(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
短繊維を含むコンクリートの配合設計方法であって、短繊維の容積割合（Ｆ）、粗骨材の容積割合（Ｇ）、空気の容積割合（Ｖ）、細骨材の容積割合（Ｓ）、セメントの容積割合と混和材の容積割合の合計量（Ｐ）及び水の容積割合（高性能ＡＥ減水剤を含む）（Ｗ）の合計を１とした場合に、各成分の容積割合が下記（ａ）〜（ｆ）の条件を満足し、且つ、高性能ＡＥ減水剤の配合量が、コンクリートのスランプフロー値が２５０ｍｍ以上、５５０ｍｍ未満の範囲となる量とすることを特徴とする短繊維補強コンクリートの配合設計方法：
（ａ）短繊維の容積割合：Ｆ
Ｆ≦０．０３
（ｂ）粗骨材の容積割合：Ｇ
Ｇ＜０．３−３×短繊維容積割合（Ｆ）
（ｃ）空気の容積割合：Ｖ
０．０３≦Ｖ≦０．０６
（ｄ）細骨材の容積割合：Ｓ
０．５×（１−Ｖ−Ｇ−Ｆ）≦Ｓ≦０．６×（１−Ｖ−Ｇ−Ｆ）
（ｅ）セメントの容積割合と混和材の容積割合の合計量：Ｐ
（１−Ｖ−Ｇ−Ｆ−Ｓ）／２．４≦Ｐ≦（１−Ｖ−Ｇ−Ｆ−Ｓ）／２．１
（ｆ）水の容積割合（高性能ＡＥ減水剤を含む）：Ｗ
Ｐ×１．１≦Ｗ≦Ｐ×１．４
【請求項２】
短繊維の容積割合（Ｆ）が、０．００１≦Ｆ≦０．０３、高性能ＡＥ減水剤の使用量が、セメントと混和材の合計量を１００重量部とした場合に、０．５〜３重量部である請求項１に記載の短繊維補強コンクリートの配合設計方法。
【請求項３】
短繊維が、繊維長さ６０ｍｍ以下、アスペクト比１００以下のものである請求項１又は２に記載の短繊維補強コンクリートの配合設計方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、施工性に優れた短繊維補強コンクリートに関する。
【０００２】
【従来の技術】
短繊維補強コンクリートは、硬化コンクリートの引張強度、曲げ強度、ひび割れに対する抵抗性、靱性、剪断応力、耐衝撃強度等の改善を図ることを目的として、コンクリート中に短繊維を添加したものであり、コンクリート構造物の補強を目的とした増厚工法や工場土間等に適用されている。
【０００３】
この様な短繊維を添加したコンクリートは、通常のコンクリートと比べて施工性が悪いために、施工時には充分な振動締め固めが必要となる。このため、短繊維補強コンクリートを専用のコンクリートフィニッシャーや振動機を用いて施工する際に、一般的なコンクリートの施工時に比べて大きな騒音や振動が発生し、施工に携わる作業員だけでなく、施工現場の近隣の住民にも大きな健康被害を与える可能性がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の主な目的は、振動、騒音レベルの小さい振動機でも充分に施工可能な施工性に優れた短繊維補強コンクリートを提供することである。
【０００５】
本発明の他の目的は、簡易な試験方法によって短繊維補強コンクリートの配合組成を決定できる配合設計方法を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、上記した目的を達成すべく鋭意研究を重ねた結果、特定の関係式に基づいて短繊維を含む各成分の配合割合を決定し、更に、高性能ＡＥ減水剤の配合量を調整してコンクリートのスランプフロー値を２５０ｍｍ以上、５５０ｍｍ未満に設定することによって、材料分離を生じること無く、コンクリートの流動性を向上させることが可能となり、施工性の改善された短繊維補強コンクリートが得られることを見出し、ここに本発明を完成するに至った。
【０００７】
即ち、本発明は、下記の短繊維補強コンクリートを提供するものである。
１．短繊維を含むコンクリートであって、短繊維の容積割合（Ｆ）、粗骨材の容積割合（Ｇ）、空気の容積割合（Ｖ）、細骨材の容積割合（Ｓ）、セメントの容積割合と混和材の容積割合の合計量（Ｐ）及び水の容積割合（高性能ＡＥ減水剤を含む）（Ｗ）の合計を１とした場合に、各成分の容積割合が下記（ａ）〜（ｆ）の条件を満足し、且つ、高性能ＡＥ減水剤の配合量が、コンクリートのスランプフロー値が２５０ｍｍ以上、５５０ｍｍ未満の範囲となる量であることを特徴とする短繊維補強コンクリート：
（ａ）短繊維の容積割合：Ｆ
Ｆ≦０．０３
（ｂ）粗骨材の容積割合：Ｇ
Ｇ＜０．３−３×短繊維容積割合（Ｆ）
（ｃ）空気の容積割合：Ｖ
０．０３≦Ｖ≦０．０６
（ｄ）細骨材の容積割合：Ｓ
０．５×（１−Ｖ−Ｇ−Ｆ）≦Ｓ≦０．６×（１−Ｖ−Ｇ−Ｆ）
（ｅ）セメントの容積割合と混和材の容積割合の合計量：Ｐ
（１−Ｖ−Ｇ−Ｆ−Ｓ）／２．４≦Ｐ≦（１−Ｖ−Ｇ−Ｆ−Ｓ）／２．１
（ｆ）水の容積割合（高性能ＡＥ減水剤を含む）：Ｗ
Ｐ×１．１≦Ｗ≦Ｐ×１．４
２．短繊維の容積割合（Ｆ）が、０．００１≦Ｆ≦０．０３、高性能ＡＥ減水剤の使用量が、セメントと混和材の合計量を１００重量部とした場合に、０．５〜３重量部である上記項１に記載の短繊維補強コンクリート。
３．短繊維が、繊維長さ６０ｍｍ以下、アスペクト比１００以下のものである上記項１又は２に記載の短繊維補強コンクリート。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明の短繊維補強コンクリートは、短繊維の容積割合（Ｆ）、粗骨材の容積割合（Ｇ）、空気の容積割合（Ｖ）、細骨材の容積割合（Ｓ）、セメントの容積割合と混和材の容積割合の合計量（Ｐ）及び水の容積割合（高性能ＡＥ減水剤を含む）（Ｗ）の合計を１とした場合に、各成分の容積割合は、下記（ａ）〜（ｆ）の条件を満足することが必要である。
（ａ）短繊維の容積割合：Ｆ
Ｆ≦０．０３
（ｂ）粗骨材の容積割合：Ｇ
Ｇ＜０．３−３×短繊維容積割合（Ｆ）
（ｃ）空気の容積割合：Ｖ
０．０３≦Ｖ≦０．０６
（ｄ）細骨材の容積割合：Ｓ
０．５×（１−Ｖ−Ｇ−Ｆ）≦Ｓ≦０．６×（１−Ｖ−Ｇ−Ｆ）
（ｅ）セメントの容積割合と混和材の容積割合の合計量：Ｐ
（１−Ｖ−Ｇ−Ｆ−Ｓ）／２．４≦Ｐ≦（１−Ｖ−Ｇ−Ｆ−Ｓ）／２．１
（ｆ）水の容積割合（高性能ＡＥ減水剤を含む）：Ｗ
Ｐ×１．１≦Ｗ≦Ｐ×１．４
更に、本発明の短繊維補強コンクリートは、上記した（ａ）〜（ｆ）の条件を満足した上で、スランプフロー値が２５０ｍｍ以上、５５０ｍｍ未満の範囲となる様に高性能ＡＥ減水剤の配合量を調整することが必要である。
【０００９】
以上の条件を満足する様に各成分を配合することによって、材料分離を生じること無く、コンクリートの流動性を向上させることが可能となり、施工性の改善された短繊維補強コンクリートを得ることができる。
【００１０】
以下、本発明の短繊維補強コンクリートに配合する各成分について、更に詳細に説明する。
（１）短繊維：
短繊維の容積割合は、短繊維の容積割合（Ｆ）、粗骨材の容積割合（Ｇ）、空気の容積割合（Ｖ）、細骨材の容積割合（Ｓ）、セメントの容積割合と混和材の容積割合の合計量（Ｐ）及び水の容積割合（高性能ＡＥ減水剤を含む）（Ｗ）の合計を１とした場合に、０．０３以下とする。具体的な配合割合は、曲げ強度、引張強度、衝撃強度、剪断強度、耐衝撃強度、靭性等の硬化コンクリートに対する要求特性に応じて適宜決めれば良い。短繊維の容積割合の下限値については特に限定的ではないが、通常、０．００１程度とすればよい。
【００１１】
本発明では、短繊維としては、繊維長さ６０ｍｍ程度以下であって、アスペクト比１００程度以下、好ましくは３８〜６０程度のものを好適に用いることができる。短繊維の材質については特に限定はなく、例えば、鋼、ポリプロピレン、ポリエチレン、アクリル、アラミド、ビニロン、炭素、耐アルカリガラス等のコンクリートの補強材料として使用できるものであれば何れも使用できる。
【００１２】
尚、以下の各項において、各成分の容積割合は、短繊維の場合と同様に、短繊維の容積割合（Ｆ）、粗骨材の容積割合（Ｇ）、空気の容積割合（Ｖ）、細骨材の容積割合（Ｓ）、セメントの容積割合と混和材の容積割合の合計量（Ｐ）及び水の容積割合（高性能ＡＥ減水剤を含む）（Ｗ）の合計を１とした割合である。（２）粗骨材：
粗骨材は、コンクリート構成材料中で最も大きい粒子であり、この量が増加すると、互いに接触する機会が急激に増え、かみ合いが生じて、流動性を低下させる要因となる。
【００１３】
一方、短繊維補強コンクリートに含まれる短繊維は、フレッシュコンクリート中では、複雑に絡み合うことから、コンクリートの流動性を低下させる原因となる。
【００１４】
本発明では、短繊維のこの様な作用に着目し、コンクリートに短繊維を混合することは、粗骨材量を増加させることと等価であると考え、換算係数を用いて短繊維の容積割合を粗骨材容積に換算し、粗骨材の容積と短繊維容積の換算容積の合計量を一定限度以下とすることにより、流動性の良好な短繊維補強コンクリートが得られることを見出した。具体的には、下記式に基づいて、粗骨材の容積割合（Ｇ）を決定する。
【００１５】
Ｇ＜０．３−３×短繊維容積割合（Ｆ）
上記した配合範囲において、粗骨材の容積割合（Ｇ）の上限値は、流動性、材料分離抵抗性等に基づいて定めたものであり、これを上回る配合量では、流動性、材料分離抵抗性等が低下するので好ましくない。一方、粗骨材の容積割合（Ｇ）の下限値については、特に限定は無く、構造物の条件によっては、粗骨材を配合しないことも可能であるが、ひび割れを生じ難くするためには、通常、０．０７程度以上の配合割合とすることが好ましい。
【００１６】
本発明では、粗骨材としては、ＪＩＳ  Ａ  ０２０３（コンクリート用語）に基づく最大寸法が２５ｍｍ程度以下のものを用いることが好ましい。尚、最大寸法２５ｍｍ以下の粗骨材とは、２５ｍｍのふるいを質量で９０％以上通過し、５ｍｍふるいに質量で８５％以上とどまる骨材である。
【００１７】
粗骨材の種類については特に限定はなく、例えば、砕石、川砂利、人工軽量骨材、再生骨材等の従来からコンクリートに配合されている各種の粗骨材を用いることができる。
（３）細骨材：
細骨材の容積割合（Ｓ）は、短繊維の容積割合（Ｆ）、粗骨材の容積割合（Ｇ）及び空気の容積割合（Ｖ）に基づいて、下記式で定める範囲とする。
【００１８】
０．５×（１−Ｖ−Ｇ−Ｆ）≦Ｓ≦０．６×（１−Ｖ−Ｇ−Ｆ）
ここで、空気の容積割合（Ｖ）は、０．０３〜０．０６の範囲とする。特に、コンクリートに耐凍害性が要求される場合には、０．０４〜０．０６の範囲とし、それ以外の場合には、０．０４未満とすることが適当である。尚、空気量は、ＪＩＳ  Ａ  １１２８「フレッシュコンクリートの空気量の圧力による試験方法」によって求めることができる。
【００１９】
上記した関係式は、フレッシュコンクリートのモルタル中に含まれる細骨材の割合が５０〜６０％の範囲内であることを意味するものである。細骨材の割合をこの範囲とすることによって、コンクリートの材料分離抵抗性を低下させることなく、流動性を向上させることができる。
【００２０】
細骨材としては、例えば、川砂、山砂、陸砂、砕砂、人工軽量骨材等を用いることができる。
（４）セメント及び混和材：
セメントの容積割合と混和材の容積割合の合計量（Ｐ）は、短繊維の容積割合（Ｆ）、粗骨材の容積割合（Ｇ）、空気の容積割合（Ｖ）及び細骨材の容積割合（Ｓ）に基づいて、下記式で定める範囲とする。
【００２１】
（１−Ｖ−Ｇ−Ｆ−Ｓ）／２．４≦Ｐ≦（１−Ｖ−Ｇ−Ｆ−Ｓ）／２．１
ここで、１−Ｖ−Ｇ−Ｆ−Ｓは、コンクリート中のセメント、混和材及び水の容積割合の合計量（Ｐ＋Ｗ）を表すものであり、この関係式より、水の容積割合（高性能ＡＥ減水剤を含む）（Ｗ）は、セメントの容積割合と混和材の容積割合の合計量（Ｐ）に対して、下記式で示す範囲となる。
【００２２】
Ｐ×１．１≦Ｗ≦Ｐ×１．４
上記した粉体（セメントと混和材）に対する水の容積割合は、従来の短繊維補強コンクリートにおける粉体（セメントと混和材）に対する水の容積割合と比べて少量である。本発明では、水の配合割合をこの様な範囲とすることによって、材料分離抵抗性に優れたコンクリートとすることができ、施工性を向上させることが可能となる。
【００２３】
本発明の短繊維補強コンクリートにおいて、セメントとしては、特に限定はなく、硬化コンクリートに対して要求される性質に応じて、通常用いられているセメントから適宜選択して用いればよい。例えば、ポルトランドセメント（ＪＩＳＲ  ５２１０）、高炉セメント（ＪＩＳ  Ｒ  ５２１１）、シリカセメント（ＪＩＳ  Ｒ  ５２１２）、フライアッシュセメント（ＪＩＳ  Ｒ  ５２１３）等の各種セメントを用いることができる。
【００２４】
混和材としては、例えば、高炉スラグ微粉末、フライアッシュ、シリカフューム、石灰石微粉末等のブレーン比表面積が２０００ｃｍ2／ｇ程度以上の微粉末を好適に用いることができる。
【００２５】
混和材は、必ずしも使用する必要はなく、使用する場合には、その種類、使用量等については、目的とする硬化コンクリートに要求される性質に応じて適宜決めれば良い。一般的には、セメントと混和材の合計量を１００重量部とした場合に、高炉スラグ微粉末は６０重量部以下、フライアッシュは４０重量部以下、シリカフュームは３０重量部以下、石灰石微粉末は５０重量部以下の使用量とすればよい。
（５）高性能ＡＥ減水剤：
高性能ＡＥ減水剤の種類については特に限定はなく、公知の高性能ＡＥ減水剤から適宜選択して用いればよい。特に、経時時間に伴うフレッシュコンクリートの性質の変化が小さいものを選択することが好ましく、例えば、ポリカルボン酸系、ナフタレン系等の高性能ＡＥ減水剤を好適に用いることができる。
【００２６】
高性能ＡＥ減水剤の使用量は、フレッシュコンクリートのスランプフロー値が２５０ｍｍ以上、５５０ｍｍ未満の範囲となる量とすることが必要である。スランプフロー値が上記範囲内となるように添加する場合には、高性能ＡＥ減水剤の添加量は、セメントと混和材の合計量を１００重量部とした場合に、通常０．５〜３重量部程度の範囲となる。尚、本発明において、スランプフロー値は土木学会規準ＪＳＣＥ−Ｆ５０３−１９９９に基づいて測定した値である。
【００２７】
コンクリートのスランプフロー値を２５０ｍｍ以上、５５０ｍｍ未満の範囲とすることによって、良好な流動性と材料分離抵抗性を有し、施工性に優れた短繊維補強コンクリートとなる。
【００２８】
尚、上記した２５０ｍｍ以上、５５０ｍｍ未満のスランプフロー値の範囲は、スランプ値で表すと１２〜２５ｃｍ程度の範囲となる。
【００２９】
【発明の効果】
本発明によれば、上記した条件を満足する配合組成とすることによって、短繊維補強コンクリートにおいて、材料分離を生じること無く、コンクリートの流動性を向上させることが可能となる。その結果、施工性の改善された短繊維補強コンクリートを得ることができ、軽微な振動で充填施工が可能となり、施工時における騒音や振動の発生を抑制することができる。
【００３０】
また、本発明によれば、従来の短繊維補強コンクリートでは、粗骨材、細骨材、セメント、混和材等の配合量について、数多くの試し練りを行い、スランプ試験やフロー試験を実施して決定していたものを、上記各式に基づいて配合割合を決定することにより、少ない回数の試し練りによって目的に応じた配合組成のコンクリートを得ることができる。このため、配合設計を簡単に行うことができる。
【００３１】
【実施例】
以下、実施例を挙げて本発明を更に詳細に説明する。
実施例１〜３及び比較例１〜２
下記表１に示す配合の短繊維補強コンクリートを調製した。配合組成の残部は空気であり、配合割合は０．０３１である。尚、高性能ＡＥ減水剤の量は、セメント重量に対する重量％として示す。使用した各成分は、次の通りである。
（１）短繊維
タフグリップ（商標名、ブリジストン社製）鋼製、繊維長３０ｍｍ
（２）セメント
普通ポルトランドセメント（住友大阪セメント（株）製、比重３．１５）
（３）粗骨材
高槻産砕石、表乾比重２．７０、粗粒率６．８７、実積率５８．６％
（４）細骨材
野州川産川砂、表乾比重２．５９、粗粒率３．０３、実積率６６．９％
（５）高性能ＡＥ減水剤
ポリカルボン酸系高性能ＡＥ減水剤（商標名：レオビルドＳＰ８Ｓ−ｘ２、エヌエムビー社製）レオビルドＳＰ８Ｓ−ｘ２（商標名、エヌエムビー社製）
得られた各コンクリートについて、スランプフロー値及びスランプ値の測定と施工性の評価のための試験を行った。各試験方法は、以下の通りである。
＊スランプフロー値
土木学会規準ＪＳＣＥ−Ｆ５０３−１９９９に基づいて測定した。
＊スランプ値
ＪＩＳ  Ａ  １１０１に基づいて測定した。
＊施工性の評価
大きさが３５０ｍｍ×３５０ｍｍ×２００ｍｍ（深さ）であって、底板を取り外しできる容器（容量２４．５リットル）を、φ１０ｍｍ、５０ｍｍ間隔の孔を形成したメッシュの上に配置した。このメッシュには、バイブレーターを取り付け、振動可能とした。
【００３２】
上記容器にコンクリートを充填した後、容器の底板を取り外し、その瞬間にバイブレーターをスタートさせて、メッシュを振動させた。
【００３３】
容器内の全てのコンクリートが、メッシュを通過するまでに要する時間を測定して、施工性を評価した。
以上の結果を下記表１に示す。
【００３４】
【表１】
0003799954.tif 000002
【００３５】
表１から明らかなように、本発明の全ての要件を満足する実施例１〜３のコンクリートは、メッシュ通過時間が短く施工性が良好であった。
【００３６】
一方、スランプ値の低い比較例１のコンクリートと水セメント比の高い比較例２のコンクリートは、何れもメッシュ通過時間が長く施工性に劣るものであった。