モルタル又はコンクリートの製造方法、及びモルタル又はコンクリートの断熱温度上昇速度の予測方法
【課題】モルタル又はコンクリートの断熱温度上昇速度を迅速に予測できる方法を提供すること。
【解決手段】セメントクリンカー又は当該セメントクリンカーを含むセメントの粉末Ｘ線回折結果をプロファイルフィッティング法により解析して、セメントクリンカーに含まれるクリンカー鉱物の結晶情報を得る第一工程と、結晶情報を基に、セメントクリンカーを含むセメントから得られるモルタル又はコンクリートの断熱温度上昇速度ｖを予測する第二工程と、を有するモルタル又はコンクリートの断熱温度上昇速度の予測方法。
【解決手段】セメントクリンカー又は当該セメントクリンカーを含むセメントの粉末Ｘ線回折結果をプロファイルフィッティング法により解析して、セメントクリンカーに含まれるクリンカー鉱物の結晶情報を得る第一工程と、結晶情報を基に、セメントクリンカーを含むセメントから得られるモルタル又はコンクリートの断熱温度上昇速度ｖを予測する第二工程と、を有するモルタル又はコンクリートの断熱温度上昇速度の予測方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モルタル又はコンクリートの製造方法、及びモルタル又はコンクリートの断熱温度上昇速度の予測方法に関する。より詳しくは、セメントの粉末Ｘ線回折結果を、プロファイルフィッティング法により解析し、これから得られるクリンカー鉱物の結晶情報に基づき、モルタル又はコンクリートの断熱温度上昇速度を予測する方法及び製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、コンクリートの温度ひび割れ防止の観点から、断熱温度上昇特性の制御に関する関心が高まっている。このため、製造したセメントを用いてコンクリートを作製した場合の断熱温度上昇速度がどの程度の値になるのかを把握することが重要であると考えられている。コンクリート工学協会では、コンクリートの断熱上昇特性を、下記式で表わすことが提案されている（非特許文献１）。
Ｑ（ｔ）＝Ｑ∞（１−ｅｘｐ（−γ（ｔ−ｔ０）））
上式中、Ｑ（ｔ）は断熱温度上昇量（℃）を示し、Ｑ∞は終局の断熱温度上昇量（℃）を示し、ｔは材齢（日）を示し、ｔ０は発熱開始材齢（日）を示し、γは断熱温度上昇速度に関する定数を示す。
【０００３】
しかしながら、上記式を用いた従来の方法でコンクリートの断熱温度上昇特性を調べる場合は、コンクリートを練って試料を調製して測定する必要がある。このため、多大な労力を要するうえに、普通セメントの場合には測定に３日間も所要してしまう。このような事情の下、モルタルの断熱温度上昇特性を予測する方法が提案されている（非特許文献２参照）。この方法は、上述の従来の方法ほどの労力を必要としないため、有用な予測方法であるといえる。
【０００４】
ところで、特許文献１では、セメント又はセメントクリンカーの粉末Ｘ線回折結果をプロファイルフィッティング法により解析し、これから得られる結晶情報をもとに、セメントの品質変化を予測する方法が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−２１４８９１号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】「コンクリート標準示方書［施工編］（2002）」、土木学会
【非特許文献２】丸屋英二ほか、「少量サンプル用断熱熱量計によるセメントの品質管理手法の開発」、セメント・コンクリート論文集、Ｎｏ．６１、ｐ．８６−９２（２００７）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
非特許文献２に記載された方法で断熱温度上昇特性を測定する場合、モルタルの温度上昇がゆるやかになるまで測定する必要がある。このため、測定に２日間以上も所要してしまう。
【０００８】
一方、特許文献１に開示されたセメントの品質予測方法は、セメントの凝結時間及びモルタル圧縮強さを予測するものであり、モルタル又はコンクリートの断熱温度上昇特性を予測するものではない。
【０００９】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、モルタル又はコンクリートの断熱温度上昇特性のうち、断熱温度上昇速度を迅速に予測することが可能な予測方法を提供することを目的とする。また、ひび割れ等の発生を抑制することによって、耐久性が向上したモルタル又はコンクリートの製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明者等は、上記目的を達成するため、セメントのキャラクターによりクリンカー鉱物の結晶情報が変化することに着目し、断熱温度上昇速度を予測するために、クリンカー鉱物の結晶情報と、そのセメントを用いたモルタル又はコンクリートの断熱温度上昇速度に関する定数γとの関係を解析した。その結果、クリンカー鉱物の結晶情報と、モルタル又はコンクリートの断熱温度上昇速度に関する定数γとの間に密接な関係があることを見出した。
【００１１】
すなわち、本発明は、セメントクリンカー又は当該セメントクリンカーを含むセメントの粉末Ｘ線回折結果をプロファイルフィッティング法により解析して、セメントクリンカーに含まれるクリンカー鉱物の結晶情報を得る第一工程と、結晶情報を基に、セメントクリンカーを含むセメントから得られるモルタル又はコンクリートの断熱温度上昇速度ｖを予測する第二工程と、を有するモルタル又はコンクリートの断熱温度上昇速度の予測方法を提供する。
【００１２】
本発明によれば、モルタル又はコンクリートの断熱温度上昇速度ｖを測定するための試料を調製することなく、モルタル又はコンクリートの断熱温度上昇速度ｖを迅速に予測することができる。
【００１３】
本発明の予測方法において、第一工程におけるプロファイルフィッティング法がリートベルト解析法又はＷＰＦ解析法であり、結晶情報が斜方晶アルミネート相のｂ軸長であることが好ましい。
【００１４】
このように、リートベルト解析法又はＷＰＦ解析法を用いることによって、より短時間でセメントの粉末Ｘ線回折結果を解析することができる。また、結晶情報として斜方晶アルミネート相のｂ軸の長さ（ｂ軸長）を採用することによって、断熱温度上昇速度に関する定数γを高い精度で予測し、モルタル又はコンクリートの断熱温度上昇速度ｖを予測することができる。
【００１５】
本発明の予測方法における第二工程では、斜方晶アルミネート相のｂ軸長を独立変数とし、断熱温度上昇速度に関する定数γの実測値を従属変数とする回帰分析によって求めた下記式（１）と、下記式（２）及び下記式（３）とを用いて、モルタル又はコンクリートの断熱温度上昇速度ｖを予測することが好ましい。
γ＝Ａ×（斜方晶アルミネート相のｂ軸長）＋Ｂ （１）
Ｑ（ｔ）＝Ｑ∞（１−ｅｘｐ（−γ（ｔ−ｔ０））） （２）
ｖ＝ｄＱ（ｔ）／ｄｔ （３）
上記式（１）中、γは断熱温度上昇速度に関する定数を示し、係数Ａは０を超え且つ４００以下の範囲の数値を示し、係数Ｂは０〜−４００の範囲の数値を示し、斜方晶アルミネート相のｂ軸長は１．０６５〜１．０８５ｎｍである。また、上記式（２）中、Ｑ（ｔ）は断熱温度上昇量（℃）を示し、Ｑ∞は終局の断熱温度上昇量（℃）を示し、ｔは材齢（日）を示し、ｔ０は発熱開始材齢（日）を示す。
【００１６】
このように、斜方晶アルミネート相のｂ軸長と断熱温度速度に関する定数γの実測値との回帰分析によって求めた回帰式である上記式（１）を用いることによって、モルタル又はコンクリートの断熱温度上昇速度に関する定数γを一層高い精度で予測することが可能となり、当該定数γを用いて断熱温度上昇速度を高い精度で予測することができる。
【００１７】
本発明において、セメントにおけるＮａ２Ｏ含有量は０．１０〜０．４０質量％であることが好ましい。Ｎａ２Ｏの含有量が上記範囲にあれば、モルタル又はコンクリートの断熱温度上昇速度に関する定数γを一層高い精度で予測することができる。
【００１８】
本発明ではまた、セメントクリンカー又は当該セメントクリンカーを含むセメントの粉末Ｘ線回折結果をプロファイルフィッティング法により解析して、セメントクリンカーに含まれるクリンカー鉱物の結晶情報を得る第一工程と、結晶情報を基に、セメントクリンカーを含むセメントから得られるモルタル又はコンクリートの断熱温度上昇速度ｖを予測する第二工程と、セメントと骨材と水とを練り混ぜてモルタル又はコンクリートを得る第三工程と、を有する、モルタル又はコンクリートの製造方法を提供する。
【００１９】
本発明のモルタル又はコンクリートの製造方法によれば、所望の断熱温度上昇速度ｖを有するモルタル又はコンクリートを容易に製造することができる。このような製造方法で製造されたモルタル又はコンクリートは、断熱温度上昇速度ｖを制御することによって、ひび割れ等の発生を十分に抑制することができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、モルタル又はコンクリートの断熱温度上昇速度を迅速に予測することが可能な予測方法を提供することができる。また、ひび割れ等の発生を抑制することによって、耐久性が向上したモルタル又はコンクリートの製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】斜方晶アルミネート相のｂ軸長と断熱温度上昇速度に関する定数γの実測値から求めた回帰直線と、当該斜方晶アルミネート相を有するセメントから得られたモルタルの断熱温度上昇速度に関する定数γの実測値とを併せて示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明のモルタル又はコンクリートの断熱温度上昇速度の予測方法に係る好適な実施形態について説明する。
【００２３】
本実施形態のモルタル又はコンクリートの断熱温度上昇速度の予測方法は、セメントクリンカー又はセメントクリンカーを含むセメントの粉末Ｘ線回折結果をプロファイルフィッティング法により解析して、セメントクリンカーに含まれるクリンカー鉱物の結晶情報を得る第一工程と、結晶情報を基に、セメントから得られるモルタル又はコンクリートの断熱温度上昇速度に関する定数γを予測することで断熱温度上昇速度ｖを予測する第二工程と、を有する。以下、各工程の詳細について説明する。
【００２４】
第一工程は、セメントクリンカー又は当該セメントクリンカーを含むセメントの粉末Ｘ線回折結果をプロファイルフィッティング法により解析して、セメントクリンカーに含まれるクリンカー鉱物の結晶情報を得る工程である。
【００２５】
セメントクリンカーは、石灰石、硅石、石炭灰、高炉スラグ、建設発生土、下水汚泥及び鉄源からなる群より選ばれる少なくとも１種の原材料を所定の比率で配合して得られる原料を、所定の焼成条件で焼成し、クリンカークーラーで冷却されることによって調製される。本実施形態の予測方法においては、公知のセメントクリンカーを用いることができる。
【００２６】
セメントとしては、セメントクリンカーを含む、普通ポルトランドセメント、早強ポルトランドセメント、中庸熱ポルトランド等の各種ポルトランドセメントや、高炉セメント、シリカセメント、フライアッシュセメントなどが挙げられる。このようなセメントは、例えば、セメントクリンカーと石膏等を混合し粉砕することによって得られる。以下に、セメントクリンカー及びセメントの製造方法の一例を説明する。
【００２７】
まず、上述のセメントクリンカーの各原材料を、例えばボールミル等で混合してセメントクリンカーの原料を調製する。このように混合して得られる原料を、サスペンションプレヒータ及びロータリーキルン等を用いて焼成する。焼成温度は、例えば１０００〜１５００℃、焼成帯の滞留時間は、例えば２０分間〜２時間とすることができる。
【００２８】
例えば、セメントクリンカーの原料原単位としては、石灰石を好ましくは７００〜１４００ｋｇ／Ｔ−クリンカー、より好ましくは８００〜１３００ｋｇ／Ｔ−クリンカー、硅石を好ましくは４０〜１５０ｋｇ／Ｔ−クリンカー、より好ましくは５０〜１２０ｋｇ／Ｔ−クリンカー、石炭灰を好ましくは０〜２００ｋｇ／Ｔ−クリンカー、より好ましくは５０〜１５０ｋｇ／Ｔ−クリンカー、高炉スラグを好ましくは０〜１００ｋｇ／Ｔ−クリンカー、より好ましくは０〜５０ｋｇ／Ｔ−クリンカー、鉄源を好ましくは３０〜８０ｋｇ／Ｔ−クリンカー、より好ましくは４０〜６０ｋｇ／Ｔ−クリンカー、建設発生土を好ましくは０〜１００ｋｇ／Ｔ−クリンカー、より好ましくは２０〜８０ｋｇ／Ｔ−クリンカー、及び下水汚泥を好ましくは０〜１００ｋｇ／Ｔ−クリンカー、より好ましくは３０〜７０ｋｇ／Ｔ−クリンカーとすることができる。なお、「原料原単位」とは、セメントクリンカーを１トン製造するにあたり、使用される各原材料の質量（ｋｇ／Ｔ−クリンカー）をいう。
【００２９】
次に、上述のようにして調製したセメントクリンカーと石膏とを混合して粉砕し、セメントを調製する。混合及び粉砕は、ボールミルなどの通常の粉砕機及びセパレータなどの通常の分級機を用いて行うことができる。セメントクリンカーと石膏との混合比率も、通常の比率とすることができる。石膏としては、二水石膏、半水石膏又は無水石膏を使用することができる。
【００３０】
セメントに含まれるセメントクリンカーは、クリンカー鉱物として、エーライト相（Ｃ３Ｓ）、ビーライト相（Ｃ２Ｓ）、アルミネート相（Ｃ３Ａ）及びフェライト相（Ｃ４ＡＦ）などを含む。また、アルミネート相には、結晶系の異なる立方晶アルミネート相及び斜方晶アルミネート相が含まれる。
【００３１】
モルタル又はコンクリートの断熱温度上昇速度ｖの予測精度を一層向上させる観点から、クリンカー鉱物の組成は、ボーグ式換算で、エーライト相の含有量が好ましくは５０〜７０質量％、より好ましくは５０〜６５質量％である。また、同様の観点から、ビーライト相の含有量は５〜２５質量％、より好ましくは１０〜２５質量％であり、アルミネート相の含有量は６〜１５質量％、より好ましくは８〜１３質量％であり、フェライト相の含有量は７〜１５質量％、より好ましくは８〜１２質量％である。
【００３２】
粉末Ｘ線回折結果をリートベルト解析することで求められる、クリンカー鉱物における斜方晶アルミネート相の含有量は、好ましくは２〜１４質量％であり、より好ましくは３〜１３質量％であり、さらに好ましくは３．５〜１２．５質量％である。クリンカー鉱物の組成は、セメントクリンカーの原料原単位及び／又はセメントクリンカーの焼成条件を変えることによって制御することができる。
【００３３】
断熱温度上昇速度ｖを一層高精度で予測する観点から、セメントのＮａ２Ｏの含有量は、好ましくは０．１０〜０．４０質量％であり、より好ましくは０．１２〜０．３６質量％であり、さらに好ましくは０．１４〜０．３２質量％であり、特に好ましくは０．１６〜０．２８質量％である。Ｎａ２Ｏの含有量が上記範囲にあれば、モルタル又はコンクリートの断熱温度上昇速度ｖを一層高い精度で予測することができる。
【００３４】
セメントのＳＯ３の含有量は、好ましくは１．６〜２．６質量％であり、より好ましくは１．７〜２．５質量％であり、さらに好ましくは１．７５〜２．３５質量％である。また、セメントのＭｇＯの含有量は、好ましくは０．７〜１．５質量％であり、より好ましくは０．８〜１．４質量％である。また、Ｒ２Ｏの含有量は、好ましくは０．４〜０．７質量％、より好ましくは０．４５〜０．６０質量％である。なお、上述のセメントの化学組成は、いずれも、ＪＩＳ Ｒ ５２０２：１９９８「ポルトランドセメントの化学分析方法」に準じて測定される値である。
【００３５】
第一工程で得られる結晶情報としては、上述の各クリンカー鉱物の結晶構造のパラメータが挙げられる。例えば、格子定数（ａ軸、ｂ軸、ｃ軸の長さや、各軸の交わる角度など）や格子体積（単位格子の体積）などが挙げられる。
【００３６】
上述のクリンカー鉱物の結晶情報を得るために、まず、セメント又はセメントクリンカーの粉末Ｘ線回折を行う。セメントの粉末Ｘ線回折は、例えば、市販の粉末Ｘ線回折装置を用いればよい。次に、セメントの粉末Ｘ線回折結果をプロファイルフィッティング法により解析する。プロファイルフィッティング法としては、例えば、リートベルト解析法又はＷＰＦ解析法が挙げられる。リートベルト解析法又はＷＰＦ解析法を用いれば、セメント又はセメントクリンカーの粉末Ｘ線回折をより短い時間で解析することができる。
【００３７】
第二工程は、第一工程で得られたクリンカー鉱物の結晶情報を基に、モルタル又はコンクリートの断熱温度上昇速度に関する定数γを予測し、その予測値に基づいて断熱温度上昇速度ｖを予測する工程である。
【００３８】
第二工程において用いられるクリンカー鉱物の結晶情報は、斜方晶アルミネート相のｂ軸の長さ、すなわちｂ軸長であることが好ましい。斜方晶アルミネート相のｂ軸長とモルタル又はコンクリートの断熱温度上昇速度に関する定数γの間には密接な相関関係があることから、結晶情報として斜方晶アルミネート相のｂ軸長を選択することによって、モルタル又はコンクリートの断熱温度上昇速度に関する定数γ及び断熱温度上昇速度ｖを高い精度で予測することが可能となる。
【００３９】
モルタル及びコンクリートの断熱温度上昇速度ｖは、下記式（２）を微分することにより、下記式（３）で求めることができる。
Ｑ（ｔ）＝Ｑ∞（１−ｅｘｐ（−γ（ｔ−ｔ０））） （２）
式（２）中、Ｑ（ｔ）は断熱温度上昇量（℃）を示し、Ｑ∞は終局の断熱温度上昇量（℃）を示し、ｔは材齢（日）を示し、ｔ０は発熱開始材齢（日）を示し、γは温度上昇速度に関する定数を示す。
ｖ＝ｄＱ（ｔ）／ｄｔ （３）
【００４０】
断熱熱量計を用いて断熱温度上昇特性を測定する場合には、例えば非特許文献２に記載されているように、所定量の水及びセメントを練り混ぜ、さらに骨材（例えば、砂）を加え練り混ぜて調製した少量のモルタル又はコンクリートの試料を試料容器に入れ、試料容器の蓋の孔に試料温度測定用及び温度制御用の熱電対を挿入する。そして、試料容器を断熱容器に設置し、一定温度に保持した試験槽内に入れ、数日間保持することによって測定することができる。
【００４１】
本実施形態の予測方法は、上記式（２）におけるγを予測し、その予測結果を用いて断熱温度上昇速度ｖを予測する方法である。このγは、以下のようにして予測することが好ましい。まず、クリンカー鉱物の組成が異なる複数のセメントを準備する。そして、市販の断熱熱量計を用いて、得られた断熱温度上昇曲線から、上記式（２）におけるγを求める。
【００４２】
一方、セメントのクリンカー鉱物における斜方晶アルミネート相のｂ軸長は、セメントの粉末Ｘ線回折を行い、粉末Ｘ線回折結果をリートベルト解析法又はＷＰＦ解析法などのプロファイルフィッティング法で解析して求めることができる。
【００４３】
求めた斜方晶アルミネート相のｂ軸長の値を独立変数、及びγの測定値を従属変数として回帰分析を行う。このようにして求められる回帰式は下記式（１）で表される。
γ＝Ａ×（斜方晶アルミネート相のｂ軸長）＋Ｂ （１）
【００４４】
上記式（１）における係数Ａは好ましくは０を超え４００以下であり、より好ましくは５０〜３００であり、さらに好ましくは１００〜２５０である。また、係数Ｂは好ましくは−４００〜０であり、より好ましくは−３００〜−５０であり、さらに好ましくは−２５０〜−１００である。また、斜方晶アルミネート相のｂ軸長は、好ましくは１．０６５〜１．０８５ｎｍであり、より好ましくは１．０６８〜１．０８２ｎｍであり、さらに好ましくは１．０７０〜１．０８０ｎｍであり、特に好ましくは１．０７１〜１．０７８ｎｍである。このような上記式（１）を用いれば、モルタル又はコンクリートの断熱温度上昇速度に関する定数γを一層高い精度で予測できる。予測したγを上記式（２）に代入すれば、式（３）によって断熱温度上昇速度ｖを一層高い精度で予測することが可能となる。
【００４５】
以上のように、本実施形態の予測方法によれば、モルタル及びコンクリートの断熱温度上昇速度に関する定数γの予測結果を用いて断熱温度上昇速度ｖを迅速且つ高精度で予測することができる。
【００４６】
次に、本発明のモルタル又はコンクリートの製造方法の好適な実施形態を説明する。本実施形態のモルタル又はコンクリートの製造方法は、上述の予測方法を行った後に、特定の結晶情報を有するセメントクリンカーを含むセメントに、骨材と水とを練り混ぜて混練物を調製し、モルタル又はコンクリートを得る第三工程を有する。
【００４７】
モルタルは、セメントに砂と水を混合して調製することができる。また、コンクリートとは、セメントに骨材と水を混合して調製することができる。モルタル及びコンクリートを調製する際の各原材料は、通常の混合割合で調製することができる。このようにして得られるモルタル及びコンクリートは、特定の断熱上昇速度を有するように製造されたものであるため、ひび割れ等の発生を十分に抑制することができる。
【００４８】
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に何ら限定されるものではない。例えば、上記実施形態では、セメントに含まれるセメントクリンカーのクリンカー鉱物組成のＸ線回折結果に基づいて断熱温度上昇速度ｖを予測したが、セメントを製造する前のセメントクリンカーのＸ線回折を行い、そのＸ線回折結果に基づいてモルタル又はコンクリートの断熱温度上昇速度ｖを予測する予測方法、或いはモルタル又はコンクリートの製造方法であってもよい。
【実施例】
【００４９】
以下、実施例を用いて本発明を詳細に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
【００５０】
（実施例１〜４）
［断熱温度上昇速度に関する定数γの測定］
表１及び表２に示す化学組成及び鉱物組成を有する市販のセメントＣ１〜Ｃ４を準備した。なお、化学組成は、ＪＩＳ Ｒ ５２０２：１９９８「ポルトランドセメントの化学分析方法」に準じて測定した値であり、鉱物組成はボーグ式により算定した。
【００５１】
【表１】
【００５２】
【表２】
【００５３】
次に、原材料として、水及び細骨材（砂）を準備し、表３に示すコンクリート配合を基にモルタルを作製した。まず、準備した水と、表１及び表２に示すセメントＣ１〜Ｃ４とを２分間練り混ぜた。その後、準備した細骨材（砂）を加えて３分間練混ぜて、モルタル試料（３０ｍＬ）を調製した。セメントＣ１〜Ｃ４を用いて調製したモルタル試料を、それぞれモルタル試料Ｍ１〜Ｍ４とした。
【００５４】
【表３】
【００５５】
特開２００８−２４１５２０号公報に記載された断熱熱量計と同様の装置（株式会社 東京理工製、商品名：ＡＣＭ−１２０ＨＡ）を用い、上述の非特許文献２に記載された方法に基づいて、断熱温度上昇特性を測定した。
【００５６】
測定は、モルタル試料を試料容器に入れて、予め２０℃に保持した断熱容器の内部に当該試料容器を配置して行った。測定時間は、温度上昇がなくなるまでの期間（２日間以上）とし、得られた断熱温度上昇曲線から、下記式（２）におけるγを求めた。ここで求めたγを「γ１」として、表６に示す。
Ｑ（ｔ）＝Ｑ∞（１−ｅｘｐ（−γ（ｔ−ｔ０））） （２）
式（２）中、Ｑ（ｔ）は材齢ｔにおける断熱温度上昇量（℃）、Ｑ∞は終局の断熱温度上昇量（℃）を、ｔは材齢（日）を、ｔ０は発熱開始材齢（日）を、γは断熱温度上昇速度に関する定数を、それぞれ示す。
【００５７】
［結晶情報の測定］
断熱温度上昇特性の測定に使用したセメントＣ１〜Ｃ４を採取して縮分し、振動ミルを用いて標準物質（アルミナ）とともに粉砕して、粉末状の試料Ｓ１〜Ｓ４を調製した。そして、試料Ｓ１〜Ｓ４の粉末Ｘ線回折測定を行った。粉末Ｘ線回折測定は、粉末Ｘ線回折装置ＲＩＮＴ−２５００（（株）リガク製）を用い、Ｘ線源をＣｕＫαとして，管電圧：３５ｋＶ、管電流：１１０ｍＡ、測定範囲：２θ＝１０〜６０°、ステップ幅：０．０２°、計数時間：２秒間、発散スリット：１°、及び受光スリット：０．１５ｍｍの条件で行った。
【００５８】
得られたＸ線回折プロファイルを、リートベルト解析ソフト（ＪＡＤＥ ６）にて解析し、各クリンカー鉱物の結晶情報のパラメータを得た。なお、リートベルト解析で使用した各種クリンカー鉱物の結晶構造データを表４に示す。
【００５９】
【表４】
【００６０】
参考文献１：Ｆ． Ｎｉｓｈｉ ａｎｄ Ｙ． Ｔａｋｅｕｃｈｉ： Ｔｒｉｃａｌｃｉｕｍ ｓｉｌｉｃａｔｅ Ｃａ３Ｏ［ＳｉＯ４］： Ｔｈｅ ｍｏｎｏｃｌｉｎｉｃ Ｓｕｐｅｒｓｔｒｕｃｔｕｒｅ， Ｚｅｉｔｓｃｈｒｉｆｔ ｆｕｒ Ｋｒｙｓｔａｌｌｏｇｒａｐｈｉｅ， Ｖｏｌ．１７２， ｐｐ．２９７ − ３１４ （１９８５）
参考文献２：Ｋ．Ｈ． Ｊｏｓｔ， Ｂ． Ｘｉｅｍｅｒ ａｎｄ Ｒ． Ｓｅｙｄｅｌ： Ｒｅｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｏｆ β−Ｄｉｃａｌｃｉｕｍ Ｓｉｌｉｃａｔｅ， Ａｃｔａ Ｃｒｙｓｔａｌｌｏｇｒａｐｈｉｃａ， Ｖｏｌ．Ｂ３３， ｐｐ．１６９６ − １７００ （１９７７）
参考文献３：Ｐ． Ｍｏｎｄａｌ ａｎｄ Ｗ．Ｊ． Ｊｅｆｆｒｅｙ： Ｔｈｅ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｏｆ Ｔｒｉｃａｌｃｉｕｍ Ａｌｕｍｉｎａｔｅ， Ａｃｔａ Ｃｒｙｓｔａｌｌｏｇｒａｐｈｉｃａ， Ｖｏｌ．３６， ｐｐ．６８９ − ６９７ （１９７５）
参考文献４：Ｙ． Ｔａｋｅｕｃｈｉ ａｎｄ Ｆ． Ｎｉｓｈｉ： Ｃｒｙｓｔａｌ−ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ３ＣａＯ−Ａｌ２Ｏ３−Ｎａ２Ｏ Ｓｏｌｉｄ Ｓｏｌｕｔｉｏｎ Ｓｅｒｉｅｓ， Ｚｅｉｔｓｃｈｒｉｆｔ ｆｕｒ Ｋｒｉｓｔａｌｌｏｇｒａｐｈｉｅ， Ｖｏｌ．１５２， ｐｐ．２５９ − ３０７ （１９８０）
参考文献５：Ａ．Ａ． Ｃｏｌｖｉｌｌｅ ａｎｄ Ｓ． Ｇｅｌｌｅｒ： Ｔｈｅ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｏｆ Ｂｒｏｗｎｍｉｌｌｅｒｉｔｅ， Ｃａ２ＦｅＡｌＯ５， Ａｃｔａ Ｃｒｙｓｔａｌｌｏｇｒａｐｈｉｃａ， Ｖｏｌ．Ｂ２７， ｐ．２３１１ （１９７１）
【００６１】
リートベルト解析で求められた試料Ｓ１〜Ｓ４の斜方晶アルミネート相のｂ軸長及びクリンカー鉱物における斜方晶アルミネート相の含有量は、表５に示すとおりであった。
【００６２】
【表５】
【００６３】
表５に示す試料Ｓ１〜Ｓ４の斜方晶アルミネート相のｂ軸長を独立変数とし、上述の［断熱温度上昇速度に関する定数γの測定］で求めたγの実測値（γ１）を従属変数として、回帰分析を行った。その結果、下記式（４）の回帰式が得られた。
γ＝１３６．４×（斜方晶アルミネート相のｂ軸長）−１４４．９９ （４）
【００６４】
上記式（４）に表５に示す斜方晶アルミネート相のｂ軸長を代入して、γを計算した。これをγ２として、表６に示す。
【００６５】
【表６】
【００６６】
表６に示すように、モルタルの断熱温度上昇特性の測定結果から算出したγ１と、式（４）に斜方晶アルミネート相のｂ軸長を代入して得られたγ２とは、極めて近似した値であることが確認された。
【００６７】
図１は、式（４）の直線（回帰直線）と、モルタルの断熱温度上昇特性の測定結果から算出したγ（つまりγ１、図１中の●）とを併せて示すグラフである。図１から、斜方晶アルミネート相のｂ軸長と式（２）におけるγには、良好な相関関係があることが確認された。表６及び図１から、斜方晶アルミネート相のｂ軸長の測定値と上記式（４）に基づいて、式（２）におけるγを高い精度で予測できることが確認された。そして、γの予測値と、上記式（２）及び上記式（３）とに基づいて、モルタル又はコンクリートの断熱温度上昇速度ｖを高い精度で予測できる。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モルタル又はコンクリートの製造方法、及びモルタル又はコンクリートの断熱温度上昇速度の予測方法に関する。より詳しくは、セメントの粉末Ｘ線回折結果を、プロファイルフィッティング法により解析し、これから得られるクリンカー鉱物の結晶情報に基づき、モルタル又はコンクリートの断熱温度上昇速度を予測する方法及び製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、コンクリートの温度ひび割れ防止の観点から、断熱温度上昇特性の制御に関する関心が高まっている。このため、製造したセメントを用いてコンクリートを作製した場合の断熱温度上昇速度がどの程度の値になるのかを把握することが重要であると考えられている。コンクリート工学協会では、コンクリートの断熱上昇特性を、下記式で表わすことが提案されている（非特許文献１）。
Ｑ（ｔ）＝Ｑ∞（１−ｅｘｐ（−γ（ｔ−ｔ０）））
上式中、Ｑ（ｔ）は断熱温度上昇量（℃）を示し、Ｑ∞は終局の断熱温度上昇量（℃）を示し、ｔは材齢（日）を示し、ｔ０は発熱開始材齢（日）を示し、γは断熱温度上昇速度に関する定数を示す。
【０００３】
しかしながら、上記式を用いた従来の方法でコンクリートの断熱温度上昇特性を調べる場合は、コンクリートを練って試料を調製して測定する必要がある。このため、多大な労力を要するうえに、普通セメントの場合には測定に３日間も所要してしまう。このような事情の下、モルタルの断熱温度上昇特性を予測する方法が提案されている（非特許文献２参照）。この方法は、上述の従来の方法ほどの労力を必要としないため、有用な予測方法であるといえる。
【０００４】
ところで、特許文献１では、セメント又はセメントクリンカーの粉末Ｘ線回折結果をプロファイルフィッティング法により解析し、これから得られる結晶情報をもとに、セメントの品質変化を予測する方法が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−２１４８９１号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】「コンクリート標準示方書［施工編］（2002）」、土木学会
【非特許文献２】丸屋英二ほか、「少量サンプル用断熱熱量計によるセメントの品質管理手法の開発」、セメント・コンクリート論文集、Ｎｏ．６１、ｐ．８６−９２（２００７）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
非特許文献２に記載された方法で断熱温度上昇特性を測定する場合、モルタルの温度上昇がゆるやかになるまで測定する必要がある。このため、測定に２日間以上も所要してしまう。
【０００８】
一方、特許文献１に開示されたセメントの品質予測方法は、セメントの凝結時間及びモルタル圧縮強さを予測するものであり、モルタル又はコンクリートの断熱温度上昇特性を予測するものではない。
【０００９】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、モルタル又はコンクリートの断熱温度上昇特性のうち、断熱温度上昇速度を迅速に予測することが可能な予測方法を提供することを目的とする。また、ひび割れ等の発生を抑制することによって、耐久性が向上したモルタル又はコンクリートの製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明者等は、上記目的を達成するため、セメントのキャラクターによりクリンカー鉱物の結晶情報が変化することに着目し、断熱温度上昇速度を予測するために、クリンカー鉱物の結晶情報と、そのセメントを用いたモルタル又はコンクリートの断熱温度上昇速度に関する定数γとの関係を解析した。その結果、クリンカー鉱物の結晶情報と、モルタル又はコンクリートの断熱温度上昇速度に関する定数γとの間に密接な関係があることを見出した。
【００１１】
すなわち、本発明は、セメントクリンカー又は当該セメントクリンカーを含むセメントの粉末Ｘ線回折結果をプロファイルフィッティング法により解析して、セメントクリンカーに含まれるクリンカー鉱物の結晶情報を得る第一工程と、結晶情報を基に、セメントクリンカーを含むセメントから得られるモルタル又はコンクリートの断熱温度上昇速度ｖを予測する第二工程と、を有するモルタル又はコンクリートの断熱温度上昇速度の予測方法を提供する。
【００１２】
本発明によれば、モルタル又はコンクリートの断熱温度上昇速度ｖを測定するための試料を調製することなく、モルタル又はコンクリートの断熱温度上昇速度ｖを迅速に予測することができる。
【００１３】
本発明の予測方法において、第一工程におけるプロファイルフィッティング法がリートベルト解析法又はＷＰＦ解析法であり、結晶情報が斜方晶アルミネート相のｂ軸長であることが好ましい。
【００１４】
このように、リートベルト解析法又はＷＰＦ解析法を用いることによって、より短時間でセメントの粉末Ｘ線回折結果を解析することができる。また、結晶情報として斜方晶アルミネート相のｂ軸の長さ（ｂ軸長）を採用することによって、断熱温度上昇速度に関する定数γを高い精度で予測し、モルタル又はコンクリートの断熱温度上昇速度ｖを予測することができる。
【００１５】
本発明の予測方法における第二工程では、斜方晶アルミネート相のｂ軸長を独立変数とし、断熱温度上昇速度に関する定数γの実測値を従属変数とする回帰分析によって求めた下記式（１）と、下記式（２）及び下記式（３）とを用いて、モルタル又はコンクリートの断熱温度上昇速度ｖを予測することが好ましい。
γ＝Ａ×（斜方晶アルミネート相のｂ軸長）＋Ｂ （１）
Ｑ（ｔ）＝Ｑ∞（１−ｅｘｐ（−γ（ｔ−ｔ０））） （２）
ｖ＝ｄＱ（ｔ）／ｄｔ （３）
上記式（１）中、γは断熱温度上昇速度に関する定数を示し、係数Ａは０を超え且つ４００以下の範囲の数値を示し、係数Ｂは０〜−４００の範囲の数値を示し、斜方晶アルミネート相のｂ軸長は１．０６５〜１．０８５ｎｍである。また、上記式（２）中、Ｑ（ｔ）は断熱温度上昇量（℃）を示し、Ｑ∞は終局の断熱温度上昇量（℃）を示し、ｔは材齢（日）を示し、ｔ０は発熱開始材齢（日）を示す。
【００１６】
このように、斜方晶アルミネート相のｂ軸長と断熱温度速度に関する定数γの実測値との回帰分析によって求めた回帰式である上記式（１）を用いることによって、モルタル又はコンクリートの断熱温度上昇速度に関する定数γを一層高い精度で予測することが可能となり、当該定数γを用いて断熱温度上昇速度を高い精度で予測することができる。
【００１７】
本発明において、セメントにおけるＮａ２Ｏ含有量は０．１０〜０．４０質量％であることが好ましい。Ｎａ２Ｏの含有量が上記範囲にあれば、モルタル又はコンクリートの断熱温度上昇速度に関する定数γを一層高い精度で予測することができる。
【００１８】
本発明ではまた、セメントクリンカー又は当該セメントクリンカーを含むセメントの粉末Ｘ線回折結果をプロファイルフィッティング法により解析して、セメントクリンカーに含まれるクリンカー鉱物の結晶情報を得る第一工程と、結晶情報を基に、セメントクリンカーを含むセメントから得られるモルタル又はコンクリートの断熱温度上昇速度ｖを予測する第二工程と、セメントと骨材と水とを練り混ぜてモルタル又はコンクリートを得る第三工程と、を有する、モルタル又はコンクリートの製造方法を提供する。
【００１９】
本発明のモルタル又はコンクリートの製造方法によれば、所望の断熱温度上昇速度ｖを有するモルタル又はコンクリートを容易に製造することができる。このような製造方法で製造されたモルタル又はコンクリートは、断熱温度上昇速度ｖを制御することによって、ひび割れ等の発生を十分に抑制することができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、モルタル又はコンクリートの断熱温度上昇速度を迅速に予測することが可能な予測方法を提供することができる。また、ひび割れ等の発生を抑制することによって、耐久性が向上したモルタル又はコンクリートの製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】斜方晶アルミネート相のｂ軸長と断熱温度上昇速度に関する定数γの実測値から求めた回帰直線と、当該斜方晶アルミネート相を有するセメントから得られたモルタルの断熱温度上昇速度に関する定数γの実測値とを併せて示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明のモルタル又はコンクリートの断熱温度上昇速度の予測方法に係る好適な実施形態について説明する。
【００２３】
本実施形態のモルタル又はコンクリートの断熱温度上昇速度の予測方法は、セメントクリンカー又はセメントクリンカーを含むセメントの粉末Ｘ線回折結果をプロファイルフィッティング法により解析して、セメントクリンカーに含まれるクリンカー鉱物の結晶情報を得る第一工程と、結晶情報を基に、セメントから得られるモルタル又はコンクリートの断熱温度上昇速度に関する定数γを予測することで断熱温度上昇速度ｖを予測する第二工程と、を有する。以下、各工程の詳細について説明する。
【００２４】
第一工程は、セメントクリンカー又は当該セメントクリンカーを含むセメントの粉末Ｘ線回折結果をプロファイルフィッティング法により解析して、セメントクリンカーに含まれるクリンカー鉱物の結晶情報を得る工程である。
【００２５】
セメントクリンカーは、石灰石、硅石、石炭灰、高炉スラグ、建設発生土、下水汚泥及び鉄源からなる群より選ばれる少なくとも１種の原材料を所定の比率で配合して得られる原料を、所定の焼成条件で焼成し、クリンカークーラーで冷却されることによって調製される。本実施形態の予測方法においては、公知のセメントクリンカーを用いることができる。
【００２６】
セメントとしては、セメントクリンカーを含む、普通ポルトランドセメント、早強ポルトランドセメント、中庸熱ポルトランド等の各種ポルトランドセメントや、高炉セメント、シリカセメント、フライアッシュセメントなどが挙げられる。このようなセメントは、例えば、セメントクリンカーと石膏等を混合し粉砕することによって得られる。以下に、セメントクリンカー及びセメントの製造方法の一例を説明する。
【００２７】
まず、上述のセメントクリンカーの各原材料を、例えばボールミル等で混合してセメントクリンカーの原料を調製する。このように混合して得られる原料を、サスペンションプレヒータ及びロータリーキルン等を用いて焼成する。焼成温度は、例えば１０００〜１５００℃、焼成帯の滞留時間は、例えば２０分間〜２時間とすることができる。
【００２８】
例えば、セメントクリンカーの原料原単位としては、石灰石を好ましくは７００〜１４００ｋｇ／Ｔ−クリンカー、より好ましくは８００〜１３００ｋｇ／Ｔ−クリンカー、硅石を好ましくは４０〜１５０ｋｇ／Ｔ−クリンカー、より好ましくは５０〜１２０ｋｇ／Ｔ−クリンカー、石炭灰を好ましくは０〜２００ｋｇ／Ｔ−クリンカー、より好ましくは５０〜１５０ｋｇ／Ｔ−クリンカー、高炉スラグを好ましくは０〜１００ｋｇ／Ｔ−クリンカー、より好ましくは０〜５０ｋｇ／Ｔ−クリンカー、鉄源を好ましくは３０〜８０ｋｇ／Ｔ−クリンカー、より好ましくは４０〜６０ｋｇ／Ｔ−クリンカー、建設発生土を好ましくは０〜１００ｋｇ／Ｔ−クリンカー、より好ましくは２０〜８０ｋｇ／Ｔ−クリンカー、及び下水汚泥を好ましくは０〜１００ｋｇ／Ｔ−クリンカー、より好ましくは３０〜７０ｋｇ／Ｔ−クリンカーとすることができる。なお、「原料原単位」とは、セメントクリンカーを１トン製造するにあたり、使用される各原材料の質量（ｋｇ／Ｔ−クリンカー）をいう。
【００２９】
次に、上述のようにして調製したセメントクリンカーと石膏とを混合して粉砕し、セメントを調製する。混合及び粉砕は、ボールミルなどの通常の粉砕機及びセパレータなどの通常の分級機を用いて行うことができる。セメントクリンカーと石膏との混合比率も、通常の比率とすることができる。石膏としては、二水石膏、半水石膏又は無水石膏を使用することができる。
【００３０】
セメントに含まれるセメントクリンカーは、クリンカー鉱物として、エーライト相（Ｃ３Ｓ）、ビーライト相（Ｃ２Ｓ）、アルミネート相（Ｃ３Ａ）及びフェライト相（Ｃ４ＡＦ）などを含む。また、アルミネート相には、結晶系の異なる立方晶アルミネート相及び斜方晶アルミネート相が含まれる。
【００３１】
モルタル又はコンクリートの断熱温度上昇速度ｖの予測精度を一層向上させる観点から、クリンカー鉱物の組成は、ボーグ式換算で、エーライト相の含有量が好ましくは５０〜７０質量％、より好ましくは５０〜６５質量％である。また、同様の観点から、ビーライト相の含有量は５〜２５質量％、より好ましくは１０〜２５質量％であり、アルミネート相の含有量は６〜１５質量％、より好ましくは８〜１３質量％であり、フェライト相の含有量は７〜１５質量％、より好ましくは８〜１２質量％である。
【００３２】
粉末Ｘ線回折結果をリートベルト解析することで求められる、クリンカー鉱物における斜方晶アルミネート相の含有量は、好ましくは２〜１４質量％であり、より好ましくは３〜１３質量％であり、さらに好ましくは３．５〜１２．５質量％である。クリンカー鉱物の組成は、セメントクリンカーの原料原単位及び／又はセメントクリンカーの焼成条件を変えることによって制御することができる。
【００３３】
断熱温度上昇速度ｖを一層高精度で予測する観点から、セメントのＮａ２Ｏの含有量は、好ましくは０．１０〜０．４０質量％であり、より好ましくは０．１２〜０．３６質量％であり、さらに好ましくは０．１４〜０．３２質量％であり、特に好ましくは０．１６〜０．２８質量％である。Ｎａ２Ｏの含有量が上記範囲にあれば、モルタル又はコンクリートの断熱温度上昇速度ｖを一層高い精度で予測することができる。
【００３４】
セメントのＳＯ３の含有量は、好ましくは１．６〜２．６質量％であり、より好ましくは１．７〜２．５質量％であり、さらに好ましくは１．７５〜２．３５質量％である。また、セメントのＭｇＯの含有量は、好ましくは０．７〜１．５質量％であり、より好ましくは０．８〜１．４質量％である。また、Ｒ２Ｏの含有量は、好ましくは０．４〜０．７質量％、より好ましくは０．４５〜０．６０質量％である。なお、上述のセメントの化学組成は、いずれも、ＪＩＳ Ｒ ５２０２：１９９８「ポルトランドセメントの化学分析方法」に準じて測定される値である。
【００３５】
第一工程で得られる結晶情報としては、上述の各クリンカー鉱物の結晶構造のパラメータが挙げられる。例えば、格子定数（ａ軸、ｂ軸、ｃ軸の長さや、各軸の交わる角度など）や格子体積（単位格子の体積）などが挙げられる。
【００３６】
上述のクリンカー鉱物の結晶情報を得るために、まず、セメント又はセメントクリンカーの粉末Ｘ線回折を行う。セメントの粉末Ｘ線回折は、例えば、市販の粉末Ｘ線回折装置を用いればよい。次に、セメントの粉末Ｘ線回折結果をプロファイルフィッティング法により解析する。プロファイルフィッティング法としては、例えば、リートベルト解析法又はＷＰＦ解析法が挙げられる。リートベルト解析法又はＷＰＦ解析法を用いれば、セメント又はセメントクリンカーの粉末Ｘ線回折をより短い時間で解析することができる。
【００３７】
第二工程は、第一工程で得られたクリンカー鉱物の結晶情報を基に、モルタル又はコンクリートの断熱温度上昇速度に関する定数γを予測し、その予測値に基づいて断熱温度上昇速度ｖを予測する工程である。
【００３８】
第二工程において用いられるクリンカー鉱物の結晶情報は、斜方晶アルミネート相のｂ軸の長さ、すなわちｂ軸長であることが好ましい。斜方晶アルミネート相のｂ軸長とモルタル又はコンクリートの断熱温度上昇速度に関する定数γの間には密接な相関関係があることから、結晶情報として斜方晶アルミネート相のｂ軸長を選択することによって、モルタル又はコンクリートの断熱温度上昇速度に関する定数γ及び断熱温度上昇速度ｖを高い精度で予測することが可能となる。
【００３９】
モルタル及びコンクリートの断熱温度上昇速度ｖは、下記式（２）を微分することにより、下記式（３）で求めることができる。
Ｑ（ｔ）＝Ｑ∞（１−ｅｘｐ（−γ（ｔ−ｔ０））） （２）
式（２）中、Ｑ（ｔ）は断熱温度上昇量（℃）を示し、Ｑ∞は終局の断熱温度上昇量（℃）を示し、ｔは材齢（日）を示し、ｔ０は発熱開始材齢（日）を示し、γは温度上昇速度に関する定数を示す。
ｖ＝ｄＱ（ｔ）／ｄｔ （３）
【００４０】
断熱熱量計を用いて断熱温度上昇特性を測定する場合には、例えば非特許文献２に記載されているように、所定量の水及びセメントを練り混ぜ、さらに骨材（例えば、砂）を加え練り混ぜて調製した少量のモルタル又はコンクリートの試料を試料容器に入れ、試料容器の蓋の孔に試料温度測定用及び温度制御用の熱電対を挿入する。そして、試料容器を断熱容器に設置し、一定温度に保持した試験槽内に入れ、数日間保持することによって測定することができる。
【００４１】
本実施形態の予測方法は、上記式（２）におけるγを予測し、その予測結果を用いて断熱温度上昇速度ｖを予測する方法である。このγは、以下のようにして予測することが好ましい。まず、クリンカー鉱物の組成が異なる複数のセメントを準備する。そして、市販の断熱熱量計を用いて、得られた断熱温度上昇曲線から、上記式（２）におけるγを求める。
【００４２】
一方、セメントのクリンカー鉱物における斜方晶アルミネート相のｂ軸長は、セメントの粉末Ｘ線回折を行い、粉末Ｘ線回折結果をリートベルト解析法又はＷＰＦ解析法などのプロファイルフィッティング法で解析して求めることができる。
【００４３】
求めた斜方晶アルミネート相のｂ軸長の値を独立変数、及びγの測定値を従属変数として回帰分析を行う。このようにして求められる回帰式は下記式（１）で表される。
γ＝Ａ×（斜方晶アルミネート相のｂ軸長）＋Ｂ （１）
【００４４】
上記式（１）における係数Ａは好ましくは０を超え４００以下であり、より好ましくは５０〜３００であり、さらに好ましくは１００〜２５０である。また、係数Ｂは好ましくは−４００〜０であり、より好ましくは−３００〜−５０であり、さらに好ましくは−２５０〜−１００である。また、斜方晶アルミネート相のｂ軸長は、好ましくは１．０６５〜１．０８５ｎｍであり、より好ましくは１．０６８〜１．０８２ｎｍであり、さらに好ましくは１．０７０〜１．０８０ｎｍであり、特に好ましくは１．０７１〜１．０７８ｎｍである。このような上記式（１）を用いれば、モルタル又はコンクリートの断熱温度上昇速度に関する定数γを一層高い精度で予測できる。予測したγを上記式（２）に代入すれば、式（３）によって断熱温度上昇速度ｖを一層高い精度で予測することが可能となる。
【００４５】
以上のように、本実施形態の予測方法によれば、モルタル及びコンクリートの断熱温度上昇速度に関する定数γの予測結果を用いて断熱温度上昇速度ｖを迅速且つ高精度で予測することができる。
【００４６】
次に、本発明のモルタル又はコンクリートの製造方法の好適な実施形態を説明する。本実施形態のモルタル又はコンクリートの製造方法は、上述の予測方法を行った後に、特定の結晶情報を有するセメントクリンカーを含むセメントに、骨材と水とを練り混ぜて混練物を調製し、モルタル又はコンクリートを得る第三工程を有する。
【００４７】
モルタルは、セメントに砂と水を混合して調製することができる。また、コンクリートとは、セメントに骨材と水を混合して調製することができる。モルタル及びコンクリートを調製する際の各原材料は、通常の混合割合で調製することができる。このようにして得られるモルタル及びコンクリートは、特定の断熱上昇速度を有するように製造されたものであるため、ひび割れ等の発生を十分に抑制することができる。
【００４８】
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に何ら限定されるものではない。例えば、上記実施形態では、セメントに含まれるセメントクリンカーのクリンカー鉱物組成のＸ線回折結果に基づいて断熱温度上昇速度ｖを予測したが、セメントを製造する前のセメントクリンカーのＸ線回折を行い、そのＸ線回折結果に基づいてモルタル又はコンクリートの断熱温度上昇速度ｖを予測する予測方法、或いはモルタル又はコンクリートの製造方法であってもよい。
【実施例】
【００４９】
以下、実施例を用いて本発明を詳細に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
【００５０】
（実施例１〜４）
［断熱温度上昇速度に関する定数γの測定］
表１及び表２に示す化学組成及び鉱物組成を有する市販のセメントＣ１〜Ｃ４を準備した。なお、化学組成は、ＪＩＳ Ｒ ５２０２：１９９８「ポルトランドセメントの化学分析方法」に準じて測定した値であり、鉱物組成はボーグ式により算定した。
【００５１】
【表１】
【００５２】
【表２】
【００５３】
次に、原材料として、水及び細骨材（砂）を準備し、表３に示すコンクリート配合を基にモルタルを作製した。まず、準備した水と、表１及び表２に示すセメントＣ１〜Ｃ４とを２分間練り混ぜた。その後、準備した細骨材（砂）を加えて３分間練混ぜて、モルタル試料（３０ｍＬ）を調製した。セメントＣ１〜Ｃ４を用いて調製したモルタル試料を、それぞれモルタル試料Ｍ１〜Ｍ４とした。
【００５４】
【表３】
【００５５】
特開２００８−２４１５２０号公報に記載された断熱熱量計と同様の装置（株式会社 東京理工製、商品名：ＡＣＭ−１２０ＨＡ）を用い、上述の非特許文献２に記載された方法に基づいて、断熱温度上昇特性を測定した。
【００５６】
測定は、モルタル試料を試料容器に入れて、予め２０℃に保持した断熱容器の内部に当該試料容器を配置して行った。測定時間は、温度上昇がなくなるまでの期間（２日間以上）とし、得られた断熱温度上昇曲線から、下記式（２）におけるγを求めた。ここで求めたγを「γ１」として、表６に示す。
Ｑ（ｔ）＝Ｑ∞（１−ｅｘｐ（−γ（ｔ−ｔ０））） （２）
式（２）中、Ｑ（ｔ）は材齢ｔにおける断熱温度上昇量（℃）、Ｑ∞は終局の断熱温度上昇量（℃）を、ｔは材齢（日）を、ｔ０は発熱開始材齢（日）を、γは断熱温度上昇速度に関する定数を、それぞれ示す。
【００５７】
［結晶情報の測定］
断熱温度上昇特性の測定に使用したセメントＣ１〜Ｃ４を採取して縮分し、振動ミルを用いて標準物質（アルミナ）とともに粉砕して、粉末状の試料Ｓ１〜Ｓ４を調製した。そして、試料Ｓ１〜Ｓ４の粉末Ｘ線回折測定を行った。粉末Ｘ線回折測定は、粉末Ｘ線回折装置ＲＩＮＴ−２５００（（株）リガク製）を用い、Ｘ線源をＣｕＫαとして，管電圧：３５ｋＶ、管電流：１１０ｍＡ、測定範囲：２θ＝１０〜６０°、ステップ幅：０．０２°、計数時間：２秒間、発散スリット：１°、及び受光スリット：０．１５ｍｍの条件で行った。
【００５８】
得られたＸ線回折プロファイルを、リートベルト解析ソフト（ＪＡＤＥ ６）にて解析し、各クリンカー鉱物の結晶情報のパラメータを得た。なお、リートベルト解析で使用した各種クリンカー鉱物の結晶構造データを表４に示す。
【００５９】
【表４】
【００６０】
参考文献１：Ｆ． Ｎｉｓｈｉ ａｎｄ Ｙ． Ｔａｋｅｕｃｈｉ： Ｔｒｉｃａｌｃｉｕｍ ｓｉｌｉｃａｔｅ Ｃａ３Ｏ［ＳｉＯ４］： Ｔｈｅ ｍｏｎｏｃｌｉｎｉｃ Ｓｕｐｅｒｓｔｒｕｃｔｕｒｅ， Ｚｅｉｔｓｃｈｒｉｆｔ ｆｕｒ Ｋｒｙｓｔａｌｌｏｇｒａｐｈｉｅ， Ｖｏｌ．１７２， ｐｐ．２９７ − ３１４ （１９８５）
参考文献２：Ｋ．Ｈ． Ｊｏｓｔ， Ｂ． Ｘｉｅｍｅｒ ａｎｄ Ｒ． Ｓｅｙｄｅｌ： Ｒｅｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｏｆ β−Ｄｉｃａｌｃｉｕｍ Ｓｉｌｉｃａｔｅ， Ａｃｔａ Ｃｒｙｓｔａｌｌｏｇｒａｐｈｉｃａ， Ｖｏｌ．Ｂ３３， ｐｐ．１６９６ − １７００ （１９７７）
参考文献３：Ｐ． Ｍｏｎｄａｌ ａｎｄ Ｗ．Ｊ． Ｊｅｆｆｒｅｙ： Ｔｈｅ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｏｆ Ｔｒｉｃａｌｃｉｕｍ Ａｌｕｍｉｎａｔｅ， Ａｃｔａ Ｃｒｙｓｔａｌｌｏｇｒａｐｈｉｃａ， Ｖｏｌ．３６， ｐｐ．６８９ − ６９７ （１９７５）
参考文献４：Ｙ． Ｔａｋｅｕｃｈｉ ａｎｄ Ｆ． Ｎｉｓｈｉ： Ｃｒｙｓｔａｌ−ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ３ＣａＯ−Ａｌ２Ｏ３−Ｎａ２Ｏ Ｓｏｌｉｄ Ｓｏｌｕｔｉｏｎ Ｓｅｒｉｅｓ， Ｚｅｉｔｓｃｈｒｉｆｔ ｆｕｒ Ｋｒｉｓｔａｌｌｏｇｒａｐｈｉｅ， Ｖｏｌ．１５２， ｐｐ．２５９ − ３０７ （１９８０）
参考文献５：Ａ．Ａ． Ｃｏｌｖｉｌｌｅ ａｎｄ Ｓ． Ｇｅｌｌｅｒ： Ｔｈｅ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｏｆ Ｂｒｏｗｎｍｉｌｌｅｒｉｔｅ， Ｃａ２ＦｅＡｌＯ５， Ａｃｔａ Ｃｒｙｓｔａｌｌｏｇｒａｐｈｉｃａ， Ｖｏｌ．Ｂ２７， ｐ．２３１１ （１９７１）
【００６１】
リートベルト解析で求められた試料Ｓ１〜Ｓ４の斜方晶アルミネート相のｂ軸長及びクリンカー鉱物における斜方晶アルミネート相の含有量は、表５に示すとおりであった。
【００６２】
【表５】
【００６３】
表５に示す試料Ｓ１〜Ｓ４の斜方晶アルミネート相のｂ軸長を独立変数とし、上述の［断熱温度上昇速度に関する定数γの測定］で求めたγの実測値（γ１）を従属変数として、回帰分析を行った。その結果、下記式（４）の回帰式が得られた。
γ＝１３６．４×（斜方晶アルミネート相のｂ軸長）−１４４．９９ （４）
【００６４】
上記式（４）に表５に示す斜方晶アルミネート相のｂ軸長を代入して、γを計算した。これをγ２として、表６に示す。
【００６５】
【表６】
【００６６】
表６に示すように、モルタルの断熱温度上昇特性の測定結果から算出したγ１と、式（４）に斜方晶アルミネート相のｂ軸長を代入して得られたγ２とは、極めて近似した値であることが確認された。
【００６７】
図１は、式（４）の直線（回帰直線）と、モルタルの断熱温度上昇特性の測定結果から算出したγ（つまりγ１、図１中の●）とを併せて示すグラフである。図１から、斜方晶アルミネート相のｂ軸長と式（２）におけるγには、良好な相関関係があることが確認された。表６及び図１から、斜方晶アルミネート相のｂ軸長の測定値と上記式（４）に基づいて、式（２）におけるγを高い精度で予測できることが確認された。そして、γの予測値と、上記式（２）及び上記式（３）とに基づいて、モルタル又はコンクリートの断熱温度上昇速度ｖを高い精度で予測できる。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
セメントクリンカー又は当該セメントクリンカーを含むセメントの粉末Ｘ線回折結果をプロファイルフィッティング法により解析して、前記セメントクリンカーに含まれるクリンカー鉱物の結晶情報を得る第一工程と、
前記結晶情報を基に、前記セメントクリンカーを含むセメントから得られるモルタル又はコンクリートの断熱温度上昇速度ｖを予測する第二工程と、を有するモルタル又はコンクリートの断熱温度上昇速度の予測方法。
【請求項２】
前記第一工程における前記プロファイルフィッティング法がリートベルト解析法又はＷＰＦ解析法であり、前記結晶情報が斜方晶アルミネート相のｂ軸長である、請求項１に記載のモルタル又はコンクリートの断熱温度上昇速度の予測方法。
【請求項３】
前記第二工程では、前記斜方晶アルミネート相のｂ軸長を独立変数とし、断熱温度上昇速度に関する定数γの実測値を従属変数とする回帰分析によって求めた下記式（１）と、下記式（２）及び下記式（３）とを用いて、モルタル又はコンクリートの断熱温度上昇速度ｖを予測する、請求項２に記載のモルタル又はコンクリートの断熱温度上昇速度の予測方法。
γ＝Ａ×（斜方晶アルミネート相のｂ軸長）＋Ｂ （１）
Ｑ（ｔ）＝Ｑ∞（１−ｅｘｐ（−γ（ｔ−ｔ０））） （２）
ｖ＝ｄＱ（ｔ）／ｄｔ （３）
（上記式（１）中、γは断熱温度上昇速度に関する定数を示し、係数Ａは０を超え且つ４００以下の範囲の数値を示し、係数Ｂは−４００〜０の範囲の数値を示し、斜方晶アルミネート相のｂ軸長は１．０６５〜１．０８５ｎｍである。また、上記式（２）中、Ｑ（ｔ）は断熱温度上昇量（℃）を示し、Ｑ∞は終局の断熱温度上昇量（℃）を示し、ｔは材齢（日）を示し、ｔ０は発熱開始材齢（日）を示す。）
【請求項４】
前記セメントにおけるＮａ２Ｏ含有量が０．１０〜０．４０質量％である、請求項１〜３のいずれか一項に記載のモルタル又はコンクリートの断熱温度上昇速度の予測方法。
【請求項５】
セメントクリンカー又は当該セメントクリンカーを含むセメントの粉末Ｘ線回折結果をプロファイルフィッティング法により解析して、前記セメントクリンカーに含まれるクリンカー鉱物の結晶情報を得る第一工程と、
前記結晶情報を基に、前記セメントクリンカーを含むセメントから得られるモルタル又はコンクリートの断熱温度上昇速度ｖを予測する第二工程と、
前記セメントと骨材と水とを練り混ぜてモルタル又はコンクリートを得る第三工程と、を有する、モルタル又はコンクリートの製造方法。
【請求項１】
セメントクリンカー又は当該セメントクリンカーを含むセメントの粉末Ｘ線回折結果をプロファイルフィッティング法により解析して、前記セメントクリンカーに含まれるクリンカー鉱物の結晶情報を得る第一工程と、
前記結晶情報を基に、前記セメントクリンカーを含むセメントから得られるモルタル又はコンクリートの断熱温度上昇速度ｖを予測する第二工程と、を有するモルタル又はコンクリートの断熱温度上昇速度の予測方法。
【請求項２】
前記第一工程における前記プロファイルフィッティング法がリートベルト解析法又はＷＰＦ解析法であり、前記結晶情報が斜方晶アルミネート相のｂ軸長である、請求項１に記載のモルタル又はコンクリートの断熱温度上昇速度の予測方法。
【請求項３】
前記第二工程では、前記斜方晶アルミネート相のｂ軸長を独立変数とし、断熱温度上昇速度に関する定数γの実測値を従属変数とする回帰分析によって求めた下記式（１）と、下記式（２）及び下記式（３）とを用いて、モルタル又はコンクリートの断熱温度上昇速度ｖを予測する、請求項２に記載のモルタル又はコンクリートの断熱温度上昇速度の予測方法。
γ＝Ａ×（斜方晶アルミネート相のｂ軸長）＋Ｂ （１）
Ｑ（ｔ）＝Ｑ∞（１−ｅｘｐ（−γ（ｔ−ｔ０））） （２）
ｖ＝ｄＱ（ｔ）／ｄｔ （３）
（上記式（１）中、γは断熱温度上昇速度に関する定数を示し、係数Ａは０を超え且つ４００以下の範囲の数値を示し、係数Ｂは−４００〜０の範囲の数値を示し、斜方晶アルミネート相のｂ軸長は１．０６５〜１．０８５ｎｍである。また、上記式（２）中、Ｑ（ｔ）は断熱温度上昇量（℃）を示し、Ｑ∞は終局の断熱温度上昇量（℃）を示し、ｔは材齢（日）を示し、ｔ０は発熱開始材齢（日）を示す。）
【請求項４】
前記セメントにおけるＮａ２Ｏ含有量が０．１０〜０．４０質量％である、請求項１〜３のいずれか一項に記載のモルタル又はコンクリートの断熱温度上昇速度の予測方法。
【請求項５】
セメントクリンカー又は当該セメントクリンカーを含むセメントの粉末Ｘ線回折結果をプロファイルフィッティング法により解析して、前記セメントクリンカーに含まれるクリンカー鉱物の結晶情報を得る第一工程と、
前記結晶情報を基に、前記セメントクリンカーを含むセメントから得られるモルタル又はコンクリートの断熱温度上昇速度ｖを予測する第二工程と、
前記セメントと骨材と水とを練り混ぜてモルタル又はコンクリートを得る第三工程と、を有する、モルタル又はコンクリートの製造方法。
【図１】
【公開番号】特開２０１１−２０９０２４（Ｐ２０１１−２０９０２４Ａ）
【公開日】平成２３年１０月２０日（２０１１．１０．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−７５３８７（Ｐ２０１０−７５３８７）
【出願日】平成２２年３月２９日（２０１０．３．２９）
【出願人】（００００００２０６）宇部興産株式会社 (2,022)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１０月２０日（２０１１．１０．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年３月２９日（２０１０．３．２９）
【出願人】（００００００２０６）宇部興産株式会社 (2,022)
【Ｆターム（参考）】
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