(57)【要約】【課題】製造が容易であり、高強度で、吸水率が小さく、かつ、セメント質マトリックスとの付着が良好な人工骨材を提供する。【解決手段】少なくとも、セメント、ポゾラン質微粉末、粒径２ｍｍ以下の細骨材、減水剤、及び水を含む配合物の硬化体からなる非焼成型の人工骨材。上記人工骨材は、配合物に、ブレーン比表面積が２５００〜３００００ｃｍ２／ｇで、かつ上記セメントよりも大きなブレーン比表面積を有する無機粒子を含むことができる。前記無機粒子は、ブレーン比表面積５０００〜３００００ｃｍ２／ｇの無機粒子Ａと、ブレーン比表面積２５００〜５０００ｃｍ２／ｇの無機粒子Ｂとから構成することができる。【選択図】          なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも、セメント、ポゾラン質微粉末、粒径２ｍｍ以下の細骨材、減水剤、及び水を含む配合物の硬化体からなることを特徴とする非焼成型の人工骨材。
【請求項２】
配合物に、ブレーン比表面積が２５００〜３００００ｃｍ２／ｇで、かつ上記セメントよりも大きなブレーン比表面積を有する無機粒子を含む請求項１記載の人工骨材。
【請求項３】
無機粒子が、ブレーン比表面積５０００〜３００００ｃｍ２／ｇの無機粒子Ａと、ブレーン比表面積２５００〜５０００ｃｍ２／ｇの無機粒子Ｂとからなる請求項２記載の人工骨材。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、超高強度コンクリート硬化体からなるコンクリート用人工骨材に関する。
【０００２】
【従来の技術】
コンクリートの強度は、その構成材料である骨材の品質に大きく左右されることが知られている。従来より、コンクリート用骨材としては、玉砂利、砂岩、チャート、石灰岩等の天然骨材や、人工骨材が使用されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記天然骨材は、近年資源の枯渇化により良質の骨材の入手が困難になってきているという課題がある。
上記人工骨材には、焼成型の人工骨材、セメントを基本材料とする非焼成型の人工骨材、セラミックス骨材やガラスビース骨材等がある。焼成型の人工骨材では、その製造に際して大規模な設備を必要とするという課題がある。また、一般に、吸水率が大きいという課題もある。セメントを基本材料とする非焼成型の人工骨材では、その配合を工夫することにより、高強度化は可能であるが、花崗岩、安産岩、石灰石等の天然骨材並の強度を得ることは困難であるという課題がある。セラミックス骨材やガラスビース骨材では、大量生産が困難であり高価であるという課題がある。
【０００４】
本発明は、上記従来技術の問題点に鑑みなされたものであって、その目的は、製造が容易であり、高強度で、吸水率が小さく、かつ、セメント質マトリックスとの付着が良好な人工骨材を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、上記課題を解決するために鋭意研究した結果、特定の材料を含む配合物の硬化体からなる人工骨材であれば、上記課題を解決することができることを見出し、本発明を完成した。
【０００６】
即ち、本発明は、少なくとも、セメント、ポゾラン質微粉末、粒径２ｍｍ以下の細骨材、減水剤、及び水を含む配合物の硬化体からなることを特徴とする非焼成型の人工骨材である（請求項１）。このように構成した人工骨材は、配合物を混練し、成形し、養生することにより製造することができるので、その製造が容易である。また、本発明で用いる配合物は、流動性に優れるので、成形等を容易に行なうことができる。また、本発明の人工骨材は、１５０ＭＰａ以上の圧縮強度を発現し、かつ、極めて緻密な硬化体からなるので、高強度で吸水率を小さくすることができる。また、本発明の人工骨材は、セメントを基本材料とするものであるので、セメント質マトリックスとの付着も優れている。
上記人工骨材は、配合物に、ブレーン比表面積が２５００〜３００００ｃｍ２／ｇで、かつ上記セメントよりも大きなブレーン比表面積を有する無機粒子を含むことができる（請求項２）。このように配合物に無機粒子を含むことによって、配合物の流動性や、人工骨材の強度等を向上させることができる。
上記無機粒子は、ブレーン比表面積５０００〜３００００ｃｍ２／ｇの無機粒子Ａと、ブレーン比表面積２５００〜５０００ｃｍ２／ｇの無機粒子Ｂとから構成することができる（請求項３）。このようにブレーン比表面積の異なる２種の無機粒子を用いることによって、配合物の流動性をより一層向上させることができる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明について詳細に説明する。
本発明で使用するセメントとしては、普通ポルトランドセメント、早強ポルトランドセメント、中庸熱ポルトランドセメント、低熱ポルトランドセメント等の各種ポルトランドセメントが挙げられる。
本発明において、人工骨材の早期強度を向上させようとする場合には、早強ポルトランドセメントを使用することが好ましく、配合物の流動性を向上させようとする場合には、中庸熱ポルトランドセメントや低熱ポルトランドセメントを使用することが好ましい。
【０００８】
セメントのブレーン比表面積は、２５００〜５０００ｃｍ２／ｇが好ましく、３０００〜４５００ｃｍ２／ｇがより好ましい。該値が２５００ｃｍ２／ｇ未満であると、水和反応が不活発になって、人工骨材の強度が低下する、吸水率が大きくなる等の欠点があり、５０００ｃｍ２／ｇを超えると、セメントの粉砕に時間がかかり、また、所定の流動性を得るための水量が多くなるため、人工骨材の強度が低下する、吸水率が大きくなる等の欠点がある。
【０００９】
ポゾラン質微粉末としては、シリカフューム、シリカダスト、フライアッシュ、スラグ、火山灰、シリカゾル、沈降シリカ等が挙げられる。
一般に、シリカフュームやシリカダストは、そのＢＥＴ比表面積が５〜２５ｍ２／ｇであり、粉砕等をする必要がないので、本発明のポゾラン質微粉末として好適である。
ポゾラン質微粉末のＢＥＴ比表面積は、５〜２５ｍ２／ｇが好ましく、８〜２５ｍ２／ｇがより好ましい。該値が５ｍ２／ｇ未満であると、人工骨材の強度が低下する、吸水率が大きくなる等の欠点があり、２５ｍ２／ｇを超えると、所定の流動性を得るための水量が多くなるため、人工骨材の強度が低下する、吸水率が大きくなる等の欠点がある。
ポゾラン質微粉末の配合量は、セメント１００質量部に対して５〜５０質量部、好ましくは１０〜４０質量部である。配合量が５〜５０質量部の範囲外では、流動性が極端に低下するので人工骨材の製造に手間がかかる等の欠点がある。
【００１０】
本発明においては、粒径２ｍｍ以下の細骨材が用いられる。ここで、細骨材の粒径とは、８５％質量累積粒径である。細骨材の粒径が２ｍｍを超えると、人工骨材の強度等が低下するので好ましくない。
なお、本発明においては、人工骨材の強度等から、最大粒径が２ｍｍ以下の細骨材を用いることが好ましく、最大粒径が１．５ｍｍ以下の細骨材を用いることがより好ましい。また、配合物の流動性等から、７５μｍ以下の粒子の含有量が２．０質量％以下である細骨材を用いることが好ましく、７５μｍ以下の粒子の含有量が１．５質量％以下である細骨材を用いることがより好ましい。
細骨材としては、川砂、陸砂、海砂、砕砂、珪砂等又はこれらの混合物を使用することができる。
細骨材の配合量は、配合物の流動性や人工骨材の強度等の観点から、セメント１００質量部に対して５０〜２５０質量部であることが好ましく、８０〜２００質量部であることがより好ましい。
【００１１】
減水剤としては、リグニン系、ナフタレンスルホン酸系、メラミン系、ポリカルボン酸系の減水剤、ＡＥ減水剤、高性能減水剤又は高性能ＡＥ減水剤を使用することができる。これらのうち、減水効果の大きな高性能減水剤又は高性能ＡＥ減水剤を使用することが好ましく、特に、ポリカルボン酸系の高性能減水剤又は高性能ＡＥ減水剤を使用することが好ましい。
減水剤の配合量は、セメント１００質量部に対して、固形分換算で０．１〜４．０質量部が好ましく、０．１〜２．０質量部がより好ましい。配合量が０．１質量部未満では、混練が困難になるとともに、流動性が低下し、人工骨材の製造に手間がかかる等の欠点がある。配合量が４．０質量部を超えると、材料分離や著しい凝結遅延が生じ、また、人工骨材の強度等が低下することもある。
なお、減水剤は、液状または粉末状のいずれでも使用することができる。
【００１２】
水量は、セメント１００質量部に対して、１０〜３０質量部が好ましく、より好ましくは１２〜２５質量部である。水量が１０質量部未満では、混練が困難になるとともに、流動性が低下し、人工骨材の製造に手間がかかる等の欠点がある。水量が３０質量部を超えると、人工骨材の強度が低下する、吸水率が大きくなる等の欠点がある。
【００１３】
本発明においては、配合物の流動性や、人工骨材の強度や吸水率等から、前記配合物に、ブレーン比表面積が２５００〜３００００ｃｍ２／ｇで、かつ上記セメントよりも大きなブレーン比表面積を有する無機粒子を含ませることが好ましい。
無機粒子としては、スラグ、石灰石粉末、長石類、ムライト類、アルミナ粉末、石英粉末、フライアッシュ、火山灰、シリカゾル、炭化物粉末、窒化物粉末等が挙げられる。中でも、スラグ、石灰石粉末、石英粉末は、コストの点や硬化後の品質安定性の点で好ましく用いられる。
無機粒子は、ブレーン比表面積が好ましくは２５００〜３００００ｃｍ２／ｇ、より好ましくは４５００〜２００００ｃｍ２／ｇで、かつセメント粒子よりも大きなブレーン比表面積を有する。無機粒子のブレーン比表面積が２５００ｃｍ２／ｇ未満であると、セメントとのブレーン比表面積の差が小さくなり、高い流動性（自己充填性）を確保することが困難になるので人工骨材の製造に手間がかかる等の欠点があり、３００００ｃｍ２／ｇを超えると、粉砕に手間がかかるため材料が入手し難くなったり、高い流動性が得られ難くなるので人工骨材の製造に手間がかかる等の欠点がある。
【００１４】
無機粒子がセメントよりも大きなブレーン比表面積を有することによって、無機粒子が、セメントとポゾラン質微粉末との間隙を埋める粒度を有することになり、高い流動性（自己充填性）等を確保することができる。
無機粒子とセメントとのブレーン比表面積の差は、配合物の流動性や人工骨材の強度等の観点から、１０００ｃｍ２／ｇ以上が好ましく、２０００ｃｍ２／ｇ以上がより好ましい。
無機粒子の配合量は、配合物の流動性や人工骨材の強度や吸水率の観点から、セメント１００質量部に対して５５質量部以下が好ましく、１０〜５０質量部がより好ましい。
【００１５】
本発明においては、無機粒子として、異なる２種の無機粒子Ａ及び無機粒子Ｂを併用することができる。
この場合、無機粒子Ａと無機粒子Ｂは、同じ種類の粉末（例えば、石灰石粉末）を使用してもよいし、異なる種類の粉末（例えば、石灰石粉末及び石英粉末）を使用してもよい。
無機粒子Ａは、ブレーン比表面積が５０００〜３００００ｃｍ２／ｇ、好ましくは６０００〜２００００ｃｍ２／ｇのものである。また、無機粒子Ａは、セメント及び無機粒子Ｂよりもブレーン比表面積が大きいものである。
無機粒子Ａのブレーン比表面積が５０００ｃｍ２／ｇ未満であると、セメントや無機粒子Ｂとのブレーン比表面積の差が小さくなり、前記の１種の無機粒子を用いる場合と比べて、流動性等を向上させる効果が小さくなるばかりか、２種の無機粒子を用いているために、材料の準備に手間がかかるので、好ましくない。該ブレーン比表面積が３００００ｃｍ２／ｇを超えると、粉砕に手間がかかるため、材料が入手し難くなったり、高い流動性が得られ難くなるので人工骨材の製造に手間がかかる等の欠点がある。
【００１６】
また、無機粒子Ａが、セメント及び無機粒子Ｂよりも大きなブレーン比表面積を有することによって、無機粒子Ａが、セメント及び無機粒子Ｂと、ポゾラン質微粉末との間隙を埋めるような粒度を有することになり、より優れた流動性等を確保することができる。
無機粒子Ａとセメント及び無機粒子Ｂとのブレーン比表面積の差（換言すれば、無機粒子Ａと、セメントと無機粒子Ｂのうちブレーン比表面積の大きい方とのブレーン比表面積の差）は、配合物の流動性や人工骨材の強度等の観点から、１０００ｃｍ２／ｇ以上が好ましく、２０００ｃｍ２／ｇ以上がより好ましい。
【００１７】
無機粒子Ｂのブレーン比表面積は、２５００〜５０００ｃｍ２／ｇである。また、セメントと無機粒子Ｂとのブレーン比表面積の差は、１００ｃｍ２／ｇ以上が好ましく、配合物の流動性や人工骨材の強度等の観点から、２００ｃｍ２／ｇ以上がより好ましい。
無機粒子Ｂのブレーン比表面積が２５００ｃｍ２／ｇ未満であると、流動性が低下して自己充填性が得られ難くなるので人工骨材の製造に手間がかかる等の欠点があり、５０００ｃｍ２／ｇを超えると、ブレーン比表面積の数値が無機粒子Ａに近づくため、前記の１種の無機粒子を用いる場合と比べて、流動性等を向上させる効果が小さくなるばかりか、２種の無機粒子を用いているために、材料の準備に手間がかかるので、好ましくない。
また、セメントと無機粒子Ｂとのブレーン比表面積の差が１００ｃｍ２／ｇ以上であることによって、配合物を構成する粒子の充填性が向上し、より優れた流動性等を確保することができる。
【００１８】
無機粒子Ａの配合量は、セメント１００質量部に対して５０質量部以下が好ましく、１０〜４５質量部がより好ましい。無機粒子Ｂの配合量は、セメント１００質量部に対して４０質量部以下が好ましく、５〜３５質量部がより好ましい。無機粒子Ａ及び無機粒子Ｂの配合量が前記の数値範囲外では、前記の１種の無機粒子を用いる場合と比べて、流動性等を向上させる効果が小さくなるばかりか、２種の無機粒子を用いているために、材料の準備に手間がかかるので、好ましくない。
なお、無機粒子Ａと無機粒子Ｂの合計量は、セメント１００質量部に対して５５質量部以下が好ましく、より好ましくは１０〜５０質量部である。
【００１９】
本発明の配合物の混練方法は、特に限定されるものではなく、例えば、（１）水、減水剤以外の材料を予め混合して、プレミックス材を調製しておき、該プレミックス材、水及び減水剤をミキサに投入し、混練する方法、（２）粉末状の減水剤を用意し、水以外の材料を予め混合して、プレミックス材を調製しておき、該プレミックス材及び水をミキサに投入し、混練する方法、（３）各材料を各々個別にミキサに投入し、混練する方法、等を採用することができる。
混練に用いるミキサは、通常のコンクリートの混練に用いられるどのタイプのものでもよく、例えば、揺動型ミキサ、パンタイプミキサ、二軸練りミキサ等が用いられる。
【００２０】
混練後、配合物を所定の型枠に流し込んで成形し、その後、養生して本発明の人工骨材を製造する。
養生は、蒸気養生や気中養生等を行なえばよい。
【００２１】
本発明の人工骨材は、配合物を混練し、成形し、養生することにより製造することができるので、その製造が容易である。
また、本発明で用いる配合物は、「ＪＩＳ  Ｒ  ５２０１（セメントの物理試験方法）１１．フロー試験」に記載される方法において、１５回の落下運動を行なわないで測定した値（本明細書中において、「０打フロー値」ともいう。）が、２３０ｍｍ以上と流動性に優れ、自己充填性を有するので、成形等を容易に行なうことができる。また、本発明の配合物の硬化体は、１５０ＭＰａ以上の圧縮強度を発現し、かつ、極めて緻密な硬化体であるので、該硬化体からなる人工骨材は、高強度で吸水率を小さくすることができる。
また、本発明の人工骨材は、セメントを基本材料とするものであるので、セメント質マトリックスとの付着も優れている。
【００２２】
本発明の人工骨材は、強度が著しく大きいため、中空にして軽量骨材として使用することも可能である。中空にする方法は、特に限定するものではなく、例えば、発泡スチロールを芯材として、その周囲を上記配合物で被覆し、過熱養生して、配合物を硬化させるとともに発泡スチロールを熱収縮させる方法等が挙げられる。
【００２３】
【実施例】
以下、実施例により本発明を説明する。
［１．使用材料］
以下に示す材料を使用した。
（１）セメント；低熱ポルトランドセメント（太平洋セメント社製；ブレーン比表面積３２００ｃｍ２／ｇ）
（２）ポゾラン質微粉末；シリカフューム（ＢＥＴ比表面積１０ｍ２／ｇ）
（３）無機粒子Ａ；石英粉末Ａ（ブレーン比表面積７５００ｃｍ２／ｇ）
（４）無機粒子Ｂ；石英粉末Ｂ（ブレーン比表面積４０００ｃｍ２／ｇ）
（５）細骨材；珪砂（最大粒径０．６ｍｍ、７５μｍ以下の粒子の含有量０．３質量％）
（６）減水剤；ポリカルボン酸系高性能ＡＥ減水剤
（７）水；水道水
【００２４】
実施例１
低熱ポルトランドセメント１００質量部、シリカフューム３２質量部、石英粉末Ａ３９質量部、珪砂１２０質量部、高性能ＡＥ減水剤１．０質量部（セメントに対する固形分）、水２２質量部をニ軸ミキサに投入し、混練した。
該配合物のフロー値を、「ＪＩＳ  Ｒ  ５２０１（セメントの物理試験方法）１１．フロー試験」に記載される方法において、１５回の落下運動を行なわないで測定した。その結果、フロー値は２６０ｍｍであった。
また、前記配合物をφ５０×１００ｍｍの型枠内に流し込み、２０℃で４８時間前置き後、９０℃で４８時間蒸気養生した。該硬化体の圧縮強度（３本の平均値）は２１０ＭＰａであった。
また、前記配合物を４×４×１６ｃｍの型枠内に流し込み、２０℃で４８時間前置き後、９０℃で４８時間蒸気養生した。該硬化体の曲げ強度（３本の平均値）は２５ＭＰａであった。
また、前記配合物を内径５〜２０ｍｍの球状の型枠に流し込み、２０℃で４８時間前置き後、９０℃で４８時間蒸気養生した。該硬化体の吸水率を「ＪＩＳ  Ａ  １１１０（粗骨材の比重及び吸水率試験方法）」に準じて測定した。その結果、吸水率は０．２％であった。
【００２５】
実施例２
低熱ポルトランドセメント１００質量部、シリカフューム３２質量部、石英粉末Ａ２６質量部、石英粉末Ｂ１３質量部、珪砂１２０質量部、高性能ＡＥ減水剤１．０質量部（セメントに対する固形分）、水２２質量部をニ軸ミキサに投入し、混練した。
該配合物のフロー値を、「ＪＩＳ  Ｒ  ５２０１（セメントの物理試験方法）１１．フロー試験」に記載される方法において、１５回の落下運動を行なわないで測定した。その結果、フロー値は２８５ｍｍであった。
また、前記配合物をφ５０×１００ｍｍの型枠内に流し込み、２０℃で４８時間前置き後、９０℃で４８時間蒸気養生した。該硬化体の圧縮強度（３本の平均値）は２３０ＭＰａであった。
また、前記配合物を４×４×１６ｃｍの型枠内に流し込み、２０℃で４８時間前置き後、９０℃で４８時間蒸気養生した。該硬化体の曲げ強度（３本の平均値）は２８ＭＰａであった。
また、前記配合物を内径５〜２０ｍｍの球状の型枠に流し込み、２０℃で４８時間前置き後、９０℃で４８時間蒸気養生した。該硬化体の吸水率を「ＪＩＳ  Ａ  １１１０（粗骨材の比重及び吸水率試験方法）」に準じて測定した。その結果、吸水率は０．１％であった。
【００２６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の人工骨材は、配合物を混練し、成形し、養生することにより製造することができるので、その製造が容易である。
また、本発明で用いる配合物は、「ＪＩＳ  Ｒ  ５２０１（セメントの物理試験方法）１１．フロー試験」に記載される方法において、１５回の落下運動を行なわないで測定した値が、２３０ｍｍ以上と流動性に優れ、自己充填性を有するので、成形等を容易に行なうことができる。
また、本発明の配合物の硬化体は、１５０ＭＰａ以上の圧縮強度を発現し、かつ、極めて緻密な硬化体であるので、該硬化体からなる人工骨材は、高強度で吸水率を小さくすることができる。
また、本発明の人工骨材は、セメントを基本材料とするものであるので、セメント質マトリックスとの付着も優れている。