(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
セメント、骨材、フライアッシュ、高炉スラグ粉末、及び水を含むコンクリート組成物であって、単位セメント量が４００〜６００kg/m3 であり、フライアッシュ／高炉スラグ粉末の重量比を７０：３０〜９５：５とすると共に、フライアッシュと高炉スラグ粉末の合計量を骨材体積の１０％以上とすることを特徴とするコンクリート組成物。
【請求項２】
セメント、骨材、フライアッシュ、高炉スラグ粉末、及び水を含むコンクリート組成物であって、単位セメント量が４００〜６００kg/m3 であり、フライアッシュ／高炉スラグ粉末の重量比を７０：３０〜９５：５とすると共に、フライアッシュと高炉スラグ粉末の合計量を骨材中に占める細骨材体積の３０体積％以上とすることを特徴とする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、フライアッシュを大量に活用した強度発現の良好なコンクリート組成物に関する。
【０００２】
【従来の技術】
火力発電所の微粉炭燃焼ボイラから副産品として大量に産出されるフライアッシュは、セメント混和材等に一部有効利用されているものの、大部分が埋立て等に廃棄処分されている。セメント混和材として用いられるフライアッシュは、フライアッシュ粒子が平滑かつ球状であるためコンクリートのワーカビリティーが向上すること、コンクリート組織が緻密化し、長期強度が増大するとともに、水密性、化学薬品に対する抵抗性等が向上すること、フライアッシュの混入によってセメントの水和発熱が緩和されるため自己発熱による温度ひび割れが問題となるマスコンクリート構造物に適していること、アルカリ骨材反応に対する抑制効果も有していることなど、コンクリートとして優れた特性を多く有している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
一方、フライアッシュをコンクリートに多量に混合した場合には凝結の遅延、初期強度の低下、低温環境下における強度発現の遅れ等々の問題点があり、自ずとその混合量に制限がある。例えば、ＪＩＳ規格に規定されているフライアッシュセメントは、セメントに対するフライアッシュの置換割合を最大で３割に制限しており、フライアッシュの大量使用に結び付いていないのが現状である。
【０００４】
従って、この発明は、フライアッシュを大量に使用しても、一部高炉スラグ粉末を使用し、コンクリート配合を適切に定めることにより、上述の欠点を解消し、フライアッシュを大量使用するにもかかわらず、強度発現の良好なコンクリート組成物を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するために、この発明のコンクリート組成物によれば、セメント、骨材、フライアッシュ、高炉スラグ粉末、及び水を含むコンクリート組成物であって、単位セメント量が４００〜６００kg/m3 であり、フライアッシュ／高炉スラグ粉末の重量比を７０：３０〜９５：５とすると共に、フライアッシュと高炉スラグ粉末の合計量を骨材体積の１０％以上とすること（請求項１）、セメント、骨材、フライアッシュ、高炉スラグ粉末、及び水を含むコンクリート組成物であって、単位セメント量が４００〜６００kg/m3 であり、フライアッシュ／高炉スラグ粉末の重量比を７０：３０〜９５：５とすると共に、フライアッシュと高炉スラグ粉末の合計量を骨材中に占める細骨材体積の３０体積％以上とすること（請求項２）、を特徴とする。以下、この発明を詳しく説明する。
【０００６】
【発明の実施の形態】
この発明で使用するセメントは、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いずれも使用できるが、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を使用する。セメントの使用量は、後述するフライアッシュの使用量と併せて決定されるが、コンクリート中の単位セメント量を４００〜６００kg/m3 の範囲とする。単位セメント量を４００〜６００kg/m3 とすることにより、圧縮強度が１０００kgf/cm2 以上の超高強度用コンクリート組成物とすることができる。又、セメント使用量が６００kg/m3を超えると、この発明の目的とするフライアッシュの大量使用において、コンクリートの練り混ぜが困難となり好ましくない。
【０００７】
次に、フライアッシュは、ＪＩＳで規定されるフライアッシュは無論、通常原粉と称される粗粒分も含んだフライアッシュ、及びシンダーアッシュをも含めた、いわゆる広い意味での石炭灰全般を使用することができる。フライアッシュは、この一部に高炉スラグ粉末を加えて、後述する骨材の少なくとも１０体積％以上、好ましくは、骨材中に占める細骨材体積の３０％以上、さらに好ましくは、骨材中に占める細骨材体積の４５％以上として使用する。すなわち、コンクリート中の骨材に対するフライアッシュと高炉スラグ粉末の割合を増加することにより、コンクリートの初期強度及び長期強度を増大させることができるもので、これが骨材体積の１０％、あるいは骨材中に占める細骨材体積の３０％を下回ると、強度発現性が悪くなる。
【０００８】
高炉スラグ粉末は、ブレーン比表面積４０００cm2/g 以上、好ましくは６０００cm2/g 以上とし、これをフライアッシュの一部に加えることにより、前記骨材に対する置換量を増大させることができ、従来の限界量を大幅に越えるフライアッシュの使用を可能にすると共に、従来、粒度バランスが悪く、粗粒率がコンクリート用骨材として適切でない細骨材の使用をも可能にし、しかもセメント自体の水和を促進し、強度増大を図ることができる。
【０００９】
フライアッシュと高炉スラグ粉末の混合比は、重量割合で７０：３０〜９５：５とする。フライアッシュが７０重量部を下回ると、この発明の目的とするフライアッシュの大量使用の趣旨にそぐわなく、しかも、コスト高となる。また、これが９５重量部を越えると、高炉スラグ粉末の前述した混合効果が低く好ましくない。また、前述したように、フライアッシュと高炉スラグ粉末の合計量は、骨材体積の１０％以上、好ましくは、骨材中に占める細骨材体積の３０％以上とするが、単位セメント量、単位フライアッシュ量、及び単位高炉スラグ粉末量の合計は、７５０kg/m3 以下とする。これが７５０kg/m3 を越えると、コンクリートの流動性が失われ、練り混ぜが困難となり好ましくない。
【００１０】
次に骨材は、通常のコンクリートに使用されている砂、砂利、砕石等の普通骨材、及びフライアッシュ、抗火石、膨張頁岩などを主原料とした人工骨材が、各種骨材の種類を問う事なく利用可能であるが、骨材中、特に細骨材の粒度分布がバランス悪く、通常のコンクリート用骨材としては適切でないとされるものについても、前述した高炉スラグ粉末を一部加えたフライアッシュの大量使用とこれに伴うコンクリートの適性配合によって、コンクリートの流動性を確保し、この発明の骨材として好適に使用できるものである。
【００１１】
また、さらに、人工骨材の使用は、この発明において好ましいものであり、軽量でありながら、普通コンクリート以上の高強度を発現し、軽量スラブをはじめとする各種用途に軽量高強度コンクリート組成物として使用することができる。人工骨材としては、抗火石を主原料とした超軽量タイプ、フライアッシュや膨張頁岩を主原料とした軽量タイプ、及びフライアッシュを主原料とした重質タイプなどいずれも使用可能で、市販の人工骨材や、特開昭５８−１４０３６５号等、各種の人工骨材を使用することができる。
【００１２】
このような人工骨材にあって、本出願人が特願平６−５９３４０号として提案した人工骨材は、発泡軽量化した骨材ではなく、絶乾比重が１．８〜２．２の密実な人工骨材であり、この発明において、特に好適に使用できるものであり、コンクリートの単位容積重量が１．９〜２．２kg/l程度の軽量で極めて高強度のコンクリートを得ることができる。この骨材は、フライアッシュに必要に応じて石灰石粉末（炭カル）を加えて成分調整し、所定量のベントナイト及び水を添加して造粒し、この造粒物の発泡領域を避け、緻密化する温度領域で焼成ことにより、ほぼ球形の実積率が６０％以上であり、吸水率が３．０％以下で圧縮強度が４００ｋｇ／ｃｍ2 以上の高密度フライアッシュ質人工骨材としたものである。
【００１３】
次に、この発明は高性能減水剤を併用することにより、単位水量の増加に起因する初期強度の低下、乾燥収縮の増大等の欠点を排除できるばかりか、高炉スラグ粉末を一部加えたフライアッシュのコンクリートへの大量混合を達成することができ、さらに、フライアッシュの大量混合によっても初期・長期強度発現の良好なコンクリートの製造を実現できる。
【００１４】
高性能減水剤としては、従来よりコンクリート用混和剤として用いられている、例えば、アルキリアリル系、ナフタリン系、メラミン系、トリアジン系の化学組成を有するものであればいずれも使用できるが、望ましくは、ポリカルボン酸塩系の混和剤が良好である。もちろん、空気連行性能を有する高性能ＡＥ減水剤の適用も可能である。この種の混和剤として、市販品にはレオビルドＳＰ−８Ｓ（エヌ・エム・ビー社製、商品名）、マイティー２０００ＷＨＳ（花王社製、商品名）、チューポールＨＰ−１１（竹本油脂社製、商品名）等を挙げることができる。コンクリート１ｍ3 当たりの単位セメント量を所定量に保持しつつ、前記フライアッシュと高炉スラグ粉末量を増加していくと、コンクリート中の微粉体の占める体積が増大し、コンクリートの流動性が損なわれるが、上記高性能減水剤の添加量を適切に調整することにより、コンクリートに所定の軟度（スランプ値）を得ることができる。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、フライアッシュ、高炉スラグ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、０．１〜１０重量％添加する。これが０．１重量％未満では減水効果が実質上無く、またこれを１０重量％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。
【００１５】
本発明において空気連行剤は、従来よりコンクリート用空気連行剤として用いられている、例えばノニオン系、アニオン系、オキシエチレン系、高級脂肪酸塩系、天然樹脂酸塩系の化学組成を有するものはいずれも使用できる。例えば、アルキルカルボン酸化合物を主成分とするＡＥ−７７５Ｓ（エヌ・エム・ビー社製、商品名）、天然樹脂酸系のヴィンソル（山宗化学社製、商品名）、アルキルフェノール系のシーカＡＥＲ（日本シーカ社製、商品名）等を挙げることができる。本発明においては、前述した超硬強度コンクリート配合の場合を除いて、上記空気連行剤の添加割合を調整して、コンクリートの空気連行量を４．５〜５．５％に調整することが望ましい。
【００１６】
尚、以上説明した配合成分のほかに、この発明は、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、鋼等も使用できる。
【００１７】
また、前記各成分の混合及び混練方法に制限は無く、均一に混合混練できれば良く、配合成分の添加順序にも特に制限されるものではない。さらに、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、これらの組合わせを行ってより高強度コンクリート硬化体とすることができる。
【００１８】
上述したように本発明に係わるコンクリートは、フライアッシュに高炉スラグ粉末を併用すると共に、コンクリート配合を適切に調整することにより、コンクリートのワーカビリティに優れ、しかもセメント自体の水和を促進し、コンクリートの初期強度をさらに増大させる一方、長期強度発現も良好なコンクリートとするもので、フライアッシュを大量使用を可能にする。
【００１９】
【実施例】
下記に示す材料、及び表１に示すコンクリートの配合によってコンクリートを調整し、ＪＩＳ  Ａ  １１０８に準拠して圧縮強度を測定した。養生は２０℃水中養生とした。尚、フライアッシュ質粗骨材は、平均粒径１５μのフライアッシュに成分調整剤としてブレーン比表面積５０００ｃｍ2 ／ｇの炭カル１０重量％を加えた混合物に、ベントナイト５重量部、及び適量の水を添加して直径５〜２０ｍｍに造粒した造粒物をロータリキルンで焼成して調整したものである。結果を表１に併せて示す。
【００２０】
0003662049.tif 000002
【００２１】
【表１】
0003662049.tif 000003
【００２２】
【発明の効果】
本発明により、初期並びに長期において強度発現性の良好なコンクリートを得ることができ、かつ産業副産品であるフライアッシュの大量有効活用を図ることができる。