JP6165447B2

JP6165447B2 - ブリーディングが低減したコンクリートの製造方法

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Publication number: JP6165447B2
Application number: JP2013007889A
Authority: JP
Inventors: 隆之早川; 真一黒澤
Original assignee: Taiheiyo Cement Corp
Current assignee: Taiheiyo Cement Corp
Priority date: 2013-01-18
Filing date: 2013-01-18
Publication date: 2017-07-19
Anticipated expiration: 2033-01-18
Also published as: JP2014136424A

Description

本発明は、ブリーディングの発生が少ないコンクリートの製造方法に関する。

コンクリートは、主に、水、セメント、および骨材等からなり、これらの構成材料の比重は、それぞれ１、３．２、および２．５程度と異なる。したがって、混練してから硬化するまでの間のコンクリートの混練物は、セメントと骨材が沈降する一方で水が上昇する材料分離（以下「ブリーディング」という。）が起き易い。このブリーディングが大きいと、セメントペーストと骨材との界面、およびコンクリートと鉄筋との界面等に空隙が形成されて該界面の付着力が低下するため、コンクリートの強度低下や沈降ひび割れが発生し易い。
また、セメント鉱物組成、粉末度、および石膏の含有率等の特性値が同じセメントを用いた同一配合のコンクリートであっても、ブリーディングにより発生する浮水の量（以下「ブリーディング量」という。）は異なり、ときにブリーディング量が過大になる場合がある。

そこで、ブリーディングを低減する手段として、コンクリートに添加する特定の混和剤や、コンクリートの前記構成材料を特定の順序で混練するコンクリートの作製方法等が提案されている。
例えば、特許文献１では、前記混和剤として、菌体番号ＡｌｃａｌｉｇｅｎｅｓＡＴＴＣ３１９６１の菌種が産出する微生物醗酵多糖類からなるコンクリートの分離防止用混和剤が提案されている。しかし、該混和剤はコンクリートの粘性を高めてブリーディングを抑制するが、その一方でコンクリートの流動性やポンプ圧送性が低下して、充填不良による強度低下やコンクリート面の肌荒れが発生し易い。かかる問題は高流動コンクリートにおいて顕著である。また、該混和剤は特定の菌種が産出する天然物であるため、コンクリートの大量製造において量的な制約と高コストが懸念される。
また、特許文献２では、混練水を第１の混練水（以下「一次水」という。）と第２の混練水（以下「二次水」という。）に分割し、一次水をセメントに加えて混練しセメントペーストを調整した後、該ペーストに二次水を加えて再度混練し第２のセメントペーストを調整し、さらに第２のセメントペーストに骨材を加えて混練するコンクリート作製方法が提案されている。しかし、該方法は、後記の比較例として示すようにブリーディングの低減効果は十分でない場合がある。

特開平５−３０６１５３号公報特開２０１０−２２２１７１号公報

したがって、本発明は、流動性を良好に維持しつつブリーディングの低減効果が高いコンクリートの製造方法を提供することを目的とする。

本発明者は前記目的にかなうコンクリートの製造方法を検討したところ、コンクリートの構成材料を特定の順序で混練することにより前記目的を達成できることを見い出し、本発明を完成させた。
すなわち、本発明は下記の構成を有するコンクリートの製造方法である。
［１］セメント、細骨材、および、下記（ａ）〜（ｃ）により決定した量の一次水を一括して投入して混練して、モルタルの混練エネルギー（トルク）が最大になった後、さらに６０秒以上混練を継続してモルタルを作製する一次混練工程と、
該モルタルに粗骨材および二次水を投入してコンクリートを混練する二次混練工程とを含み、
一括混練して製造したコンクリートと比べブリーディングが低減した、コンクリートの製造方法。
（ａ）セメントと細骨材の混合物を、ホバート型モルタルミキサに投入する。
（ｂ）前記混合物に対して水を徐々に添加して混練し、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。
（ｃ）水／前記混合物の質量比と負荷電流値との関係において、負荷電流値が最大となる質量比を求め、この値を一次水量として決定する。
［２］前記一次水および／または二次水が減水剤を含む、前記［１］に記載のコンクリートの製造方法。

本発明のコンクリートの製造方法は、コンクリートの水セメント比が変動しても、コンクリートの流動性を良好に維持し、かつブリーディングの低減効果が高い。

粉粒体間における液相の存在状態を示す図である。

以下、本発明のコンクリートの製造方法について、一次混練工程と二次混練工程等に分けて説明する。
１．一次混練工程
該工程は、セメント、細骨材および一次水を混練してモルタルを作製する工程であり、以下に、セメント、細骨材、一次水、および一次混練方法の順に詳細に説明する。
（１）セメント
前記セメントは、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、耐硫酸塩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、石炭灰含有セメント、シリカセメント、白色セメント、およびエコセメント等から選ばれる１種以上が挙げられる。これらの中でも、ブリーディングが発生し易いセメントが好ましい。ここで、ブリーディングが発生し易いセメントとは、例えば、ＪＩＳＲ５２０１「セメントの物理試験方法」に準じて作製したセメントペーストを用いて、土木学会基準「プレパックドコンクリートの注入モルタルのブリージング率および膨張率試験方法」に準拠して測定したブリージング率（ブリーディング率）が、４．０％以上になるセメントをいう。なお、ブリーディング率とは、全水量の質量に対するブリージングによる浮水の質量の比を百分率で表した値である。

（２）細骨材
前記細骨材は、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、細骨材は天然骨材のほか再生骨材を用いることができる。

（３）一次水
前記一次水は、コンクリートの強度や流動性等の物性に悪影響を与えないものであれば用いることができ、例えば、水道水、下水処理水、および生コンクリートの上澄水等から選ばれる１種以上が挙げられる。また、減水剤は、水／セメント比を下げて練混時のトルクを高めることにより、セメントの凝集粒子を壊砕してブリーディング率が低減するため、該一次水は、好ましくは、高性能ＡＥ減水剤、高性能減水剤、ＡＥ減水剤等から選ばれる１種以上の減水剤を含む。ここで、前記減水剤の種類は、ポリカルボン酸、ナフタレンスルホン酸ホルマリン縮合物、メラミンスルホン酸ホルマリン縮合物、リグニンスルホン酸、およびこれらの塩等から選ばれる１種以上が挙げられる。

（４）一次混練方法
該方法として、混練装置に、
(i)細骨材と一次水を投入して混練した後、セメントを投入して再度混練する、
(ii）セメントと一次水を投入して混練した後、細骨材を投入して再度混練する、
(iii）細骨材とセメントを投入して空練りした後、一次水を投入して混練する、および、
(iv)セメントと細骨材と一次水を投入し、一括して混練する
等の方法が挙げられる。これらの中でも、(i)の方法は、細骨材の湿潤表面にセメントが付着して造殻層を形成することにより、均質でブリーディングの少ないモルタルが得られるため好ましい。前記混練装置は特に限定されず、強制練りミキサ、重力式ミキサ等が使用できる。
前記一次混練工程における混練時間は、コンクリートの製造効率やブリーディングの低減効果の観点から、好ましくは８０〜２２０秒、より好ましくは１００〜１６０秒である。
また、一次水量は水セメント比換算で、減水剤を含まない場合は、好ましくは２８〜３５％、より好ましくは２８〜３３％であり、減水剤を含む場合は、好ましくは２０〜３３％、より好ましくは２３〜３０％である。

また、一次混練工程において得られるモルタルは、好ましくはキャピラリ―状態にあるものである。ここで、キャピラリ―状態とは、図１の（ｄ）に示すように、粉粒体の間が水等の液相によりほぼ完全に充填され、空隙や気泡等の気相が実質的に存在しない状態をいう。この状態のモルタルは粉粒体間の結合が最強になり、混練エネルギー（トルク）が最大になる。
そして、キャピラリ―状態のモルタルを得るための一次水量は、水／セメント比換算で、減水剤を含まない場合、好ましくは２８〜３２％、より好ましくは２８〜３０％であり、減水剤を含む場合、好ましくは２３〜３０％、より好ましくは２３〜２８％である。一次水量が前記範囲を外れると、キャピラリ―状態のモルタルが得にくく、ブリーディングの低減効果が低下する場合がある。
ただし、より正確を期すため、前記一次水量は、例えば、以下の（ａ）〜（ｃ）により決定してもよい。
（ａ）セメントと細骨材の混合物を、ホバート型モルタルミキサに投入する。
（ｂ）前記混合物に対して水を徐々に添加して混練し、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。
（ｃ）水／前記混合物の質量比と負荷電流値との関係において、負荷電流値が最大となる質量比を求め、この値を一次水量として決定する。

また、一次混練工程においてキャピラリ―状態のモルタルを混練する場合、好ましくはモルタルがキャピラリ―状態になった後、そのまま６０秒以上混練を継続する。該時間が６０秒未満ではブリーディングの低減効果が低下する場合がある。また、該時間の上限は好ましくは１２０秒、より好ましくは１００秒である。該上限が１２０秒を超えると、コンクリートの製造効率やブリーディングの低減効果が低下するおそれがある。
なお、モルタルがキャピラリ―状態になった時点は、混練トルクが最大になった時点として把握できる。

２、二次混練工程
該工程は、前記モルタルに粗骨材および二次水を投入して混練し、コンクリートを作製する工程であり、以下に、粗骨材、二次水、コンクリート、および二次混練方法の順に詳細に説明する。
（１）粗骨材
前記粗骨材は砂利、砕石、スラグ粗骨材、および軽量粗骨材等から選ばれる１種以上が挙げられる。また、粗骨材は、前記細骨材と同様に、天然骨材のほか再生骨材を用いることができる。

（２）二次水
二次水は、前記一次水と同様に、コンクリートの強度や流動性等の物性に悪影響を与えないものであれば用いることができ、例えば、水道水、下水処理水、生コンクリートの上澄水等が挙げられる。また、該二次水は、コンクリートの流動性や、水／セメント比の低減によりコンクリートの強度を高めるために、好ましくは、高性能ＡＥ減水剤、高性能減水剤、ＡＥ減水剤等から選ばれる１種以上の減水剤を含む。ここで、前記減水剤の種類は、ポリカルボン酸、ナフタレンスルホン酸ホルマリン縮合物、メラミンスルホン酸ホルマリン縮合物、リグニンスルホン酸、およびこれらの塩等から選ばれる１種以上が挙げられる。

（３）コンクリート
本発明の製造方法が適用されるコンクリートは、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。これらの中でも、コンクリートの強度や流動性等がより重視される、普通コンクリート、高強度コンクリート、および高流動コンクリート等が好適である。

（４）二次混練方法
該方法として、前記モルタルに対し、
(i)粗骨材を投入して混練した後、二次水を投入して再度混練する、
(ii）二次水を投入して混練した後、粗骨材を投入して再度混練する、および、
(iii）粗骨材と二次水を投入した後、一括して混練する
等の方法が挙げられる。ここで、二次混練に用いる混練装置は特に限定されず、強制練りミキサ、重力式ミキサ等が使用できる。
前記二次混練工程における混練時間は、好ましくは、下限が６０秒であり、上限が１２０秒、より好ましくは１００秒である。下限が６０秒未満では均質なコンクリートを製造することが難しく、上限が１２０秒を超えると、コンクリートの製造効率が低下する。
また、二次水量は、コンクリートの設計強度を満たす水セメント比に基づき求めた全水量から、前記一次水量を引いた質量である。
前記二次混練は、一次混練と同じ場所（同じミキサ）で行うほか、例えば、バッチャプラントのミキサで一次混練した後、トラックアジテータ車等の運搬手段によりコンクリートの打設場所（現場）へ搬送して、該打設場所で行ってもよい。さらに、二次混練は、トラックアジテータ車等のミキシング機能を有する運搬手段において、コンクリートの運搬中に行ってもよい。

３．その他
本発明において用いる一次水および二次水は、前記減水剤以外に、収縮低減剤、ＡＥ剤、水和熱抑制剤、白華防止剤、遅延剤、硬化促進剤等の混和剤を含んでもよい。また、本発明により製造するコンクリートは、高炉スラグ、フライアッシュ、石炭灰、シリカフューム、石灰石粉末、シリカ質粉末等の混和材を含むことができる。該混和材は、好ましくは一次混練工程において、その全量を投入する。これにより、該混和材はモルタル中により均質に分散し易くなる。

以下、本発明を実施例により説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されない。
１．使用材料
（１）セメント：中庸熱ポルトランドセメントＡおよびＢ。なお、後掲の表１に示すように、ブリーディングの大きさは、セメントＡが過剰でセメントＢは標準的である。
（２）細骨材：陸砂（静岡県掛川市産）
（３）粗骨材：砂岩砕石（茨城県桜川市産）
（４）減水剤：リグニンスルホン酸塩（ポゾリスＮｏ．７０［登録商標］、ＢＡＳＦジャパン社製）、ポリカルカルボン酸塩（レオビルドＳＰ８ＳＶ［登録商標］、ＢＡＳＦジャパン社製）
（５）水：水道水

２．セメントペーストのフロー値およびブリーディング率の測定とその結果
減水剤にポリカルボン酸塩を用いて、表１に示す水セメント比（Ｗ／Ｃ）のセメントペーストを調製した後、該ペーストのフロー値およびブリーディング率を、それぞれＪＩＳＲ５２０１「セメントの物理試験方法」、および土木学会基準「プレパックドコンクリートの注入モルタルのブリージング率および膨張率試験方法」に準拠して測定した。その結果を表１に示す。
表１に示すように、セメントＡはセメントＢと比べ、いずれの水セメント比においてもフロー値は同程度であるにもかかわらず、ブリーディング率は著しく高かった。

３．コンクリートの製造
（１）実施例１〜３のコンクリート
表２に示す配合に従い、細骨材、セメント、および一次水を強制練りミキサに一括して投入して混練し、モルタルがキャピラリ―状態になった後も、さらにそのまま６０秒間混練してモルタルを調製した（全混練時間は１００秒程度）。
次に、表２に示す配合に従い、粗骨材、および二次水を前記モルタルに一括して投入した後６０秒間混練し、コンクリートを製造した。
なお、それぞれの実施例において、一次水と二次水中の減水剤の含有率は同一にした。

（２）比較例１、３、５のコンクリート
特許文献２に記載のコンクリートの作製方法と比較するため、該作製方法にならい、表２に示す配合に従い、セメントおよび一次水を、強制練りミキサに一括して投入した後６０秒間混練し、さらにこれに二次水を投入して６０秒間混練しセメントペーストを調製した。次に、表２に示す配合に従い、粗骨材と細骨材を前記ペーストに一括して投入して６０秒間混練し、コンクリートを製造した。
なお、それぞれの比較例において、一次水と二次水中の減水剤の含有率は同一にした。

（３）比較例２、４のコンクリート
コンクリートの通常の混練方法である一括混練と比較するため、表２に示す配合に従い１６０秒間一括混練してコンクリートを製造した。

４．コンクリートのスランプフロー、スランプ、およびブリーディング率の測定
コンクリートのスランプフロー、スランプ、およびブリーディング率は、それぞれＪＩＳＡ１１５０「コンクリートのスランプフロー試験方法」、ＪＩＳＡ１１０１「コンクリートのスランプ試験方法」、およびＪＩＳＡ１１２３「コンクリートのブリーディング試験方法」に準拠して測定した。その結果を表２に示す。

表２に示すように、実施例１、比較例１、比較例２のスランプフローは同程度であり、また、実施例２、比較例３、比較例４のスランプも同程度であることから、混練方法はコンクリートの流動性に影響しない。
一方、ブリーディングについては、表２に示すように、コンクリートの水セメント比が３５％（合計）におけるブリーディング量およびブリーディング率は、比較例１でそれぞれ０．２４と５．７２、比較例２でそれぞれ０．４４と１０．２であるのに対し、実施例１ではそれぞれ０．０９と２．１８であり格段に小さい。また、同様のことが、水セメント比が５５％（合計）と大きい、比較例３、比較例４、および実施例２においてもいえる。
したがって、本発明のコンクリートの製造方法は、水セメント比が変動しても、流動性を良好に維持しつつブリーディングの低減効果が高いことが分かる。

Claims

セメント、細骨材、および、下記（ａ）〜（ｃ）により決定した量の一次水を一括して投入して混練して、モルタルの混練エネルギー（トルク）が最大になった後、さらに６０秒以上混練を継続してモルタルを作製する一次混練工程と、
該モルタルに粗骨材および二次水を投入してコンクリートを混練する二次混練工程とを含み、
一括混練して製造したコンクリートと比べブリーディングが低減した、コンクリートの製造方法。
（ａ）セメントと細骨材の混合物を、ホバート型モルタルミキサに投入する。
（ｂ）前記混合物に対して水を徐々に添加して混練し、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。
（ｃ）水／前記混合物の質量比と負荷電流値との関係において、負荷電流値が最大となる質量比を求め、この値を一次水量として決定する。
前記一次水および／または二次水が減水剤を含む、請求項１に記載のコンクリートの製造方法。