(57)【要約】【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（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の経時的変化に及ぼす影響が十分に小さい混和材を提供する。【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、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、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％超４５質量％以下であり、上記石膏の含有率が３０質量％以上６５質量％以下であり、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、シリカフュームの含有率が２０質量％以上７０質量％以下である。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【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、
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％超４５質量％以下であり、前記石膏の含有率が３０質量％以上６５質量％以下であり、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、シリカフュームの含有率が２０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】
前記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】
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１〜４のいずれか一項に記載の混和材。
【請求項６】
前記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、
シリカフュームの含有量をＥｋｇ／２０ｋｇとしたとき、
以下の（１）〜（６）の不等式で表される全ての条件を満たす、請求項１〜５のいずれか一項に記載の混和材。
0.643×Ａ＋0.19×Ｂ＋3.132×Ｃ−16.7518×Ｄ＋0.6809×Ｅ＋1.1142×Ｂ×Ｄ＋5.2≧12…（１）
０＜Ａ≦９．０…（２）
６．０≦Ｂ≦１３…（３）
０＜Ｃ＜２…（４）
０＜Ｄ＜２…（５）
４．０≦Ｅ≦１４…（６）
【請求項７】
普通ポルトランドセメントと、
請求項１〜６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８】
普通ポルトランドセメントと、
請求項１〜６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１５０〜２５０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９】
普通ポルトランドセメントと、
請求項１〜６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１０】
温度５０〜７０℃、養生時間３〜４時間の条件で請求項８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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、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に関する。
【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、コンクリート製品の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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１０−１０１４５５号公報
【特許文献２】特開２０００-３０１５３１号公報
【発明の概要】
【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、特に冬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に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の経時的変化に及ぼす影響が十分に小さい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、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％超４５質量％以下であり、上記石膏の含有率が３０質量％以上６５質量％以下であり、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、シリカフュームの含有率が２０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１５０〜２５０質量部であり、水セメント比が４０〜５５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、混和材が添加しない組成物と比較して流動性の経時的変化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の経時的変化に及ぼす影響が十分に小さい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。
【発明を実施するための形態】
【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）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％超４５質量％以下であり、（Ｂ）上記石膏の含有率が３０質量％以上６５質量％以下であり、（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）シリカフュームの含有率が２０質量％以上７０質量％以下である。
【００１５】
上記混和材は、上記五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、シリカフュームの含有量をＥｋｇ／２０ｋｇとしたとき、（１）〜（６）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。
0.643×Ａ＋0.19×Ｂ＋3.132×Ｃ−16.7518×Ｄ＋0.6809×Ｅ＋1.1142×Ｂ×Ｄ＋5.2≧12…（１）
０＜Ａ≦９．０…（２）
６．０≦Ｂ≦１３…（３）
０＜Ｃ＜２…（４）
０＜Ｄ＜２…（５）
４．０≦Ｅ≦１４…（６）
【００１６】
上記式（１）の左辺にＡ〜Ｅ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を越えると初期強度が出すぎであり、長期強度の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更に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の経時的な変化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％超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、スランプの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。
【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６５質量％以下（６≦Ｂ≦１３）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。なお、括弧内に記載のＡの範囲は上記（Ａ）〜（Ｄ）の四つの材料の合計質量２０ｋｇを基準としたものである。以下、括弧内のＢ，Ｃ，Ｄの範囲についても同様である。
【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／散乱式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】
（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。
【００３１】
シリカフュームの含有率は、混和材の全質量を基準で、２０質量％以上７０質量％以下（４≦Ｅ≦１４）であり、好ましくは２０質量％以上６０質量％以下（４≦Ｅ≦１２）であり、より好ましくは４０質量％以上６０質量％以下（８≦Ｅ≦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。
【００３２】
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。
【００３３】
＜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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
＜モルタル組成物及びコンクリート組成物＞
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【実施例】
【００４０】
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。
【００４１】
［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。
【００４２】
【表１】
2020001969.tif 000002
【００４３】
【表２】
2020001969.tif 000003
【００４４】
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のスクリーニング配合に相当する。
【００４５】
【表３】
2020001969.tif 000004
【００４６】
【表４】
2020001969.tif 000005
【００４７】
表５に各候補材料を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％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。
【００４８】
【表５】
2020001969.tif 000006
【００４９】
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。
【００５０】
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、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。
【００５１】
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。
【００５２】
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、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。
【００５３】
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.１３〜１５、２０、２１、２３であった。ただし、Ｎｏ.１３〜１５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、硫酸アルミニウム及びシリカフュームの５種からなるＮｏ.２０、２１と、無水石膏、珪酸ナトリウム、硫酸アルミニウム及びシリカフュームの４種からなるＮｏ.２３の混和材が好ましい。
【００５４】
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ことほうが生産効率が高いこと、シリカフュームの添加量が増えるとＯＨ−溶出量は低下することをふまえると、無水石膏、珪酸ナトリウム、硫酸アルミニウム及びシリカフュームの４種からなるＮｏ.２３の混和材がより好ましい。
【００５５】
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、ＳＡＳ  Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ  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五つの材料（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、シリカフュームの含有量をＥｋｇ／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の値は上述のとおり２０（ｋｇ）である。
0.643×Ａ＋0.19×Ｂ＋3.132×Ｃ−16.7518×Ｄ＋0.6809×Ｅ＋1.1142×Ｂ×Ｄ＋5.2≧12…（１）
【００５６】
上記五つの材料は、実機プラント等での投入作業や物性への影響から、式（２）〜（６）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≦９．０…（２）
６．０≦Ｂ≦１３…（３）
０＜Ｃ＜２…（４）
０＜Ｄ＜２…（５）
４．０≦Ｅ≦１４…（６）
【００５７】
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。
【００５８】
【表６】
2020001969.tif 000007
※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
【００５９】
［シリカフュームによるＯＨ−溶出量低減効果について］
Ｎｏ．０、２２、２３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、珪酸ナトリウムとシリカフュームを併用することで、珪酸ナトリウムの配合に起因するＯＨ−溶出量の増加を抑制できることがわかった。
【００６０】
【表７】
2020001969.tif 000008
【００６１】
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。
【００６２】
【表８】
2020001969.tif 000009
※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
【００６３】
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。
【００６４】
【表９】
2020001969.tif 000010
※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】
以上より、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０〜９ｋｇ（１５〜４５質量部）、石膏（半水石膏及び／又は無水石膏の合計量）が６〜１３ｋｇ（３０〜６５質量部）、珪酸ナトリウムが０〜２．０ｋｇ（０〜１０質量部）、硫酸アルミニウムが０〜２．０ｋｇ（０〜１０質量部）、シリカフュームが４〜１４ｋｇ（２０〜７０質量％）、の範囲であることが好ましい。
【００６６】
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８〜１６ｋｇ（３０〜６５質量％）、シリカフュームは５〜１７ｋｇ（２０〜７０質量％）の範囲で調整が可能である。
【００６７】
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。