(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
原料セメントに当該原料セメント１００質量部に対して水５〜２５質量部を添加してミキサで混合した後、３日間以上保持して得られることを特徴とする２次粒子状の低反応活性セメント材料。
【請求項２】
平均粒径が２０〜７０μｍである請求項１に記載の低反応活性セメント材料。
【請求項３】
水和硬化物添加用である請求項１又は２に記載の低反応活性セメント材料。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モルタル又はコンクリート構造物の長期耐久性を確保するため、能動的にひび割れを修復する自己治癒性水和硬化物及び低反応活性セメント材料に関する。
【背景技術】
【０００２】
モルタル、コンクリート等の水和硬化物は、圧縮に対する耐力は大きい一方で引張に対する耐力は小さいため、水和硬化物に引張応力が作用したり、温度変化や乾燥によって体積変化が生じるとひび割れが生じ易いといった欠点がある。鉄筋コンクリート構造物にひび割れが発生すると、美観を損なうばかりでなく、大気中の炭酸ガスや雨水等がひび割れ面からコンクリート内部に浸透し、埋設された鉄筋を腐食させ、構造的な欠陥の原因ともなり得る。そのため、過度なひび割れの発生に対しては、防水工、止水工などの補修が行われてきた。
しかしながら、このようなひび割れの補修は、コンクリートの材料単価に比べると遥かに高いコストが係り、鉄筋コンクリート構造物の維持管理費を増大させるという問題がある。
【０００３】
このような問題を解決する手段として、特許文献１には、骨材として未水和のセメントクリンカーを含む自己修復性水和硬化物が開示されている。また、特許文献２には、打設後に硬化した時点において、セメントを含む粉体の未反応部分が残存するように構成したコンクリートが開示されており、その具体的な手段としては、水に対するセメント量を増加させること等が開示されている。
【０００４】
【特許文献１】特開平９−８６９８３号公報
【特許文献２】特開２００３−２６７７６５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述の水和硬化物にセメントクリンカーを配合する方法では、石膏成分が不足し、急結、瞬結の虞や、得られる水和硬化物の流動性に悪影響を与える虞がある。さらに、配合するセメントクリンカーの粒径が大きすぎると、局所的に発生するひび割れを修復できない可能性があり、粒径が小さすぎると、反応性が高すぎるため、ひび割れ発生の時点では水和がほぼ完了してしまい、セメントクリンカーがひび割れ修復に寄与できない可能性がある。また、水に対するセメント量を増加させる方法では、得られる水和硬化物の自己治癒能力が不十分であった。
本発明は、このような状況下で、優れた自己治癒能力を有する自己治癒性水和硬化物及び低反応活性セメント材料を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明者らは、前記目的を達成するために鋭意研究を重ねた結果、原料セメントに当該原料セメントの水和に必要な理論水量未満の水を含有させて得られる低反応活性セメント材料によりその目的を達成し得ることを見出し、この知見に基づいて本発明を完成にするに至った。
すなわち、本発明は、
１．原料セメントに当該原料セメント１００質量部に対して水５〜２５質量部を添加してミキサで混合した後、３日間以上保持して得られることを特徴とする２次粒子状の低反応活性セメント材料、
２．平均粒径が２０〜７０μｍである上記１に記載の低反応活性セメント材料、
３．水和硬化物添加用である上記１又は２に記載の低反応活性セメント材料、
を提供するものである。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、優れた自己治癒能力を有する自己治癒性水和硬化物及び水和硬化物に自己治癒能力を付与する低反応活性セメント材料を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
本発明の自己治癒性水和硬化物は、セメントと、水と、原料セメントに当該原料セメントの水和に必要な理論水量未満の水を含有させて得られる低反応活性セメント材料とを含有する。
本発明はまた、上記原料セメントに当該原料セメントの水和に必要な理論水量未満の水を含有させて得られる低反応活性セメント材料をも提供する。本発明の低反応活性セメント材料は、水和硬化物添加用として用いることで、得られる水和硬化物に自己治癒能力を付与することができる。
【０００９】
本発明で用いられるセメントとしては、例えば、普通、中庸熱、低熱、早強、超早強、耐硫酸塩など各種ポルトランドセメント、高炉セメントやフライアッシュセメントおよびシリカセメントなどの混合セメントなどから選ばれる少なくとも一種を挙げることができ、具体的には、ＪＩＳ  Ｒ  ５２１０、ＪＩＳ  Ｒ  ５２１１、ＪＩＳ  Ｒ  ５２１２、ＪＩＳ  Ｒ  ５２１３等で規定されたポルトランドセメント、高炉セメント、シリカセメント、フライアッシュセメント等が挙げられる。
また、本発明の低反応活性セメント材料の原料として用いられる原料セメントとしては、上記セメントと同様のものが用いられる。特に、ＪＩＳ  Ｒ  ５２１０に規定された低熱ポルトランドセメントが最も好ましい。
本発明の自己治癒性水和硬化物に用いられる水は特に限定されず、水道水でよい。
また、本発明の低反応活性セメント材料の原料として用いられる水についても特に限定されず、水道水でよい。
【００１０】
本発明の自己治癒性水和硬化物には、所望によりさらに細骨材を含有させることもできる。細骨材としては、例えば、通常のモルタルやコンクリートに使用されている山砂、陸砂、海砂、川砂、砕砂、高炉スラグ細骨材、フェロニッケルスラグ細骨材、銅スラグ細骨材や電気炉酸化スラグ等が挙げられる。上記細骨材は、ＪＩＳ  Ａ  １１０３「骨材の微粒分量試験方法」の方法により求められる微粒分量が５質量％以下であるものが好ましく、さらに好ましくは、３質量％以下である。
また、本発明の自己治癒性水和硬化物には、所望によりさらに粗骨材を含有させることもできる。粗骨材としては、例えば、川砂利、山砂利、陸砂利、海砂利、砕石、高炉スラグ粗骨材、電気炉酸化スラグ等が挙げられる。
使用する細骨材や粗骨材は、ともに所要強度を満足できる品質を持ったものを選定する。
【００１１】
本発明の低反応活性セメント材料は、原料セメントに当該原料セメントの水和に必要な理論水量未満の水を含有させて得られるものであり、この低反応活性セメント材料と、予め水を配合していないセメントとでは、反応活性が異なる。すなわち、セメントと、水と、本発明の低反応活性セメント材料とを含有する本発明の自己治癒性水和硬化物を調製した場合には、セメントが優先的に反応し、セメントの反応によって自己治癒性水和硬化物中の水のほとんどが消費される。すると、低反応活性セメント材料の反応に十分な水は欠乏し、この材料のほとんどが未反応核として残存する。未反応核として存在した低反応活性セメント材料は、一旦、自己治癒性水和硬化物の硬化体にひび割れが発生すると、外部から供給される水と徐々に反応していく。この低反応活性セメント材料と水との反応によって析出される水和物がひび割れを埋めることで、ひび割れの自己修復が実現される。
ここで、原料セメントの水和に必要な理論水量とは、原料セメント全てが水和した場合の化学的結合水の量と、原料セメント粒子と水とが反応する際に水和物に内包されて物理的に固定化される水量とを合計したものをいう。
【００１２】
本発明の低反応活性セメント材料としては、原料セメント１００質量部に対して水５〜２５質量部を含有させて得られるものが好ましく、水５〜１０質量部を含有させて得られるものがより好ましく、水５〜７質量部を含有させて得られるものがさらに好ましい。原料セメントに含有させる水の量が５質量部以上であると、原料セメントの反応活性が十分に低下し、２５質量部以下であると、得られる低反応活性セメント材料に未反応核が残るため、いずれにしても本発明の効果が顕著に発現される。
また、低反応活性セメント材料としては、原料セメントに水を含有させた後、３日間以上保持して得られるものが好ましく、７〜２８日間保持して得られるものがより好ましく、７〜１４日間保持して得られるものがさらに好ましい。原料セメントに水を配合してからの保持期間が３日間以上であると、原料セメントの反応活性が十分に低下するため、本願発明の効果がより顕著に発現する。
【００１３】
原料セメントに水を含有させる方法は、原料セメントと水とがある程度均一に混合される方法であればよく、例えば、予定量の原料セメントに対して、計量した水をミキサで混合して含有させる方法が挙げられる。
このようにして得られる本発明の低反応活性セメント材料は、原料セメントと水との接触により原料セメント粒子が凝集・結合した２次粒子状となる。従って、原料セメントの平均粒径が一般的に１０μｍ程度であるのに対し、本発明の低反応活性セメント材料の平均粒径は好ましくは２０〜７０μｍであり、より好ましくは４０〜５０μｍである。尚、上記平均粒径とは、レーザー回折・散乱法（マイクロトラック法）によって測定した粒度分布の数平均粒径である。
そして、本発明の低反応活性セメント材料をモルタルやコンクリート等の自己治癒性水和硬化物の材料として配合する場合には、モルタルやコンクリートの配合において用いられる細骨材の一部または全部と置換して用いるのがよい。
【００１４】
本発明の自己治癒性水和硬化物においては、上述の低反応活性セメント材料と細骨材との比率が、質量比で１０：９０〜２０：８０であると好ましく、１０：９０〜１５：８５であるとより好ましい。低反応活性セメント材料の比率が上記範囲より小さいと、ひび割れ部分の充填が不十分となり、十分な自己治癒能力が発現されず、また、低反応活性セメント材料の比率が上記範囲より大きいと、得られる自己治癒性水和硬化物の流動性が大幅に低下するので実用上好ましくない。
【００１５】
また、本発明の自己治癒性水和硬化物における、水セメント比は、質量比で１５〜５０％であると好ましく、１５〜４０％であるとより好ましい。尚、本発明の自己治癒性水和硬化物が含有する低反応活性セメント材料は、上記水セメント比におけるセメント分には算入されない。
【００１６】
本発明の自己治癒性水和硬化物には、所望によりさらにシリカフュームを含有させることができる。シリカフュームとは、金属シリコンやフェロシリコンの製造時に副生される非晶質二酸化珪素を主成分とする粒径約０．１〜０．３μｍの球状超微粒子材料であり、コンクリートに混和すると、その高いポゾラン活性やマイクロフィラー効果により硬化体が緻密化され、強度が増進する。
【００１７】
さらに、本発明の自己治癒性水和硬化物には、所望により減水剤を含有させることができる。この減水剤としては、高性能減水剤や、ポリカルボン酸塩系減水剤である高性能ＡＥ減水剤が挙げられる。高性能減水剤とは、ポリアルキルアリルスルホン酸塩系やメラミンホルマリン樹脂スルホン酸塩系のいずれかを主成分とするものである。
【００１８】
ポリアルキルアリルスルホン酸塩系高性能減水剤としては、メチルナフタレンスルホン酸ホルマリン縮合物、ナフタレンスルホン酸ホルマリン縮合物、及びアントラセンスルホン酸ホルマリン縮合物等が挙げられ、市販品としては電気化学工業（株）社製商品名「ＦＴ−５００」とそのシリーズ、花王（株）社製商品名「マイティ−１００（粉末）」や「マイティ−１５０」とそのシリーズ、第一工業製薬（株）社製商品名「セルフロー１１０Ｐ（粉末）」、竹本油脂（株）社製商品名「ポールファイン５１０Ｎ」などが挙げられる。メラミンホルマリン樹脂スルホン酸塩系高性能減水剤には、グレースケミカルズ社製商品名「ＦＴ−３Ｓ」、昭和電工（株）社製商品名「モルマスターＦ−１０（粉末）」や「モルマスターＦ−２０（粉末）」が挙げられる。
ポリカルボン酸塩系高性能ＡＥ減水剤としては、（株）エヌエムビー社製商品名「レオビルドＳＰ８」シリーズ、（株）フローリック社製商品名「フローリックＳＦ５００」シリーズ、竹本油脂（株）社製商品名「チュポールＨＰ８，１１」シリーズ、グレースケミカルズ（株）社製商品名「ダーレックススーパー１００，２００，３００，１０００」シリーズ、及び花王（株）社製「マイティ２１ＷＨ，３０００Ｓ」などが挙げられ、その他の市販品も使用される。
高性能減水剤や高性能ＡＥ減水剤の使用量は、前記セメント、水、細骨材及び低反応活性セメント材料の合計１００質量部に対し、通常１．０〜３．０質量部程度である。
【実施例】
【００１９】
参考例
早強ポルトランドセメント１００質量部及びＪＩＳ  Ｒ  ５２０１  附属書３に規定された標準砂２００質量部を、二軸強制練りミキサに投入し、３０秒間攪拌したのち、さらに水５０質量部を投入して３分間練り混ぜ、モルタルを調製した。モルタルの組成を第２表に示す。
モルタル調製後、直ちにモルタルフローを測定した。モルタルフローはＪＩＳ  Ｒ  ５２０１「セメントの物理試験方法」に準拠し、フローコーン引き上げ後に落下運動を与えない０打フローで比較検討した。測定したモルタルフローを第２表に示す。
次に、このようにして得られたモルタルから、１００ｍｍ×１００ｍｍ×１２０ｍｍの供試体を作製した。供試体作製から７日後に、割裂引張荷重を与えて幅０．１〜０．２ｍｍのひび割れを導入した。
【００２０】
上述のようにしてひび割れを導入した供試体に対して、下記の透水試験を行った。
（透水試験）
ひび割れ導入から７日後に、供試体上部のひび割れ部に、コンプレッサーによって０．０１Ｍｐａの透水圧をかけ、単位時間あたりの供試体下部への透水量を測定した。その後、ひび割れ導入から２８、５６、９１、１８２日後にも、同様にして透水試験を行った。ひび割れ導入から７〜１８２日後に行った透水試験について、（各回の透水量）／（ひび割れ導入から７日後に測定した透水量）で算出される透水比として第３表に示す。
【００２１】
実施例１（低反応活性セメント材料の調製）
普通ポルトランドセメント（セメントＮ）１００質量部に対して、水５質量部を添加してミキサで混合し、気温２０℃、湿度６０％下で７日間静置し、低反応活性セメント材料を得た。
【００２２】
実施例２（自己治癒性水和硬化物の調製）
実施例１で得られた低反応活性セメント材料２０〜４０質量部、早強ポルトランドセメント１００質量部及び細骨材としてＪＩＳ  Ｒ  ５２０１  附属書３に規定された標準砂１６０〜１８０質量部を、二軸強制練りミキサに投入し、３０秒間攪拌したのち、さらに水５０質量部を投入して３分間練り混ぜ、モルタルを調製した。セメントの種類、水投入量及び静置期間を第１表に、モルタルの組成を第２表に示す。また、調製したモルタルのモルタルフローを参考例と同様にして測定した。モルタルフローを第２表に示す。
次に、このようにして得られたモルタルから、１００ｍｍ×１００ｍｍ×１２０ｍｍの供試体を作製した。供試体作製から７日後に、割裂引張荷重を与えて幅０．１〜０．２ｍｍのひび割れを導入し、参考例と同様にして透水試験を行った。透水比を第３表に示す。
【００２３】
実施例３〜９（自己治癒性水和硬化物の調製）
第１表に示すセメントの種類、水投入量及び静置期間で、実施例１と同様にして低反応活性セメント材料を得た。第２表に示す組成で、実施例２と同様にしてモルタルを調製した後、供試体を作製し、透水試験を行った。結果を第３表に示す。
【００２４】
【表１】
0005169368.tif 000002
【００２５】
【表２】
0005169368.tif 000003
【００２６】
【表３】
0005169368.tif 000004
【００２７】
第３表に示すように、参考例においては、通水による供試体中のひび割れの目詰まりに起因すると考えられる透水量の減少が確認できるが、本発明の低反応活性セメント材料を用いたモルタルでは、透水量の減少が著しく、自己治癒能力の発現が確認できる。
【産業上の利用可能性】
【００２８】
本発明の低反応活性セメント材料は、モルタルやコンクリートに自己治癒能力を付与する性質を有し、構造物の建築等の様々な用途に用いられる。