JPH078736B2 - セメント混和材及びそれを使用した遠心力成型体の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、遠心力成型用セメント混和材及びそれを使用
したコンクリートの遠心力成型体の製造方法、詳しく
は、コンクリートパイル、ポール、及び鋼管複合杭等の
パイル類、ヒーム管や鋼管ライニングなどのヒューム管
類、及びその他、遠心力を利用して成型できる遠心力成
型体の製造に使用するセメント混和材及びそれを使用し
たコンクリートの遠心力成型体の製造方法に関する。

なお、本発明でいうコンクリートとはモルタル又はコン
クリートを総称したものである。

〔従来の技術とその課題〕

従来、パイル類やヒューム管類などは、コンクリートを
遠心力成型又は振動遠心力成型することによって製造さ
れている。

そしてパイル類などの遠心力成型体は、例えば、500kgf
/cm²以上又は800kgf/cm²の高強度を必要とすることか
ら、一般に、高性能減水剤を、例えば、セメントに対し
て固形分で0.65〜1.0重量％と多量に添加して水−セメ
ント比（以下、W/Cという）を下げ、必要に応じてセッ
コウやセッコウを主成分とする高強度混和材、シリカヒ
ューム、及び膨張材等を各々単独又は併用添加してコン
クリートを調整し、型枠に投入し、回転数を低速、中
速、及び高束と段階的に大きくして遠心力成型されてい
る。

しかしながら、パイル類を製造する場合では、高性能減
水剤を多量に添加するため、管内面のモルタル層が締ら
ず、多量のノロが発生しやすい課題があった。

即ち、遠心力成型すると、水と共にセメント、セメント
混和材、及び砂等の微粉末がノロとして絞り出されやす
いが、高性能減水剤の添加量を多くすればするほど、ノ
ロの発生量が増加し、かつ、管内面のモルタル層の締り
が悪くなる傾向がある。

さらに管内面のモルタル層やノロの中にはセメントの他
に添加した各種セメント混和材も多量に含まれるので、
それらの性能がパイル類では充分発揮されないことにな
る。そのためノロとして分離して無効となる各種セメン
ト混和材の量を見越して20重量％程度最初から割り増し
してセメントに添加しておくなどの不経済な使われ方を
している場合も少なくない。

一方、発生するノロの処理は公害問題にも発展してい
る。

また、高性能減水剤を使用したコンクリートは水抜けが
悪く、これを使用した遠心力成型体は極端な場合、管内
面より１〜2cmのところに水が留り、水が抜け切れない
で留り層となり、ポーラスになっている状態、いわゆ
る、ジャンカ層を形成しやすく、そのために強度低下を
招きやすい。

本発明者らの実験によると、高性能減水剤がセメントに
対し0.2重量％でスランプが5cm以下であればノロの発生
は小さいが、それ以上の高性能減水剤の添加量では遠心
力成型性状が不良となり、２〜３重量％でスランプが５
〜10cmの場合は締め固めが全くできなく、遠心力成型後
に、内面に分離したモルタル部分が管外に流出するよう
な極端な場合も認められる。また、高性能減水剤が0.2
重量％でもスランプが5cm以上となるとノロが発生する
ようになることが認められた。

一方、ヒューム管類は、パイル類に比べ管内面の仕上り
が重要であり、その仕上りを含む成型性の良否は、成型
時間や製品歩留り、即ち、生産効率に影響する。そのた
め仕上げの最後に新しいモルタルを塗布したり、蒸気養
生後に管内面のモルタル層が皮一枚分、部分的に剥離す
ることを防止する内面剥離剤を塗布するなどして、約30
〜40分かかって製管しているのが現状である。

また、ヒューム管類の製造において、高性能減水剤に限
らず一般の減水剤を使用すると締め固めが不良となるた
め原則として使用しないのが通常であり、必要強度を得
るのに単位セメント量を多くする必要があり、不経済と
なっている。特に膨張材を使用してJIS A 5303の２種管
や、全国ヒューム管協会規格の３種管などのように、高
外圧強度を得ようとする場合は、単位セメント量がさら
に多くなり、それに伴って膨張材量も多くなる傾向があ
る。

そのため膨張ひび割れや熱ひび割れなどが発生し、３種
管をコンスタントに製造することができない、２種管も
補強鉄筋を導入するなど対策を講じてはいるもののひび
割れは完全には防止できないなどの課題があった。

さらに最近推進工法の発達に伴ない、軸方向の圧縮強度
である軸力の大きいヒューム管、いわゆる推進管が要望
され、パイル類に使用される高性能減水剤の量の約半分
以下と各種セメント混和材を併用するようになったが、
高性能減水剤を使用すると前述のように遠心力成型が悪
くなるので製管時間がさらに長くなり、製品歩留りも悪
く、高価なものとなる課題があった。

これら課題を解決しようとしたものが振動遠心力成型で
ある。

振動遠心力成型法は、高性能減水剤を、例えば、セメン
トに対し２〜４重量％と多量に添加し、W/Cを25％以下
にまで極力低下させ、スランプ0cmの硬練りコンクリー
トを作り、遠心力と縦振動を組み合せて成型する方法で
ある。

しかしながら、この方法ではノロの分離がないかわりに
脱水も生じにくい。

元来、遠心力成型はコンクリート中の各材料の粒子径の
大きい順に管の外側から内側に向って配列し、いわば材
料分離するものであるから、振動遠心力成型した成型体
の強度は振動成型体よりも低く、しかも、硬練りコンク
リートであるため、取扱いも容易ではない。

さらに、高性能減水剤を添加した遠心力成型の改良技術
として、セッコウ類と硫酸塩である明ばんとを混合し、
セメントに対し1.5重量％程度添加することにより、ヒ
ューム管の内面のモルタル層の浮きを、生成するエトリ
ンガイトによって防止する方法が提案されたがノロの発
生は防止できず、水抜けを良くして遠心力成型性を改善
することもできないという課題が残った（特開昭54-161
627号公報）。

一方、チオ硫酸塩はセメントの凝結硬化を促進する無機
化合物として各種塩化物、硝酸塩、硫酸塩等と共によく
知られていたものである。

本発明者らは、前述の従来技術の課題を種々検討した結
果、前述のセメントの凝結硬化を促進する無機化合物の
中でチオ硫酸塩だけが、高性能減水剤と併用することに
よって遠心力成型性を改善できるという知見を得て本発
明を完成するに至った。

そして本発明は、 （１） 管内面のモルタル層を締め固め、ノロの発生を
低減又は防止し、混和材の性能を充分に発揮させるこ
と。

（２） 脱水量を大きくし、遠心力成型体の蜜実化を促
し、強度を向上させること。

（３） 高性能減水剤の量やスランプの大小に関係な
く、遠心力成型性を向上させ、ヒューム管等では高性能
減水剤の使用によって、単位セメント量や混和材量を減
少させ、経済性を図ること。

（４） 振動遠心力成型においても、脱水を促し、強度
を向上させ、軟らかいコンクリートでも充分に成型で
き、物性も劣らないものとすること等を目的とするもの
である。

〔課題を解決するための手段〕

即ち、本発明は、セメント100重量部に対して、固形分
換算で0.2〜５重量部の高性能減水剤と、0.001重量部以
上、１重量部未満のチオ硫酸塩とを有効成分とする遠心
力成型用セメント混和材であり、コンクリートに、該遠
心力成型用セメント混和材を配合し、遠心力成型するこ
とを特徴とするコンクリートの遠心力成型体の製造方法
である。

以下本発明を詳細に説明する。

本発明に係る高性能減水剤とは、比較的多量に添加して
も過度の凝結遅延や空気連行作用がなく、高分散性を発
揮する減水剤であって、チオ硫酸塩と併用することによ
ってはじめて本発明の効果を得ることができるものであ
る。

そして、高性能減水剤を使用しないコンクリートはもち
ろんのこと、通常の減水剤とチオ硫酸塩を併用しても効
果なく、高性能減水剤単独でも効果は見ることができな
い。

高性能減水剤は、土木学会発行コンクリートライブラリ
ーNo.47「高強度コンクリート設計施工指針（案）」に
よれば、その主成分の化学構造から、ポリアルキルアリ
ルスルホン酸塩系とトリアジン誘導体の高縮合物系の２
種類に大別されている。

ここで、ポリアルキルアリルスルホン酸塩系に属するも
のは、ナフタレンスルホン酸又はその誘導体、もしくは
類縁物質のホルマリン高縮合物を主成分とするものであ
り、具体的には、花王石鹸社製商品名「マイティ10
0」、「マイティ150」、「マイティHS」、「マイティ15
0R」、及び「マイティ150RA」、山陽国策パルプ社製商
品名「サンフローPS」や「サンフローPSR」、竹本油脂
社製商品名「ポールファイン510N」、日曹マスタービル
ダーズ社製商品名「NL-1450」や「NL-1440」、並びに第
一工業薬品社製商品名「セルフロー110P」等が使用可能
である。

また、トリアジン誘導体の高縮合物系に属するものは、
メラミンホルマリン樹脂スルホン酸塩を主成分とするも
のであり、具体的には、昭和電工社製商品名「メルメン
トＦ−10」や日曹マスタービルダーズ社製商品名「NL-4
000」などが使用可能である。

市販品としてはポリアルキルアリルスルホン酸塩系に属
するものが主流であるが、本発明では、ポリアルキルア
リルスルホン酸塩系、トリアジン誘導体の高縮合物系い
ずれのものも使用可能である。

これら高性能減水剤の詳細はセメント協会発行「セメン
ト・コンクリート」No.427（1982）に掲載されている。

固形分換算でセメント100重量部に対して、0.2〜５重量
部であり、経済性や実際に必要な強度性状から、0.4〜
３重量部が好ましい。0.2重量部未満ではチオ硫酸塩と
の併用効果が少なく、５重量部を超えると遠心力成型性
は悪化し、物性の向上もあまり期待されない。

本発明で使用するチオ硫酸塩としては、NaやＫなどのア
ルカリ金属塩、MgやCaなどのアルカリ土類金属塩、及び
アルミニウム塩等が挙げられる。

通常工業的に生産されているのはNa、Ｋ及びアルミニウ
ムの各塩であり、経済性からNa塩が最も好ましい。

チオ硫酸塩の使用量は、無水物換算でセメント100重量
部に対して、0.001重量部以上、１重量部未満である。
１重量部以上では、ノロの発生は少ないが、脱水性が不
良で締め固めの状態が悪く、管内面のモルタル層が１〜
2cm程度の軟らかい状態となりやすい。

本発明に係る高性能減水剤とチオ硫酸塩のコンクリート
における使用方法は特に制限はなく、セメントに混合し
てからコンクリート配合しても、ミキサーでコンクリー
トを混練りする際に添加してもよい。また、混練り水に
予め溶解しておくことも可能である。

本発明では、高性能減水剤とチオ硫酸塩の他に、通常コ
ンクリートに添加され得る、例えば、セッコウ類やセッ
コウを主成分とした高強度混和材、シリカヒューム、及
び膨張材等の化学混和材を併用することは有効であり、
それらの性能を充分に発揮できるものである。

本発明に係るコンクリートは、通常の方法で型枠に注入
され、現場で実施されている方法、例えば、回転数を低
速、中速、高速と段階的に加速するなどして遠心力成型
又は振動遠心力成型される。

遠心力成型体は通常の方法、例えば、成型後１〜４時間
前置き養生の後、40〜100℃で２〜６時間保持して蒸気
養生し、その後自然放冷する方法で養生される。

〔実施例〕

以下本発明を実施例によってさらに説明する。

実施例１ 表−１に示すコンクリートの配合No.1を用いてコンクリ
ートを作り、表−２のようにチオ硫酸塩や高性能減水剤
を添加して、17kgのコンクリートとした。それを外径20
cm、長さ30cm、厚み5cm（20φ×30L×5cmtと示す。以下
同様）の供試管を遠心力成型した。遠心力成型条件は6G
で４分、20Gで５分、さらに、30Gで３分であった。その
後４時間前置きし、昇温２時間、65℃で４時間保持の蒸
気養生を行い、その後自然放冷した。

遠心力成型中の脱水量とモルタル層の厚みを測定し、脱
水量を加味した遠心力成型後の実際の［W/C］を次式か
ら算出した。

また、10φ×20cmLの振動成型体を作り、遠心力成型体
と同様に養生し、翌日脱型し、24時間後の圧縮強度の比
較を行った。結果を表−２に併記する。

〈使用材料〉 セメント：普通ポルトランドセメント、電気化学工業社
製 細骨材 ：姫川産川砂、比重2.65 粗骨材 ：姫川産砕石、比重2.68 チオ硫酸塩A:チオ硫酸ナトリウム無水塩、工業用 〃 B:チオ硫酸カルシウム無水塩、試薬 〃 C:チオ硫酸カリウム無水塩、工業用 〃 D:チオ硫酸アルミニウム無水塩、工業用 〃 E:チオ硫酸リチウム無水塩、試薬 減水剤F:高性能減水剤、花王石鹸社製商品名「マイテイ
100」粉末 実施例２ 表−１に示すコンクリートの配合No.II〜Ｘを用い、そ
れらに、チオ硫酸ナトリウムをセメント100重量部に対
して、0.1重量部一定添加してコンクリートを作り、表
−３に示すように高性能減水剤の種類と添加量を変化し
たこと以外は実施例１と同様に行った。液状の高性能減
水剤は固形分換算で添加し、水は混練水の一部とした。

高性能減水剤の銘柄によってスランプが多少変動するた
め、若干の水量を加減してスランプを一定とした。ま
た、同一スランプのコンクリートで減水率＝（プレーン
コンクリートの単位水量−減水剤使用コンクリートの単
位水量）×100/プレーンコンクリートの単位水量）を向
上させるために配合No.IXは24.0kg/コンクリート１m³、
配合No.Xは38.4kg/コンクリート１m³のシリカヒューム
を用いた。結果を表−３に併記する。

〈使用材料〉 シリカヒューム：フェロシリコン製造時の副生物、0.1
μ 高性能減水剤G:第一工業薬品社製商品名「セルフロー11
0P」、粉末 〃 H:昭和電工社製商品名「メルメントＦ−10」、粉
末 〃 I:花王石鹸社製商品名「マイティ150」固形分換
算 〃 J:「マイティ150R」〃 〃 K:「マイティHS」〃 〃 L:山陽国策パルプ社製商品名「サンフローPS」〃 〃 M: 〃 「サンフローPSR」〃 〃 N:竹本油脂社製商品名「ポールファイン510N」〃 〃 O:日曹マスタービルダーズ社製商品名「NL−145
0」〃 〃 P: 〃 「NL−4000」〃 その他は実施例１で使用したものと同様 実施例３ 実施例２の実験No.2−６において、チオ硫酸ナトリウム
をセメント100重量部に対して、0.003と0.01重量部添加
したこと以外は実施例２と同様に行った。結果を表−４
に示す。

実施例４ 表−１に示すコンクリートの配合No.XI〜XIIIに膨張材6
0kg/m³を配合し、さらに、配合No.XIIは高性能減水剤Ｉ
を0.7重量部配合No.XIIIは高性能減水剤Ｉを0.7重量部
とチオ硫酸塩Ｃを0.1重量部配合して、JIS2種管の実際
のヒューム管、内径60cm、長さ243cm、厚み5cmの実機製
造を行った。螺旋筋の鉄筋比は0.86％、ピッチ45mm、ス
トレート筋の鉄筋比0.23％、螺旋筋とストレート筋の太
さは各々5cmφである。

通常の方法で遠心力成型し、蒸気養生と散水養生を行っ
た。材令14日で外圧強度試験と実管のコアの圧縮強度試
験を行った。

コアの圧縮試験は、ヒューム管体から30cmφのコアを抜
き出し、管軸方向が圧縮方向となるように巾10cm、長さ
20cm、厚さ5cmの供試体を切り出し、明らかに偏心荷重
のものを除外し、ｎ＝５で試験を行った。結果を表−５
に示す。

〈使用材料〉 膨張材 ：電気化学工業社製商品名「デンカCSA＃20」 その他は実施例１又は２で使用したものを使用 実施例５ 表−１に示すコンクリートの配合No.XIV〜XVIIを用い、
混和材を配合No.XIV〜XVIは47kg/m³、配合No.XVIIは45k
g/m³配合し、さらに、配合No.XIV〜XVIIは高性能減水剤
Ｎを0.7重量部、配合No.XV〜XVIIはチオ硫酸塩Ｄを0.1
重量部配合して、30φ×300L×6cmtのRCパイルを製造し
た。

12mmφのPC鋼棒を８本使用し、螺旋筋として5mmφの鉄
線を50mmピッチで使用した。

通常の盛り込み方式で遠心力成型、蒸気養生を行い翌日
脱型した。ただし、配合No.XVIは、オンプ圧送により型
枠に投入し、遠心力成型後、蒸気養生を行い翌日脱型し
た。遠心力成型時パイルの両端に蓋をしてノロや脱水さ
れた水が漏れないようにし、脱型時に脱水量、ノロの状
態、及び製管状態を観察した。

また、このRCパイルより30φ×100cmLの供試体を２本切
り出し、切断面をセメントペーストでキャッピングし、
材令３日の強度を測定した。

さらに、同一配合のコンクリートを振動成型して、10φ
×20cmLの供試体を作成し、同一養生し、同様に強度測
定を行った。結果を表−６に示す。

なお、配合No.XIVは800kgf/cm²以上の高強度パイル製造
における一般的配合である。

〈使用材料〉 混和材 ：電気化学工業社製商品名「デンカΣ1000」主
成分セッコウ その他は実施例１又は実施例２と同様 実施例６ 表−１に示すコンクリートの配合No.XVII〜XXを用い、
混和材を40kg/m³、高性能減水剤Ｇを３重量部配合し、
さらに、配合No.XIXと配合No.XXはチオ硫酸塩Ａを0.2重
量部配合し、振動遠心力成型法で内径60cm、長さ243c
m、厚さ6cmのヒューム管を作った。

鉄筋は実施例４と同様にし、先ず5G程度の低速で型枠を
回転させながらコンクリートを投入し、その後25G程度
の中速回転にすると同時に振巾4mm、振動数2700回／分
の縦振動を90秒加え、その後40Gの回転で遠心力成型を
行った。

材令28日で水圧による内圧試験を行い、管が水圧により
破壊したり、亀裂が入ったりして、水圧が上昇しない時
の最大値、最大水圧を測定した。

また、同一配合のコンクリートを用い、10φ×20cmLの
供試体を振動成型し、同一養生後材令28日の圧縮強度を
測定した。結果を表−７に示す。

〈使用材料〉 混和材 ：大阪セメント社製商品名「ノンクレーブ」主
成分II型無水セッコウ その他は実施例１又は実施例２と同様 〔発明の効果〕 実施例１〜３から、本発明のセメント混和材を使用して
成型した成型体は、 締め固めが良好である。

脱水量が多く、振動成型体より強度が大である。

ことが明らかであり、高性能減水剤を一定量添加してチ
オ硫酸塩の種類と量を変化させた場合は、 チオ硫酸塩の種類による効果には大きな差がない。

チオ硫酸塩の少量添加でも極めて大きな効果を発揮
する。

最適添加量は、セメント100重量部に対して、0.003
〜0.1重量部である。

ことがわかる。

また、チオ硫酸塩を一定として高性能減水剤の添加量を
変化させた場合は、 一定量以上の高性能減水剤で大きな効果を発揮す
る。

実用的又は経済的な高性能減水剤の使用量は、セメ
ント100重量部に対して、0.2〜５重量部である。

ことがわかる。

さらに、実施例４から、本発明の方法によって成型した
ヒューム管は比較例に比べ、脱水量が多く、締め固め状
態も、指で押してもその跡がつかない程強固に締り、管
体強度も大きく、かつ、外圧強度が規格値より約1t/mも
大きいものが得られることがわかる。

実施例５から、本発明の方法によって成型したコンクリ
ートパイルは、比較例に比べ脱水量が大で、その強度は
振動成型体のものより高く、スランプの程度に影響され
ず効果を発揮し、経済的な配合で実施することが可能で
ある。

また、実施例６から、本発明の方法によって成型したヒ
ューム管は比較例に比べ、最大水圧が大きい。

この理由は、製管時に比較例は全く脱水されなかったの
に対し、実施例のヒューム管は脱水量が多く、強度が向
上していることによるものと考えられる。

以上のように、本発明のセメント混和材を使用すること
によって、 1.管内面のモルタル層を締め固め、ノロの発生を低減又
は防止し、混和材の性能を充分に発揮させることができ
る。

2.脱水量を大きくし、遠心力成型体の密実化を促し、強
度を向上させることができる。

3.高性能減水剤の量やスランプの大小に関係なく、遠心
力成型性を向上させ、ヒューム管等では高性能減水剤の
使用によって、単位セメント量や混和材量を減少させ、
経済性を図ることができる。

4.振動遠心力成型においても、脱水を促し、強度を向上
させ、軟かいコンクリートでも充分に成型でき、物性も
劣らないものとすることができる。

等の効果を奏する。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】セメント100重量部に対して、固形分換算
   で0.2〜５重量部の高性能減水剤と、0.001重量部以上、
   １重量部未満のチオ硫酸塩とを有効成分とする遠心力成
   型用セメント混和材。
2. 【請求項２】コンクリートに、コンクリート中のセメン
   ト100重量部に対して、固形分換算で0.2〜５重量部の高
   性能減水剤と、0.001重量部以上、１重量部未満のチオ
   硫酸塩とを有効成分とする遠心力成型用セメント混和材
   を配合し、遠心力成型することを特徴とするコンクリー
   トの遠心力成型体の製造方法。