(57)【要約】【課題】セメント質硬化体の収縮を効果的に抑制することのできる収縮抑制用骨材、並びに当該骨材を含むセメント組成物及びセメント質硬化体を提供する。【解決手段】セメント質硬化体の収縮抑制用骨材は、多孔質骨材に、室温における平衡相対湿度が５０〜９９％ＲＨとなる濃度の塩水溶液が保持されてなるものであり、セメント質硬化体に配合されることによって、セメント組成物の水和反応の進行やセメント質硬化体の乾燥に伴い骨材周囲環境の水の化学ポテンシャルが低下すると骨材からセメント質硬化体に水が供給され、これにより、セメント質硬化体の収縮を抑制することができる。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
セメント組成物に配合されることにより当該セメント組成物が硬化してなるセメント質硬化体の収縮を抑制し得る骨材であって、
多孔質骨材に、室温における平衡相対湿度が５０〜９９％ＲＨとなる濃度の塩水溶液が保持されてなることを特徴とするセメント質硬化体の収縮抑制用骨材。
【請求項２】
前記塩水溶液が、アルカリ金属の水酸化物の水溶液であることを特徴とする請求項１に記載のセメント質硬化体の収縮抑制用骨材。
【請求項３】
前記アルカリ金属の水酸化物が、水酸化リチウム、水酸化ナトリウム又は水酸化カリウムであることを特徴とする請求項２に記載のセメント質硬化体の収縮抑制用骨材。
【請求項４】
前記多孔質骨材が、多孔質軽量骨材であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のセメント質硬化体の収縮抑制用骨材。
【請求項５】
セメントと、請求項１〜４のいずれかに記載のセメント質硬化体の収縮抑制用骨材とを含有することを特徴とするセメント組成物。
【請求項６】
請求項５に記載のセメント組成物を硬化してなることを特徴とするセメント質硬化体。
【請求項７】
少なくともセメントと、骨材と、水とを混練した混練物を硬化させてなるセメント質硬化体の収縮を抑制する方法であって、
前記骨材の一部又は全部として、請求項１〜４のいずれかに記載のセメント質硬化体の収縮抑制用骨材を用いることを特徴とするセメント質硬化体の収縮抑制方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、セメント質硬化体の収縮抑制用骨材及びセメント質硬化体の収縮を抑制する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
モルタル、コンクリート等のセメント質硬化体は、硬化時の自己収縮、又は硬化後の乾燥によってセメントペーストから水分（間隙水）が逸散し、セメント質硬化体の体積が減少する乾燥収縮が生じることがある。これらの収縮量が大きくなると、セメント質硬化体にひび割れが生じてしまい、当該セメント質硬化体を用いた構造物等の耐久性や外観を損ねてしまうおそれがある。
【０００３】
このような収縮を抑制する方法として、従来、収縮低減剤を混和剤としてセメントに添加する方法や、膨張性混和材をセメントに添加する方法等が知られている（特許文献１参照）。
【０００４】
また、水で湿潤し、水分を保持した状態の多孔質骨材を粗骨材及び／又は細骨材の全部又は一部として用い、セメント質硬化体の養生中に骨材から水分をセメントペーストに供給することで、セメント質硬化体の収縮を抑制する方法も知られている。
【０００５】
なお、セメント質硬化体の収縮を抑制する方法ではないものの、予め水酸化アルカリ水溶液に含浸させた骨材をコンクリートに配合し、骨材から溶出するアルカリ成分によってコンクリートの中性化を抑制する技術も知られている（特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−１５１７７２号公報
【特許文献２】特開昭６１−２５１５５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、水で湿潤した状態の多孔質骨材をセメントとともに混練することによってセメント質硬化体を製造しても、混練初期におけるセメント質硬化体中の水分イオン濃度が高くなることで、浸透圧差によって多孔質骨材に保持されている水分がその周囲環境（セメントペースト側）に移動してしまい、セメント質硬化体の乾燥とともに当該水分も逸散してしまう。その結果として、セメント質硬化体の乾燥以前に多孔質骨材から水分がセメント質硬化体に供給されてしまい、セメント質硬化体の収縮を十分に抑制することができないという問題があった。
【０００８】
そこで、本発明は、セメント質硬化体の収縮を効果的に抑制することのできる収縮抑制用骨材、当該骨材を含むセメント組成物及びセメント質硬化体、並びにセメント質硬化体の収縮を抑制する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】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明は、セメント組成物に配合されることにより当該セメント組成物が硬化してなるセメント質硬化体の収縮を抑制し得る骨材であって、多孔質骨材に、室温における平衡相対湿度が５０〜９９％ＲＨとなる濃度の塩水溶液が保持されてなることを特徴とするセメント質硬化体の収縮抑制用骨材を提供する（発明１）。
【００１０】
上記発明（発明１）に係る収縮抑制用骨材が室温における平衡相対湿度が５０〜９９％ＲＨとなる濃度の塩水溶液を保持していることで、当該骨材が配合されたセメント組成物を硬化して得られるセメント質硬化体における骨材周囲環境（セメントペースト中）の水分の化学ポテンシャルよりも骨材中の水分の化学ポテンシャルが低い状態になる。そのため、セメント組成物の水和反応の進行やセメント質硬化体の乾燥に伴って骨材周囲環境の水分の化学ポテンシャルが骨材中の水分の化学ポテンシャルよりも低下したときに当該骨材からセメント質硬化体の骨材周囲環境に水分を供給することができるようになる。よって、上記発明（発明１）によれば、当該骨材をセメント組成物に配合することで、得られるセメント質硬化体の自己収縮及び乾燥収縮を効果的に抑制することができる。
【００１１】
上記発明（発明１）においては、前記塩水溶液が、アルカリ金属の水酸化物の水溶液であるのが好ましく（発明２）、かかるアルカリ金属の水酸化物が、水酸化リチウム、水酸化ナトリウム又は水酸化カリウムであるのが好ましい（発明３）。
【００１２】
水酸化リチウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム等のアルカリ金属の水酸化物を所定濃度（室温における平衡相対湿度が５０〜９９％ＲＨとなる濃度）で水に溶解させることで、当該水溶液の化学ポテンシャルを十分に低下させることができるため、上記発明（発明３，４）によれば、セメント質硬化体の収縮を効果的に抑制することができる。また、アルカリ金属の水酸化物の水溶液がセメント質硬化体（セメントペースト）に供給されることから、セメント質硬化体の乾燥による中性化の進行を抑制するという効果も奏し得る。さらに、特に水酸化リチウムを用いた場合には、骨材から溶出するシリカとリチウムイオンとの反応により生成するアルカリシリカゲル（Ｌｉ２Ｏ・ＳｉＯ２，Ｌｉ２Ｏ・２ＳｉＯ２）が膨張性を有しないことから、アルカリシリカ反応を抑制することもできる。
【００１３】
上記発明（発明１〜３）においては、前記多孔質骨材として、多孔質軽量骨材を用いることができる（発明４）。かかる発明（発明４）によれば、軽量骨材を用いてなる軽量コンクリート等のセメント質硬化体における収縮を効果的に抑制することができる。
【００１４】
また、本発明は、セメントと、上記発明（発明１〜４）に係るセメント質硬化体の収縮抑制用骨材とを含有することを特徴とするセメント組成物を提供する（発明５）。
【００１５】
上記発明（発明５）によれば、セメント組成物が上記発明（発明１〜４）に係る収縮抑制用骨材を含有することで、当該セメント組成物を硬化させてなるセメント質硬化体における収縮を効果的に抑制することができる。
【００１６】
さらに、本発明は、上記発明（発明５）に係るセメント組成物を硬化してなることを特徴とするセメント質硬化体を提供する（発明６）。かかる発明（発明６）によれば、収縮が効果的に抑制されたセメント質硬化体を提供することができる。
【００１７】
さらにまた、本発明は、少なくともセメントと、骨材と、水とを混練した混練物を硬化させてなるセメント質硬化体の収縮を抑制する方法であって、前記骨材の一部又は全部として、上記発明（発明１〜４）に係るセメント質硬化体の収縮抑制用骨材を用いることを特徴とするセメント質硬化体の収縮抑制方法を提供する（発明７）。
【００１８】
上記発明（発明７）によれば、セメント質硬化体の製造時に配合される収縮抑制用骨材に保持されている水分（塩水溶液）が、セメント組成物の水和反応の進行又はセメント質硬化体の乾燥に伴って当該骨材からセメントペースト（セメント質硬化体）に供給されることになるため、セメント質硬化体の収縮を効果的に抑制することができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、セメント質硬化体の収縮を効果的に抑制することのできる収縮抑制用骨材、当該骨材を含むセメント組成物及びセメント質硬化体、並びにセメント質硬化体の収縮を効果的に抑制することのできる方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】実施例１及び比較例１に係るコンクリートについての無拘束試験結果を示すグラフである。
【図２】実施例２及び比較例２に係るコンクリートについての無拘束試験結果を示すグラフである。
【図３】実施例３及び比較例３に係るコンクリートについての無拘束試験結果を示すグラフである。
【図４】実施例１及び比較例１に係るコンクリートについての鉄筋拘束試験結果を示すグラフである。
【図５】実施例２及び比較例２に係るコンクリートについての鉄筋拘束試験結果を示すグラフである。
【図６】実施例３及び比較例３に係るコンクリートについての鉄筋拘束試験結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
本発明の実施の形態について説明する。
本実施形態に係るセメント質硬化体の収縮抑制用骨材は、多孔質骨材に、室温における平衡相対湿度が５０〜９９％ＲＨとなる濃度の塩水溶液が保持されてなるものである。
【００２２】
多孔質骨材は、セメント質硬化体の収縮を効果的に抑制し得る十分量の塩水溶液を保持し得るものであれば特に限定されるものではなく、多孔質粗骨材及び／又は多孔質細骨材を用いることができるが、特に多孔質粗骨材を用いるのが好ましい。多孔質粗骨材は、多孔質細骨材に比して内部に多量の塩水溶液を保持することができ、長期間にわたって水（塩水溶液）を骨材周囲環境に供給することができるため好ましい。
【００２３】
また、多孔質骨材の空隙率は、３〜６０％であるのが好ましい。多孔質骨材の空隙率が上記範囲内であれば、セメント質硬化体の収縮を効果的に抑制することができる。なお、多孔質骨材の空隙率は、例えば、水銀圧入法等により測定された値である。
【００２４】
このような多孔質骨材としては、例えば、岩石を高温加熱処理等に付して得られる人工軽量骨材や、軽石、火山噴火物等の天然軽量骨材等を好適に用いることができるが、これ以外にコンクリート塊を破砕することにより得られる再生骨材等を用いてもよい。
【００２５】
セメント質硬化体に使用する材料やその調合、セメント質硬化体の周囲の環境条件、部材寸法等によって当該セメント質硬化体中の温度、相対湿度等は変動し得るが、多孔質骨材に水を含浸させたものを骨材として用いる場合よりも骨材からセメント質硬化体への水分供給を遅らせるために、多孔質骨材に保持させる塩水溶液の種類や濃度を決定する必要がある。具体的には、２０℃における平衡相対湿度が５０〜９９％ＲＨ、好ましくは５０〜９５％ＲＨとなるような塩の種類及び塩水溶液の濃度を決定すればよい。
【００２６】
このような観点から、多孔質骨材に保持される塩水溶液としては、水酸化リチウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム等のアルカリ金属の水酸化物の水溶液を用いるのが好ましい。例えば、５．５質量％ＮａＯＨ水溶液中に人工軽量粗骨材（商品名：太平洋アサノライト）を浸漬させたときの平衡相対湿度は９５％ＲＨであり、同様に９．８質量％ＮａＯＨ水溶液中では９０％ＲＨである。
【００２７】
また、アルカリ金属の水酸化物のうち水酸化リチウムの水溶液を塩水溶液として多孔質骨材に保持させることで、収縮抑制用骨材から溶出するシリカとリチウムイオンとの反応により生成するアルカリシリカゲル（Ｌｉ２Ｏ・ＳｉＯ２，Ｌｉ２Ｏ・２ＳｉＯ２）が膨張性を有しないため、アルカリシリカ反応を抑制することもできる。
【００２８】
本実施形態に係る収縮抑制用骨材の製造方法としては、特に限定されるものではなく、例えば、多孔質骨材を所定濃度の塩水溶液に所定時間（通常、１日以上）含浸させることにより製造することができる。
【００２９】
このようにして得られる本実施形態に係る収縮抑制用骨材は、セメント組成物に配合して用いることができる。これにより、当該セメント組成物から得られるセメント質硬化体の収縮を効果的に抑制することができる。
【００３０】
セメント組成物に配合される収縮抑制用骨材は、セメント組成物に配合される骨材のうちの一部を構成するものであってもよいし、当該骨材の全部を構成するものであってもよい。本実施形態に係る収縮抑制用骨材を骨材のうちの一部として用いる場合、当該収縮抑制用骨材とともに、砂利、砕石、天然・人工軽量粗骨材、再生粗骨材等の粗骨材；川砂、山砂、陸砂、海砂、砕砂、珪砂、天然・人工軽量細骨材、再生細骨材等の細骨材を適宜用いることができる。なお、本実施形態に係る収縮抑制用骨材とともに用いられる粗骨材及び／又は細骨材は、湿潤状態のものであってもよいし、絶乾状態、気乾状態、表乾状態のものであってもよい。
【００３１】
上記セメント組成物において配合し得るセメントとしては、特に限定されるものではなく、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、耐硫酸塩ポルトランドセメント等の各種ポルトランドセメント；高炉セメント、フライアッシュセメント等の各種混合セメント；都市ゴミ焼却灰及び／又は下水汚泥焼却灰を原料として製造した焼成物の粉砕物と石膏とからなるセメント（普通エコセメント、速硬エコセメント）等が挙げられる。
【００３２】
本実施形態に係る収縮抑制用骨材の容積配合量は、セメント質硬化体１ｍ３中、０．２５ｍ３以上であるのが好ましい。
【００３３】
上記セメント組成物を水とともに混練し、セメントペーストを得ることができる。そして、得られたセメントペーストを型枠等に打設し、養生して硬化させることにより、セメント質硬化体を製造することができる。養生方法としては、例えば、気中養生、加温養生、水中養生、蒸気養生、オートクレーブ養生等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。
【００３４】
セメント質硬化体における水セメント比（水結合材比）は、１０〜７０質量％であるのが好ましく、特に２０〜６０質量％であるのが好ましい。
【００３５】
本実施形態におけるセメント質硬化体は、必要に応じて、クエン酸等のオキシカルボン酸、リグニンスルホン酸等の凝結遅延剤；リグニン系、ナフタリンスルホン酸系、メラミン系、ポリカルボン酸系等の減水剤、ＡＥ減水剤、高性能減水剤又は高性能ＡＥ減水剤；アルミニウム粉末等の発泡剤；ポリエーテル類、芳香族スルホン酸塩類（アルキルベンゼンスルホン酸塩等）、硫黄含有化合物（高級アルキルエーテル硫酸エステル類等）、天然樹脂類等の界面活性剤（起泡剤）等の各種混和剤を含むものであってもよい。これらの混和剤の配合量は、得られるセメント質硬化体における収縮抑制用骨材が有する収縮抑制効果を妨げない限り、それらの混和剤の配合目的に応じて適宜設定すればよい。
【００３６】
以上のようにして得られるセメント質硬化体は、本実施形態に係る収縮抑制用骨材が配合されてなるため、セメント組成物の水和反応の進行又はセメント質硬化体の乾燥に伴って骨材周囲環境の水の化学ポテンシャルが収縮抑制用骨材中の水の化学ポテンシャルよりも低下すると、収縮抑制用骨材から水（塩水溶液）がセメント質硬化体に供給されることになる。これにより、セメント質硬化体の自己収縮及び乾燥収縮が効果的に抑制されることになる。
【００３７】
以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって、本発明を限定するために記載されたものではない。したがって、上記実施形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨である。
【実施例】
【００３８】
以下、実施例及び比較例を挙げて本発明をさらに詳細に説明するが、本発明は、下記の実施例等に何ら限定されるものではない。
【００３９】
〔収縮抑制用骨材の製造〕
多孔質骨材としての人工軽量粗骨材（空隙率：５０％，絶乾密度１．２５ｇ／ｃｍ３，商品名：太平洋アサノライト）を乾燥した後、９．８質量％ＮａＯＨ水溶液（２０℃）に１８日間浸漬させて、収縮抑制用骨材を製造した。得られた収縮抑制用骨材におけるＮａＯＨ水溶液の含有率は、１９質量％であった。
【００４０】
〔実施例１〕
得られた収縮抑制用骨材（粗骨材Ｇ）、普通ポルトランドセメント（ブレーン比表面積：３２９０ｃｍ２／ｇ，密度：３．１６ｇ／ｃｍ３，太平洋セメント社製，セメントＣ）、水Ｗ及び山砂（静岡県掛川産，細骨材Ｓ）をミキサに投入して混練し、混和剤として高性能ＡＥ減水剤（製品名：レオビルドＳＰ８ＨＵ，ＢＡＳＦポゾリス社製）を添加してさらに混練してコンクリートを調製した。
【００４１】
〔実施例２〕
混和剤として高性能ＡＥ減水剤（製品名：レオビルドＳＰ８ＳＢ，ＢＡＳＦポゾリス社製）を用いる以外は上記実施例１と同様にしてコンクリートを調製した。
【００４２】
〔実施例３〕
混和剤として高性能ＡＥ減水剤（製品名：レオビルドＳＰ８ＳＶ，ＢＡＳＦポゾリス社製）を用いる以外は上記実施例１と同様にしてコンクリートを調製した。
【００４３】
〔比較例１〕
収縮抑制用骨材（粗骨材Ｇ）に代えて水道水に１５日間浸漬した軽量粗骨材（空隙率：５０％，絶乾密度１．２５ｇ／ｃｍ３，商品名：太平洋アサノライト）を用いる以外は上記実施例１と同様にしてコンクリートを調製した。なお、軽量粗骨材は、含水率を１９％に調整したものを用いた。
【００４４】
〔比較例２〕
収縮抑制用骨材（粗骨材Ｇ）に代えて水道水に１５日間浸漬した軽量粗骨材（空隙率：５０％，絶乾密度１．２５ｇ／ｃｍ３，商品名：太平洋アサノライト）を用いる以外は上記実施例２と同様にしてコンクリートを調製した。なお、軽量粗骨材は、含水率を１９％に調整したものを用いた。
【００４５】
〔比較例３〕
収縮抑制用骨材（粗骨材Ｇ）に代えて水道水に１５日間浸漬した軽量粗骨材（空隙率：５０％，絶乾密度１．２５ｇ／ｃｍ３，商品名：太平洋アサノライト）を用いる以外は上記実施例３と同様にしてコンクリートを調製した。なお、軽量粗骨材は、含水率を１９％に調整したものを用いた。
実施例１〜３及び比較例１〜３のコンクリートの配合を表１に示す。
【００４６】
【表１】
2010222166.tif 000002
【００４７】
〔無拘束試験〕
実施例１〜３及び比較例１〜３のコンクリートを型枠（１００×１００×６００ｍｍ）に打設するとともに、打設したコンクリート内にひずみゲージ（ＫＭ−１００ＢＴ，東京測定器研究所社製）を埋設し、養生して供試体を作製した。なお、実施例１〜２及び比較例１〜２のコンクリートについては、それぞれ温度２０℃において封緘養生をした供試体及び温度２０℃において７日間封緘養生後、温度２０℃、相対湿度６０％の条件下で気中養生した供試体を作製した。また実施例３及び比較例３のコンクリートについては、それぞれ温度２０℃において７日間封緘養生後、温度２０℃、相対湿度６０％の条件下で気中養生した供試体を作製した。そして、コンクリートに埋設したひずみゲージを用いてコンクリート打設直後から無拘束ひずみを測定した。結果を図１〜３に示す。
【００４８】
〔鉄筋拘束試験〕
実施例１〜３及び比較例１〜３のコンクリートを型枠（１００×１００×１０００ｍｍ）に打設するとともに、打設したコンクリート内に鉄筋（Ｄ２２，長手方向長さＬ：１２００ｍｍ）を埋設し、上記無拘束試験と同様の養生条件にて供試体を作製し、鉄筋ゲージを貼付して、コンクリート打設直後から拘束ひずみを測定した。そして、拘束ひずみの測定結果に基づいて応力を算出した。結果を図４〜６に示す。
【００４９】
図１〜６に示すように、実施例１〜３の供試体は、いずれも比較例１〜３の供試体よりも収縮ひずみ及び収縮応力が低減されていることが確認された。また、図５に示すように、比較例２の供試体は、材齢５０日において収縮応力が低減しており、ひび割れが生じていることが確認された。さらに、図６に示すように、比較例３の供試体は、材齢５０日において収縮応力が低減しており、ひび割れが生じていることが確認された。このように、比較例２及び３の供試体においては、収縮によるひび割れが生じているのに対し、実施例２及び３の供試体においては、収縮が効果的に抑制されていた。
【００５０】
これは、実施例２及び３のコンクリート中の水分が逸散した後に、収縮抑制用骨材中の水分が当該骨材からコンクリートに供給されたことで、コンクリートの収縮を抑制できたものと考えられる。
【００５１】
〔圧縮強度試験〕
実施例１〜３及び比較例１〜３のコンクリートにつき、ＪＩＳ−Ａ１１０８に基づいて材齢７日において圧縮強度試験を行った。
結果を表２に示す。
【００５２】
【表２】
2010222166.tif 000003
【００５３】
表２に示すように、実施例１〜３のコンクリートは、比較例１〜３のコンクリートと略同等の圧縮強度を示した。この結果から、収縮抑制用骨材からコンクリートに供給されるＮａＯＨ水溶液がコンクリートの圧縮強度に与える影響はほとんどなく、コンクリートの収縮を効果的に抑制し得ることが確認された。
【図１】
2010222166.tif 000004
【図２】
2010222166.tif 000005
【図３】
2010222166.tif 000006
【図４】
2010222166.tif 000007
【図５】
2010222166.tif 000008
【図６】
2010222166.tif 000009