(57)【要約】      （修正有）【課題】従来の膨張材と同添加量で、膨張性のより向上ができる膨張性セメント組成物の提供。【解決手段】セメントと膨張材と無機微粉末とを含み、前記セメントと前記膨張材と前記無機微粉末との合計１００質量部に対する、前記無機微粉末の含有量が８〜６０質量部、好ましくは１０〜５０質量部、より好ましくは２０〜４０質量部である膨張性セメント組成物。さらに、材齢７日の活性度指数が、８〜８５％、好ましくは２０〜７０％、より好ましくは３５〜６５％更に好ましくは、３５〜５５％であり。無機微粉末の粉末度が、ブレーン比表面積で３０００〜１００００ｃｍ２/ｇが望ましく、５０００〜８０００ｃｍ２／ｇがより望ましい膨張性セメント組成物。無機微粉末としてフライアッシュや石灰石微粉末、及び珪石微粉末から選択される１種以上を使用することが望ましい膨張性セメント組成物。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
セメントと膨張材と無機微粉末とを含み、前記セメントと前記膨張材と前記無機微粉末との合計１００質量部に対する、前記無機微粉末の含有量が８〜６０質量部である膨張性セメント組成物。
【請求項２】
材齢７日の活性度指数が８〜８５％である請求項１に記載の膨張性セメント組成物。
【請求項３】
該無機微粉末の粉末度が、ブレーン比表面積で３０００〜１００００ｃｍ２／ｇである請求項１又は２に記載の膨張性セメント組成物。
【請求項４】
該無機微粉末が、石灰石微粉末、フライアッシュ、珪石微粉末の１種又は２種以上である請求項１〜３のいずれか１項に記載の膨張性セメント組成物。
【請求項５】
前記セメントの３ＣａＯ・ＳｉＯ２含有量が６０質量％以上である請求項１〜４のいずれか１項に膨張性セメント組成物。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載のセメント組成物を用いてなるモルタル。
【請求項７】
請求項１〜５のいずれか１項に記載のセメント組成物を用いてなるコンクリート。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、膨張性セメント組成物、モルタル、及びコンクリートに関する。
【背景技術】
【０００２】
セメントは安価でしかも、大きなコンクリート構造物を任意の形に造れる優れた材料である。更に、セメント混和材を併用することによって、構造物の強度や耐久性、美観を向上させることが可能である。これまでにセメント混和材は数多く提案されているが、セメント・コンクリートのひび割れ低減や曲げ耐力の向上を目的として最も使用されている混和材として、コンクリートに膨張性を付与するセメント膨張材が挙げられる。ここで、コンクリートとは、セメント、モルタル及びコンクリートを総称するものである。
【０００３】
コンクリート構造物に膨張性を付与するセメント混和材としては、例えば、遊離石灰−アウイン−無水セッコウ系膨張材（特許文献１）や遊離石灰−カルシウムシリケート−無水セッコウ系膨張材（特許文献２）等がある。また、従来よりも少ない添加量でコンクリートのひび割れを低減できる高性能型膨張材も開発されている（特許文献３〜６）。
【０００４】
しかしながら、更なる経済性の向上や、生コンプラント等での開袋投入作業における作業者の負担低減を目的として、従来の膨張材と同添加量で、膨張性をより向上させることができる膨張性セメント組成物が求められていた。
【０００５】
例えば特許文献７では、低添加型膨張材を低発熱型セメントに混和し、骨材と組み合わせることでスラブや壁等の構造物を構成する面部材においても、初期欠陥となる乾燥収縮に起因するひび割れを抑制または防止できることが報告されている。また、低熱ポルトランドセメントと膨張材とを組み合わせることで膨張率が大きくなることが報告されている。
【０００６】
特許文献８では、低熱ポルトランドセメント、フライアッシュ、及び膨張性組成物の混合物からなる水硬性組成物を用いることで、高い耐久性を有するセメント系の水硬性組成物が得られることが報告されている。
【０００７】
特許文献９では、中庸ポルトランドセメントとフライアッシュ、膨張性組成物の混合物からなる水硬性組成物を用いることで、低温条件及び高温条件のいずれにおいても強度の低下がなく、ひび割れが抑制された高強度コンクリートが得られることが報告されている。
【０００８】
特許文献１０〜１２では、特定の膨張材と無機微粉末からなる混和材を用いることで、混和材の配合量が少なくても、優れた膨張性能を付与し、ポップアウト現象が防止されたセメント混和材、及びセメント組成物が得られることが報告されている。
【０００９】
特許文献１３では、任意の膨張材１００質量部に対して特定の無機質鉱物微粉末を５０〜３００質量部含有する膨張性混和材を用いたコンクリートとすることで、生コンプラントにて計量誤差に鈍感な膨張性コンクリートが得られることが報告されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特公昭４２−２１８４０号公報
【特許文献２】特公昭５３−３１１７０号公報
【特許文献３】特開平０７−２３２９４４号公報
【特許文献４】特開２００２−２２６２４３号公報
【特許文献５】特開２００５−１６２５６４号公報
【特許文献６】特開２００８−２３９３９２号公報
【特許文献７】特開２００４−２１７５１４号公報
【特許文献８】特開２００９−３５４２９号公報
【特許文献９】特開２０１３−１３３２４５号公報
【特許文献１０】特開２００１−３２２８４８号公報
【特許文献１１】特開２００１−１２２６５０号公報
【特許文献１２】特開２００１−１５１５４７号公報
【特許文献１３】特開２００７−２６９５５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら特許文献７には、セメントが膨張率に与える影響についての記載はなく、ＪＩＳに規定されたポルトランドセメントの種類に関する記載しかない。特許文献８には、低熱ポルトランドセメントとフライアッシュ、膨張材を組み合わせることで膨張性能を助長するという記述はあるものの、膨張性能を助長するための範囲や、その効果に対する具体的な記載はない。特許文献９には、セメント組成物として中庸ポルトランドセメントやフライアッシュを用いることによる膨張量の変化に対する具体的な記載は無い。
【００１２】
特許文献１０〜１２に記載されている無機微粉末の配合割合はいずれもセメント組成物１００部中７部未満である。また、無機粉末のブレーン値や活性度が膨張量に与える影響について具体的な記載は無い。
【００１３】
特許文献１３には無機粉末のブレーン値や活性度が膨張量に与える影響について具体的な記載は無い。また、特許文献１３は、膨張材を無機微粉末で希釈することにより、生コンプラントの計量装置が適用可能な程に添加量の大きい膨張性混和材に関するものである。
【００１４】
以上から、本発明は、従来の膨張材と同添加量で、膨張性をより向上させることができる膨張性セメン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】
【００１５】
本発明者らは、上記状況を鑑み種々検討した結果、膨張材と特定量の無機微粉末およびセメントからなる膨張性セメント組成物とすることで、従来の膨張材と同添加量において、膨張性をより向上させることができる膨張性セメント組成物が得られることを知見し、本発明を完成させるに至った。
即ち、本発明は、下記のとおりである。
【００１６】
［１］  セメントと膨張材と無機微粉末とを含み、前記セメントと前記膨張材と前記無機微粉末との合計１００質量部に対する、前記無機微粉末の含有量が８〜６０質量部である膨張性セメント組成物。
［２］  材齢７日の活性度指数が８〜８５％である［１］に記載の膨張性セメント組成物。
［３］  該無機微粉末の粉末度が、ブレーン比表面積で３０００〜１００００ｃｍ２／ｇである［１］又は［２］に記載の膨張性セメント組成物。
［４］  該無機微粉末が、石灰石微粉末、フライアッシュ、珪石微粉末の１種又は２種以上である［１］〜［３］のいずれかに記載の膨張性セメント組成物。
［５］  前記セメントの３ＣａＯ・ＳｉＯ２含有量が６０質量％以上である［１］〜［４］のいずれかに膨張性セメント組成物。
［６］  ［１］〜［５］のいずれかに記載のセメント組成物を用いてなるモルタル。
［７］  ［１］〜［５］のいずれかに記載のセメント組成物を用いてなるコンクリート。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、従来の膨張材と同添加量で、膨張性をより向上させることができる膨張性セメント組成物を提供することができる。具体的には、従来の膨張材を使用して得られる膨張量に比べ、さらにその膨張量を１．０２倍以上とすることができる。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の実施形態を詳細に説明するが、本発明は当該実施形態に限定されるものではない。なお、本明細書における「部」や「％」は、活性度指数以外、特に規定しない限り質量基準とする。
【００１９】
［１．膨張性セメント組成物］
本発明の膨張性セメント組成物は、セメントと膨張材と無機微粉末とを含む。以下、詳細に説明する。
【００２０】
（無機微粉末）
本発明で使用する無機微粉末は、セメントと膨張材と無機微粉末との合計１００部に対して、８〜６０部配合し、１０〜５０部配合することが好ましく、２０〜４０部配合することがさらに好ましい。８部未満では、無機微粉末の混和による膨張性能の向上が得られない場合がある。また、６０部を超えると無機微粉末の混和による圧縮強度の低下が大きくなり、膨張性能の向上が得られない場合がある。
【００２１】
当該無機微粉末は、ポルトランドセメント中に含まれる鉱物の初期水和を促進するものであり、例えば、潜在水硬性を有する高炉水砕スラグ等の急冷スラグ微粉末、フライアッシュ、シリカフューム、及びライスハスクアッシュ（籾殻灰）や、石灰石微粉末、珪石微粉末、砕石微粉末、スラグ除冷微粉末等が使用可能である。
【００２２】
無機微粉末のブレーン値は３０００〜１００００ｃｍ２／ｇが好ましく、５０００〜８０００ｃｍ２／ｇがより好ましい。３０００ｃｍ２／ｇ以上であることで、無機微粉末の混和による膨張性能の向上が得られやすくなる。また、１００００ｃｍ２／ｇ以下であることで、経済性と作業性の低下を防ぐことができる。
【００２３】
膨張量の向上と良好な強度を得る観点から、材齢７日の活性度指数を８〜８５％とすることが好ましく、２０〜７０％であることがより好ましく、３５〜６５％であることがさらに好ましく、３５〜５５％であることが特に好ましい。
なお、ここでいう活性度指数とは、無機微粉末を含まないセメントに無機微粉末と膨張材を混和した膨張性セメント組成物を用いたモルタルの７日圧縮強さを、セメントと膨張材を用いたモルタルの７日圧縮強さで割って得た比を１００倍した値である。
【００２４】
上記活性度指数とする観点から、無機微粉末として、フライアッシュや石灰石微粉末、珪石微粉末を使用することが好ましい。なかでも、フライアッシュ、石灰石微粉末、及び珪石微粉末のいずれか１種、または２種以上を使用することが好ましい。
【００２５】
（セメント）
本発明のセメント組成物で使用するセメントとしては、普通、早強、超早強、低熱、及び中庸熱等の各種ポルトランドセメントが挙げられる。なかでも、セメントの３ＣａＯ・ＳｉＯ２含有量が６０％以上であることが好ましく、６５％以上であることがより好ましい。３ＣａＯ・ＳｉＯ２含有量が６０％以上であるセメントを用いることで、特定の無機微粉末と膨張材を混和した場合に、従来の膨張性の向上が大きくなる。また、膨張性セメント組成物を特定の活性度指数とした場合に、セメント使用量が低減可能であることから環境負荷の低減も期待される。
【００２６】
（膨張材）
本発明の膨張材は特に限定されるものではなく、市販品が使用可能であり、エトリンガイト系、エトリンガイト・石灰系、石灰系等が挙げられ、エトリンガイト・石灰系膨張材がより良好な強度発現性と膨張性の観点から好ましい。具体的には、遊離石灰、アウイン及び無水セッコウを主要な構成化合物組成とし、遊離石灰、アウイン及び無水セッコウの合計１００部中、遊離石灰が１０〜８０部（好ましくは３０〜７０部）、アウインが１５〜４５部（好ましくは５〜２０部）、無水セッコウが１０〜５０部（好ましくは１５〜４０）部である熱処理物、及び／又は熱処理物の混合物が好ましい。
【００２７】
本発明の膨張材の使用量は、コンクリートの配合によって変化するため特に限定されるものではないが、通常、セメントと無機微粉末、膨張材からなる膨張性セメント組成物１００部中、３〜１２部が好ましく、５〜９部がより好ましい。３部以上とすることで、充分な膨張性能が得られ、１２部以下とすることで、過膨張となりコンクリートに膨張クラックを生じるのを防ぐことができる。
【００２８】
無機微粉末と膨張材との質量比（無機微粉末／膨張材）は、０．５〜１５であることが好ましく、３〜９であることがより好ましい。当該質量比が０．５〜１５であることで、膨張性能をより向上させることができる。
【００２９】
本発明の膨張性セメント組成物には、砂、砂利等の骨材の他、減水剤、高性能減水剤、ＡＥ減水剤、高性能ＡＥ減水剤、流動化剤、消泡剤、増粘剤、防錆剤、防凍剤、収縮低減剤、高分子エマルジョン及び凝結調整剤、並びにセメント急硬材、ベントナイトやゼオライト等の粘土鉱物、ハイドロタルサイト等のアニオン交換体等のうちの１種又は２種以上を、本発明の目的を実質的に阻害しない範囲で使用することが可能である。
【００３０】
本発明の膨張性セメント組成物を製造する際の各材料の混合及び混練方法は特に限定されるものではなく、通常の方法が使用できる。混合装置としては、既存の撹拌装置が使用可能であり、例えば、傾胴ミキサー、オムニミキサー、Ｖ型ミキサー、ヘンシェルミキサー、及びナウターミキサー等が利用可能である。
【００３１】
［２．モルタル及びコンクリート］
本発明のモルタル及びセメントは、既述のセメント組成物を配合するように、用いてなる。
【００３２】
本発明のセメント組成物の配合方法は特に制限は無く、（１）モルタル又はコンクリートを練り混ぜる時に、骨材、水等と一緒に添加（同時添加方式）するか、（２）骨材、水を先に練り混ぜ、その後、セメント組成物を添加（後添加方式）して練り混ぜられる。
モルタルやコンクリートの製造に使用する細骨材や粗骨材の種類や最大寸法は、特に限定されなく、その配合割合も、適宜、目的や用途に応じて、好ましいものを組み合わせて用いる。
ここで、モルタルやコンクリートに含まれる水の量は、水とセメント組成物との質量比（水／セメント組成物）で０．２５〜０．６５であることが好ましくは、０．４５〜０．５５％であることがより好ましい。
【００３３】
モルタル又はコンクリートを練り混ぜるときに、凝結調節剤や消泡剤等を適宜併用することができ、曲げ強度や靱性を高めるために有機繊維や金属繊維、ガラス繊維、その他の補強用繊維が利用できる。
本発明のモルタル又はコンクリートの養生は、蒸気養生しても、しなくても良いし、オートクレーブ養生も可能であり、打設した状態で現場養生しても良く、養生方法には制限されないものである。
【実施例】
【００３４】
以下、実施例により本発明を詳細に説明する。
〈使用材料〉
セメントＩ：普通ポルトランドセメント、市販品、３ＣａＯ・ＳｉＯ２含有量５８．１％
セメントII：早強ポルトランドセメント、市販品、３ＣａＯ・ＳｉＯ２含有量６８．５％
セメントIII：中庸熱ポルトランドセメント、市販品、３ＣａＯ・ＳｉＯ２含有量４２．９％
セメントIV：低熱ポルトランドセメント、市販品、３ＣａＯ・ＳｉＯ２含有量２８．０％
セメントＶ：セメントＡ５０部とセメントＢ５０部の混合物、３ＣａＯ・ＳｉＯ２含有量６３．３％
【００３５】
膨張材Ａ：デンカＣＳＡ＃２０、デンカ社製、市販品、エトリンガイト系
膨張材Ｂ：デンカパワ−ＣＳＡタイプＳ、デンカ社製、市販品、エトリンガイト・石灰系
膨張材Ｃ：ＤＲＹ Ｄ−１、ＣＥＢ社製、市販品、石灰系
【００３６】
炭酸カルシウム微粉末（ＬＳＰ）：新潟県青海鉱山産石灰石を所定のブレーンに粉砕した
珪石微粉末：市販品、ブレーン比表面積３２９０ｃｍ２／ｇ
フライアッシュ（ＦＡ）：フライアッシュII種（ＪＩＳＡ ６２０１に準拠）、市販品、ブレーン比表面積３４２０ｃｍ２／ｇ
高炉スラグ微粉末（ＢＦＳ）：高炉スラグ微粉末３０００（ＪＩＳ Ａ ６２０６に準拠）、市販品、ブレーン比表面積２７１０ｃｍ２／ｇをそのまま、又は所定のブレーン値に粉砕した
シリカフューム（ＳＦ）：市販品、ＢＥＴ比表面積１７ｍ２／ｇ
砂：ＪＩＳ標準砂
【００３７】
〈試験方法〉
長さ変化率：ＪＩＳ  Ａ  ６２０２  付属書１  膨張材のモルタルによる膨張性試験方法に準じ材齢養生７日までの水中（２０℃）養生における長さ変化率を測定した。
圧縮強度：ＪＩＳ  Ｒ  ５２０１に準じて４×４×１６ｃｍの試験体を作製し、材齢７日まで水中養生（２０℃）を行い、圧縮強度を測定した。
【００３８】
（実施例１）
セメントＩと無機微粉末、膨張材からなる膨張性セメント組成物１００部中、無機微粉末を表１に示す割合、膨張材Ａを７部となるように調整した。
水／膨張性セメント組成物比＝５０％、膨張性セメント組成物／砂比＝１／３のモルタルを２０℃の室内で調製して、長さ変化率と圧縮強度の測定を行った。なお、無機微粉末のブレーン値はポッドミルにて調整した。
【００３９】
【表１】
2020138870.tif 000002
【００４０】
表１より、無機微粉末をセメントに対して１０〜５０部配合し、材齢７日の活性度指数が１８．４〜７８．５％である膨張性セメント組成物とすることで、無機微粉末を使用しない実験Ｎｏ.１−１よりも長さ変化率が大きくなっていることから、従来の膨張材の同添加量で膨張性をより向上させることができる膨張性セメント組成物が得られていることがわかる。
【００４１】
（実施例２）
セメントＩ、無機微粉末、膨張材Ａからなる膨張性セメント組成物１００部中、無機微粉末を表２に示す割合、膨張材Ａを７部となるように調整した。
水／膨張性セメント組成物比＝５０％、膨張性セメント組成物／砂比＝１／３のモルタルを２０℃の室内で調製して、長さ変化率と圧縮強度の測定を行った。
【００４２】
【表２】
2020138870.tif 000003
【００４３】
表２より、複数の無機微粉末をセメントに対して配合した場合においても、材齢７日の活性度指数が４５〜５９％である膨張性セメント組成物とすることで、無機微粉末を使用しない実験Ｎｏ．１−１よりも長さ変化率が大きくなっていることから、従来の膨張材の同添加量で、膨張性をより向上させることができる膨張性セメント組成物が得られていることがわかる。特に、活性度指数が同等の場合でも、無機微粉末が石灰石微粉末、フライアッシュ、または珪石微粉末の場合に膨張量の増加が大きいことがわかる。
なお、実験Ｎｏ．２−８は、実験Ｎｏ．１−１に対して膨張性を有していないことが確認された。
【００４４】
（実施例３）
セメントＩ、無機微粉末、膨張材からなる膨張性セメント組成物１００部中、表３に示す無機微粉末を３０部、膨張材Aを７部となるように調整した。
水／膨張性セメント組成物比＝５０％、膨張性セメント組成物／砂比＝１／３のモルタルを２０℃の室内で調製して、長さ変化率と圧縮強度の測定を行った。なお、無機微粉末のブレーン値はポッドミルにて調整した。
【００４５】
【表３】
2020138870.tif 000004
【００４６】
表３より、無機微粉末のブレーン比表面積を２４５０〜１０５６０ｃｍ２／ｇとすることで、無機微粉末を使用しない実験Ｎｏ．１−１よりも長さ変化率が大きくなり、ブレーン比表面積を５１４０〜７７８０ｃｍ２／ｇとすることで、従来の膨張材の同添加量で、膨張性をより向上させることができる膨張性セメント組成物が得られていることがわかる。また、フライアッシュや水和不活性な石灰石微粉末を用いた場合に、より高い効果が得られていることが分かる。
【００４７】
（実施例４）
セメントＩ、無機微粉末、膨張材Ａ〜Ｃのいずれかからなる膨張性セメント組成物１００部中、表４に示す無機微粉末を３０部、膨張材Aを７部、膨張材Bを１０部、膨張材Cを７部となるように調整した。水／膨張性セメント組成物比＝５０％、膨張性セメント組成物／砂比＝１／３のモルタルを２０℃の室内で調製して、長さ変化率と圧縮強度の測定を行った。
なお、膨張材Bで配合を変えたのは、膨張材Ａ：７部の長さ変化率を同等とするためである。
【００４８】
【表４】
2020138870.tif 000005
【００４９】
表４より、いずれの膨張材においても、無機微粉末をセメントに対して３０部配合し、材齢７日の活性度指数が４４．３〜４８．９％である膨張性セメント組成物とすることで、従来の膨張材の同添加量で、膨張性をより向上させることができる膨張性セメント組成物が得られていることがわかる。特に、膨張材にエトリンガイト・石灰系膨張材である膨張剤Ａ、Ｂを用いることとで、より強度発現性と膨張性に優れた膨張性セメント組成物が得られることが分かる。
【００５０】
（実施例５）
表５に示すセメント、石灰石微粉末、膨張材Ａからなる膨張性セメント組成物１００部中、ブレーン値が５１４０ｃｍ２／ｇの石灰石微粉末を３０部、膨張材Ａを７部となるように調整した。
水／膨張性セメント組成物比＝５０％、膨張性セメント組成物／砂比＝１／３のモルタルを２０℃の室内で調製して、長さ変化率と圧縮強度の測定を行った。
【００５１】
【表５】
2020138870.tif 000006
【００５２】
表５より、いずれのセメントにおいても、本発明の範囲の膨張性セメント組成物とすることで、従来の膨張材の同添加量で、膨張性をより向上させることができる膨張性セメント組成物が得られていることがわかる。特に、３ＣａＯ・ＳｉＯ２含有量が６８．５％及び６３．３％であるセメントII及びＶを用いることで、強度発現性と膨張性により優れた膨張性セメント組成物が得られることが分かる。
【産業上の利用可能性】
【００５３】
本発明の膨張性セメント組成物及びそれを用いたモルタル又はコンクリートは、土木、建築分野等において好適に使用できる。