(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
目標スランプフロー値が５０ｃｍ以上の高流動コンクリートの配合において，セメントを含む粉体１００容積％に対し，その２〜２０容積％をブレーン値１０００ｍ2/ｋｇ以上の石炭ガス化フライアッシュで置換することを特徴とする高流動コンクリートの製法。
【請求項２】
流動化剤を配合する請求項１に記載の高流動コンクリートの製法。
【請求項３】
流動化剤は高性能減水剤である請求項２に記載の高流動コンクリートの製法。
【請求項４】
水／粉体比４０重量％以下のコンクリートを練り混ぜるさいに，セメントを含む粉体１００容積％に対し，その２〜２０容積％をブレーン値１０００ｍ2/ｋｇ以上の石炭ガス化フライアッシュで置換することを特徴とする低水／粉体比コンクリートの製法。
【請求項５】
水／粉体比４０重量％以下のコンクリートを得るためのセメント材料であって，ブレーン値１０００ｍ2/ｋｇ以上の石炭ガス化フライアッシュ２〜２０容積％と，残部がセメントまたはセメントとセメント以外の粉体とからなる低水／粉体比コンクリート用セメント材料。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は石炭ガス化フライアッシュ（ＣＧＦＡ）を用いた高流動コンクリートおよび低水／粉体比コンクリートの製法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
高強度コンクリートの配合では，高い強度を発現するために水セメント比（または水／粉体比）を小さくする必要があるが，この比を小さくすればするほどフレッシュコンクリートの粘性が上昇し，施工性の悪いコンクリートになる。このため，従来より適切な流動化剤を使用することのほか，シリカフューム等の粉末を添加したり，ビーライト高含有タイプの低熱ポルトランドセメントの使用等によって，この問題の解決を図ってきた。
【０００３】
また，スランプフロー５０ｃｍ以上で自己充填性を示すような高流動コンクリートが開発されているが，このような高流動コンクリートでは，粉体量を多くし，すなわちセメントとセメント以外の粉体の総量を多くし且つ高性能減水剤等を配合して流動性を高めている。セメント以外の粉体としては，石粉，シリカフューム，フライアッシュ等が適用されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
水セメント比を小さくした高強度コンクリートにおいて，その施工性の改善を図るにはコスト高とならざるを得なかった。また，粉体の総量を多くした高流動コンクリートでは，粉体量が多いので普通コンクリートに比べて練り混ぜ時間を長く必要とし，この場合にもコストアップになっていた。本発明の課題は，このような問題の解決を図ることにあり，高強度コンクリートや高流動コンクリートの施工性や製造性を改善しようとするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
前記の課題を解決する方策として，本発明者らは，シリカフュームより粉末度は低いもののセメント粒子の５倍程度の比表面積を有し，その粒子形状も表面が滑らかな球状である「石炭ガス化フライアッシュ」に着目した。ここで言う「石炭ガス化フライアッシュ」（Coal Gassification Fly Ash  略してＣＧＦＡ）とは，ガス化石炭を用いて発電するさいの副産物として排出されるものであり，我が国ではまだ産出しないが，欧州（特にオランダ）では産出している。このものは，普通のフライアッシュ（火力発電所等から排出するもの）とは粒度分布，密度，比表面積，組成等が基本的に相違し（後述する），このものをコンクリートに配合した事例はない。したがって，ＣＧＦＡはどのような使用の仕方ができるものであるか，全く未知であったが，本発明者らは前記の課題の解決に役立つことを見い出した。
【０００６】
すなわち，目標スランプフロー値が５０ｃｍ以上の高流動コンクリートに配合するセメントを含む粉体１００容積％に対し，その２〜２０容積％をブレーン値１０００ｍ2/ｋｇ以上の石炭ガス化フライアッシュで置換すると，この石炭ガス化フライアッシュが顕著な粘性低減効果を奏することを見い出した。したがって，本発明によれば，目標スランプフロー値が５０ｃｍ以上の高流動コンクリートの配合において，セメントを含む粉体１００容積％に対し，その２〜２０容積％をブレーン値１０００ｍ2/ｋｇ以上の石炭ガス化フライアッシュで置換することを特徴とする高流動コンクリートの製法を提供する。
【０００７】
また，本発明者らは，水／粉体比が４０重量％以下の高強度コンクリートを練り混ぜるさいに，粉体１００容積％に対し，その２〜２０容積％をブレーン値１０００ｍ2/ｋｇ以上の石炭ガス化フライアッシュで置換すると，施工性のよいコンクリートを，低い練り混ぜ負荷のもとで混練できることを見い出した。したがって，本発明によれば，水／粉体比が４０重量％以下のコンクリートを練り混ぜるさいに，粉体１００容積％に対し，その２〜２０容積％をブレーン値１０００ｍ2/ｋｇ以上の石炭ガス化フライアッシュで置換することを特徴とする低水／粉体比コンクリートの製法を提供する。
【０００８】
また，本発明者らは，高性能減水剤（高性能ＡＥ減水剤を含む）のような流動化剤を用いる高流動コンクリートの配合において，セメントを含む粉体１００容積％に対し，その２〜２０容積％をブレーン値１０００ｍ2/ｋｇ以上の石炭ガス化フライアッシュで置換すると，石炭ガス化フライアッシュの置換量が高くても流動化剤の使用量を増加させなくてもよいことを見い出した。したがって，本発明によれば，高性能減水剤（高性能ＡＥ減水剤を含む）のような流動化剤を用いる高流動コンクリートの配合において，セメントを含む粉体１００容積％に対し，その２〜２０容積％をブレーン値１０００ｍ2/ｋｇ以上の石炭ガス化フライアッシュで置換することを特徴とする高流動コンクリートの製法を提供する。
【０００９】
そして，本発明によれば，ブレーン値１０００ｍ2/ｋｇ以上の石炭ガス化フライアッシュ２〜２０容積％と残部がセメントまたはセメントとセメント以外の粉体からなる低水／粉体比コンクリート用セメント材料を提供する。
【００１０】
【発明の実施の形態】
石炭ガス化フライアッシュ（以下，ＣＧＦＡと略称することがある）は例えばオランダの市場で入手できる非常に微細な粉体であり，ガス化石炭を用いて熱発電するさいに副生し，副生ままの状態（粉砕も分級もされていない状態）において既に非常に微細な粉体である。本発明では，この副生ままの状態のＣＧＦＡが有する性質を利用することを原則とする。通常の火力発電所から発生するフライアッシュ (ＦＡ) のブレーン値が高々３００〜４００ｍ2/kg程度であるのに対し, ＣＧＦＡは副生ままの状態でブレーン値が１０００ｍ2/kg以上，通常は１５００ｍ2/kg程度のブレーン比表面積を有している。
【００１１】
以下に，本発明者らが行なった試験を参照しながら，本発明の実施の形態を説明する。
【００１２】
表１〜表３に試験に使用した材料の各特性値を示した。また，図１に，高炉セメント（ＢＳＣ），フライアッシュ（ＦＡ），フライアッシュ粉砕品（ＭＦＡ），石炭ガス化フライアッシュ（ＣＧＦＡ）の粒径分布図を示した。
【００１３】
【表１】
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【００１４】
【表２】
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【００１５】
【表３】
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【００１６】
高炉セメント（ＢＳＣ）とフライアッシュ（ＦＡ）は市場で入手したものであり，その粒径分布は図１に見られるようにほぼ近似している。石炭ガス化フライアッシュ（ＣＧＦＡ）の粒度分布はＢＳＣやＦＡのものとは次元が異なる低域側にある。フライアッシュ粉砕品（ＭＦＡ）はフライアッシュ（ＦＡ）を特殊ミルでさらに微粉砕し，ＣＧＦＡとほぼ同等の粒度分布を有している。しかし，ＣＧＦＡとＭＦＡとでは，粒径分布は近似しているが，ＭＦＡの方が比表面積がＢＥＴ値ではＣＧＦＡの２倍の値を示し，ブレーン値も大きい。
【００１７】
これらのことから，ＣＧＦＡは，ＢＳＣおよびＦＡよりも著しく微細であり，そのブレーン値も４倍近く示すことから比表面積が大きい微粉であることがわかるが，シリカフューム（ＳＦ）と比較するとＢＥＴ値が低く，ＳＦよりは比表面積が小さい。また，ＭＦＡと比べて同じ粒径分布でありながら比表面積が小さいことから，粒子表面は凹凸が少ない球形粒子であることが伺い知れる。
【００１８】
そのほか，試験では混和剤としてポリカルボン酸エーテル系の高性能減水剤（ＳＰと略称する）を使用し，この混和剤を適量添加して試験中混合物を十分に安定した状態に維持した。
【００１９】
〔試験Ｉ〕
試験配合は，空気量＝２.０±１.０，細骨材＝２６５Ｌ／ｍ3，粗骨材３２３Ｌ／ｍ3のもとで，高炉セメント（ＢＳＣ）１００％の粉体に対し，その一部をＳＦまたはＣＧＦＡで置換し（置換率＝５，１０または１５容積％），自己充填性フレッシュコンクリートの最適粘性と最適充填性が得られるように，水／粉体比（Ｖw/Ｖp ）と高性能減水剤の添加量（Ｓp/Ｐ）を変化させた。
【００２０】
各置換率での粉体配合に対する最適な水／粉体比（Ｖw/Ｖp ）の評価はモルタルテストで行ない，練り混ぜは強制パン型ミキサーで５分間行なった。自己充填性コンクリートにおける適正なスランプフロー値は６５０±３０ｍｍ，Ｖ型ロートによるファンネル時間は１３±３秒として，これらスランプフロー試験およびＶ65ファンネル試験（Ｖ型漏斗流下時間の測定）を行なった。
【００２１】
図２に，モルタルテストで評価された各置換配合での水／粉体比（Ｖw/Ｖp ）とコンクリート試験結果を示した。図２の結果から，ＳＦとＣＧＦＡはともに粉体への置換率が高くなると適正な自己充填性コンクリートを得るに必要な水／粉体比（Ｖw/Ｖp ）が一様に低くなり，その傾向はＳＦ，ＣＧＦＡともにほぼ同等であることがわかる。すなわち，ほぼ一定のスランプフローおよびＶ型漏斗流下時間を実現するには，ＳＦとＣＧＦＡはともにその置換率に応じて，水／粉体比（Ｖw/Ｖp ）を変える必要がある。このことは，ＳＦとＣＧＦＡは，混練物の粘性低下作用を有することを示しており，このことが置換率に応じて水／粉体比（Ｖw/Ｖp ）が小さくなる理由であると考えてよい。なお，ＭＦＡについてはＳＦやＣＧＦＡのような粘性低減作用を発揮しないことが試験により確かめられた。
【００２２】
したがって，ＣＧＦＡの配合は，水粉体比を低くして高強度化を図りながら且つ自己充填性を示すような高流動性コンクリートを得る上で有利に機能する。その配合量は，高流動コンクリートに配合するセメントを含む粉体１００容積％に対し，その２〜２０容積％をＣＧＦＡで置換するようにすればよい。置換率が２容積％未満ではその効果が低く，２０容積％を超えると，セメント量が相対的に低下して意図する強度が実現できないことがある。なお「セメントを含む粉体１００容積％に対し」とは，セメントに加えて他の粉体例えば通常のフライアッシュや石粉も配合する場合には，セメントと他の粉体の合計粉体１００容積％に対し，という意味である。適用する高流動コンクリートの目標スランプフロー値は５０ｃｍ以上であればよい。
【００２３】
図３に，高流動コンクリートの所定の自己充填性を得るに必要な高性能減水剤の添加率（Ｓp/ＰINDEX：図２の縦軸）に及ぼすＳＦとＣＧＦＡの影響を示す。横軸はＳＦとＣＧＦＡの置換率であり，縦軸のＳp/ＰINDEXは次式で示されるもので，スランプフローの実測値を考慮したものである。Ｓp/ＰAPPLIEDは実際の高性能減水剤添加率を示す。
Ｓp/ＰINDEX＝Ｓp/ＰAPPLIED×（６５０／スランプフロー実測値）
【００２４】
図３に見られるように，ＳＦとＣＧＦＡは異なる挙動を示す。すなわち，適正なスランプフロー値を得るためには，ＳＦではその使用量が増えると（置換率が高くなると），高性能減水剤（ＳP ) も増加しなければならないのに対し, ＣＧＦＡでは使用量が増えても, そのような高性能減水剤（ＳP ) の増量は必要としない。この点で，ＣＧＦＡはＳＦにはない作用効果があり，高性能減水剤を用いるコンクリートにおいて，際立って有利な作用を供する。
【００２５】
このことは, ＣＧＦＡの添加によって水粉体比（Ｖw/Ｖp ）を低下させたコンクリートでも，高性能減水剤を増量する必要がないことを示しており，この点で水粉体比を低くする高強度コンクリートにとっても有利な効果である。
【００２６】
なお，ＭＦＡについても同様の試験を行なったが，ＭＦＡは，ＳＦほど高性能減水剤の増量を必要としないが，置換率が高くなるとＣＧＦＡよりも増加しなければならず，そのＳp/ＰINDEXは，ＢＳＣ１００％粉体に対するＭＦＡ置換率５，１０，１５％において，それぞれＳＦとＣＧＦＡの中間の値を示した。
【００２７】
この点でＣＧＦＡはＳＦ等とは異なった挙動を示すが，これは，ＳＦは初期反応性が高いので練り混ぜ水の一部を拘束したり，高性能減水剤分子を吸着したりするのに対し，ＣＧＦＡはそのような初期反応性が極めて小さく，吸着する高性能減水剤分子も少ないことがその理由であると考えられる。
【００２８】
このＣＧＦＡの特徴点を利用することにより，本発明によれば，高性能減水剤のような流動化剤を用いる高流動コンクリートの配合において，セメントを含む粉体１００容積％に対し，その２〜２０容積％をＣＧＦＡで置換することを特徴とする高流動コンクリートの製法を提供する。この方法によれば，ＣＧＦＡの置換量が増えても高性能減水剤のような流動化剤の添加量を増加させなくてもよいという優れた効果を奏する。ＣＧＦＡの置換率が２容積％未満では，その効果が低く，２０容積％を超えると相対的にセメント量が低下して十分な強度が発現できないことがあるので望ましくない。
【００２９】
〔試験II〕：混練強度の評価試験
強制パン型ミキサーと重力式傾斜ミキサーを使用し，混練の程度を変えたフレッシュコンクリートの流動性評価から，ＳＦとＣＧＦＡを配合した場合の影響を調べた。その結果を表４に示した。表４の「混練強度」の欄に示した「Ｆ3.5 」は，強制パン型ミキサーで総混練時間３.５分のものを，「Ｇ7.5 」は重力式傾斜ミキサーで総混練時間７.５分のものを示す。
【００３０】
また，表４の「基本粉体」はＢＳＣ６０％＋ＦＡ４０％（高炉セメント６０重量％とフライアッシュ４０重量％の混合物）である。この基本粉体のＦＡの一部をＳＦまたはＣＧＦＡで置換し，その置換率をそれぞれ総粉体量の３容積％としたものが表４の「ＳＦ３％」および「ＣＧＦＡ３％」である。コンクリートの配合条件は空気量＝２.０±１.０％，水／粉体比（Ｖw/Ｖp ）＝０.８０３，細骨材＝２５５Ｌ／ｍ3，粗骨材＝３５６Ｌ／ｍ3である。Ｖw/Ｖp を０.８０３の一定としたが，この値は，本例の基本粉体のものでは強制パン型ミキサー３.５分混練で適正な自己充填性コンクリートの流動性が確保できる値である。
【００３１】
【表４】
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【００３２】
表４の結果から次のことがわかる。同じ基本配合でありながら，強制練りミキサーを用いたＦ3.5 と重力式ミキサーを用いたＧ7.5 を対比すると，後者ではスランプフローが大きく且つＶ漏斗流下時間が非常に長くなっている。すなわち, 普通のミキサーを用いて基本配合のものを練り混ぜても，スランプフローは高い値を示しても粘性が非常に大きくてワーカビリテイが極端に悪くなり，施工性が悪いものとなる。このため，強制練りミキサーを使用することが必要である。
【００３３】
ところが，粉体中わずか３容積％のＳＦまたはＣＧＦＡを含有させたＳＦ３％およびＣＧＦＡ３％のものでは，重力式ミキサーを用いたＧ7.5 でも，スランプフローとＶ漏斗流下時間は，基本配合のＦ3.5 と同等である。すなわち，粉体の一部を少量のＳＦまたはＣＧＦＡで置換することにより，従来のように強制練りミキサーを用いなくても，普通の重力式ミキサーによって，粘性が低く施工性の良い自己充填性コンクリートを製造できることがわかる。
【００３４】
したがって，ＣＧＦＡはコンクリートのワーカビリテイ改善に効果を奏することが明らかであり，強制練りを必要とするような低い水／粉体比の高強度コンクリートや，粉体量の多い高流動コンクリートにおいて，少量のＣＧＦＡを配合するだけで，普通練りによってワーカビリテイのよいコンクリートに練り上げることができる。この点で，ＣＧＦＡは極めて有益であり，本発明によれば，この効果を奏する発明として，水／粉体比が４０重量％以下のコンクリートを練り混ぜるさいに，粉体１００容積％に対し，その２〜２０容積％をＣＧＦＡで置換することを特徴とする低水／粉体比コンクリートの製法を提供する。ここで，ＣＧＦＡの置換率が２容積％未満ではその効果が低く，２０容積％を超えると十分な強度を発現できない可能性があるので，この場合のＣＧＦＡの置換率は２〜２０容積％とするのがよい。
【００３５】
〔試験III〕
試験Ｉと同様のＢＳＣ１００％粉体の基本配合に対し，その粉体の一部をＳＦ，ＭＦＡ（フライアッシュの粉砕品）またはＣＧＦＡで置換率を変えて置換し，得られた各自己充填性モルタルの２８日圧縮強度を測定した。その結果を図４に示した。
【００３６】
また試験IIと同様のＢＳＣ６０％＋ＦＡ４０％の粉体の基本配合に対し, その粉体の一部をＳＦ，ＭＦＡまたはＣＧＦＡで置換率を変えて置換し，得られた各自己充填性モルタルの２８日圧縮強度を測定した。その結果を図５に示した。
【００３７】
これら，図４および図５から，圧縮強度に対してはＣＧＦＡはどちらかと言えばＭＦＡと同様の挙動を示し，ＳＦのような強度向上作用は殆んどない。しかしこれを粉体の置換率１５％程度で含有させても強度は低下することはなく，むしろ向上するので，適正な水／粉体比のもとではＣＧＦＡの配合は強度面からも有利である。
【００３８】
以上の試験から明らかなように，粉体量の多い高流動コンクリートや高強度コンクリートにおいて，粉体の一部をＣＧＦＡで置換すると，本来の流動性や強度を犠牲にすることなく，施工性や練り混ぜ効率が改善され，これらコンクリートのコストダウンを図ることができる。
【００３９】
なお，ＣＧＦＡをコンクリートへの添加剤として使用する場合，予めセメントと混合して置くこともでき，これによると，計量等の操作が省略できるので，配合操作が簡易化する。したがって，本発明によれば，石炭ガス化フライアッシュ２〜２０容積％と残部がセメントまたはセメントとセメント以外の粉体からなる低水／粉体比コンクリート用または高流動コンクリート用セメント材料を提供する。
【００４０】
【発明の効果】
以上説明したように，本発明によれば，ＣＧＦＡを用いた新しいコンクリートを提供できる。とくにＣＧＦＡは，セメント粒子よりも粉末度が高く，粒子の形状が球形に近い微粉末であるという特徴があり，この微粒子に高性能減水剤分子が付着すると，ベースト中のセメント粒子や微細な細骨材粒子の相互の変位抵抗を低減する潤滑剤としての効果を発揮し，コンクリート中のペースト相の剪断変形抵抗すなわち粘性を低減するものと考えられる。しかも，ＣＧＦＡはシリカフュームのように初期反応性が高くないので，高性能減水剤の使用量を増加させない。これにより，適度のＣＧＦＡを添加すると，本来粘性が高すぎて施工性の悪い低水セメント比コンクリートの施工性を改善することができる。
【００４１】
そして，粘性低減を目的として添加されるシリカフュームと比較しても，ＣＧＦＡを使用した方が高性能減水剤の使用量が少なくて済むこと，ＣＧＦＡが安価であること等から，シリカフュームの使用よりも経済的である。
【００４２】
加えて，高流動コンクリートや高強度コンクリートの製造には，普通コンクリートよりも長い練り混ぜ時間が要求され，練り混ぜ効率の良い強制練りミキサーを必要とし，大きな練り混ぜエネルギーと時間を消費せざるを得なかったが，本発明によると，わずかなＣＧＦＡの使用によりこの問題が解決され，このようなコンクリートを練り混ぜるには不向きと言われていた重力式ミキサー（例えば傾動ミキサー）であっても適度な粘性のコンクリートに練り混ぜることが可能となり，その製造効率を著しく高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】コンクリートに配合する各種粉体の粒度分布図である。
【図２】コンクリートに配合したシリカフュームまたは石炭ガス化フライアッシュの置換率と，スランプフロー値およびＶ漏斗流下時間との関係，並びに適正な水／粉体比の関係を示す図である。
【図３】コンクリートに配合したシリカフュームまたは石炭ガス化フライアッシュの置換率と，適正な粘性を得るに必要な高性能減水剤の添加量との関係を示す図である。
【図４】粉体が高炉セメント１００％のモルタルに配合した各種粉体の置換率と，モルタルの２８日圧縮強度との関係図である。
【図５】粉体が高炉セメント６０％とフライアッシュ４０％であるモルタルに配合した各種粉体の置換率と，モルタルの２８日圧縮強度との関係図である。
【図１】
0003684447.tif 000006
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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