【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は，流動性・自己充填性・耐久性を兼備した軽量骨材コンクリートに関する。

【０００２】

【従来の技術】軽量骨材コンクリートは比重の小さい粗骨材を用いることに特徴があるので，材料分離が問題となるコンクリートである。 このようなことから，スランプフローにて管理される流動性が極めて大きな高流動コンクリート（自己充填性コンクリート）の分野において，軽量骨材コンクリートを適用することは不可能であるとされてきた。 また，軽量骨材コンクリートはポンプ圧送性が悪いので，軽量骨材をプレウエッチングすることが行なわれるが，この場合には凍結融解抵抗性が悪くなるという問題もある。 このようなことから，軽量骨材コンクリートは土木構造物に適用されることは少なく，
主に建築構造物に用いられている。

【０００３】しかし，近年の橋梁やトンネルなどの土木構造物は長大化，大断面化の傾向にあり，橋梁上部工やセグメント部材などの断面の縮小化と死荷重の低減が要求されており，また，このような部材には鉄筋が高密度に配置されることが多く，高い流動性や自己充填性をもつコンクリートであることが要求される。 ところが，軽量骨材を用いて自己充填性を有するような高流動コンクリートを得ることは前述のように材料分離の点等から極めて困難である。

【０００４】最近，吸水率の小さい特殊な軽量骨材も開発されており（例えば，コンクリート工学・VOL.36, N
o.1, 1998.1，pp48〜52：同じくコンクリート工学・VO
L.36,No.12, 1998.12，pp.3〜10) ，また同一出願人に係る特願平１０−３００１８４号において，鉄化合物で表面をコーテングすることにより，吸水率を低くした軽量骨材が提案された。 このような低吸水率軽量骨材の土木工事への適用が期待されるが，未知な部分も多い。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】軽量骨材コンクリートに高強度性や自己充填性を付与することは，建設コストの低減や施工の省力化を図るうえで，極めて重要な意味をもつ。 軽量骨材コンクリートの高強度化については，
これまで数多くの研究がなされてきたが（例えば土木学会論文集，No.196/V-21, 1994.8, PP.89〜98) , 軽量骨材コンクリートの高流動性や自己充填性に関する研究報告は殆んどなく, 配合設計時の指標や, 流動性・充填性の目安となる指標は未だ提案されていないのが実状である。

【０００６】したがって，本発明は，軽量骨材コンクリートに流動性・自己充填性を付与し且つ高性能な品質が補償できる軽量・高流動コンクリートを開発することを課題としたものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明者らは，前記の課題を解決すべく種々の試験研究を重ねてきたが，絶乾比重が０.８〜１.５で吸水率２〜８％程度の軽量骨材を使用した場合には，目標スランプフローを５０ｃｍ以上として，この軽量骨材との比重差が０.７５以下，好ましくは０.７０以下の単位容積質量のモルタルとなるようにモルタルの比重を調整すると，優れた流動性・自己充填性・耐久性および高強度を有する軽量・高流動コンクリートが得られることを見い出した。 そのさい，軽量骨材との比重差が０.７５以下の単位容積質量のモルタルとし且つ流動性・自己充填性・耐久性・高強度を兼備したものとするには，セメントの一部をフライアッシュで置換する，空気量を高める，水粉体容積比を適正にする，適切な混和剤を用いることが有益であることがわかった。

【０００８】すなわち，本発明によれば，絶乾比重０.
８〜１.５で吸水率２〜８％の軽量骨材を，この軽量骨材との比重差が０.７５以下，好ましくは０.７０以下の単位容積質量をもつモルタル中に混和してなるスランプフロー５０ｃｍ以上，好ましくは５５ｃｍ以上の軽量・
高流動コンクリートを提供するものである。

【０００９】

【発明の実施の形態】本発明は，フレッシュ性状においてはスランプフロー５０ｃｍ以上の高流動性・自己充填性・材料分離抵抗性を具備しながら，普通骨材コンクリートに対して２〜３割程度の軽量化を達成した単位容積質量が１.７〜１.９ｔ／ｍ ³で圧縮強度が４０〜６０Ｎ
／ｍｍ ²のコンクリートを得ることに成功したものである。 このために本発明で採用した特徴点は次のとおりである。

【００１０】(1) 粗骨材として，絶乾比重０.８〜１.５
で吸水率２〜８％の軽量骨材を使用する。 (2) 使用した軽量骨材との比重差が０.７５以下，好ましくは０.７０以下の単位容積質量をもつようにモルタルの比重を調整する。 (3) モルタルの比重の調整手段として，セメントの一部をフライアッシュで置換し，この合計粉体容積と水容積の割合を適正範囲に制御する。 場合によってはさらにシリカフュームを配合する。 (4) モルタルの比重の調整手段として空気量を４〜１０
％の範囲に制御する。 (5) 単位軽量骨材量を３００±２０リットル／ｍ ³にする。 (6) 混和剤として高性能ＡＥ減水剤，さらにはバイオガム例えばウエランガムを配合する。

【００１１】以下に，これらについて本発明者らが得た知見事実を試験結果を参照しながら説明する。

【００１２】表１に試験に用いた材料を示した。 表１中の人工軽量粗骨材は流紋岩系鉱物（真珠岩）（Ｇ０９〜
Ｇ１３）あるいは石炭灰（Ｇ１８）を造粒して焼成した高性能軽量粗骨材であり，いずれも通常の軽量骨材に比べると吸水率が小さいものである。 表１の材料を用いたコンクリート配合を表２に示した。 各材料の練混ぜは水平二軸型強制練りミキサ（容量１００リットル，回転数６０ｒｐｍ）を用いて行ない，練混ぜ量は６０リットルとし，練混ぜ時間は全材料投入後１２０秒とした。 なお，軽量骨材は全て２４時間プレウエッチングしたものを使用した。

【００１３】表２において，Ｇvol(リットル) は単位軽量骨材量（リットル／ｍ ³ ），Ｖｓ／Ｖｍ（％）は細骨材容積比，Ｖｗ／Ｖｐ（％）は水粉体容積百分率，Ｗ／
Ｃ（％）は水セメント比（重量百分率），Ｗ／Ｂ（％）
は水粉体比（重量百分率），ＦＡはフライアッシュ，Ｓ
Ｆはシリカフューム，ＳＰは高性能ＡＥ減水剤（βナフタリンスルホン酸塩系），ＶＩＳはウエランガムを表している。 ＳＰの配合量は粉体に対する重量％で，ＶＩＳ
の配合量は水に対する重量％で表示してある。 モルタルの単位容積質量（Ｋｇ／ｍ ³ ）はその値の１／１０００
が比重に相当する。 コンクリートの単位容積質量（Ｋｇ
／ｍ ³ ）は硬化したコンクリートのものである。

【００１４】

【表１】

【００１５】

【表２】

【００１６】〔軽量骨材とモルタルの比重差について〕
表２の配合Ｉ−１〜４は，Ｇ１３の軽量骨材（絶乾比重１.２７）を用いた場合に，セメントに対するフライアッシュ置換率を変化させ，また配合Ｉ−５は配合Ｉ−４
に対し空気量を変えることにより，モルタルの比重すなわちモルタルの単位容積質量を変化させたものである。
このようにして，モルタルの単位容積質量と軽量骨材（粗骨材）の絶乾比重の差（以下，単に比重差と呼ぶ）
を変化させた場合のフレッシュコンクリートの試験結果を図１に示した。

【００１７】図１に見られるように，配合Ｉ−１〜４はスランプフローが６２.０〜６６.５ｃｍの範囲にあり，
ほぼ一定の値であった。 また，同一スランプフローが得られる高性能ＡＥ減水剤の添加率はフライアッシュの置換率が高くなるにしたがって少なくなる傾向にあった。
配合Ｉ−４と高性能ＡＥ減水剤の添加率を等しくして目標空気量を１０％とした配合Ｉ−５では，スランプフローが５１.５ｃｍであった。 また，５０ｃｍフロー到達時間とＶ７５漏斗流下時間については，フライアッシュの置換率が高くなるにしたがって小さくなった。 これは，スランプフローをほぼ等しくした場合には，フライアッシュ置換率の増加にともなってペーストの粘性が小さくなることによるものと考えられる。

【００１８】図２は，配合Ｉ−５において，鉛直方向材料分離評価試験におけるモルタルと粗骨材の比重差と鉛直分離指数との関係を示したものである。 鉛直方向材料分離評価試験は，φ１５０×高さ３００ｍｍの円柱型枠を２段重ねにしてコンクリートを打ち込み，５分静置した後，上層室と下層室の各々から採取したコンクリートを５ｍｍふるい上で水洗いして軽量粗骨材を取り出し，
各室の粗骨材絶乾重量の比から材料分離を評価しようとするものであり，下層室の軽量粗骨材絶乾重量の上層室のそれとの比を鉛直分離指数とした。 この鉛直分離指数が１.００であれば骨材が鉛直方向に均一に分布していることを示し，それより大きくなるにしたがって鉛直方向に材料分離が生じていることを表す。

【００１９】図２の結果から，モルタルと当該軽量骨材との比重差が０.７５以下であれば鉛直方向の材料分離が実質的に発生しておらず，０.７０以下であればほぼ１.０を維持できることがわかる。 すなわち，スランプフロー５０ｃｍ以上，好ましくは５５ｃｍ以上の高流動性を維持しながら軽量骨材の材料分離を抑制するには結合材の一部をフライアッシュで置換するか，さらには空気量を増加させて，当該軽量骨材とモルタルとの比重差を０.７５以下，好ましくは０.７０以下にすることが有益である。 その際，軽量骨材として絶乾比重０.８〜１.
５で吸水率２〜８％のものを使用することが肝要てある。 絶乾比重と吸水率がこの範囲を外れるものでは，本発明の軽量骨材コンクリートの特性を十分に生かすことができない。

【００２０】〔単位粗骨材量について〕表２の配合II−
１〜４は，表１のＧ０９の軽量骨材を粗骨材とし，フライアッシュ置換率５０％，空気量４.５％とし，細骨材容積比＝４０％，水粉体容積比＝９０％の一定として，
単位粗骨材量（Ｇvol)を２７０〜４００リットル／ｍ ³
の範囲で変化させたものである。

【００２１】図３は，Ｇvolを変化させた前記配合のフレッシュコンクリートの試験結果を示したものである。
図３に見られるように，Ｇvolが増加した場合，スランプフローはほぼ同等（６４.０〜７１.３の範囲）でありながら，５０ｃｍフロー到達時間とＶ７５漏斗流下時間が増大する傾向にあり，コンクリートの変形抵抗が増大するものと考えられる。

【００２２】図４は，Ｇvolを変化させた前記配合の９
００ｍｍ流動性評価試験結果を示したものである。 この流動性試験は，深さ３００ｍｍで，幅２００ｍｍ×水平距離９００ｍｍの樋状の透明容器（型枠）の一端から５
秒間に１リットルの割合でコンクリートを投入し，その流動勾配や充填状況を評価しようとするものであり，試験終了後，３００ｍｍごとに仕切板を挿入して容器内を，材料投入側からＩ室，II室，III室に３分割して粗骨材を取り出し，各室の粗骨材絶乾重量の比から材料分離を評価した。 図４の水平分離指数は，Ｉ室に対するII
I室の軽量粗骨材絶乾重量の比を示したものであり，モルタル未充填率はコンクリート天端面と型枠に囲まれた全面積（Ａａ）に対する，粗骨材の間にモルタルが十分に回り込まなかった部分の面積（Ａｓ）の比，（Ａｓ／
Ａａ）×１００を表し，この比が大きいほど粗骨材の水平方向の分離が生じやすくなることを意味する。

【００２３】図４に見られるように，水平分離指数についてはほぼ同様の値を示したが，モルタル未充填率はＧ
vol が３００リットル／ｍ ³を超えると増加する傾向を示した。 そこで，さらに大型の透明型枠（深さ５００ｍ
ｍで，幅２００ｍｍ×水平距離３ｍ）の一端からコンクリートを投入してその流動勾配を観察した。 その結果を図４の流動勾配として示したが，Ｇvol が３５０リットル／ｍ ³を超えると流動勾配が極端に大きくなる傾向を示した。 すなわち，本試験装置のように型枠内に障害物が存在しない場合の水平流動では，流動先端部で軽量粗骨材同士或いは該粗骨材と型枠とが互いに干渉して流動勾配が大きくなることがわかった。 普通骨材を用いた通常の高流動コンクリートではたとえ粗骨材同士が干渉してもモルタルあるいはペーストが骨材の上方を覆うように流動してジャンカが発生しないのに比べると，この流動勾配が急激に大きくなる現象は，軽量粗骨材特有のものであると考えられる。 すなわち，Ｇvol が３５０リットル／ｍ ³を超えると，流動先端部で粗骨材同士或いは粗骨材と型枠の干渉が顕著となり，粗骨材が分離する現象が確認され，前記のモルタル未充填率の増加は，流動先端部における上下方向の分離を表しているものと見ることができる。

【００２４】図４の結果から，軽量骨材を用いた高流動コンクリートでは，流動によって分離することなく密実に充填できるためには，Ｇvol が３５０リットル／ｍ ³
未満，好ましくはＧvol が３００±２０リットル／ｍ ³
の範囲であるのがよいことがわかった。 なお，Ｇvol 量がこれより少ない場合には軽量化の目的が十分に達成できない。

【００２５】〔水粉体容積比について〕表２の配合III
−１〜５は，表１のＧ０９の軽量骨材を粗骨材とし，シリカフュームのセメントに対する置換率＝５０％，空気量＝４.５％，細骨材容積比＝４０％，単位粗骨材量（Ｇvol)＝３００リットル／ｍ ³の一定とし，水粉体容積比（Ｖw/Ｖp)を７０〜１００％の範囲で変化させたものである。 また，表２の配合III−５〜８は，さらにシリカフュームを粉体容積の１０％相当量配合し，水粉体容積比（Ｖw/Ｖp)を６５〜９０％の範囲で変化させたものである。

【００２６】図５は，Ｖw/Ｖp を変化させた前記配合II
Iのフレッシュコンクリートの試験結果を示したものである。 図５に見られるように，スランプフローは６４.
５〜７７.５の範囲にありながら，５０ｃｍフロー到達時間とＶ７５漏斗流下時間がＶw/Ｖp の低下につれて増大する傾向にある。 これは，Ｖw/Ｖp の低下につれてペーストの粘性が増大したものと考えられる。 また，５０
ｃｍフロー到達時間とＶ７５漏斗流下時間はシリカフュームを混入すると小さい値となった。 これはシリカフュームの混入にともなうベアリング効果により，同一Ｖw/
Ｖp でも変形抵抗が小さくなったためであると考えられる。

【００２７】図６は，Ｖw/Ｖp を変化させた前記配合II
Iについて，図４と同様の９００ｍｍおよび３ｍ流動性評価試験結果を示したものである。 図６に見られように，水平分離指数はいずれの配合でも１.００〜１.１０
の範囲にあり，水平方向への粗骨材の分離は殆んど認められないが，モルタル未充填率はＶw/Ｖp が８０％以下で０％（シリカフューム無添加）であるのに対し，Ｖw/
Ｖp がそれより大きくなるとモルタル未充填率が高くなった。 同一Ｖw/Ｖp でもシリカフュームを添加すると無添加よりもモルタル未充填率が大きくなり，Ｖw/Ｖp が６５％以下でモルタル未充填率０％が得られた。 ３ｍ流動での流動勾配についてはＶw/Ｖp ＝１００％で流動勾配が７.８％と大きくなったほかは，０.３〜１.１の範囲であり，比較的良好な流動勾配が得られた。

【００２８】このことから，Ｖw/Ｖp を小さくすることでペーストに適度な粘性を付与することができ，これによって軽量粗骨材の分離を抑制でき，自己充填性が維持できることが明らかであり，シリカフューム無添加ではＶw/Ｖp を９０％以下，好ましくは８０％以下とするのがよく，シリカフューム添加の場合にはその添加量に応じてこれより低く，例えばＶw/Ｖp を８０％以下，好ましくは７０％以下とするのがよい。

【００２９】〔軽量骨材の種類について〕表２の配合IV
系統のものと配合III−２〜４は，比重の異なる合計５
種類の軽量粗骨材（表１のＧ０９，Ｇ１０，Ｇ１１，Ｇ
１３およびＧ１８）を用いて，いずれもＶw/Ｖp を８
０，９０，１００％に変化させ，Ｇvol ＝３００リットル／ｍ ³ ，Ｖs/Ｖm ＝４０％，フライアッシュのセメントに対する置換率＝５０％の一定としたものである。

【００３０】図７は，軽量骨材の種類を変えた前記配合のフレッシュコンクリートの試験結果を示したものである。 図７に見られるように，５０ｃｍフロー到達時間とＶ７５漏斗流下時間がＶw/Ｖp の増加につれて小さくなる傾向にあるが，スランプフローも６４.５〜７７.５の範囲であった。

【００３１】図８は，軽量骨材の種類を変えた前記配合について，図４と同様の９００ｍｍおよび３ｍ流動性評価試験結果を，骨材の絶乾比重で整理したものである。
これらの図から明らかなように，Ｖw/Ｖp ＝１００％の場合には軽量骨材の絶乾比重が小さくなるとモルタル充填率が高くなり，流動勾配も高くなっているが，Ｖw/Ｖ
p ＝８０％ではモルタル充填率も流動勾配に対する軽量骨材の絶乾比重の影響は殆んど見られない。 すなわち，
絶乾比重０.８〜１.５程度の軽量骨材を使用した場合，
Ｖw/Ｖp を適正にして（例えば９０％以下として）ペーストに粘性を持たせると，さらには，軽量骨材の比重が小さくなればなるほどＶw/Ｖp を低くすると，材料分離抵抗性が良好となり，良好な流動性と自己充填性が維持できることがわかる。

【００３２】図９は，軽量骨材の種類を変えた前記配合コンクリートの材齢２８日の圧縮強度と静弾性係数を示したものである。 図９に見られるように，軽量骨材の絶乾比重が大きいものほど，またＶw/Ｖp が小さくなるほど，圧縮強度，静弾性係数とも大きくなる傾向にあり，
且つ両者はほぼ線形の関係を示す。 ただし，流紋岩と石炭灰によってその関係式は異なり，同一強度で比較すると後者は前者より４割程度大きい静弾性係数が得られた。 いずれにしても，絶乾比重０.８〜１.５程度の軽量骨材を使用しても，４０〜６０Ｎ／ｍｍ ²の圧縮強度が安定して得られる。

【００３３】図１０は，軽量骨材の種類を変えた前記配合コンクリート（いずれもＶw/Ｖp＝８０％）の凍結融解試験結果を示したものである。 試験は，水中凍結水中融解を３００サイクルまで繰り返し，相対動弾性係数（％）の変化を見たものであるが，３００サイクル後でも相対動弾性係数はほぼ９０％近くを維持しており，凍結融解抵抗性評価ラインの６０％より十分に高い。 各軽量骨材をプレウエッチングして配合したにも拘わらず，
このように高い凍結融解抵抗性を示したのは，各軽量骨材とも吸水率が２〜８％の範囲にあるからであると見てよい。

【００３４】以上の試験から明らかなように，本発明によれば，絶乾比重が０.８〜１.５の軽量骨材を粗骨材として使用した軽量骨材コンクリートであっても，フレッシュ性状としてはスランプフローが５０ｃｍ以上，好ましくは６０〜７５ｃｍの高流動性を有しながら自己充填性および材料分離抵抗性を有し，硬化性状としては単位容積質量１.７〜１.９ｔ／ｍ ³程度で，圧縮強度３０〜
６０Ｎ／ｍｍ ²程度の凍結融解抵抗性を有する軽量骨材コンクリートを提供できる。

【００３５】このような成果は，吸水率が２〜８％の軽量骨材を使用したうえ，前記のように，セメントの一部をフライアッシュで置換する，水粉体容積比（Ｖw/Ｖp
）を９０％以下とする，空気量を４〜１０％とする，
単位軽量骨材量（Ｇvol ）を３００±２０リットル／ｍ
³とする，シリカフュームを配合する，といった処法により，軽量骨材とモルタルとの比重差を０.７５以下，
好ましくは０.７０以下としたことによって達成されたものであるが，さらに，バイオガム例えばウエランガムのような増粘剤を配合してモルタルの粘性を高めることが有益である。 シリカフュームもモルタルの粘性を高めることができ，セメントに対して３〜１０重量％のシリカフューム添加で流動性を損なうことなく適度な粘性を付与できるが，ウエランガムでは単位水量に対して０.
０１〜０.１０重量％程度，好ましくは０.０１〜０.０
５重量％程度の少量の添加で，流動性を損なうことなく適度な粘性を付与することができる。 シリカフュームとウエランガムを併用すれば一層効果的である。

【００３６】また，本発明の軽量骨材コンクリートは，
高性能減水剤や高性能ＡＥ減水剤を添加して流動性を確保することが肝要である。 とくに高性能ＡＥ減水剤の使用が好ましく，その種類は特に限定されないが，比較的高い粘性を付与することができるナフタリンスルホン酸塩系の高性能ＡＥ減水剤が好ましい。 高性能ＡＥ減水剤の添加量としては，その種類にもよるが，粉体に対して０.５〜５重量％程度とするのがよい。

【００３７】本発明の軽量骨材コンクリートは，ポンプ圧送の問題が付随しない点でも特異なものである。 吸水率が２０％もしくはそれ以上の普通の軽量骨材を使用したコンクリートではポンプ圧送時の圧力によりコンクリート中の水分が軽量骨材に吸水される結果，ポンプ圧送不能の状態に陥り，これを回避するためにプレウエッチングした軽量骨材を配合すると，軽量骨材中に含浸されていた水分によってコンクリートの凍結融解抵抗が極端に悪くなるという問題がある。 本発明の軽量骨材コンクリートは吸水率が２〜８％程度の軽量骨材を用い且つ高流動性を示すような配合であるから，プレウエッチングなしでもポンプ圧送不能になるような流動性の低下は起きず，プレウエッチングしたとしても前記図１０の試験に示すように凍結融解抵抗性が高い。 したがって，本発明の軽量骨材コンクリートはポンプ圧送できるというポンプ圧送性の点でも，高流動性・自己充填性・材料分離抵抗性と共にこれまでのものにはない特徴を有する。

【００３８】

【発明の効果】以上説明したように，本発明によれば，
軽量骨材を粗骨材として使用するにも拘わらず，材料分離抵抗を有し且つ自己充填性の軽量・高流動コンクリートが得られる。 この軽量・高流動コンクリートは単位容積質量１.７〜１.９ｔ／ｍ ³程度とすることができ，普通骨材コンクリートに比べて２〜３割の軽量化が達成できると共に，圧縮強度も３０〜６０Ｎ／ｍｍ ²を安定して得ることができ且つ凍結融解抵抗性にも優れている。
このため，土木構造物などのコンクリート構造物の軽量化が可能となる。 その結果，構造物の合理的な設計ができるようになり，また建設コストの低減を図ることもできる。 施工の面でも，締固め作業の省略や複雑断面部・
高密度配筋部への打ち込みが容易となり，ポンプ圧送も可能であるなど，省力化と合理化が達成でき，従来の軽量骨材コンクリートのものにはない有利な効果を発揮する。

【図面の簡単な説明】

【図１】モルタルと粗骨材の比重差がフレッシュコンクリートの性質に及ぼす影響を示す図である。

【図２】モルタルと粗骨材の比重差が鉛直方向の材料分離に及ぼす影響を示す関係図である。

【図３】単位軽量粗骨材量（Ｇvol)がフレッシュコンクリートの性質に及ぼす影響を示す図である。

【図４】単位軽量粗骨材量（Ｇvol)が流動性に及ぼす影響を示す関係図である。

【図５】水粉体容積比（Ｖｗ／Ｖｐ）がフレッシュコンクリートの性質に及ぼす影響を示す図である。

【図６】水粉体容積比（Ｖｗ／Ｖｐ）が流動性に及ぼす影響を示す関係図である。

【図７】軽量骨材の種類とＶｗ／Ｖｐがフレッシュコンクリートの性質に及ぼす影響を示す図である。

【図８】軽量骨材の絶乾比重が流動性に及ぼす影響を示す関係図である。

【図９】軽量骨材コンクリートの圧縮強度と静弾性係数の関係図である。

【図１０】軽量骨材コンクリートの凍結融解試験結果を示す図である。

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