(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
短繊維を含む高流動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）、細骨材の容積割合（Ｓ）、空気の容積割合（Ｖ）、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５５０〜７５０ｍｍの範囲となる量とすることを特徴とする短繊維補強高流動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−Ａ×短繊維容積割合（Ｆ）
（式中、Ａ＝０．３５×短繊維のアスペクト比＋（０．０５×Ｈ−１８）であって、Ａが３以下の場合は、Ａ＝３とする。Ｈは、目標とする充填高さ（ｍｍ）である。）
（ｃ）空気の容積割合：Ｖ
０．０３≦Ｖ≦０．０６
（ｄ）細骨材の容積割合：Ｓ
０．４×（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）／１．９８＜Ｐ≦（１−Ｖ−Ｇ−Ｆ−Ｓ）／１．８
（ｆ）水の容積割合（高性能ＡＥ減水剤を含む）：Ｗ
Ｐ×０．８≦Ｗ＜Ｐ×０．９８
【請求項２】
短繊維の容積割合（Ｆ）が、０．００１≦Ｆ≦０．０３、目標とする充填高さ（Ｈ）が２００〜３００ｍｍ、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高流動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高流動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、短繊維補強高流動コンクリートに関する。
【０００２】
【従来の技術】
トンネル工法の一つであるシールド工法における覆工体材或いは裏込注入材として高流動コンクリートを用いる場合、乾燥収縮によるコンクリートひび割れに対する抵抗性の確保、曲げ強度不足の解消、長時間の施工性の確保などが課題とされている。
【０００３】
コンクリートに短繊維を配合することによって、コンクリートの引張強度、曲げ強度、ひび割れなどに対する抵抗性、靱性、剪断強度、耐衝撃強度等を改善できることが知られており、短繊維を配合することによって強度等を向上させた高流動コンクリートとして、例えば、セメント、フライアッシュ、細骨材、粗骨材、鋼繊維、ポリカルボン酸系又はナフタレン系の高性能ＡＥ減水剤を含有する鋼繊維補強高流動高強度コンクリートが報告されている（特開平９−２２７１９１号公報）。この鋼繊維補強高流動高強度コンクリートでは、フレッシュコンクリートの材料分離抵抗性を向上させるために、メチルセルロース又は水溶性ポリサッカライドを主成分とする増粘剤を配合することが好ましいとされているが、コンクリートに増粘剤を配合すると、高流動コンクリートにおいて最も重要な性能である自己充填性が低下するという問題点がある。このため、断面寸法が小さい部材や過密配筋された部材など高レベルの自己充填性が要求される場合には、増粘剤を配合した高流動コンクリートを用いることができない。更に、増粘剤を配合すると、骨材の表面水率の変動による自己充填性の変動も大きくなることから、品質管理に高い技術が必要となる。
【０００４】
鋼繊維補強高流動高強度コンクリートの配合設計方法としては、例えば、暫定配合のコンクリート試料からウエットスクリーニングしたモルタルにて測定した塑性粘度および降伏値に基づいて、配合設計する方法が知られている（特開平１０−８７８０５号公報）。しかしながら、コンクリートの配合設計に際しての手間を軽減するためには、簡易な試験方法、或いは、試験を実施することなく、コンクリート構成材料の材料特性値により配合の妥当性を評価できることが望ましい。特に、近年必要性が高まっているリサイクル等、資源の有効利用の観点から、今後コンクリートの使用材料はますます多様化するものと予測されるため、できるだけ試験練りの手間の少ない配合設計方法が望まれる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の主な目的は、自己充填性に優れた短繊維補強高流動コンクリートを提供することである。
【０００６】
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高流動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。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、上記した如き問題点に鑑みて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５５０〜７５０ｍｍの範囲とすることによって、増粘剤を添加することなく、自己充填性に優れた短繊維補強高流動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。
【０００８】
即ち、本発明は、下記の短繊維補強高流動コンクリートを提供するものである。
１．短繊維を含む高流動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）、細骨材の容積割合（Ｓ）、空気の容積割合（Ｖ）、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５５０〜７５０ｍｍの範囲となる量であることを特徴とする短繊維補強高流動コンクリート：
（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−Ａ×短繊維容積割合（Ｆ）
（式中、Ａ＝０．３５×短繊維のアスペクト比＋（０．０５×Ｈ−１８）であって、Ａが３以下の場合は、Ａ＝３とする。Ｈは、目標とする充填高さ（ｍｍ）である。）
（ｃ）空気の容積割合：Ｖ
０．０３≦Ｖ≦０．０６
（ｄ）細骨材の容積割合：Ｓ
０．４×（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）／１．９８＜Ｐ≦（１−Ｖ−Ｇ−Ｆ−Ｓ）／１．８
（ｆ）水の容積割合（高性能ＡＥ減水剤を含む）：Ｗ
Ｐ×０．８≦Ｗ＜Ｐ×０．９８
２．短繊維の容積割合（Ｆ）が、０．００１≦Ｆ≦０．０３、目標とする充填高さ（Ｈ）が２００〜３００ｍｍ、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高流動コンクリート。
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高流動コンクリート。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明の短繊維補強高流動コンクリートは、短繊維の容積割合（Ｆ）、粗骨材の容積割合（Ｇ）、細骨材の容積割合（Ｓ）、空気の容積割合（Ｖ）、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−Ａ×短繊維容積割合（Ｆ）
（式中、Ａ＝０．３５×短繊維のアスペクト比＋（０．０５×Ｈ−１８）であって、Ａが３以下の場合は、Ａ＝３とする。Ｈは、目標とする充填高さ（ｍｍ）である。）
（ｃ）空気の容積割合：Ｖ
０．０３≦Ｖ≦０．０６
（ｄ）細骨材の容積割合：Ｓ
０．４×（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）／１．９８＜Ｐ≦（１−Ｖ−Ｇ−Ｆ−Ｓ）／１．８
（ｆ）水の容積割合（高性能ＡＥ減水剤を含む）：Ｗ
Ｐ×０．８≦Ｗ＜Ｐ×０．９８
更に、本発明の短繊維補強高流動コンクリートは、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５５０〜７５０ｍｍ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。
【００１０】
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、高流動性を有し、且つ、自己充填性に優れた短繊維補強高流動コンクリートが得られる。
【００１１】
以下、本発明の短繊維補強高流動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）、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）、水の容積割合（高性能ＡＥ減水剤を含む）（Ｗ）及び空気の容積割合（Ｖ）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。
【００１２】
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。
【００１３】
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。このため、高流動コンクリートでは、通常、粗骨材の配合量は、一定限度以下とされている。一方、短繊維補強高流動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、間隙通過性を著しく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、高流動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、短繊維のアスペクト比に基づいた換算係数を用いて短繊維容積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、自己充填性に優れた短繊維補強高流動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−Ａ×短繊維容積割合（Ｆ）
ここで、Ａは、短繊維の容積割合を粗骨材の容積割合に換算するための換算係数であり、短繊維のアスペクト比に基づいて、下記式より算出する。この関係式は、短繊維のアスペクト比と目標とする充填高さより、実験により求めたものである。
【００１６】
Ａ＝０．３５×短繊維のアスペクト比＋（０．０５×Ｈ−１８）
ここで、Ｈは、フレッシュコンクリートの目標とする充填高さ（ｍｍ）であり、良好な自己充填性を有するためには、通常、２００ｍｍ〜３００ｍｍの範囲とすることが適当である。充填高さの目標値は、構造物の断面寸法や配筋の状態などの要因による施工条件によって決定すればよい。また、Ａの計算値が３以下の場合には、Ａ＝３とする。尚、ここでいう充填高さは、土木学会規準ＪＳＣＥ−Ｆ５１１−１９９９に基づいてボックス形充填装置を用いた間隙通過性試験で評価される充填高さである。
【００１７】
短繊維としては、通常、単一のアスペクト比のものを用いればよいが、異なるアスペクト比の短繊維の混合物を用いる場合には、上記式におけるアスペクト比としては加重平均値を用いればよい。
【００１８】
本発明では、上記換算係数Ａを用いることにより、実際のコンクリートの充填高さは、通常、目標とする充填高さとの相違が０〜６０ｍｍ程度の範囲となる。
【００１９】
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、自己充填性、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、自己充填性、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。
【００２０】
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２０ｍｍ程度以下のものを用いることが好ましい。尚、最大寸法２０ｍｍ以下の粗骨材とは、２０ｍｍ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。
【００２１】
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。
【００２２】
０．４×（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。
【００２３】
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４０〜６０％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、良好な自己充填性を有するコンクリートとなる。
【００２４】
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。
【００２５】
（１−Ｖ−Ｇ−Ｆ−Ｓ）／１．９８＜Ｐ≦（１−Ｖ−Ｇ−Ｆ−Ｓ）／１．８
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。
【００２６】
Ｐ×０．８≦Ｗ＜Ｐ×０．９８
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、従来の短繊維補強高流動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非常に少量である。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、増粘剤を配合すること無く、高流動を有し且つ材料分離抵抗に優れたコンクリートとすることができ、その結果、自己充填性の良好な短繊維補強高流動コンクリートとなる。
【００２７】
本発明の短繊維補強高流動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（ＪＩＳ  Ｒ  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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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５５０ｍｍ〜７５０ｍｍ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。
【００３１】
コンクリートのスランプフロー値を５５０ｍｍ〜７５０ｍｍの範囲とすることによって、良好な流動性を有するコンクリートとなる。
【００３２】
【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、短繊維を添加した高流動コンクリートであって、自己充填性に優れた短繊維補強高流動コンクリートを得ることができる。
【００３３】
また、本発明によれば、従来の高流動コンクリートでは、粗骨材、細骨材、セメント、混和材等の配合量についてスランプ試験やフロー試験を行っ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って、少ない回数のスランプフロー試験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、配合組成を決定するための試験練りを少なくすることができ、配合設計を簡単に行うことが可能となる。
【００３４】
【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
下記表１に示す配合の短繊維補強高流動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０．０５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
実施例１、２及び比較例１で使用
ＩＳファイバー（商標名、住友金属建材社製）鋼製、繊維長３０ｍｍ
実施例３で使用
（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）
得られた各コンクリートについて、スランプフローと充填高さを測定した。
【００３５】
スランプフロー値は、土木学会規準ＪＳＣＥ−Ｆ５０３−１９９９に基づいて求めた値であり、充填高さは、土木学会規準ＪＳＣＥ−Ｆ５１１−１９９９に基づいてボックス形充填装置を用いた間隙通過性試験によって求めた値である。結果を下記表１に示す。
【００３６】
【表１】
0003799955.tif 000002
【００３７】
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、流動性及び自己充填性が良好であった。
【００３８】
一方、水の配合量の多い比較例１のコンクリートは、流動性は良好であるが、自己充填性に劣るものであった。