JP5982207B2 - 水硬性組成物、水硬性材料硬化体の製造方法及び水硬性材料硬化体 - Google Patents
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Description
近年、コンクリートなどの水硬性材料の硬化速度を高めることが試みられ、例えば、超速硬コンクリートなどが開発されてはいるが、特殊なセメントや超速硬性を有する混和材が大量に必要とするため高価であり,緊急復旧工事などに使用されることはあっても、一般の建築構造物には使用されていないのが現状である。
また、蒸気養生を併用することを前提とした超硬混和材として、硫酸塩カルシウム、硫酸アルミニウム、シリカ等を主成分とするモルタル組成物が提案されており(例えば、特許文献2参照。)、この文献によれば、蒸気養生を行うことで4時間後に20N/mm2程度の圧縮強度発現が得られるとされている。しかしながら、コンクリートの練り上がりからの時間を考えると打ち込みと蒸気養生開始までの前置き時間を含めると0.5〜1.0時間は必要となるため、成型体を得るまでには5時間程の時間を要する。また、成形体のサイズが小さい場合には、蒸気養生技術を適用することで充分な強度が得られるが、成形体のサイズが大きい場合には、成形体内部の温度が充分に上昇せず、効果の不均一を生じる懸念がある。
また、本願出願人は、特定の硬化促進材を用いて、コンクリートの自己発熱を利用した硬化工程を行うことを特徴とする速硬性のコンクリート成形体とその製造方法を提案した(例えば、特許文献3参照。)。この方法においても、初期強度と経時の後強度に優れる成形体が得られるものの、大サイズの成形体をより簡易に製造するという観点では改良が求められている。
上記問題点を考慮してなされた本発明の目的は、水硬性硬化体の製造に際し、短時間で脱型可能な圧縮強度が発現され、その後、経時により充分な強度が発現される後述する特定の水硬性材料用硬化促進材を含有する、短時間で脱型可能な圧縮強度を発現しうる水硬性組成物を提供することにある。
また、本発明の他の目的は、短時間で脱型可能な圧縮強度が発現され、高品質な水硬性硬化体が生産性良く得られる水硬性材料硬化体の製造方法及び初期強度、経時による長期養生後の強度のいずれにも優れた水硬性材料硬化体を提供することにある。
即ち、本発明の構成は以下に示すとおりである。
<1> 水硬性材料、及び、該水硬性材料100質量部に対して、無機硫酸塩を10質量%〜30質量%、カルシウムサルフォアルミネートを10質量%〜70質量%、及び、無機水酸化物を10質量%〜30質量%含有する水硬性材料用硬化促進材を2質量部〜10質量部含有する水硬性組成物である。
カルシウムサルフォアルミネート等を適量含有する硬化促進材を所定量使用することで、水硬性材料組成物を硬化させる際に、水和反応に伴う発熱による硬化体組織への悪影響を抑制しつつ、初期強度を向上させることができる。
<2> 前記無機硫酸塩が硫酸カルシウム、亜硫酸塩、重亜硫酸塩、チオ硫酸塩、ピロ硫酸塩、ピロ亜硫酸塩及びピロ重亜硫酸塩から選ばれる1種以上である<1>に記載の水硬性組成物である。
上記<3>に記載の養生方法の対象部材には特に制限はないが、なかでも、型枠の最小寸法が30cm以上となるような比較的大型の部材を製造する際に適する。養生温度、即ち養生の際の環境温度を50℃以上95℃以下とすることで、比較的大型の型枠内に充填された水硬性材料における中心部近傍温度が、水和に適し、且つ、水和反応時に硬化される水硬性材料組織への悪影響を生じない適切な範囲に維持され、初期強度の向上と長期保存後の圧縮強度の低下抑制が両立される。
上記<4>に記載の養生方法の対象部材には特に制限はないが、なかでも、型枠の最小寸法が30cm未満である比較的小型の部材を製造する際に好適である。比較的小型の部材であると、型枠内に充填された水硬性材料における中心部近傍温度が、環境温度を反映しやすく、そのような場合には、初期の養生温度を50℃以上の高温とすると、水硬性材料の反応が急速に進行し、初期強度は高くなるものの、条件によっては、硬化体の組織に影響を与えるおそれがある。このような場合には、初期には、比較的低温で養生を行い、組織が安定した後に、より高温の条件で養生することで、初期強度の向上と長期保存後の圧縮強度の低下抑制が両立される。
<5> 前記水硬性材料を含む混合物を混練りする工程において、混合物に含まれる材料、及び混合装置の少なくともいずれかの温度を制御して、混合物の温度が25℃〜40℃なるような条件にて混合物を混練りする<3>又は<4>に記載の水硬性材料硬化体の製造方法である。
<6> 無機硫酸塩を10質量%〜30質量%、カルシウムサルフォアルミネートを10質量%〜70質量%、及び、無機水酸化物を10質量%〜30質量%含有する水硬性材料用硬化促進材と、水硬性材料と、水と、を含む水硬性材料を、型枠に注入後、3時間硬化して得られた、圧縮強度が10N/mm2以上である水硬性材料硬化体である。
また、水硬性組成物を型枠内に投入した後、適切な温度条件で加熱養生を行うことで、この反応が一層促進され、硬化性がより向上するものと考えられる。なお、本発明の好ましい態様においては、部材の最小寸法が大きい柱部材や梁部材を製造する際には、コンクリートの熱容量が大きく部材の温度はすぐに上昇しないため、始め、加熱養生温度を50℃以上として養生を行う。一方、部材の最小寸法が小さいスラブ部材や壁部材など製造する際には、初期に比較的マイルドな条件で加熱し、一定時間の経過後により高温で加熱する2段階の養生工程を実施することで、初期の発熱温度上昇が緩やかになり、発熱が適切な範囲に維持されるために、初期の急激な水和発熱に起因するひび割れの発生が抑制され、水和反応速度が適切に保たれることで、緻密な水和組織が形成されやすくなり、初期強度のみならず、長期的に圧縮強度の増進が得られるという効果をも得られるものと推定している。
また、他の好ましい態様として、水硬性組成物の混練り工程において添加、混合する材料や混合装置等に対して適切な加温を行い、混練り時や練り上がり時の水硬性組成物(コンクリート組成物)の温度を25℃〜40℃とすることで、大サイズの型枠を使用した場合においても、内部の温度が所定の温度に維持されやすくなり、初期強度をより均一にしたり、より効率よく向上させたりできるものと考えている。
また、本発明によれば、短時間で脱型可能な圧縮強度が発現され、高品質な水硬性硬化体が生産性良く得られる水硬性硬化体の製造方法及び該製造方法により得られた初期強度、経時による長期養生後の強度のいずれにも優れた水硬性硬化体が提供される。
<水硬性材料用硬化促進材>
本発明の水硬性組成物に用いられる水硬性材料用硬化促進材(以下、単に、硬化促進材又は本発明の硬化促進材とも称する)は、無機硫酸塩を10質量%〜30質量%、カルシウムサルフォアルミネートを10質量%〜70質量%、及び、無機水酸化物を10質量%〜30質量%含有する。
(無機硫酸塩)
本発明に用いられる無機硫酸塩とは「硫酸塩、亜硫酸塩およびチオ硫酸塩」を包含する意味で用いられる。
本発明に使用しうる好ましい無機硫酸塩は、より具体的には、硫酸カルシウム、硫酸アルミニウムなどの硫酸塩が好ましく挙げられる。
硫酸塩は、市販品としても入手可能であり、例えば、電気化学工業(株)製のデンカエフダック、デンカクイックデモルダーなどが挙げられる。
また、亜硫酸塩としては、亜硫酸塩、重亜硫酸塩、ピロ硫酸塩、ピロ亜硫酸塩及びピロ重亜硫酸塩などが挙げられ、特に限定されるものではないが、より具体的には、例えば、亜硫酸ナトリウム、亜硫酸カリウム、亜硫酸リチウム、亜硫酸カルシウム、重亜硫酸ナトリウム、重亜硫酸カリウム、重亜硫酸リチウム、重亜硫酸カルシウム、ピロ硫酸ナトリウム、ピロ硫酸カリウム、ピロ硫酸リチウム、ピロ硫酸カルシウム、ピロ亜硫酸ナトリウム、ピロ亜硫酸カリウム、ピロ亜硫酸リチウム、ピロ亜硫酸カルシウム、ピロ重亜硫酸ナトリウム、ピロ重亜硫酸カリウム、ピロ重亜硫酸リチウム及びピロ重亜硫酸カルシウム等が挙げられる。
また、チオ硫酸塩としては、チオ硫酸ナトリウムが挙げられる。
なかでも、早期強度発現における水酸化カルシウムとの相乗効果の観点から、硫酸カルシウムが好ましく用いられる。
本発明の水硬性材料用硬化促進材に用いられる無機硫酸塩は、1種のみであってもよく、2種以上を併用してもよい。
水硬性材料用硬化促進材中の無機硫酸塩の含有量は、総量として、10質量%以上30質量%以下の範囲であり、12質量%以上25質量%以下の範囲であることが好ましく、13質量%以上20質量%以下の範囲であることがより好ましい。
本発明に用いられるカルシウムサルフォアルミネート(3CaO・3Al2O3・CaSO4)は、コンクリートの乾燥収縮あるいは温度変化による自己ひずみの発生を抑制するために用いられる混和材として知られる化合物であり、通常は、石灰石、石膏、ボーキサイトなどを出発原料として、高温焼成法によって得られるクリンカーを粉砕したものの主要構成鉱物としては、Hauyne(3CaO・Al2O3・CaSO4)に加え、酸化カルシウム(生石灰:CaO)および硫酸カルシウム(無水石膏:CaSO4)などの化合物を不可避不純物として含む場合がある。これらが水と反応すると硬化し、カルシウムサルフォアルミネート水和物を生成する。得られた水和物は、針状結晶のエトリンガイト(Ettringite)と呼ばれる高硫酸塩(3CaO・Al2O3・3CaSO4・32H2O)と、六角板状結晶の低硫酸塩(3CaO・Al2O3・CaSO4・12H2O)とが得られ、本発明においては、前者が使用される。
カルシウムサルフォアルミネートは、通常、上記方法により得られるが、例えば、特開平8−337453号公報に記載の方法により得ることもできる。
また、カルシウムサルフォアルミネートは市販品としても入手可能であり、例えば、電気化学工業社製デンカエフダックタイプTは、60質量%以上のカルシウムサルフォアルミネートを含有する。
硬化促進材中のカルシウムサルフォアルミネートの含有量としては、10質量%〜70質量%の範囲であり、15質量%〜65質量%の範囲であることが好ましく、20質量%〜60質量%の範囲であることがより好ましい。
また、前記無機硫酸塩とカルシウムサルフォアルミネート系材料との含有比率は、質量基準1:1〜1:10の範囲であることが好ましく、1:2〜1:5の範囲であることがより好ましい。
本発明の水硬性材料用硬化促進材は、無機水酸化物を含有する。
本発明に用いうる無機水酸化物としては、特に限定はないが、効果の観点からは、生石灰(主成分は酸化カルシウムCaO)を消化させたもの(主成分は水酸化カルシウムCa(OH)2)でよく、多少の不純物を含有していても使用可能である。また、焼成ドロマイトや遊離石灰(f-CaO)を含む市販の膨張材を消化させたものを使用してもよい。
本発明の水硬性材料用硬化促進材における無機水酸化物の含有量は10質量%〜30質量%の範囲であり、15質量%〜28質量%の範囲であることが好ましく、20質量%〜25質量%の範囲であることがより好ましい。
使用しうる添加剤としては、反応調整剤等を挙げることができる。反応調整剤としては、炭酸カルシウム、炭酸カリウムなどのアルカリ金属炭酸塩などが挙げられ、これらは、水硬性組成物の使用目的、或いは、使用される水硬性材料の種類に応じて適宜選択される。
本発明の水硬性組成物は、ポルトランドセメントなどの水硬性材料と、前記した本発明の硬化促進材と、を含有する。即ち、本発明の水硬性材料は、水硬性材料、及び、該水硬性材料100質量部に対して、前記本発明の水硬性材料用硬化促進材を2質量部〜10質量部含有し、必要に応じて、反応調整剤、水、混和材料、骨材などを含有する。
なお、本発明において水硬性材料とは、コンクリート、モルタル、グラウト等をすべて包含するものである。
水硬性材料としては、通常用いられるセメント、コンクリート、グラウトなどのいずれでもよい。以下、セメントとして汎用されるポルトランドセメントの例を挙げて説明するが、本発明はこれに限定されない。種々の添加剤とこれらを混合して、速硬性コンクリート組成物が得られる。
本発明に用いられるポルトランドセメントには特に制限はなく、水硬性組成物の使用目的に応じて、各種セメント類の中から、適宜選択することができ、早強ポルトランドセメント、普通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、混合セメントすなわち、高炉スラグ、フライアッシュ、シリカフュームなどをポルトランドセメントの一部に置換したセメントなどが使用できる。
本発明の水硬性組成物に含まれる硬化促進材は、前記本発明の硬化促進材であり、その含有量は水硬性材料100質量部に対して、2質量部〜10質量であり、この範囲内において目的に応じて選択される。好ましくは、水硬性材料100質量部に対して、5質量部〜8質量部の範囲である。
添加量を上記範囲とすることで、初期の硬化促進性が良好となり、発熱が適正な範囲に維持される。ここで、水硬性材料とは、通常結合材と称されるものの総量であり、セメント等の結合材と、硬化促進材と、の総量を指す。
本発明の水硬性組成物は、所要の速硬性が得られる範囲で水硬性材料の反応調整剤を含んでもよい。
反応調整剤としては、アルカリ金属炭酸塩としては、炭酸カリウムなどが挙げられる。
水硬性組成物中の水とセメントの重量比は、形成される水硬性材料用硬化体の用途に応じて適宜選択することができるが、最終的に得られるコンクリート成形体の圧宿強度として、24N/mm2以上の強度を発現することが好ましく、また、大気中の二酸化炭素との炭酸化反応を抑制し鉄筋の腐食から保護されることが好ましいため、そのような観点からは、水と結合材の重量比は50%以下が好ましい。
硬化体を形成するための水硬性組成物においては、水、セメント、混和材料、骨材、化学混和剤などの各種材料の重量比を適宜調整することで強度や物性を調整することもできる。
本発明に用いうる骨材としては、特に制限はなく、コンクリート成形体の目的に応じて、公知の細骨材、粗骨材を用いることができ、その配合量もまた、一般的なコンクリート組成物の範囲内で任意に選択することができる。
コンクリート成形体の使用目的によっては、骨材を必要とせず、その場合には、骨材を添加せずにコンクリート組成物が調製される。
混練りは公知のミキサにより行えばよい。
コンクリート組成物に代表される水硬性組成物を用いて水硬性材料用硬化体(以下、単に成形体とも言う)を製造するには、少なくとも既述の本発明の硬化促進材、所望により用いられる反応調整剤及びポルトランドセメント等の水硬性材料を添加して、ミキサで練り混ぜ、十分に混合した後、水を添加すればよい。必要に応じて実施される粗骨材の混入量は、経済性,ハンドリング性を考慮して適宜選択されるが、通常は、コンクリート100体積部対して、5mm以上のサイズの粗骨材の混入量は25体積部〜45体積部の範囲であることが好ましい。
通常、混合時間は、1分〜3分間程度である。
このようにして、本発明の水硬性材料用硬化体を形成するための水硬性組成物が調製される。このようにして調製された水硬性組成物は、そこに均一に含まれる複硬化促進材や反応調整剤がポルトランドセメントに作用することにより、混合後30分間程度、コンクリート組成物のスランプを、型枠への充填に適する5cm〜18cmに保持することができる。
このようにして得られた本発明の水硬性組成物は、速硬性に優れるため、種々の用途に好適に使用しうる。例えば、コンクリート成形体の製造に適用することで、工場におけるプレキャストコンクリート成形体に代表されるコンクリート成形体の生産性を向上しうる。また、サイトで打ち込んで蒸気養生や加熱シート等による養生を行うことで、速硬性が発現するため、コンクリートによる構造物構築の施工期間を短縮しうる。
前記本発明の水硬性組成物を適切な型枠中に充填、打設して硬化させることで本発明の水硬性材料用硬化体を得ることができる。
即ち、本発明の水硬性材料用硬化体の製造方法は、前記本発明の水硬性材料用硬化材と、水硬性材料と、水と、を含む混合物を混練する工程と、混練された混合物を型枠に注入する工程と、型枠に注入された水硬性材料を含む混合物を加熱する養生工程と、をこの順で有する。
以下、プレキャストコンクリート成形体の製造を例に挙げて、本発明の水硬性材料用硬化体の製造方法を工程順に詳細に説明するが、本発明の製造方法はプレキャストコンクリート成形体の製造方法に限定されるものではない。
本発明の製造方法において、コンクリート組成物を混練りすると、組成物に含まれる本発明の硬化促進材の影響により、水和反応が効率よく進行する。その後、行われる加熱による養生工程により、さらに硬化が促進されるために、短時間に脱型可能な強度を達成することができる。
混練り時の加熱は、例えば、コンクリートの練り混ぜ水の一部を温水としたり、練り混ぜ水の一部を加熱水蒸気として練り混ぜ中のミキサに計測しながら注入したり、加熱水蒸気で骨材をあらかじめ暖めてコンクリート温度を高めるたりする方法など、公知の手段のいずれか、あるいは組み合わせにより行うことができる。
例えば、硬化体(本明細書中において単に「部材」とも称する)の最小寸法が30cm以上であるような、部材厚が大きい硬化体を製造する場合には、コンクリートの熱容量が大きく、高い温度条件で加熱しても部材の温度が上がりはじめるまでに時間がかかるために、養生工程の当初から養生温度(環境温度)を高い温度にしておくことが好ましい。すなわち、昇温速度0.2℃/min以上5.0℃/min以下の条件で、型枠投入後0.1〜1.0時間後に昇温を開始し、50℃以上95℃以下の加熱到達温度で加熱する加熱養生を行うことが好ましく、さらに好ましい加熱到達温度は60℃以上90℃以下の範囲である。
最小寸法が30cm以上であるような、部材厚が大きい硬化体としては、柱や梁のような構造材に使用されるものが挙げられ、例えば、柱の場合には、最小寸法が100cm〜150cmの部材なども実現可能である。
この際、前述のようにコンクリートの練り上がり温度を高めるなどの対策を行うのが特に有効である。上記加熱到達温度にて1.5時間〜2.5時間保持する。部材中心部の温度が、コンクリートを練り混ぜて3時間程度の後に、45℃を超えるような加熱到達温度を設定すると、コンクリート部材の製造上は効率が良い。本発明の水硬性材料を含む混合物を用いて、上記の養生工程で養生すると、最小断面の大きな部材でも、コンクリート練り混ぜから3時間後には脱型して吊り上げることが可能となる。
なお、本明細書における加熱養生における加熱到達温度は、雰囲気温度を測定した値を用いており、昇温速度も雰囲気温度に対する値である。ここに示した条件であれば、最小断面が1mの柱のような厚部材でも、コンクリート内部の温度上昇速度は、表層から3cmの位置で0.3〜0.5℃/min程度であり、中心部の温度上昇速度は0.1〜0.2℃/minであることがわかっている。
2段階の養生を行う場合、第1段階では、昇温速度5℃/min以上10℃/min以下の条件で、型枠投入後0.1〜1.0時間後に昇温を開始し、48℃以下の加熱到達温度で加熱する加熱養生を行うことが好ましく、さらに好ましい加熱到達温度は30℃以上45℃以下の範囲である。初期の加熱到達温度が45℃を超えると、初期強度の向上効果は得られるものの、急激な温度上昇により体積膨張が著しくなり、常温に降温する際の体積収縮によりクラックを生じたり、内部組織が粗な細孔構造となったりする虞があり、さらに、材齢28日といった経時後の圧縮強度が低下することが懸念される。
本願発明者らの検討によれば、コンクリートを練り混ぜ、型枠に充填し、加熱養生を施すと、コンクリートを練り混ぜた時間から1.2時間前後が経過すると、コンクリート加熱時の熱膨張に係る変形が生じ難くなる。これはコンクリートの温度が除々に上昇してゆき、セメントの水和反応が活発化し、流動性が失われ個体化してゆくためと考えているが、このときの加熱養生温度が低いほど、より熱膨張による悪影響を受けにくく、加熱養生温度としては45℃以下であれば良いことがわかった。しかしこの反面、加熱養生温度が低いとセメントの水和反応が遅くなり、狙いとする練り混ぜ後3時間での早強性が得られなくなるために、加熱到達温度が低すぎるのは好ましくなく、30℃以上とするのが良いことがわかった。このようにして、第1段階の加熱到達温度としては、コンクリートの熱膨張の影響が大きい、練り混ぜから1.2時間前後の期間を、より熱膨張の悪影響を受けにくく、かつ水和反応の促進も期待できる30℃以上45℃以下が良いこと、加熱養生の保持時間としては、コンリートを練り混ぜて型枠に充填するまで0.1〜0.5時間程度、長ければ1時間程度を要することを考慮して、0.6時間〜1.5時間とすることが好ましいことが判明した。
このように、第1段階の工程で45℃程度の加熱養生にて穏やかにコンクリートの凝結促進を行い、組織が安定した後に、第2段階の工程で、さらに高温度で加熱養生を行うことで、コンクリートの水和反応が促進され、得られた成形体は、初期強度のみならず経時後の圧縮強度にも優れたものとなる。
なお、前記の部材厚が小さい場合の加熱養生における加熱到達温度も、昇温速度も、雰囲気温度に対する値であるが、ここに示した条件であれば、コンクリート内部の温度上昇速度は部材厚が20cmのスラブ部材でも、コンクリート温度の昇温速度が0.1℃/min〜1.0℃/minになることがわかっている。
従って、型枠内での硬化時間が従来の半分程度に短縮され、生産性に優れたコンクリート成形体の製造が可能になる。
養生剤・養生シートの使用方法は特に制限はないが、本発明に使用される養生剤としては、例えば、優れた界面活性の浸透作用により、脱型後の初期材齢のコンクリート表面の急激な乾燥を抑制する養生剤である、特許第4033474号公報に記載の養生剤、市販品としては、ポールケアW(竹本油脂製)や、脱型直後のコンクリート面を緻密な防水性の被膜で覆い,コンクリートの初期の乾燥収縮を遅らせることによりクラックの発生を低減できるバーティキュア(ノックス社製)等の養生剤、脱型後の浸透型コンクリート表面養生剤であって脱型直後のコンクリートに塗布することにより、コンクリート表面に浸透し水分の蒸発を抑制するとともに、空隙中の自由水の表面張力を下げ、乾燥収縮を低減しコンクリート面の微細なクラックの発生を防ぐコンクリック(ノックス製)等などのいずレを用いてもよい。養生剤の塗布量は、種類によって適宜選択されるが、一般的には、100g/m2〜200g/m2程度であることが望ましい。
養生剤のほかにも,シート状の養生マットなど物理的な効果により乾燥を防止できるものを用いてもよく、本発明に適用しうる養生マットとしては、例えば、アクアマット(早川ゴム製)、コンマット(アオイ化学)等の市販品を始め、その他一般的に使用されている養生シート等をいずれも用いることができる。
養生マットとしては,水分の逸散を抑制する効果とともに,断熱性が良く急激なコンクリート表面の温度が急激を抑制するものが好ましい。
また、養生剤と養生マットとを併用することも効果の観点から好ましい態様といえる。
本発明のコンクリート成形体の製造方法によれば、コンクリート成形体を短時間で効率よく製造することができる。
〔実施例1〕
(コンクリート組成物の配合)
以下の処方で速硬性コンクリート組成物を調整した。まず、下記材料を下記表1に記載の配合量で、水を除いた各材料をミキサ中で30秒間攪拌し、その後水を加え、さらに、ミキサにより3分間練り混ぜで、コンクリート組成物を得た。
・早強ポルトランドセメント(密度:3.13g/cm3)
(住友大阪セメント製)
・カルシウムサルフォアルミネートを60質量%、硫酸カルシウムを15質量%及び水酸化カルシウムを25質量%含有する硬化促進材(密度:2.44g/cm3)
・粗骨材(八王子産硬砂岩砕石:表乾密度:2.61g/cm3)
・細骨材(君津産山砂:表乾密度:2.61g/cm3)
・減水剤(ポリカルボン酸系減水剤:スーパー300K−102、グレースケミカルズ製)
・水
(水結合材比=40.0%)
1.スランプ試験
JIS A 1101(2005年)コンクリートのスランプ試験法に準じて実施例したところ、スランプは16.5cmであり、十分な流動性を有していた。
2.空気量
JIS A 1128(2005年)フレッシュコンクリートの空気量の圧力による試験方法−空気室圧力方法に準じて測定したところ、空気量は3.4%であった。
JIS A 1132(コンクリートの強度試験体用供試体の作り方)に準拠して、型枠として直径10cm、高さ20cmのブリキ製の軽量サミットモールドを用いて成形体を作製した。即ち、得られたコンクリート組成物を前記型枠内に注入した。
その後、部材厚が比較的小さいスラブや壁などの薄部材を想定して加熱して養生を行った。加熱条件は、型枠注入後、0.5時間で加熱を開始し、加熱条件としては、昇温速度30℃/hr、加熱到達温度45.0℃にて1.3時間加熱し、その後、さらに加熱到達温度80℃として1.2時間加熱し、加熱完了後に外気温(約25℃)で暴露養生し、コンクリート成形体を得た。
型枠投入後3時間で脱型して、得られた成形体の圧縮強度をJIS A 1108(コンクリートの圧縮強度試験方法)の方法により測定したところ、13.9N/mm2であり、脱型に十分な強度であることが確認された。
この成形体を保存し、材齢28日における圧縮強度を同様にして測定したところ、43.1N/mm2であり、長期強度にも優れることが確認された。
実施例1において成形体を製造する際の養生条件を下記表2に記載のように変えた他は、実施例1と同様にして成形体を作製し、実施例1と同様にして得られた成形体の圧縮強度を測定した。その結果を下記表2に示す。
実施例1において成形体を製造する際の養生条件を下記表2に記載のように変えた他は、実施例1と同様にして成形体を作製し、実施例1と同様にして得られた成形体の圧縮強度を測定した。結果を下記表2に併記する。なお、比較例3は、加熱養生を実施しない、すなわち20℃で封緘養生したときの圧縮強度であり、本コンクリートの基準となる圧縮強度である。これについては、3時間後にはまだ硬化していないので圧縮強度は測定できないが、材齢28日における圧縮強度は、実施例1〜3、比較例1〜2の強度発現を評価するうえで重要であるため測定した。
他方、第1の養生における45℃の温度保持時間が0.5時間とした比較例1は、3時間強度が高くても28日強度が基準養生の60%以下しか得られず、この時間を0.9時間とした実施例1は、高い3時間強度と高い28日強度が達成されることがわかる。また、実施例2、3の対比により、第1の養生における45℃の温度保持時間を0.9時間とすれば、第2の養生における加熱時間は60℃よりも80℃と高くすることで、より高い圧縮強度が達成されることがわかる。これは、部材厚の薄い場合には、第1の養生の温度と養生時間が極めて重要であることを示している。
従って、このコンクリート組成物を用いてプレキャストコンクリート成形体を製造することで、従来の脱型までに5時間以上の養生を必要とするコンクリート組成物に比較して、高い生産性を実現しうることがわかる。
型枠に所要の鉄筋や打ち込み金物等を1時間程度で設置した後,打ち込み後3時間で吊り上げや脱型が可能となるため,従来は1日1回しか製造できなかった成形体を8時間の作業で1日2回の作製が可能となり、養生期間も短くすることができる。
実施例1において水硬性材料に用いた硬化促進材を以下の処方の硬化促進材(A)(実施例4)、硬化促進材(B)(実施例5)に代えた以外は、実施例1と同様の製造方法にて成形体を作製し、実施例1と同様にして得られた成形体の圧縮強度を測定した。その結果を下記表3に示す。
硬化促進材(A):カルシウムサルフォアルミネートを60質量%、硫酸カルシウムを15質量%及び水酸化カルシウムを25質量%
硬化促進材(B):カルシウムサルフォアルミネートを50質量%、硫酸カルシウムを30質量%及び水酸化カルシウムを20質量%
実施例1において水硬性材料に用いた硬化促進材を、本発明の範囲外である以下の処方の硬化促進材(C)に代えた以外は、実施例1と同様の製造方法にて成形体を作製し、実施例1と同様にして成形体の圧縮強度を測定した(比較例4)。
硬化促進材(C):カルシウムサルフォアルミネートを50質量%、硫酸カルシウムを40質量%及び水酸化カルシウムを10質量%
また、硬化促進材を加えなかった以外は、実施例1と同様の製造方法にて成形体を作製し、実施例1と同様にして成形体の圧縮強度を測定した(比較例5)。
その結果を下記表3に示す。
実施例1において成形体を製造する際に使用したのと同様の水硬性組成物を用いて、成形時の型枠を直径10cm、高さ20cmのブリキ製の軽量サミットモールドに代えて、1辺が下表4に示す最少部材厚の立方体となる型枠とし、且つ、養生条件を下記表3に記載の温度による、練り混ぜ後30分から3時間まで一定温度に設定して蒸気養生を行って、成形体を作製した。それぞれの部材には代表的な位置に熱電対を設置し、加熱養生中の部材内部の温度を測定した。こうして得られた部材内部の温度履歴のうち、部材の中心部の温度履歴を供試体に与えて、この供試体の圧縮強度を測定することで、部材中のコンクリートの圧縮強度を、実施例1と同様に評価した。結果を表4に示す。
Claims (6)
- 水硬性材料、及び、該水硬性材料100質量部に対して、無機硫酸塩を10質量%〜30質量%、カルシウムサルフォアルミネートを10質量%〜70質量%、及び、無機水酸化物を10質量%〜30質量%含有する水硬性材料用硬化促進材を2質量部〜10質量部含有する水硬性組成物。
- 前記無機硫酸塩が硫酸カルシウム、亜硫酸塩、重亜硫酸塩、ピロ硫酸塩、ピロ亜硫酸塩及びピロ重亜硫酸塩から選ばれる1種以上である請求項1記載の水硬性組成物。
- 水硬性材料、及び、該水硬性材料100質量部に対して、無機硫酸塩を10質量%〜30質量%、カルシウムサルフォアルミネートを10質量%〜70質量%、及び、無機水酸化物を10質量%〜30質量%含有する水硬性材料用硬化促進材を2質量部〜10質量部と、水と、を含む混合物を混練する工程と、
混練された混合物を最小寸法が30cm以上150cm以下の部材を形成する型枠に注入する工程と、
型枠に注入された水硬性材料を含む混合物を50℃以上95℃以下の温度で加熱する養生工程と、をこの順で有する水硬性材料硬化体の製造方法。 - 水硬性材料、及び、該水硬性材料100質量部に対して、無機硫酸塩を10質量%〜30質量%、カルシウムサルフォアルミネートを10質量%〜70質量%、及び、無機水酸化物を10質量%〜30質量%含有する水硬性材料用硬化促進材を2質量部〜10質量部と、水と、を含む混合物を混練する工程と、
混練された混合物を最小寸法が30cm未満の部材を形成する型枠に注入する工程と、
型枠に注入された水硬性材料を含む混合物を、30℃〜45℃の温度範囲にて、0.6時間〜1.5時間加熱する第1の養生工程と、
その後、60℃〜95℃の温度範囲で、0.8時間〜2.0時間加熱する第2の養生工程と、を含む水硬性材料硬化体の製造方法。 - 前記水硬性材料を含む混合物を混練りする工程において、混合物に含まれる材料、及び混合装置の少なくともいずれかの温度を制御して、混合物の温度が25℃〜40℃になるような条件にて混合物を混練りする請求項3又は請求項4に記載の水硬性材料硬化体の製造方法。
- 無機硫酸塩を10質量%〜30質量%、カルシウムサルフォアルミネートを10質量%〜70質量%、及び、無機水酸化物を10質量%〜30質量%含有する水硬性材料用硬化促進材と、水硬性材料と、水と、を含む水硬性材料を型枠に注入後、3時間硬化して得られた、圧縮強度が10N/mm2以上である水硬性材料硬化体。
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