(57)【要約】  自己収縮ひずみの小さいモルタルとその製造方法を提供する。  モルタルは、セメントと鉱物質微粉末とを含む結合材と、細骨材とを含み、水で混練されてなるものである。細骨材は風砕されたフェロニッケルスラグであり、結合材と細骨材の合計に対する水の質量比は７．０％以上、９．０％以下である。このようなモルタルは、セメントと鉱物質微粉末とを含む結合材と、細骨材と、水とを混練することで製造される。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
セメントと鉱物質微粉末とを含む結合材と、細骨材とを含み、水で混練されてなるモルタルであって、前記細骨材は風砕されたフェロニッケルスラグであり、前記結合材と前記細骨材の合計に対する水の質量比が７．０％以上、９．０％以下であるモルタル。
【請求項２】
前記細骨材の吸水率は１．５％以上、３．５％以下であり、平衡含水率は０．１０％以上、０．３０％以下である、請求項１に記載のモルタル。
【請求項３】
セメントと鉱物質微粉末とを含む結合材と、細骨材と、水とを混練することを含むモルタルの製造方法であって、前記細骨材は風砕されたフェロニッケルスラグであり、前記結合材と前記細骨材の合計に対する水の質量比が７．０％以上、９．０％以下であるモルタルの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はモルタルとその製造方法に関する。【０００２】
本出願は、２０１８年１月１０日出願の日本出願である特願２０１８−００１９２２に基づき、かつ同出願に基づく優先権を主張する。この出願は、その全体が参照によって本出願に取り込まれる。
【背景技術】
【０００３】
モルタルにおいてはひび割れの発生を抑制するため、自己収縮ひずみを小さく抑えることが望まれている。特許文献１には細骨材の気孔率を１６％以上とすることで、自己収縮ひずみの小さいモルタルが得られることが開示されている。【０００４】
特許文献１：特開２０１６−１８５８８８号公報
【発明の概要】
【０００５】
特許文献１に記載されたモルタルは自己収縮ひずみを抑制する点で優れているが、用途によってはさらに自己収縮ひずみを抑制することが求められている。
【０００６】
本発明は自己収縮ひずみの小さいモルタルとその製造方法を提供することを目的とする。
【０００７】
本発明のモルタルは、セメントと鉱物質微粉末とを含む結合材と、細骨材とを含み、水で混練されてなるものである。細骨材は風砕されたフェロニッケルスラグであり、結合材と細骨材の合計に対する水の質量比は７．０％以上、９．０％以下である。
【０００８】
本発明のモルタルの製造方法は、セメントと鉱物質微粉末とを含む結合材と、細骨材と、水とを混練することを含んでいる。細骨材は風砕されたフェロニッケルスラグであり、結合材と細骨材の合計に対する水の質量比は７．０％以上、９．０％以下である。
【０００９】
本発明によれば、自己収縮ひずみの小さいモルタルとその製造方法を提供することができる。
【００１０】
上述した、およびその他の、本出願の目的、特徴、および利点は、本出願を例示した添付の図面を参照する以下に述べる詳細な説明によって明らかとなろう。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１Ａ】実施例と比較例における自己収縮ひずみの経時変化を示すグラフである。
【図１Ｂ】実施例と比較例における自己収縮ひずみの経時変化を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、実施例によって本発明を説明する。本発明のモルタルは結合材と細骨材とを含み、水で混練されることで作成される。また、本発明のモルタルは特にグラウトとして好適に用いることができる。
【００１３】
結合材はセメントと鉱物質微粉末を含む。セメントの種類は限定されず、普通、中庸熱、低熱、早強、超早強、耐硫酸塩等の各種ポルトランドセメント、高炉セメント、フライアッシュセメント、シリカセメント、シリカフュームプレミックスセメント等の混合セメント、アルミナセメント、ジェットセメント等の超速硬セメント、アーウィン系セメントなどを用いることができる。セメントの含有量はポルトランドセメントの場合は５００〜６００ｋｇ／ｍ3程度が望ましく、混合セメントの場合は６００〜１０００ｋｇ／ｍ3程度が望ましい。
【００１４】
鉱物質微粉末としては高炉スラグ微粉末、フライアッシュ、シリカフューム等を用いることができる。高炉スラグ微粉末は鉄鉱石から銑鉄を製造する工程で生成される副産物であり、ＣａＯ，ＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3，ＭｇＯ等を含んでいる。高炉スラグ微粉末はＪＩＳ  Ａ  ６２０６「コンクリート用高炉スラグ微粉末」に適合するものであることが望ましい。高炉スラグの含有量は他の鉱物質微粉末の含有量にもよるが、２００〜３００ｋｇ／ｍ３程度が望ましい。フライアッシュは石炭火力発電所で発生する産業廃棄物である。フライアッシュは主にＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3を含んでいる。フライアッシュはＪＩＳ  Ａ  ６２０１「コンクリート用フライアッシュ」に規定されるI〜IVいずれかに適合するものであることが望ましい。フライアッシュの含有量は１５０〜３５０ｋｇ／ｍ3程度が望ましい。シリカフュームはアーク式電気炉でシリコンやフェロシリコンを生成するときに発生する副産物であり、主にＳｉＯ2を含んでいる。
【００１５】
これらの鉱物質微粉末に結合材としての性能を発揮させる目的で、結合性能発現材が添加されてもよい。結合性能発現材としては水と混合すると水溶液がアルカリ性になるアルカリ刺激材を用いることが好ましく、例えば膨張材を用いることができる。膨張材とは水に入れたときにカルシウムイオン（Ｃａ（ＯＨ）2）が溶出するもので、ＪＩＳ  Ａ  ６２０２「コンクリート用膨張材」に適合するものであることが望ましい。カルシウムイオンは鉱物質微粉末に含まれるＣａＯ，ＳｉＯ2と常温でゆっくり反応し、結合能力をもつ化合物を生成する。膨張材の含有量は１０〜３０ｋｇ／ｍ3程度が望ましい。
【００１６】
水の種類も特に限定されない。水の含有量は１５０〜２００ｋｇ／ｍ3程度が望ましい。
【００１７】
細骨材は風砕されたフェロニッケルスラグ（ＦＮＳ）である。フェロニッケルスラグはニッケル鉱石からニッケルを精錬する際に発生する副産物である。ニッケル鉱石等の原料が電気炉に供給されると、原料は電気炉の内部でフェロニッケルとスラグに分離され、スラグが電気炉から抜き出される。スラグはその後、高圧の空気を吹き付けられ、細かな球状の粒子に分離される。このプロセスは風砕と呼ばれる。分離された粒子は空中を飛翔し、壁に衝突する。この間に高温の粒子は徐冷され、最終的に球状に固められる。このようにして製造されたフェロニッケルスラグは表面が硬く、熱収縮も少ないため、モルタルの自己収縮ひずみを抑える効果を有する。以下、本明細書において、風砕によって製造されたＦＮＳを風砕ＦＮＳという場合がある。
【００１８】
細骨材の吸水率は１．５％以上、３．５％以下であることが好ましい。ここで吸水率は（吸水量／絶乾質量）×１００（％）として定義される。吸水量は、細骨材の表面が乾燥し（表乾状態）、細骨材の内部空隙が飽水状態にあるときの水の質量であり、絶乾質量は絶乾状態、すなわち細骨材の表面にも内部空隙にも水分がないときの細骨材の質量である。つまり、吸水率は細骨材の内部空隙の吸水能力を示す。また、細骨材の平衡含水率は０．１０％以上、０．３０％以下であることが望ましい。平衡含水率とは細骨材を乾燥させたときに含水率が変化（低下）しない状態になったときの含水率のことである。平衡含水率は例えば、飽水状態にされてから温度が略２０℃、相対湿度が略９５％の環境下で細骨材を乾燥させたときの含水率の飽和点として求められる。これらの条件を満たす細骨材は収縮しにくいものであることが実験結果より判明しており、収縮しにくい細骨材を用いる分モルタルの自己収縮ひずみを抑えることができる。このような条件を満たす細骨材として大平洋金属株式会社製パムコサンド（登録商標）を挙げることができる。パムコサンドの吸水率は１．８〜３．２％、平衡含水率は０．１〜０．３％程度である。
【００１９】
吸水率が大きく平衡含水率が小さいということは、細骨材からより多くの水が放出され、そのぶん添加する水が少なくてすむことを意味する。一般にモルタルを作る際に加える水の量は、細骨材が飽水状態にあるという前提で計画されるため、吸水率が大きく平衡含水率が小さい細骨材は、通常の細骨材と比較して、水の供給元としてより重要な役割を果たすことになる。詳細なメカニズムは不明であるが、細骨材の内部空隙に多量に保有されている水が、セメントと水との反応メカニズムに影響を与え、モルタルの自己収縮ひずみの抑制に寄与しているものと推定される。本発明のモルタルでは、結合材と細骨材の合計に対する水の質量比（Ｗ／（Ｂ＋Ｓ））は７．０％以上、９．０％以下であることが望ましく、７．５％以上、８．８％以下であることがさらに望ましい。一般的な市販の無収縮グラウトの標準配合(比較例６〜８)では、材料に対する水の質量比は１０〜２０％程度であるため、本実施形態における結合材と細骨材の合計に対する水の質量比はこれより小さい。従って、Ｗ／（Ｓ＋Ｂ）が７％以上、９％以下であるということは水の比率が通常のモルタルと比べて小さいこと、あるいは結合材と細骨材の合計の比率が通常のモルタルよりも多いことを意味する。
【００２０】
(実施例)
細骨材だけを変更し他の成分はすべて同一とした複数種類のモルタルを作成し、圧縮強度と自己収縮ひずみを測定した（表１参照）。具体的には、セメントとフライアッシュと細骨材と化学的混和材を水で混練しモルタルを製作した後、材齢７日と２８日でのモルタルの圧縮強度を測定するとともに、材齢４０日までのモルタルの自己収縮ひずみの経時変化を測定した。セメントとしてはシリカフュームプレミックスセメント（ＳＦＰＣ）を、鉱物質微粉末としてはフライアッシュ（ＦＡ）を、化学的混和材としては高性能減水材を用いた。細骨材としては、実施例１では風砕ＦＮＳ（商品名パムコサンド（登録商標））を、比較例１〜５では表２に記載の材料を用いた。比較例１で用いた細骨材はＦＮＳであるが、実施例１と異なり水砕（溶融スラグを水等で急冷し粉砕するもの）で製造されている。各材料のより詳細な仕様は表２に示している。
【００２１】
自己収縮ひずみの測定方法としては、日本コンクリート工学会（ＪＣＩ）の「超流動コンクリート研究委員会報告書（II）、付録１、高流動コンクリートの自己収縮試験方法（日本コンクリート工学会、１９９４年５月発行）」に記載された方法を用いた。具体的には、型枠（１０×１０×４０ｃｍの内寸の角柱型枠）の内面にテフロン（登録商標）シートを貼付し、モルタルを型枠内に充填し、モルタルの中央部にひずみ計（ＫＭ−１００ＢＴ、東京測器研究所社製）を埋め込んで供試体を作製した。そして、脱型後、乾燥を防ぐために各供試体の表面をアルミ箔粘着シートで封かんし、さらにビニール袋に入れて約２０℃の恒温状態で養生し、自己収縮ひずみを測定した。また、圧縮強度の測定はＪＩＳ  Ａ  １１０８「コンクリートの圧縮試験方法」に従って実施した。
【００２２】
【表１】
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【００２３】
【表２】
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【００２４】
表３には材齢７日及び２８日での圧縮強度と自己収縮ひずみを示している。また、図１Ａには実施例１と比較例１〜５の自己収縮ひずみの経時変化を示している。これより、風砕ＦＮＳを細骨材として用いたモルタルは比較例１〜５のモルタルと比べて自己収縮ひずみが大幅に抑制されていることが分かる。また、圧縮強度も比較例１〜５のモルタルより優れている。表３には混練直後のフレッシュ試験の結果も示している。空気量は多少ばらついているが、一般的な数値範囲に入っており、圧縮強度及び自己収縮ひずみに与える影響は小さい。スランプフローはモルタルの流動性を示す値であり、ＪＩＳ  Ａ  １１５０「コンクリートのスランプフロー試験」に従って測定した。ＪＰロート１４も同様にモルタルの流動性を示す値であり、土木学会基準ＪＳＣＥ−Ｆ５４１−１９９９「充填モルタルの流動性試験方法」に従って測定した。ＪＰロート１４は、所定のサイズのロートをモルタルで充填し、下部流出口からモルタルを流下させた後に、最初にモルタルの流出が途切れるまでの時間（単位：秒）である。モルタルの流動性はスランプフローが大きいほど高く、ＪＰロート１４が小さいほど高い。実施例１はスランプフロー、ＪＰロート１４とも比較例１〜５と同等またはそれ以上であり、比較的良好な流動性を有している。従って、本発明のモルタルはグラウトの材料として好適に利用することができる。
【００２５】
【表３】
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【００２６】
次に、結合材の違いと封かん条件の違いによる影響を検討するために、実施例２〜５のモルタルを作成して同様の評価を行った（表４参照）。実施例２〜５では表５に記載の材料を用いた。実施例２〜５ではセメントとして早強ポルトランドセメント（ＨＣ）を用いた。また、鉱物性微粉末として、実施例２，３では高炉スラグ微粉末（ＢＦ）とシリカフューム（ＳＦ）を用い、実施例４，５ではフライアッシュ（ＦＡ）とシリカフューム（ＳＦ）を用いた。さらに、実施例２〜５では膨張材を添加した。細骨材としては実施例１と同様、風砕ＦＮＳ（商品名パムコサンド（登録商標））を用いた。水・結合材比（Ｗ／Ｂ）は実施例２，３では２０％とし、実施例４，５では１８％とした。実施例２〜５はいずれも封かんを行い、周囲温度を２０℃に維持したが、実施例２，４では材齢４０日まで封かんし、実施例３，５では材齢７日まで封かんした後自然乾燥させた。表６には材齢７日及び２８日での圧縮強度と自己収縮ひずみを示している。図１Ｂには実施例１〜５の自己収縮ひずみの経時変化を示している。なお、実施例３，５、比較例７は自己収縮ひずみと乾燥収縮ひずみの合計値を示している。これより、実施例１〜５で圧縮強度に大差はなく（なお、実施例３，５では材齢２８日での圧縮強度は測定していない）、自己収縮ひずみも抑えられていることがわかる。すなわち、結合材の違いや封かん条件の違いによる影響は限定的である。実施例１〜５のなかでは実施例１の自己収縮ひずみが最も小さく、経時的な変化も少ない。図１Ｂには市販のモルタルに対する測定結果も示している。比較例６は太平洋マテリアル株式会社製無収縮モルタル「太平洋プレユーロックス」を実施例２，４と同様に封かんしたもの、比較例７は「太平洋プレユーロックス」を実施例３，５と同様、材齢７日まで封かんした後自然乾燥させたものである。比較例８は東京鐵鋼株式会社製無収縮モルタル「トーテツライトＨ１２０」を実施例２，４と同様に封かんしたものである。比較例６〜８において結合材と細骨材の比率は不明である。一般に、結合材と細骨材の合計に対する水の質量比が小さいと乾燥収縮は小さくなるが、流動性は悪くなる。しかし、表６から明らかな通り、実施例１〜５のモルタルは水の質量比が小さいにも拘らず、市販の無収縮モルタルと（比較例６〜８のモルタル）と同等の流動性を確保しつつ、自己収縮ひずみが小さいことが確認された。
【００２７】
【表４】
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【００２８】
【表５】
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【００２９】
【表６】
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【００３０】
本発明のいくつかの好ましい実施形態を詳細に示し、説明したが、添付された請求項の趣旨または範囲から逸脱せずに様々な変更および修正が可能であることを理解されたい。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【国際調査報告】
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