(57)【要約】【課題】  十分な強度を有し、かつ流動性が高い優れた作業性を備えるコンクリートおよびその製造方法を提供することを課題とする。【解決手段】本発明は、上記課題を解決するため、石炭灰を含有するコンクリートの製造方法であって、石炭灰を細骨材の一部として５〜２０質量％で配合設計する細骨材質量に基づく石炭灰質量決定工程と、前記石炭灰質量決定工程で決定された石炭灰と、所定の配合設計に基づいて決定される水、セメント、細骨材、粗骨材、第１の混和剤と、前記石炭灰の性質に基づいて添加量が決定される第２の混和剤を混合する混合工程とを備えることとした。また、石炭灰を含有するコンクリートにあっては、水、セメント、細骨材、粗骨材、混和剤からなるコンクリートであって、前記細骨材の一部として石炭灰が含まれ、該石炭灰の前記細骨材中に占める割合が５〜２０質量％であることとした。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水、セメント、細骨材、粗骨材、混和剤からなるコンクリートであって、
前記細骨材の一部として石炭灰が含まれ、該石炭灰の前記細骨材中に占める割合が５〜２０質量％であることを特徴とする石炭灰を含有するコンクリート。
【請求項２】
前記セメントの一部として石炭灰が含まれ、該石炭灰の前記セメント中に占める割合が３０質量％以内であることを特徴とする請求項１に記載の石炭灰を含有するコンクリート。
【請求項３】
スランプが２０ｃｍ以上であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の石炭灰を含有するコンクリート。
【請求項４】
前記粗骨材は、２０ｍｍ〜４０ｍｍであることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の石炭灰を含有するコンクリート。
【請求項５】
前記石炭灰は、フライアッシュの原粉であることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の石炭灰を含有するコンクリート。
【請求項６】
スランプフロー値が３０ｃｍ〜４５ｃｍであることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載の石炭灰を含有するコンクリート。
【請求項７】
石炭灰を含有するコンクリートの製造方法であって、
石炭灰を細骨材の一部として５〜２０質量％で配合設計する細骨材質量に基づく石炭灰質量決定工程と、
前記石炭灰質量決定工程で決定された石炭灰と、所定の配合設計に基づいて決定される水、セメント、細骨材、粗骨材、少なくとも空気連行性能を有する第１の混和剤、および石炭灰中の未燃炭素への気泡の吸着を抑制する性能を有する第２の混和剤とを混合する混合工程と、
を備えることを特徴とする石炭灰を含有するコンクリートの製造方法。
【請求項８】
前記に加えて、石炭灰をセメントの一部として含ませることにより、該石炭灰の前記セメント中に占める割合を３０質量％以内で配合設計するセメント質量に基づく石炭灰質量決定工程を備えることを特徴とする請求項７に記載の石炭灰を含有するコンクリートの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、石炭灰を含有するコンクリートおよびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
コンクリートの用途は様々であり、土木・建築分野において様々な構造物に用いられている。コンクリートは、セメント、細骨材、粗骨材、必要に応じて混和剤を加えて水と練り混ぜることにより生成する。その際、水・セメント比や細骨材、粗骨材等の割合を調整することで、用途に応じたコンクリート性能を持ったコンクリートを成型する。コンクリートの性能としては、圧縮強度、耐久性、施工性等が挙げられる。
【０００３】
コンクリートの圧縮強度や耐久性は、構造物へ与える影響が非常に大きい。したがって、目的に応じた十分な強度を有するコンクリートを用いて施工することが求められる。一方、コンクリートの施工性も重要である。流動性の悪いコンクリートを使用すると、型枠の隅部まで十分にコンクリートを充填できないと言った問題を生じ、また型枠の隅部まで十分にコンクリートを充填しようとすると作業時間が必要以上にかかってしまうといった工期遅延の問題も生ずる。
【０００４】
トンネル工事における覆工コンクリートについてみると、覆工コンクリートに十分に適しているとは言えないコンクリートを使用したことによる問題が生じている。トンネル覆工では、狭隘な空間でのコンクリートの打ち込み作業が要求される。このような狭隘な空間でのコンクリートの打ち込み作業を流動性の悪いコンクリートで行うと締め固め作業時にブリーディング水と材料分離が発生するといった問題を生ずる。また、流動性の悪いコンクリートを覆工コンクリートに使用したことにより、アーチ部に縞が発生したり、ひび割れやコンクリート片の剥落等の問題も生じている。
【０００５】
コンクリートの流動性を高める技術としてセメントに石炭灰を混合したフライアッシュセメントが知られている。ここで、石炭灰は、火力発電所において石炭を燃やした後の灰であり、その多くは廃棄物して処理さているのが実情である。石炭灰は、火力発電所だけでも現在年間４００万トンにものぼる量が排出されており、石炭が近く到来する石油不足時代の代替エネルギーとして注目されていることからも、石炭灰の排出量は今後更に増加するものと考えられる。このような従来廃棄物とされていた石炭灰をセメントに混合したフライアッシュセメントは、石炭灰の有効利用を図るとともに、コンクリートの流動性を高めることができる。
【０００６】
しかし、フライアッシュセメントに使用されるフライアッシュは、比重、粉末度等の化学分析を行う必要があり、測定操作が面倒であり試験者の負担が大きいといった問題を生じていた。これを解決するものとして、フライアッシュの選別を安息角により行う従来に比べて簡易な技術が知られている（例えば特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平１０−１３９５０５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
十分な流動性および強度を有するコンクリートが要求されるものとして、トンネル覆工における覆工コンクリートが例示される。トンネル覆工では、狭隘な空間でのコンクリートの打ち込み作業が要求される。このような狭隘な空間でのコンクリートの打ち込み作業を流動性の悪いコンクリートで行うと締め固め作業時にブリーディング水と材料分離が発生するといった問題を生ずる。また、流動性の悪いコンクリートを覆工コンクリートに使
用したことにより、アーチ部に縞が発生したり、ひび割れやコンクリート片の剥落等の問題も生じている。
【０００８】
コンクリートの流動性を高める技術としてセメントに石炭灰を混合したフライアッシュセメントが知られている。しかし、フライアッシュセメントを生成する際には、フライアッシュの化学分析を行う必要があり、測定操作が面倒であり試験者の負担が大きいといった問題を生じていた。これを解決するものとして、フライアッシュの選別を従来に比べて簡易なものとした技術が開発されているものの、かかる技術においても選別は必要とされ、また、流動性も十分とは言えないことから、石炭灰の有効利用を図るとともに、簡易な工程で優れた流動性と十分な強度を有するコンクリートの開発が望まれていた。したがって、本発明は、簡易に生成可能なコンクリートの流動性を高めるために石炭灰を使用することで石炭灰の有効利用を図るとともに、例えばトンネル覆工のように、狭隘な場所での作業が要求されるコンクリートについて十分な強度を有し、かつ流動性が高い優れた作業性を備えるコンクリートおよびその製造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】
【０００９】
本発明では、上記した問題に鑑み、流動性および強度の優れたコンクリートであって、細骨材の一部として所定質量の石炭灰が含まれることを特徴とする。また、流動性および強度の優れたコンクリートの製造方法については、石炭灰を細骨材の一部として所定質量混合することを特徴とする。
【００１０】
詳細には、本発明は、水、セメント、細骨材、粗骨材、混和剤からなるコンクリートであって、前記細骨材の一部として石炭灰が含まれ、該石炭灰の前記細骨材中に占める割合が５〜２０質量％であることを特徴とする。
【００１１】
このように石炭灰が細骨材の一部として含まれることで、フライアッシュセメント等のセメントに石炭灰が含まれる場合に比べてより多くの石炭灰の有効利用を図ることができる。また、石炭灰の前記細骨材中に占める割合を５〜２０質量％とすることで、本発明に係るコンクリートは優れた流動性および強度を発揮する。すなわち、圧縮強度、耐久性、施工性に優れたコンクリートを提供することが可能となる。
【００１２】
石炭灰は、例えば火力発電所等で石炭を燃焼した後の灰である。石炭灰が細骨材の一部として含まれるとは、石炭灰が細骨材として代替されていることを意味する。したがって、本発明に係るコンクリートに含有される石炭灰の量は、従来のコンクリートに含有される細骨材の質量より算出される。また、火力発電所等において採取される石炭灰には、集塵装置で採取されたフライアッシュや炉底で採取されるクリンカアッシュ等が存在するが、本発明ではフライアッシュであることが望ましい。また、フライアッシュは火力発電所より排出される原粉でよく、粒度調整等の加工を経たものでなくてよい。したがって、本発明に係るコンクリートは、上述のようにコンクリート性能が優れている他、生成工程において比重、粉末度等の化学分析を行う必要もなく、従来に比べて非常に簡易な工程で生成することができる。
【００１３】
本発明に係るコンクリートに含有されるセメントは、特定のセメントに限定されるわけではなく、通常のコンクリートに使用されるものであればよい。例えば、普通ポルトランドセメントが例示されるが、これに限定されるわけではない。混合セメントやアルミナセメント等でもよい。
【００１４】
本発明に係るコンクリートに含有される細骨材および粗骨材も通常のコンクリートに使用される細骨材および粗骨材であればよい。骨材は、一般的に粒度や比重等により区別される。例えば粒度による区別でみると、細骨材とは、１０ｍｍふるいを全部通り、５ｍｍ
ふるいを質量で８５％以上通る骨材をいう。一方、粗骨材とは、５ｍｍふるいに質量で８５％以上とどまる骨材をいう。本発明に係るコンクリートに含有される細骨材および粗骨材にも従来用いられている上記のような細骨材や粗骨材が使用される。
【００１５】
また、本発明に係るコンクリートは、前記セメントの一部として石炭灰が含まれ、該石炭灰の前記セメント中に占める割合が３０質量％以内としてもよい。
【００１６】
石炭灰がセメントの一部として含まれるとは、セメント全体の質量に対して石炭灰が所定の質量含まれていることを意味する。したがって、本発明に係るコンクリートに含有される石炭灰の量は、従来のコンクリートに含有されるセメントの質量より算出される。コンクリートの配合設計において、細骨材に占める石炭灰の割合およびセメントに占める石炭灰の割合を算出することで、用途に応じた流動性および強度を有するコンクリートが生成できる。細骨材に含まれる石炭灰の割合は、上述のように５〜２０質量％、セメントに含まれる石炭灰の割合は、３０質量％以内であることが望ましい。さらに、好ましくは、細骨材に含まれる石炭灰の割合が１０〜１５質量％、セメントに含まれる石炭灰の割合が１０〜２０質量％であることが望ましい。これにより、十分な強度を有するとともに、流動性にも優れたコンクリートとなる。
【００１７】
また、本発明に係るコンクリートは、スランプが２０ｃｍ以上としてもよく、また、粗骨材は、２０ｍｍ〜４０ｍｍとしてもよい。更に、スランプフロー値を３０ｃｍ〜４５ｃｍとしてもよい。
【００１８】
スランプとは、まだ固まらないコンクリートの水量の多少による柔らかさを示す指数を意味する。一般のコンクリート工事に使用する普通コンクリートでみると、粗骨材の最大寸法が２０ｍｍ又は４０ｍｍである場合にはスランプの上限が２１ｃｍ、粗骨材の最大寸法が４０ｍｍである場合にはスランプの上限が１５ｃｍとなっている。ここで粗骨材の最大寸法が４０ｍｍの場合にはスランプが１５ｃｍと規定されている背景についてみると、モルタルと粗骨材との分離性に依存しているものと考えられている。すなわち、骨材寸法が大きくなると粗骨材が沈降するなどコンクリートの均一化が図れないからである。これに対し、本発明に係る石炭灰を含有するコンクリートは、石炭灰が細骨材の一部として上述のような所定の割合で配合されていることで、粗骨材の寸法が４０ｍｍとした場合にも、スランプ２０ｃｍとすることができる。したがって、本発明に係る石炭灰を含有するコンクリートは、十分な強度を備えるとともに、優れた流動性を有する。
【００１９】
なお、従来のコンクリートにおいて本発明と同程度の充填性および流動性を確保する場合には、スランプフロー値を６０ｃｍ程度にすることが要求される。しかし、スランプフロー値を高くすると上述したような材料分離の問題を生ずるおそれがある。これに対し、本発明に係る石炭灰を含有するコンクリートは、スランプフロー値が３０ｃｍ〜４５ｃｍとすることができ、材料分離抵抗性が優れているとともに優れた充填性および流動性を有するコンクリートである。このように、本発明に係る石炭灰を含有するコンクリートは、粗骨材の寸法が４０ｍｍとした場合にも、スランプフロー値を管理することで材料分離の問題を回避することができるとともに、粗骨材の寸法が４０ｍｍとした場合にも、スランプを２０ｃｍとすることができるので優れた充填性および流動性を有する。
【００２０】
また、本発明は、石炭灰を含有するコンクリートの製造方法であって、石炭灰を細骨材の一部として５〜２０質量％で配合設計する細骨材に基づく石炭灰質量決定工程と、前記石炭灰質量決定工程で決定された石炭灰と、所定の配合設計に基づいて決定される水、セメント、細骨材、粗骨材、少なくとも空気連行性能を有する第１の混和剤および石炭灰中の未燃炭素への気泡の吸着を抑制する第２の混和剤とを混合する混合工程と、を備えることを特徴とする。
【００２１】
このように石炭灰を細骨材の一部として含ませることで、フライアッシュセメント等のセメントに石炭灰を含ませる場合に比べてより多くの石炭灰の有効利用を図ることができる。また、石炭灰の前記細骨材中に占める割合を５〜２０質量％とすることで、本発明に係る石炭灰を含有するコンクリートは優れた流動性および強度を発揮する。すなわち、圧縮強度、耐久性、施工性に優れたコンクリートを提供することが可能となる。
【００２２】
細骨材に基づく石炭灰質量決定工程は、細骨材に代替させる石炭灰の質量割合を決定する。細骨材に占める石炭灰の割合は、５〜２０質量％であることが望ましい。このような配合とすることで、十分な強度を有するとともに優れた流動性を備えるコンクリートを生成することが可能となる。また、本発明に係る石炭灰を含有するコンクリートの製造方法は、従来のコンクリートの配合設計における細骨材の質量を基準として簡易に石炭灰の配合割合を決定することができる。なお、セメント、細骨材等すでに説明した事項については、説明を省略する。
【００２３】
混合工程は、水、セメント、細骨材、粗骨材、混和剤を混合する。例えば、セメント、細骨材、石炭灰等は複数のサイロに、水は水槽、混和剤は専用タンクへそれぞれ貯蔵しておき、生成するコンクリートの使用目的に応じた配合設計に基づいてセメント等の質量をそれぞれ計量器により計量し、軽量後ミキサに投入し、混合撹拌する。なお、石炭灰の配合量に関しては、上述したように細骨材に占める割合により決定した質量を用いる。
【００２４】
上記混合工程における、第１の混和剤には、従来から用いられているＡＥ剤やＡＥ減水剤が例示される。ＡＥ剤とは、モルタルやコンクリートに微細な気泡を連行し、ワーカビリティーや耐久性向上のために用いられる混和剤を意味する。ＡＥ減水剤とは、ＡＥ剤と減水剤の性能を兼ね備えた混和剤を意味する。連行空気によるＡＥ効果と分散作用による減水効果が重なり合い、ＡＥ剤単体よりも更に大きな減水効果が得ることができる。したがって、コンクリートのワーカビリティーの改善、耐久性向上の効果がＡＥ剤および減水剤を単体で用いた場合よりも大きくなる。
【００２５】
第１の混和剤は前述した混合工程でセメント等と一緒にミキサに投入する。第２の混和剤も前記混合工程においてセメント等と一緒にミキサに投入するが、第１の混和剤が上述したような従来から使用されているＡＥ剤等を投入するのに対し、第２の混和剤は、第１の混和剤である一般のＡＥ剤と比較して、石炭灰中に含まれる未燃炭素に気泡が吸着することを抑制するＡＥ剤である点で相違する。また、第１の混和剤は、従来のコンクリートの基本配合設計に基づいて使用量を決定して混合するのに対し、第２の混和剤は、石炭灰を含有するコンクリート専用のＡＥ剤であって、石炭灰の質量に応じて適宜決定して投入する点で相違する。第２の混和剤を添加することによりフレッシュコンクリート中の空気量の最終調整を図ることが可能となる。このように、細骨材に占める石炭灰の割合をコンクリートの使用目的に合わせて決定し、これに基づいてセメント等と混合するとともに、更に、第２の混和剤を添加することにより、第２の混和剤のもつ石炭灰に含まれる未燃炭素に気泡が吸着されることを抑制するといった従来のＡＥ剤にはない特性により、フレッシュコンクリートの空気量の最終調整を図ることが可能となる。その結果、圧縮強度、耐久性、施工性に優れたコンクリートを提供することが可能となる。
【００２６】
本発明に係るコンクリートは、前記に加えて、石炭灰をセメントの一部として含ませることにより、該石炭灰の前記セメント中に占める割合を３０質量％以内で配合設計するセメント質量に基づく石炭灰質量決定工程を備えることとしてもよい。
【００２７】
セメント質量に基づく石炭灰質量決定工程は、セメントに含ませる石炭灰の質量割合を決定する。セメントに占める石炭灰の割合は、３０質量％以内であることが望ましい。こ
のような配合とすることで、十分な強度を有するとともに優れた流動性を備えるコンクリートを生成することが可能となる。また、本発明に係る石炭灰を含有するコンクリートの製造方法は、従来のコンクリートの配合設計におけるセメントの質量を基準として簡易に石炭灰の配合割合を決定することができる。
【００２８】
細骨材に代替させる石炭灰の割合は、上述のように５〜２０質量％、セメントに含ませる石炭灰の割合は、３０質量％以内であることが望ましい。さらに、好ましくは、細骨材に代替させる石炭灰の割合が１０〜１５質量％、セメントに含ませる石炭灰の割合が１０〜２０質量％であることが望ましい。これにより、十分な強度を有するとともに、流動性にも優れたコンクリートを提供することが可能となる。なお、細骨材に占める石炭灰の割合およびセメントに含ませる石炭灰の割合をコンクリートの使用目的に合わせて決定し、これに基づいてセメント等と混合し、更に、第２の混和剤を必要に応じて調整して添加することにより、フレッシュコンクリートの空気量の最終調整を図ることが可能となる。その結果、圧縮強度、耐久性、施工性に優れたコンクリートを提供することが可能となる。
【発明の効果】
【００２９】
本発明における石炭灰を含有するコンクリートによれば、産業廃棄物として処理されることが多い石炭灰の有効利用を図ることができ、また、本発明に係る石炭灰を含有するコンクリートは、十分な強度を有するとともに優れた流動性および充填性を発揮する。また、本発明に係る石炭灰を含有するコンクリートの製造方法によれば、従来に比べてより簡易な工程で上述のような圧縮強度、耐久性、施工性に優れたコンクリートを提供することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
次に、本発明に係る石炭灰を含有するコンクリートの製造方法の実施形態について図面に基づいて説明し、更に本発明に係る石炭灰を含有するコンクリートについて行った試験およびその結果について説明する。
【実施例１】
【００３１】
図１は、本実施例に係る石炭灰を含有するコンクリートの製造フローを示す図である。同図に示すように、Ｓ２０１では、石炭灰を含有するコンクリートに使用する石炭灰の質量を細骨材の使用量に基づいて決定する。ここで、本発明に係る石炭灰を含有するコンクリートは、細骨材の一部として石炭灰を使用することを特長とするものである。したがって、石炭灰の質量は、従来用いている細骨材の質量を基準として、細骨材全体に占める石炭灰の質量割合を決定することにより行う。本実施例では、石炭灰としてフライアッシュの原粉を使用し、細骨材全体に占めるフライアッシュの割合を１０〜１５質量％とした。フライアッシュの原粉を用いることで、フライアッシュの粒度調整等が不要となり簡易な工程により石炭灰を含有するコンクリートを提供することが可能となる。また、フライアッシュを細骨材の代替として使用することで、従来に比べてより多くのフライアッシュの有効利用を図ることが可能となる。また、石炭灰を含有するコンクリートを簡易な工程で製造できるとともに、圧縮強度、耐久性、施工性に優れたコンクリートを提供することが可能となる。なお、本実施例では、細骨材全体に占めるフライアッシュの割合を１０〜１５質量％とした。なお、これに限定されるわけではないが、フライアッシュの細骨材中に占める割合は５〜２０質量％とすることが望ましい。なお、石炭灰の質量決定〈１〉は、本発明の細骨材質量に基づく石炭灰質量決定工程に相当する。
【００３２】
Ｓ２０２では、石炭灰を含有するコンクリートに使用する石炭灰の質量をセメントの使用量に基づいて決定する。石炭灰には、細骨材の一部として用いる石炭灰と同じものを使用する。したがって、本実施例では、フライアッシュの原粉を使用する。細骨材の一部としてフライアッシュを使用するのみならず、セメントの一部にもフライアッシュを含ませ
ることでより多くのフライアッシュの有効利用を図ることが可能となる。なお、本実施例では、セメント全体に占めるフライアッシュの割合を１０質量％とした。なお、これに限定されるわけではないが、フライアッシュのセメントに占める割合は３０％以内であることが望ましい。なお、石炭灰の質量決定〈２〉は、本発明のセメント質量に基づく石炭灰質量決定工程に相当する。
【００３３】
細骨材に占めるフライアッシュの質量割合およびセメントに占めるフライアッシュの質量割合をそれぞれ決定することで、コンクリートの使用目的に応じた強度と流動性を有するコンクリートにおける配合設計が容易となる。これは、コンクリートを製造する際には予め配合設計が必要となり、配合設計ではコンクリートに使用するセメントおよび細骨材のそれぞれについて配合量が決まっていることによる。
【００３４】
Ｓ２０３では、水、セメント、細骨材、粗骨材、フライアッシュ、混合剤としてＡＥ減水剤を配合設計にしたがって、計量器により計量する。セメントには普通ポルトランドセメント、細骨材には津山市堀坂産砕砂、粗骨材には津山市堀坂産採石２００５および津山市堀坂産採石４０２０、ＡＥ減水剤には標準系Ｉ種を使用した。Ｓ２０３で計量する混和剤は、本発明でいう第１の混和剤に相当する。なお、水セメント比等コンクリートの配合の詳細については、後述する本発明に係るコンクリートの試験において説明する。
【００３５】
Ｓ２０４では、セメント等に更に混和剤を添加する。混和剤には、フライアッシュを含むコンクリートに最適なＡＥ剤である、ダーレックスＡＥＡ−ＦＡを使用した。Ｓ２０４における混和剤は、本発明でいう第２の混和剤に相当する。フライアッシュ原粉の粒径等に応じて、フライアッシュを含むコンクリートに特に適したＡＥ剤を添加して空気量を調整することで、流動性および強度に優れたコンクリートを提供することが可能となる。Ｓ２０５では、ミキサに投入されたセメントや混和剤ｓ等を混合し、撹拌する。
【００３６】
次に、上述した石炭灰を含有するコンクリートの製造方法に使用する製造装置について、図２に基づいて説明する。
【００３７】
図２は、本実施例に係る石炭灰を含有するコンクリートの製造において使用する製造装置の構成を示す図である。同図に示すように、本実施例に係る石炭灰を含有するコンクリートの製造方法に使用する製造装置は、セメント、細骨材等を貯蔵するサイロ１０〜１２、水を貯蔵する水槽１５、ＡＥ減水剤等の混和剤を貯蔵するタンク１６〜１８、セメント等を計量する計量器２０〜２４、ミキサ３０により構成される。
【００３８】
サイロ１０に貯蔵されたセメントをコンクリートの配合設計にしたがって、計量器２０で計量する。また、水、混和剤についても同様にコンクリートの配合設計にしたがって、計量器２１〜２４により計量する。計量したセメント等をミキサ５０に投入し、混合撹拌する。このように、本発明に係る石炭灰を含有するコンクリートは、既存のプラント設備を用いて製造することが可能である。
【実施例２】
【００３９】
次に、上述した製造方法により製造した本発明に係る石炭灰を含有するコンクリートについて行った試験およびその結果について図面および表に基づいて説明する。なお、本実施例における試験は、十分な強度および優れた流動性が特に必要とされるトンネル覆工を想定して行った。
【００４０】
表１は、本実施例に係る石炭灰を含有するコンクリートの目標品質を示す。また、表２は、本実施例に係る石炭灰を含有するコンクリートの配合を示す。表１における〈１〉Ｔ１−１は、従来使用されている石炭灰を含まないコンクリートであり、水セメント比６０
％以下、スランプ１５ｃｍのコンクリートである。〈２〉Ｆ−Ｃ２０Ｓ１０は、石炭灰を含有する本発明に係るコンクリートであり、細骨材全体の１０％およびセメント全体の２０％に石炭灰を使用したコンクリートであり、スランプ１５ｃｍのコンクリートである。〈３〉中−Ｃ１０Ｓ１５も、本実施例に係るコンクリートであり、細骨材全体の１５％およびセメント全体の１０％に石炭灰を使用し、スランプが２１ｃｍのコンクリートである。〈４〉中−Ｃ２０Ｓ１５も本実施例に係るコンクリートであり、細骨材全体の１５％およびセメント全体の２０％に石炭灰を使用し、スランプが２１ｃｍのコンクリートである。なお、上記〈２〉〜〈４〉のいずれも、石炭灰には、フライアッシュの原粉を使用した。
【００４１】
【表１】
2007015892.tif 000003
【００４２】
【表２】
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【００４３】
図３は、本実施例に係る石炭灰を含有するコンクリートの品質試験結果を示す図および表である。図３（ａ）は、本実施例に係る石炭灰を含有するコンクリートの品質試験結果を示す表であり、図３（ｂ）は、圧縮強度を示す棒グラフである。なお、図３（ａ）における充填性および吹上げ充填性とは、後述する試験名を指す。それぞれの試験の詳細については後述する。図３（ａ）に示すように、充填性試験を行った〈２〉中−Ｃ１０Ｓ１５（細骨材全体の１５％およびセメント全体の１０％に石炭灰を使用したコンクリート）は、圧縮強度において材齢７日、２８日、９１日の全てにおいて、覆工コンクリートの設計基準強度１８Ｎ／ｍｍ２を満たし、特に材齢２８日および材齢９１日では、充填性試験を行った〈１〉Ｔ１−１（石炭灰を含まない従来のコンクリート）より圧縮強度が増していることが分かる。また、充填性試験を行った〈１〉Ｔ１−１は、スランプが１６ｃｍであるのに対し、充填性試験を行った〈２〉中−Ｃ１０Ｓ１５はスランプ２１ｃｍであり、本実施例に係る石炭灰を含有するコンクリートは、圧縮強度が高いとともに優れた流動性を有していることが分かる。
【００４４】
［充填性試験］
次に、本発明に係る石炭灰を含有するコンクリートについて行った充填性試験について説明する。図４は、本実施例における充填性試験用の試験体を示す図である。図４（ａ）は、充填性試験体６０の断面図であり、図４（ｂ）は、充填性試験体６０の側面図である。充填性試験体６０は、型枠を断面が１．４ｍ×１．４ｍで、中央部に直径０．８ｍの空間部６１が形成されるように組み立てた。充填性試験は、Ａ試験およびＢ試験〈１〉、〈２〉について行った。Ａ試験は、図面４（ｂ）の打ち込み位置であって図４（ａ）のＭの位置よりコンクリートを充填性試験体６０に供給した。Ａ試験は、トンネル覆工におけるアーチ天端に相当する空間部上部から連続的にコンクリートを供給し、通常の締め固め作業で行うものであり、図４（ａ）のＭの位置より〈１〉Ｔ１−１（石炭灰を含まない従来のコンクリート）、〈２〉Ｆ−Ｃ２０Ｓ１０（細骨材全体の１０％およびセメント全体の２０％に石炭灰を使用したコンクリート）、〈３〉中−Ｃ１０Ｓ１５（細骨材全体の１５％およびセメント全体の１０％に石炭灰を使用したコンクリート）の３種のコンクリートについて行った。Ｂ試験は、本発明に係る石炭灰を含有するコンクリートの流動性および充填性を確認するための試験であり、図４（ａ）のＰおよびＱの位置より充填性試験体６０にコンクリートを供給する方法で、〈３〉中−Ｃ１０Ｓ１５（細骨材全体の１５％およびセメント全体の１０％に石炭灰を使用したコンクリート）、〈４〉中−Ｃ２０Ｓ１５（細骨材全体の１５％およびセメント全体の２０％に石炭灰を使用したコンクリート）の２種のコンクリートについて行った。なお、〈１〉Ｔ１−１等の配合の詳細については、上述した表１および表２の通りであるので説明を省略する。
【００４５】
まず、Ａ試験の結果についてみると〈１〉Ｔ１−１では、コンクリート打ち込み時に、上面に１ｃｍ以上の深さのブリーディング水に多量のレイタンスを含んだ脆弱層の形成が認められた。これに対し〈２〉Ｆ−Ｃ２０Ｓ１０および〈３〉中−Ｃ１０Ｓ１５では、レイタンス層は形成されず、２ｍｍ程度の深さのブリーディング水の発生が確認されただけであった。このように、本実施例に係る石炭灰を含有するコンクリートは、材料分離抵抗性も従来におけるコンクリート比べて優れていると言える。
【００４６】
次に、Ｂ試験の結果について説明する。図５は、本実施例に係る石炭灰を含有するコンクリートの流動性を示す図である。図５（ａ）は、〈３〉中−Ｃ１０Ｓ１５を充填性試験体６０に投入した場合の流動性試験の結果を示し、図５（ｂ）は、〈４〉中−Ｃ２０Ｓ１５を充填性試験体６０に投入した場合の流動性試験の結果を示す。図５（ａ）に示すように、所定高さ到達時点における長さ方向の流動勾配は、〈３〉中−Ｃ１０Ｓ１５では、７．８〜１０．０％であり、〈４〉中−Ｃ２０Ｓ１５では、１１．１〜１１．７％でありいずれも優れた流動性を示した。また、充填性試験体６０の型枠解体後の各コンクリートの
仕上がり状況についてみると、〈１〉Ｔ１−１と比較して〈３〉中−Ｃ１０Ｓ１５、〈４〉中−Ｃ２０Ｓ１５の石炭灰を含有するコンクリートは、いわゆる空気あばたの発生数は減少しておりコンクリートの表面の美観も向上していることが確認された。
【００４７】
次に、充填性試験に用いたコンクリートよりφ１００ｍｍのコアサンプルを採取し、材齢２８日および材齢９１日の圧縮強度試験を行った結果について説明する。
【００４８】
図６は、圧縮強度試験を行うために採取したコアサンプルの採取位置を示す図である。図６（ａ）は、Ａ試験による材齢２８日における圧縮強度試験を行うためのコアサンプルの採取位置４０〜４５を示し、図６（ｂ）は、Ａ試験による材齢９１日における圧縮強度試験を行うためのコアサンプルの採取位置４６〜４８を示す。
【００４９】
表３は、Ａ試験による材齢２８日におけるコアサンプルの圧縮強度試験の結果を示す。表３における各試験体、Ｔ１−１、Ｆ−Ｃ２０Ｓ１０等の配合の詳細については、上述した表１および表２の通りであるので説明を省略する。なお、締め固め有、締め固め無は、コンクリート打ち込み時のバイブレータによる締め固めの有無を示す。
【００５０】
【表３】
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【００５１】
表３に示すようにいずれの試験体においても、覆工コンクリートの設計基準強度である１８Ｎ／ｍｍ２を満たす結果となった。特に、本実施例に係る石炭灰を含有するコンクリートのうち締め固めを行わずにコンクリートの打ち込みを行った試験体〈４〉中−Ｃ１０
Ｓ１５および〈５〉中−Ｃ２０Ｓ１５についても、締め固めを行わずに覆工コンクリートの設計基準強度である１８Ｎ／ｍｍ２を満たす結果となった。すなわち、本発明に係る石炭灰を含有するコンクリートは、従来必須とされているコンクリート打ち込み時の締め固めを行わずとも十分な圧縮強度を有するコンクリートを製造できることが確認された。これは、本発明に係る石炭灰を含有するコンクリートは、優れた流動性を有しているからであると考えられる。したがって、本発明に係る石炭灰を含有するコンクリートは、締め固めを行わなくても均質なコンクリートが型枠内に流動、充填されることから、トンネル覆工のように狭隘な空間でのコンクリート打ち込み作業においても高品質なコンクリートが提供可能となる。
【００５２】
表４は、Ａ試験による材齢９１日におけるコアサンプルの圧縮強度試験の結果を示す。表４における各試験体、Ｔ１−１、Ｆ−Ｃ２０Ｓ１０等の配合の詳細については、上述した表１および表２の通りであるので説明を省略する。なお、締め固め有、締め固め無は、コンクリート打ち込み時のバイブレータによる締め固めの有無を示す。
【００５３】
【表４】
2007015892.tif 000006
【００５４】
表４に示すようにいずれの試験体においても、覆工コンクリートの設計基準強度である１８Ｎ／ｍｍ２を満たす結果となった。特に、本実施例に係る石炭灰を含有するコンクリートである表４の〈２〉〜〈５〉の石炭灰を含有するコンクリートは、石炭灰を含まない従来のコンクリートである〈１〉に比べて、材齢９１における強度が優れていることがわかる。このように、本発明に係る石炭灰を含有するコンクリートは、流動性に優れている
とともに、長期強度が従来に比べ特に優れているコンクリートであると言える。
【００５５】
［吹上げ充填性試験］
次に、本実施例に係るコンクリートについて行った吹上げ充填性試験について説明する。図７は、本実施例における吹上げ充填性試験用の試験体を示す図である。図７（ａ）は、吹上げ充填性試験体６２の断面図であり、図７（ｂ）は、吹上げ充填性試験体６２の側面図である。吹上げ充填性試験体は、型枠を断面が１．２ｍ×０．３ｍで、長さ方向６ｍの形状寸法の吹上げ充填性試験体６２に吹上げ口６３を設け、吹上げ口６３より〈１〉Ｔ１−１、〈２〉Ｆ−Ｃ２０Ｓ１０、〈３〉中−Ｃ１０Ｓ１５、〈４〉中−Ｃ２０Ｓ１５のそれぞれのコンクリートを供給し、トンネル覆工の実際の施工状況を想定して行った。
【００５６】
図８は、吹上げ充填性試験の結果を示す図である。図８（ａ）は、〈１〉Ｔ１−１を吹上げ充填性試験体６２に供給した場合の試験結果を示す図であり、図８（ｂ）は、〈３〉中−Ｃ１０Ｓ１５を吹上げ充填性試験体６２に供給した場合の試験結果を示す図である。図８（ａ）に示すように、〈１〉Ｔ１−１を吹上げ充填性試験体に供給した場合には、吹上げ充填性試験体６２の長さ方向の約１／３程度の位置で石炭灰を含まないコンクリート６６である〈１〉Ｔ１−１の充填が終了している。これは、吹上げ口６３上部でのコンクリートの流動が止まったためであると考えられる。これに対し、図８（ｂ）に示すように、〈３〉中−Ｃ１０Ｓ１５を吹上げ充填性試験体６２に供給した場合には、試験体の長さ方向の妻側まで石炭灰を含有するコンクリート６７である〈３〉中−Ｃ１０Ｓ１５が充填されている。このように、本実施例に係るコンクリートは優れた流動性を有することがわかる。
【００５７】
次に、吹上げ充填性試験に用いたコンクリートよりφ１００ｍｍのコアサンプルを採取し、材齢２８日および材齢９１日の圧縮強度試験を行った結果について説明する。
【００５８】
図９は、圧縮強度試験を行うために採取したコアサンプルの採取位置を示す図である。図９（ａ）は、Ｔ１−１配合による圧縮強度試験を行うためのコアサンプルの採取位置を示し、５０〜５２は、材齢２８日における圧縮強度試験を行うためのコアサンプルの採取位置であり、いずれも吹上げ充填性試験体６２に対して鉛直方向に採取したものである。また、６０〜６２は、材齢９１日における圧縮強度試験を行うためのコアサンプルの採取位置であり、いずれも吹上げ充填性試験体６２に対して水平方向に採取したものである。図９（ｂ）は、中−Ｃ１０Ｓ１５配合による圧縮強度試験を行うためのコアサンプルの採取位置を示し、７０〜７２は、材齢９１日における圧縮強度試験を行うためのコアサンプルの採取位置であり、いずれも吹上げ充填性試験体６２に対して鉛直方向に採取したものである。また、８０〜８２は、材齢９１日における圧縮強度試験を行うためのコアサンプルの採取位置であり、いずれも吹上げ充填性試験体６２に対して水平方向に採取したものである。図９（ｃ）は、中−Ｃ２０Ｓ１５配合による圧縮強度試験を行うためのコアサンプルの採取位置を示し、９０〜９２は、材齢９１日における圧縮強度試験を行うためのコアサンプルの採取位置であり、いずれも吹上げ充填性試験体６２に対して鉛直方向に採取したものである。また、１００〜１０２は、材齢９１日における圧縮強度試験を行うためのコアサンプルの採取位置であり、いずれも吹上げ充填性試験体６２に対して水平方向に採取したものである。
【００５９】
表５は、吹上げ充填性試験による材齢２８日におけるコアサンプルの圧縮強度試験の結果を示す。表５における各試験体、Ｔ１−１、Ｆ−Ｃ２０Ｓ１０等の配合の詳細については、上述した表１および表２の通りであるので説明を省略する。
【００６０】
【表５】
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【００６１】
表５に示すようにいずれの試験体においても、覆工コンクリートの設計基準強度である１８Ｎ／ｍｍ２を満たす結果となった。上述したように、従来のコンクリートであるＴ１−１は、流動性に欠けることから試験体の妻部までコンクリートを充填することができなかったが、本発明に係る石炭灰を含有するコンクリートでは、試験体の妻部までコンクリートが充填できるとともに十分な強度を有していることが確認できた。したがって、本発明に係る石炭灰を含有するコンクリートは、優れた流動性を有していることから均質なコンクリートを型枠内に流動、充填されることが可能であり、トンネル覆工のように狭隘な空間でのコンクリート打ち込み作業においても高品質なコンクリートが提供可能となる。
【００６２】
表６は、吹上げ充填性試験による材齢９１日におけるコアサンプルの圧縮強度試験の結果を示す。表６における採取位置を示す数字１および２は、コアサンプルの採取方向に対応する。すなわち、例えば試験体〈１〉Ｔ１−１において採取位置が投入付近１である場合には、図９（ａ）のコアサンプル採取位置５０が対応するものとする。また、表６における各試験体、Ｔ１−１、Ｆ−Ｃ２０Ｓ１０等の配合の詳細については、上述した表１および表２の通りであるので説明を省略する。
【００６３】
【表６】
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【００６４】
表６に示すようにいずれの試験体においても、覆工コンクリートの設計基準強度である１８Ｎ／ｍｍ２を満たす結果となった。特に、本実施例に係る石炭灰を含有するコンクリートである〈２〉および〈３〉は、石炭灰を含まない従来のコンクリートである〈１〉に比べて、材齢９１における強度が優れていることがわかる。このように、本発明に係る石炭灰を含有するコンクリートは、流動性に優れているとともに、長期強度が従来に比べ特に優れているコンクリートであると言える。
【００６５】
以上、本発明の好適な実施形態を説明したが、本発明に係る石炭灰を含有するコンクリート及びその製造方法は、これらに限らず、可能な限りこれらの組合せを含むことができる。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】本実施例に係る石炭灰を含有するコンクリートの製造フローを示す図である。
【図２】本実施例に係る石炭灰を含有するコンクリートの製造において使用する製造装置の構成を示す図である。
【図３】本実施例に係る石炭灰を含有するコンクリートの品質試験結果を示す図および表である。
【図４】本実施例における充填性試験用の試験体を示す図である。
【図５】本実施例に係る石炭灰を含有するコンクリートの流動性を示す図である。
【図６】圧縮強度試験を行うために採取したコアサンプルの採取位置を示す図である。
【図７】本実施例における吹上げ充填性試験用の試験体を示す図である。
【図８】吹上げ充填性試験の結果を示す図である。
【図９】圧縮強度試験を行うために採取したコアサンプルの採取位置を示す図である。
【符号の説明】
【００６７】
１０〜１２・・・サイロ
１５・・・水槽
１６〜１８・・・タンク
２０〜２４・・・計量器
３０・・・ミキサ
６０・・・充填性試験体
６１・・・空間部
６２・・・吹上げ充填性試験体
６３・・・吹上げ口
６６、６７・・・コンクリート
４０〜４８、５０〜５２、６０〜６２、７０〜７２、８０〜８２、９０〜９２、１００〜１０２・・・コアサンプル採取位置
【図１】
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【図２】
2007015892.tif 000010
【図３】
2007015892.tif 000011
【図４】
2007015892.tif 000012
【図５】
2007015892.tif 000013
【図６】
2007015892.tif 000014
【図７】
2007015892.tif 000015
【図８】
2007015892.tif 000016
【図９】
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