(57)【要約】【課題】コンクリートやモルタルの引張強度を向上させることのできる混和剤を提供すること。【解決手段】ケイ酸塩と酸を水の存在下で混合してから固化させてなるコンクリート混和剤又はモルタル混和剤である。このとき、前記ケイ酸塩がケイ酸ナトリウムであり、前記酸がカルボン酸であることが好適である。前記混和剤、セメント、骨材及び水からなるコンクリート又はモルタルは、引張強度が高いために、各種のコンクリート構造物、コンクリート製品又はモルタル製品に好適に使用される。【選択図】　　　図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ケイ酸塩と酸を水の存在下で混合してから固化させてなるコンクリート混和剤。
【請求項２】
前記ケイ酸塩がケイ酸ナトリウムである請求項１記載のコンクリート混和剤。
【請求項３】
前記酸がカルボン酸である請求項１又は２記載のコンクリート混和剤。
【請求項４】
粉状体又は粒状体である請求項１〜３のいずれか記載のコンクリート混和剤。
【請求項５】
ケイ酸塩と酸との反応生成物を含有する粉状体又は粒状体からなるコンクリート混和剤。
【請求項６】
ケイ酸塩と酸を水溶液中で混合し、混合後の水溶液から水分を除去して固化させるコンクリート混和剤の製造方法。
【請求項７】
請求項１〜５のいずれか記載のコンクリート混和剤、セメント、骨材及び水からなるコンクリート。
【請求項８】
セメント、骨材、請求項１〜５のいずれか記載のコンクリート混和剤及び水からなる流動状態のコンクリートを型枠中に打設して硬化させるコンクリート構造物の構築方法。
【請求項９】
セメント、骨材及び水からなる流動状態のコンクリートに、前記コンクリート混和剤を後添加してから型枠中に打設する、請求項８記載のコンクリート構造物の構築方法。
【請求項１０】
セメント、骨材、請求項１〜５のいずれか記載のコンクリート混和剤及び水からなる流動状態のコンクリートを型枠中に打設して硬化させるコンクリート製品の製造方法。
【請求項１１】
セメント、骨材及び水からなる流動状態のコンクリートに、前記コンクリート混和剤を後添加してから型枠中に打設する、請求項１０記載のコンクリート製品の製造方法。
【請求項１２】
ケイ酸塩と酸を水の存在下で混合してから固化させてなるモルタル混和剤。
【請求項１３】
ケイ酸塩と酸との反応生成物を含有する粉状体又は粒状体からなるモルタル混和剤。
【請求項１４】
ケイ酸塩と酸を水溶液中で混合し、混合後の水溶液から水分を除去して固化させるモルタル混和剤の製造方法。
【請求項１５】
請求項１２又は１３記載のモルタル混和剤、セメント、細骨材及び水からなるモルタル。
【請求項１６】
セメント、細骨材、請求項１２又は１３記載のモルタル混和剤及び水からなる流動状態のモルタルを成形し、硬化させるモルタル製品の製造方法。
【請求項１７】
ケイ酸塩と酸を水の存在下で混合してから固化させてなる粉状体又は粒状体をセメントに混合してなる混合セメント。
【請求項１８】
ケイ酸塩と酸との反応生成物を含有する粉状体又は粒状体をセメントに混合してなる混合セメント。
【請求項１９】
前記粉状体又は粒状体の含水率が１０重量％以下である請求項１７又は１８記載の混合セメント。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、コンクリートに添加されるコンクリート混和剤に関する。具体的にはケイ酸塩と酸を水の存在下で混合してから固化させてなるコンクリート混和剤及びその製造方法に関する。また、当該コンクリート混和剤を用いるコンクリートに関する。さらに、当該コンクリート混和剤を用いるコンクリート構造物の構築方法及びコンクリート製品の製造方法に関する。
【０００２】
また本発明は、モルタルに添加されるモルタル混和剤及びその製造方法に関する。また、当該モルタル混和剤を用いるモルタル及びモルタル製品の製造方法に関する。さらに本発明は、混合セメントに関する。
【０００３】
【従来の技術】
コンクリートは、圧縮強度が高く、造形が容易で、かつ安価であることから、建設分野では古くから広く使用されている。近年は、特に構造物が大型化、多様化したため、コンクリートの圧縮強度をさらに高める研究が数多くなされている。コンクリートの強度を増加させるための手法の一つとして各種の混和材料を添加する手法が報告されている。この点は、コンクリートのみならずモルタルにおいても同様である。
【０００４】
特開昭６１−１５５２３７号公報（特許文献１）には、有機酸類と急結性無機塩を含有することを特徴とするダムコンクリートの製造方法が開示されている。有機酸類と急結性無機塩を含有することにより、発熱量を上げないで強度を大きくすることができるとしており、ダムコンクリートのような大量のコンクリートを打設する用途に適していることが記載されている。ここで使用される有機酸類としては、各種のカルボン酸、例えばクエン酸やフマル酸などが例示されており、急結性無機塩としては、アルカリ金属塩、例えば炭酸ナトリウムやケイ酸ナトリウムなどが例示されている。当該公報の実施例においては、具体的に圧縮強度の向上が確認されている。
【０００５】
また、特開２００１−２９４４６１号公報（特許文献２）には、水ガラスに多価カルボン酸又はその誘導体を配合してなるコンクリート改質剤が記載されている。当該コンクリート改質剤は、溶液の状態で硬化後のコンクリート表面に塗布されるものである。こうすることによって、コンクリートの中性化やクラック発生などによる劣化を防止又は抑制することができる旨記載されている。
【０００６】
【特許文献１】
特開昭６１−１５５２３７号公報（第１〜３頁、表３）
【特許文献２】
特開２００１−２９４４６１号公報（第２〜３頁）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
コンクリートの機械的特性で最も大きな特徴は、圧縮強度が大きく、引張強度、剪断強度及び曲げ強度が小さいという点である。通常、コンクリートの圧縮強度を高めることができても、その引張強度にはいわゆる頭打ちがあるため、それを増加させることは困難である。したがって、コンクリート構造物を建設する現場においては、引張強度不足に由来するひび割れの発生が重大な問題である。
【０００８】
コンクリートは引張強度が圧縮強度に比べて小さいことから、安全の確保のために、コンクリートの引張強度を無視し、引張力に対抗する補強材を別途使用して強度設計を行う。このような補強材としては鉄筋やＰＣ（プレストレストコンクリート）用鋼材が挙げられ、これらを使用した構造物全体として耐力を確保しているのが現状である。しかしながら、前述のように構造物が大型化、多様化しているために、コンクリート構造物の耐力を確保するために使用する鋼材量が多くなり、過密配筋となってしまうことが避けられない。この場合、流動状態のコンクリートを型枠中に打設する際にコンクリートの回りこみが十分でなかったり、配筋作業そのものが複雑となってコスト上昇の原因となったりする。
【０００９】
打設後の水和反応によって発熱して温度上昇したコンクリートは、冷却時に収縮する。収縮時に、コンクリートの両端が拘束された状態であれば、引張応力が生じることになり、しばしばひび割れを誘起することになる。したがって、水和反応が進行している比較的材令の短い時期においてもコンクリートの引張強度を高めることは重要である。また、打設直後のコンクリートは湿潤状態にあるが、これが外気にさらされると乾燥によって収縮する。長期的な乾燥などの収縮に対応するためにもコンクリートの引張強度を高めることが重要である。
【００１０】
コンクリートの引張強度を向上させるために、石綿やガラス繊維などの無機繊維や合成繊維からなる短繊維補強材を配合する手法が知られているが、流動性を阻害する場合や、配合される補強材の分散性が不十分となってダマが発生する場合があるし、コスト上昇要因にもなることから、限定的な用途で使用されているのみである。
【００１１】
前述の特開昭６１−１５５２３７号公報に記載されている方法では、コンクリートに混和剤を添加することで強度が上昇しているものの、圧縮強度が向上しているのみであって、引張強度に関する記載はない。また、特開２００１−２９４４６１号公報に記載されている方法は、硬化後のコンクリート表面に改質剤を塗布する方法であり、ひび割れ等、コンクリートの劣化の進行を防止できるものの、引張強度を積極的に上昇させるものではない。
【００１２】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、コンクリートに添加することによって、引張強度を向上させることのできる混和剤とその製造方法を提供するものである。併せて、さらに、当該コンクリート混和剤を用いるコンクリート、コンクリート構造物の構築方法及びコンクリート製品の製造方法を提供するものである。
【００１３】
また、前述のコンクリートにおける各課題は、モルタルにおいても同様に課題として存在するものである。本発明は、そのような課題をも解決するためになされたものであり、モルタルに添加することによって、引張強度を向上させることのできる混和剤とその製造方法を提供するものである。併せて、当該モルタル混和剤を用いるモルタル及びモルタル製品の製造方法を提供するものである。さらにまた、本発明はこのようなコンクリートやモルタルに好適に用いられる混合セメントを提供するものである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記課題は、ケイ酸塩と酸を水の存在下で混合してから固化させてなるコンクリート混和剤を提供することによって達成される。すなわち、本発明のコンクリート混和剤は、ケイ酸塩と酸を水の存在下で混合してから固化させてなるものである。このような混和剤を添加することで硬化後のコンクリートの引張強度が上昇する原因は必ずしも明らかではないが、以下に説明するようなメカニズムが考えられる。
【００１５】
セメントの水和反応のメカニズムは複雑であり、現在でも完全に明らかにされているわけではないが、代表的な水和反応のモデル化学式は例えば下記式（１）で示される。なおここで、式（１）の中で使用されている数値は例示であって、実際の反応では幅のある数値として捉えられるべきものである。また、ここに記載されていない化合物も水和反応に寄与している。
２（２ＣａＯ・ＳｉＯ２）＋４Ｈ２Ｏ→３ＣａＯ・２ＳｉＯ２・３Ｈ２Ｏ＋Ｃａ（ＯＨ）２　　（１）
【００１６】
このように、水和反応の結果、カルシウムシリケート水和物［ｘＣａＯ・ＳｉＯ２・ｙＨ２Ｏ］（通常ｘは１．５〜２．０の値であり、ｙはもう少し広い範囲の値をとる。）と水酸化カルシウム［Ｃａ（ＯＨ）２］が主たる水和反応生成物として形成される。このうちカルシウムシリケート水和物は、完全に硬化したポルトランドセメント中では、通常半分以上の容積を占める主要成分である。当該カルシウムシリケート水和物は、繊維状や網目状の形態をしていて、ファンデルワールス力によって強固に接着することが可能であるとされている。一方、水酸化カルシウムは、６角形プリズム状の表面積が小さい結晶であるために、ファンデルワールス力が小さい上に、結晶方向性のために裂けやすく、接着強度の面での寄与が小さい。
【００１７】
コンクリートの中でも強度的に最も弱く、引張応力によってひび割れを発生しやすい場所は、主として粗骨材とモルタルの界面に形成される、いわゆる遷移帯であるとされている。コンクリートを型枠中に打設する際に、寸法の大きい骨材や鉄筋の周囲、特に下側には、ブリーディングの結果として水膜が形成され、セメントに対する水分の割合が大きい領域である遷移帯が生じる。この遷移帯においては水酸化カルシウムの割合がモルタル部分に比べて大きくなっているが、このことが、遷移帯の強度を低下させ、ひいてはコンクリートの引張強度を低下させる要因の一つであるとされている。
【００１８】
本発明のコンクリート混和剤はこの遷移帯に存在する水酸化カルシウムを、以下の反応によって強固なカルシウムシリケート水和物に変換するのに役立っていると推定される。下記式（２）にメタケイ酸ナトリウムと水酸化カルシウムとの反応におけるカルシウムシリケート水和物形成の一例のモデル化学式を示す。
２Ｎａ２ＳｉＯ３＋３Ｃａ（ＯＨ）２＋２Ｈ２Ｏ→３ＣａＯ・２ＳｉＯ２・３Ｈ２Ｏ＋４ＮａＯＨ　　（２）
実際のコンクリート中での化学反応はこのような定量的な反応ではなく、上記式（２）中の数値は幅をもったものとして捉えられるべきものであることは前述の式（１）の場合と同様である。
【００１９】
ただし、ケイ酸塩と酸と水とを混合した水溶液をそのまま流動状態のコンクリートに添加したのでは、添加する際にコンクリートの流動性が低下してしまい、型枠中へのコンクリートの打設が困難となる。これは、上記（２）式がコンクリート中で急速に進行し過ぎてしまうためであると考えられる。
【００２０】
本発明のコンクリート混和剤は、打設時にはコンクリートの流動性を維持しながらも、打設後の硬化時に遷移帯部分において上記（２）式を進行させることのできるものであると考えられる。ケイ酸塩と酸を水の存在下で混合してから固化させたものを添加することによって、コンクリートへ添加する際には流動性を阻害することがなく、その後、水和反応が進行している時に、上記（２）式を進行させるために、遷移帯部分へケイ酸塩成分を供給できるものであると考えられる。
【００２１】
実際、ケイ酸塩と酸を水の存在下で混合してから乾燥固化したものは、単にケイ酸塩を乾燥固化したものとは異なり、水への溶解性が大きく低下しており、長時間をかけてようやく水に溶ける、という挙動を示すことが本件発明者によって確認されている。ここで、オルトケイ酸やメタケイ酸などのケイ酸類は非常に弱い酸であるので、それよりも強い酸（例えばカルボン酸）との反応によって、弱い酸（ケイ酸）が遊離してより強い酸の塩を形成する、酸塩基反応（中和反応）が進行していると考えられる。
【００２２】
上記のように推定されるメカニズムにより、ケイ酸塩と酸を水の存在下で混合してから固化させてなるコンクリート混和剤によって、本発明の課題が解決される。本発明のコンクリート混和剤においては、前記ケイ酸塩がケイ酸ナトリウムであることが好適であり、前記酸がカルボン酸であることが好適である。当該コンクリート混和剤は粉状体又は粒状体であることが好適である。また、上記課題は、ケイ酸塩と酸との反応生成物を含有する粉状体又は粒状体からなるコンクリート混和剤を提供することによっても解決される。
【００２３】
また、上記課題は、ケイ酸塩と酸を水溶液中で混合し、混合後の水溶液から水分を除去して固化させるコンクリート混和剤の製造方法を提供することによっても達成される。
【００２４】
本発明の好適な実施態様は、前記コンクリート混和剤、セメント、骨材及び水からなるコンクリートである。また、セメント、骨材、前記コンクリート混和剤及び水からなる流動状態のコンクリートを型枠中に打設して硬化させるコンクリート構造物の構築方法も好適な実施態様である。このとき、セメント、骨材及び水からなる流動状態のコンクリートに、前記コンクリート混和剤を後添加してから型枠中に打設することが好適である。さらに、セメント、骨材、前記コンクリート混和剤及び水からなる流動状態のコンクリートを型枠中に打設して硬化させるコンクリート製品の製造方法もまた好適な実施態様である。このときもまた、セメント、骨材及び水からなる流動状態のコンクリートに、前記コンクリート混和剤を後添加してから型枠中に打設することが好適である。
【００２５】
上記課題は、ケイ酸塩と酸を水の存在下で混合してから固化させてなるモルタル混和剤を提供することによっても達成される。ケイ酸塩と酸との反応生成物を含有する粉状体又は粒状体からなるモルタル混和剤を提供することによっても解決される。また、ケイ酸塩と酸を水溶液中で混合し、混合後の水溶液から水分を除去して固化させるモルタル混和剤の製造方法を提供することによっても達成される。本発明の好適な実施態様は前記モルタル混和剤、セメント、細骨材及び水からなるモルタルである。セメント、細骨材、前記モルタル混和剤及び水からなる流動状態のモルタルを成形し、硬化させるモルタル製品の製造方法も好適な実施態様である。
【００２６】
また、上記課題は、ケイ酸塩と酸を水の存在下で混合してから固化させてなる粉状体又は粒状体をセメントに混合してなる混合セメントを提供することによっても達成される。また、ケイ酸塩と酸との反応生成物を含有する粉状体又は粒状体をセメントに混合してなる混合セメントを提供することによっても達成される。このとき、前記粉状体又は粒状体の含水率が１０重量％以下であることが好適である。
【００２７】
【発明の実施の形態】
本発明のコンクリート混和剤は、ケイ酸塩と酸を水の存在下で混合してから固化させてなるものである。
【００２８】
本発明で使用されるケイ酸塩は特に限定されない。そのカチオン種は金属イオンに限られずアンモニウムイオンなどであっても良いが、金属イオンが好適である。金属イオンの中でもアルカリ金属イオンであることが好ましく、原料の入手の容易さやコストの面などからナトリウムイオンであることがより好ましい。また、本発明で使用されるケイ酸塩のアニオン種も特に限定されず、オルトケイ酸アニオン［ＳｉＯ４４−］やメタケイ酸アニオン［ＳｉＯ３２−］などのアニオン種のみならず、ケイ酸［ＳｉＯ２］単位が複数個連結してアニオン種を形成したものであっても良い。
【００２９】
具体的な化合物としては、オルトケイ酸ナトリウム、オルトケイ酸カリウム、オルトケイ酸リチウム、メタケイ酸ナトリウム、メタケイ酸カリウム、メタケイ酸リチウム、水ガラスなどが例示される。
【００３０】
中でも本発明で好適に使用されるのは水ガラスである。水ガラスはアルカリ金属のケイ酸塩の水溶液であって、ケイ酸［ＳｉＯ２］単位が複数個連結してアニオン種を形成したものである。ここで使用されるアルカリ金属はカリウムの場合もあるが通常ナトリウムである。ケイ酸ナトリウムの場合の固形分の一般式はＮａ２Ｏ・ｎＳｉＯ２で示される。
【００３１】
ケイ酸塩中の金属原子数とケイ素原子数の比［金属／ケイ素］は０．１〜２の範囲であることが好ましい。前記比［金属／ケイ素］が０．１未満の場合には、水溶性が低下し、カルボン酸と水の存在下で混合することが困難になる虞がある。より好適には０．２以上であり、さらに好適には０．３以上である。逆に比［金属／ケイ素］が２を超える場合には、ケイ酸塩の水溶性が高すぎてコンクリートの流動性が悪化する虞がある。より好適には１．５以下であり、さらに好適には１以下である。
【００３２】
また、本発明でケイ酸塩と混合される酸の種類も特に限定されるものではなく、硫酸やリン酸のような無機酸であっても、カルボン酸のような有機酸であっても良い。なかでもカルボン酸が好適に使用される。使用されるカルボン酸は特に限定されるものではなく、ギ酸、酢酸、プロピオン酸などのモノカルボン酸；グリコール酸、乳酸、グルコン酸などのオキシモノカルボン酸；シュウ酸、マロン酸、コハク酸、ピメリン酸、アジピン酸、グルタル酸、マレイン酸、フマル酸、フタル酸、テレフタル酸などの多価カルボン酸；リンゴ酸、クエン酸などのヒドロキシ多価カルボン酸；アクリル酸重合体、無水マレイン酸重合体などの多価カルボン酸重合体などを使用することができる。これらの中でも揮発性が低く、水溶性の良好なオキシカルボン酸や多価カルボン酸が好適であり、多価カルボン酸がより好適である。マレイン酸、フマル酸のような不飽和多価カルボン酸も好適である。
【００３３】
本発明のコンクリート混和剤でケイ酸の金属塩とカルボン酸を使用する場合、ケイ酸塩中の金属原子数と前記カルボン酸中のカルボキシル基の数との比［金属／カルボキシル基］は１〜２００であることが好適である。比［金属／カルボキシル基］が１未満の場合には、ケイ酸成分が水に不溶になって、ケイ酸塩とカルボン酸を水の存在下に混合する際に、不溶物が発生して均一に混合できない虞がある。より好適には２以上であり、さらに好適には５以上であり、最適には１０以上である。逆に比［金属／カルボキシル基］が２００を超えると、ケイ酸塩の水溶性が高すぎてコンクリートの流動性が悪化する虞がある。より好適には１００以下であり、さらに好適には５０以下である。
【００３４】
上記のようなケイ酸塩と酸とを水の存在下で混合して、本発明のコンクリート混和剤が製造される。水の存在下で混合することで、ケイ酸塩を形成しているカチオン種と酸との間で中和反応（塩の形成）が進行して、ケイ酸塩の水溶性を適度に低下させることができるようである。混合する際に存在させる水の量は、ケイ酸塩と酸の合計重量１００重量部に対して、好適には１重量部以上であり、より好適には１０重量部以上であり、さらに好適には１００重量部以上である。混合方法は特に限定されず、これらの成分が流動状態で混合できさえすればよいが、水溶液の状態でケイ酸塩と酸を混合撹拌する方法が好適である。例えば水ガラスにカルボン酸又はその水溶液を添加して撹拌する方法などが例示される。撹拌を容易にするために温度を上げて混合することも好ましい。
【００３５】
本発明のコンクリート混和剤は、上記のようにして混合した後に、固化させて製造される。水分を除去することによって固化させても良いし、冷却することによって固化させても良い。これらのうちでも、ケイ酸塩と酸を混合した後で水溶液から水分を除去して固化させる方法が好適である。水分を除去する方法は特に限定されず、室温で放置して水分を揮発させても良いし、加熱して水分を揮発させても構わない。水分を除去した後の含水率は５０重量％以下であることが好ましい。含水率はより好適には４０重量％以下であり、さらに好適には３０重量％以下である。本発明のコンクリート混和剤は、固体状態であっても、その内部に相当量の水分を含有し得るものである。また、後述するように、予めセメントに配合した混合セメントを製造する場合には、含水率をさらに低くする方が好ましい。なお、ここでいう含水率は、ＪＩＳ　Ｋ０１０１−１６．２に記載された方法で測定される値である。
【００３６】
また、本発明のコンクリート混和剤はケイ酸塩と酸との反応生成物を含有する粉状体又は粒状体からなるコンクリート混和剤である。ここでいう反応生成物とは、弱い酸（ケイ酸）が遊離してより強い酸の塩を形成する、酸塩基反応（中和反応）による生成物のことである。本発明のコンクリート混和剤はそのような反応生成物を含有していることによって本発明の効果を奏することができる。上述のように、ケイ酸塩と酸を水の存在下で混合してから固化させる方法によって製造することが好適であるが、そのようにして製造されたものに限定されず、結果として反応生成物を含有していればよい。また、このような反応生成物を含有する粉状体又は粒状体は、後述のモルタル混和剤としても、混合セメントの原料としても使用可能である。
【００３７】
本発明のコンクリート混和剤は、粉状体又は粒状体であることが好適である。粉状体又は粒状体とする方法は特に限定されず、固化させてから砕く方法や、液滴を固化させる方法が例示される。また、固化させる中途段階で粉状体又は粒状体としてもよい。粉状体又は粒状体である場合の粒子の寸法は特に限定されるものではないが、微粉末、例えば粒径が１００μｍ未満の粒子を主たる構成粒子としない方が好ましく、逆に粗大粒子、例えば粒径が１０ｍｍを超える粒子を主たる構成粒子としない方が好ましい。
【００３８】
粒径が小さすぎる場合には、コンクリートに本発明のコンクリート混和剤を添加する際に、コンクリートの流動性が低下する虞がある。逆に、粒径が大きすぎる場合には、硬化したコンクリートが不均質なものとなる虞がある。また、粒径が小さすぎても大きすぎても引張強度の改善効果が減少する傾向にあり、一定範囲の粒径の粒子を使用することで引張強度の改善効果が大きくなる。この理由は明らかではないが、適当な粒子寸法であることによって、コンクリート打設後の水和反応が進行しているちょうど良いタイミングで、遷移帯部分へケイ酸塩成分を適切に供給できるためではないかと考えられる。
【００３９】
好適な粒径は、コンクリート混和剤の化学組成や含水率によって変化し、またコンクリートに添加する方法によっても変化するので、適宜調整されなければならない。粒径の細かい粒子が多すぎないほうが好ましく、例えば１．２５ｍｍのメッシュを通過しない粒子が５０重量％以上、より好適には８０重量％以上であるようなものが好適である。逆に、粒径の大きい粒子も多すぎないほうが好ましく、２．５ｍｍのメッシュを通過する粒子が５０重量％以上、より好適には８０重量％以上であるようなものが好適である。なお、上記メッシュの寸法は、ＪＩＳ　Ｚ８８０１に規定されているものである。
【００４０】
本発明で得られるコンクリートは、セメント、骨材、水及び前記コンクリート混和剤からなるものである。ここでいうコンクリートとは、打設される前の流動状態のコンクリート（フレッシュコンクリート）と打設された後の硬化したコンクリートを両方含むものである。
【００４１】
このとき、使用されるセメントは、カルシウムシリケートを含有する水硬性セメントであればよく、ポルトランドセメント、高炉セメントなどを使用することができる。
【００４２】
本発明のコンクリートは骨材が配合されるものである。前述のように、本発明のコンクリート混和剤は、主として粗骨材とモルタルの界面である遷移帯において接着強度を向上させるものであると推定されていることから、骨材が配合されたコンクリートに対して添加する意義のあるものである。使用される骨材は特に限定されず、天然鉱物から得られる骨材以外にも、高炉スラグ、フライアッシュ、廃棄コンクリートなどを原料とする骨材や、人工骨材なども使用できる。骨材の配合量はセメント１００重量部に対して３００〜１２００重量部であることが好適であり、５００〜８００重量部であることがより好適である。
【００４３】
骨材の寸法は限定されないが、細骨材（５ｍｍメッシュを通過するものであって、通常７５μｍメッシュにとどまるもの）と粗骨材（５ｍｍメッシュにとどまるものであって、通常２００ｍｍくらいまでのもの）のいずれかを使用しても、両方を併用しても良い。寸法の大きな骨材ほどその周囲に遷移帯部分を形成しやすいから、粗骨材が配合されたコンクリートにおいて本発明のコンクリート混和剤が使用される実益が大きい。粗骨材の配合量はセメント１００重量部に対して１００〜８００重量部であることが好適であり、１５０〜５００重量部であることがより好適である。粗骨材に加えてさらに細骨材を含有することが好ましく、その配合量はセメント１００重量部に対して１００〜８００重量部であることが好適であり、１５０〜５００重量部であることがより好適である。
【００４４】
本発明のコンクリートに配合される水の量は、セメント１００重量部に対して２０〜７５重量部であることが好適であり、３０〜６０重量部であることがより好適である。
【００４５】
本発明のコンクリートは、セメント、骨材及び水に加えて、前述のコンクリート混和剤が添加されるものである。その添加量は、セメント１００重量部に対して０．１〜２０重量部であることが好適である。添加量が０．１重量部未満の場合には、引張強度の改善効果が不十分となる虞がある。添加量は、より好適には０．５重量部以上であり、さらに好適には１重量部以上である。添加量が２０重量部を超えるとコンクリートの流動性が低下する虞がある上に、引張強度の改善効果もむしろ低下する虞がある。添加量は、より好適には１０重量部以下であり、さらに好適には５重量部以下である。
【００４６】
本発明の効果を阻害しない範囲で、上記以外の成分をコンクリートに配合しても構わない。用途や要求性能に応じて、減水剤、空気連行剤（ＡＥ剤）、流動化剤、凝結遅延剤など、公知の添加剤を配合することができる。また、用途によっては、石綿やガラス繊維などの無機繊維や合成繊維からなる短繊維補強材を配合することも好ましい。
【００４７】
本発明のコンクリートを製造する方法は特に限定されない。前述の材料を同時に配合して混練しても良いし、逐次添加して配合しても構わない。例えば、レディーミクストコンクリート（生コンクリート）プラントで一括混練して製造してもよい。しかしながら、打設前の流動状態を良好に保つためには、セメント、骨材及び水からなる流動状態のコンクリートに、本発明のコンクリート混和剤を後添加することが好ましい。こうすることによって打設時のコンクリートの流動性を良好に維持しながら、硬化後のコンクリートの引張強度を向上させることが容易となる。具体的には、レディーミクストコンクリートプラントで製造されたレディーミクストコンクリートをコンクリートミキサー車で施工現場まで輸送し、施工現場において当該ミキサー中に本発明のコンクリート混和剤を投入し、混練後速やかに打設する方法が好適なものとして例示される。また、後に説明するように、ケイ酸塩と酸を水の存在下で混合してから固化させてなる粉状体又は粒状体をセメントに混合してなる混合セメントを原料として用いて、これに骨材と水を配合してもよい。
【００４８】
こうして得られた本発明のコンクリートを、流動状態で型枠中に打設して硬化させる。硬化後のコンクリートは引張強度が高められているので、従来のコンクリート構造物に比べて、補強のための鋼材の使用量を減少させることができる。一方、鋼材を配筋した型枠中、特に複雑に配筋した型枠中に打設するときにも、本発明を実施する実益が大きい。本発明のコンクリート混和剤を添加することで鉄筋の下側において生じるブリーディングに由来する脆弱点を強化することが可能だからである。
【００４９】
本発明のコンクリートは各種の構造物を構築するために使用できる。本発明のコンクリートを使用したコンクリート構造物は引張強度が高いために、外力や温度応力などにより引張応力が発生しやすい部材や、疲労の影響を受けやすい部材に対して特に有効に使用される。また、複雑な形状を有する構造物を構築する場合にも有効に使用される。具体的な用途としては、舗装、橋脚、トンネルなどの道路・鉄道施設；港湾施設；空港施設；擁壁や堤防などの河川・海岸施設；原子力発電所や火力発電所などのエネルギー施設；ダムや水路などの水処理施設；一般建築物などが例示される。
【００５０】
本発明のコンクリートは各種のコンクリート製品（コンクリート二次製品）を製造するためにも使用できる。この場合には、同一形状のものを工場で大量生産することが可能である。本発明のコンクリートを型枠中に打設した後、硬化させてコンクリート製品が製造される。工場内で生産できることから、押出成形、プレス成形、加圧成形、振動成形、ローラ転圧成形、遠心力成形などの各種の成形方法を採用することもできる。本発明のコンクリートを使用したコンクリート製品は引張強度が高いために、外力や温度応力などによる引張応力を受けやすい製品や、疲労の影響を受けやすい製品として有用である。また、複雑な形状の製品や薄肉の製品などとしても有用である。具体的なコンクリート製品としては、ブロック、管、柱、杭、擁壁、溝などが例示される。
【００５１】
以上、コンクリート混和剤とその製法及び用途について説明した。以降ではモルタル混和剤について説明する。モルタルは、言わば粗骨材を含有しないコンクリートと言うべきものであって、通常、セメント、細骨材（砂）及び水をその主原料とするものである。
【００５２】
本発明のモルタル混和剤は、ケイ酸塩と酸を水の存在下で混合してから固化させてなるものである。本発明のモルタル混和剤としては、上述のコンクリート混和剤と同じものが使用される。
【００５３】
本発明で得られるモルタルは、セメント、細骨材、水及び前記モルタル混和剤からなるものである。ここでいうモルタルとは、硬化する前の流動状態のモルタルと硬化したモルタルの両方を含むものである。ここで使用されるセメントは、上述のコンクリートで使用されるものと同じものが使用される。
【００５４】
本発明のモルタルは細骨材が配合されるが、粗骨材が配合されないものである。上述のように、本発明のコンクリート混和剤においては、粗骨材とモルタルの界面である遷移帯における接着強度の向上が、引張強度向上の要因であると推定している。本発明のモルタルにおいても引張強度が向上することから、細骨材とセメントペーストとの界面においても、同様に接着強度が向上しているようである。
【００５５】
細骨材は、５ｍｍメッシュを通過するものであって、通常７５μｍメッシュにとどまるものである。本発明のモルタルに使用される細骨材は特に限定されず、砂など、天然鉱物から得られる細骨材以外にも、高炉スラグ、フライアッシュ、廃棄コンクリートなどを原料とする細骨材や、人工骨材なども使用できる。細骨材の配合量はセメント１００重量部に対して１００〜８００重量部であることが好適であり、１５０〜５００重量部であることがより好適である。
【００５６】
本発明のモルタルに配合される水の量は、セメント１００重量部に対して２０〜７５重量部であることが好適であり、３０〜６０重量部であることがより好適である。本発明のモルタルに添加される前記モルタル混和剤の添加量は、セメント１００重量部に対して０．１〜２０重量部であることが好適である。添加量が０．１重量部未満の場合には、引張強度の改善効果が不十分となる虞がある。添加量は、より好適には０．５重量部以上であり、さらに好適には１重量部以上である。添加量が２０重量部を超えると硬化前のモルタルの流動性が低下する虞がある上に、引張強度の改善効果もむしろ低下する虞がある。添加量は、より好適には１０重量部以下であり、さらに好適には５重量部以下である。
【００５７】
本発明の効果を阻害しない範囲で、上記以外の成分をモルタルに配合しても構わない。用途や要求性能に応じて、減水剤、空気連行剤（ＡＥ剤）、流動化剤、凝結遅延剤、膨張剤、急結剤など、公知の添加剤を配合することができる。また、用途によっては、石綿やガラス繊維などの無機繊維や合成繊維からなる短繊維補強材を配合することも好ましい。
【００５８】
本発明のモルタルを製造する方法は特に限定されない。前述の材料を同時に配合して混練しても良いし、逐次添加して配合しても構わない。また、後に説明するように、ケイ酸塩と酸を水の存在下で混合してから固化させてなる粉状体又は粒状体をセメントに混合してなる混合セメントを原料として用いて、これに細骨材と水を配合してもよい。
【００５９】
こうして得られた流動状態のモルタルを成形してから硬化させてモルタル製品が製造される。成形方法は特に限定されず、型枠中に注入してから硬化させても良いし、押出成形、プレス成形、加圧成形、振動成形、ローラ転圧成形、遠心力成形などの各種の成形方法を採用することもできる。また、流動状態のモルタルを、基材に対して吹き付けたりコテ塗りしたりすることもできる。
【００６０】
本発明のモルタルを使用したモルタル製品は引張強度が高いために、外力や温度応力などによる引張応力を受けやすい製品や、疲労の影響を受けやすい製品として有用である。また、複雑な形状の製品や薄肉の製品などとしても有用である。具体的なモルタル製品としては、ブロック、管、擁壁、縁石、側溝、型枠などが例示される。
【００６１】
以上、コンクリート混和剤とモルタル混和剤について説明した。以降では、本発明の別の実施態様である混合セメントについて説明する。本発明の混合セメントは、ケイ酸塩と酸を水の存在下で混合してから固化させてなる粉状体又は粒状体をセメントに混合してなる混合セメントである。
【００６２】
本発明の混合セメントに使用される前記粉状体又は粒状体としては、前述のコンクリート混和剤あるいはモルタル混和剤として使用される粉状体又は粒状体が使用される。ただし、セメントと混合された状態で長期間にわたってセメントのブロッキングや風化を防止する必要があることから、含水率が低い方がより好ましい。したがって、好適な含水率は２０重量％以下であり、より好適には１０重量％以下であり、さらに好適には５重量％以下であり、最適には１重量％以下である。
【００６３】
本発明の混合セメントにおけるセメントと前記粉状体又は粒状体の配合割合は、セメント１００重量部に対して０．１〜２０重量部であることが好適である。添加量が０．１重量部未満の場合には、引張強度の改善効果が不十分となる虞がある。添加量は、より好適には０．５重量部以上であり、さらに好適には１重量部以上である。添加量が２０重量部を超えると硬化前のコンクリートやモルタルの流動性が低下する虞がある上に、引張強度の改善効果もむしろ低下する虞がある。添加量は、より好適には１０重量部以下であり、さらに好適には５重量部以下である。また、ここで使用されるセメントは、上述のコンクリートやモルタルで使用されるものと同じものが使用される。
【００６４】
こうして得られた混合セメントは、コンクリートやモルタルの原料として好適に使用される。セメントに対して、予め適切な量の前記粉状体又は粒状体が配合されているので、普通のセメントと同様に水や骨材等と混練するだけでよく、原料の配合操作が容易である。また、混合セメントとして通常のセメントと同様に流通させることが可能であり、建築現場や工場などにおいて、引張強度の向上したコンクリートやモルタルを容易に製造できる。
【００６５】
【実施例】
以下、実施例を用いて本発明をさらに詳細に説明する。
実施例１（混和剤Ａ及びＢの製造）
水温６０℃の水１５ｋｇを入れた容器に、フマル酸１２０ｇを投入し、撹拌して溶解させた。引き続き、撹拌を継続しながら、東曹産業（株）製水ガラス「ＪＩＳ３号珪酸ソーダ」２５ｋｇを加えた。このとき、水ガラスを加えた部分では一時的に粘度が大きく上昇するが、撹拌することによって全体が均質化された。この操作を繰り返して水ガラスの全量を加えて、全体として均一な不溶物のない水溶液を調製した。
【００６６】
なお、ここで使用した水ガラスは、酸化ナトリウム（Ｎａ２Ｏ：ＭＷ＝６１．９８）成分を９〜１０重量％、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２：ＭＷ＝６０．０９）成分を２８〜３０重量％含有するものである。中央値を採用して、酸化ナトリウム成分を９．５重量％、二酸化ケイ素成分を２９重量％含有するとした場合、比［金属／ケイ素］の値は０．６４である。また、ナトリウム原子数と、２価の酸であるフマル酸（Ｃ４Ｈ４Ｏ４：ＭＷ＝１１６．０７）中のカルボキシル基との比［金属／カルボキシル基］の値は、３７であった。
【００６７】
得られた水溶液を、プラスチック製のトレーに厚さ５ｍｍ程度流し入れ、常温で３日間放置して、水分を蒸発させて固化させた。こうして得られた固化物は、含水ゲル状であって若干の柔軟性を有していた。この固化物を２．５ｍｍメッシュのふるいに入れ、棒を用いてメッシュの間から押出した。押出された粒子をビニールシート上に広げ、ファンで５０℃の温風を２４時間吹きかけて乾燥した。乾燥後、相互に若干膠着している粒子をばらしてから、２．５ｍｍメッシュのふるいにかけた。ふるいを通過した粒子を本実施例で使用する混和剤Ａとし、ふるい上に残った粒子を本実施例で使用する混和剤Ｂとした。混和剤Ａを１．２５ｍｍメッシュのふるいにかけたところ、約１０重量％がふるいを通過し、約９０重量％がふるい上に残った。また、混和剤Ｂには、最大寸法で７ｍｍ程度の粒子が含まれていた。
【００６８】
こうして得られた混和剤Ａ及びＢの含水率をＪＩＳ　Ｋ０１０１−１６．２に基づいて測定したところ２５．５重量％であった。この混和剤Ａ及びＢには吸湿性があるので、乾燥剤とともにポリエチレン袋中で保存し、レディーミクストコンクリートに混合する際や、細骨材及び砂と混合してモルタルを製造する際には、その都度それから取り出して使用するようにした。
【００６９】
実施例２（混和剤Ｃの製造）
実施例１において、フマル酸１２０ｇを使用する代わりにクエン酸１４４０ｇを使用する以外は実施例１と同様にして水溶液を調製した。ナトリウム原子数と、３価の酸であるクエン酸（Ｃ６Ｈ８Ｏ７：ＭＷ＝１９２．１３）中のカルボキシル基との比［金属／カルボキシル基］の値は３．４であった。
【００７０】
得られた水溶液を、実施例１と同様にして固化、乾燥させた。乾燥後、相互に若干膠着している粒子をばらしてから、２．５ｍｍメッシュのふるいにかけ、ふるいを通過した粒子を本実施例で使用する混和剤Ｃとした。混和剤Ｃを１．２５ｍｍメッシュのふるいにかけたところ、約１０重量％がふるいを通過し、約９０重量％がふるい上に残った。こうして得られた混和剤Ｃの含水率をＪＩＳ　Ｋ０１０１−１６．２に基づいて測定したところ３０重量％であった。この混和剤Ｃには吸湿性があるので、実施例１同様に保存して使用するようにした。
【００７１】
実施例３（混和剤Ｄの製造）
実施例１で製造された混和剤Ａを、フライパンに投入してガスコンロ上で加熱した。加熱することによって、混和剤中の水分が蒸発するために混和剤粒子が膨張したが、５分後にはこのような膨張は認められなくなり、加熱を終了した。冷却後、相互に若干膠着している粒子をばらしてから、２．５ｍｍメッシュのふるいにかけた。ふるいを通過した粒子を本実施例で使用する混和剤Ｄとした。混和剤Ｄを１．２５ｍｍメッシュのふるいにかけたところ、約１０重量％がふるいを通過し、約９０重量％がふるい上に残った。
【００７２】
こうして得られた混和剤Ｄの含水率をＪＩＳ　Ｋ０１０１−１６．２に基づいて測定したところ０重量％であった。この混和剤Ｄには吸湿性があるので、実施例１同様に保存して使用するようにした。また、混和剤Ｄは水分を含んでいないので、セメントに対して予め混和剤を配合しておいてもブロッキングや風化を生じることがなく、長期保存が可能であり、混合セメントとして流通させることも可能である。
【００７３】
実施例４（混和剤Ａ添加コンクリートの製造・評価）
ベースコンクリートとして使用したレディーミクストコンクリートは以下の原料を使用したものである。
１）セメント
宇部興産（株）製普通ポルトランドセメント、密度３．１６ｇ／ｃｍ３、ナトリウム含有量（Ｎａ２Ｏ換算値）０．６８重量％。
２）粗骨材
葛生産砕石（２００５）、粒の大きさ５〜２０ｍｍ、実積率６０．０％、表面乾燥時密度２．７０ｇ／ｃｍ３、吸水率０．８９重量％。
３）細骨材１
葛生産砕砂、粒の大きさ５ｍｍ以下、粗粒率３．２０、表面乾燥時の密度２．６３ｇ／ｃｍ３、吸水率１．２２重量％。
４）細骨材２
佐原産陸砂、粒の大きさ１．２ｍｍ、粗粒率１．８０、表面乾燥時の密度２．５８ｇ／ｃｍ３、吸水率２．１６重量％。
５）ＡＥ減水剤
グレースケミカルズ（株）製「ダーレックスＷＲＤＡ」
【００７４】
上記各成分の配合比は以下のとおりである。括弧内の数値は、セメント１００重量部に対する配合量比である。本ベースコンクリートのスランプ値は８ｃｍである。
セメント　　　　　　２８３ｋｇ／ｍ３（１００重量部）
水　　　　　　　　　１６２ｋｇ／ｍ３（　５７重量部）
粗骨材　　　　　　１０５８ｋｇ／ｍ３（３７４重量部）
細骨材１　　　　　　４９１ｋｇ／ｍ３（１７３重量部）
細骨材２　　　　　　３２１ｋｇ／ｍ３（１１３重量部）
ＡＥ減水剤　　　１．６９８ｋｇ／ｍ３（０．６重量部）
【００７５】
前記ベースコンクリートに、実施例１で得られた混和剤Ａを、セメント１００重量部に対して２．５重量部となるように添加し、強制練りミキサーで３０秒撹拌の後に、直径１００ｍｍ、高さ２００ｍｍの円柱状の型枠に流し込んで、コンクリート試料とした。これを複数本用意し、２０℃の空気中で養生した。本実施例４と、以下に説明する実施例５、実施例６及び比較例１については、同一ロットのベースコンクリートを用いて、同日にサンプルを作製し、同じ環境の下で養生したものである。
【００７６】
材令７日、２８日及び９１日の試料を強度測定試験に供した。圧縮強度試験はＪＩＳ　Ａ１１０８−１９９９に、割裂引張強度試験はＪＩＳ　Ａ１１１３−１９９９に、それぞれ準拠して測定した。このとき、各試験ごとに３試料の測定を行い（ｎ＝３）、その平均値を求めた。得られた引張強度、圧縮強度及びα値を表１にまとめて示す。ここでα値は、下記式（３）で示される値であり、引張強度と圧縮強度との相関関係を示す値である。
（引張強度）＝α×（圧縮強度）２／３　　　（３）
【００７７】
材令２８日の試料をＪＳＣＥ−Ｇ５０２−１９９９に準拠して、コンプレッソメーターにて圧縮側弾性係数を測定した。弾性係数は約３００００Ｎ／ｍｍ２であり、圧縮応力の最大値を示したときの歪は約０．００２であった。また材令９１日の試料を切り出して、ポロシメータによって細孔分布測定を行った結果を図１に示す。割裂引張強度試験で破断した材令２８日の試料の破断面の写真を図３に示す。
【００７８】
実施例５（混和剤Ｂ添加コンクリートの製造・評価）
実施例４において、混和剤Ａ２．５重量部を使用する代わりに、実施例１で得られた混和剤Ｂ２．５重量部を使用した以外は、実施例４と同様にしてコンクリート試料を作製した。材令７日及び２８日の試料を実施例４と同様の強度測定試験に供した。得られた引張強度、圧縮強度及びα値を表１にまとめて示す。材令２８日の試料について実施例４と同様にして圧縮側弾性係数を測定した。弾性係数は約２９０００Ｎ／ｍｍ２であり、圧縮応力の最大値を示したときの歪は約０．００２であった。
【００７９】
実施例６（混和剤Ａ及び混和剤Ｂ添加コンクリートの製造・評価）
実施例４において、混和剤Ａ２．５重量部を使用する代わりに、実施例１で得られた混和剤Ａ２．５重量部及び混和剤Ｂ２．５重量部を添加（混和剤を合計５重量部添加）した以外は、実施例４と同様にしてコンクリート試料を作製した。材令７日及び２８日の試料を実施例４と同様の強度測定試験に供した。得られた引張強度、圧縮強度及びα値を表１にまとめて示す。
【００８０】
比較例１（混和剤無添加コンクリートの製造・評価）
実施例４において、混和剤Ａを使用せず、ベースコンクリートのみを型枠に流し込んで、コンクリート試料とし、以降は実施例４と同様にして養生した。材令７日、２８日及び９１日の試料を実施例４と同様の強度測定試験に供した。得られた引張強度、圧縮強度及びα値を表１にまとめて示す。材令２８日の試料について実施例４と同様にして圧縮側弾性係数を測定した。弾性係数は約２６０００Ｎ／ｍｍ２であり、圧縮応力の最大値を示したときの歪は約０．００２であった。また材令９１日の試料を切り出して、ポロシメータによって細孔分布測定を行った結果を図２に示す。割裂引張強度試験で破断した材令２８日の試料の破断面の写真を図４に示す。
【００８１】
比較例２（固化前の水溶液を添加したコンクリートの製造）
実施例１と同様にして、フマル酸水溶液と水ガラスとを混合して撹拌、溶解させた。こうして得られた水溶液を、固化させることなく実施例４で使用したベースコンクリートに添加した。添加量はセメント１００重量部に対して５重量部とした。その結果、添加直後からコンクリートの流動性が著しく低下し、型枠に流し入れることが困難であった。
【００８２】
【表１】
2004143030.tif 000003
【００８３】
実施例４〜６及び比較例１の結果の分析
上記実施例で得られた割裂引張強度の経時変化を図５に、圧縮強度の経時変化を図６にそれぞれまとめて示す。実施例４（混和剤Ａ添加）では、比較例１（ベースコンクリート）に比べて、材令７日目で６０％近く、材令２８日及び９１日で４０％近くも引張強度が向上した。これに対し、圧縮強度の向上は１０〜２０％程度に留まっていた。また、混和剤Ａよりも粒子寸法が大きい混和剤Ｂを添加した実施例５では実施例４よりも引張強度の向上が小さかった。コンクリート混和剤の添加量が実施例４及び５に比べて倍量であった実施例６でも、強度の向上効果が小さかった。
【００８４】
実施例４（混和剤Ａ添加）と比較例１（ベースコンクリート）で得られた、材令７日、２８日、９１日のそれぞれの強度データについて、圧縮強度を横軸に、割裂引張強度を縦軸にプロットした結果を図７に示す。
その結果、実施例４で得られた強度データは、式（３）において、αを０．３１とした曲線に近似し、比較例１で得られた強度データは、αを０．２３とした曲線に近似した。
すなわち、混和剤Ａを添加した実施例４では、ベースコンクリートに比べてα値が約３５％向上しており、同一圧縮強度から想定される引張強度が３５％も向上していることがわかった。このように、本発明のコンクリートは、圧縮強度の向上に比べて引張強度の向上が顕著である点で、際立った特徴を示している。
【００８５】
実施例４（混和剤Ａ添加）、実施例５（混和剤Ｂ添加）及び比較例１（ベースコンクリート）において、材令２８日の試料の圧縮側弾性係数を測定したが、いずれの試料においても約０．００２の歪で最大圧縮応力を示し、その応力値にも大きな差は認められなかった。すなわち、本発明の混和剤を添加することによって若干圧縮側弾性係数が大きくなっているものの、圧縮挙動に大きな変化は認められなかった。
【００８６】
また、実施例４（混和剤Ａ添加）及び比較例１（ベースコンクリート）で得られたコンクリートについて、ポロシメータによって細孔分布測定を行った結果を図１及び図２にそれぞれ示す。本発明の混和剤を添加することによって、０．５〜１０μｍ程度の細孔が減少し、０．０１〜０．１μｍ程度の細孔が増加する傾向が認められた。
【００８７】
また、実施例４（混和剤Ａ添加）及び比較例１（ベースコンクリート）で得られたコンクリートの引張試験における破断面の写真を図３及び図４にそれぞれ示す。図４から明らかなようにベースコンクリートでは、粗骨材とモルタルとの界面で破断している部分が多く、遷移帯が脆弱点であることを示している。これに対し、図３に示されるように、本発明の混和剤を添加した場合には粗骨材が破断している部分が多く、遷移帯部分での接着強度が大きく改善されていることが示唆されるものである。
【００８８】
実施例７（混和剤Ｃ添加コンクリートの製造・評価）
ベースコンクリートとして使用したレディーミクストコンクリートは以下の原料を使用したものである。
１）セメント
太平洋セメント（株）製普通ポルトランドセメント、密度３．１６ｇ／ｃｍ３、ナトリウム含有量（Ｎａ２Ｏ換算値）０．５８重量％。
２）粗骨材１
八王子産砕石５号、粒の大きさ５〜２０ｍｍ、粗粒率７．０４、表面乾燥時密度２．６７ｇ／ｃｍ３、吸水率０．５５重量％。
３）粗骨材２
八王子産砕石６号、粒の大きさ２．５〜１０ｍｍ、粗粒率５．８８、表面乾燥時密度２．６７ｇ／ｃｍ３、吸水率０．６９重量％。
４）細骨材
君津産山砂、粒の大きさ５ｍｍ以下、粗粒率２．６４、表面乾燥時の密度２．６０ｇ／ｃｍ３、吸水率２．２３重量％。
【００８９】
上記各成分の配合比は以下のとおりである。括弧内の数値は、セメント１００重量部に対する配合量比である。本ベースコンクリートのスランプ値は８ｃｍである。
セメント　　　　　　３２０．０ｋｇ／ｍ３（１００重量部）
水　　　　　　　　　１７６．０ｋｇ／ｍ３（　５５重量部）
粗骨材１　　　　　　５６４．３ｋｇ／ｍ３（１７６重量部）
粗骨材２　　　　　　３７６．２ｋｇ／ｍ３（１１８重量部）
細骨材　　　　　　　８４２．２ｋｇ／ｍ３（２６３重量部）
【００９０】
前記ベースコンクリートに、実施例２で得られた混和剤Ｃを、セメント１００重量部に対して２重量部となるように添加した以外は実施例４と同様にして、コンクリート試料を作製した。これを複数本用意し、１５℃の空気中で養生した。本実施例７と、以下に説明する比較例３については、同一ロットのベースコンクリートを用いて、同日にサンプルを作製し、同じ環境の下で養生したものである。材令７日及び２８日の試料を実施例４と同様の強度測定試験に供した。得られた引張強度、圧縮強度及びα値を表２にまとめて示す。
【００９１】
比較例３（混和剤無添加コンクリートの製造・評価）
実施例７において、混和剤Ｃを使用せず、ベースコンクリートのみを型枠に流し込んで、コンクリート試料とし、以降は実施例７と同様にして養生した。材令７日及び２８日の試料を実施例４と同様の強度測定試験に供した。得られた引張強度、圧縮強度及びα値を表２にまとめて示す。
【００９２】
【表２】
2004143030.tif 000004
【００９３】
表２から明らかなように、混和剤Ｃを添加した実施例７のコンクリートでは、混和剤を添加しなかった比較例３のコンクリートと比べて引張強度が明確に向上していた。一方、実施例７のコンクリートの圧縮強度は比較例３のコンクリートと比べて若干低下していた。すなわち、圧縮強度に比べて引張強度のみが選択的に向上しており、この点は、α値の増加によっても示されている。この試験結果は、混和剤の原料のカルボン酸としてフマル酸を使用した実施例４〜６の結果と同様であり、カルボン酸としてクエン酸を使用しても本発明の効果が得られることがわかった。
【００９４】
実施例８（混和剤Ｄ添加コンクリートの製造・評価）
ベースコンクリートとして使用したレディーミクストコンクリートは実施例７と同じ仕様のものである。当該ベースコンクリートに、実施例３で得られた混和剤Ｄを、セメント１００重量部に対して１重量部となるように添加した以外は実施例４と同様にして、コンクリート試料を作製した。これを複数本用意し、２０℃の空気中で養生した。本実施例８と、以下に説明する比較例４については、同一ロットのベースコンクリートを用いて、同日にサンプルを作製し、同じ環境の下で養生したものである。材令７日及び２８日の試料を実施例４と同様の強度測定試験に供した。得られた引張強度、圧縮強度及びα値を表３にまとめて示す。
【００９５】
比較例４（混和剤無添加コンクリートの製造・評価）
実施例８において、混和剤Ｄを使用せず、ベースコンクリートのみを型枠に流し込んで、コンクリート試料とし、以降は実施例８と同様にして養生した。材令７日及び２８日の試料を実施例４と同様の強度測定試験に供した。得られた引張強度、圧縮強度及びα値を表３にまとめて示す。
【００９６】
【表３】
2004143030.tif 000005
【００９７】
表３から明らかなように、混和剤Ｄを添加した実施例８のコンクリートでは、混和剤を添加しなかった比較例４のコンクリートと比べて引張強度が向上していた。実施例８での混和剤の配合量はセメント１００重量部に対して１重量部と少量ではあるが、それでも明らかに引張強度が向上していた。一方、実施例８のコンクリートの圧縮強度は比較例４のコンクリートと比べて若干低下していた。すなわち、この場合においても圧縮強度に比べて引張強度のみが選択的に向上しており、この点は、α値の増加によっても示されている。このことにより、混和剤として含水率の低いものを使用しても、また少量の添加でも引張強度が向上することがわかった。
【００９８】
実施例９（混和剤Ａ添加モルタルの製造・評価）
本実施例では以下の原料を使用した。
１）セメント
太平洋セメント（株）製普通ポルトランドセメント、密度３．１６ｇ／ｃｍ３、ナトリウム含有量（Ｎａ２Ｏ換算値）０．５８重量％。
２）細骨材
君津産山砂、粒の大きさ５ｍｍ以下、粗粒率２．６４、表面乾燥時の密度２．６０ｇ／ｃｍ３、吸水率２．２３重量％。
【００９９】
上記のセメント、細骨材及び水を、まず強制練りミキサーで１分間撹拌した後、実施例１で得られた混和剤Ａを後添加して、さらに３０秒間撹拌した。配合比は以下のとおりである。括弧内の数値は、セメント１００重量部に対する配合量比である。
セメント　　　　　　３２０．０ｋｇ／ｍ３（１００重量部）
水　　　　　　　　　１７６．０ｋｇ／ｍ３（　５５重量部）
細骨材　　　　　　　８４２．２ｋｇ／ｍ３（２６３重量部）
混和剤Ａ　　　　　　　　６．４ｋｇ／ｍ３（　　２重量部）
【０１００】
撹拌した後に、直径５０ｍｍ、高さ１００ｍｍの円柱状の型枠に流し込んで、モルタル試料とした。この試料形態はＪＳＣＥ−Ｆ５０６−１９９９に準拠するものである。これを複数本用意し、２０℃の空気中で養生した。本実施例９と、以下に説明する比較例５については、同日にサンプルを作製し、同じ環境の下で養生したものである。材令７日及び２８日の試料を実施例４と同様の強度測定試験に供した。得られた引張強度、圧縮強度及びα値を表４にまとめて示す。
【０１０１】
比較例５（混和剤無添加モルタルの製造・評価）
実施例９において、混和剤Ａを使用せず、セメント、水及び細骨材のみを配合する以外は実施例９と同様にして、モルタル試料を作製し、実施例９と同様にして養生した。材令７日及び２８日の試料を実施例４と同様の強度測定試験に供した。得られた引張強度、圧縮強度及びα値を表４にまとめて示す。
【０１０２】
【表４】
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【０１０３】
表４から明らかなように、セメント１００重量部に対して混和剤Ａを２重量部添加した実施例９のモルタルでは、混和剤を添加しなかった比較例５のモルタルに比べて引張強度が向上していた。その向上の程度はセメント１００重量部に対して混和剤Ａを２．５重量部添加した実施例４のコンクリートでの向上の程度に比べれば小さく、本発明の混和剤の添加による引張強度向上の効果は、モルタルよりもコンクリートの方が大きい。しかしながら、モルタルにおいても明らかに引張強度が向上しており、粗骨材の表面での接着強度の向上ほどではないものの、細骨材の表面においても接着強度が向上しているようである。一方、実施例９のモルタルの圧縮強度は比較例４のモルタルに比べて若干低下していた。モルタルの場合においても、コンクリートの場合と同様に圧縮強度に比べて引張強度のみが選択的に向上しており、この点は、α値の増加によっても示されている。すなわち、本発明の混和剤は、モルタルに添加しても、その引張強度を向上させることができるものである。
【０１０４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のコンクリート混和剤を添加したコンクリートは、圧縮強度に比較して引張強度が大きく向上しており、コンクリート構造体におけるひび割れの低減や、使用鋼材量の低減を可能にできるものである。このコンクリート混和剤は、流動状態のコンクリートに添加するだけでよく、しかもコンクリートの流動性も維持できる。これによって、大型化、多様化している各種のコンクリート構造物に対して好適に使用されるコンクリートを提供することができる。また、各種のコンクリート製品に対しても好適に使用されるコンクリートを提供することができる。
【０１０５】
また、本発明のモルタル混和剤を添加したモルタルもまた、圧縮強度に比較して引張強度が大きく向上しており、外力や温度応力などによる引張応力を受けやすい製品や、疲労の影響を受けやすい製品に好適に使用される。また、複雑な形状の製品や肉薄の製品などにも有用であり、多様なモルタル製品を提供できる。さらにまた、本発明の混合セメントは、引張強度に優れたコンクリートやモルタルを製造するのに有用である。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例４のコンクリートの細孔分布を示した図である。
【図２】比較例１のコンクリートの細孔分布を示した図である。
【図３】実施例４のコンクリートの破断面の写真である。
【図４】比較例１のコンクリートの破断面の写真である。
【図５】割裂引張強度の経時変化を示したグラフである。
【図６】圧縮強度の経時変化を示したグラフである。
【図７】圧縮強度と割裂引張強度の関係を示したグラフである。
【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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【図６】
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【図７】
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