(57)【要約】【課題】本発明は、流動性に優れ、混練時間が短く、かつ超高強度発現性を有するモルタルおよびコンクリート用のセメント組成物を提供する。【解決手段】本発明は、ポルトランドセメント６５〜９０質量％、シリカフューム５〜１５質量％、および、石灰石微粉末５〜２０質量％を含むセメント組成物であって、前記シリカフュームのＢＥＴ比表面積は５〜１８ｍ２／ｇであり、前記石灰石微粉末の粒度分布は、粒径１０μｍ以下の粒子が９９体積％以上、粒径５μｍ以下の粒子が９５体積％以上、粒径２μｍ以下の粒子が７０〜９３体積％、粒径１μｍ以下の粒子が２７〜５０体積％、および、粒径０．５μｍ以下の粒子が１５体積％以下であるセメント組成物を提供する。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポルトランドセメント６５〜９０質量％、シリカフューム５〜１５質量％、および、石灰石微粉末５〜２０質量％を含むセメント組成物であって、
前記シリカフュームのＢＥＴ比表面積は５〜１８ｍ２／ｇであり、
前記石灰石微粉末の粒度分布は、粒径１０μｍ以下の粒子が９９体積％以上、粒径５μｍ以下の粒子が９５体積％以上、粒径２μｍ以下の粒子が７０〜９３体積％、粒径１μｍ以下の粒子が２７〜５０体積％、および、粒径０．５μｍ以下の粒子が１５体積％以下であるセメント組成物。
【請求項２】
前記ポルトランドセメントが、中庸熱ポルトランドセメントおよび／または低熱ポルトランドセメントである、請求項１に記載のセメント組成物。
【請求項３】
前記石灰石微粉末の粒度が０．１〜１２．０μｍである、請求項１または２に記載のセメント組成物。
【請求項４】
前記石灰石微粉末の５０％累積粒径が１．０〜１．３μｍである、請求項１〜３のいずれか１項に記載のセメント組成物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流動性に優れ、混練時間が短く、かつ超高強度発現性を有するモルタルおよびコンクリート用のセメント組成物に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、高層建築物に用いられている高強度コンクリートは、一般にシリカフュームと高性能減水剤（高性能ＡＥ減水剤を含む。）を含有し、その設計基準強度はコンクリート標準示方書の規定では６０〜１００Ｎ／ｍｍ２程度、水セメント比は２０〜３０％程度である。そして、該コンクリートは、低水セメント比と、シリカフュームのポゾラン反応およびマイクロフィラー効果等により、セメントペーストが緻密化して骨材との界面組織が強化され、高強度が発現するとされている。
しかし、シリカフュームを含む高強度コンクリートは粘性が高く流動性が低いため、混練時に空気を巻き込むと脱気されにくく、かえって強度が低下する場合があり、また、一般のコンクリートと比べて混練時間を延長する必要がある。そこで、流動性を上げるため高性能減水剤を増やすと、今度はコンクリートの凝結遅延や材料分離が起こり易くなる。このように、従来の高強度コンクリートでは、施工に必要な流動性を確保しつつ強度を高めることが容易ではなく、高性能減水剤やシリカフューム等の配合量の調節だけでは、強度と流動性がともに高いコンクリートを安定的に製造することは難しい。
【０００３】
かかる状況を受けて、石灰石微粉末を含むセメント組成物が提案されている。
たとえば、特許文献１では、ポルトランドセメント５０〜９２重量部、シリカフューム５〜２５重量部及び石灰石微粉末３〜２５重量部を合計で１００重量部含んでなるセメント組成物であって、該石灰石微粉末は、粒径２０μｍ以下の粒子が９０％以上、粒径１０μｍ以下の粒子が６５％以上、粒径５μｍ以下の粒子が４０〜９０％、粒径１μｍ以下の粒子が２５％以下である粒度分布を持つセメント組成物が提案されている。また、特許文献２では、前記ポルトランドセメントに代えて高ビーライト系ポルトランドセメントを用いた以外は、前記と同じセメント組成物が提案されている。そして、これらのセメント組成物を用いたコンクリートの圧縮強度は、材齢２８日や９１日において１０００ｋｇｆ／ｃｍ２（１００Ｎ／ｍｍ２）程度、水セメント比は２２〜２５％程度である（特許文献１の段落００８２および段落００４９、特許文献２の段落００５３および段落００４７を参照）。
【０００４】
しかし、前記セメント組成物の出願から１８年を経た現在では、建築物の超高層化が進み、設計の自由度や快適な居住空間を確保するため部材のスリム化や長スパン化が進展した結果、コンクリートの設計基準強度は１５０Ｎ／ｍｍ２以上（以下「超高強度」という。）、水セメント比は１０〜１５％程度が求められている。
したがって、特許文献１や２に記載のセメント組成物では、前記のとおり、超高強度が得られないことから、流動性に優れ超高強度発現性を有するセメント組成物が望まれている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第３２３０３７８号公報
【特許文献２】特許第３２６７０９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
よって、本発明は、流動性に優れ、混練時間が短く、かつ超高強度発現性を有するモルタルおよびコンクリート用のセメント組成物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】
【０００７】
そこで、本発明者らは、前記目的にかなうセメント組成物を検討したところ、特許文献１および２に記載のシリカフュームよりも粒度が大きい（粗い）シリカフューム、および、特許文献１および２に記載の石灰石微粉末よりも粒度が小さく（細かく）かつ特定の粒度分布を有する石灰石微粉末とを含むセメント組成物は、モルタルおよびコンクリート（以下「コンクリート等」という。）に用いた場合、流動性に優れ超高強度発現性を有すること、および、コンクリート等の混練時間が短かいことを見い出し、本発明を完成させた。
【０００８】
すなわち、本発明は以下の構成を有するセメント組成物である。
［１］ポルトランドセメント６５〜９０質量％、シリカフューム５〜１５質量％、および、石灰石微粉末５〜２０質量％を含むセメント組成物であって、
前記シリカフュームのＢＥＴ比表面積は５〜１８ｍ２／ｇであり、
前記石灰石微粉末の粒度分布は、粒径１０μｍ以下の粒子が９９体積％以上、粒径５μｍ以下の粒子が９５体積％以上、粒径２μｍ以下の粒子が７０〜９３体積％、粒径１μｍ以下の粒子が２７〜５０体積％、および、粒径０．５μｍ以下の粒子が１５体積％以下であるセメント組成物。
［２］前記ポルトランドセメントが、中庸熱ポルトランドセメントおよび／または低熱ポルトランドセメントである、前記［１］に記載のセメント組成物。
［３］前記石灰石微粉末の粒度が０．１〜１２．０μｍである、前記［１］または［２］に記載のセメント組成物。
［４］前記石灰石微粉末の５０％累積粒径が１．０〜１．３μｍである、前記［１］〜［３］のいずれか１項に記載のセメント組成物。
【発明の効果】
【０００９】
本発明のセメント組成物を用いれば、流動性に優れ、超高強度発現性を有するコンクリート等を、短い混練時間で製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】供試体の養生における温度履歴を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明のセメント組成物は、前記のとおり、ポルトランドセメント、特定のＢＥＴ比表面積を有するシリカフューム、および、特定の粒度分布を有する石灰石微粉末を含むセメント組成物である。以下、本発明について前記の各成分に分けて詳細に説明する。
【００１２】
１．ポルトランドセメント
本発明のセメント組成物に用いるポルトランドセメントは、特に限定されず、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、および低熱ポルトランドセメント等から選ばれる１種以上が挙げられる。これらの中で、コンクリート等の流動性が高く水和発熱が低いなどの点から、好ましくは中庸熱ポルトランドセメントおよび／または低熱ポルトランドセメントである。
また、セメント組成物中のポルトランドセメントの含有率は６５〜９０質量％であり、好ましくは７２〜８８質量％、より好ましくは７５〜８５質量％である。該値が６５質量％未満ではコンクリート等の強度発現性が低下し、９０質量％を超えるとコンクリート等の流動性が低下する。
【００１３】
２．シリカフューム
本発明のセメント組成物に用いるシリカフュームのＢＥＴ比表面積は５〜１８ｍ２／ｇである。該値がこの範囲を外れると、コンクリート等の流動性が低下する場合がある。また、前記ＢＥＴ比表面積は、入手の容易性やコスト等の点から、好ましくは１２〜１７ｍ２／ｇ、より好ましくは１３〜１７ｍ２／ｇである。
また、セメント組成物中のシリカフュームの含有率は５〜１５質量％であり、好ましくは７〜１３質量％、より好ましくは８〜１２質量％である。該値が５〜１５質量％を外れるとコンクリート等の流動性が低下する場合がある。
【００１４】
３．石灰石微粉末
本発明のセメント組成物に用いる石灰石微粉末の粒度分布は、粒径１０μｍ以下の粒子が９９体積％以上、粒径５μｍ以下の粒子が９５体積％以上、粒径２μｍ以下の粒子が７０〜９３体積％、粒径１μｍ以下の粒子が２７〜５０体積％、および、粒径０．５μｍ以下の粒子が１５体積％以下である。該粒度分布が前記範囲において、コンクリート等の流動性が向上するとともに、コンクリート等の混練時間を短縮することができる。
前記石灰石微粉末の粒度分布は、好ましくは粒径１０μｍ以下の粒子が９９体積％以上、粒径５μｍ以下の粒子が９７体積％以上、粒径２μｍ以下の粒子が７３〜９２体積％、粒径１μｍ以下の粒子が３０〜４８体積％、および、粒径０．５μｍ以下の粒子が１３体積％以下であり、より好ましくは粒径５μｍ以下の粒子が９８体積％以上、粒径２μｍ以下の粒子が７５〜９１体積％、粒径１μｍ以下の粒子が３３〜４６体積％、および、粒径０．５μｍ以下の粒子が１１体積％以下である。これらの石灰石微粉末は、ボールミル等により石灰石を粉砕して分級することにより得られる。前記粒度や後記５０％累積粒径は、レーザー回折・散乱式粒子径・粒度分布測定装置等により測定することができる。
【００１５】
本発明のセメント組成物に用いる石灰石微粉末の粒度は、コンクリート等の流動性や強度発現性から、好ましくは０．１〜１２μｍ、より好ましくは０．１５〜１０μｍ、さらに好ましくは０．２〜８μｍである。
また、上記石灰石微粉末の５０％累積粒径は、コンクリート等の流動性、混練時間、および強度発現性の観点から、好ましくは１．０〜１．３μｍ、より好ましくは１．０５〜１．２５μｍ、さらに好ましくは１．１〜１．２μｍである。なお、前記５０％累積粒径は、細かい粒子の側をゼロとした右上がりの累積分布において累積体積が５０％となる粒径（ｄ５０）である。
さらに、本発明のセメント組成物に用いる石灰石微粉末は、コンクリート等の流動性、混練時間、および強度発現性の観点から、粒度が０．１〜１２μｍの範囲内に粒度分布のピークが２つ以上存在することが好ましい。
また、セメント組成物中の石灰石微粉末の含有率は５〜２０質量％であり、好ましくは６〜１５質量％、より好ましくは８〜１３質量％である。該値が５〜２０質量％を外れるとコンクリート等の流動性が低下する場合がある。
【００１６】
４．その他の任意の成分
本発明のセメント組成物は前記の必須の成分のほかに、任意の成分としてさらに高炉スラグ、製鋼スラグ、フライアッシュ、石炭灰、シリカ粉末等をセメント組成物の物性を損なわない範囲で含んでもよい。
【００１７】
５．セメント組成物の製造方法
本発明のセメント組成物の製造方法は、特に限定されず、たとえば、（１）ポルトランドセメント、シリカフュームおよび石灰石微粉末を、それぞれ計量して混合する方法や、（２）ポルトランドセメントクリンカ、石膏およびシリカフュームを混合して粉砕した後に、石灰石微粉末を添加して混合する方法等が挙げられる。これらの方法により製造したセメント組成物（プレミックス品）は、コンクリート等の混練に用いると、混練時間を短縮でき混練作業が容易になるため好適である。
【実施例】
【００１８】
以下、本発明を実施例により具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されない。
１．使用材料
（１）中庸熱ポルトランドセメント（Ｍ）
表乾比重は３．２１、太平洋セメント社製である。
（２）シリカフューム（ＳＦ１）
表乾比重は２．２５、ＢＥＴ比表面積は１４ｍ２／ｇ、エルケム社製である。
（３）シリカフューム（ＳＦ２）
表乾比重は２．２５、ＢＥＴ比表面積は２０ｍ２／ｇ、エルケム社製である。
（４）石灰石微粉末（ＬＰ１）
粒度分布は、粒径１０μｍ以下の粒子が１００体積％、粒径５μｍ以下の粒子が９９．５体積％、粒径２μｍ以下の粒子が８３体積％、粒径１μｍ以下の粒子が４３体積％、および、粒径０．５μｍ以下の粒子が８体積％である。
また、５０％累積粒径は１．１５μｍ、比表面積は３２０００ｃｍ２／ｇ、商品名はソフトン３２００、備北粉化工業社製である。
（５）石灰石微粉末（ＬＰ２）
ＬＰ２は、特許文献１および２の実施例に用いられた石灰石微粉末に相当する。
粒度分布は、粒径２０μｍ以下の粒子が９６体積％、粒径１０μｍ以下の粒子が７４体積％、粒径５μｍ以下の粒子が４８体積％、および、粒径１μｍ以下の粒子が６体積％である。
また、５０％累積粒径は５．２μｍ、比表面積は１００００ｃｍ２／ｇ、商品名はソフトン１０００、備北粉化工業社製である。
（６）石灰石微粉末（ＬＰ３）
粒度分布は、粒径２０μｍ以下の粒子が４５体積％、粒径１０μｍ以下の粒子が２１体積％、粒径５μｍ以下の粒子が１４体積％、および、粒径１μｍ以下の粒子が２体積％である。
また、５０％累積粒径は２５μｍ、比表面積は４０００ｃｍ２／ｇ、品番はＢＦ２００、備北粉化工業社製である。
なお、前記ＬＰ１〜３は石灰石を乾式で粉砕し分級して調製したもので、表乾比重はすべて２．７１である。
（７）細骨材（Ｓ）
静岡県掛川市産の山砂、表乾比重は２．５６である。
（８）高性能減水剤（ＳＰ）
商品名はレオビルドＳＰ８ＨＵ（登録商標）、ＢＡＳＦジャパン社製である。
（９）空気量調整剤
商品名はマイクロエア４０４（登録商標）、ＢＡＳＦジャパン社製である。
（１０）水（Ｗ）
水道水である。
【００１９】
２．試験方法
（１）モルタルの調製
表１および表２の配合に従い計量した各材料を、容量が５リットルのホバートミキサーに入れて３０秒間空練りした後、注水して５分間混練した。ただし、混練が不十分（フロー値が２００ｍｍ以下）である場合は、最長で注水後１０分間混練した。表２に注水後の混練時間を示す。
（２）流動性の測定
前記混練後、直ちに前記モルタルをＪＩＳ  Ｒ  ５２０１に規定するフローコーンに詰めて該コーンを真上に取り去り、そのまま１８０秒静置して、流動した後のモルタルの長さを測定した。
（３）圧縮強度の測定
前記モルタルを内径５ｃｍ、長さ１０ｃｍの型枠に入れて、図１に示す温度履歴の下で養生して供試体を作製した。そして、該供試体の材齢７日における圧縮強度をＪＩＳ  Ａ  １１０８に準じて測定した。
以上の測定結果を表２に示す。
【００２０】
【表１】
2014088294.tif 000002
【００２１】
【表２】
2014088294.tif 000003
【００２２】
表２から以下のことがいえる。
（１）混練時間と流動性
実施例１〜６は混練時間５分でフロー値が２７５〜２８６ｍｍと高く、短い混練時間で高い流動性が発現する。
これに対し、比較例１、２、７は混練時間を１０分に延長しても、フロー値はそれぞれ１０４ｍｍ、１９０ｍｍ、２１０ｍｍと極めて低い。また、比較例５、６、８は混練時間をそれぞれ８分、９分、９分に延長しても、フロー値はそれぞれ２５５ｍｍ、２３９ｍｍ、２２５ｍｍと低く前記実施例が示す程の流動性は得られない。比較例４も混練時間５分ではフロー値が２０４ｍｍと低い。
（２）圧縮強度
圧縮強度は、比較例３では１７７ｍｍであるのに対し、実施例１〜６では２０１〜２０９Ｎ／ｍｍ２であるから、本発明のセメント組成物は強度発現性が高い。ちなみに、実施例１〜６のモルタルの圧縮強度である２０１〜２０９Ｎ／ｍｍ２は、同一配合のモルタル部分を有するコンクリートに換算すると１５０Ｎ／ｍｍ２程度以上に相当する。
なお、比較例３はフロー値が２８０ｍｍと大きいが、圧縮強度は１７７Ｎ／ｍｍ２と低いため超高層建築物の用途には適さない。
以上の結果から、本発明のセメント組成物を用いたコンクリート等は、流動性に優れ、混練時間が短く、かつ超高強度発現性を有することがわかる。
【図１】
2014088294.tif 000004