JP2001213661A

JP2001213661A - 複合部材

Info

Publication number: JP2001213661A
Application number: JP2000021381A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Ono; 剛士小野
Original assignee: Taiheiyo Cement Corp
Current assignee: Taiheiyo Cement Corp
Priority date: 2000-01-31
Filing date: 2000-01-31
Publication date: 2001-08-07
Anticipated expiration: 2020-01-31
Also published as: JP4167787B2

Abstract

(57)【要約】【課題】安価で取り扱いやすい普通コンクリートと、
超高強度特性、高靭性、耐衝撃性及び高耐久性を有する
超高強度コンクリート系の硬化体を一体化することによ
り、部材断面厚さの低減・軽量化を可能とした上で、極
めてひび割れ強度の向上、及び／又は耐久性の向上した
複合部材を提供する。【解決手段】少なくとも、セメント、ポゾラン質微粉
末、粒径２ｍｍ以下の骨材粒子、水、及び減水剤を含む
配合物の硬化体と、普通コンクリートを一体化してなる
ことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、複合部材、特に
普通コンクリートと超高強度硬化体を複合して、ひび割
れ強度向上、及び／又は耐久性を高めた複合部材に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、コンクリートで構造物を構築する
場合、コンクリートのひび割れ及びひび割れ幅がその構
造物を構成するコンクリート部材の使用限界となるケー
スが多い。又、コンクリート部材は、コンクリートの中
性化等の耐久性により、鉄筋のかぶりが決定されてい
る。上記いずれの場合においても、部材断面を大きくす
ることでひび割れ防止や耐久性向上を図っているのが現
状であり、その結果、コンクリート部材の重量が大とな
り、また、コンクリート部材を支える基礎や柱部等の部
材も大きな断面となる等大変不経済であるほか、運搬等
において大きな機械力を使用しなければならない欠点を
持っている。また、鋼材と比較し、一般にコンクリート
自体の耐久性は優れているとはいえ、腐食作用、凍結融
解作用、あるいは化学作用が厳しい環境におけるコンク
リート構造物のコンクリート部材として使用するには、
例えば、海水による侵食、摩耗、凍結融解による剥離の
発生等、長期的な使用にはやはり耐久性の課題が残る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】したがって、この発明
は、安価で取り扱いが容易な普通コンクリートと、超高
強度特性、高靭性、耐衝撃性及び高耐久性を有する超高
強度セメント系の硬化体を一体化することにより、部材
断面厚さの低減・軽量化を可能とした上で、極めてひび
割れ強度の向上、及び／又は耐久性の向上、意匠性の向
上した複合部材を提供することを目的とする。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
めに、この発明のコンクリート部材によれば、少なくと
も、セメント、ポゾラン質微粉末、粒径２ｍｍ以下の骨
材粒子、水、及び減水剤を含む配合物の硬化体と、普通
コンクリートを一体化してなること（請求項１）、配合
物に、金属繊維及び／又は有機質繊維を含むこと（請求
項２）、金属繊維が、径０．０１〜１．０ｍｍ、長さ２
〜３０ｍｍの鋼繊維であること（請求項３）、有機質繊
維が、径０．００５〜１．０ｍｍ、長さ２〜３０ｍｍの
ビニロン繊維、ポリプロピレン繊維、ポリエチレン繊
維、アラミド繊維、アクリル繊維、炭素繊維から選ばれ
る一種以上の繊維であること（請求項４）、配合物に、
平均粒径３〜２０μｍの無機粉末を含むこと（請求項
５）、配合物に、平均粒度１ｍｍ以下の繊維状粒子又は
薄片状粒子を含むこと（請求項６）、硬化体を複合部材
の引張側、及び／又は、耐久性要求側に配置してなるこ
と（請求項７）、を特徴とする。以下、この発明を詳し
く説明する。

【０００５】

【発明の実施の形態】この発明の複合部材を構成する硬
化体に使用するセメントは、ポルトランドセメント、混
合セメント、速硬セメントなどの各種のセメントを使用
することができる。ポルトランドセメントは、普通、早
強、超早強、中庸熱、耐硫酸塩、低熱、白色などの各種
ポルトランドセメントがいずれも使用できるが、中庸
熱、耐硫酸塩、低熱の各ポルトランドセメントは、アル
ミネート鉱物（Ｃ₃Ａ）の含有量が少なく、流動性が良
いので好ましい。フライアッシュセメント、高炉セメン
ト、シリカセメント等の混合セメントは、組成物中のポ
ルトランドセメント分が他のセメントより相対的に少な
いので流動性を高める点では好ましい。また、硬化体の
早期強度を向上しようとする場合は、早強ポルトランド
セメントを使用することが好ましく速硬セメントは短時
間で硬化するので流動性が早く失われるが、早期に強度
の発現を求められる場合には効果的である。

【０００６】セメントの使用量は、後述するポゾラン質
微粉末の使用量と併せて決定されるが、配合物中の単位
セメント量が５００〜１０００ｋｇ／ｍ³、好ましくは
７００〜８５０ｋｇ／ｍ³ の範囲とすることにより、各
種配合物との作用と相俟って、圧縮強度が１５０ＭＰａ
以上、特に２００ＭＰａ以上の超高強度用硬化体を得る
ことができる。単位セメント量が５００ｋｇ／ｍ³ を下
回ると、目的とする超強度硬化体を得ることが困難とな
り、又、セメント使用量が１０００ｋｇ／ｍ³を超える
と、ポゾラン質微粉末の使用と併せて、配合物の練り混
ぜが困難となり好ましくない。

【０００７】次に、ポゾラン質微粉末は、セメントとの
ポゾラン反応に関与する微粉末であり、シリカフュー
ム、シリカダスト、フライアッシュ、スラグ、火山灰、
シリカゾル、沈降シリカ等の平均粒径が１．５μｍ未満
のものが用いられる。中でもシリカフュームは、平均粒
径が１．０μｍ以下であり、粉砕する必要がなく、ポゾ
ラン反応に好適である。ポゾラン質微粉末は、そのマイ
クロフィラー効果及びセメント分散効果によりコンクリ
ートが緻密化し、圧縮強度が向上する。一方、微粉末の
添加量が多くなると単位水量を増大するので、ポゾラン
質微粉末量はセメント１００重量部に対して５〜５０重
量部が好ましい。

【０００８】この発明において、骨材は通常のコンクリ
ートに使用されている砂、例えば、川砂、陸砂、海砂、
砕砂、珪砂及びこれらの混合物をを用いることができる
が、粒径は２ｍｍ篩通過量が８５重量％以上、好ましく
は１．５ｍｍ篩通過量が８５重量％以上、さらに好まし
くは１．２ｍｍ篩通過量が８５重量％以上のものを使用
する。このような骨材粒子を使用することにより、配合
物の分離抵抗性を高めると共に、硬化体の充填度及び強
度を高めることができる。上記骨材の配合量は、セメン
ト１００重量部に対して、５０〜２５０部の範囲、好ま
しくは８０〜１８０重量部の範囲とすることにより、コ
ンクリートの作業性や分離抵抗性に優れ、硬化後の強度
やクラックに対する抵抗性を保持しつつ、経済的な硬化
体を得ることができる。

【０００９】また、この発明においては、上記骨材に加
えて、平均粒径３．０〜２０μｍ、好ましくは４〜１０
μｍの無機粉末を配合することにより、さらに硬化体の
充填密度を高めることができる。無機粉末としては、石
英粉末、例えば、石英や非晶質石英、オパール質やクリ
ストバライト質のシリカ含有粉末、あるいは、岩石粉
末、石灰石粉末、高炉スラグ、火山灰、分級フライアッ
シュ、さらにはＡｌ₂Ｏ₃等の酸化物粉末、ＳｉＣ₂等の
炭化物粉末、ＳｉＮ等の窒化物粉末が使用できるが、中
でも、石英粉末はコストや硬化体の品質安定性の面から
好ましいものである。無機粉末は、セメント１００重量
部に対して無機粉末が５０重量部以下の範囲、好ましく
は２０〜３５重量部の範囲で含まれると、流動性が良
く、硬化体が強度に優れた緻密な充填構造を形成しやす
いものとなる。

【００１０】次に、この発明は減水剤を併用する。減水
剤としては、リグニン系、ナフタレンスルホン酸系、メ
ラミン系、ポリカルボン酸系の減水剤、ＡＥ減水剤、高
性能減水剤又は高性能ＡＥ減水剤を使用することができ
る。中でも、高性能減水剤又は高性能ＡＥ減水剤を使用
することが好ましい。この発明においては、従来のコン
クリートと比べて硬化体中に占める微粉体の体積が多い
ことが特徴の一つであるが、この場合においても、減水
剤の添加量を適切に調整することにより、コンクリート
に所定の流動性を与えることができる。減水剤の添加量
（セメントに対して外割）は、コンクリートの流動性や
分離抵抗性、硬化後の強度、さらにはコスト等から、セ
メントに対して、固形分換算で、０．１〜１０重量％、
好ましくは０．５〜４．０重量％とする。添加量が０．
１重量％未満では減水効果が実質上無く、またこれを１
０重量％越えて添加しても減水性、流動性の改善効果が
頭打ちとなる。

【００１１】この発明において、水／セメント比は、コ
ンクリートの流動性や分離抵抗性、硬化体の強度や耐久
性等から、１０〜３０重量％が好ましく、１５〜２５重
量％がより好ましい。

【００１２】この発明においては、硬化体の曲げ強度を
高める観点から、配合物に金属繊維及び／又は有機質繊
維を含ませることが好ましい。金属繊維としては、鋼繊
維、アモルファス繊維等が挙げられるが、中でも鋼繊維
は強度に優れており、またコストや入手のし易さの点か
らも好ましいものである。金属繊維は、径０．０１〜
１．０ｍｍ、長さ２〜３０ｍｍのものが好ましい。径が
０．０１ｍｍ未満では繊維自身の強度が不足し、張力を
受けた際に切れやすくなる。径が１．０ｍｍを超える
と、同一配合量での本数が少なくなり、コンクリートの
曲げ強度が低下する。長さが３０ｍｍを超えると、混練
の際ファイバーボールが生じやすくなる。長さが２ｍｍ
未満ではマトリックスとの付着力が低下し曲げ強度が低
下する

【００１３】金属繊維の配合量は凝結後の硬化体体積の
４％未満が好ましく、より好ましくは３．５％未満であ
る。金属繊維の含有量は、流動性と硬化体の曲げ強度の
観点から定められる。一般に、金属繊維の含有量が多く
なると曲げ強度が向上するが、一方、流動性を確保する
ために単位水量も増大するので、金属繊維の含有量は前
記の量が好ましい。

【００１４】有機質繊維としては、ビニロン繊維、ポリ
プロピレン繊維、ポリエチレン繊維、アラミド繊維、ア
クリル繊維、炭素繊維等が挙げられる。有機質繊維は、
径０．００５〜１．０ｍｍ、長さ２〜３０ｍｍのものが
好ましい。有機質繊維の含有量は、凝結後の硬化体体積
の１０％未満が好ましく、７％未満がより好ましい。な
お、この発明においては、金属繊維と有機質繊維を併用
することは差し支えない。

【００１５】この発明においては、硬化体の靱性を高め
る観点から、平均粒度が１ｍｍ以下の繊維状粒子又は薄
片状粒子を含ませることが好ましい。ここで、粒子の粒
度とはその最大寸法の大きさ（特に、繊維状粒子ではそ
の長さ）である。繊維状粒子としては、ウォラストナイ
ト、ボーキサイト、ムライト等が、薄片状粒子として
は、マイカフレーク、タルクフレーク、バーミキュライ
トフレーク、アルミナフレーク等が挙げられる。繊維状
粒子又は薄片状粒子の配合量は、コンクリートの流動
性、硬化体の強度や靱性等から、セメント１００重量部
に対して３５重量部以下が好ましく、１０〜２５重量部
がより好ましい。なお、繊維状粒子においては、硬化体
の靱性を高める観点から、長さ／直径の比で表される針
状度が３以上のものを用いるのが好ましい。

【００１６】尚、以上説明した配合成分のほかに、この
発明は、通常、コンクリートにおいて用いられる急硬・
急結材、高強度混和剤、水和促進剤、凝結調整剤などの
各種コンクリート混和材料も使用できる。

【００１７】また、前記各成分の混合及び混練方法に制
限は無く、均一に混合混練できれば良く、オムニミキ
サ、パン型ミキサ、二軸練りミキサ、傾胴ミキサ等、各
種のミキサを使用することができる。さらに、配合成分
の添加順序にも特に制限されるものではない。

【００１８】次に、この発明の複合部材を構成する普通
コンクリートは、通常使用されているコンクリートのこ
とであって、２８日標準養生時の圧縮強度が１００ＭＰ
ａ以下のものを言い、この普通コンクリートを前記詳述
した超強度硬化体と一体化する。一体化は、引張側、及
び／又は、耐久性要求側に前記超強度硬化体を構成する
配合物を成形、配置し、該配合物が硬化する前に普通コ
ンクリートを打設しても良く、また、硬化後に打設して
も良い。硬化後に普通コンクリートを打設する場合は、
該コンクリートとの付着性を高めるために、硬化体表面
を粗面仕上げ、ジベル筋、あるいは各種シアーコッター
等を設け、強固な一体化を図ることが望ましい。

【００１９】尚、超強度硬化体配合物の成形及び養生
は、通常のコンクリートにおける各種の成形方法及び養
生方法が適用可能であり、流し込み成形のほか、管状体
にあっては遠心成形等も適用でき、常温養生、高温養
生、常圧蒸気養生、高温高圧養生のいずれの方法も採用
でき、必要ならば、これらの組合わせを行ってより超高
強度硬化体とすることができる。また、従来のコンクリ
ートと同様に配筋し、加えてプレストレストを導入する
ことも可能である。

【００２０】上述した普通コンクリートと超高強度硬化
体を一体化したこの発明の複合部材は、引張側、及び／
又は、耐久性要求側に超高強度硬化体を配置すること
で、該超高強度硬化体の物性を充分に発揮し、高強度特
性、高靭性、耐衝撃性及び高耐久性を有する複合部材と
することができ、また、部材全体として断面厚さを低減
し、このため大型で長尺寸法化が可能である。

【００２１】

【実施例】以下、実施例を挙げてこの発明を説明する。（使用材料）セメント：低熱ポルトランドセメント（太平洋セメント
（株）製）ポゾラン質微粉末：シリカフューム（平均粒径０．７μ
ｍ）骨材：珪砂４号と珪砂５号の２：１（重量比）混合品
（２ｍｍ篩通過量が１００重量％）金属繊維：鋼繊維（直径：０．２ｍｍ、長さ：１５ｍ
ｍ）高性能ＡＥ減水剤：ポリカルボン酸系高性能ＡＥ減水剤水：上水道水石英粉（平均粒径７μｍ）繊維状粒子：ウォラストナイト（平均長さ０．３ｍｍ、
長さ／直径の比４）

【００２２】実施例１低熱ポルトランドセメント１００重量部、シリカフュー
ム３２．５重量部、骨材１２０重量部、高性能ＡＥ減水
剤をセメントに対して１．０重量％（固形分）、水／セ
メント比２２重量％の条件で各材料を、二軸練りミキサ
に一括投入して混練りした。次いで、前置き（２０℃）
４８時間後、９０℃で４８時間蒸気養生して、直径５０
ｍｍ、長さ１００ｍｍの円柱（圧縮試験用）、及び幅４
０ｍｍ、長さ１６０ｍｍ、厚さ４０ｍｍの棒状（曲げ試
験用）成形品を得た。得られた成形品の圧縮強度は、２
１０ＭＰａ、曲げ強度は２５ＭＰａであった。尚、混練
物のフロー値は２７０ｍｍであった。

【００２３】実施例２鋼繊維を配合物中の体積の２％を加えたほかは実施例１
と同様にして成形品を得た。得られた成形品の圧縮強度
は、２１０ＭＰａ、曲げ強度は４７ＭＰａ、混練物のフ
ロー値は２５０ｍｍであった。

【００２４】実施例３実施例２の配合物に石英粉を３０重量部、ウォラストナ
イトを２４重量部を加えたほかは実施例１と同様にして
成形品を得た。尚、得られた成形品の圧縮強度は、２３
０ＭＰａ、曲げ強度は４７ＭＰａ、混練物のフロー値は
２５０ｍｍであった。

【００２５】比較例セメントとして普通ポルトランドセメント１００重量
部、骨材として細骨材１６０重量部（山形産砕砂）、粗
骨材３００重量部（秩父産砕石）を用い、水／セメント
比４０重量％としたほかは実施例１と同様に成形品を得
た。得られた成形品の圧縮強度は６０ＭＰａ、曲げ強度
は７ＭＰａ、混練物のスランプフロー値は５５０ｍｍで
あった。

【００２６】実施例４実施例1〜３、及び比較例で得た成形品を用いて耐摩耗
及び耐衝撃試験を行った。耐摩耗試験はピンオンディス
ク法により摩耗重量を測定し、また、耐衝撃試験は、シ
ャルピー法で行った。測定結果は、実施例１の成形品摩
耗量を１００とすると、実施例2、３のそれは１１０、
１１０であり、比較例では６０であった。また、実施例
１におけるエネルギー吸収率を１とすると、実施例2、
３は、それぞれ８０、100であり、比較例では１／５で
あった。

【００２７】実施例５実施例1〜３、及び比較例で得た成形品を用いて凍結融
解試験を行い、成形品の劣化度を凍結融解サイクル数と
動弾性係数に基づく相対動弾性係数比を計測することに
より調べた。測定結果は、凍結融解サイクル数１０００
回での実施例１〜３の動弾性係数を１００とすると、比
較例では７０であった。

【００２８】実施例６実施例３に記載の配合物を幅１００ｍｍ×長さ２００ｍ
ｍの型枠に４０ｍｍ厚さまで充填し、続いて、該配合物
の硬化前に比較例記載のコンクリートを６０ｃｍ厚さに
充填し、次いで、前置き（２０℃）４８時間後、９０℃
で４８時間蒸気養生して、部材厚さ１００ｍｍで、硬化
体（４０ｍｍ厚）と普通コンクリート（６０ｍｍ厚）一
体型の複合部材を得た。この複合部材の実施例３配合物
硬化体を引張側にして曲げ強度試験を行ったところ、普
通コンクリートのみの場合と比較して６倍の強度となっ
た。

【００２９】

【発明の効果】この発明により、圧縮強度を２００ＭＰ
ａ以上とした超緻密な硬化体を引張側、及び／又は、耐
久性要求側に配置し、普通コンクリートと一体化し、極
めてひび割れ強度の向上した、あるいは耐摩耗、耐表面
侵食に極めて優れ、超耐用性のある複合部材とすること
ができる。また、この発明によれば、その超高強度特性
及び耐衝撃特性を有する硬化体との一体化により、部材
厚さを薄く、軽量化や大型で長尺寸法化ができるほか、
乾燥収縮が小さく、寸法精度も優れ、複合部材使用によ
る構造物の構築に当たって、極めて施工性が優れるもの
であり、一般の建築・構造物のほか、腐食作用、凍結融
解作用、あるいは化学作用が厳しい環境におけるコンク
リート構造物において、厳しい環境面側を超緻密な硬化
体にした複合部材として好適に適用できる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｃ０４Ｂ 14/38 Ｃ０４Ｂ 14/38 Ｚ 14/48 14/48 ＺＤ 16/06 16/06 ＺＧＡＥ 20/00 20/00 Ｂ 22/06 22/06 Ａ // Ｃ０４Ｂ 103:14 103:14 111:26 111:26

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくとも、セメント、ポゾラン質微粉
末、粒径２ｍｍ以下の骨材粒子、水、及び減水剤を含む
配合物の硬化体と、普通コンクリートを一体化してなる
ことを特徴とする複合部材。
【請求項２】配合物に、金属繊維及び／又は有機質繊
維を含む請求項１に記載の複合部材。
【請求項３】金属繊維が、径０．０１〜１．０ｍｍ、
長さ２〜３０ｍｍの鋼繊維である請求項２記載の複合部
材。
【請求項４】有機質繊維が、径０．００５〜１．０ｍ
ｍ、長さ２〜３０ｍｍのビニロン繊維、ポリプロピレン
繊維、ポリエチレン繊維、アラミド繊維、アクリル繊
維、炭素繊維から選ばれる一種以上の繊維である請求項
２記載の複合部材。
【請求項５】配合物に、平均粒径３〜２０μｍの無機
粉末を含む請求項１〜４のいずれかに記載の複合部材。
【請求項６】配合物に、平均粒度１ｍｍ以下の繊維状
粒子又は薄片状粒子を含む請求項１〜５のいずれかに記
載の複合部材。
【請求項７】硬化体を複合部材の引張側、及び／又
は、耐久性要求側に配置してなる請求項１〜６のいずれ
かに記載の複合部材。