(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
３CaO・SiO２含有量６０重量％以上でブレーン値が３，５００〜７，０００ｃｍ２／ｇのポルトランドセメント、無水セッコウ、鋼繊維、及び、ギ酸、乳酸、酢酸、ギ酸カルシウム、ギ酸ナトリウム、ギ酸カリウム、乳酸カルシウム、乳酸ナトリウム、乳酸カリウム、酢酸カルシウムからなる一種又は二種以上のギ酸類を含有してなるセメント組成物。
【請求項２】
３CaO・SiO２含有量６０重量％以上でブレーン値が３，５００〜７，０００ｃｍ２／ｇのポルトランドセメント、無水セッコウ、シリカ微粉、鋼繊維、及び、ギ酸、乳酸、酢酸、ギ酸カルシウム、ギ酸ナトリウム、ギ酸カリウム、乳酸カルシウム、乳酸ナトリウム、乳酸カリウム、酢酸カルシウムからなる一種又は二種以上のギ酸類を含有してなるセメント組成物。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、主に、土木・建築分野、特に、舗装コンクリートに使用されるセメント組成物に関する。
【０００２】
【従来技術とその課題】
従来、舗装に使用されるコンクリート、例えば、道路舗装コンクリートにおいては、道路のわだち部分が溝になる、いわゆる「わだち掘れ」により、車両走行の安全性の確保が妨げられる等の課題があった。
【０００３】
この「わだち掘れ」は、コンクリートの曲げ抵抗性が大きいほど発生しにくく、コンクリートの曲げ抵抗性を向上するために、コンクリートに鋼繊維を配合した鋼繊維補強コンクリートが提案されている（小林一輔著、「繊維補強コンクリート
特性と応用」、昭和５６年６月  オーム社発行）。
しかしながら、通常のコンクリートに鋼繊維を配合したものは、初期の強度発現性が悪いという課題があった。
【０００４】
そのため、初期の強度発現性向上のため、特に、交通量の多い所などでの施工で、交通渋滞をできるだけ抑えるために、早期開放を目的として、カルシウムアルミネート類と無機硫酸塩を主成分とするセメント急硬材を配合した急硬性セメントを用いた鋼繊維補強コンクリートの施工が増えてきている（内川等、「超速硬セメントコンクリートの鋼繊維補強コンクリートへの適用」、セメント技術年報  ３３  ｐ３３９〜３４２、昭和５４年）。
しかしながら、急硬性セメントを用いた鋼繊維補強コンクリートは、作業時間が極めて短いため、生コン工場で混練し、アジテーター車で施工現場まで運搬するような通常のスタイルでの施工ができず、特殊な施工機械や装置を使って、現場で混練する施工方法が必要となり、連続的な大量打設が不可能であり、工事費が大幅に増加するなどの課題があった。
そのため、急硬性セメントを用いた鋼繊維コンクリートは、例えば、高速道路のような特別な緊急工事等以外では普及していないのが現状であった。
【０００５】
最近では、急硬性セメントを用いた鋼繊維コンクリートのように数時間での開放を目的とする急硬性コンクリートに代わって、１日で開放ができる強度、例えば、２０℃標準養生で曲げ強度４０ｋｇｆ／ｃｍ２以上、圧縮強度３００ｋｇｆ／ｃｍ２以上が発現でき、急硬性コンクリートのように、特別な施工機械を使用することなく、従来のように生コン工場で混練でき、アジテーター車で施工現場まで運搬することが可能な超早強コンクリートの要求が高まってきている。
【０００６】
一方、材齢１日の圧縮強度が３００ｋｇｆ／ｃｍ２以上発現する超早強コンクリート用のセメント組成物が提案されている（特開平４−１６００４２号公報等）。
しかしながら、従来の超早強コンクリート用のセメント組成物は、強度発現性における温度依存性が大きく、１５℃程度以下の養生条件の下では要求される強度、例えば、道路舗装では、開放強度を曲げ強度で４０ｋｇｆ／ｃｍ２以上としているが、これを満足することができない場合が多く、特に、１０℃程度以下の養生条件の下では、強度発現性が著しく低下してしまうという課題を有していた。
【０００７】
本発明者は、前記課題を解決すべく種々努力を重ねた結果、特定のセメント組成物を使用することにより、生コン工場で混練してアジテーター車で現場まで運搬することができ、曲げ抵抗性に富んだ、特に、低温時の強度発現性が良好な超早強コンクリートが得られるという知見を得て本発明を完成するに至った。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
即ち、本発明は、３CaO・SiO２含有量６０重量％以上でブレーン値が３，５００〜７，０００ｃｍ２／ｇのポルトランドセメント、無水セッコウ、鋼繊維、及び、ギ酸、乳酸、酢酸、ギ酸カルシウム、ギ酸ナトリウム、ギ酸カリウム、乳酸カルシウム、乳酸ナトリウム、乳酸カリウム、酢酸カルシウムからなる一種又は二種以上のギ酸類、並びに、必要に応じてシリカ微粉末を含有してなるセメント組成物である。
【０００９】
以下、本発明をさらに詳しく説明する。
【００１０】
本発明のセメントは、３ＣａＯ・ＳｉＯ２（Ｃ３Ｓ）含有量が６０重量％以上のものである。Ｃ３Ｓ含有量が６０重量％未満では充分な初期強度が得られない。通常、市販の早強ポルトランドセメントの使用が可能である。
セメントの粒度は、ブレーン値で３，５００〜７，０００ｃｍ２／ｇが好ましい。３，５００ｃｍ２／ｇ未満では充分な初期強度が得られない場合があり、７，０００ｃｍ２／ｇを越えるとコンクリートのスランプロスが大きくなる場合がある。
【００１１】
本発明で使用する無水セッコウは特に限定されるものではなく、天然に産出する天然無水セッコウ、半水セッコウや二水セッコウを熱処理して得られる無水セッコウ、及び工業副産物として生成する無水セッコウ等の使用が可能である。
無水セッコウの粒度は、ブレーン値で２，５００ｃｍ２／ｇ以上が好ましい。２，５００ｃｍ２／ｇ未満では長期材齢において、未水和の残存セッコウにより膨張破壊が起こる場合がある。
無水セッコウの使用量は、セメント１００重量部に対して、１〜５重量部が好ましく、３〜４重量部がより好ましい。１重量部未満では初期強度の発現性が悪くなる場合があり、５重量部を越えると長期材齢において、未水和の残存セッコウにより膨張破壊が起こる場合がある。
【００１２】
本発明で使用するギ酸類は、一般に、オキシカルボン酸として総称される有機化合物に属するが、例えば、コハク酸、リンゴ酸、酒石酸、及びグルコン酸、又はそれらの塩のように、使用すると本発明の効果を奏することができず、むしろ、強い遅延性を示す他のオキシカルボン酸と効果を異にするものである。具体的には、ギ酸、乳酸、酢酸、ギ酸カルシウム、ギ酸ナトリウム、ギ酸カリウム、乳酸カルシウム、乳酸ナトリウム、乳酸カリウム、酢酸カルシウムからなる群のうちの一種又は二種以上が挙げられる。ギ酸類の使用量は、セメント100重量部に対して、0.1〜３重量部が好ましく、0.5〜２重量部がより好ましい。0.1重量部未満では初期の強度発現性が不充分な場合があり、３重量部を越えて使用しても更なる効果の増進が期待できない。
【００１３】
本発明で使用するシリカ微粉末とは、シリカ質を主成分とし潜在水硬性を有する物質の微粉末を総称するものであり、特に限定されるものではないが、例えば、シリカフューム、シリカダスト、珪藻土、珪酸白土、フライアッシュ、及び高炉スラグ等の微粉末が挙げられ、本発明ではこれらのうちの一種又は二種以上を使用することが可能である。
シリカ微粉末の粒度は、ブレーン値で４，０００ｃｍ２／ｇ以上であり、６，０００ｃｍ２／ｇ以上が好ましく、８，０００ｃｍ２／ｇ以上がより好ましい。４，０００ｃｍ２／ｇ未満では充分な強度発現性が得られない場合がある。
シリカ微粉末の使用量は、セメント１００重量部に対して、１〜１０重量部が好ましく、３〜７重量部がより好ましい。シリカ微粉末の使用量が前記の範囲外では充分な強度増進効果が得られない場合がある。
【００１４】
本発明で使用する鋼繊維とは、その製造方法によって、カットワイヤー、せん断ファイバー、切削ファイバー、及びメルトエクストラクションファイバーの４種類に分けられるが、本発明においては、いずれのファイバーも使用可能であり、市販品が容易に使用可能である。
鋼繊維の形状は、その使用条件によって異なるので一義的に決定することはできないが、練混ぜの過程で分散不良のため発生するファイバーボールを生じることのない形状を選択することが必要である。
一般に、繊維長さが２０〜８０ｍｍ、アスペクト比５０〜１００程度の鋼繊維の使用が好ましい。
鋼繊維の使用量は、その種類によっても異なるが、セメント、無水セッコウ、及びギ酸類、さらに、必要に応じシリカ微粉末からなる結合材１００重量部に対して、５〜２５重量部が好ましく、１０〜２０重量部がより好ましい。５重量部未満では鋼繊維による補強効果が充分でなく、２５重量部を越えるとファイバーボールが生じたり、ブリージングが発生しやすくなる場合がある。
【００１５】
本発明では、セメント組成物の他に凝結促進材を併用することももちろん可能である。
凝結促進材としては、例えば、アルミン酸ナトリウムやアルミン酸カリウムなどのアルカリ金属アルミン酸塩、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、重炭酸ナトリウム、及び重炭酸カリウム等のアルカリ金属炭酸塩、硝酸ナトリウム、硝酸カリウム、硝酸カルシウム、亜硝酸ナトリウム、亜硝酸カリウム、及び亜硝酸カルシウム等の硝酸塩類、硫酸ナトリウム、硫酸カリウム、二水セッコウ、半水セッコウ、及び硫酸アルミニウム等の無水セッコウ以外の硫酸塩、水酸化カルシウム、酸化カルシウム、ミョウバン類、チオシアン酸塩、チオ硫酸塩、並びに、トリエタノールアミン等のアミノアルコール類等が挙げられ、これらのうちの一種又は二種以上を併用することは、本発明の効果をさらに助長するものである。
凝結促進材の使用量は、セメント１００重量部に対して、３重量部以下が好ましく、０．１〜１重量部がより好ましい。３重量部を越えて使用すると、混練水の増加に伴い強度が低下したり作業性が悪化する場合がある。
【００１６】
本発明では、さらに、減水剤、ＡＥ減水剤、高性能減水剤、高性能ＡＥ減水剤、ＡＥ剤、増粘剤、砂や砂利などの骨材、セメント膨張材、防錆剤、防凍剤、高分子エマルジョン、ベントナイトやモンモリロナイトなどの粘土鉱物、ゼオライト、ハイドロタルサイト、及びハイドロカルマイト等のイオン交換体、無機リン酸塩、並びに、ホウ酸等のうちの一種又は二種以上を本発明の目的を実質的に阻害しない範囲で併用することが可能である。
【００１７】
本発明の各材料を混練してセメント混練物を製造する際に使用する混合装置としては、既存のいかなる撹拌装置も使用可能であり、例えば、傾胴ミキサー、オムニミキサー、Ｖ型ミキサー、ヘンシェルミキサー、又はナウターミキサー等が使用可能である。
また、混合は、それぞれの材料を施工時に混合してもよいし、あらかじめ一部を、あるいは全部を混合しておいても差し支えない。
【００１８】
本発明で使用する水量は、使用する材料の種類や配合によって変化し、一義的に決定されるものではないが、水／結合材比で２５〜５０重量％が好ましく、３０〜４０重量％がより好ましい。２５重量％未満では充分な作業性が得られない場合があり、５０重量％を越えると充分な強度発現性が得られない場合がある。
【００１９】
【実施例】
以下、実施例により本発明を詳細に説明する。
【００２０】
実施例１
セメントα１００重量部、無水セッコウ４重量部、及びギ酸類ａ１重量部からなる結合材を使用し、コンクリート中の単位量を、結合材５００ｋｇ／ｍ３、鋼繊維１００ｋｇ／ｍ３（結合材１００重量部に対して２０重量部）、水１９１ｋｇ／ｍ３、細骨材９００ｋｇ／ｍ３、及び粗骨材６８９ｋｇ／ｍ３とした鋼繊維配合コンクリートを調製し、曲げ強度を測定した。
ただし、コンクリートは１０℃の環境試験室内で調製したもので、養生も１０℃とし、２４時間後から水中養生を行った。結果を表１に示す。
【００２１】
＜使用材料＞
セメントα：電気化学工業社製早強ポルトランドセメント、Ｃ３Ｓ含有量６６重量％、ブレーン値４，４６０ｃｍ２／ｇ
セメントβ：セメントα／セメントγの重量比５４／４６の混合品、Ｃ３Ｓ含有量６０重量％、ブレーン値３，８７６０ｃｍ２／ｇ
セメントγ：電気化学工業社製普通ポルトランドセメント、Ｃ３Ｓ含有量５３重量％、ブレーン値３，３４０ｃｍ２／ｇ
無水セッコウ：天然無水セッコウ、ブレーン値４，１２０ｃｍ２／ｇ
ギ酸類ａ  ：関東化学社製試薬１級ギ酸カルシウム
鋼繊維    ：神戸製鋼社製商品名「シンコーファイバー」、６φ×３０ｍｍ
細骨材    ：新潟県姫川産川砂
粗骨材    ：新潟県姫川産川砂利
水                ：水道水
【００２２】
＜測定方法＞
曲げ強度  ：１５×１５×５５ｃｍの供試体を作製し、ＪＩＳ  Ａ  １１０６に準じて測定。
【００２３】
【表１】
0003549626.tif 000002
【００２４】
実施例２
セメントαを使用し、セメントα１００重量部に対して、表２に示す無水セッコウを配合したこと以外は実施例１と同様に行った。結果を表２に併記する。
【００２５】
【表２】
0003549626.tif 000003
【００２６】
実施例３
セメントαを使用し、セメントα１００重量部に対して、表３に示すギ酸類を配合したこと以外は実施例１と同様に行った。結果を表３に併記する。
比較のため、クエン酸を使用して同様に行った。結果を表３に併記する。
【００２７】
＜使用材料＞
ギ酸類ｂ    ：関東化学社製試薬１級ギ酸
ギ酸類ｃ    ：関東化学社製試薬１級ギ酸ナトリウム
ギ酸類ｄ    ：関東化学社製試薬１級ギ酸カリウム
ギ酸類ｅ    ：関東化学社製試薬１級乳酸
ギ酸類ｆ    ：関東化学社製試薬１級乳酸カルシウム
ギ酸類ｇ    ：関東化学社製試薬１級乳酸ナトリウム
ギ酸類ｈ    ：関東化学社製試薬１級乳酸カリウム
ギ酸類ｉ    ：関東化学社製試薬１級酢酸カルシウム
ギ酸類ｊ    ：ギ酸類ａとギ酸類ｆの等量混合物
ギ酸類ｋ    ：ギ酸類ａ、ギ酸類ｆ、及びギ酸類ｉの等量混合物
クエン酸    ：関東化学社製試薬１級
【００２８】
【表３】
0003549626.tif 000004
【００２９】
実施例４
セメントα１００重量部、無水セッコウ４重量部、及びギ酸類１重量部からなる結合材１００重量部に対して、表４に示す鋼繊維を配合したこと以外は実施例１と同様に行った。結果を表４に併記する。
【００３０】
【表４】
0003549626.tif 000005
【００３１】
実施例５
セメントα１００重量部、無水セッコウ４重量部、ギ酸類１重量部、及び表５に示す凝結促進材を配合して結合材としたこと以外は実施例１と同様に行った。結果を表５に併記する。
【００３２】
＜使用材料＞
凝結促進材Ａ：水沢化学工業社製粉末硫酸アルミニウム、Ａｌ２Ｏ３１７重量％、含水率４３％
凝結促進材Ｂ：試薬１級アルミン酸ナトリウム
凝結促進材Ｃ：試薬１級硝酸カルシウム
凝結促進材Ｄ：試薬１級チオシアン酸カルシウム
凝結促進材Ｅ：試薬１級トリエタノールアミン
【００３３】
【表５】
0003549626.tif 000006
【００３４】
実施例６
セメント１００重量部、無水セッコウ４重量部、ギ酸類ａ１重量部、及びシリカ微粉末５重量部を配合して結合材としたこと以外は実施例１と同様に行った。結果を表６に示す。
【００３５】
＜使用材料＞
シリカ微粉末イ：市販シリカフューム、ブレーン値９，１３０ｃｍ２／ｇ
【００３６】
【表６】
0003549626.tif 000007
【００３７】
実施例７
セメントαを使用し、セメントα１００重量部に対して、表７に示すシリカ微粉末を配合したこと以外は実施例１と同様に行った。結果を表７に併記する。
【００３８】
＜使用材料＞
シリカ微粉末ロ：市販フライアッシュ、ブレーン値８，９６０ｃｍ２／ｇ
シリカ微粉末ハ：市販高炉スラグ、ブレーン値７，７１０ｃｍ２／ｇ
シリカ微粉末ニ：市販珪藻土、ブレーン値８，３３０ｃｍ２／ｇ
【００３９】
【表７】
0003549626.tif 000008
【００４０】
実施例８
セメントα１００重量部、無水セッコウ４重量部、ギ酸類１重量部、及びシリカ微粉末イ５重量部からなる結合材１００重量部に対して、表８に示す鋼繊維を配合したこと以外は実施例１と同様に行った。結果を表８に併記する。
【００４１】
【表８】
0003549626.tif 000009
【００４２】
実施例９
セメントα１００重量部、無水セッコウ４重量部、ギ酸類１重量部、シリカ微粉末イ５重量部、及び表９に示す凝結促進材を配合して結合材としたこと以外は実施例１と同様に行った。結果を表９に併記する。
【００４３】
【表９】
0003549626.tif 000010
【００４４】
【発明の効果】
本発明のセメント組成物を使用することにより、初期の強度発現性、特に、低温時の強度発現性が良好で、かつ、１日で開放可能な舗装コンクリートが得られる。
そのため、例えば、一般道路や高速道路などの道路舗装や飛行場の滑走路の舗装等に広範に適用することができる。