(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ブレーン比表面積4,000cm2/gを超える粒度でガラス化率30％以下の徐冷スラグと、無水石膏及び／又はシリカ質微粉末を含有してなる、材料分離抵抗性が大きく、水和発熱量が小さく、かつ強度発現性が大きい、高流動セメントコンクリート用のセメント混和材。
【請求項２】
セメントと、請求項１記載のセメント混和材とを含有してなるセメント組成物。
【請求項３】
請求項２記載のセメント組成物において、徐冷スラグ100〜400kg/m3と、無水石膏10〜50kg/m3又はシリカ質微粉末10〜100kg/m3又は無水石膏とシリカ質微粉末の合計で10〜100kg/m3を配合してなる高流動セメントコンクリート。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、主に、土木・建築業界において使用されるセメント混和材、セメント組成物、及び高流動セメントコンクリートに関する。
なお、本発明ではセメントペースト、モルタル、及びコンクリートを総称してセメントコンクリートという。
また、本発明における部や％は特に規定しない限り質量基準で示す。
【０００２】
【従来の技術とその課題】
二酸化炭素排出量に関して、全産業に占める土木・建設業の割合は極めて大きく、環境負荷の低減が切望されている。
【０００３】
一方、近年、コンクリートに要求される性能は多様化しており、施工の合理化を目的として、締固めを必要とせず、自己充填性を有する高流動コンクリートが種々提案されている（JCI超流動コンクリート研究委員会報告書Ｉ及びII等）。
高流動コンクリートでは結合材量が少ないと材料分離が生じやすくなるため、通常、500kg/m3程度以上の単位結合材量を有している。
しかしながら、単位結合材量の多い高流動コンクリートは水和発熱量が大きく、環境負荷も大きいという課題があった。
【０００４】
このような課題を解決するために、石灰石微粉末を結合材の一部と置き換えて使用した高流動コンクリートが提案された（特開平05−319889号公報）。
石灰石微粉末はほとんど水硬性を示さないため、材料分離抵抗性のみを与えて余計な水和熱を生じないという利点を有している。
しかしながら、資源の少ない我が国にとって石灰石は貴重な天然資源であり、単にコンクリートに混和するだけの利用は資源の枯渇につながることから、工業原料としてもっと有効に利用するべきであるとの声も多いものであった。
【０００５】
一方、製鉄所から産業廃棄物として産出される高炉スラグはコンクリート分野では広範に利用されている。
【０００６】
高炉スラグは、急冷されてガラス化した高炉水砕スラグと、徐冷されて結晶化した徐冷スラグに大別される。
このうち、高炉水砕スラグはアルカリ潜在水硬性を有しており、セメントと同程度、もしくは、それ以上に細かく粉砕したものを高炉セメントの原料として利用している。
ガラス化した高炉水砕スラグはセメントクリンカーに多量に混和しても長期強度は低下しないという優れた潜在水硬性を有していることから、高強度コンクリートや高流動コンクリートなど様々な分野での研究がなされている。
しかしながら、ガラス化した高炉水砕スラグは強度発現性を示す反面、それに伴う水和発熱と自己収縮が大きくなるという課題を有していた。
水和発熱はひび割れを誘起する要因であるため、耐久的な鉄筋コンクリート構造物を構築する上で好ましくない現象である。
【０００７】
一方、徐冷スラグは、別名結晶化スラグ又はバラスとも呼ばれ、水硬性を示さないものである。
そのため、今日まで路盤材、セメント原料、あるいは、コンクリート用骨材としての利用など、比較的消極的な使い方しかされていなかった。
【０００８】
本発明者は、ブレーン比表面積が4,000cm2/gを超えるように粉砕した徐冷スラグを高流動セメントコンクリートへ適用すると、材料分離抵抗性に優れ、かつ、水和熱の少ない高流動セメントコンクリートができることを見出している。
しかしながら、前述のように徐冷スラグは水硬性を示さないことから、高炉水砕スラグに比べて強度発現性が小さく、高強度が要求される用途には向かないという課題があった。
【０００９】
そこで本発明者は、これらの課題を解決すべく、さらに種々の検討を重ねた結果、特定のセメント混和材を使用することで、材料分離抵抗性等の性能を保持しつつ、強度発現性が大きい高流動セメントコンクリートが得られるという知見を得て本発明を完成するに至った。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
即ち、本発明は、ブレーン比表面積4,000cm2/gを超える粒度でガラス化率30％以下の徐冷スラグと、無水石膏及び／又はシリカ質微粉末を含有してなる、材料分離抵抗性が大きく、水和発熱量が小さく、かつ強度発現性が大きい、高流動セメントコンクリート用のセメント混和材であり、セメントと、該セメント混和材とを含有してなるセメント組成物であり、該セメント組成物において、徐冷スラグ100〜400kg/m3と、無水石膏10〜50kg/m3又はシリカ質微粉末10〜100kg/m3又は無水石膏とシリカ質微粉末の合計で10〜100kg/m3を配合してなる高流動セメントコンクリートである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を詳細に説明する。
【００１２】
本発明で使用する徐冷スラグは特定のブレーン比表面積を有する、徐冷されて結晶化した高炉スラグである。
徐冷スラグの成分は高炉水砕スラグと同様の組成を有しており、具体的には、SiO2、CaO、Al2O3、及びMgO等を主要な化学成分とし、その他、TiO2、MnO、Na2O、S、Cr2O3、P2O5、及びFe2O3等が含有されている。
徐冷スラグのブレーン比表面積（以下、ブレーン値という）は4,000cm2/gを越えるものが好ましく、5,000cm2/g以上がより好ましい。ブレーン値が4,000cm2/g以下では材料分離抵抗性が得られない場合がある。
また、徐冷スラグのガラス化率は30％以下が好ましく、10％以下がより好ましい。ガラス化率が30％を超えると水和熱が大きくなる場合がある。
本発明でいうガラス化率(Ｘ)は、Ｘ(％)＝(１−Ｓ／Ｓ0)×100 として求められる。ここで、Ｓは粉末Ｘ線回折法により求められる徐冷スラグ中の主要な結晶性化合物であるメリライト（ゲーレナイト2CaO・Al2O3・SiO2とアケルマナイト2CaO・MgO・2SiO2の固溶体）のメインピークの面積であり、Ｓ0は徐冷スラグを1,000℃で３時間加熱し、その後、５℃／分の冷却速度で冷却したもののメリライトのメインピークの面積を表す。
徐冷スラグの使用量は特に限定されるものではないが、通常、セメントコンクリート配合において、100〜400kg/m3が好ましく、200〜300kg/m3がより好ましい。100kg/m3未満では粉体量が少なく、材料分離抵抗性が小さい場合があり、400kg/m3を超えても、さらなる材料分離抵抗性の増進は期待できない。
【００１３】
本発明で使用する無水石膏は、フッ酸製造時に副生する無水石膏や天然に産出する無水石膏等があり、いずれも使用が可能である。
石膏は、二水石膏、半水石膏、及び無水石膏に大別されるが、本発明では無水石膏が好ましく、二水石膏や半水石膏では良好な強度発現性が得られない場合がある。
無水石膏の粒度は特に限定されるものではないが、通常、ブレーン値で3,000〜10,000cm2/gが好ましく、4,000〜8,000cm2/gがより好ましい。3,000cm2/g未満では強度発現性が充分でない場合があり、10,000cm2/gを超えてもさらなる強度増進が期待できない。
無水石膏の配合割合は特に限定されるものではないが、通常、セメントコンクリート配合において、10〜50kg/m3が好ましく、20〜40kg/m3がより好ましい。10kg/m3未満では強度発現性が充分でない場合があり、50kg/m3を超えて配合してもさらなる強度の増進が期待できない。
【００１４】
本発明では、シリカ質微粉末を本発明の徐冷スラグと単独に、また、無水石膏と使用することが強度発現性の面から好ましい。
シリカ質微粉末は特に限定されるものではないが、その具体例としては、金属シリコンやフェロシリコンなどを製造する際に副生するシリカヒュームや、溶融シリカを製造する際に発生するシリカダストなどが挙げられる。
シリカ質微粉末の粒度は特に限定されるものではないが、通常、ＢＥＴ比表面積で10〜30m2/gが好ましく、15〜25m2/gがより好ましい。10m2/g未満では強度発現性が充分でない場合があり、30m2/gを超えてもさらなる強度の増進が期待できない。
シリカ質微粉末の配合量は特に限定されるものではないが、通常、セメントコンクリート配合において、無水石膏とシリカ質微粉末の合計で10〜100kg/m3の範囲で配合することが好ましい。10kg/m3の未満では、強度発現性が充分でない場合があり、100kg/m3を超えて配合してもさらなる強度の増進が期待できない。
【００１５】
本発明の高流動セメントコンクリートとは、従来の振動締め固めを必要としない自己充填性を有するセメントコンクリートを総称するものであり、特に限定されるものではないが、例えば、流動性の指標となるスランプフロー値が650±50mm程度のコンクリートで、かつ、材料分離を生じないものを指す。
【００１６】
本発明では、減水剤、ＡＥ減水剤、高性能減水剤、及び高性能ＡＥ減水剤等（以下、総称して減水剤類という）を併用して高流動化することが可能である。
減水剤類は液状や粉末状のものが市販されており、いずれも使用可能である。
減水剤類は、ナフタレン系、メラミン系、アミノスルホン酸系、及びポリカルボン酸系に大別される。
本発明では高流動性の発現性能や流動性の保持性能の面で高性能ＡＥ減水剤を使用することが好ましい。その具体例としては、例えば、ナフタリン系としてはエヌエムビー社製商品名「レオビルドSP-9シリーズ」、花王社製商品名「マイティ2000シリーズ」、及び日本製紙社製商品名「サンフローHS-100」等が挙げられ、メラミン系としては日本シーカ社製商品名「シーカメント1000シリーズ」や日本製紙社製商品名「サンフローHS-40」などが挙げられ、アミノスルホン酸系としては藤沢薬品工業社製商品名「パリックFP-200シリーズ」などが挙げられ、ポリカルボン酸系としてはエヌエムビー社製商品名「レオビルドSP-8シリーズ」、グレースケミカルズ社製商品名「ダーレックススーパー100PHX」、竹本油脂社製商品名「チューポールHP-8シリーズ」、及び「チューポールHP-11シリーズ」等が挙げられる。本発明ではこれらのうちの一種又は二種以上が使用可能である。
【００１７】
本発明で使用するセメントとしては、普通、早強、超早強、低熱、及び中庸熱等の各種ポルトランドセメント、これらポルトランドセメントに高炉スラグ、フライアッシュ、又はシリカを混合した各種混合セメント、石灰石粉末等を混合したフィラーセメント、並びに、アルミナセメント等が挙げられ、これらのうちの一種又は二種以上が使用可能である。
【００１８】
本発明では、本発明のセメント混和材、セメント、減水剤、及び砂や砂利等の骨材の他に、従来、高流動セメントコンクリートに用いられてきた、高炉水砕スラグ微粉末、石灰石微粉末、及びフライアッシュ等の混和材料、消泡剤、増粘剤、防錆剤、防凍剤、収縮低減剤、高分子エマルジョン、凝結調整剤、ベントナイト等の粘土鉱物、並びに、ハイドロタルサイト等のアニオン交換体等のうちの一種又は二種以上を、本発明の目的を実質的に阻害しない範囲で使用することが可能である。
【００１９】
本発明において、各材料の混合方法は特に限定されるものではなく、それぞれの材料を施工時に混合しても良いし、あらかじめ一部を、あるいは全部を混合しておいても差し支えない。
【００２０】
混合装置としては、既存のいかなる装置も使用可能であり、例えば、強制二軸ミキサー、パン型ミキサー、傾胴ミキサー、オムニミキサー、ヘンシェルミキサー、Ｖ型ミキサー、及びナウターミキサー等の使用が可能である。
【００２１】
【実施例】
以下、本発明を実験例に基づいてさらに説明する。
【００２２】
実験例１
表１に示す配合の高流動コンクリートを調製し、スランプフロー、断熱温度上昇量、及び材齢28日における圧縮強度を測定した。
なお、コンクリートのスランプフロー値が650±50mmとなるように減水剤類の使用量を調整した。結果を表１に併記する。
【００２３】
＜使用材料＞
セメント  ：普通ポルトランドセメント、電気化学工業社製、密度3.15g/cm3
水        ：水道水
細骨材    ：新潟県姫川産川砂、表乾密度2.62g/cm3
粗骨材    ：新潟県姫川産砕石、表乾密度2.64g/cm3
減水剤類  ：高性能ＡＥ減水剤、花王社製商品名「マイティ3000S」、ポリカルボン酸系
徐冷スラグａ：ブレーン値4,050cm2/g、ガラス化率５％以下、密度3.00g/cm3
徐冷スラグｂ：ブレーン値3,500cm2/g、ガラス化率５％以下、密度3.00g/cm3
徐冷スラグｃ：ブレーン値5,010cm2/g、ガラス化率５％以下、密度3.00g/cm3
徐冷スラグｄ：ブレーン値4,050cm2/g、ガラス化率10％、密度2.99g/cm3
徐冷スラグｅ：ブレーン値4,050cm2/g、ガラス化率30％、密度2.96g/cm3
徐冷スラグｆ：ブレーン値4,050cm2/g、ガラス化率50％、密度2.94g/cm3
混和材Ａ  ：無水石膏、ブレーン値5,000cm2/g、密度2.96g/cm3
混和材Ｂ  ：シリカフューム、ＢＥＴ比表面積20m2/g、密度2.20g/cm3
混和材Ｃ  ：混和材Ａと混和材Ｂの等量混合粉砕品、ブレーン値6,000cm2/g、密度2.58g/cm3
【００２４】
＜測定方法＞
スランプフロー：土木学会コンクリート委員会高流動コンクリート研究小委員会、自己充填型の高流動コンクリートの試験方法(案)、スランプフロー試験方法のＡ法に準拠。
断熱温度上昇量：東京理工社製の断熱温度上昇量測定装置を用いて打設温度20℃の条件で測定。
材料分離  ：目視により観察。材料分離が生じた場合は×、やや材料分離が見られる場合は△、及び材料分離が生じない場合は○で表示。
圧縮強度  ：JIS A 1108、JIS A 1132、及びJIS A 1138に準じて測定。
【００２５】
【表１】
0004514074.tif 000002
【００２６】
実験例２
表２のように単位セメント量300kg/m3、単位徐冷スラグ量200kg/m3として、混和材の種類と配合量を変えたこと以外は実験例１と同様に行った。結果を表２に併記する。
【００２７】
【表２】
0004514074.tif 000003
【００２８】
【発明の効果】
本発明のセメント混和材を使用することにより、材料分離抵抗性が大きく、水和発熱量が小さく、かつ強度発現性が大きい高流動セメントコンクリートとすることができる。