(57)【要約】【課題】多量に混合した場合であっても、高速流動時における安定的且つ優れた流動性を有し、高い施工性を発現する高炉スラグ粉末、該粉末を含有するセメント組成物及びモルタル組成物を提供すること。【解決手段】本発明の高炉スラグ粉末は、その粒径が５μｍ以上１１μｍ未満である粒子の体積割合が１５体積％以下であるセメント混和用のものである。この高炉スラグと二水石膏とを含むセメント混和材とすることも好適である。高炉スラグ粉末又はセメント混和材と、セメントとを含むセメント組成物とすることも好適である。セメント組成物と、細骨材、粗骨材及び化学混和剤のうち少なくとも１種以上とを含むモルタル組成物とすることも好適である。また本発明は、高炉スラグ粉末を含むセメント組成物の流動性予測方法も提供する。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
セメント混和用の高炉スラグ粉末であって、
粒度分布において粒径が５μｍ以上１１μｍ未満である粒子の体積割合が１５体積％以下である、高炉スラグ粉末。
【請求項２】
粒度分布において粒径が５μｍ未満である粒子の体積割合が８体積％以上である、請求項１に記載の高炉スラグ粉末。
【請求項３】
粒度分布において粒径が８８μｍ以上である粒子の体積割合が３体積％以上２２体積％以下である、請求項１又は２に記載の高炉スラグ粉末。
【請求項４】
粒度分布において粒径が５μｍ未満の粒子である体積割合が１０体積％以上２２体積％以下であり、
粒度分布において粒径が８８μｍ以上の粒子である体積割合が１０体積％以上２２体積％以下である、請求項１に記載の高炉スラグ粉末。
【請求項５】
粒度分布において粒径が１１μｍ以上８８μｍ未満である粒子の体積割合が５３体積％以上７２体積％以下である、請求項１ないし４のいずれか一項に記載の高炉スラグ粉末。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれか一項に記載の高炉スラグ粉末と、二水石膏とを含む、セメント混和材。
【請求項７】
請求項１ないし５のいずれか一項に記載の高炉スラグ粉末又は請求項６に記載のセメント混和材と、セメントとを含むセメント組成物であって、
セメント１００質量部に対して、前記高炉スラグ粉末又は前記セメント混和材を高炉スラグ粉末の質量換算で１００質量部以上１９００質量部以下含む、セメント組成物。
【請求項８】
更に水を含み、
セメントに対する水の質量比が１．２以上１．６以下である、請求項７に記載のセメント組成物。
【請求項９】
請求項７又は８に記載のセメント組成物と、細骨材、粗骨材及び化学混和剤のうちの少なくとも１種以上とを含むモルタル組成物。
【請求項１０】
高炉スラグ粉末、セメント及び水を含むセメント組成物の流動性予測方法であって、
前記セメント組成物中の前記高炉スラグ粉末における粒径が５μｍ以上１１μｍ未満である粒子の体積割合と、該セメント組成物の１０００ｓ−１のせん断速度におけるせん断応力との関係式を予め求めておき、
前記関係式に基づき、高炉スラグ粉末における粒径が５μｍ以上１１μｍ未満である粒子の体積割合からセメント組成物の１０００ｓ−１のせん断速度におけるせん断応力を算出して、せん断応力が小さいほど該セメント組成物の流動性が高いと予測する、セメント組成物の流動性予測方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高炉スラグ粉末並びに高炉スラグ粉末を含むセメント組成物及びモルタル組成物に関する。また、本発明はセメント組成物の流動性予測方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、低炭素化や省エネ化を目的として、モルタルやコンクリート等の建設材料に混合材を利用することが検討されている。例えば、スラグを混合材として用いたモルタル及びコンクリートは、二酸化炭素の排出量を低減しつつ、一般的なモルタル及びコンクリートと同等以上の強度や経済性を有することから、実用性が高いものとなっている。これらのモルタル及びコンクリートは、強度を確保する観点から、水セメント比を低くしたセメント組成物を用いて製造されている。このセメント組成物は、水の含有量が少なくなっていることに起因して、セメント組成物の流動性が低くなり、その結果、セメント組成物の施工対象物へのロート流下や、ポンプ圧送等の高速流動時の移送が困難になることがある。
【０００３】
スラグを多量に含むセメント組成物の流動性を改善すべく、種々の提案がなされている。特許文献１には、高炉スラグの置換率が８０〜９０体積％で、ブレーン値が８０００ｃｍ２／ｇ程度の粒度の細かいスラグとブレーン値が４０００ｃｍ２／ｇ程度の粒度の粗いスラグとを混合したコンクリートが開示されている。
【０００４】
また特許文献２には、スラグ置換率が１０〜７０体積％の場合にダイラタンシーを抑制するスラグ粉末として、ブレーン値が４０００〜９０００ｃｍ２／ｇ、ロジン・ラムラー式のｎ値が１〜１．２であり、９０μｍ篩残分が０．５重量％以上、４５μｍ篩残分が５〜１５重量％、かつ１０μｍ篩通過分が４０〜８０重量％であり、粒度が４５μｍ以上の粗粉と粒度が１０μｍ未満の微粉を含む高炉スラグ粉末が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平５−９７４８３号公報
【特許文献２】特開２０１４−１０８９１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に記載のコンクリートは、２種の異なる比表面積を有する高炉スラグ粉末を用いているが、高炉スラグ粉末の具体的な粒径及びその分布が何ら開示されておらず、また、高速流動時の流動性についても何ら開示されていない。また特許文献２に記載の高炉スラグ粉末は、セメントに対する高炉スラグ粉末の混合量が少量の場合に使用されるものであり、セメントに対する高炉スラグ粉末の混合量が多量となる場合の使用及び流動性に関して、同文献には何ら開示されていない。
【０００７】
したがって本発明の課題は、モルタル組成物に高炉スラグ粉末を多量に混合した場合であっても、高速流動時における安定的且つ優れた流動性を有し、高い施工性を発現する高炉スラグ粉末、該粉末を含有するセメント組成物及びモルタル組成物を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、セメント混和用の高炉スラグ粉末であって、粒度分布において粒径が５μｍ以上１１μｍ未満である粒子の体積割合が１５体積％以下である、高炉スラグ粉末を提供するものである。
【０００９】
また本発明は、前記高炉スラグ粉末と二水石膏とを含むセメント混和材を提供するものである。
【００１０】
更に本発明は、前記高炉スラグ粉末又は前記セメント混和材と、セメントとを含むセメント組成物であって、
セメント１００質量部に対して、前記高炉スラグ粉末又は前記セメント混和材を高炉スラグ粉末の質量換算で１００質量部以上１９００質量部以下含む、セメント組成物を提供するものである。
【００１１】
更に本発明は、前記セメント組成物と、混和剤、細骨材及び粗骨材のうち少なくとも１種以上とを含むモルタル組成物を提供するものである。
【００１２】
更に本発明は、高炉スラグ粉末、セメント及び水を含むセメント組成物の流動性予測方法であって、
前記セメント組成物中の前記高炉スラグ粉末における粒径が５μｍ以上１１μｍ未満である粒子の体積割合と、該セメント組成物の１０００ｓ−１のせん断速度におけるせん断応力との関係式を予め求めておき、
前記関係式に基づき、高炉スラグ粉末における粒径が５μｍ以上１１μｍ未満である粒子の体積割合からセメント組成物の１０００ｓ−１のせん断速度におけるせん断応力を算出して、せん断応力が小さいほど該セメント組成物の流動性が高いと予測する、セメント組成物の流動性予測方法を提供するものである。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、モルタル組成物に高炉スラグ粉末を多量に混合した場合であっても、高速流動時における安定的且つ優れた流動性を有し、高い施工性を発現する高炉スラグ粉末、該粉末を含有するセメント混和材及びモルタル組成物が提供される。
【００１４】
また本発明によれば、高炉スラグを含むセメント組成物の流動性を簡便に予測することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１は、高炉スラグ粉末の粒径が５μｍ以上１１μｍ未満の粒子の体積割合とセメント組成物の１０００ｓ−１のせん断速度におけるせん断応力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】
【００１６】
以下、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。しかし、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。
【００１７】
本発明の高炉スラグ粉末は、セメントと混和して用いるためのものである。高炉スラグ粉末は、該粉末を含むセメント混和材としてもよく、また、該セメント混和材をセメントと混和してセメント組成物又はモルタル組成物としてもよい。なお、本明細書における「モルタル組成物」は、最も広義に解釈すべき用語であり、狭義のモルタルを作製するための組成物と、コンクリートを作製するための組成物との双方を包含する。
【００１８】
本発明の高炉スラグ粉末は、モルタルやコンクリートの製造に一般的に用いられる高炉水砕スラグをブレーン比表面積が３５００ｃｍ２／ｇ以上５５００ｃｍ２／ｇ以下程度になるように粉砕したものを用いることができる。このような高炉スラグ粉末は、例えば、ＪＩＳ  Ａ  ６２０６に規定される高炉スラグ微粉末４０００等を使用することができる。
【００１９】
本発明の高炉スラグ粉末は、その粒度分布が特徴の一つとなっている。高炉スラグ粉末は、粒度分布において、その粒径が５μｍ以上１１μｍ未満である粒子の体積割合が１５体積％以下であることが好ましく、１４体積％以下であることがより好ましく、１１体積％以下であることが更に好ましい。また下限としては、高炉スラグ粉末の粒径が５μｍ以上１１μｍ未満である粒子の体積割合が０．１体積％以上であることが好ましく、３体積％以上であることが好ましく、５体積％以上であることが好ましい。このような体積割合となっていることによって、高炉スラグ粉末を含むセメント混和材及びモルタル組成物に安定的且つ優れた流動性を発現でき、また、硬化後の強度が高いものとなる。高炉スラグ粉末の粒子の体積割合は、例えばレーザー散乱回折式粒度分布測定によって、体積基準の粒度分布として測定することができる。粒子の体積割合の測定方法は、後述する実施例で詳述する。
【００２０】
安定的且つ優れた流動性を発現させる観点から、高炉スラグ粉末は、粒度分布において、その粒子が５μｍ未満である粒子の体積割合が、８体積％以上であることが好ましく、１０体積％以上であることがより好ましく、１２体積％以上であることが更に好ましく、１４体積％以上であることが一層好ましい。また、高炉スラグ粉末の粒径が５μｍ未満である粒子の体積割合は、３０体積％以下であることが好ましく、２８体積％以下であることがより好ましく、２２体積％以下であることが更に好ましく、２０体積％以下であることが一層好ましく、１８体積％以下であることがより一層好ましい。
【００２１】
また同様の観点から、高炉スラグ粉末は、粒度分布において、その粒径が８８μｍ以上である粒子の体積割合が、３体積％以上であることが好ましく、４体積％以上であることがより好ましく、５体積％以上であることが更に好ましく、１０体積％以上であることが一層好ましく、１２体積％以上であることがより一層好ましく、１４体積％以上であることが特に好ましい。また、高炉スラグ粉末の粒径が８８μｍ以上である粒子の体積割合は、２２体積％以下であることが好ましく、２０体積％以下であることがより好ましく、１８体積％以下であることが更に好ましい。
【００２２】
また同様の観点から、高炉スラグ粉末は、粒度分布において、その粒径が１１μｍ以上８８μｍ未満である粒子の体積割合が５３体積％以上７２体積％以下であることが好ましく、５５体積％以上７０体積％以下であることがより好ましく、５７体積％以上６５体積％以下であることが更に好ましい。
【００２３】
本発明の高炉スラグ粉末は、粒度分布において、その粒径が５μｍ未満である粒子の体積割合と、粒径が８８μｍ以上である粒子の体積割合とが、それぞれ所定の範囲となっていることも好ましい。詳細には、高炉スラグ粉末は、粒径が５μｍ未満である粒子の体積割合が１０体積％以上２２体積％であり、粒径が８８μｍ以上である粒子の体積割合が１０体積％以上２２体積％であることが好ましく、粒径が５μｍ未満である粒子の体積割合が１２体積％以上２０体積％であり、粒径が８８μｍ以上である粒子の体積割合が１２体積％以上２０体積％であることがより好ましく、粒径が５μｍ未満である粒子の体積割合が１４体積％以上１８体積％であり、粒径が８８μｍ以上である粒子の体積割合が１４体積％以上１８体積％であることが更に好ましい。高炉スラグ粉末の粒子がこれらの体積割合となっていることによって、該粉末を含有したセメント組成物の高速流動時及び施工時の流動性を両立して優れたものとし、施工性を一層高めることができる。
【００２４】
高炉スラグ粉末の粒度分布として、その粒径が「５μｍ未満」、「５μｍ以上１１μｍ未満」、「１１μｍ以上８８μｍ未満」及び「８８μｍ以上」となるように区切った理由としては以下のとおりである。一般的には、高炉スラグ粉末における微粒分が多い場合、該粉末を含むペーストは、その粘性、降伏値等の増加や、混和剤使用量の増加が懸念され、その結果、施工性の観点で問題となることがある。一方、高炉スラグ粉末における粗粒分が多い場合、該粉末を含むペーストはその粘性や降伏値は低減するが、ペースト中の材料分離等の問題を生じ得る。このような知見から、高炉スラグ粉末における粒径とその比率が粘性（流動性）に与える影響とを発明者が検討した結果、上述した粒度範囲で区切ることで、高炉スラグ粉末における微粒分及び粗粒分の割合と高速流動時の流動性に与える影響とをより特徴的に評価できることを見出した。
【００２５】
高炉スラグ粉末は、このような粒度分布を有する高炉スラグ粉末を単独で用いてもよく、異なる粒度分布を有する高炉スラグ粉末を複数種類混合して、所望の範囲の粒度分布となるよう調整して用いてもよい。また、高炉スラグ粉末は、更に粉砕や分級を行って、所望の範囲の粒度分布となるように調整して用いてもよい。上述した粒子の体積割合を満たす限り、粒度分布は、ひと山のみのピークを有していてもよく、２以上のピークを有していてもよい。
【００２６】
本発明の高炉スラグ粉末は、これを単独でセメント混和材として用いてもよく、更に他の混和材料と混合した混合物をセメント混和材として用いてもよい。つまり、本発明のセメント混和材は、高炉スラグ粉末を少なくとも含むものである。セメント混和材は、セメント量の一部を該混和材に置き換えた場合であっても、所望の施工性や強度を発現させることができる材料である。特に、本発明の高炉スラグ粉末を含むセメント混和材をモルタル組成物として用いることによって、流動性及び施工性が高いものとなり、また、二酸化炭素排出の低減などの低炭素化や、廃棄物の再利用による省エネ化が実現できる。
【００２７】
他の混和材料としては、例えば、ＪＩＳ  Ｒ  ５２１２に規定されるシリカ質混合材、カオリン鉱物をか焼することによって得られるメタカオリン、ＪＩＳ  Ａ  ６２０１に規定されるフライアッシュ、石炭灰、石膏、炭酸カルシウム、石灰石、クリンカーダスト等が挙げられる。
【００２８】
これらの他の混合材料のうち、施工時の流動性を安定的なものとしつつ、施工後の硬化物であるモルタルやコンクリートの強度の向上と過度の発熱抑制とを両立する観点から、セメント混和材として、高炉スラグ粉末に加えて、石膏を含むことが好ましく、二水石膏を更に含むことが好ましい。石膏としては、無水石膏や半水石膏、二水石膏等を用いることができ、二水石膏としては、例えば排脱二水石膏、リン酸二水石膏、フッ酸二水石膏、天然二水石膏等を用いることができる。また、ＪＩＳ  Ｒ  ９１５１に規定する石膏を用いることもできる。セメント混和材における石膏の含有量及びその有無は、例えばＸ線回折測定や、ＪＩＳ  Ｒ  ５２０２に準じて測定したＳＯ３量によって判断することができる。
【００２９】
高炉スラグ粉末と石膏とを混合してセメント混和材を調製する場合、石膏の混合量は、高炉スラグ粉末１００質量部に対して二水石膏換算で、０．０５質量部以上１０質量部以下であることが好ましく、０．１質量部以上８質量部以下であることがより好ましく、０．５質量部以上６質量部以下であることが更に好ましい。このように調製されたセメント混和材は、粉粒体の混合物である。
【００３０】
高速流動時の流動性の向上を図る観点から、セメント混和材における粒度分布は、「５μｍ未満」、「５μｍ以上１１μｍ未満」、「１１μｍ以上８８μｍ未満」及び「８８μｍ以上」の各粒径範囲における体積割合が、上述した高炉スラグ粉末の好適な体積割合となっていることが好ましい。つまり、石膏の有無によらず、各粒径の体積割合は、上述した高炉スラグ粉末の好適な体積割合となっていることが好ましい。
【００３１】
上述した高炉スラグ粉末又は高炉スラグ粉末を含むセメント混和材は、これをセメントと混合して、セメント組成物とすることができる。セメント組成物に含まれるセメントとしては、例えば普通ポルトランドセメント、早強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等、ＪＩＳ  Ｒ  ５２１０に規定されるポルトランドセメントを用いることができる。
【００３２】
セメント組成物における、セメントと高炉スラグ粉末又はセメント混和材との混合割合は、セメント１００質量部に対して、高炉スラグ粉末又はセメント混和材を、高炉スラグ粉末の質量換算として、１００質量部以上１９００質量部以下含むことが好ましく、１５０質量部以上１０００質量部以下含むことがより好ましく、２００質量部以上４００質量部以下含むことが更に好ましい。このような混合割合とすることによって、高い流動性を安定的に発現できるとともに、硬化後のクラックの低減が可能なセメント組成物とすることができる。
【００３３】
上述したセメント組成物は、更に水と混合して、ペースト状のセメント組成物としてもよい。用いられる水としては、例えば水道水（上水）、工業用水、蒸留水、雨水及び脱イオン水等を用いることができる。セメント組成物の水の混合量は、セメントに対する水の質量比（水セメント比）として、１．２０以上１．６０以下であることが好ましく、１．３以上１．５５以下であることがより好ましく、１．４０以上１．５０以下であることが更に好ましい。このような水セメント比となっていることによって、高い流動性を発現でき、且つ混合した材料の分離が起こりにくいものとなる。
【００３４】
上述の材料を混合したセメント組成物は、更に構成材料を混合して、モルタル組成物とすることができる。構成材料としては、例えば、細骨材、粗骨材及び化学混和剤のうちの少なくとも一種以上とすることができる。このモルタル組成物は、高炉スラグ粉末を多量に混合することが可能であるので、低炭素化及び省エネ化を実現できるとともに、高速流動時及び施工時の流動性に優れたものである。
【００３５】
モルタル組成物に含まれる細骨材としては、例えば川砂、陸砂、海砂、砕砂、珪砂及び石灰石細骨材等のＪＩＳ  Ａ  １１０２に規定される細骨材を用いることができる。これらの細骨材は単独で使用してもよく、２種以上を組み合わせて用いてもよい。
【００３６】
モルタル組成物における細骨材の含有量は、セメント１００質量部に対して、１００質量部以上２０００質量部以下であることが好ましく、２００質量部以上１０００質量部以下であることが更に好ましい。このような範囲であれば、モルタル組成物の優れた流動性と、硬化後の強度とを両立することができる。
【００３７】
モルタル組成物に含まれる粗骨材としては、例えば砂利、砕石、石灰石粗骨材等のＪＩＳ  Ａ  ５００５に規定される粗骨材を用いることができる。これらの粗骨材は、単独で使用してもよく、２種以上を組み合わせて用いてもよい。
【００３８】
モルタル組成物における粗骨材の含有量は、セメント１００質量部に対して、１００質量部以上３０００質量部以下であることが好ましく、２００質量部以上１５００質量部以下であることが更に好ましい。このような範囲であれば、モルタル組成物の優れた流動性と、硬化後の強度とを両立することができる。
【００３９】
モルタル組成物に含まれる化学混和剤としては、例えば減水剤、ＡＥ剤、ＡＥ減水剤、消泡剤、収縮低減剤、凝結促進剤、凝結遅延剤、流動化剤、増粘剤、硬化促進剤等が挙げられる。減水剤としては、例えばポリカルボン酸系、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等の減水剤が挙げられる。これらの化学混和剤は、求められる性能に応じて、一種を単独で使用してもよいし、２種以上を組み合わせて使用してもよい。モルタル組成物における化学混和剤の含有量は、セメント１００質量部に対して、０．０１質量部以上１０質量部以下であることが好ましく、０．１質量部以上５．０質量部以下であることが更に好ましい。
【００４０】
セメント組成物及びモルタル組成物は、上述した材料をミキサに入れて混合し、次いで、必要に応じて水を添加して練り混ぜることによって調製することができる。上述のセメント組成物及びモルタル組成物は、水を添加しない場合には、粉粒体の混合物からなる組成物であり、水を添加した場合には、流動性のあるペースト状混合物からなる組成物となる。混合に使用するミキサは特に限定されず、ケミカルミキサ、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。
【００４１】
セメント組成物及びモルタル組成物は、その用途に応じて、構成材料の混合の有無を選択することができる。例えば、セメント組成物をセメントペースト製造用として用いる場合には、セメント組成物に構成材料を混合せず、水のみを混合するか、又はセメント組成物に水及び化学混和材を混合することで、セメントペーストとすることができる。このセメントペーストは、高速流動時及び施工時の流動性及び施工性に優れたものとなり、また、硬化後の強度も優れたものとなる。
【００４２】
また、モルタル組成物をモルタル製造用として用いる場合には、構成材料として粗骨材を混合せずに、セメント組成物、細骨材、水及び必要に応じて化学混和剤を混練してペーストとしたあと、これを施工対象物に施工して硬化させることによって、モルタルとすることができる。また、モルタル組成物をコンクリート製造用として用いる場合には、セメント組成物、細骨材、水及び必要に応じて化学混和剤と、更に粗骨材とを混合してペーストとしたあと、これを施工対象物に施工して硬化させることによって、コンクリートとすることができる。いずれの場合であっても、モルタル組成物は、高速流動時及び施工時の流動性及び施工性に優れたものとなり、また、硬化後の強度も優れたものとなる。
【００４３】
以上は、本発明の高炉スラグ粉末、セメント組成物及びモルタル組成物に関する説明であったところ、以下にセメント組成物の流動性予測方法を説明する。
【００４４】
本発明のセメント組成物の流動性予測方法は、高炉スラグ粉末、セメント及び水を含むペースト状のセメント組成物について、高炉スラグ粉末の特定の粒径の粒度分布に着目することによって、高速流動時の流動性及び施工性が高いセメント組成物を予測する方法である。
【００４５】
本発明者は、高炉スラグ粉末を含むセメント組成物の流動性向上について鋭意検討したところ、セメント組成物の高速流動時の流動性は、該組成物について、１０００ｓ−１のせん断速度におけるせん断応力を尺度として評価することができ、また、このせん断応力は、高炉スラグ粉末の粒径が５μｍ以上１１μｍ未満である粒子の体積割合と相関関係があることを見出した。
【００４６】
本発明のセメント組成物の流動性予測方法は、高炉スラグ粉末、セメント及び水を含むセメント組成物について、該組成物の１０００ｓ−１のせん断速度におけるせん断応力を測定して、該組成物中の高炉スラグ粉末の粒径が５μｍ以上１１μｍ未満である粒子の体積割合と該組成物の１０００ｓ−１のせん断速度におけるせん断応力との関係式を求めておき、この関係式に基づいて、高炉スラグ粉末の粒径が５μｍ以上１１μｍ未満である粒子の体積割合からセメント組成物の流動性を予測するものである。
【００４７】
セメント組成物の１０００ｓ−１のせん断速度におけるせん断応力は、セメント組成物を対象として測定するものであり、高炉スラグ粉末の粒径が５μｍ以上１１μｍ未満である粒子の体積割合は、該セメント組成物に含まれる高炉スラグ粉末を対象として測定したものである。以下の説明では、説明の便宜上、「セメント組成物の１０００ｓ−１のせん断速度におけるせん断応力」を「１０００ｓ−１せん断応力」ともいい、「セメント組成物中の高炉スラグ粉末の粒径が５μｍ以上１１μｍ未満である粒子の体積割合」を「５〜１１μｍ体積割合」ともいう。
【００４８】
まず、高炉スラグ粉末、セメント及び水を含むペースト状のセメント組成物について、１０００ｓ−１せん断応力を測定して、該セメント組成物中の高炉スラグ粉末の粒径が５μｍ以上１１μｍ未満である粒子の体積割合と１０００ｓ−１せん断応力との関係式を求める。
【００４９】
上述の関係式は、５〜１１μｍ体積割合が異なる高炉スラグ粉末を複数用いて、１０００ｓ−１せん断応力をそれぞれ測定し、その結果から線形近似又は非線形近似を行うことによって求めることができる。例えば図１に示すように、５〜１１μｍ体積割合と１０００ｓ−１せん断応力との関係は、線形近似によって、傾きが正の一次式で表すことができる。この関係式から回帰直線の傾き及び切片を求めるためには、５〜１１μｍ体積割合が異なる高炉スラグ粉末を複数用いて、１０００ｓ−１せん断応力をそれぞれ測定し、その結果から線形近似を行うことによって求めることができる。このとき、セメント組成物における高炉スラグ粉末、セメント及び水の各混合量は、実施例に示すような条件としておくことが、高炉スラグ粉末や低水粉体比の影響を考慮した関係式を算出する精度の観点から好ましい。
【００５０】
流動性予測のコストを低減する観点から、上述の関係式における回帰直線の傾き及び切片の算出は、５〜１１μｍ体積割合が異なる高炉スラグ粉末を少なくとも２種用いて行うことが好ましく、流動性の予測精度を高める観点から、５〜１１μｍ体積割合が異なる高炉スラグ粉末を５種以上用いて行うことがより好ましく、５〜１１μｍ体積割合が異なる高炉スラグ粉末を８種以上用いて行うことが更に好ましく、５〜１１μｍ体積割合が異なる高炉スラグ粉末を１０種以上用いて行うことが特に好ましい。つまり、上述の関係式を求めるにあたって、５〜１１μｍ体積割合が異なる高炉スラグ粉末を、好ましくは２点以上、より好ましくは５点以上、更に好ましくは８点以上、特に好ましくは１０点以上用いて、１０００ｓ−１せん断応力を測定する。
【００５１】
５〜１１μｍ体積割合と１０００ｓ−１せん断応力との相関性の強弱を示す相関係数は、０．７５以上であることが好ましく、０．８０以上であることが更に好ましい。このような相関係数になっていることによって、流動性予測の精度を高めることができ、その結果、最適な施工方法を選択できる。相関係数は、上述の関係式における線形近似によって回帰直線とともに求めることができる。
【００５２】
図１に示すように、５〜１１μｍ体積割合と１０００ｓ−１せん断応力との関係は、傾きが正の一次式で表されるところ、１０００ｓ−１せん断応力が低いほどセメント組成物の流動性が高いと予測できる。つまり、同図に示すように、５〜１１μｍ体積割合が低いほどセメント組成物の流動性が高いと予測することができ、一方、セメント組成物における５〜１１μｍ体積割合が高いほどセメント組成物の流動性が低いと予測することができる。特に、他の粒径の体積割合を指標とする場合と比較して、５〜１１μｍ体積割合を指標とすることによって、１０００ｓ−１せん断応力との相関がより高いものとなる。このように、セメント組成物の流動性の良否の予測に関して、５〜１１μｍ体積割合との相関が高い理由としては、単に微粒分が少ないほど粘性が低下する訳ではないため、５μｍ未満の微粒分による充てん効果や、粒度ごとの粉砕による粒形の変化などが影響している可能性が推測される。
【００５３】
セメント組成物の高速流動時の流動性を高める観点から、５〜１１μｍ体積割合は１５体積％以下であることが好ましく、できるだけ低いことが更に好ましいが、粉砕や分級等の製造効率の観点から、その下限は０．１体積％以上となっていることが好ましい。
【００５４】
また、１０００ｓ−１せん断応力は、測定対象の温度が２０℃のときに、好ましくは４００Ｐａ以下、より好ましくは３５０Ｐａ以下、更に好ましくは３００Ｐａ以下であれば、セメント組成物の高速流動時の流動性が高いものであると評価することができる。せん断応力は、例えばレオメーターによって測定することができる。せん断応力の測定方法は、後述する実施例にて詳述する。
【００５５】
次いで、上述の関係式に基づいて、セメント組成物中の高炉スラグ粉末の粒径が５μｍ以上１１μｍ未満である粒子の体積割合からセメント組成物の流動性を予測する。詳細には、セメント組成物への使用を予定する高炉スラグ粉末について、５〜１１μｍ体積割合を予め測定しておき、この測定値から上述の関係式に基づいて、該セメント組成物の１０００ｓ−１のせん断速度におけるせん断応力を算出して、該セメント組成物の流動性の良否を予測する。例えば、１０００ｓ−１せん断応力が小さいほど該セメント組成物の流動性が高いと予測する。
【００５６】
例えば、図１に示す関係式では、セメント組成物への使用を予定する高炉スラグ粉末について、その５〜１１μｍ体積割合が１５体積％以下であれば、１０００ｓ−１せん断応力が上述の好適な範囲内として算出されるので、このような高炉スラグ粉末を用いる場合、該粉末を含むセメント組成物は、その高速流動時の流動性が高いものであると予測することができる。
【００５７】
セメント組成物の流動性の予測は、５〜１１μｍ体積割合に加えて、高炉スラグ粉末の粒径が５μｍ未満、１１μｍ以上８８μｍ未満及び８８μｍ以上である粒子の体積割合とを組み合わせることによって、更にその精度を向上させることができる。例えば、高炉スラグ粉末の粒径が５μｍ未満、１１μｍ以上８８μｍ未満及び８８μｍ以上である粒子の各体積割合が上述した範囲となっていれば、セメント組成物の流動性がより高いものであると予測することができる。
【実施例】
【００５８】
以下、実施例により本発明を詳細に説明する。しかしながら本発明の範囲は、かかる実施例に制限されない。 
【００５９】
＜高炉スラグ粉末（セメント混和材）＞
高炉スラグ粉末として、異なる５つの製造元から７種の高炉スラグを入手し、これらを以下の表１に示す比表面積となるようにローラーミル又はチューブミルで粉砕したものを使用した（以下、これらの粉末を［ＢＳ１］〜［ＢＳ７］とする。［ＢＳ６］及び［ＢＳ７］は、［ＢＳ５］と同一の製造元から入手したロットの異なる高炉スラグ粉末である。）。ブレーン比表面積は、ＪＩＳ  Ｒ  ５２０１に準じて、ブレーン空気透過装置を用いて測定した。
【００６０】
また、高炉スラグ粉末として、４種類の異なる粉末を更に調製した（以下、これを［ＢＳ８］〜［ＢＳ１１］とする。）。これらの高炉スラグ粉末は、［ＢＳ７］を旋回気流式分離機（日清エンジニアリング社製、ターボクラシファイア）にて分級し、以下の表１に示す粒度分布となるように調製したものである。これらの高炉スラグ粉末（セメント混和材）は、［ＢＳ２］を除いて、いずれも高炉スラグ粉末に二水石膏を添加して粉砕されたものである。また、ＢＳ２について、ＪＩＳ  Ｒ  ５２０２に準じて測定したＳＯ３量は０．１％未満となり、ＳＯ３成分を含有する二水石膏は添加されていないことが判る。ＢＳ１及びＢＳ３〜ＢＳ７について、ＪＩＳ  Ｒ  ５２０２に準じて測定したＳＯ３量は１．７〜２％の範囲であった。
【００６１】
＜粒度分布測定＞
高炉スラグ粉末の粒度分布は、以下のとおり測定した。すなわち、前処理として、測定対象の高炉スラグ粉末を９９．５質量％エタノール中に混合して混合液とし、該混合液に３分間超音波振とうを加え、その後、１分間静置した。前処理後の混合液を測定サンプルとして、レーザー散乱・回折式の粒度分布測定装置ＳＡＬＤ−２２００（島津製作所社製）を用いて、体積基準の粒度分布を求めた。測定は三回行い、これらの測定によって得られた体積割合の算術平均値から、目的の体積割合（体積％）を算出した。各高炉スラグ粉末の粒子の体積割合を以下の表１に示す。なお、表１では、５μｍ以上１１μｍ未満の粒子を「５〜１１μｍ」と、１１μｍ以上８８μｍ未満の粒子を「１１〜８８μｍ」とそれぞれ表記する。
【００６２】
【表１】
2020001943.tif 000002
【００６３】
＜セメント組成物＞
セメント組成物は、セメント（以下、［ＰＣ］ともいう。）と、上述の各高炉スラグ粉末（［ＢＳ１］〜［ＢＳ１１］）とを混合して調製した。これらの混合割合は、セメント１００質量部に対して、高炉スラグ粉末の質量基準で４００質量部とした。セメントは、普通ポルトランドセメント（宇部三菱セメント社製）を使用した。用いたセメントの鉱物組成、強熱減量、ブレーン比表面積値、ＳＯ３量及びＲ２Ｏ量を以下の表２に示す。
【００６４】
【表２】
2020001943.tif 000003
【００６５】
次いで、このセメント組成物に水及び化学混和剤を加えて練り混ぜることによって、流動性を有するセメントペーストを調製した。練混ぜは，攪拌容器に水（化学混和剤を内割りとする。）を量り取った後，セメント組成物を投入し，ケミカルミキサ（新東科学株式会社製、型番：ＢＬ１２００）で６５０ｒｐｍ、３分間練り混ぜた。
【００６６】
化学混和剤（以下、［ＳＰ］ともいう。）は、ポリカルボン酸系高性能減水剤（日本シーカ社製、シーカメント１１００ＮＴ）を使用した。化学混和剤の使用量は、各ペーストの１ｓ−１せん断応力が５Ｐａ以上２０Ｐａ以下の範囲となるように調整した。
【００６７】
【表３】
2020001943.tif 000004
【００６８】
＜セメント組成物の流動性評価＞
セメント組成物（セメントペースト）の流動性の評価は、レオロジー測定によって行った。詳細には、二重円筒型レオメーター（Ａｎｔｏｎ  Ｐａａｒ社製ＭＣＲ１０１）を用いて、各実施例又は比較例のセメントペーストを測定容器に投入し，投入５分後より測定を開始した。測定温度を２０℃とし、せん断速度を１０−４〜１０００ｓ−１の範囲で増加させ、その後、同範囲で減少させる昇降試験を行った。１ｓ−１及び１０００ｓ−１の各せん断速度で５秒間保持し，これらの速度におけるせん断応力（Ｐａ）をそれぞれ測定した。１ｓ−１でのせん断応力は施工時の流動性を示すスランプ値と相関するものであり、１０００ｓ−１でのせん断応力は高速流動時の流動性（粘性）と相関するものである。測定開始前の凝集の影響を排除するため、せん断速度減少時のせん断応力の値を評価した。各せん断速度におけるせん断応力の結果を表４に示す。
【００６９】
【表４】
2020001943.tif 000005
【００７０】
表４に示すように、粒度分布が広い高炉スラグ粉末を用いた実施例１、１１μｍ以上８８μｍ未満の粒子を多く含む高炉スラグ粉末を用いた実施例２及び３は、各比較例と比較して、高せん断速度下でもせん断応力が低く、流動性が高いことが判る。
【００７１】
特に、実施例１で示すように、高炉スラグ粉末の粒径が５μｍ以上１１μｍ未満である粒子の体積割合が１５体積％以下であることに加えて、５μｍ未満の粒子の体積割合が１０体積％以上２２体積％以下であり且つ粒径が８８μｍ以上の粒子の体積割合が１０体積％以上２２体積％以下の範囲にある場合には、１０００ｓ−１でのせん断応力が低く、且つ化学混和剤の添加量が少ない場合でも１ｓ−１でのせん断応力が低いものとなっている。つまり、セメント組成物をペースト状のものとしたときに、高速流動時の流動性及び施工時の流動性が両立して高いものとなることが判る。
【００７２】
また、図１に示すように、各実施例及び比較例における、高炉スラグ粉末の粒径が５μｍ以上１１μｍ未満である粒子の体積割合と、１０００ｓ−１せん断応力とをプロットすると、５μｍ以上１１μｍ未満である粒子の体積割合が低いほど、１０００ｓ−１せん断応力が低くなることも判る。
【００７３】
以上のとおり、本発明の高炉スラグ粉末を用いることによって、該粉末を多量に混合した場合であっても、高速流動時における安定的且つ優れた流動性を有し、高い施工性を発現することができるセメント組成物及びモルタル組成物を提供することができる。これらの組成物は、二酸化炭素の排出減少などの低炭素化及び省エネ化を実現し、環境負荷の低減に貢献することができる。
【図１】
2020001943.tif 000006