超速硬セメント組成物、超速硬セメントコンクリート組成物、及び超速硬セメントコンクリート
【課題】 初期材齢で高い曲げ強度、特に、20N/mm2以上の高い曲げ強度を発現するばかりでなく、圧縮強度も高めた超速硬セメント組成物、超速硬セメントコンクリート組成物、及び超速硬セメントコンクリートを提供する。
【解決手段】 3CaO・SiO2固溶体と11CaO・7Al2O3・CaF2を含有するクリンカー、無水セッコウ、アルミノケイ酸カルシウムガラス、高炉水砕スラグ微粉末、高性能減水剤、凝結調整剤、及び引張強度が1,000N/mm2以上の鋼繊維を含有してなる超速硬セメント組成物、鋼繊維の平均径が0.1〜1.5mm、鋼繊維の繊維長が３〜40mmである該超速硬セメント組成物、該超速硬セメント組成物と骨材とを含有してなる超速硬セメントコンクリート組成物、並びに、該超速硬セメントコンクリート組成物と水を含有してなる超速硬セメントコンクリートを構成とする。
【解決手段】 3CaO・SiO2固溶体と11CaO・7Al2O3・CaF2を含有するクリンカー、無水セッコウ、アルミノケイ酸カルシウムガラス、高炉水砕スラグ微粉末、高性能減水剤、凝結調整剤、及び引張強度が1,000N/mm2以上の鋼繊維を含有してなる超速硬セメント組成物、鋼繊維の平均径が0.1〜1.5mm、鋼繊維の繊維長が３〜40mmである該超速硬セメント組成物、該超速硬セメント組成物と骨材とを含有してなる超速硬セメントコンクリート組成物、並びに、該超速硬セメントコンクリート組成物と水を含有してなる超速硬セメントコンクリートを構成とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主に、土木・建築業界において使用される超速硬セメント組成物、超速硬セメントコンクリート組成物、及び超速硬セメントコンクリートに関する。
【背景技術】
【０００２】
超速硬モルタルや超速硬コンクリートなど超速硬セメントコンクリートは、合理化施工には欠かすことのできない材料である。超速硬モルタルは様々なものが提案されている（特許文献１〜特許文献４参照）。
超速硬モルタルは、材齢３時間で所要の圧縮強度を発現するため、圧縮応力を担う役割を果たす用途への展開が図られている。
【０００３】
しかしながら、従来の超速硬セメントコンクリートは、高い曲げ強度を発現するものではなかった。そのため、曲げ体力を必要とする部材への利用が制限されるものであった。具体的には、曲げ強度で10N/mm2以上を必要とする用途への利用はできないものであった。
【０００４】
近年では、超速硬セメントコンクリートに対する要求は益々高まっており、従来の超速硬セメントコンクリートにはない、高い曲げ強度を発現する材料の開発が強く求められている現状にある。
【０００５】
一方、高い曲げ強度を発現する材料としては、高強度セメントコンクリートが挙げられる。
しかしながら、これら高強度セメントコンクリートは、初期材齢で高い強度を発現するものではなく、必然的に、初期材齢で高い曲げ強度を発現するものではなかった。
【０００６】
そこで、本発明者は、前記課題を解決すべく、種々の努力を重ねた結果、初期材齢で高い曲げ強度を発現するばかりでなく、圧縮強度も高めた超速硬セメントコンクリートが得られることを知見し、本発明を完成するに至った。
【０００７】
【特許文献１】特開平０３−０１２３５０号公報
【特許文献２】特開平０１−２３０４５５号公報
【特許文献３】特開平１１−０２１１６０号公報
【特許文献４】特開平１１−１３９８５９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、初期材齢で高い曲げ強度、特に、20N/mm2以上の高い曲げ強度を発現するばかりでなく、圧縮強度も高めた超速硬セメントコンクリートが得られる、超速硬セメント組成物を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、3CaO・SiO2固溶体と11CaO・7Al2O3・CaF2を含有するクリンカー、無水セッコウ、アルミノケイ酸カルシウムガラス、高炉水砕スラグ微粉末、高性能減水剤、凝結調整剤、及び引張強度が1,000N/mm2以上の鋼繊維を含有してなる超速硬セメント組成物であり、3CaO・SiO2固溶体と11CaO・7Al2O3・CaF2を含有するクリンカーと無水セッコウを含有してなる水硬性材料、アルミノケイ酸カルシウムガラスと無水セッコウを含有してなる急硬材、高炉水砕スラグ微粉末、高性能減水剤、凝結調整剤、並びに、引張強度が1,000N/mm2以上の鋼繊維を含有してなる超速硬セメント組成物であり、鋼繊維の平均径が0.1〜1.5mmである該超速硬セメント組成物であり、鋼繊維の繊維長が３〜40mmである該超速硬セメント組成物であり、水硬性材料、急硬材、及び高炉水砕スラグ微粉末からなる結合材100部中、水硬性材料が50〜75部、急硬材が10〜25部、及び高炉水砕スラグ微粉末が５〜25部である該超速硬セメント組成物であり、亜硝酸カルシウム及び／又は硝酸カルシウムを含有してなる該超速硬セメント組成物であり、水酸化カルシウムを含有してなる該超速硬セメント組成物であり、該超速硬セメント組成物と骨材とを含有してなる超速硬セメントコンクリート組成物であり、該超速硬セメントコンクリート組成物と水を含有してなる超速硬セメントコンクリートである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明は、初期材齢で高い曲げ強度、特に、20N/mm2以上の高い曲げ強度を発現するばかりでなく、圧縮強度も高めた超速硬セメントコンクリートが得られる、超速硬セメント組成物を提供する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明を詳細に説明する。
なお、本発明における部や％は特に規定しない限り質量基準で示す。
また、本発明におけるセメントコンクリートとは、セメントペースト、モルタル、又はコンクリートを総称するものである。
【００１２】
本発明で使用する水硬性材料は、3CaO・SiO2固溶体と11CaO・7Al2O3・CaF2を含有するクリンカー、無水セッコウを含有するものである。
本発明で使用する水硬性材料は、例えば、クリンカー原料を、1,200〜1,600℃で焼成して、3CaO・SiO2固溶体と11CaO・7Al2O3・CaF2とを主体とするクリンカーを合成し、粉砕した後に無水セッコウを加えて調製することが可能である。
3CaO・SiO2固溶体と11CaO・7Al2O3・CaF2を主体とするクリンカーは、3CaO・SiO2固溶体や11CaO・7Al2O3・CaF2のほかに、微量の2CaO・SiO2固溶体やカルシウムアルミノフェライトを含有している。
クリンカー原料としては、生石灰、消石灰、及び石灰石等のCaO質原料、アルミナ、ボーキサイト、アルミ灰、ダイアスポア、長石、及び粘土等のAl2O3質原料、珪石、珪砂、白土、及び珪藻土等のSiO2質原料、並びに、ホタル石、氷晶石、フッ化カルシウム、フッ化ナトリウム、及びフッ化アルミニウムなどのF質原料が使用可能であり、その他、下水汚泥焼却灰、一般廃棄物、及び産業廃棄物も使用可能である。
なお、本発明では、3CaO・SiO2固溶体と11CaO・7Al2O3・CaF2とをそれぞれ別々に合成して混合したものでは、優れた短期強度発現性等の本発明の効果は得られない。
3CaO・SiO2固溶体や11CaO・7Al2O3・CaF2の鉱物の生成は、粉末Ｘ線回折装置を用いて判定することが可能である。
また、各鉱物の定量はＸ線回折リートベルト法によって行うことが可能であり、その定量ソフトには、例えば、Sietronics社の「SIROQUANT」を使用することが可能である。
【００１３】
本発明で使用する3CaO・SiO2固溶体（以下、C3S固溶体という）とは、CaOをC、SiO2をSとするとC3S固溶体と表現されるものであり、CaOやSiO2が主成分であり、一般的には、Al2O3やMgOが含有されている。
【００１４】
また、11CaO・7Al2O3・CaF2（以下、C11A7CaF2という）は、カルシウムアルミネートの一種であり、12CaO・7Al2O3にフッ素が固溶した化合物を総称するものである。ただし、C11A7CaF2中のフッ素Fのモル比は必ずしも１ではなく、通常は0.5〜１の間の値となっている。
【００１５】
クリンカ中のC3S固溶体やC11A7CaF2の含有量は特に限定されるものではないが、C3S固溶体が60〜80部で、C11A7CaF2が40〜20部が通常使用される。C3S固溶体が80部を超え、C11A7CaF2が20部未満では短時間強度が充分でない場合があり、C3S固溶体が60部未満で、C11A7CaF2が40部を超えると流動性の保持性が損なわれる場合がある。
【００１６】
水硬性材料中の無水セッコウは特に限定されるものではないが、強度発現性の面から、通常、II型無水セッコウが使用される。
水硬性材料中の無水セッコウの含有量は１〜30部が好ましい。１部未満では所定の流動性を確保することが困難となる場合があり、30部を超えると強度発現性が低下する場合がある。
【００１７】
水硬性材料の粉末度は、通常、ブレーン比表面積値（以下、ブレーン値という）で、4,000〜6,000cm2/gが好ましく、4,500〜5,500cm2/gがより好ましい。ブレーン値が4,000cm2/g未満では強度発現性が充分でない場合があり、6,000cm2/gを超えると流動性の経時変化が大きくなる場合がある。
本発明では、水硬性材料として、市販の「ジェットセメント」が使用が可能である。
【００１８】
本発明で使用するアルミノケイ酸カルシウムガラスと無水セッコウを主体とする急硬材は、水硬性材料と組み合わせることにより、短時間での強度発現性を良好にするものである。
【００１９】
ここで、アルミノケイ酸カルシウムガラス（以下、ＣＡＳという）とは、CaO、Al2O3、及びSiO2を主成分とする非晶質物質を総称するものであり特に限定されるものではないが、通常、CaO、Al2O3、及びSiO2の合計が80％以上のものであり、CaOが40〜48部、Al2O3が35〜42部、及びSiO2が10〜15部であるものが好ましい。この範囲外では所定の強度を発現することが困難となる場合がある。
ＣＡＳ製造用原料としては、Ca0質原料、Al2O3質原料、及びSiO2質原料が挙げられる。
CaO質原料としては、生石灰、消石灰、及び石灰石等が、また、Al2O3質原料としては、アルミナ、ボーキサイト、ダイアスポア、長石、及び粘土等が、さらには、SiO2質原料としては、珪砂、白土、及び珪藻土等が使用可能である。また、比較的安価な高炉スラグに、Ca0質原料とAl2O3質原料を補って使用することも可能である。
ＣＡＳは、上記Ca0質原料、Al2O3質原料、及びSiO2質原料を所定の割合で配合し、直接通電式溶融炉や高周波炉等を用いて溶融し、得られた溶融体を圧縮空気や高圧水により吹き飛ばす方法、あるいは、水中に流し込む方法等により製造される。また、ロータリーキルンで溶融し、急冷することによって製造することも可能である。
また、ＣＡＳのガラス化率は90％以上が好ましく、95％以上がより好ましい。90％未満では短時間強度が低くなる場合がある。
ガラス化率の測定は、例えば、Ｘ線回折リートベルト法によって可能であり、通常、ブレーン値5,000cm2/g程度に粉砕した試料に、酸化アルミニウムを内部標準物質として、試料100部中、20〜30部程度配合し、めのう乳鉢で充分混合後、粉末Ｘ線回折測定を実施する。測定結果をSietronics社の定量ソフト「SIROQUANT」で解析し、ガラス化率を求めた。
また、ＣＡＳの粉末度は、ブレーン値で、4,000〜8,000cm2/gが好ましく、5,000〜7,000cm2/gがより好ましい。4,000cm2/g未満では短期強度の発現性が充分でない場合があり、8,000cm2/gを超えると流動性の保持時間が充分でなくなる場合がある。
【００２０】
急硬材中の無水セッコウは特に限定されるものではないが、強度発現性の面からII型無水セッコウの使用が好ましい。
急硬材中の無水セッコウの使用量は、ＣＡＳ100部に対して、75〜125部が好ましく、90〜110部がより好ましい。75部未満では強度発現性が充分でなくなる場合があり、125部を超えると寸法変化が大きくなって長期耐久性が悪くなる場合がある。
【００２１】
急硬材の粉末度は特に限定されるものではないが、ブレーン値で4,000〜8,000cm2/gが好ましく、5,000〜7,000cm2/gがより好ましい。4,000cm2/g未満では短期強度の発現が充分でない場合があり、8,000cm2/gを超えると粉砕動力がかかりすぎて不経済である。
【００２２】
本発明では、高炉水砕スラグ微粉末（以下、スラグ粉という）を併用する。スラグ粉を併用することにより、寸法安定性が向上するばかりでなく、曲げ強度を高めることが可能となる。
スラグ粉としては特に限定されるものではないが、通常、JIS A 6206-1997に定められている「コンクリート用高炉スラグ微粉末」が使用可能である。
スラグ粉の粉末度は特に限定されるものではなく、ブレーン値で3,000〜10,000cm2/gである。
【００２３】
本発明の超速硬セメント組成物における結合材中の水硬性材料、急硬材、及びスラグ粉の配合割合は特に限定されるものではないが、通常、水硬性材料、急硬材、及びスラグ粉からなる結合材100部中、水硬性材料が50〜75部、急硬材が10〜25部、スラグ粉が５〜25部であることが好ましい。この範囲外では、充分な圧縮強度や曲げ強度が得られない場合がある。
【００２４】
本発明で使用する高性能減水剤は特に限定されるものではないが、ポリカルボン酸系高性能減水剤を含むことが好ましい。ポリカルボン酸系高性能減水剤の具体例としては花王社製商品名「マイティ２１ＰＺ」や、デグサコンストラクションシステムズ社製商品名「メルフラックスシリーズ」などがある。高性能減水剤は液状、粉末状のものいずれも使用可能である。
なお、本発明では、ポリカルボン酸系高性能減水剤と共に、メラミン系高性能減水剤を併用することがより好ましい。ポリカルボン酸系高性能減水剤とメラミン系高性能減水剤を併用することにより、材料分離抵抗性の向上が図れるほか、ポリカルボン酸系高性能減水剤の使用に由来する泡の発生を抑制することが可能である。メラミン系高性能減水剤の具体例としては、例えば、日本シーカ社製商品名「シーカメントFFパウダー」などを挙げることができる。
高性能減水剤の使用量は特に限定されるものではないが、通常、水硬性材料、急硬材、及びスラグ粉を含有してなる結合材100部に対して、固形分換算で0.2〜２部が好ましい。0.2部未満では流動性が充分でなく、充填されない場合があり、２部を超えると材料分離を生じる場合がある。
【００２５】
本発明で使用する凝結調節剤は、有機酸からなるものが好ましく、例えば、クエン酸、酒石酸、リンゴ酸、グルコン酸、及びコハク酸等のオキシカルボン酸又はそれらのナトリウム、カリウム、カルシウム、マグネシウム、アンモニウム、及びアルミニウム塩等のうちの一種又は二種以上を挙げることができる。
凝結調節剤の使用量は特に限定されるものではないが、通常、結合材100部に対して、0.05〜１部が好ましく、0.1〜0.3部がより好ましい。0.05部未満では流動性の保持時間が充分でない場合があり、１部を超えると強度発現性が充分でない場合がある。
【００２６】
本発明で使用する鋼繊維の引張強度は1,000N/mm2以上であり、1,500N/mm2以上が好ましく、2,000N/mm2以上がより好ましい。引張強度が1,000N/mm2未満では曲げ強度の飛躍的な向上や、圧縮強度の向上効果が期待できない場合がある。
鋼繊維の密度は７〜10g/cm3が好ましい。
鋼繊維の平均径は、0.1〜1.5mmが好ましく、0.1〜1.1mmがより好ましい。平均径がこの範囲外では、曲げ強度の飛躍的な向上や、圧縮強度の向上効果が期待できない。
鋼繊維の繊維長は、３〜40mmが好ましく、５〜30mmがより好ましい。３mm未満では曲げ強度の飛躍的な向上が期待できない場合があり、40mmを超えても分散性が悪くなり、曲げ強度の飛躍的な向上が期待できない場合がある。
本発明では、二種類以上の繊維長の鋼繊維を組み合わせて使用することが可能であり、曲げ強度の飛躍的な向上や、安定的に高い曲げ強度を得る面から、二種類以上の繊維長の鋼繊維を組み合わせて使用することが好ましい。
鋼繊維としては、普通炭素鋼やステンレスなどの金属繊維が挙げられ、ステンレス繊維をもちいることが、曲げ強度の飛躍的な向上や、長期耐久性の面から好ましい。
ステンレス繊維としては、表面にめっきやその他の防食処理が施されているものを使用することができる。
鋼繊維の形状としては、成形加工されていないスレート型でも有効であるが、波型加工やインデント加工の他、繊維両端部に曲げ加工等の引き抜け防止加工が施された繊維を使用することも可能である。
さらに、繊維の断面形状についても、円形のみならず、三日月型や長方形型等の繊維も有効である。
鋼繊維の使用量は特に限定されるものではないが、練り上げたモルタル中、容量換算で、0.1〜5.0容量％が好ましく、0.3〜３容量％がより好ましい。0.1容量％未満では、曲げ強度の飛躍的な向上や、安定的に高い曲げ強度を得ることができない場合があり、５容量％を超えると、練り混ぜが困難となり、繊維の分散が不充分となり、改悪傾向となる場合がある。
【００２７】
本発明では、流動性を一定時間保持する目的で、亜硝酸カルシウム及び／又は硝酸カルシウム（以下、硝酸塩類という）を併用することが可能である。
硝酸塩類の使用量は特に限定されるものではないが、通常、結合材100部に対して、0.1〜３部が好ましく、0.3〜２部がより好ましい。0.1部未満では流動性を保持する効果が充分でない場合があり、３部を超えると材料分離を生じる場合がある。
【００２８】
本発明では、低温環境下における初期の強度発現性を改善するために、水酸化カルシウムを併用することが好ましい。
本発明で使用する水酸化カルシウムは特に限定されるものではない。Ca(OH)2と表される化合物を総称するものである。その不純物も環境に有害なものを含まなければ特に限定されるものではない。
水酸化カルシウムは、Ca(OH)2含有量で80％以上が好ましく、90％以上がより好ましい。不純物としては、炭酸カルシウムや酸化カルシウムを含む場合がある。80％未満では低温環境下における初期強度の増進効果が充分でない場合がある。
水酸化カルシウムの比表面積は特に限定されるものではないが、通常、ＢＥＴ比表面積で20m2/g以下が好ましく、15m2/g以下がより好ましい。水酸化カルシウムのＢＥＴ比表面積が20m2/gを超えると、流動性が悪くなったり、可使時間の確保が困難になる場合がある。
水酸化カルシウムの使用量は、結合材100部に対して、１〜10部が好ましく、３〜７部がより好ましい。１部未満では低温環境下における初期強度の増進効果が充分でない場合があり、10部を超えると流動性が悪くなったり、可使時間の確保が困難になる場合がある
【００２９】
本発明では、発熱量や寸法変化の低減や耐久性の確保のため骨材を使用する。
本発明で使用する細骨材の具体例としては、例えば、ケイ砂系、石灰石系、高炉水砕スラグ系、再生骨材系等に分類される。本発明では、品質安定性等の面からケイ砂系を選定することが好ましい。
細骨材の配合割合は、結合材100部に対して、50〜200部が好ましく、100〜150部がより好ましい。50部未満では、発熱量が大きすぎて作業が困難となる場合がある。また、収縮が大きくなり、ひび割れが生じやすい場合もある。逆に、200部を超えると優れた流動性や初期強度発現性が得られない場合がある。
さらに、発熱量や寸法変化の低減や耐久性を確保するために粗骨材を配合することが可能である。
粗骨材の具体例としては、例えば、豆砂利、玉砂利、砕石、及び再生骨材等が使用可能である。
粗骨材の配合割合は、単位量で250〜1,000kg/m3が好ましく、500〜750kg/m3がより好ましい。250kg/m3未満では発熱量の低減効果の増大が期待できない場合があり、1,000kg/m3を超えるとコンクリートのワーカビリティーが悪くなったり、強度不足を生じる場合がある。
【００３０】
本発明で使用する水の量は、使用する目的・用途や各材料の配合割合によって変化するため特に限定されるものではないが、通常、水結合材比で25〜65％が好ましく、35〜55％がより好ましい。水結合材比が25％未満では流動性を得ることが難しい場合や、発熱量が極めて大きくなる場合があり、65％を超えると強度発現性を確保することが困難な場合がある。
【００３１】
本発明では、水硬性材料、急硬材、スラグ粉、高性能減水剤、凝結調整剤、及び引張強度が1,000N/mm2以上の鋼繊維、さらには、硝酸塩類や水酸化カルシウムとともに、強度発現性の改善や耐酸性の向上、可使時間の確保に加えて、寸法安定性を良好にするためにシリカ質微粉末を併用することが可能である。
【００３２】
シリカ質微粉末としては、フライアッシュやシリカヒュームなどのポゾラン物質を挙げることが可能であり、シリカフュームの使用が好ましく、なかでも酸性シリカフュームの使用がより好ましい。
酸性シリカフュームとは、シリカフューム１gを純水100ccに入れて攪拌したときの上澄み液のｐＨが5.0以下の酸性を示すものを言う。
シリカ質物質の粉末度は特に限定されるものではないが、通常、フライアッシュはブレーン値で3,000〜9,000cm2/g程度の範囲にあり、シリカヒュームはＢＥＴ比表面積で２〜20万m2/g程度の範囲にある。
シリカ質微粉末の使用量は、結合材100部に対して、１〜15部が好ましく、３〜10部がより好ましい。１部未満では、強度発現性の改善や耐酸性の向上、可使時間の確保に加えて、寸法安定性を良好にするなどの効果が得られない場合があり、逆に、15部を超えると、流動性が得られにくく、また、初期の強度発現性が改悪される場合もある。
【００３３】
本発明では、石灰石微粉末、高炉徐冷スラグ微粉末、下水汚泥焼却灰やその溶融スラグ、都市ゴミ焼却灰やその溶融スラグ、パルプスラッジ焼却灰等の混和材料、消泡剤、増粘剤、防錆剤、防凍剤、収縮低減剤、ガス発泡物質、ポリマー、ベントナイトなどの粘土鉱物、並びに、ハイドロタルサイトなどのアニオン交換体等のうちの一種又は二種以上を、本発明の目的を実質的に阻害しない範囲で使用することが可能である。
【００３４】
本発明において、各材料の混合方法は特に限定されるものではなく、それぞれの材料を施工時に混合しても良いし、あらかじめ一部を、あるいは全部を混合しておいても差し支えない。
【００３５】
混合装置としては、既存のいかなる装置も使用可能であり、例えば、傾胴ミキサ、オムニミキサ、ヘンシェルミキサ、Ｖ型ミキサ、及びナウタミキサなどの使用が可能である。
【実施例】
【００３６】
以下、本発明の実験例に基づいて、本発明をさらに説明する。
【００３７】
実験例１
表１に示す水硬性材料、急硬材、及びスラグ粉を配合した結合材100部に対して、高性能減水剤0.5部、凝結調節剤0.1部、及び細骨材を150部配合し、水／結合材比43％となるように水を加えて練混ぜ、モルタルを調製した。
このモルタルに、練り上がりモルタル中、２容量％になるよう鋼繊維Ａを添加して超速硬モルタルを調製した。
調製した超速硬モルタルの硬化時間、圧縮強度、及び曲げ強度を測定した。結果を表１に併記する。
なお、各材料の配合から物性測定までの試験温度は20℃で実施した。
また、比較のため水硬性材料の代わりに普通ポルトランドセメントを用い、材料分離を防止するため水／結合材比を36％とし同様に行った。
【００３８】
＜使用材料＞
水硬性材料：住友大阪セメント社製商品名「ジェットセメント」、3CaO・SiO2固溶体と11CaO・7Al2O3・CaF2を含有するクリンカーと無水セッコウを含有、密度3.06g/cm3、ブレーン値5,500cm2/g
急硬材 ：CaO 46％、Al2O3 36％、及びSiO2 13％、ガラス化率98％、ブレーン値6,000cm2/gのＣＡＳと、ブレーン値6,000cm2/gの無水セッコウの等量混合物、ブレーン値6,000cm2/g
スラグ粉 ：高炉水砕スラグ、市販品、密度2.90g/cm3、ブレーン値4,000cm2/g
高性能減水剤Ａ：市販のポリカルボン酸系高性能減水剤70部と、市販のメラミン系高性能減水剤30部の混合物
凝結調節剤：無水クエン酸、試薬１級
鋼繊維Ａ ：引張強度2,000N/mm2、平均径0.2mm、繊維長20mm、密度8.5g/cm3
細骨材 ：石灰砂の0.6mm下品と、1.2mm〜0.6mm品の等量混合物、密度2.71g/cm3
水 ：水道水
普通ポルトランドセメント：市販品、密度3.14g/cm3、ブレーン値3,000cm2/g
【００３９】
＜測定方法＞
硬化時間 ：JIS A 1147に準じて凝結時間を測定し、凝結の終結時間を硬化時間とした。
圧縮強度 ：モルタルを型枠に詰めて４cm×４cm×16cmの成形体を作成し、各材齢の圧縮強度をJIS R 5201に準じて測定した。
曲げ強度 ：モルタルを型枠に詰めて４cm×４cm×16cmの成形体を作成し、各材齢の曲げ強度をJIS R 5201に準じて測定した。
【００４０】
【表１】
【００４１】
実験例２
水硬性材料65部、急硬材20部、及びスラグ粉15部からなる結合材を使用し、表２に示す鋼繊維を使用したこと以外は実験例１と同様に行った。
なお、比較のため、鋼繊維の代わりに、ビニロンファイバーを用いた場合についても同様に行った。結果を表２に併記する。
【００４２】
＜使用材料＞
鋼繊維Ｂ ：引張強度 500N/mm2、平均径0.2mm、繊維長20mm、密度8.5g/cm3
鋼繊維Ｃ ：引張強度1,000N/mm2、平均径0.2mm、繊維長20mm、密度8.5g/cm3
鋼繊維Ｄ ：引張強度1,500N/mm2、平均径0.2mm、繊維長20mm、密度8.5g/cm3
繊維Ｘ ：ビニロンファイバー、引張強度1,800N/mm2、平均径14μｍ、繊維長６mm、集束タイプ、市販品
【００４３】
【表２】
【００４４】
実験例３
表３に示す鋼繊維を使用したこと以外は実験例２と同様に行った。結果を表３に併記する。
【００４５】
＜使用材料＞
鋼繊維Ｅ ：引張強度1,500N/mm2、平均径0.1mm、繊維長20mm、密度8.5g/cm3
鋼繊維Ｆ ：引張強度1,500N/mm2、平均径0.3mm、繊維長20mm、密度8.5g/cm3
鋼繊維Ｇ ：引張強度1,500N/mm2、平均径0.5mm、繊維長20mm、密度8.5g/cm3
鋼繊維Ｈ ：引張強度1,500N/mm2、平均径0.7mm、繊維長20mm、密度8.5g/cm3
鋼繊維Ｉ ：引張強度1,500N/mm2、平均径0.9mm、繊維長20mm、密度8.5g/cm3
鋼繊維Ｊ ：引張強度1,500N/mm2、平均径1.1mm、繊維長20mm、密度8.5g/cm3
鋼繊維Ｋ ：引張強度1,500N/mm2、平均径1.3mm、繊維長20mm、密度8.5g/cm3
鋼繊維Ｌ ：引張強度1,500N/mm2、平均径1.5mm、繊維長20mm、密度8.5g/cm3
鋼繊維Ｍ ：引張強度2,000N/mm2、平均径0.2mm、繊維長３mm、密度8.5g/cm3
鋼繊維Ｎ ：引張強度2,000N/mm2、平均径0.2mm、繊維長５mm、密度8.5g/cm3
鋼繊維Ｏ ：引張強度2,000N/mm2、平均径0.2mm、繊維長10mm、密度8.5g/cm3
鋼繊維Ｐ ：引張強度2,000N/mm2、平均径0.2mm、繊維長30mm、密度8.5g/cm3
鋼繊維Ｑ ：引張強度2,000N/mm2、平均径0.2mm、繊維長40mm、密度8.5g/cm3
【００４６】
【表３】
【００４７】
実験例４
水硬性材料65部、急硬材20部、及びスラグ粉15部からなる結合材を使用し、結合材100部に対して、表４に示す硝酸塩類を使用したこと以外は実験例１と同様に行った。結果を表４に併記する。
【００４８】
＜使用材料＞
硝酸塩類イ：亜硝酸カルシウム、試薬１級
硝酸塩類ロ：硝酸カルシウム、試薬１級
硝酸塩類ハ：硝酸塩類イと硝酸塩類ロの等量混合物
【００４９】
【表４】
【００５０】
実験例５
水硬性材料65部、急硬材20部、及びスラグ粉15部からなる結合材を使用し、結合材100部に対して、表５に示す水酸化カルシウムを使用し、試験温度を20℃に加えて、低温条件の10℃でも実施し、水酸化カルシウムの低温での強度改善効果を確認したこと以外は実験例１と同様に行った。結果を表５に併記する。
【００５１】
＜使用材料＞
水酸化カルシウム：市販の消石灰、密度2.25g/cm3、ＢＥＴ比表面積５m2/g
【００５２】
【表５】
【００５３】
実験例６
水硬性材料65部、急硬材20部、及びスラグ粉15部からなる結合材を使用し、結合材100部に対して、表６に示す細骨材使用したこと以外は実験例１と同様に行った。結果を表６に併記する。
【００５４】
【表６】
【００５５】
実験例７
水硬性材料65部、急硬材20部、及びスラグ粉15部からなる結合材を使用し、結合材100部に対して、高性能減水剤0.5部、凝結調節剤0.1部、及び細骨材150部を配合し、水／結合材
比43％となるように水を加えて練混ぜ、モルタルを調製した。
調製したモルタルに、練り上がりモルタル中、２容量％になるよう鋼繊維Ａを添加して超速硬モルタルを調製し、表７に示す粗骨材を配合して超速硬コンクリートを調製した。
調製した超速硬コンクリートの硬化時間、圧縮強度、及び曲げ強度を測定した。結果を表７に併記する。
【００５６】
＜使用材料＞
粗骨材 ：市販の砕石、ケイ石系、Ｇmax15mm、密度2.65g/cm3
【００５７】
＜測定方法＞
硬化時間 ：JIS A 1147に準じて凝結時間を測定し、凝結の終結時間を硬化時間とした。
圧縮強度 ：JIS A 1108に準じて測定した。
曲げ強度 ：JIS A 1106に準じて測定した。
【００５８】
【表７】
【産業上の利用可能性】
【００５９】
本発明の超速硬セメント組成物は、初期材齢で高い曲げ強度、特に、20N/mm2以上の高い曲げ強度を発現するばかりでなく、圧縮強度も高めた超速硬セメントコンクリートが得られるため、土木・建築分野及び建材用途に広範に利用できる。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主に、土木・建築業界において使用される超速硬セメント組成物、超速硬セメントコンクリート組成物、及び超速硬セメントコンクリートに関する。
【背景技術】
【０００２】
超速硬モルタルや超速硬コンクリートなど超速硬セメントコンクリートは、合理化施工には欠かすことのできない材料である。超速硬モルタルは様々なものが提案されている（特許文献１〜特許文献４参照）。
超速硬モルタルは、材齢３時間で所要の圧縮強度を発現するため、圧縮応力を担う役割を果たす用途への展開が図られている。
【０００３】
しかしながら、従来の超速硬セメントコンクリートは、高い曲げ強度を発現するものではなかった。そのため、曲げ体力を必要とする部材への利用が制限されるものであった。具体的には、曲げ強度で10N/mm2以上を必要とする用途への利用はできないものであった。
【０００４】
近年では、超速硬セメントコンクリートに対する要求は益々高まっており、従来の超速硬セメントコンクリートにはない、高い曲げ強度を発現する材料の開発が強く求められている現状にある。
【０００５】
一方、高い曲げ強度を発現する材料としては、高強度セメントコンクリートが挙げられる。
しかしながら、これら高強度セメントコンクリートは、初期材齢で高い強度を発現するものではなく、必然的に、初期材齢で高い曲げ強度を発現するものではなかった。
【０００６】
そこで、本発明者は、前記課題を解決すべく、種々の努力を重ねた結果、初期材齢で高い曲げ強度を発現するばかりでなく、圧縮強度も高めた超速硬セメントコンクリートが得られることを知見し、本発明を完成するに至った。
【０００７】
【特許文献１】特開平０３−０１２３５０号公報
【特許文献２】特開平０１−２３０４５５号公報
【特許文献３】特開平１１−０２１１６０号公報
【特許文献４】特開平１１−１３９８５９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、初期材齢で高い曲げ強度、特に、20N/mm2以上の高い曲げ強度を発現するばかりでなく、圧縮強度も高めた超速硬セメントコンクリートが得られる、超速硬セメント組成物を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、3CaO・SiO2固溶体と11CaO・7Al2O3・CaF2を含有するクリンカー、無水セッコウ、アルミノケイ酸カルシウムガラス、高炉水砕スラグ微粉末、高性能減水剤、凝結調整剤、及び引張強度が1,000N/mm2以上の鋼繊維を含有してなる超速硬セメント組成物であり、3CaO・SiO2固溶体と11CaO・7Al2O3・CaF2を含有するクリンカーと無水セッコウを含有してなる水硬性材料、アルミノケイ酸カルシウムガラスと無水セッコウを含有してなる急硬材、高炉水砕スラグ微粉末、高性能減水剤、凝結調整剤、並びに、引張強度が1,000N/mm2以上の鋼繊維を含有してなる超速硬セメント組成物であり、鋼繊維の平均径が0.1〜1.5mmである該超速硬セメント組成物であり、鋼繊維の繊維長が３〜40mmである該超速硬セメント組成物であり、水硬性材料、急硬材、及び高炉水砕スラグ微粉末からなる結合材100部中、水硬性材料が50〜75部、急硬材が10〜25部、及び高炉水砕スラグ微粉末が５〜25部である該超速硬セメント組成物であり、亜硝酸カルシウム及び／又は硝酸カルシウムを含有してなる該超速硬セメント組成物であり、水酸化カルシウムを含有してなる該超速硬セメント組成物であり、該超速硬セメント組成物と骨材とを含有してなる超速硬セメントコンクリート組成物であり、該超速硬セメントコンクリート組成物と水を含有してなる超速硬セメントコンクリートである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明は、初期材齢で高い曲げ強度、特に、20N/mm2以上の高い曲げ強度を発現するばかりでなく、圧縮強度も高めた超速硬セメントコンクリートが得られる、超速硬セメント組成物を提供する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明を詳細に説明する。
なお、本発明における部や％は特に規定しない限り質量基準で示す。
また、本発明におけるセメントコンクリートとは、セメントペースト、モルタル、又はコンクリートを総称するものである。
【００１２】
本発明で使用する水硬性材料は、3CaO・SiO2固溶体と11CaO・7Al2O3・CaF2を含有するクリンカー、無水セッコウを含有するものである。
本発明で使用する水硬性材料は、例えば、クリンカー原料を、1,200〜1,600℃で焼成して、3CaO・SiO2固溶体と11CaO・7Al2O3・CaF2とを主体とするクリンカーを合成し、粉砕した後に無水セッコウを加えて調製することが可能である。
3CaO・SiO2固溶体と11CaO・7Al2O3・CaF2を主体とするクリンカーは、3CaO・SiO2固溶体や11CaO・7Al2O3・CaF2のほかに、微量の2CaO・SiO2固溶体やカルシウムアルミノフェライトを含有している。
クリンカー原料としては、生石灰、消石灰、及び石灰石等のCaO質原料、アルミナ、ボーキサイト、アルミ灰、ダイアスポア、長石、及び粘土等のAl2O3質原料、珪石、珪砂、白土、及び珪藻土等のSiO2質原料、並びに、ホタル石、氷晶石、フッ化カルシウム、フッ化ナトリウム、及びフッ化アルミニウムなどのF質原料が使用可能であり、その他、下水汚泥焼却灰、一般廃棄物、及び産業廃棄物も使用可能である。
なお、本発明では、3CaO・SiO2固溶体と11CaO・7Al2O3・CaF2とをそれぞれ別々に合成して混合したものでは、優れた短期強度発現性等の本発明の効果は得られない。
3CaO・SiO2固溶体や11CaO・7Al2O3・CaF2の鉱物の生成は、粉末Ｘ線回折装置を用いて判定することが可能である。
また、各鉱物の定量はＸ線回折リートベルト法によって行うことが可能であり、その定量ソフトには、例えば、Sietronics社の「SIROQUANT」を使用することが可能である。
【００１３】
本発明で使用する3CaO・SiO2固溶体（以下、C3S固溶体という）とは、CaOをC、SiO2をSとするとC3S固溶体と表現されるものであり、CaOやSiO2が主成分であり、一般的には、Al2O3やMgOが含有されている。
【００１４】
また、11CaO・7Al2O3・CaF2（以下、C11A7CaF2という）は、カルシウムアルミネートの一種であり、12CaO・7Al2O3にフッ素が固溶した化合物を総称するものである。ただし、C11A7CaF2中のフッ素Fのモル比は必ずしも１ではなく、通常は0.5〜１の間の値となっている。
【００１５】
クリンカ中のC3S固溶体やC11A7CaF2の含有量は特に限定されるものではないが、C3S固溶体が60〜80部で、C11A7CaF2が40〜20部が通常使用される。C3S固溶体が80部を超え、C11A7CaF2が20部未満では短時間強度が充分でない場合があり、C3S固溶体が60部未満で、C11A7CaF2が40部を超えると流動性の保持性が損なわれる場合がある。
【００１６】
水硬性材料中の無水セッコウは特に限定されるものではないが、強度発現性の面から、通常、II型無水セッコウが使用される。
水硬性材料中の無水セッコウの含有量は１〜30部が好ましい。１部未満では所定の流動性を確保することが困難となる場合があり、30部を超えると強度発現性が低下する場合がある。
【００１７】
水硬性材料の粉末度は、通常、ブレーン比表面積値（以下、ブレーン値という）で、4,000〜6,000cm2/gが好ましく、4,500〜5,500cm2/gがより好ましい。ブレーン値が4,000cm2/g未満では強度発現性が充分でない場合があり、6,000cm2/gを超えると流動性の経時変化が大きくなる場合がある。
本発明では、水硬性材料として、市販の「ジェットセメント」が使用が可能である。
【００１８】
本発明で使用するアルミノケイ酸カルシウムガラスと無水セッコウを主体とする急硬材は、水硬性材料と組み合わせることにより、短時間での強度発現性を良好にするものである。
【００１９】
ここで、アルミノケイ酸カルシウムガラス（以下、ＣＡＳという）とは、CaO、Al2O3、及びSiO2を主成分とする非晶質物質を総称するものであり特に限定されるものではないが、通常、CaO、Al2O3、及びSiO2の合計が80％以上のものであり、CaOが40〜48部、Al2O3が35〜42部、及びSiO2が10〜15部であるものが好ましい。この範囲外では所定の強度を発現することが困難となる場合がある。
ＣＡＳ製造用原料としては、Ca0質原料、Al2O3質原料、及びSiO2質原料が挙げられる。
CaO質原料としては、生石灰、消石灰、及び石灰石等が、また、Al2O3質原料としては、アルミナ、ボーキサイト、ダイアスポア、長石、及び粘土等が、さらには、SiO2質原料としては、珪砂、白土、及び珪藻土等が使用可能である。また、比較的安価な高炉スラグに、Ca0質原料とAl2O3質原料を補って使用することも可能である。
ＣＡＳは、上記Ca0質原料、Al2O3質原料、及びSiO2質原料を所定の割合で配合し、直接通電式溶融炉や高周波炉等を用いて溶融し、得られた溶融体を圧縮空気や高圧水により吹き飛ばす方法、あるいは、水中に流し込む方法等により製造される。また、ロータリーキルンで溶融し、急冷することによって製造することも可能である。
また、ＣＡＳのガラス化率は90％以上が好ましく、95％以上がより好ましい。90％未満では短時間強度が低くなる場合がある。
ガラス化率の測定は、例えば、Ｘ線回折リートベルト法によって可能であり、通常、ブレーン値5,000cm2/g程度に粉砕した試料に、酸化アルミニウムを内部標準物質として、試料100部中、20〜30部程度配合し、めのう乳鉢で充分混合後、粉末Ｘ線回折測定を実施する。測定結果をSietronics社の定量ソフト「SIROQUANT」で解析し、ガラス化率を求めた。
また、ＣＡＳの粉末度は、ブレーン値で、4,000〜8,000cm2/gが好ましく、5,000〜7,000cm2/gがより好ましい。4,000cm2/g未満では短期強度の発現性が充分でない場合があり、8,000cm2/gを超えると流動性の保持時間が充分でなくなる場合がある。
【００２０】
急硬材中の無水セッコウは特に限定されるものではないが、強度発現性の面からII型無水セッコウの使用が好ましい。
急硬材中の無水セッコウの使用量は、ＣＡＳ100部に対して、75〜125部が好ましく、90〜110部がより好ましい。75部未満では強度発現性が充分でなくなる場合があり、125部を超えると寸法変化が大きくなって長期耐久性が悪くなる場合がある。
【００２１】
急硬材の粉末度は特に限定されるものではないが、ブレーン値で4,000〜8,000cm2/gが好ましく、5,000〜7,000cm2/gがより好ましい。4,000cm2/g未満では短期強度の発現が充分でない場合があり、8,000cm2/gを超えると粉砕動力がかかりすぎて不経済である。
【００２２】
本発明では、高炉水砕スラグ微粉末（以下、スラグ粉という）を併用する。スラグ粉を併用することにより、寸法安定性が向上するばかりでなく、曲げ強度を高めることが可能となる。
スラグ粉としては特に限定されるものではないが、通常、JIS A 6206-1997に定められている「コンクリート用高炉スラグ微粉末」が使用可能である。
スラグ粉の粉末度は特に限定されるものではなく、ブレーン値で3,000〜10,000cm2/gである。
【００２３】
本発明の超速硬セメント組成物における結合材中の水硬性材料、急硬材、及びスラグ粉の配合割合は特に限定されるものではないが、通常、水硬性材料、急硬材、及びスラグ粉からなる結合材100部中、水硬性材料が50〜75部、急硬材が10〜25部、スラグ粉が５〜25部であることが好ましい。この範囲外では、充分な圧縮強度や曲げ強度が得られない場合がある。
【００２４】
本発明で使用する高性能減水剤は特に限定されるものではないが、ポリカルボン酸系高性能減水剤を含むことが好ましい。ポリカルボン酸系高性能減水剤の具体例としては花王社製商品名「マイティ２１ＰＺ」や、デグサコンストラクションシステムズ社製商品名「メルフラックスシリーズ」などがある。高性能減水剤は液状、粉末状のものいずれも使用可能である。
なお、本発明では、ポリカルボン酸系高性能減水剤と共に、メラミン系高性能減水剤を併用することがより好ましい。ポリカルボン酸系高性能減水剤とメラミン系高性能減水剤を併用することにより、材料分離抵抗性の向上が図れるほか、ポリカルボン酸系高性能減水剤の使用に由来する泡の発生を抑制することが可能である。メラミン系高性能減水剤の具体例としては、例えば、日本シーカ社製商品名「シーカメントFFパウダー」などを挙げることができる。
高性能減水剤の使用量は特に限定されるものではないが、通常、水硬性材料、急硬材、及びスラグ粉を含有してなる結合材100部に対して、固形分換算で0.2〜２部が好ましい。0.2部未満では流動性が充分でなく、充填されない場合があり、２部を超えると材料分離を生じる場合がある。
【００２５】
本発明で使用する凝結調節剤は、有機酸からなるものが好ましく、例えば、クエン酸、酒石酸、リンゴ酸、グルコン酸、及びコハク酸等のオキシカルボン酸又はそれらのナトリウム、カリウム、カルシウム、マグネシウム、アンモニウム、及びアルミニウム塩等のうちの一種又は二種以上を挙げることができる。
凝結調節剤の使用量は特に限定されるものではないが、通常、結合材100部に対して、0.05〜１部が好ましく、0.1〜0.3部がより好ましい。0.05部未満では流動性の保持時間が充分でない場合があり、１部を超えると強度発現性が充分でない場合がある。
【００２６】
本発明で使用する鋼繊維の引張強度は1,000N/mm2以上であり、1,500N/mm2以上が好ましく、2,000N/mm2以上がより好ましい。引張強度が1,000N/mm2未満では曲げ強度の飛躍的な向上や、圧縮強度の向上効果が期待できない場合がある。
鋼繊維の密度は７〜10g/cm3が好ましい。
鋼繊維の平均径は、0.1〜1.5mmが好ましく、0.1〜1.1mmがより好ましい。平均径がこの範囲外では、曲げ強度の飛躍的な向上や、圧縮強度の向上効果が期待できない。
鋼繊維の繊維長は、３〜40mmが好ましく、５〜30mmがより好ましい。３mm未満では曲げ強度の飛躍的な向上が期待できない場合があり、40mmを超えても分散性が悪くなり、曲げ強度の飛躍的な向上が期待できない場合がある。
本発明では、二種類以上の繊維長の鋼繊維を組み合わせて使用することが可能であり、曲げ強度の飛躍的な向上や、安定的に高い曲げ強度を得る面から、二種類以上の繊維長の鋼繊維を組み合わせて使用することが好ましい。
鋼繊維としては、普通炭素鋼やステンレスなどの金属繊維が挙げられ、ステンレス繊維をもちいることが、曲げ強度の飛躍的な向上や、長期耐久性の面から好ましい。
ステンレス繊維としては、表面にめっきやその他の防食処理が施されているものを使用することができる。
鋼繊維の形状としては、成形加工されていないスレート型でも有効であるが、波型加工やインデント加工の他、繊維両端部に曲げ加工等の引き抜け防止加工が施された繊維を使用することも可能である。
さらに、繊維の断面形状についても、円形のみならず、三日月型や長方形型等の繊維も有効である。
鋼繊維の使用量は特に限定されるものではないが、練り上げたモルタル中、容量換算で、0.1〜5.0容量％が好ましく、0.3〜３容量％がより好ましい。0.1容量％未満では、曲げ強度の飛躍的な向上や、安定的に高い曲げ強度を得ることができない場合があり、５容量％を超えると、練り混ぜが困難となり、繊維の分散が不充分となり、改悪傾向となる場合がある。
【００２７】
本発明では、流動性を一定時間保持する目的で、亜硝酸カルシウム及び／又は硝酸カルシウム（以下、硝酸塩類という）を併用することが可能である。
硝酸塩類の使用量は特に限定されるものではないが、通常、結合材100部に対して、0.1〜３部が好ましく、0.3〜２部がより好ましい。0.1部未満では流動性を保持する効果が充分でない場合があり、３部を超えると材料分離を生じる場合がある。
【００２８】
本発明では、低温環境下における初期の強度発現性を改善するために、水酸化カルシウムを併用することが好ましい。
本発明で使用する水酸化カルシウムは特に限定されるものではない。Ca(OH)2と表される化合物を総称するものである。その不純物も環境に有害なものを含まなければ特に限定されるものではない。
水酸化カルシウムは、Ca(OH)2含有量で80％以上が好ましく、90％以上がより好ましい。不純物としては、炭酸カルシウムや酸化カルシウムを含む場合がある。80％未満では低温環境下における初期強度の増進効果が充分でない場合がある。
水酸化カルシウムの比表面積は特に限定されるものではないが、通常、ＢＥＴ比表面積で20m2/g以下が好ましく、15m2/g以下がより好ましい。水酸化カルシウムのＢＥＴ比表面積が20m2/gを超えると、流動性が悪くなったり、可使時間の確保が困難になる場合がある。
水酸化カルシウムの使用量は、結合材100部に対して、１〜10部が好ましく、３〜７部がより好ましい。１部未満では低温環境下における初期強度の増進効果が充分でない場合があり、10部を超えると流動性が悪くなったり、可使時間の確保が困難になる場合がある
【００２９】
本発明では、発熱量や寸法変化の低減や耐久性の確保のため骨材を使用する。
本発明で使用する細骨材の具体例としては、例えば、ケイ砂系、石灰石系、高炉水砕スラグ系、再生骨材系等に分類される。本発明では、品質安定性等の面からケイ砂系を選定することが好ましい。
細骨材の配合割合は、結合材100部に対して、50〜200部が好ましく、100〜150部がより好ましい。50部未満では、発熱量が大きすぎて作業が困難となる場合がある。また、収縮が大きくなり、ひび割れが生じやすい場合もある。逆に、200部を超えると優れた流動性や初期強度発現性が得られない場合がある。
さらに、発熱量や寸法変化の低減や耐久性を確保するために粗骨材を配合することが可能である。
粗骨材の具体例としては、例えば、豆砂利、玉砂利、砕石、及び再生骨材等が使用可能である。
粗骨材の配合割合は、単位量で250〜1,000kg/m3が好ましく、500〜750kg/m3がより好ましい。250kg/m3未満では発熱量の低減効果の増大が期待できない場合があり、1,000kg/m3を超えるとコンクリートのワーカビリティーが悪くなったり、強度不足を生じる場合がある。
【００３０】
本発明で使用する水の量は、使用する目的・用途や各材料の配合割合によって変化するため特に限定されるものではないが、通常、水結合材比で25〜65％が好ましく、35〜55％がより好ましい。水結合材比が25％未満では流動性を得ることが難しい場合や、発熱量が極めて大きくなる場合があり、65％を超えると強度発現性を確保することが困難な場合がある。
【００３１】
本発明では、水硬性材料、急硬材、スラグ粉、高性能減水剤、凝結調整剤、及び引張強度が1,000N/mm2以上の鋼繊維、さらには、硝酸塩類や水酸化カルシウムとともに、強度発現性の改善や耐酸性の向上、可使時間の確保に加えて、寸法安定性を良好にするためにシリカ質微粉末を併用することが可能である。
【００３２】
シリカ質微粉末としては、フライアッシュやシリカヒュームなどのポゾラン物質を挙げることが可能であり、シリカフュームの使用が好ましく、なかでも酸性シリカフュームの使用がより好ましい。
酸性シリカフュームとは、シリカフューム１gを純水100ccに入れて攪拌したときの上澄み液のｐＨが5.0以下の酸性を示すものを言う。
シリカ質物質の粉末度は特に限定されるものではないが、通常、フライアッシュはブレーン値で3,000〜9,000cm2/g程度の範囲にあり、シリカヒュームはＢＥＴ比表面積で２〜20万m2/g程度の範囲にある。
シリカ質微粉末の使用量は、結合材100部に対して、１〜15部が好ましく、３〜10部がより好ましい。１部未満では、強度発現性の改善や耐酸性の向上、可使時間の確保に加えて、寸法安定性を良好にするなどの効果が得られない場合があり、逆に、15部を超えると、流動性が得られにくく、また、初期の強度発現性が改悪される場合もある。
【００３３】
本発明では、石灰石微粉末、高炉徐冷スラグ微粉末、下水汚泥焼却灰やその溶融スラグ、都市ゴミ焼却灰やその溶融スラグ、パルプスラッジ焼却灰等の混和材料、消泡剤、増粘剤、防錆剤、防凍剤、収縮低減剤、ガス発泡物質、ポリマー、ベントナイトなどの粘土鉱物、並びに、ハイドロタルサイトなどのアニオン交換体等のうちの一種又は二種以上を、本発明の目的を実質的に阻害しない範囲で使用することが可能である。
【００３４】
本発明において、各材料の混合方法は特に限定されるものではなく、それぞれの材料を施工時に混合しても良いし、あらかじめ一部を、あるいは全部を混合しておいても差し支えない。
【００３５】
混合装置としては、既存のいかなる装置も使用可能であり、例えば、傾胴ミキサ、オムニミキサ、ヘンシェルミキサ、Ｖ型ミキサ、及びナウタミキサなどの使用が可能である。
【実施例】
【００３６】
以下、本発明の実験例に基づいて、本発明をさらに説明する。
【００３７】
実験例１
表１に示す水硬性材料、急硬材、及びスラグ粉を配合した結合材100部に対して、高性能減水剤0.5部、凝結調節剤0.1部、及び細骨材を150部配合し、水／結合材比43％となるように水を加えて練混ぜ、モルタルを調製した。
このモルタルに、練り上がりモルタル中、２容量％になるよう鋼繊維Ａを添加して超速硬モルタルを調製した。
調製した超速硬モルタルの硬化時間、圧縮強度、及び曲げ強度を測定した。結果を表１に併記する。
なお、各材料の配合から物性測定までの試験温度は20℃で実施した。
また、比較のため水硬性材料の代わりに普通ポルトランドセメントを用い、材料分離を防止するため水／結合材比を36％とし同様に行った。
【００３８】
＜使用材料＞
水硬性材料：住友大阪セメント社製商品名「ジェットセメント」、3CaO・SiO2固溶体と11CaO・7Al2O3・CaF2を含有するクリンカーと無水セッコウを含有、密度3.06g/cm3、ブレーン値5,500cm2/g
急硬材 ：CaO 46％、Al2O3 36％、及びSiO2 13％、ガラス化率98％、ブレーン値6,000cm2/gのＣＡＳと、ブレーン値6,000cm2/gの無水セッコウの等量混合物、ブレーン値6,000cm2/g
スラグ粉 ：高炉水砕スラグ、市販品、密度2.90g/cm3、ブレーン値4,000cm2/g
高性能減水剤Ａ：市販のポリカルボン酸系高性能減水剤70部と、市販のメラミン系高性能減水剤30部の混合物
凝結調節剤：無水クエン酸、試薬１級
鋼繊維Ａ ：引張強度2,000N/mm2、平均径0.2mm、繊維長20mm、密度8.5g/cm3
細骨材 ：石灰砂の0.6mm下品と、1.2mm〜0.6mm品の等量混合物、密度2.71g/cm3
水 ：水道水
普通ポルトランドセメント：市販品、密度3.14g/cm3、ブレーン値3,000cm2/g
【００３９】
＜測定方法＞
硬化時間 ：JIS A 1147に準じて凝結時間を測定し、凝結の終結時間を硬化時間とした。
圧縮強度 ：モルタルを型枠に詰めて４cm×４cm×16cmの成形体を作成し、各材齢の圧縮強度をJIS R 5201に準じて測定した。
曲げ強度 ：モルタルを型枠に詰めて４cm×４cm×16cmの成形体を作成し、各材齢の曲げ強度をJIS R 5201に準じて測定した。
【００４０】
【表１】
【００４１】
実験例２
水硬性材料65部、急硬材20部、及びスラグ粉15部からなる結合材を使用し、表２に示す鋼繊維を使用したこと以外は実験例１と同様に行った。
なお、比較のため、鋼繊維の代わりに、ビニロンファイバーを用いた場合についても同様に行った。結果を表２に併記する。
【００４２】
＜使用材料＞
鋼繊維Ｂ ：引張強度 500N/mm2、平均径0.2mm、繊維長20mm、密度8.5g/cm3
鋼繊維Ｃ ：引張強度1,000N/mm2、平均径0.2mm、繊維長20mm、密度8.5g/cm3
鋼繊維Ｄ ：引張強度1,500N/mm2、平均径0.2mm、繊維長20mm、密度8.5g/cm3
繊維Ｘ ：ビニロンファイバー、引張強度1,800N/mm2、平均径14μｍ、繊維長６mm、集束タイプ、市販品
【００４３】
【表２】
【００４４】
実験例３
表３に示す鋼繊維を使用したこと以外は実験例２と同様に行った。結果を表３に併記する。
【００４５】
＜使用材料＞
鋼繊維Ｅ ：引張強度1,500N/mm2、平均径0.1mm、繊維長20mm、密度8.5g/cm3
鋼繊維Ｆ ：引張強度1,500N/mm2、平均径0.3mm、繊維長20mm、密度8.5g/cm3
鋼繊維Ｇ ：引張強度1,500N/mm2、平均径0.5mm、繊維長20mm、密度8.5g/cm3
鋼繊維Ｈ ：引張強度1,500N/mm2、平均径0.7mm、繊維長20mm、密度8.5g/cm3
鋼繊維Ｉ ：引張強度1,500N/mm2、平均径0.9mm、繊維長20mm、密度8.5g/cm3
鋼繊維Ｊ ：引張強度1,500N/mm2、平均径1.1mm、繊維長20mm、密度8.5g/cm3
鋼繊維Ｋ ：引張強度1,500N/mm2、平均径1.3mm、繊維長20mm、密度8.5g/cm3
鋼繊維Ｌ ：引張強度1,500N/mm2、平均径1.5mm、繊維長20mm、密度8.5g/cm3
鋼繊維Ｍ ：引張強度2,000N/mm2、平均径0.2mm、繊維長３mm、密度8.5g/cm3
鋼繊維Ｎ ：引張強度2,000N/mm2、平均径0.2mm、繊維長５mm、密度8.5g/cm3
鋼繊維Ｏ ：引張強度2,000N/mm2、平均径0.2mm、繊維長10mm、密度8.5g/cm3
鋼繊維Ｐ ：引張強度2,000N/mm2、平均径0.2mm、繊維長30mm、密度8.5g/cm3
鋼繊維Ｑ ：引張強度2,000N/mm2、平均径0.2mm、繊維長40mm、密度8.5g/cm3
【００４６】
【表３】
【００４７】
実験例４
水硬性材料65部、急硬材20部、及びスラグ粉15部からなる結合材を使用し、結合材100部に対して、表４に示す硝酸塩類を使用したこと以外は実験例１と同様に行った。結果を表４に併記する。
【００４８】
＜使用材料＞
硝酸塩類イ：亜硝酸カルシウム、試薬１級
硝酸塩類ロ：硝酸カルシウム、試薬１級
硝酸塩類ハ：硝酸塩類イと硝酸塩類ロの等量混合物
【００４９】
【表４】
【００５０】
実験例５
水硬性材料65部、急硬材20部、及びスラグ粉15部からなる結合材を使用し、結合材100部に対して、表５に示す水酸化カルシウムを使用し、試験温度を20℃に加えて、低温条件の10℃でも実施し、水酸化カルシウムの低温での強度改善効果を確認したこと以外は実験例１と同様に行った。結果を表５に併記する。
【００５１】
＜使用材料＞
水酸化カルシウム：市販の消石灰、密度2.25g/cm3、ＢＥＴ比表面積５m2/g
【００５２】
【表５】
【００５３】
実験例６
水硬性材料65部、急硬材20部、及びスラグ粉15部からなる結合材を使用し、結合材100部に対して、表６に示す細骨材使用したこと以外は実験例１と同様に行った。結果を表６に併記する。
【００５４】
【表６】
【００５５】
実験例７
水硬性材料65部、急硬材20部、及びスラグ粉15部からなる結合材を使用し、結合材100部に対して、高性能減水剤0.5部、凝結調節剤0.1部、及び細骨材150部を配合し、水／結合材
比43％となるように水を加えて練混ぜ、モルタルを調製した。
調製したモルタルに、練り上がりモルタル中、２容量％になるよう鋼繊維Ａを添加して超速硬モルタルを調製し、表７に示す粗骨材を配合して超速硬コンクリートを調製した。
調製した超速硬コンクリートの硬化時間、圧縮強度、及び曲げ強度を測定した。結果を表７に併記する。
【００５６】
＜使用材料＞
粗骨材 ：市販の砕石、ケイ石系、Ｇmax15mm、密度2.65g/cm3
【００５７】
＜測定方法＞
硬化時間 ：JIS A 1147に準じて凝結時間を測定し、凝結の終結時間を硬化時間とした。
圧縮強度 ：JIS A 1108に準じて測定した。
曲げ強度 ：JIS A 1106に準じて測定した。
【００５８】
【表７】
【産業上の利用可能性】
【００５９】
本発明の超速硬セメント組成物は、初期材齢で高い曲げ強度、特に、20N/mm2以上の高い曲げ強度を発現するばかりでなく、圧縮強度も高めた超速硬セメントコンクリートが得られるため、土木・建築分野及び建材用途に広範に利用できる。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
3CaO・SiO2固溶体と11CaO・7Al2O3・CaF2を含有するクリンカー、無水セッコウ、アルミノケイ酸カルシウムガラス、高炉水砕スラグ微粉末、高性能減水剤、凝結調整剤、及び引張強度が1,000N/mm2以上の鋼繊維を含有してなる超速硬セメント組成物。
【請求項２】
3CaO・SiO2固溶体と11CaO・7Al2O3・CaF2を含有するクリンカーと無水セッコウを含有してなる水硬性材料、アルミノケイ酸カルシウムガラスと無水セッコウを含有してなる急硬材、高炉水砕スラグ微粉末、高性能減水剤、凝結調整剤、並びに、引張強度が1,000N/mm2以上の鋼繊維を含有してなる超速硬セメント組成物。
【請求項３】
鋼繊維の平均径が0.1〜1.5mmである請求項１又は請求項２に記載の超速硬セメント組成物。
【請求項４】
鋼繊維の繊維長が３〜40mmである請求項１〜請求項３のうちのいずれか一項に記載の超速硬セメント組成物。
【請求項５】
水硬性材料、急硬材、及び高炉水砕スラグ微粉末からなる結合材100部中、水硬性材料が50〜75部、急硬材が10〜25部、及び高炉水砕スラグ微粉末が５〜25部である請求項２〜請求項４のうちのいずれか一項に記載の超速硬セメント組成物。
【請求項６】
亜硝酸カルシウム及び／又は硝酸カルシウムを含有してなる請求項１〜請求項５のうちのいずれか一項に記載の超速硬セメント組成物。
【請求項７】
水酸化カルシウムを含有してなる請求項１〜請求項６のうちのいずれか一項に記載の超速硬セメント組成物。
【請求項８】
請求項１〜７に記載の超速硬セメント組成物と骨材とを含有してなる超速硬セメントコンクリート組成物。
【請求項９】
請求項８に記載の超速硬セメントコンクリート組成物と水を含有してなる超速硬セメントコンクリート。
【請求項１】
3CaO・SiO2固溶体と11CaO・7Al2O3・CaF2を含有するクリンカー、無水セッコウ、アルミノケイ酸カルシウムガラス、高炉水砕スラグ微粉末、高性能減水剤、凝結調整剤、及び引張強度が1,000N/mm2以上の鋼繊維を含有してなる超速硬セメント組成物。
【請求項２】
3CaO・SiO2固溶体と11CaO・7Al2O3・CaF2を含有するクリンカーと無水セッコウを含有してなる水硬性材料、アルミノケイ酸カルシウムガラスと無水セッコウを含有してなる急硬材、高炉水砕スラグ微粉末、高性能減水剤、凝結調整剤、並びに、引張強度が1,000N/mm2以上の鋼繊維を含有してなる超速硬セメント組成物。
【請求項３】
鋼繊維の平均径が0.1〜1.5mmである請求項１又は請求項２に記載の超速硬セメント組成物。
【請求項４】
鋼繊維の繊維長が３〜40mmである請求項１〜請求項３のうちのいずれか一項に記載の超速硬セメント組成物。
【請求項５】
水硬性材料、急硬材、及び高炉水砕スラグ微粉末からなる結合材100部中、水硬性材料が50〜75部、急硬材が10〜25部、及び高炉水砕スラグ微粉末が５〜25部である請求項２〜請求項４のうちのいずれか一項に記載の超速硬セメント組成物。
【請求項６】
亜硝酸カルシウム及び／又は硝酸カルシウムを含有してなる請求項１〜請求項５のうちのいずれか一項に記載の超速硬セメント組成物。
【請求項７】
水酸化カルシウムを含有してなる請求項１〜請求項６のうちのいずれか一項に記載の超速硬セメント組成物。
【請求項８】
請求項１〜７に記載の超速硬セメント組成物と骨材とを含有してなる超速硬セメントコンクリート組成物。
【請求項９】
請求項８に記載の超速硬セメントコンクリート組成物と水を含有してなる超速硬セメントコンクリート。
【公開番号】特開２００７−３２０８３３（Ｐ２００７−３２０８３３Ａ）
【公開日】平成１９年１２月１３日（２００７．１２．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−１５５６９１（Ｐ２００６−１５５６９１）
【出願日】平成１８年６月５日（２００６．６．５）
【出願人】（０００００３２９６）電気化学工業株式会社 (1,539)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年１２月１３日（２００７．１２．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年６月５日（２００６．６．５）
【出願人】（０００００３２９６）電気化学工業株式会社 (1,539)
【Ｆターム（参考）】
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