ホーム > 特許ランキング > 三井住友建設株式会社
(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】2024-10-18
(45)【発行日】2024-10-28
(54)【発明の名称】コンクリート組成物
(51)【国際特許分類】
C04B 28/02 20060101AFI20241021BHJP
C04B 14/02 20060101ALI20241021BHJP
C04B 16/06 20060101ALI20241021BHJP
C04B 18/14 20060101ALI20241021BHJP
C04B 22/06 20060101ALI20241021BHJP
【ＦＩ】
C04B28/02
C04B14/02 B
C04B16/06 Z
C04B18/14 Z
C04B22/06 A
【請求項の数】
8
(21)【出願番号】P 2021059716
(22)【出願日】2021-03-31
(65)【公開番号】P2022019528
(43)【公開日】2022-01-27
【審査請求日】2023-10-02
(31)【優先権主張番号】P 2020123080
(32)【優先日】2020-07-17
(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP
(73)【特許権者】
【識別番号】000174943
【氏名又は名称】三井住友建設株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100123788
【弁理士】
【氏名又は名称】宮崎 昭夫
(74)【代理人】
【識別番号】100127454
【弁理士】
【氏名又は名称】緒方 雅昭
(72)【発明者】
【氏名】松田 拓
(72)【発明者】
【氏名】峯 竜一郎
(72)【発明者】
【氏名】春日 昭夫
【審査官】浅野 昭
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１５－１３４６９７（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平１１－３４３１５５（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平１０－１１４５６２（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平１１－１３１８０３（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平１１－１８９４４７（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平１１－０９２２００（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平０２－２６７１４６（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許出願公開第２０１０／０２１２５５１（ＵＳ，Ａ１）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｃ０４Ｂ ２／００－３２／０２
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
結合材と水と細骨材とを含み、前記細骨材は軽量細骨材を含み、前記水の単位水量をＷ（ｋｇ／ｍ3）、水結合材比をＷ／Ｂ（％）とするとき、Ｗは１１０以上、１４０以下、Ｗ／Ｂは１８以上、（０．１６８×（Ｗ－１１０）＋２０）以下である、コンクリート組成物。
【請求項2】
結合材と水と細骨材とを含み、前記結合材はセメントを含み、前記細骨材は軽量細骨材を含み、前記水の単位水量をＷ（ｋｇ／ｍ3）、ペーストに対する前記細骨材の体積比をｖｓ／ｖｐとするとき、Ｗは１１０以上、１４０以下、ｖｓ／ｖｐは０．６７以上、１．００以下である、コンクリート組成物。
【請求項3】
結合材と水と細骨材とを含み、前記細骨材は軽量細骨材を含み、前記水の単位水量をＷ（ｋｇ／ｍ3）は１１０以上、１４０以下、単位細骨材量（ｋｇ／ｍ3）は５１５以上、６５５以下である、コンクリート組成物。
【請求項4】
Ｗ＝１２５～１４０である、請求項１から３のいずれか１項に記載のコンクリート組成物。
【請求項5】
Ｗ＝１２５～１３５である、請求項１から３のいずれか１項に記載のコンクリート組成物。
【請求項6】
前記細骨材は人工軽量細骨材からなる、請求項１から５のいずれか１項に記載のコンクリート組成物。
【請求項7】
有機繊維をさらに含む、請求項１から６のいずれか１項に記載のコンクリート組成物。
【請求項8】
前記結合材はシリカフュームを含む、請求項１から７のいずれか１項に記載のコンクリート組成物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明はコンクリート組成物に関する。
【背景技術】
【0002】
人工軽量細骨材は、コンクリート組成物の軽量化や、内部養生効果による自己収縮低減などの特徴があることが知られている。特許文献１には人工軽量細骨材を含み、水を１４５～１５５ｋｇ／ｍ3で添加したコンクリート組成物が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【文献】特許第６１８０９４６号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
人工軽量細骨材は空隙が多く水分を含みやすい。このため、空隙に含まれる水分が凍結膨張と融解を繰り返すことでコンクリートに繰返し応力が掛かり、耐凍害性が低下する可能性がある。
【0005】
本発明は人工軽量細骨材を含み、耐凍害性が高いコンクリート組成物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】
本発明の一態様のコンクリート組成物は、結合材と水と細骨材とを含み、細骨材は軽量細骨材を含み、水の単位水量をＷ（ｋｇ／ｍ3）、水結合材比をＷ／Ｂ（％）とするとき、Ｗは１１０以上、１４０以下、Ｗ／Ｂは１８以上、（０．１６８×（Ｗ－１１０）＋２０）以下である。本発明の他の態様のコンクリート組成物は、結合材と水と細骨材とを含み、結合材はセメントを含み、細骨材は軽量細骨材を含み、水の単位水量をＷ（ｋｇ／ｍ3）、ペーストに対する細骨材の体積比をｖｓ／ｖｐとするとき、Ｗは１１０以上、１４０以下、ｖｓ／ｖｐは０．６７以上、１．００以下である。本発明のさらに他の態様のコンクリート組成物は、結合材と水と細骨材とを含み、細骨材は軽量細骨材を含み、水の単位水量をＷ（ｋｇ／ｍ3）は１１０以上、１４０以下、単位細骨材量（ｋｇ／ｍ3）は５１５以上、６５５以下である。
【発明の効果】
【0007】
本発明では水の単位水量を１１０～１５０ｋｇ／ｍ3と低くしたため、凍結膨張する水分が減少する。このため、本発明によれば、人工軽量細骨材を含み、耐凍害性が高いコンクリート組成物を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0008】
【図1】実施例１～３と比較例１の凍結融解試験結果を示すグラフである。
【図2】実施例１と比較例１の収縮ひずみを示すグラフである。
【図3】実施例４～６と比較例２～３の収縮ひずみを示すグラフである。
【図4】実施例１，３と比較例１の中性化促進試験結果を示すグラフである。
【図5】実施例１～３，７と比較例１における材齢と圧縮強度の関係を示すグラフである。
【図6】実施例１～３，７と比較例１の圧縮強度とヤング係数の関係を示すグラフである。
【図7】実施例８～１４と比較例４の圧縮強度を示すグラフである。
【図8】実施例８～１４と比較例４の凍結融解試験結果（相対動弾性係数）を示すグラフである。
【図9】実施例８～１４と比較例４の凍結融解試験結果（質量減少率）を示すグラフである。
【図10】実施例８～１４と比較例４における単位水量とＷ／Ｂの関係を示すグラフである。
【図11】実施例８～１４と比較例４における空気量と耐久性指数の関係を示すグラフである。
【図12】実施例８～１４と比較例４におけるｖｓ／ｖｐと圧縮強度の関係を示すグラフである。
【図13】実施例８～１４と比較例４における単位細骨材量と圧縮強度の関係を示すグラフである。
【図14】実施例８～１１と比較例４の収縮ひずみを示すグラフである。
【図15】実施例８～１１と比較例４における単位水量と収縮ひずみの関係を示すグラフである。
【図16】実施例８～１１と比較例４におけるＷ／Ｂと収縮ひずみの関係を示すグラフである。
【実施例】
【0009】
以下、実施例と比較例に基づいて、本発明のコンクリート組成物について説明する。表１は実施例１～７と比較例１～３のコンクリート組成物の配合を、表２は実施例１，３と比較例１のコンクリート組成物の単位質量と単位容積を、表３は実施例１～７と比較例１～３において使用した材料の諸元を示している。なお、表３中、BETはＪＩＳ Ｒ １６２６「ファインセラミックス粉体の気体吸着BET法による比表面積の測定方法」による測定結果であることを意味する。
【0010】
【表1】
【0011】
【表2】
【0012】
【表3】
【0013】
図１（ａ）は、実施例１～３と比較例１についての相対動弾性係数を、図１（ｂ）は、実施例１～３と比較例１についての質量減少率を、図１（ｃ）は実施例１～３と比較例１の配合を示している。細骨材比（ｓ／ａ）は５５．０としている。相対動弾性係数と質量減少率は、ＪＩＳＡ１１４８：２０１０「コンクリートの凍結融解試験方法」に規定される水中凍結融解試験方法（Ａ法）に基づいて求めた。３００サイクル経過時に相対動弾性係数が初期値の６０％以上であれば、耐凍害性に優れると評価できる。比較例１では、１００サイクル程度で、相対動弾性係数が初期値の６０％を下回ったのに対し、実施例１～３では３００サイクル経過時でも初期値の８０～９０％程度にとどまっている。質量減少率は、比較例１ではサイクル数とともに急激に増加しているが、実施例１～３ではほぼ一定である。なお、実施例１～３のコンクリートは結合材としてシリカフュームを含み、比較例１のコンクリートは結合材としてシリカフュームを含んでいない。シリカフュームはコンクリートの流動性を高める効果を有する。
【0014】
図２（ａ）は、実施例１と比較例１についての収縮ひずみを、図２（ｂ）は実施例１と比較例１の配合を示している。実施例１と比較例１はいずれも人工軽量細骨材を用いているが、水の含有量（単位水量）Ｗと水結合材比Ｗ／Ｂが異なっている。実施例１では18-W130-55.0（20℃）と18-W130-55.0(7dry)の２種類の条件で試験を行っている。18-W130-55.0（20℃）では、コンクリートを打設後、２０℃環境で封かん状態（乾燥させない状態）を維持した。18-W130-55.0(7dry)では、コンクリート打設後、材齢７日まで２０℃環境で封かんし、材齢７日（図中Ａ点）で脱枠し、気中養生した（乾燥させた）。比較例では、18-W130-55.0（20℃）と同様、コンクリートを打設後、２０℃環境で封かん状態を維持した。打込み完了からの経過日数が少ない段階では、収縮ひずみは主に自己収縮（セメント水和反応によってコンクリート中の水が消費されることで生じる、コンクリート打設後の初期段階における収縮）によって生じる。18-W130-55.0（20℃）と比較例では封かんを続けているため、乾燥収縮（コンクリート中の水が空中に逸散することで生じる、コンクリート打設後長期に渡る収縮）は基本的に生じていない。以上より、18-W130-55.0（20℃）と18-W130-55.0(7dry)と比較例のいずれのケースでも、自己収縮による初期の収縮ひずみは抑えられていることがわかる。18-W130-55.0(7dry)では、脱枠後、水の蒸発が進み、これに伴い乾燥収縮による収縮ひずみが進行している。
【0015】
図３（ａ）は、実施例４～６と比較例２～３についての収縮ひずみを、図３（ｂ）は実施例４～６と比較例２～３の配合を示している。細骨材率（ｓ／ａ）は４７．５としている。各実施例と比較例では、材齢７日（図中Ａ点）で脱枠し、気中養生した。実施例４～６では、細骨材として人工軽量細骨材を用い、比較例２～３は細骨材として砕砂を用いている。水の含有量（単位水量）Ｗはすべてのケースで同じである。実施例４～６では、自己収縮と乾燥収縮の両者が抑えられている。比較例２～３では自己収縮は大きいが、乾燥収縮は実施例４～６と同程度である。
【0016】
以上より、以下のことが理解される。まず、人工軽量細骨材と砕砂とを比べると、図３（ａ）に示すように、人工軽量細骨材を用いたほうが、自己収縮が抑制されている。これは、人工軽量細骨材は内部の空隙が水を保持する性能が高く、内部養生効果による自己収縮抑制効果が大きいためであると考えられる。内部養生効果による自己収縮抑制効果は、人工軽量細骨材の従来から知られている特徴である。一方、18-W130-55.0（20℃）と18-W130-55.0(7dry)は材齢７日以降の封かんの有無だけが異なるが、図２（ａ）に示すように、18-W130-55.0(7dry)においても、乾燥収縮に伴う収縮ひずみは大きく増加していない。これは、実施例１における水の含有量（単位水量）Ｗが少ないためであると考えられる。すなわち、セメントの水和反応で使用されなかった水は人工軽量細骨材の間隙に残留し、これが乾燥収縮の原因となるのであるが、単位水量Ｗが小さいため、残留水分量が減少し、乾燥収縮が抑えられたものと考えられる。さらに、残留水分量が減少する結果、耐凍害性が改善される。凍害は、コンクリートの空隙に含まれる水分が凍結膨張と融解を繰り返すことで、コンクリートに繰返し応力が掛かって生じる。残留水分が減少することで応力が抑えられ、図１（ａ）に示すように、相対動弾性係数と質量減少率の変動が抑えられると考えられる。
【0017】
単位水量Ｗが１１０～１４０ｋｇ／ｍ3の範囲、ないし約１２５～１４０ｋｇ／ｍ3の範囲、特に１３０ｋｇ／ｍ3を中心とした±５ｋｇ／ｍ3程度の範囲（約１２５～約１３５ｋｇ／ｍ3の範囲）では各実施例と同様の結果が得られると考えられる。実施例１と３は水結合材比Ｗ／Ｂだけが異なり、実施例１（Ｗ／Ｂ＝１８）のほうが実施例３（Ｗ／Ｂ＝２０）より多少耐凍害性に優れるが、両者とも十分な耐凍害性を有している。従って、水結合材比Ｗ／Ｂは少なくとも１８～２０％の範囲にあることが好ましい。また、ＰＰ（ポリプロピレン繊維）を含めることによって（実施例６）、耐凍害性がさらに向上する。繊維としてはポリプロピレン繊維以外の有機繊維を用いることもできる。細骨材はすべて人工軽量細骨材であることが好ましいが、一部が人工軽量細骨材であっても本発明の効果を奏することができる。
【0018】
細骨材に人工軽量細骨材を使用することで、砕砂を使用した場合に比べ、流動性が大きく改善される。表４に実施例４と比較例２のフレッシュ試験結果を示す。スランプフロー値はＪＩＳ Ａ１１５０：２０１４「コンクリートのスランプフロー試験方法」に従って測定した。５０ｃｍスランプフロー通過時間は、コーンを引き上げた瞬間から、コンクリートの直径が５０ｃｍまで広がる時間のことであり、コンクリートの流動性の指標の一つである。比較例２はスランプフロー値が５０ｃｍに達しなかったため、測定値がない。実施例４と比較例２の違いは、細骨材での種類である。実施例４は細骨材に人工軽量細骨材を使用し、比較例２は細骨材に砕砂を使用している。比較例２は、実施例よりも高性能減水剤（ＳＰ）の使用量が多いにもかかわらず、スランプフロー値は実施例よりも極めて小さい。すなわち、細骨材に人工軽量細骨材を使用することで、極めて高い流動性が得られる。
【0019】
【表4】
【0020】
図４（ａ）は実施例１，３と比較例１について、促進材齢と促進中性化深さとの関係を、図４（ｂ）は実施例１，３と比較例１の配合を示している。促進中性化深さは、ＪＩＳＡ１１５３：２０１２「コンクリートの促進中性化試験方法」に基づいて求めた。コンクリートは、大気中に存在する二酸化炭素がコンクリート中の水酸カルシウムと反応することによって、中性化する。コンクリートの中性化は鉄筋の腐食の可能性を高める。従って、コンクリートの中性化のしにくさは、耐凍害性と同様、コンクリートの長期耐久性の指標の一つである。促進試験開始後２６週経過の時点で促進中性化深さが２５ｍｍ以下であれば十分な耐中性化性能を有していると評価される。実施例１，３は１３週までのデータしかないが、比較例1との対比から十分な耐中性化性能を有していると考えられる。
【0021】
図５（ａ）は実施例１～３，７と比較例１について、材齢と圧縮強度との関係を、図５（ｂ）は実施例１～３，７と比較例１の配合を示している。図５（ａ）は標準養生した試験体の材齢と圧縮強度の関係を示している。実施例１～３，７は比較例１と比べて大きな圧縮強度を有している。一般に水結合材比Ｗ／Ｂが小さいほどコンクリートの圧縮強度が上がるとされているが、図５（ａ）からこの一般的な傾向が確認された。
【0022】
図６（ａ）は実施例１～３，７と比較例１について、圧縮強度とヤング係数との関係を、図６（ｂ）は実施例１～３，７と比較例１の配合を示している。ヤング係数としては、設計マージンを考慮して、計算値を０．８倍した値を用いることが多い。人工軽量細骨材を用いたコンクリートの比重γは２．３ｔ／ｍ3程度になると考えられる。図６（ａ）にはγ＝２．４ｔ／ｍ3と２．１ｔ／ｍ3の例を示している。実施例１～３，７はγ＝２．４ｔ／ｍ3の場合の計算値を０．８倍した値を上回るヤング係数を示している。人工軽量骨材は砕砂より柔らかく、ヤング係数もその分低下する傾向にあるが、実施例１～３，７はヤング係数（剛性）の観点からも問題ない性能が得られた。
【0023】
表５は実施例８～１４と比較例４のコンクリート組成物の配合を、表６は実施例８～１４と比較例４において使用した材料の諸元を示している。実施例８は実施例１とロットが異なるが、同じ配合である。実施例８～１４と比較例４において使用した材料は、基本的に実施例１～７と比較例１～３において使用した材料と同じである。
【0024】
【表5】
【0025】
【表6】
【0026】
表７は、実施例８～１４と比較例４のフレッシュ試験結果を示している。フレッシュ試験は表４に示すフレッシュ試験と同様の方法で行った。いずれも表４の比較例２より良好な流動性を示しており、細骨材に人工軽量細骨材を使用することで、高い流動性が得られることが確認された。後述するように、比較例４は水や結合材と比べて細骨材が多いため、流動性が低下したものと考えられる。
【0027】
【表7】
【0028】
図７は、実施例８～１４と比較例４についての圧縮強度を示している。図中、「９０℃封かんσ７」はコンクリートを打設し、９０℃環境で７日間封かんした後の圧縮強度を、「標準σ２８」はコンクリートを打設し、水中で２８日間養生した後の圧縮強度を、「２０℃封かんσ７」はコンクリートを打設し、２０℃環境で７日間封かんした後の圧縮強度を意味する。実施例８～１４と比較例４では、実用上問題のないレベルの圧縮強度が得られた。また、図５と同様、水結合材比Ｗ／Ｂが小さいほどコンクリートの圧縮強度が上がる傾向が確認された。
【0029】
図８（ａ）は実施例８～１４と比較例４についての、１５０サイクルまでの相対動弾性係数を示している。実施例８～１１と比較例４については３００サイクルまで相対動弾性係数の測定を行ったため、図８（ｂ）に別途示している。図９は実施例８～１４と比較例４についての質量減少率を示している。相対動弾性係数と質量減少率は、ＪＩＳＡ１１４８：２０１０「コンクリートの凍結融解試験方法」に規定される水中凍結融解試験方法（Ａ法）に基づいて求めた。比較例４では、１５０サイクル程度で、相対動弾性係数が初期値の６０％を下回ったのに対し、実施例８～１１では３００サイクル経過時でも初期値と同程度の値が得られた。実施例１２～１４は１５０サイクルまでの測定結果しか得られていないが、１５０サイクルまでの傾向及び図８（ｂ）から判断し、３００サイクル到達時での相対動弾性係数は少なくとも６０％以上であると評価できる。質量減少率は、比較例４では１５０サイクルを中心として減少し、その後回復する傾向がみられた。これに対し、実施例８～１４では、質量減少率は１％未満またはマイナス（質量が増加）となっている。なお、図８（ｂ）には実施例１のデータを併記しているが、同一配合である実施例１と８はほぼ同様の結果となっており、試験結果の再現性が確認された。
【0030】
図１０は水の単位量Ｗ（ｋｇ／ｍ3）と水結合材比Ｗ／Ｂ（％）の関係を示している。図８との対比より、Ｗが１１０以上、１５０以下、Ｗ／Ｂが１８以上、（０．１６８×（Ｗ－１１０）＋２０）以下の領域で規定される台形の領域Ａ、好ましくは、Ｗが１１０以上、１４０以下、Ｗ／Ｂが１８以上、（０．１６８×（Ｗ－１１０）＋２０）以下の領域で規定される台形の領域Ｂでは相対動弾性係数が３００サイクルで６０％以上となっている。また、この領域では、０～３００サイクルの範囲で質量減少率が１％未満またはマイナス（質量が増加）となっている。従って、水の単位量Ｗ（ｋｇ／ｍ3）と水結合材比Ｗ／Ｂ（％）の関係としては領域Ａが好ましく、領域Ｂがより好ましい。
【0031】
図１１は空気量と耐久性指数ＤＦの関係を示している。耐久性指数ＤＦはＪＩＳＡ１１４８：２０１０「コンクリートの凍結融解試験方法」に規定される、コンクリートの耐凍害性を評価するための指標であり、一般にはこの値が６０以上であれば耐凍害性を有すると判定される。
【0032】
図１２は、ｖｓ／ｖｐと標準σ２８の関係を示している。ｖｓは細骨材の単位絶対容積を、ｖｐはペーストの単位絶対容積を示している。図１３は単位細骨材量（ｋｇ／ｍ3）と標準σ２８の関係を示している。比較例４は表５からもわかる通り細骨材の量が多く、セメントと水が少ない。このため、十分な圧縮強度が得られなかったものと考えられる。図１１より、Ｗが１１０以上、１５０以下、好ましくは１１０以上、１４０以下で、ｖｓ／ｖｐが０．６７以上、１．００以下であるとき、相対動弾性係数が３００サイクルで６０％以上となっている。図１２より、Ｗが１１０以上、１５０以下、好ましくは１１０以上、１４０以下で、単位細骨材量（ｋｇ／ｍ3）が５１５以上、６５５以下であるとき、相対動弾性係数が３００サイクルで６０％以上となっている。また、これらの領域では、０～３００サイクルの範囲で質量減少率が１％未満またはマイナス（質量が増加）となっている。
【0033】
図１４は実施例８～１１と比較例４についての収縮ひずみを示している。図１４（ａ）は２０℃で封かんした条件、図１４（ｂ）は材齢７日まで２０℃で封かんし、その後２０℃、相対湿度６０％で気中養生した条件での収縮ひずみを示している。２０℃封かんの条件では実施例８～１１、比較例４とも収縮は見られなかった。材齢７日まで２０℃で封かんし、その後気中養生した場合は、収縮ひずみが２００×１０-6程度まで進行したが、図３に示す場合と比べて収縮ひずみは抑えられている。
【0034】
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】