(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
粗骨材としての絶乾比重が０．９〜２．３、４Ｎ／ｍｍ2 圧力下での加圧吸水率が５重量％以下の石炭灰系人工軽量骨材を、プレウェッチングすることなくセメント及び細骨材と混合する軽量コンクリート組成物の製造方法であって、
前記軽量コンクリート組成物１００容量部当たりの固体主成分が、５〜２５容量部のセメント、１０〜６０容量部の粗骨材及び１０〜６０容量部の細骨材であり、
前記石炭灰系人工軽量骨材が、未燃炭素量が１〜１５重量％の石炭灰１００重量部に対して、活性珪酸質粉３０〜１２０重量部を配合した後、１１５０〜１３５０℃で焼成したものであることを特徴とする軽量コンクリート組成物の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ポンプ圧送性に優れ、圧送後のスランプロスが小さく、且つ、耐久性に優れた硬化体を与える軽量コンクリート組成物及び該コンクリート組成物の製造方法に関する。
本発明の軽量コンクリート組成物は、その優れた特性から、建築及び土木分野の様々な場面において好適に使用される。
【０００２】
【従来の技術】
従来、コンクンリートは耐久性、経済性に優れた構造材料として用いられてきたが、他の構造材料に比べて、強度に対して重量が大きいことが一つの欠点とされている。軽量骨材を使用してコンクリートの自重を小さくすることで構造物の大型化が可能となり、さらに、構造部材の自重を支えるための補強用鋼材の節約、基礎工事の簡素化なども可能となり、構造物全体としてのコストを低減できる。
また、施工面では、省力化及び工期短縮を図るために、現場におけるコンクリートの打設作業はほとんどポンプ圧送で行なわれる。
しかし、従来の人工軽量骨材は、骨材が高い吸水特性を有しているので、絶乾状態の人工軽量骨材を使用して調製したコンクリートはポンプ圧送が出来ないことから、プレウエッチングして十分に吸水させて使用される。しかし、プレウエッチングした骨材であっても、内部に空隙が残っているため、ポンプによる加圧による吸水を生じることから、大きなスランプロスによる圧送性低下が発生し、延いては閉塞に至ることもある。また、骨材自体の含水率が極めて大きいため、耐凍害性、耐火性に劣る硬化体が得られることになる。更に、プレウェッチングした骨材の含水率の管理が困難であり、現場では乾燥することがある。
骨材の高吸水性に基づいて派生する問題の解決策として、アクリル樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂等で軽量骨材表面をコーティングする方法［例えば、橘・他、土木学会論文集、Ｎｏ．４６９／Ｖ−２４、ｐｐ. ５１〜６０（１９９４）］が検討され吸水性の改善は実現しているものの、コスト面、コーティング処理設備面等の解決すべき課題が多く残されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、従来技術が有していた上記問題が解決された軽量コンクリート組成物の提供を目的とする。
すなわち、表面樹脂コーティング処理が施された骨材を使用しないことは勿論、面倒なプレウエッチング処理を加えた軽量骨材をも含ませることなしに、ポンプ圧送性に優れ且つ、耐凍害性、耐火性に優れた硬化体を与える軽量コンクリート組成物の提供を目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、粗骨材としての絶乾比重が０．９〜２．３、４Ｎ／ｍｍ2 圧力下での加圧吸水率が５重量％以下の石炭灰系人工軽量骨材をプレウェッチングすることなく、セメント及び細骨材と混合する軽量コンクリート組成物の製造方法であって、軽量コンクリート組成物１００容量部当たりの固体主成分が、５〜２５容量部のセメント、１０〜６０容量部の粗骨材及び１０〜６０容量部の細骨材であり、石炭灰系人工軽量骨材が、未燃炭素量が１〜１５重量％の石炭灰１００重量部に対して、活性珪酸質粉３０〜１２０重量部を配合した後、１１５０〜１３５０℃で焼成したものである軽量コンクリート組成物の製造方法に関する。以下に、本発明を説明する。
【０００５】
本発明のコンクリート組成物は、従来の人工軽量骨材に比して吸水率が非常に低い石炭灰系人工軽量骨材を粗骨材として使用することに特徴がある。
この人工軽量骨材は、好ましくは未燃炭素量が１〜１５重量％の石炭灰１００重量部に、例えば石英粗面岩等の活性珪酸質粉３０〜１２０重量部を添加・混合した後、造粒・焼成して製造される、粗表面を有する球形の粒子である。
この人工軽量骨材は、開気孔が少ないことから、従来の人工軽量骨材に比して吸水性が非常に低い特徴を有している、例えば、２４時間吸水率及び４Ｎ／ｍｍ2 加圧吸水率はそれぞれ２重量％以下及び５重量％以下であり、この加圧吸水性の低さが、本軽量骨材を粗骨材として含むコンクリート組成物の有する優れた圧送特性を生み出す要因である。
また、骨材自体が有する２００ｋｇｆ以上の高い圧潰強度に加え、表面が粗いため、シラスバルーンや黒曜石から製造したパーライト等の、ガラス質の滑らかな表面を有するものに比べてセメントペーストとの付着力が大きく、本人工軽量骨材を粗骨材として用いることにより、従来の人工軽量骨材を粗骨材として使用したコンクリート組成物では得られない、軽量且つ高強度の硬化体を得ることができる。
【０００６】
本発明のコンクリート組成物は、上記人工軽量骨材を粗骨材としてセメントと混合して調製されるが、セメントとしては、一般に用いられている、普通、早強、超早強、中庸熱、耐硫酸塩、低熱の各ポルトランドセメントや、高炉スラグセメント、フライアッシュセメントおよびシリカセメント等の各種混合セメントを用いることができる。
尚、セメントの添加量は、一般的なコンクリート組成物の場合と同様の量、すなわち、コンクリート組成物１００容量部当たり５〜２５容量部とするのが良い。
【０００７】
粗骨材としての人工軽量骨材の添加量は、一般的なコンクリート組成物の場合と同様の、コンクリート組成物１００容量部当たり１０〜６０容量部、好ましくは２０〜５０容量部とするのが良い。粗骨材としての人工軽量骨材の添加量が１０容量部より少ないとマトリックス部が多くなり、硬化後の寸法安定性に劣る硬化体が得られることが在り、一方、６０容量部より大であると流動性が低下するため、成形が困難に成る虞が在る。
【０００８】
本発明のコンクリート組成物には更に細骨材を添加する。細骨材の添加量も、一般的なコンクリート組成物の場合と同様、コンクリート組成物１００容量部当たり１０〜６０、好ましくは２０〜５０容量部とするのが良い。この範囲を外れると、粗骨材の場合同様、硬化後の寸法安定性に劣る硬化体が得られたり、流動性が低下して成形が困難に成る虞が在る。
細骨材としては、川砂、砕砂、スラグ骨材等の普通骨材の他、頁岩、粘土、廃ガラス、石炭灰を原料として製造された人工軽量骨材を使用することができる。
【０００９】
本発明におけるコンクリート組成物には、上記したセメント、粗骨材及び細骨材より成る必須成分に加えて、コンクリート製品製造の際に一般的に使用される、高炉スラグ、フライアッシュ、シリカフューム等の各種無機質微粉末混和材料、ＡＥ減水剤、高性能減水剤、高性能ＡＥ減水剤等の減水剤、ＡＥ剤、起泡剤、膨張剤、凝結速度調節剤等の各種混和剤を必要に応じて一般的に使われている量を添加することができる。
特に、減水剤の添加は、スラリー流動性の改善に繋がるのみならず、水セメント比の低減を可能にし、硬化体の強度向上に非常に好ましい効果をもたらす。
【００１０】
本発明のコンクリート組成物は、鋼繊維、ガラス繊維、炭素繊維等の各種繊維を補強材として添加して硬化体の曲げ強度を更に向上させることも可能であり、使用目的に合せて適宜採用することができる。
【００１１】
本発明のコンクリート組成物は、その液状成分以外の全成分を予め混合して置き使用に際して液状成分および水を加えてスラリー化しても良いし、予め調製した複数成分の混合物に残りの成分および水を加えても、更には、使用に際して個別の各成分および水を加えてスラリー化しても良い。
【００１２】
【実施例】
以下に具体的例を挙げて、本発明を更に詳しく説明する。
（１）使用材料
実施にあたっては次の材料を使用した。
セメント：普通ポルトランドセメント
細骨材：海砂（比重：２．５７、吸水率：１．２８％）
粗骨材：石炭灰系［調製法については後述、ＦＡＡと称す］、膨張頁岩系
［市販品（商品名：アサノライト、日本セメント社製）、ＡＬＡと称す］の２種について検討した。それぞれの特性を表１に示す
混和材：ナフタリン系高性能ＡＥ減水剤（ＳＰ）またはリグニンスルホン酸系高性能ＡＥ減水剤（ＡＥ）の何れかを使用した
【００１３】
【表１】
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【００１４】
実施例１〜４及び比較例１〜４
（２）粗骨材としての石炭灰系人工軽量骨材
未燃炭素３．４重量％の石炭灰７０重量部に活性珪酸質としての石英粗面岩粉を３０重量部加えた原料混合粉末に、水１５重量部を添加しながら、パン造粒物機で粒径５〜２０ｍｍの球状成型体に造粒した。造粒物は、直径０．４５ｍ×長さ１２ｍのロータリーキルンを用いて、最高温度１２００℃で焼成し、人工軽量骨材ＦＡＡを得た。
ＦＡＡの特性を表１に示す。
【００１５】
（３）コンクリート組成物の調製
セメントおよび骨材を表２に示す配合比で配合したものを強制混合機を用いて３０秒間空練りした後、夫々表２に示す量の混和剤および水を加え、更に９０秒間混練・混合し、コンクリート組成物を得た。
【００１６】
【表２】
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【００１７】
（４）硬化体の調製
混練・混合後のコンクリート組成物は、直径１００ｍｍ×高さ２００ｍｍの鋼鉄製の円柱状型枠に入れ、２４時間養生した後、型枠から取り出し、硬化体を得た。
【００１８】
（５）骨材の加圧吸水率測定
表１に示す二種の粗骨材については、ＦＡＡは絶乾状態のもの、ＡＬＡはプレウェッチングを行ったものを対象として、次の方法で加圧吸水率を測定した。
容量５リットルの鋼製圧力容器に、骨材０．１リットル及び水を充填し、水圧ポンプで給水しながら、容器内圧力を４Ｎ／ｍｍ2 に３０分間保持した後、放水除圧した。水圧ポンプを出入りする水量を、絶乾状態における骨材重量で除した値を、加圧吸水率として求めた。結果を図１に示す。
【００１９】
（６）加圧によるコンクリート中骨材の吸水率測定
加圧ブリーディング試験装置（内径１２．５ｃｍ、深さ２０．４ｃｍ）内に、混練後のコンクリート２．４リットルを詰めて耐圧機により２Ｎ／ｍｍ2 ／分の載荷速度で最大４．９Ｎ／ｍｍ2 まで加圧し、次いで載荷と同一速度で除荷した後、試料を取り出した。同じ操作を７回繰り返し、取り出した試料の合量を再度、練り板状で練り直してコンクリート試料を得た。
該コンクリート２ｋｇを水洗いして粗骨材を取り出し、取り出した粗骨材は表乾状態において重量を測定した後、乾燥して再度重量を測定し、それ等の測定値から吸水率を求めた。
静置状態のコンクリートについても別途、上述の加圧試験に要したのと同時間である４５分間静置したコンクリートを試料として粗骨材吸水率を測定した。
水セメント比３０％及び５０％の場合についての結果を表３に示す。
【００２０】
（７）加圧によるスランプ及び空気量の変化測定
上述（６）の加圧後および静置状態のコンクリートのスランプ及び空気量を測定した。
スランプはＪＩＳ  Ａ  １１０１、また、空気量は、ＪＩＳ  Ａ  １１１６に則ってそれぞれ測定した。
水セメント比３０％及び５０％の場合についての結果を図２に示す。尚、図２においては、静置状態における測定値Ａと加圧後における測定値Ｂ間の差のＡに対する比すなわち、１００×（Ａ−Ｂ）／Ａで夫々の低下率が示されている。
【００２１】
（８）硬化体の評価：圧縮強度
水セメント比を変えて調製した硬化体について、ＪＩＳ  Ａ  １１０８に準じた方法で、圧縮強度を測定した。
水セメント比に対する圧縮強度の関係を図３に示す。
【００２２】
（９）硬化体の評価：凍結融解試験
実施例１〜４および比較例１、３に示すコンクリート組成物から調製した硬化体について、ＪＩＳ  Ａ  ６２０４「コンクリート用化学混和剤」の付属書２（コンクリートの凍結融解試験方法）に則った凍結融解試験を行なった。
凍結融解試験の結果を図４に示す。
【００２３】
図１の加圧吸水率において、ＦＡＡについては絶乾状態のものについて測定されたにも関わらず３％程度であり、この値は、表乾状態の試料を使用したＡＬＡの示す加圧吸水率より非常に低い値である。また、除圧放水率も、ＡＬＡは２．０％、ＦＡＡは１．５％とＦＡＡの方が低い値である。
【００２４】
コンクリート中における骨材の吸水率を測定したのが表３である。加圧による骨材吸水率の増加量は、ＡＬＡでは０．８〜１．１％であるがＦＡＡでは０．５％と小さい。
【００２５】
【表３】
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【００２６】
ＦＡＡの有するこの加圧吸水特性は、それを粗骨材として使用したコンクリートのスランプ特性として発現する。それを示すのが図２である。
図２には、加圧によるスランプの低下率が、水セメント比３０％及び５０％の双方において、ＦＡＡ骨材を使用したコンクリートが、ＡＬＡ骨材を使用したコンクリートよりもはるかに小さいことが示されている。
また、硬化体の耐凍害性及びコンクリート流動性に影響を与える空気量については、ＦＡＡ骨材を使用したコンクリートでは、水セメント比５０％においても加圧による低下は殆ど認められない。
すなわち、本発明のコンクリートが、従来のコンクリートに比して、加圧の影響を非常に受け難いことが分かる。
ＡＬＡを表乾状態で使用したコンクリートは、種々問題があるものの、実際にポンプ圧送されて使用されている。それに比して、加圧の影響を非常に受け難い本発明のコンクリートでは、加圧に付随する問題が解決されており、圧送により適した特性を有していることが明らかである。
【００２７】
ＦＡＡ骨材について吸水率の経時的変化を示したものが表４であるが、１０分以降の吸水率の増加は極めて緩やかであることが分かる。従って、骨材ＦＡＡを絶乾状態で使用し、１０分吸水量に相当する水量を混練水に加えて混練することにより、骨材のプレウェッチング操作は不要となる。
【００２８】
【表４】
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【００２９】
図３は、二種の骨材を使用して調製した硬化体圧縮強度を、水セメント比に対してプロットしたものであるが、ＦＡＡすなわち石炭灰を出発原料とする人工軽量骨材を粗骨材として使用した本発明のコンクリ−ト組成物は、同一水セメント比では、ＡＬＡ、すなわち一般に使用されている膨張頁岩系軽量骨材を粗骨材として含有するコンクリート組成物より、圧縮強度の高い硬化体を与えることが分かる。また、両者の強度差は、水セメント比が低くなる程すなわち、強度が大きくなる程、大となっているが、骨材自体の強度差が高強度領域において顕著になるからであると考えられる。
【００３０】
図４は、凍結融解試験の結果を示したものであるが、ＦＡＡを粗骨材とする本発明のコンクリート組成物から調製された硬化体が、５０％の高水セメント比においても３００回の凍結融解サイクル繰り返し後に高い相対動弾性係数を維持しているのに対し、ＡＬＡを粗骨材とする従来のコンクリート組成物を使用したものでは、３０％の低水セメント比においてさえも試験開始直後から動弾性係数は急激に低下し、６０サイクル時点で２０％以下にまで低下している。
また、本発明のコンクリート組成物から調製された硬化体の凍結融解の繰り返しによる重量変化率は非常に小さく、凍結融解の繰り返しによる硬化体表面の機械的変質が生じ難いことが確認される。
すなわち、本発明のコンクリート組成物は、膨張頁岩系軽量骨材を粗骨材として含有するコンクリート組成物に比して、凍結融解抵抗性能の面でも優れた硬化体を与えることが分かる。
【００３１】
【発明の効果】
本発明のコンクリート組成物は、粗骨材としてプレウェッチング処理を行なわない軽量骨材を使用しているにも関わらず、加圧によるスランプ変化が非常に小さく、ポンプ圧送性に適した特性を有している。また、１０分吸水量に相当する水量を混練水に加えて混練することにより、骨材のプレウェッチング操作は不要となる。
更に、従来使用されていたコンクリート組成物に比して、同一水セメント比においては、より軽量で且つ圧縮強度の高い硬化体を与える。更に、優れた凍結融解抵抗性能を示し、軽量骨材を用いたコンクリートでは課題であった寒冷地における耐久性も大幅に改善された硬化体を与える。
すなわち、本発明のコンクリート組成物は、施工特性、材料特性の双方に優れていることから、建築ないしは土木分野におけるその利用価値は大である。
【図面の簡単な説明】
【図１】２種の軽量骨材について吸水性を比較したものである。
【図２】２種の粗骨材を用いたコンクリートについて、加圧によるスランプ及び空気量の変化を比較したものである。
【図３】２種の粗骨材を用いたコンクリートの水セメント比と硬化体圧縮強度間の関係を比較したものである。
【図４】２種の粗骨材を用いたコンクリートについて、硬化体の凍結融解試験結果を比較したものである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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