(57)【要約】【課題】  本発明は、ひび割れ低減型高炉セメント組成物及びその製造方法に関し、特に普通ポルトランドセメントに比べてひび割れが発生しやすいことが一般に知られている高炉セメント組成物のひび割れ発生を抑制して低減することができる、ひび割れ低減型高炉セメント組成物及びその製造方法を提供することである。【解決手段】  本発明のひび割れ低減型高炉セメント組成物は、高炉セメント中の酸化ナトリウム含有量が１〜２．４質量％である、高炉セメント組成物である。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
高炉セメント中の酸化ナトリウム含有量が１〜２．４質量％であることを特徴とする、ひび割れ低減型高炉セメント組成物。
【請求項２】
高炉セメントに対してナトリウム塩を添加配合して、高炉セメント中の酸化ナトリウム含有量が１〜２．４質量％となるように予め添加配合して調整することを特徴とする、ひび割れ低減型高炉セメント組成物の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ひび割れ低減型高炉セメント組成物及びその製造方法に関し、特に普通ポルトランドセメントに比べてひび割れが発生しやすいことが一般に知られている高炉セメント組成物のひび割れ発生を抑制して低減することができる、ひび割れ低減型高炉セメント組成物及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、産業廃棄物等の利用が重要となってきており、製鉄工程で派生する副産物である高炉スラグをセメント原料の一部に利用した高炉セメントが有効に利用されるようになっている。
高炉セメントは、高炉スラグの微粉末とセメントを混合したセメントであり、ＪＩＳ  Ｒ  ５２１１に規定されている。
【０００３】
高炉セメントを用いたコンクリートは、普通ポルトランドセメントを用いたコンクリートと比較して、アルカリ骨材反応が生じにくい、また化学抵抗性が高く耐塩性に優れているという利点を有するが、普通ポルトランドセメントを用いたコンクリートと比較して、ひび割れが発生しやすいという問題があることが一般に知られている。
コンクリート構造物のひび割れが発生する一因として、硬化した後にコンクリートの乾燥収縮が進行することが挙げられる。
【０００４】
高炉セメントを用いたコンクリートのひび割れを抑制する対策として、石膏の追加添加が有効であるが、その他に以下の提案がされている。
「高炉セメントコンクリートの引張応力下における変形性能に関する一考察」，第６５回セメント技術大会講演要旨ｐｐ１３６−１３７（２０１１）（非特許文献１）や、「高炉セメントモルタルの破壊エネルギー」，第６６回セメント技術大会講演要旨ｐｐ２１４−２１５（２０１２）（非特許文献２）には、高炉セメントを用いたコンクリートのひび割れ抵抗性を高めるため、例えば水中養生のような湿潤養生期間を延長することが有効であることが記載されている。
【０００５】
また、「低発熱・収縮抑制型高炉セメントを用いたコンクリートの特徴」，コンクリート工学年次論文集，Ｖｏｌ．２７，Ｎｏ．１，２００５（非特許文献３）や、「試作した高炉セメントを用いたコンクリートの耐久性」コンクリート工学年次論文集，Ｖｏｌ．３０，Ｎｏ．１，２００８（非特許文献４）には、高炉セメントの比表面積を小さくしたり、更には、ＳＯ３量を増やすことで、高炉セメントを用いたコンクリートのひび割れ抵抗性は向上させることが記載されている。
【０００６】
さらに、特許第４８２２４９８号公報（特許文献１）には、膨張材、ひび割れ収縮低減剤、アルカリ金属塩を混合したセメント混和剤を使用することによりセメント硬化体のひび割れが低減することが、特開２０１１−１０２２０１号公報（特許文献２）や特開２０１１−１０２２０２号公報（特許文献３）には、高炉セメントを用いたコンクリートに収縮低減剤を添加することが開示されている。
【０００７】
しかし、水中養生のような湿潤養生期間を延長して長期にすることは、工期の問題から限界がある。
また、セメントの比表面積を小さくすると、コンクリートの初期強度が低下してしまう。
膨張材と収縮低減剤を併用することはひび割れ抵抗性向上に有効であるが、これらの材料の併用はコンクリートのコストを上昇させ、望ましくない。
さらに、アルカリ金属塩の添加はコンクリートのアルカリ総量を増加させるため、アルカリ骨材反応の危険性が高まる等の問題点がある。
また、市販の収縮低減剤は消泡作用、空気連行作用を有するものが混在しており、空気量の管理が煩雑となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特許第４８２２４９８号公報
【特許文献２】特開２０１１−１０２２０１号公報
【特許文献３】特開２０１１−１０２２０２号公報
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】「高炉セメントコンクリートの引張応力下における変形性能に関する一考察」、第６５回セメント技術大会講演要旨ｐｐ１３６−１３７（２０１１）
【非特許文献２】「高炉セメントモルタルの破壊エネルギー」，第６６回セメント技術大会講演要旨ｐｐ２１４−２１５（２０１２）
【非特許文献３】「低発熱・収縮抑制型高炉セメントを用いたコンクリートの特徴」，コンクリート工学年次論文集，Ｖｏｌ．２７，Ｎｏ．１，２００５
【非特許文献４】「試作した高炉セメントを用いたコンクリートの耐久性」コンクリート工学年次論文集，Ｖｏｌ．３０，Ｎｏ．１，２００８
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明の目的は、上記課題を解決し、石膏を添加することなく、高炉セメントから得られるコンクリート構造物のひび割れ発生を抑制することができ、強度を保持することができる、ひび割れ低減型高炉セメント組成物及びその製造方法を提供することである。
なお、ここで高炉セメント組成物には、高炉セメント、高炉セメントモルタル、高炉セメントコンクリートを含む。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明のひび割れ低減型高炉セメント組成物は、高炉セメント中の酸化ナトリウム含有量が１〜２．４質量％であることを特徴とする、ひび割れ低減型高炉セメント組成物である。
【００１２】
本発明のひび割れ低減型高炉セメント組成物の製造方法は、高炉セメントに対してナトリウム塩を添加配合して、高炉セメント中の酸化ナトリウム含有量が１〜２．４質量％となるように予め添加配合して調整することを特徴とする、ひび割れ低減型高炉セメント組成物の製造方法である。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、高炉セメントを用いて得られるコンクリート硬化物となる高炉セメント組成物が、優れたひび割れ低減性能を備えることが可能となる。また強度を保持することも可能である。
また、本発明の高炉セメント組成物の製造方法によれば、上記本発明のひび割れ低減型高炉セメント組成物を、有効に簡便な方法で製造することができることとなる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】セメント組成物による供試体のひび割れ抵抗性を試験する装置の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明を以下の好適例により説明するが、これらに限定されるものではない。
本発明のひび割れ低減型高炉セメント組成物は、高炉セメント中の酸化ナトリウム含有量が１〜２．４質量％である、高炉セメント組成物である。
本発明に適用する高炉セメントは、ＪＩＳ  Ｒ  ５２１１に規定されている高炉セメントを用いることができ、高炉セメントＢ種が好適に使用できる。
【００１６】
また、本発明の高炉セメント組成物の高炉セメント中の酸化ナトリウム含有量は、１〜２．４質量％、好適には１．４〜２．０質量％である。
かかる配合量が１質量％未満であると、十分なひび割れ抵抗性が得られず、２．４質量％を超えると、製造するコンクリートやモルタル等の圧縮強度が低下するため好ましくない。
高炉セメント中に含有される酸化ナトリウム量を調整するにあたり、含有量が上記範囲となるように、高炉セメントに、硫酸ナトリウム、水酸化ナトリウム、ケイ酸ナトリウム、塩化ナトリウム、亜硝酸ナトリウム、硝酸ナトリウム、塩素酸ナトリウム等のナトリウム塩を添加配合して、その含有量を調整することができる。
調整に用いる硫酸ナトリウム等のナトリウム塩は、市場で入手できる任意の公知のものを用いることができる。
【００１７】
本発明の高炉セメント組成物は、例えば、原材料である上記セメント、ナトリウム塩に、水、骨材を均一混練して製造することができる。
水、細骨材や粗骨材の骨材は、一般的に使用されている任意のものを使用することが可能である。
【００１８】
混練の方法としては、水以外の原材料を予め混合したものに水を混合しても、全ての原材料を一度に混合しても均一に混練できる方法であれば、特に限定されない。
特に、本発明の高炉セメント組成物を製造するにあたり、高炉セメントに含有される酸化ナトリウム量を予め調整することが、混練時の材料の偏り防止の点から望ましい。
【００１９】
また、上記混練条件、混練機の種類などに限定はなく、慣用の混練機を使用することが可能である。
【００２０】
更に、本発明の高炉セメント組成物には、その他の混和剤、例えば減水剤、凝結遅延剤、硬化促進剤、消泡剤、乾燥収縮低減剤、防錆剤、防凍剤、着色剤などの混和材や、耐久性を向上させるための炭素繊維や鋼繊維などの補強材を、本発明の目的を実質的に阻害しない範囲で使用することが可能である。
減水剤としては、例えば、リグニン系、ナフタレンスルホン酸系、メラミン系、ポリカルボン酸系等の減水剤、ＡＥ減水剤、高性能減水剤、高性能ＡＥ減水剤等の液状または粉末状のいずれの公知の減水剤も使用できる。
【００２１】
このように製造した、本発明の高炉セメント組成物を用いた建築、土木構造物等は、優れたひび割れ低減性を有することとなり、耐久性を向上することができる。
【実施例】
【００２２】
本発明を具体的な実施例及び試験例により詳述する。
（実施例１〜８、比較例１〜４）
（使用材料）
以下の表１に示す各材料を用いて、以下の実施例及び比較例のモルタル供試体を製造した。
表１中の細骨材の珪砂は、表２に示す混合質量割合で珪砂３〜７号を混合したものを用いた。
また、高炉セメント試作品は、表１の高炉セメント（住友大阪セメント株式会社製）に、中性無水芒硝（硫酸ナトリウム）を配合して、含有されるＮａ２Ｏ量をそれぞれ調整したものである。
【００２３】
【表１】
2014189438.tif 000002
【００２４】
【表２】
2014189438.tif 000003
【００２５】
上記表１の各材料を、表３に示す割合で配合して、各モルタルを調製した。
なお、水（Ｗ）は水道水を使用した。
【００２６】
【表３】
2014189438.tif 000004
【００２７】
（試験例）
（試験例１：ひび割れ抵抗性試験）
（試験の概要）
表３に示す各モルタルを用いて、ひび割れ抵抗性試験（一拘束試験）を実施した。
ひび割れ抵抗性試験は、以下のようにして実施した。
まず、表３に示す各モルタルを用いて図１に示す供試体を作成し、ひび割れ発生までの鋼材のひずみを測定し、得られた測定値から、下記式［１］により、一軸方向に作用する引張応力を算出する。
また自由収縮ひずみと鋼材のひずみとの差により、鋼材によって拘束されたひずみ（拘束ひずみ）を求める。
なお、本ひび割れ抵抗性試験は、ＪＣＩ「混和材料から見た収縮ひび割れ低減と耐久性改善に関する研究委員会」試案を参考に行った。
【００２８】
【数１】
2014189438.tif 000005
【００２９】
（試験条件及び結果）
鉄筋埋設型の一拘束試験を実施する供試体として、図１に示すように、表３の各モルタルを用い、１００×１００×１１００ｍｍのモルタル供試体を使用した。
各モルタル供試体の中央にφ３２ｍｍの丸鋼を埋設し、鉄筋中央には２箇所ひずみゲージを貼付け、打設直後からのひずみ量を測定した。
なお、ひび割れ発生時期や箇所を特定しやすいように、鉄筋両端４００ｍｍはねじ加工によりコンクリートとの定着をはかり、中央３００ｍｍの区間はスリップ区間とし、テフロン（登録商標）シートを巻きつけた。
養生条件は材齢５日までは封かん養生とし、材齢５日の脱型以降は２０℃、６０％Ｒ．Ｈ．の条件で気中養生とした。この際、供試体打設面および底面にはアルミテープを貼付け、側面および両端面を乾燥面とした。
得られた結果を表７に示す。
【００３０】
表７中、拘束ひずみ（μ）値が５０μ以下であれば「×」、５０〜７０μであれば「△」、７０〜１００μであれば「○」、１００μを超える場合は「◎」と評価とした。
即ち、拘束ひずみの数値が大きいほどひび割れ抵抗性が良好であることを意味する。
【００３１】
但し、硫酸ナトリウム（Ｎａ２ＳＯ４）の使用により、測定した拘束ひずみ値を以下のように補正した。
具体的には、硫酸ナトリウムを用いた場合、Ｎａ＋が高炉スラグの反応を促進することによりひび割れ抵抗性が向上する効果と、ＳＯ３量が増加することによりひび割れ抵抗性が向上する効果の２つの効果によってひび割れ抵抗性が向上する。
従って、高炉セメントに石こう（ＣａＳＯ４）を混合した場合と、高炉スラグに硫酸ナトリウムを混合した場合の高炉スラグの水和反応率の測定結果及び、上記試験例１のひび割れ抵抗性試験の結果を比較して、Ｎａ＋のひび割れ抵抗性効果：ＳＯ３のひび割れ抵抗性効果を３：１として換算することにより、Ｎａ２Ｏのみの場合のひび割れ抵抗性効果を、以下の換算式（２）により算出した。なお、ＣａＳＯ４中のＣａにはひび割れ抵抗性を向上させる効果はないため、ＣａＳＯ４混合の効果≒ＳＯ３増量の効果とした。
【００３２】
【数２】
2014189438.tif 000006
【００３３】
ここで、硫酸ナトリウム混合高炉スラグ測定値を表７中のＮａ２ＳＯ４の欄の拘束ひずみ値とし、高炉セメント測定値は、比較例２の拘束ひずみ値に相当する。
例えば、実施例１の換算は以下のようになる。
換算例（実施例１の場合）：（１０１−４２）／４×３＋４２＝８６
【００３４】
また、高炉スラグの反応率の測定は以下の試験により測定した。
≪スラグ反応率≫
・試験概要
（１）試料セメント
スラグ反応率の測定には高炉セメント（高炉セメントＢ種ＢＢ：住友大阪セメント株式会社製）、石こう（関東化学株式会社製）を添加配合した高炉セメント（ＢＢ＋ＣａＳＯ４）、硫酸ナトリウム（中性無水芒硝（日本化学工業株式会社製））を混合した高炉セメント（ＢＢ＋Ｎａ２ＳＯ４）の３種類の試料セメントを用いた。なお、石膏を配合した高炉セメントと硫酸ナトリウムを配合した高炉セメント中のＳＯ３量は同等となるように調製した。
【００３５】
（２）分析試料の作製
各種試料セメントにＷ／Ｃを４０質量％の割合で水を加えて各ペーストを作製し、プラスチック製容器に投入して２０℃の恒温室内で封緘養生した。材齢２８日まで養生した後、アセトンによる水和停止および真空乾燥（Ｄ乾燥）を行い、次に遊星ミルで微粉砕し、これを分析試料とした。
【００３６】
（３）スラグの定量
未反応スラグの定量を選択溶解法によって行った。作成した各試料について、i）７５０℃強熱、ii）サリチル酸アセトンメタノール溶解、iii）ＫＯＨサッカロース溶解、iv）硫酸アンモニウム溶解、v）残分の秤量、の順で操作を行い、得られた残渣量を下記式（３）によりスラグ量に換算した。また、未使用の試料セメントについても同様の方法でスラグの定量を行い、下記式（４）により、スラグ反応率を求めた。
【００３７】
【数３】
2014189438.tif 000007
【００３８】
【数４】
2014189438.tif 000008
【００３９】
・試験結果
材齢２８日における試料中のスラグ反応率を、次の表４に示す。
なお、表４中には、高炉スラグ（ＢＢ）を基準とした場合、スラグ反応率がどの程度増加したのかを、スラグ反応増加率として示した。これらの結果より、硫酸ナトリウム混合によるスラグ反応率の増加率は石こう増量の場合の約４倍になっていることがわかる。従って、硫酸ナトリウムを配合した高炉スラグ中のＮａ＋量増加による反応促進効果：ＳＯ３量増加による反応促進効果は３：１であるといえる。
【００４０】
【表４】
2014189438.tif 000009
【００４１】
≪ひび割れ抵抗性試験結果≫
・試験概要
（１）試料セメントおよびモルタル配合
ひび割れ抵抗性試験に使用した試料セメントは、以下の表５に示すように、上記スラグ反応率に使用したものと同じもの（ＢＢ、ＢＢ＋ＣａＳＯ４、ＢＢ＋Ｎａ２ＳＯ４）を用いた。
【００４２】
【表５】
2014189438.tif 000010
【００４３】
・試験方法
試験方法は、上記ひび割れ抵抗性試験と同様にして行った。
【００４４】
・試験結果
ひび割れ発生時の拘束ひずみ測定結果を次の表６に示す。なお、表５中には高炉スラグ（ＢＢ）を基準とした場合、ひび割れ発生時の拘束ひずみがどれだけ増加したのかを拘束ひずみ増加率として示した。これらの結果より、硫酸ナトリウム混合による拘束ひずみ増加率は石こう増量の場合の約４倍となっていることがわかる。従って硫酸ナトリウム混合高炉スラグ中のＮａ＋量増加による反応促進効果：ＳＯ３量増加による反応促進効果は３：１であるといえる。
【００４５】
【表６】
2014189438.tif 000011
【００４６】
（試験例２：圧縮強度試験）
（試験の概要）
表３に示す各モルタルを用いて、上記試験例１と同様の各モルタル供試体を作成して、圧縮強度試験をＪＩＳ  Ａ  １１０８に準じて行った。
（試験条件及び結果）
その結果を表７に示す。
【００４７】
表７中、比較例２のモルタル供試体の圧縮強度を１００とした場合の圧縮強度比で、実施例及び他の比較例のモルタル供試体の圧縮強度を表示し、その値が、７０以下であれば「×」、７０〜７５であれば「△」、７５〜８５であれば「○」、８５以上であれば「◎」の評価とした。
【００４８】
【表７】
2014189438.tif 000012
【００４９】
（総合評価）
表７から明らかなように、Ｎａ２Ｏ含有量が多くなるほど、高炉セメントのひび割れ抵抗性は高まり、Ｎａ２Ｏ含有量が１．０質量％以上で優れたひび割れ抵抗性を有する。
また、Ｎａ２Ｏ含有量が多くなるほど、高炉セメントの圧縮強度は低くなり、Ｎａ２Ｏ含有量が２．４質量％を超えると強度が低下する。
従って、ひび割れ抵抗性および圧縮強度を総合的に評価した結果、実施例の高炉セメント中に含まれるＮａ２Ｏ含有量が１．０〜２．４質量％である高炉セメントがひび割れ抵抗性に優れ、かつ強度が保持される高炉セメントであることがわかる。
【産業上の利用可能性】
【００５０】
本発明は、普通ポルトランドセメントに比較して、ひび割れが生じやすい高炉セメントに適用してひび割れの発生を抑制するのに利用することができる。
【図１】
2014189438.tif 000013