(57)【要約】    【課題】  二酸化珪素を含有する骨材を用いていても硬化体におけるアルカリ骨材反応を抑制できる水硬性組成物等を提供することを課題としている。    【解決手段】  二酸化珪素を含有する骨材と低熱ポルトランドセメントとを含む水硬性組成物等を提供する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
二酸化珪素を含有する骨材と低熱ポルトランドセメントとを含むことを特徴とする水硬性組成物。
【請求項２】
前記二酸化珪素を含有する骨材が、ＪＩＳ  Ａ１１４５に規定する試験方法又はＪＩＳ  Ａ１１４６に規定する試験方法により“無害でない”と判定される骨材であることを特徴とする請求項１記載の水硬性組成物。
【請求項３】
前記二酸化珪素を含有する骨材１００重量部に対して前記低熱ポルトランドセメントを２０〜７０重量部含むことを特徴とする請求項１又は２記載の水硬性組成物。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載の水硬性組成物が硬化されてなる硬化体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水硬性組成物及びこれを硬化させてなる硬化体に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、モルタルやコンクリートなどの硬化体においては、カリウムやナトリウムなどのアルカリと骨材との間で起こるアルカリ骨材反応により、硬化体が膨張してひび割れ等が生じ得るという問題が知られている。斯かるアルカリ骨材反応を抑制すべく、硬化体の前駆体である水硬性組成物としては、ＪＩＳ  Ａ５３０８に記載されているものを採用することが好適であるとされている。
【０００３】
即ち、斯かる水硬性組成物においては、以下の３種の対策のうち少なくとも１種を採用することが提案されている。
その対策とは、第１に、ＪＩＳ  Ａ１１４５又はＡ１１４６に準じたアルカリシリカ反応性の試験によって“無害”と判定された骨材を用いること、第２に、ＪＩＳ  Ｒ５２１１高炉セメントに適合する高炉セメント［Ｂ種又はＣ種］、ＪＩＳ  Ｒ５２１３フライアッシュセメントに適合するフライアッシュセメント［Ｂ種又はＣ種］もしくは高炉スラグやフライアッシュ等の混和剤をポルトランドセメントに混入したセメントを用いること、第３に、コンクリート１ｍ3に含まれるアルカリ総量がＮａ2Ｏ換算で３．０ｋｇ以下となるようにしたものを用いることである。
【０００４】
従って、上記アルカリシリカ反応性の試験によって“無害でない”と判定される骨材を配合した水硬性組成物を用いる場合においては、上記第２又は第３の対策を採用し、硬化体のアルカリ骨材反応を抑制することが一般的になされている。
【０００５】
しかしながら、例えば、アルカリ骨材反応を促進する二酸化珪素を主成分として含み且つ上記アルカリシリカ反応性の試験によって“無害でない”と判定されるチャートを骨材として用いた水硬性組成物においては、たとえ上述の第２又は第３の対策を採用しても硬化体のアルカリ骨材反応を十分に抑制できないという問題がある。また、硬化体を海辺などで使用する場合には、海水等からアルカリが供給される環境下にあるため、第３の対策によってもアルカリ骨材反応が十分に抑制されないという問題がある。
【０００６】
これに対して、硬化体におけるアルカリ骨材反応を抑制すべく、二酸化珪素を含み且つ上記アルカリシリカ反応性の試験によって“無害でない”と判定される骨材を採用しつつも、アルカリ金属物質を含有する急結剤と高炉スラグ又はフライアッシュとを配合した水硬性組成物が提案されている（特許文献１）。
【０００７】
ところが、この種の水硬性組成物は、配合されているアルカリ金属物質由来のアルカリにより、硬化体のアルカリ骨材反応が促進され得る可能性を潜在的に有しているという問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００４−３３１４２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
そこで、アルカリ骨材反応を促進し得る二酸化珪素が含有された骨材を用いていても硬化体におけるアルカリ骨材反応を抑制できる水硬性組成物が要望されている。
【００１０】
本発明は、上記問題点、要望点等に鑑み、二酸化珪素を含有する骨材を用いても硬化体におけるアルカリ骨材反応を抑制できる水硬性組成物を提供することを課題とする。また、該水硬性組成物が硬化されてなる硬化体を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決すべく、本発明に係る水硬性組成物は、二酸化珪素を含有する骨材と低熱ポルトランドセメントとを含むことを特徴とする。
【００１２】
上記構成からなる水硬性組成物によれば、アルカリ骨材反応を引き起こし得る二酸化珪素を含有する骨材を用いているにもかかわらず、低熱ポルトランドセメントが前記水硬性組成物に含まれていることにより、該組成物が硬化されてなる硬化体のアルカリ骨材反応が抑制される。
【００１３】
本発明に係る水硬性組成物は、前記二酸化珪素を含有する骨材が、ＪＩＳ  Ａ１１４５に規定する試験方法又はＪＩＳ  Ａ１１４６に規定する試験方法により“無害でない”と判定された骨材であることが好ましい。
【００１４】
また、本発明に係る水硬性組成物は、前記二酸化珪素を含有する骨材１００重量部に対して前記低熱ポルトランドセメントを２０〜７０重量部含むことが好ましい。
【００１５】
本発明に係る硬化体は、前記水硬性組成物が硬化されてなることを特徴とする。
【００１６】
なお、本明細書中における“低熱ポルトランドセメント”との用語は、ＪＩＳ  Ｒ５２１０で定義された低熱ポルトランドセメントに適合したセメントを意味するものである。
【発明の効果】
【００１７】
以上のように、本発明に係る水硬性組成物は、二酸化珪素を主成分とする骨材を用いていてもアルカリ骨材反応を抑制できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】モルタル硬化体の経時的な膨張率を示すグラフ。
【図２】コンクリート硬化体の経時的な膨張率を示すグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明に係る水硬性組成物の一実施形態について説明する。
【００２０】
本実施形態の水硬性組成物は、二酸化珪素を含有する骨材と低熱ポルトランドセメントとを含むものである。
【００２１】
前記低熱ポルトランドセメントは、ＪＩＳ  Ｒ５２１０に記載された規定に適合するものである。
前記水硬性組成物は、低熱ポルトランドセメントを含むため、ビーライト（Ｃ2Ｓ）を比較的多く含むこととなる。そして、水和反応の進行速度が比較的小さいというビーライトの性質が、硬化後におけるアルカリ骨材反応の進行に影響を与え、アルカリ骨材反応の進行を抑制していると推測される。斯かる観点から、該低熱ポルトランドセメントは、ビーライト（Ｃ2Ｓ）の含有量が４０％以上であることが好ましい。
【００２２】
前記水硬性組成物における前記低熱ポルトランドセメントの量は、特に限定されるものではないが、前記二酸化珪素を含有する骨材１００重量部に対して、通常、２０〜７０重量部であり、好ましくは、３５〜５５重量部である。
【００２３】
前記二酸化珪素を含有する骨材としては、例えば、二酸化珪素を含有する鉱物を含む岩石の粉砕物が挙げられ、該二酸化珪素を含有する鉱物としては、例えば、石英、鱗珪石（トリディマイト）、クリストバライト、コーサイト、又はスティショバイト等が挙げられる。また、石英を含む岩石としては、例えば、チャートや砂岩などの堆積岩、流紋岩や花崗岩などの火成岩、又は珪岩などの変成岩等が挙げられる。
【００２４】
具体的には、該二酸化珪素を含有する骨材としては、チャートの粉砕物、砂岩の粉砕物などが採用され得る。なお、これら骨材は、１種が単独で又は２種以上が混合されて採用され得る。
【００２５】
また、該二酸化珪素を含有する骨材としては、ＪＩＳ  Ａ１１４５に規定する試験方法により“無害でない”と判定された骨材、ＪＩＳ  Ａ１１４６に規定する試験方法により“無害でない”と判定された骨材、又はＪＩＳ  Ａ１１４５に規定する試験方法及びＪＩＳ  Ａ１１４６に規定する試験方法の両方により“無害でない”と判定された骨材が採用され得る。
【００２６】
また、該二酸化珪素を含有する骨材としては、ＪＩＳ  Ａ１１４５に規定する試験方法による溶解シリカ量が４０ｍｍｏｌ／Ｌ以上４５０ｍｍｏｌ／Ｌ以下であり、ＪＩＳ  Ａ１１４５に規定する試験方法によるアルカリ濃度減少量が４５ｍｍｏｌ／Ｌ以上７０ｍｍｏｌ／Ｌ以下であり、且つ“無害でない”と判定されたものが好適に採用され得る。
【００２７】
また、該二酸化珪素を含有する骨材としては、ＪＩＳ  Ａ１１４６に規定する材齢２６週の膨張率が０．１５０％以上０．２５０％以下であるものが好適に採用され得る。
【００２８】
前記二酸化珪素を含有する骨材の大きさに関しては、特に限定されるものではないが、５ｍｍのふるいに重量で８５％以上とどまるものが含まれる粗骨材、１０ｍｍのふるいをすべて通過し５ｍｍ以下のものが重量で８５％以上含まれる細骨材などが骨材として採用され得る。
【００２９】
前記水硬性組成物における前記二酸化珪素を含有する骨材の量は、特に限定されるものではないが、通常、１０００〜２０００ｋｇ／ｍ3であり、好ましくは、１２００〜１８００ｋｇ／ｍ3である。
【００３０】
なお、前記水硬性組成物は、さらに、必要に応じて低熱ポルトランドセメント以外のセメント、二酸化珪素を含有する骨材以外の他の骨材、水、コンクリート用混和剤、高炉スラグ、フライアッシュ、石灰石粉等の混和材を含み得る。
【００３１】
前記水硬性組成物に配合され得る低熱ポルトランドセメント以外のセメントは、本発明の効果を損なわない範囲で配合され得る。該セメントとしては、例えば、普通ポルトランドセメント、中庸熱ポルトランドセメント、早強ポルトランドセメント、超早強ポルトランドセメント、耐硫酸塩ポルトランドセメントなどが挙げられる。また、高炉セメント、フライアッシュセメント、シリカセメントなどの混合セメント、アルミナセメントやジェットセメントなどの超速硬セメント、アーウィンセメントなどが挙げられる。
【００３２】
前記水硬性組成物に配合され得る水は、特に限定されるものでなく、水道水、地下水、工業用水等が採用される。該水は、水硬性組成物が硬化されてなる硬化体におけるアルカリ骨材反応をより抑制するという点で、カリウムやナトリウムなどのアルカリの含量が比較的少ないものが好ましい。
【００３３】
また、本実施形態の水硬性組成物には、本発明の効果を損なわない範囲で、高性能減水剤、消泡剤、発泡剤、増粘剤、防錆剤等の従来公知の添加剤などが配合され得る。
【００３４】
前記水硬性組成物は、二酸化珪素を含有する骨材と低熱ポルトランドセメントとを混合し練り混ぜる練り混ぜ工程をおこなうことにより製造できる。
【００３５】
前記練り混ぜ工程では、従来公知の一般的な方法を採用することができる。
具体的には、例えば、水以外の前記原料の一部を混ぜることにより、まず空練りをおこない、次に、水及び原料の残部を加えて混ぜて本練りをおこなうことにより前記練り混ぜ工程をおこなうことができる。
【００３６】
また、前記練り混ぜ工程では、従来公知の一般的な練り混ぜ用装置を用いることができる。即ち、例えば、モルタルミキサ、コンクリートミキサ、ニーダ等の装置を用いて練り混ぜをおこなうことができる。
【００３７】
続いて、本実施形態の硬化体およびその製造方法について説明する。
【００３８】
本実施形態の硬化体は、前記水硬性組成物を硬化させてなるものである。
また、該硬化体の形状としては、特に限定されるものではなく、例えば、板状、棒状、パイプ状が挙げられる。
【００３９】
本実施形態の硬化体は、練り混ぜた前記水硬性組成物を成形する成形工程と、成形した硬化中間体を養生する養生工程とをおこなうことにより硬化させて製造できる。
【００４０】
前記成形工程では、通常、前記練り混ぜ工程で練り混ぜた前記水硬性組成物を所定形状の型枠に打設して成形し硬化中間体を作製する。
前記水硬性組成物を成形する方法としては、その他の一般的な方法、即ち、抄造法、プレス成形法、射出成形法、押出成形法等を採用することができる。
【００４１】
前記養生工程では、前記成形工程で作製した硬化中間体を養生する。該硬化中間体を養生する方法としては、従来公知の一般的な方法を採用することができる。
具体的には、例えば、前記養生工程では、前記硬化中間体に対して、３０〜８０℃、相対湿度８０％以上の条件下で２時間〜５日間程度の養生をおこなうことができる。また、例えば、６０〜９０℃、２時間〜５日間程度の蒸気養生をおこなうことができる。
【００４２】
なお、前記硬化体は、例えば、高層建築物等の比較的大型のコンクリート構造物など、建築や土木の分野で用いることができる。
【００４３】
本発明は、上記例示の水硬性組成物、硬化体に限定されるものではない。
また、一般の水硬性組成物、硬化体において用いられる種々の態様を、本発明の効果を損ねない範囲において、採用することができる。
【実施例】
【００４４】
次に実施例を挙げて本発明をさらに詳しく説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００４５】
以下に示すようにして、水硬性組成物（モルタル組成物、コンクリート組成物）、及びその硬化体を製造した。
【００４６】
以下に示す各実施例及び各比較例においては、下記に示す原料を用いて、モルタル組成物及びコンクリート組成物をそれぞれ製造した。そして、それぞれの組成物を用いて硬化体を製造した。まず、各実施例及び各比較例において用いた原料（骨材及びセメント）について下記に示す。
【００４７】
［原料（骨材）］
骨材Ｆ（砂利）：粉砕物チャートの粉砕物
京都府産、密度２．６２ｇ／ｃｍ3
骨材Ｇ（砕石）：変性チャート／砂岩＝１／９（重量比）の粉砕物
滋賀県産、密度２．６５ｇ／ｃｍ3
【００４８】
骨材Ｆ、骨材Ｇのそれぞれについて、ＪＩＳ  Ａ１１４５及びＪＩＳ  Ａ１１４６に規定される試験をおこなった結果を表１に示す。
また、骨材Ｆ、骨材Ｇのそれぞれについて、断面を偏光顕微鏡によって観察した結果を表２に示す。
【００４９】
【表１】
2011132106.tif 000003
【００５０】
【表２】
2011132106.tif 000004
【００５１】
［原料（セメント）］
Ｌ  ：低熱ポルトランドセメント（ＪＩＳ  Ｒ５２１０の規定による）
（住友大阪セメント社製  密度３．２１ｇ／ｃｍ3、
ブレーン比表面積［Ｒ  ５２０１］３,４７０ｃｍ2／ｇ）
Ｎ−１：普通ポルトランドセメント（ＪＩＳ  Ｒ５２１０の規定による）
（住友大阪セメント社製  密度３．１５ｇ／ｃｍ3、
ブレーン比表面積［Ｒ  ５２０１］３,４１０ｃｍ2／ｇ）
Ｎ−２：普通ポルトランドセメント（ＪＩＳ  Ｒ５２１０の規定による）
（住友大阪セメント社製  密度３．１５ｇ／ｃｍ3、
ブレーン比表面積［Ｒ  ５２０１］３,３８０ｃｍ2／ｇ）
Ｎ−３：普通ポルトランドセメント（ＪＩＳ  Ｒ５２１０の規定による）
（住友大阪セメント社製  密度３．１５ｇ／ｃｍ3、
ブレーン比表面積［Ｒ  ５２０１］３,３５０ｃｍ2／ｇ）
Ｈ  ：早強ポルトランドセメント（ＪＩＳ  Ｒ５２１０の規定による）
（住友大阪セメント社製  密度３．１３ｇ／ｃｍ3、
ブレーン比表面積［Ｒ  ５２０１］４,６８０ｃｍ2／ｇ）
ＢＢ  ：高炉セメントＢ種（ＪＩＳ  Ｒ５２１１の規定による）
（住友大阪セメント社製  密度３．０５ｇ／ｃｍ3、
ブレーン比表面積［Ｒ  ５２０１］３,９７０ｃｍ2／ｇ）
ＦＢ  ：フライアッシュセメントＢ種（ＪＩＳ  Ｒ５２１３の規定による）
（住友大阪セメント社製  密度２．９５ｇ／ｃｍ3、
ブレーン比表面積［Ｒ  ５２０１］３,５００ｃｍ2／ｇ）
【００５２】
ＪＩＳ  Ｒ５２０２に準じて分析した各セメントのアルカリ量を表３に示す。
【００５３】
【表３】
2011132106.tif 000005
【００５４】
［原料（水）］
水：水道水
【００５５】
（実施例１）
上記で示した骨材Ｆ、セメントＬを用い、下記の配合組成で練り混ぜ工程をおこない、モルタル組成物を製造した。そして、該組成物に対して成形工程及び養生工程をおこない、硬化体を製造した。
骨材Ｆ    ：１３５０ｇ
セメントＬ：  ６００ｇ
水道水    ：  ３００ｇ
【００５６】
［練り混ぜ工程］
上記配合組成に従い、２０℃の恒温室において容量５Ｌのモルタルミキサでモルタル組成物の練り混ぜをおこなった。材料の投入方法及び練り混ぜ方法の詳細は次の通りである。
まず、水以外の全原料をミキサに投入してミキサの回転数を低速（自転速度１４０±５ｒｐｍ，公転速度６２±５ｒｐｍ）として３０秒間空練りし、次に、水を投入して同様に３０秒間練り混ぜた後、モルタル組成物の掻き落としをおこない、さらにミキサの回転数を高速（自転速度２８５±１０ｒｐｍ，公転速度１２５±１０ｒｐｍ）に切り替えて１２０秒間本練りをおこなった。
【００５７】
［成形工程］
練り上がったモルタル組成物は、直ちに成形用鋼製型枠（内寸：幅４０ｍｍ×長さ１６０ｍｍ×深さ４０ｍｍ  ３本詰）に、２層に詰めた。即ち、まず、型枠の１／２の高さまでモルタル組成物を詰め、突き棒を用いて突き棒の先端が５ｍｍ入る程度に、各供試体あたり約１５回突いた。次に、型枠の上端から約５ｍｍ盛り上がるようにモルタル組成物を詰め、突き棒を用いて同様に突いた。最後に、供試体をいためないように余盛部分を注意深く削り取り、供試体上面を平滑にした。このようにして、硬化中間体を３体作製した。
【００５８】
［養生工程］
これら硬化中間体を型枠ごと湿気箱に入れて２４時間程度の初期養生をした後、脱型し、続いて４０℃、湿度９５％以上の条件下で４週間養生をおこなった。
以上のようにして、モルタル組成物から硬化体を製造した。
【００５９】
（比較例１〜６）
セメントＬに代えてそれぞれセメントＮ−１、セメントＮ−２、セメントＮ−３、セメントＨ、セメントＢＢ、セメントＦＢを用いた点以外は、実施例１と同様にしてコンクリート組成物を製造した。そして、実施例１と同様にして硬化体を製造した。
【００６０】
（実施例２）
骨材Ｆに代えて骨材Ｇとした点以外は、実施例１と同様にしてコンクリート組成物を製造した。そして、実施例１と同様にして硬化体を製造した。
【００６１】
（比較例７〜１２）
骨材Ｆに代えて骨材Ｇを用い、セメントＬに代えてそれぞれセメントＮ−１、セメントＮ−２、セメントＮ−３、セメントＨ、セメントＢＢ、セメントＦＢを用いた点以外は、実施例１と同様にしてコンクリート組成物を製造した。そして、実施例１と同様にして硬化体を製造した。
【００６２】
各実施例、各比較例で用いた原料（骨材、セメント、水）の種類及び量の一覧を表４に示す。
【００６３】
【表４】
2011132106.tif 000006
【００６４】
＜硬化体の膨張評価＞
各実施例及び各比較例の硬化体を、いわゆるデンマーク法に準じて試験し、その膨張について評価した。デンマーク法においては、４週間養生した硬化体を５０℃の環境下において飽和ＮａＣｌ水溶液に浸漬し、アルカリが硬化体に供給される条件下で試験をおこなった。評価をする時点は、飽和ＮａＣｌ水溶液に浸漬してから１〜５２週後の複数の時点とした。結果を図１及び図２に示す。
【００６５】
図１及び図２より、本実施形態の水硬性組成物が硬化されてなる硬化体は、アルカリが硬化体に供給される条件下であっても、長期に亘って膨張が抑制されており、アルカリ骨材反応の抑制能に優れていることが認められる。
【図１】
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【図２】
2011132106.tif 000008