JPH08500814A - 著しい圧縮抵抗性と破壊エネルギーとを有するコンクリート部材を製造する方法と組成物、およびそれにより得られる部材 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は少なくとも４００ＭＰａの圧縮抵抗値と少なくとも１０００Ｊ／ｍ²の破壊エネルギーとを有するコンクリートの製造に関する。実質的にセメント、細砂、不定形シリカ、粉砕石英、スチールウール、流動化剤および水を特定の割合で含む混合物を混練し、固化後に、このコンクリートを少なくとも２５０℃の温度で焼成する。図面は本発明に従うコンクリートの微細構造を示す顕微鏡写真である。本発明は、特に鋼鉄の代替となるコンクリート部材、例えばプレストレスドケーブルのアンカーヘッド部材を製造するためのものを提供する。

Description

【発明の詳細な説明】著しい圧縮抵抗性と破壊エネルギーとを有するコンクリート部材を製造する方法 と組成物、およびそれにより得られる部材 本発明は４００ＭＰａ以上の圧縮強度と１，０００Ｊ／ｍ²以上の破壊エネル ギーを有し、予備成形または現場成形されたコンクリート部材の製造に関する。 本発明によれば、上記の成果を得るために、重量部をｐで表す下記の成分： ａ）１００ｐのポルトランドセメント； ｂ）３０ｐないし１００ｐの、または好ましくは４０ｐないし７０ｐの、少な くとも１５０μｍの粒径を有する紬砂； ｃ）１０ｐないし４０ｐの、または好ましくは２０ｐないし３０ｐの、０．５ μｍ未満の粒径を有する不定形シリコン； ｄ）２０ｐないし６０ｐの、または好ましくは３０ｐないし５０ｐの、１０μ ｍ未満の粒径を有する粉砕石英； ｅ）２５ｐないし１００ｐの、または好ましくは４５ｐないし８０ｐの、スチ ールウール； ｆ）流動化剤； ｇ）任意的な他の添加剤； ｈ）１３ｐないし２６ｐの、または好ましくは１５ｐないし２２ｐの水；から なる組成物を混合により調製し、次いで固化の後、このコンクリートを２５０℃ またはそれ以上の温度において十分な時間硬化してセメント水和生成物をゾノト ライト（xonotlite）型の結晶性水和物に転化し；これにより実質的に全ての遊 離水と吸着水および化学的結合水の少なくとも大部分を除去する。 砂骨材、特にケイ酸質の砂の使用は、骨材／セメント、シリカおよび水のぺー スト界面に高い結合強度を与える。 コンクリートはオートクレーブ中で硬化すると、（ＣａＯ ＳｉＯ₂，Ｈ₂Ｏ） 型のコンクリートの不定形水和物が（ＣａＯ）₅（ＳｉＯ２）₆，（Ｈ₂Ｏ）₅の式 で表されるトベルモライト（tobermorite）として知られる結晶性水和物に転化 し得ることが知られている。しかしこの技術は、トベルモライトが（ＣａＯ）₆ （ＳｉＯ₂）₆（Ｈ₂Ｏ）₁の式で表されるゾノトライトより５倍も多くの水を含む ために上記課題を満足に解決するものとなっていない。 これに加えて本発明は、セメントの水和生成物の転化が圧力と湿度とが大気条 件下にありながら単に加熱するだけで達成される方法を提供しようとするもので ある。 本発明の好ましい具体例においては、（水銀多孔率計で測定して）０．０１ｃ ｍ³／ｇ未満の積算多孔率を有し、粉砕石英と、鋼鉄削り屑を粉砕して構成され たスチールウールを含みかつ固化後に、圧力と湿度が大気条件下において、十分 な時間を要して２５０℃以上、そして好ましくは４００℃以上の温度で硬化され 、セメント水相生成物がゾノトライト型の結晶性水和物に転化したコンクリート が製造される。 加熱の間に発生する水蒸気は、コンクリートの多孔率が低いためにその中に残 留する。粉砕石英は、不定形水相物よりＣａＯに富んだ結晶性水和物の生成を促 し、またスチールウールは、多孔中の水蒸気圧が最高になったとき変性過程にあ るマトリクスに十分な強度を付与する。 上記の条件下に、捕捉された水蒸気は、コンクリートの中で不定形または半結 晶性水和物をゾノトライトの結晶に転化するのに必要な水熱条件に達する。 硬化は一般に数時間を要して終了する。 熱硬化の典型的な進行状況を図１に示す。 実際上、硬化の進行はより高い温度を用いることによって促進することができ る。 好ましい具体例において、本発明の方法は更に以下の１またはそれ以上の特徴 を提供する： −重量で０．６ｐまたは好ましくは少なくとも１．４ｐのスーパー可塑剤を組成 物に加えること。 −スチールウールとして、１ｍｍないし５ｍｍ（粉砕機の切断格子の寸法）に粉 砕した鋼鉄削り屑から製造したものを用いること。 −ＣＰＡ、ＰＭＥＳまたはＨＴＳ（高シリカモジュラスセメント）型のポルトラ ンドセメントを用いること。 −用いる細砂の粒径が８００μｍ未満、更に好ましくは１５０−４００μｍの範 囲内であること。 −コンクリートが固化中に５ＭＰａ以上の、好ましくは５０ＭＰａ以上の圧縮圧 で加圧されること。 直径が約５００μｍより小さく、長さが４ｍｍ−２０ｍｍの範囲である円筒状 のかつ平滑な金属繊維がこの組成物に加えられたときは、相当程度に曲げ抵抗性 と破壊エネルギーが改善される。すなわち、１４１ＭＰａの曲げ強度と３０００ ０Ｊ／ｍ²の破壊エネルギーが得られている。 この値は、通常のコンクリートで得られる値より２００倍以上高く、また本発 明に従いただし金属繊維を含まないコンクリートについて得られる値より１５倍 以上高い。この高い破壊エネルギー値は、素材に重要な柔軟性（ductility）を 付与する。 以下に図面を用いて本発明の実施例を示す。添付の図面において： −図１は、硬化進行状況のグラフである； −図２は、本発明に従うコンクリート部材の水の減量の、硬化温度の関数として の曲線である； −図３は、本発明に従うコンクリート部材の圧縮抵抗の、残留水比の関数として の曲線である； −図４は、本発明に従うコンクリートの微細構造の走査型電子顕微鏡写真図であ る、また −図５は、ケーブルをプレストレスするための、本発明に従って得られるアンカ ーヘッド部材の外観図である。実施例１ １００重量部（ｐ）のポルトランドセメント当り、以下の割合で成分を混合し 実施例のコンクリートを調製した； ５０ｐの細砂（粒径１５０μｍないし４００μｍ）； ２３ｐの不定形シリカ（粒径０．５μｍ未満）； ３９ｐの粉砕石英（粒径１０μｍ未満）； ２ｐのスーパー可塑剤（乾燥抽出物）； ６３ｐの３ｍｍ（粉砕機における切断格子の寸法）に粉砕されたＡＩＳＩ４３ ０ステンレス鋼削り屑（ジェルボア（Gervois）社販売）；および １８ｐの水。 上記のスーパー可塑剤は例えばポリアクリレート、メラミン、またはナフタレ ン型のものであった。 これらの試料を異なる温度で硬化し、種々の試験片の乾燥度を測定した。図２ の結果から、２２０℃まで、および２５０℃以上の硬化温度では乾燥度の増加が 僅かであることがわかる。一方、２３０℃ないし２４０℃の範囲では乾燥が急激 である。この温度は、不定形、半結晶性およびトベルモライト水和物がゾノトラ イトに転化したことに対応している。 従って転化が完全に起こることを可能にするためには、試料を２５０℃以上の 温度で硬化させるべきである。 硬化条件は、鋼鉄削り屑が高水準の湿度を伴う高温度条件に曝される結果をも たらす。セメントのマトリクス中に閉じ込められているにもかかわらず、カーボ ン鋼削り屑は激しく腐食される。このような腐食がもたらす酸化鉄は試料の表面 からも観察できる。しかし、ステンレス鋼削り屑を用いれば腐食は著しく抑制さ れ錆の痕跡が表面に全く現れない。 本発明のコンクリートの機械的性能は、型の中での固化の前または途中に、５ ＭＰａないし５０ＭＰａの範囲内にある圧縮圧力を施すことによって改善するこ とができる。 この加圧の目的は、空気を含むことによる試料の多孔性を排除し、また圧縮によ って生コンクリートの含水率を低減することにある。 例えば、下表の結果が観察された。 円筒を用いる測定で、市販のコンクリートの２８日目における抵抗値を評価し た。普通コンクリートの圧縮強度は２５ＭＰａないし４５ＭＰａの範囲内にある 。いわゆる「高性能」コンクリートは５０ＭＰａないし６０ＭＰａの範囲内の強 度を有する。いわゆる「超高性能」コンクリートは１００ＭＰａを僅かに越える か越えないか程度の強度を有する。 本発明のコンクリートについて得られた抵抗値は、４００ＭＰａないし６８０ ＭＰａの範囲内にある。 ノッチ付きの４ｃｍ×４ｃｍ×１６ｃｍ試験片についての３点曲げ試験では、 １，２００Ｊ／ｍ²ないし１，８００Ｊ／ｍ²の範囲内にある破壊エネルギーを測 定することができる。これに対して、普通コンクリート、高性能コンクリート、 および超高性能コンクリートはいずれも１５０Ｊ／ｍ²未満の破壊エネルギーを 有する。 直径７ｃｍ、高さ１４ｃｍの円筒状試料について試験したところ、加圧され４ ００℃で硬化された試料は下記の結果を与えた。 図４は本発明の破壊されたコンクリートの微細構造の走査型電子顕微鏡写真で ある。 破壊はペースト−骨材界面からある距離を隔てて起こっていることが観察でき る。これは、この界面における高い結合強度を示している。 本発明に従って得られたコンクリートは、鋼鉄の代替として：ケーブルをプレ ストレスするためのアンカーへッド部材、発射体からの衝撃に対する防御板、… に用いることができる。実施例ＩＩ 破裂の機構に関する評価。 本発明のコンクリートの非常に高い引張強度は鋼鉄繊維の添加によって、また 熱処理によって得られる。 破裂の機構に関して素材を評価するために、曲げ試験にかける元試料が必要で ある。 下記重量割合で成分を混合してコンクリートの各試料を調製した。 ポルトランドセメント、Ｖ型 １ シリカ（平均直径０．５μｍ） ジルコニウム工場で得られたもの ０．２３ 粉砕石英（平均直径４μｍ） ０．３９ 砂（最大平均直径０．５ｍｍ） ０．５ スチールウール（実施例Ｉと同様のもの） ０．２５ 鋼鉄繊維（長さ１２．５ｍｍ、直径０．１５ｍｍ） ０．４ スーパー可塑剤（乾燥抽出物） ０．０２ 水 ０．２Ｌ スーパー可塑剤はポリアクリレートである。 混合物は高性能実験室混合機で調製する。繊維とスチールウールの添加は注意 深く行われなければならない。繊維の凝集物は素材に構造破壊を起こす主な欠陥 をもたらす。 コンクリートは、５０Ｈｚの周波数で振動しながらプリズム状の型に充填する 。 曲げによる引張強度の評価に必要な無圧縮試料は、４×４×１６ｃｍの標準寸 法を有する。破壊エネルギー評価のための試料は、７×７×２８の寸法を有する 。固化中に圧縮されたプリズム状試料の寸法は３×３×１２ｃｍである。５８１ バールの圧力が施される。 離型後、各試料は９０℃で硬化され次いで２５０℃で硬化される。 引張抵抗値は３点曲げ試験で測定される。 破壊エネルギーは、ノッチ付き試片について測定される。この試験は、偏差の 測定と、破壊エネルギーに対応する応力−変形曲線の下での表面の計測を可能に する適用強度の測定を必要とする。 結果を下に示す。 実施例ＩＩＩ ケーブルをプレストレスするためのアンカーヘッド部材。 本発明に従うコンクリートを、型枠として用いる鋼鉄製の外側が円錐形の環状 の型に注入して、２２Ｔ１５をプレストレスするのためのコンクリートアンカー ヘッド部材を形成した（図５）。 アンカーヘッド部材に用いるコンクリートは下記の成分からなるものである。 ポルトランドセメントＶ型 １ シリカ微粉（平均直径０．７μｍ） ０．２３ 粉砕石英（平均直径１０μｍ） ０．３９ 砂（平均直０．２５ｍｍ） ０．５ スチールウール（実施例Ｉと同様のもの） ０．６３ スーパー可塑剤（乾燥抽出物） ０．２６ 水 ０．２Ｌ スーパー可塑剤はポリアクリレートである。 高性能混合機が最も微紬な添加素材の脱凝集を促進する。この混合は以下の手 順に従って６分間行われ、これは四つの主な過程に分割される。 ０分 乾燥成分（繊維を除く）の混合開始 １分３０秒 水と半量のスーパー可塑剤の添加 ２分３０秒 残り半量のスーパー可塑剤の添加 ４分 繊維の添加 ６分 混合終了 鋼鉄製円錐状円筒と型底とケーブルの通路のための切り取られた円錐状の保持 部とからなる金属製の型が振動下にコンクリートで充される。 型の充填後、混合物はコンクリートが固化するまで圧縮される。施こす圧力は 約５００バールである。 型底と保持部に用いた円錐状部材を取り外してアンカー部材を離型する。離型 されたアンカー部材は、９０℃の中間過程からなる硬化サイクルと次いで２５０ ℃におけるサイクルにもたらされる。 対応する対照試料について測定した圧縮抵抗値は６００ＭＰａ以上、最大６７ ３ＭＰａの結果を与えた。 ケーブルをプレストレスするためのコンクリートアンカー部材は多くの改善を もたらす： −伝統的な鋼鉄製部材の成形加工に関して重要な節減がなされる、 −従来技術に比べ挟持チャックの接触が改善される、 −ある種の伝統的な鋼鉄製アンカー部材よりアンカーヘッド部材の合計重量がか なり軽減され、作業現場での使用に好適となる。 本発明は上記実施例に限定されるものではない。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ Ｃ０４Ｂ 14:48 Ａ 7:24） (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，Ｍ Ｃ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＡＵ，ＣＡ，ＦＩ，ＪＰ，Ｋ Ｒ，ＮＯ，ＲＵ (72)発明者 ドュガ，ジェローム アントワーヌ フランス国 78180 モンテニィ‐ル‐ブ レトーニュ リュ アルフレ ノベル １

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】１． ４００ＭＰａ以上の圧縮抵抗値と１，０００Ｊ／ｍ²以上の破壊エネルギ ーとを有するコンクリートを製造するに際して、重量部（ｐ）で表す下記の割合 で下記の成分： ａ）１００ｐのポルトランドセメント； ｂ）３０ｐないし１００ｐ、好ましくは４０ｐないし７０ｐの、少なくとも１ ５０μｍの粒径を有する紬砂； ｃ）１０ｐないし４０ｐ、好ましくは２０ｐないし３０ｐの、０．５μｍ未満 の粒径を有する不定形シリカ； ｄ）２０ｐないし６０ｐ、好ましくは３０ｐないし５０ｐの、１０μｍ未満の 粒径を有する粉砕石英； ｅ）２５ｐないし１００ｐＮ好ましくは４５ｐないし８０ｐの、スチールウー ル； ｆ）流動化剤； ｇ）任意的な他の添加剤； ｈ）１３ｐないし２６ｐ、好ましくは１５ｐないし２２ｐの水；を含む組成物 を混合する過程と、固化後のコンクリートを、ほとんど全ての遊離水と吸着水お よび化学的結合水の少なくとも大部分を除去するために、少なくとも２５０℃の 温度において、セメント水和生成物がゾノトライト（xonotlite）型の結晶性水 和物に転化するに十分な時間をかけて硬化する過程とからなる方法。２． 細砂が最大でも８００μｍの粒径を有するものである請求項１に記載の方 法。３． 細砂が１５０−４００μｍの範囲内の粒径を有するものである請求項２に 記載の方法。４． スチールウールが１ｍｍないし５ｍｍ（粉砕機の切断格子の寸法）に粉砕 された鋼鉄削り屑である請求項１ないし３のいずれか１項に記載の方法。５． ステンレス鋼ウールを用いる請求項１および４のいずれかに記載の方法。６． 上記組成物が重量で少なくとも０．６ｐ、好ましくは少なくとも１．４ｐ のスーパー可塑剤を含むものである請求項５に記載の方法。７． 砂組成物が更に４ｍｍ−２０ｍｍの範囲、好ましくは１０ｍｍ−１４ｍｍ の範囲内の長さと、約５００μｍより小さく、好ましくは１００−２００μｍの 範囲内の直径を有する円筒状でかつ平滑な金属繊維からなり、この繊維の容量が 固化後のコンクリートの容量の１ないし４％、好ましくは２ないし３％である請 求項１ないし６のいずれか１項に記載の方法。８． 前記組成物が実質的に重量でポルトランドセメントの１００ｐ当り：５０ ｐの砂、２３ｐのシリカ、３９ｐの石英、２ｐのスーパー可塑剤、６３ｐのスチ ールウール、および１８ｐの水を含むものである請求項１ないし７のいずれか１ 項に記載の方法。９． コンクリートを、大気圧および大気湿度において２５０℃以上または好ま しくは４００℃以上の温度で硬化する請求項１ないし８のいずれか１項に記載の 方法。１０. 生コンクリートに、固化中に、５ＭＰａ以上、または好ましくは５０Ｍ Ｐａ以上の圧力を施す請求項１ないし９のいずれか１項に記載の方法。１１． 前記請求項１ないし８のいずれかｌ項に記載のコンクリートを製造する ための組成物。１２． 前記請求項１ないし１０のいずれか１項に記載の方法により製造された コンクリート部材。