(57)【要約】【課題】結合材に対する水の混合比が小さい場合でも微粒子状の軽量骨材を大量に混練することが可能な軽量モルタルの製造方法を提供する。【解決手段】セメントと混和材とを予め空練りして結合材とし、この結合材に、水と混和材を混合した練り混ぜ水を加え、よく混練してペースト状の混合物にする。そして、この混合物に微小中空骨材を徐々に加えていきながら練り混ぜを行うことによって、水結合材比が小さい場合でも微粒子状の微小中空骨材を多量に混練することが可能となる。よって、この方法により製造されたモルタルは高い強度を維持しつつも軽量なものとなる。【選択図】  図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
セメントと混和材とを空練りして結合材とし、
前記結合材に水と混和剤を混合した練り混ぜ水を加えて混練して混合物とし、
前記混合物に微小中空骨材を徐々に加えて混練して成形する
ことを特徴とする軽量モルタルの製造方法。
【請求項２】
前記微小中空骨材は、モルタル全体に対して体積混入率が４０〜６０％であることを特徴とする請求項１記載の軽量モルタルの製造方法。
【請求項３】
前記結合材に対して前記練り混ぜ水が質量比３０〜４０％で混合されていることを特徴とする請求項１または２に記載の軽量モルタルの製造方法。
【請求項４】
前記セメントに対して前記混和材が質量比１５〜２５％で混合されていることを特徴とする請求項１から３のいずれかの項に記載の軽量モルタルの製造方法。
【請求項５】
前記微小中空骨材は、ガラスで形成されていることを特徴とする請求項１から４のいずれかの項に軽量モルタルの製造方法。
【請求項６】
前記微小中空骨材は、セラミックスで形成されていることを特徴とする請求項１から４のいずれかの項に軽量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、軽量モルタルの製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、建築物の超高層化、高層住宅の増加、土木構造物の長大化および施工の合理化に伴い、コンクリートの軽量化と合わせ、高強度化の要求がこれまでにも増して高まっている。コンクリートの軽量化を図る方法としては、超泡剤等の使用によって多量の気泡を混入する方法や体積の５割以上を占める骨材に密度の小さいものを用いる方法がある。
【０００３】
前者の場合は、気泡混入量の増加に伴う強度や弾性係数の低下率が大きいこと、また、透水・透気性が大きくなることから、用途が軽量気泡コンクリート（ＡＬＣ）製品、断熱材、充填モルタル等に限定されている。一般の構造部材やカーテンウォール等の軽量コンクリートには、軽量骨材が用いられており、最近では上記の要請に応えるため、高強度化、超軽量化を目的とした高性能軽量骨材の開発が盛んに行われている。
【０００４】
このような軽量骨材としては、具体的には、シラスバルーンやフライアッシュバルーン、ガラスビーズ、および、内側が中空のセラミックスなどの微粒子が挙げられ、セメントなどの結合材、水、および上記の軽量骨材を加えてモルタルやコンクリートを製造することが、例えば、特許文献１〜３に記載されている。
【０００５】
【特許文献１】特許第３１４６３２５号公報
【特許文献２】特開平１１−１８９４５４号公報
【特許文献３】特開平７−２３３５８７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
一般的に、モルタルおよびコンクリートにおいては、比重を小さくすればするほど強度低下が著しくなるので、高性能減水剤などを加えることによって、結合材に対する水の混合比をできるだけ小さくする方法がとられる。しかしながら、この混合比が小さいと、モルタル中に含まれる水分率が小さくなるので、特許文献１〜３に記載されているような微粒子状の軽量骨材を多量に混入すると練り混ぜが困難になるという問題がある。
【０００７】
そこで、本発明は、結合材に対する水の混合比が小さい場合でも微粒子状の軽量骨材を多量に混入して混練することが可能な軽量モルタルの製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の軽量モルタルの製造方法は、セメントと混和材とを空練りして結合材とし、結合材に水と混和剤を混合した練り混ぜ水を加えて混練して混合物とし、混合物に微小中空骨材を徐々に加えて混練して成形することを特徴とする。
【０００９】
まず、セメントと混和材とを予め空練りして結合材とし、この結合材に、水と混和剤を混合した練り混ぜ水を加え、よく混練してペースト状の混合物にする。そして、この混合物に微小中空骨材を徐々に加えていきながら練り混ぜを行う。このように、セメントと混和材、また、水と混和剤とを別々に混合し、これらを混ぜ合わせてペースト状にし、そして、微小中空骨材を徐々に加えていきながら練り混ぜることによって、結合材に対する水の混合比が小さい場合でも微粒子状の微小中空骨材を大量に混練することが可能となる。よって、この方法により製造されたモルタルは微小中空骨材を多量に含むことが可能となるので、高い強度を維持しつつ軽量なものとすることができる。なお、微小中空骨材とは、微粒子状で、内側が中空に形成された骨材のことである。また、本発明において、結合材に対する水の混合比とは、水と混和剤中の水分とを合わせた練り混ぜ水の質量と、結合材の質量との比のことを示し、これを以下、水結合材比と称する。
【００１０】
微小中空骨材は、モルタル全体に対して体積混入率が４０〜６０％であることが望ましい。微小中空骨材の体積混入率が４０〜６０％であれば、軽量でかつ高強度なモルタルを得ることができる。すなわち、微小中空骨材の体積混入率が４０％より小さいと、モルタルの比重が大きくなるので、軽量化が図れなくなり、６０％より大きいと、モルタルの比重は小さくなるので、軽量化は図れるが、強度が著しく小さいモルタルとなってしまう。
【００１１】
また、練り混ぜ水は、結合材に対して質量比３０〜４０％で混合されていることが望ましく、より望ましくは、質量比３２〜３８％とすることができる。練り混ぜ水を結合材に対して質量比３０〜４０％で混合することによって、多量の微小中空骨材を好適に混練することができる。すなわち、練り混ぜ水の質量比が３０％より小さいと、水分率が小さくなりすぎてしまうので、多量の微小中空骨材を混練することができなくなるため、モルタルの製造ができなくなる。また、練り混ぜ水の質量比が４０％より大きいと、比重が小さくなってしまうので、製造されたモルタルの強度が低下してしまう。
【００１２】
さらに、セメントとはじめに空練りされる混和材は、セメントに対して質量比１５〜２５％で混合されていることが望ましい。混和材がセメントに対して質量比１５〜２５％で混合されていることにより、大幅な強度増進効果が期待できる。すなわち、混和材がセメントに対して質量比１５％よりも小さいと強度増進効果が小さく、質量比２５％よりも大きいと混和材の表面積が大きくなるため、混和材の表面に練り混ぜ水や混和剤が吸着され、練り混ぜ自体が困難となり、また、所定の流動性を得ることができなくなる。
【００１３】
なお、微小中空骨材としては、ガラスで形成された微小中空ガラスや、セラミックスで形成された微小中空セラミックスを使用するとよい。微小中空ガラスや微小中空セラミックスは、骨材そのものが高い強度を有している。従って、これらを骨材として使用すれば、製造されるモルタルは、軽量でありながらも高い強度を有するものとなる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、水結合材比が小さい場合でも微粒子状の微小中空骨材を多量に混練することができるので、製造されたモルタルは高い強度を維持しつつ軽量なものとなり、高層化された建築物や住宅などにも使用可能なモルタルとすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明の実施の形態におけるモルタルは、まず、セメントと混和材とを空練りして結合材とし、この結合材に、水と混和剤を混合した練り混ぜ水を加えて混練して混合物とし、さらに、この混合物に微小中空骨材を徐々に加えて混練して成形される。
【００１６】
本実施の形態におけるセメントとしては、普通ポルトランドセメントや、これにシリカ、高炉スラグおよびフライアッシュ等が混合された各種混合セメントなどを用いることができる。
【００１７】
また、本実施の形態における混和材としては、シリカフューム、石英微粉末等が挙げられる。シリカフュームは、製鋼用脱酸剤のフェロシリコンや金属シリコンを製造するとき電気炉の中で炭酸ガスと共に発生する煙霧(ダスト)を回収したガラス質(非結晶)の微粒子からなる粉末である。シリカフュームを使用することにより、製造されるモルタルの強度、耐久性、水密度、透過性等の性能を改善することができる。また、混和剤としては、減水剤、ＡＥ（air entraining agent）剤等を使用することができるが、なかでも高性能ＡＥ減水剤を使用することが望ましい。高性能ＡＥ減水剤を使用することにより、水結合材比をできるだけ小さくしてもモルタルの高い流動性を保つことができる。
【００１８】
微小中空骨材としては、微粒子状の球体で、内側が中空に形成されたガラス製の微小中空ガラスやセラミックス製の微小中空セラミックスなどを使用することができる。微小中空ガラスおよび微小中空セラミックスは、内側が中空に形成されているので、中実の骨材よりも軽量であるとともに、ガラスやセラミックスにより形成されているので、従来の微小中空骨材よりも強度が高い。また、これらの微小中空骨材は、微粒子状の球体であることにより、混練の際に、ボールベアリングのような作用やモルタルの分散性を良好にするので、混練の性能やモルタルの流動性を高くすることができる。
【００１９】
以下に、本発明の実施の形態におけるモルタルの製造方法について詳細に説明する。なお、混練には、市販のホバートミキサを使用する。
１．計量した水と混和剤をあらかじめよく混合して、練り混ぜ水を作っておく。
２．セメントと混和材をホバートミキサに投入し、低速（１４０ｒｐｍ程度）で一分間空練りを行う。
３．２に１を加え、２分間低速（１４０ｒｐｍ程度）で練り混ぜを行う。
４．ミキサのパドルを止め、パドルに付着しているペーストをかき落とす。また、練りばち側面に練り混ぜ不良な部分があれば掻き混ぜる。
５．さらに高速（２８５ｒｐｍ程度）でミキサを回転させ、ペーストを２分間練り混ぜる。
６．ペーストに微小中空骨材を全体積量の約１／３投入し、１分間低速で練り混ぜを行い、４および５と同様の操作を行う。
７．６の操作を残りの微小中空骨材についても同様に行う。
【００２０】
このように、本実施の形態における軽量モルタルの製造方法によれば、水結合材比が小さい場合でも全体の体積に対して体積混入率が４０％以上の微粒子状の微小中空骨材を混練することができる。従って、この製造方法により製造されたモルタルは、高い強度を有する微小中空骨材を多量に含むことができるので、高い強度を維持しつつ軽量なものとなり、高層化された建築物や住宅などにも使用可能な軽量モルタルとすることができる。
【実施例】
【００２１】
本実施の形態における軽量モルタルの製造方法によりモルタルを成形し、成形されたモルタルに対してフロー試験および圧縮強度試験を行った。それぞれの試験は、セメントの強さ試験（ＪＩＳ  Ｒ５２０１）に準じた試験方法とした。なお、圧縮強度試験は、２０ｔｆの万能試験機を用い、載荷速度は７８４Ｎ／ｓｅｃ（８０ｋｇｆ／ｓｅｃ）とした。
【００２２】
本実施の形態で用いるセメントは、市販の普通ポルトランドセメント（宇部三菱セメント株式会社製）であり、その特性を、表１に示す。
【表１】
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【００２３】
次に、本実施の形態で用いた微小中空骨材は、平均粒径が４０μｍ、粒径範囲が１０〜１１０μｍ、比重が０．７〜０．８、強度が静水圧７０（Ｎ／ｍｍ2）での中空体積減少率４％である微小中空ガラス（東海工業株式会社製  ＣＥＬ−ＳＴＡＲ）と、平均粒径が４５μｍ、粒径範囲が２０〜７５μｍ、比重が０．７〜０．８、圧縮強度が静水圧７０（Ｎ／ｍｍ2）での中空体積生存率４０％である微小中空セラミックス（太平洋セメント株式会社製  Ｅ−ＳＰＨＥＲＥＳ  ＳＬ７５）である。
【００２４】
また、本実施の形態で用いた混和材は、シリカフューム（エルケムマイクロシリカ社製  Ｇｒａｄｅ９４０Ｕ）であり、使用する際には、湿気により凝集したものを取り除くため、０．３ｍｍのふるいで分級し、通過したものを使用した。なお、このシリカフュームの成分を以下の表２に示す。
【表２】
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【００２５】
また、本実施の形態で用いた混和剤は、高性能ＡＥ減水剤（竹本油脂株式会社製  ＳＳＰ−１０４）であり、密度１．０７ｇ／ｃｍ3で、固形分率は３０％のものである。なお、練り混ぜ用の水は上水道水を使用した。
【００２６】
本実施形態における各試験片としてのモルタルは、まず、軽量かつ高強度モルタルの製造を目的として、水結合材比を３０％と一定にし、密度０．７５および０．６３ｇ／ｃｍ3の微小中空ガラス、密度０．７２ｇ／ｃｍ3の微小中空セラミックスの３種類の微小中空骨材の体積混入率を、４５％，４７％，４９％、と変化させた９種類の配合とした。さらに、超軽量モルタルの製造を目的として、水結合材比を４０％と一定にし、０．６３ｇ／ｃｍ3の微小中空ガラスおよび密度０．７２ｇ／ｃｍ3の微小中空セラミックスの体積混入率を４７％，５７％と変化させた４種類の配合とした。この各成分の配合を表３に示す。
【表３】
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【００２７】
以下に、各実験における結果を、図を用いて説明する。
まず、水結合材比とフロー値の関係について図１を用いて説明する。図１に示す各モルタルの微小中空骨材の体積混入率は４５％であり、高性能ＡＥ減水剤は結合材質量の３％である。一般的に、低い水結合材比で不定形粒子の粉体を体積で４割以上混入すると混練ができないが、本実施の形態における軽量モルタルの製造方法によれば、図１に示すように、微小中空ガラスおよび微小中空セラミックスがともに、水結合材比３０％でも混練できており、混和材としてシリカフュームを、混和剤として高性能ＡＥ減水剤を使用することにより、フロー値が１２０ｍｍ以上と高い流動性を有していることがわかった。さらに、水結合材比４０％になると、フロー値はそれぞれ１８０および２６３ｍｍとなり、より高い流動性を得ていることがわかった。
【００２８】
次に、微小中空骨材の混入率とモルタルの密度の関係について図２を用いて説明する。
水結合材比３０％の配合では、密度０．７５ｇ／ｃｍ3の中空ガラスに対し、密度０．６３ｇ／ｃｍ3のものを用いると、全体としてのモルタルの密度は約１０％小さくなった。また、中空ガラスおよび中空セラミックスの混入率を５７％としたモルタルでは、ともに密度が１ｇ／ｃｍ3以下となった。図３に示すように、このモルタルは防水処理を施すことなく水に浮き続けることが確認された。
【００２９】
さらに、微小中空骨材の体積混入率と圧縮強度の関係について図４および図５を用いて説明する。図４に示す各モルタルの水結合材比は３０％である。中空ガラスの密度別に比較すると密度が０．７５ｇ／ｃｍ3の中空ガラスを用いたモルタルでは、混入率にかかわらず圧縮強度が８５ＭＰａ以上となっており、最も高い圧縮強度を有することがわかった。また、図５に示すように、それぞれのモルタルの密度と圧縮強度との間には高い相関が見られるが、モルタル密度が約１．１から１．４ｇ／ｃｍ3の場合、つまり微小中空骨材の体積混入率を４５〜４９％とした場合、密度が０．６３ｇ／ｃｍ3の微小中空ガラスでは、６０ＭＰａ以上の高い圧縮強度を、また、密度が０．７２ｇ／ｃｍ3の微小中空セラミックスでは、４０ＭＰａ以上の高い圧縮強度を有することがわかった。さらに、モルタル密度が１ｇ／ｃｍ3以下の場合、つまり微小中空骨材の体積混入率を５７％とした場合でも、２０ＭＰａ以上の高い圧縮強度を有することがわかった。
【００３０】
以上のように、本実施の形態における軽量モルタルの製造方法によれば、水結合材比が小さい場合でも全体の体積に対して体積混入率が４０％以上の微粒子状の微小中空骨材を混練することができる。また、シリカフュームと高性能ＡＥ減水剤とを使用することにより、高い流動性を有するモルタルとすることができる。さらに、この製造方法により製造されたモルタルは、高い強度を維持しつつも軽量なものであり、高層化された建築物や住宅などにも使用可能な軽量モルタルとすることができる。
【産業上の利用可能性】
【００３１】
本発明の軽量モルタルの製造方法によれば、水結合材比が小さい場合でも微粒子状の微小中空骨材を多量に混練することができ、製造されたモルタルは高い強度を維持しつつ軽量なものとなるので、高層化された建築物や住宅などにも使用可能なモルタルの製造方法として好適である。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】水結合材比とフロー値の関係を示す図である。
【図２】微小中空骨材の体積混入率とモルタル密度との関係を示す図である。
【図３】モルタルが水に浮いている状態を示す図である。
【図４】微小中空骨材の体積混入率と圧縮強度の関係を示す図である。
【図５】モルタル密度と圧縮強度の関係を示す図である。
【図１】
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【図２】
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【図４】
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【図５】
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【図３】
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