(57)【要約】【課題】モルタルやコンクリートに対し高い圧縮強度を発生させることができ、かつ優れた成形性を備えさせることができる超高強度モルタル・コンクリート用混和材の提供。【解決手段】（Ａ）８０重量％以上が粒径１０μｍ以下の粒子からなる高炉スラグ微粉末１００重量部、（Ｂ）８０重量％以上が粒径６μｍ以下の粒子からなる無水石膏８００〜１２５０重量部、及び（Ｃ）シリカフューム５００〜１２５０重量部を含有する超高強度モルタル・コンクリート用混和材。【選択図】      なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
（Ａ）８０重量％以上が粒径１０μｍ以下の粒子からなる高炉スラグ微粉末１００重量部、（Ｂ）８０重量％以上が粒径６μｍ以下の粒子からなる無水石膏８００〜１２５０重量部、及び（Ｃ）シリカフューム５００〜１２５０重量部を含有する超高強度モルタル・コンクリート用混和材。
【請求項２】
さらに（Ｃ）早強ポルトランドセメントを高炉スラグ微粉末１００重量部に対し５００〜１０００重量部含有するものである請求項１記載の超高強度モルタル・コンクリート用混和材。
【請求項３】
ポルトランドセメント、及び請求項１記載の超高強度モルタル・コンクリート用混和材をポルトランドセメント１００重量部に対し５〜３０重量部含有する成形用水硬性組成物。
【請求項４】
さらに減水剤をポルトランドセメント１００重量部に対し０．５〜３．５重量部含有するものである請求項３記載の成形用水硬性組成物。
【請求項５】
遠心成形用水硬性組成物である請求項３又は４記載の成形用水硬性組成物。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、超高強度のモルタルやコンクリート製品を製造するためにポルトランドセメントに配合して使用する混和材及びこれを用いた遠心成形に適した水硬性組成物に関する。
【０００２】
【従来の技術】
パイル、ポール、ボックスカルバート及びヒューム管など比較的高い強度が要求されるコンクリート成形体は、一般に、セメントに対する水配合量を低減させたり、蒸気養生等の加温養生を行って製造すると、容易に強度を向上させることができる。しかし、このような方法では向上できる強度はあまり高くなく、得られたコンクリート成形体も使用環境や用途によっては実用的な強度や耐久性に達していないものも多いため、高強度化のための様々な改善策が講じられてきた。蒸気養生で製造されるコンクリート成形体の高強度化を図る方法として、石膏類を比較的大量に添加する方法が知られている（例えば特許文献１参照）。この方法では、常圧蒸気養生後の脱型時に圧縮強度がおよそ６０ＭＰａまでの成形体が得られるものの、さらに高い強度を要求される場合も少なくなく、また耐久性については依然不足感が解消されない。このため、無水石膏に加えて、高炉スラグ粉末等の特定の潜在水硬性物質を併用することで、長期強度の発現性が高まり、常圧蒸気養生後の脱型時に圧縮強度がおよそ８０ＭＰａまでのものが得られ、耐久性も高まることが知られている（例えば特許文献２参照）。
【０００３】
しかるに、無水石膏に高炉スラグ粉末を加えたものをセメントに配合して得られたコンクリート成形体は、初期強度発現性の改善は殆ど図れず、またセメントに対する配合水の低減化も成形性の低下を伴い易いため限界があって、これ以上の高強度化は困難である。また、パイル、ポール又はヒューム管などを製造する際に行われている遠心力で締固めて成形しようとすると、石膏成分の影響で水和反応完結までに時間がかかるため、成形中の残余水分によってノロ或いはトロと称されるスラッジが発生し易く、これが成形体内面に絞り出されて成形性やとりわけ保形性に支障を及ぼし易い。この傾向は遠心成形を低速回転で行うほど強まる。
【０００４】
石膏と高炉スラグ粉末に、シリカフューム等のポゾラン物質微粉を併用すれば、早期強度の発現性も高めることができ、より一層の高強度化が期待できる（例えば特許文献３参照）が、遠心成形時のスラッジ発生問題は残ったままである。
【０００５】
【特許文献１】
特公昭５６−４０１０４号公報
【特許文献２】
特公平０７−０３５２７号公報
【特許文献３】
特開平１１−１５７８８９号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、比較的強度発現性の低い例えば普通ポルトランドセメントのようなセメントを主要結合成分とするモルタルやコンクリートに混和しても、概ね１００ＭＰａ以上の圧縮強度を発現させることができ、かつ優れた成形性を備えさせることができる超高強度モルタル・コンクリート用混和材、並びに遠心成形の際、一般に成形体形状精度を向上させるために低速回転にすると成形体内面に付着する可能性が高まるスラッジを、高速回転はもとより低速回転で遠心成形しても発生量を極めて少なくできる、遠心成形性に適した高強度水硬性組成物を提供することを課題とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は、上記課題を解決するために、鋭意研究した結果、何れも特定の粒度分布を有する無水石膏と高炉スラグ微粉末にシリカフュームを特定の割合で組合わせた粉体混合物を、ポルトランドセメントに所定量添加することにより、良好な遠心成形性と高度な耐久性を維持しながら、常圧蒸気養生後の脱型時に１００ＭＰａ以上の圧縮強度が得られるという驚くべき事実を見出し、この発明を完成させるに至った。
【０００８】
すなわち、本発明は、（Ａ）８０重量％以上が粒径１０μｍ以下の粒子からなる高炉スラグ微粉末１００重量部、（Ｂ）８０重量％以上が粒径６μｍ以下の粒子からなる無水石膏８００〜１２５０重量部、及び（Ｃ）シリカフューム５００〜１２５０重量部を含有する超高強度モルタル・コンクリート用混和材を提供するものである。
また、本発明は、ポルトランドセメント、及び前記の超高強度モルタル・コンクリート用混和材をポルトランドセメント１００重量部に対し５〜３０重量部含有する成形用水硬性組成物を提供するものである。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明で用いる高炉スラグ微粉末（Ａ）は、溶鉱炉で銑鉄を作る際に副生する溶融スラグを急冷しガラス化したものを適切な粒径となるように粉砕又は粉砕・分級したもので、１０μｍ以下の粒子が８０重量％以上占める粒子からなるものである。また、主成分は酸化カルシウム、二酸化珪素、酸化アルミニウムである。１０μｍ以下の粒子が８０重量％未満では、十分な高強度化が得られないか、低速回転の遠心成形において内面層の十分な保形性が得られない場合がある。
【００１０】
本発明で使用する無水石膏（Ｂ）としては、結晶系は特に限定するものではないが、例えば最も汎用なＩＩ型無水石膏を挙げることができる。また使用する無水石膏の粒径は６μｍ以下の粒子が、８０重量％以上占める粒子からなるものである。本発明の混和材におけるこのような無水石膏の主な作用は、早期にエトリンガイトを生成させて微細構造とし、早期の超高強度化を図ることである。無水石膏の６μｍ以下の粒子が、８０重量％未満では、活性力が低下して水和反応完結までに時間がかかって初期強度発現性に支障を及ぼすことがあって、高い強度の向上が得られず、また低速回転の遠心成形において内面層の十分な保形性が得られない場合もある。本発明混和材中の無水石膏含有量は、高炉スラグ微粉末１００重量部に対して、８００〜１２５０重量部であるが、８００〜１２００重量部、特に８００〜１１００重量部が好ましい。８００重量部より少ないと早期強度発現が不足し、また、１２５０重量部より多いと未反応成分が残り、遅れ膨張破壊を引き起こす可能性がある。
【００１１】
本発明に用いられるシリカフューム（Ｃ）は特に限定されるものではないが、一般的なものでフェロシリコンや金属シリコンなどの製造時に副生される非晶質の二酸化珪素を主原料とし、平均粒径０．１μｍ程度、ＢＥＴ比表面積が２０ｍ２／ｇ程度の球形超微粒子が良い。本発明におけるシリカフュームの主な作用は、マイクロフィラー効果によりセメント水和物の隙間に入り込み、緻密化されること、並びにポゾラン反応による水和物の生成などにより高強度化、特に反応活性の高さから初期強度の向上を達成することである。また、本発明におけるシリカフュームの添加は、このシリカフューム微粒子が適度に水を保持すること、他の粒子間隙にシリカフューム微粒子が充填され、最密充填構造に近くなること等の理由で大きく寄与する。本発明混和材中のシリカフューム含有量は、高炉スラグ微粉末１００重量部に対して５００〜１２５０重量部であるが、６００〜１２００重量部、特に６００〜１１００重量部が好ましい。５００重量部より少ないと超高強度化が達成し難く、また保形性も低下する。また１２５０重量部より多いと、低速での遠心力締め固め時の内側の保形層形成能力が低下することがある。
【００１２】
本発明の超高強度混和材には、前記成分に加えて、早強ポルトランドセメント（Ｃ）を含有するのが好ましい。早強ポルトランドセメントの含有量は高炉スラグ微粉末１００重量部に対し、５００〜１０００重量部、さらに５００〜９００重量部、特に５００〜８５０重量部とするのが好ましい。早強ポルトランドセメントを含有することによって５〜３０μｍ付近の粒子が補填され、混練時の作業性が改善されると共に、水和初期の強度発現に強く影響するエーライト（ＣａＯ・３ＳｉＯ２）の含有量が増えて強度が著しく高まる等の作用が付与される。早強ポルトランドセメントの含有量が５００重量部未満ではこの作用が殆ど発現され無いので好ましくない。また１０００重量部を超える含有量では水配合時の粘性が高くなり過ぎることがあるため好ましくない。また、本発明の超高強度混和材は、本発明の効果を損なわない限り、前記成分と早強ポルトランドセメント以外の成分を含有したものであっても良い。
【００１３】
また、本発明の成形用水硬性組成物は、ポルトランドセメントに、（Ａ）高炉スラグ微粉末、（Ｂ）無水石膏及び（Ｃ）シリカフュームを前記の量で含有する超高強度モルタル・コンクリート用混和材を、ポルトランドセメント１００重量部に対し５〜３０重量部含有するものである。ここで、超高強度混和材の好ましい含有量は５〜１５重量部である。当該ポルトランドセメント１００重量部に対する前記超高強度混和材の含有量が５重量部未満では、所望の強度発現性が得られないので好ましくなく、３０重量部を超えると石膏成分の添加量過多となって、遅れ膨張亀裂発生の懸念や早期強度発現作用の低下等を起こすことがあるため好ましくない。
【００１４】
本発明の成形用水硬性組成物に用いられるポルトランドセメントとしては、水和反応性と組成物全体の粒子構成の点から、普通ポルトランドセメント、早強ポルトランドセメント及びこれらの混合物が好ましい。
【００１５】
また、本発明の成形用水硬性組成物には、さらに減水剤を含有させるのが好ましく、その含有量はポルトランドセメント１００重量部に対し０．５〜３．５重量部、特に０．５〜２．５重量部が好ましい。ポルトランドセメント１００重量部に対する含有量が０．５重量部未満では配合効果が乏しく好ましくない。また３．５重量部を超える含有量では凝結遅延による硬化不良や強度発現不良等を起こすことがあるため好ましくない。
また、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減水剤と称されているものでも良い。好ましくは、ナフタレンスルホン酸系高性能減水剤又はポリカルボン酸系高性能減水剤が挙げられる。
【００１６】
本発明の成形用硬性組成物は、前記成分の他、例えば細骨材、粗骨材、収縮低減剤、消泡剤、顔料、膨張材、炭酸カルシウム等の無機粉体等を本発明の効果を喪失しない範囲で適宜配合することができる。また推奨される水の配合量は、ポルトランドセメント１００重量部に対し、１８〜３０重量部とする。
【００１７】
本発明の成形用水硬性組成物は、遠心成形に最も適したものであるが遠心成形以外の成形手法、例えば振動成形や流込み成形にも十分適用でき、非常に高い強度の成形体を得ることができる。また遠心成形に使用する場合も遠心成形の方法は特に限定されず、その条件も低速〜高速回転の何れででも対応できる。
【００１８】
本発明の超高強度混和材を添加したコンクリートにおいては、セメント成分を含めた粒度分布が適正な最密充填構造となるため、高速回転はもとより低速回転で遠心成形してもスラッジの発生がほとんどなく、圧縮強度で約１００ＭＰａ以上の超高強度の成形体を容易に得ることができる。
【００１９】
【実施例】
次に実施例を挙げて本発明を詳細に説明するが、本発明は何らこれに限定されるものではない。
【００２０】
（１）使用材料
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【００２１】
（２）混和材
混和材は、表１記載の配合となるように各使用材料をレーディゲミキサーに一括投入し、８分間乾式混合し、製造した。
【００２２】
【表１】
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【００２３】
（３）表１記載の混和材を用い、表２記載の処方でコンクリート成形体を製造し、以下の試験を行った。その試験結果を表３に示した。
【００２４】
（４）成形体の製造法
表１記載の混和材を用い、表２記載のコンクリート配合をベースに、表３記載の処方でコンクリート成形体を製造し、以下の試験を行った。その試験結果を表３に併せて示した。なお、本発明混和材は所定の量を表２記載中の砂（Ｓ）と容積置換して用い、高性能減水剤の量は、スランプが所定の範囲に収まるように適宜調整した。コンクリートの練り混ぜは常法により行った。常圧蒸気養生は、前置き時間を４時間とし、１５℃／ＨＲで７０℃まで昇温させ、７０℃で４時間保持した後、放冷とした。表３中に記載した混和材の添加率はセメント１００重量部に対する添加率（重量％）である。
【００２５】
【表２】
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【００２６】
（５）試験方法
【００２７】
（ａ）粒度分布測定
混和材原料として用いる高炉スラグ微粉末及び無水石膏の粒度分布は、堀場製作所製レーザ回折／散乱式粒度分布測定装置（Ｍｏｄｅｌ  ＬＡ−９２０）にて、エタノール中に試料を投入し、超音波分散させた後、測定を行った。
【００２８】
（ｂ）圧縮強度
ＪＩＳ  Ａ  １１０８に準拠し、内寸法φ１０ｃｍ×高さ２０ｃｍの金属製型枠に三層にわけて打設し、各層打設毎に、３０秒ほど振動をかけて脱泡を行い、所定の常圧蒸気養生を行い供試体とし、所定の材齢にて試験を行った。なお、脱型後の養生は気中養生とした。
【００２９】
（ｃ）遠心成形性
ＪＩＳ  Ａ  １１３６に準拠し、φ２０ｃｍ×３０ｃｍの小型遠心管を、次に示す２条件で遠心成形を行い、締め固め性及び保形性等の遠心成形性を評価した。
通常遠心成形法：５Ｇで１分→１５Ｇで２分→３５Ｇで８分
低速回転成形法：２Ｇで５分→４Ｇで３分→２０Ｇで３分
各評価方法は以下の通り。
締め固め性：通常条件で遠心成形を行った場合に、内面の仕上がり状態が通常に締め固まるものを良好、内面が波打つものを不良とした。また、通常条件で締め固め後に内面に残る脆弱層（ノロ層）の厚さを測定した。
低速回転時の保形性：低速回転で試験をした場合に、ドロドロとしたスラッジの発生が無く、内面に外部の強固な締め固め層よりも若干柔らかな保形層が形成されかつ、内面の波打ち等が無いものを良好とした。一方、ドロドロとしたスラッジが発生するもの、保形層が形成されても内面が波打っているものは不良とした。
【００３０】
（ｄ）耐凍害性の評価
内寸法の高さ１０ｃｍ×幅１０ｃｍ×長さ４０ｃｍの金属製型枠に二層にわけて打設し、各層打設毎に、３０秒ほど振動をかけて脱泡を行い、所定の常圧蒸気養生を行い供試体とした。当該供試体を、脱型後１４日間の水中養生を行った後、ＪＩＳ  Ａ  １１４８に規程されるＡ法（水中凍結水中融解）にて凍結融解試験を行い、耐久性指数（ＤＦ値）を算出した。
【００３１】
（ｅ）中性化深さ
耐凍害性の評価で行ったのと同様にして、１０ｃｍ×１０ｃｍ×４０ｃｍの角柱供試体を成形・脱型後、１４日間は水中養生を行い、その後、相対湿度６０±５％、温度２０℃±２℃の気中にて２１日間養生し、さらに、その後、打ち込み面、底面及び両端面をエポキシ樹脂でシールし促進中性化試験用供試体とした。促進中性化の条件は、温度２０℃±２℃、相対湿度６０±５％、炭酸ガス濃度１０％とし、この条件下で９１日間養生した角柱供試体の中央部切断面にフェノールフェタレインを噴霧し、平均中性化深さを算出した。
【００３２】
【表３】
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【００３３】
表３から明らかように、本発明の超高強度モルタル・コンクリート用混和材を用いれば、高速回転はもとより低速回転で遠心成形してもスラッジの発生がほとんどなく、初期から極めて高強度のモルタル・コンクリートが得られる。これに対し、高炉スラグの粒径や無水石膏の粒径が特定の範囲でない場合、及び高炉スラグ、無水石膏及びシリカフュームの含有量が本発明の範囲外の場合には、これらの効果が十分に得られない。
【００３４】
【発明の効果】
本発明の超高強度モルタル・コンクリート用混和材を用いれば、高速回転はもとより低速回転で遠心成形してもスラッジの発生がほとんどなく、初期から極めて高強度のモルタル・コンクリートが得られる。