(57)【要約】【課題】流動状態になる練り混ぜ時間が短く、かつ高強度のモルタル組成物ないしコンクリート組成物を形成することができる結合材を提供する。【解決手段】シリカ質微粉末とセメントからなる結合材であり、シリカ質微粉末のＢＥＴ比表面積が８〜１３m2/gであって、結合材中のシリカ質微粉末の含有量が１０〜４０重量％であることを特徴とする結合材であり、好ましくは、水結合材比（Ｗ/Ｂ）１４％以上〜１８％以下の範囲において、流動化時間が１００＋（１８−Ｗ/Ｂ）×２５秒以下のセメント組成物を形成する結合材。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリカ質微粉末とセメントからなる結合材であり、シリカ質微粉末のＢＥＴ比表面積が８〜１３m2/gであって、結合材中のシリカ質微粉末の含有量が１０〜４０重量％であることを特徴とする結合材。
【請求項２】
シリカ質微粉末とセメントからなり、シリカ質微粉末のＢＥＴ比表面積８〜１３m2/g、結合材中のシリカ質微粉末の含有量１０〜４０重量％であって、水結合材比（Ｗ/Ｂ）１４％以上〜１８％以下の範囲において、流動化時間が１００＋（１８−Ｗ/Ｂ）×２５秒以下のセメント組成物を形成する請求項１に記載する結合材。
【請求項３】
上記ＢＥＴ比表面積および配合量のシリカ質微粉末と共に化学混和剤を含む請求項１または２に記載する結合材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本究明は、流動化時間の短いセメント組成物を製造する結合材に関する。なお、以下の説明において、モルタル組成物およびコンクリート組成物を含めてセメント組成物と云い、モルタルおよびコンクリートを含めてコンクリート等と云う。
【背景技術】
【０００２】
従来、設計基準強度５８.８N/mm2（600kgf/cm2）以上の高強度コンクリートが開発されており、高層建築物や高安全性を要求される構造物に使用されている。一般にコンクリート等の強度を高める手段として、ポロシティーを減少させて組織を緻密化することや、セメントと共に微粉末混和材を使用し、組織の空隙部を充填して組織を緻密化することが知られている。この微粉末混和材としてシリカフューム、高炉スラグ微粉末、フライアッシュ、石灰石微粉末等が用いられている。一方、ポロシティーを減少させる直接的な方法は水セメント比を低減することであるが、水セメント比が過少になると流動性が低下して施工性を損なうので、最小限の水セメント比を維持する必要がある。最近は高性能ＡＥ減水剤の使用によって水セメント比２０％前後で適度な流動性を維持したコンクリートが得られている。
【０００３】
微粉末混和材を配合する方法としては、例えば、シリカフュームのＢＥＴ比表面積を２１m2/g以上および平均粒径を０.１２μm以下に限定してポゾラン反応性を高めることによってコンクリートの高強度化を図ったものが知られている（特許文献１）。このように、従来はポゾラン反応性等を高める観点から出来るだけ微粒子の混和材が用いられていた。ところが、水セメント比が小さい領域において微細粒子の混和材を用いると、練混時に空練りの時間が長くなり、流動状態になるまで長時間を要し、その結果、出荷速度が遅くなるという問題があった。また、良好な流動性およびワーカビリティーを確保できず、ポンプ圧送や打設が困難という問題もあった。
【０００４】
そこで、重量平均粒径を２μm以下、BET比表面積を５〜２０m2/gの範囲に限定した微粉末混和材を用いることによって、コンクリートの流動性と強度を高めることが提案されている（特許文献２）。これは水セメント比２０％前後において、従来よりもやや粗粒の混和材を用いることによって流動性を高めているが、流動状態になるまでの練り混ぜ時間を短縮したものではない。
【特許文献１】特公平０７−１２９６０号公報
【特許文献２】特開２０００−７４００号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、微粉末混和材を用いた従来の高強度コンクリート等における上記問題を解決したものであり、流動化時間の短いセメント組成物を製造する結合材を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、以下の構成によって上記課題を解決した結合材に関する。
（１） シリカ質微粉末とセメントからなる結合材であり、シリカ質微粉末のＢＥＴ比表面積が８〜１３m2/gであって、結合材中のシリカ質微粉末の含有量が１０〜４０重量％であることを特徴とする結合材。
（２） シリカ質微粉末とセメントからなり、シリカ質微粉末のＢＥＴ比表面積８〜１３m2/g、結合材中のシリカ質微粉末の含有量１０〜４０重量％であって、水結合材比（Ｗ/Ｂ）１４％以上〜１８％以下の範囲において、流動化時間が１００＋（１８−Ｗ/Ｂ）×２５秒以下のセメント組成物を形成する上記(１)に記載する結合材。
（３） 上記ＢＥＴ比表面積および配合量のシリカ質微粉末と共に化学混和剤を含む上記(１)または上記(２)に記載する結合材。
【０００７】
〔具体的な説明〕
超高強度コンクリートは、一般に、先にモルタルを調製し、その練り混ぜ時に目視でモルタルの状態を確認しながら練り混ぜ時間を決定している。つまり、モルタルが流動状態になったことを確認した後に、粗骨材を投入して一定時間練り混ぜる方法が一般的である。この練り混ぜ中に、モルタルの性状は、空練り状態（バサバサの状態）からもち状（まとまった状態）を経て、流動状態（ネバネバの状態）に変化する。
【０００８】
先に述べたように、練り混ぜ時に、モルタルの水セメント比（水結合材比）が小さく、また微粉末混和材が微細であると、空練りの時間が長くなり、流動状態になるまで長時間を要する。そこで、本発明は、シリカ質微粉末とセメントからなる結合材において、シリカ質微粉末の粒度と含有量を一定範囲に限定することによって、水セメント比が大幅に少ない場合にも、練り混ぜ時間が短くても優れた流動性を有するセメント組成物を形成することができる結合材を開発した。
【０００９】
すなわち、本発明は、シリカ質微粉末とセメントからなる結合材であり、シリカ質微粉末のＢＥＴ比表面積が８〜１３m2/gであって、結合材中のシリカ質微粉末の含有量が１０〜４０重量％であることを特徴とする結合材である。
【００１０】
本発明の結合材によれば、水結合材比(Ｗ/Ｂ)１４％以上〜１８％以下の範囲において、流動化時間が１００＋（１８−Ｗ/Ｂ）×２５秒以下のセメント組成物を形成することができる。具体的には、例えば、水結合材比１４％において流動化時間が２００秒以下、水結合材比１６％において流動化時間が１５０秒以下、水結合材比１８％において流動化時間が１００秒以下のセメント組成物を形成することができる。
【００１１】
本発明の結合材は、上記シリカ質微粉末およびセメントと共に、化学混和剤を含有することができる。化学混和剤としてはＡＥ剤、減水剤、ＡＥ減水剤、高性能ＡＥ減水剤、消泡剤などが用いられる。
【００１２】
本発明の結合材について、試験例に基づいて具体的に説明する。以下に示す基準条件に従ってモルタルを調製し、流動化時間およびモルタルフローを測定した。この結果を表１および図１〜図３に示した。なお、モルタル部分が同一配合条件であれば、コンクリートはモルタルが流動化した後に粗骨材を加えて調製するので、コンクリートの流動化時間はモルタルの流動化時間と同じである。
【００１３】
本発明において流動化時間とは、以下の条件下で調整したときのモルタルフローが２５０mmになるまでに要した練り混ぜ開始からの時間を云う。因みに、コンクリートミキサでモルタルを練り混ぜた場合の練り混ぜ時のミキサ負荷電流の変化についてみると、流動状態になる前は負荷電流が増加してピークを示すが、流動状態付近になると負荷電流が減少し、流動状態では負荷電流の変化がほぼ平坦な安定状態になるので、この負荷電流の変化によっても流動化時間を把握することができる。換言すれば、練り混ぜ開始から負荷電流がほぼ平坦な安定状態に入るときまでに要した時間が流動化時間である。
【００１４】
（１）使用材料：結合材はセメントとシリカ質微粉末とを配合したものである。セメントはポルトランドセメントを使用した。シリカ質微粉末はBET比表面積の異なるシリカフュームを用いた。なお、比較例の一部はシリカフュームに石灰石微粉末を添加したものを用いた。細骨材は「ＪＩＳＡ５３０８附属書１レデイーミクストコンクリート用骨材」に規定されている骨材を使用した。混和剤は「ＪＩＳＡ６２０４コンクリート用化学混和剤」に規定されている高性能ＡＥ減水剤を用い、練り混ぜ水は上水道水を用いた。
（２）練り混ぜ機械：練混用ミキサは「ＪＩＳＲ５２０１セメントの物理試験方法」に規定されている機械練り用練り混ぜ機を用いた。
（３）配合：練り混ぜ水重量１７９.２ｇ、結合材重量１１２０ｇとし、細骨材を含むモルタルの総体積が８００ccとなるようにした。また、化学混和剤（高性能ＡＥ減水剤）の使用量は結合材重量の１.５％とした。なお、化学混和剤（高性能ＡＥ減水剤）の重量は練り混ぜ水を含む重量である。この配合は水結合材比（Ｗ／Ｂ）が０.１６であるコンクリートのモルタル部分に相当する。
【００１５】
〔コンクリート示方配合〕
Ｗ＝１５０kg/m3、Ｂ＝９３７.６kg/m3、Ｖｇ＝３３０L/m3
〔モルタル示方配合〕
モルタル単位量＝コンクリート単位量×１０００／６７０
Ｗ＝２２４kg/m3、Ｂ＝１４００kg/m3（粗骨材を除いた配合）
〔モルタル試験計量値〕
材料計量値＝モルタル単位量×８００／１００００００
Ｗ＝１７９.２ｇ、Ｂ＝１１２０ｇ、Ｓ＝算出値
配合量を示す上記式において、Ｗは練り混ぜ水，Ｂは結合材であってセメントとシリカ質微粉末の和、Ｖｇは粗骨材容積、Ｓは細骨材である。
【００１６】
（４）練り混ぜ方法：細骨材と結合材を１５秒空練りし、混和剤を溶解した練り混ぜ水を加えて流動するまで低速で練り混ぜる。
（５）モルタルフロー：ＪＩＳＲ５２０１規定のフローコーンを用い、ガラス板上で落下運動無しのフロー（０打フロー）を測定した。
（６）流動化時間：日視により測定した（単位：秒）。目視で流動状態になったと認められた時間（流動化時間：秒）を図１〜図３に示し、この時のモルタルフロー値（cm）を表１に示した。
【００１７】
本発明の結合材および比較例の結合材を用いたモルタル組成物について、結合材中のシリカ質微粉末の含有量（ie,シリカ微粉末置換率）の相違による流動化時間の変化を図１〜図３に示した。なお、図中、シリカ質微粉末置換率は結合材中のシリカフューム含有量である。また、図１〜図３に用いた各試料について、結合材中のシリカフューム含有量（７.５％〜３０.０％）ごとのシリカフュームＢＥＴ比表面積を表１に示した。
【００１８】
図１に示すように、水結合材比１８％のモルタル組成物において、本発明の結合材（シリカフュームのBET比表面積８〜１３m2/gおよび含有量１０〜４０重量％）を用いたものは、流動化時間が６０秒以下である。一方、シリカフュームのBET比表面積および含有量が本発明の範囲を外れる結合材（比較例）を用いたものは何れも流動化時間が概ね１２０秒を上回り、BET比表面積１６.６m2/gのシリカフュームを含有する比較例の結合材を用いたものは流動化時間が概ね１８０秒以上であり、また、BET比表面積５.９m2/gのシリカフュームを含有する比較例の結合材を用いたものは一部の含有量範囲を除き流動化時間が１８０秒以上であり、本発明の結合材を用いたものよりも流動化時間が格段に長い。
【００１９】
図２に示すように、水結合材比１６％のモルタル組成物においても図１と同様の傾向が見られる。シリカフュームの含有量１５〜４０重量％およびBET比表面積８.１〜１２.９m2/gのシリカフュームを含む本発明の結合材を用いたものは流動化時間が１５０秒以下であるが、BET比表面積１４.７m2/g、５.９m2/gのシリカフュームを含む比較例の結合材を用いたものはシリカフューム含有量１５〜３０重量％の範囲において、流動化時間が概ね１８０〜２４０秒前後であり、本発明例の１.５倍〜２倍である。また、BET比表面積１６.６m2/gのシリカフュームを含む比較例の結合材を用いたものはシリカフューム含有量１３％付近から流動化時間が急激に増加し、含有量２０％で流動化時間が４８０秒付近に達する。さらに、BET比表面積２１.５m2/g、２.３m2/gのシリカフュームを含む比較例の結合材を用いたものは何れも流動化時間が４２０秒以上であり、本発明例の３.５倍〜４倍である。なお、BET比表面積８.１〜１２.９m2/gのシリカフュームを含有する場合においても、シリカフュームの含有量が４０重量％を上回ると流動化時間が増加に転じる傾向が強くなるので、シリカ質微粉末の含有量は１０〜４０重量％が適当である。
【００２０】
図３に示すように、水結合材比１４％のモルタル組成物においても図１、図２と同様の傾向が見られる。シリカフューム含有量１５〜２５重量％の範囲において、BET比表面積９.２〜１２.９m2/gのシリカフュームを含む結合材を用いた本発明例は流動化時間が１８０秒以下である。一方、BET比表面積５.９m2/g、１４.７m2/gのシリカフュームを含む結合材を用いた比較例は何れも流動化時間が３００秒を上回り、シリカフューム含有量に比例して流動化時間が長くなる。
【００２１】
図１〜図３に示すように、本発明の結合材を用いたモルタル組成物は、水結合材比（W/B）１４％以上〜１８％以下の範囲において、流動化時間が１００＋（１８−W/B）×２５秒以下のものであり、具体的には、例えば、水結合材比１８％〜１４％の範囲において、水結合材比１８％での流動化時間が１００秒以下、好ましくは６０秒以下、水結合材比１６％での流動化時間が１５０秒以下、好ましくは１００秒以下、水結合材比１４％での流動化時間が２００秒以下、好ましくは１８０秒以下のものである。
【００２２】
なお、図示するように、シリカ質微粉末のＢＥＴ比表面積が８m2/gより小さく、あるいは１３m2/gより大きいと流動化時間が長くなる。また、結合材中のシリカ質微粉末の含有量が１０重量％より少ないと流動化時間を短縮する効果が不十分であり、また４０重量％を上回ると流動化時間が増加に転じる傾向が強くなる場合がある。
【００２３】
以上のように、本発明の結合材はモルタル組成物の流動化時間を短縮することができる。従って、本発明の結合材を用いたモルタル組成物は練り混ぜ時間が短くても適度なモルタルフローを示す。コンクリートのフレッシュ性状の評価指標であるスランプフローはモルタル試験のフローに概ね比例する。一般的にコンクリートのスランプフローは６０〜８０cmを要求されるので、モルタルフローは３００mm以上が必要であるが、表１に示すように、発明のモルタル組成物は何れもこの要求を満足している。
【００２４】
【表１】
2006182645.tif 000002
【発明の効果】
【００２５】
本発明の結合材を用いたモルタル組成物およびコンクリート組成物は、水結合材比１４〜１８％において流動化時間が格段に短い。この結果、本発明の結合材を用いたモルタル組成物およびコンクリート組成物は、実機製造において、粗骨材を投入するまでの時間、すなわち出荷時間を大幅に短縮することができる。なお、一般に、建築学会では設計基準強度が３６N/mm2を上回る普通コンクリートを高強度コンクリートとし、土木学会では設計基準強度６０〜１００N/mm2程度のものを高強度コンクリートとしているが、本発明の結合材を用いたものは、水結合材比２０％以下で、流動化時間が大幅に短く、かつ好ましくは実施例に示すように１４０N/mm2以上の超高強度コンクリートを得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下に本発明を実施例によって具体的に示す。
【実施例】
【００２７】
〔使用材料および配合〕
表２に示す材料を用い、表３の配合量に従ってモルタルを調製し、これを流動化した後に粗骨材を投入してコンクリートを調製した。なお、化学混和剤（高性能ＡＥ減水剤）は結合材重量の１.５％を使用した。
〔練り混ぜ方法〕
練り混ぜはモルタルミキサに粉体（セメント＋シリカフューム）と細骨材を投入し、１５秒空練りした後に水および高性能ＡＥ減水剤を加え低速で練り混ぜた。
〔結果〕
シリカフュームのBET比表面積と置換率、モルタルの水結合材比、単位水量、流動化時間、およびコンクリートのスランプフロー、強度を表３にまとめて示した。
【００２８】
表３に示すように、本発明のモルタルは流動化時間が３０秒〜１８０秒であり、従来のシリカフューム混合モルタルよりも大幅に短く、かつコンクリートの圧縮強度は１４３N/mm2〜１７１N/mm2であり、何れも超高強度である。
【００２９】
【表２】
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【００３０】
【表３】
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【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】シリカ質微粉末を混合したモルタル（水結合材比１８％）の混入率およびBET比表面積（m2/g）と流動化時間（秒）との関係を示すグラフ。
【図２】シリカ質微粉末を混合したモルタル（水結合材比１６％）の混入率およびBET比表面積（m2/g）と流動化時間（秒）との関係を示すグラフ。
【図３】シリカ質微粉末を混合したモルタル（水結合材比１４％）の混入率およびBET比表面積（m2/g）と流動化時間（秒）との関係を示すグラフ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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