(57)【要約】【課題】周辺の温度が高温と低温を繰り返し、かつ、このような状況が長期に亘る場合において、爆裂等の劣化が起こりにくい、耐熱性に優れたポーラスコンクリートを提供する。【解決手段】ポルトランドセメント、フライアッシュ、火成岩からなる、最大粒度が２．５ｍｍ未満の細骨材、火成岩からなる、２．５ｍｍ以上の粒度を有し、かつ、２．５〜５ｍｍの粒度範囲内の骨材の割合が８０質量％以上である粒度分布を有する粗骨材、水、及び、セメント分散剤を含み、ポルトランドセメント１００質量部に対して、フライアッシュの量が１０〜８０質量部、細骨材の量が４０〜１１０質量部、水の量が３５〜４５質量部、セメント分散剤の量が０．５〜３．０質量部であり、粗骨材１００体積％に対する粗骨材以外の材料からなるモルタルの容積比が、３０〜５０％であり、空隙率が２０〜３０体積％であり、保水量が０．２０ｇ／ｃｍ３以上であるポーラスコンクリート。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポルトランドセメント、フライアッシュ、火成岩からなる細骨材、火成岩からなる粗骨材、水、及び、セメント分散剤を含むポーラスコンクリートであって、
上記細骨材は、最大粒度が２．５ｍｍ未満の骨材であり、
上記粗骨材は、２．５ｍｍ以上の粒度を有する骨材であって、かつ、２．５〜５ｍｍの粒度範囲内の骨材の割合が８０質量％以上である粒度分布を有する骨材であり、
上記ポルトランドセメント１００質量部に対して、上記フライアッシュの量が１０〜８０質量部、上記細骨材の量が４０〜１１０質量部、上記水の量が３５〜４５質量部、上記セメント分散剤の量が０．５〜３．０質量部であり、
上記粗骨材１００体積％に対する上記粗骨材以外の材料からなるモルタルの容積比が、３０〜５０％であり、
空隙率が２０〜３０体積％であり、
保水量が０．２０ｇ／ｃｍ３以上であることを特徴とするポーラスコンクリート。
【請求項２】
上記細骨材及び上記粗骨材を構成する各火成岩が、玄武岩または安山岩である請求項１に記載のポーラスコンクリート。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のポーラスコンクリートによって、表面を含む部分が形成されていることを特徴とする耐熱構造物。
【請求項４】
請求項１又は２に記載のポーラスコンクリートを製造するための方法であって、
上記ポーラスコンクリートを構成する各材料を混練して、上記粗骨材に、粗骨材以外の材料からなるモルタルを被覆させてなる未硬化の粒体を得る混練工程と、
上記未硬化の粒体に振動を加えて、上記未硬化の粒体を相互に付着させて、上記ポーラスコンクリートを得る振動工程と、
上記ポーラスコンクリートに水を含ませる水供給工程、
を含むことを特徴とするポーラスコンクリートの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ポーラスコンクリート及び耐熱構造物に関する。
【背景技術】
【０００２】
焼却炉や、工場におけるヒーター等の熱源の周辺は、その温度が高温と低温（常温）を繰り返し、かつ、このような状況が長期に亘る場合がある。
このため、これらの熱源の周辺の構造物に用いられるコンクリート等の水硬性組成物には、優れた耐熱性が求められている。
耐熱性に優れた水硬性組成物として、特許文献１には、ポルトランドセメント、フライアッシュ、火成岩からなる細骨材、火成岩からなる粗骨材、ポリプロピレン繊維、水、及び、減水剤を含むことを特徴とする水硬性組成物が記載されている。
一方、大きな透水性と、一定以上の強度を有するポーラスコンクリートとして、特許文献２には、セメント及び必要に応じて添加されるその他の材料からなる粉体と、該粉体に対する重量比が０〜３００％となるような粒径が５ｍｍ未満の細骨材と、該粉体に対する重量比が８〜３０％の水と、該粉体に対する重量比が１〜５％の界面活性剤とからなる未固化状態のペーストを、粗骨材１００％に対してその容積比が３０〜５０％となるように、粒径が５ｍｍ以上の粗骨材に被覆させてなる粒体を用い、該粒体を相互に付着させて硬化したものからなり、透水係数が１．７ｃｍ／ｓｅｃ以上、圧縮強度が１２０ｋｇｆ／ｃｍ2 以上であることを特徴とするポーラスコンクリートが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１６−１６０１６１号公報
【特許文献２】特開平７−２０６５３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の目的は、周辺の温度が高温と低温を繰り返し、かつ、このような状況が長期に亘る場合において、爆裂や強度低下等の劣化が起こりにくい、耐熱性に優れたポーラスコンクリートを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明者は、上記課題を解決するために鋭意検討した結果、ポルトランドセメント、フライアッシュ、特定の細骨材、特定の粗骨材、水、及び、セメント分散剤を特定の配合で含み、上記粗骨材１００体積％に対する上記粗骨材以外の材料からなるモルタルの容積比が、３０〜５０％であり、空隙率が２０〜３０体積％であり、保水量が０．２ｇ／ｃｍ３以上であるポーラスコンクリートによれば、上記目的を達成できることを見出し、本発明を完成した。
すなわち、本発明は、以下の［１］〜［４］を提供するものである。
［１］  ポルトランドセメント、フライアッシュ、火成岩からなる細骨材、火成岩からなる粗骨材、水、及び、セメント分散剤を含むポーラスコンクリートであって、上記細骨材は、最大粒度が２．５ｍｍ未満の骨材であり、上記粗骨材は、２．５ｍｍ以上の粒度を有する骨材であって、かつ、２．５〜５ｍｍの粒度範囲内の骨材の割合が８０質量％以上である粒度分布を有する骨材であり、上記ポルトランドセメント１００質量部に対して、上記フライアッシュの量が１０〜８０質量部、上記細骨材の量が４０〜１１０質量部、上記水の量が３５〜４５質量部、上記セメント分散剤の量が０．５〜３．０質量部であり、上記粗骨材１００体積％に対する上記粗骨材以外の材料からなるモルタルの容積比が、３０〜５０％であり、空隙率が２０〜３０体積％であり、保水量が０．２０ｇ／ｃｍ３以上であることを特徴とするポーラスコンクリート。
［２］  上記細骨材及び上記粗骨材を構成する各火成岩が、玄武岩または安山岩である前記［１］に記載のポーラスコンクリート。
［３］  前記［１］又は［２］に記載のポーラスコンクリートによって、表面を含む部分が形成されていることを特徴とする耐熱構造物。
［４］  前記［１］又は［２］に記載のポーラスコンクリートを製造するための方法であって、上記ポーラスコンクリートを構成する各材料を混練して、上記粗骨材に、粗骨材以外の材料からなるモルタルを被覆させてなる未硬化の粒体を得る混練工程と、上記未硬化の粒体に振動を加えて、上記未硬化の粒体を相互に付着させて、ポーラスコンクリートを得る振動工程と、上記ポーラスコンクリートに水を含ませる水供給工程、を含むことを特徴とするポーラスコンクリートの製造方法。
【発明の効果】
【０００６】
本発明のポーラスコンクリートは、周辺の温度が高温と低温（常温）を繰り返し、かつ、このような状況が長期に亘る場合において、爆裂や強度低下等の劣化が起こりにくい、耐熱性に優れたものである。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
本発明のポーラスコンクリートは、ポルトランドセメント、フライアッシュ、火成岩からなる細骨材、火成岩からなる粗骨材、水、及び、セメント分散剤を含むポーラスコンクリートであって、上記細骨材は、最大粒度が２．５ｍｍ未満の骨材であり、上記粗骨材は、２．５ｍｍ以上の粒度を有する骨材であって、かつ、２．５〜５ｍｍの粒度範囲内の骨材の割合が８０質量％以上である粒度分布を有する骨材であり、上記ポルトランドセメント１００質量部に対して、上記フライアッシュの量が１０〜８０質量部、上記細骨材の量が４０〜１１０質量部、上記水の量が３５〜４５質量部、上記セメント分散剤の量が０．５〜３．０質量部であり、上記粗骨材１００体積％に対する上記粗骨材以外の材料からなるモルタルの容積比が、３０〜５０％であり、空隙率が２０〜３０体積％であり、保水量が０．２ｇ／ｃｍ３以上であるものである。
なお、本明細書中、「ポーラスコンクリート」の語は、硬化前のポーラスコンクリート、および、ポーラスコンクリートが硬化してなる硬化体を包含するものである。
【０００８】
以下、各原料について詳しく説明する。
本発明で用いられるポルトランドセメントとしては、特に限定されるものではなく、例えば、普通ポルトランドセメント、早強ポルトランドセメント、中庸熱ポルトランドセメント、低熱ポルトランドセメント等の各種ポルトランドセメントや、高炉セメント、フライアッシュセメント等の混合セメント等が挙げられる。中でも、強度発現性および流動性の観点から、普通ポルトランドセメントまたは中庸熱ポルトランドセメントが好ましく、普通ポルトランドセメントがより好ましい。
【０００９】
本発明で用いられるフライアッシュとしては、特に限定されるものではなく、例えば、「ＪＩＳ  Ａ  ６２０１」に規定するフライアッシュＩ種、ＩＩ種、ＩＩＩ種及びＩＶ種等が挙げられる。中でも、品質の安定性の観点から、フライアッシュＩ種またはＩＩ種が好ましい。
本発明において、ポルトランドセメント１００質量部に対するフライアッシュの量は、１０〜８０質量部、好ましくは２５〜７０質量部、より好ましくは４０〜６０質量部である。該量が１０質量部未満であると、ポーラスコンクリートの硬化体の耐熱性が低下する。また、ポーラスコンクリートのアルカリ骨材反応が起こりやすくなる。該量が８０質量部を超えると、強度発現性が低下する。
【００１０】
本発明で用いられる細骨材及び粗骨材は、火成岩からなるものである。火成岩からなる細骨材及び粗骨材を用いることで、高温の環境下において、爆裂による硬化体の損傷等を防ぐことができる。
火成岩としては、例えば、玄武岩、安山岩、流紋岩、斑レイ岩、閃緑岩、及び花崗岩等が挙げられる。中でも、ポーラスコンクリートの硬化体の耐熱性の観点から、玄武岩または安山岩が好ましく、玄武岩がより好ましい。
【００１１】
本発明で用いられる火成岩からなる細骨材の最大粒度は、２．５ｍｍ未満である。
本発明において、ポルトランドセメント１００質量部に対する細骨材の量は、４０〜１１０質量部、好ましくは５０〜１００質量部、より好ましくは６０〜９０質量部である。該量が上記数値範囲内であれば、ポーラスコンクリートの硬化前の施工性、並びに、該硬化体の耐熱性、及び、強度が向上する。
なお、本明細書中、「粒度」とは、ふるいの目開き寸法に対応する大きさを意味する。
【００１２】
本発明で用いられる火成岩からなる粗骨材は、２．５ｍｍ以上の粒度を有する骨材であって、かつ、２．５〜５ｍｍの粒度範囲内の骨材の割合が８０質量％以上である粒度分布を有するものである。上記粒度分布を有する粗骨材を用いることで、ポーラスコンクリートの硬化体の耐熱性が向上する。
本発明において、ポルトランドセメント１００質量部に対する粗骨材の量は、特に限定されるものではなく、粗骨材１００体積％に対する粗骨材以外の材料からなるモルタルの容積比が３０〜５０％（後述）となる量であればよいが、好ましくは２００〜１，２００質量部、より好ましくは３００〜１，０００質量部、特に好ましくは４００〜９００質量部である。該量が上記数値範囲内であれば、ポーラスコンクリートの硬化前の施工性、並びに、該硬化体の耐熱性、及び、強度が向上する。
【００１３】
本発明で用いられる水としては、水道水等を使用することができる。
本発明において、ポルトランドセメント１００質量部に対する水の量は、３５〜４５質量部、好ましくは３６〜４４質量部、より好ましくは３７〜４３質量部である。該量が３５質量部未満であると、ポーラスコンクリートの混練時の作業性が低下する。該量が４５質量部を超えると、強度発現性が低下する。また、粗骨材以外の材料からなるモルタルの量が、硬化体上部において不足するため該上部の強度が低下する。
また、水の量と、ポルトランドセメントとフライアッシュの合計量の質量比（水／（ポルトランドセメント＋フライアッシュ）の質量比）は、好ましくは０．１０〜０．４０、より好ましくは０．１５〜０．３５、特に好ましくは０．２０〜０．３０である。該比が０．１０以上であれば、ポーラスコンクリートの混練時の作業性が向上する。該比が０．４０以下であれば、強度発現性が向上する。
【００１４】
本発明で用いられるセメント分散剤としては、リグニン系、ナフタレンスルホン酸系、メラミン系、またはポリカルボン酸系等の、減水剤、ＡＥ減水剤、高性能減水剤または高性能ＡＥ減水剤等が挙げられる。中でも、ポーラスコンクリートの流動性、施工性、及び強度発現性の観点から、ＡＥ減水剤又は高性能ＡＥ減水剤が好ましく、高性能ＡＥ減水剤がより好ましい。
本発明において、ポルトランドセメント１００質量部に対するセメント分散剤（通常、液状）の量は、０．５〜３．０質量部、好ましくは１．０〜２．５質量部、より好ましくは１．５〜２．０質量部である。該量が０．５質量部未満であると、減水性能が低下し、ポーラスコンクリートの混練時及び打設時の作業性が低下する。該量が３．０質量部を超えると、強度発現性が低下する。
【００１５】
本発明のポーラスコンクリートにおいて、上述した粗骨材１００体積％に対する粗骨材以外の材料（ポルトランドセメント、フライアッシュ、火成岩からなる細骨材、水、及び、セメント分散剤）からなるモルタルの容積比は、３０〜５０％、好ましくは３５〜４５％、より好ましくは３８〜４２％である。該比が３０％未満であると、粗骨材の表面部分が、粗骨材以外の材料からなるモルタルによって十分に被覆されないため、硬化後のポーラスコンクリートの強度が低下する。該比が５０％を超えると、ポーラスコンクリートの空隙率が低下する。
【００１６】
本発明のポーラスコンクリートの空隙率は、２０〜３０体積％、好ましくは２１〜２６体積％、より好ましくは２２〜２４体積％である。該空隙率が２０体積％未満であると、ポーラスコンクリートの硬化体の耐熱性が低下する。該空隙率が３０体積％を超えると、硬化体の強度が低下する。
本明細書中、「空隙率」とは、ポーラスコンクリートの体積に占める連続空隙の割合をいう。また、「連続空隙」とは、ポーラスコンクリートの表面から内部にまで連続的に形成されている空隙を意味する。本発明のポーラスコンクリートは、多数の連続空隙を有しているため、水分を内部に蓄えることができ、耐熱性に優れたものである。
硬化後のポーラスコンクリートの空隙率は、公益社団法人日本コンクリート工学協会「ポーラスコンクリートの設計・施工法の確立に関する研究委員会」報告書（２００３．５）の「ポーラスコンクリートの空隙率試験方法（案）」に準拠して測定することができる。
なお、ポーラスコンクリートの表面から連続的に形成されておらず、水が浸入できない空洞（独立空隙）は、上記空隙率には含まれないものとする。
【００１７】
本発明のポーラスコンクリートの保水量は、０．２０ｇ／ｃｍ３以上、好ましくは０．２１ｇ／ｃｍ３以上である。該量が０．２０ｇ／ｃｍ３未満であると、ポーラスコンクリートの硬化体の耐熱性が低下する。
保水量は、円柱状の供試体（例えば、φ１０×２０ｃｍの供試体）の湿潤質量（Ｗｔ）と乾燥質量（Ｗｄ）を測定し、下記式（１）を用いて算出することができる。
保水量（ｇ／ｃｍ３）＝（Ｗｔ−Ｗｄ）／（供試体の直径×高さ）      ・・・（１）
ここで、湿潤質量（Ｗｔ）とは、供試体を、２０℃の条件下で２４時間水中に浸漬させた後、供試体の表面に付着した水滴を除去した状態で測定された供試体の質量をいう。乾燥質量（Ｗｄ）とは、湿潤質量（Ｗｔ）の測定後に、供試体を６０℃の条件下で２４時間乾燥させて得られる供試体の質量をいう。
【００１８】
本発明のポーラスコンクリートを硬化してなる硬化体によれば、ポーラスコンクリートが高熱に晒された場合に、ポーラスコンクリートの連続空隙内に保持された水分の気化熱によって、ポーラスコンクリートの温度上昇を抑制することができる。このため、周辺の温度が高温（例えば、摂氏数百度程度）と低温（例えば、気温；０〜４０℃程度）を数時間〜数週間単位で繰り返し、かつ、繰り返しの回数が多数（例えば、数百回〜１，０００回程度）であっても、爆裂等による損傷が生じにくく、また、強度の低下が起こりにくいものである。
また、本発明のポーラスコンクリートは耐熱性に優れていることから、耐熱構造物の表面を含む部分等に好適に使用することができる。
【００１９】
本発明のポーラスコンクリートの製造方法としては、例えば、ポーラスコンクリートを構成する各材料を混練して、上述した粗骨材に、該粗骨材以外の材料（ポルトランドセメント、フライアッシュ、火成岩からなる細骨材、水、及び、セメント分散剤）からなるモルタルを被覆させてなる未硬化の粒体を得る混練工程と、得られた未硬化の粒体に振動を加えて、未硬化の粒体を相互に付着させて、ポーラスコンクリートを得る振動工程と、得られたポーラスコンクリートに水を含ませる水供給工程を含む方法が挙げられる。
混練工程において、混練に用いるミキサは、特に限定されるものではなく、例えば、オムニミキサ、パン型ミキサ、２軸ミキサ等が挙げられる。
また、各材料の混練方法は、特に限定されるものではなく、例えば、水とセメント分散剤以外の材料をミキサ内に一括して投入して空練りし、次いで、水とセメント分散剤を添加して混練する方法や、各材料を一括してミキサに投入して混練する方法等が挙げられる。混練によって、粗骨材の表面部分が、該粗骨材以外の材料からなるモルタルによって被覆された未硬化の粒体を得ることができる。
振動工程において、モルタルを被覆させてなる未硬化の粒体に振動を加えて締め固めることで、未硬化の粒体が相互に付着し、ポーラスコンクリートを得ることができる。
水供給工程における、ポーラスコンクリートに水を含ませる方法の例としては、ポーラスコンクリートを水中に浸漬する方法やポーラスコンクリートに水を散布する方法等が挙げられる。
【実施例】
【００２０】
以下、本発明を実施例により具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
使用材料は、以下に示すとおりである。
［使用材料］
（１）普通ポルトランドセメント：太平洋セメント社製（比重：３．１６）
（２）フライアッシュ：フライアッシュＩ種（比重：２．３、ブレーン比表面積：３，８４０ｃｍ２／ｇ）
（３）細骨材：玄武岩砕砂（比重：２．７；最大粒度：２．５ｍｍ未満）
（４）粗骨材Ａ：玄武岩砕石７号（比重２．７、２．５〜５ｍｍの粒度範囲内の骨材の割合が９５質量％以上のもの）
（５）粗骨材Ｂ：玄武岩砕石６号（比重２．７、５ｍｍを超えかつ１３ｍｍ以下の粒度範囲内の骨材の割合が９５質量％以上のもの）
（６）高性能ＡＥ減水剤（表１中、減水剤と示す。）：マスターグレニウムＳＰ８ＳＶ（ＢＡＳＦジャパン社製）
（７）水：上水道水
【００２１】
［実施例１］
普通ポルトランドセメント、フライアッシュ、細骨材、及び粗骨材Ａを、強制練りミキサ水平２軸形に投入し、１５秒間空練りを行った後、水及び高性能ＡＥ減水剤を投入して２分間混練を行った。
上記各材料の配合を表１に示す。また、粗骨材１００体積％に対する粗骨材以外の材料（普通ポルトランドセメント、フライアッシュ、細骨材、水及び高性能ＡＥ減水剤）からなるモルタルの容積比を表１に示す。
混練後、得られたポーラスコンクリートをφ１０×２０ｃｍの型枠に投入し、３，０００ｒｐｍのバイブレーターを用いて振動締め固めを行った後、２０℃で２４時間前置きし、次いで、脱型を行った。脱型後、ポーラスコンクリートを２０℃で７日間水中養生した後、さらに２０℃で２１日間気中養生し、次いで、２０℃の恒温水槽において２４時間水中に浸漬させて、供試体（本発明のポーラスコンクリート）を得た。
得られた供試体に対して、以下の（ａ１）〜（ｄ）に記載された試験を行った。
【００２２】
（ａ１）保水量試験
得られた供試体の表面に付着した水滴を、ウエスを用いて軽く拭き取り、供試体の湿潤質量（Ｗｔ１）を測定した。その後、供試体を乾燥炉に入れて、６０℃で２４時間乾燥させた後、供試体の乾燥質量（Ｗｄ１）を測定した。次いで、下記式（１）を用いて供試体の保水量を算出した。
保水量（ｇ／ｃｍ３）＝（Ｗｔ１−Ｗｄ１）／（供試体の直径×高さ）    ・・・（１）
（ｂ）高温度履歴繰り返し試験
得られた供試体を耐火炉に入れて、供試体の周辺温度を４０℃から９８０℃となるまで１分程度で昇温した後、９８０℃の温度を１５分間維持した。次いで、供試体の周辺温度が４０℃となるまで自然冷却した。冷却後、水中に１２０分間浸漬した。これを、表２に示す回数となるまで繰り返した後、供試体の表面の損傷について目視観察によって評価を行った。
また、得られた供試体の内部に熱電対を埋設し、供試体の中心における最高温度を測定した。
（ｃ）圧縮強度試験
高温度履歴繰り返し試験を行う前の供試体、および高温度履歴繰り返し試験を１，０００回行った後の供試体について、「ＪＩＳ  Ａ  １１０８（コンクリートの圧縮強度試験方法）」に準拠して、コンクリートの圧縮強度を測定した。
得られた測定結果から、残存圧縮強度比（｛（高温度履歴繰り返し試験を行った後の供試体の圧縮強度／高温度履歴繰り返し試験を行う前の供試体の圧縮強度）×１００｝（％））を算出した。
（ｄ）空隙率の測定
得られた供試体について、公益社団法人日本コンクリート工学協会「ポーラスコンクリートの設計・施工法の確立に関する研究委員会」報告書（２００３．５）の「ポーラスコンクリートの空隙率試験方法（案）」に準拠して、硬化後のポーラスコンクリートの空隙率を測定した。
結果を表２に示す。
【００２３】
［比較例１］
粗骨材Ａの代わりに粗骨材Ｂを用いる以外は、実施例１と同様にして、ポーラスコンクリートの供試体を得た。
実施例１と同様に、得られた供試体に対して、上記（ａ１）〜（ｄ）に記載された試験を行った。
［比較例２］
２０℃の恒温水槽において２４時間水中に浸漬させることを行わない以外は、実施例１と同様にして、ポーラスコンクリートの供試体を得た。
得られた供試体に対して、以下の（ａ２）に記載された試験、及び、上記（ｂ）〜（ｄ）に記載された試験を行った。ただし、（ｂ）高温度履歴繰り返し試験では、冷却後、水中に１２０分間浸漬せずに行った。
（ａ２）保水量試験
供試体の湿潤質量（Ｗｔ２）を測定した後、供試体を乾燥炉に入れて、６０℃で２４時間乾燥させた後、供試体の乾燥質量（Ｗｄ２）を測定した。次いで、下記式（２）を用いて供試体の保水量を算出した。
保水量（ｇ／ｃｍ３）＝（Ｗｔ２−Ｗｄ２）／（供試体の直径×高さ）    ・・・（２）
【００２４】
【表１】
2018145051.tif 000002
【００２５】
【表２】
2018145051.tif 000003
【００２６】
表２から、本発明のポーラスコンクリート（実施例１）の硬化体は、比較例１〜２と比べて高温度履歴を繰り返しても硬化体の損傷が起こりにくく、耐熱性に優れていることがわかる。
また、本発明のポーラスコンクリート（実施例１）の硬化体は、残存圧縮強度比が９８％であり、強度の低下が起こりにくいことがわかる。