ポリカルボン酸系高性能減水剤粉末（CAS 25133-97-5）を用いた高層建築プロジェクトにおけるコンクリートのスランプ低下とポンプ詰まりの解決

フィリピンのマニラ首都圏で32階建ての住宅タワー建設プロジェクトを管理していた建設業者は、コンクリート打設に関する問題が繰り返し発生し、構造工事の進捗が遅れ、プロジェクトコストが増加していた。業者は地元のバッチプラントから生コンクリートを調達し、80メートル以上の垂直揚程を持つ単管ポンプで上層階まで送液していた。20階より上層階では、コンクリートがポンプ出口に到達する時点で作業性が不十分で、打設や締固めができず、現場の作業員は柱やスラブの型枠にコンクリートを打設する前に、吐出地点で水を加えて流動性を回復させる必要があった。

課題

排水地点での加水は、当面の作業性の問題解決にはなったものの、当初のスランプ低下よりも深刻な2つの下流問題を引き起こした。まず、制御されていない加水により、打設されたコンクリートの水セメント比が構造仕様の限界値である0.45を超え、上層階に打設されたコンクリートの実際の水セメント比は現場で0.52～0.58であった。完成した上層階スラブから採取したコアサンプルでは、​​圧縮強度が平均28～31MPaであり、仕様要件の最低35MPaを下回っていたため、構造の見直しと複数の柱部材への補修グラウトが必要となった。

第二に、トラックの積載量によって作業性にばらつきがあったため、上階の搬入地点でポンプの詰まりが断続的に発生していました。コンクリートのスランプが100mm未満で到着し、ポンプオペレーターが水を補充するために停止せずにポンプ運転を継続すると、ポンプライン内のコンクリートの詰まりによって圧力が上昇し、ラインが閉塞しました。詰まりを解消するにはポンプラインを部分的に分解する必要があり、通常、1回の詰まりにつき2～3時間かかりました。このプロジェクトでは、6週間の間に7回のポンプ詰まりが発生し、それぞれ半日の生産停止を余儀なくされ、建設スケジュールの遅延をさらに悪化させていました。

根本原因は、バッチプラントで使用されていた混和剤システムにありました。プラントでは、メトロマニラの条件に適した標準配合量のナフタレン系高性能減水剤を使用していましたが、バッチプラントでは160～180mmの適切な初期スランプ値が得られたものの、輸送中やポンプ圧送中に作業性が急速に低下しました。マニラの交通状況では、バッチプラントから現場までの輸送時間は35～45分、さらにポンプ圧送に15～20分かかり、コンクリートが上階の排出地点に到達するまでには時間がかかりました。混合から打設までの総所要時間は常に55～65分で、使用されていた配合量のナフタレン系混和剤の作業可能時間である30～40分を大幅に超えていました。

解決策

構造エンジニアによる調査で上層階部材の圧縮強度不足が指摘された後、請負業者の現場エンジニアがイーストケム社に技術サポートを依頼した。イーストケム社は、バッチプラントの混和剤システムをナフタレン系高性能減水剤からスランプ保持グレードに変更することを推奨した。ポリカルボン酸系高性能減水剤粉末CAS番号25133-97-5は、バッチプラントで溶解され、液体混合物として計量される。

高層コンクリート構造物用のスランプ保持グレードPCE粉末は、セメント粒子に対する持続的な立体障害により、混合後60～90分間、コンクリートの作業性を維持します。これは、同等の水セメント比におけるナフタレンの30～40分という作業性維持時間を大幅に上回ります。セメント重量比0.18%の添加量で、スランプ保持グレードPCEは、バッチプラントでの初期スランプを180～200mmに維持し、上層階ポンプ出口では150～170mmのスランプでコンクリートを供給しました。これは、加水なしでの打設および締固めに許容される範囲内です。

EastChemは、混和剤の切り替えに関してバッチプラントに技術サポートを提供しました。これには、使用されている特定のセメントの種類に応じた配合量の調整、既存の減水剤との適合性検証、およびPCE粉末への切り替えによって、排出時点での加水なしで水セメント比0.42において35MPaの最小圧縮強度仕様が維持されることを確認する試作結果が含まれます。

結果

EastChem PCE粉末への切り替えから2週間以内に、請負業者は上層階の排出地点での現場での加水作業が不要になったと報告した。80メートルの垂直揚程におけるコンクリートの作業性保持は、加水なしでの打設に常に十分であり、新しい混和剤システムを本格的に稼働させた最初の1週間に監視した20台のトラック積載分の平均スランプ値は155～175mmであった。

混合剤の変更後、ポンプの詰まりは完全に解消されました。詰まり解消のための操業停止がなくなったことで、プロジェクト開始後最初の1か月で約4営業日分の生産時間を確保でき、詰まりが頻繁に発生していた期間に蓄積されたプログラムの遅延を部分的に相殺することができました。

混和材変更後に設置された上層階部材のコアサンプル圧縮強度は平均38～42MPaで、仕様の最小値である35MPaを上回り、配合設計における許容範囲内のばらつきでした。構造技術者は、変更日以降に設置されたすべての部材について、追加の調査や補修作業を必要とすることなく、補修審査を完了しました。

その後、バッチプラントはスランプ保持グレードを採用した。PCE粉末同社は、メトロマニラ全域の高層ビル向けコンクリート供給契約における標準混和剤として、この製品を選定し、タワー建設プロジェクトで作業性や強度に関する問題を引き起こしていたナフタレン系システムに取って代わらせた。

お客様の声

上層階のコンクリート打設のたびに水を足して、許容範囲内だと考えていました。しかし、コア検査の結果、そうではないことが判明しました。EastChem社はすぐに混和剤が問題の原因だと特定し、2週間以内に解決策を実施してくれました。変更後、詰まりや強度低下は一切発生していません。

現場技術者、建設請負業者、メトロマニラ、フィリピン

よくある質問

高層建築プロジェクトにおけるコンクリートの圧送作業中に、スランプ値が低下する原因は何ですか？

高層建築プロジェクトにおけるコンクリートのポンプ圧送時のスランプ低下は、バッチプラントから現場までの輸送時間、ポンプラインの摩擦、上層階への吐出までの経過時間といった要因が複合的に作用して発生します。ナフタレン系およびメラミン系高性能減水剤は、セメントの再凝集が静電反発機構を凌駕するため、混合後30～45分以内に作業性を失います。PCE粉末スランプ保持グレードでは、持続的な立体障害により60～90分間作業性を維持し、ほとんどの高層建築プロジェクトにおいて、排出地点での加水を必要とせずに、輸送およびポンプ輸送の全時間をカバーします。

コンクリートの作業性を回復させるために現場で水を加えると、なぜ圧縮強度に問題が生じるのでしょうか？

コンクリート1立方メートルあたり10リットルの水を追加するごとに、水セメント比は約0.02～0.03単位増加し、元の配合設計にもよりますが、28日圧縮強度は3～6MPa低下します。構造仕様で最低35MPaの圧縮強度が要求される高層建築物では、水セメント比を仕様以上に高めるような水の添加が制御されない場合、現場強度が許容基準を下回る可能性があり、構造の見直しや高額な補修工事が必要になる場合があります。

80メートルの垂直圧送において、コンクリートの作業性を維持するには、どのくらいのPCE粉末添加量が必要でしょうか？

60～100メートルの垂直圧送で、輸送時間が35～50分のコンクリートの場合、セメント重量比で0.15～0.25％のスランプ保持グレードPCE粉末（CAS 25133-97-5）を添加することで、排出地点でのスランプ値を150mm以上に維持できます。正確な添加量は、セメントの種類、周囲温度、および初期スランプ目標値によって異なります。本格的な生産を開始する前に、バッチプラントで特定のセメントと配合設計を用いて試験混合を行い、適切な添加量を確認してください。