(57)【要約】【課題】コンクリート建造物に用いられるのに好適な耐乾燥収縮に優れた新しい材料としての耐乾燥収縮コンクリートを提供する。【解決手段】耐乾燥収縮コンクリートは、コンクリートを構成する結合材として、ポルトランドセメントおよび高炉フュームに、高炉スラグ微粉末および／またはフライアッシュを含有するコンクリートであって、ポルトランドセメントに対する高炉フュームの重量比（高炉フューム／ポルトランドセメント）が０．７〜１の範囲であり、結合材の総量に対するポルトランドセメントおよび高炉フュームの重量比（（ポルトランドセメントおよび高炉フューム）／結合材の総量）が２０〜８０重量％の範囲にて作製される。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
コンクリートを構成する結合材として、ポルトランドセメントおよび高炉フュームに、高炉スラグ微粉末および／またはフライアッシュを含有するコンクリートであって、ポルトランドセメントに対する高炉フュームの重量比（高炉フューム／ポルトランドセメント）が０．７〜１の範囲であり、当該結合材の総量に対するポルトランドセメントおよび高炉フュームの重量比（（ポルトランドセメントおよび高炉フューム）／当該結合材の総量）が２０〜８０重量％であることを特徴とする
耐乾燥収縮コンクリート。
【請求項２】
前記ポルトランドセメントに対する高炉スラグ微粉末の重量比（高炉スラグ微粉末／ポルトランドセメント）が１〜２の範囲であり、前記結合材の総量に対するポルトランドセメントおよび高炉スラグ微粉末の重量比（（ポルトランドセメントおよび高炉スラグ微粉末）／前記結合材の総量）が２０〜８０重量％であることを特徴とする
請求項１に記載の耐乾燥収縮コンクリート。
【請求項３】
前記ポルトランドセメントに対するフライアッシュの重量比（フライアッシュ／ポルトランドセメント）が０．５〜１の範囲であり、前記結合材の総量に対するポルトランドセメントおよびフライアッシュの重量比（（ポルトランドセメントおよびフライアッシュ）／前記結合材の総量）が２０〜７０重量％であることを特徴とする
請求項１又は請求項２のいずれかに記載の耐乾燥収縮コンクリート。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コンクリート構造物を構成するコンクリートに関し、特に耐乾燥収縮の特性を有するコンクリートに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、コンクリート構造物を構成するコンクリートは、乾燥による収縮変形が拘束されると、ひび割れが生じ、コンクリートの強度にも悪影響が及ぶ。さらに、コンクリートのひび割れは、コンクリート構造物の美観を損ねたり、漏水を発生させたりする一因ともなる。
【０００３】
このような乾燥収縮の問題に対して、従来から講じられてきた主な対応策としては、膨張剤および収縮低減剤などの混和材料をコンクリートに混入し、これらの膨張剤および収縮低減剤などの混和材料による化学的作用を用いてコンクリートの乾燥収縮量を低減させる方法がある。一例として、７日での水和活性度が２０％以下である微粒子を少なくとも含むことを特徴とする水硬性材料用収縮低減剤が開示されている（特許文献１参照）。また、別の方法として、セメント硬化体（コンクリート）に、合成樹脂水性分散体、水溶性樹脂、及び膨潤力が20ml/2g以上の高膨潤性粘土鉱物を主成分とする養生被覆剤を被覆する方法も開示されている（特許文献２参照）。
【０００４】
しかし、コンクリート建造物である建物や橋などにおいて大容積のコンクリートが一般的に使用されることから、これらの混和材料及び養生被覆剤は、コンクリートの乾燥収縮によるひび割れを十分に抑制するためには相当量が必要となる。特に、被膜を行う場合には、被膜の広範囲にわたる均一性が要求されることから高い作業品質が要求されるため、結果として耐乾燥収縮コンクリートの作製コストが増大することとなる。このような状況のなか、低コストで耐乾燥収縮の機能を有する新規なコンクリートが望まれている。
【０００５】
本発明者は、硫酸性等の酸性物質に対して非常に高い耐久性を有し、下水道等への利用に有用なコンクリートを既に開発している。（特許文献３参照）
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−１３３１９２号公報
【特許文献２】特開２００５−１８７２７９号公報
【特許文献３】特開２００５−３５８７７号公報  本発明者は上記課題を解決すべく鋭意検討し、当該耐酸性コンクリートについてさらなる研究を行ったところ、当該コンクリートのなかで特定な組成のコンクリートが特に乾燥収縮に対する耐久性に非常に優れていることを見出した。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は前記課題を解決するためになされたもので、コンクリートの特性を改良し、耐乾燥収縮に優れた新規なコンクリート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】
本発明者は、ポルトランドセメントと高炉フュームとを所定の割合で配合させ、さらには、高炉スラグ微粉末および／またはフライアッシュを配合させることにより、乾燥収縮に起因するコンクリートの劣化（ひび割れ）が顕著に抑制されることを見出し、本発明を導き出した。
【０００９】
かくして、コンクリートを構成する結合材として、ポルトランドセメントおよび高炉フュームに、高炉スラグ微粉末および／またはフライアッシュを含有するコンクリートであって、ポルトランドセメントに対する高炉フュームの重量比（高炉フューム／ポルトランドセメント）が０．７〜１の範囲であり、当該結合材の総量に対するポルトランドセメントおよび高炉フュームの重量比（（ポルトランドセメントおよび高炉フューム）／当該結合材の総量）が２０〜８０重量％であることを特徴とする耐乾燥収縮コンクリートを提供するものである。
【００１０】
また、本発明の耐乾燥収縮コンクリートは、好ましい態様として、前記ポルトランドセメントに対する高炉スラグ微粉末の重量比（高炉スラグ微粉末／ポルトランドセメント）が１〜２の範囲であり、前記結合材の総量に対するポルトランドセメントおよび高炉スラグ微粉末の重量比（（ポルトランドセメントおよび高炉スラグ微粉末）／前記結合材の総量）が２０〜８０重量％としてもよい。
【００１１】
さらに、本発明の耐乾燥収縮コンクリートは、より好ましい態様として、前記ポルトランドセメントに対するフライアッシュの重量比（フライアッシュ／ポルトランドセメント）が０．５〜１の範囲であり、前記結合材の総量に対するポルトランドセメントおよびフライアッシュの重量比（（ポルトランドセメントおよびフライアッシュ）／前記結合材の総量）が２０〜７０重量％としてもよい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明のコンクリートは、耐乾燥収縮の特性に優れることから、コンクリート建造物に対して広く利用されることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明に係る耐乾燥収縮コンクリートの配合データである。
【図２】本発明に係る耐乾燥収縮コンクリートの実験結果である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明の耐乾燥収縮コンクリートは、高炉フュームを使用する。この高炉フュームとは、例えば、中国山西省を中心として存在する小型高炉（内容積500ｍ3以 下）の高温の炉頂ガス（炉頂温度は一般に1000℃以上、例えば約1300℃）中に含まれる高炉挿入物中から高温揮発した微粒ダストをバッグフィルターなどで捕集された非晶質のアルミノシリケートを主成分とする副産物である。また、この高炉フュームは、通常、適量の石膏を加えた微粉末として使用される。（例えば、コンクリート工業新聞 （平成１２年３月２３日号）など参照）。
【００１５】
このような高炉フュームは、ＳｉＯ2として２０〜３０重量％、Ａｌ2Ｏ3として10〜20重量％、ＣａＯとして15〜20重量％およびＳＯ3として5〜10重量％を含有し、且つ、粒径が80μｍ以下（平均粒径４μｍ程度）の球形およびそれに類する形状から成る微粉末である。なお、ＳｉＯ2量は比較的少なくＳｉＯ2＋Ａｌ2Ｏ3≦50重量％である。
【００１６】
このように、本発明で用いられる高炉フュームは、一般的に知られているシリカ（ＳｉＯ2）を多量に含む高炉スラグとは異なる材料であり、また、炉頂ガスの温度が低い我国で見られる高炉から得られる炉頂灰とも異なる。
【００１７】
また、本発明の耐乾燥収縮コンクリートは、必要に応じて高炉スラグ微粉末を使用する。この高炉スラグ微粉末は、溶鉱炉で銑鉄と同時に生成する副産物である溶融スラグを水、空気などによって急冷した高炉 スラグを粉砕して製造される微粉末であり、粉砕品である。このため、本発明の高炉スラグ微粉末は、角張った粒子形状を有する。本発明の高炉スラグ微粉末は、好ましくは、例えば「JIS A 6206」に定めたものまたはこれに準ずるものである。
【００１８】
また、本発明の耐乾燥収縮コンクリートは、必要に応じてフライアッシュを使用する。このフライアッシュは、火力発電所などで微粉炭を燃焼する際に副生されるガラス質で20〜30μｍ程度の球状に近い粒子であり、例えば「JISA 6201」に規定されているものである。
【００１９】
本発明の耐乾燥収縮コンクリートは、ポルトランドセメントおよび高炉フュームを含有する結合材からなり、この結合材は、必要に応じて、高炉スラグ微粉末および／またはフライアッシュを含有する。本発明の耐乾燥収縮コンクリートは、ポルトランドセメントに対する高炉フュームの重量比（高炉フューム／ポルトランドセメント）が０．７〜１の範囲であり、この結合材の総量に対するポルトランドセメントおよび高炉フュームの重量比（（ポルトランドセメントおよび高炉フューム）／この結合材の総量）が２０〜８０重量％とする。
【００２０】
本発明の耐乾燥収縮コンクリートは、具体的には、図１（ａ）に示すように、この結合材の全量に対して、ポルトランドセメントが10〜40重量％、高炉フュームが10〜40重量％、高炉スラグ微粉末が20〜50重量％、フライアッシュが10〜30重量％の範囲とすることができる。このように、本発明の耐乾燥収縮コンクリートは、高炉フュームをポルトランドセメントに対して使用量にして０．７〜１の割合で含有させることを特徴とする。
【００２１】
本発明の耐乾燥収縮コンクリートは、必要に応じてポルトランドセメントおよび高炉フュームに加えて高炉スラグ微粉末および／またはフライアッシュを配合してもよい。これらを配合させることにより、コンクリートにおけるポゾラン活性を高めることとなり、コンクリートを緻密化させてコンクリート強度を高めることができる。
【００２２】
高炉スラグ微粉末を含有させる場合は、前記ポルトランドセメントに対する高炉スラグ微粉末の重量比（高炉スラグ微粉末／ポルトランドセメント）が1〜2の範囲になるようにし、高炉スラグ微粉末が結合材の全量に対して20〜50重量％の範囲になるようにする。また、フライアッシュを含有させる場合は、前記ポルトランドセメントに対するフライアッシュの重量比（フライアッシュ／ポルトランドセメント）が0.5〜1の範囲になるようにし、フライアッシュが結合材の全量に対して10〜30重量％の範囲になるようにする。
【００２３】
なお、本発明におけるコンクリートとは、広義のコンクリートを意味し、モルタルを含むものである。すなわち、本発明の耐乾燥収縮コンクリートは、上述したように、ポルトランドセメント、高炉フューム、さらに必要に応じて高炉スラグ微粉末および／またはフライアッシュの各結合材からなる組成に、目的に応じて各種の骨材（細骨材、粗骨材など）や混和材を加えて使用される水硬性混合物および該混合物から得られる硬化体を指称する。この各種の骨材や混和材としては、膨張材、シリカフューム、石灰石砕砂、石灰石砕石、石灰石微粉末などが挙げられ、特に石灰石を使用した場合には、石灰石に含有される炭酸カルシウムによるコンクリート内の反応によりコンクリート強度を増進させモルタルペーストの付着応力が向上する効果を期待することができ、耐乾燥収縮に対しても有用であると考えられる。
【００２４】
本発明の耐乾燥収縮コンクリートは、ポルトランドセメントなどの通常の硬化体に比べて、緻密性が高く、透気性が非常に小さい等の特性を有し、乾燥収縮に因る劣化耐性が著しく高い。このように本発明に従いポルトランドセメント、高炉フューム、さらに必要に応じて高炉スラグ微粉末および／またはフライアッシュを所定の割合で配合することにより極めて優れた耐乾燥収縮の特性を有するコンクリートが得られた。そのメカニズムの詳細は未だ分からないが、以下に示す作用が相俟っているものと推察される。
【００２５】
（作用）
まず、本発明のコンクリートにおいては、ポルトランドセメントの量と高炉フュームの量とを比較的近似させることにより、すなわち、配合における高炉フュームの使用量をポルトランドセメントの使用量の０．７〜１までの範囲とすることにより、ポルトランドセメントが有するポゾラン活性によるコンクリートの緻密化と、高炉フュームに含まれるアルミナおよび反応シリカの反応によるコンクリートの膨張化とが、相乗的に最適な耐乾燥収縮の特性をコンクリートに与えるものと考えられる。
【００２６】
また、ポルトランドセメントおよび高炉フュームに加え、高炉スラグ微粉末および／またはフライアッシュを添加することで、それらが保有するポゾラン反応性によって生成する水酸化カルシウムを硬化体の毛管空隙を埋める緻密な珪酸塩水和物に消費し、耐乾燥収縮の特性を有するコンクリートを安定化させることにも寄与するものと理解される。
【００２７】
また、本発明のコンクリートにおいては、必要に応じてポルトランドセメントの量と高炉スラグ微粉末の量とを比較的近似させることにより、すなわち、配合における高炉スラグ微粉末の使用量をポルトランドセメントの使用量の１〜２までの範囲とし、結合材の総量に対するポルトランドセメントおよび高炉スラグ微粉末の重量比（（ポルトランドセメントおよび高炉スラグ微粉末）／結合材の総量）が２０〜８０重量％の範囲で形成することができる。この範囲を逸脱した場合には高炉スラグ微粉末が過大量又は過少量であることに起因してコンクリートの硬化促進性が遅れる傾向にあり、コンクリートの強度発現性が遅れて初期強度が得られずに十分な耐乾燥収縮の特性が得られない虞があるため、ポルトランドセメントおよび高炉スラグ微粉末をこの範囲内に配合してコンクリートを形成することが好ましい。
【００２８】
また、本発明のコンクリートにおいては、必要に応じてポルトランドセメントの量とフライアッシュの量とを比較的近似させることにより、すなわち、配合におけるフライアッシュの使用量をポルトランドセメントの使用量の０．５〜１までの範囲とし、結合材の総量に対するポルトランドセメントおよびフライアッシュの重量比（（ポルトランドセメントおよびフライアッシュ）／結合材の総量）が２０〜７０重量％の範囲で形成することができる。この範囲を逸脱した場合にはフライアッシュが過大量又は過少量であることに起因してコンクリートの硬化促進性が遅れる傾向にあり、コンクリートの強度発現性が遅れて初期強度が得られずに十分な耐乾燥収縮の特性が得られない虞があるため、ポルトランドセメントおよびフライアッシュをこの範囲内に配合してコンクリートを形成することが好ましい。
【００２９】
本発明の特徴を更に具体的に示すため以下に実施例を記すが、本発明はこれらの実施例によって制限されるものではない。実施例で用いた材料の性状を、以下に詳述する。
まず、高炉フュームに関して、用いた高炉フューム（以下、ＢＦＦと記すことがある）の化学組成を表１に示す。ＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）観察ではＢＦＦは球状の粒形をしており粒径も７μｍ以下がほとんどであった。レーザー回折式粒度分布測定装置では、最大粒径は約20μｍ、平均粒径3.9μｍで、１μｍ以下では10％程度しか含まれず、0.2μｍ以下はなかった。また、密度2.60ｇ／cm3、比表面積21,000cm2／ｇであった。
【００３０】
【表１】
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【００３１】
次に、ポルトランドセメントに関して、使用したポルトランドセメント（普通ポルトランドセメント：以下、ＯＰＣと記すことがある）の化学組成を表２に示す。ＯＰＣは、密度3.16ｇ／cm3、比表面積3200cm2／ｇであった。
【００３２】
【表２】
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【００３３】
次に、高炉スラグ微粉末およびシリカフュームに関して、高炉スラグ微粉末（以下、ＢＦＳと記すことがある）は、「JIS A 6206の高炉スラグ微粉末6000」に準ずるもので、密度が2.91g／cm3、比表面積6000cm2／ｇのものを使用した。また、シリカフューム（以下、ＳＦと記すことがある）は、JSCE-D106-1995に準ずるもので、密度が2.19g／cm3、比表面積が2×105cm2／ｇのものを使用した。
【００３４】
次に、細骨材に関して、細骨材は、嘉穂産の3号、4号、5号、6号および7号の破砕したけい砂で、これをそれぞれ1：1：1：1：0.5の比率に混合して、コンクリート用細骨材の粒度を満足するように調整したもの（粒度範囲：2.5〜0mm）で、密度は2.63ｇ／cm3のものを使用した。
【実施例】
【００３５】
（乾燥収縮による長さ変化試験）
乾燥収縮に対する耐性を調べるため、コンクリートの長さ変化試験としてコンクリートの経時的な乾燥ひずみの量を測定した結果を図１および図２に基づいて説明する。
図１は本発明に係る耐乾燥収縮コンクリートの配合データ、図２は図１に記載の耐乾燥収縮コンクリートの実験結果を示す。
【００３６】
試験対象の各コンクリートは、普通ポルトランドセメント（ＯＰＣ）、高炉フューム（ＢＦＦ）、高炉スラグ微粉末（ＢＦＳ）およびフライアッシュを結合材（バインダ）として図１（ｂ）に示す配合にて混ぜ合わせて作成した。図中において、項番１のコンクリートは通常の試験にて比較対象となる標準的な組成のコンクリート（基準コンクリート）であり、項番２のコンクリートは本発明による耐乾燥収縮コンクリートである。また、項番３および項番４のコンクリートは、特許文献３に基づいて作成された試験対照となる従来の耐酸性コンクリートとしての耐酸性コンクリート（１）および耐酸性コンクリート（２）であり、無水石膏を１％含む。
【００３７】
また、普通ポルトランドセメント（ＯＰＣ）に対する高炉フューム（ＢＦＦ）の重量比（ＢＦＦ／ＯＰＣ）に関して、本発明による耐乾燥収縮コンクリートは０．８であり、耐酸性コンクリート（１）は２．４であり、耐酸性コンクリート（２）は０．４である。
また、各々のコンクリートは、図１（ｃ）に示すように、これらのバインダ（Ｂ）、水（Ｗ）、細骨材、粗骨材および混和剤を配合して作製した。
【００３８】
試験結果を図２に示す。同図（ａ）は、乾燥収縮から生じる乾燥ひずみによる各コンクリートの長さ変化をコンクリートの生成時点から２６週まで測定した結果であり、同図（ｂ）は、この結果をプロットしてグラフ化したものである。なお、コンクリートの生成時点の乾燥ひずみによる長さ変化を初期値0としている。
【００３９】
図２に示すように、測定材齢が２６週に達した場合、基準コンクリート（項番１）では５３９×１０-6（ｍｍ）、従来の耐酸性コンクリート（１）（項番３）では４５８×１０-6（ｍｍ）、従来の耐酸性コンクリート（２）（項番４）では４９６×１０-6（ｍｍ）もの長さ変化が生じたが、本発明による耐乾燥収縮コンクリート（項番２）では、３７０×１０-6（ｍｍ）の長さ変化に抑えられた。
【００４０】
すなわち、本発明による耐乾燥収縮コンクリートは、乾燥ひずみによる長さ変化が、基準コンクリートの約７０％であり、従来の耐酸性コンクリートの約８０％に抑えられたことから、耐乾燥収縮の機能に極めて優れていることが示された。
【００４１】
また、従来の耐酸性コンクリート（１）（項番３）および従来の耐酸性コンクリート（２）（項番４）の結果から、従来の耐酸性コンクリートにおいてポルトランドセメントに対する高炉フュームの重量比（高炉フューム／ポルトランドセメント）が０．７〜１の範囲に含まれない場合の従来の耐酸性コンクリートは、十分な耐乾燥収縮の特性は得られないことが示された。
【００４２】
なお、上述した本発明の耐乾燥収縮コンクリートは、従来の耐酸性コンクリートを基礎として作製されているため、耐乾燥収縮のみならず、耐酸性の機能をも併せて有することとなり、様々な自然条件に晒されるコンクリート構造物に適用可能な利用価値の高いコンクリートであることが示された。
【図１】
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【図２】
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