(57)【要約】【課題】温度依存性が少ない膨張材、即ち、１０〜３０℃において使用しても混和したコンクリートの膨張率が安定し且つ膨張材無添加のコンクリートに比べて強度低下が起こり難い膨張材を提供すること。また、１０〜３０℃において使用しても膨張率が安定し且つ膨張材無添加のコンクリートに比べて強度低下が起こり難い膨張コンクリートを提供すること。【手段】特定粒度の遊離生石灰を含有する膨張性焼成物を含有する膨張材。即ち、遊離生石灰を含有する膨張性焼成物を含有し、該膨張性焼成物が、１０μｍ以下の粒子の含有率（Ｌ１）、４０〜７０μｍの粒子の含有率（Ｍ１）、７０〜１００μｍの粒子の含有率（Ｍ２）及び１００〜１５０μｍの粒子の含有率（Ｈ１）がそれぞれ特定の範囲である膨張材。また、これらの何れかの膨張材、セメント、骨材及び水を含有する膨張コンクリート。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
遊離生石灰を含有する膨張性焼成物を含有し、、該膨張性焼成物が、１０μｍ以下の粒子の含有率が１０〜３０％、４０〜７０μｍの粒子の含有率が１９〜３０％、７０〜１００μｍの粒子の含有率が８〜２５％、１００〜１５０μｍの粒子の含有率が５〜１５％である膨張材。
【請求項２】
更に、１０μｍ以下の粒子の含有率をＬ１、４０〜７０μｍの粒子の含有率をＭ１、７０〜１００μｍの粒子の含有率Ｍ２および１００〜１５０μｍの粒子の含有率Ｈ１が、下記式（１）及び式（２）を充足する請求項１記載の膨張材。
１．０≦Ｍ１／Ｌ１≦１．５    ・・・・（１）
０．８≦Ｍ２／Ｈ１≦２．５    ・・・・（２）
【請求項３】
請求項１又は２記載の膨張材、セメント、骨材及び水を含有する膨張コンクリート。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、膨張材に関する。より詳しくは、温度依存性が少なく、１０〜３０℃において使用しても混和したコンクリートの膨張率が安定し且つ膨張材無添加のコンクリートに比べて強度低下が起こり難い、膨張材が得られる。
【背景技術】
【０００２】
コンクリートは、硬化後にセメントの水和反応や表面からの蒸発により、内部の水分が減少すると収縮が起こる。収縮による応力が大きくなるとひび割れが発生する。コンクリート構造物の多くはその内部に鉄筋や鉄骨等の鋼材を内在する。このような鋼材を内在するコンクリート構造物にひび割れが発生し、ひび割れが鋼材付近まで達すると、コンクリート構造物が劣化し易くなる。このため、コンクリートに膨張材を混和することで予め膨張させ、収縮により発生する応力を小さくすることでひび割れの発生を防ぐことが広く行われている。このようにコンクリートに使用される膨張材として、石灰系膨張材がある。この石灰系膨張材は、生石灰又はＣａＯ結晶（フリーライム）を主要成分とする焼成物を粒度調整されたものである（例えば特許文献１参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−１３１４８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、膨張材の反応は、セメントの水和反応と同様に温度依存性があるため、既往の技術では温度が異なるとコンクリートの膨張に過不足が生じる虞、又は圧縮強度が不足する虞がある。このため、温度依存性が少ない膨張材が望まれていた。
【０００５】
本発明は、温度依存性が少ない膨張材、即ち、１０〜３０℃において使用しても混和したコンクリートの膨張率が安定し且つ膨張材無添加のコンクリートに比べて強度低下が起こり難い膨張材を提供することを目的とする。また、本発明は、１０〜３０℃において使用しても膨張率が安定し且つ膨張材無添加のコンクリートに比べて強度低下が起こり難い膨張コンクリート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】
【０００６】
本発明者は、前記課題解決のため鋭意検討した結果、本発明は、特定粒度の遊離生石灰を含有する膨張性焼成物を含有することにより、前記課題を解決することを見出し本発明を完成させた。本発明は、以下の（１）又は（２）で表す膨張材、並びに（３）で表す膨張コンクリートである。
（１）遊離生石灰を含有する膨張性焼成物を含有し、該膨張性焼成物が、１０μｍ以下の粒子の含有率が１０〜３０％、４０〜７０μｍの粒子の含有率が１９〜３０％、７０〜１００μｍの粒子の含有率が８〜２５％、１００〜１５０μｍの粒子の含有率が５〜１５％である膨張材。
（２）更に、１０μｍ以下の粒子の含有率をＬ１、４０〜７０μｍの粒子の含有率をＭ１、７０〜１００μｍの粒子の含有率Ｍ２および１００〜１５０μｍの粒子の含有率Ｈ１が、下記式（１）及び式（２）を充足する上記（１）の膨張材。
１．０≦Ｍ１／Ｌ１≦１．５    ・・・・（１）
０．８≦Ｍ２／Ｈ１≦２．５    ・・・・（２）
（３）上記（１）又は（２）の膨張材、セメント、骨材及び水を含有する膨張コンクリート。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、温度依存性が少ない膨張材が得られる。即ち、１０〜３０℃において使用しても混和したコンクリートの膨張率が安定し且つ膨張材無添加のコンクリートに比べて強度低下が起こり難い膨張材が得られる。本発明によれば、１０〜３０℃において使用しても混和したコンクリートの拘束膨張率が１５０〜２５０μと土木学会基準の収縮補償用コンクリートの拘束膨張率を満足するという優れた膨張性能を発現し、且つ膨張材無添加のコンクリートに対する材齢２８日における圧縮強度比が０．９５以上と強度低下が起こり難い膨張材が得られる。また、本発明によれば、２０℃におけるコンクリートの拘束膨張率に対する１０〜３０℃におけるコンクリートの拘束膨張率の変化率が±１０％以内の範囲である、混和したコンクリートの膨張率が安定している膨張材が得られる。
【０００８】
本発明によれば、温度依存性が少ない膨張コンクリートが得られる。即ち、１０〜３０℃において使用しても膨張率が安定し且つ膨張材無添加のコンクリートに比べて強度低下が起こり難い膨張コンクリートが得られる。本発明によれば、１０〜３０℃において使用してもコンクリートの拘束膨張率が１５０〜２５０μと土木学会基準の収縮補償用コンクリートの拘束膨張率を満足するという優れた膨張性能を発現し、且つ膨張材無添加のコンクリートに対する材齢２８日における圧縮強度比が０．９５以上と強度低下が起こり難い膨張コンクリートが得られる。また、本発明によれば、２０℃におけるコンクリートの拘束膨張率に対する１０〜３０℃におけるコンクリートの拘束膨張率の変化率が±１０％以内の範囲である、拘束膨張率が安定している膨張コンクリートが得られる。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本発明の膨張材は、遊離生石灰を含有する膨張性焼成物を含有し、該膨張性焼成物が、１０μｍ以下の粒子の含有率（Ｌ１）が１０〜３０％、４０〜７０μｍの粒子の含有率（Ｍ１）が１９〜３０％、７０〜１００μｍの粒子の含有率（Ｍ２）が８〜２５％、１００〜１５０μｍの粒子の含有率（Ｈ１）が５〜１５％である。含有率の％は、何れも質量％である。Ｌ１、Ｍ１、Ｍ２又はＨ１の何れかがこれらの範囲から外れると、１０〜３０℃の何れかの温度での使用において、混和したコンクリートの拘束膨張率が１５０〜２５０μから外れる虞、或いは且つ膨張材無添加のコンクリートに対する材齢２８日における圧縮強度比が０．９未満となる虞がある。但し、１０℃についての拘束膨張率は材齢１４日の値で、２０〜３０℃は材齢７日の値である。好ましい粒度範囲は、Ｌ１が１５〜２５％、Ｍ１が１９〜３０％、Ｍ２が８〜２４％、Ｈ１が５〜１５％とする。更に、Ｌ１に対するＭ１の比（Ｍ１／Ｌ１）が１．０〜１．５且つＨ１に対するＭ２の比（Ｍ２／Ｈ１）が０．８〜２．５であると、２０℃におけるコンクリートの拘束膨張率に対する１０〜３０℃におけるコンクリートの拘束膨張率の変化率が、２０℃におけるコンクリートの拘束膨張率に対し１０％以内の範囲と、混和したコンクリートの膨張率が安定していることからより好ましい。また、１５０μｍを超える粒子の含有率（Ｈ２）が３％未満であること、硬化コンクリートの表面に膨張材の水和により生じた消石灰による斑点や膨らみが目視で分かり難いことから好ましい。なお、本発明において、２０℃におけるコンクリートの拘束膨張率（ＥＸ２０℃）に対するＴ℃におけるコンクリートの拘束膨張率（ＥＸＴ℃）の変化率（ＲＥＸ）は、次式（３）により求められるものである。
ＲＥＸ＝（ＥＸＴ℃−ＥＸ２０℃）÷ＥＸ２０℃×１００    （％）    ・・・・・  （３）
【００１０】
Ｌ１、Ｍ１、Ｍ２及びＨ１は、各粒度範囲に応じた目開きの篩を用いた減圧吸引式乾式篩い分け装置（エアージェットシーブ）による篩い分け試験により求めることができる。例えば、Ｌ１であれば目開き１０μｍの篩を用い、Ｍ１であれば目開き４０μｍ及び７０μｍの篩を用い、Ｍ２であれば目開き７０μｍ及び１００μｍの篩を用い、Ｈ１であれば目開き１００μｍ及び１５０μｍの篩を用い、エアージェットシーブによる篩い分け試験により、各篩を用いたときの残量率を求め、Ｌ１、Ｍ１、Ｍ２及びＨ１を算出する。
【００１１】
本発明における遊離生石灰（ＣａＯ）を含有する膨張性焼成物は、炭酸カルシウム、消石灰、生石灰等のカルシウム質原料を含む焼成原料を焼成することにより得られる焼成物である。焼成原料には、カルシウム質原料以外に、シリカ質原料、アルミナ質原料、酸化鉄原料等を添加しても良い。シリカ質原料としては例えば珪藻土，珪石粉，シリフューム，フライアッシュ，高炉スラグ，バンド頁岩，銅スラグ，粘土鉱物等が挙げられ、アルミナ質原料としては例えばボーキサイト，アルミナ，フライアッシュ，高炉スラグ，アルミ灰，アルミドロス，バンド頁岩，粘土鉱物等が挙げられ、酸化鉄原料としては例えば酸化鉄，鉄鉱石，銅スラグ，製鋼スラグ等が挙げられる。焼成原料を焼成するときの焼成温度は１１００〜１５００℃とすることが好ましく、より好ましくは１２００〜１３５０℃とする。焼成温度が１１００℃より低いと焼結性が低く、遊離生石灰の結晶も充分に成長しないため良好な膨張性能が得られ難い。また、焼成温度が１５００℃を超えると、燃料消費量が増え、焼成コストが高まる上、過度に焼結性が高まり良好な膨張性能が得られ難い。また、焼成には、ロータリーキルンや電気炉等の温度調節可能な炉を用いることが好ましい。
【００１２】
遊離生石灰を含有する膨張性焼成物を上記粒度とするには、上記粒度となるように分級しながら粉砕する方法、分級により異なる粒度分布の粉末を２以上作製し上記粒度になるような調合割合で混合する方法、粉砕により異なる粒度分布の粉末を２以上作製し、上記粒度になるような調合割合で混合する方法等が好ましい例として挙げられる。粉砕、分級及び混合は、乾式、即ち粉末のまま行うことが、乾燥工程を必要としないことから好ましい。粉砕、分級及び混合は、機械を用いることが好ましい。粉砕には、例えば、ロッドミル、ボールミル、竪型ローラーミル、ハンマーミル、ジョークラッシャー、ジェットミル等の各種粉砕機を用いることができる。また、分級には、例えば、超音波篩を含む振動篩、回転篩（トロンメル）、エアセパレータ、遠心分離機等の各種分級機を用いることができる。また、混合には、Ｖ型混合機や可傾式コンクリートミキサ等の重力式ミキサ、ヘンシェル式ミキサ、リボンミキサ、パン型コンクリートミキサ、パグミル型ミキサ、ハンドミキサ等の各種混合機（ミキサ）を用いることができる。
【００１３】
本発明の膨張材には、本発明の効果を実質失わない範囲で、例えばモルタルやコンクリートに使用できる他の成分（混和材料）を含有するものであっても良い。このような成分として、具体的には、繊維、減水剤（分散剤、高性能減水剤、ＡＥ減水剤、高性能ＡＥ減水剤等を含む。）、収縮低減剤、シリカフュームやフライアッシュ等のポゾラン、高炉スラグ粉末、セメント、石膏、石灰石粉末等の石粉、凝結促進剤、凝結遅延剤、急結剤（材）、急硬剤（材）、増粘剤、保水剤、防錆剤、空気連行剤、消泡剤、起泡剤、防水材、撥水剤、白華防止剤、顔料、セメント用ポリマー、発泡剤、水中不分離性混和剤などが例示される。膨張コンクリートの強度が高いことから、ポゾラン、高炉スラグ粉末、セメント及び石膏から選ばれる１種又は２種以上が含まれることが好ましく、石膏を用いる場合は無水石膏が好ましい。
【００１４】
本発明の膨張コンクリートは、上記膨張材、セメント、骨材及び水を含有する。膨張材の配合量（単位膨張材量）は、２０±１０ｋｇ／ｍ３とすることが膨張率が安定し易く且つ張材無添加のコンクリートに比べて強度低下が起こり難いことから好ましく、より好ましくは２０±５ｋｇ／ｍ３とする。
【００１５】
本発明に使用するセメントは、水硬性セメントであればよく、例えば普通、早強、超早強、低熱及び中庸熱の各種ポルトランドセメント、エコセメント、並びにこれらのポルトランドセメント又はエコセメントに、フライアッシュ、高炉スラグ粉末、シリカフューム又は石灰石微粉末等を混合した各種混合セメント、太平洋セメント社製「スーパージェットセメント」（商品名）や住友大阪セメント社製「ジェットセメント」（商品名）等の超速硬セメント、アルミナセメント等が挙げられ、これらの一種又は二種以上を使用することができる。ワービリティを損ない難く可使時間が長く確保し易いことから、各種ポルトランドセメント、エコセメント及び各種混合セメントから選ばれる一種又は二種以上を使用することが好ましい。
【００１６】
本発明に使用する骨材としては、モルタルやコンクリートに使用可能な骨材であればよく、例えば、川砂、海砂、山砂、砕砂、人工細骨材、スラグ細骨材、再生細骨材、スラグ細骨材、珪砂、石粉、川砂利、陸砂利、砕石、人工粗骨材、再生粗骨材、スラグ粗骨材等が挙げられ、これらの一種又は二種以上の使用が可能である。一般的には規格ＪＩＳ  Ａ  ５００５「コンクリート用砕石及び砕砂」又はＪＩＳ  Ａ  ５３０８「レディーミクストコンクリート」の附属書１に規定される物理的性能を概ね備えたものであれば好ましく。これらの何れかの規格に適合する骨材がより好ましい。骨材の配合量は、１５００〜１９００ｋｇ／ｍ３が好ましく、さらに１６００〜１８００ｋｇ／ｍ３とすることが、ワーカービリティーの確保点で好ましい。
【００１７】
本発明に使用する水は、特に限定されるものではなく、混和材料に含まれる水を用いてもよい。水の配合量は、セメント１００質量部に対し、３０〜６５質量部とすることが好ましい。３０質量部未満ではコンクリートのコンシステンシー（スランプ）が小さくコンクリートにジャンカ等の充填不良が起こり易い、６５質量部を超えるとコンクリートが材料分離を起こす虞が高まる。コンクリートが充填不良になり難く且つ材料分離が起こる虞が低いことから、水の含有量は、セメント１００質量部に対し、３５〜６０質量部とすることがより好ましい。
【００１８】
本発明の膨張コンクリートは、本発明の効果を実質損なわない範囲で、モルタルやコンクリートに使用できる上記膨張材以外の一種又は二種以上の混和材料を併用することができる。このような混和材料としては、例えば有機繊維や金属繊維等の繊維、セメント分散剤（減水剤、高性能減水剤、ＡＥ減水剤、高性能ＡＥ減水剤、流動化剤等を含む。）、収縮低減剤、シリカフュームやフライアッシュ等のポゾラン、高炉スラグ粉末、凝結促進剤、凝結遅延剤、増粘剤、保水剤、防錆剤、空気連行剤、消泡剤、発泡剤、起泡剤、高強度混和材、防水材、撥水剤、白華防止剤、顔料、急結剤(材)、セメント用ポリマー、石膏、石灰石粉末等の石粉、水中不分離性混和剤などが挙げられる。
【００１９】
本発明の膨張コンクリートは、ミキサ等により混練し製造する。混練に用いる器具や混練装置も特に限定されないが、ミキサを用いることが量を多く混練できるので好ましい。用いることのできるミキサとしては連続式ミキサでもバッチ式ミキサでも良く、例えばパン型コンクリートミキサ、パグミル型コンクリートミキサ、重力式コンクリートミキサ、グラウトミキサ、ハンドミキサ、左官ミキサ等が挙げられる。また、材料を一度にミキサに入れ混練してもよく、また材料を２以上に分けて混練したものを合わせて更に混練し製造してもよい。
【実施例】
【００２０】
［実施例１］
珪石、バン土頁岩、酸化鉄、無水石膏及び工業用生石灰の混合物を１４００℃で、電気炉を用いて焼成した焼成物を粉砕し、遊離生石灰を５０質量％含有する膨張性焼成物を作製した。この膨張性焼成物に含まれる遊離生石灰以外の主な鉱物は、珪酸三石灰（３ＣａＯ・ＳｉＯ２）、無水石膏（ＣａＳＯ４）である。作製した膨張性焼成物をボールミルで粉砕後、目開き１０μｍ、４０μｍ、７０μｍ、１００μｍ及び１５０μｍの篩を用いて、減圧吸引式乾式篩い分け装置（エアージェットシーブ）による篩い分け（分級）を行った。分級した膨張性焼成物を表１に示した割合となるように調整し、この調整した膨張性焼成物８０質量部とII型無水石膏（ブレーン比表面積７０００ｃｍ２／ｇ）２０質量部を、混合することにより膨張材（Ｎｏ．１〜２３）を作製した。
【００２１】
【表１】
2014129210.tif 000002
【００２２】
作製した膨張材（Ｎｏ．１〜２３）を用いて膨張コンクリート（Ｎｏ．１〜２３）を作製した。また、同様に市販の膨張材を用いて膨張コンクリート（Ｎｏ．２４）を作製した。作製した膨張コンクリートは、水セメント比５０．０％、単位水量１６８ｋｇ／ｍ３、単位膨張材量２０ｋｇ／ｍ３、目標スランプ１５．０±２．０ｃｍ、目標空気量４．５±１．０％とした。環境温度及び材料温度は、１０℃、２０℃及び３０℃で膨張コンクリートを作製した。膨張コンクリートに用いた材料を表２に、膨張コンクリートの配合を表３に示した。また、コンクリートの練り混ぜは、固体の材料（セメント、骨材及び膨張材）をコンクリートミキサに投入後３０秒間混合（空練り）し、その後液体の材料（水、ＡＥ減水剤及びＡＥ助剤）をミキサ内に投入し、合計１２０秒間混合（本練り）した。本練りは、６０秒間混合後、一度ミキサを止めてミキサに付着したセメントを掻き落とした後、更に６０秒間混合することとした。
【００２３】
【表２】
2014129210.tif 000003
【００２４】
【表３】
2014129210.tif 000004
【００２５】
作製した膨張コンクリートの評価試験として、以下に示す通り、膨張率試験、圧縮強度試験および肌面評価試験を行った。試験結果を表４（膨張率試験結果）及び表５（圧縮強度試験結果及び肌面評価試験結果）に示した。
＜品質試験方法＞
・膨張率試験
ＪＩＳ  Ａ  ６２０２「コンクリート用膨張材」のＡ法に準じて試験を行い、拘束膨張率を求めた。また、２０℃におけるコンクリートの拘束膨張率（ＥＸ２０℃）に対するＴ℃におけるコンクリートの拘束膨張率（ＥＸＴ℃）の変化率（ＲＥＸ）を求めた。但し、１０℃におけるコンクリートの拘束膨張率（ＥＸ１０℃）は材齢１４日におけるもので、２０℃及び３０℃における拘束膨張率（ＥＸ２０℃及びＥＸ３０℃）は何れも材齢７日におけるものである。
・圧縮強度試験
ＪＩＳ  Ａ  １１８０「コンクリートの圧縮強度試験方法」に準拠して試験を行い、材齢２８日の圧縮強度を求め、膨張材を混和せずに膨張材の代わりに普通ポルトランドセメントを添加したコンクリートの圧縮強度に対する圧縮強度比を求めた。コンクリートは、材齢１日で脱型後、試験材齢まで各環境温度の水中で養生した。
・肌面評価試験
圧縮強度試験における供試体の表面を、目視と指触により、膨張材の水和により生じた消石灰による斑点や膨らみの有無を確認した。当該斑点や膨らみが見られたものを×、見られなかったものを○と評価した。
【００２６】
【表４】
2014129210.tif 000005
【００２７】
【表５】
2014129210.tif 000006
【００２８】
本発明の実施例に当たる膨張材（配合Ｎｏ．２〜４，６，７，９〜１１，１４〜１６，１８，１９，２２）を用いた膨張コンクリート（配合Ｎｏ．２〜４，６，７，９〜１１，１４〜１６，１８，１９，２２）は、何れも１０〜３０℃において使用してもコンクリートの拘束膨張率が１５０〜２５０μと土木学会基準の収縮補償用コンクリートの拘束膨張率を満足するという優れた膨張性能を発現し、且つ膨張材無添加のコンクリートに対する材齢２８日における圧縮強度比が０．９５以上と強度低下が起こらず、温度依存性が少なかった。また、これらの膨張コンクリートは、硬化コンクリートの表面に膨張材の水和により生じた消石灰による斑点や膨らみが目視で分からず、その表面（肌面）は滑らか（肌面評価は全て「○」）であった。
【００２９】
それに対し、本発明の実施例ではない膨張材（配合Ｎｏ．１，５，８，１２，１３，１７，２０，２１，２３，２４）を用いた膨張コンクリート（配合Ｎｏ．１，５，８，１２，１３，１７，２０，２１，２３，２４）は、１０℃，２０℃又は３０℃の少なくとも１水準において、コンクリートの拘束膨張率が１５０〜２５０μから外れた。また、その一部の配合の膨張コンクリート（配合Ｎｏ．８，１２，２０，２３）は、膨張材無添加のコンクリートに対する材齢２８日における圧縮強度比が０．９５未満で強度低下が大きかった。
【００３０】
また、上記式（１）及び式（２）を満たす、即ち、Ｌ１に対するＭ１の比（Ｍ１／Ｌ１）が１．０〜１．５且つＨ１に対するＭ２の比（Ｍ２／Ｈ１）が０．８〜２．５である膨張材（配合Ｎｏ．２，３，６，７，１０，１１，１４，１５，１８，１９，２２）を用いた膨張コンクリート（配合Ｎｏ．２，３，６，７，１０，１１，１４，１５，１８，１９，２２）は、何れも、２０℃におけるコンクリートの拘束膨張率（ＥＸ２０℃）に対する１０〜３０℃におけるコンクリートの拘束膨張率の変化率（ＲＥＸ）が±１０％以内の範囲と、膨張コンクリートの膨張率が安定していた。
【産業上の利用可能性】
【００３１】
本発明の膨張材及び膨張コンクリートは、鉄筋コンクリート製建物や鉄骨コンクリート製建物等の建築構造物、並びに、鉄筋コンクリート製道路床版や鉄筋コンクリート製橋脚等の土木構造物に使用することができる。