(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
含有される骨材がフライアッシュを造粒し焼結してなる非発泡性の焼結体であって、細骨材率が１０％以下の粗骨材からなり、配合量が単位量あたり、粗骨材量６５０リットル以下、単位水量２５０リットル以下、水粉体比７０〜１４０ｖｏｌ  ％であるコンクリート組成物。
【請求項２】
配合量が単位量あたり、粗骨材量５５０〜６２０リットル、単位水量２００リットル以下、水粉体比７０〜９０ｖｏｌ  ％である請求項１に記載のコンクリート組成物。
【請求項３】
平均粒径５ｍｍ以上、絶乾比重１．８以上、吸水率３．０％以下、圧縮強度４００  ｋｇ／ｃｍ２  以上の非発泡性フライアッシュ造粒焼結体を粗骨材として用いる請求項１または２に記載のコンクリート組成物。
【請求項４】
セメントが普通ポルトランドセメントまたは早強ポルトランドセメントである請求項１〜３のいずれかに記載のコンクリート組成物。
【請求項５】
鉱物質微粉末を含む請求項１〜４のいずれかに記載のコンクリート組成物。
【請求項６】
高性能減水剤を含む請求項１〜５のいずれかに記載のコンクリート組成物。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、砂などの細骨材を全く或いは殆ど含有せずに良好な流動性を有し、強度の発現にも優れるコンクリート組成物に関する。
【０００２】
【従来の技術】
コンクリートはセメント、骨材、混和材料等の各材料に水を加え混練して製造され、このうち骨材は硬化反応を起こす材料ではないが、その良否は硬化後のコンクリートの性質に大きな影響を及ぼすので、コンクリートの製造時には骨材の粒度や配合量などが様々に調整される。
【０００３】
骨材は粒径に基づいて細骨材と粗骨材に分類される。細骨材は５ｍｍ以下の粒子（５ｍｍの篩目を通過する粒子が８５ｗｔ％以上）であり、粗骨材はこれより粒径の大きな粒子である。一般に、粗骨材が多く細骨材の割合が少ない骨材を用いると、所要のスランプ値を得るのに必要な単位水量が減少するが、コンクリート自体は荒くなり、ワーカビリティも悪くなる。一方、細骨材が極端に多く粗骨材が少ないと混練可能な単位水量が大幅に増加し、強度の発現に悪影響を生じる。従って、通常のコンクリートでは細骨材と粗骨材が適度に混合した粒度の骨材が用いられる。細骨材としては、従来、川砂や山砂が用いられてきたが、良質な砂が入手し難いため最近では海砂や砕砂なども用いられている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来のコンクリートには粗骨材と細骨材を適当に混合した骨材が用いられており、具体的には、細骨材率（ｓ／ａ：全骨材の容量ａに対する細骨材の容量ｓ）が３５〜５０％程度の粒度分布を有する骨材が主に使用されている。ところが、近年、良質な細骨材を入手し難く、不連続な粒度分布の骨材を使用せざるを得ない現状にある。粒度分布が適切でない骨材をコンクリートに用いると、所要の流動性を得るための単位水量が増し、これが乾燥収縮を増大し、亀裂発生の原因となり、また、コンクリート強度も低下し、材料分離の傾向も増すなどの問題を招く。このような不都合を避けるため、従来、粒度分布の不適切な骨材に更に細粒子あるいは粗粒子を加えて粒度構成を調整する場合もあるが、調整に多大の労力と費用を要す。
【０００５】
本発明は、従来の上記問題を克服したコンクリート組成物を提供するものであって、細骨材を全く含まないか又は殆ど含まない骨材を使用しながら、所要の流動性を得るのに必要な単位水量が少なく、良好なワーカビリティを有し、しかも硬化後の収縮が小さく、高強度のコンクリート組成物を提供するものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、コンクリート組成物において、粗骨材としてフライアッシュの造粒焼結体を用い、粗骨材量、単位水量および水粉体比を限定することにより、細骨材を全く含まないか又は殆ど含まなくても、ワーカビリティに優れ、しかも硬化後の収縮が小さく、一般のコンクリートと同程度の強度を有するコンクリート組成物を得たものである。
【０００７】
すなわち、本発明によれば以下の構成からなるコンクリート組成物が提供される。
（１）  含有される骨材がフライアッシュを造粒し焼結してなる非発泡性の焼結体であって、細骨材率が１０％以下の粗骨材からなり、配合量が単位量あたり、粗骨材量６５０リットル以下、単位水量２５０リットル以下、水粉体比７０〜１４０  ｖｏｌ％であるコンクリート組成物。
（２）  配合量が単位量あたり、粗骨材量５５０〜６２０リットル、単位水量２００リットル以下、水粉体比７０〜９０  ｖｏｌ％である上記（１）  に記載のコンクリート組成物。
（３）  平均粒径５ｍｍ以上、絶乾比重１．８以上、吸水率３．０％以下、圧縮強度４００  ｋｇ／ｃｍ２  以上の非発泡性フライアッシュ造粒焼結体を粗骨材として用いる上記（１）  または（２）  に記載のコンクリート組成物。
（４）  セメントが普通ポルトランドセメントまたは早強ポルトランドセメントである上記（１）  〜（３）  のいずれかに記載のコンクリート組成物。
（５）  鉱物質微粉末を含む上記（１）  〜（４）  のいずれかに記載のコンクリート組成物。
（６）  高性能減水剤を含む上記（１）  〜（５）  のいずれかに記載のコンクリート組成物。
【０００８】
【発明の実施の形態】
（Ｉ）フライアッシュ質粗骨材
本発明のコンクリート組成物は、粗骨材としてフライアッシュを造粒し焼結してなる非発泡性の造粒焼結体を用いる。該造粒焼結体は、平均粒径が５ｍｍ以上であればよく、粒径が５ｍｍ未満のものを多少含んでいてもよい。具体的には、細骨材率が１０％以下であればよい。細骨材率が１０％を越えるものは本発明の目的から外れる。なお、フライアッシュの種類は制限されない。また、上記造粒焼結体はフライアッシュを主体とするものであればよく、造粒剤の粘土などを少量含むものでもよい。
【０００９】
上記フライアッシュ造粒焼結体は、絶乾比重１．８以上、吸水率３．０％以下および圧縮強度４００  ｋｇ／ｃｍ２  以上の非発泡性のものが好ましい。発泡性すなわち含有気泡量の多い焼結体は絶乾比重が小さく、大部分が１．８未満である。絶乾比重が１．８未満では骨材としての緻密性が不足する。また、圧縮強度が４００  ｋｇ／ｃｍ２  未満であると材料強度が不足し、いずれの場合も高強度のコンクリート組成物が得られない。
吸水率が３．０％を上回ると凍結融解抵抗性が減少するほか、フレッシュコンクリートにもスランプロス等の影響が生じるので好ましくない。
さらに、上記フライアッシュ造粒焼結体は実積率６０％以上が適当であり、６３〜７０％が好ましい。実績率が６０％未満ではペースト容積部分が大きくなり、耐久性が低下することになり好ましくない。
【００１０】
粗骨材として用いるフライアッシュ造粒焼結体は上記物性を備えるものであれば製造方法は限定されない。なお、通常、フライアッシュは未燃カーボンを含むので、これを単に造粒して焼結したものは焼結時に未燃カーボンが燃焼して気泡を生じ、多孔質の発泡性焼結体となりやすいので本発明の粗骨材には適さないが、（イ）  フライアッシュに石灰石粉末などを加えて造粒し、発泡温度を避けて焼成する方法、（ロ）  予め未燃カーボンを燃焼除去したものを造粒して低酸素濃度下で焼成する方法などにより上記物性を備えたフライアッシュ造粒焼結体を得ることができる。
【００１１】
（ＩＩ）コンクリート組成物の成分
通常、コンクリート組成物の骨材には粗骨材と細骨材を混合したものが用いられるが、本発明のコンクリート組成物は粗骨材として上記フライアッシュ造粒焼結体を用い、細骨材を実質的に含まない。
【００１２】
本発明の組成物に使用されるセメントには、普通、早強、超早強、中庸熱、耐硫酸塩、白色などの各種ポルトランドセメントが含まれるが、初期並びに長期強度発現性の改善に大きな効果を発揮するためには、望ましくは普通ポルトランドセメントあるいは早強ポルトランドセメントが適当である。
【００１３】
本発明は通常のコンクリート組成物と同様に骨材の他に混和材としてフライアッシュや高炉スラグ微粉末、シリカ質微粉末などの鉱物質微粉末を含むことができる。これらの鉱物質微粉末はいわゆるポゾラン物質であり、それ自身には水硬性はないが、セメントの水和反応によって生じる水酸化カルシウムと反応して不溶性化合物を生成する。鉱物質微粉末を加えることによりワーカビリティが向上し、従って、所要のコンシステンシーを得るための単位水量を減少でき、また養生期間中にポゾラン反応が促進してコンクリート組織が緻密化し、長期強度が向上する。更には、水和発熱を緩和するなどの効果が得られる。
【００１４】
鉱物質微粉末の種類としては、セメント粒子とほぼ同程度の粒径を有する各種岩石粉末、珪藻土、天然ポゾラン等の天然鉱物質微粉末あるいは、高炉スラグ微粉末やフライアッシュ、シリカ微粉末等の人工鉱物質微粉末のいずれでも用いることができる。粉末のフライアッシュは、ＪＩＳで規定される範囲に限らず、原粉と称されるフライアッシュやシンダーアッシュをも含む広い範囲のものを用いることができる。
【００１５】
さらに、本発明のコンクリート組成物には高性能減水剤を加えてもよい。高性能減水剤としては、従来用いられている、例えば、アルキルアリル系、ナフタリン系、メラミン系、トリアジン系のものなどを使用でき、このうちポリカルボン酸塩系の混和剤が良好である。空気連行性能を有する高性能ＡＥ減水剤ないし空気連行剤を加えてもよい。高性能減水剤の添加量は、使用するポルトランドセメント、骨材、鉱物質微粉末及び所用の減水効果などを勘案して調整されるが、一般には、ポルトランドセメント１００重量部に対して、０．１〜１０ｗｔ％が適当である。０．１ｗｔ％未満では減水効果が実質上なく、また１０ｗｔ％越えて添加しても減水性、流動性の改善効果が頭打ちとなる。
【００１６】
なお、本発明のコンクリート組成物には、以上の配合成分のほかに、通常、コンクリートにおいて用いられる急硬・急結材、高強度混和剤、水和促進剤、凝結調整剤などの各種コンクリート混和材料や補強材としての各種繊維、鋼等も使用することができる。
【００１７】
（ＩＩＩ）上記成分の配合量
本発明のコンクリート組成物における各材料成分の単位量（ｍ３  ）あたりの配合量は、粗骨材量６５０リットル以下、単位水量２５０リットル以下、水粉体比７０〜１４０  ｖｏｌ％が適当であり、好ましくは、粗骨材量５５０〜６２０リットル、単位水量２００リットル以下、水粉体比７０〜９０  ｖｏｌ％が適当である。
【００１８】
以上のように、粗骨材として用いる上記フライアッシュ焼結体の配合量は、実積率が６０〜７０％の焼結体において６５０リットルまで配合できる。好ましくは、５５０〜６２０リットルが適当である。従来のように粗骨材として砕石を用いた場合には、コンクリート中の骨材量が増加するにつれて骨材が相互に噛み合いがちになり、良好な粘度のセメントペーストを用いてもスランプ上部が崩れる傾向にあるので、その骨材容量の上限は５５０リットル程度である。一方、本発明においては、上記フライアッシュ造粒焼結体を骨材として用いるので、その形状が球状に近いために流動性に優れ、配合量を５５０リットル以上６５０リットル、すなわち、骨材の最大実績率近くまで増すことができる。
【００１９】
単位水量は２５０リットル以下が適当である。２５０リットルより水量が多いと水密性が低下し、また乾燥収縮による亀裂を生じ易く、強度低下の原因となる。なお、単位水量は２５０リットル以下が適当であることから、水粉体比が７０  ｖｏｌ％以上であるとき、後述の図１に示すように、粗骨材量の下限は約４００リットルである。また、同様に図１から明らかなように、水粉体比７０  ｖｏｌ％以上、粗骨材量６２０リットル以下のとき、単位水量は１５０リットル以上である。
【００２０】
水粉体比はセメントと鉱物質微粉末の合計量Ｂに対する水量Ｗの容積比（Ｗ／Ｂ）で表されるが、この水粉体比は７０〜１４０  ｖｏｌ％が適当である。水粉体比が６０  ｖｏｌ％未満であると絶対的な水量不足のために高性能減水剤を添加しても混練不能であり、コンクリート組成物を得ることができない。水粉体比が６０〜７０  ｖｏｌ％未満の範囲では、セメントペーストの粘性および付着性が高く、鉱物質微粉末の添加効果によって、ある程度緩やかに流動するもののワーカビリティが非常に悪い。この場合、高性能減水剤の添加量を増すとペーストの流動性は向上するが、材料分離を引き起こす。一方、水粉体比が７０〜１４０  ｖｏｌ％の範囲で良好なワーカビリティが得られる。
【００２１】
水粉体比の上限は、砕石などの通常の粗骨材を用いた場合に比べて高く設定することができる。一般に水粉体比が大きくなればセメントペーストの粘性や付着性が低くなり、材料分離を起こし易くなるが、本発明においては、上記フライアッシュ造粒焼結体を粗骨材として用いるので、この配合量を増すことができる。上記フライアッシュ骨材の比重は砕石などの比重よりも小さく、セメントペーストの比重に近いので材料分離が生じ難い。従って、砕石を用いた場合より水量が多くても良好な性状のコンクリート組成物が得られる。なお、前述したように、単位水量は２５０リットル以下が妥当であることから、水粉体比の上限は１４０  ｖｏｌ％程度である。
【００２２】
以上のように、本発明のコンクリート組成物は、その配合量が単位量あたり、粗骨材量６５０リットル以下、単位水量２５０リットル以下、水粉体比７０〜１４０  ｖｏｌ％からなるが、粗骨材量５５０〜６２０リットル、単位水量１５０〜２００リットル、水粉体比７０〜９０  ｖｏｌ％の範囲がより好ましい。後述の実施例に示すように、この好適な範囲の配合量を有するものは、高い圧縮強度と静弾性係数を発現し、強度特性に優れる。因みに、コンクリート中の単位セメント量を３００ｋｇ／ｍ３  とした場合、これらの圧縮強度、静弾性係数は３日材令で２３１〜３２２（ｋｇ／ｃｍ２  ）  、２．２３〜２．４０（×１０５    ｋｇ／ｃｍ２  ）、７日材令で３２５〜４３６（ｋｇ／ｃｍ２  ）  、２．４３〜２．８５（×１０５    ｋｇ／ｃｍ２  ）であり、それ以外の配合量のものに比べて格段に高い。
【００２３】
上記各成分の混合および混練方法に制限は無く、均一に混練できれば良く、配合成分の添加順序にも特に制限されるものではない。更に、コンクリート打設後の養生は、各種の養生方法が適用可能であり、常温養生、高温養生、常圧蒸気養生、高温高圧養生のいずれの方法も採用でき、必要ならば、これらを組合わせても良い。
【００２４】
なお、本発明のコンクリート組成物は、フライアッシュ造粒焼結体を骨材として用いているので、単位容積重量は砕石を用いた場合よりも２００ｋｇ／ｍ３  以上も軽く、２０００ｋｇ／ｍ３  以下であり、従って、概ね軽量コンクリートの部類に属する。
【００２５】
【実施例および比較例】
以下に本発明の実施例を比較例と共に示す。なお本例は例示であり、本発明の範囲を限定するものではない。
【００２６】
実施例および比較例
表１に示す材料を用い、セメント量：３００ｋｇ／ｍ３  、高性能ＡＥ減水剤の添加量：３．０ｗｔ％以下（セメントおよび鉱物質微粉末の合計量に対する重量比）とし、表２に示す配合量のコンクリート組成物を製造し、そのフレッシュコンクリートのスランプ値、空気量、単位容積重量、練上り温度を測定し、また硬化後に３日、７日、２８日、９１日の圧縮強度と静弾性係数を測定した。各試料の配合量を表２に示し、測定値を表３に示した。
また、この配合組成を単位水量（Ｗ）  、粗骨材量（Ｇ）  および粉体量（Ｃ＋ＣＡ）のダイヤグラムとして図１に示し、水粉体比（Ｗ／Ｂ）  との関係から、その好適な範囲をグラフ中の斜線範囲で示した。
なお、混練方法は従来と同様の方法で行い、スランプが得られ、かつ材料分離のない範囲の高性能ＡＥ減水剤添加量が得られた時点で供試体を作製した。
【００２７】
【表１】
0003632033.tif 000002
【００２８】
【表２】
0003632033.tif 000003
【００２９】
【表３】
0003632033.tif 000004
【００３０】
表２、３の結果に示すように、水粉体比が７０％未満のもの（比較試料Ｂ−１  ）は流動性に乏しく、スランプ値の測定ができない。また水粉体比が１４０％を上回るもの（比較試料Ｂ−２  ）は材料分離抵抗性が劣る。一方、水粉体比が７０〜１４０％のものは好適なスランプ値を示し、また減水剤の使用によりスランプ値をコントロールすることもできるので良好なワーカビリティが得られる。従って、水粉体比は７０〜１４０％が適当である。
４００〜６２０リットルの範囲（試料Ａ−１  〜Ａ−１１）では良好な流動性を有する。従って粗骨材量はこの範囲が適当である。
さらに、単位水量が２５０リットルを上回るもの（比較試料Ｂ−３  ）は乾燥収縮による亀裂が発生し、強度が劣るので、２５０リットル以下が適当である。
【００３１】
この配合量の範囲を図１に斜線部分として示した。なお、図中、斜線に斑点を加えた部分は、粗骨材として砕石を用いた場合の例であり、この対比から明らかなように、本発明のコンクリート組成物は配合量の適正範囲が砕石を用いたものより格段に大きい。
【００３２】
さらに、表３に示すように、粗骨材量５５０〜６２０リットル、単位水量１５０〜２００リットル、水粉体比７０〜９０  ｖｏｌ％の範囲のもの（試料Ａ−１，Ａ−４，Ａ−６  ）は、その圧縮強度、静弾性係数が３日材令で２３１〜３２２（ｋｇ／ｃｍ２  ）  、２．２３〜２．４０（×１０５    ｋｇ／ｃｍ２  ）、７日材令で３２５〜４３６（ｋｇ／ｃｍ２  ）  、２．４３〜２．８５（×１０５    ｋｇ／ｃｍ２  ）であり、それ以外の配合量のものに比べて格段に高い。また試料Ａ−７，Ａ−８  はペーストの粘性とペーストの容積、粗骨材容積の組合わせが良好で極めて作業性の良いものであった。
【００３３】
【発明の効果】
以上のように、本発明のコンクリート組成物は、細骨材を実質的に含まないにもかかわらず、ワーカビリティに優れ、しかも硬化後の収縮が小く、硬化後も一般のコンクリートと同程度の強度を有する。従って、従来不可欠であった骨材の粒度調整が不要であり、良質なコンクリート製品を容易に、かつ安価に得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るコンクリート組成物の配合比と水粉体比の好適な範囲を示す三角ダイヤグラム。
【図１】
0003632033.tif 000005