高じん性・高強度モルタル組成物
【課題】常温養生のみで早期に高い圧縮強度を発現でき、かつ、自己収縮ひずみを低減できる高じん性・高強度モルタル組成物を提供すること。
【解決手段】セメントと、シリカフュームと、水と、減水剤と、消泡剤と、膨張材と、収縮低減剤と、細骨材と、高張力繊維とを含み、セメントは、Ｃ３Ｓを４０．０〜７５．０質量％及びＣ３Ａを２．７質量％未満含有し、かつ、４５μｍふるい残分が８．０質量％未満であり、細骨材は、粒径０．１５ｍｍ以下の粒群を１５〜８５質量％、かつ、粒径０．０７５ｍｍ以下の粒群を３〜２０質量％含有する、高じん性・高強度モルタル組成物。
【解決手段】セメントと、シリカフュームと、水と、減水剤と、消泡剤と、膨張材と、収縮低減剤と、細骨材と、高張力繊維とを含み、セメントは、Ｃ３Ｓを４０．０〜７５．０質量％及びＣ３Ａを２．７質量％未満含有し、かつ、４５μｍふるい残分が８．０質量％未満であり、細骨材は、粒径０．１５ｍｍ以下の粒群を１５〜８５質量％、かつ、粒径０．０７５ｍｍ以下の粒群を３〜２０質量％含有する、高じん性・高強度モルタル組成物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高じん性・高強度モルタル組成物に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、構造部材の軽量化、鉄筋使用量の削減などの要求に伴い、１５０Ｎ／ｍｍ２以上の圧縮強度を発現し、しかも曲げ強度の高い超高強度コンクリートが提案されている。これらのコンクリートでは、セメント、ポゾラン質微粉末、骨材、高性能減水剤、金属繊維が使用され、熱養生によって超高強度化が図られている（特許文献１及び２参照）。また、引張応力下で擬似ひずみ硬化（初期ひびわれ発生後に引張応力が上昇する挙動）を示し、変形が増大してもひび割れ幅の抑制機能を有する高じん性の繊維補強セメント複合材料が提案されている（特許文献３参照）。このセメント複合材料では、ポリビニルアルコール等の有機短繊維によって、高じん性化が図られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−１８１００４号公報
【特許文献２】特開２００６−２９８６７９号公報
【特許文献３】特開２０００−７３９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、超高強度コンクリートを熱養生する場合は、工場で型枠を使用して製造するため、建設現場までの製品の運搬が必要である。また、コンクリート製品の形状や大きさは、使用する型枠や養生装置の形状により制約を受けるため、超高強度コンクリートの設計の自由度が制限される。一方、擬似ひずみ硬化特性を示す高じん性セメント系材料は、現場施工が可能であるが、圧縮及び引張強度は通常のコンクリートと同程度である。このため、熱養生が不要であり、現場施工が可能な高じん性かつ高強度の材料が求められている。また、構造物の耐久性、長寿命化、高品質化などの観点から、コンクリートの収縮は小さいほうが望ましい。そのため、上記材料には、自己収縮によるひずみを低減することが求められている。
【０００５】
そこで本発明は、常温養生のみで早期に高い圧縮強度を発現でき、かつ、自己収縮ひずみを低減できる高じん性・高強度モルタル組成物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】
【０００６】
本発明者らは、上記の課題を解決すべく鋭意検討した結果、特定の鉱物組成及び粒度分布を有するセメントと特定の粒度を有する細骨材を、シリカフューム、減水剤、消泡剤、膨張材、収縮低減剤及び高張力繊維と組み合わせることにより、熱養生しなくともモルタル組成物の強度を向上でき、かつ、自己収縮ひずみを低減できることを見出し、本発明を完成するに至った。
【０００７】
すなわち本発明は、セメントと、シリカフュームと、水と、減水剤と、消泡剤と、膨張材と、収縮低減剤と、細骨材と、高張力繊維とを含み、セメントは、Ｃ３Ｓを４０．０〜７５．０質量％及びＣ３Ａを２．７質量％未満含有し、かつ、４５μｍふるい残分が８．０質量％未満であり、細骨材は、粒径０．１５ｍｍ以下の粒群を１５〜８５質量％、かつ、粒径０．０７５ｍｍ以下の粒群を３〜２０質量％含有する高じん性・高強度モルタル組成物を提供する。このようなモルタル組成物は、常温養生のみで早期に高い圧縮強度を発現でき、かつ、自己収縮ひずみを低減できる。
【０００８】
ここで、シリカフュームの平均粒子径は、０．０５〜２．０μｍであることが好ましい。また、シリカフュームの含有量は、セメントを基準として３〜３０質量％であることが好ましい。
【０００９】
本発明の高じん性・高強度モルタル組成物は、セメント及びシリカフュームの合計量１００質量部に対して、水を１０〜２５質量部及び減水剤を０．５〜６．０質量部含むことが好ましい。これにより、モルタル組成物の強度がより一層向上する。
【００１０】
また、本発明の高じん性・高強度モルタル組成物に含まれる高張力繊維は、引張強度が１００〜１００００Ｎ／ｍｍ２、アスペクト比が４０〜２５０であり、モルタル組成物に対する含有量が外割りで０．３〜５．０体積％であることが好ましい。高張力繊維がこのような性状であると、高いじん性及び高い圧縮強度を得ることができる。また、高張力繊維は、金属繊維、炭素繊維及びアラミド繊維からなる群より選ばれる１種以上の繊維であると、モルタル組成物の強度をより一層向上することができる。
【００１１】
また、本発明の高じん性・高強度モルタル組成物は、耐火性能を向上する観点から、有機繊維を更に含むことが好ましい。有機繊維は、繊度が１．０〜２０ｄｔｅｘ、アスペクト比が２００〜９００であり、モルタル組成物に対する含有量が外割りで０．０５〜３体積％であることがより好ましい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、常温養生のみで早期に高い圧縮強度を発現でき、かつ、自己収縮ひずみを低減できる高じん性・高強度モルタル組成物を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】実施例で用いた消泡剤の１Ｈ−ＮＭＲスペクトルである。
【図２】モルタル組成物の始発後における自己収縮ひずみの経時変化を表すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明の高じん性・高強度モルタル組成物は、セメントと、シリカフュームと、水と、減水剤と、消泡剤と、膨張材と、収縮低減剤と、細骨材と、高張力繊維とを含むものである。以下、本発明に係るモルタル組成物の好適な実施形態について説明する。
【００１５】
セメントの鉱物組成は、Ｃ３Ｓ量が４０．０〜７５．０質量％であり、Ｃ３Ａ量が２．７質量％未満である。セメントのＣ３Ｓ量は、好ましくは４５．０〜７３．０質量％、より好ましくは４８．０〜７０．０質量％であり、更に好ましくは５０．０〜６８．０質量％である。Ｃ３Ａ量は好ましくは２．３質量％未満であり、より好ましくは２．１質量％未満であり、更に好ましくは１．９質量％未満である。Ｃ３Ｓ量が４０．０質量％未満では圧縮強度が低くなる傾向があり、７５．０質量％を超えるとセメントの焼成自体が困難となる傾向がある。また、Ｃ３Ａ量が２．７質量％以上では流動性が悪くなる。なお、Ｃ３Ａ量の下限値は特に限定されないが、０．１質量％程度である。
【００１６】
また、セメントのＣ２Ｓ量は好ましくは９．５〜４０．０質量％であり、より好ましくは１０．０〜３５．０質量％であり、更に好ましくは１２．０〜３０．０質量％である。Ｃ４ＡＦ量は好ましくは９．０〜１８．０質量％、より好ましくは１０．０〜１５．０質量％であり、更に好ましくは１１．０〜１５．０質量％である。このようなセメントの鉱物組成の範囲であれば、モルタル組成物の高い圧縮強度及び高い流動性を確保できる。
【００１７】
また、セメントの粒度は、４５μｍふるい残分が、上限で８．０質量％であり、好ましくは７．０質量％であり、より好ましくは６．０質量％である。４５μｍふるい残分の下限は０．０質量％であり、好ましくは１．０質量％であり、より好ましくは２．０質量％である。セメントの粒度がこの範囲であれば、高い圧縮強度を確保でき、また、このセメントを使用して調製したモルタルスラリーは適度な粘性があるため、繊維を添加した場合には、十分な分散性が確保できる。
【００１８】
セメントのブレーン比表面積は、好ましくは２５００〜４８００ｃｍ２／ｇ、より好ましくは２８００〜４０００ｃｍ２／ｇ、更に好ましくは３０００〜３６００ｃｍ２／ｇであり、特に好ましくは３２００〜３５００ｃｍ２／ｇである。セメントのブレーン比表面積が２５００ｃｍ２／ｇ未満ではモルタル組成物の強度が低くなる傾向があり、４８００ｃｍ２／ｇを超えると低水セメント比での流動性が低下する傾向がある。
【００１９】
本実施形態に係るセメントの製造にあたっては、通常のセメントと特に異なる操作を行う必要はない。上記セメントは、石灰石、珪石、スラグ、石炭灰、建設発生土、高炉ダスト等の原料の調合を目標とする鉱物組成に応じて変え、実機キルンで焼成した後、得られたクリンカーに石膏を加えて所定の粒度に粉砕することによって製造することができる。焼成するキルンには、一般的なＮＳＰキルンやＳＰキルン等を使用することができ、粉砕には一般的なボールミル等の粉砕機が使用可能である。また、必要に応じて、２種以上のセメントを混合することもできる。
【００２０】
シリカフュームは、金属シリコン、フェロシリコン、電融ジルコニア等を製造する際に発生する排ガス中のダストを集塵して得られる副産物であり、主成分は、アルカリ溶液中で溶解する非晶質のＳｉＯ２である。シリカフュームの平均粒子径は、好ましくは０．０５〜２．０μｍ、より好ましくは０．１０〜１．５μｍ、更に好ましくは０．１８〜０．２８μｍである。このようなシリカフュームを用いることで、モルタル組成物の高い圧縮強度及び高い流動性を確保できる。
【００２１】
本発明の高じん性・高強度モルタル組成物において、セメントを基準としたシリカフュームの含有量は、好ましくは３〜３０質量％であり、より好ましくは５〜２０質量％であり、更に好ましくは１０〜１８質量％である。また、モルタル１ｍ３当たりのシリカフュームの単位量は、好ましくは４６〜４６０ｋｇ／ｍ３、より好ましくは７６〜３０７ｋｇ／ｍ３、更に好ましくは１５３〜２７６ｋｇ／ｍ３である。
【００２２】
減水剤としては、リグニン系、ナフタレンスルホン酸系、アミノスルホン酸系、ポリカルボン酸系の減水剤、高性能減水剤、高性能ＡＥ減水剤等を使用することができる。低水セメント比での流動性確保の観点から、減水剤として、ポリカルボン酸系の減水剤、高性能減水剤又は高性能ＡＥ減水剤を用いることが好ましく、ポリカルボン酸系の高性能減水剤を用いることがより好ましい。本実施形態に係るモルタル組成物は、セメントとシリカフュームの合計量１００質量部に対して、減水剤を好ましくは０．５〜６．０質量部、より好ましくは１．０〜４．０質量部、更に好ましくは２．５〜３．５質量部である。また、モルタル１ｍ３当たりの減水剤の単位量は、好ましくは７〜９２ｋｇ／ｍ３、より好ましくは１５〜６０ｋｇ／ｍ３、更に好ましくは３７〜５３ｋｇ／ｍ３である。
【００２３】
消泡剤としては、特殊非イオン配合型界面活性剤、ポリアルキレン誘導体、疎水性シリカ、ポリエーテル系等を使用することができる。この場合、セメントとシリカフュームの合計量１００質量部に対して、消泡剤を好ましくは０．０１〜２．０質量部、より好ましくは０．０２〜１．５質量部、更に好ましくは０．０３〜１．０質量部、特に好ましくは０．０４〜０．８質量部である。また、モルタル１ｍ３当たりの消泡剤の単位量は、好ましくは０．１５〜３１ｋｇ／ｍ３、より好ましくは０．３〜２３ｋｇ／ｍ３、更に好ましくは０．４５〜１６ｋｇ／ｍ３、特に好ましくは０．６〜１３ｋｇ／ｍ３である。
【００２４】
膨張材としては、金属粉、カルシウムサルフォアルミネート(ＣＳＡ系)及びＣａＯを主成分とする石灰系などの膨張材を使用することができる。カルシウムサルフォアルミネート系膨張材としては、アウインを挙げることができ、特にエリントガイトを生成する膨張材が好ましい。石灰系膨張材としては、生石灰、生石灰―石膏混合系及び仮焼ドロマイト等を挙げることができ、中でも生石灰及び／又は生石灰―石膏混合系が好ましい。これらの膨張材は１種を単独で、又は２種以上を併用して使用することができる。
【００２５】
膨張材の添加量は、本発明の特性を損なわない範囲で添加することができ、モルタル１ｍ３に対して、好ましくは５〜４０ｋｇ、より好ましくは１０〜３０ｋｇ、特に好ましくは２０〜３０ｋｇである。添加量が少ないと膨張性に寄与せず、添加量が多いと過剰膨張するため、好ましくない。
【００２６】
収縮低減剤としては、ポリオキシアルキレン誘導体を含むアルキレン類の重合体をエーテル化した有機系収縮低減剤を使用することができる。収縮低減剤の添加量は、本発明の特性を損なわない範囲で添加することができ、モルタル１ｍ３に対して、好ましくは５〜４０ｋｇ、より好ましくは１０〜３０ｋｇ、特に好ましくは２０〜３０ｋｇである。添加量が上記範囲より少ないと収縮低減への寄与が小さくなり、添加量が上記範囲より多いと強度発現性が低下し、収縮低減効果が頭打ちになると共に、経済的でない。
【００２７】
細骨材としては、川砂、陸砂、海砂、砕砂、珪砂、石灰石骨材、高炉スラグ細骨材、フェロニッケルスラグ細骨材、銅スラグ細骨材、電気炉酸化スラグ細骨材等を使用することができる。また、無機質微粉末としては、石灰石粉、珪石粉、砕石粉等を使用することができる。
【００２８】
細骨材は、粒径０．１５ｍｍ以下の粒群を１５〜８５質量％、好ましくは２０〜８０質量％、より好ましくは３０〜８０質量％、更に好ましくは４０〜７５質量％含む。また、粒径０．０７５ｍｍ以下の粒群を３〜２０質量％、好ましくは５〜２０質量％、より好ましくは８〜２０質量％、更に好ましくは１０〜１８質量％含む。細骨材の含有量が１５質量％未満では、モルタルスラリーの粘性が低すぎるため高張力繊維が十分に分散しない恐れがある。細骨材の含有量が８５質量％を超えると、粘性が高くなり、所定のフローを出すためには水セメント比を増やす必要があるため強度低下に繋がるおそれがある。なお、細骨材が例えば砕砂と珪砂との混合物のように２種以上の砂からなる場合は、上記通過百分率は、それぞれの砂の通過百分率の加重平均として算出する。
【００２９】
モルタル組成物中の細骨材量は、好ましくは４００〜１０００ｋｇ／ｍ３、より好ましくは４３０〜８５０ｋｇ／ｍ３、更に好ましは５００〜７５０ｋｇ／ｍ３である。
【００３０】
高張力繊維としては、金属繊維、炭素繊維、アラミド繊維及び高強度ポリエチレン繊維（例えば、東洋紡株式会社製、商品名「ダイニーマ」）等が挙げられる。金属繊維として、鋼繊維、ステンレス繊維、アモルファス合金繊維等を使用することができる。高張力繊維の繊維径は０．０５〜１．２０ｍｍが好ましく、０．０８〜０．７０ｍｍがより好ましく、０．１０〜０．３５ｍｍが更に好ましく、０．１２〜０．２０ｍｍが特に好ましい。高張力繊維の繊維長は３〜６０ｍｍが好ましく、５〜３５ｍｍがより好ましく、７〜２０ｍｍが更に好ましく、９〜１５ｍｍが特に好ましい。高張力繊維のアスペクト比（繊維長／繊維径）は４０〜２５０が好ましく、５０〜２００がより好ましく、６０〜１７０が更に好ましく、７０〜１４０が特に好ましい。高張力繊維の引張強度は１００〜１００００Ｎ／ｍｍ２が好ましく、５００〜５０００Ｎ／ｍｍ２がより好ましく、１０００〜３０００Ｎ／ｍｍ２が更に好ましく、１５００〜２５００Ｎ／ｍｍ２が特に好ましい。高張力繊維の密度は、１〜２０ｇ／ｃｍ３が好ましく、３〜１５ｇ／ｃｍ３がより好ましく、５〜１３ｇ／ｃｍ３が更に好ましく、７〜１０ｇ／ｃｍ３が特に好ましい。このような高張力繊維を用いることで、モルタル組成物に高いじん性、高い圧縮強度、高い引張強度及び高い流動性を付与することができる。
【００３１】
本実施形態に係るモルタル組成物は、モルタル組成物に対して外割りで（すなわち、モルタル組成物における、高張力繊維を除いた組成物１００体積％に対して）高張力繊維を好ましくは０．３〜５．０体積％、より好ましくは０．５〜４．０体積％、更に好ましくは１．０〜２．５体積％含むことによって、高いじん性が得られる。なお、５．０体積％を超えるとモルタルの練混ぜが困難になる場合がある。また、モルタル１ｍ３に対する高張力繊維の配合量は、好ましくは２３〜３９３ｋｇ、より好ましくは３９〜３１４ｋｇ、更に好ましくは７９〜１９６ｋｇである。
【００３２】
本実施形態に係るモルタル組成物は、有機繊維を更に含むことで高い耐火性能を得ることが可能である。有機繊維としては、ポリプロピレン繊維、ポリエチレン繊維、ビニロン繊維等が挙げられる。これらは１種を単独で、又は２種以上を混合して使用することができる。
【００３３】
有機繊維は、モルタル組成物に対して外割りで（すなわち、モルタル組成物における、有機繊維を除いた組成物１００体積％に対して）好ましくは０．０５〜３．０体積％、より好ましくは０．０８〜２．５体積％、更に好ましくは０．１０〜２．０体積％、特に好ましくは０．１５〜１．０体積％である。有機繊維が０．０５体積％未満では十分な耐火爆裂性が得られない場合があり、３体積％を超えるとモルタル組成物中への練混ぜが困難になる場合がある。また、モルタル１ｍ３に対する有機繊維の配合量は、好ましくは０．１８〜１１ｋｇ、より好ましくは０．２９〜９．１ｋｇ、更に好ましくは０．３６〜７．３ｋｇ、特に好ましくは０．５５〜３．６ｋｇである。
【００３４】
有機繊維の繊度は１．０〜２０ｄｔｅｘが好ましく、１．５〜１５ｄｔｅｘがより好ましく、２．０〜４．０ｄｔｅｘが更に好ましい。有機繊維の引張強度は１〜６ｃＮ／ｄｔｅｘが好ましく、１．５〜５ｃＮ／ｄｔｅｘがより好ましく、２〜４ｃＮ／ｄｔｅｘが更に好ましい。有機繊維の伸度は４００％以下が好ましく、３００％以下がより好ましく、５０〜２００％が更に好ましい。有機繊維の繊維長は３〜３０ｍｍが好ましく、４〜２０ｍｍがより好ましく、５〜１５ｍｍが更に好ましい。有機繊維の密度は０．８〜１．５ｇ／ｃｍ３が好ましく、０．８〜１．３ｇ／ｃｍ３がより好ましく、０．８５〜０．９５ｇ／ｃｍ３が更に好ましい。有機繊維のアスペクト比（繊維長／繊維径）は、２００〜９００が好ましく、３００〜８００がより好ましく、４００〜７００が更に好ましい。
【００３５】
このような範囲の有機繊維を添加することで、モルタル組成物の高いじん性、高い圧縮
強度、高い引張強度及び高い流動性に加えて、高い耐火性能を確保できる。
【００３６】
また、本実施形態に係るモルタル組成物は、セメントとシリカフュームの合計量１００質量部に対して、水を好ましくは１０〜２５質量部、より好ましくは１２〜２０質量部、更に好ましくは１３〜１８質量部含む。モルタル１ｍ３当たりの単位水量は、好ましくは１５３〜３８３ｋｇ／ｍ３、より好ましくは１８４〜３０６ｋｇ／ｍ３、更に好ましくは１９９〜２７６ｋｇ／ｍ３である。
【００３７】
本実施形態に係るモルタル組成物には、必要に応じて、凝結促進剤、凝結遅延剤、増粘剤、ガラス繊維、合成樹脂粉末、ポリマーエマルジョン、ポリマーディスパージョン等を１種以上添加してもよい。
【００３８】
さらに、上記本実施形態に係るモルタル組成物に、粗骨材を適量組み合わせることにより、コンクリートを調製してもよい。粗骨材の量や、水の量は、目標圧縮強度、じん性、目標スランプに応じて適時変えればよい。粗骨材としては、砂利、砕石、石灰石骨材、高炉スラグ粗骨材、電気炉酸化スラグ粗骨材等を使用することができる。また、５ｍｍの篩いに８５質量％以上とどまる粗骨材がより好ましい。
【００３９】
本実施形態に係るモルタル組成物の製造方法は、特に限定されないが、水、減水剤及び高張力繊維（有機繊維を配合する場合は有機繊維も）以外の材料の一部又は全部を予め混合しておき、次に、水、減水剤を添加してミキサに入れて練り混ぜる。また、繊維材料は、モルタルを製造した後にミキサに添加し、更に練り混ぜる。モルタルの練混ぜに使用するミキサは特に限定されず、モルタル用ミキサ、二軸強制練りミキサ、パン型ミキサ、グラウトミキサ等を使用することができる。
【００４０】
本発明の高じん性・高強度モルタル組成物は、高強度が求められるＰＣ梁、高耐久性パネル、ブロック耐震壁などに有効である。高張力繊維を添加することによって、橋梁等の鉄筋量を減らすことが可能となる。また、橋梁の補修・補強等にも有効である。
【００４１】
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限定されるものではない。
【実施例】
【００４２】
以下、実施例及び比較例を挙げて本発明の内容をより具体的に説明する。なお、本発明は下記実施例に限定されるものではない。
【００４３】
［使用材料の準備］
実施例及び比較例のモルタル組成物を作製するために、以下に示す材料を準備した。
（１）セメント（Ｃ）：
石灰石、珪石、スラグ、石炭灰、建設発生土、銅ガラミ等の原料を調合し、キルンで焼成した後、石膏を加えて粉砕することにより、ポルトランドセメントを調製した。得られたセメントの化学成分を、ＪＩＳ Ｒ ５２０２‐２０１０「セメントの化学分析方法」にしたがい測定し、鉱物組成を下記のボーグ式により算出した。得られたセメントの鉱物組成を表１に示す。
Ｃ３Ｓ量＝（４．０７×ＣａＯ）−（７．６０×ＳｉＯ２）−（６．７２×Ａｌ２Ｏ３）−（１．４３×Ｆｅ２Ｏ３）−（２．８５×ＳＯ３）
Ｃ２Ｓ量＝（２．８７×ＳｉＯ２）−（０．７５４×Ｃ３Ｓ）
Ｃ３Ａ量＝（２．６５×Ａｌ２Ｏ３）−（１．６９×Ｆｅ２Ｏ３）
Ｃ４ＡＦ量＝３．０４×Ｆｅ２Ｏ３
【００４４】
また、得られたセメントの４５μｍふるい残分を、セメント協会標準試験方法 ＪＣＡＳ Ｋ−０２「４５μｍ網ふるいによるセメントの粉末度試験方法」に準じて測定した。また、ブレーン比表面積をＪＩＳ Ｒ ５２０１−１９９７「セメントの物理試験方法」に準じて測定した。結果を表１に示す。
【００４５】
【表１】
【００４６】
（２）シリカフューム（ＳＦ）：平均粒子径０．２４μｍ
シリカフュームの平均粒子径は、レーザー回折／散乱式粒子径分布測定装置（堀場製作所製、商品名「ＬＡ−９５０Ｖ２」）を用いて測定した粒子径分布より、粒子径−通過分積算％曲線を算出し、粒子径−通過分積算％曲線より通過分積算が５０体積％となる粒子径を求めた。試料分散媒は０．２％ヘキサメタリン酸ナトリウム水溶液を用い、測定前に出力６００Ｗのホモジナイザーにて１０分間分散処理した。粒度分布の演算はＭｉｅ散乱理論に従った。粒子屈折率は１．４５−０．００ｉ、溶媒屈折率は１．３３３とした。各粒度の通過分積算（体積％）を表２に示す。
【００４７】
【表２】
【００４８】
（３）細骨材
（ｉ）砕砂：安山岩砕砂、表乾密度２．６２ｇ／ｃｍ３、粗粒率２．８０
（ｉｉ）珪砂：絶乾密度２．６３ｇ／ｃｍ３
上記砕砂及び珪砂の粒度を、ＪＩＳ Ａ １１０２−２００６「骨材のふるい分け試験方法」に準じて測定した。次いで、砕砂及び珪砂を混合して所定の粒度になるように細骨材を調整した。結果を表３に示す。
【００４９】
【表３】
【００５０】
（４）減水剤：ポリカルボン酸系高性能減水剤（固形分濃度２５質量％）
（５）消泡剤：特殊非イオン配合型界面活性剤
図１は、上記消泡剤を重メタノールに溶解し、ＮＭＲ測定装置（ＢＲＵＫＥＲ製、商品名「ＡＶＡＮＣＥ」）を用いて測定した１Ｈ−ＮＭＲスペクトルである。上記消泡剤の構造単位である、ポリオキシプロピレン（以下、「ＰＯＰ」と略記する）の構造単位、ポリオキシエチレン（以下、「ＰＯＥ」と略記する）の構造単位及びアルキル鎖の構造単位のモル比を、ＰＯＰ中のメチル基に由来するシグナルの積分値を基準に算出した。この内、ＰＯＰに対するＰＯＥのモル比を、３．５ｐｐｍ付近に現れるＰＯＰのメチル基以外の炭化水素基に由来するシグナル及びＰＯＥの炭化水素基に由来するシグナルの積分値からＰＯＰのメチル基以外の炭化水素基に由来するシグナルの積分値を差し引くことにより算出した。消泡剤中のＰＯＰ、ＰＯＥ及びアルキル鎖の構造単位のモル比を表４に示す。
【００５１】
【表４】
（６）膨張材：パワーＣＳＡ（商品名；電気化学工業社製）
（７）収縮低減剤：市販３銘柄（Ａ：低級アルコール系収縮低減剤、Ｂ：ポリエーテル系収縮低減剤、Ｃ：グリコールエーテル系収縮低減剤）を使用した。
（８）高張力繊維：鋼繊維（東京製綱社製、商品名「ＣＷ９４１６」）、密度：７．８７ｇ／ｃｍ３、繊維径０．１６ｍｍ、繊維長１３ｍｍ、アスペクト比８１．２５、引張強度２２００Ｎ／ｍｍ２
（９）有機繊維：ポリプロピレン繊維（ダイワボウポリテック社製、商品名「ＰＺ」）繊度２．３４ｄｔｅｘ、引張強度３．１１ｃＮ／ｄｔｅｘ、伸度１２６．４％、繊維長１０．０ｍｍ、水分率３５．２％、密度：０．９１ｇ／ｃｍ３、アスペクト比５８８
（１０）練混ぜ水（Ｗ）：上水道水
【００５２】
［モルタル組成物の作製］
モルタル組成物の作製を、表５の配合組成に基づき、以下の通りに行った。
【００５３】
セメント、膨張材、収縮低減剤、シリカフューム、消泡剤及び細骨材をコンクリート用二軸ミキサに加え、３０秒間撹拌した。次に、減水剤を含む練混ぜ水をミキサ内に投入して１０分間撹拌し、さらに、鋼繊維及びポリプロピレン繊維（ＰＰ繊維）を投入して３分間撹拌し、モルタル組成物を作製した。
【００５４】
【表５】
＊１：セメント及びシリカフュームの合計量１００質量％に対する水の量
＊２：セメント１００質量％に対するシリカフュームの量
＊３：セメント及びシリカフュームに対して外割りで添加した値。なお、減水剤中の水分は単位水量に含める。
＊４：モルタル組成物に対して外割りで添加した値。
【００５５】
［モルタル組成物の評価］
（１）フレッシュ性状
（試験方法）
比較例１及び実施例１〜３で作製したモルタル組成物を用いて、スランプフローを測定した。スランプフローは、ＪＩＳ Ａ １１５０−２００７「コンクリートのスランプフロー試験方法」に準じ、測定した。
【００５６】
（２）強度試験
ＪＩＳ Ａ １１３２−２００６「コンクリートの強度試験用供試体の作り方」に準じて５ｃｍ×１０ｃｍの円柱供試体を作製し、ＪＩＳ Ａ １１０８−２００６「コンクリートの圧縮強度試験方法」に準じて圧縮強度試験を行った。供試体は試験材齢まで２０℃で水中養生した。
【００５７】
（３）自己収縮
比較例１及び実施例１〜３で得られたモルタル組成物を、埋込型ゲージ（東京測器研究所製）を中心に配した１０×１０×４０ｃｍ型枠（鋼製）に打設し、自己収縮ひずみと温度を計測した。なお、型枠面内側にはスチレンボードとテフロンシートを配し、モルタルが拘束を受けない状態で測定を行い、測定終了までは封緘状態を保った。
【００５８】
（評価結果）
表６に、スランプフロー試験、圧縮強度試験及び自己収縮測定の結果を示す。また、モルタル組成物の始発後における自己収縮ひずみの経時変化を図１に示す。
【００５９】
【表６】
【００６０】
膨張材及び収縮低減剤を配合した実施例１〜３では、スランプフロー及び圧縮強度について良好な値を示すだけでなく、自己収縮ひずみが小さくなる効果が認められた。
【００６１】
これに対し、比較例１では、スランプフロー及び圧縮強度について良好であったものの、始発後１２０日での自己収縮ひずみが大きいことが確認された。
【００６２】
以上のことから、圧縮強度を維持しながらモルタル組成物の自己収縮ひずみを低減するためには、膨張材及び収縮低減剤の使用が有効であることを確認した。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高じん性・高強度モルタル組成物に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、構造部材の軽量化、鉄筋使用量の削減などの要求に伴い、１５０Ｎ／ｍｍ２以上の圧縮強度を発現し、しかも曲げ強度の高い超高強度コンクリートが提案されている。これらのコンクリートでは、セメント、ポゾラン質微粉末、骨材、高性能減水剤、金属繊維が使用され、熱養生によって超高強度化が図られている（特許文献１及び２参照）。また、引張応力下で擬似ひずみ硬化（初期ひびわれ発生後に引張応力が上昇する挙動）を示し、変形が増大してもひび割れ幅の抑制機能を有する高じん性の繊維補強セメント複合材料が提案されている（特許文献３参照）。このセメント複合材料では、ポリビニルアルコール等の有機短繊維によって、高じん性化が図られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−１８１００４号公報
【特許文献２】特開２００６−２９８６７９号公報
【特許文献３】特開２０００−７３９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、超高強度コンクリートを熱養生する場合は、工場で型枠を使用して製造するため、建設現場までの製品の運搬が必要である。また、コンクリート製品の形状や大きさは、使用する型枠や養生装置の形状により制約を受けるため、超高強度コンクリートの設計の自由度が制限される。一方、擬似ひずみ硬化特性を示す高じん性セメント系材料は、現場施工が可能であるが、圧縮及び引張強度は通常のコンクリートと同程度である。このため、熱養生が不要であり、現場施工が可能な高じん性かつ高強度の材料が求められている。また、構造物の耐久性、長寿命化、高品質化などの観点から、コンクリートの収縮は小さいほうが望ましい。そのため、上記材料には、自己収縮によるひずみを低減することが求められている。
【０００５】
そこで本発明は、常温養生のみで早期に高い圧縮強度を発現でき、かつ、自己収縮ひずみを低減できる高じん性・高強度モルタル組成物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】
【０００６】
本発明者らは、上記の課題を解決すべく鋭意検討した結果、特定の鉱物組成及び粒度分布を有するセメントと特定の粒度を有する細骨材を、シリカフューム、減水剤、消泡剤、膨張材、収縮低減剤及び高張力繊維と組み合わせることにより、熱養生しなくともモルタル組成物の強度を向上でき、かつ、自己収縮ひずみを低減できることを見出し、本発明を完成するに至った。
【０００７】
すなわち本発明は、セメントと、シリカフュームと、水と、減水剤と、消泡剤と、膨張材と、収縮低減剤と、細骨材と、高張力繊維とを含み、セメントは、Ｃ３Ｓを４０．０〜７５．０質量％及びＣ３Ａを２．７質量％未満含有し、かつ、４５μｍふるい残分が８．０質量％未満であり、細骨材は、粒径０．１５ｍｍ以下の粒群を１５〜８５質量％、かつ、粒径０．０７５ｍｍ以下の粒群を３〜２０質量％含有する高じん性・高強度モルタル組成物を提供する。このようなモルタル組成物は、常温養生のみで早期に高い圧縮強度を発現でき、かつ、自己収縮ひずみを低減できる。
【０００８】
ここで、シリカフュームの平均粒子径は、０．０５〜２．０μｍであることが好ましい。また、シリカフュームの含有量は、セメントを基準として３〜３０質量％であることが好ましい。
【０００９】
本発明の高じん性・高強度モルタル組成物は、セメント及びシリカフュームの合計量１００質量部に対して、水を１０〜２５質量部及び減水剤を０．５〜６．０質量部含むことが好ましい。これにより、モルタル組成物の強度がより一層向上する。
【００１０】
また、本発明の高じん性・高強度モルタル組成物に含まれる高張力繊維は、引張強度が１００〜１００００Ｎ／ｍｍ２、アスペクト比が４０〜２５０であり、モルタル組成物に対する含有量が外割りで０．３〜５．０体積％であることが好ましい。高張力繊維がこのような性状であると、高いじん性及び高い圧縮強度を得ることができる。また、高張力繊維は、金属繊維、炭素繊維及びアラミド繊維からなる群より選ばれる１種以上の繊維であると、モルタル組成物の強度をより一層向上することができる。
【００１１】
また、本発明の高じん性・高強度モルタル組成物は、耐火性能を向上する観点から、有機繊維を更に含むことが好ましい。有機繊維は、繊度が１．０〜２０ｄｔｅｘ、アスペクト比が２００〜９００であり、モルタル組成物に対する含有量が外割りで０．０５〜３体積％であることがより好ましい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、常温養生のみで早期に高い圧縮強度を発現でき、かつ、自己収縮ひずみを低減できる高じん性・高強度モルタル組成物を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】実施例で用いた消泡剤の１Ｈ−ＮＭＲスペクトルである。
【図２】モルタル組成物の始発後における自己収縮ひずみの経時変化を表すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明の高じん性・高強度モルタル組成物は、セメントと、シリカフュームと、水と、減水剤と、消泡剤と、膨張材と、収縮低減剤と、細骨材と、高張力繊維とを含むものである。以下、本発明に係るモルタル組成物の好適な実施形態について説明する。
【００１５】
セメントの鉱物組成は、Ｃ３Ｓ量が４０．０〜７５．０質量％であり、Ｃ３Ａ量が２．７質量％未満である。セメントのＣ３Ｓ量は、好ましくは４５．０〜７３．０質量％、より好ましくは４８．０〜７０．０質量％であり、更に好ましくは５０．０〜６８．０質量％である。Ｃ３Ａ量は好ましくは２．３質量％未満であり、より好ましくは２．１質量％未満であり、更に好ましくは１．９質量％未満である。Ｃ３Ｓ量が４０．０質量％未満では圧縮強度が低くなる傾向があり、７５．０質量％を超えるとセメントの焼成自体が困難となる傾向がある。また、Ｃ３Ａ量が２．７質量％以上では流動性が悪くなる。なお、Ｃ３Ａ量の下限値は特に限定されないが、０．１質量％程度である。
【００１６】
また、セメントのＣ２Ｓ量は好ましくは９．５〜４０．０質量％であり、より好ましくは１０．０〜３５．０質量％であり、更に好ましくは１２．０〜３０．０質量％である。Ｃ４ＡＦ量は好ましくは９．０〜１８．０質量％、より好ましくは１０．０〜１５．０質量％であり、更に好ましくは１１．０〜１５．０質量％である。このようなセメントの鉱物組成の範囲であれば、モルタル組成物の高い圧縮強度及び高い流動性を確保できる。
【００１７】
また、セメントの粒度は、４５μｍふるい残分が、上限で８．０質量％であり、好ましくは７．０質量％であり、より好ましくは６．０質量％である。４５μｍふるい残分の下限は０．０質量％であり、好ましくは１．０質量％であり、より好ましくは２．０質量％である。セメントの粒度がこの範囲であれば、高い圧縮強度を確保でき、また、このセメントを使用して調製したモルタルスラリーは適度な粘性があるため、繊維を添加した場合には、十分な分散性が確保できる。
【００１８】
セメントのブレーン比表面積は、好ましくは２５００〜４８００ｃｍ２／ｇ、より好ましくは２８００〜４０００ｃｍ２／ｇ、更に好ましくは３０００〜３６００ｃｍ２／ｇであり、特に好ましくは３２００〜３５００ｃｍ２／ｇである。セメントのブレーン比表面積が２５００ｃｍ２／ｇ未満ではモルタル組成物の強度が低くなる傾向があり、４８００ｃｍ２／ｇを超えると低水セメント比での流動性が低下する傾向がある。
【００１９】
本実施形態に係るセメントの製造にあたっては、通常のセメントと特に異なる操作を行う必要はない。上記セメントは、石灰石、珪石、スラグ、石炭灰、建設発生土、高炉ダスト等の原料の調合を目標とする鉱物組成に応じて変え、実機キルンで焼成した後、得られたクリンカーに石膏を加えて所定の粒度に粉砕することによって製造することができる。焼成するキルンには、一般的なＮＳＰキルンやＳＰキルン等を使用することができ、粉砕には一般的なボールミル等の粉砕機が使用可能である。また、必要に応じて、２種以上のセメントを混合することもできる。
【００２０】
シリカフュームは、金属シリコン、フェロシリコン、電融ジルコニア等を製造する際に発生する排ガス中のダストを集塵して得られる副産物であり、主成分は、アルカリ溶液中で溶解する非晶質のＳｉＯ２である。シリカフュームの平均粒子径は、好ましくは０．０５〜２．０μｍ、より好ましくは０．１０〜１．５μｍ、更に好ましくは０．１８〜０．２８μｍである。このようなシリカフュームを用いることで、モルタル組成物の高い圧縮強度及び高い流動性を確保できる。
【００２１】
本発明の高じん性・高強度モルタル組成物において、セメントを基準としたシリカフュームの含有量は、好ましくは３〜３０質量％であり、より好ましくは５〜２０質量％であり、更に好ましくは１０〜１８質量％である。また、モルタル１ｍ３当たりのシリカフュームの単位量は、好ましくは４６〜４６０ｋｇ／ｍ３、より好ましくは７６〜３０７ｋｇ／ｍ３、更に好ましくは１５３〜２７６ｋｇ／ｍ３である。
【００２２】
減水剤としては、リグニン系、ナフタレンスルホン酸系、アミノスルホン酸系、ポリカルボン酸系の減水剤、高性能減水剤、高性能ＡＥ減水剤等を使用することができる。低水セメント比での流動性確保の観点から、減水剤として、ポリカルボン酸系の減水剤、高性能減水剤又は高性能ＡＥ減水剤を用いることが好ましく、ポリカルボン酸系の高性能減水剤を用いることがより好ましい。本実施形態に係るモルタル組成物は、セメントとシリカフュームの合計量１００質量部に対して、減水剤を好ましくは０．５〜６．０質量部、より好ましくは１．０〜４．０質量部、更に好ましくは２．５〜３．５質量部である。また、モルタル１ｍ３当たりの減水剤の単位量は、好ましくは７〜９２ｋｇ／ｍ３、より好ましくは１５〜６０ｋｇ／ｍ３、更に好ましくは３７〜５３ｋｇ／ｍ３である。
【００２３】
消泡剤としては、特殊非イオン配合型界面活性剤、ポリアルキレン誘導体、疎水性シリカ、ポリエーテル系等を使用することができる。この場合、セメントとシリカフュームの合計量１００質量部に対して、消泡剤を好ましくは０．０１〜２．０質量部、より好ましくは０．０２〜１．５質量部、更に好ましくは０．０３〜１．０質量部、特に好ましくは０．０４〜０．８質量部である。また、モルタル１ｍ３当たりの消泡剤の単位量は、好ましくは０．１５〜３１ｋｇ／ｍ３、より好ましくは０．３〜２３ｋｇ／ｍ３、更に好ましくは０．４５〜１６ｋｇ／ｍ３、特に好ましくは０．６〜１３ｋｇ／ｍ３である。
【００２４】
膨張材としては、金属粉、カルシウムサルフォアルミネート(ＣＳＡ系)及びＣａＯを主成分とする石灰系などの膨張材を使用することができる。カルシウムサルフォアルミネート系膨張材としては、アウインを挙げることができ、特にエリントガイトを生成する膨張材が好ましい。石灰系膨張材としては、生石灰、生石灰―石膏混合系及び仮焼ドロマイト等を挙げることができ、中でも生石灰及び／又は生石灰―石膏混合系が好ましい。これらの膨張材は１種を単独で、又は２種以上を併用して使用することができる。
【００２５】
膨張材の添加量は、本発明の特性を損なわない範囲で添加することができ、モルタル１ｍ３に対して、好ましくは５〜４０ｋｇ、より好ましくは１０〜３０ｋｇ、特に好ましくは２０〜３０ｋｇである。添加量が少ないと膨張性に寄与せず、添加量が多いと過剰膨張するため、好ましくない。
【００２６】
収縮低減剤としては、ポリオキシアルキレン誘導体を含むアルキレン類の重合体をエーテル化した有機系収縮低減剤を使用することができる。収縮低減剤の添加量は、本発明の特性を損なわない範囲で添加することができ、モルタル１ｍ３に対して、好ましくは５〜４０ｋｇ、より好ましくは１０〜３０ｋｇ、特に好ましくは２０〜３０ｋｇである。添加量が上記範囲より少ないと収縮低減への寄与が小さくなり、添加量が上記範囲より多いと強度発現性が低下し、収縮低減効果が頭打ちになると共に、経済的でない。
【００２７】
細骨材としては、川砂、陸砂、海砂、砕砂、珪砂、石灰石骨材、高炉スラグ細骨材、フェロニッケルスラグ細骨材、銅スラグ細骨材、電気炉酸化スラグ細骨材等を使用することができる。また、無機質微粉末としては、石灰石粉、珪石粉、砕石粉等を使用することができる。
【００２８】
細骨材は、粒径０．１５ｍｍ以下の粒群を１５〜８５質量％、好ましくは２０〜８０質量％、より好ましくは３０〜８０質量％、更に好ましくは４０〜７５質量％含む。また、粒径０．０７５ｍｍ以下の粒群を３〜２０質量％、好ましくは５〜２０質量％、より好ましくは８〜２０質量％、更に好ましくは１０〜１８質量％含む。細骨材の含有量が１５質量％未満では、モルタルスラリーの粘性が低すぎるため高張力繊維が十分に分散しない恐れがある。細骨材の含有量が８５質量％を超えると、粘性が高くなり、所定のフローを出すためには水セメント比を増やす必要があるため強度低下に繋がるおそれがある。なお、細骨材が例えば砕砂と珪砂との混合物のように２種以上の砂からなる場合は、上記通過百分率は、それぞれの砂の通過百分率の加重平均として算出する。
【００２９】
モルタル組成物中の細骨材量は、好ましくは４００〜１０００ｋｇ／ｍ３、より好ましくは４３０〜８５０ｋｇ／ｍ３、更に好ましは５００〜７５０ｋｇ／ｍ３である。
【００３０】
高張力繊維としては、金属繊維、炭素繊維、アラミド繊維及び高強度ポリエチレン繊維（例えば、東洋紡株式会社製、商品名「ダイニーマ」）等が挙げられる。金属繊維として、鋼繊維、ステンレス繊維、アモルファス合金繊維等を使用することができる。高張力繊維の繊維径は０．０５〜１．２０ｍｍが好ましく、０．０８〜０．７０ｍｍがより好ましく、０．１０〜０．３５ｍｍが更に好ましく、０．１２〜０．２０ｍｍが特に好ましい。高張力繊維の繊維長は３〜６０ｍｍが好ましく、５〜３５ｍｍがより好ましく、７〜２０ｍｍが更に好ましく、９〜１５ｍｍが特に好ましい。高張力繊維のアスペクト比（繊維長／繊維径）は４０〜２５０が好ましく、５０〜２００がより好ましく、６０〜１７０が更に好ましく、７０〜１４０が特に好ましい。高張力繊維の引張強度は１００〜１００００Ｎ／ｍｍ２が好ましく、５００〜５０００Ｎ／ｍｍ２がより好ましく、１０００〜３０００Ｎ／ｍｍ２が更に好ましく、１５００〜２５００Ｎ／ｍｍ２が特に好ましい。高張力繊維の密度は、１〜２０ｇ／ｃｍ３が好ましく、３〜１５ｇ／ｃｍ３がより好ましく、５〜１３ｇ／ｃｍ３が更に好ましく、７〜１０ｇ／ｃｍ３が特に好ましい。このような高張力繊維を用いることで、モルタル組成物に高いじん性、高い圧縮強度、高い引張強度及び高い流動性を付与することができる。
【００３１】
本実施形態に係るモルタル組成物は、モルタル組成物に対して外割りで（すなわち、モルタル組成物における、高張力繊維を除いた組成物１００体積％に対して）高張力繊維を好ましくは０．３〜５．０体積％、より好ましくは０．５〜４．０体積％、更に好ましくは１．０〜２．５体積％含むことによって、高いじん性が得られる。なお、５．０体積％を超えるとモルタルの練混ぜが困難になる場合がある。また、モルタル１ｍ３に対する高張力繊維の配合量は、好ましくは２３〜３９３ｋｇ、より好ましくは３９〜３１４ｋｇ、更に好ましくは７９〜１９６ｋｇである。
【００３２】
本実施形態に係るモルタル組成物は、有機繊維を更に含むことで高い耐火性能を得ることが可能である。有機繊維としては、ポリプロピレン繊維、ポリエチレン繊維、ビニロン繊維等が挙げられる。これらは１種を単独で、又は２種以上を混合して使用することができる。
【００３３】
有機繊維は、モルタル組成物に対して外割りで（すなわち、モルタル組成物における、有機繊維を除いた組成物１００体積％に対して）好ましくは０．０５〜３．０体積％、より好ましくは０．０８〜２．５体積％、更に好ましくは０．１０〜２．０体積％、特に好ましくは０．１５〜１．０体積％である。有機繊維が０．０５体積％未満では十分な耐火爆裂性が得られない場合があり、３体積％を超えるとモルタル組成物中への練混ぜが困難になる場合がある。また、モルタル１ｍ３に対する有機繊維の配合量は、好ましくは０．１８〜１１ｋｇ、より好ましくは０．２９〜９．１ｋｇ、更に好ましくは０．３６〜７．３ｋｇ、特に好ましくは０．５５〜３．６ｋｇである。
【００３４】
有機繊維の繊度は１．０〜２０ｄｔｅｘが好ましく、１．５〜１５ｄｔｅｘがより好ましく、２．０〜４．０ｄｔｅｘが更に好ましい。有機繊維の引張強度は１〜６ｃＮ／ｄｔｅｘが好ましく、１．５〜５ｃＮ／ｄｔｅｘがより好ましく、２〜４ｃＮ／ｄｔｅｘが更に好ましい。有機繊維の伸度は４００％以下が好ましく、３００％以下がより好ましく、５０〜２００％が更に好ましい。有機繊維の繊維長は３〜３０ｍｍが好ましく、４〜２０ｍｍがより好ましく、５〜１５ｍｍが更に好ましい。有機繊維の密度は０．８〜１．５ｇ／ｃｍ３が好ましく、０．８〜１．３ｇ／ｃｍ３がより好ましく、０．８５〜０．９５ｇ／ｃｍ３が更に好ましい。有機繊維のアスペクト比（繊維長／繊維径）は、２００〜９００が好ましく、３００〜８００がより好ましく、４００〜７００が更に好ましい。
【００３５】
このような範囲の有機繊維を添加することで、モルタル組成物の高いじん性、高い圧縮
強度、高い引張強度及び高い流動性に加えて、高い耐火性能を確保できる。
【００３６】
また、本実施形態に係るモルタル組成物は、セメントとシリカフュームの合計量１００質量部に対して、水を好ましくは１０〜２５質量部、より好ましくは１２〜２０質量部、更に好ましくは１３〜１８質量部含む。モルタル１ｍ３当たりの単位水量は、好ましくは１５３〜３８３ｋｇ／ｍ３、より好ましくは１８４〜３０６ｋｇ／ｍ３、更に好ましくは１９９〜２７６ｋｇ／ｍ３である。
【００３７】
本実施形態に係るモルタル組成物には、必要に応じて、凝結促進剤、凝結遅延剤、増粘剤、ガラス繊維、合成樹脂粉末、ポリマーエマルジョン、ポリマーディスパージョン等を１種以上添加してもよい。
【００３８】
さらに、上記本実施形態に係るモルタル組成物に、粗骨材を適量組み合わせることにより、コンクリートを調製してもよい。粗骨材の量や、水の量は、目標圧縮強度、じん性、目標スランプに応じて適時変えればよい。粗骨材としては、砂利、砕石、石灰石骨材、高炉スラグ粗骨材、電気炉酸化スラグ粗骨材等を使用することができる。また、５ｍｍの篩いに８５質量％以上とどまる粗骨材がより好ましい。
【００３９】
本実施形態に係るモルタル組成物の製造方法は、特に限定されないが、水、減水剤及び高張力繊維（有機繊維を配合する場合は有機繊維も）以外の材料の一部又は全部を予め混合しておき、次に、水、減水剤を添加してミキサに入れて練り混ぜる。また、繊維材料は、モルタルを製造した後にミキサに添加し、更に練り混ぜる。モルタルの練混ぜに使用するミキサは特に限定されず、モルタル用ミキサ、二軸強制練りミキサ、パン型ミキサ、グラウトミキサ等を使用することができる。
【００４０】
本発明の高じん性・高強度モルタル組成物は、高強度が求められるＰＣ梁、高耐久性パネル、ブロック耐震壁などに有効である。高張力繊維を添加することによって、橋梁等の鉄筋量を減らすことが可能となる。また、橋梁の補修・補強等にも有効である。
【００４１】
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限定されるものではない。
【実施例】
【００４２】
以下、実施例及び比較例を挙げて本発明の内容をより具体的に説明する。なお、本発明は下記実施例に限定されるものではない。
【００４３】
［使用材料の準備］
実施例及び比較例のモルタル組成物を作製するために、以下に示す材料を準備した。
（１）セメント（Ｃ）：
石灰石、珪石、スラグ、石炭灰、建設発生土、銅ガラミ等の原料を調合し、キルンで焼成した後、石膏を加えて粉砕することにより、ポルトランドセメントを調製した。得られたセメントの化学成分を、ＪＩＳ Ｒ ５２０２‐２０１０「セメントの化学分析方法」にしたがい測定し、鉱物組成を下記のボーグ式により算出した。得られたセメントの鉱物組成を表１に示す。
Ｃ３Ｓ量＝（４．０７×ＣａＯ）−（７．６０×ＳｉＯ２）−（６．７２×Ａｌ２Ｏ３）−（１．４３×Ｆｅ２Ｏ３）−（２．８５×ＳＯ３）
Ｃ２Ｓ量＝（２．８７×ＳｉＯ２）−（０．７５４×Ｃ３Ｓ）
Ｃ３Ａ量＝（２．６５×Ａｌ２Ｏ３）−（１．６９×Ｆｅ２Ｏ３）
Ｃ４ＡＦ量＝３．０４×Ｆｅ２Ｏ３
【００４４】
また、得られたセメントの４５μｍふるい残分を、セメント協会標準試験方法 ＪＣＡＳ Ｋ−０２「４５μｍ網ふるいによるセメントの粉末度試験方法」に準じて測定した。また、ブレーン比表面積をＪＩＳ Ｒ ５２０１−１９９７「セメントの物理試験方法」に準じて測定した。結果を表１に示す。
【００４５】
【表１】
【００４６】
（２）シリカフューム（ＳＦ）：平均粒子径０．２４μｍ
シリカフュームの平均粒子径は、レーザー回折／散乱式粒子径分布測定装置（堀場製作所製、商品名「ＬＡ−９５０Ｖ２」）を用いて測定した粒子径分布より、粒子径−通過分積算％曲線を算出し、粒子径−通過分積算％曲線より通過分積算が５０体積％となる粒子径を求めた。試料分散媒は０．２％ヘキサメタリン酸ナトリウム水溶液を用い、測定前に出力６００Ｗのホモジナイザーにて１０分間分散処理した。粒度分布の演算はＭｉｅ散乱理論に従った。粒子屈折率は１．４５−０．００ｉ、溶媒屈折率は１．３３３とした。各粒度の通過分積算（体積％）を表２に示す。
【００４７】
【表２】
【００４８】
（３）細骨材
（ｉ）砕砂：安山岩砕砂、表乾密度２．６２ｇ／ｃｍ３、粗粒率２．８０
（ｉｉ）珪砂：絶乾密度２．６３ｇ／ｃｍ３
上記砕砂及び珪砂の粒度を、ＪＩＳ Ａ １１０２−２００６「骨材のふるい分け試験方法」に準じて測定した。次いで、砕砂及び珪砂を混合して所定の粒度になるように細骨材を調整した。結果を表３に示す。
【００４９】
【表３】
【００５０】
（４）減水剤：ポリカルボン酸系高性能減水剤（固形分濃度２５質量％）
（５）消泡剤：特殊非イオン配合型界面活性剤
図１は、上記消泡剤を重メタノールに溶解し、ＮＭＲ測定装置（ＢＲＵＫＥＲ製、商品名「ＡＶＡＮＣＥ」）を用いて測定した１Ｈ−ＮＭＲスペクトルである。上記消泡剤の構造単位である、ポリオキシプロピレン（以下、「ＰＯＰ」と略記する）の構造単位、ポリオキシエチレン（以下、「ＰＯＥ」と略記する）の構造単位及びアルキル鎖の構造単位のモル比を、ＰＯＰ中のメチル基に由来するシグナルの積分値を基準に算出した。この内、ＰＯＰに対するＰＯＥのモル比を、３．５ｐｐｍ付近に現れるＰＯＰのメチル基以外の炭化水素基に由来するシグナル及びＰＯＥの炭化水素基に由来するシグナルの積分値からＰＯＰのメチル基以外の炭化水素基に由来するシグナルの積分値を差し引くことにより算出した。消泡剤中のＰＯＰ、ＰＯＥ及びアルキル鎖の構造単位のモル比を表４に示す。
【００５１】
【表４】
（６）膨張材：パワーＣＳＡ（商品名；電気化学工業社製）
（７）収縮低減剤：市販３銘柄（Ａ：低級アルコール系収縮低減剤、Ｂ：ポリエーテル系収縮低減剤、Ｃ：グリコールエーテル系収縮低減剤）を使用した。
（８）高張力繊維：鋼繊維（東京製綱社製、商品名「ＣＷ９４１６」）、密度：７．８７ｇ／ｃｍ３、繊維径０．１６ｍｍ、繊維長１３ｍｍ、アスペクト比８１．２５、引張強度２２００Ｎ／ｍｍ２
（９）有機繊維：ポリプロピレン繊維（ダイワボウポリテック社製、商品名「ＰＺ」）繊度２．３４ｄｔｅｘ、引張強度３．１１ｃＮ／ｄｔｅｘ、伸度１２６．４％、繊維長１０．０ｍｍ、水分率３５．２％、密度：０．９１ｇ／ｃｍ３、アスペクト比５８８
（１０）練混ぜ水（Ｗ）：上水道水
【００５２】
［モルタル組成物の作製］
モルタル組成物の作製を、表５の配合組成に基づき、以下の通りに行った。
【００５３】
セメント、膨張材、収縮低減剤、シリカフューム、消泡剤及び細骨材をコンクリート用二軸ミキサに加え、３０秒間撹拌した。次に、減水剤を含む練混ぜ水をミキサ内に投入して１０分間撹拌し、さらに、鋼繊維及びポリプロピレン繊維（ＰＰ繊維）を投入して３分間撹拌し、モルタル組成物を作製した。
【００５４】
【表５】
＊１：セメント及びシリカフュームの合計量１００質量％に対する水の量
＊２：セメント１００質量％に対するシリカフュームの量
＊３：セメント及びシリカフュームに対して外割りで添加した値。なお、減水剤中の水分は単位水量に含める。
＊４：モルタル組成物に対して外割りで添加した値。
【００５５】
［モルタル組成物の評価］
（１）フレッシュ性状
（試験方法）
比較例１及び実施例１〜３で作製したモルタル組成物を用いて、スランプフローを測定した。スランプフローは、ＪＩＳ Ａ １１５０−２００７「コンクリートのスランプフロー試験方法」に準じ、測定した。
【００５６】
（２）強度試験
ＪＩＳ Ａ １１３２−２００６「コンクリートの強度試験用供試体の作り方」に準じて５ｃｍ×１０ｃｍの円柱供試体を作製し、ＪＩＳ Ａ １１０８−２００６「コンクリートの圧縮強度試験方法」に準じて圧縮強度試験を行った。供試体は試験材齢まで２０℃で水中養生した。
【００５７】
（３）自己収縮
比較例１及び実施例１〜３で得られたモルタル組成物を、埋込型ゲージ（東京測器研究所製）を中心に配した１０×１０×４０ｃｍ型枠（鋼製）に打設し、自己収縮ひずみと温度を計測した。なお、型枠面内側にはスチレンボードとテフロンシートを配し、モルタルが拘束を受けない状態で測定を行い、測定終了までは封緘状態を保った。
【００５８】
（評価結果）
表６に、スランプフロー試験、圧縮強度試験及び自己収縮測定の結果を示す。また、モルタル組成物の始発後における自己収縮ひずみの経時変化を図１に示す。
【００５９】
【表６】
【００６０】
膨張材及び収縮低減剤を配合した実施例１〜３では、スランプフロー及び圧縮強度について良好な値を示すだけでなく、自己収縮ひずみが小さくなる効果が認められた。
【００６１】
これに対し、比較例１では、スランプフロー及び圧縮強度について良好であったものの、始発後１２０日での自己収縮ひずみが大きいことが確認された。
【００６２】
以上のことから、圧縮強度を維持しながらモルタル組成物の自己収縮ひずみを低減するためには、膨張材及び収縮低減剤の使用が有効であることを確認した。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
セメントと、シリカフュームと、水と、減水剤と、消泡剤と、膨張材と、収縮低減剤と、細骨材と、高張力繊維とを含み、
前記セメントは、Ｃ３Ｓを４０．０〜７５．０質量％及びＣ３Ａを２．７質量％未満含有し、かつ、４５μｍふるい残分が８．０質量％未満であり、
前記細骨材は、粒径０．１５ｍｍ以下の粒群を１５〜８５質量％、かつ、粒径０．０７５ｍｍ以下の粒群を３〜２０質量％含有する、高じん性・高強度モルタル組成物。
【請求項２】
前記シリカフュームの平均粒子径が０．０５〜２．０μｍである、請求項１に記載の高じん性・高強度モルタル組成物。
【請求項３】
前記セメントを基準として、前記シリカヒュームを３〜３０質量％含む、請求項１又は２に記載の高じん性・高強度モルタル組成物。
【請求項４】
前記セメント及び前記シリカフュームの合計量１００質量部に対して、水を１０〜２５質量部及び減水剤を０．５〜６．０質量部含む、請求項１〜３のいずれか１項に記載の高じん性・高強度モルタル組成物。
【請求項５】
前記高張力繊維は、引張強度が１００〜１００００Ｎ／ｍｍ２、アスペクト比が４０〜２５０であり、前記モルタル組成物に対する含有量が外割りで０．３〜５．０体積％である、請求項１〜４のいずれか１項に記載の高じん性・高強度モルタル組成物。
【請求項６】
前記高張力繊維は、金属繊維、炭素繊維及びアラミド繊維からなる群より選ばれる１種以上の繊維である、請求項１〜５のいずれか１項に記載の高じん性・高強度モルタル組成物。
【請求項７】
有機繊維を更に含む、請求項１〜６のいずれか１項に記載の高じん性・高強度モルタル組成物。
【請求項８】
前記有機繊維は、繊度が１．０〜２０ｄｔｅｘ、アスペクト比が２００〜９００であり、前記モルタル組成物に対する含有量が外割りで０．０５〜３体積％である、請求項７に記載の高じん性・高強度モルタル組成物。
【請求項１】
セメントと、シリカフュームと、水と、減水剤と、消泡剤と、膨張材と、収縮低減剤と、細骨材と、高張力繊維とを含み、
前記セメントは、Ｃ３Ｓを４０．０〜７５．０質量％及びＣ３Ａを２．７質量％未満含有し、かつ、４５μｍふるい残分が８．０質量％未満であり、
前記細骨材は、粒径０．１５ｍｍ以下の粒群を１５〜８５質量％、かつ、粒径０．０７５ｍｍ以下の粒群を３〜２０質量％含有する、高じん性・高強度モルタル組成物。
【請求項２】
前記シリカフュームの平均粒子径が０．０５〜２．０μｍである、請求項１に記載の高じん性・高強度モルタル組成物。
【請求項３】
前記セメントを基準として、前記シリカヒュームを３〜３０質量％含む、請求項１又は２に記載の高じん性・高強度モルタル組成物。
【請求項４】
前記セメント及び前記シリカフュームの合計量１００質量部に対して、水を１０〜２５質量部及び減水剤を０．５〜６．０質量部含む、請求項１〜３のいずれか１項に記載の高じん性・高強度モルタル組成物。
【請求項５】
前記高張力繊維は、引張強度が１００〜１００００Ｎ／ｍｍ２、アスペクト比が４０〜２５０であり、前記モルタル組成物に対する含有量が外割りで０．３〜５．０体積％である、請求項１〜４のいずれか１項に記載の高じん性・高強度モルタル組成物。
【請求項６】
前記高張力繊維は、金属繊維、炭素繊維及びアラミド繊維からなる群より選ばれる１種以上の繊維である、請求項１〜５のいずれか１項に記載の高じん性・高強度モルタル組成物。
【請求項７】
有機繊維を更に含む、請求項１〜６のいずれか１項に記載の高じん性・高強度モルタル組成物。
【請求項８】
前記有機繊維は、繊度が１．０〜２０ｄｔｅｘ、アスペクト比が２００〜９００であり、前記モルタル組成物に対する含有量が外割りで０．０５〜３体積％である、請求項７に記載の高じん性・高強度モルタル組成物。
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開２０１２−１４４４０５（Ｐ２０１２−１４４４０５Ａ）
【公開日】平成２４年８月２日（２０１２．８．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−５８８４（Ｐ２０１１−５８８４）
【出願日】平成２３年１月１４日（２０１１．１．１４）
【出願人】（００００００５４９）株式会社大林組 (1,758)
【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２４年８月２日（２０１２．８．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１月１４日（２０１１．１．１４）
【出願人】（００００００５４９）株式会社大林組 (1,758)
【出願人】（００００００２０６）宇部興産株式会社 (2,022)
【Ｆターム（参考）】
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