JP4021674B2 - セメント混合物の製造方法および施工方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は粒鉄を含むセメント混合物の製造方法および施工方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ケーソンなどの港湾構造物では、比較的大きな揚圧力が作用することがあり、この場合、揚圧力に対抗するために構造物の躯体内にコンクリートを打設し、これをウエイト材料とすることで構造物の重量を増加させて安定を図っている。
【０００３】
また揚圧力の問題は港湾構造物のみならず、市街地における構造物には生じている。すなわち、近年の市街地においては地下水位が上昇する傾向が認められ、この地下水位の上昇に伴なって地下構造物には大きな揚圧力が作用し、特に、地震時においては地下構造物が浮上する可能性も指摘されており、ここでも、ウエイト材料の必要性が高まっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような問題に対し、コンクリートをウエイト材料として使用することが提案されているが、通常のコンクリートの比重は約２．３５ｔ／ｍ³程度であり、充分な重量を得ようとするとウエイト材料の容量が大きくなるため、構造物自体の容量も大きくなり、全体の材料及び施工コストも上昇するという欠点がある。
【０００５】
またウエイト材料として従来の遮蔽用コンクリートなどの重量コンクリートを使用することも考えられるものの、重量コンクリートをコンクリート製造プラントで練り混ぜると、設備コストが高くなる。また一バッチ当たりの練混ぜ量も少なく、ミキサーの摩耗も激しいことからランニングコストも高くなるという欠点がある。
【０００６】
本発明は上記のような問題点を解決するためになされたものであり、その課題は、比重が約２．３５ｔ／ｍ³程度の従来のコンクリートに比べると比重が大きく、したがって、構造物自体の容量を小さくしても、揚圧力に対して充分に対抗可能なウエイト材料、すなわち、セメント混合物を製造する方法を提供することにある。
【０００７】
本発明の別の課題は、セメント混合物を混合するための装置の摩耗による損失を抑制し、セメント混合物製造のための設備コスト、ランニングコストを抑制できるセメント混合物の製造方法を提供することにある。
【０００８】
また本発明の別の課題は、比重が約２．３５ｔ／ｍ³程度の従来のコンクリートに比べると比重が大きいセメント混合物を比較的容易に打設することができて、しかも、所要の圧縮強度を確実に得ることができる、セメント混合物を用いた施工法を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、作業ヤードにコンクリートスラブを形成し、該コンクリートスラブ上の所定面積を囲むように、所定長にわたる所定高さの壁体を形成し、該コンクリートスラブと該壁体とで囲まれた内部を、粒鉄の容量を計測するための計測枡として使用し、該計測後に計測枡内に所定量の砂および所定量のセメントを加えて攪拌し、さらに、スランプが０になる程度の水を計測枡内に加えて攪拌することを特徴とするセメント混合物の製造方法が提供される。
【００１１】
さらに、本発明によれば、上記のように製造されたセメント混合物を搬送車両の荷台に積載して打設現場に搬送し、該打設現場でセメント混合物を荷台から降ろしてほぼ平らに敷均し、この後にセメント混合物を振動ローラーで転圧して締め固めることを特徴とするセメント混合物を用いた施工方法が提供される。
【００１２】
【発明の実施の形態】
前記粒鉄とは、鉄鋼製造における副産物であり、高炉で作られる銑鉄から燐、硫黄、炭素を取り除く精錬工程で生成される溶銑予備処理スラグ、転炉スラグ等の製鋼スラグを破砕する際に磁選回収される鉄分であり、本発明においては、特に密度が５ｇ／ｃｍ³以上の粒鉄を使用することが好ましい。
【００１３】
前記粒鉄は、蒸気エージングを実施して水膨張率を０．１％以下にしたものを使用することが好ましい。上述の如く、粒鉄は、破砕した製鋼スラグから磁選回収された鉄分であるため、製鋼スラグを含有することがある。製鋼スラグは不安定な鉱物相からできているため、セメントと混合して硬化体を作ったときには遊離石灰の水和反応による膨張が問題になる。したがって、粒鉄に製鋼スラグが含まれるか否かにかかわらず、あらかじめ粒鉄に蒸気エージングを実施しておくことが好ましく、これにより、粒鉄に製鋼スラグが含まれている場合にも、膨張率は０．１％以下に抑えることが可能になる。
【００１４】
前記セメント混合物の製造方法において、計測枡を構成する壁体の内面には粒鉄の容量を規定する目印の線をあらかじめ引いておくことが好ましく、これにより、この線を目安に計測枡内に粒鉄を入れるだけで粒鉄の容量を容易に計測することができる。
また計測枡を構成する壁体の内面には、粒鉄の容量を規定する目印線に加えて、この目印線の上に砂の容量を規定する目印の線を設けても良い。この場合、最初に、粒鉄を計測枡内の目印線まで入れて表面を均し、この粒鉄の上から砂を入れて目印の線にあわせれば、砂の計量も容易に計測することができる。
【００１５】
前記計測枡内において粒鉄、砂、セメントを攪拌する手段、また前記計測枡内に更に水を加えて攪拌する手段としては、下記のような装置を用いることができる。すなわち、履体付車輪を含む自走手段と、伸縮シリンダーにより角度可変に形成されて該自走手段上に設けられたアームと、該アームの先端に角度可変に枢着されたバケットとを含む装置を、攪拌手段として用いることができる。このような攪拌装置としては、例えば、バックホウ、スケルトン付バックホウ又はツインヘッダ等がある。
上述のような計測枡で粒鉄や砂を計測し、この計測枡内で前記攪拌装置によりセメントと水等を混合すれば、従来の二軸強制練りミキサーなどの装置による練混ぜ工程に較べて、設備コストやランニングコストを低減することができる。
【００１６】
【実施例】
以下、本発明の好適な実施例を説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００１７】
＜粒径の水浸膨張比試験＞
粒径がほぼ５〜７０ｍｍの範囲内に収まるように粒鉄をふるい分けし、これに２４時間の蒸気エージングを実施して促進養生した。蒸気エージング前後の粒鉄に対し、ＪＩＳＡ５０１５付属書２に規定された水浸膨張比試験を行い、その結果を図１に示した。
水浸膨張比試験の結果、蒸気エージングを実施しない粒鉄では、水浸膨張比が０．４％を越えて上昇したのに対し、２４時間の蒸気エージングを実施した粒鉄では、水浸膨張比が０．１％以下に抑制されていた。
【００１８】
＜セメント混合物の室内試験練り＞
蒸気エージングを実施した粒鉄を使用して室内試験練りを実施した。試験練りは、単位セメント量１００ｋｇ／ｍ³、水セメント比１１０％の貧配合のものと、単位セメント量１９２ｋｇ／ｍ³、水セメント比６５％の富配合のものについて実施した。また両配合についてフライアッシュを混入したものとしないものとを実施し、それぞれについてＶＣ値が２０秒程度となる配合を定めて、ＪＩＳＡ１０００に規定された供試体を作成した。これらの供試体について圧縮強度試験と、粒鉄の膨張による破壊の確認試験とを実施し、その結果を表１に示した。
【表１】

フライアッシュを混入しない貧配合のものには、温水養生中にひび割れの発生が認められたが、他の配合のものには異常が認められなかった。フライアッシュは、粒鉄の膨張によるひび割れ発生を抑制するためのものであるが、フライアッシュを混入した配合は単位容積重量が小さくなるので、セメント混合物をウエイト材料として使用する場合には、フライアッシュを混入しない富配合とすることが好ましい。
なお、比較例として、蒸気エージング前の粒鉄を使用し、フライアッシュを混入しない富配合のものと同じ配合で供試体を作成したが、これには、ひび割れの発生が認められた。
【００１９】
＜試験施工のための示方配合＞
以上の室内試験練り結果から、セメント混合物の配合を表２のように定めた。
【表２】

ここで、粒鉄は、密度が５．０±０．５ｋｇ／ｃｍ³で、粒径がほぼ５〜７０ｍｍの範囲内に収まるようにふるい分けされ、これに２４時間の蒸気エージングが実施されたものを使用する。
また単位水量は、セメント混合物のスランプが０で、かつＶＣ値が２０秒程度に定め、超硬練状態になるようにした。このように単位水量を定めた場合、セメントの使用量に対して水の使用量が少ないため、単位セメント量を少なくすることができて、少ない単位セメント量の割には、大きな圧縮強度を得ることができる。また、このような超硬練状態にすることで、単位粗骨材量、すなわち粒鉄の単位量を大きくすることができるので、セメント混合物自体の単位容積重量も大きくできるという利点がある。さらに、超硬練状態にすることで、セメント混合物を構成する材料の材料分離を防止することが可能になり、汎用機械であるダンプトラックやブルドーザー、振動ローラーでの施工が可能になった。
なお、ＶＣ値とは標準ＶＣ試験から得られる値であり、この標準ＶＣ試験は、硬練りコンクリートのコンシステンシーを評価する方法の一つとして採用されているものである。すなわち、標準ＶＣ試験とは、硬練りコンクリートをモールドに詰め込み、このモールドに約５０Ｈｚ、振幅１ｍｍ程度の振動を与え、モルタルが表面に浮き上がるまでの時間を測定するものであり、この時間をＶＣ値とするものである。一般的なＲＣＤコンクリートにおいて、ＶＣ値は２０±１０秒程度である。
【００２０】
＜計測枡の形成＞
計測枡について以下に説明する。
捨てコンクリートを作業ヤードに打設してスラブ版を形成し、このスラブ版の上に、長方形の三辺を描くように所定高さの連続壁を形成し、これらのスラブ版と連続壁とで囲まれた内部を、粒鉄や細骨材の容量を計測するとともに、これらの材料とセメント等の材料を混合するための計測枡とする。連続壁の内面には、粒鉄の容量を規定する線と、細骨材の容量を規定する線とを引く。これらの線は、例えば、粒鉄を計測枡に入れて平らに均したときに、その表面が線とほぼ同じ高さになるように目印にする線であり、粒鉄のための線の上方に、細骨材のための線を設けるか、あるいは逆に設けても良い。
なお、密度が判っている細骨材を使用し、重量があらかじめ計測されている場合には、計測枡に細骨材の容量を規定する線を設ける必要はない。
本実施例では、縦×横＝１０ｍ×１０ｍの長方形のうち、一辺を除いた三辺に沿って高さ０．７ｍで厚さ２０ｃｍの連続壁をスラブ版の上に形成し、これらのスラブ版と連続壁とで囲まれた約７０ｍ³を計測枡とし、この計測枡内で５０ｍ³程度のセメント混合物を製造した。
【００２１】
＜セメント混合物の製造方法＞
次に、上記した配合でセメント混合物を製造する方法について説明する。
最初に、粒鉄をストックヤードから作業ヤードまで搬送し、上記計測枡内に入れて敷き均し、その表面が連続壁の目印線とほぼ同じ高さになったら、粒鉄の投入を停止する。次に、粒鉄のうえから細骨材を入れて敷き均し、同様に、目印線に達したら細骨材の投入を停止し、この上から所定量のセメントを散布してほぼ均等になるようにバックホウにて攪拌する。粒鉄、細骨材、セメントが充分に練り混ぜられたら、必要量の水を散水してバックホウで再度練混ぜると、セメント混合物が生成される。
最後に、粒鉄、細骨材、セメントが均等に練り混ぜられたことを確認するために、セメント混合物の複数の箇所でフェノールフタレイン溶液を霧吹きで吹き付ける。セメント混合物が均等に赤紫色に変色すれば、セメントが均等に分散していることが判る。
粒鉄を含むセメント混合物をバッチャープランントのミキサーで練混ぜると、粒鉄の衝突でミキサーが摩耗し、設備のメンテナンスコストが大きくなるという欠点がある。またウエイト材料としてセメント混合物を用いるような場合には、厳格な品質管理が要求されない。したがって、上記のような計測枡による計量および練混ぜにより、セメント混合物を製造すれば、設備コストを低く抑えながら、しかも、充分な品質のセメント混合物を製造することができる。
【００２２】
＜セメント混合物の施工方法＞
次に、上述の如く製造されたセメント混合物を施工する方法について説明する。
製造されたセメント混合物をバックホウによりダンプトラックの荷台に積み込んで打設現場まで搬送し、打設現場でダンプトラックの荷台を傾けてセメント混合物を降ろし、このセメント混合物をブルドーザーでほぼ平らに敷き均し、この後にセメント混合物を振動ローラーで転圧して締め固めれば、セメント混合物の施工が完了する。
【００２３】
＜試験施工条件＞
本実施例の試験施工では、上記計量枡でセメント混合物を製造し、このセメント混合物を０．７ｍ³のバックホウで１０トンのダンプトラックの荷台に積み込み、１５トン級のブルドーザーでダンプトラック１台分のセメント混合物を１リフト（１層）３０ｃｍの厚さに敷き均し、この後に、１０トン級の振動ローラーを使用して１２回転圧して締め固め、以上のセメント混合物製造から転圧までの工程を三回繰り返して３リフト（３層）からなるセメント硬化体を作成した。
試験施工当日の天候は、晴れ後一時薄曇りで日中平均気温は２５．６度、最高気温は３０．６度であった。
【００２４】
＜試験施工の所要時間＞
粒鉄、細骨材、セメントが練り混ぜられものに加水を開始したのち、練混ぜ、敷き均し及び転圧が終了するまでの時間を各リフト毎に計測したが、その平均時間は１５１分であった。
【００２５】
＜試験施工におけるＶＣ値＞
各リフトを構成するセメント混合物について、練り混ぜ直後に、標準ＶＣ試験を実施したところ、全採取試料のＶＣ値の平均は１８．２秒、変動係数は８８．９％であった。またＶＣ値の経時変化を求めたところ、練り混ぜ直後に５秒程度であったＶＣ値が約２時間後に２０秒程度、約４時間後に６０秒程度になった。本発明によるセメント混合物のＶＣ値の経時変化は、通常のＲＣＤ用コンクリートと比較して特に劣るものではなく、練り混ぜ直後のＶＣ値がほぼ２０秒以下であれば、たとえ、練り混ぜ後から転圧開始までの間に２時間程度が経過しても、締め固め作業は充分に実施可能である。
【００２６】
＜試験施工における沈下量＞
各リフト毎に振動ローラーの転圧による沈下量を測定し、この結果を図２に示した。図２において沈下率とは、各リフト厚さ３０ｃｍに対する沈下量の比率を表したものである。各リフトの平均沈下量は２〜４ｃｍ程度であり、沈下率は約１０％であった。４回の転圧で、沈下量のほとんどが発現しているものの、１２回の転圧までは沈下率が上昇傾向を示している。従来のＲＣＤ工法の実績では、リフト厚さ５０ｃｍの場合には転圧回数は６回と規定された例がほとんどであり、本発明によるセメント混合物も、従来のＲＣＤ用コンクリートと同様な締め固め易さを有することが判る。
【００２７】
＜セメント硬化体の圧縮強度＞
各リフト毎に採取した試料について直径１００ｍｍ、高さ２００ｍｍの円柱供試体を作成し、ＪＩＳＡ１０００に規定された圧縮強度試験を実施した。材齢２８日の全供試体の平均値は２１．７Ｎ／ｍｍ²、変動係数は２１．７％であった。従来のＲＣＤ工法の実績では、ＲＣＤ用コンクリートの設計強度が７〜１５Ｎ／ｍｍ²程度に定められたものが多く、本発明によるセメント混合物の圧縮強度は、これと比較しても、特に劣るものではない。
【００２８】
＜セメント硬化体の単位容積重量＞
各リフトから採取した圧縮強度試験のための供試体ごとに単位容積重量を計測した。全供試体の平均値は約３．２９ｔ／ｍ³、変動係数は１．２％であった。従来のコンクリート、すなわち、天然の骨材を用いたコンクリートは、単位容積重量が約２．３５ｔ／ｍ³程度であるが、これと比較すると、本発明によるセメント混合物はウエイト材料として充分な単位容積重量を備えることがわかる。
【００２９】
【発明の効果】
本発明のセメント混合物は、鉄鋼製造工程で製鋼スラグから磁選回収された鉄分である粒鉄を含むため、約２．３５ｔ／ｍ³程度の従来のコンクリートに比べて、混合物自体の単位容積重量が格段に大きなものになり、したがって、このセメント混合物をウエイト材料として使用した場合には、たとえ、構造物自体の容量を小さくしても、揚圧力に対して充分に対抗することが可能になる。したがって、揚圧力に対抗可能な構造物を構築する際の施工コストを抑制することができて、必要とする用地も小さくすることができる。
【００３０】
本発明のセメント混合物は粒鉄を含み、この粒鉄は鉄鋼製造工程で製鋼スラグから磁選回収された副産物であるため、粒鉄の有効利用、ひいては資源の有効活用が可能になる。
【００３１】
本発明のセメント混合物の製造方法では、作業ヤードに形成した計測枡によって粒鉄や砂の容量を計測し、この計測枡内で材料を攪拌するので、攪拌にはバックホウなどの装置を使用することができる。したがって、ミキサー等を備えたコンクリート製造プラントは不要であり、セメント混合物製造のための設備コスト、ランニングコストを安価にすることが可能になる。
【００３２】
本発明のセメント混合物を用いた施工方法では、搬送車両の荷台に積載して打設現場に搬送し、打設現場でセメント混合物を荷台から降ろしてほぼ平らに敷均し、この後にセメント混合物を振動ローラーで転圧して締め固めるものであるため、これらの工程は、緩やかな施工管理で実施できるため手間がかからず、しかも、汎用機械であるダンプトラックやブルドーザー、振動ローラーで施工することができて施工コストを低廉に抑えることが可能になった。
【図面の簡単な説明】
【図１】蒸気エージング前後の粒鉄に対して行った水浸膨張比試験の結果を示したグラフである。
【図２】試験施工において振動ローラーの転圧による沈下量を測定し、この結果を示したグラフである。

Claims (3)

1. 少なくとも粒鉄とセメントとを含むことを特徴とするセメント混合物の製造方法であって、
   作業ヤードにコンクリートスラブを形成し、該コンクリートスラブ上の所定面積を囲むように、所定長にわたる所定高さの壁体を形成し、該コンクリートスラブと該壁体とで囲まれた内部を、粒鉄の容量を計測するための計測枡として使用し、該計測後に計測枡内に所定量の砂および所定量のセメントを加えて攪拌し、さらに、スランプが０になる程度の水を計測枡内に加えて攪拌することを特徴とするセメント混合物の製造方法。
2. 前記粒鉄の容量計測工程に加えて、前記砂の容量も、前記計測枡で計量することを特徴とする請求項１に記載のセメント混合物の製造方法。
3. 請求項１または請求項２により製造されたセメント混合物を搬送車両の荷台に積載して打設現場に搬送し、該打設現場でセメント混合物を荷台から降ろしてほぼ平らに敷均し、この後にセメント混合物を振動ローラーで転圧して締め固めることを特徴とするセメント混合物を用いた施工方法。

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