JP6207010B2 - コンクリートの強度向上方法 - Google Patents

Description

本発明は、乾燥下に置かれたコンクリートの強度を向上させるコンクリート強度向上剤、該向上剤を含むコンクリート、該コンクリートの製造方法、および該向上剤を用いたコンクリートの強度向上方法に関する。なお、本発明でいうコンクリートは、コンクリートのほかに、モルタルおよびセメントペースト硬化体を含む概念である。

コンクリートの強度発現性はセメントの水和に依存する。したがって、コンクリートの強度発現性を高めるためには、水分に富む環境下でコンクリートを養生するのが望ましい。かかる養生方法には、水中養生、蒸気養生、封緘養生、湿潤養生、膜養生、およびシート養生等がある。これらの中で、水中養生から膜養生までの方法は小型のコンクリートに適用できても、大型のコンクリート構造物に適用するのは難しい。一方、シート養生は、前記方法と比べ養生効果は劣るものの、大型のコンクリート構造物に適用できる。そこで、コンクリート構造物の養生方法として、シート養生がいくつか提案されている。

例えば、特許文献１の方法は、コンクリートの打設直後に、型枠を含む打設箇所の側方全周を囲むように養生シートを配置し、前記打設箇所の上部から散水して前記養生シート内の湿度を維持して養生を行い、前記養生シート内にて脱型作業を行う。そして脱型後に、コンクリートの側面全周にエアシートを巻き付け、前記散水を引き続き行いながら養生を継続する方法である。
また、特許文献２の方法は、型枠の取り外し後、湿潤状態にあるコンクリート打設面に散水し、その上に、ベントナイトやセピオライト等の粘土鉱物の層の下側に吸水性の養生マット層を設けた養生シートを敷設する方法である。
さらに、特許文献３の方法は、型枠の内面に養生シートを貼付してコンクリートを打設し、該コンクリートの硬化後に前記型枠を除去した後も、前記養生シートを前記コンクリートの表面に接着した状態で残置する方法である。そして、前記養生シートは、中心に配置された断熱部材と、この断熱部材を挟むようにその両面に配置された一対の不透水性の接着フィルムからなるものである。
しかし、いずれの養生方法も、コンクリート構造物へ養生シートを適用したり除去するための手間がかかるほか、散水する場合はその手間も加わり、簡単な方法とはいえない。また、コンクリートの養生範囲は養生シートの広さに制限されるというシート養生特有の課題も残る。

特開２０１１−２０７０２８号公報 特開２０１２−２５１４０１号公報 特開平０９−１５８４７２号公報

したがって、本発明の課題は、乾燥状態でもコンクリートの強度発現性を向上（維持）させるコンクリートの強度向上方法を提供することにある。

そこで、本発明者らは、前記課題を解決する手段を種々検討したところ、下記の構成を有するコンクリートの強度向上方法は、前記課題を解決できることを見い出し、本発明を完成させた。
［１］下記（Ａ）工程および（Ｂ）工程を含む、コンクリートの強度向上方法。
（Ａ）複数の種類の配合の試験体を用いて乾燥収縮ひずみを測定し、該測定値と下記（２）式から求めたβ値に基づき、β値が１８以下のコンクリートの配合を選択する、配合選択工程。
εｔ＝εｆ×ｔ／（β＋ｔ） ・・・（２）
（式中、εｔは２０℃、相対湿度６０％の乾燥条件下での、乾燥期間ｔ日におけるコンクリートの乾燥収縮ひずみを表し、εｆは該乾燥条件下での、コンクリートの乾燥収縮ひずみの最終値を表し、βは乾燥収縮ひずみの経時変化を表わす係数を表わす。）
（Ｂ）前記選択した配合のコンクリートに、下記コンクリート強度向上剤（ａ）を複数の添加量添加して試験体を作製し、乾燥状態に置いた該試験体の圧縮強度を測定して、下記コンクリート強度向上剤の最適添加量を決定する、添加量決定工程。
ＲＯ（ＡＯ）ｎＨ・・・・（ａ）
（式中、Ｒは炭素数１〜６のアルキル基またはフェニル基を表し、Ａはエチレン基および／またはプロピレン基を表し、ｎは１〜１０の数を表す。）

本発明のコンクリートの強度向上方法は、乾燥状態でもコンクリートの強度を向上させることができる。

本発明のコンクリート強度向上剤を含むコンクリートと、含まないコンクリートの圧縮強度を比較した図である。 本発明のコンクリート強度向上剤を含むコンクリートと、含まないコンクリートの乾燥収縮ひずみの経時変化を示す図である。

以下にコンクリート強度向上剤、コンクリート、コンクリートの製造方法、および本発明のコンクリートの強度向上方法に分けて説明する。
１．コンクリート強度向上剤
該強度向上剤は下記（ａ）式の化学式で示される化合物である。
ＲＯ（ＡＯ）ｎＨ・・・・（ａ）
ただし、式中、Ｒは炭素数１〜６のアルキル基またはフェニル基を表し、Ａはエチレン基および／またはプロピレン基を表し、ｎは１〜１０の数を表す。
前記（ａ）式中のアルキル基は、例えば、メチル基、エチル基、１−プロピル基、２−プロピル基、１−ブチル基、２−ブチル基、ｔｅｒｔ−ブチル基、２−メチル−１−ブチル基、３−メチル−１−ブチル基、１−ペンチル基、２−ペンチル基、３−ペンチル基、２−メチル−１−ペンチル基、３−メチル−１−ペンチル基、４−メチル−１−ペンチル基、シクロペンチル基、１−へキシル基、２−へキシル基、３−へキシル基、１，１−ジメチル−１―ブチル基、１，１−ジメチル−２，２―ジメチル―１−エチル基、１−メチル−２−メチル−１−ブチル基、およびシクロへキシル基等が挙げられる。
また、コンクリート強度向上剤のＨＬＢ値は、好ましくは８以上で２０未満である。該値が該範囲内であれば、コンクリートの強度向上効果はより高い。前記ＨＬＢ値の下限は、より好ましくは１０、さらに好ましくは１２、特に好ましくは１３であり、前記ＨＬＢ値の上限は、より好ましくは１８、さらに好ましくは１６、特に好ましくは１５である。なお、本発明においてＨＬＢ値は、下記（１）式により求めることができる。
ＨＬＢ値＝２０×前記（ａ）式中の［Ｏ（ＡＯ）ｎＨ］部分の式量／前記（ａ）式の分子量 ・・・（１）
また、コンクリート強度向上剤は、前記（ａ）式で示される化合物を２種以上混合したものでもよい。この場合、該混合物のＨＬＢ値は、各化合物のＨＬＢ値の加重平均で表わす。
後掲の図１に示すように、コンクリート強度向上剤を用いると、２０℃、相対湿度６０％の乾燥条件下で、材齢９１日以降におけるコンクリートの圧縮強度が１０〜２０％程度向上する。

また、コンクリート強度向上剤は、下記（２）式を用いて求めたβ値が３０以下のコンクリートに用いると強度向上効果が高い。前記β値は好ましくは２６以下、より好ましくは２３以下、さらに好ましくは２０以下、特に好ましくは１８以下である。
εｔ＝εｆ×ｔ／（β＋ｔ） ・・・（２）
ただし、式中、εｔは２０℃、相対湿度６０％の乾燥条件下での、乾燥期間ｔ日におけるコンクリートの乾燥収縮ひずみを表し、εｆは該乾燥条件下での、コンクリートの乾燥収縮ひずみの最終値を表し、βは乾燥収縮ひずみの経時変化を表わす係数を表わす。
前記（２）式は、「２０１２年制定コンクリート標準示方書 設計編」の１０６頁に記載の下記式において、ｔを乾燥期間に、７をゼロ等に置き換えた式である。

前記（２）式中の乾燥収縮ひずみは、大きさが縦１００ｍｍ、横１００ｍｍ、長さ４００ｍｍの試験体を用いて、ＪＩＳ Ａ １１２９「モルタル及びコンクリートの長さ変化測定方法」に準拠するか、または、該試験体の中心部に設置した埋込型ひずみ計により測定できる。
また、前記（２）式中のβ値は、前記（２）式を用いて最小二乗法によるカーブフィッティングにより求めることができる。

本発明のコンクリート強度向上剤は、ナフタレンスルホン酸塩・ホルマリン縮合物等の高性能減水剤、ポリカルボン酸塩等の高性能ＡＥ減水剤、およびリグニンスルホン酸塩等の減水剤と、空気量調整剤、収縮低減剤、消泡剤、遅延剤、並びに硬化促進剤等から選ばれる１種以上の混和剤と併用できる。

２．コンクリート
コンクリートは、前記コンクリート強度向上剤をコンクリート１ｍ^３あたり１〜１２ｋｇ含んでなるものである。該強度向上剤の含有量が１ｋｇ未満では強度向上効果が低く、１２ｋｇを超えると該効果は飽和する傾向がある。前記含有量の下限は、好ましくは２ｋｇ、より好ましくは３ｋｇ、さらに好ましくは４ｋｇであり、前記含有量の上限は、好ましくは１０ｋｇ、より好ましくは９ｋｇ、さらに好ましくは８ｋｇである。
前記コンクリートは、例えば、普通コンクリート、暑中コンクリート、寒中コンクリート、マスコンクリート、流動化コンクリート、高流動コンクリート、高強度コンクリート、低発熱コンクリート、膨張コンクリート、プレストレストコンクリート、低収縮コンクリート、繊維補強コンクリート、軽量コンクリート、およびポリマーコンクリート等が挙げられる。
また、前記コンクリートに含まれるセメントは、普通ポルトランドセメント、早強ポルトランドセメント、超早強ポルトランドセメント、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、および耐硫酸塩ポルトランドセメント等のポルトランドセメント、高炉セメント、フライアッシュセメント、およびシリカセメント等の混合セメント、石炭灰含有セメント、白色セメント、並びにエコセメント等から選ばれる１種以上が挙げられる。
また、前記コンクリートに含まれる粗骨材は、川砂利、山砂利、砕石、スラグ粗骨材、および軽量粗骨材等から選ばれる１種以上が挙げられ、前記コンクリートに含まれる細骨材は、川砂、山砂、陸砂、海砂、砕砂、硅砂、スラグ細骨材、および軽量細骨材等から選ばれる１種以上が挙げられる。また、前記粗骨材や細骨材は天然骨材のほか、人工骨材や再生骨材を用いることができる。

３．コンクリートの製造方法
該コンクリートの製造方法は、前記β値が３０以下のコンクリートを対象として、前記コンクリート強度向上剤をコンクリート１ｍ^３あたり１〜１２ｋｇ添加して混練する方法である。
前記β値が３０以下のコンクリートの配合は、大きさが縦１００ｍｍ、横１００ｍｍ、長さ４００ｍｍの、複数の配合の試験体を用いて、ＪＩＳ Ａ １１２９「モルタル及びコンクリートの長さ変化測定方法」に準拠するか、または、該試験体の中心部に設置した埋込型ひずみ計により乾燥収縮ひずみ測定し、該測定値と前記（２）式から求めたβ値に基づき選択できる。

４．コンクリートの強度向上方法
該強度向上方法は、下記（Ａ）工程および（Ｂ）工程を含む方法である。
（Ａ）複数の種類の配合の試験体を用いて乾燥収縮ひずみを測定し、該測定値と前記（２）式から求めたβ値に基づき、β値が３０以下のコンクリートの配合を選択する、配合選択工程。
（Ｂ）前記選択した配合のコンクリートに、前記コンクリート強度向上剤を複数の添加量添加して試験体を作製し、乾燥状態に置いた該試験体の圧縮強度を測定して、前記コンクリート強度向上剤の最適添加量を決定する、添加量決定工程。
強度向上剤の添加量は、一般に、コンクリート１ｍ^３あたり１〜１２ｋｇの範囲を目安にするとよい。
なお、前記（Ａ）工程において、乾燥収縮ひずみの測定は、大きさが縦１００ｍｍ、横１００ｍｍ、長さ４００ｍｍの、複数の配合の試験体を用いて、ＪＩＳ Ａ １１２９「モルタル及びコンクリートの長さ変化測定方法」に準拠するか、または、該試験体の中心部に設置した埋込型ひずみ計により行うことができる。また、前記（Ｂ）工程において、乾燥状態に置いた試験体の圧縮強度の測定は、ＪＩＳ Ａ １１０８「コンクリートの圧縮強度試験方法」に準拠して行う。
前記コンクリートの強度向上方法によれば、β値が３０以下のコンクリートの圧縮強度を向上させることができる。

以下、本発明を実施例により具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されない。
１．使用材料
下記表１に、試験に用いた材料を示す。

２．圧縮強度試験および乾燥収縮ひずみ試験
表１に示す材料を用い、表２に示す配合に従いコンクリートを混練して型枠に打設し、外気と接するコンクリート面を湿布で覆った状態で、材齢３日および材齢７日まで２０℃で湿潤養生を行った後に脱型して、３種類の普通コンクリートの試験体（ＰＬｌ、ＰＬ２、ＰＬ３）と、コンクリート強度向上剤を含む２種類の試験体（ＳＲｌ、ＳＲ２）の合計５種類の試験体（ただし、それぞれについて、形状は、直径１００ｍｍ、高さ２００ｍｍの圧縮強度測定用の試験体と、縦１００ｍｍ、横１００ｍｍ、長さ４００ｍｍの乾燥収縮ひずみ測定用のひずみ計埋込型試験体の２種類がある。）を作製した。
ＰＬ１はＳＲ１に対する比較例であり、ＰＬ２はＳＲ２に対する比較例である。また、ＰＬ３は乾燥収縮ひずみが比較的小さなコンクリートであるが、それでも、乾燥条件下に置かれると圧縮強度は低くなることを示すための参考例である。
なお、コンクリート強度向上剤は単位水量の一部として添加した。また、混和剤（ＳＰとＡＥ）は、コンクリートのスランプが１８±２．５ｃｍ、コンクリートの空気量が４．５±１．５％になるように添加した。

次に、前記試験体を、２０℃、相対湿度６０％の乾燥条件下に置き、所定の乾燥期間ごとに、圧縮強度をＪＩＳ Ａ １１０８「コンクリートの圧縮強度試験方法」に準拠して測定し、また、乾燥収縮ひずみを、試験体中に埋め込んだひずみ計により測定した。圧縮強度の測定結果を表３と図１に、乾燥収縮ひずみの測定結果を図２に示す。また、乾燥収縮ひずみの測定結果と前記（２）式を用いてカーブフィッティングにより求めたβ値を表３に示す。

３．試験結果について
表３と図１に示すように、ＳＲ１とＳＲ２の圧縮強度は、それぞれの比較例であるＰＬ１とＰＬ２の圧縮強度と比べ、材齢９１日以降で１０〜２０％程度向上している。また、材齢２８日以降は、材齢とともに、ＰＬ１とＰＬ２の圧縮強度は低下するのに対し、ＳＲ１とＳＲ２の圧縮強度は増加傾向にあるから、コンクリート強度向上剤は極めて特異な効果を有している。
また、ＰＬ３（参考例）の乾燥収縮ひずみは、図２に示すように比較的小さく、長期的にはＳＲ２と同程度にも関わらず、図１に示すように圧縮強度の低下は一番大きい。したがって、この参考例の結果から、コンクリート強度向上剤の強度向上効果は、必ずしもその乾燥収縮低減作用に起因するとはいえず、未知の作用の可能性を示唆しているとも考えられる。
よって、以上のことから、コンクリート強度向上剤は、混和剤分野に新たな領域を開くものと期待される。

Claims (1)

1. 下記（Ａ）工程および（Ｂ）工程を含む、コンクリートの強度向上方法。
   （Ａ）複数の種類の配合の試験体を用いて乾燥収縮ひずみを測定し、該測定値と下記（２）式から求めたβ値に基づき、β値が１８以下のコンクリートの配合を選択する、配合選択工程。
   εｔ＝εｆ×ｔ／（β＋ｔ） ・・・（２）
   （式中、εｔは２０℃、相対湿度６０％の乾燥条件下での、乾燥期間ｔ日におけるコンクリートの乾燥収縮ひずみを表し、εｆは該乾燥条件下での、コンクリートの乾燥収縮ひずみの最終値を表し、βは乾燥収縮ひずみの経時変化を表わす係数を表わす。）
   （Ｂ）前記選択した配合のコンクリートに、下記コンクリート強度向上剤（ａ）を複数の添加量添加して試験体を作製し、乾燥状態に置いた該試験体の圧縮強度を測定して、下記コンクリート強度向上剤の最適添加量を決定する、添加量決定工程。
   ＲＯ（ＡＯ）ｎＨ・・・・（ａ）
   （式中、Ｒは炭素数１〜６のアルキル基またはフェニル基を表し、Ａはエチレン基および／またはプロピレン基を表し、ｎは１〜１０の数を表す。）
   

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