JP4861931B2

JP4861931B2 - 超高強度高流動コンクリート及び超高強度高流動フレッシュコンクリート

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Publication number: JP4861931B2
Application number: JP2007218300A
Authority: JP
Inventors: 貴夫小出; 康範鈴木; 誠一長岡; 浩司河上; 拓松田; 好克西本
Original assignee: Sumitomo Osaka Cement Co Ltd; Sumitomo Mitsui Construction Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Osaka Cement Co Ltd; Sumitomo Mitsui Construction Co Ltd
Priority date: 2007-08-24
Filing date: 2007-08-24
Publication date: 2012-01-25
Anticipated expiration: 2027-08-24
Also published as: JP2009051682A

Description

本発明は、超高強度高流動コンクリート及び超高強度高流動フレッシュコンクリートに関し、更に詳しくは、従来のコンクリートと比べて高い強度発現性及び高い流動性を兼ね備え、特に、水結合材比を１５．０％以下とした場合においても２００Ｎ／ｍｍ^２以上の圧縮強度を得ることが可能な高強度高流動コンクリート及び超高強度高流動フレッシュコンクリートに関するものである。

一般に、コンクリート構造体における圧縮強度は、それに含まれる粗骨材や細骨材の品質に大きく左右される。通常、粗骨材としては天然産の川砂利、山砂利（陸砂利）、砕石等が、細骨材としては、天然産の川砂、山砂（陸砂）、海砂、砕砂等が使用されているが、産地、母岩種、ロット等により品質が大きくばらつくという問題が避けられない。特に、圧縮強度が２００Ｎ／ｍｍ^２を超えるような極めて強度の高い領域では、コンクリート供試体やコンクリート構造物等のコンクリート中に品質の悪い骨材が混入すると、外部から応力が加わった場合に品質の悪い骨材を含む部分に応力が集中し、本来発揮（期待）されるはずの強度より低い強度で破壊してしまう、つまり、品質の悪い骨材が構造上の欠陥となってしまうこととなる。

また同様に、骨材の密度、粒子の形状、最大粒径、粒度分布、吸水率等の物性により、コンクリートやフレッシュコンクリートの流動性も大きく左右される。特に、天然産の骨材を使用した場合、コンクリートやフレッシュコンクリートの流動性は用いられた骨材の品質に大きく左右される。
そこで、圧壊強度（硬度）や耐摩耗性が高くかつ品質の安定している骨材として、高炉スラグ骨材、フェロクロムスラグ骨材、フェロニッケルスラグ骨材、銅スラグ骨材、電気炉酸化スラグ骨材等のスラグ骨材を用いた様々な技術が提案されている。

例えば、水硬性物質（セメント）、シリカダスト（シリカヒューム）やシリカ質ダスト等の超微粉、高性能減水剤、粒径５ｍｍ程度以下に粉砕したフェロクロムスラグ粉砕品及び水を主成分とした超高強度セメント組成物（特許文献１）、セメント及び水等と混練することによりコンクリートあるいはモルタルの構成材料として用いられる細骨材の一部または全部をスラグ球あるいはスラグ亜球により構成した細骨材（特許文献２）、直径５ｍｍ以下に風砕して球状化したフェロクロムスラグ、フェロニッケルスラグ、シリコンマンガンスラグ、フェロマンガンスラグ等のフェロアロイスラグを、砂と混合してコンクリート用骨材とするフェロアロイスラグの利用方法（特許文献３）、風砕製法によるフェロニッケルスラグを粒径２．５ｍｍ以下、かつ、その細骨材中の混入率を３０％以上に調合した高流動コンクリート用細骨材（特許文献４）、天然鉱物質微粉末または人工鉱物質微粉末からなる鉱物質微粉末、及び、粒径０．３〜５ｍｍのフェロニッケルスラグ細骨材等の微粒分の欠如した細骨材を用いた流動性と強度発現に優れたモルタル及びコンクリート組成物（特許文献５）、セメント、粒状セメントクリンカー、減水剤、比重が２．７以上の骨材、超微粉等から構成される高強度モルタル組成物（特許文献６）等が提案されている。

これらの技術によれば、強度や流動性に優れたモルタルあるいはコンクリートが得られ、また、これまで用途が限られていたフェロクロムスラグ、フェロニッケルスラグ、シリコンマンガンスラグ、フェロマンガンスラグ等のフェロアロイスラグを細骨材として有効利用することができるという効果がある。
特許第２６５３４０２号公報特開平５−３２４３９号公報特開平５−２６２５４２号公報特開平８−３２５０４７号公報特開平９−５２７４４号公報特開２００５−１１９８８５号公報

ところで、従来の公知技術においては、いずれの細骨材も、その最大粒径が２．５〜５ｍｍであったり、あるいは特殊な球状化処理を施しているために、これらの細骨材を用いたセメント組成物を水結合材比１５．０％以下の超高強度領域にて養生・硬化させて得られたコンクリートは、圧縮強度が頭打ちとなり、２００Ｎ／ｍｍ^２を超える圧縮強度を得るには不十分であるという問題点があった。

本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、従来のコンクリートやフレッシュコンクリートと比べて高い強度発現性及び高い流動性を兼ね備え、しかも、水結合材比が１５．０％以下の超高強度領域においても２００Ｎ／ｍｍ^２を超える圧縮強度を得ることが可能な超高強度高流動コンクリート及び超高強度高流動フレッシュコンクリートを提供することを目的とする。

本発明者等は、上記課題を解決するために鋭意研究を重ねた結果、粗骨材及び細骨材の品種、粒径、密度、吸水率を制御することにより、従来品と比べて圧縮強度及び流動性が高いコンクリートを得ることが可能であり、さらに、セメントの１０重量％以上かつ３０重量％以下をＢＥＴ法による比表面積が１ｍ^２／ｇ以上かつ２０ｍ^２／ｇ以下のシリカ質微粉末にて置換した水硬性結合材と、平均粒径が１０ｍｍ以上かつ２０ｍｍ以下、絶乾密度が２．６０ｇ／ｃｍ^３以上かつ吸水率が１．２０％以下の粗骨材と、最大粒径が１．２ｍｍ以下、絶乾密度が２．９０ｇ／ｃｍ^３以上かつ吸水率が０．９０％以下の人造高密度細骨材と、化学混和剤とを含有したものとすれば、コンクリートに圧縮強度が２００Ｎ／ｍｍ^２以上の極めて高い強度発現性及び良好な流動性を付与することができることを見出し、本発明を完成するに至った。

すなわち、本発明の超高強度高流動コンクリートは、セメントの１０重量％以上かつ３０重量％以下をＢＥＴ法による比表面積が１ｍ^２／ｇ以上かつ２０ｍ^２／ｇ以下のシリカ質微粉末にて置換した水硬性結合材と、平均粒径が１０ｍｍ以上かつ２０ｍｍ以下、絶乾密度が２．６０ｇ／ｃｍ^３以上かつ吸水率が１．２０％以下の粗骨材と、最大粒径が１．２ｍｍ以下、絶乾密度が２．９０ｇ／ｃｍ^３以上かつ吸水率が０．９０％以下の人造高密度細骨材と、化学混和剤とを含有してなることを特徴とする。

前記人造高密度細骨材は、フェロニッケルスラグ細骨材、銅スラグ細骨材、電気炉酸化スラグ細骨材の群から選択された１種または２種以上であることが好ましい。
前記粗骨材は、天然粗骨材及び／または人造粗骨材からなり、前記天然粗骨材は、硬質砂岩砕石、安山岩砕石、玄武岩砕石、石英片岩砕石の群から選択された１種または２種以上からなり、前記人造粗骨材は、人造コランダム及び／または焼結ボーキサイトからなることが好ましい。
水結合材比が１５．０％以下、かつ、前記人造高密度細骨材の単位容積量が１００Ｌ／ｍ^３以上かつ２００Ｌ／ｍ^３以下にて混練、養生され、前記養生を２０℃にて９１日間、５０℃以上かつ８０℃以下にて７日間、のいずれかにて行った場合の圧縮強度は、２００Ｎ／ｍｍ^２以上であることが好ましい。

本発明の超高強度高流動フレッシュコンクリートは、セメントの１０重量％以上かつ３０重量％以下をＢＥＴ法による比表面積が１ｍ^２／ｇ以上かつ２０ｍ^２／ｇ以下のシリカ質微粉末にて置換した水硬性結合材と、平均粒径が１０ｍｍ以上かつ２０ｍｍ以下、絶乾密度が２．６０ｇ／ｃｍ^３以上かつ吸水率が１．２０％以下の粗骨材と、最大粒径が１．２ｍｍ以下、絶乾密度が２．９０ｇ／ｃｍ^３以上かつ吸水率が０．９０％以下の人造高密度細骨材と、化学混和剤と、水とを含有し、前記シリカ質微粉末は、固形分率５０重量％以上のスラリーとして添加されていることを特徴とする。

本発明の超高強度高流動コンクリートによれば、セメントの１０重量％以上かつ３０重量％以下をＢＥＴ法による比表面積が１ｍ^２／ｇ以上かつ２０ｍ^２／ｇ以下のシリカ質微粉末にて置換した水硬性結合材と、平均粒径が１０ｍｍ以上かつ２０ｍｍ以下、絶乾密度が２．６０ｇ／ｃｍ^３以上かつ吸水率が１．２０％以下の粗骨材と、最大粒径が１．２ｍｍ以下、絶乾密度が２．９０ｇ／ｃｍ^３以上かつ吸水率が０．９０％以下の人造高密度細骨材と、化学混和剤とを含有したので、従来のコンクリートと比べて強度発現性及び流動性に優れたものとすることができる。
また、水結合材比が１５．０％以下の超高強度領域においては、２００Ｎ／ｍｍ^２を超える圧縮強度を得ることができ、従来のコンクリートと比べて圧縮強度に優れたものすることができる。

本発明の超高強度高流動フレッシュコンクリートによれば、セメントの１０重量％以上かつ３０重量％以下をＢＥＴ法による比表面積が１ｍ^２／ｇ以上かつ２０ｍ^２／ｇ以下のシリカ質微粉末にて置換した水硬性結合材と、平均粒径が１０ｍｍ以上かつ２０ｍｍ以下、絶乾密度が２．６０ｇ／ｃｍ^３以上かつ吸水率が１．２０％以下の粗骨材と、最大粒径が１．２ｍｍ以下、絶乾密度が２．９０ｇ／ｃｍ^３以上かつ吸水率が０．９０％以下の人造高密度細骨材と、化学混和剤と、水とを含有し、前記シリカ質微粉末を、固形分率５０重量％以上のスラリーとして添加したので、従来のコンクリートと比べて強度発現性及び流動性に優れ、水結合材比が１５．０％以下の超高強度領域においても２００Ｎ／ｍｍ^２を超える圧縮強度を有するコンクリートを得ることができる。

本発明の超高強度高流動コンクリート及び超高強度高流動フレッシュコンクリートの最良の形態について、図面に基づき説明する。
なお、本実施形態は、発明の趣旨をより良く理解させるために具体的に説明するものであり、特に指定のない限り、本発明を限定するものではない。

本実施形態の超高強度高流動コンクリートは、セメントの１０重量％以上かつ３０重量％以下をＢＥＴ法による比表面積が１ｍ^２／ｇ以上かつ２０ｍ^２／ｇ以下のシリカ質微粉末にて置換した水硬性結合材と、平均粒径が１０ｍｍ以上かつ２０ｍｍ以下、絶乾密度が２．６０ｇ／ｃｍ^３以上かつ吸水率が１．２０％以下の粗骨材と、最大粒径が１．２ｍｍ以下、絶乾密度が２．９０ｇ／ｃｍ^３以上かつ吸水率が０．９０％以下の人造高密度細骨材と、化学混和剤とを含有してなるコンクリートである。

ここで、本実施形態の超高強度高流動コンクリートについて、詳細に説明する。
この超高強度高流動コンクリートに用いられるセメントとしては、普通、中庸熱、低熱、早強、超早強、耐硫酸塩等の各種ポルトランドセメント、高炉セメント、フライアッシュセメント、シリカセメント等の混合セメント、アルミナセメント、ジェットセメント等の超速硬セメント、アーウィン系セメント等が挙げられる。
そして、これら種々のセメントから、超高強度高流動コンクリートに要求される仕様や価格を考慮した上で、１種を選択し、または２種以上を選択・混合して使用することができる。

本実施形態の超高強度高流動コンクリートを得るためには、ビーライト（Ｃ_２Ｓ＝２ＣａＯ・ＳｉＯ_２：珪酸二カルシウム）を多く含有する低熱ポルトランドセメント（日本工業規格ではビーライトの含有量は４０％以上）や中庸熱ポルトランドセメントが特に好ましい。

シリカ質微粉末は、上記のセメント全体量のうち１０重量％以上かつ３０重量％以下のセメントを置換するためのもので、ＢＥＴ法による比表面積が１ｍ^２／ｇ以上かつ２０ｍ^２／ｇ以下のシリカ質微粉末、例えば、電融ジルコニアを製造する際に副生成物として生成されるジルコニア起源シリカ質微粉末、ケイ素またはフェロシリコンを製造する際に副生成物として生成されるシリカフューム、シリカガラスを製造する際に副生成物として生成されるシリカ質微粉末、ケイ素または二酸化ケイ素から合成される非晶質シリカ質微粉末、粒径１０μｍ以下に分級または微粉砕されポゾラン活性を高めたフライアッシュ等が挙げられる。

これら種々のシリカ質微粉末から、超高強度高流動コンクリートに要求される仕様や価格を考慮した上で、１種を選択し、または２種以上を選択・混合して使用することができる。
特に、本実施形態の超高強度高流動コンクリートに好適なシリカ質微粉末としては、ＳｉＯ_２含有量が８５％以上かつＢＥＴ法による比表面積が１ｍ^２／ｇ以上かつ２０ｍ^２／ｇ以下のジルコニア起源シリカ質微粉末、シリコン起源シリカフュームが特に挙げられる。

このシリカ質微粉末のセメントに対する置換率は、セメント全体量のうち１０重量％以上かつ３０重量％以下が好ましく、１０重量％以上かつ２０重量％以下がより好ましい。
シリカ質微粉末のセメントに対する置換率が上記の範囲を外れた場合、コンクリートの圧縮強度が低下して２００Ｎ／ｍｍ^２以上に保持することが困難になるからであり、また、場合によってはフレッシュコンクリートを作製する際に練混ぜが困難になり、実用性が大幅に低下してしまうからである。

なお、本実施形態で使用するシリカ質微粉末は、著しく嵩高であり、運搬や貯蔵、安定供給などの取り扱いが難しいため、実際のコンクリート工場でコンクリートを製造する場合は、シリカ質微粉末に水を加えて固形分率５０％以上のスラリーとして添加することが好ましい。

水硬性結合材は、上記のセメント及びシリカ質微粉末を合わせたものであり、本実施形態の超高強度高流動コンクリートに占める水硬性結合材の単位容積は、３００Ｌ／ｍ^３以上かつ４００Ｌ／ｍ^３以下が好ましく、より好ましくは３２５Ｌ／ｍ^３以上かつ３７５Ｌ／ｍ^３以下である。
水硬性結合材の単位容積量が上記の範囲を外れた場合、コンクリートの圧縮強度が低下して２００Ｎ／ｍｍ^２以上に保持することが困難になるからであり、また、場合によってはフレッシュコンクリートを作製する際に練混ぜが困難になり、実用性が大幅に低下してしまうからである。

粗骨材は、コンクリートに圧縮強度２００Ｎ／ｍｍ^２を超える極めて高い強度発現性及び良好な流動性を付加するためのもので、硬度が高く耐摩耗性に優れ、平均粒径が１０ｍｍ以上かつ２０ｍｍ以下、絶乾密度が２．６０ｇ／ｃｍ^３以上、かつ吸水率が１．２０％以下、好ましくは１．００％以下のものが好適に用いられる。

この粗骨材としては、日本工業規格ＪＩＳＡ５００５「道路用砕石」の５号または６号、あるいは日本工業規格ＪＩＳＡ５０５５「コンクリート用砕石」の砕石２０１５や砕石２００５に適合する粗骨材が好適に用いられ、例えば、平均粒径の範囲が１０ｍｍ以上かつ２０ｍｍ以下で硬質砂岩砕石、安山岩砕石、玄武岩砕石、石英片岩砕石などの天然粗骨材あるいは人造コランダムや焼結ボーキサイトなどの人造粗骨材から任意に選択される１種または２種以上を混合して用いることができる。
ここで、粗骨材の平均粒径、絶乾密度あるいは吸水率が上記の範囲を外れると、コンクリートの圧縮強度または流動性が大きく低下してしまうので好ましくない。

本実施形態のコンクリートに占める粗骨材の単位容積は２５０Ｌ／ｍ^３以上かつ３５０Ｌ／ｍ^３以下が好ましく、より好ましくは３００Ｌ／ｍ^３以上かつ３３０Ｌ／ｍ^３以下である。
ここで、粗骨材の単位容積が２５０Ｌ／ｍ^３未満では、コンクリートの超高強度高流動性が十分に発揮されず、また、３５０Ｌ／ｍ^３を超えると、コンクリートの圧縮強度及び流動性の低下が大きく、また、フレッシュコンクリートを作製する際に練混ぜが困難になり、実用性が大幅に低下してしまうからである。

人造高密度細骨材は、超高強度発現性及び高流動性を付与するための細骨材であり、硬度が高く耐摩耗性に優れ、最大粒径が１．２ｍｍ以下、絶乾密度が２．９０ｇ／ｃｍ^３以上、かつ吸水率が０．９０％以下、好ましくは０．７０％以下の人造高密度細骨材が好適に用いられる。
ここで、この人造高密度細骨材の最大粒径、絶乾密度及び吸水率のうちいずれか１つが上記の範囲を外れると、この人造高密度細骨材を含むセメント組成物をセメント硬化体とした場合に圧縮強度または流動性が大きく低下してしまうので好ましくない。

この人造高密度細骨材の超高強度高流動コンクリートにおける単位容積は１００Ｌ／ｍ^３以上かつ２００Ｌ／ｍ^３以下が好ましく、より好ましくは１３０Ｌ／ｍ^３以上かつ１７０Ｌ／ｍ^３以下である。
ここで、この人造高密度細骨材の単位容積が１００Ｌ／ｍ^３未満では、コンクリートの超高強度及び高流動性が十分に発揮されず、また、２００Ｌ／ｍ^３を超えると、コンクリートの圧縮強度及び流動性の低下が大きく、また、フレッシュコンクリートを作製する際に練混ぜが困難になり、実用性が大幅に低下してしまうからである。
この超高強度高流動コンクリートの細骨材率（ｓ／ａ）は、このコンクリートに要求される圧縮強度及び流動性を考慮し、２７％以上かつ３５％以下が好ましく、３０％以上かつ３３％以下がより好ましい。

この人造高密度細骨材としては、例えば、フェロニッケルスラグ細骨材（日本工業規格ＪＩＳＡ５０１１−２のＦＮＳ１．２適合品）、銅スラグ細骨材（日本工業規格ＪＩＳＡ５０１１−３のＣＵＳ１．２適合品）、電気炉酸化スラグ細骨材（日本工業規格ＪＩＳＡ５０１１−４のＥＦＳ１．２のＮまたはＨ適合品）の群から選択される１種または２種以上を混合して使用することができる。

化学混和剤としては、減水率の高い一般的なポリカルボン酸系高性能ＡＥ減水剤等が好適に用いられ、必要に応じてポリオキシアルキレンアルキルエーテル系等の消泡剤を併用することが好ましい。
このポリカルボン酸系高性能ＡＥ減水剤の添加量は、超高強度高流動コンクリートの目標とする流動性に合わせて適宜調整するが、一般的な添加量としては、セメント及びシリカ質微粉末からなる水硬性結合材の全体量に対して０．５重量％以上かつ４．０重量％以下の範囲で添加することが好ましい。

また、消泡剤の添加量は、超高強度高流動コンクリートの目標とする空気量に合わせて適宜調整するが、一般的な添加量としては、セメント及びシリカ質微粉末からなる水硬性結合材の全体量に対して０．０１重量％以上かつ０．１重量％以下の範囲で添加することが好ましい。
また、この化学混和剤としては、粉体状、液体状のいずれをも使用することができる。特に、粉体状のものは、予めセメント等とプレミックスして使用することができるので好ましい。

なお、本実施形態の超高強度高流動コンクリートに種々の性能を付加するために、膨張材、収縮低減剤、合成樹脂粉末、合成樹脂繊維、金属繊維、炭素繊維、ガラス繊維、ポリマー、モノマー、オリゴマー、石灰石微粉末、流動化剤、凝結促進剤、凝結遅延剤の群から選択される１種または２種以上を添加しても良い。

本実施形態の超高強度高流動コンクリートは、上記の水硬性結合材、粗骨材、人造高密度細骨材、化学混和剤を含むコンクリート用組成物を水結合材比１５．０％以下にて水と混練し養生してなるコンクリートであり、この超高強度高流動コンクリートの圧縮強度は、２０℃±１℃にて９１日間、５０℃以上かつ８０℃以下にて７日間、のいずれかの条件にて養生した場合に２００Ｎ／ｍｍ^２以上となる。

本実施形態の超高強度高流動フレッシュコンクリート（いわゆる、生コンクリート）は、上記の水硬性結合材、粗骨材、人造高密度細骨材、化学混和剤及び水、すなわち、セメントの１０重量％以上かつ３０重量％以下をＢＥＴ法による比表面積が１ｍ^２／ｇ以上かつ２０ｍ^２／ｇ以下のシリカ質微粉末にて置換した水硬性結合材と、平均粒径が１０ｍｍ以上かつ２０ｍｍ以下、絶乾密度が２．６０ｇ／ｃｍ^３以上かつ吸水率が１．２０％以下の粗骨材と、最大粒径が１．２ｍｍ以下、絶乾密度が２．９０ｇ／ｃｍ^３以上かつ吸水率が０．９０％以下の人造高密度細骨材と、化学混和剤と、水とを含有したもので、このシリカ質微粉末は、固形分率５０重量％以上のスラリーとして添加されている。

ここで、シリカ質微粉末を、固形分率５０重量％以上のスラリーとして添加した理由は、シリカ質微粉末自体が著しく嵩高であり、運搬や貯蔵、安定供給などの取り扱いが難しいからである。
この超高強度高流動フレッシュコンクリートにおいては、上記のセメント及びシリカ質微粉末からなる水硬性結合材と練混ぜ水（化学混和剤は水とみなす）の重量比、すなわち、水結合材比は、１５．０％以下が好ましい。その理由は、水結合材比が１５．０％を超えると、コンクリートの圧縮強度が２００Ｎ／ｍｍ^２を下回ってしまうからである。

以下、実施例、参考例及び比較例により本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例によって限定されるものではない。

実施例、参考例及び比較例に用いるセメント、シリカ質微粉末、粗骨材、人造高密度細骨材、化学混和剤、消泡剤及び水として、下記のものを用いた。
「セメント」
低熱ポルトランドセメント（Ｃ２Ｓ含有量５６％、絶乾密度３．２４ｇ／ｃｍ^３、ブレーン比表面積３３００ｃｍ^２／ｇ、住友大阪セメント（株）製）（以下ＬＣと略記）「シリカ質微粉末」
ジルコニア起源シリカ質微粉末：ＳＦ−ＳＩＬＩＣＡＦＵＭＥ（ＳｉＯ_２含有量９４．７％、絶乾密度２．２６ｇ／ｃｍ^３、ＢＥＴ比表面積９．１ｍ^２／ｇ、巴工業（株）社製）（以下、ＺＳＦと略記）

「粗骨材Ａ」
茨城産硬質砂岩砕石５号（日本工業規格ＪＩＳＡ５００１「道路用砕石」５号適合品、最大粒径２０ｍｍ以下、絶乾密度２．６５ｇ／ｃｍ^３、吸水率０．６％、実績率６０．１％、以下ＫＳ２０と略記）
「粗骨材Ｂ」
茨城産硬質砂岩砕石６号（日本工業規格ＪＩＳＡ５００１「道路用砕石」６号適合品、最大粒径１３ｍｍ以下、絶乾密度２．６３ｇ／ｃｍ^３、吸水率０．８％、実績率６２．５％、以下ＫＳ１３と略記）

「粗骨材Ｃ」
茨城産硬質砂岩砕石７号（日本工業規格ＪＩＳＡ５００１「道路用砕石」７号適合品、最大粒径５ｍｍ以下、絶乾密度２．６２ｇ／ｃｍ^３、吸水率１．５％、実績率５８．８％、以下ＫＳ５と略記）
「粗骨材Ｄ」
山形産安山岩砕石２００５（日本工業規格ＪＩＳＡ５０５５「コンクリート用砕石」砕石２００５適合品、最大粒径２０ｍｍ以下、絶乾密度２．６６ｇ／ｃｍ^３、吸水率１．３％、実績率６０．８％、以下ＡＳ２０と略記）

「細骨材Ａ」
１．２ｍｍフェロニッケルスラグ細骨材（ＪＩＳＡ５０１１−２のＦＮＳ１．２適合品、最大粒径１．２ｍｍ以下、絶乾密度３．０１ｇ／ｃｍ^３、吸水率０．７％、ＦＭ：２．２１）（以下、ＦＮＳ１．２と略記）
「細骨材Ｂ」
５ｍｍフェロニッケルスラグ細骨材（ＪＩＳＡ５０１１−２のＦＮＳ５適合品、最大粒径５ｍｍ以下、絶乾密度２．９７ｇ／ｃｍ^３、吸水率０．９％、ＦＭ：２．４７）（以下、ＦＮＳ５と略記）
「細骨材Ｃ」
１．２ｍｍ銅スラグ細骨材（ＪＩＳＡ５０１１−３のＣＵＳ１．２適合品、最大粒径１．２ｍｍ以下、絶乾密度３．３５ｇ／ｃｍ^３、吸水率０．９％、ＦＭ：２．２４）（以下、ＣＵＳ１．２と略記）
「細骨材Ｄ」
５ｍｍ銅スラグ細骨材（ＪＩＳＡ５０１１−３のＣＵＳ５適合品、最大粒径５ｍｍ以下、絶乾密度３．３０ｇ／ｃｍ^３、吸水率１．２％、ＦＭ：２．６４）（以下、ＣＵＳ５と略記）

「細骨材Ｅ」
１．２ｍｍ電気炉酸化スラグ細骨材（ＪＩＳＡ５０１１−４のＥＦＳ１．２Ｎ適合品、最大粒径１．２ｍｍ以下、絶乾密度３．５２ｇ／ｃｍ^３、吸水率１．０％、ＦＭ：２．８９）（以下、ＥＦＳ１．２と略記）
「細骨材Ｆ」
５ｍｍ電気炉酸化スラグ細骨材（ＪＩＳＡ５０１１−４のＥＦＳ５Ｎ適合品、最大粒径５ｍｍ以下、絶乾密度３．４９ｇ／ｃｍ^３、吸水率１．７％、ＦＭ：３．１０）（以下、ＥＦＳ５と略記）
「細骨材Ｇ」
愛知県産乾燥珪砂４号及び７号の混合砂（最大粒径１．２ｍｍ以下、絶乾密度２．６６ｇ／ｃｍ^３、吸水率０．７％、ＦＭ：２．４６）（以下、ＳＳ１．２と略記）

「化学混和剤」
ポリカルボン酸系高性能ＡＥ減水剤：シーカメント１２００Ｎ（日本シーカ（株）社製）（以下、ＳＰと略記）
「消泡剤」
シーカアンチフォームＷ（日本シーカ（株）社製）
「水」
上水道水

上記のセメント、シリカ質微粉末、粗骨材、細骨材、化学混和剤、消泡剤及び水を用いて、実施例、参考例及び比較例の超高強度高流動フレッシュコンクリートを作製した。
表１に、実施例、参考例及び比較例各々の超高強度高流動フレッシュコンクリートの組成を示す。
これらの超高強度高流動フレッシュコンクリートにおいては、コンクリートの単位水量を１５０ｋｇ／ｍ^３とし、粗骨材の単位容積を３２０Ｌ／ｍ^３とした。また、目標空気量を１．５％とした。

実施例１〜３、参考例１、２及び比較例１〜９では、水結合材比を１３．７％、ＺＳＦの置換率を２０重量％、細骨材の単位容積を１４８Ｌ／ｍ^３とした。
比較例１０では、水結合材比を１３．７％、ＺＳＦの置換率を５重量％、細骨材の単位容積を１７０Ｌ／ｍ^３とした。
比較例１１では、水結合材比を１３．７％、ＺＳＦの置換率を３５重量％、細骨材の単位容積を１２６Ｌ／ｍ^３とした。
比較例１２では、水結合材比を１６．０％、ＺＳＦの置換率を２０重量％、細骨材の単位容積を２００Ｌ／ｍ^３とした。

また、実施例１〜３、参考例１、２及び比較例１〜１１では、ポリカルボン酸系高性能ＡＥ減水剤（ＳＰ）の添加量を２．８重量％、消泡剤の添加量を０．０４重量％とし、比較例１２（水結合材比１６．０％）では、ポリカルボン酸系高性能ＡＥ減水剤（ＳＰ）の添加量を１．９重量％、消泡剤の添加量を０．０４重量％とした。
なお、粗骨材Ａ〜Ｄは、いずれも予め表乾状態に調整してから練混ぜに使用し、高性能ＡＥ減水剤（ＳＰ）及び消泡剤については、練混ぜ水とみなして水量を補正した。

次に、実施例１〜３、参考例１、２及び比較例１〜１２各々の超高強度高流動フレッシュコンクリートの練混ぜ試験を行った。
各々の超高強度高流動フレッシュコンクリートについて、２０℃の恒温室内にて、表１に示す組成となるように粗骨材、セメント、シリカ質微粉末（ＺＳＦ）及び細骨材を、容量１００Ｌの二軸強制練りミキサ（太平洋機工社製）に投入して空練りを１５秒間行い、次いで、表１に示す組成となるように練混ぜ水、高性能ＡＥ減水剤（ＳＰ）及び消泡剤を投入して１２０秒間練混ぜ後、かき落としを行い、さらに１２０秒間本練りを行った。なお、１バッチの練混ぜ量は５５Ｌの一定とした。

練上がり後、直ちに日本工業規格ＪＩＳＡ１１５０「コンクリートのスランプフロー試験」及び日本工業規格ＪＩＳＡ１１２８「フレッシュコンクリートの空気量の圧力による試験方法」に準拠してスランプフロー及び空気量を測定し、次いで、直径１００ｍｍ×高さ２００ｍｍの大きさの圧縮強度測定用の円柱供試体を２０本ずつ作製した。

これらの供試体は、水の蒸発を防ぐために脱型する直前まで供試体の頭部をビニールと輪ゴムで密封し、２０℃の恒温室内にて材齢２日まで封緘養生した。
これらの供試体のうち１５本は材齢２日で脱型し、所定の材齢まで２０℃の水中にて標準養生した。残りの５本は、材齢２日目から供試体頭部を密封したまま型枠ごと７０℃の温水中に浸漬して加熱養生し、材齢７日で温水から取り出し、空気中で室温になるまで放冷した後、脱型した。

次いで、これらの供試体の圧縮強度を日本工業規格ＪＩＳＡ１１０８「コンクリートの圧縮試験方法」に準拠して測定した。なお、１材齢の供試体の数を５本とし、測定した供試体数５本の圧縮強度データから変動係数を算出した。また、圧縮強度の測定材齢は、標準養生は７日、２８日、９１日の３種類とし、７０℃の加熱養生は材齢７日の１種類とした。これら全ての供試体は、圧縮試験を行う直前に両端面の研磨を行った。
実施例１〜３、参考例１、２及び比較例１〜１２各々の超高強度高流動フレッシュコンクリートの練混ぜ試験の結果を表２に示す。

これらの測定結果によれば、実施例１〜３及び参考例１、２では、得られたフレッシュコンクリートの流動性は極めて良好であり、圧縮強度も２０℃標準養生の材齢９１日では２０３〜２１２Ｎ／ｍｍ^２、７０℃加熱養生の材齢７日では２０９〜２２０Ｎ／ｍｍ^２と、２００Ｎ／ｍｍ^２を超えており、非常に良好であった。特に、粗骨材にＫＳ１３、細骨材にＦＮＳ１．２を使用した実施例２の圧縮強度が最も高かった。

一方、比較例１〜５は、実施例１〜３及び参考例１、２と粗骨材が同一のものであったが、細骨材（ＦＮＳ）の最大粒径が５ｍｍと大きく、得られたコンクリートの流動性は実施例１〜３及び参考例１、２と同等あるいはやや劣る程度であったが、圧縮強度は実施例１〜３及び参考例１、２より低かった。
比較例６は、実施例１、２及び参考例１と細骨材が同一のものであったが、粗骨材（ＫＳ）の最大粒径が５ｍｍと小さく、得られたコンクリートの流動性は実施例１、２及び参考例１よりやや劣る程度であったが、圧縮強度は実施例１、２及び参考例１より低かった。
比較例７〜９は、実施例１、２及び参考例１と粗骨材が同一のものであったが、細骨材に珪砂（ＳＳ１．２）を使用したために、得られたコンクリートの流動性は実施例１、２及び参考例１よりやや劣る程度であったが、圧縮強度は実施例１、２及び参考例１より大幅に低かった。

比較例１０は、ＺＳＦの置換率を５重量％としたために、今回の試験条件ではフレッシュコンクリートを練り上げることができなかった。
比較例１１は、ＺＳＦの置換率を３５重量％としたために、フレッシュコンクリートの流動性は実施例１と同等であったが、圧縮強度は実施例１より低かった。
比較例１２は、水結合材比を１６．０％、ＺＳＦの置換率を２０重量％としたために、コンクリートの流動性は実施例１と同等であったが、圧縮強度は実施例１より著しく低く、例えば、２０℃における標準養生の材齢９１日、７０℃における加熱養生の材齢７日、のいずれにおいても２００Ｎ／ｍｍ^２を下回った。
なお、コンクリートの空気量は、実施例、参考例及び比較例のいずれにおいても１．４％〜１．７％とほぼ目標どおりであった。

以上説明したように、平均粒径が１０ｍｍ以上かつ２０ｍｍ以下、絶乾密度が２．６０ｇ／ｃｍ^３以上かつ吸水率が１．２０％以下の粗骨材と、最大粒径が１．２ｍｍ以下、絶乾密度が２．９０ｇ／ｃｍ^３以上かつ吸水率が０．９０％以下の人造高密度細骨材（フェロニッケルスラグ細骨材、銅スラグ細骨材、電気炉酸化スラグ細骨材）を使用したコンクリートは、それ以外の人造高密度細骨材や珪砂を使用したコンクリートと比べて流動性及び圧縮強度に優れており、さらに供試体の圧縮強度の変動係数が大幅に小さいことが分かった。

また、シリカ質微粉末（ＺＳＦ）のセメントに対する置換率が１０重量％以上かつ３０重量％以下の範囲を外れた場合には、コンクリートの圧縮強度の低下が大きくなったり、あるいは練混ぜが困難となって、実用性が大幅に低下していることが分かった。
さらに、２０℃における標準養生の材齢９１日、７０℃における加熱養生の材齢７日、のいずれにおいても圧縮強度が２００Ｎ／ｍｍ^２を上回るためには、水結合材比を１５．０％以下として練混ぜることが必要であることが分かった。

Claims

セメントの１０重量％以上かつ３０重量％以下をＢＥＴ法による比表面積が１ｍ^２／ｇ以上かつ２０ｍ^２／ｇ以下のシリカ質微粉末にて置換した水硬性結合材と、平均粒径が１０ｍｍ以上かつ２０ｍｍ以下、絶乾密度が２．６０ｇ／ｃｍ^３以上かつ吸水率が１．２０％以下の粗骨材と、最大粒径が１．２ｍｍ以下、絶乾密度が２．９０ｇ／ｃｍ^３以上かつ吸水率が０．９０％以下の人造高密度細骨材と、化学混和剤とを含有してなることを特徴とする超高強度高流動コンクリート。
前記人造高密度細骨材は、フェロニッケルスラグ細骨材、銅スラグ細骨材、電気炉酸化スラグ細骨材の群から選択された１種または２種以上であることを特徴とする請求項１記載の超高強度高流動コンクリート。
前記粗骨材は、天然粗骨材及び／または人造粗骨材からなり、前記天然粗骨材は、硬質砂岩砕石、安山岩砕石、玄武岩砕石、石英片岩砕石の群から選択された１種または２種以上からなり、前記人造粗骨材は、人造コランダム及び／または焼結ボーキサイトからなることを特徴とする請求項１または２記載の超高強度高流動コンクリート。
水結合材比が１５．０％以下、かつ、前記人造高密度細骨材の単位容積量が１００Ｌ／ｍ^３以上かつ２００Ｌ／ｍ^３以下にて混練、養生され、
前記養生を２０℃にて９１日間、５０℃以上かつ８０℃以下にて７日間、のいずれかにて行った場合の圧縮強度は、２００Ｎ／ｍｍ^２以上であることを特徴とする請求項１、２または３記載の超高強度高流動コンクリート。
セメントの１０重量％以上かつ３０重量％以下をＢＥＴ法による比表面積が１ｍ^２／ｇ以上かつ２０ｍ^２／ｇ以下のシリカ質微粉末にて置換した水硬性結合材と、平均粒径が１０ｍｍ以上かつ２０ｍｍ以下、絶乾密度が２．６０ｇ／ｃｍ^３以上かつ吸水率が１．２０％以下の粗骨材と、最大粒径が１．２ｍｍ以下、絶乾密度が２．９０ｇ／ｃｍ^３以上かつ吸水率が０．９０％以下の人造高密度細骨材と、化学混和剤と、水とを含有し、
前記シリカ質微粉末は、固形分率５０重量％以上のスラリーとして添加されていることを特徴とする超高強度高流動フレッシュコンクリート。