(57)【要約】【課題】経済的にワーカビリティを向上できる水硬性組成物を提供すること。【解決手段】下部に未処理水７１を導入させる導入口２２と上部に処理水７２を排出させる排出口２２を有する容器２と、前記容器内の上方に配設された上部仕切り板３１と、前記容器内の下方に配設された下部仕切り板３２と、前記容器内の前記上部仕切り板と前記下部仕切り板の間に充填された粒状セラミック４と、を備えた水処理装置１によって生成した処理水７２を混練水として使用した水硬性組成物である。【選択図】　　　　図１
2004115345.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
添加剤を加えることなしに表面張力を低減した混練水を使用した、水硬性組成物。
【請求項２】
請求項１に記載の水硬性組成物において、
前記混練水の表面張力が練り混ぜ時に５０ｄｙｎｅ／ｃｍ〜６５ｄｙｎｅ／ｃｍであることを特徴とする、
水硬性組成物。
【請求項３】
下部に未処理水を導入させる導入口と上部に処理水を排出させる排出口を有する容器と、前記容器内の上方に配設された上部仕切り板と、前記容器内の下方に配設された下部仕切り板と、前記容器内の前記上部仕切り板と前記下部仕切り板の間に充填された粒状セラミックと、を備えた水処理装置によって生成した処理水を混練水として使用した、水硬性組成物。
【請求項４】
請求項３に記載した水硬性組成物において、
前記粒状セラミックが、珪素とアルミニウムを主成分とし、アルカリ金属及び／又はアルカリ土類金属を含有する酸化物からなる鉱石の粉末の球形セラミック焼結体であることを特徴とする、水硬性組成物。
【請求項５】
請求項３又は４に記載した水硬性組成物において、
前記粒状セラミックの粒径が０．５〜５ｍｍであることを特徴とする、
水硬性組成物。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、コンクリート、モルタル、セメントミルク等の水硬性組成物に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
コンクリート等の水硬性組成物は、セメント等の水硬性物質に水を加え、必要に応じて骨材などを混合して製造する。
さらに水硬性組成物には、必要に応じて混和剤や混和材などの混和材料を加える。混和剤は、ＡＥ剤、減水剤、遅延剤、促進剤、急結剤、発泡剤などを所望する機能によって使い分ける。
特に、コンクリートの流動性を良くし、ワーカビリティを向上させるためにＡＥ剤などが従来から使用されている。ＡＥ剤を使用すると界面活性作用によりコンクリートのワーカビリティが向上する。ここでワーカビリティとは、コンクリートの変形及び流動性に対する性質（コンシステンシー）と材料分離に対する抵抗性（プラスチシティ）と表面仕上げの容易さ（フィニッシャビリティ）とを合わせて判断した作業性を示す指標で、スランプ試験によって測定される。
また減水剤は、一定のワーカビリティを保持したままで混練水の使用量を減らすことができるので、セメントの使用量を減らしたり、コンクリートの強度を向上させたりする目的で使用される。
また、界面活性剤を加えることによって表面張力を低下させた混練水を使用してコンクリートを製造した実施例もある（特許文献１）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平９−２４１０６４号公報（第２頁、表３）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
前記した従来の水硬性組成物にあっては、次のような問題点がある。
＜イ＞ＡＥ剤や減水剤を使用して水硬性組成物の流動性を高めると、骨材分離を生じ、粗骨材が絡み合って充填性が悪くなることがある。また、均一なコンクリート充填性が得られないことから強度低下をきたす場合もある。さらに、水中コンクリートのように増粘剤を多量に添加したコンクリートでは、骨材分離は抑制されるが粘性が高くなり、充填作業が困難となるばかりでなく、均一な充填性が得られないという問題が生じる。
＜ロ＞ＡＥ剤は、微小な空気泡をコンクリート中に分布させることでワーカビリティを向上させる混和剤であるため、使用量によってはコンクリートに空気が入りすぎて強度が低下したり、コンクリートの表面に気泡が浮き出たりすることがある。
＜ハ＞一般に、混和剤は他の材料に比べて高価である上に、使用量や配合を間違えると上記したような問題が起きる。
【０００５】
【発明の目的】
本発明は上記したような従来の問題を解決するためになされたもので、経済的にワーカビリティを向上できる水硬性組成物を提供することを目的とする。
また、混練水の使用量を削減できることで耐久性や強度の向上が可能な水硬性組成物を提供することを目的とする。
さらに、セメント量や混和剤の使用量を低減することで経済的に製造できる水硬性組成物を提供することを目的とする。
そして、水硬性組成物を製造する設備のメンテナンス作業及び費用が軽減できる水硬性組成物を提供することを目的とする。
本発明は、これらの目的の少なくとも一つを達成するものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記のような目的を達成するために、本発明の水硬性組成物は、添加剤を加えることなしに表面張力を低減した混練水を使用したものである。
ここで、前記混練水の表面張力は、練り混ぜ時に５０ｄｙｎｅ／ｃｍ〜６５ｄｙｎｅ／ｃｍ、好ましく５０ｄｙｎｅ／ｃｍ〜６０ｄｙｎｅ／ｃｍとなったものを使用することができる。
【０００７】
また、本発明の水硬性組成物は、下部に未処理水を導入させる導入口と上部に処理水を排出させる排出口を有する容器と、前記容器内の上方に配設された上部仕切り板と、前記容器内の下方に配設された下部仕切り板と、前記容器内の前記上部仕切り板と前記下部仕切り板の間に充填された粒状セラミックと、を備えた水処理装置によって生成した処理水を混練水として使用したものである。前記水処理装置を使用して生成した処理水は、未処理水に比べて表面張力が低下し、酸化防止、殺菌、脱臭、スケール除去などの機能を有する水に改質される。
ここで、前記粒状セラミックとして、珪素とアルミニウムを主成分とし、アルカリ金属及び／又はアルカリ土類金属を含有する酸化物からなる鉱石の粉末の球形セラミック焼結体を使用することができる。さらに、前記粒状セラミックの粒径は０．５〜５ｍｍ、好ましくは１〜３ｍｍとすることができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態について説明する。
【０００９】
＜イ＞水硬性組成物
本発明の水硬性組成物は、セメント８３等の水硬性物質と混練水を混合して製造する。水硬性組成物としては、例えばコンクリート、モルタル、セメントミルク等がある。
なお、水硬性組成物には、必要に応じて公知の混和剤や混和材などの混和材料を添加することができる。
【００１０】
＜ロ＞混練水
混練水は、水硬性組成物を構成する水硬性物質と練り混ぜるための水である。
本発明で使用する混練水は、後述する水処理装置１等を使用して物性を変化させる。特に、水の表面張力を低下させる。
通常の水の表面張力は７２ｄｙｎｅ／ｃｍ程度であるが、本発明の混練水の表面張力は６０ｄｙｎｅ／ｃｍ以下まで低下させることが好ましい。
本発明で使用する混練水は、混和剤などの添加剤を添加することなしに水の表面張力を低下させたものであるため、混練水中に溶解している物質が増加したり変化したりすることはない。
【００１１】
＜ハ＞水処理装置
水処理装置１は、混練水として使用する処理水７２を生成する装置である。水処理装置１に未処理水７１を流し込むと、処理水７２が排出される。
水処理装置１は、粒状セラミック４とそれを充填する容器２で構成する。容器２の下部には未処理水７１を導入させる導入口２１を設け、上部には処理水７２を排出させる排出口２２を設ける。容器２の形状は、特に限定されるものではないが、水中で粒状セラミック４を均一に流動させるため、流速を均一にする必要があるので径の一定した円筒状が好ましい。容器２の材質は、ステンレス製等の金属、合成樹脂、陶器等が使用できる。容器２を誘電率の低いセラミックで形成すると、粒状セラミック４は誘電率の高いものを充填するか、誘電率の高い粒状セラミック４の混合比率を高めるとよい。なお、その逆で構成しても構わない。
【００１２】
また、容器２内の上方には上部仕切り板３１を配置し、容器２内の下方には下部仕切り板３２を配置する。上部仕切り板３１と下部仕切り板３２は、網状又は有孔板で形成し、その径は少なくとも充填する粒状セラミック４の内、最小の粒子の径よりも小さいものであればよい。上部仕切り板３１と下部仕切り板３２の材質は、特に限定されないが、ステンレス、合成樹脂、陶器等を用いることができる。
【００１３】
水処理装置１では、水の水流エネルギーを利用して、粒状セラミック４を水中で流動させながら相互に摩擦、衝突を繰り返させる。そして、この粒状セラミック４間を通過して排出された処理水７２は、未処理水７１に比べて表面張力が低下し、酸化防止、殺菌、脱臭、スケール除去などの機能を有する水となる。
【００１４】
＜ニ＞粒状セラミック
粒状セラミック４は、水処理装置１の上部仕切り板３１と下部仕切り板３２の間に充填する粒状材料である。粒状セラミック４には、粒径０．５〜５ｍｍ、好ましくは１〜３ｍｍのセラミックを使用する。粒径が１ｍｍより小さいと、粒子が水の流速で流れ易く、流速を小さくしなければならないため装置が大型化する傾向があり、粒径が３ｍｍより大きいと流動化するための流速を大きくする必要があるうえ、流動衝突時に粒状セラミック４が破損し易い傾向がある。特に、粒径が０．５ｍｍより小さいか５ｍｍより大きくなると、その傾向が著しくなる。なお、特定の粒径範囲の粒子、例えば、１±０．２ｍｍ、２±０．２ｍｍ、３±０．３ｍｍ等に選別して使用してもよい。
容器２内の上部仕切り板３１と下部仕切り板３２の間の体積に対し、粒状セラミック４全体の体積が２０〜５０％となるように、粒状セラミック４を容器２内に収容させるのが好ましい。粒状セラミック４の体積が２０％未満であると、流動時粒状セラミック４が上部仕切り板３１に張り付き、水処理が充分に行われない傾向がみられ、粒状セラミック４の体積が５０％を超えると、流動が妨げられて粒子間の相互の摩擦、衝突が充分に行われない傾向がみられるため、いずれも好ましくない。粒状セラミック４の形状は、特に限定されるものではないが、球状、楕円状等が好ましい。
【００１５】
粒状セラミック４には、例えば珪素とアルミニウムを主成分とし、アルカリ金属及び／又はアルカリ土類金属を含有する酸化物からなる鉱石の粉末のセラミック焼結体が使用できる。
ここで、アルカリ金属及び／又はアルカリ土類金属を含有する酸化物からなる鉱石としては、曹長石（ＮａＡｌＳｉ３Ｏ８）、灰長石（ＣａＡｌ２Ｓｉ２Ｏ３）、又はカリ長石（ＫＡｌＳｉ３Ｏ８）の固溶体である長石類、金雲母　［ＫＭｏ３［（ＡｌＳｉ３）Ｏ１０］（ＯＨ）２］又は白雲母［ＫＡｌ２［（ＡｌＳｉ３）Ｏ１０］（ＯＨ）２］等の雲母類、花崗岩、石英班岩、せん緑岩、はんれい岩、カオリン等の天然鉱石を用いることができる。粒状セラミック４の成形方法は、特に限定されるものではないが、原料鉱石を粗粉砕、微粉砕し、細かい粉状にしたものに粘結剤を加え、転動造粒、押し出し造粒、プレス造粒した後、約１２００℃で焼成する方法等がある。
粒状セラミック４の結晶組織は、微細な結晶組織であるため、割れにくく、摩耗しにくい性質であり、その結晶組織は、極めて硬く緻密な組織であるため、水処理を効率よく行うことができる。
【００１６】
粒状セラミック４として、誘電率の異なる複数の粒状セラミック４を混合してもよい。この場合、誘電率が５程度のものが好適に用いられ、誘電率の低いセラミックと、誘電率の高いセラミックの微細な粒子の単体又はその混合物で構成され、造粒等された後、焼成されたものも使用できる。誘電率の異なる複数の粒状セラミック４を混合することで、粒状セラミック４同士の衝突、摩擦によって電磁波エネルギーが誘起され、未処理水７１が改質される。誘電率の低いセラミックとしては、長石、アルミナ、シリカ、花崗岩、ステアタイト、雲母、ソーダガラス、コージェライト等が挙げられる。一方、誘電率の高いセラミックとしては、チタン酸バリウム、ニオブ酸カリウム、酸化チタン、チタン酸ストロンチウム、スズ酸バリウム等が挙げられる。これらのセラミックは、粉砕され、用途に応じた混合比率で混合され、造粒し、所定の温度で焼結して作られる。例えば、コージェライト（ＭｇＯ：１１〜１６％、Ａｌ２Ｏ３：３３〜４１％、ＳｉＯ２：４３〜５６％）に、長石、ジルコニア、アルミナ、さらにムコライト、ジルコン、チタン酸アルミニウム等を加えた粒状セラミック４は、機械的強度や耐衝撃性が大きく、硬度もモース７を示し、誘電率も４〜５と低く、最適な特性を示す。その他、ステアタイト（滑石を主原料）があるが、誘電率は６．２〜６．４で緻密、均質で化学的にも安定で耐候性に優れ、機械的強度も高く、寸法精度の高いものを作ることが可能である。チタン酸バリウムを主成分としたものは、誘電率が１０００〜１５００あるので、誘電率の高いものとして用いられる。尚、特に高誘電率の粒状セラミックを必要とする場合は、チタン酸バリウムにチタン酸ストロンチウムやスズ酸バリウムを混合すると誘電率が３０００〜１５０００のものが得られる。
【００１７】
＜ホ＞水硬性組成物の製造プラント（図１）
本発明の水硬性組成物は、特殊な混練水を使用することに特徴を有する。このため、混練水を供給する以外の工程、方法は公知の水硬性組成物を製造する方法と同じである。このため、図１を使用して、混練水を供給するまでの構成を説明する。
混練水を供給するための設備は、例えば水処理装置１、パイプ６１、ポンプ５２、貯水槽５３などで構成する。通常、安定した水の供給を得るために、水道水などを一旦、貯水槽５３に貯めて使用することが多い。貯水槽５３からパイプ６１を繋いで水処理装置１まで配管する。配管は、バルブ６２などを適所に配置して水処理装置１までを分岐管を介して配設することもできるが、水処理装置１を直結して１系統の配管とすることもできる。水処理装置１から排出される処理水７２の流量を測定するために流量計５１を必要に応じて取付ける。
また、水処理装置１で処理をおこなうには一定以上の流速が必要になるため、必要に応じてポンプ５２などを配置する。
【００１８】
また、スランプを確認するための試験練りや、製造する水硬性組成物が少量の場合等に、上記した製造プラントより簡易な構成で本発明の水硬性組成物を得ることができる。
図５に水道の蛇口５４に小型の水処理装置１を繋いで生成した処理水７２を混練水として使用する実施例を示した。例えば容器８１に溜めた処理水７２からなる混練水、セメント８３及び骨材８４を台秤８２等の計量器具で計量した後に、ミキサー８５に投入して練り混ぜることによって水硬性組成物を製造する。
本発明の水硬性組成物は、このような簡易な設備でも製造できるので、試験練りなどを容易におこなうことができる。
【００１９】
【実施例】
以下、コンクリートの実施例について実験結果を示しながら説明する。
【００２０】
＜イ＞混練水の性質
表面張力が７２．１ｄｙｎｅ／ｃｍ　の水道水（未処理水７１）を水処理装置１に導入し、排出した処理水７２の表面張力を測定したところ、３０分で５８．０ｄｙｎｅ／ｃｍ　、６０分で５６．９ｄｙｎｅ／ｃｍ　と減少し、水道水の表面張力が低下することが確認された。図３に処理時間と表面張力の関係を、図４に処理水７２の表面張力の経時変化を示した。因みに、蒸留水の表面張力は７１．５ｄｙｎｅ／ｃｍ　である。表面張力の測定機器については、円環法、プレート法、液滴法、毛管法などがあるが、今回は円環法により測定した。
水処理装置１で処理した処理水７２の表面張力は、未処理水７１より低い状態を４日以上持続することができることが図４からわかる。
【００２１】
＜ロ＞比較実験
未処理水７１を混練水として使用したコンクリートと、処理水７２を混練水として使用したコンクリートの性状を比較する実験をおこなった。
試験に用いた材料は、普通ポルトランドセメント、細骨材、粗骨材、ＡＥ減水剤、空気調整剤と、未処理水７１又は処理水７２である。
試験は、コンクリートのスランプ試験方法（ＪＩＳ　Ａ　１１０１）、フレッシュコンクリートの空気量の圧力による試験方法−空気室圧力方法（ＪＩＳ　Ａ１１２８）、コンクリートのブリージング試験方法（ＪＩＳ　Ａ　１０２３）及びコンクリートの圧縮強度試験方法（ＪＩＳ　Ａ　１１０８）に従っておこなった。
試験で使用した配合を表１に示す。
【００２２】
【表１】
2004115345.tif 000003
【００２３】
上記の表１の配合に従って試験した結果を表２に示す。
【００２４】
【表２】
2004115345.tif 000004
【００２５】
表２の結果より、処理水７２を使用した方がいずれのケースにおいてもスランプ値が増加している。また、空気量についても、スランプ値と同様にすべてのケースで増加している。この結果から、処理水７２を使用することによってコンクリートのワーカビリティが向上するといえる。
このことは、必要なワーカビリティを得るための単位水量を削減できることを意味する。近年、コンクリートの耐久性が問題とされることが多いが、耐久性を向上させるために単位水量を減らして水セメント比を小さくする対策が主流となっている。このため、処理水７２を使用して製造したコンクリートは、耐久性が高いコンクリートであるといえる。また、水セメント比が小さくなると、コンクリート強度の向上も期待できる。
さらに、水セメント比を一定にした場合は、単位水量を減らすことによって単位セメント量を削減できるため、経済的である。
また、従来、ワーカビリティを上げるために添加していた混和剤の使用量も削減できるため、経済性がさらに増す。
【００２６】
なお、処理水７２は、表面張力が低下するだけでなく、酸化防止、殺菌、脱臭、スケール除去などの機能を有する。このため、コンクリートの性状が変化する以外に処理水７２を使用することによって、ミキサー等のコンクリートプラントの洗浄が簡単になり、パイプ６１やミキサー等の錆びの発生を抑えることもできる。
さらにコンクリート打設時に配置する型枠の剥離剤を高価な油性材料から安価な水溶性材料に切り替えることができる。
また、水処理装置１は、耐久性に優れた硬質の粒状セラミック４を使用し、水流で稼動するため、ランニングコストをほとんど必要としない。このため、混和剤に比べて経済的にコンクリートの特性を変化させることができる。
【００２７】
【発明の効果】
本発明の水硬性組成物は以上説明したようになるから次のような効果を得ることができる。
＜イ＞水硬性組成物のワーカビリティを、経済的に向上できる。すなわち、所望する機能によって、セメント量や混和剤又は混練水の使用量を低減することができるので経済的である。
＜ロ＞混練水の使用量を削減できることで、水セメント比を小さくして耐久性を向上させることができる。
＜ハ＞水処理装置によって処理した処理水を使用することで、水硬性組成物を製造する設備の汚れや錆びが減り、メンテナンス作業及び費用が軽減できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の水硬性組成物を製造するための混練水を供給する設備の実施例の説明図。
【図２】水処理装置の実施例の説明図。
【図３】水処理装置による処理時間と処理水の表面張力の関係を示した図。
【図４】水処理装置によって処理した処理水の表面張力の経時変化を示した図。
【図５】水硬性組成物を製造するための簡易設備の実施例の説明図。
【符号の説明】
１・・・水処理装置
２・・・容器
２１・・導入口
２２・・排出口
３１・・上部仕切り板
３２・・下部仕切り板
４・・・粒状セラミック
７１・・未処理水
７２・・処理水
【図１】
2004115345.tif 000005
【図２】
2004115345.tif 000006
【図３】
2004115345.tif 000007
【図４】
2004115345.tif 000008
【図５】
2004115345.tif 000009