(57)【要約】【課題】高流動性及び高靭性を有するコンクリート組成物を提供する。【解決手段】セメント及びブレーン比表面積５０００〜９０００ｃｍ２／ｇの分級フライアッシュを含む結合材並びに短繊維を含むセメント組成物、及びそれを用いたコンクリート組成物であって、（１）ブレーン比表面積５０００〜９０００ｃｍ２／ｇの分級フライアッシュ含有量が、結合材中１０〜４０質量％であり、（２）コンクリート組成物中の結合材含有量が２０〜３０容積％であり、（３）コンクリート組成物中の短繊維含有量が１〜２．５容積％であり、（４）コンクリート組成物中の水含有量が１６〜２３容積％であり、（５）コンクリート組成物中の細骨材含有量が３０〜４５容積％であり、（６）コンクリート組成物中の粗骨材含有量が５〜２０容積％であり、（７）コンクリート組成物中の空気含有量が１〜７容積％であることを特徴とするコンクリート組成物。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
セメント及びブレーン比表面積５０００〜９０００ｃｍ２／ｇの分級フライアッシュを含む結合材並びに短繊維を含むセメント組成物。
【請求項２】
請求項１に記載のセメント組成物、水、細骨材及び粗骨材を含むコンクリート組成物であって、
（１）ブレーン比表面積５０００〜９０００ｃｍ２／ｇの分級フライアッシュ含有量が、結合材中１０〜４０質量％であり、
（２）コンクリート組成物中の結合材含有量が２０〜３０容積％であり、
（３）コンクリート組成物中の短繊維含有量が１〜２．５容積％であり、
（４）コンクリート組成物中の水含有量が１６〜２３容積％であり、
（５）コンクリート組成物中の細骨材含有量が３０〜４５容積％であり、
（６）コンクリート組成物中の粗骨材含有量が５〜２０容積％であり、
（７）コンクリート組成物中の空気含有量が１〜７容積％である
ことを特徴とするコンクリート組成物。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、セメント組成物及びそれを用いたコンクリート組成物に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、コンクリート又はモルタルの靭性を高めるために、短繊維を混入することが知られている。例えば、モルタルでは、１．５〜２容積％程度の短繊維を混入することにより、流動性を損なうことなく靭性を高めたものが知られている。
【０００３】
しかしながら、コンクリートでは、粗骨材を必須成分とするため、上記モルタルと同程度の短繊維を混入すると、流動性が著しく低下する。そのため、従来の短繊維補強コンクリートでは、短繊維混入量は多くてもコンクリート容積の１％程度である。
【０００４】
近年では、高性能減水剤を用いた高流動コンクリートの技術が確立され、高流動性を有する短繊維補強コンクリートも開発されている。例えば、特許文献１には、高性能ＡＥ減水剤を含む鋼繊維補強高流動高強度コンクリートが開示されている。しかし、当該鋼繊維補強高流動高強度コンクリートにおいても、流動性を維持するためには鋼繊維混入量は１容積％程度とすることが望ましく、靭性及び流動性をより高めるには、更なる改良の余地がある。また当該鋼繊維補強高流動高強度コンクリートでは、一般的に増粘剤を使用する点でコスト高である。
【０００５】
最近では、高流動コンクリートの技術の応用により、短繊維の混入量を多くしても十分な流動性を確保できるようになり、短繊維の混入量を２％程度まで高めた高靭性セメント複合材料も開発されている。しかしながら、当該高靭性セメント複合材料は一般に粗骨材を含まないため、粗骨材以外の高価な材料の使用量の増加によりコスト高であり、練り混ぜ難く、また自己収縮及び乾燥収縮が大きい等の問題がある。
【０００６】
【特許文献１】
特開平９−２２７１９１号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、高流動性及び高靭性を有するコンクリート組成物を提供することを主な目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、上記目的を達成すべく鋭意研究を重ねた結果、セメント、分級フライアッシュ及び短繊維を含む特定のセメント組成物を用いたコンクリート組成物が上記目的を達成できることを見出し、本発明を完成するに至った。
【０００９】
即ち、本発明は、下記のセメント組成物及びそれを用いたコンクリート組成物に係るものである。
１．セメント及びブレーン比表面積５０００〜９０００ｃｍ２／ｇの分級フライアッシュを含む結合材並びに短繊維を含むセメント組成物。
２．上記項１に記載のセメント組成物、水、細骨材及び粗骨材を含むコンクリート組成物であって、
（１）ブレーン比表面積５０００〜９０００ｃｍ２／ｇの分級フライアッシュ含有量が、結合材中１０〜４０質量％であり、
（２）コンクリート組成物中の結合材含有量が２０〜３０容積％であり、
（３）コンクリート組成物中の短繊維含有量が１〜２．５容積％であり、
（４）コンクリート組成物中の水含有量が１６〜２３容積％であり、
（５）コンクリート組成物中の細骨材含有量が３０〜４５容積％であり、
（６）コンクリート組成物中の粗骨材含有量が５〜２０容積％であり、
（７）コンクリート組成物中の空気含有量が１〜７容積％である
ことを特徴とするコンクリート組成物。
【００１０】
【発明の実施の形態】
セメント組成物
本発明のセメント組成物は、セメント及びブレーン比表面積５０００〜９０００ｃｍ２／ｇの分級フライアッシュを含む結合材並びに短繊維を含むことを特徴とする。
【００１１】
セメントとしては特に限定されず、コンクリート用として従来用いられているものを使用できる。例えば、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、アルミナセメント等が挙げられる。この中でも、本発明のセメント組成物を用いてコンクリートを調製した場合に、十分な早期強度が得られ、発熱性も良好であることから普通ポルトランドセメントが好ましい。また流動性、安定性、価格等の点からも普通ポルトランドセメントが好ましい。
【００１２】
分級フライアッシュとしては、ブレーン比表面積５０００〜９０００ｃｍ２／ｇのものであれば特に限定されず、条件に見合うものであれば、市販品も使用できる。ブレーン比表面積は、５０００〜７０００ｃｍ２／ｇの範囲が好ましい。このような分級フライアッシュを用いることにより、本発明のセメント組成物を用いてコンクリートを調製した場合に、流動性を損なうことなく、適度な粘性が得られる。適度な粘性が得られるため、コンクリート組成物に分離抵抗性を与えることができる。
【００１３】
本明細書では、セメント及びブレーン比表面積５０００〜９０００ｃｍ２／ｇの分級フライアッシュを合わせて結合材と称している。結合材には、上記２成分のほか、任意成分として高炉スラグ微粉末、石灰石微粉末、シリカフューム、石炭灰、膨張材、石こう類及び早強材の少なくとも１種が含まれてもよい。
【００１４】
結合材中のセメント含有量は特に限定的ではないが、３０〜９０質量％が好ましく、５０〜８０質量％程度がより好ましい。結合材中の分級フライアッシュ含有量も特に限定されないが、１０〜４０質量％が好ましく、２５〜３０質量％程度がより好ましい。任意成分の配合量は、所望のコンクリート特性に応じて適宜設定できる。
【００１５】
短繊維としては特に限定されず、従来コンクリート補強用として用いられているものを使用できる。短繊維の長さとしては、通常６０ｍｍ以下であり、１５〜４０ｍｍ程度が好ましい。径としては、通常０．１〜１ｍｍ、好ましくは０．２〜０．７ｍｍ程度である。材質としては、鋼、高分子、ステンレス、カーボン、ガラス等が挙げられる。短繊維としては、例えば、断面形状が辺長３：４の長方形であり、径０．６６ｍｍ、標準長３０ｍｍのビニロンファイバー短繊維が使用できる。このような短繊維を用いることにより、本発明のセメント組成物を用いてコンクリート組成物を調製した場合に、靭性を高めることができる。
【００１６】
このような本発明のセメント組成物は、各成分を混合することにより製造できる。混合に際しては、セメント混合用のミキサー等が使用できる。
【００１７】
コンクリート組成物
本発明のコンクリート組成物は、前記セメント組成物、水、細骨材及び粗骨材を含むものであり、
（１）ブレーン比表面積５０００〜９０００ｃｍ２／ｇの分級フライアッシュ含有量が、結合材中１０〜４０質量％であり、
（２）コンクリート組成物中の結合材含有量が２０〜３０容積％であり、
（３）コンクリート組成物中の短繊維含有量が１〜２．５容積％であり、
（４）コンクリート組成物中の水含有量が１６〜２３容積％であり、
（５）コンクリート組成物中の細骨材含有量が３０〜４５容積％であり、
（６）コンクリート組成物中の粗骨材含有量が５〜２０容積％であり、
（７）コンクリート組成物中の空気含有量が１〜７容積％である
ことを特徴とする。セメント組成物としては、前記説明した通りである。
【００１８】
コンクリート組成物において、結合材中のブレーン比表面積５０００〜９０００ｃｍ２／ｇの分級フライアッシュ含有量としては、１０〜４０質量％であればよいが、その中でも２０〜３０質量％程度が好ましい。
【００１９】
コンクリート組成物中の結合材含有量としては、２０〜３０容積％であればよいが、その中でも２３〜２７容積％程度が好ましい。
【００２０】
コンクリート組成物中の短繊維含有量としては、１〜２．５容積％であればよいが、その中でも１．５〜２容積％程度が好ましい。粗骨材を含むコンクリート組成物では、短繊維含有量が２．５容積％を越えると流動性を損なうおそれがあるため、２．５容積％を上限としている。
【００２１】
水としては水道水が使用できる。コンクリート組成物中の水含有量としては、１６〜２３容積％であればよいが、その中でも１８〜１９容積％程度が好ましい。なお、水の含有量は、コンクリートが所望の流動性を有する範囲内で最小限とすることが好ましい。具体的には、単位水量を１９０Ｋｇ／ｍ３以下に抑えることが好ましい。このような場合には、コンクリート組成物に高強度性・高耐久性を与えられる。
【００２２】
水／結合材の容積比は特に限定されないが、７０〜９５が好ましく、特に７５〜８５程度が好ましい。水／結合材の重量比も特に限定されないが、２０〜４５が好ましく、特に２５〜３５程度が好ましい。
【００２３】
細骨材としては特に限定されず、コンクリート用として従来用いられているものが使用できる。例えば、天然骨材としては、川砂、川砂利、山砂、山砂利、陸砂、陸砂利、海砂、海砂利等が使用できる。人工骨材としては、破石、砕砂、人工軽量細骨材、高炉スラグ細骨材等が使用できる。コンクリート組成物中の細骨材含有量は、３０〜４５容積％であればよいが、その中でも、３８〜４３容積％程度が好ましい。
【００２４】
粗骨材としては特に限定されず、コンクリート用として従来用いられているものが使用できる。例えば、天然骨材としては、川砂、川砂利、山砂、山砂利、陸砂、陸砂利、海砂、海砂利等が使用できる。人工骨材としては、破石、砕砂、人工軽量粗骨材、高炉スラグ粗骨材等が使用できる。
【００２５】
粗骨材の大きさは特に限定されないが、最大粒子径２０ｍｍ以下が好ましく、特に５〜１３ｍｍ程度が好ましい。コンクリート組成物中の粗骨材含有量は、５〜２０容積％であればよいが、その中でも、８〜１２容積％程度が好ましい。より詳細には、短繊維含有量を２容積％程度とした場合には、粗骨材含有量の上限は１３容積％程度とすることが好ましい。粗骨材を用いることにより、コンクリートの混練性が高まり、またコンクリートの収縮低減効果も得られる。
【００２６】
コンクリート組成物中の空気含有量は、１〜７容積％であればよいが、特にコンクリートに凍結融解抵抗性を付与する場合には４〜６容積％が好ましい。空気含有量を４〜６容積％とすることにより、コンクリートに高い凍結融解抵抗性を付与できる。凍結融解抵抗性を必要としない場合には２〜４容積％が好ましい。空気含有量を２〜４容積％とすることにより、コンクリートに適度な分離抵抗性及び流動性を付与できる。
【００２７】
コンクリート組成物には、上記成分のほか、高性能減水剤、ＡＥ剤、凝結調整剤、収縮低減剤等の添加剤を配合してもよい。その中でも、高性能減水剤としては分散性能の高いものが好ましく、例えば、ポリカルボン酸系のものが使用できる。添加剤の含有量は、所望のコンクリート特性に応じて適宜設定できる。
【００２８】
【発明の効果】
コンクリート組成物では、短繊維と粗骨材とを併用する場合には、両者が噛み合うことにより流動性低下、材料分離等が生じ易いが、本発明のコンクリート組成物では、粗骨材を併用しつつ、良好な流動性を維持したまま、短繊維混入量を最大２．５容積％まで高められる。従って、従来の１容積％程度の短繊維補強コンクリートと比較して、より高靭性である。
【００２９】
本発明のコンクリート組成物は、コンクリートの所望の流動性を保持したまま単位水量を１９０Ｋｇ／ｃｍ３以下に抑えることもできるため、従来の短繊維補強コンクリートよりも高強度かつ高耐久である。また増粘剤を併用しなくても良好な自己充填性能を発揮する。
【００３０】
本発明のセメント組成物は、流動性・靭性・高強度・高耐久の特性を有する本発明のコンクリート組成物の製造原料として適している。
【００３１】
【実施例】
以下に実施例及び比較例を示し、本発明をより具体的に説明する。但し、本発明は実施例に限定されるものではない。
【００３２】
実施例１及び比較例１〜３
下記表１に示す成分及び配合量に従って、４種類のコンクリート組成物を調製した。各成分の説明については次の通りである。
【００３３】
実施例１の分級フライアッシュとしては、ブレーン比表面積５５００ｃｍ２／ｇのものを使用した。比較例１の分級フライアッシュとしては、ブレーン比表面積３０００ｃｍ２／ｇのものを使用した。比較例２の高炉スラグ微粉末としては、ブレーン比表面積４４１０ｃｍ２／ｇのものを使用した。比較例３の石灰石微粉末としては、ブレーン比表面積３１９０ｃｍ２／ｇのものを使用した。
【００３４】
セメントとしては、普通ポルトランドセメント（住友大阪セメント株式会社製）を用いた。
【００３５】
細骨材としては、鬼怒川産川砂を用いた。
【００３６】
粗骨材としては、茨城県岩瀬産砕石を用いた。
【００３７】
短繊維としては、断面形状３：４断面、径０．６６ｍｍ、標準長３０ｍｍのビニロンファイバー短繊維を用いた。
【００３８】
【表１】
2004307285.tif 000002
【００３９】
表１において、高性能減水剤の含有量は、コンクリート組成物１００重量部に対する重量部を示す。得られた各コンクリート組成物中の結合材含有量、水含有量、細骨材含有量及び粗骨材含有量（いずれも「容積％」）を下記表２に示す。
【００４０】
【表２】
2004307285.tif 000003
【００４１】
得られた各コンクリート組成物の物性を下記表３に示す。各物性の測定方法は次の通りである。
〔練りあがり温度〕
練りあがり時にコンクリート中心部の温度を温度計で測定した。
〔スランプフロー〕
土木学会高流動コンクリート施工指針の規準案に準拠して測定した。スランプコーンとしてはＪＩＳ  Ａ  １１０１規定のものを使用した。スランプコーンに突き固め及び振動を与えずに１層詰め（Ａ法）して測定した。スランプコーンを鉛直方向に引き上げ、コンクリートの動きが止まった後に広がりが最大と思われる直径と、その直交する位置での直径を測定した。
〔５００ｍｍフロー到達時間〕
上記スランプフロー試験において、スランプコーンを引き上げ開始時から広がりが最大と思われる直径が５００ｍｍに達したときまでの時間を測定した。
〔Ｖ漏斗流下時間〕
土木学会規準ＪＳＣＥ−Ｆ  ５１２−１９９９に準拠して測定した。漏斗としては、Ｖ漏斗を使用した。
〔空気量〕
土木学会規準ＪＳＣＥ−Ｆ  ５１３−１９９９に準拠して測定した。試料の詰め方としてはＡ法を採用した。
【００４２】
【表３】
2004307285.tif 000004
【００４３】
ブレーン比表面積３０００ｃｍ２／ｇの分級フライアッシュを用いた比較例１では、コンクリートの粘度が低く、材料分離が起こった。
【００４４】
高炉スラグ微粉末を用いた比較例２では、コンクリートの粘度が高く、流動性が低かった。
【００４５】
石灰石微粉末を用いた比較例３では、コンクリートの粘度が低く、やや材料分離気味であった。Ｖ漏斗は粘性が著しく高い場合又は粘性が低く材料分離を起こしている場合に詰まる傾向があるが、比較例３では、材料分離気味であったため骨材どうし、骨材と短繊維とが噛み合うことによりＶ漏斗が詰まった。
【００４６】
一方、ブレーン比表面積５０００〜９０００ｃｍ２／ｇの分級フライアッシュを用いた実施例１では、流動性及び粘性が適度であり、別途行った充填試験においても、良好な自己充填性能が得られた。また実施例１では、短繊維を２容積％含有しており、従来品のコンクリート（短繊維含有量１容積％程度）と比較してコンクリート靭性が飛躍的に高い。参考のため、下記表４に、短繊維混入量を０〜２容積％まで変化させた場合のコンクリートの曲げ強度の値を示す。
【００４７】
【表４】
2004307285.tif 000005
【００４８】
一般に短繊維と粗骨材とを併用する場合には、短繊維と粗骨材とが噛み合うことにより流動性低下、材料分離等が生じ易い。しかしながら、実施例１のコンクリート組成物では、粗骨材を併用しつつ短繊維含有量を２容積％まで高めても、良好な流動性を発揮し、しかも材料分離も生じていない。単位水量も１８０ｋｇ／ｍ３と従来の短繊維補強コンクリートよりも少ないため、より高強度かつ高耐久性を有する。また増粘剤を用いなくても、十分な自己充填性能を発揮する。