(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも、セメント、ポゾラン質微粉末、最大粒径２ｍｍ以下の細骨材、水、並びに高性能減水剤又は高性能ＡＥ減水剤を含む配合物からなる鋼管充填用コンクリートであって、
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１０〜３５重量部、高性能減水剤又は高性能ＡＥ減水剤（固型分換算）０．５〜４．０重量部であり、
前記セメントが、中庸熱ポルトランドセメント又は低熱ポルトランドセメントであることを特徴とする鋼管充填用コンクリート。
【請求項２】
配合物が、金属繊維、有機繊維、炭素繊維の何れか１種又は２種以上を含み、金属繊維量が凝結後のコンクリート体積の４％未満となる量であり、有機繊維量及び／又は炭素繊維量が凝結後のコンクリート体積の１０％未満となる量であることを特徴とする請求項１記載の鋼管充填用コンクリート。
【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記載の鋼管充填用コンクリート。
【請求項４】
有機繊維が、径０．０１〜１．０ｍｍ、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、アラミド繊維から選ばれる一種以上の繊維である請求項２記載の鋼管充填用コンクリート。
【請求項５】
炭素繊維が、径０．０１〜１．０ｍｍ、長さ２〜３０ｍｍである請求項２記載の鋼管充填用コンクリート。
【請求項６】
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１〜５の何れか記載の鋼管充填用コンクリート。
【請求項７】
配合物に、平均粒径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１〜６の何れか記載の鋼管充填用コンクリート。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、建造物などに用いる鋼管コンクリート構造の鋼管に充填使用される鋼管充填用コンクリートに関する。
【０００２】
【従来技術】
鋼管コンクリート構造は、力学的特性や意匠性に優れ、また施工も容易であることから高層建築物や大型構造物の駆体構造として注目されている。鋼管コンクリート構造では、軸方向に作用する圧縮応力をコンクリートが担い、圧縮応力作用時に発生する円周方向への引張り応力を鋼管が担うことで外部応力に対する強い耐力を発現できる。その発現の程度は、とりわけ鋼管内部に充填するコンクリートの力学的特性に因る影響が大きく、少なくともコンクリートの圧縮強度、靱性の何れかを向上させることによって、耐力も向上する。一方で、鋼管充填に適したコンクリートの性状としては、充填時に高い流動性を有すること、分離抵抗性に優れること、並びに硬化後の収縮や膨張が殆ど無いことが必須となる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかるに、これまでのコンクリートでは、充填性の良好なコンクリートは概して強度や靱性が低く、また、例えば高強度コンクリートや高靱性のコンクリートでは流動性が低いものとなり易く、その結果施工不良を生じたり成形性が低下し易い。一般にこれらのコンクリートでは高性能減水剤を使用することで流動性の向上を図ることもできるが、高い流動性を付与させようとすると所望の強度及び／又は靱性を確保することが困難になる。よって、本発明は、十分な流動性を有すると共に、硬化後は高い強度（圧縮強度に相当）と靱性（曲げ強度に相当）を併せ持つ、鋼管内を充填するに適したコンクリートを創出することを課題とするものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、前記課題解決のため鋭意検討した結果、以下の（１）〜（６）で表される鋼管充填用コンクリートが、鋼管への充填性に特段に優れ、充填硬化後は高い強度と靱性を有するものとなったことから本発明を完成するに至った。
【０００５】
即ち、本発明は、、（１）少なくとも、セメント、ポゾラン質微粉末、最大粒径２ｍｍ以下の細骨材、水、並びに高性能減水剤又は高性能ＡＥ減水剤を含む配合物からなる鋼管充填用コンンクリートであって、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１０〜３５重量部、高性能減水剤又は高性能ＡＥ減水剤（固型分換算）０．５〜４．０重量部であり、前記セメントが、中庸熱ポルトランドセメント又は低熱ポルトランドセメントであることを特徴とする鋼管充填用コンクリート。（２）配合物が、金属繊維、有機繊維、炭素繊維の何れか１種又は２種以上を含み、金属繊維量が凝結後のコンクリート体積の４％未満となる量であり、有機繊維量及び／又は炭素繊維量が凝結後のコンクリート体積の１０％未満となる量であることを特徴とする前記（１）の鋼管充填用コンクリート。（３）金属繊維が、径０．０１〜１．０ｍｍ、長さ２〜３０ｍｍの鋼繊維である前記（２）の鋼管充填用コンクリート。（４）有機繊維が、径０．０１〜１．０ｍｍ、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、アラミド繊維から選ばれる一種以上の繊維である前記（２）の鋼管充填用コンクリート。（５）炭素繊維が、径０．０１〜１．０ｍｍ、長さ２〜３０ｍｍである前記（２）の鋼管充填用コンクリート。（６）配合物に、平均粒径３〜２０μｍの石英粉をセメント１００重量部に対して５０重量部以下含む前記（１）〜（５）の何れかの鋼管充填用コンクリート。（７）配合物に、平均粒径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重量部以下含む前記（１）〜（６）の何れかの鋼管充填用コンクリート。
【０００６】
【発明の実施の形態】
本発明に於いて、コンクリート製造に用いるセメントは、特に限定されず、何れのセメントでも用いることができる。好ましくは、鋼管の形状・寸法などから特に高い充填性を必要とするなら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の使用が推奨され、また施工・適用場所等から特に高い早期強度を必要とするなら早強ポルトランドセメントの使用が推奨される。
【０００７】
本発明のコンクートに構成成分として含まれるポゾラン質微粉末は、シリカフューム、シリカダスト、フライアッシュ、スラグ、火山灰、シリカゾル、沈降シリカ等が挙げられる。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、粉砕により微粉化する必要がないので好適である。比較的粒径の大きいポゾラン物質では粉砕を行い、平均粒径１．０μｍ以下に調整する。
【０００８】
ポゾラン質微粉末が配合されることにより、そのマイクロフィラー効果及びセメント分散効果によりコンクリートが緻密化し、圧縮強度が向上する。一方、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、ポゾラン質微粉末の添加量はセメント１００重量部に対して５〜５０重量部が好ましい。
【０００９】
また、本発明のコンクリートは、構成成分として細骨材を含み、細骨材は粒径２ｍｍ以下のものが好ましい。この場合、細骨材の粒径とは８５％（重量）累積粒径であり、従って粒径２ｍｍを超える骨材が多少含まれても良い。全骨材量に対する粒径２ｍｍ以下の細骨材量が少なくなると、強度が低下するため、細骨材量は、全骨材量の５０重量％以上が好ましい。
【００１０】
細骨材は、川砂、陸砂、海砂、砕砂、珪砂の何れか１種又は２種以上からなる混合砂が使用できる。細骨材の配合量は、コンクリートの作業性や分離抵抗性、硬化後の強度やクラックに対する抵抗性等から、セメント１００重量部に対して５０〜２５０重量部が好ましく、８０〜１８０重量部がより好ましい。
【００１１】
また、本発明のコンクートは、高性能減水剤又は高性能ＡＥ減水剤を構成成分に含み、高性能減水剤又は高性能ＡＥ減水剤としてはリグニン系、ナフタレンスルホン酸系、メラミン系、ポリカルボン酸系の何れかの成分系のものを使用することができる。特にポリカルボン酸系の高性能減水剤又は高性能ＡＥ減水剤が好適に使用できる。高性能減水剤又は高性能ＡＥ減水剤の添加量は、コンクリートの流動性や分離抵抗性、硬化後の強度、更にはコスト等から、セメントに対して固型分換算で０．５〜４．０重量％が好ましい。
【００１２】
また、本発明のコンクートに於ける水／セメント比は、コンクリートの流動性や分離抵抗性、硬化体の強度や耐久性等から１０〜３５重量％が好ましく、１５〜３０重量％がより好ましい。
【００１３】
また、本発明では、硬化体の曲げ強度を高め、とりわけ靱性を向上させる観点から、金属繊維、有機繊維、炭素繊維の何れか１種以上を含んだ配合物を用いるのが好ましい。金属繊維は鋼繊維やアモルファス繊維等が挙げられるが、特に鋼繊維が強度的にも高いものが得られ易く又コスト的にも有利であることから推奨される。金属繊維は、直径０．０１〜１．０ｍｍ、長さ２〜３０ｍｍのものが好ましい。直径０．０１ｍｍ未満では張力によって切断され易くなり、また直径１．０ｍｍを超えると同一配合量ではコンクリートに含まれる繊維の数が減少するため強度やとりわけ靱性の低下が顕著となるので何れも好ましくない。また、繊維長さが３０ｍｍを超えると混練時にファイバーボールが生じ易くなり、繊維長さが２ｍｍ未満ではマトリックスとの付着力が低下するため曲げ強度が低下する。その配合量は、凝結後のコンクリート体積の４％未満に相当する量が好ましく、より好ましくは３．５％未満に相当する量とする。配合量が４％以上では、流動性が低下し易くなるので単位水量の増加が必要となり、これは凝結性と強度低下をもたらすことになり好ましくない。
【００１４】
また、有機繊維は、ビニロン繊維、ポリプロピレン繊維、ポリエチレン繊維、アラミド繊維などを挙げることができる。有機繊維と炭素繊維の形状寸法は、直径０．０１〜１．０ｍｍ、長さ２〜３０ｍｍのものが好ましい。有機繊維及び／又は炭素繊維の配合量は、凝結後のコンクリート体積の１０％未満に相当する量が好ましく、より好ましくは７％未満に相当する量とする。配合量が１０％以上では、繊維分散性が低下し、またコンクリートの流動性も低下し易くなるので好ましくない。
【００１５】
また、本発明のコンクリートは、硬化体の充填密度を高める観点から、平均粒径３〜２０μｍ、より好ましくは平均粒径４〜１０μｍの石英粉末を含むものが好ましい。石英粉末としては天然鉱物源とする石英以外に、シリカを主成分とする粉末であっても良い。石英粉末の配合量は、セメント１００重量部に対し、５０重量部以下が好ましく、２０〜３５重量部がより好ましい。配合量が５０重量部を超えるとコンクリートの流動性が低下したり、硬化後の強度が低くなるので好ましくない。
【００１６】
更に、本発明のコンクリートは、硬化体の靱性を高める上で、平均長軸径が１ｍｍ以下の針状及び／又は板状の粒子を含むものが好ましい。針状粒子としては、ウォラストナイト、ボーキサイト、ムライト等の天然若しくは合成の鉱石類からなるものを挙げることができ、板状粒子としては、マイカフレーク、タルクフレーク、バーキュライトフレーク、アルミフレーク等を挙げることができる。針状及び／又は板状の粒子の配合量は、セメント１００重量部に対し、最大３５重量部とするのが好ましく、１０〜２５重量部がより好ましい。配合量が３５重量部を超えると、コンクリートの流動性が低下したり、硬化性が低下することがあるので好ましくない。尚、針状粒子の形状寸法は、針状度、即ち（長軸径／短軸径）の値が３以上であるものが望ましい。
【００１７】
本発明の鋼管充填用コンクリートは上記以外の成分、例えば粗骨材や他の混和剤などを必要に応じて適宜含むものであっても良い。
【００１８】
本コンクリートを製造する上で、各成分の配合順序は特に限定されない。配合物の混練は、一般にコンクリート製造で使用されている混練機なら何れのものを用いても良く、例えば揺動型ミキサ、パン型ミキサ、二軸練りミキサ、傾胴ミキサ等を使用して行うことができる。また、鋼管への混練物の充填方法は、混練物を鋼管上端まで満たすように流し込めば良く、その際、鋼管がかなり複雑な内形状のものでない限り振動等を加えなくても良い。尚、充填できる鋼管の形状・寸法は限定されない。充填後は望ましくは密封し、およそ３〜４週間常温常圧で養生することにより強固な鋼管コンクリートを得ることができる。
【００１９】
【実施例】
［実施例１〜４］  セメントＡとして低熱ポルトランドセメント（太平洋セメント（株）製）、ポゾラン質微粉末として平均粒径０．７μｍのシリカフューム、細骨材Ｃとして珪砂４号と５号の重量比２：１からなる混合物、粗骨材として最大粒径２０ｍｍの石灰石砕石、繊維Ｅとして直径０．２ｍｍで長さ１５ｍｍの鋼繊維、繊維Ｆとして直径０．６ｍｍで長さ１５ｍｍのビニロン繊維、高性能ＡＥ減水剤として市販のポリカルボン酸系ＡＥ減水剤、石英粉として平均粒径７μｍの天然石英粉末、針状粒子として長軸径０．３ｍｍで長軸径／短軸径＝約４のウォラストナイト、並びに水から選ばれる材料を、表１に表す配合量となるよう二軸練りミキサに一括投入し、混練を行った。混練物を内径１０ｃｍ、高さ２０ｃｍの円筒形の鋼製型枠に上端まで流し込み、型枠内に密封して２８日間常温常圧で養生した。養生後のコンクリート硬化体の圧縮強度並びに曲げ強度をＪＩＳＲ５２０１に準じた方法で測定した。その結果を表１に併せて表す。尚、混練物の流動特性の良否をＪＳＣＥ  Ｆ５０３−１９９０に準じた試験による状態観察から評価し、またブリージング状態の観察から分離抵抗性の良否を評価した。
それらの結果も併せて表１に記す。
【００２０】
【表１】
0004526627.tif 000002
【００２１】
［比較例１〜２］  セメントＢとして普通ポルトランドセメント（太平洋セメント（株）製）、細骨材Ｄとして最大粒径５ｍｍの石灰石砕砂、粗骨材として最大粒径２０ｍｍの石灰石砕石、高性能ＡＥ減水剤として市販のポリカルボン酸系ＡＥ減水剤、並びに水から選ばれる材料を、表１に表す配合量となるよう二軸練りミキサに一括投入し、混練を行った。混練物を内径１０ｃｍ、高さ２０ｃｍの円筒形の鋼製型枠に上端まで流し込み、型枠内に密封して２８日間常温常圧で養生した。混練物並びに養生後のコンクリートについて前記実施例と同様の方法で同様の特性評価を行った。その結果も表１に併せて記す。
【００２２】
【発明の効果】
本発明の鋼管充填コンクリートは、高い流動性に基づく優れた充填性を保有し、高い強度と靱性を発現できるため、施工性を損なうことなく鋼管コンクリート構造の耐力を向上させることができる。このため、超高層建造物などへの適用が可能となる他、鋼管断面も小さくできるため、建築物の有効空間を増やすことができ、また建築物の重量軽量化にも十分寄与できる。