特許 7089860 コンクリートの粘性改善方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-06-15

(45)【発行日】2022-06-23

(54)【発明の名称】コンクリートの粘性改善方法

(51)【国際特許分類】

   C04B 18/14 20060101AFI20220616BHJP

   C04B 20/00 20060101ALI20220616BHJP

   C04B 28/02 20060101ALI20220616BHJP

【ＦＩ】

C04B18/14 Z

C04B20/00 B

C04B28/02

【請求項の数】 2

(21)【出願番号】P 2017223527

(22)【出願日】2017-11-21

(65)【公開番号】P2019094225

(43)【公開日】2019-06-20

【審査請求日】2020-11-04

(73)【特許権者】

【識別番号】000002299

【氏名又は名称】清水建設株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100149548

【弁理士】

【氏名又は名称】松沼 泰史

(74)【代理人】

【識別番号】100161506

【弁理士】

【氏名又は名称】川渕 健一

(74)【代理人】

【識別番号】100161207

【弁理士】

【氏名又は名称】西澤 和純

(72)【発明者】

【氏名】黒田 泰弘

(72)【発明者】

【氏名】依田 侑也

(72)【発明者】

【氏名】菊地 俊文

(72)【発明者】

【氏名】▲高▼橋 圭一

(72)【発明者】

【氏名】片山 行雄

【審査官】小川 武

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１９－０４５１９５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－１７９９４１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－０４５３８９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－２０６１３４（ＪＰ，Ａ）

【文献】本間 大輔ら，設計基準強度３００Ｎ／ｍｍ２超高強度・高性能コンクリートの実用化開発（その１：シリカフュームの選定），日本建築学会大会講演梗概集（中国），2017年08月，P.351-352

【文献】長滝重義，シリカフュームに関する研究の現況，土木学会論文集，1995年，Ｎｏ．５０８ Ｖ－２２６，ｐ．１－１３

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｃ０４Ｂ２／００－３２／０２，

Ｃ０４Ｂ４０／００－４０／０６，

Ｃ０４Ｂ１０３／００－１１１／９４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

凝集粒子を含む粒度分布を測定して１０μｍ以下の粒子の体積が６０％以上のシリカフュームを選定し、シリカフュームをプレミックスしたセメント材料に前記の選定したシリカフュームを重量比で３％～２０％別添し、結合材の粒度分布の形を細かい方にワイドに拡げることを特徴とする水結合材比（Ｗ／Ｂ）が２０％未満であるコンクリートの粘性改善方法。

【請求項2】

請求項１記載のコンクリートの粘性改善方法において、
凝集粒子を含む粒度分布を測定して１０μｍ以下の粒子の体積が９０％以上のシリカフュームを選定し、シリカフュームをプレミックスしたセメント材料に前記の選定したシリカフュームを重量比で３％～２０％別添し、結合材の粒度分布の形を細かい方に拡げるようにしたことを特徴とする水結合材比（Ｗ／Ｂ）が２０％未満であるコンクリートの粘性改善方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、フレッシュコンクリートの粘性を改善する方法に関する。

【背景技術】

【0002】

水結合材比を低くして強度を高くするほど、フレッシュコンクリートの粘性は増す傾向にあり、それに伴って、コンクリートの練混ぜや打込みに要する時間が長くなる。このため、生産性の低下を招くことになり、従来から、高強度コンクリートではフレッシュ時の粘性を改善するための検討が行われてきた（例えば、特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１３－１４４４７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ここで、図８は、水結合材比（Ｗ／Ｂ）と塑性粘度の関係を整理したものであり、この図から、同じＷ／Ｂであっても結合材の種類によって粘性が大きく異なることがわかる。

【0005】

また、Ｗ／Ｂが２５％を下回るクラスの超高強度コンクリートでは、粘性を低下させるために、中庸熱ポルトランドセメントに替え、シリカフューム（ＳＦ）を中庸熱あるいは低熱ポルトランドセメントにプレミックスしたセメント材料が従来から用いられている。しかし、Ｗ／Ｂが２０％未満になると、それでも粘性は増加し、経時に伴う粘性の増加も著しく大きなものになる。

【0006】

例えば、図９はシリカフュームを用いた超高強度コンクリートの実吐出量と水平管の圧力損失との関係（ポンパビリティ）を示したものである。

【0007】

この図から、特にＷ／Ｂが１５％以下の超高強度コンクリートの圧力損失は著しく大きく、通常の圧送（例えば、打込み速度２５ｍ^３／ｈの達成）が困難なことがわかる。すなわち、Ｗ／Ｂが２０％未満の超高強度コンクリートの現場展開を図る上で、実務上の障害となるのは１００Ｐａ・ｓ以上の極めて高い粘性であり、これに基づいて、粘性を１００Ｐａ・ｓ以下に低下させる手法が強く求められている。

【0008】

本発明は、上記事情に鑑み、コンクリートのフレッシュ時の粘性を効果的に低下させることを可能にするコンクリートの粘性改善方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0009】

上記の目的を達するために、この発明は以下の手段を提供している。

【0010】

本発明のコンクリートの粘性改善方法は、シリカフュームをプレミックスしたセメント材料に、凝集粒子を含む粒度分布で１０μｍ以下の粒子の体積が６０％以上のＳＦを重量比で３％～２０％別添し、結合材の粒度分布の形を細かい方にワイドに拡げることを特徴とする。
ここで、本発明における「シリカフュームをプレミックスしたセメント材料」は、ポルトランドセメントに対し、シリカフュームが重量比で８～２０％プレミックスされているセメント材料、あるいは、中庸熱または低熱ポルトランドセメントに対し、シリカフュームが重量比で８～２０％プレミックスされ、且つ密度が２．９８～３．１０ｇ／ｃｍ^３で、比表面積が５０００～７０００ｃｍ^２／ｇとなるセメント材料を意味する。

【0011】

また、本発明のコンクリートの粘性改善方法においては、シリカフュームをプレミックスしたセメント材料に、凝集粒子を含む粒度分布で１０μｍ以下の粒子の体積が９０％以上のＳＦを重量比で３％～２０％別添し、結合材の粒度分布の形を細かい方に拡げることが望ましい。

【発明の効果】

【0012】

本発明のコンクリートの粘性改善方法によれば、シリカフューム（ＳＦ）をプレミックスしたセメント（ＳＦＣ、ＳＦＰＣ）に、凝集粒子を含む粒度分布で１０μｍ以下の粒子の体積が６０％以上のＳＦ、より望ましくは凝集粒子を含む粒度分布で１０μｍ以下の粒子の体積が９０％以上のＳＦを重量比で３％～２０％別添し、結合材の粒度分布の形を細かい方に拡げることによって、Ｗ／Ｂが２０％未満の超高強度コンクリートの現場展開を図る上で実務上の障害となっている粘性の改善が可能になる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】Ｋロート、ミニスランプコーンを示す図である。

【図2】ミ二スランプフローとスランプフローの関係を示す図である。

【図3】Ｋロート流下時間と塑性粘度の関係を示す図である。

【図4】粒度分布計で測定した凝集粒子を含むＳＦの粒度分布を示す図である。

【図5】Ｋロートを用いた試験の結果（Ｗ／Ｂ＝１６％）を示す図である。

【図6】（ａ）がベースセメントと比較して凝集粒子を含む粒度分布の差が大きいＳＦの粒度分布を示す図、（ｂ）がベースセメントと比較して凝集粒子を含む粒度分布の差が小さいＳＦの粒度分布を示す図である。

【図7】Ｋロートを用いた試験の結果（Ｗ／Ｂ＝１４％）を示す図である。

【図8】Ｗ／Ｂと塑性粘度の関係を示す図である。

【図9】実吐出量と水平配管の圧力損失の関係を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下、図１から図７を参照し、本発明の一実施形態に係るコンクリートの粘性改善方法について説明する。

【0015】

本実施形態のコンクリートの粘性改善方法では、シリカフューム（以下、ＳＦという）をプレミックスしたセメント材料（ＳＦＣおよびＳＦＰＣ）に、凝集粒子を含む粒度分布で１０μｍ以下の粒子の体積が６０％以上のＳＦ、より望ましくは凝集粒子を含む粒度分布で１０μｍ以下の粒子の体積が９０％以上のＳＦを重量比で３％～２０％別添し、結合材の粒度分布の形を細かい方に拡げることにした。

【0016】

ここで、本実施形態のコンクリートの粘性改善方法の優位性を確認するために行った試験について説明する。

【0017】

まず、本試験は、過去に行った高流動コンクリートに関する実験をもとに、コンクリートをウエットスクリーニングして得たモルタルのミニスランプフローとＫロートの試験結果を用いて、コンクリートのスランプフローと塑性粘度を予測する。なお、ミニスランプコーンとＫロートの形状寸法を図１に、ミ二スランプフローとスランプフローの関係を図２に、Ｋロート流下時間と塑性粘度の関係を図３にそれぞれ示す。

【0018】

そして、ＳＦをプレミックスしたセメント材料ＳＦＣ（低熱ベースＳＦ置換率１０％）およびＳＦＰＣ（中庸熱ベースＳＦ置換率１２．５％）と表１の７種類のＳＦを対象に、Ｗ／Ｂ＝１６％（Ｆｃ１２０Ｎ／ｍｍ^２相当）とＷ／Ｂ＝１４％（Ｆｃ１５０Ｎ／ｍｍ^２相当）のモルタルを練り混ぜ、高性能減水剤（ポリカルボン酸塩系）の使用量を調整し、ミニスランプフローの値を３５０±２０ｍｍ（コンクリートのスランプフローで７０ｃｍ相当）とした上で、Ｋロート流下時間を測定し、塑性粘度の低減効果について検討した。

【0019】

【表1】

【0020】

Ｋロート流下時間は、Ｗ／Ｂ＝１６％で２０秒（塑性粘度８０Ｐａ・ｓを想定）、 Ｗ／Ｂ＝１４％で２５秒（塑性粘度１００Ｐａ・ｓを想定）を目標とした。なお、ＳＦＣおよびＳＦＰＣに別添するＳＦの置換率は７．５％とした。モルタルの調合条件は、次の通りである。

【0021】

Ｗ／Ｂ＝１６％の場合（重量比） Ｗ：Ｂ：Ｓ＝１６：１００：４８
Ｗ／Ｂ＝１４％の場合（重量比） Ｗ：Ｂ：Ｓ＝１４：１００：３６

【0022】

ここで、表１に示したＳＦのＢＥＴ法の比表面積から算出した平均粒子径を表２に示す。

【0023】

【表2】

【0024】

表２に示す通り、Ｃが最も細かく、次いでＧ、Ｂの順で平均粒子径が小さいことを確認した。なお、この粒子径は、比表面積から粒子の密度と粒子が球形であるとして、計算により求めた値球形粒子を仮定して算出したものであるため、凝集粒子を含まない粒子径となる。

【0025】

次に、レーザー回折・散乱型粒度分布測定装置で測定した粒度分布を図４に示す。
Ｆが最も細かい分布を示し、次に細かい分布を示したのはＥであった。なお、本装置で測定している粒子径は、ＢＥＴ法とは異なり、液相中に分散させた凝集粒子を含む粒子径として算出している。

【0026】

［試験結果］
Ｗ／Ｂ＝１６％とした場合のＫロート試験の結果を図５に示す。

【0027】

この図５により、Ｋロート流下時間が短い程、粘性が低いということになるため、粘性の改善効果のあるＳＦは、ＳＦＣをベースとしたモルタルではＥ＞Ｆ＞Ｄ、ＳＦＰＣをベースとしたモルタルではＦ＞Ｅ＞Ａの順であることが確認された。

【0028】

一方、Ｃを用いた場合、ベースの違いによらず、Ｋロート流下時間はＳＦを別添していないＣｏｎｔｒｏｌよりも長くなり、粘性は増加した。なお、Ｋロート流下時間の目標値２０ｓを、ＳＦＣモルタルではＣを別添した場合を除きクリアしたが、ＳＦＰＣモルタルではいずれのＳＦを別添してもクリアしなかった。

【0029】

これは、ベースセメントと比較して凝集粒子を含む粒度分布の差が大きく、かつ、小径側であるＥとＦは、ベースセメントに混合した際に粘性を大きく改善できることを示している（図６参照）。逆に、粒度分布の差が大きいが、ベースセメントに対して大径側であるＣは粘性を悪化させる。また、ベースセメントのＳＦＣとＳＦＰＣの両者を比較すると、１０μｍ以下の粒子径を多く含むＳＦＣの粘性が低くなる傾向を同時に示している。さらに、この傾向はＢＥＴ法で算出した平均粒子径とは相関がないことがわかる。

【0030】

次に、Ｗ／Ｂ＝１４％とした場合のＫロート試験の結果を図７に示す。

【0031】

なお、Ｋロート流下時間の目標値をクリアしたものがなかったため、ＳＦＰＣモルタルの試験は行っていない。また、ＳＦＣモルタルで検討したものは、粘性の改善効果が大きかったＥとＦの２つのみであり、Ｅを別添したモルタルにおいては、高性能減水剤を過添加しても目標とするミニスランプフロー（３５０±２０ｍｍ）が得られなかったため、ＳＦの置換率を５．０％とした場合についても検討した。

【0032】

図７に示す通り、Ｆを７．５％別添したモルタルではＫロート流下時間が２３．１ｓと目標値（２５ｓ）をクリアしたことがわかる。また、Ｅを５．０％別添したモルタルのＫロート流下時間が３２．９ｓであったのに対し、Ｆを５．０％別添したモルタルでは２６．３ｓと目標値に近い値が得られた。

【0033】

以上の結果から、ＦをＳＦＣに混合した水準が最も粘性改善効果が大きいことがわかった。

【0034】

ここで、各種ＳＦの積算体積粒度分布を表３に示す。

【0035】

【表3】

【0036】

表３に示す通り、Ｆの積算体積粒度分布は、１０μｍ以下が９０％以上と大きな割合を占めている。また、Ｅも６０％以上と大きな割合を示している。１０μｍ以下は、ベースセメントのＳＦＣとＳＦＰＣの両者の違いでもあり、粘性の改善には、凝集粒子を含む粒子径で１０μｍ以下の粒子が大きな役割を果たしていると考えられる。

【0037】

以上の試験結果から、ＳＦをプレミックスしたセメント材料（ＳＦＣおよびＳＦＰＣ）に、凝集粒子を含む粒度分布で１０μｍ以下の粒子の体積が６０％以上のＳＦ、より望ましくは凝集粒子を含む粒度分布で１０μｍ以下の粒子の体積が９０％以上のＳＦを重量比で３％～１５％別添し、結合材の粒度分布の形を細かい方にワイドにすることによって、Ｗ／Ｂが２０％未満の超高強度コンクリートの粘性を抑制できることがわかった。

【0038】

ここで、表４に示す材料を使用し、表５に示す調合で製作したフレッシュコンクリートのスランプフロー、フロータイム、空気量、温度、塑性粘度を確認した結果を表６に示す。なお、この試験では、表６に示す通り、モルタルの段階の練り混ぜ時間、モルタルにＳＦを添加した後の練り混ぜ時間を変化させて試験を行っている。

【0039】

そして、表６から、Ｎｏ．１とＮｏ．２とＮｏ．３とＮｏ．４とＮｏ．５の結果を比較することで、ＥやＦといったＳＦの別添は練混ぜ時間の短縮や粘性の改善に有効なことが確認された。

【0040】

【表4】

【0041】

【表5】

【0042】

【表6】

【0043】

したがって、本実施形態のコンクリートの粘性改善方法においては、ＳＦをプレミックスしたセメント（ＳＦＣおよびＳＦＰＣ）に、凝集粒子を含む粒度分布で１０μｍ以下の粒子の体積が６０％以上のＳＦ、より望ましくは凝集粒子を含む粒度分布で１０μｍ以下の粒子の体積が９０％以上のＳＦを重量比で３％～２０％別添し、結合材の粒度分布の形を細かい方に拡げることによって、Ｗ／Ｂが２０％未満の超高強度コンクリートの現場展開を図る上で実務上の障害となっている粘性の改善が可能になる。

【0044】

以上、本発明に係るコンクリートの粘性改善方法の一実施形態について説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】