(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】2023-02-15
(45)【発行日】2023-02-24
(54)【発明の名称】鋼繊維入り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 20060101AFI20230216BHJP
C04B 24/26 20060101ALI20230216BHJP
C04B 14/48 20060101ALI20230216BHJP
G01N 33/38 20060101ALI20230216BHJP
【FI】
C04B28/02
C04B24/26 E
C04B14/48 A
C04B14/48 D
G01N33/38
(21)【出願番号】P 2019109534
(22)【出願日】2019-06-12
【審査請求日】2022-02-28
(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
【審査官】末松 佳記
(56)【参考文献】
【文献】特開平09-227191(JP,A)
【文献】特開2010-111538(JP,A)
【文献】特開2012-091453(JP,A)
【文献】特許第6432811(JP,B1)
【文献】特開2019-031438(JP,A)
【文献】特開2010-139358(JP,A)
【文献】特開2001-192253(JP,A)
【文献】特開2005-187261(JP,A)
【文献】特開2004-331436(JP,A)
【文献】特開平11-278892(JP,A)
【文献】特開平11-042630(JP,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
C04B 7/00-28/36
G01N 33/38
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
セメントと水と粗骨材と細骨材と化学混和剤と鋼繊維とを含み、水結合材比が30~60質量%、前記鋼繊維の混入率が0.50容積%超2容積%以下である鋼繊維入り高強度コンクリートであって、
前記化学混和剤が、高性能減水剤及び高性能AE減水剤のいずれか一方又は両方と、増粘剤とを含み、
前記高性能減水剤、前記高性能AE減水剤及び前記増粘剤の合計の含有量が、前記セメントの質量に対して0.85~1.40質量%であり、
単位粗骨材量を粗骨材の表乾密度で割り、さらに実積率で割った値である単位粗骨材かさ容積が0.3~0.5m
3/m
3である、鋼繊維入り高強度コンクリート。
【請求項2】
フライアッシュを含む場合を除く請求項1に記載の鋼繊維入り高強度コンクリート。
【請求項3】
前記鋼繊維の直径が0.15~0.9mm、長さが12~32mmである請求項1
又は2に記載の鋼繊維入り高強度コンクリート。
【請求項4】
20±5℃における塑性粘度が60~85Pa・sである請求項1
~3のいずれか1項に記載の鋼繊維入り高強度コンクリート。
【請求項5】
セメントと水と粗骨材と細骨材と化学混和剤と鋼繊維とを配合し、水結合材比が30~60質量%、前記鋼繊維の混入率が0.5容積%超2容積%以下である鋼繊維入り高強度コンクリートを調合する方法であって、
前記化学混和剤として少なくとも、高性能減水剤及び高性能AE減水剤のいずれか一方又は両方と、増粘剤とを用い、
下記式(1)により前記鋼繊維入り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、鋼繊維入り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、前記鋼繊維入り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、ベースとする高強度コンクリートの単位粗骨材かさ容積(m
3/m
3)の標準値の範囲であって0.53~0.65(m
3/m
3)の数を示し、
K
Sは、影響係数であって1.0~1.35の数を示し、
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6】
前記鋼繊維の直径が0.15~0.9mm、長さが12~32mmである請求項
5に記載の鋼繊維入り高強度コンクリートの調合方法。
【請求項7】
前記鋼繊維入り高強度コンクリートの20±5℃における塑性粘度が60~85Pa・sとなるように、前記増粘剤の配合量を設定する請求項
5又は
6に記載の鋼繊維入り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、鋼繊維入り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】
RC梁を構成する高強度コンクリートに鋼繊維を混入することは、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の抑制に有効である。特に、鋼繊維の添加量を1.0容量%程度まで多くできれば、部材としての性能を著しく向上させることが可能となる。しかし、鋼繊維の添加量を増やすと、その調合設計に高度な技術を要することになる。
一般的にRC梁を構成する高強度コンクリートの設計基準強度は60N/mm2以下(36~60N/mm2)となる。
【0003】
鋼繊維を1.0容量%程度含むコンクリートとして、設計基準強度100N/mm2以上を想定した水結合材比25%以下の超高強度コンクリート(特許文献1)や、水結合材比20%以下の耐爆裂性コンクリート(特許文献2)が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【文献】特許第6432811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】
【0005】
特許文献1~2のように水結合材比が低い場合は、単位セメント量が800kg/m3以上と多く、コンクリートの粘性が大きいため、鋼繊維を混入しても、コンクリートの材料分離抵抗性を充分に確保できる。
しかし、設計基準強度が60N/mm2以下(36~60N/mm2)の場合、水結合材比が高いため、単位セメント量が700kg/m3以下と少なく、コンクリートの粘性が小さい。そのため、鋼繊維を1.0容量%程度混入すると、コンクリートの材料分離抵抗性を充分に確保できず、材料分離が生じることがある。特に、設計基準強度36~48N/mm2(単位セメント量500kg/m3以下)では、材料分離が顕著である。
【0006】
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材料分離抵抗性が確保され、施工性に優れた、設計基準強度60N/mm2以下の鋼繊維入り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】
【0007】
本発明は以下の態様を有する。
[1]セメントと水と粗骨材と細骨材と化学混和剤と鋼繊維とを含み、水結合材比が30~60質量%、前記鋼繊維の混入率が0.50容積%超2容積%以下である鋼繊維入り高強度コンクリートであって、
前記化学混和剤が、高性能減水剤及び高性能AE減水剤のいずれか一方又は両方と、増粘剤とを含み、
単位粗骨材かさ容積が0.3~0.5m3/m3である、鋼繊維入り高強度コンクリート。
[2]前記鋼繊維の直径が0.15~0.9mm、長さが12~32mmである前記[1]の鋼繊維入り高強度コンクリート。
[3]20±5℃における塑性粘度が60~85Pa・sである前記[1]又は[2]の鋼繊維入り高強度コンクリート。
[4]セメントと水と粗骨材と細骨材と化学混和剤と鋼繊維とを配合し、水結合材比が30~60質量%、前記鋼繊維の混入率が0.5容積%超2容積%以下である鋼繊維入り高強度コンクリートを調合する方法であって、
前記化学混和剤として少なくとも、高性能減水剤及び高性能AE減水剤のいずれか一方又は両方と、増粘剤とを用い、
下記式(1)により前記鋼繊維入り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、鋼繊維入り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、前記鋼繊維入り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、ベースとする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0.53~0.65(m3/m3)の数を示し、
KSは、影響係数であって1.0~1.35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]前記鋼繊維の直径が0.15~0.9mm、長さが12~32mmである前記[4]の鋼繊維入り高強度コンクリートの調合方法。
[6]前記鋼繊維入り高強度コンクリートの20±5℃における塑性粘度が60~85Pa・sとなるように、前記増粘剤の配合量を設定する前記[4]又は[5]の鋼繊維入り高強度コンクリートの調合方法。
【発明の効果】
【0008】
本発明によれば、鋼繊維混入率が高いながらも材料分離抵抗性が確保され、施工性に優れた、設計基準強度60N/mm2以下の鋼繊維入り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】
【0009】
【
図1】46-0.60-0-SP1の材料分離抵抗性の評価結果を示す写真である。
【
図2】37-0.58-0-SP1の材料分離抵抗性の評価結果を示す写真である。
【
図3】28-0.56-0-SP1の材料分離抵抗性の評価結果を示す写真である。
【
図4】46-0.60-80-SP4の材料分離抵抗性の評価結果を示す写真である。
【
図5】46-0.60-80-SP4’の材料分離抵抗性の評価結果を示す写真である。
【
図6】46-0.60-80-SP1の材料分離抵抗性の評価結果を示す写真である。
【
図7】46-0.40-80-SP3の材料分離抵抗性の評価結果を示す写真である。
【
図8】46-0.40-80-SP4の材料分離抵抗性の評価結果を示す写真である。
【
図9】46-0.40-80-SP2の材料分離抵抗性の評価結果を示す写真である。
【
図10】37-0.30-80-SP4の材料分離抵抗性の評価結果を示す写真である。
【
図11】28-0.30-80-SP4の材料分離抵抗性の評価結果を示す写真である。
【発明を実施するための形態】
【0010】
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。
「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。
「高強度コンクリート」は、設計基準強度が36N/mm2以上であるコンクリートを示す。
「鋼繊維の混入率」は、鋼繊維入り高強度コンクリートのベースとする高強度コンクリートの総容積に対する鋼繊維の容積の割合(容積%)を示す。
「ベースとする高強度コンクリート」とは、鋼繊維を含まない以外は鋼繊維入り高強度コンクリートと同じ組成のコンクリート(鋼繊維入り高強度コンクリートから鋼繊維を除いた残部)を示す。
【0011】
(鋼繊維入り高強度コンクリート)
本発明の鋼繊維入り高強度コンクリート(以下、「本コンクリート」ともいう。)は、セメントと水と粗骨材と細骨材と化学混和剤と鋼繊維とを含む。
本コンクリートは、これら以外の他の成分をさらに含んでいてもよい。
【0012】
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。
【0013】
水の含有量は、水結合材比が30~52質量%となる量である。水結合材比が低いほど、圧縮強度が高くなる。水結合材比が30~52質量%であれば、設計基準強度36~60N/mm2を達成できる。設計基準強度が36~48N/mm2の場合、水結合材比は、37~52質量%が好ましい。
【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である。
粗骨材の粗粒率は、例えば6~6.6である。
【0015】
粗骨材の最大寸法は、典型的には20mm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。
最大寸法が20mm以下の粗骨材としては、例えば、最大寸法が20mmの粗骨材、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0.3~0.5m3/m3となる量である。単位粗骨材かさ容積は、0.33~0.43m3/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、材料分離抵抗性が優れる。
本コンクリートの粗骨材の実積率は、例えば58容積%、さらには58~64容積%である。
【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である。
【0018】
化学混和剤は少なくとも、高性能減水剤及び高性能AE減水剤のいずれか一方又は両方(以下、これらを総称して「高性能(AE)減水剤」とも記す。)と増粘剤とを含む。
化学混和剤は、必要に応じて、本発明の効果を損なわない範囲で、他の化学混和剤を含んでいてもよい。
【0019】
高性能(AE)減水剤は、本コンクリートの施工性を高める目的で用いられる。
高性能減水剤、高性能AE減水剤それぞれの定義はJIS A 6204のとおりである。
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AE減水剤としては、例えば主成分がポリカルボン酸系のものが挙げられる。
【0020】
増粘剤は、本コンクリートの粘性を高め、材料分離抵抗性を高める目的で用いられる。
増粘剤としては、コンクリートに配合可能なものであればよい。増粘剤の一例は、主成分がセルロース系のものである。
【0021】
高性能(AE)減水剤及び増粘剤は、別々に本コンクリートの調合に供されてもよく、増粘剤を含有した高性能(AE)減水剤(以下、「増粘剤含有高性能(AE)減水剤」とも記す。)として本コンクリートの調合に供されてもよい。好ましくは、増粘剤含有高性能(AE)減水剤として本コンクリートの調合に供される。
【0022】
増粘剤含有高性能(AE)減水剤としては、市販品を用いることができる。増粘剤含有高性能減水剤の市販品としては、例えば花王社の「マイティ21-V」が挙げられる。増粘剤含有高性能AE減水剤の市販品としては、例えばBASFジャパン社の「マスターグレニウム6520」が挙げられる。
【0023】
高性能(AE)減水剤、増粘剤それぞれの含有量は、高性能(AE)減水剤、増粘剤それぞれの種類に応じて、所望の効果が得られるように適宜選定できる。
高性能(AE)減水剤及び増粘剤の合計の含有量又は増粘剤含有高性能(AE)減水剤の含有量は、例えば、固形分換算で、セメントの質量に対して0.3~0.9質量%程度である。
【0024】
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。
【0025】
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、フレッシュコンクリート中の鋼繊維の分散性と硬化コンクリートの曲げ靭性がより優れる。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。鋼繊維の直径は、ノギス等により測定される。
【0026】
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、充分な材料分離抵抗性を確保できる。
【0027】
他の成分としては、例えば、セメント以外の結合材(シリカフューム、スラグ、フライアッシュ等)、有機繊維(ポリプロピレン繊維、ポリエチレン繊維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、ポリアセタール系繊維等)等が挙げられる。
有機繊維は一般的に、水結合材比の低いコンクリートに耐爆裂性を付与するために用いられる。本コンクリートは水結合材比が30質量%以上と高いため、典型的には、有機繊維を含まない。
【0028】
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、セメントと水と粗骨材と細骨材と化学混和剤と鋼繊維と、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。
【0029】
本コンクリートの20±5℃における塑性粘度は、60~85Pa・sが好ましく、65~75Pa・sがより好ましい。塑性粘度が60Pa・s以上であれば、材料分離抵抗性がより優れる。塑性粘度が85Pa・s以下であれば、施工性がより優れる。
塑性粘度は、後述する実施例に記載の測定方法により測定される。
塑性粘度は、増粘剤の配合量により調整できる。
【0030】
本コンクリートは、下記式(2)により算出される塑性粘度の増加率が、10~20%であることが好ましく、13~17%であることがより好ましい。塑性粘度の増加率10%以上であれば、材料分離抵抗性がより優れる。塑性粘度の増加率が20%以下であれば、施工性がより優れる。
塑性粘度の増加率(%)=(P1-P2)/P2×100 (2)
ここで、P1は、本コンクリートの20±5℃における塑性粘度(Pa・s)を示し、
P2は、本コンクリートの高性能(AE)減水剤及び増粘剤を高性能(AE)減水剤に置換した比較品の20±5℃における塑性粘度(Pa・s)を示す。
塑性粘度の増加率は、増粘剤の配合量により調整できる。
【0031】
以上説明した本コンクリートにあっては、化学混和剤として高性能(AE)減水剤と増粘剤とを含み、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30~60質量%と高く、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、充分な材料分離抵抗性が確保され、施工性に優れる。また、水結合材比が30~60質量%であるため、設計基準強度36~60N/mm2を達成できる。さらに、鋼繊維の混入率が0.5容積%超2容積%以下と高いため、靭性及びひび割れ抵抗性に優れる。
【0032】
(鋼繊維入り高強度コンクリートの調合方法)
本発明の鋼繊維入り高強度コンクリートの調合方法(以下、「本調合方法」ともいう。)は、セメントと水と粗骨材と細骨材と化学混和剤と鋼繊維とを配合し、水結合材比が30~60質量%、前記鋼繊維の混入率が0.5容積%超2容積%以下である鋼繊維入り高強度コンクリートを調合する方法である。
セメント、粗骨材、細骨材、化学混和剤、鋼繊維とともに他の成分を配合してもよい。
【0033】
本調合方法では、下記式(1)により鋼繊維入り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、この目標値V’bGとなるように粗骨材の配合量を設定する。
V’bG=VbG-(KS・2rG/3rF-1)・VF/GS (1)
ここで、V’bGは、前記鋼繊維入り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、ベースとする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0.53~0.65(m3/m3)の数を示し、
KSは、影響係数であって1.0~1.35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。
【0034】
VbGの範囲は、日本建築学会:コンクリートの調合設計指針・同解説、日本建築学会:高強度コンクリート施工指針・同解説に基づき設定した。
セメント、粗骨材、細骨材、化学混和剤、鋼繊維、他の成分はそれぞれ前記したとおりである。
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。
細骨材、化学混和剤等の好ましい配合量は前記と同様である。
粗骨材の実積率はJIS A 1104により測定される。
本調合方法においては、得られる鋼繊維入り高強度コンクリートの20±5℃における塑性粘度又は塑性粘度の増加率が前記した好ましい範囲内となるように増粘剤の配合量を設定することが好ましい。
【0035】
以上説明した本調合方法にあっては、化学混和剤として少なくとも高性能(AE)減水剤と増粘剤とを用い、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30~60質量%と高く、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、充分な材料分離抵抗性が確保され、施工性に優れた鋼繊維入り高強度コンクリートを調合できる。また、得られる鋼繊維入り高強度コンクリートは、水結合材比が30~60質量%であるため、設計基準強度36~60N/mm2を達成できる。さらに、鋼繊維の混入率が0.5容積%超2容積%以下と高いため、靭性及びひび割れ抵抗性に優れる。
【実施例】
【0036】
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。
使用材料を表1に示す。
【0037】
【0038】
(試験例1)
本試験例では、鋼繊維を1.0容量%の混入率で混入した鋼繊維入り高強度コンクリート(設計基準強度Fc:36~60N/mm2)について、調合を検討した。
【0039】
<鋼繊維入り高強度コンクリートの調合>
表2に鋼繊維入り高強度コンクリートの調合を示す。調合名は、「W/C-単位粗骨材かさ容積(m3/m3)-鋼繊維の混入量(kg/m3)-化学混和材の種類」で構成されている。
W/Cは、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。W/Cは、設計基準強度36~60N/mm2を想定して設定した。鋼繊維の混入量80kg/m3は混入率1.0容量%に相当する。「SP量」は、セメント(C)100質量%に対する割合(質量%)である。
表2中、「スランプ又はスランプフロー」は、目標スランプ又は目標スランプフローを示し、「空気量」は目標空気量を示す。「s/a」は細骨材率を示す。
【0040】
【0041】
調合に際しては、適切な単位粗骨材かさ容積の目安として、下記式(1)により単位粗骨材かさ容積の目標値V’bGを算出し、この目標値V’bGとなるように粗骨材の配合量を設定した。
V’bG=VbG-(KS・2rG/3rF-1)・VF/GS (1)
VbG、KS、rG、rF、VF、GSそれぞれの定義は前記したとおりである。
本調合において採用したVbG、KS、rG、rF、VF、GSそれぞれの値と、算出されたV’bGの値を表3に示す。
【0042】
【0043】
<練混ぜ>
練混ぜには、公称容量0.055m3の2軸強制練りミキサ(大平洋機工製、型式SD-55型)を用いた。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、高強度コンクリートとした。さらに、鋼繊維(ST)を投入し、120秒間混練して鋼繊維入り高強度コンクリートとした。
【0044】
<評価>
各調合の鋼繊維入り高強度コンクリートについて、フレッシュコンクリート特性(スランプ、スランプフロー、フロー時間(50cm及び停止)、空気量、コンクリート温度、塑性粘度(20±5℃)、材料分離抵抗性)及び硬化コンクリート特性(圧縮強度(材齢28日)、弾性係数(材齢28日)、曲げ靭性係数(材齢28日)、封かん養生での自己収縮(材齢91日))を評価した。
スランプはJIS A 1101、スランプフローとフロー時間はJIS A 1150、空気量はJIS A 1128、コンクリート温度はJIS A 1156、材料分離抵抗性はJIS A 1160、圧縮強度はJIS A 1108、弾性係数はJIS A 1149、曲げ靭性係数はJSCE-G552-2013に従って評価した。
塑性粘度は、回転翼型粘度計を用いて、鋼繊維を入れる前のベースとなる高強度コンクリートについて、回転翼型粘度計の回転翼の回転数とトルクの関係を測定し、それらの関係を示すグラフの傾きの値で評価した(参考文献:和美広喜・笠井浩・柳田克巳・亀田泰弘、「回転翼型粘度計による高強度コンクリートの流動特性値測定方法に関する実験的研究」、コンクリート工学論文集、第1巻、第1号、pp.133-141、1990.1)。
自己収縮は、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、自己収縮ひずみを測定した。
評価結果を表4に示す。また、
図1~11に、46-0.30-80-SP2以外の各調合の材料分離抵抗性の評価結果(スランプフロー試験後のフレッシュコンクリートの状態)を示す。
【0045】
【0046】
表4に示すとおり、単位粗骨材かさ容積を低減し、増粘剤含有高性能(AE)減水剤を配合した調合(46-0.40-80-SP4、46-0.40-80-SP2、46-0.30-80-SP2、37-0.30-80-SP4、28-0.30-80-SP4)では、材料分離抵抗性を確保した施工性が良い鋼繊維入り高強度コンクリートを実現できた。
【0047】
<考察>
「単位粗骨材かさ容積の影響」
コンクリートの粘性が小さく、最も材料分離しやすいと考えられる水セメント比46.0質量%の調合で検討を行った。
46-0.60-0-SP1は鋼繊維無混入で、水セメント比46.0質量%、単位粗骨材かさ容積0.60m
3/m
3の調合である。46-0.60-80-SP1は、46-0.60-0-SP1に鋼繊維を1容積%混入した調合である。46-0.60-80-SP1では、
図6に示すように、スランプが崩れ、粗骨材が分離した。
46-0.60-80-SP4および46-0.60-0-SP4’は、46-0.60-80-SP1の高性能減水剤を増粘剤含有高性能減水剤に変更した調合である。
図4に示すように、化学混和剤使用量が少ない場合には、材料分離はしないものの、スランプが小さく施工性が悪かった。一方、
図5に示すように、施工性を改善するために、化学混和剤使用量を無理に増やした場合には、スランプが崩れ、粗骨材が分離した。
以上のことから、単位粗骨材かさ容積0.60m
3/m
3では、材料分離抵抗性を確保した施工性が良い鋼繊維入り高強度コンクリートを実現できなかった。
【0048】
「高性能AE減水剤の影響」
46-0.40-80-SP3は、鋼繊維を1容積%混入し、単位粗骨材かさ容積を0.40m
3/m
3とし、化学混和剤として高性能AE減水剤を使用した調合である。
図7に示すように、スランプ周辺部にモルタルが滲み出し、モルタルが分離した。
以上のことから、単位粗骨材かさ容積を0.40m
3/m
3としても、一般的な高性能AE減水剤では、材料分離抵抗性を確保した施工性が良い鋼繊維入り高強度コンクリートを実現できなかった。
【0049】
「増粘剤含有高性能(AE)減水剤の種類の影響」
46-0.40-80-SP4、46-0.40-80-SP2は鋼繊維を1容積%混入し、単位粗骨材かさ容積を0.40m
3/m
3とし、増粘剤含有高性能(AE)減水剤の種類のみが異なる調合である。
図8及び
図9に示すように、これらの調合ではいずれも、材料分離抵抗性を確保した施工性が良いスランプが得られている。
以上のことから、増粘剤含有高性能(AE)減水剤の銘柄が変わっても、材料分離抵抗性を確保した施工性が良い鋼繊維入り高強度コンクリートを実現できた。
【0050】
<まとめ>
本検討で得られた知見を以下に示す。
・前記式(1)を用いて粗骨材かさ容積を低減し、増粘剤含有高性能(AE)減水剤を使用することで、材料分離抵抗性を確保した施工性が良い鋼繊維入り高強度コンクリートを実現できた。また、増粘剤含有高性能(AE)減水剤の種類は影響しなかった。
・単位粗骨材かさ容積を低減しても、増粘剤含有高性能(AE)減水剤を使用しなければ、材料分離を生じた。
・増粘剤含有高性能減水剤を使用しても、粗骨材かさ容積を低減しなければ、材料分離を生じた。