(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】2022-12-23
(45)【発行日】2023-01-06
(54)【発明の名称】超高強度コンクリート及びその調合方法
(51)【国際特許分類】
C04B 28/02 20060101AFI20221226BHJP
C04B 18/14 20060101ALI20221226BHJP
C04B 14/48 20060101ALI20221226BHJP
C04B 16/06 20060101ALI20221226BHJP
G01N 33/38 20060101ALI20221226BHJP
E04G 21/02 20060101ALI20221226BHJP
【FI】
C04B28/02
C04B18/14 Z
C04B14/48 D
C04B16/06 A
G01N33/38
E04G21/02 103Z
(21)【出願番号】P 2018227630
(22)【出願日】2018-12-04
【審査請求日】2021-10-28
(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
【氏名又は名称】松沼 泰史
(74)【代理人】
【識別番号】100161506
【氏名又は名称】川渕 健一
(74)【代理人】
【識別番号】100161207
【氏名又は名称】西澤 和純
(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】黒田 泰弘
(72)【発明者】
【氏名】遠藤 芳雄
(72)【発明者】
【氏名】戸澤 正美
【審査官】小川 武
(56)【参考文献】
【文献】特開2001-181004(JP,A)
【文献】特開2009-184273(JP,A)
【文献】特開2016-166108(JP,A)
【文献】特開2001-261401(JP,A)
【文献】特開2003-306366(JP,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
C04B2/00-32/02
C04B40/00-40/06
C04B103/00-111/94
G01N 33/38
E04G 21/02
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
セメントと、シリカヒュームと、水と、粗骨材と、細骨材と、化学混和剤と、鋼繊維と、有機繊維とを含み、水結合材比が25質量%以下、前記鋼繊維の混入率が0.50容積%超2容積%以下
、前記有機繊維の混入率が0.14~0.58容積%である超高強度コンクリートであって、
前記鋼繊維の長さが12~32mmであり、
前記有機繊維がポリプロピレン繊維を含み、
前記ポリプロピレン繊維の長さが9~11mmであり、
前記鋼繊維と前記ポリプロピレン繊維との容積比(前記鋼繊維/前記ポリプロピレン繊維)が0.9~14.3であり、
前記粗骨材の最大寸法が15mm以下であり、
単位粗骨材かさ容積が0.3~0.4m
3/m
3である、超高強度コンクリート。
【請求項2】
前記鋼繊維の直径が0.15~0.9m
mである請求項
1に記載の超高強度コンクリート。
【請求項3】
セメントと、シリカヒュームと、水と、粗骨材と、細骨材と、化学混和剤と、鋼繊維と、有機繊維とを配合し、水結合材比が25質量%以下、前記鋼繊維の混入率が0.5容積%超2容積%以下
、前記有機繊維の混入率が0.14~0.58容積%である超高強度コンクリートを調合する方法であって、
前記鋼繊維の長さが12~32mmであり、
前記有機繊維として少なくともポリプロピレン繊維を用い、
前記ポリプロピレン繊維の長さが9~11mmであり、
前記鋼繊維と前記ポリプロピレン繊維との容積比(前記鋼繊維/前記ポリプロピレン繊維)が0.9~14.3であり、
前記粗骨材の最大寸法を15mm以下とし、
下記式(1)により前記超高強度コンクリートの単位粗骨材かさ容積の目標値V’
bGを算出し、前記目標値V’
bGとなるように前記粗骨材の配合量を設定する、超高強度コンクリートの調合方法。
V’
bG=V
bG-(K
S・2r
G/3r
F-1)・V
F/G
S (1)
ここで、V’
bGは、前記超高強度コンクリートの単位粗骨材かさ容積の目標値(m
3/m
3)を示し、
V
bGは、超高強度コンクリートの単位粗骨材かさ容積(m
3/m
3)の標準
値であって
0.5を示し、
K
Sは、影響係数であって
0.9を示し、
r
Gは、前記粗骨材を球形と仮定し、前記粗骨材の粒度分布から得られる総粗骨材表面積から算出した前記粗骨材の半径(mm)を示し、
r
Fは、前記鋼繊維を円柱形と仮定して算出した前記鋼繊維の半径(mm)を示し、
V
Fは、前記鋼繊維の混入率(容積%)を示し、
G
Sは、前記粗骨材の実積率(容積%)を示す。
【請求項4】
前記鋼繊維の直径が0.15~0.9m
mである請求項
3に記載の超高強度コンクリートの調合方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、超高強度コンクリート及びその調合方法に関する。
【背景技術】
【0002】
コンクリートにおける水結合材比を低くすることで、コンクリートの圧縮強度を高めることができる。しかし、水結合材比が低くなると、火災時等、コンクリートが高温に曝されたときに、コンクリートの爆裂が生じやすくなる。
爆裂を抑制する手法として、コンクリートに有機繊維を配合する方法が知られており、高強度コンクリートには有機繊維が配合されることが多い。有機繊維としては、ポリプロピレン、ポリエチレン等のポリオレフィン系繊維、ポリビニルアルコール系繊維(ビニロン繊維)、ポリアセタール系繊維等がある(特許文献1)。
また、コンクリートに有機繊維と鋼繊維とを併有させることが提案されている(特許文献2~3)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【文献】特許第4608176号公報
【文献】特開2002-193654号公報
【文献】特許第4071983号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
近年、設計基準強度が100N/mm2以上の超高強度コンクリートが超超高層RC建物のRC柱等の部材に適用されるようになっている。
超高強度コンクリートに鋼繊維を配合することは、超超高層RC建物の地震時のひび割れによる長周期化や極大地震時の端部圧壊による耐力低下を抑制するのに有効と考えられる。特に、鋼繊維の混入率を0.5容積%よりも高く、例えば1.0容積%程度にできれば、部材としての性能を著しく向上させることが可能になると考えられる。
しかし、超高強度コンクリートにおいて鋼繊維の混入率を高くすると、密に配筋された柱主筋やせん断補強筋の間隙に確実に充填されるような間隙通過性を確保することが困難である。
間隙通過性を確保するために、粗骨材量を減らすことが考えられる。しかし、間隙通過性を確保できる程度に粗骨材量を減らすと、コンクリートの収縮量が増え、ひび割れ抵抗性の低下につながる。
特許文献1~3では、コンクリートの間隙通過性とひび割れ抵抗性とを両立するための配合設計について検討されていない。
【0005】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、鋼繊維混入率が高いながらも、間隙通過性及びひび割れ抵抗性に優れた超高強度コンクリート及びその調合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】
【0006】
本発明は以下の態様を有する。
[1]セメントと、シリカヒュームと、水と、粗骨材と、細骨材と、化学混和剤と、鋼繊維と、有機繊維とを含み、水結合材比が25質量%以下、前記鋼繊維の混入率が0.5容積%超2容積%以下である超高強度コンクリートであって、
前記有機繊維がポリプロピレン繊維を含み、
前記粗骨材の最大寸法が15mm以下であり、
単位粗骨材かさ容積が0.3~0.4m3/m3である、超高強度コンクリート。
[2]前記有機繊維の混入率が0.14~0.58容積%である前記[1]の超高強度コンクリート。
[3]前記鋼繊維の直径が0.15~0.9mm、長さが12~32mmである前記[1]又は[2]の超高強度コンクリート。
[4]セメントと、シリカヒュームと、水と、粗骨材と、細骨材と、化学混和剤と、鋼繊維と、有機繊維とを配合し、水結合材比が25質量%以下、前記鋼繊維の混入率が0.5容積%超2容積%以下である超高強度コンクリートを調合する方法であって、
前記有機繊維として少なくともポリプロピレン繊維を用い、
前記粗骨材の最大寸法を15mm以下とし、
下記式(1)により前記超高強度コンクリートの単位粗骨材かさ容積の目標値V’bGを算出し、前記目標値V’bGとなるように前記粗骨材の配合量を設定する、超高強度コンクリートの調合方法。
V’bG=VbG-(KS・2rG/3rF-1)・VF/GS (1)
ここで、V’bGは、前記超高強度コンクリートの単位粗骨材かさ容積の目標値(m3/m3)を示し、
VbGは、超高強度コンクリートの単位粗骨材かさ容積(m3/m3)の標準値の範囲であって0.5~0.56(m3/m3)の数を示し、
KSは、影響係数であって0.8~1の数を示し、
rGは、前記粗骨材を球形と仮定し、前記粗骨材の粒度分布から得られる総粗骨材表面積から算出した前記粗骨材の半径(mm)を示し、
rFは、前記鋼繊維を円柱形と仮定して算出した前記鋼繊維の半径(mm)を示し、
VFは、前記鋼繊維の混入率(容積%)を示し、
GSは、前記粗骨材の実積率(容積%)を示す。
[5]前記有機繊維の混入率が0.14~0.58容積%である前記[4]の超高強度コンクリートの調合方法。
[6]前記鋼繊維の直径が0.15~0.9mm、長さが12~32mmである前記[4]又は[5]の超高強度コンクリートの調合方法。
【発明の効果】
【0007】
本発明によれば、鋼繊維混入率が高いながらも、間隙通過性及びひび割れ抵抗性に優れた超高強度コンクリート及びその調合方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【0008】
【
図1】実施例にて加振ボックス充填試験に用いたボックス形容器を説明する図である。
【
図2】実施例における加振ボックス充填試験の結果(加振前及び加振後の充填高さ)を示すグラフである。
【
図3】実施例における自己収縮ひずみの測定結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【0009】
以下の用語の定義は、本明細書及び特許請求の範囲にわたって適用される。
「コンクリート」は、フレッシュコンクリート及び硬化コンクリートを包含する。
「超高強度コンクリート」は、設計基準強度が100N/mm2以上であるコンクリートを示す。
「水結合材比」は、フレッシュコンクリート中の結合材の総質量に対する水の質量の割合(質量%)を示す。
「結合材」は、コンクリート中で水和反応する材料であり、例えばセメント、シリカフューム、スラグ、フライアッシュ等である。
「鋼繊維の混入率」は、コンクリートから鋼繊維及び有機繊維を除いた残部の総容積に対する鋼繊維の容積の割合(容積%)を示す。
「有機繊維の混入率」は、コンクリートから鋼繊維及び有機繊維を除いた残部の総容積に対する有機繊維の容積の割合(容積%)を示す。
【0010】
(超高強度コンクリート)
本発明の超高強度コンクリート(以下、「本コンクリート」ともいう。)は、セメントと、シリカヒュームと、水と、粗骨材と、細骨材と、化学混和剤と、鋼繊維と、有機繊維とを含む。
【0011】
セメントとしては、水和熱が低い点で、中庸熱ポルトランドセメント、低熱ポルトランドセメントが好ましい。
【0012】
シリカヒュームとしては、コンクリート用として公知のシリカヒュームであってよい。
シリカヒュームの含有量は、セメントの質量に対して9~20質量%が好ましい。シリカヒュームの含有量が前記範囲内であれば、本コンクリートの流動性及び間隙通過性がより優れる。
【0013】
水の含有量は、水結合材比が25質量%以下となる量である。水結合材比は、15~25質量%が好ましく、15~20質量%がより好ましい。
水結合材比が25質量%以下であれば、100N/mm2を超える圧縮強度を得やすい。水結合材比が15質量%以上である場合、鋼繊維の混入率が間隙通過性に与える影響が大きく、本発明の有用性が高い。
【0014】
粗骨材としては、硬質砂岩砕石、安山岩砕石、流紋岩砕石等が挙げられる。
粗骨材の表乾密度は、例えば2.55~2.7g/cm3であってよい。
粗骨材の粗粒率は、例えば6~6.6であってよい。
【0015】
粗骨材の最大寸法は、15mm以下である。粗骨材の最大寸法は、粗骨材の90質量%以上が通るふるいのうち最小寸法のふるいの呼び寸法で示される寸法である。粗骨材の最大寸法が15mm以下であれば、単位粗骨材かさ容積を0.3m3/m3以上にしても、間隙通過性を確保できる。
最大寸法が15mm以下の粗骨材としては、例えば、最大寸法が15mmの粗骨材、最大寸法が13mmの粗骨材等が市販されている。
【0016】
粗骨材の含有量は、本コンクリートの単位粗骨材かさ容積が0.3~0.4m3/m3となる量である。単位粗骨材かさ容積は、0.33~0.37m3/m3が好ましい。
単位粗骨材かさ容積が0.3m3/m3以上であれば、ひび割れ抵抗性が優れる。単位粗骨材かさ容積が0.4m3/m3以下であれば、間隙通過性が優れる。
【0017】
細骨材としては、砕砂、山砂、陸砂等が挙げられる。
細骨材の表乾密度は、例えば2.55~2.7g/cm3であってよい。
【0018】
化学混和剤としては、公知のものを使用でき、高性能減水剤、高性能AE減水剤等が挙げられる。これらの化学混和剤はいずれか1種を単独で用いてもよく2種以上を組み合わせて用いてもよい。
【0019】
本コンクリートは、化学混和剤として少なくとも、高性能減水剤を含むことが好ましい。高性能減水剤としては、例えば主成分がポリカルボン酸エーテル系のもの、主成分がポリカリボン酸コポリマーのもの等が挙げられる。
高性能減水剤の含有量は、主成分の固形分率30%程度の場合、例えば、セメントの質量に対して1~5質量%程度である。
【0020】
鋼繊維を構成する鋼材としては、普通鋼材、ステンレス鋼等が挙げられ、耐アルカリ性を有するものが好ましい。
また、防錆の観点から、鋼材表面に亜鉛めっきを施したものが好ましい。
鋼繊維の形状としては、フック型、ストレート型、波型等が挙げられる。コンクリートと鋼繊維の付着向上、コンクリートの靭性向上の点では、フック型が好ましい。
鋼繊維としては、例えば、鋼繊維補強コンクリート用の鋼繊維として市販されているものを使用できる。
【0021】
鋼繊維の長さは、12~32mmが好ましく、24~32mmがより好ましい。鋼繊維の長さが前記範囲内であれば、コンクリートの間隙通過性及びひび割れ抵抗性がより優れる。鋼繊維の長さは、ノギス等により測定される。
鋼繊維の直径は、0.15~0.9mmが好ましく、0.38~0.75mmがより好ましい。鋼繊維の直径が前記範囲内であれば、コンクリートの間隙通過性及びひび割れ抵抗性がより優れる。鋼繊維の直径は、ノギス等により測定される。
【0022】
本コンクリートにおいて、鋼繊維の混入率は、0.5容積%超2容積%以下が好ましく、0.7~1.2容積%がより好ましい。鋼繊維の混入率が0.5容積%超であれば、本コンクリートの靭性及びひび割れ抵抗性が優れる。鋼繊維の混入率が2容積%以下であれば、充分な間隙通過性を確保できる。
【0023】
有機繊維は、ポリプロピレン繊維を含む。ポリプロピレン繊維は、他の有機繊維に比べて安価であり、経済性に優れる。
ポリプロピレン繊維は、ポリプロピレンを含む繊維である。
ポリプロピレンとしては、プロピレンのホモポリマー、プロピレンと他のモノマーとのコポリマー等が挙げられる。他のモノマーとしては、プロピレン以外のオレフィン(エチレン等)等が挙げられる。
【0024】
ポリプロピレン繊維は、ポリプロピレンのみから成るものでもよく、ポリプロピレンと他の樹脂とを含む繊維でもよい。
他の樹脂としては、例えば、ポリプロピレン以外のポリオレフィン樹脂(ポリエチレン等)、ポリビニルアルコール樹脂等が挙げられる。
ポリプロピレン繊維中のポリプロピレンの割合は、ポリプロピレン繊維の総質量に対し、45質量%以上が好ましい。
【0025】
ポリプロピレン繊維の乾燥密度は、0.91g/cm3が好ましい。乾燥密度が0.91であれば、コンクリート中の繊維の分散性がより優れる。乾燥密度はJIS L 1015により測定される。
【0026】
ポリプロピレン繊維の長さは、9~11mmが好ましく、9.5~10.5mmがより好ましい。ポリプロピレン繊維の長さが前記範囲内であれば、間隙通過性、コンクリート中の繊維の分散性がより優れる。ポリプロピレン繊維の長さは、JIS L 1015により測定される。
ポリプロピレン繊維の水分率は、20~40%が好ましく、30~40%がより好ましい。ポリプロピレン繊維の水分率が前記範囲内であれば、コンクリート中の繊維の分散性がより優れる。ポリプロピレン繊維の水分率は、JIS L 1015により測定される。
【0027】
ポリプロピレン繊維の断面形状は、円形、異形及び中空等のいずれであってもよい。
ポリプロピレン繊維が他の樹脂を含む場合、ポリプロピレン繊維は、ポリプロピレンと他の樹脂との混合樹脂からなる繊維でもよく、ポリプロピレンからなる層と他の樹脂からなる層とを有する複合繊維であってもよい。複合繊維の形態としては、並列型、芯鞘型、分割型等が挙げられる。
ポリプロピレン繊維は、例えば、特許第3889946号公報に記載の方法により製造できる。
【0028】
鋼繊維とポリプロピレン繊維との容積比(鋼繊維/ポリプロピレン繊維)は、0.9~14.3が好ましく、1.6~4.1がより好ましい。鋼繊維とポリプロピレン繊維との容積比が前記範囲内であれば、コンクリートの耐爆裂性、靭性、ひび割れ抵抗性がより優れる。
【0029】
本コンクリートにおいて、有機繊維の混入率は、0.14~0.58容積%が好ましく、0.29~0.44容積%がより好ましい。有機繊維の混入率が0.14容積%以上であれば、耐爆裂性が優れる。有機繊維の混入率が0.58容積%以下であれば、充分な間隙通過性を確保しやすい。
【0030】
本コンクリートは、所定の水結合材比、鋼繊維の混入率、単位粗骨材かさ容積等を満たすように、セメントと、シリカヒュームと、水と、粗骨材と、細骨材と、化学混和剤と、鋼繊維と、有機繊維と、必要に応じて他の成分と、を配合することにより調合できる。
【0031】
以上説明した本コンクリートにあっては、粗骨材の最大寸法が15mm以下であり、単位粗骨材かさ容積が0.3~0.4m3/m3であるため、水結合材比が25質量%以下と低く、鋼繊維の混入率が0.5容積%超2容積%以下と高いながらも、間隙通過性及びひび割れ抵抗性に優れる。
これは以下の理由によると考えられる。
最大寸法が15mm以下である粗骨材は、最大寸法が15mm超、例えば20mmの粗骨材に比べて、コンクリートの収縮抑制効果に優れる。そのため、ひび割れ抵抗性を充分に確保しつつ、単位粗骨材かさ容積を0.3~0.4m3/m3と少なくして、本コンクリートから鋼繊維を除いた残部の流動性が高めることができる。なお、一般的な超高強度コンクリートの単位粗骨材かさ容積は0.5~0.56m3/m3程度である。
本コンクリートから鋼繊維を除いた残部の流動性が高いため、鋼繊維を多く含みながらも充分な流動性を確保できる。
また、本コンクリートにあっては、水結合材比が25質量%以下と低く、鋼繊維の混入率が0.5容積%超2容積%以下と高いため、優れた強度(例えば、JIS A 1108に従って測定される、材齢28日(4週)または、材齢56日(8週)における圧縮強度として110~180N/mm2)が得られる。また、有機繊維としてポリプロプレン繊維を含むため、耐爆裂性を有し、経済性にも優れる。
【0032】
(超高強度コンクリートの調合方法)
本発明の超高強度コンクリートの調合方法は、セメントと、シリカヒュームと、水と、粗骨材と、細骨材と、化学混和剤と、鋼繊維と、有機繊維とを配合し、水結合材比が25質量%以下、前記鋼繊維の混入率が0.5容積%超2容積%以下である超高強度コンクリートを調合する方法である。
セメント、シリカヒューム、粗骨材、細骨材、化学混和剤、鋼繊維、有機繊維とともに、他の成分を配合してもよい。
セメント、シリカヒューム、粗骨材、細骨材、化学混和剤、鋼繊維、有機繊維、他の成分はそれぞれ前記と同様である。
【0033】
また、本発明の調合方法では、下記式(1)により前記超高強度コンクリートの単位粗骨材かさ容積の目標値V’bGを算出し、前記目標値V’bGとなるように前記粗骨材の配合量を設定する。
【0034】
V’bG=VbG-(KS・2rG/3rF-1)・VF/GS (1)
ここで、V’bGは、前記超高強度コンクリートの単位粗骨材かさ容積の目標値(m3/m3)を示し、
VbGは、超高強度コンクリートの単位粗骨材かさ容積(m3/m3)の標準値の範囲であって0.5~0.56(m3/m3)の数を示し、
KSは、影響係数であって0.8~1の数を示し、
rGは、前記粗骨材を球形と仮定し、前記粗骨材の粒度分布から得られる総粗骨材表面積から算出した前記粗骨材の半径(mm)を示し、
rFは、前記鋼繊維を円柱形と仮定して算出した前記鋼繊維の半径(mm)を示し、
VFは、前記鋼繊維の混入率(容積%)を示し、
GSは、前記粗骨材の実積率(容積%)を示す。
粗骨材の実積率はJIS A 1104により測定される。
【0035】
影響係数KSが0.8以上であれば、得られる超高強度コンクリートの間隙通過性が優れる。影響係数KSが1未満であれば、得られる超高強度コンクリートのひび割れ抵抗性が優れる。影響係数KSは、0.9が好ましい。
【0036】
設計基準強度が100N/mm2未満の一般的な高流動鋼繊維補強コンクリートに用いられる粗骨材の最大寸法は20mmであり、このような高流動鋼繊維補強コンクリートを対象とした等価表面積置換による調合設計手法において、影響係数KSは1~1.35程度である。
本発明者らは、粗骨材の最大寸法を15mm以下とした場合、一般的な高流動鋼繊維補強コンクリートに比べて、間隙通過性を確保するために必要な単位粗骨材かさ容積が小さいことを見出し、影響係数KSを0.8以上1未満に設定した。
【0037】
水結合材比、鋼繊維の混入率の好ましい範囲は前記と同様である。
シリカヒューム、細骨材、化学混和剤、有機繊維等の好ましい配合量は、本コンクリートと同様である。
【0038】
以上説明した本発明の調合方法にあっては、粗骨材の最大寸法を15mm以下とし、前記式(1)により算出した目標値V’bGとなるように粗骨材の配合量を設定するため、水結合材比が25質量%以下と低く、鋼繊維の混入率が0.5容積%超2容積%以下と高いながらも、間隙通過性及びひび割れ抵抗性に優れた超高強度コンクリートを調合できる。
また、得られる超高強度コンクリートは、水結合材比が25質量%以下と低く、鋼繊維の混入率が0.5容積%超2容積%以下と高いため、圧縮強度に優れる。また、有機繊維としてポリプロプレン繊維を含むため、耐爆裂性を有し、経済性にも優れる。
【実施例】
【0039】
以下、実施例によって本発明を詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されない。
【0040】
(使用材料)
実施例での使用材料を表1に示す。
【0041】
【0042】
(調合1~7)
<超高強度コンクリートの調合>
表2に従い、各材料を以下の手順で練混ぜて超高強度コンクリートを調合した。
W/Cは、設計基準強度100N/mm2以上を想定して設定した。W/Cは、シリカフュームプレミックスセメント(C)に対する水(W)の質量割合であり、水結合材比に相当する。鋼繊維の混入量40kg/m3及び80kg/m3はそれぞれ、鋼繊維の混入率0.5容量%及び1容量%に相当する。有機繊維(ポリアセタール繊維)の混入量3.1kg/m3及び3.9kg/m3はそれぞれ、有機繊維の混入率0.2容量%及び0.3容量%に相当する。
練混ぜは、強制二軸練りミキサを用いた。シリカフュームプレミックスセメント(C)及び細骨材(S)を投入し、空練りした後、水(W)及び化学混和剤(SP)を投入及び混練し、モルタルとした。次いで、粗骨材(G)を投入及び混練し、コンクリートとした。さらに、ポリアセタール繊維(PA)及び鋼繊維(SF)を投入し、90秒間混練して鋼繊維入り超高強度コンクリートとした。
【0043】
【0044】
<評価>
調合した鋼繊維入り超高強度コンクリートについて、スランプフロー、フロー流動時間、空気量、コンクリート温度、単位容積質量、ボックス形容器への充填時間・高さ及び加振充填時間・高さ、並びに圧縮強度を測定した。また、調合1から鋼繊維を抜いたもの(鋼繊維混入率0容積%)、調合1(鋼繊維混入率0.5容積%)、調合5から鋼繊維を除いたもの(鋼繊維混入率0容積%)、調合5(鋼繊維混入率1容積%)、及び調合6から鋼繊維を除いたもの(鋼繊維混入率0容積%)について、自己収縮ひずみを測定した。
スランプフローとフロー流動時間はJIS A 1150、空気量はJIS A 1128、コンクリート温度はJIS A 1156、単位容積質量はJIS A 1116、圧縮強度はJIS A 1108に従って測定した。
充填時間・高さ、及び加振充填時間・高さは、土木学会規準(JSCE-F511-2012、JSCE-F701-2016)に準拠した加振ボックス充填試験方法により測定した。
自己収縮ひずみは、日本コンクリート工学協会:超流動コンクリート研究委員会報告書(II)、pp.209-210、1994.5の[付録1](仮称)高流動コンクリートの自己収縮試験方法に準拠し、東京測器研究所製の埋込み型ひずみ計KM-100BTを10×10×40cm供試体の中心部に設置して測定し、材齢7日の値で評価した。
【0045】
加振ボックス充填試験では、
図1に示すようなボックス形容器1を用いる。ボックス形容器1の底面2は防振用ゴムマット、側壁3は透明アクリル板で構成される。ボックス形容器1の内部は仕切り4によってA室とB室とに区画されている。A室には棒状のバイブレータ5が配置される。バイブレータ5はJIS A 8610に適合する電動機外部駆動式の手持形振動機で、振動体の呼び径は28mm、長さは580mm以上、振動数は200Hz程度のものとする。仕切り4の下端にはゲートGが設けられており、ゲートGには流動障害6が設けられている。ゲートGは、仕切り4に沿って配置された仕切り板7を上下させることによって開閉可能となっている。図中の寸法を示す数値の単位はmmである。プレキャスト部材に埋設される機械式継手相互の最小あき寸法が40mmを下回ることがあるため、流動障害6は、障害R2(D13鉄筋×3本,35mm間隔)とした。
加振ボックス充填試験では、ゲートGを閉じた状態で、コンクリートをA室の上端まで入れ、バイブレータ5の先端をA室の下端から100mmの高さの位置に設置する。次いで、ゲートGを開き、バイブレータ5を振動させずに、A室からB室へとコンクリートを流入させ、B室に流入したコンクリートの下端から上端までの高さ(加振前の充填高さ)を測定する。次いで、バイブレータ5を振動させ、B室に流入したコンクリートの下端から上端までの高さ(加振後の充填高さ)を測定する。
【0046】
スランプフロー、フロー流動時間、空気量、コンクリート温度、単位容積質量、充填時間・高さ、加振充填時間・高さ、及び圧縮強度の測定結果を表3に示す。また、充填高さ(加振前の充填高さ)及び加振充填高さ(加振後の充填高さ)を
図2に示す。自己収縮ひずみの測定結果から、各調合の単位粗骨材かさ容積(m
3/m
3)を横軸に、自己収縮ひずみを縦軸にプロットしたグラフを
図3に示す。
スランプフロー、空気量及び圧縮強度は所定の品質を満足した。なお、圧縮強度について、鋼繊維混入率1.0容量%の調合は、空気量が圧縮強度に及ぼす影響を考慮すると、鋼繊維混入率0.5容量%の調合と同程度であった。
【0047】
鋼繊維混入率1.0容量%の調合のうち、単位粗骨材かさ容積が0.45m
3/m
3である調合4は、加振ボックス充填試験で閉塞が生じた。これに対し、調合5~7は、閉塞が生じず、加振充填高さは300mmに達しており、間隙通過性に優れていた。
調合5~6と調合7との対比から、水結合材比が小さいほど、加振前の充填高さが高くなる(間隙通過性が高くなる)傾向にあることが確認できた。ベースコンクリートの粘性が間隙通過性に影響したと推察される。
鋼繊維混入率0.5容量%の調合1~3においては、間隙通過性の問題は見られなかった。しかし、鋼繊維混入率が低いため、調合5~7に比べて、コンクリートの靭性に劣る。
図3中、鋼繊維混入率0容積%の調合の対比から、単位粗骨材かさ容積が小さくなると、自己収縮ひずみが大きくなることがわかる。また、調合1から鋼繊維を抜いたもの、調合1、調合5の対比から、鋼繊維の混入率を高くすることで、単位粗骨材かさ容積を小さくしても、単位粗骨材かさ容積が大きい場合と同程度に自己収縮ひずみを抑制できることがわかる。
【0048】
【0049】
なお、鋼繊維の混入率VFが1(容積%)、鋼繊維入り超高強度コンクリートの単位粗骨材かさ容積V’bGが0.4(m3/m3)である調合において、前記式(1)における各値は、VbGが0.5、rGが4.24、rFが0.31、VFが0.0102、GSが0.6であり、KSは0.9となった。
【0050】
なお、本発明者らの検討によれば、有機繊維の種類は、間隙通過性及びひび割れ抵抗性には影響しないか、影響してもわずかである。調合1~7では有機繊維としてポリアセタール繊維を使用したが、ポリアセタール繊維をポリプロピレン繊維に置き換えた場合でも、同様の結果が得られることを確認している。