(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
セメント、水／セメント比が３５重量％以下の水、減水剤、黒曜石又は真珠岩の粉砕物を１０００〜１２００℃で焼成・発泡させた軽量細骨材および表乾比重が１．１〜１．３で、かつＲａｍｏｓの式から求めた圧縮強度が２５Ｎ／ｍｍ2以上である軽量粗骨材からなる気乾比重が１．４以下で、圧縮強度が４０Ｎ／ｍｍ2以上の軽量コンクリート。
【請求項２】
軽量粗骨材とモルタル部分との比重差が０．４以下である請求項１記載の軽量コンクリート。
【請求項３】
単位セメント量が３５０〜４５０ｋｇ／ ｍ3、水／セメント比が２５〜３５重量％、軽量細骨材がセメントに対して８０〜１３５重量％、軽量粗骨材がセメントに対して８０〜１３５重量％である請求項１又は２記載の軽量コンクリート。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、気乾比重が１．４以下で、４０Ｎ／ｍｍ2以上の高圧縮強度を発現する軽量コンクリートに関する。
【０００２】
【従来の技術】
これまでに、超軽量骨材の使用や、気泡を混入させる等の手段によって、軽量コンクリートが開発されている。例えば、特開平８−１２４６４号公報には、早強セメントと、水と、高強度軽量骨材と、混和材（高炉スラグ及びフライアッシュ）と、起泡剤とが配合されてなる気泡コンクリートが開示されている。この気泡コンクリートは、水結合材比が３１％、早強セメント１００重量部に対して６０重量部の高炉スラグと、４０重量部のフライアッシュと、３．１重量部の高性能減水剤と、１１２重量部の軽量粗骨材（比重０．８）と、６４重量部の軽量細骨材（比重０．８）と、１０重量部のパーライト（比重０．５）と、起泡剤を配合した場合、気乾比重１．０５（空気量１６％）で２７Ｎ／ｍｍ2程度、気乾比重１．２（プレーンコンクリート）で３５Ｎ／ｍｍ2程度の圧縮強度を発現するものである。
【０００３】
上記のような気乾比重が１．３以下と軽量で、３５Ｎ／ｍｍ2程度の圧縮強度を発現するコンクリートは、主に建築物の外壁を構成するカーテンウォール等の非構造用部材に対して用いられている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、これまで、気乾比重が１．４以下の軽量コンクリートでは、骨材強度の問題や軽量粗骨材とモルタル部分との分離等により、４０Ｎ／ｍｍ2以上の圧縮強度を発現するものは得られていなかった。
【０００５】
本発明は、上述した軽量コンクリートが有する課題に鑑みなされたものであって、その目的は、気乾比重が１．４以下で、高圧縮強度（材令２８日：４０Ｎ／ｍｍ2以上）を発現する軽量コンクリートを提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記目的を達成するため鋭意研究した結果、▲１▼特定の軽量細骨材および特定の特性を有する軽量粗骨材を使用すること、▲２▼コンクリートの配合割合を特定することにより、気乾比重が１．４以下で、高圧縮強度（材令２８日：４０Ｎ／ｍｍ2以上）を発現する軽量コンクリートが得られるとの知見を得て本発明を完成するに至った。
【０００７】
即ち、本発明は、セメント、水／セメント比が３５重量％以下の水、減水剤、黒曜石又は真珠岩の粉砕物を１０００〜１２００℃で焼成・発泡させた軽量細骨材および表乾比重が１．１〜１．３で、かつＲａｍｏｓの式から求めた圧縮強度が２５Ｎ／ｍｍ2以上である軽量粗骨材からなる気乾比重が１．４以下で、圧縮強度が４０Ｎ／ｍｍ2以上の軽量コンクリート（請求項１）を要旨とする。
【０００８】
また、本発明は、上記軽量コンクリートにおいて、軽量粗骨材とモルタル部分との比重差が０．４以下であること（請求項２）を特徴とする。
【０００９】
さらに、本発明は、上記軽量コンクリートにおいて、単位セメント量が３５０〜４５０ｋｇ／ ｍ3、水／セメント比が２５〜３５重量％、軽量細骨材がセメントに対して８０〜１３５重量％、軽量粗骨材がセメントに対して８０〜１３５重量％であること（請求項３）を特徴とする。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を詳細に説明する。
本発明で使用する軽量細骨材は、黒曜石又は真珠岩を破砕・粉砕して５ｍｍ以下程度に粒度調整し、１０００〜１２００℃で焼成し発泡させたものである。
このように使用する細骨材を限定したのは、軽量の点はもとより強度の点で特徴を有しているからであり、それが軽量コンクリートの比重および強度に影響するからである。なお、上記温度で製造された軽量細骨材の表乾比重は概ね１．０〜１．３である。
【００１１】
黒曜石又は真珠岩の焼成温度が１０００℃未満では、発泡量が不足し表乾比重が大きいために、これを使用したモルタルと軽量粗骨材との比重差が大きくなり軽量粗骨材が浮上し強度低下に繋がることとなるので好ましくない。なお、本発明において、軽量粗骨材の浮上を防ぐため、モルタルと軽量粗骨材との比重差は０．４以下であることが好ましい。一方、黒曜石又は真珠岩の焼成温度が１２００℃を越えると、過発泡になっており、骨材としての強度が著しく低くなるために高強度の軽量コンクリートが得られない。比重および強度の点から、好ましい焼成温度は１０５０〜１１５０℃である。
【００１２】
なお、本発明で使用する軽量細骨材の粒度分布は「ＪＩＳ  Ａ  ５００２（構造用軽量コンクリート骨材）」の規定に適合するものが好ましい。
【００１３】
本発明で使用する軽量粗骨材は、表乾比重が１．１〜１．３で、かつＲａｍｏｓの式から求めた圧縮強度が２５Ｎ／ｍｍ2以上のものである。
Ｒａｍｏｓの式は、（１）式で表される式であり、軽量粗骨材の圧縮強度は、モルタルおよび該モルタルと圧縮強度を求めようとする軽量粗骨材を組み合わせたコンクリートの圧縮強度から、（１）式で計算される。
σａ＝ｎ・σｃ／（１−（σｃ／σｍ）・（１−ｎ））
σａ：軽量粗骨材の圧縮強度
σｃ：コンクリートの圧縮強度
σｍ：モルタルの圧縮強度
ｎ  ：コンクリート中の軽量粗骨材の絶対容積比
軽量粗骨材の圧縮強度が２５Ｎ／ｍｍ2未満では骨材としての強度が低いために高強度の軽量コンクリートが得られない。軽量粗骨材の表乾比重が１．３を越えると軽量コンクリートの気乾比重を１．４以下にするには単位セメント量を少なくするか、又は軽量細骨材の量を増加させなければならないことになり、それらのことがマトリックスの強度低下、つまりは軽量コンクリートの強度低下に繋がることとなるので好ましくない。軽量粗骨材の表乾比重が１．１未満では、モルタルとの比重差が大きくなり軽量粗骨材が浮上し強度低下に繋がることとなるので好ましくない。
【００１４】
本発明の軽量粗骨材を例示すれば、特願平８−８９９４０号公報に開示される超軽量骨材の製造方法において、流紋岩系ガラス質鉱物、発泡剤および粘着材を混合、造粒して得られるペレットを７５０〜８５０℃で焼成し発泡して得られる人工軽量粗骨材や、特願平８−８９９４０号公報に開示される超軽量骨材の製造方法よって得られた人工軽量粗骨材を、水／セメント比が２５重量％程度のペーストで０．５〜１ｍｍの厚さに被覆した造粒物等を挙げることができる。
【００１５】
上記人工軽量粗骨材にペーストを被覆した造粒物は、例えば、特願平８−８９９４０号公報に開示される超軽量骨材の製造方法よって得られた人工軽量粗骨材と水／セメント比が２５重量％のペースト（減水剤をセメントに対して１．０〜２．０重量％添加するのが好ましい）をミキサーで１〜３分間混練することにより得られる。なお、この造粒物は、被覆直後のものを用いてもよいし、養生してペーストが硬化したものを用いてもよい。
【００１６】
本発明で使用するセメントとしては、普通・早強・中庸熱ポルトランドセメント、高炉・フライアッシュセメント等が、減水剤としては、メラミン系、ナフタレンスルホン酸系、ポリカルボン酸系の減水剤等が挙げられる。また、混練水は通常用いられる水道水が挙げられる。
【００１７】
本発明の軽量コンクリートの配合条件は、単位セメント量が３５０〜４５０ｋｇ／ ｍ3、水／セメント比が２５〜３５重量％、黒曜石又は真珠岩の粉砕物を１０００〜１２００℃で焼成して発泡させた軽量細骨材がセメントに対して８０〜１３５重量％、表乾比重が１．１〜１．３でかつＲａｍｏｓの式から求めた圧縮強度が２５Ｎ／ｍｍ2以上である軽量粗骨材がセメントに対して８０〜１３５重量％であることが好ましい。
【００１８】
本発明において、単位セメント量は３５０〜４５０ｋｇ／ ｍ3であることが好ましい。単位セメント量が３５０ｋｇ／ ｍ3未満では、軽量コンクリートの強度が低下するので好ましくない。単位セメント量が４５０ｋｇ／ ｍ3を越えると、軽量コンクリートの気乾比重が大きくなったり、又はモルタルと軽量粗骨材との比重差が大きくなり軽量粗骨材が浮上して強度低下に繋がることとなるので好ましくない。
【００１９】
本発明において、水／セメント比は２５〜３５重量％であることが好ましい。水／セメント比が２５重量％未満では、多量の減水剤を使用せざる得なくなり強度低下に繋がることとなるので好ましくない。水／セメント比が３５重量％を越えると、マトリックスの強度が低下するため好ましくない。
【００２０】
軽量細骨材のセメントに対する割合（軽量細骨材／セメント）は８０〜１３５重量％であることが好ましい。その割合が８０重量％未満では軽量化を図るために軽量粗骨材の配合割合を増加しなければならず強度低下に繋がることとなったり、又はモルタルと軽量粗骨材との比重差が大きくなり軽量粗骨材が浮上して強度低下に繋がることとなるので好ましくない。また、１３５重量％を越えるとマトリックスの強度が低下するため好ましくない。
【００２１】
軽量粗骨材のセメントに対する割合（軽量粗骨材／セメント）は８０〜１３５重量％であることが好ましい。その割合が８０重量％未満では軽量化を図るために軽量細骨材の配合割合を増加しなければならずマトリックスの強度低下に繋がることとなるので好ましくない。また、１３５重量％を越えると軽量コンクリートの強度が低下するので好ましくない。
【００２２】
減水剤の使用量はセメントに対して１．０〜４．０重量％が好ましい。使用量が１．０重量％未満では減水効果が少なく水量が多くなり強度が低下するので好ましくない。４．０重量％を越えても強度が低下するので好ましくない。
【００２３】
本発明の軽量コンクリートの混練は、従来より、コンクリートの混練に使用されているミキサー、例えば、オムニタイプミキサー、パンタイプミキサー、二軸タイプミキサー等を使用して行う。また、混練時間は、特に限定されない。
【００２４】
成形は、振動締固め等の慣用の手段が採用できる。
【００２５】
養生方法としては、気乾養生、湿空養生、水中養生、加熱促進養生（蒸気養生、オートクレーブ養生）またはこれらを併用した慣用の手段が採用できる。
【００２６】
【実施例】
以下、実施例により本発明を説明する。
【００２７】
１．軽量粗骨材
流紋岩系ガラス質鉱物、ＳｉＣ（発泡剤）およびケイ酸ナトリウム（粘着材）を混合し造粒したのち、７００〜９００℃で温度を変えて焼成し発泡させて以下の４種類の軽量粗骨材を調製した。
Ｌ１：表乾比重１．２４、圧縮強度２６．３Ｎ／ｍｍ2
Ｌ２：表乾比重１．１５、圧縮強度２５．２Ｎ／ｍｍ2
Ｌ３：表乾比重０．９５、圧縮強度２３．１Ｎ／ｍｍ2
Ｌ４：表乾比重０．７９、圧縮強度２１．３Ｎ／ｍｍ2
また、上記Ｌ４の軽量粗骨材と水／セメント比が２５重量％のペースト（減水剤／セメント比が１．５重量％）をパンタイプミキサー（０．１ｍ3）で２分間混練してペーストが被覆した状態の造粒物とし、造粒物同士がくっつかないように２４時間湿空養生して、軽量粗骨材（Ｌ５）を調製した。なお、ペースト／粗骨材比（容積比）＝０．３とした。また、ペーストの被覆厚さは０．５ｍｍ（５０個の平均）であった。
Ｌ５：表乾比重１．１２、圧縮強度２５．３Ｎ／ｍｍ2
なお、表乾比重と圧縮強度は以下に示す方法で調べた。
▲１▼表乾比重
「ＪＩＳ  Ａ  １１３４（構造用軽量粗骨材の比重及び吸水率試験方法）」に準じて測定した。
▲２▼圧縮強度
以下に示す材料を用いて、水／セメント比が５０重量％、細骨材／セメント比が２２５重量％、減水剤／セメント比が１．０重量％の配合のモルタルと、軽量粗骨材の容積比が４０％で、水／セメント比が５０重量％、細骨材／セメント比が２２５重量％、減水剤／セメント比が１．０重量％のコンクリートの圧縮強度（材令２８日）を測定し、Ｒａｍｏｓの式から、軽量粗骨材の圧縮強度を求めた。なお、コンクリートの圧縮強度は「ＪＩＳ  Ａ  １１０８（コンクリートの圧縮強度試験方法）」に準じて、モルタルの圧縮強度は「ＪＩＳ  Ｒ  ５２０１（セメントの物理試験方法  ）」に準じて測定した。
セメント；早強ポルトランドセメント（日本セメント製）
細骨材  ；青梅砕砂
減水剤  ；マイティ１５０（花王製）
水      ；水道水
0003657721.tif 000002
細骨材の表乾比重は「ＪＩＳ  Ａ  １１３４（構造用軽量細骨材の比重及び吸水率試験方法）」に準じて測定した。
【００２８】
２．配合条件および混練
軽量コンクリートの配合を表１に示す。混練は、パンタイプミキサー（０．１ｍ3）を使用し、各材料をミキサーに投入して、２分間混練した。
【００２９】
【表１】
0003657721.tif 000003
【００３０】
３．成形および養生
混練後、φ１０×２０ｃｍの型枠に軽量コンクリートを投入し、テーブルバイブレータで振動数４０００ｖｐｍの振動を３０秒間加えて成形した。養生は、２４時間湿空養生（２０℃、８０％ＲＨ）後、脱型し、材令２８日まで２０℃で水中養生した。
【００３１】
４．評価
▲１▼スランプ
「ＪＩＳ  Ａ  １１０１（コンクリートのスランプ試験方法）」に準じて測定した。
▲２▼気乾比重
養生後のコンクリートの容積と重量を測定し気乾比重を算出した。気乾比重は、供試体３本の平均値とした。
▲３▼圧縮強度
「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。
それらの結果を表１に併記した。
【００３２】
（実施例１〜９、比較例１〜３）
実験の結果、本発明においては、黒曜石又は真珠岩の粉砕物を１０００〜１２００℃で焼成して発泡させた軽量細骨材の使用が、また、表乾比重が１．１〜１．３でかつＲａｍｏｓの式から求めた圧縮強度が２５Ｎ／ｍｍ2以上である軽量粗骨材の使用が、軽量コンクリートの圧縮強度に対し、好ましい条件であることが確認された。
これに対して、前記以外の軽量骨材では、本発明で意図する４０Ｎ／ｍｍ2程度の圧縮強度を具備する軽量コンクリートが得られなかった。
【００３３】
（実施例１０〜１５、比較例４）
実験の結果、気乾比重が１．４以下で、高圧縮強度（材令２８日：４０Ｎ／ｍｍ2以上）を発現する軽量コンクリートに対して、好ましい配合範囲は、
（１）単位セメント量が３５０〜４５０ｋｇ／ ｍ3、
（２）水／セメント比が２５〜３５重量％、
（３）セメントに対する軽量細骨材の割合が８０〜１３５重量％、
（４）セメントに対する軽量粗骨材の割合が８０〜１３５重量％、
であることが判明した。
これに対して、水／セメント比が３５重量％を越える比較例４では、本発明で意図する４０Ｎ／ｍｍ2程度の圧縮強度を具備する軽量コンクリートが得られなかった。
【００３４】
【発明の効果】
本発明の軽量コンクリートは、気乾比重が１．４以下と軽量であるにもかかわらず、４０Ｎ／ｍｍ2（材令２８日）以上の高強度を発現するので、非構造用コンクリート部材や構造用コンクリート部材に対して適用することができる。また、建築物の構造部材の断面積を低減させることができるので材料および施工コストも削減することができる。