(57)【要約】【課題】  安価な生石灰を、例えば従来のように他の原料成分を加えてクリンカ焼成物を製造するような煩雑な処理を経ることもなく、且つコストの増加を殆どもたらさずに、モルタルやコンクリート用の膨張材として十分使用できるようにし、モルタルやコンクリートの収縮や外圧に十分対抗できるような安定した膨張力を付与できる膨張材、特に、大量に使用しなくともケミカルプレストレスの導入を可能にした膨張材及びケミカルプレストレスが導入できるコンクリートの提供を課題とする。【解決手段】  粒径９０μｍ以下の粒子が９０重量％以上、粒径１０μｍ以下の粒子が５０〜９０重量％及び粒径２．２μｍ以下の粒子が１８〜３０重量％の粒度構成からなる生石灰粒を有効成分とするモルタル・コンクリート用膨張材、また、セメント１００重量部及と該モルタル・コンクリート用膨張材を５〜２０重量部を含有してなるコンクリート。【選択図】    なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
粒径９０μｍ以下の粒子が９０重量％以上、粒径１０μｍ以下の粒子が５０〜９０重量％及び粒径２．２μｍ以下の粒子が１８〜３０重量％の粒度構成からなる生石灰粒を有効成分とするモルタル・コンクリート用膨張材。
【請求項２】
更にブレーン比表面積４０００ｃｍ2／ｇ以上の無水石膏を含有してなる請求項１記載のモルタル・コンクリート用膨張材。
【請求項３】
セメント１００重量部及び請求項１又は２記載のモルタル・コンクリート用膨張材を５〜２０重量部を含有してなるコンクリート。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モルタルやコンクリートに膨張性を付与する混和材、特にケミカルプレストレスの導入を可能にする膨張材及びケミカルプレストレスを導入できるコンクリートに関する。
【背景技術】
【０００２】
例えばボックスカルバートやヒューム管などコンクリート製品の中には常時外圧負荷を受ける状態で使用されるものがある。このようなコンクリート製品では、部材厚さを増したり、特定の膨張材を用いてケミカルプレストレスを導入したコンクリートを使用して強度の向上を図り、耐圧強度を確保させている。
【０００３】
部材厚を厚くすると重量が増大するため大型のコンクリート製品などでは搬送や設置作業に制約が生じることが多く、また水和熱が蓄積され易くなるため、収縮によるひび割れ発生の可能性が高まる。一方、ケミカルプレストレスを導入できる膨張材を混和したコンクリートでは、部材厚を増大させずに強度の向上が可能なため、軽量化が図れ、また収縮を著しく抑制することができる。このような膨張材としては、カルシウムサルホアルミネートなどのエトリンガイト形成物質を生成させたクリンカ粉砕物を主成分とする膨張材（例えば特許文献１参照。）や遊離生石灰とエーライトを生成させたクリンカ粉砕物を主成分とする膨張材（例えば特許文献２参照。）、無水石膏と遊離生石灰を生成させたクリンカ粉砕物を主成分とする膨張材（例えば特許文献３参照。）、エトリンガイト形成物質と遊離生石灰を生成させたクリンカ粉砕物を主成分とする膨張材（例えば特許文献４参照。）などが知られているが、何れも水和反応時期や膨張力を調整する上で複数の成分原料を微妙に組み合わせたものを焼成し、クリンカ鉱物相として生成させたものを用いるため、単位重量あたりの価格が普通セメントよりもかなり高くなる。加えてこのような膨張材はコンクリート単位量あたりの使用量を多くしなければ所望のケミカルプレストレスを導入できないため、該膨張材を使用したコンクリートの製造コストも上昇する。
【０００４】
【特許文献１】特公昭４２−２１８４０号公報
【特許文献２】特公昭５３−１１７０号公報
【特許文献３】特開平１１−１２００６号公報
【特許文献４】特開２００２−２９７９７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
収縮を抑制したり、有効なケミカルプレストレスをコンクリートに導入する場合、高い膨張を示し且つ安価な生石灰を、例えば他の生成物質と共にクリンカ鉱物中に析出させるような複雑な処理を経ることなく、混和材として利用できれば製造コストを抑えることができる。しかるに、生石灰は水和活性が非常に高く、単にセメント等に加えただけでは、注水すると生石灰が極めて短時間に水和反応を完結し、セメントが殆ど凝結していない間に膨張発現が終了するため、ケミカルプレストレスの導入は実質的にできず、また自己収縮に対する抑制効果も得難い。遅延剤等を併用して生石灰の水和反応時期を遅らすことも可能であるが、共存するセメントにも遅延作用が働くため、両者の水和反応時期のギャップは殆ど解消されない。また、生石灰に風化処理等を施せば、反応活性が低下し、水和反応期間の増長が図れる可能性もあるが、反応期間の調整はさほど容易でなく、処理作業も手間がかかる上に処理コストの加算も大きい。
【０００６】
そこで本発明は、安価な生石灰を、例えば従来のように他の原料成分を加えてクリンカ焼成物を製造するような煩雑な処理を経ることもなく、且つコストの増加を殆どもたらさずに、モルタルやコンクリート用の膨張材として十分使用できるようにしたものであり、モルタルやコンクリートの収縮や外圧に十分対抗できるような安定した膨張力を付与できる膨張材にせしめることであり、特に、大量に使用しなくともケミカルプレストレスの導入を可能にした膨張材及びケミカルプレストレスが導入できるコンクリートの提供を課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者らは検討を重ねた結果、生石灰の水和反応活性が生石灰粒子の粒度に影響することに着目し、特定の粒度構成に調整したところ、これをモルタルやコンクリートに混和しても過激な水和反応を起こさず、セメントの凝結始発以降も着実に水和反応が継続し、モルタルやコンクリートに膨張作用を安定して付与できたこと、またこのような生石灰を特定量混和させたコンクリートは、ケミカルプレストレスを容易に導入でき、耐圧強度の高いコンクリートとなったこと等から本発明を完成するに至った。
【０００８】
即ち、本発明は、次の（１）〜（２）で表すモルタル・コンクリート用膨張材及び（３）で表すコンクリートである。（１）粒径９０μｍ以下の粒子が９０重量％以上、粒径１０μｍ以下の粒子が５０〜９０重量％及び粒径２．２μｍ以下の粒子が１８〜３０重量％の粒度構成からなる生石灰粒を有効成分とするモルタル・コンクリート用膨張材。（２）更にブレーン比表面積４０００ｃｍ2／ｇ以上の無水石膏を含有してなる前記（１）のモルタル・コンクリート用膨張材。（３）セメント１００重量部及び前記（１）又は（２）のモルタル・コンクリート用膨張材を５〜２０重量部を含有してなるコンクリート。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、従来のモルタル・コンクリート用の膨張材と概ね遜色ない膨張性状を有する膨張材を、従来品よりも容易に且つかなり安価に得ることができ、しかもケミカルプレストレスを導入させる作用もあるため、本膨張材を比較的少量配合使用するだけで、外圧に対する十分な強度を発現できるだけのケミカルプレストレスが導入されたコンクリートを容易に得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明のモルタル・コンクリート用膨張材に使用する生石灰は成分や履歴等は特に限定されず、また軟焼、中焼、硬焼の何れの生石灰でも用いることができるが、所定の粒度構成にする場合に、粉砕時間を短縮できる点で軟焼〜中焼の生石灰が好ましい。本発明のモルタル・コンクリート用膨張材に使用する生石灰の粒度構成は、粒径９０μｍ以下の粒子を９０重量％以上含むこととする。好ましくは、全て粒径９０μｍ以下とする。粒径９０μｍ以下の粒子が９０重量％未満の生石灰では、粗粒分が水和反応により過膨張を起こすことがある他、モルタルやコンクリート硬化後の表面に未反応の生石灰粗粒分が留り易くなり、そこに水分が付着するとポップアウト現象を生じて表面強度の低下や外観支障をきたすので好ましくない。また生石灰の粒度構成は、粒径１０μｍ以下の粒子が５０〜９０重量％であることも必須とする。粒径１０μｍ以下の粒子が９０重量％を超えるとセメントの凝結初期にまで膨張作用が集中することがあるので好ましくなく、５０重量％未満ではセメントの凝結始発よりも遅れて水和反応する生石灰の割合が増し、安定した膨張作用をモルタル・コンクリートに付与できないことがあるので好ましくない。更に生石灰の粒度構成は、２．２μｍ以下の粒子が１８〜３０重量％であることも必須とする。２．２μｍ以下の粒子が３０重量％を超えるとセメント凝結始発前に水和反応を完結する生石灰が多くなる傾向があり、膨張作用がモルタル・コンクリートに十分付与されないため好ましくなく、１８重量％未満ではセメントの凝結初期の膨張発現性が不足することがあるので好ましくない。以上の生石灰粒度構成にする方法は特に制限されないが、一例を示すと、篩目が９０μｍ、１０μｍ及び２．２μｍの篩を用い、生石灰の篩い分けを行って、篩目９０μｍを通過し１０μｍが非通過の粒子、篩目１０μｍを通過し２．２μｍが非通過の粒子、篩目２．２μｍを通過した粒子を別個に採取し、これを前記重量割合となるよう混合すれば良く、また大量に調整するには市販の分級機を使用できる。尚、生石灰粒の篩い分け、混合及びその保管はできるだけ乾燥環境で行われるのが望ましい。該生石灰の本発明のモルタル・コンクリート用膨張材中の含有量は３０重量％以上（１００重量％を含む。）であることが望ましい。３０重量％未満では他の性状に支障を及ぼさない使用量でモルタル・コンクリートの収縮を抑制するだけの膨張量の確保が困難になる。
【００１１】
また、本発明のモルタル・コンクリート用膨張材は、前記の生石灰に加えてブレーン比表面積４０００ｃｍ2／ｇ以上の無水石膏を含むものが好ましい。無水石膏の本膨張材中への含有方法は、前記生石灰に粉末状の該無水石膏を乾式混合するだけで良い。無水石膏が含有されるとセメント中の３ＣａＯ・Ａｌ2Ｏ3と反応し、エトリンガイトを生成し、セメント凝結中期以降の膨張発現性が付与され易くなる。使用する無水石膏はブレーン比表面積４０００ｃｍ2／ｇ以上であれば特に限定されないが、好ましくはブレーン比表面積６０００ｃｍ2／ｇ以上の無水石膏、より好ましくはブレーン比表面積６０００ｃｍ2／ｇ以上のＩＩ型無水石膏を使用する。ブレーン比表面積４０００ｃｍ2／ｇ未満の無水石膏では反応活性が低く、含有効果が十分得られないことがあるので好ましくない。本発明のモルタル・コンクリート用膨張材中の当該無水石膏の含有率は５〜６０重量％が好ましい。この含有率を超えると膨張作用の発現性が低下するので好ましくない。５重量％未満では無水石膏含有効果が殆ど発揮されない。また、本発明のモルタル・コンクリート用膨張材は、本発明の効果を喪失しない限り前記以外の成分、例えば各種セメントなどを含むものであっても良く、この場合も無水石膏含有の際と同様、生石灰粉末に混合するだけで良く、特にクリンカ焼成物まで作製する必要はない。
【００１２】
また、本発明のコンクリートは、セメント１００重量部と前記モルタル・コンクリート用膨張材を５〜２０重量部を含むものであり、この他に骨材と水を含み、また他の混和材・剤を適宜含むものであっても良い。本発明のコンクリートに使用するセメントは水硬性のセメントであれば何れのものでも良く、例えば、各種ポルトランドセメント、アルミナセメントやエコセメントなどの特殊セメント、フライアッシュセメントや高炉セメントなどの混合セメントを挙げることができる。また、前記モルタル・コンクリート用膨張材の含有量がセメント含有量１００重量部に対し、５重量部未満ではコンクリートに膨張作用が十分付与させず、ケミカルプレストレスが導入し難くなるので好ましくなく、２０重量部を超えると過膨張を起し易く、強度低下を起こすため好ましくない。また、本発明のコンクリートに使用する骨材は何れのものでも使用できる。骨材及び水の配合量は、一般に行われているコンクリートの配合設計の範囲で選定すれば良く、特に限定されるものではない。また、本発明のコンクリートに含有可能な混和材・剤は、例えば、モルタルやコンクリートに使用可能な、減水剤（高性能減水剤、高性能ＡＥ減水剤を含む）、空気連行剤、収縮低減剤、防錆剤、防水剤、消泡剤、増粘剤、ポゾラン反応性物質、潜在水硬性物質、繊維、顔料、硬化促進剤等が挙げられ、何れも本発明の効果を概ね低減しない範囲で使用することができる。また本発明のコンクリートの製造方法は特に限定されず、用途や施工条件に応じて適宜定めれば良く、骨材や水の配合量も一般に行われているようなコンクリートの配合設計の範囲で良い。単位セメント量については２６０ｋｇ／ｍ3にすると、ケミカルプレストレスを導入できるマトリックス強度が安定して確保できるため推奨され、３００ｋｇ／ｍ3以上にすると更にマトリックスの高強度化が達成できるのでより好ましい。
【実施例】
【００１３】
［膨張材の作製］  空気分級機（機種名；ターボクラシファイアＴＣ−１５Ｎ、日清エンジニアリング株式会社製）を用い、表１に示す粒度分布に調整した中焼生石灰と、ＩＩ型無水石膏（市販品）粉を表１に示す配合割合（重量比）にヘンシェルミキサで約５分間乾式混合することで、膨張材（本発明品Ａ〜Ｆ、参考品Ｇ〜Ｈ）を得た。
【００１４】
【表１】
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【００１５】
［膨張材を使用したコンクリート試験体の作製と性状］  前記混和材、普通ポルトランドセメント（太平洋セメント株式会社製）、粗骨材（表乾密度２．６５ｇ／ｃｍ2、栃木県岩瀬産砕石）、細骨材（表乾密度２．６０ｇ／ｃｍ2、静岡県小笠産陸砂）、ポリカルボン酸系高性能減水剤（商品名；コアフローＮＰ−５５、太平洋マテリアル株式会社製）及び水を表２に記す配合量にすべくパン型強制ミキサに一括投入し、約２分間混練した。この混練物からＪＩＳ  Ａ  ６２０２「コンクリート用膨張材」の附属書２に記された拘束膨張Ｂ法に準じた方法で試験体を作製した。得られた試験体は温度２０℃で湿度８０％の環境下で４時間前養生した後、毎時約２０℃の昇温速度で６５℃まで加熱し、当該温度で４時間蒸気養生を行った後、自然放冷した。次いで、この蒸気養生を行った試験体を、約２０℃の水中で最長材齢１４日まで養生した。蒸気養生終了直後の試験体（材齢１日）の拘束膨張率と水中養生材齢７及び１４日の試験体の残存膨張率をそれぞれ測定した。更に、各材齢で硬化した試験体表面のポップアウトの有無を目視で観察した。以上の結果も表２に記す。
【００１６】
【表２】
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【００１７】
表２より、本発明の膨張材を適正使用したコンクリート（実施例１〜６）はケミカルプレストレスが導入され、何れも高い膨張を示すことがわかるが、本発明外の膨張材（参考品１及び２）を使用したコンクリート（比較例１及び２）は何れも膨張が低く、ポップアウトによる表面状態の乱れが見られたもの（比較例１）があった。
【産業上の利用可能性】
【００１８】
本発明のモルタル・コンクリート用膨張材は、モルタルやコンクリートに配合使用することで収縮を十分抑制できるため、セメント系の各種充填材、補修材、グラウト材や現場打マスコンクリート等への使用に適する他、安定した寸法精度と耐圧強度が要求されるコンクリート成形製品、軽量化が要求される大型のコンクリート製品への使用にも適す。また、本発明のコンクリートはケミカルプレストレスが導入できるため、特に３軸拘束されたＳＣ杭などの鋼合板コンクリート等のコンクリート製品や鉄筋コンクリートなどへの利用に好適である。