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JP2905963B2 - 軽量高強度コンクリート - Google Patents

軽量高強度コンクリート

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JP2905963B2
JP2905963B2 JP9753595A JP9753595A JP2905963B2 JP 2905963 B2 JP2905963 B2 JP 2905963B2 JP 9753595 A JP9753595 A JP 9753595A JP 9753595 A JP9753595 A JP 9753595A JP 2905963 B2 JP2905963 B2 JP 2905963B2
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JP
Japan
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lightweight
aggregate
fly ash
weight
concrete
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JP9753595A
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史紀 友澤
紘一 高棹
徳明 曽根
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Taiheiyo Cement Corp
Original Assignee
Taiheiyo Cement Corp
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Publication date
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B18/00Use of agglomerated or waste materials or refuse as fillers for mortars, concrete or artificial stone; Treatment of agglomerated or waste materials or refuse, specially adapted to enhance their filling properties in mortars, concrete or artificial stone
    • C04B18/02Agglomerated materials, e.g. artificial aggregates
    • C04B18/023Fired or melted materials
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02WCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
    • Y02W30/00Technologies for solid waste management
    • Y02W30/50Reuse, recycling or recovery technologies
    • Y02W30/91Use of waste materials as fillers for mortars or concrete

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Civil Engineering (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Curing Cements, Concrete, And Artificial Stone (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、軽量高強度コンクリ
ート、特にフライアッシュ質人工骨材を用いた高弾性係
数を有する軽量高強度コンクリートに関する。
【0002】
【従来の技術】従来、高強度コンクリートを得るには、
できるだけ水セメント比を低減し、緻密な硬化体とする
ことが必要であり、使用する骨材も密実で比重の重い骨
材の使用が不可欠であった。このような骨材としては、
一般には、砕石が用いられており、砕石の製造方法によ
っても異なるが、通常角の多い角ばった形状で粒形が悪
いために、コンクリートの流動性が損なわれている。一
方で、コンクリートの軽量化に対する要求も強く、軽量
骨材を用いた軽量コンクリートが土木、建築の各種分野
で使用されている。軽量骨材としては、膨張頁岩やフラ
イアッシュを原料として発泡軽量化した市販の人工軽量
骨材が主として使用されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな人工軽量骨材を用いた軽量コンクリートにあって
は、コンクリートの軽量化に伴って比例的に強度も低下
し、その適用範囲も限られたものとなっている。また、
前述したように、水/セメント比の低減と、これに伴う
高性能減水剤の使用により、この種の人工軽量骨材を用
いてある程度の高強度化は達成できたとしても、この軽
量コンクリートは、流動性が悪く施工に難点がある上
に、弾性係数が2.0×10kgf/cm程度と低
く、例えば、コンクリート橋の設計上、必要な弾性係数
(3.0×10kgf/cm以上)と比べてはるか
に小さいものである。このため、プレストレストコンク
リート桁等の実構造物には軽量コンクリートが適用でき
ず、軽量で高強度、しかも、高弾性係数を有するコンク
リートの出現が望まれている。
【0004】従って、この発明は、人工骨材として発泡
軽量化した骨材ではなく、密実なフライアッシュ質人工
骨材を用いることにより、通常の重量骨材を用いた以上
の高強度でありながら、軽量で高弾性係数を有する流動
性に優れたコンクリートを提供することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
めに、本発明の軽量高強度コンクリートによれば、絶乾
比重が1.8〜2.2のフライアッシュ質人工骨材を粗
骨材として用いること(請求項1)、フライアッシュ質
人工骨材がフライアッシュを主要成分とした造粒物を焼
成することにより得られる人工骨材であること(請求項
2)、フライアッシュ質人工骨材の粒径5〜10mm未満
の粒度分が50重量%未満で粒径10mm以上の粒度分が
50重量%以上であること(請求項3)、フライアッシ
ュ質人工骨材の実積率が60%以上、好ましくは63〜
70%であること(請求項4)、コンクリートの単位容
積重量が2.0〜2.2kg/lであること(請求項5)、
単位セメント量が400kg/m3 以上であること(請求項
6)、高性能減水剤を含むこと(請求項7)、を特徴と
する。以下、この発明を詳しく説明する。
【0006】この発明の軽量高強度コンクリートおい
て、骨材、特に粗骨材は、発泡軽量化した人工骨材では
なく、密実な絶乾比重が1.8〜2.2のフライアッシ
ュ質人工骨材である。絶乾比重が1.8を下回ると、骨
材として密実性がなく高強度のコンクリートが得られ
ず、絶乾比重が2.2を越えると、目的とするコンクリ
ートの軽量化を図ることができない。又、このフライア
ッシュ質人工骨材は、吸水率が3.0%以下で圧縮強度
が400 kg/cm2 以上、さらに、実積率が60%以上、
好ましくは63〜70%であることが望ましく、この発
明の好適な流動性に富む軽量高強度コンクリートとする
ことができる。
【0007】フライアッシュ質人工骨材は、フライアッ
シュを主要成分とした造粒物を焼成することにより得ら
れるもので、発泡タイプの骨材は、市販品をはじめとし
て各種のものが提案されている。しかしながら、発泡タ
イプは、前述したように高強度と軽量性の相反する要求
性能を満足することができないものであり、この発明で
は、例えば、本出願人が先に特願平6-59340 号として提
案した造粒型の人工骨材が好適に使用できる。この骨材
は、フライアッシュに必要に応じて石灰石粉末(炭カ
ル)を加えて成分調整し、ベントナイト及び水を添加し
て造粒し、この造粒物の発泡領域を避け、緻密化する温
度領域で焼成することにより、ほぼ球形の吸水率が3.
0%以下で圧縮強度が400 kg/cm2 以上の高密度フラ
イアッシュ質人工骨材が得られるものである。
【0008】このフライアッシュ質人工骨材の粒度は、
粒径5〜10mm未満の粒度分が50重量%未満で粒径1
0mm以上の粒度分が50重量%以上であることが望まし
い。このように粒度調整した骨材とすることにより、軽
量コンクリートでありながら、流動性に富み、より緻密
な硬化体で高強度のものとすることができる。
【0009】この発明の軽量高強度コンクリートの単位
容積重量は2.0〜2.2kg/lである。すなわち、この
ような軽量コンクリートでありながら、前記フライアッ
シュ質人工骨材の採用により、通常の重量骨材を用いた
単位容積重量が2.3〜2.6kg/l程度の普通コンクリ
ート以上の高強度、例えば、1000kgf/cm2 をも達成
するものである。
【0010】尚、この発明の軽量高強度コンクリートに
おいて、粒径5mm以下の細骨材についても、前述した密
実のフライアッシュ質人工骨材を使用することができる
が、既に前記フライアッシュ質人工粗骨材の適用によ
り、十分に軽量高強度化が達成できるものであり、細骨
材は、川砂、山砂、砕砂等天然の細骨材を用いることが
できる。
【0011】この発明に用いるセメントは、普通、早
強、超早強、中庸熱、耐硫酸塩、白色などの各種ポルト
ランドセメントはもちろんのこと、高炉セメント、フラ
イアッシュセメント等の混合セメントも使用することが
出来、このセメントの単位セメント量を400kg/m3
上とすることにより、目的とするこの発明の軽量高強度
コンクリートとすることができる。
【0012】又、このポルトランドセメントに対して、
20重量部以下をブレーン比表面積10000cm2 /g以
上の超微粉末に置換して用いることができる。超微粉末
は、ベアリング効果により流動性を高めると共に、マイ
クロフィラー効果によって水硬性硬化体を緻密にし強度
発現に大きく寄与する。超微粉末は、ブレーン比表面積
が10000cm2 /gを下回ると、ベアリング効果及びマ
イクロフィラー効果が十分に得られないが、ブレーン比
表面積が10000cm2 /g以上であれば、特に形状や成
分等に制限されることなく使用でき、例えば、シリカヒ
ューム、アエロジル、炭酸カルシウム、高炉スラグ、フ
ライアッシュ等が好適に用いられる。ポルトランドセメ
ントに対する超微粉末の置換量は、20重量部を越える
と流動性の低下を招いて好ましくなく、5重量部を下回
るとほとんど効果が得られない。
【0013】又、前記細骨材に対して、セメントと略々
同程度の粒子構成を有するフライアッシュ、高炉スラ
グ、炭カル等の鉱物質微粉末を30体積%以上、好まし
くは、45体積%以上と置換して用いることもでき、さ
らに軽量高強度コンクリートとすることができる。
【0014】次に、本発明で使用する高性能減水剤は、
花王社「マイティ−150」(商品名)、昭和電工社
「メルメント」(商品名)、ポゾリス物産社「NL−4
000」(商品名)等ナフタレンスルホン酸系、メラミ
ンスルホン酸系、リグニンスルホン酸系等、各種公知の
ものが使用できるが、中でもポリカルボン酸及び/又は
ポリカルボン酸塩を主成分とするとするポリカルボン酸
系高性能減水剤は、0.25以下の超低水/セメント重
量比での減水、流動化作用が極めて良好であり、特に前
述のフライアッシュ質人工粗骨材とポルトランドセメン
トとの適合性に優れており、短期材令における水和反応
性を損うことなく、減水性、流動性を著しく改善する作
用をする。
【0015】ポリカルボン酸系の高性能減水剤として
は、カルボキシル基を含有する重合性単量体又はその無
水物の1種又は2種以上の重合物、又はカルボキシル基
を含有する重合性単量体又はその無水物の1種又は2種
以上と他の重合性単量体との重合物又はそれらの塩で平
均分子量が500〜50000の化合物が好適に用いら
れる。具体的には、ポリアクリル酸塩、ポリメタクリル
酸塩、アクリル酸とアリルエーテルとのコポリマー、α
−オレフインとエチレン性不飽和ジカルボン酸とのコポ
リマー、その部分エステル化物、部分アミド化物、部分
イミド化物などの水溶性塩等が例示され、現在市販され
ている代表的なものとして、(株)エヌ・エム・ビー社
製のSP−8シリーズ、竹本油脂(株)社製のHP−1
1シリーズ、日本ゼオン(株)社製のワーク500、デ
ンカグレース(株)社製の100PHX等が好適に使用
されるが、これらに限定されるものではない。
【0016】高性能減水剤の添加量は、粒度調整するポ
ルトランドセメント、骨材および所要の減水効果などを
勘案して調整されるが、前述の結合材100重量部に対
して0.1〜10重量%、好ましくは1〜5重量%添加
する。これが0.1重量%未満では減水効果が実質上無
く、またこれを10重量%越えて添加しても減水性、流
動性の改善効果が頭打ちとなるばかりか、コンクリート
の凝結遅延等の悪影響が大きく好ましくない。
【0017】以上説明した配合成分のほかに、この発明
は、通常、セメント、モルタル、コンククリートにおい
て用いられる急硬・急結剤、高強度混和剤、化学混和剤
などの各種配合剤や補強材として各種繊維や鋼を使用す
ることもできる。特に水和促進剤としての亜硝酸カルシ
ウムの添加は、ポルトランドセメントの水和反応を高め
る効果があり、良好な流動性を保持できる時間は短くな
るが、速硬性が得られるので、材令一日以内の強度を大
幅に増大することができる。亜硝酸カルシウムの添加量
は、多くなるほど流動性を保持できる時間が短くなるの
で、結合材100重量部に対して2.0重量部以下とす
るのが好ましい。
【0018】前記各成分の混合及び混練方法に制限は無
く、均一に混合混練できれば良く、又、配合成分の添加
順序にも特に制限されるものではなく、いずれの方法で
もよい。さらに、コンクリート打設後の養生は、各種の
養生方法が適用可能であり、常温養生、高温養生、常圧
蒸気養生、高温高圧養生のいずれの方法も採用でき、必
要ならば、これらの組合わせを行ってさらに高強度軽量
コンクリートとすることができる。尚、当然のことなが
らプレストレス導入も従来と同様に行う事ができる。
【0019】
【作用】既に述べたように、この発明の軽量高強度コン
クリートは、骨材、特に粗骨材として、発泡軽量化した
人工骨材ではなく、密実な絶乾比重が1.8〜2.2の
フライアッシュ質人工骨材を採用するもので、これによ
り、コンクリートの単位容積重量は2.0〜2.2kg/l
でありながら、通常の重量質骨材を用いた単位容積重量
が2.3〜2.6kg/l程度の普通コンクリート以上の高
強度、例えば、1000kgf/cm2 をも達成し、しかも、
従来の軽量コンクリートと比べて、極めて高い弾性係数
を有する軽量高強度コンクリートとする。
【0020】
【実施例】下記に示す材料及び表1に示す配合にしたが
ってコンクリートを調整し、圧縮強度及び弾性係数を測
定した。使用したフライアッシュ質粗骨材は、平均粒径
15μのフライアッシュに成分調整剤としてブレーン比
表面積5000cm2 /gの炭カル10重量%を加えた混合
物に、ベントナイト5重量部、及び適量の水を添加して
直径5〜20mmに造粒した造粒物をロータリキルンで焼
成して調整したフライアッシュ質人工骨材である。結果
を表1に併せて示す。
【0021】使用材料 セメント:市販の早強ポルトランドセメント 細骨材:陸砂(福井産)比重2.60、FM2.62 粗骨材FA:フライアッシュ質人工骨材、比重1.8
7、実積率64% 砕石:(福井産カンラン岩)比重2.85、実積率5
8.4% M:市販膨張頁岩系人工骨材(アサノライト)、比重
1.25 実積率63.5% K:上記砕石とMを混合して比重調整した粗骨材、比重
1.73 実積率61.5% 高性能減水剤:花王社マイティ150−RX
【0022】
【表1】
【0023】
【表2】
【0024】表1に示すようにこの発明の軽量高強度コ
ンクリートは、特に高強度をねらった高比重(2.8
5)のカンラン岩砕石を用いた単位容積重量が2.53
〜2.55kg/lの普通コンクリート(No.1、No.
6)と比較しても同等以上の強度特性を示し、又No.
8及びNo.12は、主としてW/C(水セメント)の
変化によるコンクリート特性を示すが、No.11及び
No.12に示すように極めて高強度の軽量コンクリー
トが得られている。No.13〜No.16は、コンク
リートの流動特性を主として試験したもので、この発明
の軽量高強度コンクリートは、材料分離を生じることな
く、極めて高いフロー値を示した。更に、No.17及
びNo.18に示す軽量コンクリートに比べてこの発明
は極めて高い弾性係数を示すものである。
【0025】
【発明の効果】以上説明したように、この発明は、流動
性に優れ、軽量で高強度、しかも高弾性係数を有し、P
Cコンクリート桁等への構造物にも適用できるものであ
る。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 曽根 徳明 千葉県佐倉市大作2丁目4番2号 秩父 小野田株式 会社中央研究所内 (56)参考文献 特開 平7−206491(JP,A) 特開 平8−277157(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) C04B 18/08 C04B 14/02 C04B 28/02 - 28/06

Claims (7)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 絶乾比重が1.8〜2.2のフライアッ
    シュ質人工骨材を粗骨材として用いることを特徴とする
    軽量高強度コンクリート。
  2. 【請求項2】 フライアッシュ質人工骨材がフライアッ
    シュを主要成分とした造粒物を焼成することにより得ら
    れる人工骨材であることを特徴とする請求項1記載の軽
    量高強度コンクリート。
  3. 【請求項3】 フライアッシュ質人工骨材の粒径5〜1
    0mm未満の粒度分が50重量%未満で粒径10mm以上の
    粒度分が50重量%以上であることを特徴とする請求項
    1若しくは2記載の軽量高強度コンクリート。
  4. 【請求項4】 フライアッシュ質人工骨材の実積率が6
    0%以上、好ましくは63〜70%であることを特徴と
    する請求項1〜3いずれか記載の軽量高強度コンクリー
    ト。
  5. 【請求項5】 コンクリートの単位容積重量が2.0〜
    2.2kg/lであることを特徴とする請求項1〜3いずれ
    か記載の軽量高強度コンクリート。
  6. 【請求項6】 単位セメント量が400kg/m3 以上であ
    ることを特徴とする請求項1〜4いずれか記載の軽量高
    強度コンクリート。
  7. 【請求項7】 高性能減水剤を含むことを特徴とする請
    求項1〜5いずれか記載の軽量高強度コンクリート。
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