本発明は、目標とする流動性を有するコンクリートを製造する方法に関する。

従来、コンクリート用の化学混和剤は、コンクリートの高流動化、高強度化、および高耐久化等の高性能化を主な目的として多用され、今ではコンクリートの必須の構成材料になっている。そして、現在、化学混和剤には、ポリカルボン酸塩や、ナフタレンスルホン酸塩、リグニンスルホン酸塩、およびメラミンスルホン酸塩等のホルムアルデヒド縮合物などの多種類の化合物が市販されている。その中でも減水性能を有する化学混和剤(減水剤)は、その減水性能と空気連行性能に応じ、高性能減水剤、減水剤、AE減水剤、および高性能AE減水剤等に分類されている。

一般に、コンクリートの製造に際し、コンクリートの用途や要求性能に応じて、配合選定試験が実施される。この配合選定試験は、主に、水セメント比の設定、単位水量の設定、粗骨材かさ容積の設定、および化学混和剤の設定などからなる配合設計と、コンクリートが要求性能を満たすか否かを確認するためのコンクリートの試し練りを含む試験である。前記設定の中でも、特に減水剤の種類と配合量は、コンクリートのフレッシュ性状に及ぼす影響が大きいため、適切な減水剤の種類とその配合量の設定が重要となる。そして、コンクリートが要求性能を満たさないときは、配合設計をやり直して試し練りを繰り返すことになる。 しかし、コンクリートの試し練りの繰り返しは、骨材やセメント等のコンクリートの構成材料を消費するほか、数十キロもある骨材やセメントを人力により計量してミキサーへ投入する作業を伴うため、多大な労力を要する。

かかる状況のもと、以前からコンクリートの配合設計(決定)方法がいくつか提案されている。 たとえば、特許文献1に記載の方法は、高流動コンクリートの配合をフレッシュコンクリートのレオロジー特性に基づき決定する配合設計方法である。また、特許文献2に記載の方法は、所定のスランプフローと所定の空気量を有する高流動コンクリートの配合設計条件のもとで行われる配合決定方法である。 しかし、いずれの方法もコンクリートを用いて減水剤の配合量を決定しており、依然として使用材料の消費や作業に労力を要するという課題は残っている。

特開平11−42630号公報

特開2007−246308号公報

本発明の目的は、目標とする流動性を有するコンクリートを製造するために、コンクリートを用いた試験よりも簡便な方法で減水剤の配合量を決定して、コンクリートの試し練りの回数を減らし、使用材料の消費量と作業労力を軽減することである。

そこで、本発明者らは、前記目的にかなう製造方法を検討したところ、コンクリートのスランプフロー値とモルタルのモルタルフロー値との直線関係から、モルタルフロー試験によって目標とするコンクリートの流動性を有する減水剤の配合量を決定してコンクリートを製造する方法を見い出し、本発明を完成させた。なお、モルタルフロー値はモルタルの流動性を評価するための指標であり、スランプフロー値はコンクリートの流動性を評価するための指標である。

そして、本発明は以下の構成を有するコンクリートの製造方法である。 [1]下記(A)〜(C)の工程を経て決定した配合量の減水剤を添加して混練するコンクリートの製造方法。 (A)減水剤の種類と配合量(C×%)が同一であるコンクリートとモルタルであって、減水剤の種類を一定にし、かつ減水剤の配合量を複数の水準設定してなるコンクリートとモルタルを用いて、それぞれのスランプフローとモルタルフローを測定する、フロー測定工程 ここで、前記減水剤の配合量(C×%)とは、セメントの配合量(質量)を100とした場合の、減水剤(製品として)の配合量(質量)の比である。 (B)前記スランプフロー値とモルタルフロー値から直線関係式を求め、該直線関係式にコンクリートの目標スランプフロー値を代入して目標モルタルフロー値を算出する、目標モルタルフロー値の算出工程 (C)前記目標モルタルフロー値となる減水剤の配合量(C×%)を、モルタルフロー試験を実施して選定し、該選定した配合量をコンクリート中の減水剤の配合量(C×%)として決定する、減水剤の配合量の決定工程 本発明では、減水剤の種類が同一(一定)であれば、水セメント比や細骨材の種類が異なっても、後掲の図1に示すように、良好な直線関係が成立する。 [2]前記(A)工程に記載のモルタルとコンクリート中の減水剤、水、セメントおよび細骨材の種類と配合量が同一である、前記[1]に記載のコンクリートの製造方法。 [3]前記(C)工程に記載のモルタルとコンクリート中の水とセメントの種類が同一であり、かつ該モルタルとコンクリート中の水、セメントおよび細骨材の配合量が同一である、前記[1]または[2]に記載のコンクリートの製造方法。 [4]前記モルタルとコンクリートに含まれるセメントがシリカフューム含有セメントである、前記[1]〜[3]のいずれかに記載のコンクリートの製造方法。 [5]前記モルタルとコンクリートの水セメント比が40%以下である、前記[1]〜[4]のいずれかに記載のコンクリートの製造方法。 ここで、水セメント比とは、セメントの配合量(質量)を100とした場合の、水の配合量(質量)の比である。

本発明は、目標とする流動性を有するコンクリートを製造するために必要な減水剤の配合量を、モルタルフロー試験によって決定するコンクリートの製造方法である。したがって、本発明は、コンクリートの試し練りの回数を減らし、使用材料の消費量と配合量の決定作業に要する労力を軽減することができる。

前記[1]に記載のコンクリートとモルタルを用いて、(A)フロー測定工程と(B)目標モルタルフロー値の算出工程において得られたフローの測定結果と直線関係式を示した図である。なお、(a)〜(e)において用いた減水剤は、それぞれAd1〜Ad5である。また、凡例にはコンクリートの配合記号のみを記載し、相当するモルタルの配合記号の記載は省略した。

前記[2]に記載のコンクリートとモルタルを用いて、(A)フロー測定工程と(B)目標モルタルフロー値の算出工程において得られたフローの測定結果と直線関係式を示した図である。なお、(a)〜(e)において用いた減水剤は、それぞれAd1〜Ad5である。また、凡例にはコンクリートの配合記号のみを記載し、相当するモルタルの配合記号の記載は省略した。

減水剤の配合量の選定精度の検証試験において、前記[1]に記載のコンクリートの製造方法における減水剤(Ad)の配合量の決定手順を説明した図である。

生コンクリート工場の実機ミキサを用いた実証試験において、前記[1]に記載のコンクリートの製造方法における減水剤(Ad)の配合量の決定手順を説明した図である。

本発明は、前記のとおり、目標とする流動性を有するコンクリートを製造するために必要な減水剤の配合量を、モルタルフロー試験によって決定するコンクリートの製造方法である。以下に、該コンクリートの製造方法と、該製造方法において用いるモルタルとコンクリートの構成材料に分けて説明する。

1.目標とする流動性を有するコンクリートの製造方法 該製造方法は、前記(A)フロー測定工程、(B)目標モルタルフロー値の算出工程、および(C)減水剤の配合量の決定工程、を経て決定した配合量の減水剤を添加して混練しコンクリートを製造する方法である。 (A)フロー測定工程 該工程は、減水剤の種類と配合量(C×%)が同一であるコンクリートとモルタルであって、減水剤の種類を一定にし、かつ減水剤の配合量を複数の水準設定してなるコンクリートとモルタルを用いて、それぞれのスランプフローとモルタルフローを測定する工程である。 前記水準の数は、直線が確定できる数であれば足り、好ましくは3水準以上、より好ましくは5水準以上、さらに好ましくは8水準以上である。 そして、モルタルフローの測定は、水平に設置したガラス板等の平面上にフローコーンを載置し、その中にモルタルを詰めて上面をスページングナイフで均した後、フローコーンを上方に引き上げ、平面上に広がったモルタルの最長の直径と該直径に直交する直径を測定し、これら2つの測定値の平均値をモルタルフローとする。また、スランプフローの測定は、JIS A 1150「コンクリートのスランプフロー試験方法」に準拠して行う。 また、(A)工程で用いるモルタルとコンクリート中の減水剤、水、セメントおよび細骨材の種類と配合量は、下記(C)工程における減水剤の配合量の選定精度が向上するため、同一にするのが好ましい。ここで、モルタルとコンクリート中の水、セメントおよび細骨材の配合量が同一とは、水、セメントおよび細骨材の質量比が、モルタルとコンクリートで同一であることをいい、言い換えれば、モルタルの配合が、コンクリートの配合から粗骨材を除いた配合と同一であることをいう。

(B)目標モルタルフロー値の算出工程 該工程は、前記スランプフロー値とモルタルフロー値から直線関係式を求め、該直線関係式にコンクリートの目標スランプフロー値を代入して、目標モルタルフロー値を算出する工程である。 従来、水セメント比や細骨材等の種類が異なれば、コンクリートの流動性は変わるものと考えられていた。しかし、本発明者らは、用いる減水剤の種類が同じであれば、水セメント比や細骨材の種類が異なっても、スランプフローとモルタルフローとの間には、図1の(a)〜(e)に示すように良好な直線関係が成立し、その直線の傾きや切片の値は、水セメント比や細骨材の種類を変えても変わらないことを見い出した。この知見は本発明の核心をなすもので、この直線関係式を用いれば目標スランプフロー値から目標モルタルフロー値を簡単に算出できる。 なお、本発明において、直線関係式に目標スランプフロー値を代入して目標モルタルフロー値を算出する行為は、y軸(またはx軸)の値(目標スランプフロー値)が直線と交わる点のx軸(またはy軸)の値(目標モルタルフロー値)を作図により求める行為を含む。

(C)減水剤の配合量の決定工程 該工程は、前記目標モルタルフロー値となる減水剤の配合量を、モルタルフロー試験を実施して選定し、該選定した配合量をコンクリート中の減水剤の配合量として決定する工程である。これにより、目標とする流動性を有するコンクリートを製造するために必要な減水剤の配合量が決定でき、したがって、コンクリートの試し練りの回数を減らして省力化ができる。 また、前記(C)工程で用いるモルタルとコンクリート中の水とセメントの種類が同一であり、かつ該モルタルとコンクリート中の水、セメントおよび細骨材の配合量が同一であれば、減水剤の配合量の選定精度が向上するため、好ましい。

2.モルタルとコンクリートの構成材料 (1)減水剤 本発明において、コンクリートやモルタルに用いる減水剤は、例えば、JIS A 6204「コンクリート用化学混和剤」に規定されている、高性能減水剤、減水剤、AE減水剤、および高性能AE減水剤等から選ばれる1種以上が挙げられる。また、前記減水剤の化合物は、例えば、主な成分としてナフタレンスルホン酸、リグニンスルホン酸、およびメラミンスルホン酸等のホルムアルデヒド縮合物、ポリカルボン酸、並びにこれらのナトリウム塩、カリウム塩、およびカルシウム塩等から選ばれる1種以上が挙げられる。

(2)セメント 本発明において、コンクリートやモルタルに含まれるセメントは、特に制限されず、普通ポルトランドセメント、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、シリカフューム含有セメント、高炉セメント、フライアッシュセメント、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、シリカフューム含有セメントは、後掲の図に示すように、スランプフローとモルタルフローの間の直線関係が良好なため好ましい。ここで、シリカフューム含有セメントとは、BET比表面積が5〜25m²/gのシリカフュームを5〜30質量%含むセメントである。

(3)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。

(4)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。

(5)水 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、生コンクリートの上澄水等が挙げられる。 本発明において用いるモルタルとコンクリートの水セメント比は、40%以下、好ましくは30%以下、より好ましくは5〜25%以下である。水セメント比が40%以下の範囲で、直線関係が良好になる傾向がある。

(6)その他の材料 本発明においては、上記材料の他に、BET比表面積が0.1〜15m²/g、より好ましくは0.5〜10m²/gの無機粉末を使用することができる。該無機粉末としては、フライアッシュ、スラグ、石灰石粉末、石英粉末、膨張性混和材、および石膏等が挙げられる。該無機粉末の混入量は、コンクリート(1m³)中に、好ましくは0.1〜50質量%、より好ましくは0.3〜35質量%である。 また、本発明においては、前記減水剤以外の化学混和剤として、空気量調整剤や収縮低減剤等を使用することができる。

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.直線関係式の導出 (1)スランプフローの測定 表1に示す材料を用いて表2の配合に従い、JIS A 8603「コンクリートミキサー第1部」の規定に適合した、公称容量60Lの二軸型強制練りミキサを用いてコンクリートを混練した。 前記混練は、具体的には、二軸型強制練りミキサにセメントと細骨材を投入して30秒間、空練りした後、そこに表1に記載の混和剤を含む混練水を注入し、水セメント比が14%のモルタルは420秒間、17%と20%のモルタルは180秒間、22%、25%、および26%のモルタルは90秒間混練した。その後、前記モルタルに粗骨材を投入して水セメント比が14%と17%のコンクリートは180秒間、水セメント比が20%、22%、25%、および26%のコンクリートは90秒間混練した。該混練後、前記コンクリートを5分間静置した後、さらに30秒間混練した。 次に、JIS A 1101「コンクリートのスランプ試験方法」の規定に適合したスランプコーンを用いて、JIS A 1150「コンクリートのスランプフロー試験方法」に準拠し、コンクリートのスランプフローを測定した。

(2)モルタルフローの測定 表1に示す材料を用いて表3の配合に従い、JIS R 5201「セメントの物理試験方法」の規定に適合した、公称容量5Lの機械練り用練混ぜ機を用いてモルタルを混練した。 前記混練は、具体的には、ホバートミキサーにセメントと標準砂を投入して30秒間、空練りした後、そこに表1に記載の混和剤を含む混練水を注入し、水セメント比が14%と17%のモルタルは300秒間、水セメント比が20%、22%、25%、および26%のモルタルは180秒間混練した。次に、前記モルタルを5分間静置した後、さらに30秒間混練した。 次に、水平に設置したガラス板の上に、JIS R 5201「セメントの物理試験方法」の規定に適合したフローコーンを載置し、その中に前記モルタルを詰めて、モルタル上面をスページングナイフで均した後、フローコーンを2〜3秒かけて上方に引き上げた。この引き上げから180秒経過後に、ガラス板の上に広がったモルタルの最長の直径と該直径に直交する直径を測定し、これら2つの測定値の平均値をモルタルフロー値とした。

(3)直線回帰 前記(2)で得られたモルタルフロー値を説明変数、スランプフロー値を目的変数として、最小二乗法を用いて直線関係式を求めた。図1に、減水剤の種類と配合量が同一であるモルタルとコンクリートの、モルタルフローとスランプフローの直線関係を示す。また、図2に、減水剤のほかに、さらに水、セメントおよび細骨材の種類と配合量が同一であるモルタルとコンクリートの、モルタルフローとスランプフローの直線関係を示す。 図1に示すように、減水剤の種類と配合量が同一であれば、たとえ水セメント比および細骨材等の種類や配合量が異なっていても、モルタルフローとスランプフローの間には、決定係数(R²)が0.7974〜0.9442と高い直線関係が成立する。 また、図2に示すように、減水剤のほかに、さらに水、セメントおよび細骨材の種類や配合量が同一であれば、水セメント比等が異なっていても、モルタルフローとスランプフローの間には、決定係数(R²)が0.8246〜0.9796と、より高い直線関係が成立する。

2.減水剤の配合量の選定精度の検証試験 この検証試験で用いた減水剤はAd4とAd5であるから図1の(d)と(e)に記載の直線関係式、表4に示す配合のコンクリートC18〜20、および表5に示す配合のモルタルM18〜20を用いて、試験室内において減水剤の配合量の選定精度を検証するための試験を行った。なお、表4に記載のAd配合量は、本試験で決定した減水剤の配合量を予め記載したものである。

以下、前記検証試験を図3を用いて詳細に説明する。 (i)目標スランプフロー値の設定 減水剤としてAd4を用いたC18のコンクリート、Ad5を用いたC19のコンクリート、および同じくAd5を用いたC20のコンクリートの目標スランプフロー値は、表6に示すように、それぞれ750mm、700mm、および650mmに設定した。 (ii)目標モルタルフロー値の算出 Ad4とAd5を用いて得られた直線関係式(図1の(d)と(e)、または該図から直線と直線関係式を抜き出した図3の(a)と(b)に記載の式)に、前記目標スランプフロー値である750mm、700mm、および650mmを代入すると、目標モルタルフロー値は、表6と図3の中段のグラフに示すように、それぞれ285mm、284mm、および256mmになった。 (iii)目標モルタルフロー値を満たすモルタル中の減水剤の配合量の検討 表5のモルタルの配合に従い、減水剤の配合量を表5のAd配合量欄に記載の範囲にふって、図3の下段のグラフを求めた。次に、この図3の下段のグラフに示すように、該グラフを用いて前記目標モルタルフロー値を満たす減水剤の配合量を選定した。そして、該選定結果に基づき、コンクリート中の減水剤の配合量は、目標モルタルフロー値285mm,284mm、および256mmに対して、表6に示すように、それぞれ1.45%、1.08%、および0.9%に決定した。 (vi)コンクリートを用いた前記減水剤の配合量の選定精度の検証 前記決定した配合量の減水剤を含む、表4に示す配合のコンクリートを混練して、前記JIS A 1150に準拠してスランプフローを求めた。その結果を表6に示す。

表6から分かるように、目標スランプフロー値と検証したスランプフロー値の差は20mm(約3%)以下と著しく小さいことから、本発明において減水剤の配合量の選定精度は極めて高いといえる。また、コンクリートおよびモルタルに含まれる減水剤の種類が同一であれば、含まれる細骨材の種類が異なっていても(C19とM19、C20とM20を参照)、本発明で用いる直線関係式は有用であり、このことが本発明において特筆すべき点である。

3.生コンクリート工場の実機ミキサを用いた実証試験 この実証試験の目的は、生コンクリート工場におけるコンクリートの製造に、本発明のコンクリートの製造方法が採用できるか否か、実証するためである。 この実証試験で用いた減水剤はAd1とAd5であるから、図1の(a)と(e)に記載の直線関係式、表7に示す材料を用いた表8に示す配合のコンクリートC21とC22、表7に示す材料を用いた表9に示す配合のモルタルM21とM22、および生コンクリート工場の実機ミキサを用いて、図4に示すように、前記(i)〜(vi)と同様にして試験を行った。 表10に、目標スランプフロー値、目標モルタルフロー値、決定した減水剤の配合量、および実証したモルタルフロー値を示す。

表10から分かるように、目標スランプフロー値と実証したスランプフロー値の差は18mm(約2%)以下と、前記実証試験の結果と同様に、著しく小さい。したがって、本発明のコンクリートの製造方法は、生コンクリート工場の生コンクリートの製造にも十分に適用でき実用性が高い。