オートクレーブ養生によるコンクリートの高強度化

オートクレーブ養生による高強度発現の必須条件が11Å Tobermoriteの

生 成5 - 1 ) , 5 - 2 )で あ れ ば ，5 . 3 . 1「 微 細 構 造 」 お よ び5 . 3 . 2「 圧 縮 強 度

と 細 孔 空 隙 」の 結 果 よ り ，11 Å To b e r mo r i t eの 生 成 が 認 め ら れ た 養 生 時 間30 0時 間 の 場 合 が 最 高 強 度 と な る は ず で あ る ． し か し ， 図5 - 2 4 に 示 す

80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180

0 100 200 300

圧縮強度(N/mm2 )

オートクレーブ養生時間(hrs.)

SF0%

SF10%

10

圧縮強度増加 11 Å To b e r m o r i t e

生 成 な し

圧縮強度最高 11 Å To b e r m o r i t e

生 成 量 少 な い

圧縮強度低下 11 Å To b e r m o r i t e

生 成 量 多 い

図5-24 11Å Tobermoriteの生成と圧縮強度の変化

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通 り ，11Å Tobermoriteの 生 成 が 認 め ら れ た 養 生 時 間300時 間 の 圧 縮 強 度 は ， 養 生 時 間100時 間 の 場 合 よ り 低 下 し た ．

こ の こ と か ら ， 地 中 杭 を は じ め と し た コ ン ク リ ー ト 二 次 製 品 の 実 製 造 に お い て は ，2～5時 間 程 度 の オ ー ト ク レ ー ブ 養 生 時 間 し か 実 施 し て い な い こ と を 考 慮 し て も ，11Å Tobermoriteの 生 成 が 高 強 度 コ ン ク リ ー ト 二 次 製 品 の 高 強 度 化 に は 必 須 条 件 で は な い こ と を 示 し ， シ リ カ フ ュ ー ム の 添 加 に よ り 生 成 し たCSHの み で 十 分 な 高 強 度 を 発 現 す る こ と を 示 し た ．

さ ら に ，11Å Tobermoriteも 生 成 は ， 毛 細 管 空 隙 量 を 増 加 さ せ ， 全 空 隙 量 を 増 加 す る こ と で 強 度 を 低 下 さ せ る 要 因 に な る こ と を 示 し た ．

(2) オ ー ト ク レ ー ブ 養 生 に よ る 高 強 度 の 発 現 要 因

オ ー ト ク レ ー ブ 養 生 時 間 が ，実 製 造 の2～5時 間 程 度 な ら び に 第4章 ま で の 検 討 に お け る 数 十 時 間 程 度 の オ ー ト ク レ ー ブ 養 生 に お い て は ， 高 強 度 発 現 の 要 因 がCSHで あ る こ と を 細 孔 空 隙 測 定 な ら び に 走 査 型 電 子 顕 微 鏡 に よ る 生 成 水 和 物 の 形 態 観 察 に よ り 明 ら か に し て い る ．

こ のCSHが 何 型 で あ る か は 今 後 の 検 討 課 題 で あ る が ， 養 生 時 間 が 100時 間 ま で は 生 成 さ れ たCSHに よ っ て ゲ ル 空 隙 が 増 加 し ， 毛 細 管 空 隙 を 充 填 す る こ と で 全 空 隙 量 が 減 少 す る 緻 密 化 に よ っ て 高 強 度 化 す る ． し か し ， 養 生 時 間100時 間 に お い て も 極 微 小 な11Å Tobermoriteの 生 成 が 認 め ら れ て い る こ と か ら ， オ ー ト ク レ ー ブ 養 生 に よ る 高 強 度 化 に は ， こ れ ら が 構 成 す る 最 適 な マ ト リ ッ ク ス が 存 在 す る と 考 え ら れ る ．

H.F.W.Taylorに よ れ ば ，Ca/Siが1.5以 上 の 組 成 と な り ，CSH(Ⅰ ま た は Ⅱ)と は 別 のCSHが 存 在 す る と し て お り ， こ れ をTobermorite gelと 称 し て い る^{5 - 8 )}．H.F.W.Taylor^{5 - 9 )}は ，図5-25に 示 すTobermorite系CSH相 のX線 回 折 図 形 を 示 し て い る ． こ こ で 示 さ れ て い るTobe r mo ri t e ge l の 回 折 ハ ロ ー は ，回 折 角30°(220面 お よ び400面)お よ び50°(040面)付 近 と し て い る ．

- 161 - 0

200 400 600 800 1000 1200 1400

5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60

強度(cps)

2θ/°(CuKα)

W/C30%-SF10%-180℃

300時間 100時間 10時間

図5-26 オートクレーブ養生時間の違いによる粉末Ｘ線回折図

(シリカフューム添加率10%)

そ こ で ， 本 実 験 に お け る 粉 末X線 回 折 結 果 を 図5-26に 示 す ． こ の 結 果 に よ れ ば ， セ メ ン ト 水 和 物 や 石 英 と 回 折 ピ ー ク が 重 な る た め ， 本 研 究 に お け る 判 断 は 困 難 で あ る ． し か し ， こ れ ら 対 象 と な る 回 折 角 に 回 折 ピ ー ク ま た は ハ ロ ー 認 め ら れ ， オ ー ト ク レ ー ブ 養 生 の 進 行 に 伴 い 生 成 量 が 増 加 す る 水 和 物 の 存 在 を 示 し て お り ，CSH(Ⅰ ま た は Ⅱ) は ，C3SやC2Sの 水 和 に よ っ て 得 ら れ る 準 安 定 相 で あ り ， 最 終 的 に は 11Å Tobermoriteに 変 化 し な い こ と か ら ，11Å Tobermoriteの 基 と な る 結 晶 性 の 高 い ま た は 準 結 晶 性 の 水 和 物 の 存 在 が あ る と 推 察 し た ．

図5-25 トバモライト系C-S-H相のＸ線回折図形^5-9)

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さらに，本実験におけるオートクレーブ養生時間100時間の場合におい

て，粉末X線回折による回折角7.8°(002面)において11Å Tobermoriteの回折 ピークが若干認められ，走査型電子顕微鏡による形態観察においても極微 量の11Å Tobermorite が観察されたこと，EPMA分 析 に よ っ てCa/Si比 が 約1.4～1.6程 度 を 示 し た こ と を 考 慮 す る と ，H.F.W.Taylorが 示 し た Tobermorite gelとCSHの 混 相 こ そ が ， オ ー ト ク レ ー ブ 養 生 に よ る 高 強 度 発 現 の 要 因 と な る 仮 説 を 立 て た ．

こ こ で ，そ の 仮 説 を も と と し たTobermorite gelとCSHの 混 相 お よ び 11Å Tobermoriteの 生 成 に よ る ， オ ー ト ク レ ー ブ 養 生 に よ る 高 強 度 の 発 現 過 程 を 図5-27に ， そ の モ デ ル 図 を 図5-28に 示 す ．

圧縮強度

増進：↗ 最高：→ 低下：↘

Tobermorite gel 11Å Tobermorite Tobermorite gel

CSH CSH

Ca/Si＝大きい Ca/Si＝小さい

水熱反応の進行

CSH

(a)

(d)

(b)

オートクレーブ養生時間 3時間

オートクレーブ養生時間 10～72時間

オートクレーブ養生時間 100時間

オートクレーブ養生時間 300時間以上

図5-27 オートクレーブ養生によるコンクリートの高強度の発現過程

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本 実 験 に お い て ， 実 製 造 条 件 と な る オ ー ト ク レ ー ブ 養 生 時 間 が3時 間 の 場 合 に お い て は ， 約50年 前 に 総 説 さ れ た 竹 本^{5 - 1 )}， 須 藤^{5 - 2 )}ら に よ る オ ー ト ク レ ー ブ 養 生 に よ る コ ン ク リ ー ト の 高 強 度 化 に は 必 須 条 件 と さ れ て き た11Å Tobermoriteは 生 成 し て お ら ず ，CSHの 生 成 の み で 高 強 度 化 し て い る こ と を 確 認 し て い る ． さ ら に ， オ ー ト ク レ ー ブ 養 生 を300時 間 ま で 実 施 す る こ と で ， 強 制 的 に 生 成 し た11Å Tobermoriteに よ っ て 毛 細 管 空 隙 が 増 え ， 全 空 隙 が 増 加 す る こ と で 圧 縮 強 度 が 低 下 す る こ と を 明 ら か に し て い る ． し か し ， 実 用 的 な 範 囲 で は な い が ， 養 生 時 間 が100時 間 の 場 合 に お い て 最 高 圧 縮 強 度 が 得 ら れ て い る ．こ の こ と は ，(2)「 オ ー ト ク レ ー ブ 養 生 に よ る 高 強 度 の 発 現 要 因 」 で 述 べ た 通 り ， 生 成 さ れ る 水 和 物 で 構 成 す る 最 適 な マ ト リ ッ ク ス が 存 在 す る こ と を 意 味 し て お り ， 本 研 究 に お い て は ，H.F.W.Taylorが 示 し た Tobermorite gelとCSHの 混 相 が ， 最 大 の 圧 縮 強 度 を 得 る マ ト リ ッ ク ス で あ る と 位 置 付 け た ．Tobermorite gelに つ い て は よ り 詳 細 な 検 討 が 必 要 で 今 後 の 検 討 課 題 で も あ る が ，Tobermorite gel は11Å Tobermorite の 生 成 の も と と な る 比 較 的 結 晶 性 の 高 い ゲ ル で あ り ， こ れ を 多 く 生 成 さ せ る こ と が ， オ ー ト ク レ ー ブ 養 生 に よ る コ ン ク リ ー ト の 更 な る 高 強 度 化 へ と 導 く も の と 考 察 し た ．

十分な強度発現性 11Å Tobermorite強度低下 CSH(Ⅰ)

Tobermorite gel

従来の製造条件 提案した製造条件

11Å Tobermoriteの 生成を目的とした

過度な製造条件 最高強度

緻密化

超緻密化

粗大化

図5-28 オートクレーブ養生によるコンクリートの高強度発現のモデル図

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