本発明は、有機繊維補強軽量コンクリート組成物に関する。詳しくは、超速硬性を有しながら、硬化28日後の静弾性係数が過度に大きくならず、ダレがなく中流動性を有して施工性がよくそして高強靭性を有するコンクリートを与える有機繊維補強軽量コンクリート組成物に関する。

既設コンクリートに損傷が生じた場合、損傷部分(押し抜き損傷を含む)のみを引き剥がし充填を行う部分的な補修から既設コンクリートの表層部を一旦削り取り増し厚コンクリートを打設して補強したりすることが行われているが、補修補強コンクリート施工後に既設コンクリートとの一体化性の維持が必要とされる。 道路床版の補修補強は、集中工事など特別な場合を除き短時間に施工を完了し復旧させる必要がある。 従来は、超速硬型鋼繊維補強コンクリート(SFRC)などが用いられているが、スランプが5cm前後であるため大型のフィニッシャを必要とする。粗骨材は25mmが一般的であるため標準的な施工厚みは40mm以上となる。当該コンクリートは、短期間に強度発現する特性上材令28日においては50N/mm²を超える圧縮強度となり静弾性係数は40KN/mm²にまで上昇する。既設コンクリートの静弾性係数は30KN/mm²であるため、補修後、車両の繰り返し荷重により補修部と既設コンクリート境界に応力差が生じることになり再劣化の恐れが大きい。 繊維を混合した高流動性のモルタルまたはコンクリートは特許文献1に開示されている。 静弾性係数を低下させるための高靱性軽量コンクリート組成物は、今までにいくつか提案されている。 特許文献2には、超速硬セメントと、粗骨材と、超軽量細骨材と、発泡体と、を所定の割合で含有するセメント養生物(補修用コンクリート組成物)が提案されている。また特許文献3には、樹脂材料、高靱性FRP材料などを必須的に使用する道路床版の補修方法が提案されている。 しかしながら、特許文献2は、得られる硬化物の強度が不十分である。特許文献3は道路補修材料としては高価で補修コストを考慮した場合、実用的ではない。

特開2007−126317号公報

特開2000−239075号公報

特開2013−91982号公報

本発明の目的は、超速硬性を有しながら、硬化28日後の静弾性係数が過度に大きくならず、ダレがなく中流動性を有して施工性がよく、安価であり且つ高靭性を有するコンクリートを与える有機繊維含有軽量コンクリート組成物を提供することにある。 本発明の他の目的および利点は以下の説明から明らかになろう。

本発明によると、本発明の上記目的および利点は、第1に、 セメント 100重量部、粗骨材 120〜210重量部、絶乾比重2.3以上の細骨材 93〜255重量部、無機中空バルーン 12〜25重量部および長さ18〜30mmの有機繊維 3.2〜7.0重量部からなることを特徴とする有機繊維含有軽量コンクリート組成物によって達成される。

本発明の上記目的および利点は、第2に、 本発明の上記有機繊維含有軽量コンクリート組成物を路面の補修に用いることによって達成される。

本発明の有機繊維含有軽量コンクリート組成物は、超速硬性例えば3時間後の圧縮強度が24N/mm²以上を有しながら、硬化28日後の静弾性係数が既設コンクリートと同等程度にとどまるため、補修箇所と既設コンクリートの境界部に応力が集中せず、施工性が良く例えば勾配を有する道路においてダレを生じず鉄筋背面への充填性が良い中流動性を有し、薄層施工例えば最大粗骨材径13mmが可能な高靱性例えば優れた曲げ・たわみ硬化特性を有する軽量コンクリートを与える。 本発明の有機繊維含有軽量コンクリート組成物は路面補修材として好適であり、例えば床版、特に橋梁のコンクリート床版の補修材として好適に用いられる。

図1は実施例1のコンクリート組成物についての荷重−たわみ曲線である。

以下、本発明の有機繊維含有軽量コンクリート組成物(以下、単にコンクリート組成物ということがある)が含有する各成分について説明する。

<セメント> 本発明のコンクリート組成物に含有されるセメントとしては、例えば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、エコセメント、超速硬セメント、アルミナセメントなどを挙げることができ、これらのうちから選択される1種以上を使用することができる。 本発明のコンクリート組成物を路面補修に用いる場合、速硬性が重要となるため、セメントとして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、超速硬セメントまたはアルミナセメントを使用するか、アルミナセメントおよび他のセメントからなる混合物を使用することが好ましく、超速硬セメントを使用することがさらに好ましい。 超速硬セメントの混合量は、コンクリート1m³当たり、300kg〜450kgが好ましい。300kg未満では、3時間後の圧縮強度が24N/mm²に到達せず、床版補修後の交通開放までに時間を要することになる。車線規制期間に制限がある場合には、時間内に開放できなくなる懸念も生じる。450kgを超える場合は、施工に必要な流動性保持時間が確保されなかったり、急激な強度発現により補修工事に支障が生じたりする。更に、水和に伴う発熱量が増加するため温度ひび割れを生じたりする。

<粗骨材> 本発明のコンクリート組成物に含有される粗骨材としては、例えば砂利、砕石、再生粗骨材などを挙げることができ、これらのうちから選択される1種以上を使用することができる。 粗骨材の粒径としては、5〜20mmであることが好ましく、5〜13mmであることがより好ましく; 密度は、絶乾比重として、2.5〜3.0であることが好ましく、2.5〜2.7であることがより好ましい。 粗骨材の粒度が5mm未満の場合、単位水量を増加させることになるためセメントに対する水量が増加することとなり、3時間後の圧縮強度が24N/mm²を超えなくなったり、硬化後の寸法変化が大きくなりひび割れを生じたりする。 20mmを超えると、鉄筋背面への充填性が悪くなったり、最小の施工厚みが40mmを超えるため、床版の損傷厚さに対し過剰に既設コンクリートを斫り取る必要が生じた場合、施工時間が長くなったり、廃棄物が増加につながったりする。 本発明のコンクリート組成物における粗骨材の含有割合は、上記セメント100重量部に対して、120〜210重量部であることが好ましく、130〜200重量部であることがより好ましい。 粗骨材の混合量が120重量部未満の場合、細骨材の混合量を増加させることになって、水平方向の流動性が生じて既定のスランプ値が得られなくなったり、硬化後の乾燥収縮が大きくなりひび割れを生じたりする。また、210重量部を超えると細骨材の混合量を低下させることになりモルタル分(セメントと細骨材の合計量)の不足から材料分離を生じたりして均一なコンクリートが得られなくなる。

<細骨材> 本発明のコンクリート組成物は、細骨材として、絶乾比重2.3以上の細骨材(普通細骨材)を含有する。普通細骨材とは、絶乾比重2.3以上の細骨材をいう。この絶乾比重は、好ましくは2.5〜3.0であり、より好ましくは2.5〜2.8である。このような普通細骨材としては、例えば川砂、山砂、海砂、砕砂、高炉スラグ細骨材などから選択される1種以上を使用することができる。 普通細骨材の粒径としては、0.1〜5.0mmであることが好ましく、0.15〜2.5mmであることがより好ましい。 細骨材の粒径が0.1〜5.0mmの範囲を超える場合、流動性の低下や単位水量の増加、硬化後の圧縮強度低下を生じる。 本発明のコンクリート組成物における普通細骨材の含有割合は、上記セメント100重量部に対して、93〜255重量部であることが好ましく、95〜245重量部であることがより好ましい。 細骨材の割合が93重量部未満の場合、粗骨材の空隙を充填する体積が不足するため、材料分離を生じ、硬化後の圧縮強度が低下し3時間で24N/mm²が得られなくなる。255重量部を超える場合、既定のスランプを得るためには単位水量が増加するため、硬化後の寸法変化が大きくなりひび割れを生じる。

<無機中空バルーン> 本発明のコンクリート組成物に含有される無機中空バルーンは、好ましくは粒子状の無機成分からなり、該粒子内に気泡を含むことによって、密度(絶乾比重)が小さい値に調整されたものをいう。この無機中空バルーンは、無機成分からなるシェル内に気泡を1個だけ有するバルーン状の中空体であってもよく、無機成分からなるシェル内に気泡を複数個有する態様であってもよく、あるいは多孔質の無機成分からなっていてもよい。これらのうち、シェル内に気泡を1個だけ有する場合またはシェル内に気泡を複数個有する場合が好ましく、シェル内に気泡を1個だけ有する場合がより好ましい。 無機中空バルーンのシェルを構成する無機成分としては、例えば無機酸化物を好ましく例示することができる。具体的には、例えばガラス、シリカ、アルミナ、ジルコニア、チタニア、セリアなど、およびこれらの複数種からなる複合体を挙げることができる。上記複合体は、複合酸化物および混合物のいずれであってもよい。無機酸化物の複合体としては、シリカ—アルミナ複合酸化物が好ましい。

本発明における無機中空バルーンのシェルを構成する無機成分として、特に好ましくは、ガラス、シリカ、アルミナおよびシリカ−アルミナ複合酸化物であり、就中ガラスを使用することが好ましい。 無機中空バルーンの密度は、絶乾比重として、好ましくは1.1以下であり、より好ましくは0.7〜1.0である。 無機中空バルーンの粒径は、メジアン径として、3.0mm以下であることが好ましく、0.1〜2.5mmであることがより好ましく、0.15〜2.0mmであることがさらに好ましい。 無機中空バルーンの粒度が3.0mmを超えるものを含む場合、普通細骨材との粒度構成が著しく変わるため、全細骨材の粒度構成が変化する。このため、コンクリートの流動性に影響を与え、既定のスランプが得られなくなる。

本発明のコンクリート組成物において好適に使用される無機中空バルーンの市販品としては、例えばレックス(リサイクルガラスバルーン、巴工業(株)製)、セノライト(フライアッシュバルーン、巴工業(株)製)などを挙げることができる。 本発明のコンクリート組成物における無機中空バルーンの含有割合は、上記セメント100重量部に対して、12〜25重量部であることが好ましく、14〜23重量部であることがより好ましい。 無機中空バルーンの含有割合が12重量部未満の場合、静弾性係数の低下効果が得られず、25重量部を超える場合は、3時間の圧縮強度が24N/mm²を超える強度発現性が得られなくなる。 本発明のコンクリート組成物における無機中空バルーンと普通骨材の合計容積は、練り混ぜ後に良好なスランプ値が得られる点、施工性が良好な点から、全骨材容積(以下、細骨材率とも言う)に対し、44.0〜57.0%になるようにすることが好ましく、49.0〜56.0%であることがより好ましい。

<有機繊維> 本発明のコンクリート組成物に含有される有機繊維は繊維長(平均繊維長)が18〜30mmのものである。平均繊維長は好ましくは18〜24mmである。 この有機繊維としては、例えばポリオレフィン繊維、ポリビニルアルコール繊維、ポリエステル繊維、アラミド繊維およびナイロン繊維よりなる群から選択される1種以上を使用することが好ましい。前記ポリオレフィン繊維の具体例としては、例えばポリエチレン繊維、ポリプロピレン繊維などを挙げることができる。ポリオレフィン繊維は、ポリオレフィンの比重が0.85〜1.0g/cm³程度と小さいため、本発明では特に好適に使用できる。中でも、ポリプロピレン繊維は、強度が得られやすく、適度な剛性を有し、耐クリープ性に優れる点で好適である。 本発明のコンクリート組成物における有機繊維は、その直径(繊維長手方向に垂直な断面の平均直径)が、100〜1,000μmであることが好ましく、300〜800μmであることがより好ましい。直径がこれより細い有機繊維の使用では、所望の靭性を得ることが困難である。 所望の靭性を得る上での繊度は100〜7,500dtexの範囲にあることが好ましく、ポリプロピレン繊維であれば500〜4,000dtexであることが好ましい。 このような有機繊維の市販品としては、例えば、バルチップ(ポリプロピレン繊維、萩原工業(株)製)、アミランタフバインダー(ナイロン繊維、東レ・アムテックス(株)製)、ユニチカビニロンABI(ビニロン繊維、ユニチカ(株)製)などを挙げることができる。 本発明のコンクリート組成物における有機繊維の含有割合は、上記セメント100重量部に対して、3.2〜7.0重量部であり、さらに3.4〜6.8重量部であることが好ましい。 有機繊維のコンクリート組成物は上記範囲を外れると、所望の靭性を得るのが困難となる。 本発明のコンクリート組成物は、一般に軽量細骨材として知られている骨材(ただし、上記無機中空バルーンを除く。)を、実質的に含有しないことが好ましい。ここで軽量細骨材とは、絶乾比重が1.2未満の細骨材をいい、例えばウレタン発泡体、ポリスチレン発泡体、天然軽量細骨材、人工軽量細骨材などである。 本発明のコンクリート組成物が上記のような軽量細骨材を「実質的に含有しない」とは、該軽量細骨材の含有割合が細骨材の全量に対して、例えば5重量%以下、好ましくは3重量%以下であることをいい、最も好ましくはこれを全く含有しないことである。

<その他の成分> 本発明のコンクリート組成物は、上記のような成分の他に、本発明の効果を損なわない範囲で、これら以外のその他の成分を含有してもよい。このようなその他の成分としては、例えば減水剤、凝結遅延剤、繊維、膨張剤、消泡剤、石膏、消石灰、炭酸カルシウム、シリカヒュームなどを挙げることができる。 [減水剤] 本発明のコンクリート組成物は、減水剤を含有することができる。 上記減水剤としては、例えばポリカルボン酸、ナフタレンスルホン酸ホルムアルデヒド縮合物、メラミンスルホン酸ホルムアルデヒド縮合物、リグニンスルホン酸などを挙げることができ、これらのうちから選択される1種以上を使用することができる。これらのうち、ポリカルボン酸、ナフタレンスルホン酸ホルムアルデヒド縮合物およびメラミンスルホン酸ホルムアルデヒド縮合物よりなる群から選択される1種以上を使用することが好ましい。 このような減水剤の市販品としては、例えばマイティ21HF(メタクリル酸系ポリマー、花王(株)製)、メルメントF4000(メラミンスルホン酸、(株)SKW製)、マイティ100、マイティ150(ナフタレンスルホン酸、花王(株)製)などを挙げることができる。 本発明のコンクリート組成物における減水剤の含有割合は、上記セメント100重量部に対して、3.0重量部以下であることが好ましく、0.05〜2.5重量部であることがより好ましく、さらに0.1〜2.0重量部であることが好ましい。 [凝結遅延剤] 本発明のコンクリート組成物は、凝結遅延剤を含有することができる。 上記凝結遅延剤としては、例えば無機酸のナトリウム塩、有機酸のナトリウム塩、オキシカルボン酸、オキシカルボン酸の無水物、オキシカルボン酸塩などを挙げることができ、これらのうちから選択される1種以上を使用することができる。 上記無機酸のナトリウム塩としては、例えば硫酸ナトリウム、重炭酸ナトリウムなどを; 上記有機酸のナトリウム塩としては、例えばL−酒石酸ナトリウム、DL−酒石酸ナトリウム、酒石酸水素ナトリウム、リンゴ酸ナトリウム、クエン酸ナトリウム類、グルコン酸ナトリウムなどを、それぞれ挙げることができる。

上記オキシカルボン酸としては、例えば脂肪族オキシ酸、芳香族オキシ酸などを挙げることができ、その具体例としては、脂肪族オキシ酸として、例えばクエン酸、グルコン酸、酒石酸、グリコール酸、乳酸、ヒドロアクリル酸、α−オキシ酪酸、グリセリン酸、タルトロン酸、リンゴ酸などを; 芳香族オキシ酸として、例えばサリチル酸、m−オキシ安息香酸、p−オキシ安息香酸、没食子酸、マンデル酸、トロパ酸などを、それぞれ挙げることができる。 上記オキシカルボン酸無水物としては、例えば上記に例示したオキシカルボン酸の無水物を; 上記オキシカルボン酸塩としては、例えば上記に例示したオキシカルボン酸のアルカリ金属塩、アルカリ土類金属塩などを、それぞれ挙げることができる。上記アルカリ金属としては、例えばナトリウム、カリウムなどを; 上記アルカリ土類金属としては、例えばマグネシウム、カルシウム、バリウムなどを、それぞれ挙げることができる。 本発明のコンクリート組成物における凝結遅延剤の含有割合は、上記セメント100重量部に対して、1.0重量部以下であることが好ましく、0.15〜0.95重量部であることがより好ましく、さらに0.2〜0.9重量部とであることが好ましい。

[膨張材] 本発明のコンクリート組成物は、さらに膨張材を含有していてもよい。 本発明における膨張材としては、石灰系膨張材を好ましく使用することができ、その具体例としては、例えば生石灰、生石灰−石膏混合系、生石灰−カルシウムサルフォアルミネート混合系、仮焼ドロマイトなどを挙げることができ、これらのうちから選択される1種以上を使用することができる。 本発明のコンクリート組成物における膨張材の含有割合は、上記セメント100重量部に対して、10重量部以下であることが好ましく、8重量部以下であることがより好ましい。

<コンクリート組成物の調製方法> 本発明のコンクリート組成物は、上記のようなセメント等の各必須成分、ならびに必要に応じて上記その他の成分、ならびに水を適宜に混合することにより、調製することができる。 本発明において、水は、上記セメント100重量部に対し、好ましくは35〜43重量部、より好ましくは36〜42重量部使用される。 有機繊維は、各成分の分散の均一性を確保し、有機繊維の飛散を防止するために、先ず、有機繊維以外の各成分を水中に分散または溶解してなる前駆スラリーを調製した後、該前駆スラリーに有機繊維を添加する方法によることが好ましい。

<橋梁床版の補修方法> 上記のような本発明のコンクリート組成物は、橋梁上の路面の補修における床版補修用コンクリート組成物として好適に使用することができる。 路面の補修は、必要に応じて事前にアスファルトを除去したうえで、損傷した既設コンクリートを切削・研掃して生じた凹没部分に本発明のコンクリート組成物を敷設し、これを硬化することによって行うことができる。その後、必要に応じてさらにアスファルト敷設を行ってもよい。 本発明のコンクリート組成物を使用して補修された床版は、敷設後3時間の時点で、例えば24N/mm²以上、好ましくは27N/mm²以上の強度を発現することができるから、補修のための通行止め時間を極めて短くすることができる。一方で、敷設後28日の時点における静弾性係数が、例えば25〜32kN/mm²、好ましくは29〜31kN/mm²程度に抑制されているから、既設の床版との硬度の差が極めて小さい。従って、車両の通行時に既設床版/補修床版の境界領域に発生する応力集中の程度が小さいから、補修部分が優先的に痛む事態を避けることができる。 また、本発明のコンクリート組成物は、好ましくはスランプ8〜12cmの中流動性を有し、そのため床版の上面増厚を含めて広範囲の補修を円滑に行うことができ施行性が格段に優れている。このような中流動性は好ましくは全骨材量すなわち粗骨材、細骨材および無機中空バルーンの合計重量に対する細骨材の重量の比を0.40以上、さらに好ましくは0.45以上とすることによって有利に達成される。この比が0.40未満では上記必須成分が分離して所望の中流動性を達成することが困難となり易い。

以下の実施例および比較例で使用した成分の詳細は以下のとおりである。 セメント:スーパージェットセメント、太平洋セメント(株)製 粗骨材:砕石1305、密度2.69 細骨材; 普通細骨材:珪砂(4号珪砂および5号珪砂の混合砂、密度2.60) 無機中空バルーン:レックス(商品名、リサイクルガラスバルーン、比重0.86、巴工業(株)製) 膨張材: 減水剤:マイティ21HF(商品名、メタクリル酸系ポリマー、花王(株)製) 凝結遅延剤:無水クエン酸 繊維:ポリプロピレン繊維、密度=0.91g/cm³、 (1)繊度=2000dtex、長さ=24mm、 (2)繊度=13dtex、長さ=12mm 上記のポリプロピレン繊維は萩原工業(株)製品を入手。

ゴム; (1)B−2.5:商品名、ゴムチップ、粒度1.0〜2.5mm (2)P−16:商品名、粉末ゴム、粒度1mm(#16)アンダー (3)P−100:商品名、粉末ゴム、粒度0.15mm(#100)アンダー 上記のゴムは(株)新生ゴム製品を入手。

実施例1〜5および比較例1〜6 (1)コンクリート組成物の調製 粗骨材、繊維および水を除く各成分を表1に記載の割合となるように計量し、オムニミキサーで混合して粉体混合物を調製した。 ファイバーミキサー(友定建機社製)に粗骨材、粉体混合物を加え、30秒間空練りする。続いて所定量の水をミキサーに加え90秒間練り混ぜし、続いて繊維を加えさらに120秒間練り混ぜ、各コンクリート組成物を製造した。 なお、表1に示した各成分の割合はフレッシュコンクリート1m³あたりの配合量(単位:kg)である。成分欄の「−」は、当該欄に該当する成分を使用しなかったことを示す。

(2)評価方法 硬化物の圧縮強度および静弾性係数は、それぞれ、練混ぜ直後から3時間、7日および28日経過後の試料を用いて、JIS A1108およびJIS A1149に準拠して測定した。 また、曲げ・たわみ硬化特性の有無については、土木学会 コンクリート委員会編 「複数微細ひび割れ型繊維補強セメント複合材料設計・施工指針(案)」に準拠し、試料の荷重−たわみ曲線より判定した。測定は同一の組成の硬化体にて3回測定した。図1は実施例1における荷重−たわみ曲線の結果である。図中3本の各曲線は3回測定の各結果である。

評価結果は表2に示した。