JP3215516B2 - 水硬性組成物及び該組成物を用いてコンクリートパイルを製造する方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、高強度を発現する新規
な水硬性組成物及びこの水硬性組成物を用いてコンクリ
−トパイルを製造する方法に関し、詳細には、粒度を調
整し、さらに散水処理による強熱減量を調整したセメン
ト組成物と高性能減水剤とを配合した高強度を発現する
新規な水硬性組成物及び該水硬性組成物を用いて高強度
コンクリ−トパイルを製造する方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】セメント硬化体の強度の改良は、永続的
な研究課題であり、その究極の狙いは、工費の低減にあ
る。その研究内容を大別すると、(1)材料、(2)工法の両
面から進められている。このうち(1)材料面からの研究
では、さらにセメント自身、混和剤（材）に分けら
れ、この両者を組合わせた研究も盛んである。

【０００３】例えば、セメント自身についてみれば、通
常のセメントを微粉砕したもの（特開平2−208252号公
報）、粒度別のセメントを適宜混合したもの（特公平2
−31020号公報）等が、また、混和剤（材）ついては、
高性能減水剤、シリカヒュ−ム等が挙げられる。更に、
通常のセメントを水で処理し、0.1〜10重量％含水させ
たセメントに高性能減水剤を混合したセメント組成物も
提案されており、このセメント組成物は、流動性や減水
効果が良好であり、強度も向上する旨開示されている
（特開昭62−162506号公報）。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
いずれのセメント組成物を用いても、また、これを注意
深く施工したとしても、強度は一般のセメントのそれよ
り約10〜15％程度改良されるにとどまり、それ以上は期
待できない。

【０００５】以上のことを踏まえ、本発明者等は、より
一層の高強度を求めて材料面に着目し、鋭意研究した結
果、製造条件も比較的容易であり、しかも従来法より著
しく高強度を発現するという意外な効果を奏する諸条件
を組み合わせた水硬性組成物を開発する一方、該水硬性
組成物が今日最も高強度が要求されるコンクリ−トパイ
ルの製造にも十分に適用できることを知見して、本発明
を完成させた。

【０００６】本発明の目的の一は、高圧縮強度を発現す
る新規な水硬性組成物を提供することにあり、その二
は、該水硬性組成物を用いてコンクリ−トパイルを製造
する方法であって、加熱促進養生をしなくても材令１日
圧縮強度が800ｋｇｆ／ｃｍ²以上具備する高強度コンク
リ−トパイルを製造する方法を提供するにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の水硬性組成物
（以下、第１発明という。）は、粒度調整され、さらに
散水処理による強熱減量を所定範囲に調整されたセメン
ト組成物と高性能減水剤とが配合された特殊な水硬性組
成物であり、前記した本発明の目的の一である高圧縮強
度を発現する新規な水硬性組成物を提供するものであ
る。第１発明の要旨は、「50％通過粒径が2〜7μｍ、か
つ90％通過粒径と10％通過粒径との比が25〜40に粒度調
整され、さらに散水処理により強熱減量が外割で0.5〜
2.0重量％増加されたセメント組成物に高性能減水剤を
配合してなることを特徴とする水硬性組成物。」であ
る。

【０００８】また、本発明のコンクリ−トパイルの製造
方法（以下、第２発明という。）は、第１発明の特殊な
水硬性組成物を用い、これに特定範囲量の水を添加した
混練物を用いることを特徴とし、これにより前記した本
発明の他の目的（本発明の目的その二）である高強度コ
ンクリ−トパイルが得られるものである。第２発明の要
旨は、「コンクリ−ト材料の混練物を遠心成形・養生し
てなるコンクリ−トパイルの製造法において、該コンク
リ−ト材料におけるセメントとして、50％通過粒径が2
〜7μｍ、かつ90％通過粒径と10％通過粒径との比が25
〜40に粒度調整され、さらに散水処理により強熱減量が
外割で0.5〜2.0重量％増加されたセメント組成物に高性
能減水剤を配合してなる水硬性組成物を用い、かつ、該
水硬性組成物に水を18〜25重量％（水硬性組成物に対す
る重量％）添加してなる混練物を用いることを特徴とす
る高強度コンクリ−トパイルの製造方法。」である。

【０００９】以下の説明では、上記50％通過粒径を「50
％粒径」、90％通過粒径と10％通過粒径との比を「粒径
比」、粒度調整されたセメントを「粒度調整済セメン
ト」とそれぞれ称する。ここで“50％通過粒径”とは、
試料を篩い分けしその通過分の重量が50％である粒子径
を意味する。“90％通過粒径”及び“10％通過粒径”に
ついても同様である。なお、以下の説明において、特に
断らない限り、「本発明」との表現は、第１発明及び第
２発明の両者を包含するものとして使用する。

【００１０】本発明で用いる粒度調整済セメントは、市
販の普通、早強、超早強ポルトランドセメントなどのポ
ルトランド系セメントを原料とし、特別に粒度調整され
たものである。好ましいのは、早強ポルトランドセメン
トを原料とした粒度調整済セメントである。粒度調整済
セメントについて更に説明すると、例えば市販の早強ポ
ルトランドセメントは、50％粒径が8〜10μｍ、粒径比
が20〜23であるから、それを本発明で規定する所定の粒
度になるように慣用手段、つまり粉砕、分級、混合など
を適宜組み合せて製造することができる。

【００１１】粒度調整済セメントの50％粒径の限界につ
いて説明する。該限界が2μｍ未満の場合、細か過ぎる
ため、水硬性組成物を含む混練物の流動性が悪く、いき
おい単位水量或いは後述する散水処理量を多くしなけれ
ばならなず、このため強度発現の低下を招き、好ましく
ない。一方、7μｍを越えると強度発現が低くなり、や
はり好ましくない。従って、本発明では、50％粒径とし
て、2〜7μｍが好ましく、より好ましくは2〜5μｍであ
る。

【００１２】次に、粒径比について説明する。粒径比が
25未満の場合は、前記した流動性が著しく悪く、単に散
水処理量を増加した程度では解決されず、単位水量も同
時に増やす必要が生じ、強度が極端に低下するので好ま
しくない。逆に40を越えた場合、粒度調整済セメントの
微粉量が多くなり、結果的に水硬性組成物を含む混練物
の流動性が悪くなるため、それを確保する必要から単位
水量或いは後述する散水処理量を増やさなければなら
ず、硬化体の強度低下の原因となると共に粒度調整費用
も嵩み、経済的にも好ましくない。従って、本発明で
は、粒径比として、25〜40が好ましく、より好ましくは
30〜40である。なお、本発明における粒度調整済セメン
トの比表面積は、概ね6,000ｃｍ²／ｇ以上である 。

【００１３】本発明におけるセメント組成物は、粒度調
整済セメントを散水処理し、水和させたものである。粒
度調整済セメントは、その強熱減量が大略0.8〜1.5重量
％であるが、本発明におけるセメント組成物の強熱減量
は、粒度調整済セメントのそれより0.5〜2.0重量％高く
調整するのが好ましい。

【００１４】強熱減量の増加割合が0.5重量％未満の場
合には、流動性が悪いうえに強度発現が低く、一方、2.
0重量％を越えた場合にもやはり強度発現が低いので、
いずれも好ましくない。本発明におけるより好ましい強
熱減量の増加は、0.8〜1.8重量％である。なお、強熱減
量は、有機物、石灰石等によっても増加できるが、本発
明には有効でない。

【００１５】本発明において、粒度調整済セメントに対
する散水処理は、できるだけ均一にしなければならない
が、その処理方法は、慣用手段（例えば二軸式ニ−ダと
超音波加湿器との組合せ、加湿処理用ピンミキサ−な
ど）の中から適宜選択して行なえばよく、特に本発明で
は限定しない。

【００１６】次に、高性能減水剤について説明すると、
本発明では周知のもの、例えばβナフタレンスルホン酸
ホルマリン縮合物塩、メラミンスルホン酸ホルマリン縮
合物塩、ポリカルボン酸系化合物、芳香族ポリアミノス
ルホン酸系化合物などが使用できる。その配合量は、特
に限定するものではないが、好ましくはセメント組成物
に対して0.5〜2.0重量％（固形分）である。

【００１７】本発明の水硬性組成物は、上記高性能減水
剤とセメント組成物とを配合し、十分に混合することに
よって得られ、その方法は、慣用手段に従えばよく、特
に限定するものではない。また、別の態様として例えば
該セメント組成物を用いてモルタル・コンクリ−ト混練
物を製造する際、慣用方法に従って他の材料と共に高性
能減水剤を配合しても目的は達成され、このような方法
による配合の場合も本発明に含まれる。つまり本発明
は、混練物にセメント組成物と高性能減水剤とが混在
し、水硬性組成物の構成が生じていることが肝要なので
ある。

【００１８】本発明において、高性能減水剤は、粒度調
整済セメントを散水処理し水和反応が進行した後のセメ
ント組成物に配合するものである。散水処理用の水に予
め高性能減水剤を溶解させ、次にこれを粒度調整済セメ
ントに散布して得た水硬性組成物は、混練物の流動性は
悪く、減水効果は小さく、強度発現も低いので好ましく
ない。従って、本発明では、散水処理がされ、次いで高
性能減水剤の配合がされた水硬性組成物であることが非
常に重要なことである。また、散水処理されていること
と高性能減水剤の配合とは、いずれを欠いても所定の目
的は達成されない（後記表１参照）。

【００１９】次に、本発明のコンクリ−トパイルの製造
方法（第２発明）について説明する。第２発明は、コン
クリ−ト材料の混練物を遠心成形・養生してなるコンク
リ−トパイルの製造方法において、該コンクリ−ト材料
として用いるセメントが上述した水硬性組成物であるこ
とを特徴とし、また、該水硬性組成物に水を18〜25重量
％（水硬性組成物に対する重量％）添加してなる混練物
を用いることを特徴とする。

【００２０】JIS A5337「プレテンション方式遠心力高
強度プレストレストコンクリ−トくい」によれば、遠心
力締固め成形法によるコンクリ−トの圧縮強度は、800
ｋｇｆ／ｃｍ²以上と規定されている。そのような強度
を具備するコンクリ−トパイルの従来の製法は、コンク
リ−ト混練物を遠心成形後蒸気養生或いはオ−トクレ−
ブ養生し、さらに長期間気中養生する方法を採用してい
る。そのため、特別の養生設備、生産量に応じた養生空
間を必要とする。

【００２１】しかし、第２発明に従えば、前述した水硬
性組成物を使用し、特定範囲の水／水硬性組成物でコン
クリ−ト混練物を製造するだけでよく、その後は慣用の
遠心力締固め諸条件に従って成形すれば、わずか１日間
の湿空養生をすることにより800ｋｇｆ／ｃｍ²以上の圧
縮強度を具備する高強度コンクリ−トパイルが製造でき
る。このように加熱促進養生を要せず、しかも短期間で
所望の高強度コンクリ−トパイルが製造できる点に第２
発明の最大の特徴がある。もとより、養生期間を一層短
縮するために、湿空養生に替えて蒸気養生又はオ−トク
レ−ブ養生を実施することも、また、これら養生法と湿
空養生とを適宜組み合わせて実施することもでき、いず
れも第２発明に包含されるものである。

【００２２】第２発明において、水／水硬性組成物が18
重量％未満の場合、コンクリ−ト混練物の流動性が悪い
ため混練が不十分となり、かつ遠心締固めも十分にでき
ないという成形上の問題が生じるので、好ましくない。
また、25重量％を越える場合には、材令１日における圧
縮強度が急激に低下するので、やはり好ましくない。

【００２３】

【実施例】次に、本発明の実施例を比較例と共に挙げ、
本発明をより詳細に説明する。 （実施例１〜９）下記(1)に従って調整したセメント組
成物に下記(2)に従って高性能減水剤を添加して水硬性
組成物を製造した。得られた水硬性組成物を下記(3)に
従ってモルタル混練物とし、モルタル硬化体とした後、
同じく下記(3)に従って圧縮強度（1日、28日）を測定し
た。

【００２４】(1) セメント組成物の製造 市販の早強ポルトランドセメント（日本セメント社製
「ベロセメント」、強熱減量1.1重量％、比表面積4350
ｃｍ²／ｇ）をテストミルにて粉砕し、比表面積4500〜1
7000ｃｍ² ／ｇの微粉セメント数種を得た。それらを適
宜混合して表１に示す50％粒径、粒径比を有する粒度調
整済セメントを製造した。これら粒度調整済セメントの
強熱減量は、1.1〜1.2重量％であった。

【００２５】次に、この粒度調整済セメントを二軸式ニ
−ダに投入し、攪拌しつつ超音波加湿器にて散水処理し
た後、12時間放置し、十分に水和させて表１に示すセメ
ント組成物を得た。なお、50％粒径、粒径比の測定は、
レ−ザ−回析及び散乱式粒度分析計（セイシン企業社
製）で測定し、強熱減量は、JIS R5202「ポルトランド
セメントの化学分析方法」に従って測定した。

【００２６】(2) 水硬性組成物の製造 上記セメント組成物に対し、高性能減水剤としてβナフ
タレンスルホン酸ホルマリン縮合物塩（花王社製「マイ
ティ 100」）を表１に示す割合で配合し、慣用手段にて
十分混合し、それぞれの水硬性組成物を製造した。

【００２７】(3) モルタル硬化体の製造と強度測定 得られた水硬性組成物を用い、細骨材を水硬性組成物／
細骨材1／3で配合し、水／水硬性組成物を調整してフロ
−値が190ｍｍのモルタル混練物をホバ−トミキサを使
用して製造した。細骨材は、金剛砂を用いた［木浦エメ
リ−社製「木浦エメリ−」、粒度2.5〜1.5ｍｍ：1.2〜
0.3ｍｍ：＜0.3ｍｍ＝2：3：1（重量比）に混合したも
の］。

【００２８】それぞれのモルタル混練物を寸法4×4×16
ｃｍの型枠に投入して成形し、20℃24時間湿空養生し、
脱型して各材令用の供試体（モルタル硬化体）を得た。
続いて、供試体の１つは直ちに材令１日における圧縮強
度を測定し、他は材令28日に至るまで20℃水中養生した
後、圧縮強度を測定した。得られた結果を表１に示し
た。

【００２９】

【表１】

【００３０】（比較例１〜８）比較のため、表１に示す
セメント組成物を上記(1)と同一手順で製造し、次いで
該セメント組成物と高性能減水剤とを上記(2)に従って
配合し、水硬性組成物を製造した。なお、その過程で製
造された粒度調整済セメントの強熱減量は、前記実施例
の場合と同じであった。

【００３１】モルタル混練物及びモルタル硬化体は、上
記(3)に示す要領に従って製造し、その硬化体の圧縮強
度を測定した。得た結果を表１に併記した。なお、比較
例８は、前記市販の早強ポルトランドセメントに高性能
減水剤を配合したモルタルについて同様の測定を行った
ものである。

【００３２】表１から明らかなように、本発明の水硬性
組成物で製造したモルタル硬化体の材令１日における圧
縮強度は700ｋｇｆ／ｃｍ²以上、材令28日では1120ｋｇ
ｆ／ｃｍ²以上であったのに対し、本発明の条件を欠い
た各比較例では、いずれも低い圧縮強度であった。

【００３３】（実施例10〜12、比較例９）セメント組成
物と高性能減水剤とを別個にミキサ−に投入してコンク
リ−ト混練物を製造した場合の硬化体について圧縮強度
試験を行った。使用したコンクリ−ト材料は、実施例６
を実施する過程で得たセメント組成物、前記市販早強ポ
ルトランドセメント、細骨材（青梅産砕砂）、粗骨材
（青梅産砕石）及び高性能減水剤（花王社製「マイティ
150」、βナフタレンスルホン酸ホルマリン縮合物塩を
含む水溶液、比重1.20）である。

【００３４】材料配合割合を表２に示す。ただし、表２
中「高性能減水剤」はセメント組成物に対する重量割合
（％）で示し、その相当量を単位量の割合で用いた。コ
ンクリ−ト混練物は、まずミキサ−にセメント及び細骨
材を投入・空練りし、次いで高性能減水剤を溶解させた
混練水を投入し、練りまぜてモルタルをつくった後、粗
骨材を投入・混練して製造した。

【００３５】

【表２】

【００３６】コンクリ−ト混練物は、JIS A1132「コン
クリ−トの強度試験用供試体の作り方」に準じて直径10
ｃｍ、高さ20ｃｍの円柱供試体を成形した後、モルタル
の場合と同様に養生し、各材令（1日、28日）に応じた
圧縮強度を測定し、その測定結果を表３に示した。その
結果、本発明の水硬性組成物を使用したコンクリ−ト硬
化体は、モルタルの場合と同様高い圧縮強度を発現し
た。

【００３７】

【表３】

【００３８】（実施例13〜15、比較例10〜11）第２発明
に該当するコンクリ−トパイルを下記手順により製造
し、圧縮強度その他を測定した。 (1) 使用材料、配合及び混練 前記実施例10〜12、比較例9と同じ使用材料及び混練方
法によりコンクリ−ト混練物を製造した。なお、使用材
料は前記の他にけい石粉末（秩父鉱業社製、比表面積39
50ｃｍ²／ｇ）も用いた。コンクリ−ト材料の配合を表
４に示す（高性能減水剤の表示は、表２の場合と同じで
ある）。

【００３９】

【表４】

【００４０】(2) 供試体の作製及び養生 供試体は、JIS A1136「遠心力締固めコンクリ−トの圧
縮強度試験方法」に基づいて作製した。即ち、前記コン
クリ−ト混練物を型枠に投入した後、遠心力締固めを行
い、直径20ｃｍ、高さ30ｃｍ、厚さ4ｃｍの中空筒型供
試体を成形した。なお、遠心力締固め成形条件は、最初
に5Ｇ（2分間）、次に15Ｇ（1分間）、最後に30Ｇ（5分
間）を１サイクルとした。成形後、直ちに湿空養生し24
時間して脱型した。得られた成形体の一つは、材令1日
の圧縮強度用供試体とし、他はさらに水中養生（20℃）
した後材令3日の圧縮強度用供試体とした。

【００４１】(3) 測定方法及び結果 各供試体は、JIS A1108「コンクリ−トの圧縮強度試験
方法」に準じて圧縮強度の測定を行った。得られた結果
を表５に示した。その結果、前記水硬性組成物を規定の
水／水硬性組成物に従って製造したコンクリ−トパイル
は、１日圧縮強度が優に800ｋｇｆ／ｃｍ²以上発現する
ことを確認した。

【００４２】

【表５】

【００４３】(4) 従来法（オ−トクレ−ブ養生、比較例
12） 従来法に従ってコンクリ−トパイル供試体を製造し、圧
縮強度試験を行った。即ち、前記市販早強ポルトランド
セメントを用い、表４に示す配合に従い実施例12と同様
にして成形体を作製した。その後成形体は20℃、2時間
静置養生し、続いて60℃、4時間蒸気養生し、再度20
℃、3時間静置養生し、次いで180℃、10ｋｇｆ／ｃ
ｍ²、5時間オ−トクレ−ブ養生した後放冷し、引き続き
所定材令に至るまで20℃水中養生を行い、各材令ごとの
供試体を得た。各供試体は、前記(3)に示す方法に準じ
て圧縮強度を測定し、得た結果を表５に併記した。

【００４４】(5) その他の特性（クリ−プ、スラッジ発
生率） 実施例14及び比較例12で製造されたコンクリ−ト混練物
について、ASTM C512「コンクリ−トの圧縮クリ−プ試
験方法」に準じてクリ−プ試験を行った。即ち、該コン
クリ−ト混練物を成形養生後、成形体の基長をコンタク
トゲ−ジで測定した後20℃、60％ＲＨ雰囲気下で該成形
体と同配合のコンクリ−ト硬化体の材令3日における圧
縮強度の40％に相当する荷重を載荷しながら乾燥し、材
令91日における変化量を測定し、同材令における乾燥収
縮量で補正してクリ−プ量を求め、それを載荷応力で除
して単位クリ−プ量を算出し、得た結果を表５に併記し
た。

【００４５】また、実施例13〜15及び比較例11、12につ
いては、遠心力締固め成形後、スラッジ発生率（型枠へ
のコンクリ−ト混練物の投入量に対するスラッジ発生量
の重量割合％）を測定し、結果を表５に併記した。その
結果、水／水硬性組成物25％以下ではスラッジが発生し
なかった。

【００４６】

【発明の効果】本発明は、以上詳記したとおり、粒度調
整され、さらに散水処理による強熱減量を所定範囲内に
調整されたセメント組成物と、高性能減水剤とが配合さ
れた特殊な水硬性組成物であり、これを用いたモルタル
・コンクリ−ト混練物は、十分な流動性を有し、硬化体
の圧縮強度は従来法による硬化体を遥かに凌駕する。し
かも、本発明の水硬性組成物は、周知のセメントや高性
能減水剤を使用し、慣用の設備・手段を利用して製造で
きる点など実用化が至って容易である特徴を有する。

【００４７】そのうえ、第２発明によれば、上記水硬性
組成物を用いて特定範囲の水／水硬性組成物で練りまぜ
たコンクリ−ト混練物を遠心力により締固め、僅か１日
間の湿空養生をするだけで高強度を具備するコンクリ−
トパイルが製造できる効果が生ずる。従って、蒸気・オ
ートクレーブ養生を必須とする従来法に比し、それら養
生設備を要しない第２発明は、実用性が高いうえに省エ
ネルギ−・省スペ−ス化が図れる点で産業界への寄与は
多大である。加えてスラッジの発生が皆無に等しいの
で、環境上からも好ましいという副次的効果も有してい
る。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 田中 敏嗣 東京都北区浮間１−３−１−712 (72)発明者 岡本 亨久 東京都世田谷区梅丘２−20−９−213 (56)参考文献 特開 昭56−9256（ＪＰ，Ａ) 特開 昭56−84349（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−210048（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−208848（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−290338（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−202035（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−202036（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−96053（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−31349（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) C04B 2/00 - 32/02

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 50％通過粒径が2〜7μｍ、かつ90％通過
   粒径と10％通過粒径との比が25〜40に粒度調整され、さ
   らに散水処理により強熱減量が外割で0.5〜2.0重量％増
   加されたセメント組成物に高性能減水剤を配合してなる
   ことを特徴とする水硬性組成物。
2. 【請求項２】 コンクリ−ト材料の混練物を遠心成形・
   養生してなるコンクリ−トパイルの製造法において、該
   コンクリ−ト材料におけるセメントとして、50％通過粒
   径が2〜7μｍ、かつ90％通過粒径と10％通過粒径との比
   が25〜40に粒度調整され、さらに散水処理により強熱減
   量が外割で0.5〜2.0重量％増加されたセメント組成物に
   高性能減水剤を配合してなる水硬性組成物を用い、か
   つ、該水硬性組成物に水を18〜25重量％（水硬性組成物
   に対する重量％）添加してなる混練物を用いることを特
   徴とする高強度コンクリ−トパイルの製造方法。