Significant compression resistance and the breaking energy and a method for producing a concrete member having the composition, and thereby obtain members

【発明の詳細な説明】 著しい圧縮抵抗性と破壊エネルギーとを有するコンクリート部材を製造する方法 と組成物、およびそれにより得られる部材本発明は４００ＭＰａ以上の圧縮強度と１，０００Ｊ／ｍ ²以上の破壊エネルギーを有し、予備成形または現場成形されたコンクリート部材の製造に関する。 本発明によれば、上記の成果を得るために、重量部をｐで表す下記の成分： ａ）１００ｐのポルトランドセメント； ｂ）３０ｐないし１００ｐの、または好ましくは４０ｐないし７０ｐの、少なくとも１５０μｍの粒径を有する紬砂； ｃ）１０ｐないし４０ｐの、または好ましくは２０ｐないし３０ｐの、０．５ μｍ未満の粒径を有する不定形シリコン； ｄ）２０ｐないし６０ｐの、または好ましくは３０ｐないし５０ｐの、１０μ ｍ未満の粒径を有する粉砕石英； ｅ）２５ｐないし１００ｐの、または好ましくは４５ｐないし８０ｐの、スチールウール； ｆ）流動化剤； ｇ）任意的な他の添加剤； ｈ）１３ｐないし２６ｐの、または好ましくは１５ｐないし２２ｐの水；からなる組成物を混合により調製し、次いで固化の後、このコンクリートを２５０℃ またはそれ以上の温度において十分な時間硬化してセメント水和生成物をゾノトライト（xonotlite）型の結晶性水和物に転化し；これにより実質的に全ての遊離水と吸着水および化学的結合水の少なくとも大部分を除去する。 砂骨材、特にケイ酸質の砂の使用は、骨材／セメント、シリカおよび水のぺースト界面に高い結合強度を与える。 コンクリートはオートクレーブ中で硬化すると、（ＣａＯ ＳｉＯ ₂ ，Ｈ ₂ Ｏ） 型のコンクリートの不定形水和物が（ＣａＯ） ₅ （ＳｉＯ２） ₆ ，（Ｈ ₂ Ｏ） ₅の式で表されるトベルモライト（tobermorite）として知られる結晶性水和物に転化し得ることが知られている。 しかしこの技術は、トベルモライトが（ＣａＯ） ₆ （ＳｉＯ ₂ ） ₆ （Ｈ ₂ Ｏ） ₁の式で表されるゾノトライトより５倍も多くの水を含むために上記課題を満足に解決するものとなっていない。 これに加えて本発明は、セメントの水和生成物の転化が圧力と湿度とが大気条件下にありながら単に加熱するだけで達成される方法を提供しようとするものである。 本発明の好ましい具体例においては、（水銀多孔率計で測定して）０．０１ｃ ｍ ³ ／ｇ未満の積算多孔率を有し、粉砕石英と、鋼鉄削り屑を粉砕して構成されたスチールウールを含みかつ固化後に、圧力と湿度が大気条件下において、十分な時間を要して２５０℃以上、そして好ましくは４００℃以上の温度で硬化され、セメント水相生成物がゾノトライト型の結晶性水和物に転化したコンクリートが製造される。 加熱の間に発生する水蒸気は、コンクリートの多孔率が低いためにその中に残留する。 粉砕石英は、不定形水相物よりＣａＯに富んだ結晶性水和物の生成を促し、またスチールウールは、多孔中の水蒸気圧が最高になったとき変性過程にあるマトリクスに十分な強度を付与する。 上記の条件下に、捕捉された水蒸気は、コンクリートの中で不定形または半結晶性水和物をゾノトライトの結晶に転化するのに必要な水熱条件に達する。 硬化は一般に数時間を要して終了する。 熱硬化の典型的な進行状況を図１に示す。 実際上、硬化の進行はより高い温度を用いることによって促進することができる。 好ましい具体例において、本発明の方法は更に以下の１またはそれ以上の特徴を提供する： −重量で０．６ｐまたは好ましくは少なくとも１．４ｐのスーパー可塑剤を組成物に加えること。 −スチールウールとして、１ｍｍないし５ｍｍ（粉砕機の切断格子の寸法）に粉砕した鋼鉄削り屑から製造したものを用いること。 −ＣＰＡ、ＰＭＥＳまたはＨＴＳ（高シリカモジュラスセメント）型のポルトランドセメントを用いること。 −用いる細砂の粒径が８００μｍ未満、更に好ましくは１５０−４００μｍの範囲内であること。 −コンクリートが固化中に５ＭＰａ以上の、好ましくは５０ＭＰａ以上の圧縮圧で加圧されること。 直径が約５００μｍより小さく、長さが４ｍｍ−２０ｍｍの範囲である円筒状のかつ平滑な金属繊維がこの組成物に加えられたときは、相当程度に曲げ抵抗性と破壊エネルギーが改善される。 すなわち、１４１ＭＰａの曲げ強度と３０００ ０Ｊ／ｍ ²の破壊エネルギーが得られている。 この値は、通常のコンクリートで得られる値より２００倍以上高く、また本発明に従いただし金属繊維を含まないコンクリートについて得られる値より１５倍以上高い。 この高い破壊エネルギー値は、素材に重要な柔軟性（ductility）を付与する。 以下に図面を用いて本発明の実施例を示す。 添付の図面において： −図１は、硬化進行状況のグラフである； −図２は、本発明に従うコンクリート部材の水の減量の、硬化温度の関数としての曲線である； −図３は、本発明に従うコンクリート部材の圧縮抵抗の、残留水比の関数としての曲線である； −図４は、本発明に従うコンクリートの微細構造の走査型電子顕微鏡写真図である、また−図５は、ケーブルをプレストレスするための、本発明に従って得られるアンカーヘッド部材の外観図である。 実施例１ １００重量部（ｐ）のポルトランドセメント当り、以下の割合で成分を混合し実施例のコンクリートを調製した； ５０ｐの細砂（粒径１５０μｍないし４００μｍ）； ２３ｐの不定形シリカ（粒径０．５μｍ未満）； ３９ｐの粉砕石英（粒径１０μｍ未満）； ２ｐのスーパー可塑剤（乾燥抽出物）； ６３ｐの３ｍｍ（粉砕機における切断格子の寸法）に粉砕されたＡＩＳＩ４３ ０ステンレス鋼削り屑（ジェルボア（Gervois）社販売）；および １８ｐの水。 上記のスーパー可塑剤は例えばポリアクリレート、メラミン、またはナフタレン型のものであった。 これらの試料を異なる温度で硬化し、種々の試験片の乾燥度を測定した。 図２ の結果から、２２０℃まで、および２５０℃以上の硬化温度では乾燥度の増加が僅かであることがわかる。 一方、２３０℃ないし２４０℃の範囲では乾燥が急激である。 この温度は、不定形、半結晶性およびトベルモライト水和物がゾノトライトに転化したことに対応している。 従って転化が完全に起こることを可能にするためには、試料を２５０℃以上の温度で硬化させるべきである。 硬化条件は、鋼鉄削り屑が高水準の湿度を伴う高温度条件に曝される結果をもたらす。 セメントのマトリクス中に閉じ込められているにもかかわらず、カーボン鋼削り屑は激しく腐食される。 このような腐食がもたらす酸化鉄は試料の表面からも観察できる。 しかし、ステンレス鋼削り屑を用いれば腐食は著しく抑制され錆の痕跡が表面に全く現れない。 本発明のコンクリートの機械的性能は、型の中での固化の前または途中に、５ ＭＰａないし５０ＭＰａの範囲内にある圧縮圧力を施すことによって改善することができる。 この加圧の目的は、空気を含むことによる試料の多孔性を排除し、また圧縮によって生コンクリートの含水率を低減することにある。 例えば、下表の結果が観察された。

円筒を用いる測定で、市販のコンクリートの２８日目における抵抗値を評価した。 普通コンクリートの圧縮強度は２５ＭＰａないし４５ＭＰａの範囲内にある。 いわゆる「高性能」コンクリートは５０ＭＰａないし６０ＭＰａの範囲内の強度を有する。 いわゆる「超高性能」コンクリートは１００ＭＰａを僅かに越えるか越えないか程度の強度を有する。 本発明のコンクリートについて得られた抵抗値は、４００ＭＰａないし６８０ ＭＰａの範囲内にある。 ノッチ付きの４ｃｍ×４ｃｍ×１６ｃｍ試験片についての３点曲げ試験では、 １，２００Ｊ／ｍ

²ないし１，８００Ｊ／ｍ

²の範囲内にある破壊エネルギーを測定することができる。 これに対して、普通コンクリート、高性能コンクリート、 および超高性能コンクリートはいずれも１５０Ｊ／ｍ

²未満の破壊エネルギーを有する。 直径７ｃｍ、高さ１４ｃｍの円筒状試料について試験したところ、加圧され４ ００℃で硬化された試料は下記の結果を与えた。 図４は本発明の破壊されたコンクリートの微細構造の走査型電子顕微鏡写真である。 破壊はペースト−骨材界面からある距離を隔てて起こっていることが観察できる。 これは、この界面における高い結合強度を示している。 本発明に従って得られたコンクリートは、鋼鉄の代替として：ケーブルをプレストレスするためのアンカーへッド部材、発射体からの衝撃に対する防御板、… に用いることができる。

実施例ＩＩ破裂の機構に関する評価。 本発明のコンクリートの非常に高い引張強度は鋼鉄繊維の添加によって、また熱処理によって得られる。 破裂の機構に関して素材を評価するために、曲げ試験にかける元試料が必要である。 下記重量割合で成分を混合してコンクリートの各試料を調製した。 ポルトランドセメント、Ｖ型 １ シリカ（平均直径０．５μｍ） ジルコニウム工場で得られたもの ０．２３ 粉砕石英（平均直径４μｍ） ０．３９ 砂（最大平均直径０．５ｍｍ） ０．５ スチールウール（実施例Ｉと同様のもの） ０．２５ 鋼鉄繊維（長さ１２．５ｍｍ、直径０．１５ｍｍ） ０．４ スーパー可塑剤（乾燥抽出物） ０．０２ 水 ０．２Ｌ スーパー可塑剤はポリアクリレートである。 混合物は高性能実験室混合機で調製する。 繊維とスチールウールの添加は注意深く行われなければならない。 繊維の凝集物は素材に構造破壊を起こす主な欠陥をもたらす。 コンクリートは、５０Ｈｚの周波数で振動しながらプリズム状の型に充填する。 曲げによる引張強度の評価に必要な無圧縮試料は、４×４×１６ｃｍの標準寸法を有する。 破壊エネルギー評価のための試料は、７×７×２８の寸法を有する。 固化中に圧縮されたプリズム状試料の寸法は３×３×１２ｃｍである。 ５８１ バールの圧力が施される。 離型後、各試料は９０℃で硬化され次いで２５０℃で硬化される。 引張抵抗値は３点曲げ試験で測定される。 破壊エネルギーは、ノッチ付き試片について測定される。 この試験は、偏差の測定と、破壊エネルギーに対応する応力−変形曲線の下での表面の計測を可能にする適用強度の測定を必要とする。 結果を下に示す。

実施例ＩＩＩケーブルをプレストレスするためのアンカーヘッド部材。 本発明に従うコンクリートを、型枠として用いる鋼鉄製の外側が円錐形の環状の型に注入して、２２Ｔ１５をプレストレスするのためのコンクリートアンカーヘッド部材を形成した（図５）。 アンカーヘッド部材に用いるコンクリートは下記の成分からなるものである。 ポルトランドセメントＶ型 １ シリカ微粉（平均直径０．７μｍ） ０．２３ 粉砕石英（平均直径１０μｍ） ０．３９ 砂（平均直０．２５ｍｍ） ０．５ スチールウール（実施例Ｉと同様のもの） ０．６３ スーパー可塑剤（乾燥抽出物） ０．２６ 水 ０．２Ｌ スーパー可塑剤はポリアクリレートである。 高性能混合機が最も微紬な添加素材の脱凝集を促進する。 この混合は以下の手順に従って６分間行われ、これは四つの主な過程に分割される。 ０分 乾燥成分（繊維を除く）の混合開始 １分３０秒 水と半量のスーパー可塑剤の添加 ２分３０秒 残り半量のスーパー可塑剤の添加 ４分 繊維の添加 ６分 混合終了 鋼鉄製円錐状円筒と型底とケーブルの通路のための切り取られた円錐状の保持部とからなる金属製の型が振動下にコンクリートで充される。 型の充填後、混合物はコンクリートが固化するまで圧縮される。 施こす圧力は約５００バールである。 型底と保持部に用いた円錐状部材を取り外してアンカー部材を離型する。 離型されたアンカー部材は、９０℃の中間過程からなる硬化サイクルと次いで２５０ ℃におけるサイクルにもたらされる。 対応する対照試料について測定した圧縮抵抗値は６００ＭＰａ以上、最大６７ ３ＭＰａの結果を与えた。 ケーブルをプレストレスするためのコンクリートアンカー部材は多くの改善をもたらす： −伝統的な鋼鉄製部材の成形加工に関して重要な節減がなされる、 −従来技術に比べ挟持チャックの接触が改善される、 −ある種の伝統的な鋼鉄製アンカー部材よりアンカーヘッド部材の合計重量がかなり軽減され、作業現場での使用に好適となる。 本発明は上記実施例に限定されるものではない。

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