(57)【要約】【課題】建築構造物のような薄いコンクリート構造物でも、また、土木分野で用いられるマッシブなコンクリートにおいても、ブリーディングを防止でき優れたひび割れ低減効果を奏するセメント混和材及びセメント組成物を提供する。【解決手段】膨張物質と溶融紡糸した玄武岩繊維とを含有するセメント混和材である。膨張物質が、遊離石灰と、アウイン、カルシウムシリケート、カルシウムフェライト、及びカルシウムアルミノフェライトから選ばれる１種又は２種以上の水硬性化合物であることが好ましい。また、膨張物質が、遊離石灰と、アウイン、カルシウムシリケート、カルシウムフェライト、及びカルシウムアルミノフェライトから選ばれる１種又は２種以上の水硬性化合物と、無水セッコウとを含有するものが好ましい。さらに、前記セメント混和材を含有するセメント組成物である。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
膨張物質と溶融紡糸した玄武岩繊維とを含有するセメント混和材。
【請求項２】
膨張物質が、遊離石灰と、アウイン、カルシウムシリケート、カルシウムフェライト、及びカルシウムアルミノフェライトから選ばれる１種又は２種以上の水硬性化合物とを含有する請求項１記載のセメント混和材。
【請求項３】
膨張物質が、遊離石灰と、アウイン、カルシウムシリケート、カルシウムフェライト、及びカルシウムアルミノフェライトから選ばれる１種又は２種以上の水硬性化合物と、無水セッコウとを含有する請求項１に記載のセメント混和材。
【請求項４】
膨張物質と溶融紡糸した玄武岩繊維の合計１００部中、膨張物質５０〜９５部、溶融紡糸した玄武岩繊維が５〜５０部である請求項１〜３のいずれか１項記載のセメント混和材。
【請求項５】
セメントと請求項１〜４のいずれか１項記載のセメント混和材を含有するセメント組成物。
【請求項６】
セメントと膨張物質と溶融紡糸した玄武岩繊維とを含有するセメント組成物。
【請求項７】
請求項１〜４のいずれか１項記載のセメント混和材を使用して作製したコンクリート。
【請求項８】
請求項５又は６記載のセメント組成物を使用して作製したコンクリート。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主に、土木・建築業界において使用されるセメント混和材及びセメント組成物に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、コンクリート構造物の高耐久化技術の確立が望まれている。それを達成する上で重要な技術の１つとして、膨張物質が注目されている。これは、膨張物質の使用により、ひび割れを低減でき、コンクリート構造物の高寿命化に一定の役割を果たすためである。膨張物質としては、古くより数多くの提案があり、近年、新たな提案もなされている（特許文献１〜４）。
【特許文献１】特公昭４２−２１８４０号公報
【特許文献２】特公昭５３−３１１７０号公報
【特許文献３】特開平０７−２３２９４４号公報
【特許文献４】特開２００１−６４０５４号公報
【０００３】
一方、コンクリートの共通の課題として、ひび割れが挙げられる。コンクリートのひび割れは様々な要因に起因するため、ひび割れを制御するために、様々な方法が提案されている。中でも、繊維を配合してひび割れを制御する試みが数多く提案されている。
短繊維の種類には、ビニロン繊維、ポリプロピレン繊維、ナイロン繊維等の有機繊維や、鋼繊維、炭素繊維、ガラス繊維、ロックウール等の無機繊維が一般的に知られている。有機繊維はドライモルタルに混合する場合分散性が悪く、たくさん添加するとファイバーボール等ができ均一な混合ができない場合があり、鋼繊維は繊維径を50μ以下にすることが難しく、炭素繊維は非常に高価な材料であり、ガラス繊維は耐アルカリや耐酸性に劣るといった課題がある。
例えば、ロックウールは、安山岩、玄武岩、スラグ等を原料にキューポラや電気炉で１５００〜１６００℃の高温で溶かし、炉から流し、遠心力や圧縮空気、高圧蒸気で吹き飛ばし繊維状とした人造鉱物繊維の一種である。この繊維は、安価ではあるが、形態が綿状や粒状のものであるため、コンクリートへの分散が悪く、充分なひび割れ抵抗性が得られないといった課題があった。
また、石炭灰を数千度の高温で溶融紡糸して繊維化したフライアッシュファイバーで強化したセメント複合材料が知られている（特許文献５、６）。これらの繊維を使用する際には、飛散防止が課題として挙げられる。
さらに、玄武岩を１５００〜１６００℃で溶融紡糸し繊維化する製造方法が知られている（特許文献７）。
【特許文献５】特開平０６−３４０４６１号公報
【特許文献６】特開平０６−３４０４６２号公報
【特許文献７】特表平０９−５０００８０号公報
【０００４】
最近では、骨材界面の微細な組織構造がコンクリートの物質移動と深く関連し、コンクリート構造物の耐久性に影響を与えることが明らかにされてきている。骨材界面の微細な組織構造を遷移帯と呼ぶ。通常、コンクリートの遷移帯は粗となる。これは、セメント、砂、砂利、水、さらにその他の材料から構成される複合材料のコンクリートが、微視的レベルで材料分離を生じているためである。すなわち、骨材の界面には水が偏在しやすくなるためである。コンクリートの遷移帯を改質する上で、微視的レベルの材料分離の指標とも言える“ブリーディング”を防止することが有効である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、建築構造物のような薄いコンクリート構造物でも、また、土木分野で用いられるマッシブなコンクリートにおいても、ブリーディングを防止でき、優れたひび割れ低減効果を奏するセメント混和材及びセメント組成物を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
すなわち、本発明は、（１）膨張物質と溶融紡糸した玄武岩繊維とを含有するセメント混和材、（２）膨張物質が、遊離石灰と、アウイン、カルシウムシリケート、カルシウムフェライト、及びカルシウムアルミノフェライトから選ばれる１種又は２種以上の水硬性化合物とを含有する（１）のセメント混和材、（３）膨張物質が、遊離石灰と、アウイン、カルシウムシリケート、カルシウムフェライト、及びカルシウムアルミノフェライトから選ばれる１種又は２種以上の水硬性化合物と、無水セッコウとを含有する（１）のセメント混和材、（４）膨張物質と溶融紡糸した玄武岩繊維の合計１００部中、膨張物質５０〜９５部、溶融紡糸した玄武岩繊維が５〜５０部である（１）〜（３）のいずれかのセメント混和材、（５）セメントと（１）〜（４）のいずれかのセメント混和材を含有するセメント組成物、（６）セメントと膨張物質と溶融紡糸した玄武岩繊維とを含有するセメント組成物、（７）（１）〜（４）のいずれかのセメント混和材を使用して作製したコンクリート、（８）（５）又は（６）のセメント組成物を使用して作製したコンクリート、である。
【発明の効果】
【０００７】
本発明のセメント混和材及びセメント組成物は、建築構造物のような薄いコンクリート構造物でも、また、土木分野で用いられるマッシブなコンクリートにおいても、ブリーディングを防止でき、優れたひび割れ低減効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
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。
また、本発明で云うコンクリートとは、セメントペースト、セメントモルタル、セメントコンクリートを総称するものである。
【０００９】
本発明で使用する膨張物質とは、特に限定されるものではなく、如何なるものでも使用可能である。その種類としては、大別すると、ガス発泡物質系、セメント鉱物系がある。その具体例としては、ガス発泡物質系では、アルミ粉、鉄粉、過酸化物質、炭素物質等が挙げられる。また、セメント鉱物系では、エトリンガイト系、石灰系、石灰−エトリンガイト複合系等が挙げられる。本発明では、効果的な膨張性が付与できる観点から、セメント鉱物系を用いることが好ましい。
セメント鉱物系の膨張物質についてさらに詳細に説明する。セメント鉱物系の膨張物質としては、遊離石灰や遊離マグネシアを含むものが挙げられるが、長期安定性の観点から、遊離石灰を含むものが好ましい。遊離石灰を含むものとしては、例えば、遊離石灰-無水セッコウ系、遊離石灰-水硬性化合物系、遊離石灰-水硬性化合物-無水セッコウ系等が挙げられる。本発明では、膨張性能が良好なことから、遊離石灰−水硬性化合物−無水セッコウ系を用いることが好ましく、特に遊離石灰含有量が４０％を超えるものが好ましい。ここで、水硬性化合物としては、例えば、アウイン、カルシウムフェライト、カルシウムアルミノフェライト、カルシウムシリケート、カルシウムアルミネート等の１種又は２種以上が挙げられる。このような膨張物質としては、市販の膨張材や静的破砕材が利用できる。
膨張材や静的破砕材は、多数市販されており、その代表例としては、電気化学工業社製、商品名「デンカＣＳＡ」、「デンカパワーＣＳＡ」、住友大阪セメント社製、商品名「サクス」、太平洋マテリアル社製、商品名「エクスパン」、「Ｎ-ＥＸ」、「ブライスター」、「太平洋ジプカル」等が挙げられる。
【００１０】
本発明の膨張物質の粒度は、特に限定されるものではないが、通常、ブレーン比表面積で２０００〜６０００ｃｍ２／ｇの範囲にあり、２５００〜４０００ｃｍ２／ｇ程度のものがより好ましい。２０００ｃｍ２／ｇ未満では長期安定性が悪くなる場合があり、６０００ｃｍ２／ｇを超えるようなものは膨張性が十分に得られない場合がある。
【００１１】
本発明で使用する溶融紡糸した玄武岩繊維とは、天然の玄武岩を原料とし、高温で溶融紡糸した非晶質の人造鉱物繊維である。その特徴として、有機繊維に比べ耐熱性に優れ、ガラス繊維やロックウールに比べ耐薬品性に優れる。また、密度が２．８ｇ／ｃｍ３程度であることから、通常のドライモルタルと同程度であり、均一混合性に優れるという特徴がある。
【００１２】
溶融紡糸した玄武岩繊維の繊維径は、２〜５０μｍが好ましく、７〜２０μｍがより好ましい。２μｍより小さいと、安定的に製造することが困難であり、５０μｍを超えると初期ひび割れ低減効果が低下する場合がある。
【００１３】
溶融紡糸した玄武岩繊維の繊維長は、２〜１５ｍｍが好ましく、５〜１０ｍｍがより好ましい。２ｍｍより小さいと初期ひび割れ低減効果が小さく、１５ｍｍを超えるとドライモルタルに混合したときの分散性が悪くなる場合がある。
【００１４】
溶融紡糸した玄武岩繊維は、繊維が単独にほぐれた単繊維状態（繊維径としては０．１ｍｍ以上となる）ではなく、サイジング剤等で繊維径５０μｍ以下の単繊維を束状にした収束状態のものを使用することが好ましい。適度に接着力のある収束状にすることで、ドライモルタルと混合したときに簡単にほぐれて均一な混合が可能となる。
【００１５】
本発明では、性能に影響を与えない範囲内で、各種の有機繊維、炭素繊維、鋼繊維等の溶融紡糸した玄武岩繊維以外の繊維と併用して使用することも可能である。
【００１６】
本発明におけるセメント混和材やセメント組成物中の膨張物質と溶融紡糸した玄武岩繊維との配合割合は、特に限定されるものではないが、通常、膨張物質と溶融紡糸した玄武岩繊維の合計１００部中、膨張物質５０〜９５部が好ましく、６０〜９０部がより好ましい。溶融紡糸した玄武岩繊維は、５〜５０部が好ましく、１０〜４０部がより好ましい。
【００１７】
本発明で使用するセメントとは、特に限定されるものではないが、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、又はシリカ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、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等が挙げられ、これらのうちの１種又は２種以上が併用可能である。
【００１８】
本発明の膨張物質と溶融紡糸した玄武岩繊維とを含有するセメント混和材の使用量は、セメントとセメント混和材からなるセメント組成物１００部中、１〜１２部が好ましく、３〜１２部がより好ましい。
【００１９】
本発明では、本発明のセメント混和材やセメントの他に、石灰石微粉末、フライアッシュ、シリカフューム、メタカオリン、珪藻土、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、急硬材、デキストリン等の水和熱抑制剤、消泡剤、増粘剤、防錆剤、防凍剤、収縮低減剤、ポリマー、ベントナイト等の粘土鉱物、並びに、ハイドロタルサイト等のアニオン交換体等のうちの１種又は２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。
【００２０】
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、予め一部を、あるいは全部を混合しておいても差し支えない。
【００２１】
混合装置としては、既存の如何なる装置も使用可能であり、例えば、傾胴ミキサ、オムニミキサ、ヘンシェルミキサ、Ｖ型ミキサ、及びナウタミキサ等の使用が可能である。
【実施例１】
【００２２】
セメントに、膨張物質と溶融紡糸した玄武岩繊維を表１に示す割合で配合してセメント組成物を調製した。セメント組成物１００部中、膨張物質と溶融紡糸した玄武岩繊維の合計が９部となるように使用した。単位セメント組成物量３１５ｋｇ／ｍ３、単位水量１８０ｋｇ／ｍ３、ｓ／ａ４１％、空気量４．５±１．５％、スランプ１８±２．５ｃｍのコンクリートを調製した。コンクリートのブリーディング率と長さ変化率を測定すると共に、土間に打設した際のひび割れ発生状況を確認した。結果を表１に併記する。
【００２３】
＜使用材料＞
セメント：普通ポルトランドセメント、市販品
膨張物質Ａ：遊離石灰−無水セッコウ系、遊離石灰含有量５０％、無水セッコウ含有量５０％、ブレーン比表面積３０００ｃｍ２／ｇ
膨張物質Ｂ：遊離石灰−アウイン−無水セッコウ系、遊離石灰含有量５０％、アウイン含有量２０％、無水セッコウ含有量３０％、ブレーン比表面積３０００ｃｍ２／ｇ
膨張物質Ｃ：遊離石灰−カルシウムフェライト（２ＣａＯ・Ｆｅ２Ｏ３）−無水セッコウ系、遊離石灰含有量５０％、カルシウムフェライト含有量２０％、無水セッコウ含有量３０％、ブレーン比表面積３０００ｃｍ２／ｇ
膨張物質Ｄ：遊離石灰−カルシウムアルミノフェライト（４ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３・Ｆｅ２Ｏ３）−無水セッコウ系、遊離石灰含有量５０％、カルシウムアルミノフェライト含有量２０％、無水セッコウ含有量３０％、ブレーン比表面積３０００ｃｍ２／ｇ
膨張物質Ｅ：遊離石灰−カルシウムシリケート（３ＣａＯ・ＳｉＯ２）−カルシウムアルミノフェライト（４ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３・Ｆｅ２Ｏ３）系、遊離石灰含有量６０％、カルシウムシリケート含有量３０％、カルシウムアルミノフェライト含有量１０％、ブレーン比表面積３０００ｃｍ２／ｇ
膨張物質Ｆ：遊離石灰−カルシウムシリケート（３ＣａＯ・ＳｉＯ２）−カルシウムアルミノフェライト（４ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３・Ｆｅ２Ｏ３）−カルシウムアルミネート（３ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３）−無水セッコウ系、遊離石灰含有量５５％、カルシウムシリケート含有量２５％、カルシウムアルミノフェライト含有量５％、カルシウムアルミネート含有量５％、無水セッコウ含有量１０％、ブレーン比表面積３０００ｃｍ２／ｇ
溶融紡糸した玄武岩繊維：繊維径１０μｍ、繊維長６ｍｍ、収束タイプ、カナエ社製、商品名「バサルトファイバー」
水：水道水
細骨材：新潟県姫川産、最大粒径５ｍｍ、比重２．６２
粗骨材：新潟県姫川産、最大粒径２５ｍｍ、比重２．６４
【００２４】
＜測定方法＞
ブリーディング率：ＪＩＳ  Ａ  １１２３に準じて測定し、材齢６時間の値を算出した。
長さ変化率：ＪＩＳ  Ａ  ６２０２（Ｂ）に準じて材齢７日の膨張率を測定した。
ひび割れ発生状況の確認：縦５ｍ×横５ｍ×厚さ１０ｃｍでコンクリートを打設し、６ヵ月後にひび割れの発生状況を観察した。ひび割れが複数発生した場合は×、ひび割れが1本発生した場合は△、ひび割れが認められない場合は○。
【００２５】
【表１】
2008105909.tif 000002
【００２６】
表１から、本発明に依れば、コンクリートのブリーディングは殆ど無く、長さ変化率はプラス側で、ひび割れの発生が殆ど無いことが分かる。
【実施例２】
【００２７】
膨張物質Ｂを使用し、繊維の種類と配合割合を表２に示すように変化したこと以外は実施例１と同様に行った。結果を表２に併記する。
＜使用材料＞
ビニロン繊維：繊維径１４μｍ、繊維長６ｍｍ、収束タイプ、クラレ社製、商品名「ＲＥＣＳ  ７」
【００２８】
【表２】
2008105909.tif 000003
【００２９】
表２から、本発明に依れば、コンクリートのブリーディングは殆ど無く、長さ変化率はプラス側で、ひび割れの発生が殆ど無いことが分かる。
【実施例３】
【００３０】
膨張物質Ｂ８０部と溶融紡糸した玄武岩繊維２０部の配合割合とし、セメント組成物１００部中、膨張物質と溶融紡糸した玄武岩繊維の合計の使用量を表３に示すように変化したこと以外は実施例１と同様に行った。結果を表３に併記する。
【００３１】
【表３】
2008105909.tif 000004
【００３２】
表３から、本発明に依れば、コンクリートのブリーディングは殆ど無く、長さ変化率はプラス側で、ひび割れの発生が殆ど無いことが分かる。
【実施例４】
【００３３】
表４に示すように膨張物質Ｂ８０部と溶融紡糸した玄武岩繊維２０部の配合割合とし、セメント組成物１００部中、膨張物質と溶融紡糸した玄武岩繊維の合計９部を使用してセメント組成物を調製し、マッシブなコンクリートでのひび割れ低減効果を確認したこと以外は実施例１と同様に行った。結果を表４に併記する。
【００３４】
＜測定方法＞
ひび割れ発生状況の確認：高さ２ｍ×長さ１０ｍ×厚さ６０ｃｍの壁を造成し、1ヵ月後にひび割れの発生状況を観察した。ひび割れが複数発生した場合は×、ひび割れが1本発生した場合は△、ひび割れが認められない場合は○。
【００３５】
【表４】
2008105909.tif 000005
【００３６】
表４から、本発明に依れば、マッシブなコンクリートにおいても、ひび割れの発生が無いことが分かる。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
本発明のセメント混和材及びセメント組成物は、建築構造物のような薄いコンクリート構造物でも、また、土木分野で用いられるマッシブなコンクリートにおいても、ブリーディングを防止でき、優れたひび割れ低減効果を奏するので、土木、建築用途に広範に利用できる。