(57)【要約】【課題】乾燥収縮が少なく、凍結融解抵抗性の高い、セメント、膨張材、耐久性向上材、消泡剤、及び乾燥収縮低減剤を含有してなるセメント組成物を提供すること。【解決手段】セメント８０〜９７部と膨張材２０〜３部を含有してなる結合材１００部と、結合材１００部に対して、０．０２〜３部の中空微小球を主体とする耐久性向上材とを含有してなるセメント組成物、結合材１００部に対して、消泡剤１部以下を含有してなる該セメント組成物、及び乾燥収縮低減剤を含有してなる該セメント組成物を構成とする。【選択図】    なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
セメント８０〜９７部と膨張材２０〜３部を含有してなる結合材１００部と、中空微小球を主体とする耐久性向上材０．０２〜３部とを含有してなるセメント組成物。
【請求項２】
さらに、結合材１００部に対して、消泡剤１部以下を含有してなる請求項１に記載のセメント組成物。
【請求項３】
さらに、乾燥収縮低減剤を含有してなる請求項１又は請求項２に記載のセメント組成物。
【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、膨張材、耐久性向上材、消泡剤、及び乾燥収縮低減剤を含有してなるセメント組成物に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、骨材性状の悪化やポンプ圧送の確保等から、セメントコンクリート硬化体は、その製造時、所定のワーカビリティーを確保するために、必要以上の水量とセメントが使用されるため乾燥収縮量が大きくなっている。
そのため、ひび割れを生じ、構造物の美観や耐久性を損なう場合があった。
この課題を解決するために、乾燥収縮低減剤を使用する方法や膨張材を使用する方法が提案されている（非特許文献１参照）。
【０００３】
一方、寒冷地においては、凍結融解作用による劣化を防ぐ方法として、微細な連行空気を容積で３〜６％導入して、初期養生を充分にすることが行われている（非特許文献２参照）。
しかしながら、微細な連行空気を所定量導入して硬化体を得るには、不安定要因を多く生じ、構造物の美観や耐久性を損なう場合があった。
この不安定要因としては、一般的には、配合の相違によるセメント量、指定スランプの大小、混練り時間、ミキサ形式、並びに、温度、骨材粒度、及び骨材に含有する泥分の日内変動や季節の変化の他に、界面活性剤類や増粘剤の連行空気を押えるための消泡剤、ミキサに使用されるグリス類、及び油類の混入等が挙げられる。
前記不安定要因が原因で連行空気量が変動し、その調整のためにＡＥ剤の使用量を増減させ、連行空気量を３〜６％の所定量導入する作業が行われている。
また、所定の連行空気量が得られないと充分な耐久性が得られないが、必要以上の連行空気量は、空気量に比例して強度低下や美観の低下を生じ、乾燥収縮量が増加する。
そのため、生コンプラントや二次製品製造プラントでは、日に何度か空気量を確認し、調整を行なっているが、日内変動や月内変動が大きな場合があり、大変な労力を必要としている。
この課題を解決するために、ポゾラン反応を呈する中空体を混和する方法が提案されている（特許文献１参照）。
【０００４】
【非特許文献１】
セメント・コンクリートＮｏ．５３８  Ｄｅｃ．  １９９１
【非特許文献２】
セメント・コンクリート用混和材料、笠井芳夫、小林正几編、昭和６１年５月１５日、技術書院発行、第２３４〜２４３頁
【特許文献１】
特開平１１−１８９４５４号公報
【０００５】
【発明が解決しょうとする課題】
これら従来の方法では、膨張材を使用すると、また、膨張材と乾燥収縮低減剤を併用すると凍結融解に対する抵抗性が小さいという課題があった。
また、これら従来の方法であるポゾラン反応を呈する中空体を混和する方法は、添加率が多いことや水比が高いと効果が得られないという課題があった。
【０００６】
本発明者は、特定のセメント組成物を使用することによって前記課題が解消できるという知見を得て、本発明を完成するに至った。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
即ち、本発明は、セメント８０〜９７部と膨張材２０〜３部を含有してなる結合材１００部と、中空微小球を主体とする耐久性向上材０．０２〜３部とを含有してなるセメント組成物であり、結合材１００部に対して、消泡剤１部以下を含有してなる該セメント組成物であり、乾燥収縮低減剤を含有してなる該セメント組成物である。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を詳細に説明する。
【０００９】
本発明で使用するセメントとしては、低熱、普通、早強、及び超早強等の各種ポルトランドセメント、これらのポルトランドセメントに、高炉スラグやフライアッシュなどを混合した各種混合セメントなどが使用可能である。
本発明において、セメント使用量は、モルタル又はコンクリートの配合等により異なるが、２７０〜１，０００ｋｇ／ｍ３が好ましい。２７０ｋｇ／ｍ３未満では構造上の耐久性や強度が得られない場合があり、１，０００ｋｇ／ｍ３を超えると作業性が得られない場合や、水和発熱や乾燥収縮によるひび割れを生じる場合がある。
【００１０】
本発明で使用する膨張材としては、カルシュウムサルホアルミネート系や石灰系等があり、いずれも使用可能である。
膨張材の粒度は特に限定されるものではないが、通常、ブレーン比表面積値（以下、ブレーン値という）で２，０００〜４，０００ｃｍ２／ｇが好ましい。２，０００ｃｍ２／ｇ未満では未反応物が長期間残存して耐久性が低下する場合があり、４，０００ｃｍ２／ｇを超えると水和反応が早く、所定の膨張が得られない場合がある。
膨張材の使用量は、セメントと膨張材を含有してなる結合材１００部中、３〜２０部であり、５〜１５部が好ましい。３部未満では収縮低減効果が少ない場合があり、２０部を超えると膨張量が大きすぎて強度が低下する場合がある。
【００１１】
本発明では中空微小球を主体とする耐久性向上材を使用する。
【００１２】
中空微小球の材質は、ポリメチルメタクリレート、ポリスチレン、塩化ビニリデン、及びポリフェノールなどがあり、共重合物や架橋体であっても特に限定されるものではなく、高分子球形弾性体からできており、その径は３００μｍ以下が好ましく、１００μｍ以下がより好ましい。径が３００μｍを超えると使用量が同じでも強度の低下が大きい場合がある。
中空微小球の使用量は、結合材１００部に対して、固形分換算で０．０２〜３部が好ましい。０．０２部未満では耐久性が得られない場合があり、３部を超えると強度の低下が大きくなり、耐久性の向上が頭打ちになる場合がある。
【００１３】
本発明で使用する消泡剤としては、一般的に使用されるもので主成分の化学構造より分類すると、ポリアルキレングリコールエステルなどのポリエステル系、ポリアルキレングリコール誘導体等のグリコール系、ジメチルシリコーンを主成分とするシリコーン系、硫酸化脂肪酸系、及び油溶系ポリマーなどが挙げられる。
消泡剤は、エントラプトエアを消泡できれば品種は特に限定されるものではない。
消泡剤の使用量はエントラプトエア量により変動し、結合材１００部に対して、１部以下が好ましい。１部を超えて使用してもそれ以上の消泡効果が得られにくい。
空気量の減少は、乾燥収縮量、中性化速度の減少、及び強度増加を生じる。そのため、フレッシュ性状が確保されれば、空気量は少ない方が好ましい。
【００１４】
本発明で使用する乾燥収縮低減剤は、ノニオン系界面活性剤の一種で、通常、純分９９％以上の液体で、セメントコンクリート硬化体（以下、単に硬化体という）中の細孔にある水に溶解して、蒸発するときの水の表面張力を低下させるものである。
乾燥収縮低減剤の基本構造は、ポリオキシアルキレン重合物を有し、末端に低級アルコール、フェノール、及びアミノ結合物を付加したものである。
具体的には、ポリプロピレングリコール、エチレンオキシドメタノール付加物エチレンオキシド・プロピレンオキシドブロック重合物、エチレンオキシド・プロピレンオキシドランダム重合物、グリコールのシクロアルキル基付加物、グリコールの両端にメチル基を付加した付加物、グリコールのフェニル基付加物、グリコールにメチルフェニル基を付加したブロック重合物、グリコールの両端にエチレンオキサイドメタノールを付加した付加物、及びグリコールにジメチルアミンを付加した付加物等が使用可能である。
乾燥収縮低減剤の使用量は、結合材１００部に対して、０．２〜６部が好ましく、０．５〜４部がより好ましい。０．２部未満では所定の乾燥収縮低減効果を得ることが難しい場合があり、６部を超えると乾燥収縮低減効果が頭打ちになりコストフォーマンスが悪くなる場合がある。
【００１５】
本発明では、さらに、ブリーデング低減剤や減水剤を使用することが可能である。
【００１６】
ブリーデング低減剤としては、セルロース系ブリーデング低減剤やバイオポリマー系ブリーデング低減剤が使用可能である。
【００１７】
セルロース系ブリーデング低減剤には、カルボキシメチルセルロース、メチルセルロース、エチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース、ヒドロキシエチルメチルセルロース、ヒドロキシプロピルメチルセルロース、及びヒドロキシエチルエチルセルロースがある。
セルロース系ブリーデング低減剤は、性能的には１％水溶液の粘度が１０ｃｐ以上であることが好ましい。１０ｃｐ以下ではブリーデング低減効果が少ない。
セルロース系ブリーデング低減剤の使用量は、結合材１００部に対して、０．１〜０．５部が好ましい。０．１部未満ではブリーデング低減効果が得にくい場合があり、０．５部を超えるとモルタル又はコンクリートの粘性が増加し、作業性が損なわれる場合がある。
【００１８】
バイオポリマー系ブリーデング低減剤としては、ウエランガム、キサンタンガム、プルラン、及びグルカンなどの微生物による合成品が挙げられる。
バイオポリマー系ブリーデング低減剤の使用量は、結合材１００部に対して、０．０１〜０．５部が好ましい。０．０１部未満ではブリーデング低減効果が得にくい場合があり、０．５部を超えるとモルタル又はコンクリートの凝結時間が伸びる場合がある。
【００１９】
減水剤としては、ＡＥ減水剤、高性能減水剤、及び高性能ＡＥ減水剤が本発明で使用可能である。
ＡＥ減水剤は、一般土木・建築構造物に使用されるモルタル又はコンクリートに使用されるもので、リグニンスルホン酸化合物系、変性ポリオール系、及びオキシカルボン酸塩系がある。
ＡＥ減水剤の使用量は形態や使用状況により、結合材１００部に対して、０．２〜１．５部が好ましい。
また、高性能減水剤は、二次製品コンクリートに使用されるモルタル又はコンクリートに使用されるもので、縮合メラミンスルホン酸塩、縮合芳香族スルホン酸塩、及びポリカルボン酸塩等が挙げられる。
高性能減水剤の使用量は、結合材１００部に対して、０．５〜２．０部が好ましい。
さらに、高性能ＡＥ減水剤は、高性能減水剤に比べてスランプ保持性能が優れ、高強度コンクリート、高流動コンクリート、及び高耐久性コンクリートなどに使用されるもので、ポリカルボン酸エーテル、架橋ポリマ−、配向ポリマー、ポリエーテルカルボン酸、マレイン酸共重合物、マレイン酸エステル共重合物、マレイン酸誘導体共重合物末端スルホン基を有するカルボキシル基含有多元ポリマー、及びポリカルボン酸グラフトコポリマー又はそれらが複合されたものがある。
高性能ＡＥ減水剤の使用量は、結合材１００部に対して、０．２〜５部が好ましい。
減水剤の使用量範囲未満では、所定のフレッシュ性状やその保持が難しく、使用量範囲を超えると材料分離や凝結遅延が生じる場合がある。
【００２０】
【実施例】
以下、本発明を実験例に基づいてさらに説明する。
【００２１】
実験例１
セメントと膨張材からなる結合材１００部と細骨材２００部とをミキサに投入し、３０秒間空練りし、その後、水４３部、表１に示す固形分換算の耐久性向上材Ａを添加し、９０秒練り混ぜ、モルタルを調製した。表１に結合材１００部中の膨張材αの使用量を示す。
調製したモルタルを用い、乾燥収縮量、圧縮強度、及び相対的動弾性係数比を測定した。結果を表１に併記する。
【００２２】
＜使用材料＞
セメント  ：普通ポルトランドセメント、３種混合品
細骨材    ：川砂、５ｍｍ下、比重２．６０
耐久性向上材Ａ：中空微小球、塩化ビニリデン、粒径４０μｍ
膨張材α  ：カルシウムサルホアルミネート系膨脹材、市販品
【００２３】
＜測定方法＞
乾燥収縮量：ＪＩＳ  Ａ  ６２０２「コンクリート用膨張材」付属書１に準じて測定
圧縮強度  ：ＪＩＳ  Ｒ  ５２０１「セメントの物理試験方法」に準じて測定
相対的動弾性係数比：凍結融解試験で、ＪＩＳ  Ａ  １１４８「コンクリートの凍結融解試験方法」のＡ法水中凍結水中融解試験方法に準じて測定
【００２４】
【表１】
2005008484.tif 000002
【００２５】
実験例２
固形分換算の耐久性向上材Ａ１．０部、膨張材α１０部、及び表２に示す量の消泡剤ａを用いて、実験例１と同様に行った。結果を表２に併記する。
【００２６】
＜使用材料＞
消泡剤ａ  ：ジメチルシリコーン、市販品
【００２７】
【表２】
2005008484.tif 000003
【００２８】
実験例３
表３に示す固形分換算の耐久性向上材Ａ、膨張材β、及び乾燥収縮低減剤を用いて、実験例１と同様に行い、圧縮強度と相対的動弾性係数比を測定した。結果を表３に併記する。
【００２９】
＜使用材料＞
膨張材β  ：石灰系膨張材、市販品
乾燥収縮低減剤：エチレンオキサイドとプロピレンオキサイドの共重合体、市販品
【００３０】
【表３】
2005008484.tif 000004
【００３１】
実験例４
セメント９０部、膨張材α１０部、細骨材２６８部、及び粗骨材２９５部をミキサに投入し、３０秒間空練りし、その後、水５５部、消泡剤ｂ０．５部、表４に示す固形分換算の耐久性向上材Ｂ、ブリーディング低減剤、及び減水剤イを添加し、９０秒間コンクリートを練り混ぜた。
練り混ぜたコンクリートを用い、圧縮強度と相対的動弾性係数比を測定した。
比較のため、耐久性向上材、消泡剤、及びブリーディング低減剤を使用しないで、空気量が５％となるようにＡＥ剤を使用し、コンクリートを練り混ぜ、同様に実験を行った。結果を表４に併記する。
【００３２】
＜使用材料＞
粗骨材    ：砕石、２０ｍｍ以下、密度２．６５
耐久性向上材Ｂ：中空微小球、塩化ビニリデン、粒径６０μｍ
消泡剤ｂ  ：ポリアルキレングリコール誘導体、市販品
ブリーディング低減剤：メチルセルロース系、市販品
減水剤イ  ：ＡＥ減水剤、リグニンスルホン酸系、市販品
ＡＥ剤    ：変性アルキルカルボン酸系陰イオン界面活性剤、市販品
【００３３】
＜測定方法＞
圧縮強度  ：ＪＩＳ  Ａ  １１３２「コンクリートの強度用供試体の作り方」とＪＩＳ  Ａ  １１０８「コンクリートの圧縮強度試験方法」に準じ測定
【００３４】
【表４】
2005008484.tif 000005
【００３５】
実験例５
セメント８７．５部、膨張材α１２．５部、細骨材１９４部、及び粗骨材２６３部をミキサに投入し、３０秒間空練りし、その後、水４０部、消泡剤ｂ０．５部、表５に示す固形分換算の耐久性向上材Ｂ、ブリーディング低減剤、及び減水剤ロを添加し、９０秒間コンクリートを練り混ぜた。
前置き時間を２時間とり、その後２０℃／ｈの昇温速度で最高温度６５℃、保持時間３時間、その後徐冷の蒸気養生を行い、圧縮強度と相対的動弾性係数比を測定した。
比較のため、耐久性向上材、消泡剤ｂ、及びブリーディング低減剤を使用しないで、ＡＥ剤を使用し、空気量５％のコンクリートを練り混ぜ、同様に実験を行った。結果を表５に併記する。
【００３６】
＜使用材料＞
減水剤ロ  ：高性能減水剤、ナフタレンスルホン酸塩系、市販品
【００３７】
【表５】
2005008484.tif 000006
【００３８】
実験例６
セメント９１．３部、膨張材α８．７部、炭酸カルシウム粉末４４部、細骨材１７９部、及び粗骨材１５１部をミキサに投入し、３０秒間空練りし、その後、水４９部、消泡剤ｂ０．５部、表６に示す固形分換算の耐久性向上材Ｂ、ブリーディング低減剤、及び減水剤ハを添加し、９０秒間コンクリートを練り混ぜ、フロー６５０ｍｍの高流動コンクリートを調製し、実験例４と同様に行った。結果を表６に併記する。
【００３９】
＜使用材料＞
減水剤ハ  ：高性能ＡＥ減水剤、ポリカルボン酸系、市販品
炭酸カルシウム粉末：市販品、密度２．７０ｇ／ｃｍ３、ブレーン値５，０００ｃｍ２／ｇ
【００４０】
【表６】
2005008484.tif 000007
【００４１】
【発明の効果】
本発明のセメント組成物を使用した硬化体は、乾燥収縮が少なく、凍結融解抵抗性の高いものとなった。