(57)【要約】【課題】低水セメント比で配合使用しても自己収縮が起らず、高い強度を発現することができる水硬性組成物の提供及び打設や型枠充填直後から乾燥後までの総収縮率を極めて小さくでき、しかも特段の手間を要すことなく容易に製造することができる高強度コンクリートを提供する。【解決手段】セメントクリンカ粉砕物１００重量部、ＣａＯを主要化学成分とする水和膨張性クリンカ粉砕物３〜１０重量部及びシリカフューム３〜２０重量部を含有してなる水硬性組成物。【選択図】    なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
セメントクリンカ粉砕物１００重量部、ＣａＯを主要化学成分とする水和膨張性クリンカ粉砕物３〜１０重量部及びシリカフューム３〜２０重量部を含有してなる水硬性組成物。
【請求項２】
セメントクリンカがビーライト含有率３０重量％以上のセメントクリンカである請求項１記載の水硬性組成物。
【請求項３】
無水石膏換算で１〜５重量％の石膏を含有する請求項１又は２記載の水硬性組成物。
【請求項４】
請求項１〜３の何れか記載の水硬性組成物、骨材及び減水剤を含有してなる高強度コンクリート。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧縮強度が３６Ｎ／ｍｍ２以上の高強度コンクリートへの使用に適した自己収縮抑制作用を有する水硬性組成物及び総収縮率が小さい高強度コンクリートに関する。
【０００２】
【従来の技術】
橋梁、トンネル、大規模地下構造物或いは高層建築物等の構造部材として用いられるコンクリートは、通常のコンクリートよりも高い強度が要求される。コンクリートの高強度化には、一般に水セメント比（水（ｗ）とセメント（ｃ）の配合重量割合で、ｗ／ｃ）の低下に連れて強度が上昇することから、水セメント比を低減する方策が採られることが多い。例えば、圧縮強度が３６Ｎ／ｍｍ２以上の高強度コンクリートは、水セメント比を４５％以下にした低水量のコンクリート配合とすることで高強度化が図られている。一方で、水量低下によって施工性も低下するため、減水剤の類を併用し、流動性の確保が行なわれている。また、水セメント比の低減は単位セメント量の増大に繋がることから、断面が大きいマスコンクリートなどでは温度応力ひび割れが発生し易くなる。このため、水和発熱量が小さいビーライト（２ＣａＯ・ＳｉＯ２）の含有量を高めた低発熱ポルトランドセメント等を使用し、セメントの水和発熱量を低減させることで温度応力ひび割れの抑制が行なわれている。（例えば、特許文献１参照。）更に高い強度、例えば６０Ｎ／ｍｍ２以上の圧縮強度を必要とする場合は、水セメント比を２０〜４０％程度にした上で、シリカフューム等のポゾラン反応性物質やスラグ等の微粉を混和させたコンクリート配合にすることが知られている。（例えば、特許文献２参照）。
【０００３】
しかしながら、低水セメント比の高強度コンクリートは自己収縮も大きくなるため、特に鉄筋コンクリートとして用いると、鉄筋によってコンクリートが拘束されることからひび割れが発生し易い。更に、乾燥時の収縮も加わるとひび割れは一層拡大し、構造物等に多大な支障を及ぼすことがある。このような収縮を抑えるため、高強度コンクリート製造時に収縮低減剤や膨張材を混和させることも行なわれるが、前者は比較的高価な収縮低減剤を大量に用いなければ十分な効果が得難い。また、後者は膨張・収縮量の制御が簡単ではなく、採用する高強度コンクリートの配合毎に膨張材の適正使用量を予め前試験などを行なって個別に定めておく必要があり、非常に煩雑で手間がかかる等の問題があった。
【０００４】
【特許文献１】
特開平２−１２０２６１号公報
【特許文献２】
特開平１１−２９３４９号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、低水セメント比で配合使用しても自己収縮が起らず、高い強度を発現できる水硬性組成物の提供及び打設や型枠充填直後から乾燥後までの総収縮率を極めて小さくでき、また製造時の作業負荷も低減できる高強度コンクリートの提供を課題とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、前記課題に対し鋭意検討した結果、水和膨張性クリンカとセメントクリンカの粉砕物及びシリカフュームを特定の配合割合で含有する水硬性組成物が、特に水和時の自己収縮抑制作用が際立って高くなること、非常に高い強度発現性が得られること、また該水硬性組成物に収縮低減剤、骨材等を加えることで、高緻密で非常に高い強度のコンクリートが容易に製造でき、しかも施工開始から乾燥後までの収縮に対する抵抗性を十分備えるコンクリートになったこと等から本発明を完成するに至った。
【０００７】
即ち、本発明は、次の（１）〜（３）で表される水硬性組成物、及び（４）で表される高強度コンクリートである。（１）セメントクリンカ粉砕物１００重量部、ＣａＯを主要化学成分とする水和膨張性クリンカ粉砕物３〜１０重量部及びシリカフューム３〜２０重量部を含有してなる水硬性組成物。（２）セメントクリンカがビーライト含有率３０重量％以上のセメントクリンカである前記（１）の水硬性組成物。（３）無水石膏換算で１〜５重量％の石膏を含有する前記（１）又は（２）の水硬性組成物。（４）前記（１）〜（３）の何れかの水硬性組成物、骨材及び減水剤を含有してなる高強度コンクリート。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明の水硬性組成物に含有されるセメントクリンカ粉砕物は、水硬性のセメントクリンカであれば特に限定されず、例えば普通ポルトランドセメント用のクリンカでも使用できるが、好ましくは、ビーライト含有率３０重量％以上のセメントクリンカとする。ビーライト含有率３０重量％以上のセメントクリンカとしては、例えば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用のクリンカを挙げることができ、これらのセメントは水和発熱量が他のセメントよりも低いので温度応力ひび割れが抑制でき、ワーカビリティーの低下も抑制できる。本発明の水硬性組成物は該クリンカを粉砕物として含むものであり、クリンカの粉砕方法は特に限定されないが、粉末度は市販のセメントと概ね同様のブレーン比表面積３２００〜４０００ｃｍ２／ｇとするのが好ましい。
【０００９】
本発明の水硬性組成物に含有される水和膨張性クリンカ粉砕物は、ＣａＯを主要化学成分とする水和膨張性クリンカ粉砕物であれば良く、例えば生成相に、ＣａＯ結晶（遊離生石灰）或いはカルシウムサルホアルミネート類等の水和膨張性物質が見られるクリンカの粉砕物を挙げることができる。また、該水和膨張性クリンカ粉砕物は水和膨張性物質以外の成分が含まれていても良い。好ましくは、生成相に遊離生石灰が５０重量％以上存在し、アリット（３ＣａＯ・ＳｉＯ２）結晶及び無水石膏が共存するクリンカが強度発現性に優れ、高い膨張性も得られることから推奨される。このようなクリンカは、例えばカルサイトなどの石灰質原料に、二酸化珪素（ＳｉＯ２）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、酸化鉄（Ｆｅ２Ｏ３）、石膏（ＣａＳＯ４）等の１種又は２種以上を混合したものを約１３５０〜１４５０℃で焼成して得られる。本水硬性組成物は水和膨張性クリンカを含有することにより低水セメント比で高強度コンクリートを製造した際に自己収縮を抑制してひび割れを低減する作用を有する。本発明の水硬性組成物は該クリンカを粉砕物として含むものであり、その粉末度は前記セメントクリンカの粉砕物と同程度とする。水硬性組成物中の水和膨張性クリンカの含有量は、セメントクリンカ含有量１００重量部に対し、３〜１０重量部とする。３重量部未満では自己収縮抑制効果が小さくひび割れを低減できないため好ましくなく、１０重量部を超えると膨張性能過多となり強度低下をまねくことがあるため好ましくない。
【００１０】
また本発明の水硬性組成物は、シリカフュームを含有する。シリカフュームを含有することでマイクロフィラー効果による緻密性向上で高強度化が図れると共にポゾラン反応によって硬化体強度をより高めることができる。含有されるシリカフュームは特に限定されるものではないが、ＢＥＴ比表面積１０〜２５ｍ２／ｇのものが好ましい。より好ましくは粉砕物の粒度分布幅を小さくし、被粉砕性を向上させる理由から粒状の形態のものとする。水硬性組成物中のシリカフュームの含有量は、セメントクリンカ含有量１００重量部に対し、３〜２０重量部とする。３重量部未満ではコンクリート硬化体組織が十分緻密にならず、より高い強度の向上が図り難いため好ましくなく、１０重量部を超えるとコンクリートの流動性が低下することがあるため好ましくない。
【００１１】
また本発明の水硬性組成物は、石膏を含有することが好ましい。石膏を含有することでエトリンガイト相生成による水和中期〜後期の膨張作用を付与することができる。含有する石膏は、二水石膏、半水石膏、無水石膏の何れでも良いが、より好ましくは無水石膏とする。本水硬性組成物に含有される石膏源としては、前記水和膨張性クリンカの生成相として存在するもの、前記セメントクリンカの生成相として存在するもの、粉末状の石膏や他の石膏含有物を配合添加したものの何れであっても良く、更に、このうち２種以上を石膏源として含有しても良い。水硬性組成物中の石膏含有量は無水石膏換算で１〜５重量％とする。１重量％未満では、エトリンガイト生成による膨張が殆どなく、特に生石灰を膨張成分として含むものでは水和初期の急激な膨張が支配的になるため好ましくない。また、５重量％を超えると遅延膨張（ＤＥＦ）を引き起こすことがあるので好ましくない。
【００１２】
また本発明による効果を損なわない範囲で、本水硬性組成物は前記以外の成分を含有することができる。含有可能な成分の一例を示すとフライアッシュ微粉等のポゾラン反応性物質やスラグ微粉等の潜在水硬性物質が挙げられ、これらの微粉は特にＢＥＴ比表面積４０００〜１００００ｃｍ２／ｇのものを使用すると強度のより一層の向上を図ることもできる。
【００１３】
本発明の水硬性組成物は市販のセメントと概ね遜色なく扱うことができ、細骨材や粗骨材の他、例えば減水剤などのセメントに使用可能な各種混和剤・材を配合することで高強度のコンクリートを製造することができる。本発明の水硬性組成物を使用した高強度コンクリートは、高強度化を図る上で通常は低水セメント比の配合にすることから、配合材料の良好な分散混合状態の確保並びに打設や型枠充填時の流動性確保のため、混和剤・材の中でも減水剤の配合使用が特に推奨される。本発明で用いる減水剤は、単に減水剤と称されているものの他、高性能減水剤や高性能ＡＥ減水剤と称されるもの、更には実質減水効果を奏する分散剤や流動化剤の類の何れであっても良い。好ましくは高性能ＡＥ減水剤とする。また高性能ＡＥ減水剤の中でも、メラミンスルホン酸ホルムアルデヒド縮合物、ナフタレンスルホン酸ホルムアルデヒド高縮合物、ポリカルボン酸の何れかの高分子化合物を有効成分とするものがより好ましい。
【００１４】
本発明による高強度コンクリートを得る際の減水剤の配合量は、前記水硬性組成物の配合量１００重量部に対し、０．５〜２．５重量部が好ましい。０．５重量部未満では所定のコンシステシーが得られずスランプロスが大きくなるため好ましくなく、２．５重量部を超えると凝結及び硬化が著しく遅延するため好ましくない。本発明の高強度コンクリートは骨材を含有するが、その含有量は特に制限されず、使用骨材の成分や種類等も限定されない。また、本発明の高強度コンクリートを得る際の水の配合量は適宜定めれば良く、特段限定されるものではない。望ましくは、低水セメント比、例えば水セメント比約１５〜４５％とする。尚、減水剤以外の混和剤・材は、本発明の効果を損なわない範囲で適宜選定使用することができ、使用可能な混和剤・材種を例示すると、何れもセメントに混和可能な、収縮低減剤、より好ましくは低級アルコールアルキレンオキサイド付加物又はポリエーテル系化合物を有効成分とする乾燥収縮低減剤、この他に空気連行剤、抑泡剤、消泡剤、防錆剤、顔料等も挙げることができる。
【００１５】
本発明の高強度コンクリート作製時の配合材料の混練方法は特に限定されず、例えば強制二軸型、パン型、傾胴型等のミキサーを用いて行なうことができる。また打設又は型枠充填したコンクリートは、収縮抑制作用を十分発現させる必要から湿潤養生期間を、少なくとも５日間以上とするのが好ましい。
【００１６】
【実施例】
以下、実施例により本発明を具体的に説明する。
［水硬性組成物の作製］
低熱ポルトランドセメント（ビーライト含有量５４重量％；太平洋セメント株式会社製）用のクリンカをブレーン約３４００ｃｍ２／ｇにボールミル粉砕したもの、遊離生石灰を有効成分とする膨張材（商品名「太平洋エクスパン」；太平洋マテリアル株式会社製）用のクリンカをブレーン約２０００ｃｍ２／ｇにボールミル粉砕したもの、ＩＩ型無水石膏（ブレーン約８０００ｃｍ２／ｇ；太平洋マテリアル株式会社製）及びシリカフューム（ＢＥＴ比表面積約２０ｍ２／ｇ；エルケムジャパン社製）を表１記載の配合割合になるようハイスラッジャーで乾式混合し、水硬性組成物（本発明品１〜３、参考品１〜２）を作製した。
【００１７】
【表１】
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【００１８】
［コンクリート混練物の作製］
前記作製の水硬性組成物、低熱ポルトランドセメント（太平洋セメント株式会社製）、普通ポルトランドセメント（太平洋セメント株式会社製）、細骨材（表乾密度２．６０ｇ／ｃｍ３；静岡県産陸砂）、粗骨材（表乾密度２．６５ｇ／ｃｍ３；茨城県産砕石）、高性能ＡＥ減水剤（商品名「レオピルドＳＰ−８Ｓ」；株式会社エヌエムビー製）、乾燥収縮低減剤（商品名「テトラガードＡＳ２１」；太平洋マテリアル株式会社製）から選定される材料を、表２記載の配合量となるよう強制二軸ミキサー（内容積０．０６ｍ３）に水と共に一括投入し、２０℃の温度下で約３分間混練を行なった。
【００１９】
【表２】
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【００２０】
［コンクリートの性状評価］
得られた混練物に対し、ＪＩＳ  Ａ  １１０１「コンクリートのスランプ試験方法」に準拠した方法でスランプ試験を行ない、平板面に広がったコンクリートの最大直径とその対角方向の各長さを測定した。また、空気量をＪＩＳ  Ａ  １１２８「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」に準拠した方法で測定した。また、該混練物を内径１０ｃｍ、高さ２０ｃｍの鋼製型枠に充填し、２４時間後に脱型して円柱状の成形体を得た。該成形体を２０℃の水中で養生し、材齢７、２８、５６、９１日の成形体に対し、ＪＩＳ  Ａ  １１０８「コンクリートの圧縮試験方法」に準拠した方法で圧縮強度を測定した。また更に、社団法人日本コンクリート工学協会規定「セメントペースト、モルタル及びコンクリートの自己収縮及び自己膨張試験方法（案）」に準拠した方法で、該混練物から作製したコンクリート試験体の凝結始発時を基長として、自己収縮率を材齢２８日まで測定した。以上の測定結果を表３に記す。
【００２１】
【表３】
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【００２２】
表３の結果から、本発明の水硬性組成物を使用することでコンクリートの高強度化を図ることができると共に、この高強度コンクリートは材齢２８日で約２００×１０−６の膨張率を示し、膨張していることから、自己収縮が十分抑制できていることが判る。
【００２３】
【発明の効果】
本発明による水硬性組成物を使用すれば、水比を変化させることで圧縮強度が８０〜９０Ｎ／ｍｍ２程度の非常に高い強度のコンクリートを容易に得ることができる。しかも自己収縮が十分抑制されるため、コンクリート製造時に多大な手間を要して添加量を定めた膨張性混和材を配合添加する必要もない。また短〜中期材齢では寧ろ穏やかな膨張傾向となるので、その後に乾燥収縮が起きても、乾燥収縮による形状縮小化を補うかのように、打設や型枠充填直後から乾燥後までの総収縮率を極めて小さくすることができ、鉄筋コンクリートに使用してもひび割れや亀裂は殆ど発生しない。