高強度モルタル組成物
【課題】練混ぜ効率が十分に高く、常温養生のみで早期に高い圧縮強度を発現できる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、細骨材と、高張力繊維とを含むモルタル組成物であって、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８．０質量％未満であり、細骨材は、フェロニッケルスラグを含有する、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、細骨材と、高張力繊維とを含むモルタル組成物であって、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８．０質量％未満であり、細骨材は、フェロニッケルスラグを含有する、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）。
【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
【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。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。また、高強度材料は、練混ぜ効率が悪く、製造負荷が大きいため、短時間で原料組成物のスラリーが軟化することが求められている。
【０００５】
そこで、本発明は、練混ぜ効率が十分に高く、常温養生のみで早期に高い圧縮強度を発現できる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、上記目的を達成すべく鋭意研究を重ねた結果、フェロニッケルスラグを含む細骨材と、特定の鉱物組成及び粒度分布を有するセメント、シリカフューム、減水剤、消泡剤及び高張力繊維と組み合わせることにより、上記各成分を混合し調製されるモルタル組成物のスラリーが軟化するまでの練混ぜ時間を短縮でき、かつ、熱養生しなくともモルタル組成物の強度が向上することを見出し、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、細骨材と、高張力繊維とを含む高強度モルタル組成物であって、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８．０質量％未満であり、細骨材は、フェロニッケルスラグを含有する、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、練混ぜ効率が十分に高く、常温養生のみで高い圧縮強度を発現することができる。
【０００８】
上記本発明が奏する効果について、本発明者らは、フェロニッケルスラグを含む細骨材を用いることにより、細骨材全体の密度を大きくすることができるため、細骨材のモルタル組成物中への分散性が向上し、モルタル組成物のスラリーが軟化するまでの練混ぜ時間を短縮できるものと推測している。ここで、モルタル組成物のスラリーが軟化するまでの練混ぜ時間とは、粉体材料がスラリー化し、流動するまでに至る時間をいう。
【０００９】
上記フェロニッケルスラグのモース硬さが７．２〜８．５、絶乾密度が２．７〜４．０ｇ／ｃｍ３であると、モルタル組成物のスラリーが軟化するまでの練混ぜ時間をより一層短縮することができる。
【００１０】
また、上記細骨材は、粒径０．１５ｍｍ以下の粒群を７０〜９８質量％含有すると、モルタル組成物中の繊維の分散性が向上し、モルタル組成物の強度をより向上することができる。
【００１１】
さらに、上記細骨材は、粒径０．０７５ｍｍ以下の粒群を１６〜８０質量％含有することで、モルタル組成物の強度の向上効果をより確実に得ることができる。
【００１２】
また、上記シリカフュームの平均粒子径が０．０５〜２．０μｍであると、モルタル組成物の強度を更に向上することができる。そして、本発明の高強度モルタル組成物は、セメントを基準として、シリカヒュームを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、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。
【００１４】
本発明の高強度モルタル組成物において、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。この範囲とすることで、高いじん性と高い圧縮強度及び引張強度を得ることができる。また、上記高張力繊維は、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。
【００１５】
また、本発明の高強度モルタル組成物は、耐火性能が向上する観点から、有機繊維を更に含むことが好ましい。さらに、上記有機繊維は、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％であると、モルタル組成物の耐火性能をより向上することができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、練混ぜ効率が十分に高く、常温養生のみで早期に高い圧縮強度を発現できるモルタル組成物を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【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】実施例１のモルタル組成物の０打フロー試験後の状態を撮影した写真である。
【図３】比較例１のモルタル組成物の０打フロー試験後の状態を撮影した写真である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明の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、細骨材と、高張力繊維とを含むモルタル組成物であって、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８．０質量％未満であり、細骨材は、フェロニッケルスラグを含有するものである。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。
【００１９】
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％未満では圧縮強度及び引張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％以上では引張強度が低くなる傾向があるなお、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。
【００２０】
また、セメントは、じん性、圧縮強度、引張強度及び流動性の観点から、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。
【００２１】
また、セメントの粒度は、４５μｍふるい残分が、上限で８．０質量未満％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、高い引張強度を確保でき、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高張力繊維が十分に分散する。
【００２２】
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。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。
【００２３】
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。
【００２４】
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じん性、高い圧縮強度、高い引張強度及び高い流動性を確保できる。
【００２５】
本実施形態に係る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含有量は、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。
【００２６】
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質量部である。また、モルタル１ｍ３当たりの水の単位量は、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。
【００２７】
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。
【００２８】
また、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、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０．６〜１３ｋｇ／ｍ３である。
【００２９】
細骨材は、フェロニッケルスラグを含む。本発明に係るモルタル組成物において、細骨材がフェロニッケルスラグを含むことにより、モルタル組成物のスラリーを調製する際の軟化までの練混ぜ時間を短縮でき、かつ、熱養生しなくともモルタル組成物の圧縮強度が向上する。
【００３０】
本実施形態において、フェロニッケルスラグのモース硬さは、好ましくは７．２〜８．５、より好ましくは７．２〜８．３、更に好ましくは７．３〜８．０である。また、絶乾密度は、好ましくは２．７〜４．０ｇ／ｃｍ３、より好ましくは２．８〜３．８ｇ／ｃｍ３、更に好ましくは２．８〜３．５ｇ／ｃｍ３である。フェロニッケルスラグのモース硬さ及び絶乾密度が、上記範囲内の値であると、モルタル組成物の強度がより一層向上する。
【００３１】
細骨材として、フェロニッケルスラグと共に、川砂、陸砂、海砂、砕砂、珪砂、石灰石骨材、高炉スラグ細骨材、銅スラグ細骨材、電気炉酸化スラグ細骨材等を併用することができる。本実施形態に係る細骨材は粒径０．１５ｍｍ以下の粒群を、好ましくは７０〜９８質量％、より好ましくは７２〜９７質量％、更に好ましくは７５〜９６質量％含む。細骨材に、粒径０．１５ｍｍ以下の粒群が上記の範囲で含有されていると、モルタルスラリーは適度な粘性があるため高張力繊維が十分に分散する。そして、高強度なモルタル組成物を得ることができる。
【００３２】
細骨材は、粒径０．１５ｍｍ以下の粒群を上記範囲で含むとともに、粒径０．０７５ｍｍ以下の粒群を、好ましくは１６〜８０質量％、より好ましくは２０〜７５質量％、更に好ましくは２５〜７０質量％含む。なお、微粒分の調製方法は、特に限定されないが、例えば、２種類以上の粒度の異なる細骨材を混ぜ合わせることによって調製可能である。
【００３３】
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。
【００３４】
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圧縮強度に加えて、高いじん性、高い引張強度及び高い流動性を付与することができる。
【００３５】
また、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。高張力繊維が０．３体積％未満では擬似ひずみ硬化を示すような高いじん性が得られない場合があり、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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
このような範囲の有機繊維を添加することで、高い圧縮強度に加えて、モルタル組成物の高い耐火性能を確保できる。
【００３９】
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、有機繊維を除いた組成物１００体積％に対して）有機繊維を好ましくは０．０５〜３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、一層好ましくは０．５５〜３．６ｋｇである。
【００４０】
本実施形態に係るモルタル組成物には、必要に応じて、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、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。
【００４１】
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。
【００４２】
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、消泡剤、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、消泡剤を添加してミキサに入れて練り混ぜる。また、モルタルを製造した後、更に繊維材料をミキサに入れて練り混ぜる。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。
【００４３】
本発明の高強度モルタル組成物によれば、各成分の練混ぜ効率が十分に高く、かつ、熱養生しなくとも高い圧縮強度を発現することができる。
【００４４】
本発明の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、橋梁の補修・補強などに特に有効である。
【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」に従い測定し、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。
【００４８】
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
【００４９】
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。
【００５０】
【表１】
【００５１】
（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。
【００５２】
【表２】
【００５３】
（３）細骨材
細骨材として、下記示す砕砂、珪砂及びフェロニッケルスラグを準備した。
（ｉ）砕砂：安山岩砕砂、表乾密度２．６２ｇ／ｃｍ３、粗粒率２．８０、吸水率２．５質量％
（ｉｉ）珪砂：絶乾密度２．６３ｇ／ｃｍ３、吸水率０．４質量％、平均粒子径１００μｍ、モース硬さ７．０
（ｉｉｉ）フェロニッケルスラグ：絶乾密度３．１０g／ｃｍ３、吸水率０．３質量％、平均粒子径１０４μｍ、モース硬さ７．５
【００５４】
砕砂の密度及び吸水率は、ＪＩＳ Ａ １１０９−２００６「細骨材の密度及び吸水率試験方法」に準じて測定した。珪砂及びフェロニッケルスラグの吸水率は、２４時間吸水させた後を測定し、モース硬さは、ＪＩＳ Ｚ ０３１２−２００４「ブラスト処理用非金属系研削材」に準じて測定した。また、上記砕砂、珪砂及びフェロニッケルスラグの粒度は、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、フェロニッケルスラグ、砕砂又は珪砂を適宜混合して所定の粒度になるように４種類の細骨材を調整した。結果を表３に示す。
【００５５】
【表３】
【００５６】
（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。
【００５７】
【表４】
（５）高張力繊維：鋼繊維、東京製綱株式会社製、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
（６）有機繊維：ポリプロピレン繊維、ダイワボウポリテック株式会社製、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
（７）練混ぜ水（Ｗ）：上水道水
【００５８】
［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。
【００５９】
セメント、シリカヒューム、消泡剤及び細骨材をモルタル用ホバートミキサに加え、低速で３０秒間攪拌した。次に、減水剤を含む練混ぜ水を、ミキサ内に投入して低速で１０分間、高速で３分間撹拌し、さらに、ポリプロピレン繊維を投入した後、鋼繊維を投入して低速で１分間撹拌し、モルタル組成物を作製した。
【００６０】
【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。
【００６１】
［モルタル組成物の評価］
（１）フレッシュ性状
（試験方法）
実施例１〜２及び比較例１〜２で作製したモルタル組成物を用いて、０打フローを測定した。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。その際の鋼繊維の分散状態を目視により観察した。
【００６２】
（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。
【００６３】
（評価結果）
表６に、軟化までの練混ぜ時間、０打フロー試験、繊維の分散状態、圧縮強度試験の結果を示す。軟化までの練混ぜ時間とは、全ての材料を混合した後攪拌を開始した時点から、外力が作用しなくともＪＩＳ Ｒ ５２０１−１９９７に準じた、モルタルの０打フロー値が１００ｍｍに達するまでの練り混ぜ時間を意味する。また、図２は実施例１のモルタル組成物の０打フロー試験後の状態、図３は比較例１のモルタル組成物の０打フロー試験後の状態を撮影した写真である。図３中の矢印Ａは繊維の塊がある部分である。繊維の分散状態は、以下の三段階で評価した。
◎：繊維が均一に分散している。
○：繊維がほぼ均一に分散している。
×：繊維が分離し不均一である。
【００６４】
【表６】
【００６５】
細骨材としてフェロニッケルスラグを含有する実施例１〜２では、軟化までの練混ぜ時間が極めて短時間であり、０打フローは２４０ｍｍ以上と流動性が良好で、鋼繊維の分散状態も良く、材齢７日の圧縮強度が１４０Ｎ／ｍｍ２以上であることが確認された。特に実施例２は繊維分散性が極めて高く、試料が均一化していることや、細骨材自体の硬度が高いこと等の影響により、材齢２８日の圧縮強度が１９０Ｎ／ｍｍ２以上となった。
【００６６】
これに対し、比較例１では、練混ぜ効率が劣ることに加え、繊維分散性にも劣ることが確認された。また、比較例２では、繊維分散性や圧縮強度は実施例とほぼ同等であったが、練混ぜ効率が劣ることがわかった。
【００６７】
以上のことから、細骨材としてフェロニッケルスラグを含有することにより、練混ぜ効率が十分に高く、常温養生のみで高い圧縮強度を発現できるモルタル組成物が得られることが確認された。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、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）。
【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
【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。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。また、高強度材料は、練混ぜ効率が悪く、製造負荷が大きいため、短時間で原料組成物のスラリーが軟化することが求められている。
【０００５】
そこで、本発明は、練混ぜ効率が十分に高く、常温養生のみで早期に高い圧縮強度を発現できる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、上記目的を達成すべく鋭意研究を重ねた結果、フェロニッケルスラグを含む細骨材と、特定の鉱物組成及び粒度分布を有するセメント、シリカフューム、減水剤、消泡剤及び高張力繊維と組み合わせることにより、上記各成分を混合し調製されるモルタル組成物のスラリーが軟化するまでの練混ぜ時間を短縮でき、かつ、熱養生しなくともモルタル組成物の強度が向上することを見出し、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、細骨材と、高張力繊維とを含む高強度モルタル組成物であって、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８．０質量％未満であり、細骨材は、フェロニッケルスラグを含有する、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、練混ぜ効率が十分に高く、常温養生のみで高い圧縮強度を発現することができる。
【０００８】
上記本発明が奏する効果について、本発明者らは、フェロニッケルスラグを含む細骨材を用いることにより、細骨材全体の密度を大きくすることができるため、細骨材のモルタル組成物中への分散性が向上し、モルタル組成物のスラリーが軟化するまでの練混ぜ時間を短縮できるものと推測している。ここで、モルタル組成物のスラリーが軟化するまでの練混ぜ時間とは、粉体材料がスラリー化し、流動するまでに至る時間をいう。
【０００９】
上記フェロニッケルスラグのモース硬さが７．２〜８．５、絶乾密度が２．７〜４．０ｇ／ｃｍ３であると、モルタル組成物のスラリーが軟化するまでの練混ぜ時間をより一層短縮することができる。
【００１０】
また、上記細骨材は、粒径０．１５ｍｍ以下の粒群を７０〜９８質量％含有すると、モルタル組成物中の繊維の分散性が向上し、モルタル組成物の強度をより向上することができる。
【００１１】
さらに、上記細骨材は、粒径０．０７５ｍｍ以下の粒群を１６〜８０質量％含有することで、モルタル組成物の強度の向上効果をより確実に得ることができる。
【００１２】
また、上記シリカフュームの平均粒子径が０．０５〜２．０μｍであると、モルタル組成物の強度を更に向上することができる。そして、本発明の高強度モルタル組成物は、セメントを基準として、シリカヒュームを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、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。
【００１４】
本発明の高強度モルタル組成物において、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。この範囲とすることで、高いじん性と高い圧縮強度及び引張強度を得ることができる。また、上記高張力繊維は、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。
【００１５】
また、本発明の高強度モルタル組成物は、耐火性能が向上する観点から、有機繊維を更に含むことが好ましい。さらに、上記有機繊維は、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％であると、モルタル組成物の耐火性能をより向上することができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、練混ぜ効率が十分に高く、常温養生のみで早期に高い圧縮強度を発現できるモルタル組成物を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【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】実施例１のモルタル組成物の０打フロー試験後の状態を撮影した写真である。
【図３】比較例１のモルタル組成物の０打フロー試験後の状態を撮影した写真である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明の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、細骨材と、高張力繊維とを含むモルタル組成物であって、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８．０質量％未満であり、細骨材は、フェロニッケルスラグを含有するものである。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。
【００１９】
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％未満では圧縮強度及び引張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％以上では引張強度が低くなる傾向があるなお、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。
【００２０】
また、セメントは、じん性、圧縮強度、引張強度及び流動性の観点から、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。
【００２１】
また、セメントの粒度は、４５μｍふるい残分が、上限で８．０質量未満％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、高い引張強度を確保でき、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高張力繊維が十分に分散する。
【００２２】
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。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。
【００２３】
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。
【００２４】
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じん性、高い圧縮強度、高い引張強度及び高い流動性を確保できる。
【００２５】
本実施形態に係る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含有量は、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。
【００２６】
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質量部である。また、モルタル１ｍ３当たりの水の単位量は、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。
【００２７】
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。
【００２８】
また、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、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０．６〜１３ｋｇ／ｍ３である。
【００２９】
細骨材は、フェロニッケルスラグを含む。本発明に係るモルタル組成物において、細骨材がフェロニッケルスラグを含むことにより、モルタル組成物のスラリーを調製する際の軟化までの練混ぜ時間を短縮でき、かつ、熱養生しなくともモルタル組成物の圧縮強度が向上する。
【００３０】
本実施形態において、フェロニッケルスラグのモース硬さは、好ましくは７．２〜８．５、より好ましくは７．２〜８．３、更に好ましくは７．３〜８．０である。また、絶乾密度は、好ましくは２．７〜４．０ｇ／ｃｍ３、より好ましくは２．８〜３．８ｇ／ｃｍ３、更に好ましくは２．８〜３．５ｇ／ｃｍ３である。フェロニッケルスラグのモース硬さ及び絶乾密度が、上記範囲内の値であると、モルタル組成物の強度がより一層向上する。
【００３１】
細骨材として、フェロニッケルスラグと共に、川砂、陸砂、海砂、砕砂、珪砂、石灰石骨材、高炉スラグ細骨材、銅スラグ細骨材、電気炉酸化スラグ細骨材等を併用することができる。本実施形態に係る細骨材は粒径０．１５ｍｍ以下の粒群を、好ましくは７０〜９８質量％、より好ましくは７２〜９７質量％、更に好ましくは７５〜９６質量％含む。細骨材に、粒径０．１５ｍｍ以下の粒群が上記の範囲で含有されていると、モルタルスラリーは適度な粘性があるため高張力繊維が十分に分散する。そして、高強度なモルタル組成物を得ることができる。
【００３２】
細骨材は、粒径０．１５ｍｍ以下の粒群を上記範囲で含むとともに、粒径０．０７５ｍｍ以下の粒群を、好ましくは１６〜８０質量％、より好ましくは２０〜７５質量％、更に好ましくは２５〜７０質量％含む。なお、微粒分の調製方法は、特に限定されないが、例えば、２種類以上の粒度の異なる細骨材を混ぜ合わせることによって調製可能である。
【００３３】
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。
【００３４】
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圧縮強度に加えて、高いじん性、高い引張強度及び高い流動性を付与することができる。
【００３５】
また、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。高張力繊維が０．３体積％未満では擬似ひずみ硬化を示すような高いじん性が得られない場合があり、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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
このような範囲の有機繊維を添加することで、高い圧縮強度に加えて、モルタル組成物の高い耐火性能を確保できる。
【００３９】
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、有機繊維を除いた組成物１００体積％に対して）有機繊維を好ましくは０．０５〜３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、一層好ましくは０．５５〜３．６ｋｇである。
【００４０】
本実施形態に係るモルタル組成物には、必要に応じて、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、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。
【００４１】
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。
【００４２】
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、消泡剤、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、消泡剤を添加してミキサに入れて練り混ぜる。また、モルタルを製造した後、更に繊維材料をミキサに入れて練り混ぜる。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。
【００４３】
本発明の高強度モルタル組成物によれば、各成分の練混ぜ効率が十分に高く、かつ、熱養生しなくとも高い圧縮強度を発現することができる。
【００４４】
本発明の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、橋梁の補修・補強などに特に有効である。
【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」に従い測定し、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。
【００４８】
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
【００４９】
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。
【００５０】
【表１】
【００５１】
（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。
【００５２】
【表２】
【００５３】
（３）細骨材
細骨材として、下記示す砕砂、珪砂及びフェロニッケルスラグを準備した。
（ｉ）砕砂：安山岩砕砂、表乾密度２．６２ｇ／ｃｍ３、粗粒率２．８０、吸水率２．５質量％
（ｉｉ）珪砂：絶乾密度２．６３ｇ／ｃｍ３、吸水率０．４質量％、平均粒子径１００μｍ、モース硬さ７．０
（ｉｉｉ）フェロニッケルスラグ：絶乾密度３．１０g／ｃｍ３、吸水率０．３質量％、平均粒子径１０４μｍ、モース硬さ７．５
【００５４】
砕砂の密度及び吸水率は、ＪＩＳ Ａ １１０９−２００６「細骨材の密度及び吸水率試験方法」に準じて測定した。珪砂及びフェロニッケルスラグの吸水率は、２４時間吸水させた後を測定し、モース硬さは、ＪＩＳ Ｚ ０３１２−２００４「ブラスト処理用非金属系研削材」に準じて測定した。また、上記砕砂、珪砂及びフェロニッケルスラグの粒度は、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、フェロニッケルスラグ、砕砂又は珪砂を適宜混合して所定の粒度になるように４種類の細骨材を調整した。結果を表３に示す。
【００５５】
【表３】
【００５６】
（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。
【００５７】
【表４】
（５）高張力繊維：鋼繊維、東京製綱株式会社製、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
（６）有機繊維：ポリプロピレン繊維、ダイワボウポリテック株式会社製、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
（７）練混ぜ水（Ｗ）：上水道水
【００５８】
［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。
【００５９】
セメント、シリカヒューム、消泡剤及び細骨材をモルタル用ホバートミキサに加え、低速で３０秒間攪拌した。次に、減水剤を含む練混ぜ水を、ミキサ内に投入して低速で１０分間、高速で３分間撹拌し、さらに、ポリプロピレン繊維を投入した後、鋼繊維を投入して低速で１分間撹拌し、モルタル組成物を作製した。
【００６０】
【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。
【００６１】
［モルタル組成物の評価］
（１）フレッシュ性状
（試験方法）
実施例１〜２及び比較例１〜２で作製したモルタル組成物を用いて、０打フローを測定した。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。その際の鋼繊維の分散状態を目視により観察した。
【００６２】
（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。
【００６３】
（評価結果）
表６に、軟化までの練混ぜ時間、０打フロー試験、繊維の分散状態、圧縮強度試験の結果を示す。軟化までの練混ぜ時間とは、全ての材料を混合した後攪拌を開始した時点から、外力が作用しなくともＪＩＳ Ｒ ５２０１−１９９７に準じた、モルタルの０打フロー値が１００ｍｍに達するまでの練り混ぜ時間を意味する。また、図２は実施例１のモルタル組成物の０打フロー試験後の状態、図３は比較例１のモルタル組成物の０打フロー試験後の状態を撮影した写真である。図３中の矢印Ａは繊維の塊がある部分である。繊維の分散状態は、以下の三段階で評価した。
◎：繊維が均一に分散している。
○：繊維がほぼ均一に分散している。
×：繊維が分離し不均一である。
【００６４】
【表６】
【００６５】
細骨材としてフェロニッケルスラグを含有する実施例１〜２では、軟化までの練混ぜ時間が極めて短時間であり、０打フローは２４０ｍｍ以上と流動性が良好で、鋼繊維の分散状態も良く、材齢７日の圧縮強度が１４０Ｎ／ｍｍ２以上であることが確認された。特に実施例２は繊維分散性が極めて高く、試料が均一化していることや、細骨材自体の硬度が高いこと等の影響により、材齢２８日の圧縮強度が１９０Ｎ／ｍｍ２以上となった。
【００６６】
これに対し、比較例１では、練混ぜ効率が劣ることに加え、繊維分散性にも劣ることが確認された。また、比較例２では、繊維分散性や圧縮強度は実施例とほぼ同等であったが、練混ぜ効率が劣ることがわかった。
【００６７】
以上のことから、細骨材としてフェロニッケルスラグを含有することにより、練混ぜ効率が十分に高く、常温養生のみで高い圧縮強度を発現できるモルタル組成物が得られ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、細骨材と、高張力繊維とを含むモルタル組成物であって、
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８．０質量％未満であり、
前記細骨材は、フェロニッケルスラグを含有する、高強度モルタル組成物。
【請求項２】
前記フェロニッケルスラグのモース硬さが７．２〜８．５、絶乾密度が２．７〜４．０ｇ／ｃｍ３である、請求項１に記載の高強度モルタル組成物。
【請求項３】
前記細骨材は、粒径０．１５ｍｍ以下の粒群を７０〜９８質量％含有する、請求項１又は２に記載の高強度モルタル組成物。
【請求項４】
前記細骨材は、粒径０．０７５ｍｍ以下の粒群を１６〜８０質量％含有する、請求項３に記載の高強度モルタル組成物。
【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のいずれか一項に記載の高強度モルタル組成物。
【請求項６】
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１〜５のいずれか１項に記載の高強度モルタル組成物。
【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項に記載の高強度モルタル組成物。
【請求項８】
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１〜７のいずれか１項に記載の高強度モルタル組成物。
【請求項９】
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１〜８のいずれか１項に記載の高強度モルタル組成物。
【請求項１０】
有機繊維を更に含む、請求項１〜９のいずれか１項に記載の高強度モルタル組成物。
【請求項１１】
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１０に記載の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、細骨材と、高張力繊維とを含むモルタル組成物であって、
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８．０質量％未満であり、
前記細骨材は、フェロニッケルスラグを含有する、高強度モルタル組成物。
【請求項２】
前記フェロニッケルスラグのモース硬さが７．２〜８．５、絶乾密度が２．７〜４．０ｇ／ｃｍ３である、請求項１に記載の高強度モルタル組成物。
【請求項３】
前記細骨材は、粒径０．１５ｍｍ以下の粒群を７０〜９８質量％含有する、請求項１又は２に記載の高強度モルタル組成物。
【請求項４】
前記細骨材は、粒径０．０７５ｍｍ以下の粒群を１６〜８０質量％含有する、請求項３に記載の高強度モルタル組成物。
【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のいずれか一項に記載の高強度モルタル組成物。
【請求項６】
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１〜５のいずれか１項に記載の高強度モルタル組成物。
【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項に記載の高強度モルタル組成物。
【請求項８】
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１〜７のいずれか１項に記載の高強度モルタル組成物。
【請求項９】
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１〜８のいずれか１項に記載の高強度モルタル組成物。
【請求項１０】
有機繊維を更に含む、請求項１〜９のいずれか１項に記載の高強度モルタル組成物。
【請求項１１】
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１０に記載の高強度モルタル組成物。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２０１２−１４４４０３（Ｐ２０１２−１４４４０３Ａ）
【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２０１１−５８７４（Ｐ２０１１−５８７４）
【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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