結合材中に含まれる二酸化ケイ素の割合（ｍａｓｓ％）
Ａｌ２Ｏ３：結合材中に含まれる酸化アルミニウムの割合（ｍａｓｓ％）
Ｒ：５０％粒子の平均粒径（μｍ）
ｌ，ｍ，ｎ，ｏ，ｐ，ｑ：係数
【０００９】
かかるモルタル強度の推定方法によれば、セメントの一部を副産物に置換したモルタルの圧縮強度を簡易に推定することができるため、当該モルタル配合に骨材を添加したコンクリートの調合設計を合理的に行うことができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明のモルタル強度の推定方法によれば、添加される副産物の種類に関わらず、モルタル強度の推定を簡易に行うことが可能となる。
当該モルタル強度の推定方法により得られたモルタル強度を用いれば、このモルタル配合に粗骨材を添加したコンクリートの圧縮強度の推定は、使用する粗骨材の特性を考慮することで行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本実施形態に係るモルタル強度の推定方法による推定圧縮強度と実測圧縮強度との関係を示すグラフである。
【図２】比較例の推定圧縮強度と実測圧縮強度との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
本実施形態では、高強度コンクリートの配合から粗骨材除いた配合のモルタルの材齢２８日の圧縮強度を推定する。当該高強度コンクリートは、セメント使用量の低減化を目的として、セメントの一部を副産物に置き換えたものである。
【００１３】
副産物は、フライアッシュ、高炉スラグ、シリカフュームのうちの１種または複数種を組み合わせたものであり、水およびセメント水和物とポゾラン反応し、結合材として強度発現に寄与する。
本実施形態で使用する結合材の材料を表１に示す。
【００１４】
【表１】
0005337109.tif 000002
【００１５】
モルタルの材齢２８日の圧縮強度ＦＥ（Ｎ／ｍｍ２）の推定は、式１を利用して行う。
【００１６】
ＦＥ＝ａ（Ｃ＋ｋＥ）／Ｗ＋ｂ  ・・・  式１
Ｃ：単位セメント量（ｋｇ／ｍ３）
Ｅ：単位副産物量（ｋｇ／ｍ３）
Ｗ：単位水量（ｋｇ／ｍ３）
ａ，ｂ：実験係数（Ｎ／ｍｍ２）
ｋ：副産物の強度寄与率
【００１７】
単位セメント量Ｃ、単位副産物量Ｅおよび単位水量Ｗは、それぞれモルタル１ｍ３当りの重量である。
【００１８】
実験係数ａ，ｂは、式１において、副産物を含まないモルタルの実測圧縮強度を目的変数とし、結合材水比（Ｃ／Ｗ）を説明変数として回帰分析を行うことにより求まる実験係数である。なお、副産物を含まないモルタルの場合の副産物の単位副産物量Ｅは０とする。
【００１９】
副産物の強度寄与率ｋは、式２および式３により算出する。
【００２０】
α＝ＣａＯ／（ＳｉＯ２＋Ａｌ２Ｏ３）  ・・・  式２
ｋ＝ｌＣ＋ｍ（Ｃ／Ｅ）＋ｎα＋ｏ（１／Ｒ２）＋ｐ（１／Ｒ）＋ｑ  ・・・  式３
Ｒ：５０％粒子の平均粒径（μｍ）
ｌ，ｍ，ｎ，ｏ，ｐ，ｑ：係数
【００２１】
式２では、結合材を構成する分子（ＣａＯ、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３）の質量比に基いて定数αを算出する。
結合材を構成するポルトランドセメントおよび各副産物（シリカフューム、フライアッシュ、高炉スラグ）に含まれる酸化カルシウムＣａＯ、二酸化ケイ素ＳｉＯ２および酸化アルミニウムＡｌ２Ｏ３の割合は、表１に示す通りである。
【００２２】
式２に代入する酸化カルシウムＣａＯ（ｍａｓｓ％）、二酸化ケイ素ＳｉＯ２（ｍａｓｓ％）および酸化アルミニウムＡｌ２Ｏ３（ｍａｓｓ％）の値は、各結合材の物性値（表１の値）に混合比を乗じ、分子ごとに合算したものである。
【００２３】
例えば、普通ポルトランドセメント、シリカフューム、フライアッシュＩＩ種、高炉スラグ微粉末Ａの混合比が７：１：１：１の場合の酸化カルシウムＣａＯ、二酸化ケイ素ＳｉＯ２および酸化アルミニウムＡｌ２Ｏ３は、以下の通りとなる。
ＣａＯ＝６３．２８×０．７＋０．３８×０．１
＋１．７８×０．１＋４２．６５×０．１
＝４８．７８（ｍａｓｓ％）
ＳｉＯ２＝５．６５×０．７＋１．０７×０．１
＋３０．２９×０．１＋１４．００×０．１
＝８．４９（ｍａｓｓ％）
Ａｌ２Ｏ３＝２０．６１×０．７＋９２．６０×０．１
＋３３．６１×０．１＋３４．０２×０．１
＝３０．４５（ｍａｓｓ％）
【００２４】
ここで、式２の各説明変数は、以下の理由により選定した。
単位セメント量と副産物との置換率は、セメント反応物と副産物の二次反応の発生しやすさへの影響を考慮し、選定したものである。
【００２５】
ＣａＯ／（ＳｉＯ２＋Ａｌ２Ｏ３）は、反応生成物への影響を考慮し選定したものである。なお、ＣａＯ／（ＳｉＯ２＋Ａｌ２Ｏ３）を説明変数として選定するにあたっては、ＣａＯ／ＳｉＯ２や（ＣａＯ＋Ａｌ２Ｏ３）／ＳｉＯ２等についても検討したが、ＣａＯ／（ＳｉＯ２＋Ａｌ２Ｏ３）が説明変数として最も高い相関を示したため、これを採用するものとした。
【００２６】
粒子半径の逆数１／Ｒおよび１／Ｒ２は、粉体の反応性は粒子半径と相関があるとの知見に基づき、副産物の反応性への影響を考慮して選定した。このとき、比表面積を説明変数とした検討も行ったが、粒子半径の逆数１／Ｒおよび１／Ｒ２を説明変数とした方がよい相関が得られた。
なお、逆数１／Ｒおよび１／Ｒ２の一方のみを説明変数とするよりも、両方を説明変数としたほうがよい相関が得られた
【００２７】
式３の係数ｌ，ｍ，ｎ，ｏ，ｐ，ｑは、副産物の強度寄与率ｋを目的変数とし、単位セメント量（Ｃ）、セメントと副産物の置換比（Ｃ／Ｅ）、分子の構成比（α）および５０％粒子の平均粒径の二乗の逆数（１／Ｒ２）および逆数（１／Ｒ）を説明変数とした重回帰分析によって得られたものである。
【００２８】
なお、重回帰分析において使用した副産物の強度寄与率ｋは、セメントと副産物の混合比および水結合材比を異ならせた複数種類のモルタルの材齢２８日の圧縮強度を式１に代入することで算出した。
【００２９】
また、式３に代入する５０％粒子の平均粒径Ｒの値は、各結合材の５０％粒子の平均粒径Ｒ（表１の値）に混合比を乗じ、合算したものである。
例えば、普通ポルトランドセメント、シリカフューム、フライアッシュＩＩ種、高炉スラグ微粉末Ａの混合比が７：１：１：１の場合は、以下の通りとなる。
Ｒ＝１６．９９×０．７＋０．８７×０．１
＋１０．５１×０．１＋２２．５９×０．１
＝１５．２９（μｍ）
【００３０】
重回帰分析の結果、係数ｌ，ｍ，ｎ，ｏ，ｐ，ｑが、表２に示すようになった。
【００３１】
【表２】
0005337109.tif 000003
【００３２】
以下、本実施形態のモルタル強度の推定方法により実証実験を行った結果を示す。
本実証実験では、副産物を含むモルタルについて、本実施形態のモルタル強度の推定方法により推定された材料２８日の圧縮強度と実測圧縮強度とを比較することで、本実施形態のモルタル強度の推定方法の確認を行った。
【００３３】
図１に横軸を推定圧縮強度、縦軸を実測圧縮強度とし、本実証実験結果をまとめた。
また、比較例として、図２に、強度寄与率ｋを目的変数、単位セメント量Ｃを説明変数として、回帰分析を行い、この強度寄与率ｋを利用して式１により推定圧縮強度を算出した結果を示す。
【００３４】
図１に示すように、本実施形態のモルタル強度の推定方法によれば、推定圧縮強度と実測圧縮強度が近似する結果となった。
一方、比較例の場合は、図２に示すように、推定圧縮強度と実測圧縮強度との値にばらつきがあり、圧縮強度の推定が困難な結果となった。
【００３５】
以上の結果、本実施形態のモルタル強度の推定方法によれば、モルタルでの材齢２８日の圧縮強度の推定が可能であることが実証された。
【００３６】
以上、本実施形態のモルタル強度の推定方法によれば、副産物を使用したモルタルの材齢２８日の圧縮強度を簡便に予測することが可能となる。
そのため、モルタルに含まれる副産物の種類、品質や量等に関わらず、モルタル強度の推定を行うことができる。
【００３７】
したがって、本実施形態のモルタル強度の推定方法を採用することで、所望の強度のモルタルの調合設計を簡易に行うことができる。
さらに当該モルタル強度の推定方法により得られたモルタル強度を用いれば、このモルタル配合に粗骨材を添加したコンクリートの調合設計を簡易に行うことができる。
【００３８】
以上、本発明について、好適な実施形態について説明した。しかし、本発明は、前述の各実施形態に限られず、前記の各構成要素については、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、適宜変更が可能である。
【００３９】
例えば、結合材を構成する各材料の物性値は、前記実施形態で示した数値に限定されるものではない。
また、結合材の密度や平均粒径も、使用する材料の値を適宜採用すればよい。
【図１】
0005337109.tif 000004
【図２】
0005337109.tif 000005