(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉄筋、及びコンクリートを構成要素とする鉄筋コンクリートであって、
前記コンクリートはセメントと骨材と石炭灰と水とが少なくとも用いられて構成されたものであり、
前記セメントは２５０〜３５０ｋｇ／ｍ3 、
前記石炭灰が１５０〜３００ｋｇ／ｍ3 であって、
前記石炭灰／セメント（重量比）が０．４３〜１．２であり、
前記骨材における粗骨材に対する細骨材の重量割合が０．３５〜０．７０である
ことを特徴とする鉄筋コンクリート。
【請求項２】
石炭灰／細骨材（重量比）が０．１５〜０．８５であることを特徴とする請求項１の鉄筋コンクリート。
【請求項３】
コンクリートのスランプ値が８〜２２ｃｍを示すものであることを特徴とする請求項１又は請求項２の鉄筋コンクリート。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、中性化深さが低減した耐久性に富む鉄筋コンクリートに関する。
【０００２】
【従来の技術】
鉄筋コンクリートにおいて、コンクリートが中性化すると、コンクリート中に埋め込まれている鉄筋は錆び易くなる。従って、鉄筋コンクリートの耐久性が低下する。
尚、中性化とは、一言で言えば、アルカリ性が失われることである。すなわち、水酸化カルシウムの存在によって強いアルカリ性を示す硬化したコンクリートが、表面から空気中の炭酸ガスの影響を受けて水酸化カルシウムは炭酸カルシウムに変化し、アルカリ性を失う現象である。
【０００３】
コンクリートの中性化に関して、従来より、次のようなことが知られている。
▲１▼  フライアッシュセメント等の混合セメントは、ポルトランドセメントに比べて、水酸化カルシウムの保有量が少ないので、中性化に対して不利である。
▲２▼  軽量コンクリートは、骨材自体に気泡が多く、透気性も大きいので、普通コンクリートに比べて、中性化し易い。
▲３▼  減水剤の使用は、水セメント比が小さくなり、セメント粒子が分散し、密実なコンクリートが得られる。従って、中性化が遅れる。
▲４▼  水セメント比が小さい程、密実なコンクリートが得られるから、中性化は遅れる。
▲５▼  コンクリートが著しく乾燥していたり、湿潤状態にある場合、中性化は遅れる。
▲６▼  中性化速度は温度が高い程早くなる。
▲７▼  戸外に面した部分より室内の方が、人の呼吸による炭酸ガス濃度が高く、中性化が早い。
【０００４】
特に、上記▲１▼に関しては、各種の文献で指摘されている。例えば、「コンクリート構造物の耐久性シリーズ  中性化（岸谷・西澤  他  編、技報堂出版）」の３．コンクリートの中性化速度（第２１ページ）では、「フライアッシュを２０％含むフライアッシュセメントの中性化速度は普通ポルトランドセメントの中性化速度より１．９倍も早い」旨の記載がある。又、土木学会の編集になる「コンクリート・ライブラリー  第６４号  フライアッシュを混和したコンクリートの中性化と鉄筋の発錆に関する長期研究」の第２７ページでは、「フライアッシュを多量に混和すると長期にわたって中性化が増大し、鉄筋の発錆のおそれが生ずるので注意する必要がある。」と記載されている。
【０００５】
これ等の記載から判る通り、鉄筋コンクリートにおいて、フライアッシュなどの石炭灰の多量な使用を不可とするのが、これまでの技術常識であった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、近年、電力需要の増大に伴って石炭火力発電が注目されている。すなわち、石炭火力発電所の増設の機運は著しく高まっている。この為、石炭火力発電所から排出されるフライアッシュ等の石炭灰は今後増加する一方であり、処分場の逼迫の軽減、リサイクル資源の有効利用の観点から、石炭灰の処理は重要な問題である。よって、石炭灰の用途拡大は急務である。
【０００７】
他方、セメント・コンクリート分野では、石炭灰を分級処理したフライアッシュが、例えばフライアッシュセメントの一成分として利用されて来た。
しかし、前述の通り、フライアッシュセメントを鉄筋コンクリートの構成要素とした場合、鉄筋コンクリートの耐久性が懸念されることから、その用途は限定されていた。
【０００８】
従って、フライアッシュの使用量の拡大にも限界があった。
よって、本発明が解決しようとする課題は、石炭火力発電の増大に伴って、今後、一層大量に排出されるフライアッシュ等の石炭灰の用途を拡大し、石炭灰の有効利用を図ることである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
石炭灰の用途拡大に対する研究開発が本発明者によって鋭意押し進められて行った結果、フライアッシュ等の石炭灰の特定範囲における大量使用は、コンクリートの中性化深さを、逆に、小さくすることになることが見出された。
この知見は、従来の技術常識の流れとは全く相反するものであった。
【００１０】
しかし、この結果は、何度も繰り返された実験によって、間違いないものであることが確認された。
そこで、この結果に対する考察が次のようになされた。フライアッシュ等の石炭灰の大量使用は、相対的にポルトランドセメントの減量になるので、水酸化カルシウムの保有量が少なくなり、中性化に対して不利である。しかし、セメント量を確保し、石炭灰を大量使用することにより密実なコンクリートとなる為、逆に、中性化を遅らせることが可能になる。従って、これらを総合的に勘案すると、石炭灰を特定範囲の量だけ大量に使用した場合、中性化に有利に働くのであろうと考えられた。
【００１１】
従って、成分の一つとして特定範囲の量だけ大量に石炭灰を使用した鉄筋コンクリートは、中性化深さが小さくなる為、耐久性が向上すること、又、今日、コンクリート分野における鉄筋コンクリートの占める割合は大きなものであることから、石炭火力発電所から大量に排出されるフライアッシュ等の石炭灰を極めて有効に利用できると言える。
【００１２】
このような啓示に基づいて本発明が達成されたものであり、前記の課題は、
鉄筋、及びコンクリートを構成要素とする鉄筋コンクリートであって、
前記コンクリートはセメントと骨材と石炭灰と水とが少なくとも用いられて構成されたものであり、
前記セメントは２５０〜３５０ｋｇ／ｍ3 、
前記石炭灰が１５０〜３００ｋｇ／ｍ3 であって、
前記石炭灰／セメント（重量比）が０．４３〜１．２であり、
前記骨材における粗骨材に対する細骨材の重量割合が０．３５〜０．７０である
ことを特徴とする鉄筋コンクリートによって解決される。
【００１５】
又、石炭灰／細骨材（重量比）は０．１５〜０．８５であるのが好ましかった。
又、粗骨材に対する細骨材の割合（細骨材／粗骨材）が重量比で０．３５〜０．７０、特に０．４０〜０．６５であるのが一層好ましかった。
又、コンクリートの組成物の成分として、更に、減水剤（特に、高性能ＡＥ減水剤）が用いられることが好ましい。すなわち、減水剤（特に、高性能ＡＥ減水剤）の使用により、水セメント比が小さくなり、セメント粒子が分散し、密実なコンクリートが得られる為に、中性化が遅れるからである。
【００１６】
又、セメントは普通ポルトランドセメント及び早強ポルトランドセメントの群の中から選ばれたものが好ましい。すなわち、普通ポルトランドセメントや早強ポルトランドセメントは、中性化速度が遅い為である。因みに、普通ポルトランドセメントの中性化速度を１とすると、早強ポルトランドセメントの中性化速度は０．６〜０．８であるのに対して、高炉セメントの中性化速度は１．３〜２．２、シリカセメントの中性化速度は１．７〜１．８である。従って、早強ポルトランドセメントが最も好ましく、次に普通ポルトランドセメントであることが判る。
【００１７】
又、水セメント比は５０重量％以上であるのが好ましい。
又、コンクリートのスランプ値は８〜２２ｃｍを示すものであるのが好ましい。
【００１８】
【発明の実施の形態】
本発明の鉄筋コンクリートは、鉄筋、及びコンクリートを構成要素とする鉄筋コンクリートであって、前記コンクリートはセメントと骨材と石炭灰と水とが少なくとも用いられて構成されたものであり、前記セメントは２５０〜３５０ｋｇ／ｍ3 、前記石炭灰が１５０〜３００ｋｇ／ｍ3 、前記石炭灰／セメント（重量比）が０．４３〜１．２、前記骨材における粗骨材に対する細骨材の重量割合が０．３５〜０．７０である。上記鉄筋コンクリートにおいて、石炭灰／細骨材（重量比）は０．１５〜０．８０である。粗骨材に対する細骨材の割合（細骨材／粗骨材）は重量比で、特に、０．４０〜０．６５である。コンクリートの組成物の成分として、更に、減水剤（特に、高性能ＡＥ減水剤）が用いられる。セメントは普通ポルトランドセメント及び早強ポルトランドセメントの群の中から選ばれたものである。水セメント比は５０重量％以上である。又、コンクリートのスランプ値は８〜２２ｃｍを示すものである。
【００１９】
以下、更に詳しく説明する。
本発明は鉄筋コンクリートに関するものである。特に、中性化深さが小さく、それだけ鉄筋が錆びにくく、耐久性に富む鉄筋コンクリートに関するものである。
鉄筋コンクリートであるから、必然的に、鉄筋とコンクリートとを少なくとも構成要素とする。更に、他の構成要素、例えば炭素繊維などが用いられても良い。
【００２０】
コンクリートは、セメントと骨材（細骨材や粗骨材）と石炭灰と水とが少なくとも用いられて構成されたものである。
セメントは、如何なるものであっても良い。例えば、普通、早強、超早強、中庸熱、耐硫酸塩などの各種ポルトランドセメントが用いられる。しかし、中性化速度が遅く、かつ、初期並びに長期強度発現性の改善の面から、普通ポルトランドセメント又は早強ポルトランドセメントを用いるのが好ましかった。
【００２１】
セメントの使用量は、コンクリート中の単位セメント量が２５０〜３５０ｋｇ／ｍ3 である。すなわち、単位セメント量が２５０ｋｇ／ｍ3 未満になると、中性化の面から好ましくなく、又、強度発現性、特に初期強度の低下が大きい。逆に、単位セメント量が３５０ｋｇ／ｍ3 を越えると、本発明の目的のうちの一つである石炭灰の大量使用が出来なくなる。
【００２２】
石炭灰は、例えば石炭火力発電所などで排出される。そして、石炭灰の範疇に属するものであれば、如何なるものでも良い。ＪＩＳで規定されるフライアッシュは無論、通常、原粉と称されるフライアッシュやシンダーアッシュの名称で呼ばれるものを使用できる。石炭灰の使用量は、コンクリート中の単位石炭灰量が１５０〜３００ｋｇ／ｍ3 である。石炭灰量が１５０ｋｇ／ｍ3 未満になると、本発明が目的とした中性化対策、石炭灰の大量処理（大量使用）が達成できない。更には、強度発現性からも好ましくない。更には、骨材、特に粒度バランスが悪い細骨材の使用に制限を受け、好ましくない。逆に、石炭灰量が３００ｋｇ／ｍ3 を越えると、コンクリートの流動性が低下し、練り混ぜが困難になる。
【００２３】
石炭灰とセメントとの関係は、石炭灰／セメント（重量比）を０．４３以上とするのが好ましい。尚、上限値は、セメント量が２５０〜３５０ｋｇ／ｍ3 、石炭灰量が１５０〜３００ｋｇ／ｍ3 であることから、１．２である。この関係を更に満たすことによって、中性化対策、機械的強度が奏される。
骨材は、鉄筋コンクリートに使用されるものであれば如何なるものでも良い。例えば、砂、砂利、砕石など各種の骨材が使用できる。骨材中、粒度分布のバランスが悪く、通常のコンクリート用骨材としては適切でないとされるものであっても、石炭灰の大量使用によってコンクリートのワーカビリティーが確保でき、使用に差し支えはない。
【００２４】
骨材中の粗骨材に対する細骨材の重量割合（重量比で細骨材／粗骨材）が０．３５〜０．７０である。特に、０．４０〜０．６５である。この細骨材／粗骨材の重量割合が０．３５未満になると、すなわち細骨材の使用量が極端に少なくなると、コンクリートの流動性が失われ、練り混ぜが困難になり、好ましくない。
逆に、細骨材／粗骨材の重量割合が０．７０を越えると、すなわち粗骨材の使用量が極端に少なくなると、コンクリートとしての好ましいスランプ値（８〜２２ｃｍ）を確保できなくなり、施工が困難になる。
【００２５】
石炭灰と骨材との関係は、石炭灰／細骨材（重量比）を０．１５〜０．８０とするのが好ましい。この関係を更に満たすことによって、中性化対策、機械的強度が奏される。
コンクリートの組成物の成分として、更に、減水剤（特に、高性能ＡＥ減水剤）が用いられる。高性能ＡＥ減水剤を併用することにより、使用水量を低減できる。従って、初期強度の向上が図れる。又、乾燥収縮の増大などの欠点を改善できる。かつ、中性化を遅らせることになる。更には、石炭灰の大量混合が容易になり、相乗的な中性化対策となる。
【００２６】
高性能ＡＥ減水剤としては、アミノスルホン酸系、ナフタリン系、メラミン系、ポリカルボン酸系の化合物の減水剤が代表的なものとして挙げられる。中でもポリカルボン酸系の減水剤が好ましい。この種の混和剤としては、レオビルドＳＰ−８Ｓ（エヌ・エム・ビー社製）、マイティ２０００ＷＨＳ（花王社製）、チューポールＨＰ−８（竹本油脂社製）、ＯＮＤ−１１（竹本油脂社製）などの市販品がある。
【００２７】
高性能ＡＥ減水剤の添加量は、使用するセメント、石炭灰、骨材、並びに減水剤の特性などを勘案して調整される。一般的には、セメントと石炭灰１００重量部に対して０．５〜１．２重量部である。
空気連行剤は、従来より、コンクリート用空気連行剤として用いられている、例えばノニオン系、アニオン系、オキシエチレン系、高級脂肪酸塩系、天然樹脂酸系のものが挙げられる。例えば、アルキルカルボン酸を主成分とするＡＥ−７７５Ｓ（エヌ・エム・ビー社製）、天然樹脂酸系のヴィンソル（山宗化学社製）、アルキルフェノール系のシーカＡＥＲ（日本シーカ社製）などの市販品がある。そして、この空気連行剤の添加割合を調整して、コンクリートの空気連行量を４．０〜７．０％に調整するのが好ましい。
【００２８】
次に、本発明の鉄筋コンクリートの特性を調べる為に、下記の表−１に示す配合のコンクリート供試体を用意した。
0004545239.tif 000002
又、比較の為、下記の表−２に示す配合のコンクリート供試体を用意した。
【００２９】
0004545239.tif 000003
これ等のコンクリート供試体について、圧縮強度、静弾性係数、引張強度を調べたので、その結果を表−３、表−４、表−５に示す。
【００３０】
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0004545239.tif 000005
これによれば、本発明になる鉄筋コンクリートの機械的強度は優れたものであることが判る。
【００３１】
又、前記のコンクリート供試体について、屋内１年放置後の中性化深さを調べたので、その結果を図−１に示す。又、屋外１年放置後の中性化深さを調べたので、その結果を図−２に示す。
図１や図２によれば、石炭灰の量を本発明の如くに規定することによって、中性化に対して極めて有効であることが判る。
【００３２】
【効果】
中性化深さが低減した耐久性に富む鉄筋コンクリート構造物が得られる。
そして、今後、増大する石炭灰の有効利用の一層の拡大が図れ、環境負荷の低減に極めて有効である。
【図面の簡単な説明】
【図１】石炭灰／セメントと中性化深さとの関係を示すグラフ（屋内暴露１年後）
【図２】石炭灰／セメントと中性化深さとの関係を示すグラフ（屋外暴露１年後）
【図１】
0004545239.tif 000006
【図２】
0004545239.tif 000007