(57)【要約】  【課題】  高炉セメントを用いたモルタルやコンクリート等のセメント系材料において、該セメント系材料の硬化時における収縮を十分に抑制し、ひび割れの発生を防止することを一の課題とする。  【解決手段】  本発明に係るセメント硬化体の製造方法は、普通ポルトランドセメントクリンカ粉末と高炉水砕スラグ粉末とが重量比で７０：３０〜４０：６０となる割合で含まれ且つＳＯ3量が３〜５重量％であるセメント混合物と、膨張材とを配合することを特徴とする。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
普通ポルトランドセメントクリンカ粉末と高炉水砕スラグ粉末とが重量比で７０：３０〜４０：６０となる割合で含まれ且つＳＯ3量が３〜５重量％であるセメント混合物と、膨張材とを配合することを特徴とする、セメント硬化体の製造方法。
【請求項２】
高炉セメントＢ種と石膏とを配合してＳＯ3含有量が３〜５重量％となるように調製されたセメント混合物と、膨張材とを配合することを特徴とする、セメント硬化体の製造方法。
【請求項３】
前記膨張材の添加量を、セメント硬化体の膨張量が１５０×１０-6〜５００×１０-6となる量とすることを特徴とする、請求項１又は２記載のセメント硬化体の製造方法。
【請求項４】
前記膨張材が、カルシウムサルホアルミネートと石灰とを含有した膨張材であり、該膨張材を、前記セメント混合物が配合されてなるセメントスラリー１ｍ3当たり１５〜２０ｋｇ添加することを特徴とする、請求項１〜３の何れかに記載のセメント硬化体の製造方法。
【請求項５】
請求項１〜４の何れかに記載のセメント硬化体の製造方法によって製造されたことを特徴とするセメント硬化体。
【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等のセメント系材料の硬化時に起こる収縮ひび割れを防止するセメント硬化体の製造方法と、セメント硬化体に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、グリーン購入法の施行のように環境負荷の少ない製品を購入しようとする動きが活発になっていることや、また、アルカリシリカ骨材反応が原因となるコンクリート構造物の劣化が相次いて報告されていることに鑑み、高炉セメントを用いたコンクリートの使用が増加している。
しかしながら、高炉セメントを用いたコンクリートは、普通セメントを用いたコンクリートに比べてセメントの水和反応に起因する自己収縮量が大きく、従って、高炉セメントを使用したコンクリート構造物は、収縮によるひび割れの発生が起こりやすいという問題が指摘されている（非特許文献１）。
【０００３】
このような状況の中で、高炉セメントを用いたコンクリートを製造する際に、ひび割れを抑止または防止することを目的として、膨張材を添加する方法が検討されている。しかしながら、ひび割れを抑止または防止するべく所定の膨張量を得ようとすると、膨張材の使用量を相当増やす必要があり、不経済なコンクリートになってしまうという問題がある。また、膨張材の使用量が増えると、遅れ膨張や過度の膨張による強度低下を招くおそれがあり、コンクリート構造物にとって好ましくない。
【０００４】
このような点に鑑み、下記特許文献１には、セメント系材料における全結合材に対して二水石膏の総量を２．５〜７．０重量％とし、収縮低減剤の総量を２〜４重量％とするセメント系材料も提案されている。
【０００５】
【非特許文献１】久保征則ら、コンクリート工学年次論文集、Ｖｏｌ．１９，Ｎｏ．１，ｐｐ７６３−７６８，１９９７
【特許文献１】特許第３１７４７４５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に開示された材料は、一般的なセメント系材料に対してはある程度有効であるものの、高炉セメントを用いたモルタルやコンクリート等のセメント系材料に対しては、硬化時における収縮を十分に低減できない場合もあった。
【０００７】
そこで本発明は、高炉セメントを用いたモルタルやコンクリート等のセメント系材料において、該セメント系材料の硬化時における収縮を十分に抑制し、ひび割れの発生を防止することを一の課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、上記課題を解決すべく、以下のような手段を講じたものである。即ち、本発明に係るセメント硬化体の製造方法は、普通ポルトランドセメントクリンカ粉末と高炉水砕スラグ粉末とが重量比で７０：３０〜４０：６０となる割合で含まれ且つＳＯ3量が３〜５重量％であるセメント混合物と、膨張材とを配合することを特徴とするものである。
【０００９】
また、本発明に係るセメント硬化体の製造方法は、高炉セメントＢ種と石膏とを配合してＳＯ3含有量が３〜５重量％となるように調製されたセメント混合物と、膨張材とを配合することを特徴とするものである。
【００１０】
さらに、本発明に係るセメント硬化体の製造方法は、好ましくは、前記膨張材の添加量を、セメント硬化体の膨張量が１５０×１０-6〜５００×１０-6となる量とすることを特徴とするものである。
【００１１】
また、本発明に係るセメント硬化体の製造方法は、好ましくは、前記膨張材が、カルシウムサルホアルミネートと石灰とを含有した膨張材であり、該膨張材を、前記セメント混合物が配合されてなるセメントスラリー１ｍ3当たり１５〜２０ｋｇ添加することを特徴とするものである。
【００１２】
さらに、本発明に係るセメント硬化体は、上記のようなセメント硬化体の製造方法によって製造されたことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、高炉セメントを用いたモルタルやコンクリート等のセメント系材料の硬化時における収縮を十分に低減し、モルタルやコンクリート等のセメント硬化体のひび割れの発生を効果的に防止することが可能となる。また、ひび割れの低減されたモルタルやコンクリート等のセメント硬化体を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明に係るセメント硬化体の製造方法は、普通ポルトランドセメントクリンカ粉末と高炉水砕スラグ粉末とが重量比で７０：３０〜４０：６０となる割合で含まれ且つＳＯ3量が３〜５重量％であるセメント混合物、又は、高炉セメントＢ種と石膏とを配合してＳＯ3含有量が３〜５重量％となるように調製されたセメント混合物と、膨張材とを配合するものである。
【００１５】
膨張材を添加することに加え、セメント中のＳＯ3量を３〜５重量％とすることにより、セメント硬化体中でのエトリンガイト水和物の生成量を増加させ、膨張材とエトリンガイト水和物の膨張作用を組み合わせて発揮させることができる。また、このような膨張材とエトリンガイト水和物の膨張作用は、セメント硬化体中において適切な時期に、且つ、適度な速度で発揮されるため、その結果、セメント硬化体の収縮によるひび割れが、効果的に防止されることとなる。
【００１６】
ＳＯ3量は、セメント混合物中に３〜５重量％となるように調整されるが、好ましくは、３．５〜４．５重量％、より好ましくは３．８〜４．２重量％となるように調整される。
ＳＯ3量を調整する方法としては、ＳＯ3量の多い普通ポルトランドセメントクリンカや高炉水砕スラグ粉末を用いる方法、又は、石膏を添加する方法が挙げられる。
ＳＯ3量が上記範囲である場合には、エトリンガイト水和物の生成時期、生成量および生成速度が好ましい状態となり、セメント硬化体の収縮によるひび割れを効果的に防止しうる。
【００１７】
尚、セメント混合物とは、普通ポルトランドセメントクリンカと高炉スラグ粉末との混合物、又、石膏が添加された場合であれば、普通ポルトランドセメントクリンカと高炉スラグ粉末と石膏との混合物をいうものである。また、ＳＯ3量は、該セメント混合物における化学成分ＳＯ3の重量％をいうものである。
【００１８】
本発明において使用される石膏は、特に限定されるものではない。該石膏としては、二水石膏、半水石膏又は無水石膏の何れでもよく、これらを２種以上を組み合わせて使用することもできる。
【００１９】
また、本発明において使用される前記高炉水砕スラグ粉末は、ＪＩＳ規格に規定されたものに限定されず、該規格を満たさないものを使用することもできる。
尚、一般に市販されている高炉セメントＢ種は、化学成分のＳＯ3が３重量％未満であるものが多く、２重量％未満であるものも多い。よって、該高炉セメントＢ種を用いる場合には、予め高炉セメントＢ種中に含まれるＳＯ3量を測定し、調製するセメント混合物中のＳＯ3量が上記範囲内となるように前記石膏を添加することが好ましい。
【００２０】
一方、本発明において使用される膨張材は、特に限定されるものではなく、任意の膨張材を用いることができる。該膨張材としては、例えば、カルシウムサルホアルミネート系、カルシウムサルホアルミネートと石灰の複合系、エトリンガイト系、石灰とエトリンガイトの複合系、生石灰等の石灰系、鉄粉系、マグネシウム系及びアルミニウム粉末などを挙げることができ、これらの膨張材を１種又は２種以上で使用することができる。
中でも、カルシウムサルホアルミネート系膨張材や、カルシウムサルホアルミネートと石灰との複合系膨張材を用いることが好ましく、特に、カルシウムサルホアルミネートと石灰との複合系膨張材を用いることがより好ましい。カルシウムサルホアルミネート系の膨張材、カルシウムサルホアルミネートと石灰との複合系膨張材としては、例えば、住友大阪セメント株式会社製の商品名「ＳＡＣＳ」や「スーパーサクス」等を、市場で入手しうる膨張材として例示することができる。
尚、住友大阪セメント株式会社製の商品名「ＳＡＣＳ」および「スーパーサクス」、並びに石灰系の膨張材は、例えば下記表１に示すような組成からなるものである。
【００２１】
【表１】
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【００２２】
膨張材の添加量は、硬化体の膨張量が１５０×１０-6〜５００×１０-6となる量とすることが好ましく、硬化体の膨張量が３００×１０-6〜５００×１０-6となる量とすることがより好ましい。
上述のようなカルシウムサルホアルミネートと石灰との複合系膨張材を用いた場合には、該膨張材の使用量を１５〜２０ｋｇ／ｍ3とすることにより、このような膨張量を得ることができる。
【００２３】
膨張量が上記範囲となるように膨張材を添加することにより、該膨張材による膨張作用とエトリンガイト水和物による膨張作用とが共に発揮され、セメント硬化体に必要な膨張を与えることができ、セメント硬化体のひび割れ抵抗性を高めることが可能となる。
また、膨張量が上記範囲となるように膨張材を添加することにより、セメント硬化体の強度低下を防止することができ、要求強度を満足するセメント硬化体を製造することが可能となる。
【００２４】
尚、本発明のセメント硬化体の製造方法は、上述したような点を除き、他は従来のセメント硬化体の製造方法と同様にして行うことができる。即ち、要求される物性に応じて定められる水／セメント比を満たす量の水や、必要に応じて添加される細骨材、粗骨材、混和材および混和剤と混練し、その後、型枠内に打設し、必要に応じて所望の養生を施すことにより、本発明の効果を発揮するモルタルやコンクリート等のセメント硬化体を得ることができる。
【実施例】
【００２５】
以下、実施例を挙げて本発明について更に詳述するが、本発明は当該実施例に限定されるものではない。
【００２６】
（実施例及び比較例）
以下に示す材料を用い、下記表２に示す配合にて実施例及び比較例のコンクリートを調製した。
使用材料
高炉セメントＢ種：住友大阪セメント社製（ＳＯ3量２．０重量％）
膨張材：住友大阪セメント社製、商品名「スーパーＳＡＣＳ」（カルシウムアルミネートと石灰の複合系）
無水石膏：試薬
半水石膏：試薬（表２中では「ＨＥＭ」と略記）
二水石膏：試薬（表２中では「ＧＹＰ」と略記）
細骨材：静岡県掛川産、砂
粗骨材：茨城県岩瀬産、砂利
高性能減水剤：ポリカルボン酸系、商品名「レオビルドＳＰ８Ｓ」
【００２７】
【表２】
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【００２８】
膨張および収縮低減特性の評価（長さ変化の測定）
実施例及び比較例のコンクリートを、１００ｍｍ×１００ｍｍ×４００ｍｍの型枠に打設して試験体を作成し、ＪＩＳ  Ａ  ６２０２の付属書２「膨張コンクリートの拘束膨張及び収縮試験方法」（Ｂ法）に基づき、該試験体の膨張および収縮（長さ変化）を測定した。
測定結果を図１〜３に示す。
【００２９】
強度発現性の評価（圧縮強度の測定）
実施例及び比較例のコンクリートを、φ１００ｍｍ×高さ２００ｍｍの型枠に打設して試験体を作成し、ＪＩＳ  Ａ  １１０８「コンクリートの圧縮強度試験方法」に基づき、該試験体の圧縮強度を測定した。
結果を図４及び５に示す。
【００３０】
図１及び図４は、ＳＯ3量が２．０重量％である高炉セメントＢ種に、石膏を添加することなく、膨張材のみを１ｍ3当りそれぞれ２０、２５、３０及び３５ｋｇ添加した比較例１〜４の長さ変化測定結果及び圧縮強度測定結果を示したグラフである。
該図１及び図４によれば、膨張材を１ｍ3当り３０ｋｇ及び３５ｋｇ添加した比較例３及び４では、比較例１及び２と比べて比較的良好な収縮抑制効果が得られているものの、圧縮強度が著しく低下していることが認められる。
【００３１】
図２及び図５は、セメント混合物中のＳＯ3量を２．０（単位〔重量％〕、以下同じ）、２．５、３．０、３．５及び４．０とし、膨張材を１ｍ3当り２０ｋｇ添加した、比較例１、比較例５及び実施例１〜３の長さ変化測定結果及び圧縮強度測定結果を示したグラフである。
該図２及び図５によれば、ＳＯ3量が３．０重量％に満たない比較例１及び５に比べ、ＳＯ3量を３．０重量％以上とした実施例では、収縮抑制効果と圧縮強度発現性が優れていることが認められる。特に、ＳＯ3量が４．０重量％である実施例３では、他の実施例よりも非常に優れた収縮抑制効果および圧縮強度発現性が発揮されていることが認められる。
【００３２】
また、図３によれば、異なる種類の石膏を用いた実施例３〜５のコンクリートは、いずれも略同様の収縮抑制効果が発揮されており、本発明の効果は、石膏として、無水石膏、半水石膏及び二水石膏の何れを用いた場合にも発揮されることが認められる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】長さ変化測定結果を示したグラフ。
【図２】長さ変化測定結果を示したグラフ。
【図３】長さ変化測定結果を示したグラフ。
【図４】圧縮強度の測定結果を示したグラフ。
【図５】圧縮強度の測定結果を示したグラフ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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