(57)【要約】      （修正有）【課題】シリカヒュームを用いることなく、低水結合材比で高い流動性および低い粘性を示すモルタル・コンクリートを得られるセメント組成物を提供する。【解決手段】セメント組成物のセメントの一部を、累積体積通過率２５％の粒径が０．２〜１．２μｍ、かつ累積体積通過率５０％の粒径が０．３〜２．３μｍ、かつ累積体積通過率９０％の粒径が０．６〜６．０μｍであるフライアッシュ微粉末で置き換える。フライアッシュ微粉末による置換率は、ポルトランドセメントの場合で、１０〜３０重量％とする。使用するフライアッシュ微粉末のブレーン比表面積は１４０００〜４２０００ｃｍ2／ｇ、ＢＥＴ比表面積が４〜１４ｍ２／ｇが好ましい。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
累積体積通過率２５％の粒径が０．２〜１．２μｍ、かつ累積体積通過率５０％の粒径が０．３〜２．３μｍ、かつ累積体積通過率９０％の粒径が０．６〜６．０μｍであるフライアッシュ微粉末を含むことを特徴とするセメント組成物。
【請求項２】
請求項１記載のセメント組成物において、前記フライアッシュ微粉末のブレーン比表面積が１４０００〜４２０００ｃｍ2／ｇであることを特徴とするセメント組成物。
【請求項３】
請求項１または２記載のセメント組成物において、前記フライアッシュ微粉末のＢＥＴ比表面積が４〜１４ｍ２／ｇであることを特徴とするセメント組成物。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一項に記載のセメント組成物において、前記フライアッシュ微粉末をポルトランドセメントに対して１０〜３０重量％の範囲で置換したものであることを特徴とするセメント組成物。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一項に記載のセメント組成物において、前記フライアッシュ微粉末は、フライアッシュを粉砕機に投入して微粉末化したものを分級し、累積体積通過率２５％の粒径が０．２〜１．２μｍ、かつ累積体積通過率５０％の粒径が０．３〜２．３μｍ、かつ累積体積通過率９０％の粒径が０．６〜６．０μｍとなるように配合したものであることを特徴とするセメント組成物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モルタルやコンクリートの性能を改善するために粒度を調整したフライアッシュ微粉末を配合したセメント組成物に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、高炉スラグやフライアッシュ、シリカヒュームを混合した混合セメントが使用されており、それらを用いて、高強度モルタルやコンクリートが製造されている。
【０００３】
セメント組成物に配合するためのフライアッシュおよびフライアッシュを用いたコンクリートに関する従来技術としては、例えば以下の特許文献１〜６記載の発明がある。
【０００４】
特許文献１には、ポルトランドセメントと、ＢＥＴ比表面積が２ｍ2／ｇ以上５ｍ2／ｇ未満であるフライアッシュと、水と、セメント分散剤とを含んでなる超高強度モルタル組成物であって、ポルトランドセメントとフライアッシュとの質量比が９０：１０〜７０：３０であり、水／結合材比が０．１〜０．２であり、セメント分散剤がポリカルボン酸系分散剤を含有していることを特徴とする超高強度モルタル組成物、およびこれに粗骨材が配合された超高強度コンクリート組成物が開示されている。
【０００５】
特許文献２には、粉砕して微粒子化したフライアッシュであって、質量平均粒径（μｍ）が０．１乃至０．７３μｍの範囲にあり、かつ粒径３.７３μｍ以下における質量累積率（％）が９５％以上となり、また、ブレーン比表面積が２．５ｍ2／ｇ（２５０００ｃｍ2／ｇ）以上であることを特徴とする多機能性フライアッシュが開示されており、従来のフライアッシュを用いたセメントおよびコンクリート硬化体の早期強度の低下といった問題を克服し、その硬化体の２８日強度並びに長期強度も増進させ、しかもセメント硬化体以外のものにも多用途化できる旨が記載されている。
【０００６】
特許文献３には、結合材にブレーン比表面積が２５００〜１００００ｃｍ２／ｇのフライアッシュを含む混合物を用いた水結合材比が１０〜２０％の高強度ポーラスコンクリートの開示がある。
【０００７】
特許文献４には、セメント、シリカフューム、及び、シリカフュームに比べて大きな粒度を有するフィラー（分級フライアッシュ：ブレーン比表面積は、好ましくは４０００〜５００００ｃｍ２／ｇ、より好ましくは６０００〜３００００ｃｍ２／ｇ、特に好ましくは７０００〜２００００ｃｍ２／ｇである。）も含む結合材を用いた水結合材比０．１８以下であり、圧縮強度が８０Ｎ／ｍｍ２以上のコンクリートからなる耐摩耗版の製造方法の開示がある。
【０００８】
特許文献５には、特許請求項に粒径２０μｍ以下のフライアッシュを２〜２５重量％配合したことを特徴とする高層鉄筋コンクリート構造物や鋼管充填コンクリート（ＣＦＴ）構造物等の施工に用いられる設計基準強度８０Ｎ／ｍｍ２程度以下の高強度・高流動コンクリートに関し、シリカヒュームによることなく低水セメント比で高い流動性及び低い粘性を示し、熱履歴を受けた場合でも高い強度発現性を示す高強度・高流動コンクリート用セメントを提供する技術の開示がある。
【０００９】
特許文献６には、粉体成分としてポルトランドセメントおよびブレーン比表面積７０００〜３００００ｃｍ２／ｇの石灰石粉、フライアッシュ及び高炉水砕スラグよりなる群から選択された１種以上の無機質高微粉砕粉末を含み、該無機質高微粉砕粉末が該粉体成分に５〜３０重量％含まれていることを特徴とする高強度セルフレベリング性セメント組成物が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００８−１８９４９１号公報
【特許文献２】特許第４０３４９４５号公報
【特許文献３】特開２０１８−００２５１０号公報
【特許文献４】特開２０１７−０２４９３３号公報
【特許文献５】特開平１１−２７８９０８号公報
【特許文献６】特許第３５２８３０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
高炉スラグやフライアッシュ、シリカヒュームを用いて、超高強度モルタル・コンクリートを製造する場合、粉体量が多く、水結合材比が小さいため、高性能減水剤や粒度・粒径が良好な結合材を用いないと練混ぜが困難になり、流動性の確保も難しい。特許文献１では、ポリカルボン酸系分散剤を含有しているセメント分散剤を使用している。
【００１２】
また、超高強度モルタル・コンクリートの結合材は、ポルトランドセメントの他に球状粒径で粒度の細かい混和材が用いられており、代表的なものにシリカフュームがあるが、シリカヒュームの代用品はほとんどない。
【００１３】
そのような状況において、シリカフュームの多くが海外で生産されており、国内で生産される産業副産物をシリカヒュームの代用品とすることができれば環境負荷低減に寄与できる。
【００１４】
本発明は、上述のような課題の解決を図ったものであり、シリカヒュームを用いることなく、低水結合材比で高い流動性および低い粘性を示すモルタル・コンクリートを得られるセメント組成物を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明のセメント組成物は、累積体積通過率２５％の粒径が０．２〜１．２μｍ、かつ累積体積通過率５０％の粒径が０．３〜２．３μｍ、かつ累積体積通過率９０％の粒径が０．６〜６．０μｍであるフライアッシュ微粉末を含むことを特徴とするものである。
【００１６】
超高強度モルタル・コンクリートを製造するに当たり、累積体積通過率が２５％の粒径が０．２〜１．２μｍ、累積体積通過率が５０％の粒径が０．３〜２．３μｍ、累積体積通過率が９０％の粒径が０．６〜６．０μｍとしたフライアッシュ微粉末を用いることで、シリカヒュームを用いた超高強度モルタル・コンクリートと同等以上のフレッシュ性状および同様の強度特性が得られる。
【００１７】
さらに好ましくは、累積体積通過率２５％の粒径が０．５〜１．１μｍ、かつ累積体積通過率５０％の粒径が０．８〜１．８μｍ、かつ累積体積通過率９０％の粒径が２．１〜４．０μｍであるフライアッシュ微粉末を用いるとよい。
【００１８】
なお、例えば、前述した特許文献２においても、質量平均粒径（μｍ）が０．１乃至０．７３μｍの範囲にあり、かつ粒径３.７３μｍ以下における質量累積率（％）が９５％以上となり、また、ブレーン比表面積が２．５ｍ2／ｇ（２５０００ｃｍ2／ｇ）以上といった超微粒子のフライアッシュが開示されているが、必ずしもフライアッシュが細かいほどモルタル化時間などの性能がよいわけではない。
【００１９】
本発明に用いるフライアッシュ微粉末は、上述の粒度分布を有するものであるが、ブレーン比表面積については、１４０００〜４２０００ｃｍ2／ｇ、さらに好ましくは１６０００〜３４０００ｃｍ2／ｇ程度である。この範囲において、シリカヒュームを用いた場合と比較して、高性能減水剤の添加量を抑えつつ、モルタル化時間が短縮できる。
【００２０】
また、ＢＥＴ比表面積では、４〜１４ｍ２／ｇ、さらに好ましくは５〜１２ｍ２／ｇ程度である。この範囲において、シリカヒュームを用いた場合と比較して、高性能減水剤の添加量を抑えつつ、モルタル化時間が短縮できる。
【００２１】
フライアッシュ微粉末のセメントに対する配合に関しては、セメントとしてポルトランドセメントを用いる場合、ポルトランドセメントに対して１０〜３０重量％の範囲で置換したものが好ましい。
【００２２】
さらに好ましくは１８〜３０重量％である。１０重量％程度では、超高強度モルタル・コンクリートにおけるモルタル化時間の短縮がシリカヒュームの場合と比べて必ずしも十分ではないが、１８〜３０重量％置換した場合、シリカヒュームを１０重量％置換した場合以上のモルタル化時間の短縮効果が認められた。
【００２３】
また、本発明に用いるフライアッシュ微粉末については、原料としてのフライアッシュを粉砕機に投入して微粉末化したものを分級し、上述の累積体積通過率２５％の粒径が０．２〜１．２μｍ、かつ累積体積通過率５０％の粒径が０．３〜２．３μｍ、かつ累積体積通過率９０％の粒径が０．６〜６．０μｍとなるように調整したものを用いることができる。
【００２４】
本発明における粒度分布を実現するためのフライアッシュの粉砕には、ジェットミル、媒体撹拌ミルなどの一般的な粉砕機を用いることができ、これらの粉砕機を用いた乾式の粉砕方法により繰り返し粉砕することでフライアッシュを超微粉末化することができ、粉砕後に分級することで上述の粒度分布を得ることができる。
【発明の効果】
【００２５】
超高強度モルタル・コンクリートを製造する際に、累積体積通過率が２５％の粒径が０．２〜１．２μｍ、累積体積通過率が５０％の粒径が０．３〜２．３μｍ、累積体積通過率が９０％の粒径が０．６〜６．０μｍとしたフライアッシュ微粉末を用いることで、シリカヒュームを用いた超高強度モルタル・コンクリートと同等以上のフレッシュ性状および同様の強度特性が得られる。
【００２６】
シリカヒュームを用いることなく低水結合材比で高い流動性及び低い粘性を示すモルタル・コンクリートを得ることができる。フライアッシュ微粉末をシリカヒュームの代用品とすることができれば、国内で生産される産業副産物を使用することができ、環境負荷低減に寄与することができる。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、本発明の効果を確認するために行った試験について説明する。
【００２８】
１．混和材の種類
試験に用いた混和材の種類を表１に示す。
【００２９】
フライアッシュ微粉末ＦＡは、粉砕機を使用して繰り返し粉砕した後に分級して製造したものであり、累積体積通過率が２５％の粒径（Ｄ２５）が０．２〜１．２μｍ、５０％の粒径（Ｄ５０）が０．３〜２．３μｍ、９０％の粒径（Ｄ９０）が０．６〜６．０μｍとなるように粒度を調整して、ＦＡ０．４〜ＦＡ２．４の９種類を作製した。
【００３０】
ＮとＳＦは比較例であり、Ｎは普通ポルトランドセメントのみ、ＳＦはシリカヒュームのみの場合を示している。
シリカヒュームの粒度分布が粗目の結果になっているが、これは細かい粒が凝集してしまった結果であると考えられる。
【００３１】
【表１】
2019210178.tif 000002
【００３２】
２．モルタル試験
モルタルを作成して、検討を行った。モルタルの材料として、水道水、普通ポルトランドセメント、混和材（表１参照）、標準砂、高性能減水剤（ＢＡＳＦジャパン株式会社のマスターグレニウムＳＰ８ＨＵ）を用いた。練混ぜの器具としては一般的に用いられているホバートミキサ（容量３Ｌ、０．１２５ｋｗｈ）を使用した。
【００３３】
水結合材比を１７％と３３％の２種類設定し、水結合材比の違いによって、練混ぜ方法を変えた。
【００３４】
水結合材比１７％の場合は、以下のＡ）〜Ｄ）の手順で練混ぜを行った。
Ａ) 普通ポルトランドセメント、混和材、標準砂をホバートミキサで３０秒間撹拌する。
Ｂ) Ａ)の混合物に水道水、高性能減水剤を加えて撹拌し、モルタル化時間を測定する。モルタル化時間を測定した後に１２０秒間撹拌する。
Ｃ) ３００秒間静置する。
Ｄ) ３０秒間撹拌する。
【００３５】
水結合材比３３％の場合は、ＪＡＳＳ ５ Ｍ−７０２（高強度コンクリート用混和材の性能判定基準）に準拠して練混ぜた。
【００３６】
ミキサに材料を投入した後、フロー試験が可能となるような混合状態と目視できた時間をモルタル化時間として測定した。フロー試験は、ＪＩＳ Ｒ ５２０１「セメントの物理試験方法」に準拠した方法で行なった。標準養生とし、材齢７日と２８日おける圧縮強度を測定した。
【００３７】
水結合材比を１７％にした場合のモルタル試験結果を表２に示す。
シリカヒュームの置換率は普通ポルトランドセメントに対して１５％とし、水準１とした。
フライアッシュ微粉末ＦＡ０．４の置換率が１５％の場合を水準２、置換率３０％の場合を水準４とした。
同様にＦＡ０．６の置換率が１５％の場合を水準３、置換率３０％の場合を水準５とした。
ＦＡ１．０、ＦＡ１．５、ＦＡ２．４の場合は置換率を３０％とし、水準６〜８とした。
水準８は、練混ぜが上手くできなかったため、フロー、モルタル化時間、圧縮強度の測定が不可能であった。
【００３８】
【表２】
2019210178.tif 000003
【００３９】
フライアッシュ微粉末の置換率１５％の水準２、３をシリカヒュームの水準１と比較すると、水準１より高性能減水剤が少ない量で、同程度のフローを得ることがわかる。
また、水準２、３の７日、２８日圧縮強度は、水準１と同程度またはそれ以上の結果となった。
【００４０】
同様に、フライアッシュ微粉末の置換率３０％の水準４〜７とシリカヒュームの水準１とを比較すると、水準４〜７においても水準１より高性能減水剤が少ない量で、同程度のフローを得ることがわかる。
また、混和材置換率１５％より３０％のモルタル化時間が顕著に減少しており、水準４〜７の７日、２８日圧縮強度は、水準１と同程度またはそれ以上の結果となった。
【００４１】
特に、水準６、水準７では、モルタル化時間が、それぞれ２０秒、４０秒であり、２８日圧縮強度についても遜色のない強度が得られた。
【００４２】
水結合材比を３３％にした場合のモルタル試験結果を表３に示す。
シリカヒュームの置換率は普通ポルトランドセメントに対して１０％とし、水準９とした。
フライアッシュ微粉末ＦＡ１．８の置換率が１０％の場合を水準１０、置換率２０％の場合を水準１１、置換率３０％の場合を水準１２とした。
同様にＦＡ１．９の置換率は２０％とし、水準１３とした。
【００４３】
【表３】
2019210178.tif 000004
【００４４】
水準９と水準１０〜１３を比較すると、フロー、モルタル化時間ともに同程度の結果を得ており、７日圧縮強度に関してはシリカヒュームを用いたＳＦよりも大きく、２８日圧縮強度に関しては同程度の強度が得られた。
【００４５】
以上より、モルタル試験では、本願発明のフライアッシュ微粉末を用いることで、シリカヒュームを用いた超高強度モルタルと同等以上のフレッシュ性状および同様の強度特性が得られた。
【００４６】
３．コンクリート試験結果
次に、コンクリートを作成して、検討を行った。材料は、水道水、普通ポルトランドセメント、混和材（表１参照）、安山岩砕砂、安山岩砕石、高性能減水剤（ＢＡＳＦジャパン株式会社のマスターグレニウムＳＰ８ＨＵ）を用いた。また、練混ぜを行う器具としては、強制二軸ミキサ（容量６０Ｌ、５２回転／分）を使用した。
【００４７】
以下のＡ）〜Ｄ）の手順で練混ぜを行った。
Ａ）普通ポルトランドセメント、混和材、安山岩砕砂を強制二軸ミキサで３０秒間撹拌する。
Ｂ）Ａ）の混合物に水道水、高性能減水剤を加えて撹拌し、モルタル化時間（ミキサにモルタル材料を投入後、フロー試験が可能となるような混合状態と目視できた時間）を測定した。モルタル化時間を測定した後に９０秒間撹拌した。
Ｃ）３００秒間静置させる。
Ｄ）３０秒間撹拌した。
【００４８】
練混ぜ後、ＪＩＳ Ａ １１５０に準拠して、スランプフローの試験を行った。また、標準養生とし、材齢７日、２８日、９１日において、ＪＩＳ Ａ １１０８に準拠した圧縮強度試験を行った。
【００４９】
水結合材比を１５％とした実験結果を表４に示す。
【００５０】
【表４】
2019210178.tif 000005
【００５１】
シリカヒュームを用いた水準１４は、シリカヒュームの置換率を１５％とした。
フライアッシュ微粉末を用いた水準１５〜１８では、水準１５はＦＡ１．６の置換率を３０％とした。
水準１６〜１８はＦＡ０．８を用いており、ＦＡ０．８の置換率はそれぞれ３０％、１８％、１３％と設定した。
【００５２】
水準１５〜１７では、水準１４に比べて５０ｃｍフロー到達時間とモルタル化時間が減少しており、フレッシュ性状の向上が見られた。また、圧縮強度に関してもシリカフュームを用いた場合と同程度の強度が得られている。
【００５３】
水準１８は、水準１４に比べてモルタル化時間が増加しているが、５０ｃｍフロー到達時間や圧縮強度に関しては同程度の結果を得ている。
【００５４】
以上より、コンクリート試験においても、本願発明のフライアッシュ微粉末を用いることで、シリカヒュームを用いた超高強度コンクリートと同等以上のフレッシュ性状および同様の強度特性が得られた。