JP4249176B2 - 分割練り混ぜ工法における一次水量決定方法 - Google Patents

Description

本発明は、コンクリート製造方法における分割練り混ぜ工法で得られるモルタルやコンクリートについて、トルク試験を行うことなく一次水量を決定するようにした一次水量決定方法に関する。

従来、モルタルやコンクリートは細骨材、粗骨材、セメント、水等からなり、これらの複合混合物は各種土木、建築工事等に広く利用されている。これら複合混合物の製造に際して、各種の材料を一度に投入して混合すると、製造された混合物の硬化までの間にブリーディングが生じたり、混合物の流動摩擦が大きくてポンプ圧送性が劣ったり、圧縮強度や付着強度の変動が大きくなる等の不具合があった。
このような欠点を改善したモルタルやコンクリートの製造方法として、例えば下記特許文献１、２、３に記載された分割練り混ぜ工法（ＳＥＣ（登録商標）工法）が提案されている。この工法によれば、細骨材（粗骨材を含んでいてもよい）からなる骨材に一次水を加えて調整練りを行うことで各骨材の全周に水分を均等に付着させ、その後所要量のセメントを加えて練り混ぜることで骨材の周囲にセメントが付着して造粒される。
次に造殻された骨材に、投入すべき全水量から一次水量を除去した二次水量（と必要なら混和剤）を加えて練り混ぜすることで、セメントが良く分散して均質なコンクリートが得られることになる。
この工法で得られたコンクリートは保水性が高いためにブリーディングが少なく圧縮強度が大きく、流動抵抗が小さくポンプ圧送性が良い。特に近年では、トンネル内面での吹き付けコンクリートに使用され、コンクリートの跳ね返り率及び発生粉じんが少ないという利点がある。
なお、セメントに変えて混合粉体を用いてもよい。混合粉体とはセメントにシリカフューム、スラグ、石灰石粉末等の粉体を混合させたものをいい、これら粉体はセメントより粒子径の大小の差があり水和反応が良い。

このような分割練り混ぜ工法においては、特に一次水量の決定が重要であり、次に示す最適一次水量Ｗ１（ｋｇ／ｍ^３）を決定する基本式（４）が採用されている。
Ｗ１＝（α／１００）×Ｃ＋（β_ＯＨ／１００）×Ｓ （４）
但し、α：セメントまたは混合粉体の拘束水率（％）
Ｃ：単位セメント量（ｋｇ／ｍ^３）
β_ＯＨ：細骨材の表面吸着水率（％）
Ｓ：単位細骨材量（ｋｇ／ｍ^３）
なお、本明細書において、セメントまたは混合粉体の拘束水率とは、セメントまたは混合粉体のキャピラリー状態を形成するために必要な水セメント比または水混合粉体比をいう。また、セメントまたは混合粉体を粉体ということがある。また、これらの水セメント比及び水混合粉体比を総称して水粉体比ということがある。

ところで、キャピラリー状態における上述したセメントまたは混合粉体の拘束水率αを求めるには、細骨材の表面吸着水率β_ＯＨを求める遠心脱水試験（または遠心分離試験：以下、単に遠心試験という）とは別に、トルク試験を行う必要がある。トルク試験とは、セメントまたは混合粉体に水を徐々に添加しながらミキサで攪拌し、ミキサの負荷抵抗であるトルク値が最大になる水セメント比或いは水混合粉体比を求める。このようなトルク値が最大になる水セメント比或いは水混合粉体比の状態をキャピラリー状態といい、この最大トルク値を拘束水率αとしている。
セメントまたは混合粉体のキャピラリー状態とは、セメント粉や混入粉体の粉体粒子間における水などの液体による充填構造の違いによる相の一形態である。このときの粉体粒子は図１０に示すように、水等の液体によって互いに接触せず不連続であり空気も存在しない状態であり、液体は粒子表面の活性によってその粒子表面に液膜を形成し、この液膜により隔てられて粒子は互いに不連続となっている。

細骨材の周囲にキャピラリー状態のセメントまたは混合粉体からなる粉体ペーストを付着させて造殻することにより、分割練り混ぜ効果を十分発揮できる。セメントまたは混合粉体がキャピラリー状態となるための水量の測定は、以下の方法によって行われる。
（１）１ｋｇのセメントまたは混合粉体を例えばホバート型モルタルミキサに入れる。
（２）セメントまたは混合粉体に対して水を徐々に添加して混練を行い、そのときのミキサのモーターにかかる負荷電流値を負荷抵抗として測定する。
（３）図１１に示すようにセメントまたは混合粉体の重量に対する水の重量の比（水粉体比：水セメント比または水混合粉体比という）と負荷電流値との関係で、負荷電流値が最大となる水粉体比を求め、これをキャピラリー状態におけるセメントまたは混合粉体の拘束水率αとする。
このトルク試験によって得られたセメントまたは混合粉体からなる粉体の拘束水率αを上記式（４）に代入して一次水量Ｗ１を求めている。

また、細骨材にはその表面に吸着されている固有の量の表面吸着水が存在しており、これがモルタルやコンクリートのブリーディングや強度等の物性に大きく影響を及ぼしていることが知られている。そのため、この細骨材の表面吸着水率（拘束水率）β_ＯＨに基づいて一次水量Ｗ１を定めるようにしている。
一次水量Ｗ１を決定するために下記特許文献１、２、３等に記載された遠心試験が用いられている。次にこの遠心試験について説明する。
まず、細骨材の含水率（細骨材の内部空隙を満たしている水と表面に付着している表面吸着水との合計量の質量百分率）を例えば５％に調整する。これを調整含水率という。この細骨材を、バインダーとして普通セメントを用いて水セメント比（Ｗ／Ｃ）４５％のセメントペーストと混合してモルタルとする。その後、所定量のモルタルを容器に計量して特許文献２に記載のような遠心分離機に設置して４３８Ｇで３０分の遠心力を作用させて脱水させる。
そして、遠心脱水前の細骨材、水及びセメントからなる試料の重量をＷｓ、遠心脱水後の試料の重量をＷｔとして、両者の差から脱水量Ｗｄ（＝Ｗｓ−Ｗｔ）を求める。遠心試験前の試料の含水量をＷｐとして遠心脱水後の試料の残留含水量Ｗｚ（＝Ｗｐ−Ｗｄ）を求める。遠心試験前の試料の含水量Ｗｐは、セメントペーストの水セメント比Ｗ／Ｃに相当する水量Ｗａと細骨材の調整含水率に相当する調整含水量Ｗｂとを合わせた水量（Ｗｐ＝Ｗａ＋Ｗｂ）である。
従って、試料の残留含水量Ｗｚは、Ｗｚ＝Ｗｐ−Ｗｄ＝Ｗａ＋Ｗｂ−Ｗｄとなる。

ここで、残留含水量Ｗｚは、細骨材の重量をＳ、セメントの重量をＣとした場合、重量比（モルタル配合比）Ｓ／Ｃを０，１，２，３に設定し、各重量比Ｓ／Ｃで上述した遠心試験を３回づつ繰り返し行って各平均値を算出する。なお、Ｓ／Ｃ＝０とは細骨材が０を意味する。
次に各Ｓ／Ｃ毎に残留含水量Ｗｚとセメントペースト（バインダ）分のセメント重量Ｃに対する割合Ｗｚ／Ｃの平均値を求める。このようにして得られた各Ｓ／ＣとＷｚ／Ｃの関係を図１２にプロットする。図中、Ｓ／Ｃを横軸、Ｗｚ／Ｃを縦軸にとる。図１２において、これらの関係を直線回帰して、この近似直線の傾きをθとすると、細骨材の重量Ｓに対する残留含水量Ｗｚの割合（Ｗｚ／Ｓ）を求めて下式（５）のように細骨材の吸着水率βｏを得る。
この吸着水率βｏは遠心試験によっても細骨材から分離しない水量を指し、細骨材の内部空隙を満たしている水と表面に付着している水との合計量の質量百分率を意味する。
ｔａｎθ＝Ｗｚ／Ｓ＝βｏ （５）

このようにして得られた細骨材の吸着水率βｏと別途別の試験で求められたＪＩＳ表乾状態における細骨材内部の吸水率Ｑとにより、下式（３）を用いて細骨材の表面吸着水率β_ＯＨを求める。
β_ＯＨ ＝（βｏ−Ｑ）／（１＋Ｑ／１００） （３）
但し、βｏ：遠心試験で求められた細骨材の吸着水率（％）
Ｑ：ＪＩＳの試験で求められる細骨材内部の吸水率（％）
そして、得られた表面吸着水率β_ＯＨを上記（４）式に代入して一次水量Ｗ１を定めることができる。
特許第２５９７８３５号公報 特許第３３１８５８０号公報 特許第３４４８６３４号公報

ところで、従来は分割練り工法による最適な一次水量Ｗ１を決定するに当っては上述した２種類の試験を実施しなければ一次水量を決定できなかった。
しかしながら、トルク試験に関しては、乾いたセメントまたは混合粉体である粉体に徐々に水を加えて試験を行うことから、その途中工程において図１０に示すようなベンデュラおよびファニュキュラの段階を通過することになり、図１３に示すようにこれらの状態域で形成された粉体ダマ（水と混ざらない粉体の塊）が最後まで存在してしまう。そのため、ピーク値を得ても理想的なキャピラリー状態は作り出せず、セメントまたは混合粉体の正確な拘束水率αの値が求められないという欠点がある。

さらに、図１１に示すようなトルク値が最大になる手前の領域Ｅでは、ミキサの負荷電流値がピーク値まで上昇する過程で一時的に略Ｖ字状に落ち込む現象を呈する。その原因は次の通りである。
図１４に示すトルク試験において、試料粉体であるセメントまたは混合粉体を収容したミキサ容器２内でミキサ３によって試料粉体のペースト１を練り混ぜする工程で、試料粉体ペースト１がミキサ３のパドル３ａに固着し、固着したペースト塊とミキサ容器２の内壁面とのせん断抵抗がペースト塊内のそれより小さくなる。この界面では水の薄い層が発生してこの部分でせん断すべりを起こすため、キャピラリー状態であってもせん断抵抗値が小さくなり、ミキサ３のトルク値が略Ｖ字状に小さく落ち込んでしまうのである。
その後、さらに水を加えることにより図１５のように固着したペースト塊が流動性を得てミキサ容器２の内壁面との摩擦抵抗とペースト内部のせん断抵抗値が増大して、負荷電流値が上昇してピーク値に至る。

このような負荷抵抗の変動の過程で、ペースト中に粉体ダマが生成されたり、大気圧下で混練するためにセメント粒子間に微量な空気が混入して気泡や空気層等が生じたりする。この微量な空気泡や空気層は拘束水率α値検出の精度に少なからず影響を及ぼすという欠点がある。
また、粉体として、シリカフュームのような超微粒子をセメント粉に添加もしくはその一部を置換・混合した混合粉体においては、図１６に示すようにその超微粒子５が比較的大きい粒子であるセメント粒子６の表面に付着し、セメント等の粉体に対してベアリング効果によりせん断抵抗を少なくする現象を生じる。そのため、トルク試験によってセメントまたは混合粉体の真のキャピラリー領域を判定することは難しかった。

本発明は、このような実情に鑑みて、種々の悪影響を与えるトルク試験を行うことなく一次水量を決定するようにした分割練り混ぜ工法における一次水量決定方法を提供することを目的とする。

本発明による分割練り混ぜ工法における一次水量決定方法は、骨材に一次水量（Ｗ１）を加えて調整練りを行い、その後セメントまたはセメントにセメント以外の粉体を混合した混合粉体等からなる粉体を加えて練り混ぜ、更に全水量から一次水量を除去した二次水量を加えて練り混ぜることでモルタルまたはコンクリートを製造するようにした分割練り混ぜ工法において、粉体をスラリー状態にして、遠心加速度４００Ｇ以上による遠心脱水試験によって粉体の拘束水率（αＧ）と骨材の吸着水率（βｏ）とを求めて一次水量（Ｗ１）を決定するようにしたことを特徴とする。
本発明によれば、骨材の吸着水率（βｏ）だけでなく、粉体の拘束水率（αＧ）を遠心脱水試験によって求めるようにしたため、キャピラリー領域決定に種々の悪影響を与えるトルク試験を行うことなく粉体の拘束水率（αＧ）と骨材の吸着水率（βｏ）に基づいて一次水量（Ｗ１）を精度良く決定できる。
しかも、粉体をキャピラリー状態よりも含水率の高いスラリー状態にした後に遠心脱水試験にかけることで、粉体はスラリー状態の水分が徐々に脱水されてキャピラリー状態に近くなる。従来のトルク試験では、粉体について、キャピラリー状態よりも含水率の小さい状態から徐々に加水してキャピラリー状態に調整するようにしたが、本発明では粉体をキャピラリー状態よりも含水率の高いスラリー状態に調整しておくことで、粉体粒子が十分分散されて間隙に水が満された状態になるため、確実に粉体ダマのない状態にすることができ、しかもスラリー状態にするために大気圧下で混練してもセメント粒子間に微量な空気が混入して気泡や空気層等が生じることがなく、拘束水率αＧの検出精度に影響を及ぼさない。
また、粉体として、シリカフュームのような超微粒子をセメント粉と混合した混合粉体であっても、スラリー状態にするために超微粒子が比較的大きい粒子であるセメント等の表面に付着することがなく、大小個々の粉体や超微粒子が互いに遊離状態に保持されるためにセメント等の粉体に対して超微粒子がベアリング効果を生じないし、せん断抵抗がベアリング効果で小さくなることはない。

本発明による分割練り混ぜ工法における一次水量決定方法は、骨材に一次水量（Ｗ１）を加えて調整練りを行い、その後セメントまたはセメントにセメント以外の粉体を混合した混合粉体からなる粉体を加えて練り混ぜ、更に全水量から一次水量を除去した二次水量を加えて練り混ぜることでモルタルまたはコンクリートを製造するようにした分割練り混ぜ工法において、粉体をスラリー状態にして、遠心加速度４００Ｇ以上による遠心脱水試験によって粉体の拘束水率（αＧ）と骨材の吸着水率（βｏ）とを求め、該吸着水率（βｏ）から表面吸着水率βＯＨを求めて、下記（２）式により一次水量（Ｗ１）を決定するようにしたことを特徴とする。
Ｗ１＝{（αＧ×Ｔ）／１００}×Ｆ＋（βＯＨ／１００×Ｓ） （２）
但し、Ｗ１：一次水量（kg／m3）
αＧ：遠心力試験で求められた拘束水率（Ｙ切片の値）（％）
Ｔ：係数（Ｔ＝１．０〜１．５）
βＯＨ：骨材の表面吸着水率（％）
Ｆ：単位粉体（kg／m3）
Ｓ：単位細骨材（繊維材を含む）重量（kg／m3）
本発明では、骨材の吸着水率（βｏ）だけでなく、従来トルク試験で求めていた粉体の拘束水率（αＧ）も遠心脱水試験で求めるようにしたため、トルク試験の際に生じる悪影響を生じることなく拘束水率（αＧ）を決定でき、また粉体の吸着水率（βｏ）から表面吸着水率βＯＨを求めて、（２）式によって一次水量（Ｗ１）を決定できる。特に遠心脱水試験で求めた拘束水率（αＧ）については１．０〜１．５の範囲内の係数Ｔを乗算することで、ブリーディング率の最も小さいコンクリートまたはモルタルを製造できる。また拘束水率（αＧ）を係数Ｔで補正して補正拘束水率（αｏ）を得ている。しかも、粉体をキャピラリー状態よりも含水率の高いスラリー状態にした後に遠心脱水試験にかけることで、粉体はスラリー状態の水分が徐々に脱水されてキャピラリー状態に近くなる。本発明では粉体をキャピラリー状態よりも含水率の高いスラリー状態に調整しておくことで、粉体粒子が十分分散されて間隙に水が満された状態になるため、確実に粉体ダマのない状態にすることができ、しかもスラリー状態にするために大気圧下で混練してもセメント粒子間に微量な空気が混入して気泡や空気層等が生じることがなく、拘束水率αＧの検出精度に影響を及ぼさない。
なお、単位粉体Ｆとは、骨材に一次水量Ｗ１に加えた後で加える単位体積当たりの重量の粉体を意味し、粉体がセメントであれば単位セメントＣ（kg／m3）、後述の混合粉体Ａ，Ｂ，Ｃであればそれぞれ単位混合粉体ＰＡ（kg／m3）、ＰＢ（kg／m3）、ＰＣ（kg／m3）を意味する。

なお、吸着水率βｏから下記（３）式によって表面吸着水率β_ＯＨを求めることが好ましい。
β_ＯＨ ＝（βｏ−Ｑ）／（１＋Ｑ／１００） （３）
但し、Ｑ：ＪＩＳの試験で求められる細骨材の内部の吸水率（％）

上述のように本発明による分割練り混ぜ工法の一次水量決定方法によれば、粉体の拘束水率（αＧ）を遠心脱水試験によって求めることができ、キャピラリー領域決定に種々の悪影響を与えるトルク試験を行うことなく粉体の拘束水率（αＧ）と骨材の吸着水率（βｏ）に基づいて一次水量（Ｗ１）を精度良く決定できる。そのため、粉体の拘束水率（αＧ）と細骨材の吸着水率（βｏ）によってブリーディング率の小さいコンクリートまたはモルタルが得られる。

また、遠心脱水試験前の粉体をスラリー状態にしたから、粉体粒子が十分分散されて間隙に水が満された状態になるため、粉体ダマのない状態にすることができ、しかもスラリー状態にするために大気圧下で混練しても粉体粒子間に微量な空気が混入して気泡や空気層等が生じることがなく、拘束水率αＧの検出精度に悪影響を及ぼさない。そして遠心脱水試験によって粉体はスラリー状態の水分が徐々に脱水されてキャピラリー状態に近くなる。粉体がシリカフュームのような超微粒子を粉体粒子と混合した混合粉体であっても、スラリー状態にするために超微粒子が比較的大きい粒子であるセメント等の表面に付着することがなく、粉体粒子や超微粒子が互いに遊離状態に保持されるためにセメント等の粉体に対して超微粒子がベアリング効果を生じないし、せん断抵抗がベアリング効果で小さくなることはない。

次に本発明の実施の形態について添付図面を参照して説明する。
図１乃至図７は実施の形態による分割練り混ぜ工法の一次水量決定方法を示すもので、図１はコンクリート・モルタルの練り混ぜ工程を示す工程図、図２は遠心試験による各種粉体について遠心加速度と拘束水率αＧ（Ｙ切片）との関係を示す図、図３は遠心試験におけるモルタル配合比と遠心試験後の残留水粉体比との関係を一次回帰直線で示す図、図４、図５、図６はモルタル（粉体）配合比Ｓ／Ｃ，Ｓ／ＰＡ、Ｓ／ＰＢ毎に普通セメントと混合粉体Ａ、Ｂとの補正拘束水率αｏとコンクリート・モルタルのブリーディング率との関係を示す図、図７は遠心試験後のセメントまたは混合粉体の粉体粒子と水との構造を示す図である。
なお、本実施形態では、各種粉体として、例えばセメント粉のみ、またはセメントにセメント以外のシリカヒューム、スラグ、石灰石粉末等を適宜混合した混合粉体等を採用するものとし、これらを総称して粉体ということがある。
本実施形態による分割練り混ぜ工法は概略で図１に示すフロー図に沿って行われている。即ち、細骨材Ｓ（粗骨材を含んでいてもよい）からなる骨材に一次水量Ｗ１を添加して調整練りを行い、各細骨材の全周に水分を均等に付着させ、その後、分散材として所要量のセメントＣまたは混合粉体を添加して一次練り混ぜを行い、各細骨材の周囲にキャピラリー状態のセメントまたは混合粉体が付着して造殻される。そして全水量から一次水量Ｗ１を除去した二次水量Ｗ２（及び必要なら混和剤）を添加して二次練り混ぜを行うことで、セメントや混合粉体が良く分散して均質なコンクリートが得られることになる。

このような良質なコンクリートを製造するためには、添加する全水量Ｗ（＝Ｗ１＋Ｗ２）のうち特に一次水量Ｗ１の決定が重要な要素となっていることが知られている。
ところで、従来、分割練り混ぜ工法で一次水量決定方法を実施するには、基本式（４）によって最適一次水量Ｗ１（ｋｇ／ｍ^３）を決定していた。この場合、未知数であるβ_ＯＨは遠心試験によって設定し、拘束水率αについてはトルク試験によって決定していた。
Ｗ１＝（α／１００）×Ｃ＋（β_ＯＨ／１００）×Ｓ （４）
但し、α：粉体の拘束水率（％）
Ｆ：単位粉体（ｋｇ／ｍ^３）
β_ＯＨ：細骨材の表面吸着水率（％）
Ｓ：単位細骨材量（ｋｇ／ｍ^３）
なお、単位粉体Ｆとは、骨材に一次水量Ｗ１に加えた後で加える単位体積当たりの重量の粉体を意味し、粉体がセメントであれば単位セメントＣ（kg／m³）、後述の混合粉体Ａ，Ｂ，Ｃであればそれぞれ単位混合粉体ＰＡ（kg／m³）、ＰＢ（kg／m³）、ＰＣ（kg／m³）を意味する。
しかし、上述したようにトルク試験で得られた拘束水率αは、粉体ダマ、空気泡や空気層により、またベアリング効果等により、セメントや混合粉体の真のキャピラリー領域を判定する事が難しかった。
そのため、本実施形態による分割練り混ぜ工法における一次水量決定方法は、トルク試験を行わずに遠心試験のみによって各種粉体の拘束水率αＧと細骨材の吸着水率βｏとを決定して一次水量Ｗ１を設定するようにしたものである。

次に、本実施形態による、遠心試験を用いた拘束水率αＧの求め方について以下に説明する。
拘束水率αＧを求めるための遠心試験について図１及び図２に沿って説明する。
先ずミキサ容器内に投入した所定量のセメントまたは混合粉体に水を徐々に加えながらミキサで攪拌して混練りする。この場合の水セメント比または水混合粉体比をセメントまたは混合粉体のキャピラリー状態よりも水量の多いスラリー状態に設定する。
ここでキャピラリー状態とは、セメント粉や混合粉体等における粉体と粉体とが互いに接触せず粒子表面の活性によって形成された液膜によって不連続であり且つ粉体間が水で満たされ空気が混入していない状態をいう。そのため、スラリー状態にするにはキャピラリー状態よりも水分を相当量多くし、例えばセメント（または混合粉体）の重量Ｃに対して３０重量％程度以上の水分を加えた状態にする。スラリー状態ではセメントまたは混合粉体に対して水がしゃぶしゃぶの状態で含まれている。そのために粉体ダマは生じないし、セメント粉体やシリカヒューム等の超微粒子間に空気泡や空気層等の混入がなくベアリング効果等も生じない。
なお、図２に示す例では、粉体として下記表１に示す普通セメント、混合粉体Ａ，Ｂ，Ｃの４種類を用意した。普通セメントは例えば普通ポルトランドセメント、混合粉体Ａは普通セメントにシリカヒュームと石灰石微粉末を僅かに混合したもの、混合粉体Ｂは普通セメントに石灰石微粉末を僅かに混合したもの、混合粉体Ｃは普通セメントに高炉スラグ微粉末を僅かに混合したものである。粉体（モルタル）の配合について、単位体積当たりの普通ポルトランドセメントのセメント量（ｋｇ／ｍ^３）をＣ，混合粉体Ａの粉体量（ｋｇ／ｍ^３）をＰＡ、混合粉体Ｂの粉体量（ｋｇ／ｍ^３）をＰＢとした。
また細骨材として表２に示すものを用いた。

スラリー状態の普通セメント、混合粉体Ａ，Ｂ，Ｃを特許文献２等に記載された遠心分離機に収容して回転させて遠心力を作用させる遠心試験を行う。
この場合、図２において、各粉体を収容した遠心分離機の回転数を変えて、試料に作用する遠心力の大きさを最大１０００Ｇ（Ｇは、重力加速度）まで変化させ、遠心力の作用時間３０分間とした場合、スラリー状態の粉体中の水分が遠心力の増加とともに減少する。特に加速度Ｇが４００Ｇを越えると各粉体は水分含有率即ち拘束水率αＧ（％）（Ｙ切片ともいう）が徐々に各一定値に近づいて収束することになる。各粉体は拘束水率が一定値αＧ（％）に収束することによってスラリー状態からキャピラリー状態またはこれに近い領域になる。
遠心試験後における各粉体粒子のセメントまたは混合粉体のペーストの粉体粒子と水との構造状態は図７に示すものとなり、キャピラリー状態またはこれに近い。即ち、粉体粒子のダマが無く、空気の巻き込みも無い状態で粉体粒子同士または粉体粒子及び超微粒子が個々に存在し、最小の間隙量となり、その間隙に水が満たされた状態となっている。すなわち、最密充填に近い状態である。

ここで、図２に示すように各粉体即ち普通セメント、混合粉体Ａ，Ｂ，Ｃにおいて遠心加速度が４００Ｇ以上であれば拘束水率αＧはそれぞれ一定値に収束するが、各粉体の拘束水率αＧは、シリカヒューム、石灰石粉末、高炉スラグ粉末等のセメント以外の粉体を含有するか否か、また混合する粉体の種類及び割合に応じて多少相違する固有の値を示す。

本発明者らは、遠心試験を経た一次水量Ｗ１を決定するのに必要な拘束水率αＧ（％）に関し、更に所定量率の水分を追加すると各粉体の流動性が増して一層、真のキャピラリー状態になることを試験により見いだした。この追加すべき水分量率を係数Ｔとして、拘束水率αＧに乗算することで補正拘束水率αｏが得られる。この補正拘束水率αｏによって決定した一次水量Ｗ１と二次水量Ｗ２によって、得られたコンクリートまたはモルタルのブリーディング率が拘束水率αＧで一次水量Ｗ１と二次水量Ｗ２を決定した場合より減少して最小限になることがわかった。
この場合の係数Ｔは各種の粉体（モルタル）配合比Ｓ／Ｃ、Ｓ／ＰＡ、Ｓ／ＰＢ、Ｓ／ＰＣの値にかかわらず、１．０〜１．５の範囲であることが好ましく、この範囲内であれば最小限のブリーディング率のコンクリートまたはモルタルが得られる。なお、係数Ｔが１．０の場合とは補正拘束水率αｏ＝拘束水率αＧであるから、一次水量Ｗ１の演算に拘束水率αＧを補正拘束水率αｏとして（２）式または（４）式に用いてもよいことになる。

次に係数Ｔについて図３乃至図６により説明する。
粉体として例えば普通ポルトランドセメント（以下、普通セメントという）と混合粉体Ａ、Ｂ、Ｃのうち混合粉体Ａ、Ｂを一例として選択して表１に示す物性で用いる。細骨材は表２に示す物性のものを用いる。拘束水率αＧの決定に際して、各粉体に水をその３０％以上添加してスラリー状態として遠心試験を行った。遠心試験では図２に示すように加速度Ｇを徐々に上昇させ、４００Ｇ以上の加速度を３０分間かけて収束した一定値の拘束水率αＧは、普通セメントでは例えば１６．３％、混合粉体Ａでは１７．７％、混合粉体Ｂでは１４．９％であった（図３参照）。また参考例としてトルク試験により拘束水率αを求めると、２５％であった。
さらに、骨材と粉体（モルタル）の配合比をＳ／Ｃ、Ｓ／ＰＡ、Ｓ／ＰＢとして、Ｓ／Ｃ＝Ｓ／ＰＡ＝Ｓ／ＰＢ＝１，２，３を横軸に、残留水粉体（セメント）比Ｗｚ／Ｃ、Ｗｚ／ＰＡ、Ｗｚ／ＰＢを縦軸にとって遠心試験を行い、得られた細骨材の拘束水率βｏは、普通セメントで３．８８％、混合粉体Ａで４．１９％、混合粉体Ｂで３．７３％であった（図３参照）。なお、ＪＩＳ試験で求めた細骨材の内部の吸水率Ｑを１．２９％として、（３）式で求めた吸着水率β_ＯＨは２．５６％であった。

そして、表３に示すように、普通セメントに関し、Ｓ/Ｃ＝１．０、２．０、３．０の３種類について、拘束水率αＧに対して補正する係数Ｔを漸次変化させ、（２）式により一次水量Ｗ１を順次決定した。モルタルの流動性がフロー値（２０００ｍｍ程度）となるよう、Ｓ／Ｃ＝１．０の場合に予め定められた全水量Ｗ／Ｃ＝４５％、Ｓ/Ｃ＝２．０の場合に全水量Ｗ／Ｃ＝５７％、Ｓ/Ｃ＝３．０の場合に全水量Ｗ／Ｃ＝６５％とした。
次に重量Ｓの細骨材の配合比（Ｓ／Ｃ）にもとづき決定された一次水量Ｗ１で調整練りを行い、普通セメントを所定量Ｃ（ｋｇ/ｃｍ^３）加えて一次練り混ぜ混合し、更に二次水量Ｗ２を加えて二次練り混ぜしてモルタルを製造した。

同様に、表４に示すように、混合粉体Ａに関し、セメントＣに微量のシリカフュームＳＦと石灰石微粉末ＬＳを加えたものとした。そして、Ｓ/ＰＡ＝１．０、２．０、３．０の３種類について、拘束水率αＧに対して補正する係数Ｔを漸次変化させ、（２）式により一次水量Ｗ１を順次決定した。モルタルの流動性がフロー値（２０００ｍｍ程度）となるよう、Ｓ／ＰＡ＝１．０の場合に予め定められた全水量Ｗ／Ｐ＝４３％、Ｓ/Ｐ＝２．０の場合に全水量Ｗ／ＰＡ＝５２％、Ｓ／ＰＡ＝３．０の場合に全水量Ｗ／ＰＡ＝６４％とした。
そして、重量Ｓの細骨材の配合比（Ｓ／ＰＡ）にもとづき決定された一次水量Ｗ１で調整練りを行い、混合粉体Ａを所定量ＰＡ（ｋｇ/ｃｍ^３）加えて一次練り混ぜ混合し、更に二次水量Ｗ２を加えて二次練り混ぜしてモルタルを製造した。

同様に、表５に示すように、混合粉体Ｂに関し、セメントＣに微量の石灰石微粉末ＬＳを加えたものとした。そして、Ｓ/ＰＢ＝１．０、２．０、３．０の３種類について、拘束水率αＧに対して補正する係数Ｔを漸次変化させ、（２）式により一次水量Ｗ１を順次決定した。モルタルの流動性がフロー値（２０００ｍｍ程度）となるよう、Ｓ／ＰＢ＝１．０の場合に予め定められた全水量Ｗ／ＰＢ＝４５％、Ｓ/ＰＢ＝２．０の場合に全水量Ｗ／ＰＢ＝５５％、Ｓ／ＰＢ＝３．０の場合に全水量Ｗ／ＰＢ＝６７％とした。
そして、重量Ｓの細骨材の配合比（Ｓ／ＰＢ）にもとづき決定された一次水量Ｗ１で調整練りを行い、混合粉体Ｂを所定量ＰＢ（ｋｇ/ｃｍ^３）加えて一次練り混ぜ混合し、更に二次水量Ｗ２を加えて二次練り混ぜしてモルタルを製造した。

普通セメントモルタルではＳ/Ｃ＝１．０、２．０、３．０において、係数Ｔを変化させて各補正拘束水率αｏ（＝αＧ×Ｔ）に応じた一次水量/普通セメント量Ｗ１／Ｃ（％）を演算し、得られたモルタルのブリーディング率（％）を測定すると表３に示す結果が得られた。
また、混合粉体ＡモルタルではＳ／ＰＡ＝１．０、２．０、３．０において、係数Ｔを変化させて各補正拘束水率αｏ（＝αＧ×Ｔ）に応じた一次水量/混合粉体Ａ量Ｗ１／ＰＡ（％）を演算し、得られたモルタルのブリーディング率（％）を測定すると表４に示す結果が得られた。
また、混合粉体ＢモルタルではＳ／ＰＢ＝１．０、２．０、３．０において、係数Ｔを変化させて各補正拘束水率αｏ（＝αＧ×Ｔ）に応じた一次水量/混合粉体Ｂ量Ｗ１／ＰＢ（％）を演算し、得られたモルタルのブリーディング率（％）を測定すると表５に示す結果が得られた。
そして、比較例として、トルク試験で得た拘束水率α＝２５％に基づいて（４）式で一次水量Ｗ１を決定し、普通セメント及び混合粉体Ａ、Ｂを用いた各モルタルのブリーディング率（％）を測定した。また、一次水量Ｗ１と二次水量Ｗ２に分割せず一括して全水量Ｗを骨材と普通セメントと混合粉体Ａ、Ｂにそれぞれ混ぜ込んで一括練りして各モルタルを得て、そのブリーディング率（％）を測定した。

表３のＳ/Ｃ＝１．０、２．０、３．０の場合において、補正拘束水率αｏを横軸にとり、ブリーディング率（％）を縦軸にとって表３の結果を図４にプロットした。また、表４のＳ/ＰＡ＝１．０、２．０、３．０の場合において、補正拘束水率αｏを横軸にとり、ブリーディング率（％）を縦軸にとって表４の結果を図５にプロットした。また、表５のＳ/ＰＢ＝１．０、２．０、３．０の場合において、補正拘束水率αｏを横軸にとり、ブリーディング率（％）を縦軸にとって表５の結果を図６にプロットした。
図４に示す結果から、Ｓ/Ｃ＝１．０、２．０、３．０の全ての場合に、係数Ｔ＝１．０〜１．５の範囲内での補正拘束水率αｏのブリーディング率が最も低く好ましい領域になるという結果が得られた。また図５、図６に示す結果から、Ｓ/ＰＡ＝Ｓ/ＰＢ＝１．０、２．０、３．０の全ての場合に、係数Ｔ＝１．０〜１．５の範囲内でブリーディング率が最も低く好ましい領域になるという結果が得られた。
即ち、係数Ｔが１．０〜１．５の範囲内であればブリーディング率の低い良好なモルタルを得られる。
他方、トルク試験で検出した拘束水率αに基づいて決定した一次水量Ｗ１によるモルタルのブリーディング率は、普通セメント、混合粉体Ａのいずれも場合も、実施形態による係数Ｔ＝１．０〜１．５の範囲の好ましいブリーディング率に含まれていた。しかしながら、混合粉体Ｂの場合には、トルク試験で得た拘束水率αはブリーディング率が係数Ｔ＝１．０〜１．５の領域より高く、係数Ｔの良好な範囲を外れた係数Ｔ＝１．７〜１．８に相当する拘束水率であった。これは、負荷抵抗の変動の過程で、ペースト中に粉体ダマが生成されたりセメント粒子間に微量な空気が混入して気泡や空気層等が生じたりして、拘束水率α値検出の精度に悪影響を及ぼしたためと推測される。
また、一括練りによる場合のブリーディング率は実施形態の範囲（αｏ＝αＧ×Ｔ）やトルク試験の場合（α）よりもかなり悪かった。
上述の表３、表４及び表５と図４、図５及び図６に示す結果から、遠心試験で得られた各拘束水率αＧ（Ｙ切片）に対して重力加速度の場で脱水される水分量を係数Ｔによって補正することにより、キャピラリー状態の含有水分量である補正拘束水率αｏとの相関関係が得られる。そして、トルク試験で得た拘束水率αより正確で安定した補正拘束水率αｏが得られた。

次に、遠心試験によって上記４種類の粉体のうちの普通セメントと混合粉体Ａ、Ｂについて細骨材の吸着水率βｏを求め、細骨材の表面吸着水率β_ＯＨを上記（３）式によって求める。
一例として図３に示すように普通セメントと混合粉体Ａ、Ｂについての吸着水率βｏを求める。そのため、コンクリートまたはモルタルに含有される細骨材、水、普通セメントまたは混合粉体Ａ、Ｂからなる各試料に関し、遠心試験後の残留含水量をＷｚ、粉体である普通セメント、混合粉体Ａ、Ｂの重量をＣ、ＰＡ、ＰＢとすると残留水粉体比はＷｚ／Ｃ、Ｗｚ／ＰＡ、Ｗｚ／ＰＢとなる。また、細骨材の重量Ｓと普通セメント、混合粉体Ａ、Ｂとの重量のモルタル配合比はＳ／Ｃ、Ｓ／ＰＡ、Ｓ／ＰＢとなる。
ここで、細骨材と粉体の配合比Ｓ／Ｃ、Ｓ／ＰＡ、Ｓ／ＰＢをそれぞれ０，１，２，３に設定し、各配合比Ｓ／Ｃ、Ｓ／ＰＡ，Ｓ／ＰＢで上述した遠心試験を３回づつ繰り返し行って各平均値を算出する。次に各Ｓ／Ｃ、Ｓ／ＰＡ，Ｓ／ＰＢ毎にセメントペースト（バインダ）分の普通セメントまたは混合粉体Ａ、Ｂの重量Ｃ、ＰＡ、ＰＢに対する残留含水量Ｗｚの割合Ｗｚ／Ｃ、Ｗｚ／ＰＡ、Ｗｚ／ＰＢの平均値を求める。

このようにして得られた各Ｓ／Ｃ、Ｓ／ＰＡ，Ｓ／ＰＢとＷｚ／Ｃ、Ｗｚ／ＰＡ，Ｗｚ／ＰＢとの関係を図３にプロットする。図中、Ｓ／Ｃ、Ｓ／ＰＡ、Ｓ／ＰＢを横軸、Ｗｚ／Ｃ、Ｗｚ／ＰＡ、Ｗｚ／ＰＢを縦軸にとる。図３において、これらの関係を直線回帰して、この近似直線の傾きをθとすると、細骨材の重量Ｓに対する残留含水量Ｗｚの割合（Ｗｚ／Ｓ）を求めて下式（５）のように細骨材の吸着水率βｏを得る。この吸着水率βｏは遠心試験によっても細骨材から分離しない水量を指し、細骨材の内部空隙を満たしている水と表面に付着している水との合計量の質量百分率を意味する。
ｔａｎθ＝Ｗｚ／Ｓ＝βｏ （５）
遠心脱水試験では、骨材及び粉体の配合比Ｓ／Ｃ、Ｓ／ＰＡ、Ｓ／ＰＢと残留水及び粉体の比Ｗｚ／Ｃ、Ｗｚ／ＰＡ、Ｗｚ／ＰＢとの関係で得られる一次回帰式の勾配から骨材の吸着水率βｏを求めている。図３に示すように、一次回帰式のＹ切片は、Ｙ軸上における骨材を含まない（Ｓ／Ｃ＝Ｓ／ＰＡ＝Ｓ／ＰＢ＝０）粉体の拘束水率（水粉体比）αＧを示す。

このようにして得られた細骨材の吸着水率βｏと別の試験で求めたＪＩＳ表乾状態における吸水率Ｑとにより、下式（３）を用いて細骨材の表面吸着水率β_ＯＨを求める。
β_ＯＨ ＝（βｏ−Ｑ）／（１＋Ｑ／１００） （３）
但し、Ｑ：ＪＩＳの試験で求められる細骨材の内部の吸水率（％）
遠心試験で求めた拘束水率αＧ，設定された係数Ｔ、そして細骨材の吸着水率βｏから（３）式で求めた表面吸着水率β_ＯＨ を（４）式に代入すると、（２）式が得られる。
Ｗ１＝{（αＧ×Ｔ）／１００}×Ｆ＋（β_ＯＨ／１００）×Ｓ （２）
なお、Ｆは単位体積（ｃｍ^３）当たりの普通セメント、混合粉体Ａ，Ｂ，Ｃ等各種の粉体重量である。

このようにして決定された一次水量Ｗ１に基づいて分割練り混ぜ工法に用いると、細骨材からなる骨材に一次水量Ｗ１を加えて調整練りを行うことで各骨材の全周に水分を均等に付着させることができる。その後、所要量の普通セメントまたは混合粉体Ａ、Ｂ（または混合粉体Ｃ）を加えて練り混ぜることで骨材の周囲にキャピラリー状態のセメントまたは混合粉体Ａ、Ｂ（または混合粉体Ｃ）が付着して造殻される。
次に造粒された骨材に、投入すべき全水量Ｗから一次水量Ｗ１を除去した二次水量Ｗ２（と必要であれば混和材）を加えて練り混ぜすることで、セメントが良く分散して均質なコンクリートまたはモルタルが得られることになる。この工法で得られたコンクリートまたはモルタルは保水性が高いためにブリーディングが少ない。
なお、図２に示すように普通セメントだけでなく混合粉体Ａ、Ｂ，Ｃでも遠心加速度が４００Ｇ以上で３０分間以上かければ拘束水率αＧ（Ｙ切片）の値は一定に収束する。その場合、図２に示すように粉体種類ごとに拘束水率αＧは異なり固有の値を示す。また、図３に示すように、同じ骨材を用いても遠心試験で得られる吸着水率βｏは用いる粉体の種類により異なることとなる。
そのため、一次水量Ｗ１を求めるためのパラメータである普通セメントや混合粉体Ａ，Ｂ，Ｃ等の粉体の拘束水率αＧおよび骨材の拘束水率β_ＯＨは、練混ぜに用いる粉体の性質により決定される。

上述のように本実施形態による一次水量Ｗ１の決定方法によれば、トルク試験を行うことなく普通セメントまたは混合粉体Ａ，Ｂ，Ｃ等の粉体をスラリー状態から遠心試験によってキャピラリー状態またはその近傍に調整する拘束水率αＧを得ることができる。特にトルク試験を行わないために、ベアリング効果によるせん断抵抗を少なくする現象を生じない等トルク試験による種々の悪影響を受けることなく、セメントまたは混合粉体の真のキャピラリー領域を判定して一次水量を決定できる。
しかも、粉体をスラリー状態とするために、粉体粒子や超微粒子が十分分散されて間隙に水が満された状態になり、粉体ダマが生じない上に、大気圧下で混練してセメント粒子間に気泡や空気層等が生じることがなく、拘束水率αＧの検出精度に悪影響を及ぼさない。また、粉体をスラリー状態にすることで、シリカフュームのような超微粒子をセメント粉に追加混合したり、一部置換して混合した混合粉体であっても、超微粒子がセメント粒子の表面に付着することがなく大小個々の粉体や超微粒子が互いに遊離状態に保持されるために、せん断抵抗がベアリング効果で小さくなることはない。
そして拘束水率αＧを係数Ｔで補正した補正拘束水率αｏを得ることで、コンクリートまたはモルタルのブリーディング率を最小にする最適な一次水量Ｗ１を決定できる。

なお、上述の実施の形態では、各数値を用いて説明したが、本発明は上述の数値のものに限定されるものではなく説明の都合上、単なる一例を提示したにすぎないことはいうまでもない。
また細骨材を含む骨材には繊維材を含んでいてもよい。

次に本発明の別の実施例について述べる。
粉体として普通ポルトランドセメント（普通セメント）と混合粉体Ａを用いてコンクリートを製造した。コンクリート中には細骨材と粗骨材と混和剤を混入することとした。普通セメントを用いたコンクリートの配合は下記表６に示す通りである。また、混合粉体Ａを用いたコンクリートの配合は下記表７に示す通りである。なお、表７において、混合粉体Ａの重量ＰＡはセメントＣにシリカヒュームＳＦと石灰石微粉末ＬＳを混合した重量であり、重量ＢはそのうちセメントＣにシリカヒュームＳＦを混合した重量である。
また、各コンクリートの配合中、細骨材と粗骨材の物性は下記表８に示す通りである。

そして上述の実施形態に示す方法で説明したように、それぞれコンクリートを製造した。
各コンクリートの製造に際して、拘束水率αＧは普通セメントと混合粉体Ａに水をその３０％以上添加してスラリー状態として遠心試験を行うことで得た。遠心試験では加速度Ｇを徐々に上昇させ、４００Ｇ以上の加速度を３０分間かけて収束させることで各拘束水率αＧを得た。普通セメントコンクリートの拘束水率αＧ＝１６．３、混合粉体Ａの拘束水率αＧ＝１７．７であった。参考例として求めたトルク試験による普通セメントコンクリートの拘束水率α＝２４．０、混合粉体Ａの拘束水率α＝２２．０であった。
さらに、各粉体の配合に基づいて遠心試験を行い、得られた細骨材の拘束水率βｏは、普通セメントで３．８８％、混合粉体Ａで４．１９％であった。なお、ＪＩＳ試験で求めた細骨材の内部の吸水率Ｑを１．２９％として、（３）式で求めた吸着水率β_ＯＨは普通セメントコンクリートで２．５６％、混合粉体Ａコンクリートで２．８６％であった。

そして、表９に示すように、普通セメントと混合粉体Ａに関し、拘束水率αＧに対して補正する係数Ｔを漸次変化させ、（２）式により一次水量Ｗ１を順次決定した。モルタルの流動性がフロー値（２０００ｍｍ程度）となるよう、予め定められた全水量Ｗ／Ｃ＝５３％、Ｗ／ＰＡ＝５５％とした。
次に重量Ｓの細骨材の配合量（Ｓ／Ｃ、Ｓ／ＰＡ）にもとづき決定された一次水量Ｗ１で調整練りを行い、普通セメント、混合粉体Ａを所定量Ｃ、ＰＡ加えて一次練り混ぜ混合し、更に二次水量Ｗ２を加えて二次練り混ぜして普通セメントコンクリートと混合粉体Ａコンクリートを製造した。そして普通セメント及び混合粉体Ａを用いた各コンクリートのブリーディング率（％）をそれぞれ測定した。
これに対し、トルク試験で検出した拘束水率αに基づいて決定した一次水量Ｗ１による各コンクリートのブリーディング率は、普通セメントで、１．６０％、混合粉体Ａで２．１４％であり、いずれも場合も、係数Ｔ＝１．０〜１．５の範囲の好ましいブリーディング率に含まれていた。また、一括練りによる場合のブリーディング率は実施形態の良好な範囲よりも悪かった。

これらのデータについて一次水量Ｗ１を決定する補正拘束水率αｏを横軸に、各コンクリートのブリーディング率を縦軸にとって各測定値をプロットすると、普通セメントコンクリートについては図８、混合粉体Ａについては図９に示す結果が得られた、各図中で、Ｔ＝１〜１．５の範囲内でのブリーディング率が最も低かった。本発明の効果を裏付けられた。
なお、この第二実施例ではトルク試験で得た拘束水率αによっても同様な効果が得られたが、第一実施例における混合粉体Ｂの場合のように、トルク試験を用いると、負荷抵抗の変動の過程で、ペースト中に粉体ダマが生成されたりセメント粒子間に微量な空気が混入して気泡や空気層等が生じたりして、拘束水率αが好適な補正拘束水率αｏの範囲を外れる場合があり、拘束水率α値検出の精度が不安定になる欠点がある。

コンクリート・モルタルの分割練り混ぜ工程を示す工程図である。 遠心試験による各種粉体について遠心加速度と拘束水率αＧ（Ｙ切片）との関係を示す図である。 遠心試験におけるモルタル配合比と遠心試験後の残留水粉体比との関係を一次回帰直線で示す図である。 係数Ｔとの関係で、Ｓ／Ｃ毎に普通セメントの補正拘束水率αｏとコンクリート・モルタルのブリーディング率との関係を示す図である。 係数Ｔとの関係で、Ｓ／ＰＡ毎に混合粉体Ａの補正拘束水率αｏとコンクリート・モルタルのブリーディング率との関係を示す図である。 係数Ｔとの関係で、Ｓ／ＰＢ毎に混合粉体Ａの補正拘束水率αｏとコンクリート・モルタルのブリーディング率との関係を示す図である。 遠心試験後のセメントまたは混合粉体の粉体粒子と水との構造を示す図である。 実施例における普通セメントの補正拘束水率αｏと普通セメントコンクリートのブリーディング率との関係を示す図である。 実施例における混合粉体Ａの補正拘束水率αｏと混合粉体Ａコンクリートのブリーディング率との関係を示す図である。 含水率を変化させた場合の粉体粒子と水との一般的構造概念図である。 トルク試験における水セメント比（水混合粉体比）と負荷電流値との関係を示す図である。 遠心試験結果によるモルタル配合比と残留水粉体比の関係で得る一次回帰式の勾配を示す図である。 粉体ダマを形成した状態の粉体ペーストを示す概念図である。 トルク試験においてミキサで粉体ペーストを練り混ぜる状態を示すものであって、トルクがピーク値になる手前のＶ字状に落ち込む状態を示す図である。 トルク試験においてミキサで粉体ペースとを練り混ぜる状態を示すものであって、トルクがピーク値になった状態を示す図である。 セメントの粉体粒子の表面に超微粒子が付着した状態を示す図である。

Claims (1)

1. 骨材に一次水量（Ｗ１）を加えて調整練りを行い、その後セメントまたはセメントに他の粉体を混合した混合粉体からなる粉体を加えて練り混ぜ、更に全水量から一次水量を除去した二次水量を加えて練り混ぜることでモルタルまたはコンクリートを製造するようにした分割練り混ぜ工法において、
   前記粉体をスラリー状態にして、遠心加速度４００Ｇ以上による遠心脱水試験によって前記粉体の拘束水率（αＧ）と前記骨材の吸着水率（βｏ）とを求めて一次水量（Ｗ１）を決定するようにしたことを特徴とする分割練り混ぜ工法における一次水量決定方法。

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