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技術 モルタル・コンクリート用混和材、これを含むセメント組成物、モルタル組成物及びコンクリート組成物、並びに、モルタル硬化物及びコンクリート硬化物の製造方法

出願人 宇部興産株式会社
発明者 中村慶一郎吉田浩一郎
出願日 2019年2月8日 (2年0ヶ月経過) 出願番号 2019-021847
公開日 2020年8月27日 (5ヶ月経過) 公開番号 2020-128315
状態 未査定
技術分野 セメント、コンクリート、人造石、その養生
主要キーワード 離型強度 就業者 実機プラント 粉体製品 アルカリ総量 ペースト試料 モルタル硬化物 候補材料
関連する未来課題
重要な関連分野

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課題

特殊なセメントを適用しなくても、蒸気養生において一般に適用される温度の養生条件で早期に十分な脱型強度を得ることができるとともに、モルタル組成物及びコンクリート組成物流動性に及ぼす影響が十分に小さく、さらに、アルカリシリカ反応リスクを低減可能な混和材を提供する。

解決手段

本発明に係るモルタルコンクリート用混和材は、当該混和材の全質量を基準として、早強ポルトランドセメント含有率が0質量%以上45質量%以下であり、石膏の含有率が30質量%以上80質量%未満であり、珪酸ナトリウムの含有率が0質量%超10質量%未満であり、硫酸アルミニウムの含有率が0質量%超10質量%未満であり、ゼオライトの含有率が0質量%超10質量%未満であり、シリカフュームの含有率が12質量%以上70質量%以下である。

概要

背景

近年、建設業界における就業者不足又は高齢化等の問題から、コンクリート製品活用の検討が進みつつあり、将来的な需要の増加が予想される。需要の増加に伴い、製品製造時の効率化への要求は高まると予想され、特に型枠回転率の向上により、生産性を向上させることは重要な課題と考えられる。型枠回転率向上のため、早期脱型を可能とする技術としては、混和材の利用に加え、高温条件での養生によって短時間で脱型強度を実現する技術(特許文献1)や、早期強度発現に優れるセメントを活用する技術(特許文献2)がある。

概要

特殊なセメントを適用しなくても、蒸気養生において一般に適用される温度の養生条件で早期に十分な脱型強度を得ることができるとともに、モルタル組成物及びコンクリート組成物流動性に及ぼす影響が十分に小さく、さらに、アルカリシリカ反応リスクを低減可能な混和材を提供する。本発明に係るモルタルコンクリート用混和材は、当該混和材の全質量を基準として、早強ポルトランドセメント含有率が0質量%以上45質量%以下であり、石膏の含有率が30質量%以上80質量%未満であり、珪酸ナトリウムの含有率が0質量%超10質量%未満であり、硫酸アルミニウムの含有率が0質量%超10質量%未満であり、ゼオライトの含有率が0質量%超10質量%未満であり、シリカフュームの含有率が12質量%以上70質量%以下である。なし

目的

本発明は、モルタル・コンクリート用混和材であって、特殊なセメントを適用しなくても、蒸気養生において一般に適用される温度(例えば、50〜70℃程度)の養生条件で早期に十分な脱型強度を得ることができるとともに、モルタル組成物及びコンクリート組成物の流動性に及ぼす影響が十分に小さく、さらに、アルカリシリカ反応のリスクを低減可能な混和材を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

モルタルコンクリート用混和材であって、早強ポルトランドセメントと、半水石膏及び無水石膏の少なくとも一方の石膏と、珪酸ナトリウムと、硫酸アルミニウムと、ゼオライトと、シリカフュームと、を含み、当該混和材の全質量を基準として、早強ポルトランドセメントの含有率が0質量%以上45質量%以下であり、石膏の含有率が30質量%以上80質量%未満であり、珪酸ナトリウムの含有率が0質量%超10質量%未満であり、硫酸アルミニウムの含有率が0質量%超10質量%未満であり、ゼオライトの含有率が0質量%超10質量%未満であり、シリカフュームの含有率が12質量%以上70質量%以下である、モルタル・コンクリート用混和材。

請求項2

珪酸ナトリウムが粉末状であるとともに、SiO2/Na2Oが1〜3である、請求項1に記載の混和材。

請求項3

石膏のブレーン比表面積が3000cm2/g以上である、請求項1又は2に記載の混和材。

請求項4

硫酸アルミニウムが粉末状であるとともに、平均粒径が30μm以下であり且つ比表面積が3〜6m2/gである、請求項1〜3のいずれか一項に記載の混和材。

請求項5

ゼオライトの平均粒径が60μm以下である、請求項1〜4のいずれか一項に記載の混和材。

請求項6

シリカフュームが粉末状であるとともに、平均粒径が1.5μm以下であり且つ比表面積が15m2/g以上である、請求項1〜5のいずれか一項に記載の混和材。

請求項7

早強ポルトランドセメント、石膏、珪酸ナトリウム、硫酸アルミニウム、ゼオライト及びシリカフュームの合計質量20kgを基準として、前記早強ポルトランドセメントの含有量をAkg/20kg、前記石膏の含有量をBkg/20kg、前記珪酸ナトリウムの含有量をCkg/20kg、硫酸アルミニウムの含有量をDkg/20kg、ゼオライトの含有量をEkg/20kg、シリカフュームの含有量をFkg/20kgとしたとき、以下の(1)〜(7)の不等式で表される全ての条件を満たす、請求項1〜6のいずれか一項に記載の混和材。0.3451×A+0.3079×B+0.8737×C−3.5938×D+0.3342×E+0.5566×F+0.2769×B×D−0.1230×E×F+5.7≧12…(1)0≦A≦9…(2)6≦B<16…(3)0<C<2…(4)0<D<2…(5)0<E<2…(6)2.4≦F≦14…(7)

請求項8

普通ポルトランドセメントと、請求項1〜7のいずれか一項に記載の混和材と、を含み、普通ポルトランドセメント100質量部に対し、前記混和材の含有量が4〜8質量部であるセメント組成物

請求項9

普通ポルトランドセメントと、請求項1〜7のいずれか一項に記載の混和材と、細骨材と、水と、を含み、普通ポルトランドセメント100質量部に対し、前記混和材の含有量が4〜8質量部であり、細骨材の含有量が150〜300質量部であり、水セメント比が40〜65質量%である、モルタル組成物

請求項10

普通ポルトランドセメントと、請求項1〜7のいずれか一項に記載の混和材と、細骨材と、粗骨材と、水と、を含み、普通ポルトランドセメント100質量部に対し、前記混和材の含有量が4〜8質量部であり、細骨材の含有量が150〜300質量部であり、粗骨材の含有量が200〜400質量部であり、水セメント比が40〜65質量%である、コンクリート組成物

請求項11

温度50〜70℃、養生時間3〜4時間の条件で請求項9に記載のモルタル組成物を蒸気養生する工程を含む、モルタル硬化物の製造方法。

請求項12

温度50〜70℃、養生時間3〜4時間の条件で請求項10に記載のコンクリート組成物を蒸気養生する工程を含む、コンクリート硬化物の製造方法。

技術分野

背景技術

0002

近年、建設業界における就業者不足又は高齢化等の問題から、コンクリート製品活用の検討が進みつつあり、将来的な需要の増加が予想される。需要の増加に伴い、製品製造時の効率化への要求は高まると予想され、特に型枠回転率の向上により、生産性を向上させることは重要な課題と考えられる。型枠回転率向上のため、早期脱型を可能とする技術としては、混和材の利用に加え、高温条件での養生によって短時間で脱型強度を実現する技術(特許文献1)や、早期強度発現に優れるセメントを活用する技術(特許文献2)がある。

先行技術

0003

特開平10−101455号公報
特開2000-301531号公報

発明が解決しようとする課題

0004

短時間で脱型強度を実現するため、高い養生温度(例えば、80℃程度)を設定した場合、特に期ではこの温度を維持し続けることが技術的に困難であり、意図した脱型強度が得られないケースがある。混和材の添加によって早期に強度を得ようとする場合、流動性の経時的な変化が大きいため、流動性を制御するために多量の減水剤を使用する必要があることや、練混ぜ直後において過度流動する状態とすることが必要となることがある。あるいは、早期強度発現に優れるセメントを活用することによって、早期に強度を得ることも考えられるが、設備上の問題からこのようなセメントを保管できない工場も多いため、その適用が制限される場合がある。

0005

本発明は、モルタル・コンクリート用混和材であって、特殊なセメントを適用しなくても、蒸気養生において一般に適用される温度(例えば、50〜70℃程度)の養生条件で早期に十分な脱型強度を得ることができるとともに、モルタル組成物及びコンクリート組成物の流動性に及ぼす影響が十分に小さく、さらに、アルカリシリカ反応リスクを低減可能な混和材を提供することを目的とする。また、本発明は、この混和材を含むセメント組成物、モルタル組成物及びコンクリート組成物、並びに、モルタル硬化物及びコンクリート硬化物の製造方法を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

0006

本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意検討したところ、特定の材料を所定の組合せで混合して得た混和材が上記課題を解決できることを見出し、以下の本発明を完成させた。

0007

すなわち、本発明に係るモルタル・コンクリート用混和材は、早強ポルトランドセメントと、半水石膏及び無水石膏の少なくとも一方の石膏と、珪酸ナトリウムと、硫酸アルミニウムと、ゼオライトと、シリカフュームとを含み、当該混和材の全質量を基準として、早強ポルトランドセメントの含有率が0質量%以上45質量%以下であり、石膏の含有率が30質量%以上80質量%未満であり、珪酸ナトリウムの含有率が0質量%超10質量%未満であり、硫酸アルミニウムの含有率が0質量%超10質量%未満であり、ゼオライトの含有率が0質量%超10質量%未満であり、シリカフュームの含有率が12質量%以上70質量%以下である。

0008

早期強度発現性を向上すべきセメント(例えば、普通ポルトランドセメント)に対して適量の上記混和材を配合してモルタル組成物又はコンクリート組成物を調製することにより、蒸気養生において一般に適用される温度の養生条件で早期に十分な強度を有する硬化物を得ることができ、型枠回転率を向上することができる。

0009

本発明に係るセメント組成物は、普通ポルトランドセメントと、上記混和材とを含み、普通ポルトランドセメント100質量部に対して上記混和材の含有量が4〜8質量部である。
本発明に係るモルタル組成物は、普通ポルトランドセメントと、上記混和材と、細骨材と、水とを含み、普通ポルトランドセメント100質量部に対して混和材の含有量が4〜8質量部であり且つ細骨材の含有量が150〜300質量部であり、水セメント比が40〜65質量%である。
本発明に係るコンクリート組成物は、普通ポルトランドセメントと、上記混和材と、細骨材と、粗骨材と、水とを含み、普通ポルトランドセメント100質量部に対して混和材の含有量が4〜8質量部であり、細骨材の含有量が150〜300質量部であり且つ粗骨材の含有量が200〜400質量部であり、水セメント比が40〜65質量%である。

0010

本発明に係るセメント組成物等によれば、普通ポルトランドセメント100質量部に対して4〜8質量部の上記混和材を添加することで、蒸気養生において一般に適用される温度の養生条件で早期に十分な強度を有する硬化物を得ることができ、型枠回転率を向上することができる。この混和材の添加量は、従来の混和材の添加量と同等レベルであり、実機プラントでの作業に適した量である。本発明に係るモルタル組成物及びコンクリート組成物は、混和材が添加されない組成物と比較して流動性が同等又は差があったとしても有意な差ではないため、この点でも実機プラントでの作業性に優れるという利点がある。

0011

本発明に係るモルタル硬化物又はコンクリート硬化物の製造方法は、温度50〜70℃、養生時間3〜4時間の条件で上記モルタル組成物又は上記コンクリート組成物を蒸気養生する工程を含む。この製造方法によれば、3〜4時間の養生で十分な強度を有する硬化物を得ることができ、型枠回転率を向上することができる。

発明の効果

0012

本発明によれば、モルタル・コンクリート用混和材であって、特殊なセメントを適用しなくても、蒸気養生において一般に適用される温度の養生条件で早期に離型強度を得ることができるとともに、モルタル組成物及びコンクリート組成物の流動性に及ぼす影響が十分に小さく、さらに、アルカリシリカ反応のリスクを低減可能な混和材が提供される。また、本発明によれば、この混和材を含むセメント組成物、モルタル組成物及びコンクリート組成物、並びに、モルタル硬化物及びコンクリート硬化物の製造方法が提供される。

0013

以下、本発明の実施形態について説明する。本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。

0014

<モルタル・コンクリート用混和材>
本実施形態に係るモルタル・コンクリート用混和材は、実施例の欄において詳細に説明する評価試験に基づくものである。本実施形態に係るモルタル・コンクリート用混和材は、以下の(A)〜(E)の材料を含む。
(A)早強ポルトランドセメント
(B)半水石膏及び無水石膏の少なくとも一方の石膏
(C)珪酸ナトリウム
(D)硫酸アルミニウム
(E)ゼオライト
(F)シリカフューム
混和材の全質量を基準として、
(A)早強ポルトランドセメントの含有率が0質量%以上45質量%以下であり、
(B)上記石膏の含有率が30質量%以上80質量%未満であり、
(C)珪酸ナトリウムの含有率が0質量%超10質量%未満であり、
(D)硫酸アルミニウムの含有率が0質量%超10質量%未満であり、
(E)ゼオライトの含有率が0質量%超10質量%未満であり、
(F)シリカフュームの含有率が12質量%以上70質量%以下である。

0015

上記混和材は、上記6つの材料の合計質量20kgを基準として、
早強ポルトランドセメントの含有量をAkg/20kg、
上記石膏の含有量をBkg/20kg、
珪酸ナトリウムの含有量をCkg/20kg、
硫酸アルミニウムの含有量をDkg/20kg、
ゼオライトの含有量をEkg/20kg、
シリカフュームの含有量をFkg/20kgとしたとき、(1)〜(7)の不等式で表される全ての条件を満たすことが好ましい。
0.3451×A+0.3079×B+0.8737×C−3.5938×D+0.3342×E+0.5566×F+0.2769×B×D−0.1230×E×F+5.7≧12…(1)
0≦A≦9…(2)
6≦B<16…(3)
0<C<2…(4)
0<D<2…(5)
0<E<2…(6)
2.4≦F≦14…(7)

0016

上記式(1)の左辺にA〜Fの値を代入して算出される値は、所定の条件(温度及び時間)で蒸気養生した後のコンクリート組成物の硬化物の圧縮強度(脱型強度、単位:N/mm2)の推定値である。つまり、式(1)は脱型強度12N/mm2以上を達成できる混和材の組成に関する不等式である。なお、式(1)は、後述の実施例及び比較例に係る混和材を使用して調製したモルタル組成物(セメント:普通ポルトランドセメント、水セメント比:45質量%、高性能AE減水剤添加率:0.3質量%)を内容積196.25mLの型枠内流し込み、これを20℃に設定された恒温室内で30分にわたって前置き養生を行った後、昇温過程を設けず、65℃の槽内で3時間にわたって蒸気養生した後に測定した圧縮強度(脱型強度)の結果に基づいて導出されたものである。

0017

本実施形態に係る混和材は、上記脱型強度が12〜15N/mm2(より好ましくは12〜13N/mm2)であることが好ましい。換言すれば、混和材の組成は、上記式(1)の左辺の値が12〜15(より好ましくは12〜13)の範囲であることが好ましい。脱型時の硬化物の強度が12N/mm2未満であると強度不足であり、他方、15N/mm2を超えると初期強度が出すぎであり、長期強度伸びが不十分となる傾向にある。

0018

所定量の上記混和材を、例えば、普通ポルトランドセメントに配合することで早期強度発現性が著しく向上する。すなわち、上記混和材を使用して調製したモルタル組成物又はコンクリート組成物は、温度50〜70℃程度の温度条件で、3〜4時間程度の短時間の蒸気養生を行うことで、脱型に十分な強度(12N/mm2以上)を得ることができる。以下、混和材を構成する各成分について説明する。

0019

(早強ポルトランドセメント)
早期強度発現性向上の観点から、混和材は早強ポルトランドセメントを含むことが好ましい。早強ポルトランドセメントは、普通ポルトランドセメントと比較して、初期強度の発現性に優れるC3Sの含有率が比較的高く、ブレーン比表面積が大きいセメントである。早強ポルトランドセメントを混和材の一成分とすることで、少量使用であっても脱型強度向上への優れた効果が期待できるため、他の成分の使用量を低減できるとともに、モルタル又はセメントの流動性への影響を十分に抑制できる。

0020

早強ポルトランドセメントのボーグ式で算出される鉱物組成は、例えば、以下の範囲であればよい。すなわち、C3S量は、54〜69質量%であり、58〜66質量%又は60〜64質量%であってもよい。C2S量は、7〜19質量%であり、8〜17質量%又は9〜14質量%であってもよい。C3A量は、7〜12質量%であり、8〜11質量%又は9〜10質量%であってもよい。C4AF量は、7.5〜10質量%であり、7.7〜9.0質量%又は8.0〜8.5質量%であってもよい。早強ポルトランドセメントのブレーン比表面積は、例えば、3300cm2/g以上であり、好ましくは4000〜5000cm2/gであり、より好ましくは4400〜4700cm2/gである。なお、セメントのブレーン表面積はJIS R5201「セメントの物理試験方法」に記載の方法に準拠して測定することができる。

0021

早強ポルトランドセメントの含有率は、混和材の全質量を基準で、好ましくは0質量%以上45質量%以下(0≦A≦9)であり、より好ましくは2質量%以上40質量%以下(0.4≦A≦8)であり、更に好ましくは3.5質量%以上38質量%以下(0.7≦A≦7.6)である。早強ポルトランドセメントの含有率がこの範囲であることで、混和材をモルタル又はセメントに配合することによって得られる種々の効果(減水剤使用量の低減、スランプ経時的変化の抑制及び脱型強度)がバランスよく奏される。なお、括弧内に記載のAの範囲は、上記(A)〜(F)の材料の合計質量20kgを基準としたときのAの重量範囲(kg)である。以下、括弧内のB〜Fの範囲についても同様である。

0022

(石膏)
石膏は、半水石膏及び無水石膏のいずれであってもよく、これらを併用してもよい。これらの石膏を混和材の成分とすることで、脱型強度を向上することができる。石膏(半水石膏及び無水石膏の合計量)の含有率は、混和材の全質量を基準で、30質量%以上80質量%未満(6≦B<16)であり、好ましくは30質量%以上50質量%(6≦B≦10)であり、より好ましくは30質量%以上40質量%以下(6≦B≦8)である。石膏の含有率がこの範囲であることで、残存石膏による遅れ膨脹破壊のリスクを回避して脱型強度の向上を図ることができる。

0023

半水石膏及び無水石膏のブレーン比表面積は、早期強度発現性の観点から、好ましくは3000cm2/g以上であり、より好ましくは3500〜10000cm2/gであり、更に好ましくは4000〜8000cm2/gである。なお、石膏のブレーン表面積はJIS R5201に記載の方法に準拠して測定することができる。

0024

(珪酸ナトリウム)
珪酸ナトリウム(「ケイ酸ソーダ」とも称される。)は、モルタル組成物等に急結作用を付与するため、その水溶液水ガラス)が使用されることはあるが、モルタル又はコンクリート用の混和材としては通常使用されない。すなわち、モルタル又はコンクリートに珪酸ナトリウムを多量に配合すると、モルタル又はコンクリート中のアルカリ総量が著しく増加することから、アルカリシリカ反応発生の懸念が高まる。このため、モルタル・コンクリート用混和材の一成分として使用することは通常想定されていない。しかし、本発明者らの後述の評価試験によれば、添加量が少量であれば、脱型強度の改善に非常に効果的である。

0025

珪酸ナトリウムの含有率は、混和材の全質量を基準で、0質量%超10質量%未満(0<C<2)であり、好ましくは2質量%以上10質量%未満(0.4≦C<2)であり、より好ましくは2質量%以上5質量%以下(0.4≦C≦1)である。珪酸ナトリウムの含有率がこの範囲であることで、アルカリ量を過度に増やすことなく、脱型強度の向上を図ることができる。

0026

珪酸ナトリウムは、混和材の商品形態及び作業性の観点から、粉末(粉末状)であることが好ましく、その平均粒径は1〜300μm程度であればよく、1〜200μm又は1〜100μmであってよい。珪酸ナトリウムの平均粒径は、レーザー回折散乱粒子径分布測定装置によって測定することができる。珪酸ナトリウムを構成するSiO2とNa2Oの比(SiO2/Na2O)は、早期強度発現性の観点から、1〜3であることが好ましく、1.5〜2.5又は2.0〜2.5であってもよい。

0027

(硫酸アルミニウム)
硫酸アルミニウムは、凝結促進効果があり、多量の使用によって練混ぜ後の流動性の保持が困難となる場合がある。流動性が著しく低下した状態で型枠への打込みを行った場合には、未充填部が生じる等によって、強度の低下や製品の美観性が損なわれる等の問題につながる場合がある。よって、硫酸アルミニウムは早期強度の付与に効果が得られる範囲内で添加量はなるべく少量とすることが好ましい。

0028

硫酸アルミニウムの含有率は、混和材の全質量を基準で、0質量%超10質量%未満(0<D<2)であり、好ましくは2質量%以上10質量%未満(0.4≦D<2)であり、より好ましくは2質量%以上5質量%以下(0.4≦D≦1)である。珪酸ナトリウムの含有率がこの範囲であることで、添加したモルタル・コンクリートの流動性を極端に低下させることなく、脱型強度の向上を図ることができる。

0029

硫酸アルミニウムは、混和材の商品形態及び作業性の観点から、粉末であることが好ましく、その平均粒径は30μm以下であることが好ましく、8〜24μm又は12〜16μmであってよい。硫酸アルミニウムの平均粒径は、レーザー回折/散乱式粒子径分布測定装置によって測定することができる。硫酸アルミニウムの比表面積は、早期強度発現性の観点から、好ましくは10m2/g以下であり、より好ましくは1〜8m2/gであり、更に好ましくは3〜6m2/gである。なお、硫酸アルミニウムの表面積はJIS R5201に記載の方法に準拠して測定することができる。

0030

(ゼオライト)
ゼオライトは、アルカリ金属イオン捕集による、アルカリシリカ反応の抑制効果がある。ゼオライトと珪酸ナトリウムとを併用することで、アルカリシリカ反応に対するリスクの低減を図ることができる。ゼオライトには、天然ゼオライト人工ゼオライト合成ゼオライト等があるが、コスト面の観点からより安価な天然ゼオライトを用いることが好ましい。

0031

ゼオライトの含有率は、混和材の全質量を基準で、0質量%超10質量%未満(0<E<2)であり、好ましくは2質量%以上10質量%未満(0.4≦E<2)であり、より好ましくは2質量%以上5質量%以下(0.4≦E≦1)である。ゼオライトの含有率がこの範囲であることで、アルカリシリカ反応に対するリスクを高めることなく、脱型強度の向上を図ることができる。

0032

ゼオライトは、混和材の商品形態及び作業性の観点から、粉末であることが好ましく、その平均粒子径は、好ましくは60μm以下であり、より好ましくは10〜60μm、更に好ましくは40〜60μmである。ゼオライトの平均粒径は、レーザー回折/散乱式粒子径分布測定装置によって測定することができる。

0033

(シリカフューム)
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。シリカフュームは、モルタル組成物及びコンクリート組成物の流動性を向上させるとともに、これらの硬化物の圧縮強度を向上させる。これに加え、シリカフュームは、ポゾラン反応の発生により、OH−の減少やアルカリイオンの移動速度の低下による、アルカリシリカ反応の抑制効果があり、珪酸ナトリウムと併用することで、アルカリシリカ反応に対するリスクの低減を図ることができる。

0034

シリカフュームの含有率は、混和材の全質量を基準で、12質量%以上70質量%以下(2.4≦F≦14)であり、好ましくは20質量%以上60質量%以下(4≦F≦12)であり、より好ましくは40質量%以上60質量%以下(8≦F≦12)である。シリカフュームの含有率がこの範囲であることで、アルカリシリカ反応に対するリスクを高めることなく、脱型強度の向上を図ることができる。

0035

シリカフュームは、混和材の商品形態及び作業性の観点から、粉末であることが好ましく、その平均粒子径は、好ましくは1.5μm以下であり、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。シリカフュームの平均粒径は、レーザー回折/散乱式粒子径分布測定装置によって測定することができる。シリカフュームの比表面積は、早期強度発現性の観点から、好ましくは15m2/g以上であり、より好ましくは15〜30m2/gであり、更に好ましくは15〜25m2/gである。なお、シリカフュームの比表面積はJIS R5201に記載の方法に準拠して測定することができる。

0036

<セメント組成物>
実施形態に係るセメント組成物は、普通ポルトランドセメントと、上記混和材とを含み、普通ポルトランドセメント100質量部に対して上記混和材の含有量が4〜8質量部である。このセメント組成物等によれば、普通ポルトランドセメント100質量部に対して4〜8質量部の上記混和材を添加することで、蒸気養生において一般に適用される温度の養生条件で早期に離型強度を得ることができる。この混和材の添加量は、従来の混和材の添加量と同等レベルであり、実機プラントでの作業に適した量である。

0037

普通ポルトランドセメントのボーグ式で算出される鉱物組成は、例えば、以下の範囲であればよい。すなわち、C3S量は、42〜62質量%であり、50〜61質量%又は55〜60質量%であってもよい。C2S量は、14〜37質量%であり、13〜25質量%又は12〜18質量%であってもよい。C3A量は、7〜11質量%であり、8〜10.5質量%又は9〜10質量%であってもよい。C4AF量は、7〜13質量%であり、8〜11質量%又は8.5〜10質量%であってもよい。普通ポルトランドセメントのブレーン比表面積は、例えば、3000cm2/g以上であり、好ましくは3100〜3500cm2/gであり、より好ましくは3200〜3350cm2/gである。

0038

なお、本実施形態に係る混和材の適用対象は、普通ポルトランドセメントに限られず、例えば、高炉セメントフライアッシュセメント耐硫酸塩ポルトランドセメント中庸熱ポルトランドセメント低熱ポルトランドセメントに対して適用してもよい。

0039

<モルタル組成物及びコンクリート組成物>
本実施形態に係るモルタル組成物は、上記セメント組成物に細骨材及び水を混合したものである。すなわち、本実施形態に係るモルタル組成物は、普通ポルトランドセメントと、上記混和材と、細骨材と、水とを含み、普通ポルトランドセメント100質量部に対して混和材の含有量が4〜8質量部であり且つ細骨材の含有量が150〜300質量部(より好ましくは、150〜250質量部、更に好ましくは180〜250質量部)であり、水セメント比が40〜65質量%(より好ましくは45〜55質量%)である。

0040

本実施形態に係るコンクリート組成物は、上記セメント組成物に細骨材、粗骨材及び水を混合したものである。すなわち、本実施形態に係るコンクリート組成物は、普通ポルトランドセメントと、上記混和材と、細骨材と、粗骨材と、水とを含み、普通ポルトランドセメント100質量部に対して混和材の含有量が4〜8質量部であり、細骨材の含有量が150〜300質量部(より好ましくは180〜250質量部)であり且つ粗骨材の含有量が200〜400質量部(より好ましくは250〜350質量部)であり、水セメント比が40〜65質量%(より好ましくは45〜55質量%)である。

0041

本実施形態に係るモルタル硬化物又はコンクリート硬化物の製造方法は、温度50〜70℃、養生時間3〜4時間の条件で上記モルタル組成物又は上記コンクリート組成物を蒸気養生する工程を含む。この製造方法によれば、3〜4時間の養生で十分な強度を有する硬化物を得ることができ、型枠回転率を向上することができる。

0042

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、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。

0043

使用材料の準備]
評価試験に供するモルタル又はコンクリートを作製するため、表1及び表2に示す材料を準備した。

0044

0045

0046

1.混和材配合材料候補を単独添加した場合の効果確認
表3に示したモルタル配合によって、表2に示した候補材料を配合したモルタルの流動性及び養生後の圧縮強度について評価を行った。20℃の恒温室内で30分前置き養生を行った後、昇温過程を設けず、65℃に温度設定された槽内で3時間にわたって蒸気養生を行った。なお、表3に示すモルタル配合は、表4に示すコンクリート配合スクリーニング配合に相当する。

0047

0048

0049

表5に、各候補材料を表3のモルタル組成物に配合した場合の試験結果を示す。候補材料の使用量を4〜11kg/m3、減水剤の添加率を0.3質量%として試験を行い、無添加の場合との比較によって評価結果を判定した。試験の結果、珪酸ナトリウムのみ単一の添加によって、目標とする脱型強度を得られる可能性があることがわかった。

0050

0051

珪酸ナトリウムは、その添加量が少量であれば、脱型強度の改善に非常に効果的である。具体的には、単位セメント量380kg程度を想定した場合には、珪酸ナトリウムの単位量は2.0kg/m3未満(混和材における珪酸ナトリウムの含有量:2.0kg/20kg未満)であることが好ましい。なお、混和材は、粉体製品として紙袋で供給されることから、珪酸ナトリウムを混和材の一成分として使用する場合には、粉体の珪酸ナトリウムを使用することが好ましい。

0052

硫酸アルミニウムは早期強度の付与に効果が得られる範囲内で添加量はなるべく少量とすることが好ましい。具体的には、単位セメント量380kg程度を想定した場合には、硫酸アルミニウムの単位量は2.0kg/m3未満(混和材における硫酸アルミニウムの含有量:2.0kg/20kg未満)であることが好ましい。また、硫酸アルミニウムは、無水物と水和物があるが、他の材料と混合してモルタル・コンクリートに添加する場合、粉体製品として紙袋で供給されるため、無水物の硫酸アルミニウムを使用することが好ましい。

0053

珪酸ナトリウムや硫酸アルミニウムの使用量を制限した場合、無水石膏の使用量は最大で16kg程度となる。無水石膏を多量に添加した場合、モルタル・コンクリート中に未反応で石膏が残存した場合には、遅れ膨脹破壊が生じる懸念がある。このため、コンクリート中の全SO3量を17kg/m3未満とするのがよい。具体的には、単位セメント量380kg程度を想定した場合、無水石膏の使用量は16kg/m3未満であることが望ましい。

0054

2.選定した混和材配合材料を混合添加した場合の効果確認
珪酸ナトリウム、硫酸アルミニウム及び無水石膏の使用量に上限を設けた上で、表2に示す各材料との最適な組合せを検討することが望ましいと判断した。そこで、表3に示すモルタル配合に対して、総量20kg/m3となる各種組合せの混和材をこれに添加し、15打フローと脱型強度を確認した。なお、脱型強度は、各例に係る混和材を使用して調製したモルタル組成物(セメント:普通ポルトランドセメント、水セメント比:45質量%、高性能AE減水剤添加率:0.3質量%)を内容積196.25mLの型枠内に流し込み、これを20℃に設定された恒温室内で30分にわたって前置き養生を行った後、昇温過程を設けず、65℃の槽内で3時間にわたって蒸気養生した後に測定した。また、高性能AE減水剤は、無添加の場合と15打フローが同等となるように添加量を調整した。試験結果を表6に示す。

0055

表6に示したとおり、減水剤添加率を極端に増やさなくとも(減水剤添加量1.2倍以下)、15打フローが166mm以上(無添加の場合の90%以上)であり且つ脱型強度が12N/mm2以上となる水準はNo.13〜18、23、25、27であった。ただし、No.13〜16は無水石膏が16kg以上であることから、モルタル・コンクリート中に未反応で石膏が残存した場合には、遅れ膨脹破壊を生じる懸念があるため、好ましくない。よって、早強ポルトランドセメント、無水石膏、珪酸ナトリウム、硫酸アルミニウム、ゼオライト及びシリカフュームの6種からなるNo.18、23、25と、無水石膏、珪酸ナトリウム、硫酸アルミニウム、ゼオライト及びシリカフュームの5種からなるNo.17、27の混和材が好ましい。

0056

また、モルタルやコンクリート添加時には使用材料が少ない方が生産効率が高いことから、無水石膏、珪酸ナトリウム、硫酸アルミニウム、ゼオライト及びシリカフュームの5種からなるNo.17、27の混和材がより好ましい。

0057

上記モルタルでの評価試験結果を活用し、統計解析ソフトJMP(登録商標SASInstitute Japan製)を用いて回帰分析を行った。すなわち、表6に示す混和材を構成する6つの材料(早強セメント、無水石膏、珪酸ナトリウム、硫酸アルミニウム、ゼオライト及びシリカフューム)の合計質量20kgを基準とした場合、早強セメントの含有量をAkg/20kg、無水石膏の含有量をBkg/20kg、珪酸ナトリウムの含有量をCkg/20kg、硫酸アルミニウムの含有量をDkg/20kg、ゼオライトの含有量をEkg/20kg、シリカフュームの含有量をFkg/20kgとし、目標とする脱型強度(12N/mm2以上)が得られる材料の組合せを、おおよそ予測するための以下の式(1)を得た。なお、A+B+C+D+E+Fの値は上述のとおり20(kg)である。
0.3451×A+0.3079×B+0.8737×C−3.5938×D+0.3342×E+0.5566×F+0.2769×B×D−0.1230×E×F+5.7≧12…(1)

0058

上記6つの材料は、実機プラント等での投入作業や物性への影響から、式(2)〜(7)の不等式でそれぞれ表される条件を満たすべきである。
0≦A≦9…(2)
6≦B<16…(3)
0<C<2…(4)
0<D<2…(5)
0<E<2…(6)
2.4≦F≦14…(7)

0059

表6に式(1)の左辺の値、並びに、実施例及び比較例の区別を記載した。

0060

※混和材が無添加の試験(No.0)において、セメントと混和材の合計質量100%に対する減水剤の添加量0.3%を基準とした比率

0061

[ゼオライト及びシリカフュームによるOH−溶出低減効果について]
No.0、21、25、27の混和材について、OH−溶出量を測定した。OH−溶出量は各試験例の混和材を添加して練混ぜたペースト試料15gを30℃の温水300mLに加え、3時間攪拌した後、吸引ろ過して得たろ過溶液のOH−量をイオンクロマトグラフィーを使用して測定した。表7に示す結果から、珪酸ナトリウムと、ゼオライト及びシリカフュームとを併用することで、珪酸ナトリウムの添加に起因するOH−溶出量の増加を抑制できることがわかった。すなわち、アルカリシリカ反応のリスクが低減できる可能性があることがわかった。

0062

0063

3.石膏種類の影響確認
石膏を無水と半水とした場合の比較を行った結果を表8に示す。減水剤の添加率は、練混ぜ後の0打フロー、15打フローが一定となるように調整し、脱型強度の比較を行った。無水石膏については、特に銘柄の影響が認められず、流動性と脱型強度はほぼ同等であった。また、半水石膏はブレーン比表面積が9000cm2/gを超えるが、本検討の使用範囲では流動性に大きな影響は認められなかった。石膏種類の比較の結果によれば、その影響は大きくないと判断される。なお、石膏のブレーン比表面積は、小さすぎると未水和粒子が残存して遅れ膨脹が生じる可能性があるため、3000cm2/g以上が好ましいと判断される。

0064

※混和材が無添加の試験(No.0)において、セメントと混和材の合計質量100%に対する減水剤の添加量0.3%を基準とした比率。

0065

4.珪酸ナトリウムの銘柄比較
珪酸ナトリウムの銘柄が異なった場合の比較を行った。減水剤の添加率は、練混ぜ後の0打フロー、15打フローが一定となるように調整し、脱型強度の比較を行った。評価結果を表9に示す。珪酸ナトリウムa及びbについては、特に銘柄の影響は認められなかった。ただし、珪酸ナトリウムc号を使用した場合には、脱型強度がやや低くなる傾向が認められた。これは、珪酸ナトリウムのSiO2/Na2Oが影響していると考えられる。12N/mm2程度の強度を得るためには、SiO2/Na2Oが2.0〜2.5の珪酸ナトリウム(珪酸ナトリウムa又はb)を使用することが好ましいと判断される。

0066

※混和材が無添加の試験(No.0)において、セメントと混和材の合計質量100%に対する減水剤の添加量0.3%を基準とした比率。

0067

上より、混和材の総量を20kgとすると、早強ポルトランドセメントが0kg以上9kg以下(0質量%以上45質量%以下)、石膏(半水石膏及び/又は無水石膏の合計量)が6kg以上16kg未満(30質量%以上80質量%未満)、珪酸ナトリウムが0kg超2kg未満(0質量%超10質量%未満)、硫酸アルミニウムが0kg超2kg未満(0質量%超10質量%未満)、ゼオライトが0kg超2kg未満(0質量%超10質量%未満)、シリカフュームが2.4kg以上14kg以下(12質量%以上70質量%以下)、の範囲で含まれていることが好ましい。

0068

一袋の混和材の総量を25kgまでとすると、珪酸ナトリウムと硫酸アルミニウムは増量することが困難であるが、無水石膏は7.5kg以上16kg未満(30質量%以上64質量%未満)、ゼオライトは0kg超2.5kg未満(0質量%超10質量%未満)、シリカフュームは3kg以上17.5kg以下(12質量%以上70質量%以下)、の範囲で調整が可能である。

実施例

0069

また、汎用的な二次製品に適用されるモルタルやコンクリートの配合としては、水セメント比が40〜65質量%程度が多く、単位セメント量としては300〜450kg程度が多いため、セメント100質量部に対しての添加量は4〜8質量部程度となる。

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