(57)【要約】【課題】シリカフューム等のポゾラン質微粉末を用いずに、硬化前には高い流動性を有しかつ硬化後には高い機械的強度を発現しうるセメント組成物を提供する。【解決手段】  セメントクリンカ粉砕物と、石膏と、細骨材と、水と、減水剤とを含み、かつ、ポゾラン質微粉末を含まないセメント組成物であって、水（Ｗ）とセメントクリンカ粉砕物（Ｃ）との質量比（Ｗ／Ｃ）が０．２８以下であり、「ＪＩＳ  Ｒ  ５２０１（セメントの物理試験方法）１１．フロー試験」に記載される方法において、１５回の落下運動を行わないで測定したフロー値が２１０ｍｍ以上であり、材齢２８日の圧縮強度が９０ＭＰａ以上である、セメント組成物。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
セメントクリンカ粉砕物と、石膏と、細骨材と、水と、減水剤とを含み、かつ、ポゾラン質微粉末を含まないセメント組成物であって、上記水（Ｗ）と上記セメントクリンカ粉砕物（Ｃ）との質量比（Ｗ／Ｃ）が０．２８以下であり、「ＪＩＳ  Ｒ  ５２０１（セメントの物理試験方法）１１．フロー試験」に記載される方法において、１５回の落下運動を行わないで測定したフロー値が２１０ｍｍ以上であり、材齢２８日の圧縮強度が９０ＭＰａ以上であることを特徴とするセメント組成物。
【請求項２】
上記セメントクリンカ粉砕物の粒度構成は、５μｍ未満の粒子の割合が８〜２０質量％、５μｍ以上、１０μｍ未満の粒子の割合が１３〜２８質量％、１０μｍ以上、１５μｍ未満の粒子の割合が４〜１３質量％、１５μｍ以上、３０μｍ未満の粒子の割合が２０〜２８質量％、３０μｍ以上、４５μｍ未満の粒子の割合が９〜２５質量％、４５μｍ以上、１００μｍ未満の粒子の割合が７〜２８質量％、１００μｍ以上の粒子の割合が５質量％以下である請求項１に記載のセメント組成物。
【請求項３】
上記セメントクリンカ粉砕物は、ブレーン比表面積が１，０００〜１，５００ｃｍ2／ｇであるセメントクリンカ粉砕物（Ｃ１）と、ブレーン比表面積が５，０００〜６，０００ｃｍ2／ｇであるセメントクリンカ粉砕物（Ｃ２）を、質量比（Ｃ１／Ｃ２）が４／６〜６／４となるように含む請求項１又は２に記載のセメント組成物。
【請求項４】
上記セメントクリンカ粉砕物は、ビーライト（Ｃ2Ｓ）の割合が２０〜７０質量％で、かつ、アルミネート相（Ｃ3Ａ）の割合が０．５〜５質量％のものである請求項１〜３のいずれか１項に記載のセメント組成物。
【請求項５】
上記セメントクリンカ粉砕物は、低熱ポルトランドセメントと中庸熱ポルトランドセメントのいずれか一方または両方を調製するためのセメントクリンカ粉砕物を含む請求項１〜４のいずれか１項に記載のセメント組成物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モルタル、コンクリート等のセメント組成物に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、モルタル等のセメント組成物の用途の多様化などに伴い、微細な形状を有するセメント質硬化体を作製することが多くなっている。
このような微細な形状を有するセメント質硬化体を作製するためには、硬化前には高い流動性を有しかつ硬化後には高い機械的強度を発現しうるセメント組成物を調製することが求められる。
このような高流動性及び高強度のセメント組成物の一例として、ポルトランドセメントを５０〜１００℃の温度で水蒸気処理して、該セメントの強熱減量を０．５〜２．５重量％増加させてなる高流動性セメント組成物が、提案されている（特許文献１）。
このセメント組成物は、極めて流動性が優れ、高強度で、減水剤の使用量も低減することができる。
【０００３】
高流動性及び高強度のセメント組成物の他の例として、セメント１００重量部、シリカフューム等のポゾラン質微粉末５〜５０重量部、細骨材（粒径：２ｍｍ以下）５０〜２５０重量部、分散剤０．５〜４．０重量部（固形分換算）、水硬性組成物中の容積比で０．１〜４．０％の金属繊維、水１０〜３５重量部、セメント及びポゾラン質微粉末の合計量に対して容積比で４．５％以下の針状粒子又は薄片状粒子（平均粒度：１ｍｍ以下）を含む水硬性組成物が、提案されている（特許文献２）。
この水硬性組成物は、硬化前には、流動性及び材料分離抵抗性に優れ、自己充填性を有するとともに、硬化後には、１５０ＭＰａ以上の圧縮強度と２５ＭＰａ以上の曲げ強度を有する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平８−１８３６３６号公報
【特許文献２】特開２００２−１３７９５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述の特許文献１の技術は、セメントの加熱処理を必須とするものである。この点、加熱処理等の特殊な操作を行なわずに、流動性等を向上させることができれば、好都合である。
また、上述の特許文献２にも記載されているように、現在、１００ＭＰａ以上の圧縮強度及び高い流動性を有するセメント質硬化体を作製するために、混和材としてポゾラン質微粉末（特に、シリカフューム）を用いることが、一般に行われている。しかし、シリカフュームは、諸外国からの輸入物であり、品質やコストの変動が生じ易いという問題がある。そのため、シリカフューム等のポゾラン質微粉末及び他の特殊な材料を用いずに、１００ＭＰａ程度以上の圧縮強度及び高い流動性を発現しうるセメント組成物を調製することができれば、高強度のセメント組成物の安定的な供給という点で望ましい。
そこで、本発明は、シリカフューム等のポゾラン質微粉末を用いずに、硬化前には高い流動性を有しかつ硬化後には高い機械的強度を発現しうる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】
【０００６】
本発明者は、上記課題を解決するために鋭意検討した結果、セメントクリンカ粉砕物の粒度構成及び成分組成を調整することによって、該セメントクリンカ粉砕物を含むセメント組成物について、圧縮強度等の機械的強度を高く維持しつつ、流動性を大幅に向上させうることを見出し、本発明を完成した。
【０００７】
すなわち、本発明は、以下の［１］〜［５］を提供するものである。
［１］セメントクリンカ粉砕物と、石膏と、細骨材と、水と、減水剤とを含み、かつ、ポゾラン質微粉末を含まないセメント組成物であって、上記水（Ｗ）と上記セメントクリンカ粉砕物（Ｃ）との質量比（Ｗ／Ｃ）が０．２８以下であり、「ＪＩＳ  Ｒ  ５２０１（セメントの物理試験方法）１１．フロー試験」に記載される方法において、１５回の落下運動を行わないで測定したフロー値が２１０ｍｍ以上であり、材齢２８日の圧縮強度が９０ＭＰａ以上であることを特徴とするセメント組成物。
［２］上記セメントクリンカ粉砕物の粒度構成は、５μｍ未満の粒子の割合が８〜２０質量％、５μｍ以上、１０μｍ未満の粒子の割合が１３〜２８質量％、１０μｍ以上、１５μｍ未満の粒子の割合が４〜１３質量％、１５μｍ以上、３０μｍ未満の粒子の割合が２０〜２８質量％、３０μｍ以上、４５μｍ未満の粒子の割合が９〜２５質量％、４５μｍ以上、１００μｍ未満の粒子の割合が７〜２８質量％、１００μｍ以上の粒子の割合が５質量％以下である上記［１］に記載のセメント組成物。
［３］上記セメントクリンカ粉砕物は、ブレーン比表面積が１，０００〜１，５００ｃｍ2／ｇであるセメントクリンカ粉砕物（Ｃ１）と、ブレーン比表面積が５，０００〜６，０００ｃｍ2／ｇであるセメントクリンカ粉砕物（Ｃ２）を、質量比（Ｃ１／Ｃ２）が４／６〜６／４となるように含む上記［１］又は［２］に記載のセメント組成物。
［４］上記セメントクリンカ粉砕物は、ビーライト（Ｃ2Ｓ）の割合が２０〜７０質量％で、かつ、アルミネート相（Ｃ3Ａ）の割合が０．５〜５質量％のものである上記［１］〜［３］のいずれかに記載のセメント組成物。
［５］上記セメントクリンカ粉砕物は、低熱ポルトランドセメントと中庸熱ポルトランドセメントのいずれか一方または両方を調製するためのセメントクリンカ粉砕物を含む上記［１］〜［４］のいずれかに記載のセメント組成物。
【発明の効果】
【０００８】
本発明のセメント組成物は、ブレーン比表面積の異なる２種のセメントクリンカ粉砕物を併用するなどして、特定の粒度構成及び特定の成分組成のセメントクリンカ粉砕物を含むため、シリカフューム等のポゾラン質微粉末を含まないにもかかわらず、硬化前には高い流動性を有し、かつ、硬化後には高い機械的強度（例えば、材齢２８日における高い圧縮強度）を発現することができる。
また、本発明のセメント組成物は、減水剤の配合量が少量であっても、水量の削減による高い機械的強度と、高い流動性を両立させることができる。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本発明のセメント組成物は、セメントクリンカ粉砕物と、石膏と、細骨材と、水と、減水剤とを含み、かつ、ポゾラン質微粉末を含まないものである。
［セメントクリンカ粉砕物］
本発明で用いるセメントクリンカ粉砕物は、流動性の向上の観点から、好ましくは、以下の粒度構成を有するものである。
５μｍ未満の粒子の割合は、好ましくは８〜２０質量％、より好ましくは９〜１８質量％である。
５μｍ以上、１０μｍ未満の粒子の割合は、１３〜２８質量％、より好ましくは１５〜２６質量％である。
１０μｍ以上、１５μｍ未満の粒子の割合は、好ましくは４〜１３質量％、より好ましくは５〜１２質量％である。
１５μｍ以上、３０μｍ未満の粒子の割合は、好ましくは２０〜２８質量％、より好ましくは２１〜２７質量％である。
３０μｍ以上、４５μｍ未満の粒子の割合は、好ましくは９〜２５質量％、より好ましくは１０〜２４質量％である。
４５μｍ以上、１００μｍ未満の粒子の割合は、好ましくは７〜２８質量％、より好ましくは８〜２６質量％である。
１００μｍ以上の粒子の割合は、好ましくは５質量％以下、より好ましくは３質量％以下、特に好ましくは２質量％以下である。
【００１０】
前記の好ましい粒度構成は、例えば、ブレーン比表面積が１，０００〜１，５００ｃｍ2／ｇ、好ましくは１，１００〜１，４００ｃｍ2／ｇであるセメントクリンカ粉砕物（Ｃ１）と、ブレーン比表面積が５，０００〜６，０００ｃｍ2／ｇ、好ましくは５，２００〜５，９００ｃｍ2／ｇであるセメントクリンカ粉砕物（Ｃ２）を、質量比（Ｃ１／Ｃ２）が４／６〜６／４となるように併用することによって、得ることができる。
【００１１】
本発明で用いるセメントクリンカ粉砕物は、流動性の向上の観点から、好ましくは、ビーライト（Ｃ2Ｓ）等を以下の割合で含むものである。
ビーライト（Ｃ2Ｓ）の割合は、好ましくは２０〜７０質量％、より好ましくは２３〜６５質量％、特に好ましくは２６〜６２質量％である。
アルミネート相（Ｃ3Ａ）の割合は、好ましくは０．５〜５質量％、より好ましくは１〜４質量％、特に好ましくは１．５〜３．５質量％である
フェライト相（Ｃ4ＡＦ）の割合は、好ましくは５〜１５質量％である。
残部は、エーライト（Ｃ3Ｓ）である。
【００１２】
ビーライト及びアルミネート相の割合を前記の好ましい数値範囲内に調整するために、本発明で用いるセメントクリンカ粉砕物は、好ましくは、低熱ポルトランドセメントと中庸熱ポルトランドセメントのいずれか一方または両方を調製するためのセメントクリンカ粉砕物を含むものである。
ここで、低熱ポルトランドセメントを調製するためのセメントクリンカ粉砕物（以下、低熱用クリンカ粉砕物ともいう。）とは、低熱ポルトランドセメントから石膏を除いたものをいう。また、中庸熱ポルトランドセメントを調製するためのセメントクリンカ粉砕物（以下、中庸熱用クリンカ粉砕物ともいう。）とは、中庸熱ポルトランドセメントから石膏を除いたものをいう。
なお、本発明では、低熱用クリンカ粉砕物または中庸熱用クリンカ粉砕物に加えて、普通ポルトランドセメントを調製するためのセメントクリンカ粉砕物（以下、普通用クリンカ粉砕物ともいう。）を用いることもできる。
【００１３】
本発明で用いるセメントクリンカ粉砕物の好ましい形態としては、セメント組成物の流動性の観点から、低熱用クリンカ粉砕物のみからなるもの、中庸熱用クリンカ粉砕物のみからなるもの、低熱用クリンカ粉砕物と中庸熱用クリンカ粉砕物を併用するもの、低熱用クリンカ粉砕物と普通用クリンカ粉砕物を併用するものが挙げられる。中でも、低熱用クリンカ粉砕物のみからなるもの、中庸熱用クリンカ粉砕物のみからなるもの、低熱用クリンカ粉砕物と中庸熱用クリンカ粉砕物を併用するものが、より好ましく、低熱用クリンカ粉砕物のみからなるものが、特に好ましい。
低熱用クリンカ粉砕物と中庸熱用クリンカ粉砕物を併用する場合のように、種類の異なる２種のクリンカ粉砕物を用いる場合、２種のクリンカ粉砕物の一方を前記のセメントクリンカ粉砕物（Ｃ１）に定め、かつ、他方を前記のセメントクリンカ粉砕物（Ｃ２）に定めればよい。
【００１４】
［石膏］
本発明で用いる石膏の好ましい例としては、二水石膏、半水石膏が挙げられる。これらの石膏は、一種を単独で用いてもよいし、二種を併用してもよい。
石膏の配合量は、セメントクリンカ粉砕物１００質量部に対して、ＳＯ３換算値で、好ましくは１．５〜５質量部、より好ましくは１．７〜３．５質量部である。
【００１５】
［細骨材］
本発明で用いる細骨材としては、川砂、陸砂、海砂、砕砂、珪砂、又はこれらの混合物を使用することができる。
本発明で用いる細骨材は、機械的強度の観点から、粒径が２ｍｍ以下であることが好ましい。ここで、細骨材の「粒径」とは、８５％重量累積粒径である。
本発明においては、最大粒径が２ｍｍ以下の細骨材が、より好ましく、最大粒径が１．５ｍｍ以下の細骨材が、特に好ましい。
細骨材（Ｓ）とセメントクリンカ粉砕物（Ｃ）との質量比（Ｓ／Ｃ）は、好ましくは０．６〜１．４、より好ましくは０．７〜１．３、特に好ましくは０．８〜１．２である。該質量比が０．６未満では、硬化初期（凝結段階）の自己収縮が大きくなるうえ、水和熱も大きくなるので、好ましくない。該質量比が１．４を超えると、硬化後の機械的特性（特に、曲げ強度）が低下するので、好ましくない。
本発明においては、細骨材に加えて、粗骨材を配合することができる。粗骨材の配合量は、セメントクリンカ粉砕物１００質量部に対して、流動性の観点から、好ましくは３０質量部以下、より好ましくは２０質量部以下、特に好ましくは１０質量部以下である。
【００１６】
［水］
本発明において、水（Ｗ）とセメントクリンカ粉砕物（Ｃ）との質量比（Ｗ／Ｃ）は、好ましくは０．２８以下、より好ましくは０．１５〜０．２８、さらに好ましくは０．１６〜０．２７、特に好ましくは０．１７〜０．２６である。該質量比が０．２８を超えると、硬化後の機械的強度（例えば、圧縮強度）が低下する。なお、該質量比が０．１５未満では、良好な流動性が得られないことがある。
【００１７】
［減水剤］
減水剤としては、リグニン系、ナフタレンスルホン酸系、メラミン系、またはポリカルボン酸系等の、減水剤、ＡＥ減水剤、高性能減水剤、または高性能ＡＥ減水剤を使用することができる。中でも、ポリカルボン酸系の高性能減水剤または高性能ＡＥ減水剤は、セメント組成物の機械的強度及び流動性の観点から、好ましく用いられる。
減水剤の配合量は、セメントクリンカ粉砕物１００質量部に対して、固形分換算で、好ましくは０．１〜３．０質量部、より好ましくは０．３〜２．０質量部、特に好ましくは０．３〜１．５質量部である。該配合量が０．１質量部未満では、混練が困難になるとともに、セメント組成物の流動性が低下する。該配合量が３．０質量部を超えると、セメント組成物の硬化後の機械的強度（例えば、圧縮強度）が低下する。なお、減水剤は、液状と粉末状のいずれでもよい。
［ポゾラン質微粉末］
本発明のセメント組成物は、ポゾラン質微粉末を含まないものである。
ポゾラン質微粉末の例としては、シリカフューム、シリカダスト、フライアッシュ、スラグ、火山灰、シリカゾル、沈降シリカが挙げられる。
なお、本発明の好ましい形態の一例として、無機粉末としてセメントクリンカ粉砕物及び石膏のみを用いるものが挙げられる。
【００１８】
［セメント組成物の物性］
本発明のセメント組成物は、以下の物性を有するものである。
「ＪＩＳ  Ｒ  ５２０１（セメントの物理試験方法）１１．フロー試験」に記載される方法において、１５回の落下運動を行わないで測定したフロー値（以下、０打ちフローともいう。）は、２１０ｍｍ以上、好ましくは２３０ｍｍ以上、さらに好ましくは２６０ｍｍ以上、特に好ましくは２９０ｍｍ以上である。
材齢２８日の圧縮強度（温度：２０℃）は、９０ＭＰａ以上、好ましくは１００ＭＰａ以上、さらに好ましくは１１０ＭＰａ以上、特に好ましくは１２０ＭＰａ以上である。
【００１９】
［セメント組成物の調製方法及び成形方法］
セメント組成物の調製方法は、特に限定されるものではなく、例えば、次の（１）〜（３）のいずれかの方法を採用することができる。
（１）水、減水剤以外の材料を予め混合して、プレミックス材を調製した後、プレミックス材、水、減水剤をミキサに投入し、混練する方法
（２）水以外の材料（ただし、減水剤は、粉末状のものを使用する。）を予め混合して、プレミックス材を調製した後、プレミックス材、水をミキサに投入し、混練する方法
（３）各材料を個別にミキサに投入し、混練する方法
前記（１）〜（３）の混練に用いるミキサは、通常のコンクリートの混練に用いられるどのタイプのものでもよく、例えば、揺動型ミキサ、パンタイプミキサ、二軸練りミキサ等が用いられる。
セメント組成物の成形方法は、特に限定されるものではなく、流し込み成形等の任意の方法を採用することができる。また、養生方法も、特に限定されるものではなく、気中養生、蒸気養生、オートクレーブ養生等を行なうことができる。
【実施例】
【００２０】
［実施例１〜６、比較例１〜８］
［使用材料］
使用材料として、以下のものを用いた。
なお、下記の（１）〜（６）のクリンカ粉砕物の粒度構成を、下記の表１に示す。
（１）低熱用クリンカ粉砕物Ａ
ブレーン比表面積が１，２００ｃｍ2／ｇの低熱用クリンカ粉砕物と、ブレーン比表面積が５，６００ｃｍ2／ｇの低熱用クリンカ粉砕物を、質量比が１：１となるように混合して、ブレーン比表面積が２，９００ｃｍ2／ｇの低熱用クリンカ粉砕物Ａを得た。
（２）中庸熱用クリンカ粉砕物Ｂ
ブレーン比表面積が１，２００ｃｍ2／ｇの中庸熱用クリンカ粉砕物と、ブレーン比表面積が５，６００ｃｍ2／ｇの中庸熱用クリンカ粉砕物を、質量比が１：１となるように混合して、ブレーン比表面積が３，１００ｃｍ2／ｇの中庸熱用クリンカ粉砕物をＢ得た。
（３）普通用クリンカ粉砕物Ｃ
ブレーン比表面積が１，２００ｃｍ2／ｇの普通用クリンカ粉砕物と、ブレーン比表面積が５，６００ｃｍ2／ｇの普通用クリンカ粉砕物を、質量比が１：１となるように混合して、ブレーン比表面積が３，２００ｃｍ2／ｇの普通用クリンカ粉砕物Ｃを得た。
（４）低熱用クリンカ粉砕物Ｄ
１種のみからなる低熱用クリンカ粉砕物として、ブレーン比表面積が３，６００ｃｍ2／ｇの低熱用クリンカ粉砕物Ｄを用いた。
（５）中庸熱用クリンカ粉砕物Ｅ
１種のみからなる中庸熱用クリンカ粉砕物として、ブレーン比表面積が３，６００ｃｍ2／ｇの中庸熱用クリンカ粉砕物Ｅを用いた。
（６）普通用クリンカ粉砕物Ｆ
１種のみからなる普通用クリンカ粉砕物として、ブレーン比表面積が３，２００ｃｍ2／ｇの普通用クリンカ粉砕物Ｆを用いた。
【００２１】
（７）石膏
クリンカ粉砕物１００質量部に対してＳＯ３換算値で２．５質量部の二水石膏を用いた。
（８）細骨材
クリンカ粉砕物１００質量部に対して１００質量部の珪砂（最大粒径：０．６ｍｍ以下）を用いた。
（９）水
下記の表２に示す水（Ｗ）とセメントクリンカ粉砕物（Ｃ）との質量比（Ｗ／Ｃ）となるように、水を配合した。
（１０）減水剤
セメントクリンカ粉砕物１００質量部に対して、下記の表２に示す配合量のポリカルボン酸系高性能ＡＥ減水剤（製品名：レオビルド「ＳＰ８ＨＵ」、製造元：ＢＡＳＦ  ｐｏｚｚｏｌｉｔｈ社）を用いた。
（１１）消泡剤
セメントクリンカ粉砕物１００質量部に対して０．０４質量部の配合量の消泡剤（製品名：マイクロエア  ４０４、製造元：ＢＡＳＦ  ｐｏｚｚｏｌｉｔｈ社）を用いた。
【００２２】
［セメント組成物の調製及び物性評価］
表２に示す配合量で各材料を一括してホバートミキサーに投入して混合し、セメント組成物を得た後、以下のようにしてセメント組成物の物性を評価した。
（１）０打ちフロー値
「ＪＩＳ  Ｒ  ５２０１（セメントの物理試験方法）１１．フロー試験」に記載される方法において、１５回の落下運動を行わないでフロー値を測定した。
（２）圧縮強度
セメント組成物を直径５０ｍｍ、長さ１００ｍｍの内部空間を有する型枠内に流し込み、２０℃で４８時間、湿空養生した後、２０℃で水中養生して、セメント組成物からなる硬化体を得た。材齢２８日の圧縮強度を、「ＪＩＳ  Ａ  １１０８（コンクリートの圧縮強度試験方法）」に準じて測定した。
【００２３】
【表１】
2010173866.tif 000002
【００２４】
【表２】
2010173866.tif 000003
【００２５】
表２から、本発明に該当する実施例１〜６のセメント組成物は、本発明に該当しない比較例１〜８のセメント組成物に比べて、高い圧縮強度を確保しつつ、流動性を大幅に向上させていることがわかる。