JP4531438B2 - コンクリート製品またはコンクリート構造物の製造・構築方法 - Google Patents
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Description
本発明は、コンクリート製品またはコンクリート構造物を製造・構築方法に関するもので、特に、２種類の水溶性低分子化合物を組み合わせて成る増粘性混和剤が配合されたコンクリート組成物を用いて、コンクリート製品またはコンクリート構造物を製造・構築する方法に関する。
従来、コンクリート組成物は、通常は、コンクリートプラントのミキサーにて、セメント、水、細骨材に、コンクリート用化学混和剤などの混和剤を添加して混練した後、上記混練物に粗骨材を加えて再混練し、この混練物を運搬車輌のトラックアジテータに積み込んで低速攪拌しながら工事現場に運搬して打設するという工程が一般的である。
また、トンネル工事などでは、上記運搬されたコンクリート組成物をコンクリートポンプなどで打設現場に運搬し、打設現場にて組立てられた内型枠に上記コンクリート組成物を圧送し、加圧ジャッキにより圧縮力を加えながらコンクリートを打設して覆工コンクリートを構築するようにしている（例えば、特許文献１参照）。このような、シールド工法の直打ちコンクリートとして使用されるコンクリートには、コンクリート打込み中から、地下水に対する耐水性が要求されるとともに、初期強度が必要とされている。
この早強性と耐水性とは、従来、両立が困難な特性である。すなわち、従来の高流動コンクリートは流動性に優れており、また、コンクリート用化学混和剤を適宜選択するなどして、早強性を発揮させることも可能であるが、耐水性に問題があるため、地下水圧中での打込みにおいて、十分な強度を確保することが困難であった。また、従来の水中不分離性コンクリートは、耐水性や流動性には優れているが、早強性に問題があるため、シールドの反力を負担するだけの十分な初期強度が得られないといった問題点があった。
そこで、本出願人は、上記問題点を解決するため、高流動コンクリートと上記水中不分離性コンクリートの利点を併せ持つ早強性耐水コンクリート組成物を提案している（特願２００４−９９５０９号、特願２００４−９９５５２号）。
また、トンネル工事などでは、上記運搬されたコンクリート組成物をコンクリートポンプなどで打設現場に運搬し、打設現場にて組立てられた内型枠に上記コンクリート組成物を圧送し、加圧ジャッキにより圧縮力を加えながらコンクリートを打設して覆工コンクリートを構築するようにしている（例えば、特許文献１参照）。このような、シールド工法の直打ちコンクリートとして使用されるコンクリートには、コンクリート打込み中から、地下水に対する耐水性が要求されるとともに、初期強度が必要とされている。
この早強性と耐水性とは、従来、両立が困難な特性である。すなわち、従来の高流動コンクリートは流動性に優れており、また、コンクリート用化学混和剤を適宜選択するなどして、早強性を発揮させることも可能であるが、耐水性に問題があるため、地下水圧中での打込みにおいて、十分な強度を確保することが困難であった。また、従来の水中不分離性コンクリートは、耐水性や流動性には優れているが、早強性に問題があるため、シールドの反力を負担するだけの十分な初期強度が得られないといった問題点があった。
そこで、本出願人は、上記問題点を解決するため、高流動コンクリートと上記水中不分離性コンクリートの利点を併せ持つ早強性耐水コンクリート組成物を提案している（特願２００４−９９５０９号、特願２００４−９９５５２号）。
このコンクリート組成物は、具体的には、セメント、水、骨材にコンクリート用化学混和剤を添加するとともに、更に、第１の水溶性低分子化合物（Ａ）と第２の水溶性低分子化合物（Ｂ）とを含有する添加剤であり、上記化合物（Ａ）と化合物（Ｂ）とが、両性界面活性剤から選ばれる化合物（Ａ）とアニオン性界面活性剤から選ばれる化合物（Ｂ）との組み合わせ、または、カチオン性界面活性剤から選ばれる化合物（Ａ）とアニオン性芳香族化合物から選ばれる化合物（Ｂ）との組み合わせ、カチオン性界面活性剤から選ばれる化合物（Ａ）と臭素化合物から選ばれる化合物（Ｂ）との組み合わせ、から選択される添加剤のうちのいずれかの添加剤を増粘性混和剤として配合したもので、これにより、早強性、流動性、材料分離抵抗性に優れるとともに、耐水性にも優れたコンクリート組成物を得ることができる。
特開２００３−３２７４５８号公報
上記コンクリート組成物では、上記第１の水溶性低分子化合物（Ａ）と第２の水溶性低分子化合物（Ｂ）とがある一定の割合（２：５〜５：２）でコンクリート中に混入されると、上記第１の水溶性低分子化合物（Ａ）と第２の水溶性低分子化合物（Ｂ）とが電気的に配列して擬似ポリマーを形成することにより、上記コンクリート組成物の早強性や耐水性が向上する。特に、上記配合比率がほぼ１：１である場合には、最も結合力が強く、かつ、粘性も大きくなり、早強性や耐水性が大幅に向上する。また、上記配合比率が１：１からずれると、結合力が弱くなり、粘性も小さくなる。
しかしながら、上記増粘性混和剤を添加したコンクリートの製造から打込みまでの過程においては、上記コンクリート組成物にコンクリートミキサーやコンクリートポンプに使用されている潤滑油やグリスなどの鉱物油を主成分とする油分が混入することがあり、この油分の混入が多い場合には上記増粘性混和剤の増念作用が低下し、上記コンクリート組成物の粘性が低下してしまうといった問題点があった。
しかしながら、上記増粘性混和剤を添加したコンクリートの製造から打込みまでの過程においては、上記コンクリート組成物にコンクリートミキサーやコンクリートポンプに使用されている潤滑油やグリスなどの鉱物油を主成分とする油分が混入することがあり、この油分の混入が多い場合には上記増粘性混和剤の増念作用が低下し、上記コンクリート組成物の粘性が低下してしまうといった問題点があった。
本発明は、従来の問題点に鑑みてなされたもので、２種類の水溶性低分子化合物を組み合わせて成る増粘性混和剤が配合されたコンクリート組成物を用いてコンクリート製品またはコンクリート構造物を製造・構築する際に、上記コンクリート組成物に油分が混入してしまった場合でも、コンクリートの性状を維持することのできる方法を提供することを目的とする。
本発明者らは、鋭意検討した結果、上記早強性耐水コンクリートの粘性が低下するのは、上記増粘性混和剤中の第１の水溶性低分子化合物（Ａ）が上記鉱物油に吸着され、その結果、上記第１の水溶性低分子化合物（Ａ）と第２の水溶性低分子化合物（Ｂ）との配合比率がずれてしまうためで、上記コンクリート組成物が直接接触する機器や部材に使用される油分として、上記第１の水溶性低分子化合物（Ａ）を吸着しないものを使用するようにすれば、上記増粘性混和剤の増粘作用の低下を防ぐことができることを見出し本発明に到ったものである。
すなわち、本発明の請求項１に記載の発明は、セメント、水、骨材に、カチオン性界面活性剤から選ばれる第１の水溶性低分子化合物（Ａ）とアニオン性芳香族化合物から選ばれる第２の水溶性低分子化合物（Ｂ）とを含有する増粘性混和剤を配合して成り、かつ、上記第１の水溶性低分子化合物（Ａ）と上記第２の水溶性低分子化合物（Ｂ）との比率が２：５〜５：２であるコンクリート組成物を用いてコンクリート製品またはコンクリート構造物を製造・構築する方法であって、上記コンクリート組成物に直接接触する機器に使用される潤滑油、及び、上記コンクリート組成物に直接接触する部材に塗布されるグリスとして、上記第１の水溶性低分子化合物（Ａ）を吸着しない水・グリコール系の潤滑油とフッ素系合成油とを使用するようにしたことを特徴とするものである。
すなわち、本発明の請求項１に記載の発明は、セメント、水、骨材に、カチオン性界面活性剤から選ばれる第１の水溶性低分子化合物（Ａ）とアニオン性芳香族化合物から選ばれる第２の水溶性低分子化合物（Ｂ）とを含有する増粘性混和剤を配合して成り、かつ、上記第１の水溶性低分子化合物（Ａ）と上記第２の水溶性低分子化合物（Ｂ）との比率が２：５〜５：２であるコンクリート組成物を用いてコンクリート製品またはコンクリート構造物を製造・構築する方法であって、上記コンクリート組成物に直接接触する機器に使用される潤滑油、及び、上記コンクリート組成物に直接接触する部材に塗布されるグリスとして、上記第１の水溶性低分子化合物（Ａ）を吸着しない水・グリコール系の潤滑油とフッ素系合成油とを使用するようにしたことを特徴とするものである。
本発明によれば、セメント、水、骨材に、カチオン性界面活性剤から選ばれる第１の水溶性低分子化合物（Ａ）とアニオン性芳香族化合物から選ばれる第２の水溶性低分子化合物（Ｂ）とを含有する増粘性混和剤を配合して成り、かつ、上記第１の水溶性低分子化合物（Ａ）と上記第２の水溶性低分子化合物（Ｂ）との比率が２：５〜５：２であるコンクリート組成物を用いてコンクリート製品またはコンクリート構造物を製造・構築する際に、上記コンクリート組成物に直接接触する機器に使用される潤滑油、及び、上記コンクリート組成物に直接接触する部材に塗布されるグリスとして、上記第１の水溶性低分子化合物（Ａ）を吸着しない水・グリコール系の潤滑油とフッ素系合成油とを使用するようにしたので、粘性の低下を防ぐことができ、上記コンクリート組成物の特徴である、早強性や耐水性を十分に発揮させることができる。
以下、本発明の最良の形態について説明する。
まず、本発明の製造方法に適用される２種類の水溶性低分子化合物を組み合わせて成る増粘性混和剤が配合された早強性耐水コンクリート組成物について説明する。上記コンクリートは、早強ポルトランドセメント、水、粗骨材、細骨材に、コンクリート用化学混和剤を配合するとともに、例えば、カチオン性界面活性剤から選ばれる第１の水溶性低分子化合物（Ａ）と、アニオン性芳香族化合物から選ばれる第２の水溶性低分子化合物（Ｂ）とを含有する増粘性混和剤を配合したもので、その製造方法としては、はじめに、セメント、水、細骨材に、コンクリート用化学混和剤と、上記第２の水溶性低分子化合物（Ｂ）とを練り混ぜて混練物を作製した後、この混練物に上記第１の水溶性低分子化合物（Ａ）を添加して再度混練し、最後に粗骨材を加えて混練し、コンクリート組成物を作製する。
このとき、水セメント比（Ｗ／Ｃ）としては、３０〜４０％とすることが好ましく、３５％前後とすることが特に好ましい。水セメント比が３０％未満であると粘性が高くなり流動性が低下するだけでなく、セメントの割合が多くなるため水和発熱が大きくなり、温度ひび割れが発生し易くなる。また、４０％を超えると、同じ粘性を得るためには上記第１の水溶性低分子化合物（Ａ）と第２の水溶性低分子化合物（Ｂ）とを余分に入れる必要があるが、それでも早強性は低下してしまうので、３０〜４０％とすることが好ましい。
まず、本発明の製造方法に適用される２種類の水溶性低分子化合物を組み合わせて成る増粘性混和剤が配合された早強性耐水コンクリート組成物について説明する。上記コンクリートは、早強ポルトランドセメント、水、粗骨材、細骨材に、コンクリート用化学混和剤を配合するとともに、例えば、カチオン性界面活性剤から選ばれる第１の水溶性低分子化合物（Ａ）と、アニオン性芳香族化合物から選ばれる第２の水溶性低分子化合物（Ｂ）とを含有する増粘性混和剤を配合したもので、その製造方法としては、はじめに、セメント、水、細骨材に、コンクリート用化学混和剤と、上記第２の水溶性低分子化合物（Ｂ）とを練り混ぜて混練物を作製した後、この混練物に上記第１の水溶性低分子化合物（Ａ）を添加して再度混練し、最後に粗骨材を加えて混練し、コンクリート組成物を作製する。
このとき、水セメント比（Ｗ／Ｃ）としては、３０〜４０％とすることが好ましく、３５％前後とすることが特に好ましい。水セメント比が３０％未満であると粘性が高くなり流動性が低下するだけでなく、セメントの割合が多くなるため水和発熱が大きくなり、温度ひび割れが発生し易くなる。また、４０％を超えると、同じ粘性を得るためには上記第１の水溶性低分子化合物（Ａ）と第２の水溶性低分子化合物（Ｂ）とを余分に入れる必要があるが、それでも早強性は低下してしまうので、３０〜４０％とすることが好ましい。
上記第１の水溶性低分子化合物（Ａ）としては、４級アンモニウム塩型カチオン性界面活性剤が好ましく、特に、アルキルアンモニウム塩を主成分とする添加剤が好ましい。また、第２の水溶性低分子化合物（Ｂ）としては、芳香環を有するスルフォン酸塩が好ましく、特に、アルキルアリルスルホン酸塩を主成分とする添加剤が好ましいが、上記化合物（Ａ）と化合物（Ｂ）との組み合わせとしては、ドデカン酸アミドプロピルベタインなどの両性界面活性剤から選ばれる化合物（Ａ）とＰＯＥ（３）ドデシルエーテル硫酸エステル塩などのアニオン性界面活性剤から選ばれる化合物（Ｂ）との組み合わせ、または、上記カチオン性界面活性剤から選ばれる化合物（Ａ）と臭化ナトリウムなどの臭素化合物から選ばれる化合物（Ｂ）との組み合わせであってもよい。
本例では、上記第１の水溶性低分子化合物（Ａ）と第２の水溶性低分子化合物（Ｂ）とを単位水量に対して、それぞれ０．５〜５．０重量％の割合で配合するとともに、上記第１の水溶性低分子化合物（Ａ）と第２の水溶性低分子化合物（Ｂ）とをある一定の割合でセメント中に混入するようにしている。
従来の水中不分離コンクリートで使用されていた水中不分離材料（混和剤）は、増粘性混和剤がセメント粒子に吸着するために硬化遅延を起こすが、上記第１の水溶性低分子化合物（Ａ）と第２の水溶性低分子化合物（Ｂ）とがある一定の割合（例えば、２：５〜５：２の範囲）でコンクリート中に混入されると、上記第１の水溶性低分子化合物（Ａ）と第２の水溶性低分子化合物（Ｂ）とが電気的に配列して擬似ポリマーを形成して増粘機能を発揮することから、セメント粒子に影響を与えないので、上記のような硬化遅延を起こさない。したがって、シールド直打ち工法のコンクリートとして最適に用いられる、早強性に優れるとともに、優れた耐水性を有するコンクリート組成物を得ることができる。なお、実験の結果では、上記第１の水溶性低分子化合物（Ａ）と第２の水溶性低分子化合物（Ｂ）との配合の割合は、１：１の場合が最適であった。
本例では、上記第１の水溶性低分子化合物（Ａ）と第２の水溶性低分子化合物（Ｂ）とを単位水量に対して、それぞれ０．５〜５．０重量％の割合で配合するとともに、上記第１の水溶性低分子化合物（Ａ）と第２の水溶性低分子化合物（Ｂ）とをある一定の割合でセメント中に混入するようにしている。
従来の水中不分離コンクリートで使用されていた水中不分離材料（混和剤）は、増粘性混和剤がセメント粒子に吸着するために硬化遅延を起こすが、上記第１の水溶性低分子化合物（Ａ）と第２の水溶性低分子化合物（Ｂ）とがある一定の割合（例えば、２：５〜５：２の範囲）でコンクリート中に混入されると、上記第１の水溶性低分子化合物（Ａ）と第２の水溶性低分子化合物（Ｂ）とが電気的に配列して擬似ポリマーを形成して増粘機能を発揮することから、セメント粒子に影響を与えないので、上記のような硬化遅延を起こさない。したがって、シールド直打ち工法のコンクリートとして最適に用いられる、早強性に優れるとともに、優れた耐水性を有するコンクリート組成物を得ることができる。なお、実験の結果では、上記第１の水溶性低分子化合物（Ａ）と第２の水溶性低分子化合物（Ｂ）との配合の割合は、１：１の場合が最適であった。
次に、上記コンクリート組成物の製造から打込みまでの過程において、上記コンクリート組成物に直接接触する油分について説明する。
上記油分としては、例えば、コンクリートプラントのミキサーやトラックアジテータ、コンクリートポンプのシリンダー，アキュームレーター，ホッパーの攪拌翼などの可動部に塗布されている工業用潤滑油やグリスなどが挙げられる。
現在、コンクリート製品やコンクリート構造物の製造・構築工程において主に用いられている工業用潤滑油及びグリスの主成分は以下のような種類に大別される。
（１）潤滑油
（ａ）パラフィン系
（ｂ）ナフテン系
（ｃ）水・グリコール系
（２）グリス
（ａ）パラフィン系
（ｂ）パラフィン＋ポリマー
（ｃ）ポリオールエステル
（ｄ）エーテル系合成油
（ｅ）フッ素系合成油
（ｆ）シリコン系
そこで、上記潤滑油及びグリスを、上記増粘性混和剤を添加したモルタルに混入し、上記モルタルの粘性を測定する試験を行った。この試験は、潤滑油及びグリスを上記モルタルに対して、０．１〜０．５ｍｌ／ｌ添加し、このモルタルの１時間後のモルタルフロー値を油無添加のモルタルのモルタルフロー値と比較することにより評価した。その結果を、図１の表Ａ，Ｂに示す。なお、上記モルタルの配合組成は、以下の表１に示すように、上記コンクリート組成物に粗骨材を加える前のものと同じものとした。
上記モルタルの粘性測定は、まず、上記増粘性混和剤を添加したモルタルを混練して後に行い、測定後に上記潤滑油またはグリスを添加して混練して、再度粘性を測定した。また、評価としては、潤滑油の場合には、２．０ｍｌ／ｌ添加してもフロー差が５０ｍｍ未満のものを適合品（○）とし、グリスの場合には、０．５ｍｌ／ｌ添加したときのフロー差が３０ｍｍ未満で、かつ、２．５ｍｌ／ｌ添加したときのフロー差が４０ｍｍ未満のものを適合品（○）とした。
なお、潤滑油，グリスとも、最も種類の多いパラフィン系のものについては、いずれも複数種試験した。
上記表Ａ，Ｂから明らかなように、潤滑油としては水・グリコール系の潤滑油が最も粘性の低下が少なく、グリスとしてはフッ素系合成油が最も粘性の低下が少ないことから、これらの潤滑油及びグリスには、上記第１の水溶性低分子化合物（Ａ）を吸着する成分が含まれていないと考えられる。
したがって、上記早強性耐水コンクリート組成物を用いてコンクリート製品またはコンクリート構造物を製造・構築する際には、潤滑油として水・グリコール系の潤滑油を用いるとともに、グリスとしてフッ素系合成油を使用するようにすれば、上記早強性耐水コンクリート組成物の早強性や流動性、耐水性などの性状を十分に発揮することができる。
上記油分としては、例えば、コンクリートプラントのミキサーやトラックアジテータ、コンクリートポンプのシリンダー，アキュームレーター，ホッパーの攪拌翼などの可動部に塗布されている工業用潤滑油やグリスなどが挙げられる。
現在、コンクリート製品やコンクリート構造物の製造・構築工程において主に用いられている工業用潤滑油及びグリスの主成分は以下のような種類に大別される。
（１）潤滑油
（ａ）パラフィン系
（ｂ）ナフテン系
（ｃ）水・グリコール系
（２）グリス
（ａ）パラフィン系
（ｂ）パラフィン＋ポリマー
（ｃ）ポリオールエステル
（ｄ）エーテル系合成油
（ｅ）フッ素系合成油
（ｆ）シリコン系
そこで、上記潤滑油及びグリスを、上記増粘性混和剤を添加したモルタルに混入し、上記モルタルの粘性を測定する試験を行った。この試験は、潤滑油及びグリスを上記モルタルに対して、０．１〜０．５ｍｌ／ｌ添加し、このモルタルの１時間後のモルタルフロー値を油無添加のモルタルのモルタルフロー値と比較することにより評価した。その結果を、図１の表Ａ，Ｂに示す。なお、上記モルタルの配合組成は、以下の表１に示すように、上記コンクリート組成物に粗骨材を加える前のものと同じものとした。
なお、潤滑油，グリスとも、最も種類の多いパラフィン系のものについては、いずれも複数種試験した。
上記表Ａ，Ｂから明らかなように、潤滑油としては水・グリコール系の潤滑油が最も粘性の低下が少なく、グリスとしてはフッ素系合成油が最も粘性の低下が少ないことから、これらの潤滑油及びグリスには、上記第１の水溶性低分子化合物（Ａ）を吸着する成分が含まれていないと考えられる。
したがって、上記早強性耐水コンクリート組成物を用いてコンクリート製品またはコンクリート構造物を製造・構築する際には、潤滑油として水・グリコール系の潤滑油を用いるとともに、グリスとしてフッ素系合成油を使用するようにすれば、上記早強性耐水コンクリート組成物の早強性や流動性、耐水性などの性状を十分に発揮することができる。
なお、上記最良の形態では、主に、シールド工法の直打ちコンクリートライニング材と使用される早強性耐水コンクリートについて説明したが、これに限るものではなく、本発明は、上記２種類の水溶性低分子化合物を組み合わせて成る増粘性混和剤が配合されたコンクリート組成物であれば、他の配合組成であっても適用可能である。
以上説明したように、本発明によれば、コンクリート組成物に、第１の水溶性低分子化合物（Ａ）と第２の水溶性低分子化合物（Ｂ）とを含む増粘性混和剤が含まれている場合には、上記コンクリート組成物に直接接触する機器に使用される潤滑油、及び、上記コンクリート組成物に直接接触する部材に塗布されるグリスとして、上記第１の水溶性低分子化合物（Ａ）を吸着しない水・グリコール系の潤滑油とフッ素系合成油とを使用するようにしたので、上記コンクリート組成物の早強性や流動性、耐水性などの性状を十分に発揮することができる。したがって、湧水地層におけるシールド工法における覆工コンクリートの構築や、バイブレータによる締め固めが困難な建築物の施工、更には、海洋構造物や地中構造物などの水が存在する場所でのコンクリート施工を容易にかつ確実に行うことができる。
Claims (1)
- セメント、水、骨材に、カチオン性界面活性剤から選ばれる第１の水溶性低分子化合物（Ａ）とアニオン性芳香族化合物から選ばれる第２の水溶性低分子化合物（Ｂ）とを含有する増粘性混和剤を配合して成り、かつ、上記第１の水溶性低分子化合物（Ａ）と上記第２の水溶性低分子化合物（Ｂ）との比率が２：５〜５：２であるコンクリート組成物を用いてコンクリート製品またはコンクリート構造物を製造・構築する方法であって、
上記コンクリート組成物に直接接触する機器に使用される潤滑油、及び、上記コンクリート組成物に直接接触する部材に塗布されるグリスとして、上記第１の水溶性低分子化合物（Ａ）を吸着しない水・グリコール系の潤滑油とフッ素系合成油とを使用するようにしたことを特徴とするコンクリート製品またはコンクリート構造物の製造・構築方法。
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