(57)【要約】【課題】セメント系材料からなる組成物の乾燥収縮を低減させてひび割れを低減又は防止することができるセメント系材料を提供することを目的としている。【解決手段】少なくともセメントと水と骨材と尿素とが混練されてなるセメント系材料において、前記尿素が、単位量で３０〜７３ｋｇ／ｍ３の範囲内で配合されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくともセメントと水と骨材と尿素とが混練されてなり、
前記尿素が、単位量で３０〜７３ｋｇ／ｍ３の範囲内で配合されていることを特徴とするセメント系材料。
【請求項２】
請求項１記載のセメント系材料において、
前記水と前記尿素との合計が、単位量で１８７ｋｇ／ｍ３以下であることを特徴とするセメント系材料。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、セメント系材料に関する。
【背景技術】
【０００２】
セメントと水と粗骨材と細骨材とが混練されてなるコンクリートが硬化後に気中に置かれた場合、材齢の増加に伴い、コンクリート中の水分が蒸発し、これによって、コンクリートに乾燥収縮が生じる。この乾燥収縮はコンクリートのひび割れの原因となるため、乾燥収縮を極力小さくすることが好ましい。そこで、一般には、コンクリートの単位水量を一定以下に抑えることで、乾燥収縮が過度に生じないようにしている。例えば、建築構造物のコンクリートの場合には、単位水量を１８５ｋｇ／ｍ３以下にすることが推奨されており、また、土木構造物のコンクリートで粗骨材の最大寸法が２０ｍｍ或いは２５ｍｍの場合には、単位水量を１７５ｋｇ／ｍ３以下にすることが推奨されている。
【０００３】
また、従来、コンクリートの混練時に、市販の乾燥収縮低減剤を混入させる技術がある。この乾燥収縮低減剤は、ある種の低級アルコール、アルキレンオキシド付加物を主成分とするものである。この乾燥収縮低減剤を混入させることで、乾燥収縮を一層低減させることができ、コンクリートのひび割れを防止することができる。
【０００４】
一方、従来より、セメント系材料に尿素を混入させる技術が提案されている。この技術では、ひび割れを低減させるために、カルシウムアルミネート無定形物と無機硫酸塩とからなるセメント急硬材及びポゾランを所定配合でセメント系材料にそれぞれ混入する一方、流動性を向上させることを目的に、セメント系材料に尿素を配合している（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】特公昭６２−３２１４７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記した乾燥収縮低減剤を混入させる従来の技術では、コンクリートの耐凍害性に問題がある。
また、上記した尿素を混入させる従来の技術では、流動化剤として尿素が配合されているため、混入される尿素は微量であり、ひび割れを低減させる効果が殆どない。
【０００６】
本発明は、上記した従来の問題が考慮されたものであり、耐凍害性に問題がある乾燥収縮低減剤やセメント急硬材等を用いることなく、セメント系材料からなる組成物の乾燥収縮を低減させてひび割れを低減或いは防止することができるセメント系材料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】
【０００７】
本発明は、少なくともセメントと水と骨材と尿素とが混練されてなり、前記尿素が、単位量で３０〜７３ｋｇ／ｍ３の範囲内で配合されていることを特徴としている。
【０００８】
このような特徴により、混入された尿素は直ちに液化され、液化された尿素によりセメント系材料はあたかも加水されたような状態となる。したがって、尿素を混入させた場合の単位水量は、液化された尿素の容積の分だけ低減させることになる。
また、尿素の配合量が単位量で３０ｋｇ／ｍ３以上となっていることで、市販の乾燥収縮低減剤を混入させた場合と比較して、セメント系材料からなる組成物の乾燥収縮歪みが小さくなる。また、尿素の配合量が単位量で７３ｋｇ／ｍ３以下となっているので、混入された尿素が混練されたセメント系材料中に固体のまま残ることが無く、混入された尿素の全てが液化される。
【０００９】
また、本発明は、前記水と前記尿素との合計が、単位量で１８７ｋｇ／ｍ３以下であることが好ましい。
【００１０】
実際の工事では、単位水量を１７０ｋｇ／ｍ３以下とすることを要求される場合が多いが、水と尿素との混入量の合計を上記した範囲にすることで所望の単位水量を実現することができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明に係るセメント系材料によれば、液化された尿素の容積の分だけ単位水量が低減される。また、水は蒸発するものの、液化した尿素は気化しにくいため、蒸発する液体量が少なくなる。したがって、セメント系材料からなる組成物の乾燥収縮を低減させることができ、セメント系材料からなる組成物のひび割れを低減或いは防止することができる。
また、本発明に係るセメント系材料によれば、尿素が単位量で３０ｋｇ／ｍ３以上配合されているので、十分なひび割れ低減（防止）効果を期待することができる。さらに、尿素の配合量が単位量で７３ｋｇ／ｍ３以下となっているので、尿素が無駄になることがなく、経済的である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明に係るセメント系材料の実施の形態について説明する。
【００１３】
本実施の形態におけるセメント系材料は、セメント（Ｃ）と水（Ｗ）と細骨材（Ｓ）と粗骨材（Ｇ）と尿素（Ｎ）とが混練されてなるコンクリート材料である。また、このコンクリート材料には、必要に応じてＡＥ剤等の混和減水剤が添加されている。
【００１４】
上記したセメントとしては、公知の水硬性セメントを使用することができる。例えば、セメントは如何なる種類のものでもよく、例えば、ポルトランドセメント（普通ポルトランドセメント、早強ポルトランドセメント等）のほかに、ポルトランドセメントに混合材を混合させた混合セメント（高炉セメント、シリカセメント、フライアッシュセメント）や特殊セメント（アルミナセメント、コロイドセメント、急結性セメント等）を使用することもできる。
【００１５】
また、上記した細骨材及び粗骨材としては、公知の骨材を使用することができる。例えば、細骨材としては、山砂、海砂や砕砂等を使用することができ、また、粗骨材としては、山砂利、海砂利や砕石等を使用することができ、さらに、細骨材や粗骨材として、人工骨材を使用することもできる。
【００１６】
尿素は、化学式（ＮＨ２）２ＣＯの窒素化合物であり、公知のものを使用することができる。例えば、尿素として、常温の気中で無色無臭の顆粒状の物質であって水に容易に溶解するものを使用することができる。混入される尿素の単位量は、尿素の最大溶解質量以下にすることが好ましい。尿素の最大溶解質量は、下記のようにして算出される。
【００１７】
尿素の溶解度は材料温度が２０℃の場合、５２％であり、材料温度が３０℃の場合、５７％である。また、尿素が液化するとその質量は約０．７７倍になる。したがって、液体（水及び液化した尿素）の容積を１６５及び１８５（ｋｇ／ｍ３）とした場合、尿素の最大溶解質量Ｎｍａｘとすると、材料温度３０℃で次の２式が成立する。
【００１８】
【数１】
2008120625.tif 000003
【００１９】
【数２】
2008120625.tif 000004
【００２０】
上記した式から尿素の最大溶解質量Ｎｍａｘは単位水量１８５（ｋｇ／ｍ３）、材料温度３０℃の場合で約７３（ｋｇ／ｍ３）となる。なお、単位水量は、建築基準等により最大でも１８５（ｋｇ／ｍ３）以下にすることが要求されている。また、材料温度は、通常３０℃以上になることは少ない。したがって、混入される尿素が単位量で７３（ｋｇ／ｍ３）以下の範囲であることが好ましい。
【００２１】
さらに、尿素が単位量で３０（ｋｇ／ｍ３）以上混入されていることが好ましい。これは、後述するように、尿素の配合量が少なすぎると、乾燥収縮歪みの低減効果が少ないためであり、尿素が単位量で３０（ｋｇ／ｍ３）以上混入されていることで、市販の乾燥収縮低減剤を混入させた場合に比べて乾燥収縮歪みを小さくすることができるためである。
【００２２】
次に、上記したコンクリート材料の製造方法について説明する。
【００２３】
上記したコンクリート材料は、公知のコンクリート材料と同様にして製造することができる。例えば、生コンプラントにおいて、セメントと水と骨材とをミキサーによって混練する際に、混練されている材料内に尿素を混入させる。尿素は、混和材を投入させるための投入口からミキサー内に投入することができる。尿素は、混練されている材料内に投入された後直ちに液化するので、練り混ぜ時間は通常のコンクリート材料の場合とほとんど同じでよい。また、尿素を混入させることで、空気量が１〜２％程度増加する場合があるが、このような場合、ＡＥ剤の使用量を減少させることで所定の空気量になるように調整する。
【００２４】
図１は本実施の形態におけるコンクリート材料（セメント系材料）の配合の一例を示した配合表である。なお、図１に示すＷは水、Ｃはセメント（普通ポルトランドセメント）、Ｎは尿素、Ｓは細骨材（砕砂）、Ｇは粗骨材（砕石）である。
【００２５】
図１に示す配合例は、単位水量が１６５（ｋｇ／ｍ３）でスランプが１２±２（ｃｍ）で空気量が４．５±１．０（％）の基本配合（Ｎ）に対応する配合例であり、尿素を単位量で２５（ｋｇ／ｍ３）混入させた配合（Ｎ２５）と、５０（ｋｇ／ｍ３）混入させた配合（Ｎ５０）と、７５（ｋｇ／ｍ３）混入させた配合（Ｎ７５）と、１００（ｋｇ／ｍ３）混入させた配合（Ｎ１００）とがある。ここでいう基本配合とは、乾燥収縮低減剤や尿素を混入させない従来の配合のことをいう。
【００２６】
上記した尿素を混入させた各配合では、尿素の混入によってスランプが大きくなるので、それぞれの配合（Ｎ２５〜Ｎ１００）において所定のスランプが得られるように単位水量（Ｗ）を減少させている。具体的には、それぞれの配合（Ｎ２５〜Ｎ１００）において、各々の尿素の質量（単位量）の０．７７倍に相当する分だけ単位水量が低減されている。なお、上記した各配合（Ｎ２５〜Ｎ１００）には、ＡＥ減水剤が所定量（Ｃ×０．２５％）だけ混入されており、また、空気量が所定範囲内（４．５±１．０％）になるようにＡＥ剤が混入されている。
【００２７】
図２は上記した配合（Ｎ２５〜Ｎ１００）のコンクリート材料からなる組成物（コンクリート）の乾燥収縮試験の試験結果を示すグラフである。図２のグラフの横軸は材齢を示しており、図２のグラフの縦軸は乾燥収縮歪みを示している。
【００２８】
図２に示すように、上記した配合（Ｎ２５〜Ｎ１００）のコンクリート材料からなるコンクリートの乾燥収縮歪みは、材齢にかかわらず、基本配合（Ｎ）よりも低減されている。また、コンクリートの乾燥収縮歪みは、材齢にかかわらず、尿素の単位量を５０（ｋｇ／ｍ３）、７５（ｋｇ／ｍ３）と増加させるにつれて減少しているが、尿素の単位量が７５（ｋｇ／ｍ３）、１００（ｋｇ／ｍ３）と増加させてもほぼ同一である。これは、最大溶解質量Ｎｍａｘ以上の単位量で尿素が混入されても、その最大溶解質量Ｎｍａｘを超えた分の尿素がコンクリート材料中に固体として残るためである。
【００２９】
なお、コンクリート材料に尿素が混入されると、材齢の進行に伴ってコンクリートの表面に白い析出物が発生する。この析出物の発生量は、尿素の単位量の増加に伴って増加する。この析出物は、乾燥収縮の進行に伴って、コンクリート表面から水分が蒸発するとともに液化した尿素がコンクリート表面で結晶化されたものである。
【００３０】
図３は本実施の形態におけるコンクリート材料（セメント系材料）の配合の他の例を示した配合表である。なお、図３に示すＷは水、Ｃはセメント（普通ポルトランドセメント）、Ｎは尿素、Ｓ１，Ｓ２は細骨材（山砂，砕砂）、Ｇは粗骨材（砕石）である。
【００３１】
図３に示す配合例は、尿素を単位量で１５（ｋｇ／ｍ３）混入させた配合（Ｎ１５）と、３０（ｋｇ／ｍ３）混入させた配合（Ｎ３０）と、４５（ｋｇ／ｍ３）混入させた配合（Ｎ４５）と、６０（ｋｇ／ｍ３）混入させた配合（Ｎ６０）とがある。各配合（Ｎ１５〜Ｎ６０）では、各々の尿素の単位量の０．７７倍に相当する量だけ単位水量を低減されている。このように、尿素の単位量に応じて単位水量を低減させることで、上記した各配合（Ｎ１５〜Ｎ６０）のスランプは略同一になる。なお、図３に示す基本配合とは、尿素や乾燥収縮低減剤を混入させない従来の配合のことであり、ＳＲＡ配合とは、市販の乾燥収縮低減剤を適量（３ｋｇ／ｍ３）添加した場合の配合のことである。また、上記した各配合（Ｎ１５〜Ｎ６０）には、ＡＥ減水剤が所定量（Ｃ×０．２５％）だけ混入されており、また、空気量が所定範囲内（４．５±１．０％）になるようにＡＥ剤が混入されている。
【００３２】
図４は上記した配合（Ｎ１５〜Ｎ６０）のコンクリート材料からなるコンクリートの乾燥収縮試験の試験結果を示すグラフである。図４のグラフの横軸は材齢を示しており、図４のグラフの縦軸は乾燥収縮歪みを示している。
【００３３】
図４に示すように、上記した配合（Ｎ１５〜Ｎ６０）のコンクリート材料からなるコンクリートの乾燥収縮歪みは、材齢にかかわらず、基本配合（Ｎ）よりも低減されている。また、コンクリートの乾燥収縮歪みは、材齢にかかわらず、尿素の単位量を１５（ｋｇ／ｍ３）、３０（ｋｇ／ｍ３）、４５（ｋｇ／ｍ３）、６０（ｋｇ／ｍ３）と増加させるにつれて減少している。また、尿素の単位量を１５（ｋｇ／ｍ３）とした配合（Ｎ１５）の場合は、市販の乾燥収縮低減剤を添加した配合（ＳＲＡ）の場合よりもコンクリートの乾燥収縮歪みが大きいが、尿素の単位量を３０（ｋｇ／ｍ３）とした配合（Ｎ３０）の場合は、市販の乾燥収縮低減剤を添加した配合（ＳＲＡ）の場合よりもコンクリートの乾燥収縮歪みが小さくなる。
【００３４】
図５は図２及び図４に示した試験の材齢１８２日における乾燥収縮歪みを示すグラフである。図５の横軸は混入される尿素の単位量を示しており、縦軸は乾燥収縮歪みを示している。
図５に示すように、尿素の単位量が最大溶解質量（７３ｋｇ／ｍ３）に達するまでは、乾燥収縮歪みが低減していることが分かる。
【００３５】
上記した構成からなるコンクリート材料によれば、尿素が混入された構成からなることにより、混入された尿素が直ちに液化され、液化された尿素によってコンクリート材料があたかも加水されたような状態となる。したがって、尿素を混入させた場合の単位水量は、液化された尿素の容積の分だけ低減させることになる。ところで、液化した尿素は水と比較して蒸発する量が少ない。したがって、液化された尿素の容積の分だけ単位水量が低減されることで、コンクリート材料からなる組成物の乾燥収縮を低減させることができ、コンクリート材料が硬化されてなるコンクリートのひび割れを低減又は防止することができる。
【００３６】
また、混入される尿素の単位量を尿素の最大溶解質量以上にしたとしても、乾燥収縮歪みの大きさは、尿素の最大溶解質量に相当する単位量で尿素を混入させた場合と若干小さくなるか略同一であり、乾燥収縮低減の効果は変わらない。したがって、混入される尿素の単位量を尿素の最大溶解質量以下にすることで、混入された尿素が混練されたコンクリート材料中に残ることなく、コンクリート材料中に全てが液化され、尿素が無駄に混入されることがない。これによって、コンクリート材料からなる組成物（コンクリート）の乾燥収縮を経済的に低減させることができる。具体的には、要求される単位水量は最大でも１８５（ｋｇ／ｍ３）と考えられることから、混入される尿素の単位量を７３（ｋｇ／ｍ３）以下にすることで、コンクリートの乾燥収縮を経済的且つ効果的に低減させることができる。
【００３７】
また、混入される尿素の単位量を３０（ｋｇ／ｍ３）以上にすることで、図４に示すように、市販の乾燥収縮低減剤を混入させた場合と比較して、コンクリート材料からなる組成物（コンクリート）の乾燥収縮歪みが小さくなり、これによって、コンクリートのひび割れを従来よりも一層防止することができる。したがって、混入される尿素の単位量を３０（ｋｇ／ｍ３）以上にすることが好ましい。
【００３８】
さらに、土木構造物のコンクリートよりも単位水量が多いとされる建築構造物のコンクリートでも、単位水量は１７０（ｋｇ／ｍ３）程度が望ましいとされている。このことは、例えば、日本建築学会発行「コンクリートの調合設計指針・同解説」の４５−４６頁の記載からも明らかである。すなわち、上記文献には、「・・・乾燥収縮率が８×１０−４より小さければ、鉄筋コンクリート構造物のひび割れは発生しにくくなり、６×１０−４より小さければひび割れ発生の危険はより小さいと考えてよい。」という記載、及び「解説図２．５．７は、・・・この図から明らかなように、単位水量１８５ｋｇ／ｍ３にすればコンクリートの乾燥収縮率は８×１０−４に抑えることができると推測される。」という記載があるため、同様に、単位水量１７０ｋｇ／ｍ３にすれば、コンクリートの乾燥収縮率を６×１０−４に抑えることができると推測される。
したがって、尿素混入量を最大７３（ｋｇ／ｍ３）とした場合、尿素混入量の７７％（７３×０．７７≒５６ｋｇ／ｍ３）の水が加水されると考えられることから、水と尿素との合計単位量（１７０−５６＋７３＝１８７）は１８７（ｋｇ／ｍ３）以下にすることが好ましい。これによって、乾燥収縮率が６×１０−４以下に抑えられ、ひび割れの危険性をより小さくすることができる。
【００３９】
また、コンクリート材料に尿素を混入することにより、コンクリートの凝結時間が多少遅延する。例えば、尿素を単位量で３０（ｋｇ／ｍ３）混入すると、コンクリートの凝結の始発時間、終結時間がともに３時間程度遅延する。また、コンクリート材料に尿素を混入することにより、練り上がり温度が多少（２〜３℃程度）低下する。上記した凝結時間の遅延及び練り上がり温度の低下は、マスコンクリートにとって水和熱に起因する温度応力を低減させるものであって好ましい。また、コンクリート材料に尿素を混入させても、組成されるコンクリートの各種耐久性能は低下しない。
【００４０】
以上、本発明に係るセメント系材料の実施の形態について説明したが、本発明は上記した実施の形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。例えば、上記した実施の形態では、セメント系材料としてコンクリート材料について説明したが、本発明に係るセメント系材料は、コンクリート材料以外のセメント系材料であってもよく、例えば、セメントと水と細骨材と尿素とからなるモルタル材料であってもよく、その他、セメントと水と尿素とからなるグラウト材料であってもよい。
【００４１】
その他、本発明の主旨を逸脱しない範囲で、上記した実施の形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明に係るセメント系材料の実施の形態を説明するための配合例を示した表である。
【図２】図１に示す配合例における乾燥収縮歪みの大きさを表したグラフである。
【図３】本発明に係るセメント系材料の実施の形態を説明するための他の配合例を示した表である。
【図４】図３に示す配合例における乾燥収縮歪みの大きさを表したグラフである。
【図５】図２及び図４に示す配合例における乾燥材齢半年の乾燥収縮歪みを表したグラフである。
【符号の説明】
【００４３】
Ｃ  セメント
Ｎ  尿素
Ｗ  水
【図１】
2008120625.tif 000005
【図２】
2008120625.tif 000006
【図３】
2008120625.tif 000007
【図４】
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【図５】
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