(57)【要約】【課題】セメントコンクリートに混和したときの流動性の良否を判定できる特性評価方法により選定したシリカフュームを含有するセメント混和材、セメント組成物を用いて、流動性に優れ、施工欠陥を生じず、耐久性に優れた高強度のセメントコンクリートを提供する。【解決手段】減水剤と併用するシリカフュームを含むセメント混和材の製造方法において、シリカフュームを含有するセメントペーストを回転数7500rpm以上で遠心分離し、上澄み水の量を測定して自由水量を定量する、シリカフュームの特性評価方法により選定した自由水量が8%以上であるシリカフュームを用いること、並びにセメント組成物及びセメントコンクリートの製造方法において、上記のようなシリカフュームを用いることを特徴とする。また、それらの製造方法で製造されたセメント混和材、セメント組成物及びセメントコンクリートを特徴とする。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
減水剤と併用するシリカフュームを含むセメント混和材の製造方法において、シリカフュームを含有するセメントペーストを回転数7500rpm以上で遠心分離し、上澄み水の量を測定して自由水量を定量する、シリカフュームの特性評価方法により選定した自由水量が8%以上であるシリカフュームを用いることを特徴とするセメント混和材の製造方法。
【請求項２】
前記減水剤が、ポリカルボン酸系高性能減水剤、又はポリカルボン酸系高性能ＡＥ減水剤であることを特徴とする請求項１に記載のセメント混和材の製造方法。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の製造方法で製造されたことを特徴とするセメント混和材。
【請求項４】
セメント、シリカフューム、及び減水剤を含むセメント組成物の製造方法において、シリカフュームを含有するセメントペーストを回転数7500rpm以上で遠心分離し、上澄み水の量を測定して自由水量を定量する、シリカフュームの特性評価方法により選定した自由水量が8%以上であるシリカフュームを用いることを特徴とするセメント組成物の製造方法。
【請求項５】
前記減水剤が、ポリカルボン酸系高性能減水剤、又はポリカルボン酸系高性能ＡＥ減水剤であることを特徴とする請求項４に記載のセメント組成物の製造方法。
【請求項６】
請求項４又は５に記載の製造方法で製造されたことを特徴とするセメント組成物。
【請求項７】
セメント、シリカフューム、及び減水剤を含むセメント組成物に骨材と水とを配合するセメントコンクリートの製造方法において、シリカフュームを含有するセメントペーストを回転数7500rpm以上で遠心分離し、上澄み水の量を測定して自由水量を定量する、シリカフュームの特性評価方法により選定した自由水量が8%以上であるシリカフュームを用いることを特徴とするセメントコンクリートの製造方法。
【請求項８】
前記減水剤が、ポリカルボン酸系高性能減水剤、又はポリカルボン酸系高性能ＡＥ減水剤であることを特徴とする請求項７に記載のセメントコンクリートの製造方法。
【請求項９】
水結合材比が10〜30％であることを特徴とする請求項７又は８に記載のセメントコンクリートの製造方法。
【請求項１０】
さらに、無水石膏を配合することを特徴とする請求項７〜９のいずれか一項に記載のセメントコンクリートの製造方法。
【請求項１１】
請求項７〜１０のいずれか一項に記載の製造方法で製造されたことを特徴とするセメントコンクリート。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特性評価方法により選定したシリカフュームを含むセメント混和材、そのシリカフュームを含むセメント組成物、そのシリカフュームを含む流動性に優れたセメントコンクリート、及びそれらの製造方法に関する。
本発明におけるセメントコンクリートとは、モルタルやコンクリートを総称するものである。
【背景技術】
【０００２】
高強度のセメントコンクリートは、コンクリート構造物の部材断面の縮小や、部材の力学的な高性能化をもたらす。
また、硬化体組織の緻密化による、コンクリート構造物の耐久性向上の観点からも重要である。
【０００３】
シリカフュームは、高いポゾラン活性を示し、空隙を充填する効果が大きく、高性能減水剤との併用により、所定の流動性を得るための水結合材比を低減できるため、高強度コンクリートに多く用いられる（特許文献１、非特許文献１参照）。
しかし、使用するシリカフュームによっては、所定の流動性を得るのに多量の水や減水剤を加えなければならず、流動性の良い高強度コンクリートが得られず、施工欠陥が起こりやすくなり、コンクリート構造物の耐久性を損なうという課題があった。そこで、シリカフュームをセメントコンクリートに混和したときの流動性の良否を判定できる、シリカフュームの特性評価方法が求められていた。
【０００４】
【特許文献１】ＰＣＴ２００５／０８７６８２号パンフレット
【非特許文献１】長滝重義監修、コンクリートの高性能化、技報堂出版、1997年11月7日、第30頁
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、セメントコンクリートに混和したときの流動性の良否を判定できる特性評価方法により選定したシリカフュームを含有するセメント混和材、セメント組成物を用いて、流動性に優れ、施工欠陥を生じず、耐久性に優れた高強度のセメントコンクリート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】
【０００６】
本発明者は、前記課題を解決すべく、種々検討した結果、特性評価方法により選定したシリカフュームを含有するセメント混和材、セメント組成物を用いることにより、流動性に優れ、施工欠陥を生じず、耐久性に優れた高強度のセメントコンクリートが得られることを見出し、本発明を完成するに至った。
【０００７】
本発明は、前記課題を解決するために、以下の手段を採用する。
（１）減水剤と併用するシリカフュームを含むセメント混和材の製造方法において、シリカフュームを含有するセメントペーストを回転数7500rpm以上で遠心分離し、上澄み水の量を測定して自由水量を定量する、シリカフュームの特性評価方法により選定した自由水量が8%以上であるシリカフュームを用いることを特徴とするセメント混和材の製造方法である。
（２）前記減水剤が、ポリカルボン酸系高性能減水剤、又はポリカルボン酸系高性能ＡＥ減水剤であることを特徴とする前記（１）のセメント混和材の製造方法である。
（３）前記（１）又は（２）の製造方法で製造されたことを特徴とするセメント混和材である。
（４）セメント、シリカフューム、及び減水剤を含むセメント組成物の製造方法において、シリカフュームを含有するセメントペーストを回転数7500rpm以上で遠心分離し、上澄み水の量を測定して自由水量を定量する、シリカフュームの特性評価方法により選定した自由水量が8%以上であるシリカフュームを用いることを特徴とするセメント組成物の製造方法である。
（５）前記減水剤が、ポリカルボン酸系高性能減水剤、又はポリカルボン酸系高性能ＡＥ減水剤であることを特徴とする前記（４）のセメント組成物の製造方法である。
（６）前記（４）又は（５）の製造方法で製造されたことを特徴とするセメント組成物である。
（７）セメント、シリカフューム、及び減水剤を含むセメント組成物に骨材と水とを配合するセメントコンクリートの製造方法において、シリカフュームを含有するセメントペーストを回転数7500rpm以上で遠心分離し、上澄み水の量を測定して自由水量を定量する、シリカフュームの特性評価方法により選定した自由水量が8%以上であるシリカフュームを用いることを特徴とするセメントコンクリートの製造方法である。
（８）前記減水剤が、ポリカルボン酸系高性能減水剤、又はポリカルボン酸系高性能ＡＥ減水剤であることを特徴とする前記（７）のセメントコンクリートの製造方法である。
（９）水結合材比が10〜30％であることを特徴とする前記（７）又は（８）のセメントコンクリートの製造方法である。
（１０）さらに、無水石膏を配合することを特徴とする前記（７）〜（９）のいずれか一項のセメントコンクリートの製造方法である。
（１１）前記（７）〜（１０）のいずれか一項の製造方法で製造されたことを特徴とするセメントコンクリートである。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の、特性評価方法により選定したシリカフュームを含有するセメント混和材、又はセメント組成物を使用することで、空隙量が減少した、流動性に優れ、施工欠陥を生じない、耐久性に優れた高強度のセメントコンクリートを得ることができる。また、空隙量の減少に伴い、炭酸ガスや塩化物イオンなど、コンクリートの劣化要因となる物質の浸入を抑制でき、コンクリート構造物の耐久性を高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明を詳細に説明する。
なお、本発明における部や％は特に規定しない限り、質量基準で示す。
【００１０】
本発明で使用するシリカフュームは、アーク式電気炉により金属シリコンやフェロシリコンを製造する際の排気ガス中のダストを、集塵装置により回収したものである。また、ジルコンサンドからジルコニアを製造する過程で副生するシリカフュームや、微粒子球状シリカも使用可能である。
シリカフュームの平均粒径は0.1μｍ程度、ＢＥＴ比表面積は20m2/g程度、密度は2.2g/cm3程度の球形の超微粉末である。主成分は非晶質のSiO2であり、微量成分としてFe2O3、Al2O3、CaO、MgO、SO3、Na2O、K2O、及びCなどを２〜20％程度含む。
【００１１】
本発明で使用するセメントとしては、普通、早強、超早強、低熱、及び中庸熱等の各種ポルトランドセメント、これらポルトランドセメントに、高炉スラグ、フライアッシュを混合した各種混合セメント、また、石灰石粉末等や高炉徐冷スラグ微粉末を混合したフィラーセメント、並びに、各種の産業廃棄物を主原料として製造される環境調和型セメント、いわゆる、エコセメントなどが挙げられ、これらのうちの一種又は二種以上が併用可能である。
【００１２】
本発明のシリカフュームの特性評価方法は、以下のようにして行うことが可能である。
シリカフュームとセメントを１：９で混合したものを結合材とし、水結合材比20％で練混ぜてシリカフュームを含有するセメントペーストを調製する。これを10000rpmで10分間遠心分離し、上澄み水を分取して自由水量を測定する。
通常、水結合材比が低いセメントペーストでは、結合材粒子が完全に分散せず、粒子間の引力と毛細管張力により、凝集体を形成する（団粒という）と考えられている。凝集体内部に取込まれた水は拘束水となり、ペーストの流動性には寄与しない。全ての水から拘束水を差引いたものが自由水となり、この量が多いほどペーストの流動性が高くなる。このため、ペーストの自由水量の測定により、シリカフュームを混和したセメントコンクリートの流動性の良否を判定できる。
【００１３】
本発明の特性評価方法では、回転数7500rpm以上で遠心分離し、10000rpm以上が好ましい。7500rpm未満では、低水結合材比のセメントペーストの場合、拘束水を含む結合材と自由水が充分に分離せず（上澄み水が少なくなる）、自由水量が定量できない場合がある。
遠心分離する時間は特に制限されないが、拘束水を含む結合材と自由水を充分に分離させるのに10分以上が好ましい。
【００１４】
本発明でセメント混和材として使用するシリカフュームは、上記の特性評価方法により、自由水量が8%以上であり、10%以上がより好ましい。8%未満では、自由水量が少なく、減水剤を多量に加えても、流動性の良い高強度のセメントコンクリートが得られにくくなるおそれがある。
自由水量が8%以上となるシリカフュームは、集塵方法や捕集時の温度など、製造方法を調整することなどにより製造可能である。
【００１５】
本発明のセメント組成物は、セメントと特定のシリカフュームを含有するもので、シリカフュームは、上記の特性評価方法により、自由水量が8%以上であり、10%以上がより好ましい。8%未満では、自由水量が少なく、減水剤を多量に加えても、流動性の良い高強度のセメントコンクリートが得られにくくなる場合がある。
セメント組成物中のシリカフュームの配合量は特に限定されるものではないが、通常、セメント100部に対して、５〜50部が好ましい。５部未満では強度増加が充分でないおそれがあり、50部を超えてもさらなる強度増加が期待できない。
【００１６】
本発明で使用する減水剤としては、ナフタレン系減水剤、メラミン系減水剤、アミノスルホン酸系減水剤、及びポリカルボン酸系減水剤が挙げられる。例えば、ナフタレン系では、エヌエムビー社製商品名「レオビルドSP-9シリーズ」、花王社製商品名「マイティ2000シリーズ」、及び日本製紙社製商品名「サンフローHS-100」などが挙げられる。また、メラミン系としては、日本シーカ社製商品名「シーカメント1000シリーズ」や日本製紙社製商品名「サンフローHS-40」などが挙げられる。さらに、アミノスルホン酸系としては、フローリック社製商品名「FP-200シリーズ」などが挙げられる。そして、ポリカルボン酸系としては、エヌエムビー社製商品名「レオビルドSP-8シリーズ」、グレースケミカルズ社製商品名「スーパー1000Nシリーズ」、及び竹本油脂社製商品名「チューポールHP-8シリーズ」や「チューポールHP-11シリーズ」などが挙げられる。
また、減水剤は液状のものだけでなく粉末状のものも使用可能である。本発明ではこれら減水剤のうちの一種又は二種以上が使用可能であり、その使用量は特に限定されるものではない。
【００１７】
本発明では、高い減水性能を示し、水結合材比を低減できる面から、ポリカルボン酸系高性能減水剤又はポリカルボン酸系高性能ＡＥ減水剤の使用が好ましい。本発明の特性評価方法により選定したシリカフュームを、これらの減水剤と併用したときに、流動性に優れた高強度のセメントコンクリートが得られる。
【００１８】
本発明の高強度のセメントコンクリートは、一般に、圧縮強度が60N/mm2程度以上のものを指す。水結合材比の低減と、シリカフュームによる空隙の充填とポゾラン反応により、空隙量が減少し、高強度化される。空隙量の減少に伴い、炭酸ガスや塩化物イオンなど、コンクリートの劣化要因となる物質の浸入を抑制でき、コンクリート構造物の耐久性を高めることができる。
【００１９】
ここで言う結合材とは、セメントやシリカフュームに加え、必要に応じて使用する潜在水硬性を示す高炉水砕スラグや、ポゾラン反応性を示すフライアッシュ、及び無水石膏を含む高強度混和材等を合わせたものをいう。
【００２０】
本発明で使用する水の量は、水結合材比で10〜30％が好ましく、12〜25％が好ましく、15〜20％がさらに好ましい。10％未満では練混ぜが困難で、流動性が得られにくく、施工欠陥が生じやすくなるおそれがあり、30％を超えるとシリカフュームによる空隙充填効果が小さく、水結合材比が高くなり、高強度化しにくくなるおそれがある。
【００２１】
本発明で使用する無水石膏としては、フッ酸製造時に副生する無水石膏や脱硫石膏、天然石膏等が挙げられ、併用により、強度がさらに増加する。
無水石膏のブレーン比表面積は、3,000〜10,000cm2/gが好ましく、4,000〜8,000cm2/gがより好ましい。3,000cm2/g未満では強度増加が充分でなくなるおそれがあり、10,000cm2/gを超えてもさらなる強度増加が期待できない。
【００２２】
本発明における無水石膏の使用量は、セメント100部に対し、１〜10部が好ましく、２〜５部がより好ましい。１部未満では強度増加が充分でなくなるおそれがあり、10部を超えてもさらなる強度増加が期待できない。
【００２３】
本発明の高強度のセメントコンクリートで使用する骨材は特に限定されるものではない。具体例としては、例えば、ケイ砂、ケイ石、石灰石骨材、高炉水砕スラグ、及び再生骨材等の細骨材や粗骨材が挙げられる。
また、比重3.0g/cm3以上の重量骨材を使用することもでき、その具体例としては、例えば、人工骨材として、高炉徐冷スラグ、電気炉酸化期スラグ、フェロニッケルスラグ、フェロクロムスラグ、銅スラグ、亜鉛スラグ、及び鉛スラグなどを総称する非鉄精錬スラグなどが、また、天然骨材としては、橄欖岩（かんらん岩）系骨材、いわゆるオリビンサンドや、エメリー鉱等が挙げられる。本発明では、これらのうちの一種又は二種以上を併用できる。
【００２４】
本発明では、さらに必要に応じて、高炉水砕スラグ微粉末、フライアッシュ、石灰石微粉末、高炉徐冷スラグ微粉末、下水汚泥焼却灰やその溶融スラグ、都市ゴミ焼却灰やその溶融スラグ、パルプスラッジ焼却灰等の混和材料、凝結調整剤、消泡剤、増粘剤、防錆剤、防凍剤、収縮低減剤、スチールファイバー、ビニロンファイバー、炭素繊維、ワラストナイト繊維等の繊維物質、ポリマー、ベントナイトなどの粘土鉱物、並びに、ハイドロタルサイトなどのアニオン交換体等のうちの一種又は二種以上を、本発明の目的を実質的に阻害しない範囲で使用することが可能である。
【００２５】
本発明において、各材料の混合方法は特に限定されるものではなく、それぞれの材料を施工時に混合しても良いし、あらかじめ一部を、あるいは全部を混合しておいても差し支えない。
【００２６】
シリカフュームを混和したセメントペーストやセメントコンクリートを練混ぜる混合装置としては、既存の装置が使用可能である。例えば、水結合材比が小さいセメントペーストの場合には、自転・公転プロペラレス混合方式のミキサなどが、セメントコンクリートの場合には、ホバートミキサ、二軸ミキサ、オムニミキサ、パン型ミキサ、遊星型ミキサ、傾胴ミキサ、又はヘンシェルミキサなどが使用可能である。
【実施例】
【００２７】
以下、本発明の実験例に基づいて、本発明をさらに説明する。
【００２８】
実験例１
シリカフューム：セメント＝１：９で混合して結合材とし、水結合材比＝20%で、結合材に対して減水剤を0.3%添加してセメントペーストを練混ぜた。10000rpmで10分間遠心分離し、上澄み水を分取して自由水量を測定した。
また、セメントペーストと同じ水結合材比で、結合材に対して減水剤aを2.0%添加し、結合材：砂＝１：１のモルタルを練混ぜた。モルタルフロー値を測定し、φ5×10cmの供試体により、材齢56日における圧縮強度を測定した。結果を表１に併記する。
【００２９】
＜使用材料＞
セメント：低熱ポルトランドセメント、密度3.24g/cm3、ブレーン比表面積3300cm2/g
シリカフュームＡ：金属シリコン副生品、密度2.36g/cm3、ＢＥＴ比表面積20m2/g
シリカフュームＢ：フェロシリコン副生品、密度2.39g/cm3、ＢＥＴ比表面積21m2/g
シリカフュームＣ：フェロシリコン副生品、密度2.37g/cm3、ＢＥＴ比表面積20m2/g
シリカフュームＤ：フェロシリコン副生品、密度2.36g/cm3、ＢＥＴ比表面積19m2/g
シリカフュームＥ：金属シリコン副生品、密度2.45g/cm3、ＢＥＴ比表面積18m2/g
細骨材：JIS R 5201準拠の標準砂
減水剤a：ポリカルボン酸系高性能減水剤、市販品
【００３０】
＜使用装置＞
セメントペーストの練混ぜ装置：THINKY製AR-250脱泡コンディショニングミキサー（自転・公転プロペラレス混合方式、公転速度2000rpm、自転速度800rpm）
遠心分離機：コクサン製H-1500FR  
回転円筒型粘度計：HAAKE社製RT20Z41TI応力制御型回転二重円筒粘度計
モルタルの練混ぜ装置：ホバートミキサ、市販品
＜測定方法＞
モルタルフロー値：JIS R 5201に準拠した。
圧縮強度：JSCE-F506、JIS A 1108に準拠した。
【００３１】
【表１】
2008230892.tif 000002
【００３２】
表１より、シリカフュームを含有するセメントペーストの自由水量が多いほど、水結合材比が同じモルタルにおいてもモルタルフロー値が大きく、流動性の良い高強度モルタル（セメントコンクリート）が得られることが分かる。特に、自由水量が8%以上であるシリカフュームを用いることにより、モルタルフロー値が顕著に向上するから、流動性の良い高強度セメントコンクリートを製造するためには、自由水量が8%以上であるシリカフュームを選定して用いることが好ましい。
【００３３】
実験例２
シリカフュームＢを用い、表２のように減水剤の種類と水結合材比を変え、モルタルフロー値が250±20mmとなるように減水剤の使用量を調整したこと以外は実験例１と同様に行い、圧縮強度を測定した。結果を表２に併記する。
【００３４】
＜使用材料＞
減水剤b：ポリカルボン酸系高性能ＡＥ減水剤、市販品
減水剤c：ナフタレン系高性能減水剤、市販品
減水剤d：メラミン系高性能減水剤、市販品
【００３５】
【表２】
2008230892.tif 000003
【００３６】
表２より、ポリカルボン酸高性能減水剤又はポリカルボン酸系高性能ＡＥ減水剤を用いたときには、水結合材比を大幅に低減しつつ、流動性に優れた高強度コンクリートが得られることが分かる。ナフタレン系高性能減水剤やメラミン系高性能減水剤を用いたときには、減水剤の使用量を増やしても、水結合材比をこれよりさらに小さくするのが難しい。
【００３７】
実験例３
シリカフュームＢを用い、表３のように無水石膏を配合したこと以外は実験例１と同様に行い、モルタルフロー値と圧縮強度を測定した。結果を表３に併記する。
【００３８】
＜使用材料＞
無水石膏  ：天然無水石膏、密度2.82g/cm3、ブレーン比表面積6,000cm2/g
【００３９】
【表３】
2008230892.tif 000004
【００４０】
表３より、無水石膏を配合することにより、さらに強度を高めることができることが分かる。
【産業上の利用可能性】
【００４１】
本発明によれば、流動性に優れ、施工欠陥を生じず、耐久性に優れた高強度のセメントコンクリートが得られ、土木や建築用途に広範に利用できる。