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  • 特許-コンクリートの配合設計方法 図1
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(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】2023-09-20
(45)【発行日】2023-09-28
(54)【発明の名称】コンクリートの配合設計方法
(51)【国際特許分類】
   C04B 14/48 20060101AFI20230921BHJP
   G01N 11/00 20060101ALI20230921BHJP
   C04B 24/26 20060101ALI20230921BHJP
   C04B 28/02 20060101ALI20230921BHJP
【FI】
C04B14/48 Z
G01N11/00 E
C04B24/26 E
C04B28/02
【請求項の数】 2
(21)【出願番号】P 2020166929
(22)【出願日】2020-10-01
(65)【公開番号】P2022059285
(43)【公開日】2022-04-13
【審査請求日】2022-11-22
(73)【特許権者】
【識別番号】000206211
【氏名又は名称】大成建設株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100160299
【弁理士】
【氏名又は名称】伊藤 卓
(72)【発明者】
【氏名】渡邉 悟士
【審査官】田中 永一
(56)【参考文献】
【文献】特開2004-154996(JP,A)
【文献】特開2003-329561(JP,A)
【文献】特開2002-338322(JP,A)
【文献】特開2011-025426(JP,A)
【文献】特開2007-246308(JP,A)
【文献】特開2005-283363(JP,A)
【文献】特開2007-031215(JP,A)
【文献】特開2015-120308(JP,A)
【文献】特開平07-060742(JP,A)
【文献】中国特許出願公開第108529966(CN,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
C04B 2/00 - 32/02
B28C 7/00 - 7/16
G01N 11/00
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
セメントを含有する粉体材料と、水と、細骨材と、粗骨材と、減水性能を有する化学混和剤と、さらに、必要に応じて鋼繊維とを含み、それらの各構成材料を混練したコンクリートに関し
求められる配合強度及び耐久性を発現できるように水粉体材料比を決定し、
次に、要求されるワーカビリティが得られるように単位水量を決定し、前記水粉体材料比と、前記単位水量から単位粉体材料量を決定し、
さらに、求められる前記耐久性と施工性を考慮して細骨材量及び粗骨材量を決定し、
所望の施工性を満たすように化学混和剤量を決定し、
続いて、設定配合で定めた粉体材料量Vpに、材料分離抵抗性に有効な細骨材量Vs’を加算することにより求められる、式(1)で定められる評価用微小粒量Vfpと、
使用する前記化学混和剤の添加量を変えた場合に、同じスランプを得るための水量が直線的に減少する場合において、前記化学混和剤量を考慮して、前記設定配合で定めた水量Vwを補正した、式(2)で定められる評価用水量Vwoに関し、
前記評価用水量Vwoの前記評価用微小粒量Vfpに対する容量比である分離抵抗性評価値(Vwo/Vfp)を算出し、前記粉体材料の種類ごとに予め定められている分離抵抗性評価値上限値Rmax以下か否かを判定し、
前記分離抵抗性評価値(Vwo/Vfp)が前記分離抵抗性評価値上限値Rmax以下である場合には、その設定配合を採用し、
前記分離抵抗性評価値(Vwo/Vfp)が前記分離抵抗性評価値上限値Rmaxを超える場合には、前記各構成材料の設定配合を修正して、前記同様の検討を行うコンクリートの配合設計方法であって、
前記式(1)における前記材料分離抵抗性に有効な細骨材の微小粒量Vs’は、
前記材料分離抵抗性に有効な細骨材の粒径の上限値に基づいて算出され、前記細骨材の種類に応じて予め求められている、前記細骨材量に対する前記材料分離抵抗性に有効な細骨材量の割合である低減係数Ksに、
前記設定配合で定めた前記細骨材量Vsを乗じて算出するものであり、
所定の粒度分布を示す各ふるいを通過する細骨材の質量分率を100で除した値を用いて算定した各前記低減係数Ksを使用して、前記分離抵抗性評価値(Vwo/Vfp)を算出した中から、材料分離を生じる臨界値の境界値における最もばらつきがない低減係数Ksを前記低減係数Ksとするとともに、前記最もばらつきがない低減係数Ksにおける分離抵抗性評価値(Vwo/Vfp)を前記分離抵抗性評価値上限値Rmaxとして用いるものであること、を特徴とするコンクリートの配合設計方法。
Vfp = Vp + Vs’ 式(1)
Vwo = Vw / (1 - Kad × AD) 式(2)
但し、Kad:前記化学混和剤の前記粉体材料に対する質量比が1%のときの、前記
化学混和剤の減水率
AD:前記化学混和剤の前記粉体材料に対する質量比
【請求項2】
セメントを含有する粉体材料と、水と、細骨材と、粗骨材と、減水性能を有する化学混和剤と、さらに、必要に応じて鋼繊維とを含み、それらの各構成材料を混練したコンクリートに関し、
求められる配合強度及び耐久性を発現できるように水粉体材料比を決定し、
次に、要求されるワーカビリティが得られるように単位水量を決定し、前記水粉体材料比と、前記単位水量から単位粉体材料量を決定し、
さらに、求められる前記耐久性と施工性を考慮して細骨材量及び粗骨材量を決定し、
所望の施工性を満たすように化学混和剤量を決定し、
続いて、設定配合で定めた粉体材料量Vpに、材料分離抵抗性に有効な細骨材量Vs’を加算することにより求められる、下式(1)で定められる評価用微小粒量Vfpと、
使用する前記化学混和剤の添加量を変えた場合に、同じ水量で得られるスランプが直線的に増加する場合において、前記化学混和剤量を考慮して、前記設定配合で定めた水量Vwを補正した、下式(3)で定められる評価用水量Vwoに関し、
前記評価用水量Vwoの前記評価用微小粒量Vfpに対する容量比である分離抵抗性評価値(Vwo/Vfp)を算出し、前記粉体材料の種類ごとに予め定められている分離抵抗性評価値上限値Rmax以下か否かを判定し、
前記分離抵抗性評価値(Vwo/Vfp)が前記分離抵抗性評価値上限値Rmax以下である場合には、その設定配合を採用し、
前記分離抵抗性評価値(Vwo/Vfp)が前記分離抵抗性評価値上限値Rmaxを超える場合には、前記各構成材料の設定配合を修正して、前記同様の検討を行うコンクリートの配合設計方法であって、
前記式(1)における前記材料分離抵抗性に有効な細骨材の微小粒量Vs’は、
前記材料分離抵抗性に有効な細骨材の粒径の上限値に基づいて算出され、前記細骨材の種類に応じて予め求められている、前記細骨材量に対する前記材料分離抵抗性に有効な細骨材量の割合である低減係数Ksに、
前記設定配合で定めた前記細骨材量Vsを乗じて算出するものであり、
所定の粒度分布を示す各ふるいを通過する細骨材の質量分率を100で除した値を用いて算定した各前記低減係数Ksを使用して、前記分離抵抗性評価値(Vwo/Vfp)を算出した中から、材料分離を生じる臨界値の境界値における最もばらつきがない低減係数Ksを前記低減係数Ksとするとともに、前記最もばらつきがない低減係数Ksにおける分離抵抗性評価値(Vwo/Vfp)を前記分離抵抗性評価値上限値Rmaxとして用いるものであること、を特徴とするコンクリートの配合設計方法。
Vfp = Vp + Vs’ 式(1)
Vwo = Vw × (1 + K’ad × AD) 式(3)
但し、K’ad:前記化学混和剤の前記粉体材料に対する質量比が1%のときのスラ
ンプ増加量に対応する増水率
AD :前記化学混和剤の前記粉体材料に対する質量比
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、コンクリートの配合設計方法に関する。
【背景技術】
【0002】
コンクリートは密実に充填される必要がある。そのため、狭小箇所で施工する場合、あるいは閉所で振動機による締固めが困難な場合等において、コンクリートには極めて高い流動性が求められる。
【0003】
コンクリートの流動性を評価するための最も一般的な試験方法としては、コンクリートのスランプ試験方法(JIS A 1101)が存在しており、通常、標準的仕様であるレディーミクストコンクリート(JIS A 5308)の普通コンクリートのスランプは、8cm~21cm(基準値)としなければならないことが定められていた。
しかし、2019年の改正で、上記基準値を越える、スランプフロー(コンクリートのスランプフロー試験方法[JIS A 1150]に定めるスランプコーンの引上時におけるコンクリートの広がり)が60cmまでの流動性の高いコンクリートに関しても、標準的仕様のレディーミクストコンクリートの対象となった。これは、近時、閉所等の締固めが困難な場合だけでなく、労務削減を目的として締固め作業を不要又は低減したいという要望が強くなってきていることなどに起因している。
【0004】
ところで、一般的に、コンクリートの流動性を高くした場合には、セメントペースト部分及び細骨材で構成されるモルタル部分の粘性が低下する傾向にある。そのため、充分な対策を講じなければ、上記部分と粗骨材の一体性が損なわれることによる材料分離、さらには豆板などの充填不良の危険性が高まることになる。そこで、上記材料分離のための対策として、特殊な材料を使用した高流動コンクリート(以下、「特殊高流動コンクリート」という。)が開発されている。
【0005】
特殊高流動コンクリートには、粉体系高流動コンクリート、増粘剤系高流動コンクリート及び併用系高流動コンクリートの3種類が存在している。
粉体系高流動コンクリートは、セメント又はその他の粉体材料の量を多くすることで粘性を確保している。しかし、セメントは、コンクリートの構成材料の中では比較的高価であり、混和材である石灰石微粉末なども、通常、生コンクリート工場で使用されていない構成材料であることから高価とならざるを得ず、製造費用の上昇につながってしまっていた。また、増粘剤系高流動コンクリートは、特殊な混和材料である増粘剤を添加することで粘性を確保するため、やはり製造費用の上昇につながってしまっていた。さらに、併用系高流動コンクリートは、粉体量を多くすることに加え、増粘剤を使用するため、上記と同様に製造費用が高価となってしまっていた。
【0006】
特殊高流動コンクリートによらずに、コンクリートの材料分離抵抗性を向上させる方法としては、粗骨材量を少なくし、細骨材率(骨材全体に占める細骨材の体積比率)を大きくする方法が考えられる。このとき、細骨材率を大きくした場合には、スランプが小さくなる傾向にあるため、流動性と分離抵抗性を両立できる配合設計とする、つまり各構成材料の単位量を適切に設定する必要がある。ところが、骨材の種類により、両者の関係の傾向が異なるため、その評価方法が問題となりうる。
この点に関し、流動性については一定の目安が示されているが、分離抵抗性については明確な目安はなく、その定量的な評価方法が求められている。
【0007】
このような分離抵抗性の評価方法として、例えば、スランプ試験を行ったコンクリート試料に対し、スランプフローが基準径になるまで振動を与える第一工程と、スランプフローが基準径となったコンクリート試料の上面の形状を確認する第二工程と、を備えるコンクリートの評価方法であって、スランプ試験を行う前にコンクリート試料の上面を着色しておき、第二工程において、コンクリート試料上面の着色部分の外縁形状が円形に保持されていない場合にはフレッシュコンクリートの粘性が不足していると評価する方法が開示されている(特許文献1)。
【0008】
また、本発明に関連するコンクリートの設計方法として、暫定配合したコンクリート試料からウェットスクリーニングによりモルタル試料を調製し、当該モルタル試料における塑性粘度又は降伏値に基づいて、コンクリート試料における鋼繊維の分離特性を判定するとともに、当該コンクリート試料の鋼繊維に関する分離指数が所定値以下となるようにモルタル試料の塑性粘度又は降伏値の値を決定する設計方法が開示されている(特許文献2)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0009】
【文献】特開2015-121511号公報
【文献】特開平11-278892号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0010】
しかし、従来の分離抵抗性の評価方法及びコンクリートの設計方法では、当初定めた配合に基づいてコンクリートを試し練りして、その分離抵抗性等を事後的に、より詳細に評価することを技術内容としており、製造前に事前に行う配合設計には適用が難しいという問題点を有していた。
【0011】
本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであり、設計時における合理化及び省力化に資する、高流動性を有するコンクリートの配合設計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】
【0012】
上記目的を達成するために本発明のコンクリートの配合設計方法(以下、「本配合設計方法」という場合がある。)は、セメントを含有する粉体材料と、水と、細骨材と、粗骨材と、減水性能を有する化学混和剤と、さらに、必要に応じて鋼繊維とを含み、それらの各構成材料を混練したコンクリートに関し、求められる配合強度及び耐久性を発現できるように水粉体材料比を決定し、次に、要求されるワーカビリティが得られるように単位水量を決定し、上記水粉体材料比と、上記単位水量から単位粉体材料量を決定し、さらに、求められる上記耐久性と施工性を考慮して細骨材量及び粗骨材量を決定し、所望の施工性を満たすように化学混和剤量を決定し、続いて、設定配合で定めた粉体材料量Vpに、材料分離抵抗性に有効な細骨材量Vs’(以下、「有効微小細骨材粒量」という場合がある。)を加算することにより求められる、式(1)で定められる評価用微小粒量Vfpと、使用する上記化学混和剤の添加量を変えた場合に、同じスランプを得るための水量が直線的に減少する場合において、上記化学混和剤量を考慮して、上記設定配合で定めた水量Vwを補正した、式(2)で定められる評価用水量Vwo(化学混和剤量を考慮した、設定配合で定めた水量Vwの補正値)に関し、上記評価用水量Vwoの上記評価用微小粒量Vfpに対する容量比(以下、「分離抵抗性評価値」という。)である分離抵抗性評価値(Vwo/Vfp)を算出し、上記粉体材料の種類ごとに予め定められている分離抵抗性評価値上限値Rmax(以下、「分離抵抗性評価値上限値」という。)以下か否かを判定し、上記分離抵抗性評価値(Vwo/Vfp)が上記分離抵抗性評価値上限値Rmax以下である場合には、その設定配合を採用し、上記分離抵抗性評価値(Vwo/Vfp)が上記分離抵抗性評価値上限値Rmaxを超える場合には、上記各構成材料の設定配合を修正して、上記同様の検討を行うコンクリートの配合設計方法であって、上式(1)における上記材料分離抵抗性に有効な細骨材の微小粒量Vs’は、上記材料分離抵抗性に有効な細骨材の粒径の上限値に基づいて算出され、上記細骨材の種類に応じて予め求められている、上記細骨材量に対する上記材料分離抵抗性に有効な細骨材量の割合である低減係数Ksに、設定配合で定めた上記細骨材量Vsを乗じて算出するものであり、所定の粒度分布を示す各ふるいを通過する細骨材の質量分率を100で除した値を用いて算定した各上記低減係数Ksを使用して、上記分離抵抗性評価値(Vwo/Vfp)を算出した中から、材料分離を生じる臨界値の境界値における最もばらつきがない低減係数Ksを上記低減係数Ksとするとともに、上記最もばらつきがない低減係数Ksにおける分離抵抗性評価値(Vwo/Vfp)を上記分離抵抗性評価値上限値Rmaxとして用いるものであること、を特徴としている。
Vfp = Vp + Vs’ 式(1)
Vwo = Vw / (1 - Kad × AD) 式(2)
但し、Vp :設定配合で定めた上記粉体材料量
Vs':材料分離抵抗性に有効な上記細骨材量(有効微小細骨材粒量)
Vs :設定配合で定めた上記細骨材量
Vw :設定配合で定めた上記水量
Kad:上記化学混和剤の上記粉体材料に対する質量比が1%のときの、上記
化学混和剤の減水率
AD:上記化学混和剤の上記粉体材料に対する質量比
【0013】
上記評価用水量Vwoに関して、使用する化学混和剤の添加量を変えた場合に、同じスランプを得るための水量が直線的に減少する場合には式(2)を用いることが望ましい。しかし、使用する化学混和剤の添加量を変えた場合に、同じ水量で得られるスランプが直線的に増加する場合には、上記本配合設計方法において、上記評価用水量Vwoを、上記式(2)に代えて、式(3)で定めることが望ましい。
Vwo = Vw × (1 + K’ad × AD) 式(3)
但し、Vw :設定配合で定めた上記水量
K’ad:化学混和剤の粉体材料に対する質量比が1%のときのスランプ増加
量に対応する増水率(下記で詳説する)
AD :上記化学混和剤の上記粉体材料に対する質量比
【0014】
上記評価用水量Vwoに関して、式(2)及び式(3)のいずれの式を採用するかは、化学混和剤の実験データ等により判断することになる。但し、標準的な添加量の範囲では、いずれについても概ね直線的な関係になる場合が多いことから、通常は、式(2)を使用することで対応が可能である。
【0015】
本発明の配合設計方法は、JIS A 5308に規定される一般的な構成材料を使用して製造されるレディーミクストコンクリート、及び当該レディーミクストコンクリートに鋼繊維を混入して製造される鋼繊維補強コンクリートであり、高流動性を有するコンクリートを主な対象とするものであるが、上記特殊高流動コンクリートを対象とするものではないことを前提としている。
【0016】
さらに、ここで、「設定配合で定めた各構成材料量」とは、配合設計を行う際の初期時点において各構成材料量として定める初期値、及び分離抵抗性評価値(Vwo/Vfp)が、分離抵抗性評価値上限値Rmaxより大きい場合に、改めて、構成材料ごとに定め直す構成材料量の修正値をいう。
【0017】
また、粉体材料には、セメントの他、高炉スラグ微粉末などの混和材を含むものであってもよい。
また、減水性能を有する化学混和剤(以下、「化学混和剤」という。)とは、コンクリートの流動性を維持しながら練り混ぜ水量を減少させるために添加される混和剤であり、減水剤、AE(Air Entraining)減水剤、高性能減水剤及び高性能AE減水剤等、その効果を奏するものであれば、種々の混和剤を使用することができる。なお、化学混和剤は、減水率に関する事項を含めて、JIS A 6204で定められている。
【0018】
また、鋼繊維は、必要に応じて添加される任意の構成材料であり、その種類及び仕様等に制限はない。なお、言うまでもないが、鋼繊維は、構成材料として用いられている場合にのみ本配合設計方法により、その添加量を定めるものである。
【0019】
本発明によれば、所定の配合条件に関し、分離抵抗性評価値(Vwo/Vfp)を算出し、分離抵抗性評価値上限値Rmax以下か否かを判定することで、材料分離抵抗性(分離抑制)と流動性(施工の容易性)の両者を満たすコンクリートを配合設計することができる。そのため、配合設計の後、試し練りを繰り返して性能確認を行うことなく、配合設計の段階で、コンクリート性状の簡易評価が可能となる。したがって、試し練りに先立ち、広範囲な配合検討が可能になるため、配合案の精度の向上が期待できる。その結果、試し練りの回数を必要最小限に削減できることになることから、配合設計の合理化及び省力化に寄与することとなる。
【発明の効果】
【0020】
本発明によれば、設計時における合理化及び省力化に資する、高流動性を有するコンクリートの配合設計方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0021】
図1】本発明のコンクリートの配合設計方法のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【0022】
以下、図面を参照しつつ、本配合設計方法の実施形態の一例について詳細に説明する。なお、数式に基づく説明では、同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。
【0023】
[本配合設計方法の考え方]
本配合設計方法は、JIS A 5308に規定される一般的な構成材料を使用して製造されるレディーミクストコンクリート、及び当該レディーミクストコンクリートに鋼繊維を混入して製造される鋼繊維補強コンクリートを主な対象としている。したがって、本配合設計方法の対象とするコンクリートは、セメント及びその他の混和材を含む粉体材料と、細骨材と、粗骨材と、減水性能を有する化学混和剤と、水を必須の構成材料とし、必要に応じて添加される鋼繊維が混合されるものであってもよい。
【0024】
本発明をするにあたり、発明者は、実証実験を繰り返すことで、下記方法を用いることにより、机上において、材料分離抵抗性と流動性の適切なバランスを考慮したコンクリートの配合設計を行うことができることを見出した。
【0025】
すなわち、本配合設計方法では、流動性を評価するための指標として、設定配合で定めた水量Vwに対する化学混和剤量を考慮した補正値である、評価用水量Vwo(L/m)を選択する。一方、材料分離抵抗性を評価するための指標として、粉体材料量Vpに、細骨材のうち材料分離抵抗性に有効な微小粒径である有効微小細骨材粒量Vs’を加えた評価用微小粒量Vfp(L/m)(材料分離抵抗性を有する構成材料量)を選択する。そして、評価用水量Vwoの評価用微小粒量Vfpに対する容量比である分離抵抗性評価値(Vwo/Vfp)が、分離抵抗性評価値上限値Rmax以下となるように、粉体材料量、水量、細骨材量、粗骨材量及び化学混和剤量、及び、鋼繊維量(構成材料となっている場合)を定めることで、要求される材料分離抵抗性と流動性を満たすコンクリートの配合を定めることができることを見出したものである。
【0026】
具体的には、評価用水量Vwoの、評価用微小粒量Vfpに対する容量比である分離抵抗性評価値(Vwo/Vfp)が、粉体材料の種類ごと(さらに粗骨材の種類ごとであってもよい)に、予め定められている分離抵抗性評価値上限値Rmax(式A)となるように、粉体材料量、水量、細骨材量、粗骨材量、化学混和剤量、及び、繊維量(構成材料となっている場合)を定めることとした。
Vwo / Vfp ≦ Rmax 式(A)
但し、Vwo:評価用水量
Vfp:評価用微小粒量
なお、分離抵抗性評価値上限値Rmaxの定め方の一例は、第1実施例で説明する。
【0027】
ここで、上記評価用微小粒量Vfpは、設定配合で定めた粉体材料量Vpに、有効微小細骨材粒量Vs’を加算することにより求められる(式(1))。
また、材料分離抵抗性に有効な細骨材の微小粒量Vs’は、低減係数Ksに、設定配合で定めた細骨材量Vsを乗じて算出する。
Vfp = Vp + Vs’ 式(1)
但し、Vfp:評価用微小粒量
Vp :設定配合で定めた粉体材料量
Vs':材料分離抵抗性に有効な細骨材量(有効微小細骨材粒量)
(=Ks × Vs)
Ks :低減係数
Vs :設定配合で定めた細骨材量
【0028】
通常、コンクリートの流動性を高くすると、水量の増加に起因して、粉体材料と水を混練した粉体材料ペーストの部分の粘性が低下する。また、少ない水量で高い流動性を得る目的で化学混和剤が使用されるが、その添加量の増加は前述の水量の増加と同様に、粉体材料ペースト部分の粘性の低下を生じさせる。
【0029】
そのため、粉体材料量を多くすることで粘性の向上、すなわち分離抵抗性への寄与が期待できる。さらに、細骨材率を大きく(細骨材量を多く)することで分離抵抗性への寄与が期待できる。しかし、細骨材の粒径は、最大で5mm程度の骨材が含まれるため、すべての細骨材量が微小粒である粉体材料と同様に分離抵抗性に寄与すると判断することは過大評価となる。したがって、式(1)では、設定配合で定めた細骨材量Vsに低減係数Ksを乗じることにより有効微小細骨材粒量Vs’を算出し、粉体材料量Vpに加算することで、評価用微小粒量Vfpを求めることとしたものである。
【0030】
上記低減係数Ksは、細骨材の種類に応じて予め求められている、全細骨材量に対する、材料分離抵抗性に有効である細骨材量の割合として定められる設定値であり、0より大きく1より小さい値として定められる(0<Ks<1)。したがって、低減係数Ksは、材料分離抵抗性に有効な細骨材の粒径(以下、「有効微小細骨材径」という。)の上限値に基づいて算出されることになる。
なお、適用にあたり、低減係数Ksは、骨材種類ごとに、ふるい分け試験(JIS A 1102)における特定の呼び寸法のふるいを通過する質量分率(又は体積分率)ごとに、事前試験を行った上で、設定することが好適である。
【0031】
また、上記のとおり、コンクリートの流動性は、水量及び化学混和剤量により、大きく左右されることになる。
一般に、化学混和剤の性能は、当該化学混和剤を不使用とした場合を基準として、化学混和剤を不使用とした場合のコンクリートの水量V0と、所定の添加量(例えば、粉体材料に対する質量比が1%)で化学混和剤を使用した場合であって、化学混和剤を不使用とした場合と同じスランプとなるコンクリートの水量V1の差(低減された水量[V0-V1])のコンクリート水量V0に対する割合である「減水率」として表される。
【0032】
そのため、式(2)では、設定配合で定めた水量Vwを、化学混和剤により低減される水量により補正することで、上記評価用水量Vwoを求める。
Vwo = Vw / (1 - Kad × AD) 式(2)
但し、Vwo:評価用水量
Vw :設定配合で定めた水量
Kad:化学混和剤の粉体材料に対する質量比が1%のときの、当該化学混和
剤の減水率
AD:化学混和剤の粉体材料に対する質量比
【0033】
ところで、実務上は、化学混和剤の性能を、当該化学混和剤を使用した場合を基準として、所定の添加量(例えば、粉体材料に対する質量比1%)で化学混和剤を使用した場合のコンクリートの水量V1’と、化学混和剤を不使用とした場合であって、化学混和剤を使用した場合と同じスランプとなるコンクリートの水量V0’の差(増加した水量[V0’-V1’])のコンクリートの水量V1’に対する割合である「スランプ増加量に対応する増水率」として表すことも可能である。
なお、スランプ増加量に対応する増水率は、JIS規格等において定められているものではなく、スランプの増加量を見かけの増水量に換算して算出する評価値である。
【0034】
この場合には、上記式(2)に代えて、設定配合で定めた水量Vwを、化学混和剤の増水率K’adにより補正する式(3)を用いて、上記評価用水量Vwoを定めることができる。
Vwo = Vw × (1 + K’ad × AD) 式(3)
但し、Vwo :評価用水量
Vw :設定配合で定めた水量
K’ad:化学混和剤の粉体材料に対する質量比が1%のときのスランプ増加
量に対応する増水率
AD :化学混和剤の粉体材料に対する質量比
【0035】
ここで、上記評価用水量Vwoの定め方であるが、使用する化学混和剤の添加量を変えた場合に、同じスランプを得るための水量が直線的に減少する場合には式(2)、同じ水量で得られるスランプが直線的に増加する場合には式(3)を採用することが望ましく、これは、実験データにより判断することになる。但し、標準的な添加量の範囲では、いずれについても概ね直線的な関係になる場合が多いことから、通常は、式(2)を使用することで対応が可能である。
【0036】
なお、上記のとおり、分離抵抗性評価値上限値Rmax、及び細骨材に関して低減係数Ksを設定するための有効微小細骨材径の上限は、事前の実験データをもとに把握しておく必要がある。粉体材料の粉末度及び鉱物組成等が異なれば粉体量が同じでも分離抵抗性が異なることが想定される。そこで、精度を高めるためには、粉体材料を構成するセメントの種類、及び、骨材の種類等ごとに定める必要がある。
【0037】
[本配合設計方法]
上記考え方の下、本配合設計方法の具体的適用方法について説明する(図1)。
まず、求められる配合強度及び耐久性を発現できるように、水粉体材料比を決定する。次に、要求されるワーカビリティが得られるように単位水量を決定し、水粉体材料比と、単位水量から単位粉体材料量を決定する。さらに、要求される耐久性と施工性を考慮して、細骨材量及び粗骨材量を決定し、最後に、所望の施工性を満たすように化学混和剤量を決定する。
【0038】
続いて、分離抵抗性評価値(Vwo/Vfp)を算出し、分離抵抗性評価値上限値Rmax以下か否かを判定する。そして、上記条件を満たしている場合には、その配合を採用し、設計時における配合設計を完了する。一方、上記条件を満たしていない場合には、再度、上記の配合条件を修正(各構成材料の設定配合値を修正)して、再度、同様の検討を行うことになる。
【0039】
[本配合設計方法の作用効果]
本発明によれば、机上で定めた配合条件に関し、分離抵抗性評価値(Vwo/Vfp)を算出し、分離抵抗性評価値上限値Rmax以下か否かを判定することで、材料分離抵抗性と流動性の両者を満たすコンクリートを配合設計することができる。そのため、配合設計の後、試し練りを繰り返して性能確認を行うことなく、配合設計の段階で、コンクリート性状の簡易評価が可能となる。したがって、試し練りに先立ち、広範囲な配合検討が可能になることから、試し練りのための配合案の精度の向上が期待できる。その結果、試し練りの回数を削減できることになり、配合設計の合理化及び省力化に寄与することになる。
また、本配合設計方法を使用することにより、最適な配合となるコンクリートを提案することができるため、経済的なコンクリートの製造が可能となる。
【0040】
以上、本発明について、好適な実施形態を説明した。しかし、上記実施形態は一例であり、本発明は当該実施形態に限られず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で各要素に関して、適宜設計変更が可能である。特に、上記実施形態及び実施例は、本発明の技術思想を具体化するためにその内容を例示するものであって、技術的範囲を限定するものではない。
なお、本配合設計方法は、化学混和剤を、一般的な添加量の範囲内で使用する場合を想定しているため、当該化学混和剤の過剰添加による減水効果の低減及び粘性の増大等の影響は考慮していない。
【実施例
【0041】
[1]第1実施例
第1実施例では、分離抵抗性評価値上限値Rmaxの設定方法の一例について説明する。
配合条件は、水粉体材料比(水セメント比)(W/C)50%及び後記骨材Aを使用した場合を基本条件とする(配合名A50)(なお、配合名は、使用骨材の種類を示すアルファベットと、水粉体材料比(%)の数字を使用して記載しているものであり、以下、「配合名」の記載を省略する場合がある)。そして、骨材の影響を捨象して、水粉体材料比の相違が与える影響を分析するために、水粉体材料比40%及び骨材Aの配合(A40)を採用する。また、水粉体材料比の影響を捨象して、骨材の相違が与える影響を分析するために、水粉体材料比50%及び後記骨材Bの配合を採用する(B50)。
以上3水準の配合条件に基づき(表1-1)、コンクリートの試し練りを行い、その性状を確認した。
【0042】
【表1-1】
【0043】
上記骨材Aは、細骨材Aと粗骨材Aを混合したものであり、細骨材Bは、細骨材Bと粗骨材Bを混合したものである。
細骨材A及び細骨材Bは、ともに天然砂と砕砂から形成される混合砂であるが、粒度分布が相違している(表1-2)。すなわち、細骨材Bは、細骨材Aと比較して、2.5mmのふるいを通過する質量分率が大きく(2.5mm以下の割合が大きく)なっている。
また、粗骨材A及び粗骨材Bは、表乾密度は異なるが、ともに、砕石2005(JIS A 5005)である(表1-3)。
【0044】
【表1-2】
【0045】
【表1-3】
【0046】
なお、低減係数Ksは、「材料分離抵抗性に有効な最大寸法以下の細骨材量の、全細骨材の総量に対する割合として定められる設定値」である。本実施例では、算定を容易に行うために、表1-2に示されている、ふるいの呼び寸法を細骨材の有効微小細骨材径の基準とし、同表における粒度分布を示す各ふるいを通過する細骨材の質量分率を100で除した値を用いて、低減係数Ksを算定することとした。
【0047】
その他の構成材料及びその性状は、表1-3に記載するとおりである。粉体材料は、普通ポルトランドセメント(太平洋セメント(株)製)のみを使用した。また、化学混和剤は、高性能AE減水剤(マスターグレニウムSP8SV)を使用した。
なお、表1-4に記載されている試験結果の各構成材料の単位量(1mにおける質量[kg])の表記には、記載スペースの関係から、表1-3の構成材料の( )内に記載されている各構成材料の記号表記を使用している。
【0048】
上記3水準の配合において、他の配合条件を不変として、化学混和剤量を増加させ、材料分離が生じる配合条件を求めた。材料分離の有無は、日本建築学会「高流動コンクリートの材料・調合・製造・施工指針(案)・同解説」に従い、スランプ試験及びスランプフロー試験後の中央・周辺部における粗骨材又は粉体材料ペーストの偏在の有無により判定した。
なお、表1-4の試験結果において、配合名における「-」の後の枝番号の「1」は、「材料分離の直前」の場合を、「2」は、「材料分離の直後」の場合をそれぞれ示している。
【0049】
【表1-4】
【0050】
各配合名のコンクリートについて、各ふるいを通過する細骨材の質量分率をもとに設定した上記低減係数Ksを用いて、上記式(1)及び上記式(2)に基づき、分離抵抗性評価値(Vw0/Vfp)を算出した結果は、表1-5のとおりである。
【0051】
式(1)の算出において、設定配合で定めた粉体材料量Vpは、表1-4に示す単位粉体材料量C(L/m)を用いるとともに、設定配合で定めた細骨材量Vsは、表1-4に示す単位細骨材量SA及びSB(L/m)を用いた。
また、式(2)の算出において、設定配合で定めた水量Vwは、表1-4に示す単位水量W(L/m)を、化学混和剤の粉体材料に対する質量比AD(%)は、表1-4に示す値を、それぞれ用いるとともに、高性能AE減水剤の減水率Kadは、「0.18」とした。なお、化学混和剤量は、表1-4のAD(%)に、同表の粉体材料量(C)を乗じた値である。
【0052】
【表1-5】
【0053】
分離抵抗性評価値上限値Rmaxは、本配合設計方法における基準値であり、種々の配合において、安定した定常値となる必要がある。上記結果によれば、3水準の配合のコンクリートに関し、材料分離を生じる臨界値(表1-4に示す材料分離の有無の境界値)における分離抵抗性評価値(Vwo/Vfp)に関して、最もばらつきが少ない低減係数Ksは、呼び寸法が2.5mmのふるいを通過する細骨材の質量分率とした場合である。したがって、低減係数Ksに対応する分離抵抗性評価値上限値Rmaxを「0.55」とすることが最適であると判断することができる。
【0054】
なお、第1実施例は、3水準の配合のコンクリートのみについての結果を示したものである。しかし、粉体材料として、普通ポルトランドセメントを使用するとともに、JIS規格に基づいた一般的な骨材を用いていることから、水粉体材料比(W/C)が50%~30%(設計基準強度30(N/mm)~60(N/mm))のコンクリートに関しては、分離抵抗性評価値上限値Rmaxを「0.55」として、分離抵抗性を評価可能となる。
【0055】
[2]第2実施例
第2実施例では、本発明の有効性を検証するために、表1-1と同じ構成材料を使用して、第1実施例とは異なる4種類の配合条件に基づき(表2-1)、コンクリートの試し練りを行い、その性状を確認した。
【0056】
【表2-1】
【0057】
配合条件は、水粉体材料比(W/C)45%及び上記骨材Aの場合を基本としている(A45)。骨材の影響を捨象して、水粉体材料比の相違が与える影響を分析するために、水粉体材料比30%及び上記骨材Aの配合を採用した(A30-1,A30-2)。なお、A30-1において、分離抵抗性評価値(Vwo/Vfp)は「0.55」であり、A30-2において、分離抵抗性評価値(Vwo/Vfp)は「0.56」である。
【0058】
また、水粉体材料比の影響を捨象して、骨材の相違が与える影響を分析するために、水粉体材料比45%及び上記骨材Bの配合を採用した(B45)。
なお、A45及びB45では、分離抵抗性評価値上限値Rmaxは、「0.55」とした。
【0059】
さらに、各4種類の配合名のコンクリートに関し、鋼繊維を混入した場合のスランプ及び材料分離の有無を確認するために、直径0.55mm、長さ35mmの両端フック付き鋼繊維を1.0%(体積%)混入した鋼繊維補強コンクリートを作製した。なお、分離抵抗性評価値上限値Rmaxは、A30-2を除いて、「0.55」とし、A30-2では、「0.56」とした。
【0060】
上記4種類の配合名のコンクリートに関して試し練りを行い、その性状を確認した。なお、鋼繊維を構成材料とする各配合の鋼繊維補強コンクリートに関して、測定したスランプは、表2-2のスランプの< >内に示す。
【0061】
【表2-2】
【0062】
上記結果(表2-2)によれば、A30-2以外の各コンクリートとも、いずれも材料分離を生じずに、スランプ24.0cm~25.5cmの極めて高い流動性を有する結果となり、本配合設計方法が有用であることが確認された。
【0063】
一方、A30-1のコンクリートに対して細骨材量を少なくし、分離抵抗性評価値上限値Rmax(0.55)を上回るように配合設計したA30-2のコンクリートにおいて、スランプフロー試験を行った結果、中央部にモルタル部分との一体性を失った粗骨材が残り、周辺部には粗骨材を含まないモルタル及びセメントペーストの偏在が生じるなど、材料分離が生じることが確認された。
【0064】
また、各配合の鋼繊維補強コンクリートでは、鋼繊維の混入によりスランプが、約5cm~7cm低下した。しかし、スランプの最低値は、17.0cmにとどまるものであり、本配合設計方法により、分離抵抗性評価値(Vwo/Vfp)を分離抵抗性評価値上限値Rmax以下となるように設定することで、鋼繊維の混入前の高流動性が確保されるとともに、鋼繊維の混入後も建築分野で一般的に使用されているスランプ18cm程度が得られることが確認された。このように、鋼繊維補強コンクリートへの適用においても本配合設計方法の有効性を確認することができた。
【0065】
以上の結果から、セメント(粉体材料)の種類が同じであれば、細骨材の種類や水粉体材料比などの条件に想定される変動があった場合であっても、同一の分離抵抗性評価値上限値Rmaxを用いて、簡易に分離抵抗性を評価可能であることが確認された。

図1