高強度ペースト組成物
【課題】 常温養生のみで、高い圧縮強度を発現できる高強度ペースト組成物を提供すること。
【解決手段】 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、無機質微粉末と、シリカゲルとを含む高強度ペースト組成物であって、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２５．０質量％未満であり、無機質微粉末は、石灰石粉、珪石粉、砕石粉及びスラグ粉からなる群より選ばれる少なくとも１種の微粉末を含有し、シリカゲルは、相対湿度８０％における平衡含水率が２０〜８０％、かつ、窒素ガス吸着法で求めた全細孔容積が０．２〜１．５ｍＬ／ｇである高強度ペースト組成物に関する。
【解決手段】 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、無機質微粉末と、シリカゲルとを含む高強度ペースト組成物であって、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２５．０質量％未満であり、無機質微粉末は、石灰石粉、珪石粉、砕石粉及びスラグ粉からなる群より選ばれる少なくとも１種の微粉末を含有し、シリカゲルは、相対湿度８０％における平衡含水率が２０〜８０％、かつ、窒素ガス吸着法で求めた全細孔容積が０．２〜１．５ｍＬ／ｇである高強度ペースト組成物に関する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高強度ペースト組成物に関する。
【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、２００Ｎ／ｍｍ２程度の圧縮強度が得られるような超高強度材料が提案されている。これらの材料では、セメント、ポゾラン質微粉末、骨材及び高性能減水剤が使用されており、熱養生によって超高強度化が図られている。また、これらに金属繊維や有機繊維を添加することによって、高いじん性やひび割れ抑制機能を付与することが提案されている（特許文献１〜３参照）。そして、特許文献２及び３に記載の材料を標準の条件で養生した場合、材齢２８日の圧縮強度が１５０Ｎ／ｍｍ２程度に留まることがわかっている（非特許文献１参照）。
【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２００７−１２６３１７号公報
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】超高強度繊維補強コンクリートの強度発現性状に関する実験的検討、コンクリート工学年次論文集、Ｖｏｌ．３０、Ｎｏ．１、ｐｐ．２４３−２４８、２００８
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、既存の技術では、コンクリートの超高強度化を実現するためには、熱養生を必要とする場合が多いため、コンクリートの製造箇所が限定され、製造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、材料の流動性、型枠や養生装置の形状等により制約を受けるため、超高強度材料は施工や設計の自由度が制限される。一方、ひび割れ抑制機能を備えた高じん性セメント系材料は、現場施工が可能であるが、強度は通常のコンクリートと同程度しか得られていない。このため、熱養生が不要であり、現場施工が可能な高強度材料が求められている。
【０００６】
そこで、本発明は、常温養生のみで、高い圧縮強度を発現できる高強度ペースト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】
【０００７】
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、特定の平衡含水率と全細孔容積を有するシリカゲル、特定の鉱物組成及び粒度分布を有するセメント及び無機質微粉末を、シリカフューム、減水剤及び消泡剤と組み合わせることで、熱養生しなくともペースト組成物の強度を向上できることを見出し、本発明を完成するに至った。
【０００８】
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、無機質微粉末と、シリカゲルとを含む高強度ペースト組成物であって、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２５．０質量％未満であり、無機質微粉末が、石灰石粉、珪石粉、砕石粉及びスラグ粉からなる群より選ばれる少なくとも１種の微粉末を含有し、無機質微粉末の混合物は、粒径０．１５ｍｍ以上の粒群を１０質量％以下、かつ、粒径０．０７５ｍｍ以下の粒群を７０質量％以上含有し、シリカゲルは、相対湿度８０％における平衡含水率が２０〜８０％、かつ、窒素ガス吸着法で求めた全細孔容積が０．２〜１．５ｍＬ／ｇである高強度ペースト組成物を提供する。このようなペースト組成物は、常温養生のみで、高い圧縮強度を発現することができる。
【０００９】
シリカゲルのＢＥＴ比表面積が３００ｍ２／ｇ以上であると、ペースト組成物の強度をより向上することができる。
【００１０】
無機質微粉末のブレーン比表面積が３０００〜５０００ｃｍ２／ｇであると、高強度ペースト組成物の流動性を向上できる。
【００１１】
また、本発明の高強度ペースト組成物は、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、無機質微粉末を１０〜６０質量部含むことにより、組成物の流動性が向上し、施工性に優れるものとなる。
【００１２】
上記シリカフュームの平均粒子径が０．０５〜２．０μｍであると、ペースト組成物の強度を更に向上することができる。そして、本発明の高強度ペースト組成物は、セメントを基準として、シリカフュームを３〜３０質量％含むことが好ましい。
【００１３】
本発明の高強度ペースト組成物は、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、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、ペースト組成物の強度がより一層向上する。
【００１４】
さらに、本発明の高強度ペースト組成物は、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、シリカゲルを、０．１〜１０．０質量部含むことにより、常温養生のみで高い圧縮強度を発現できるという本発明の奏する効果をより一層有効かつ確実に発現することができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、常温養生のみで、高い圧縮強度を発現できるペースト組成物を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【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】硬化体中のシリカフュームの反応量と圧縮強さとの関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明の高強度ペースト組成物は、セメントと、シリカフュームと、水と、減水剤と、消泡剤と、無機質微粉末と、シリカゲルとを含むものである。以下、本発明に係るペースト組成物の好適な実施形態について説明する。
【００１８】
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。
【００１９】
また、セメントのＣ２Ｓ量は好ましくは９．５〜４０．０質量％、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、ペースト組成物の高い圧縮強度及び高い流動性を確保できる。
【００２０】
また、セメントの粒度は、４５μｍふるい残分が、上限で２５．０質量％未満であり、好ましくは２０．０質量％であり、より好ましくは１８．０質量％であり、更に好ましくは１６．０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ペースト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。
【００２１】
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３１００〜３５００ｃｍ２／ｇである。セメントのブレーン比表面積が２５００ｃｍ２／ｇ未満ではペースト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。
【００２２】
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無い。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。
【００２３】
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、ペースト組成物の高い圧縮強度及び高い流動性を確保できる。
【００２４】
本発明の高強度ペースト組成物において、セメントを基準としたシリカフューム含有量は、セメントに対して好ましくは３〜３０質量％、より好ましくは５〜２０質量％、更に好ましは１０〜１８質量％である。また、ペースト１ｍ３当たりのシリカフュームの単位量は、好ましくは３６〜３６０ｋｇ／ｍ３、より好ましくは６１〜２４２ｋｇ／ｍ３、更に好ましくは１２１〜２１８ｋｇ／ｍ３である。
【００２５】
シリカゲルは、珪酸アルカリと鉱酸を酸性条件下で反応させてゲル化した後、乾燥して得られる多孔性の非晶質シリカである。シリカゲルとしては、例えば、ＪＩＳ Ｚ ０７０１−１９７７「包装用シリカゲル乾燥剤」に適合する種類を使用でき、市販品として入手することができる。
【００２６】
シリカゲルの相対湿度８０％における平衡含水率は、２０〜８０％であり、好ましくは２０〜７０％、より好ましくは２５〜５０％、更に好ましくは２５〜４０％である。相対湿度８０％における平衡含水率が２０％未満又は８０％を超えると、十分に高い強度が発現し難い。
【００２７】
平衡含水率とは、ＪＩＳ Ａ １４７５−２００４「建築材料の平衡含水率測定方法」で規定される平衡質量含水率であり、測定は、同規格のチャンバー法による放湿過程の測定手順に準じる。但し、本発明では、測定温度を２０℃とし、相対湿度９５％以上の雰囲気で平衡させた後に相対湿度８０％の平衡含水率を測定するものとする。
【００２８】
シリカゲルの窒素ガス吸着法で求めた全細孔容積は、０．２〜１．５ｍＬ／ｇであり、好ましくは０．２〜１．０ｍＬ／ｇ、より好ましくは０．３〜０．８ｍＬ／ｇ、更に好ましくは０．３〜０．６ｍＬ／ｇである。全細孔容積が１．５ｍＬ／ｇを超える場合、シリカゲルの吸水量が多く、これを添加したペースト組成物の流動性が低下するほか、セメントの水和に必要な水が不足し、十分に高い強度が発現し難い傾向にある。さらに全細孔容積が０．２ｍＬ／ｇ未満では、細孔量が不足し、相対湿度８０％における平衡含水率が上記所定の範囲から外れる傾向にある。
【００２９】
窒素ガス吸着法で求めた全細孔容積とは、ＪＩＳ Ｋ １１５０−１９９４「シリカゲル試験方法」で規定される窒素吸着等温線から求めた細孔容積である。容量法により測定した吸着等温線について、同規格の試験方法にしたがい相対圧１．０における吸着容積量を求め、これを全細孔容積とする。ここで、吸着容積量は気体窒素の容積値ではなく液体窒素の容積値である。
【００３０】
シリカゲルのＢＥＴ比表面積は、好ましくは３００ｍ２／ｇ以上、より好ましくは３００〜１０００ｍ２／ｇ、更に好ましくは５００〜９００ｍ２／ｇであり、特に好ましくは６００〜８００ｍ２／ｇ以下である。これにより、より良好な強度発現性を得ることができる。
【００３１】
ＢＥＴ比表面積は、窒素ガスを用いた容量法により測定した吸着等温線にＢＥＴ式を適用することで算出される表面積であり、ＪＩＳ Ｒ １６２６−１９９６「ファインセラミックス粉体の気体吸着ＢＥＴ法による比表面積の測定方法」で規定されるＢＥＴ多点法に従い求められる。
【００３２】
シリカゲルの平均粒子径は、好ましくは１．０〜２０００μｍ、より好ましくは１．５〜１５００μｍ、更に好ましくは２．０〜１０００μｍである。このようなシリカゲルを用いることで、ペースト組成物の高い圧縮強度及び高い流動性を確保できる。
【００３３】
本発明の高強度ペースト組成物において、安定した高強度発現性を得るため、シリカゲルの含有量は、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０．１〜１０．０質量部であることが好ましい。より好ましい範囲は０．４〜５．０質量部であり、更に好ましくは０．５〜３．０質量部、特に好ましくは０．６〜１．６質量部である。所定のシリカゲルをこの範囲で用いることにより、流動性と高強度発現性のバランスのとれたペースト組成物を得ることができる。また、ペースト１ｍ３当たりのシリカゲルの単位量は、好ましくは１．３〜１５０ｋｇ／ｍ３、より好ましくは５．８〜７５ｋｇ／ｍ３、更に好ましくは６．５〜４５ｋｇ／ｍ３、特に好ましくは７．８〜２４ｋｇ／ｍ３である。
【００３４】
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。本実施形態に係るペースト組成物は、セメントとシリカフュームの合量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１．８〜３．０質量部含む。また、ペースト１ｍ３当たりの減水剤の単位量は、好ましくは６〜８３ｋｇ／ｍ３、より好ましくは１３〜５５ｋｇ／ｍ３、更に好ましくは１８〜４２ｋｇ／ｍ３である。
【００３５】
消泡剤としては、特殊非イオン配合型、ポリアルキレン誘導体、疎水性シリカ、ポリエーテル系等が挙げられる。この場合、セメントとシリカフュームの合量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質量部含む。また、ペースト１ｍ３当たりの消泡剤の単位量は、好ましくは０．１０〜２８ｋｇ／ｍ３、より好ましくは０．２０〜２１ｋｇ／ｍ３、更に好ましくは０．４０〜１４ｋｇ／ｍ３である。
【００３６】
無機質微粉末としては、石灰石粉、珪石粉、砕石粉、スラグ粉等の微粉末を使用することができる。無機質微粉末は、石灰石粉、珪石粉、砕石粉、スラグ粉等をブレーン比表面積が２５００ｃｍ２／ｇ以上となるまで粉砕又は分級した微粉末であり、ペースト組成物の流動性を改善することできる。無機質微粉末のブレーン比表面積は３０００〜５０００ｃｍ２／ｇであることが好ましく、３２００〜４５００ｃｍ２／ｇであることがより好ましく、３４００〜４３００ｃｍ２／ｇであることが更に好ましい。
【００３７】
本実施形態に係る無機質微粉末又はその混合物は、粒径０．１５ｍｍ以上の粒群を１０質量％以下、好ましくは５質量％以下、より好ましくは３質量％以下含み、かつ、粒径０．０７５ｍｍ以下の粒群を７０質量％以上、好ましくは８０〜９５質量％、より好ましくは８５〜９５質量％含む。粒径０．１５ｍｍ以上の粒群を１０質量％を超えて含むと、繊維が絡みやすく、均一に分散せず、硬化体が不均一になるおそれがある。
【００３８】
ここで、無機質微粉末の混合物とは、２種類以上の微粉末を混合したものや、無機質微粉末と共に細骨材等を併用した混合物をいう。細骨材は、１０ｍｍふるいを全部通り、５ｍｍふるいを８５質量％以上通過する骨材であるが、０．１５ｍｍふるいを通過する骨材は１０質量％未満である。そのため、細骨材を併用する場合は、混合物の粒径０．１５ｍｍ以上の粒群が１０質量％以下かつ、粒径０．０７５ｍｍ以下の粒群が７０質量％以上となるよう配合割合を調整する必要があり、細骨材の配合量はできるだけ低減する必要がある。細骨材の配合量は、無機質微粉末と細骨材との合計量を基準として、２０質量％未満とすることが好ましく、１０質量％未満とすることがより好ましく、５質量％未満とすることが更に好ましい。
【００３９】
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、無機質微粉末を１０〜６０質量部含むことが好ましく、２０〜６０質量部含むことがより好ましく、３０〜６０質量部含むことが更に好ましい。また、ペースト１ｍ３当たりの無機質微粉末又はその混合物の単位量は、好ましくは１３７〜９００ｋｇ／ｍ３、より好ましくは２５０〜９００ｋｇ／ｍ３、更に好ましくは４５０〜９００ｋｇ／ｍ３である。
【００４０】
また、本実施形態に係るペースト組成物は、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。ペースト１ｍ３当たりの単位水量は、好ましくは１３７〜３４４ｋｇ／ｍ３、より好ましくは１６５〜２７５ｋｇ／ｍ３、更に好ましくは１７８〜２４８ｋｇ／ｍ３である。
【００４１】
本実施形態に係るペースト組成物には、必要に応じて、高張力繊維、膨張材、収縮低減剤、凝結促進剤、凝結遅延剤、増粘剤、ガラス繊維、有機繊維、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。
【００４２】
さらに、上記本実施形態に係るペースト組成物に、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。
【００４３】
本実施形態に係るペースト組成物の製造方法は、特に限定されないが、水、減水剤以外の材料の一部又は全部を予め混合しておき、次に、水及び減水剤を添加してミキサに入れて練り混ぜる。ペーストの練混ぜに使用するミキサは特に限定されず、ペースト用ミキサ、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。
【００４４】
本発明の高強度ペースト組成物は、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。
【００４５】
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】
【００４６】
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。
【００４７】
［使用材料の準備］
実施例及び比較例のペースト組成物を調製するために、以下に示す材料を準備した。
【００４８】
（１）セメント
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。
【００４９】
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
【００５０】
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、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。
【００５１】
【表１】
【００５２】
（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。
【００５３】
【表２】
【００５４】
（３）無機質微粉末：石灰石微粉末：密度２．７１ｇ／ｃｍ３、ブレーン比表面積４２８０ｃｍ２／ｇ
上記石灰石微粉末の粒度を、ＪＩＳ Ａ １１０２−２００６「骨材のふるい分け試験方法」を参考として測定した。結果を表３に示す。
【００５５】
【表３】
【００５６】
（５）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％）
（６）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。
【００５７】
【表４】
【００５８】
（７）シリカゲル
シリカゲルには細孔構造の異なる３種のシリカゲルを準備した。
（８）沈降性シリカ：「Ｚｅｏｓｉｌ １１１５ＭＰ」（Ｒｈｏｄｉａ社製、商品名）
沈降性シリカはシリカゲルと類似した物質でポゾラン質微粉末として知られており、珪酸アルカリを鉱酸で中和する際、中性あるいはアルカリ性下で反応を行い、シリカを沈殿させて調製されるものである。
【００５９】
シリカゲル及び沈降シリカのＢＥＴ比表面積、全細孔容積及び相対湿度（Ｒ．Ｈ．）８０％における平衡含水率を表５に示す。
【００６０】
【表５】
【００６１】
（９）練混ぜ水（Ｗ）：上水道水
【００６２】
［ペースト組成物の調製］
ペースト組成物の調製を、表６の配合に基づき、以下の通りに行った。
【００６３】
セメント、シリカフューム、無機質微粉末及び消泡剤と、シリカゲル又は沈降シリカとをモルタルミキサに入れ、３０秒間空練りした後、減水剤を含む練混ぜ水をミキサ内に投入した。これを、低速で６分３０秒間混合した後、高速で３分間混合することにより、ペースト組成物を調製した。
【００６４】
ここで、減水剤の添加量は、ペースト組成物の０打フローが２５０ｍｍ〜３００ｍｍとなるよう調整した。０打フローは、ＪＩＳ Ｒ ５２０１−１９９７「セメントの物理試験方法」に準じ、落下無しの条件で測定した。
【００６５】
【表６】
＊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：減水剤中の水分は単位水量に含める。
＊３：セメント及びシリカフュームの合計量１００質量％に対するシリカゲル又は沈降シリカの量。
【００６６】
［ペースト組成物の評価］
上述のペースト組成物を用いて、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、材齢５５日まで常温で標準養生した。この供試体について、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。結果を表７に示す。
【００６７】
【表７】
＊４：セメント及びシリカフュームの合計量１００質量％に対する減水剤の量。
【００６８】
所定の平衡含水率及び全細孔容積を有するシリカゲルを配合した実施例１及び２の高強度ペースト組成物は、圧縮強度が向上することが確認できた。
【００６９】
（シリカゲルの作用の推察）
所定の平衡含水率及び全細孔容積を有するシリカゲルを配合することで、ペースト組成物の流動性が向上し、常温養生のみでも高い強度が発現できる要因を探る一環として、配合やセメント種類の異なる各種の高強度ペースト組成物について、常温養生した硬化体の解析を実施した。解析結果の一例として、セメント中のＣ３Ｓの反応率及びシリカフュームの反応率の経時変化を表８に示す。また、図２は、硬化体中のシリカフュームの反応量と圧縮強さとの関係を示すグラフである。
【００７０】
【表８】
【００７１】
これらの結果より、本発明の高強度ペースト組成物のように水結合材比が小さい条件では、はじめにセメントの水和反応が優先的に進行し、セメントの反応が停滞した後にシリカフュームのポゾラン反応が進むことがわかった。また、この場合、シリカフュームの反応量が圧縮強さの支配要因の一つであることを知見した。
【００７２】
上記知見によると、常温養生下で硬化体の強度を向上するには、シリカフュームの反応量を高めなければならない。一方、硬化体内の水分は、初期のセメントの反応で消費されるため、シリカフュームの反応時期には十分な水が不足していると考えられる。本発明者らは、ペースト組成物に適度な細孔構造を有するシリカゲルを添加することで、シリカフュームの反応時期に水分が放出され、シリカフュームの反応が促進されると推察している。
【００７３】
以上のことから、本発明のペースト組成物は、特定の平衡含水率と全細孔容積を有するシリカゲルを配合することで、流動性を損なうことなく、常温養生のみで高い圧縮強度を発現できることが確認された。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高強度ペースト組成物に関する。
【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、２００Ｎ／ｍｍ２程度の圧縮強度が得られるような超高強度材料が提案されている。これらの材料では、セメント、ポゾラン質微粉末、骨材及び高性能減水剤が使用されており、熱養生によって超高強度化が図られている。また、これらに金属繊維や有機繊維を添加することによって、高いじん性やひび割れ抑制機能を付与することが提案されている（特許文献１〜３参照）。そして、特許文献２及び３に記載の材料を標準の条件で養生した場合、材齢２８日の圧縮強度が１５０Ｎ／ｍｍ２程度に留まることがわかっている（非特許文献１参照）。
【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２００７−１２６３１７号公報
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】超高強度繊維補強コンクリートの強度発現性状に関する実験的検討、コンクリート工学年次論文集、Ｖｏｌ．３０、Ｎｏ．１、ｐｐ．２４３−２４８、２００８
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、既存の技術では、コンクリートの超高強度化を実現するためには、熱養生を必要とする場合が多いため、コンクリートの製造箇所が限定され、製造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、材料の流動性、型枠や養生装置の形状等により制約を受けるため、超高強度材料は施工や設計の自由度が制限される。一方、ひび割れ抑制機能を備えた高じん性セメント系材料は、現場施工が可能であるが、強度は通常のコンクリートと同程度しか得られていない。このため、熱養生が不要であり、現場施工が可能な高強度材料が求められている。
【０００６】
そこで、本発明は、常温養生のみで、高い圧縮強度を発現できる高強度ペースト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】
【０００７】
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、特定の平衡含水率と全細孔容積を有するシリカゲル、特定の鉱物組成及び粒度分布を有するセメント及び無機質微粉末を、シリカフューム、減水剤及び消泡剤と組み合わせることで、熱養生しなくともペースト組成物の強度を向上できることを見出し、本発明を完成するに至った。
【０００８】
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、無機質微粉末と、シリカゲルとを含む高強度ペースト組成物であって、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２５．０質量％未満であり、無機質微粉末が、石灰石粉、珪石粉、砕石粉及びスラグ粉からなる群より選ばれる少なくとも１種の微粉末を含有し、無機質微粉末の混合物は、粒径０．１５ｍｍ以上の粒群を１０質量％以下、かつ、粒径０．０７５ｍｍ以下の粒群を７０質量％以上含有し、シリカゲルは、相対湿度８０％における平衡含水率が２０〜８０％、かつ、窒素ガス吸着法で求めた全細孔容積が０．２〜１．５ｍＬ／ｇである高強度ペースト組成物を提供する。このようなペースト組成物は、常温養生のみで、高い圧縮強度を発現することができる。
【０００９】
シリカゲルのＢＥＴ比表面積が３００ｍ２／ｇ以上であると、ペースト組成物の強度をより向上することができる。
【００１０】
無機質微粉末のブレーン比表面積が３０００〜５０００ｃｍ２／ｇであると、高強度ペースト組成物の流動性を向上できる。
【００１１】
また、本発明の高強度ペースト組成物は、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、無機質微粉末を１０〜６０質量部含むことにより、組成物の流動性が向上し、施工性に優れるものとなる。
【００１２】
上記シリカフュームの平均粒子径が０．０５〜２．０μｍであると、ペースト組成物の強度を更に向上することができる。そして、本発明の高強度ペースト組成物は、セメントを基準として、シリカフュームを３〜３０質量％含むことが好ましい。
【００１３】
本発明の高強度ペースト組成物は、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、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、ペースト組成物の強度がより一層向上する。
【００１４】
さらに、本発明の高強度ペースト組成物は、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、シリカゲルを、０．１〜１０．０質量部含むことにより、常温養生のみで高い圧縮強度を発現できるという本発明の奏する効果をより一層有効かつ確実に発現することができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、常温養生のみで、高い圧縮強度を発現できるペースト組成物を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【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】硬化体中のシリカフュームの反応量と圧縮強さとの関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明の高強度ペースト組成物は、セメントと、シリカフュームと、水と、減水剤と、消泡剤と、無機質微粉末と、シリカゲルとを含むものである。以下、本発明に係るペースト組成物の好適な実施形態について説明する。
【００１８】
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。
【００１９】
また、セメントのＣ２Ｓ量は好ましくは９．５〜４０．０質量％、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、ペースト組成物の高い圧縮強度及び高い流動性を確保できる。
【００２０】
また、セメントの粒度は、４５μｍふるい残分が、上限で２５．０質量％未満であり、好ましくは２０．０質量％であり、より好ましくは１８．０質量％であり、更に好ましくは１６．０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ペースト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。
【００２１】
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３１００〜３５００ｃｍ２／ｇである。セメントのブレーン比表面積が２５００ｃｍ２／ｇ未満ではペースト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。
【００２２】
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無い。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。
【００２３】
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、ペースト組成物の高い圧縮強度及び高い流動性を確保できる。
【００２４】
本発明の高強度ペースト組成物において、セメントを基準としたシリカフューム含有量は、セメントに対して好ましくは３〜３０質量％、より好ましくは５〜２０質量％、更に好ましは１０〜１８質量％である。また、ペースト１ｍ３当たりのシリカフュームの単位量は、好ましくは３６〜３６０ｋｇ／ｍ３、より好ましくは６１〜２４２ｋｇ／ｍ３、更に好ましくは１２１〜２１８ｋｇ／ｍ３である。
【００２５】
シリカゲルは、珪酸アルカリと鉱酸を酸性条件下で反応させてゲル化した後、乾燥して得られる多孔性の非晶質シリカである。シリカゲルとしては、例えば、ＪＩＳ Ｚ ０７０１−１９７７「包装用シリカゲル乾燥剤」に適合する種類を使用でき、市販品として入手することができる。
【００２６】
シリカゲルの相対湿度８０％における平衡含水率は、２０〜８０％であり、好ましくは２０〜７０％、より好ましくは２５〜５０％、更に好ましくは２５〜４０％である。相対湿度８０％における平衡含水率が２０％未満又は８０％を超えると、十分に高い強度が発現し難い。
【００２７】
平衡含水率とは、ＪＩＳ Ａ １４７５−２００４「建築材料の平衡含水率測定方法」で規定される平衡質量含水率であり、測定は、同規格のチャンバー法による放湿過程の測定手順に準じる。但し、本発明では、測定温度を２０℃とし、相対湿度９５％以上の雰囲気で平衡させた後に相対湿度８０％の平衡含水率を測定するものとする。
【００２８】
シリカゲルの窒素ガス吸着法で求めた全細孔容積は、０．２〜１．５ｍＬ／ｇであり、好ましくは０．２〜１．０ｍＬ／ｇ、より好ましくは０．３〜０．８ｍＬ／ｇ、更に好ましくは０．３〜０．６ｍＬ／ｇである。全細孔容積が１．５ｍＬ／ｇを超える場合、シリカゲルの吸水量が多く、これを添加したペースト組成物の流動性が低下するほか、セメントの水和に必要な水が不足し、十分に高い強度が発現し難い傾向にある。さらに全細孔容積が０．２ｍＬ／ｇ未満では、細孔量が不足し、相対湿度８０％における平衡含水率が上記所定の範囲から外れる傾向にある。
【００２９】
窒素ガス吸着法で求めた全細孔容積とは、ＪＩＳ Ｋ １１５０−１９９４「シリカゲル試験方法」で規定される窒素吸着等温線から求めた細孔容積である。容量法により測定した吸着等温線について、同規格の試験方法にしたがい相対圧１．０における吸着容積量を求め、これを全細孔容積とする。ここで、吸着容積量は気体窒素の容積値ではなく液体窒素の容積値である。
【００３０】
シリカゲルのＢＥＴ比表面積は、好ましくは３００ｍ２／ｇ以上、より好ましくは３００〜１０００ｍ２／ｇ、更に好ましくは５００〜９００ｍ２／ｇであり、特に好ましくは６００〜８００ｍ２／ｇ以下である。これにより、より良好な強度発現性を得ることができる。
【００３１】
ＢＥＴ比表面積は、窒素ガスを用いた容量法により測定した吸着等温線にＢＥＴ式を適用することで算出される表面積であり、ＪＩＳ Ｒ １６２６−１９９６「ファインセラミックス粉体の気体吸着ＢＥＴ法による比表面積の測定方法」で規定されるＢＥＴ多点法に従い求められる。
【００３２】
シリカゲルの平均粒子径は、好ましくは１．０〜２０００μｍ、より好ましくは１．５〜１５００μｍ、更に好ましくは２．０〜１０００μｍである。このようなシリカゲルを用いることで、ペースト組成物の高い圧縮強度及び高い流動性を確保できる。
【００３３】
本発明の高強度ペースト組成物において、安定した高強度発現性を得るため、シリカゲルの含有量は、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０．１〜１０．０質量部であることが好ましい。より好ましい範囲は０．４〜５．０質量部であり、更に好ましくは０．５〜３．０質量部、特に好ましくは０．６〜１．６質量部である。所定のシリカゲルをこの範囲で用いることにより、流動性と高強度発現性のバランスのとれたペースト組成物を得ることができる。また、ペースト１ｍ３当たりのシリカゲルの単位量は、好ましくは１．３〜１５０ｋｇ／ｍ３、より好ましくは５．８〜７５ｋｇ／ｍ３、更に好ましくは６．５〜４５ｋｇ／ｍ３、特に好ましくは７．８〜２４ｋｇ／ｍ３である。
【００３４】
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。本実施形態に係るペースト組成物は、セメントとシリカフュームの合量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１．８〜３．０質量部含む。また、ペースト１ｍ３当たりの減水剤の単位量は、好ましくは６〜８３ｋｇ／ｍ３、より好ましくは１３〜５５ｋｇ／ｍ３、更に好ましくは１８〜４２ｋｇ／ｍ３である。
【００３５】
消泡剤としては、特殊非イオン配合型、ポリアルキレン誘導体、疎水性シリカ、ポリエーテル系等が挙げられる。この場合、セメントとシリカフュームの合量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質量部含む。また、ペースト１ｍ３当たりの消泡剤の単位量は、好ましくは０．１０〜２８ｋｇ／ｍ３、より好ましくは０．２０〜２１ｋｇ／ｍ３、更に好ましくは０．４０〜１４ｋｇ／ｍ３である。
【００３６】
無機質微粉末としては、石灰石粉、珪石粉、砕石粉、スラグ粉等の微粉末を使用することができる。無機質微粉末は、石灰石粉、珪石粉、砕石粉、スラグ粉等をブレーン比表面積が２５００ｃｍ２／ｇ以上となるまで粉砕又は分級した微粉末であり、ペースト組成物の流動性を改善することできる。無機質微粉末のブレーン比表面積は３０００〜５０００ｃｍ２／ｇであることが好ましく、３２００〜４５００ｃｍ２／ｇであることがより好ましく、３４００〜４３００ｃｍ２／ｇであることが更に好ましい。
【００３７】
本実施形態に係る無機質微粉末又はその混合物は、粒径０．１５ｍｍ以上の粒群を１０質量％以下、好ましくは５質量％以下、より好ましくは３質量％以下含み、かつ、粒径０．０７５ｍｍ以下の粒群を７０質量％以上、好ましくは８０〜９５質量％、より好ましくは８５〜９５質量％含む。粒径０．１５ｍｍ以上の粒群を１０質量％を超えて含むと、繊維が絡みやすく、均一に分散せず、硬化体が不均一になるおそれがある。
【００３８】
ここで、無機質微粉末の混合物とは、２種類以上の微粉末を混合したものや、無機質微粉末と共に細骨材等を併用した混合物をいう。細骨材は、１０ｍｍふるいを全部通り、５ｍｍふるいを８５質量％以上通過する骨材であるが、０．１５ｍｍふるいを通過する骨材は１０質量％未満である。そのため、細骨材を併用する場合は、混合物の粒径０．１５ｍｍ以上の粒群が１０質量％以下かつ、粒径０．０７５ｍｍ以下の粒群が７０質量％以上となるよう配合割合を調整する必要があり、細骨材の配合量はできるだけ低減する必要がある。細骨材の配合量は、無機質微粉末と細骨材との合計量を基準として、２０質量％未満とすることが好ましく、１０質量％未満とすることがより好ましく、５質量％未満とすることが更に好ましい。
【００３９】
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、無機質微粉末を１０〜６０質量部含むことが好ましく、２０〜６０質量部含むことがより好ましく、３０〜６０質量部含むことが更に好ましい。また、ペースト１ｍ３当たりの無機質微粉末又はその混合物の単位量は、好ましくは１３７〜９００ｋｇ／ｍ３、より好ましくは２５０〜９００ｋｇ／ｍ３、更に好ましくは４５０〜９００ｋｇ／ｍ３である。
【００４０】
また、本実施形態に係るペースト組成物は、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。ペースト１ｍ３当たりの単位水量は、好ましくは１３７〜３４４ｋｇ／ｍ３、より好ましくは１６５〜２７５ｋｇ／ｍ３、更に好ましくは１７８〜２４８ｋｇ／ｍ３である。
【００４１】
本実施形態に係るペースト組成物には、必要に応じて、高張力繊維、膨張材、収縮低減剤、凝結促進剤、凝結遅延剤、増粘剤、ガラス繊維、有機繊維、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。
【００４２】
さらに、上記本実施形態に係るペースト組成物に、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。
【００４３】
本実施形態に係るペースト組成物の製造方法は、特に限定されないが、水、減水剤以外の材料の一部又は全部を予め混合しておき、次に、水及び減水剤を添加してミキサに入れて練り混ぜる。ペーストの練混ぜに使用するミキサは特に限定されず、ペースト用ミキサ、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。
【００４４】
本発明の高強度ペースト組成物は、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。
【００４５】
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】
【００４６】
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。
【００４７】
［使用材料の準備］
実施例及び比較例のペースト組成物を調製するために、以下に示す材料を準備した。
【００４８】
（１）セメント
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。
【００４９】
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
【００５０】
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、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。
【００５１】
【表１】
【００５２】
（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。
【００５３】
【表２】
【００５４】
（３）無機質微粉末：石灰石微粉末：密度２．７１ｇ／ｃｍ３、ブレーン比表面積４２８０ｃｍ２／ｇ
上記石灰石微粉末の粒度を、ＪＩＳ Ａ １１０２−２００６「骨材のふるい分け試験方法」を参考として測定した。結果を表３に示す。
【００５５】
【表３】
【００５６】
（５）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％）
（６）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。
【００５７】
【表４】
【００５８】
（７）シリカゲル
シリカゲルには細孔構造の異なる３種のシリカゲルを準備した。
（８）沈降性シリカ：「Ｚｅｏｓｉｌ １１１５ＭＰ」（Ｒｈｏｄｉａ社製、商品名）
沈降性シリカはシリカゲルと類似した物質でポゾラン質微粉末として知られており、珪酸アルカリを鉱酸で中和する際、中性あるいはアルカリ性下で反応を行い、シリカを沈殿させて調製されるものである。
【００５９】
シリカゲル及び沈降シリカのＢＥＴ比表面積、全細孔容積及び相対湿度（Ｒ．Ｈ．）８０％における平衡含水率を表５に示す。
【００６０】
【表５】
【００６１】
（９）練混ぜ水（Ｗ）：上水道水
【００６２】
［ペースト組成物の調製］
ペースト組成物の調製を、表６の配合に基づき、以下の通りに行った。
【００６３】
セメント、シリカフューム、無機質微粉末及び消泡剤と、シリカゲル又は沈降シリカとをモルタルミキサに入れ、３０秒間空練りした後、減水剤を含む練混ぜ水をミキサ内に投入した。これを、低速で６分３０秒間混合した後、高速で３分間混合することにより、ペースト組成物を調製した。
【００６４】
ここで、減水剤の添加量は、ペースト組成物の０打フローが２５０ｍｍ〜３００ｍｍとなるよう調整した。０打フローは、ＪＩＳ Ｒ ５２０１−１９９７「セメントの物理試験方法」に準じ、落下無しの条件で測定した。
【００６５】
【表６】
＊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：減水剤中の水分は単位水量に含める。
＊３：セメント及びシリカフュームの合計量１００質量％に対するシリカゲル又は沈降シリカの量。
【００６６】
［ペースト組成物の評価］
上述のペースト組成物を用いて、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、材齢５５日まで常温で標準養生した。この供試体について、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。結果を表７に示す。
【００６７】
【表７】
＊４：セメント及びシリカフュームの合計量１００質量％に対する減水剤の量。
【００６８】
所定の平衡含水率及び全細孔容積を有するシリカゲルを配合した実施例１及び２の高強度ペースト組成物は、圧縮強度が向上することが確認できた。
【００６９】
（シリカゲルの作用の推察）
所定の平衡含水率及び全細孔容積を有するシリカゲルを配合することで、ペースト組成物の流動性が向上し、常温養生のみでも高い強度が発現できる要因を探る一環として、配合やセメント種類の異なる各種の高強度ペースト組成物について、常温養生した硬化体の解析を実施した。解析結果の一例として、セメント中のＣ３Ｓの反応率及びシリカフュームの反応率の経時変化を表８に示す。また、図２は、硬化体中のシリカフュームの反応量と圧縮強さとの関係を示すグラフである。
【００７０】
【表８】
【００７１】
これらの結果より、本発明の高強度ペースト組成物のように水結合材比が小さい条件では、はじめにセメントの水和反応が優先的に進行し、セメントの反応が停滞した後にシリカフュームのポゾラン反応が進むことがわかった。また、この場合、シリカフュームの反応量が圧縮強さの支配要因の一つであることを知見した。
【００７２】
上記知見によると、常温養生下で硬化体の強度を向上するには、シリカフュームの反応量を高めなければならない。一方、硬化体内の水分は、初期のセメントの反応で消費されるため、シリカフュームの反応時期には十分な水が不足していると考えられる。本発明者らは、ペースト組成物に適度な細孔構造を有するシリカゲルを添加することで、シリカフュームの反応時期に水分が放出され、シリカフュームの反応が促進されると推察している。
【００７３】
以上のことから、本発明のペースト組成物は、特定の平衡含水率と全細孔容積を有するシリカゲルを配合することで、流動性を損なうことなく、常温養生のみで高い圧縮強度を発現できることが確認された。
【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、無機質微粉末と、シリカゲルとを含む高強度ペースト組成物であって、
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２５．０質量％未満であり、
前記無機質微粉末は、石灰石粉、珪石粉、砕石粉及びスラグ粉からなる群より選ばれる少なくとも１種の微粉末を含有し、
前記シリカゲルは、相対湿度８０％における平衡含水率が２０〜８０％、かつ、窒素ガス吸着法で求めた全細孔容積が０．２〜１．５ｍＬ／ｇである、高強度ペースト組成物。
【請求項２】
前記シリカゲルのＢＥＴ比表面積が３００ｍ２／ｇ以上である、請求項１記載の高強度ペースト組成物。
【請求項３】
前記無機質微粉末のブレーン比表面積が３０００〜５０００ｃｍ２／ｇである、請求項１又は２に記載の高強度ペースト組成物。
【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、前記無機質微粉末を１０〜６０質量部含む、請求項１〜３のいずれか１項に記載の高強度ペースト組成物。
【請求項５】
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１〜４のいずれか１項に記載の高強度ペースト組成物。
【請求項６】
前記セメントを基準として、前記シリカフュームを３〜３０質量％含む、請求項１〜５のいずれか１項に記載の高強度ペースト組成物。
【請求項７】
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、前記水を１０〜２５質量部、前記減水剤を０．５〜６．０質量部含む、請求項１〜６のいずれか１項に記載の高強度ペースト組成物。
【請求項８】
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、前記シリカゲルを、０．１〜１０．０質量部含む、請求項１〜７のいずれか１項に記載の高強度ペースト組成物。
【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、無機質微粉末と、シリカゲルとを含む高強度ペースト組成物であって、
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２５．０質量％未満であり、
前記無機質微粉末は、石灰石粉、珪石粉、砕石粉及びスラグ粉からなる群より選ばれる少なくとも１種の微粉末を含有し、
前記シリカゲルは、相対湿度８０％における平衡含水率が２０〜８０％、かつ、窒素ガス吸着法で求めた全細孔容積が０．２〜１．５ｍＬ／ｇである、高強度ペースト組成物。
【請求項２】
前記シリカゲルのＢＥＴ比表面積が３００ｍ２／ｇ以上である、請求項１記載の高強度ペースト組成物。
【請求項３】
前記無機質微粉末のブレーン比表面積が３０００〜５０００ｃｍ２／ｇである、請求項１又は２に記載の高強度ペースト組成物。
【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、前記無機質微粉末を１０〜６０質量部含む、請求項１〜３のいずれか１項に記載の高強度ペースト組成物。
【請求項５】
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１〜４のいずれか１項に記載の高強度ペースト組成物。
【請求項６】
前記セメントを基準として、前記シリカフュームを３〜３０質量％含む、請求項１〜５のいずれか１項に記載の高強度ペースト組成物。
【請求項７】
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、前記水を１０〜２５質量部、前記減水剤を０．５〜６．０質量部含む、請求項１〜６のいずれか１項に記載の高強度ペースト組成物。
【請求項８】
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、前記シリカゲルを、０．１〜１０．０質量部含む、請求項１〜７のいずれか１項に記載の高強度ペースト組成物。
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開２０１２−１７１８０７（Ｐ２０１２−１７１８０７Ａ）
【公開日】平成２４年９月１０日（２０１２．９．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−３２１９３（Ｐ２０１１−３２１９３）
【出願日】平成２３年２月１７日（２０１１．２．１７）
【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９月１０日（２０１２．９．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年２月１７日（２０１１．２．１７）
【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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