JP7569816B2 - Concrete composition and centrifugal concrete products - Google Patents
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Description
本発明は、ポルトランドセメントと高炉スラグ微粉末とを含有する結合材を含むコンクリート組成物および遠心力コンクリート成形品に関する。 The present invention relates to a concrete composition and a centrifugal concrete product that contain a binder containing Portland cement and ground granulated blast furnace slag.
セメントは、一般的に、石灰石、粘土などの原料を高温焼成してセメントクリンカと呼ばれる組成物(中間体)を製造し、このセメントクリンカを粉砕して石膏などを加えることで製造される。セメントクリンカを製造する段階で、炭酸カルシウム(CaCO3)を主成分とする石灰石が焼成され、酸化カルシウム(CaO)を主成分とするセメントクリンカになる際などに二酸化炭素(CO2)が排出されるため、セメントを使用するコンクリートは環境に負荷が掛かると言われる。 Cement is generally produced by burning raw materials such as limestone and clay at high temperatures to produce a composition (intermediate) called cement clinker, which is then crushed and gypsum is added. During the cement clinker production stage, limestone, which is primarily composed of calcium carbonate (CaCO 3 ), is burned to become cement clinker, which is primarily composed of calcium oxide (CaO), and carbon dioxide (CO 2 ) is emitted when this is turned into the resulting product, so concrete that uses cement is said to be environmentally hazardous.
このため、セメント製造に由来する二酸化炭素発生量の低減に向けて、セメントと置換して高炉スラグやフライアッシュを使用し、セメントの使用量を減らした低環境負荷のコンクリート組成物が提案されている(例えば、特許文献1ないし4参照)。
For this reason, in order to reduce the amount of carbon dioxide generated from cement production, concrete compositions with a low environmental impact have been proposed that use blast furnace slag or fly ash instead of cement, thereby reducing the amount of cement used (see, for example,
しかしながら、セメントを高炉スラグに多量に置換したコンクリート組成物、あるいはセメントを使用しないコンクリート組成物の場合、クリンカ量が減少するため初期の反応が遅延し、初期強度が低くなるため、早期材齢が求められる高強度コンクリート二次製品には適用が困難である。 However, in concrete compositions in which a large amount of cement has been replaced with blast furnace slag, or in concrete compositions that do not use cement, the amount of clinker is reduced, which delays the initial reaction and reduces the initial strength, making it difficult to apply this to high-strength secondary concrete products that require early aging.
その対策として、シリカヒューム、無水石膏、二水石膏、C-S-H系などの早強剤を用いることで初期の反応を促進させることが考えられるものの、製品コストが高くなることや、中性化に対し弱くなるなどの問題がある。また、遠心力締固めコンクリート成形に用いる場合、締固めにくくなるおそれがある。 One possible solution to this problem is to use early-strength agents such as silica fume, anhydrous gypsum, gypsum dihydrate, and C-S-H-based agents to accelerate the initial reaction, but this increases the cost of the product and makes it more susceptible to carbonation. In addition, when used in centrifugally compacted concrete molding, there is a risk that compaction will become more difficult.
本発明は、このような点に鑑みなされたもので、安価に製造でき、二酸化炭素の排出量を低減できるコンクリート組成物および遠心力コンクリート成形品を提供することを目的とする。 The present invention has been made in consideration of these points, and aims to provide a concrete composition and centrifugal concrete molded product that can be produced inexpensively and reduce carbon dioxide emissions.
請求項1記載のコンクリート組成物は、水と、結合材と、フィラー材と、骨材と、を含み、前記結合材は、ポルトランドセメントと、高炉スラグ微粉末と、を含有し、水結合材比が20%~35%であり、前記結合材を370kg/m
3 ~750kg/m
3 有し、前記フィラー材は、廃棄物に二酸化炭素が固定化された軽質炭酸カルシウムであって、10kg/m
3 ~100kg/m
3 有し、前記結合材における前記高炉スラグ微粉末の前記ポルトランドセメントに対する質量での置換率が、40%~60%であるものである。
The concrete composition according to
請求項2記載の遠心力コンクリート成形品は、請求項1記載のコンクリート組成物を硬化させたコンクリート部と、このコンクリート部に埋設された補強材と、を備えるものである。 The present invention relates to a centrifugal concrete molded product, which comprises a concrete portion obtained by hardening the concrete composition according to the present invention, and a reinforcing material embedded in the concrete portion.
請求項3記載の遠心力コンクリート成形品は、請求項2記載の遠心力コンクリート成形品において、コンクリート部は、材齢7日~14日での圧縮強度が55N/mm2以上であるものである。 The centrifugal force concrete formed product according to the third aspect of the present invention is the centrifugal force concrete formed product according to the second aspect of the present invention, wherein the concrete portion has a compressive strength of 55 N/mm2 or more at an age of 7 to 14 days.
本発明によれば、安価に製造でき、二酸化炭素の排出量を低減できるコンクリート組成物を製造できる。 The present invention makes it possible to produce a concrete composition that is inexpensive and reduces carbon dioxide emissions.
以下、本発明の一実施の形態について説明する。 The following describes one embodiment of the present invention.
本発明に係る一実施の形態のコンクリート組成物は、水と、結合材と、フィラー材と、骨材と、を含む。 The concrete composition of one embodiment of the present invention contains water, a binder, a filler material, and an aggregate.
結合材は、ポルトランドセメントと、高炉スラグ微粉末と、を含有する。 The binder contains Portland cement and ground granulated blast furnace slag.
ポルトランドセメントは、JIS R 5210に規定されるもので、好ましくは普通ポルトランドセメント、あるいは、早強ポルトランドセメントが用いられる。 Portland cement is as specified in JIS R 5210, and preferably ordinary Portland cement or high-early-strength Portland cement is used.
高炉スラグ微粉末は、JIS A 6206に規定されるコンクリート用高炉スラグ微粉末で、好ましくは高炉スラグ微粉末3000、高炉スラグ微粉末4000、高炉スラグ微粉末6000のいずれかを用いる。 The ground granulated blast furnace slag is ground granulated blast furnace slag for concrete as specified in JIS A 6206, and preferably ground granulated blast furnace slag 3000, ground granulated blast furnace slag 4000, or ground granulated blast furnace slag 6000 is used.
フィラー材としては、軽質炭酸カルシウム粉末が用いられる。軽質炭酸カルシウム粉末は、通常石灰石から生成される。石灰石を粉砕・焼成し、水と反応させ石灰乳とし、焼成で出した二酸化炭素を石灰乳に通し軽質炭酸カルシウムの結晶を生成させて製造される。それに対し、本実施の形態で用いられる軽質炭酸カルシウムは、廃棄物由来のものである。例えば、本実施の形態の軽質炭酸カルシウムは、コンクリート製品工場や生コンプラントで派生するコンクリートスラッジあるいは洗い水を固液分離した液体に対して、工場などのボイラー排気ガス中に含まれる二酸化炭素を固定化させたものが用いられる。あるいは、軽質炭酸カルシウムは、廃海水に対して二酸化炭素を固定化させたものが用いられる。例えば、海水から水酸化マグネシウムを製造した後の廃海水に、pH調整剤としてアルカリ剤を加え、工場や発電所からの排気ガス中に含まれる二酸化炭素をカルシウム成分と反応させることで製造されたものが用いられる。好ましくは、軽質炭酸カルシウムは、比表面積2000cm2/g~4000cm2/gのものが用いられる。 As the filler material, light calcium carbonate powder is used. Light calcium carbonate powder is usually produced from limestone. It is produced by crushing and calcining limestone, reacting it with water to make milk of lime, and passing carbon dioxide discharged by calcination through the milk of lime to generate crystals of light calcium carbonate. In contrast, the light calcium carbonate used in the present embodiment is derived from waste. For example, the light calcium carbonate of the present embodiment is produced by immobilizing carbon dioxide contained in boiler exhaust gas from a factory or the like in a liquid obtained by solid-liquid separation of concrete sludge or washing water derived from a concrete product factory or a ready-mixed concrete plant. Alternatively, light calcium carbonate is produced by immobilizing carbon dioxide in waste seawater. For example, light calcium carbonate produced by adding an alkali agent as a pH adjuster to waste seawater after producing magnesium hydroxide from seawater, and reacting carbon dioxide contained in exhaust gas from a factory or power plant with a calcium component is used. Preferably, light calcium carbonate having a specific surface area of 2000 cm 2 /g to 4000 cm 2 /g is used.
好ましくは、本実施の形態のコンクリート組成物は、その状態に応じて、混和材料が用いられる。混和材料としては、高強度混和材、膨張材、あるいは収縮低減剤が用いられる。混和剤は、JIS A 6204に規定されるコンクリート用化学混和剤で、例えばポリカルボン酸系高性能減水剤、または、ナフタレンスルホン酸塩系高性能減水剤が用いられる。混和剤は、例えば結合材の合計含有量に対し、0.5%~3.5%含有する。また、混和材は、例えば結合材の合計含有量に対し、質量で3%~10%含有する。 Preferably, in the concrete composition of this embodiment, an admixture is used depending on the state of the concrete. As the admixture, a high-strength admixture, an expansive agent, or a shrinkage reducing agent is used. The admixture is a chemical admixture for concrete specified in JIS A 6204, for example, a polycarboxylic acid-based high-performance water reducer or a naphthalene sulfonate-based high-performance water reducer is used. The admixture is contained, for example, at 0.5% to 3.5% of the total binder content. The admixture is contained, for example, at 3% to 10% by mass of the total binder content.
そして、本実施の形態のコンクリート組成物は、水結合材比が20%~35%である。水結合材比が20%を下回ると、塑性粘度が大きくなって取扱性が低下し、水結合材比が35%より大きいと、塑性粘度が小さくなって遠心成形による成形性が低下する。要するに、水結合材比の上限および下限は、塑性粘度(取扱性および成形性)に基づいて設定される。 The concrete composition of this embodiment has a water-binder ratio of 20% to 35%. If the water-binder ratio is below 20%, the plastic viscosity increases and handling decreases, and if the water-binder ratio is above 35%, the plastic viscosity decreases and formability by centrifugal molding decreases. In short, the upper and lower limits of the water-binder ratio are set based on the plastic viscosity (handling and formability).
また、結合材における高炉スラグ微粉末のポルトランドセメントに対する質量での置換率が、40%~60%である。つまり、ポルトランドセメントと高炉スラグ微粉末との合計含有量に占める高炉スラグ微粉末の含有量の割合が、質量の合計の40%~60%である。 The mass replacement rate of the granulated blast furnace slag powder to the Portland cement in the binder is 40% to 60%. In other words, the proportion of the granulated blast furnace slag powder in the total content of the Portland cement and the granulated blast furnace slag powder is 40% to 60% of the total mass.
この高炉スラグ微粉末の置換率は、強度発現性がポルトランドセメントのみと同等から10N/mm2程度の強度低下に留まるように設定されており、圧縮強度がポルトランドセメントのみの場合と比較して低下している場合に水セメント比を容易に調整可能な範囲の使用量となっている。すなわち、高炉スラグ微粉末の置換率が大きいほど、強度低下が増加するため、高炉スラグ微粉末の置換率の上限は、所定材齢での圧縮強度に基づいて設定される。また、高炉スラグ微粉末の置換率の下限は、後述するように、二酸化炭素排出量に基づいて設定される。 The replacement rate of ground granulated blast furnace slag is set so that the strength development is equivalent to that of Portland cement alone and the strength reduction is limited to about 10 N/ mm2 , and the amount used is within a range that allows easy adjustment of the water-cement ratio when the compressive strength is reduced compared to that of Portland cement alone. In other words, the higher the replacement rate of ground granulated blast furnace slag, the greater the strength reduction, so the upper limit of the replacement rate of ground granulated blast furnace slag is set based on the compressive strength at a specified material age. Also, the lower limit of the replacement rate of ground granulated blast furnace slag is set based on the amount of carbon dioxide emissions, as described below.
軽質炭酸カルシウムは、高炉スラグ微粉末の使用による初期強度の低下を抑制する。つまり、石灰石微粉末を用いたコンクリートについて、石灰石微粉末がエーライト(ケイ酸三カルシウム)の水和を促進することを報告した事例があり、石灰石微粉末の主成分は炭酸カルシウムであるとされていることから、上記の軽質炭酸カルシウムを使用することでも類似した効果が得られる。 Precipitated calcium carbonate prevents the decrease in early strength caused by the use of ground granulated blast furnace slag. In other words, there are cases where it has been reported that fine limestone powder promotes the hydration of alite (tricalcium silicate) in concrete made with fine limestone powder, and since the main component of fine limestone powder is considered to be calcium carbonate, a similar effect can be obtained by using the above-mentioned precipitated calcium carbonate.
軽質炭酸カルシウムの示方配合は、骨材置換で捉える。軽質炭酸カルシウムは、使用量が多い程、コンクリート組成物の二酸化炭素排出量を削減できるため、使用量が多い方が好ましい。 The prescribed mix ratio for precipitous calcium carbonate is considered as aggregate replacement. The more precipitous calcium carbonate is used, the more carbon dioxide emissions from the concrete composition can be reduced, so the more it is used, the better.
本実施の形態のコンクリート組成物に用いられる材料の二酸化炭素排出量を表1に示す。なお、当該数値は、JIS Q 13315-4 附属書Cから抜粋したものである。また、軽質炭酸カルシウムのデータは、化学式と反応時の電気使用量とに基づいて算出したものである。 The carbon dioxide emissions of the materials used in the concrete composition of this embodiment are shown in Table 1. The values are taken from JIS Q 13315-4, Appendix C. The data for the precipitated calcium carbonate was calculated based on the chemical formula and the amount of electricity used during the reaction.
また、二酸化炭素排出量の低減率に基づく各材料の配合の例を表2に示す。 Table 2 also shows an example of the composition of each material based on the reduction rate of carbon dioxide emissions.
上記のデータに基づき、二酸化炭素排出量の低減率が、結合材をポルトランドセメントのみとした場合(例えば表2中のNo.1)を基準として所定の範囲、例えば30%~60%となるように、高炉スラグ微粉末の置換率の下限と軽質炭酸カルシウムの配合の下限とが設定される。例えば、表2中のNo.2に示されるように、軽質炭酸カルシウムの配合が10kg/m 3 のとき、高炉スラグ微粉末の置換率が40%で二酸化炭素排出量の低減率が約35%であることから、高炉スラグ微粉末の置換率が40%を下回ると、軽質炭酸カルシウムの配合に拘らず二酸化炭素排出量の低減率が30%を下回ることが予測されるため、高炉スラグ微粉末の置換率の下限を40%としている。そのため、上記の水結合材比の範囲から、本実施の形態のコンクリート組成物の結合材つまりポルトランドセメントと高炉スラグ微粉末との合計含有量は、370kg/m3~750kg/m 3 である。 Based on the above data, the lower limit of the replacement rate of ground granulated blast furnace slag and the lower limit of the blending ratio of light calcium carbonate are set so that the reduction rate of carbon dioxide emission is within a predetermined range, for example, 30% to 60 % , based on the case where the binder is Portland cement only (for example, No. 1 in Table 2). For example, as shown in No. 2 in Table 2, when the blending ratio of light calcium carbonate is 10 kg/m3 , the replacement rate of ground granulated blast furnace slag is 40% and the reduction rate of carbon dioxide emission is about 35%. Therefore, if the replacement rate of ground granulated blast furnace slag falls below 40%, it is predicted that the reduction rate of carbon dioxide emission will fall below 30% regardless of the blending ratio of light calcium carbonate, so the lower limit of the replacement rate of ground granulated blast furnace slag is set to 40%. Therefore, from the above range of the water-binder ratio, the total content of the binder of the concrete composition of this embodiment, i.e., Portland cement and ground granulated blast furnace slag , is 370 kg / m3 to 750 kg/ m3 .
他方、軽質炭酸カルシウムは、骨材置換とするにあたり、骨材に対し比表面積が大きく、吸水率も高いので、使用量が多いほど練上がりにこわばりが見られるようになる。したがって、軽質炭酸カルシウムは、減水剤で調整を行える範囲の使用量とする。要するに、軽質炭酸カルシウムの配合の下限は、二酸化炭素排出量に基づいて設定され、上限は練上がりの状態に応じて設定される。 On the other hand, when used as an aggregate replacement, light calcium carbonate has a large specific surface area compared to aggregate and a high water absorption rate, so the more light calcium carbonate is used, the more stiff the finished product will be. Therefore, the amount of light calcium carbonate used should be within a range that can be adjusted with a water reducer. In short, the lower limit of the light calcium carbonate blend is set based on the amount of carbon dioxide emissions, and the upper limit is set according to the state of the finished product.
例えば、本実施の形態において、軽質炭酸カルシウムは、10kg/m3~100kg/m 3 含まれる。 For example, in this embodiment, the light calcium carbonate is contained in an amount of 10 kg/m 3 to 100 kg/ m 3 .
骨材は、粗骨材と、細骨材と、を含む。粗骨材は、好ましくは砕石が用いられる。また、細骨材は、好ましくは砕砂が用いられる。 The aggregate includes coarse aggregate and fine aggregate. The coarse aggregate is preferably crushed stone. The fine aggregate is preferably crushed sand.
そして、本実施の形態のコンクリート組成物を用いて、遠心力コンクリート成形品が製造される。遠心力コンクリート成形品の例としては、コンクリート杭、コンクリート柱、壁体、あるいはその他の遠心成形品が挙げられる。遠心力コンクリート成形品は、コンクリート組成物を硬化させたコンクリート部と、このコンクリート部に埋設された補強材と、を有する。コンクリート部は、短期材齢(材齢7日~14日)での圧縮強度が55N/mm2以上の高強度コンクリート部である。また、補強材は、鉄筋などである。 Then, a centrifugal concrete molded product is manufactured using the concrete composition of this embodiment. Examples of centrifugal concrete molded products include concrete piles, concrete columns, walls, and other centrifugally molded products. The centrifugal concrete molded product has a concrete part made by hardening the concrete composition, and a reinforcing material embedded in the concrete part. The concrete part is a high-strength concrete part having a compressive strength of 55 N/mm2 or more at a short-term material age (material age of 7 to 14 days). The reinforcing material is a reinforcing bar or the like.
次に、上記の遠心力コンクリート成形品の製造方法について説明する。 Next, we will explain the manufacturing method for the above centrifugal concrete molded product.
本実施の形態の製造方法は、コンクリート組成物を製造する製造工程(ステップS1)と、この製造工程で製造されたコンクリート組成物を用いた遠心成形工程(ステップS2)と、この遠心成形工程後の、養生工程(ステップS3)と、を含む。 The manufacturing method of this embodiment includes a manufacturing process (step S1) for manufacturing a concrete composition, a centrifugal molding process (step S2) using the concrete composition manufactured in this manufacturing process, and a curing process (step S3) after this centrifugal molding process.
製造工程では、市販されているポルトランドセメント、高炉スラグ微粉末、軽質炭酸カルシウム、および骨材を攪拌した後、練り混ぜ水および混和材料を加えて練り混ぜることで、コンクリート組成物を製造する。 In the manufacturing process, commercially available Portland cement, ground granulated blast furnace slag, light calcium carbonate, and aggregate are mixed, and then mixing water and admixtures are added to produce the concrete composition.
このとき、軽質炭酸カルシウムは比重がセメントより軽いため、次の遠心成形工程において遠心力締固めでスラッジが発生すると幾分か排出されてしまう。練上がり性状が硬練り(スランプ0cm~5cm)でのスラッジなしの成形では問題とはしないが、スラッジありの成形では軽質炭酸カルシウムが混入量の10%~25%排出されることを想定する必要があるので、スランプ0~5cmでの成形が望ましい。 At this time, because the specific gravity of light calcium carbonate is lighter than that of cement, if sludge is generated by centrifugal compaction in the next centrifugal molding process, some of it will be discharged. This is not a problem when molding without sludge and the finished product has a hard mix (slump 0cm to 5cm), but when molding with sludge, it is necessary to assume that 10% to 25% of the amount of light calcium carbonate mixed in will be discharged, so molding with a slump of 0 to 5cm is desirable.
また、軽質炭酸カルシウムは、粉末状態またはスラリー状態で使用し、粉末の状態で1%~4%の含水状態となっているので、例えば軽質炭酸カルシウムを50kg/m3使用する場合、0.5kg/m3~2.0kg/m3の水分を含む。そのため、練り混ぜ水量については、軽質炭酸カルシウム粉末に含まれる水分量を加味して調整する必要がある。また、軽質炭酸カルシウムをスラリーの状態で使用する場合には、含水量を把握し、例えば含水率50%の場合、軽質炭酸カルシウムを50kg/m3使用するためには、軽質炭酸カルシウム入りスラリーを100kg/m3使用する必要があり、その際に50kg/m3の水分を含むため、練り混ぜ水量については軽質炭酸カルシウム入りスラリーに含まれる水分量を加味して調整する必要がある。 Light calcium carbonate is used in a powdered or slurried state, and has a moisture content of 1% to 4% in the powdered state. For example, when 50 kg/m 3 of light calcium carbonate is used, the light calcium carbonate contains moisture of 0.5 kg/m 3 to 2.0 kg/m 3. Therefore, the amount of water to be mixed must be adjusted taking into account the moisture content contained in the light calcium carbonate powder. When light calcium carbonate is used in a slurried state, the moisture content must be understood. For example, when the moisture content is 50%, in order to use 50 kg/m 3 of light calcium carbonate, 100 kg/m 3 of the slurry containing light calcium carbonate must be used. In this case, the slurry contains moisture of 50 kg/m 3 , so the amount of water to be mixed must be adjusted taking into account the moisture content contained in the slurry containing light calcium carbonate.
遠心成形工程では、補強材を配置した所定の型枠に対し、製造工程で製造したコンクリート組成物を打ち、既知の遠心機を用いて遠心成形を行う。遠心成形は、例えば、初速(1G~2G)、低速(3G~5G)、中速(10G~15G)、および、高速(20G~35G)のように、型枠の回転による遠心加速度を漸増させていく。各速度の時間は、遠心力コンクリート成形品の直径および厚さに応じて適宜決定する。 In the centrifugal molding process, the concrete composition produced in the manufacturing process is poured into a specified formwork in which reinforcing materials are placed, and centrifugal molding is performed using a known centrifuge. In centrifugal molding, the centrifugal acceleration caused by the rotation of the formwork is gradually increased, for example, from initial speed (1G to 2G), low speed (3G to 5G), medium speed (10G to 15G), and high speed (20G to 35G). The time for each speed is appropriately determined depending on the diameter and thickness of the centrifugal concrete product.
養生工程では、遠心成形工程で遠心成形した中間体を、蒸気養生槽で常圧蒸気養生する。蒸気養生は、常温での前置きが3時間~5時間、昇温20℃/時間、最高温度60℃~70℃で3時間~5時間とし、以後自然冷却する。 In the curing process, the intermediate product centrifugally molded in the centrifugal molding process is steam cured at normal pressure in a steam curing tank. The steam curing is performed by first leaving the product at room temperature for 3 to 5 hours, then increasing the temperature by 20°C/hour, and then curing the product at a maximum temperature of 60°C to 70°C for 3 to 5 hours, after which the product is allowed to cool naturally.
このように製造された遠心力コンクリート成形品は、コンクリート部が、短期材齢(7日~14日)での圧縮強度が55N/mm2以上の高強度を示す。 The centrifugal concrete molded product produced in this manner has a concrete portion that exhibits high compressive strength of 55 N/mm2 or more at a short period of time (7 to 14 days).
このように、本実施の形態のコンクリート組成物は、結合材を370kg/m
3 ~750kg/m
3 有し、結合材における高炉スラグ微粉末のポルトランドセメントに対する質量での置換率を40%~60%とし、かつ、フィラー材として軽質炭酸カルシウムを10kg/m
3 ~100kg/m
3 有することで、早強剤を使用することなく硬化時の初期反応の遅延を抑制して、安価に製造できるとともに、二酸化炭素排出量を、結合材をポルトランドセメントのみで製造するコンクリート成形品に対して30%~60%低減できる。
In this way, the concrete composition of this embodiment contains 370 kg/m3 to 750 kg/m3 of binder, has a mass replacement rate of 40% to 60% of the Portland cement with ground granulated blast furnace slag in the binder, and contains 10 kg/
また、このコンクリート組成物を用いて製造した遠心力コンクリート成形品は、早期材齢を得られ、高強度コンクリート二次製品として適している。 In addition, centrifugal concrete molded products made using this concrete composition achieve early aging and are suitable as high-strength secondary concrete products.
特に、本実施の形態の遠心力コンクリート成形品のコンクリート部は、上記の通り、蒸気養生の短期材齢(7日~14日)での圧縮強度が55N/mm2以上の高強度を達成できるとともに、中性化に対しても弱くなることがない。 In particular, the concrete portion of the centrifugal concrete molded product of this embodiment can achieve a high compressive strength of 55 N/mm2 or more at a short period of steam curing (7 to 14 days) as described above, and is not vulnerable to carbonation.
<第1実施例>
本実施例では、高炉スラグ微粉末の使用量と圧縮強度との関係について、ポルトランドセメントのみを用いたコンクリート組成物を遠心成形した遠心力コンクリート成形品と、ポルトランドセメントの一部を高炉スラグ微粉末に置換したコンクリート組成物を遠心成形した遠心力コンクリート成形品とで、所定材齢、例えば材齢7日の圧縮強度を比較評価した。
First Example
In this example, the relationship between the amount of ground granulated blast furnace slag used and the compressive strength was evaluated by comparing the compressive strength at a specified age, for example, 7 days, of centrifugal concrete products obtained by centrifugally molding a concrete composition using only Portland cement and centrifugal concrete products obtained by centrifugally molding a concrete composition in which part of the Portland cement was replaced with ground granulated blast furnace slag.
コンクリート組成物については、共通する材料は同一のものを用い、ジクロスミキサまたは2軸ミキサにより練り混ぜて製造した。 The concrete composition was made using the same common materials and mixed using a diagonal mixer or a twin-shaft mixer.
また、圧縮強度試験は、直径20cm、長さ30cm、壁厚4cmの試験体により実施した。当該試験体については、各コンクリート組成物を用い、同一の製造方法で製造した。 The compressive strength test was carried out using specimens with a diameter of 20 cm, a length of 30 cm, and a wall thickness of 4 cm. The specimens were manufactured using each concrete composition and the same manufacturing method.
図1および表3に試験結果の例を示す。 Examples of test results are shown in Figure 1 and Table 3.
図1および表3から分かるように、高炉スラグ微粉末の置換率が高いコンクリート組成物ほど圧縮強度が低下し、例えば高炉スラグ微粉末の置換率75%のコンクリート組成物を用いた遠心力コンクリート成形品はセメントのみのコンクリート組成物を用いた遠心力コンクリート成形品より約25N/mm2強度低下を示した。 As can be seen from FIG. 1 and Table 3, the higher the substitution rate of ground granulated blast furnace slag in the concrete composition, the lower the compressive strength. For example, a centrifugal concrete product made using a concrete composition with a substitution rate of 75% ground granulated blast furnace slag showed a strength decrease of about 25 N/ mm2 compared to a centrifugal concrete product made using a concrete composition containing only cement.
よって、高炉スラグ微粉末の水硬性を発揮させるためには、セメントや石膏などのアルカリ刺激剤が必要とされるが、ポルトランドセメントだけでは刺激剤として不足であるため、高炉スラグ微粉末の置換率を60%以下に抑えることで、刺激剤を使用せず遠心力コンクリート成形品の圧縮強度の低下を10N/mm2に留めることができることが示された。 Therefore, in order to bring out the hydraulic properties of granulated blast furnace slag, an alkaline stimulant such as cement or gypsum is required, but since Portland cement alone is insufficient as a stimulant, it has been shown that by keeping the replacement rate of granulated blast furnace slag to 60% or less, it is possible to limit the decrease in compressive strength of centrifugal concrete products to 10 N/ mm2 without using a stimulant.
<第2実施例>
本実施例では、軽質炭酸カルシウムの使用量によるフレッシュ性状および圧縮強度について評価した。具体的に、ポルトランドセメントに対し高炉スラグ微粉末を45~50%置換し、軽質炭酸カルシウムを骨材に対し置換する量を増やした際のフレッシュ性状と圧縮強度を評価した。
Second Example
In this example, fresh properties and compressive strength were evaluated depending on the amount of light calcium carbonate used. Specifically, 45 to 50% of Portland cement was replaced with ground granulated blast furnace slag, and the amount of light calcium carbonate substituted for aggregate was increased, and the fresh properties and compressive strength were evaluated.
軽質炭酸カルシウムはフィラー材として扱い、使用する際、その配合は骨材置換で捉えている。試験体については、実施例1と同様の製造方法により製造した。表4に試験結果を示す。なお、二酸化炭素低減率は、試験例2-1を基準としている。 Light calcium carbonate is treated as a filler material, and when used, its blending is considered as an aggregate replacement. The test specimens were manufactured using the same manufacturing method as in Example 1. The test results are shown in Table 4. The carbon dioxide reduction rate is based on Test Example 2-1.
軽質炭酸カルシウムの使用量が多い程、コンクリート組成物の二酸化炭素排出量が削減できるので、使用量が多い方が好ましいものの、使用量が多いほど練上がりにこわばりが見られる結果を示した。減水剤で調整を行ったものの、試験例2-5では練り混ぜが困難となったため、軽質炭酸カルシウムの使用量は100kg/m3以下とすることが好ましいことが示された。また、軽質炭酸カルシウム使用量の増大により、若干だが初期強度の改善が見られる傾向も示した。 The more light calcium carbonate is used, the more carbon dioxide emissions from the concrete composition can be reduced, so it is preferable to use a larger amount, but the results showed that the more the amount used, the more stiff the finished product became. Although adjustments were made with a water reducing agent, mixing became difficult in Test Example 2-5, so it was shown that the amount of light calcium carbonate used should be 100 kg/m3 or less . In addition, there was a tendency for an increase in the amount of light calcium carbonate used to slightly improve early strength.
<第3実施例>
本実施例では、圧縮強度が同程度の、高炉スラグ微粉末および軽質炭酸カルシウムを使用した遠心力コンクリート成形品と使用していない遠心力コンクリート成形品とで、乾燥収縮量、クリープ係数および中性化に影響が出るか否かを比較評価した。
<Third Example>
In this example, a centrifugal concrete product using ground granulated blast furnace slag and light calcium carbonate, which have similar compressive strength, was compared with a centrifugal concrete product not using these materials to determine whether there was any effect on the amount of drying shrinkage, creep coefficient, and carbonation.
それらのコンクリート組成物の配合を表5に示す。 The mix proportions for these concrete compositions are shown in Table 5.
そして、上記の各実施例と同様に、高炉スラグ微粉末と軽質炭酸カルシウム以外は同一の材料を使用し、試験体を同一の製造方法により製造した。 As with the above examples, the same materials were used except for the ground granulated blast furnace slag and light calcium carbonate, and the test specimens were manufactured using the same manufacturing method.
まず、乾燥収縮試験方法については、JIS A 1129-3「モルタルおよびコンクリートの長さ変化測定方法」の「第3部:ダイヤルゲージ法」に準拠し、10×10×40cmの試験体を製造し、その試験体の両端にゲージプラグを埋め込み、ダイヤルゲージ測定器を用い長さ変化を各材齢(1週、2週、4週、2ヵ月、3ヵ月、6ヵ月)で計測することで、収縮量を計算した。測定中の試験体は、温度20±1℃、湿度60±5%の恒温恒湿室で保管した。 First, the drying shrinkage test method was based on "Part 3: Dial gauge method" of JIS A 1129-3 "Methods for measuring changes in length of mortar and concrete," and a 10 x 10 x 40 cm test specimen was manufactured. Gauge plugs were embedded into both ends of the test specimen, and the length change was measured at each age (1 week, 2 weeks, 4 weeks, 2 months, 3 months, 6 months) using a dial gauge measuring device to calculate the amount of shrinkage. During the measurement, the test specimens were stored in a constant temperature and humidity room at a temperature of 20±1°C and a humidity of 60±5%.
また、クリープ試験方法については、JIS A 1136に準拠した直径20cm×30cmの中空円筒形遠心試験体を製造し、この試験体の表面にワイヤストレインゲージを、外周の相対する長手方向2箇所に貼り付け、シールテープで表面を封緘状態にし、遠心力コンクリート成形品に加える最大プレストレス力である10N/mm2を試験体に載荷し、ひずみを各材齢で計測した。同時に無載荷状態の試験体も準備し、ひずみを各材齢(1週、2週、4週、2ヵ月、3ヵ月、6ヵ月)で計測した。クリープひずみは、載荷試験体のひずみより無載荷状態の試験体のひずみを差し引いた値とする。測定中の試験体は、温度20±1℃、湿度60±5%の恒温恒湿室で保管した。 For the creep test method, a hollow cylindrical centrifugal specimen with a diameter of 20 cm x 30 cm was manufactured according to JIS A 1136, wire strain gauges were attached to the surface of the specimen at two opposing longitudinal positions on the outer circumference, the surface was sealed with sealing tape, and the specimen was loaded with 10 N/ mm2, which is the maximum prestress force applied to centrifugal concrete molded products, and the strain was measured at each age. At the same time, unloaded specimens were also prepared, and the strain was measured at each age (1 week, 2 weeks, 4 weeks, 2 months, 3 months, and 6 months). The creep strain is the value obtained by subtracting the strain of the unloaded specimen from the strain of the loaded specimen. The specimens during the measurement were stored in a constant temperature and humidity room at a temperature of 20 ± 1 ° C and a humidity of 60 ± 5%.
さらに、中性化試験方法については、JIS A 1136に準拠した直径20cm×30cmの中空円筒形遠心供試体を製造し、この供試体を軸方向に切断して、図2(a)および図2(b)に示すようなアーチ形の試験体1として、切断面2にエポキシ樹脂でコーティング3を施した。この試験体1を、各試験例について3つずつ製造し、それぞれにたいして促進中性化試験を実施した。この促進中性化試験は、JIS A 1153に従って行い、アーチ形の試験体1を所定の促進期間(1週、4週、8週、13週、26週)に達した時点で、割裂または切断し、JIS A 1152に従って測定した。
Furthermore, for the carbonation test method, a hollow cylindrical centrifugal specimen measuring 20 cm in diameter x 30 cm was manufactured in accordance with JIS A 1136, and this specimen was cut in the axial direction to form an arch-shaped
乾燥収縮試験の結果、クリープ試験の結果、および、中性化試験の結果について、それぞれ表6ないし表8に示す。 The results of the drying shrinkage test, creep test, and carbonation test are shown in Tables 6 to 8, respectively.
試験例No.3-1と比較して、試験例No.3-2は、乾燥収縮について、材齢6カ月までの長さ変化率は、ほぼ同等であった。また、クリープ係数は、やや大きいものの、材齢4週以降は収斂していく傾向が見られたので、プレストレスト用コンクリートとして特に問題は見られない。さらに、中性化については、外周面には変化が見られないものの、内面には中性化が進む結果となった。しかしながら、高耐久性指針(案)による耐久性の目安としては、材齢26週の中性化深さが25mm以下と規定されていることから、コンクリートとして問題はない。 Compared to Test Example No. 3-1, Test Example No. 3-2 had a nearly equivalent rate of length change in terms of drying shrinkage up to an age of six months. Also, although the creep coefficient was somewhat large, it showed a tendency to converge after an age of four weeks, so there is no particular problem with it as prestressing concrete. Furthermore, with regard to carbonation, while no change was observed on the outer periphery, carbonation progressed on the inner surface. However, since the durability guideline in the High Durability Guidelines (draft) specifies that the carbonation depth at an age of 26 weeks is 25 mm or less, there is no problem with it as concrete.
したがって、乾燥収縮、クリープ、および、中性化に対し、本実施の形態のコンクリート組成物からなる遠心力コンクリート成形品が十分な性能を備えることが示された。 This shows that centrifugal concrete molded products made from the concrete composition of this embodiment have sufficient performance against drying shrinkage, creep, and carbonation.
<第4実施例>
第3実施例の試験例No.3-2の条件で、直径60cmのPHC杭(B種)を試験体として製造し、それに対して曲げ性能について評価した。図3に試験結果の例を示す。
<Fourth Example>
Under the conditions of Test Example No. 3-2 of the third embodiment, a PHC pile (Type B) with a diameter of 60 cm was manufactured as a test specimen, and its bending performance was evaluated. An example of the test result is shown in Figure 3.
遠心力成形時にコンクリートスラッジは発生せず、成形品内面にひび割れはない成形で製造が可能であった。JIS A 5373 附属書E「(規定)くい類」に従い、曲げ性能試験の結果、初ひび割れ発生モーメントは設計値Mcfの1.29倍、破壊モーメントは設計値Muの1.19倍であり、試験体がPHC杭(B種)としての性能を備えることが示された。 No concrete sludge was generated during centrifugal molding, and the molded product could be manufactured without cracks on the inside surface. As a result of the bending performance test according to JIS A 5373, Appendix E "(Regulations) Pile", the initial crack moment was 1.29 times the design value M cf , and the fracture moment was 1.19 times the design value Mu , indicating that the test specimen has the performance required for a PHC pile (Type B).
よって、以上の第1実施例ないし第4実施例により、遠心力コンクリート成形品が要求される性能を十分に備えるために、本実施の形態のコンクリート組成物の各条件が適していることが示された。 The above first to fourth examples show that the various conditions of the concrete composition of this embodiment are suitable for providing centrifugal concrete molded products with the required performance.
Claims (3)
前記結合材は、ポルトランドセメントと、高炉スラグ微粉末と、を含有し、
水結合材比が20%~35%であり、
前記結合材を370kg/m 3 ~750kg/m 3 有し、
前記フィラー材は、廃棄物に二酸化炭素が固定化された軽質炭酸カルシウムであって、10kg/m 3 ~100kg/m 3 有し、
前記結合材における前記高炉スラグ微粉末の前記ポルトランドセメントに対する質量での置換率が、40%~60%である
ことを特徴とするコンクリート組成物。 Water, a binder, a filler, and an aggregate;
The binder contains Portland cement and ground granulated blast furnace slag,
The water-binder ratio is 20% to 35%;
The binder is 370 kg/m 3 to 750 kg/m 3 ,
The filler material is light calcium carbonate in which carbon dioxide is fixed in waste , and has a density of 10 kg/m 3 to 100 kg/m 3 ;
A concrete composition, characterized in that a replacement rate by mass of the ground granulated blast furnace slag to the Portland cement in the binder is 40% to 60% .
このコンクリート部に埋設された補強材と、
を備えることを特徴とする遠心力コンクリート成形品。 A concrete part obtained by hardening the concrete composition according to claim 1 ;
A reinforcement material embedded in the concrete portion,
A centrifugal concrete molded product comprising:
ことを特徴とする請求項2記載の遠心力コンクリート成形品。 The centrifugal concrete molded product according to claim 2, characterized in that the concrete portion has a compressive strength of 55 N/ mm2 or more at an age of 7 to 14 days.
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