(57)【要約】【課題】高い流動性を有すると共に、初期強度を確保しながら長期材齢において高い強度発現性を示す高強度コンクリート組成物を提供する。【解決手段】３ＣａＯ・ＳｉＯ２含有率が４０〜５０質量％、２ＣａＯ・ＳｉＯ２含有率が２５〜４０質量％であり、且つ、ＪＩＳ  Ｒ  ５２１０で規定される全アルカリ含有率が０．５０質量％以下のポルトランドセメント、骨材、セメント分散剤及び水よりなり、上記水セメント比は２０〜４５％である。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
３ＣａＯ・ＳｉＯ２含有率が４０〜５０質量％、２ＣａＯ・ＳｉＯ２含有率が２５〜４０質量％であり、且つ、ＪＩＳ  Ｒ  ５２１０で規定される全アルカリ含有率が０．５０質量％以下のポルトランドセメント、骨材、セメント分散剤及び水よりなり、水セメント比が２０〜４５％であることを特徴とする高強度コンクリート組成物。
【請求項２】
セメント分散剤が、ポリエチレングリコール鎖を有する化合物を主成分とする請求項１記載の高強度コンクリート組成物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、新規な高強度コンクリート組成物に関するものである。さらに詳しくは、高い流動性を有すると共に、高い初期強度を確保しながら長期にわたり高い強度発現性を示す高強度コンクリート組成物を提供するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、コンクリート構造物の高層化などを背景として、高強度コンクリートの需要が増加している。コンクリートの高強度化には水セメント比の低減が必須であるが、高性能減水剤、高性能ＡＥ減水剤などのセメント分散剤の添加により、設計基準強度が４０Ｎ／mm2を超える高強度コンクリートの製造が可能となっている。
【０００３】
しかしながら、従来、ポルトランドセメントを使用した高強度コンクリート組成物は、初期材齢においては高い強度発現性を示すものの、材齢２８日以降の長期材齢における強度の増進効果が低いという問題を有していた。
【０００４】
また、高強度を達成するために水セメント比を低下させたことに伴い、セメント分散剤の添加によっても良好な流動性が得られないという問題も有していた。
【０００５】
上記問題に対して、ポルトランドセメントの鉱物組成、石膏の種類、添加量およびブレーン比表面積を調整したポルトランドセメントが提案されており（特許文献１参照）、高性能ＡＥ減水剤との組み合わせにより高い流動性が得られている。また、同時に、材齢２８日において従来のポルトランドセメントに比べて高い強度が得られている。
【０００６】
しかしながら、上記高流動性水硬性組成物は、強度においても改良の余地があり、特に長期材齢における強度発現性については、更なる検討が必要である。
また、セメントとセメント分散剤の組み合わせによっては、所定の流動性が得られない場合があるという問題も残されていた。
【０００７】
【特許文献１】特開平５−２１３６５３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
従って、本発明の目的は、ポルトランドセメントを使用した高強度コンクリート組成物において、高い流動性を有すると共に、高い初期強度を確保しながら長期材齢においても高い強度発現性を示す高強度コンクリート組成物を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者等は、上記課題を解決すべく鋭意研究を行ってきた。その結果、水セメント比を低く抑えた高強度コンクリート組成物において、ポルトランドセメントの３ＣａＯ・ＳｉＯ２および２ＣａＯ・ＳｉＯ２含有率を特定範囲に調整することにより、初期の強度発現性を確保しながら、長期において高い強度発現性を発揮することが可能であることを見出した。更に、上記高強度コンクリート組成物の流動性は、ポルトランドセメントの全アルカリ含有率と密接な関係にあることについて知見を得、全アルカリ含有率の上限値を定めることにより、安定して高い流動性を発揮する高強度コンクリート組成物が得られることを見出し、本発明を完成するに至った。
【００１０】
即ち、本発明は、３ＣａＯ・ＳｉＯ２含有率が４０〜５０質量％、２ＣａＯ・ＳｉＯ２含有率が２５〜４０質量％であり、且つ、ＪＩＳ  Ｒ  ５２１０で規定される全アルカリ含有率が０．５０質量％以下のポルトランドセメント、骨材、セメント分散剤及び水よりなり、水セメント比（質量比）が２０〜４５％であることを特徴とする高強度コンクリート組成物である。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、ポルトランドセメントを使用し、水セメント比が２０〜４５％と低い割合に設定された高強度コンクリート組成物において、高い流動性を有すると共に、初期強度が高く、しかも、長期における強度発現においても、高い強度を示すことが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明をさらに詳細に説明する。
【００１３】
本発明におけるポルトランドセメントの鉱物組成は、ポルトランドセメントの化学成分からボーグ式により算出されたものを表す。
【００１４】
また、全アルカリ含有率は、ＪＩＳ  Ｒ  ５２１０で規定されるとおり、ポルトランドセメントの化学成分におけるＮａ２ＯとＫ２Ｏとの含有率から「Ｎａ２Ｏ＋０．６５８Ｋ２Ｏ」を算出して得られた値を表す。
【００１５】
本発明において、ポルトランドセメントの３ＣａＯ・ＳｉＯ２含有率は、４０〜５０質量％、好ましくは、４３〜４９質量％に調整されることが重要である。上記３ＣａＯ・ＳｉＯ２含有率が４０質量％より少ない場合、初期の強度発現性が低下する。また、５０質量％を超えた場合、初期の強度発現性は向上するが、長期における強度発現性が低下する。
【００１６】
また、本発明において、ポルトランドセメントの２ＣａＯ・ＳｉＯ２含有率は、２５〜４０質量％、好ましくは、２８〜３８質量％に調整されることが重要である。上記２ＣａＯ・ＳｉＯ２含有率が２５質量％より少ない場合、初期に高い強度が得られるが、長期における強度発現性が低下する。また、４０質量％を超える場合、初期の強度発現性が低下するとともに、長期においても充分な強度発現性が得られない。
【００１７】
本発明において、ポルトランドセメントの３ＣａＯ・ＳｉＯ２含有率と２ＣａＯ・ＳｉＯ２含有率の合計は、７０質量％以上に調整されることが望ましい。７０質量％に満たない場合、初期、長期いずれの材齢においても充分な強度発現性が得られない可能性がある。
【００１８】
尚、ポルトランドセメントの上記成分以外の成分としては、３ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３、４ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３・Ｆｅ２Ｏ３、石膏等の他、本発明の高強度コンクリート組成物において、ポルトランドセメントには、ＪＩＳ  Ｒ  ５２１０に規定された無機質混合材が挙げられる。
【００１９】
本発明において、高強度コンクリート組成物に高い流動性を付与するためには、ポルトランドセメント中の全アルカリ含有率を０．５０質量％以下に調整されることが重要である。全アルカリ含有率が０．５０質量％を超えると、セメント分散剤によるセメント粒子の分散効果が低下し、得られる高強度コンクリート組成物の流動性が低下する。
【００２０】
本発明において、ポルトランドセメントのブレーン値は３０００〜４０００ｃｍ２／ｇに調整されることが望ましい。３０００ｃｍ２／ｇより小さいと、得られる高強度コンクリート組成物の強度発現性が低下する。一方、４０００ｃｍ２／ｇを超えると、初期の水和反応性が高まるため、初期の強度発現性は向上するが、流動性が低下するため好ましくない。高い強度発現性と良好な流動性を実現するより好適な範囲として、３２５０〜３８００ｃｍ２／ｇに調整されることが望ましい。
【００２１】
本発明において、ポルトランドセメント中の石膏量は、ポルトランドセメントのＳＯ３含有率が１．６〜５．０質量％となるように調整されることが望ましい。１．６質量％未満では、ポルトランドセメント中の３ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３の水和が活発となり、流動性が低下し、十分な施工時間を確保することが出来ない。また、５．０質量％を超えると、ポルトランドセメント中の３ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３と石膏との水和反応が促進されるため流動性が低下する傾向にある。
【００２２】
本発明において、ポルトランドセメントの調製方法は、特に制限されず、１種類以上のポルトランドセメントクリンカーおよび石膏が所定の割合に配合される方法が一般に採用される。
【００２３】
また、混合方法もそれぞれの成分を個別に粉砕したものを混合する方法、任意の２成分以上を同時に粉砕し、別途粉砕した残りの成分と混合する方法、全ての成分を同時に粉砕する方法等が使用できる。
【００２４】
本発明において、前記全アルカリ含有率の調整は、セメント原料中のアルカリ量を制御することも考えられるが、セメント焼成用ロータリーキルンにおけるアルカリバイパス（塩素バイパスともいい、通常、ロータリーキルンにおける８００〜１０００℃の温度領域のガスを抽気する配管を意味する。）よりガスを抽気する量を制御することよって調整することができる。
【００２５】
本発明において、前記石膏は、天然石膏、排煙脱硫石膏やリン酸石膏などの化学副産石膏等が特に制限なく使用できる。
【００２６】
本発明において、前記組成を有するポルトランドセメントの調製は、別途調整された２種類以上のポルトランドセメントを前記組成を満足する割合で混合して行うこともできる。具体的には、普通ポルトランドセメントと低熱ポルトランドセメントの混合物、早強ポルトランドセメントと低熱ポルトランドセメントの混合物などが例示される。
【００２７】
本発明の高強度コンクリート組成物を製造する際、上記２種類以上のポルトランドセメントを混合するタイミング方法は、特に制限されないが、公知の混合機により予め混合したものを使用してもよいし、高強度コンクリート組成物を製造する際に、所定の混合割合になるよう２種類以上のポルトランドセメントを同時に使用してもよい。
【００２８】
本発明において、セメント分散剤は、ポルトランドセメントを分散させる効果を有するものであれば特に限定されない。
【００２９】
上記セメント分散剤を具体的に例示すれば、ＡＥ減水剤、流動化剤、高性能減水剤、高性能ＡＥ減水剤等が挙げられる。
【００３０】
中でも、ポリエチレングリコール鎖を有する化合物を成分として含む高性能ＡＥ減水剤がより好適に使用でき、実用上は、ポリカルボン酸系高性能ＡＥ減水剤と総称されるものが好適に使用できる。
【００３１】
本発明の高強度コンクリート組成物において、水セメント比は、高強度を発現するために、２０〜４５％、好ましくは、２５〜３５％に調整されることが望ましい。即ち、水セメント比が２０％より小さい場合、前記全アルカリ含有率の調整や、セメント分散剤の添加によっても、所望の流動性が得られない可能性がある。一方、水セメント比が４５％を超えると、強度が十分発現せず、初期、及び長期にわたって高強度のコンクリートを得ることができない。
【００３２】
本発明の高強度コンクリート組成物において、細骨材及び粗骨材は、一般にコンクリートに使用されるものであれば、特に制限なく使用できる。
【００３３】
上記細骨材を具体的に例示すれば、川砂、海砂、山砂、丘砂、硬質砂岩砕砂、石灰岩砕砂、高炉スラグ砕砂等が挙げられる。また、上記粗骨材を具体的に例示すれば、川砂利、硬質砂岩砕石、石灰岩砕石、高炉スラグ砕石等が挙げられる。
【００３４】
本発明において、高強度コンクリート組成物を製造する方法は、特に制限されない。コンクリートミキサなど公知の混合機が好適に使用できる。
本発明の高強度コンクリート組成物は、本発明を構成する骨材、セメント分散剤及び水の他に、本発明の効果を著しく阻害しない範囲で、空気量調製剤、凝結遅延剤、凝結促進剤、防錆剤、分離低減剤、増粘剤、膨張材、高炉スラグ、フライアッシュ、各種鉱物質微粉末等を添加配合しても構わない。
【実施例】
【００３５】
以下、実施例により本発明の構成および効果を説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【００３６】
実施例１
３ＣａＯ・ＳｉＯ２含有率４８％、２ＣａＯ・ＳｉＯ２含有率３１％、全アルカリ含有率０．４１％（アルカリバイパスダクトからの抽気量制御）、ブレーン値３３１０ｃｍ２／ｇの中庸熱ポルトランドセメントと、水、細骨材、粗骨材及びポリカルボン酸系高性能ＡＥ減水剤を表１に示す割合で配合した水セメント比２４％の高強度コンクリート組成物を調整し、材齢９１日までのコンクリートの圧縮強度を測定した。供試体の養生条件は、２０℃水中養生とした。結果を表２に示す。
【００３７】
セメント以外の材料の詳細は、以下に示す通りである。
水：水道水
細骨材：海砂（表乾密度：２．５８ｃｍ２／ｇ、粗粒率：２．６９）
粗骨材：硬質砂岩砕石（最大寸法：２０ｍｍ、表乾密度：２．７１ｃｍ２／ｇ）
セメント分散剤：超高強度コンクリート用ポリカルボン酸系高性能ＡＥ減水剤
実施例２
３ＣａＯ・ＳｉＯ２含有率４３％、２ＣａＯ・ＳｉＯ２含有率３７％、全アルカリ含有率０．４０％（アルカリバイパスダクトからの抽気量制御）、ブレーン値３４５０ｃｍ２／ｇの中庸熱ポルトランドセメントを使用し、表１に示す水セメント比２４％の高強度コンクリート組成物を調整し実施例１と同様の試験を行った。結果を表２に示す。
【００３８】
比較例１
３ＣａＯ・ＳｉＯ２含有率５３％、２ＣａＯ・ＳｉＯ２含有率２１％、全アルカリ含有率０．４４％（アルカリバイパスダクトからの抽気量制御）、ブレーン値３２８０ｃｍ２／ｇの普通ポルトランドセメントを使用し、表１に示す水セメント比２４％の高強度コンクリート組成物を調整し実施例１と同様の試験を行った。結果を表２に示す。
【００３９】
比較例２
３ＣａＯ・ＳｉＯ２含有率３６％、２ＣａＯ・ＳｉＯ２含有率４４％、全アルカリ含有率０．４２％、ブレーン値３２１０ｃｍ２／ｇの低熱ポルトランドセメントを使用し、表１に示す水セメント比２４％の高強度コンクリート組成物を調整し実施例１と同様の試験を行った。結果を表２に示す。
【００４０】
比較例３
３ＣａＯ・ＳｉＯ２含有率２３％、２ＣａＯ・ＳｉＯ２含有率５９％、全アルカリ含有率０．４３％（アルカリバイパスダクトからの抽気量制御）、ブレーン値３３４０ｃｍ２／ｇの低熱ポルトランドセメントを使用し、表１に示す水セメント比２４％の高強度コンクリート組成物を調整し実施例１と同様の試験を行った。結果を表２に示す。
【００４１】
【表１】
2006111493.tif 000002
【００４２】
【表２】
2006111493.tif 000003
実施例３
３ＣａＯ・ＳｉＯ２含有率４３％、２ＣａＯ・ＳｉＯ２含有率３６％、全アルカリ含有率０．４１％（アルカリバイパスダクトからの抽気量制御）、ブレーン値３５２０ｃｍ２／ｇの中庸熱ポルトランドセメントと、水、細骨材、粗骨材及びポリカルボン酸系高性能ＡＥ減水剤を表３に示す割合で配合した水セメント比３１％の高強度コンクリート組成物を調整し、実施例１と同様の試験を行った。結果を表４に示す。ポリカルボン酸系高性能ＡＥ減水剤は高強度コンクリート用ポリカルボン酸系高性能ＡＥ減水剤を使用した。
【００４３】
実施例４
３ＣａＯ・ＳｉＯ２含有率４８％、２ＣａＯ・ＳｉＯ２含有率２９％、全アルカリ含有率０．４３％（アルカリバイパスダクトからの抽気量制御）、ブレーン値３２９０ｃｍ２／ｇの中庸熱ポルトランドセメントを使用し、表３に示す水セメント比３１％の高強度コンクリート組成物を調整し実施例１と同様の試験を行った。結果を表４に示す。
【００４４】
比較例４
３ＣａＯ・ＳｉＯ２含有率５３％、２ＣａＯ・ＳｉＯ２含有率２１％、全アルカリ含有率０．５１％、ブレーン値３２８０ｃｍ２／ｇの普通ポルトランドセメントを使用し、表３に示す水セメント比３１％の高強度コンクリート組成物を調整し実施例１と同様の試験を行った。結果を表４に示す。
【００４５】
比較例５
３ＣａＯ・ＳｉＯ２含有率３６％、２ＣａＯ・ＳｉＯ２含有率４４％、全アルカリ含有率０．４７％、ブレーン値３２１０ｃｍ２／ｇの低熱ポルトランドセメントを使用し、表３に示す水セメント比３１％の高強度コンクリート組成物を調整し実施例１と同様の試験を行った。結果を表４に示す。
【００４６】
比較例６
３ＣａＯ・ＳｉＯ２含有率２２％、２ＣａＯ・ＳｉＯ２含有率６０％、全アルカリ含有率０．４６％（アルカリバイパスダクトからの抽気量制御）、ブレーン値３３９０ｃｍ２／ｇの低熱ポルトランドセメントを使用し、表３に示す水セメント比３１％の高強度コンクリート組成物を調整し実施例１と同様の試験を行った。結果を表４に示す。
【００４７】
【表３】
2006111493.tif 000004
【００４８】
【表４】
2006111493.tif 000005
実施例５
３ＣａＯ・ＳｉＯ２含有率４７％、２ＣａＯ・ＳｉＯ２含有率３２％、全アルカリ含有率０．３９％（アルカリバイパスダクトからの抽気量制御）、ブレーン値３３２０ｃｍ２／ｇの中庸熱ポルトランドセメントと、水、細骨材、粗骨材及びポリカルボン酸系高性能ＡＥ減水剤を表５に示す割合で配合した水セメント比３３％の高強度コンクリート組成物を調整し、スランプフロー値を測定した。結果を表６に示す。ポリカルボン酸系高性能ＡＥ減水剤は高強度コンクリート用ポリカルボン酸系高性能ＡＥ減水剤を使用した。
【００４９】
実施例６
３ＣａＯ・ＳｉＯ２含有率４７％、２ＣａＯ・ＳｉＯ２含有率３１％、全アルカリ含有率０．４８％（アルカリバイパスダクトからの抽気量制御）、ブレーン値３３３０ｃｍ２／ｇの中庸熱ポルトランドセメントを使用し、表５に示す水セメント比３３％の高強度コンクリート組成物を調整し実施例５と同様の試験を行った。結果を表６に示す。
【００５０】
比較例７
３ＣａＯ・ＳｉＯ２含有率４７％、２ＣａＯ・ＳｉＯ２含有率３２％、全アルカリ含有率０．５６％、ブレーン値３２７０ｃｍ２／ｇの中庸熱ポルトランドセメントを使用し、表５に示す水セメント比３３％の高強度コンクリート組成物を調整し実施例５と同様の試験を行った。結果を表６に示す。
【００５１】
比較例８
３ＣａＯ・ＳｉＯ２含有率４８％、２ＣａＯ・ＳｉＯ２含有率３１％、全アルカリ含有率０．６３％、ブレーン値３３５０ｃｍ２／ｇの中庸熱ポルトランドセメントを使用し、表５に示す水セメント比３３％の高強度コンクリート組成物を調整し実施例５と同様の試験を行った。結果を表６に示す。
【００５２】
【表５】
2006111493.tif 000006
【００５３】
【表６】
2006111493.tif 000007
以上示したように、本発明により製造された高強度コンクリート組成物は、高い流動性を有すると共に、初期強度を確保しながら長期材齢において高い強度発現性を示すことがわかる。