(57)【要約】【課題】環境温度による凝結始発時間の変動が小さく、長期間保存しても凝結始発時間の変動が小さく、水を加えてから硬化反応が進行するまでの間の流動性が高く、かつ初期強度発現性に優れる速硬性セメント組成物を提供する。【解決手段】速硬性混和材と、前記速硬性混和材１００質量部に対して１００質量部以上２０００質量部以下の範囲の量のセメントとを含む速硬性セメント組成物であって、前記速硬性混和材が、カルシウムアルミネートと、前記カルシウムアルミネート１００質量部に対して５０質量部以上２００質量部以下の範囲の量の無機硫酸塩と、前記カルシウムアルミネート１００質量部に対して０．１質量部以上１０質量部以下の範囲の量の凝結調整剤とを含む組成物であって、前記カルシウムアルミネートの平均粒子径が８μｍ以上１００μｍ以下の範囲にあり、前記凝結調整剤の平均粒子径が５μｍ以下であることを特徴とする速硬性セメント組成物。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
速硬性混和材と、前記速硬性混和材１００質量部に対して１００質量部以上２０００質量部以下の範囲の量のセメントとを含む速硬性セメント組成物であって、
前記速硬性混和材が、カルシウムアルミネートと、前記カルシウムアルミネート１００質量部に対して５０質量部以上２００質量部以下の範囲の量の無機硫酸塩と、前記カルシウムアルミネート１００質量部に対して０．１質量部以上１０質量部以下の範囲の量の凝結調整剤とを含む組成物であって、前記カルシウムアルミネートの平均粒子径が８μｍ以上１００μｍ以下の範囲にあり、前記凝結調整剤の平均粒子径が５μｍ以下であることを特徴とする速硬性セメント組成物。
【請求項２】
舗装用注入材であることを特徴とする請求項１に記載の速硬性セメント組成物。
【請求項３】
前記凝結調整剤が、無機炭酸塩、オキシカルボン酸、アルミン酸ナトリウムおよび硫酸ナトリウムのうちの１つ以上を含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の速硬性セメント組成物。
【請求項４】
速硬性セメント組成物の全体量に対する凝結調整剤の含有量が０．０１質量％以上５質量％以下の範囲となるように、さらに、凝結調整剤が添加されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の速硬性セメント組成物。
【請求項５】
前記凝結調整剤が、無機粉末と、前記無機粉末１００質量部に対して５０質量部以上３００質量部以下の範囲の量の前記凝結調整剤とを含む凝結調整剤高濃度含有混合物として添加されていることを特徴する請求項４に記載の速硬性セメント組成物。
【請求項６】
さらに、有機短繊維および炭素短繊維のうちの１つ以上からなる短繊維を、速硬性セメント組成物の全体量に対して０．１質量％以上０．３質量％以下の範囲にて含むことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の速硬性セメント組成物。
【請求項７】
さらに、増粘剤を、速硬性セメント組成物の全体量に対して０．１質量％以上１質量％以下の範囲にて含むことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の速硬性セメント組成物。
【請求項８】
さらに、再乳化粉末樹脂を、速硬性セメント組成物の全体量に対して０．５質量％以上３０質量％以下の範囲にて含むことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の速硬性セメント組成物。
【請求項９】
さらに、珪石微粉末、石灰石微粉末、石炭灰微粉末、フライアッシュ、モンモリロナイト微粉末、長石微粉末、高炉スラグ微粉末のうちの１つ以上からなる無機フィラーを、速硬性セメント組成物の全体量に対して４質量％以上５０質量％以下の範囲にて含むことを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の速硬性セメント組成物。
【請求項１０】
さらに、酢酸ナトリウム、酢酸カルシウム、亜硝酸カルシウムのうちの１つ以上からなる防凍剤を、速硬性セメント組成物の全体量に対して１質量％以上１０質量％以下の範囲にて含むことを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の速硬性セメント組成物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、速硬性セメント組成物、特に舗装用注入材として有用な速硬性セメント組成物に関する。
【背景技術】
【０００２】
道路、港湾施設、空港の滑走路などの舗装を構築する方法として、ＰＣ舗装やＲＣ舗装が知られている。ＰＣ舗装は、路盤の上にＰＣ（プレストレストコンクリート）舗装板を配置して、そのＰＣ舗装板と路盤の間隙に裏込めグラウト材を注入する舗装である。ＲＣ舗装は、ＰＣ舗装板の代わりに、ＲＣ（鉄筋コンクリート）舗装板を用いる舗装である。
また、重交通道路の舗装として、半たわみ性舗装が知られている。半たわみ性舗装とは、空隙率の大きな開粒度アスファルト混合物に、セメントミルクを注入する舗装である。
ＰＣ舗装やＲＣ舗装で使用される裏込めグラウト材および半たわみ性舗装で使用されるセメントミルク等の原料として用いられる舗装用注入材は、セメントを含む組成物である。この舗装用注入材として用いられるセメント組成物は、通常、夜間に工事を行って、翌朝には交通開放するために、セメントを早期に硬化させるための速硬性混和材が含まれている速硬性セメント組成物である。
【０００３】
速硬性セメント組成物の速硬性混和材として、カルシウムアルミネートと無機硫酸塩とを組み合わせた混和材が知られている。しかし、このカルシウムアルミネートと無機硫酸塩とを組み合わせた速硬性混和材は、セメントの硬化を促進する作用が強く、この速硬性混和材を含むセメント組成物は、水を加えてからセメントが凝結を開始するまでの時間（凝結始発時間）が短く、可使時間を十分に確保できないという問題があった。このため、カルシウムアルミネートと無機硫酸塩とを組み合わせた混和材では、セメント組成物の凝結始発時間を調整するために、凝結開始調整剤を加えることが行なわれている。凝結開始調整剤としては、無機炭酸塩、オキシカルボン酸、アルミン酸ナトリウムなどが用いられている。
【０００４】
特許文献１には、カルシウムアルミネート対無機硫酸塩の重量比が１対０．５〜３からなる急硬成分を１５〜３５重量％含有してなる急硬セメントを主成分とし、内割重量で、アルミン酸ナトリウム０．２〜３％、無機炭酸塩０．２〜５％、およびオキシカルボン酸類０．１〜２％を含有してなる超速硬セメント組成物が開示されている。
【０００５】
特許文献２には、速硬性混和材とセメント鉱物と砂と再乳化粉末樹脂とを含む舗装用注入材が開示されている。この特許文献２には、速硬性混和材の凝結調整剤としてアルミン酸ナトリウム、無機炭酸塩及びカルボン酸類を用い、これら凝結調整剤の粒度構成を、平均粒径４５μｍを越えかつ９０μｍ以下の第１粒子１０〜４５質量％と、平均粒径９０μｍを越えかつ１５０μｍ以下の第２粒子３０〜７０質量％と、平均粒径１５０μｍを越えかつ５００μｍ以下の第３粒子５〜３０質量％とを含み、かつ前記第２粒子を前記第１粒子より多く含むとともに前記第３粒子より多く含むようにすることが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特公平３−４１４２０号公報
【特許文献２】特開２００８−２７４５８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、速硬性混和材を含む速硬性セメント組成物は、可使時間を安定して十分に確保できること、すなわち凝結始発時間が安定して長く、水を加えてから硬化反応が進行するまでの間の流動性が高いことが要求される。また、施工作業の終了後は早期に硬化して高い強度（圧縮強度）が発現すること、すなわち初期強度発現性に優れることが要求される。
【０００８】
しかしながら、特許文献１に開示されている超速硬セメント組成物では、若材齢（材齢３時間程度）での圧縮強度を低下させずに、可使時間を６０分程度と長く確保することが難しく、またセメント組成物の硬化体に斑点の発生が認められ、この部分が欠陥となって長期的な強度も低下する不具合があった。また、環境温度により凝結時間が大きく異なり、工事現場での作業性に劣るという課題があった。
【０００９】
また、特許文献２に開示された舗装用注入材では、速硬性混和材に含まれている凝結調整剤の粒度構成を規定することにより、舗装用注入材について、初期強度発現性と凝結時間の環境温度依存性を改善している。しかしながら、この特許文献２に記載の速硬性混和材を混合した舗装用注入材は、３ヶ月程度の期間保存したときに、凝結時間が製造直後に比べ大きく変化し、また初期強度発現性が低下することがあった。
【００１０】
この発明は、前述した事情に鑑みてなされたものであって、環境温度による凝結始発時間の変動が小さく、長期間保存しても凝結始発時間の変動が小さく、水を加えてから硬化反応が進行するまでの間の流動性が高く、かつ初期強度発現性に優れる速硬性セメント組成物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】
【００１１】
上記の課題を解決するために、本発明の発明者等は鋭意検討した結果、カルシウムアルミネートと無機硫酸塩と凝結調整剤（例えば、無機炭酸塩、オキシカルボン酸、アルミン酸ナトリウムおよび硫酸ナトリウムのうちの１つ以上）とを所定の量比で含む組成物であって、カルシウムアルミネートの平均粒子径が８μｍ以上１００μｍ以下の範囲にあり、凝結調整剤の平均粒子径が５μｍ以下である速硬性混和材を、所定量のセメントに加えることが有効であることを見出した。すなわち、上記の速硬性混和材に対して所定量のセメントを含む速硬性セメント組成物は、環境温度による凝結始発時間の変動がさらに小さく、さらに長期間保存しても凝結始発時間の変動が小さく、水を加えてから硬化反応が進行するまでの間の流動性が高く、かつ初期強度発現性に優れるとの知見を得た。また、上記の平均粒子径を有するカルシウムアルミネートと凝結調整剤は、カルシウムアルミネートからなるクリンカーと凝結調整剤とを混合粉砕することによって得ることができることを見出した。
【００１２】
本発明は、上述の知見に基づいてなされたものであって、本発明の速硬性セメント組成物は、速硬性混和材と、前記速硬性混和材１００質量部に対して１００質量部以上２０００質量部以下の範囲の量のセメントとを含む速硬性セメント組成物であって、前記速硬性混和材が、カルシウムアルミネートと、前記カルシウムアルミネート１００質量部に対して５０質量部以上２００質量部以下の範囲の量の無機硫酸塩と、前記カルシウムアルミネート１００質量部に対して０．１質量部以上１０質量部以下の範囲の量の凝結調整剤とを含む組成物であって、前記カルシウムアルミネートの平均粒子径が８μｍ以上１００μｍ以下の範囲にあり、前記凝結調整剤の平均粒子径が５μｍ以下であることを特徴としている。
【００１３】
本発明の速硬性セメント組成物によれば、速硬性混和材に含まれている凝結調整剤は平均粒子径が５μｍ以下であり、カルシウムアルミネート（平均粒子径：８μｍ以上１００μｍ以下の範囲）と比較して、微細であるため水に溶解しやすい。このため、本発明の速硬性セメント組成物に水を加えると、広い温度範囲において安定して凝結調整剤が水に速やかに溶解して、凝結調整剤による凝結調整作用が早期に発揮されるので、環境温度による凝結始発時間の変動が小さくなる。また、凝結調整剤による凝結調整作用が早期に発揮されるので、凝結始発時間が安定して長くなり、水を加えた後の流動性が高くなる。さらに、凝結調整剤による凝結調整作用が終了した後は、カルシウムアルミネートと無機硫酸塩とによるセメントの硬化促進作用が発揮されるので、速硬性セメント組成物の初期強度発現性を向上させることができる。さらにまた、凝結調整剤は微細な粒子として、速硬性セメント組成物中に分散されているので、本発明の速硬性セメント組成物は、長期間保存しても、凝結調整剤が偏析して、凝結調整剤の含有量が不均一となることが起こりにくい。このため、長期間保存しても凝結始発時間の変動が小さく、かつ初期強度発現性に優れたものとなる。
【００１４】
ここで、本発明の速硬性セメント組成物は、舗装用注入材であることが好ましい。
本発明の速硬性セメント組成物は、上記のとおり、凝結始発時間が安定して長くなり、水を加えてから凝結始発時間までの流動性が高いので施工性に優れ、かつ初期強度発現性が高いので施工開始から終了までの時間を短くできる。このため、発明の速硬性セメント組成物は、早期の交通開放が望まれる道路などの舗装用注入材として好適に使用できる。
【００１５】
また、本発明の速硬性セメント組成物においては、前記凝結調整剤が、無機炭酸塩、オキシカルボン酸、アルミン酸ナトリウムおよび硫酸ナトリウムのうちの１つ以上を含むことが好ましい。
この場合、上記の物質は水に溶解しやすいので、凝結調整剤が上記の物質を１つ以上含むことによって、環境温度による速硬性セメント組成物の凝結始発時間の変動を確実に小さくすることができる。また、凝結調整剤による凝結調整作用が早期に発揮されるので、凝結始発時間がより安定して長くなるとともに、水を加えた後の流動性がより高くなる。
【００１６】
さらに、本発明の速硬性セメント組成物においては、速硬性セメント組成物の全体量に対する凝結調整剤の含有量が０．０１質量％以上５質量％以下の範囲となるように、さらに、凝結調整剤が添加されていてもよい。
この場合、速硬性セメント組成物の全体量に対する凝結調整剤の含有量が０．０１質量％以上５質量％以下の範囲とされているので、環境温度および長期間の保存による速硬性セメント組成物の凝結始発時間の変動を確実に小さくすることができ、また初期強度発現性が高くなる。
【００１７】
上記の速硬性セメント組成物に添加されている凝結調整剤は、無機粉末と、前記無機粉末１００質量部に対して５０質量部以上３００質量部以下の範囲の量の前記凝結調整剤とを含む凝結調整剤高濃度含有混合物として添加されていることが好ましい。
この場合、凝結調整剤を凝結調整剤高濃度含有混合物として加えることによって、凝結調整剤を均一に速硬性セメント組成物中に分散させることができ、環境温度および長期間の保存による速硬性セメント組成物の凝結始発時間の変動をより確実に小さくすることができる。
【００１８】
また、本発明の速硬性セメント組成物においては、さらに、有機短繊維および炭素短繊維のうちの１つ以上からなる短繊維を、速硬性セメント組成物の全体量に対して０．１質量％以上０．３質量％以下の範囲にて含んでいてもよい。
この場合、短繊維は補強材として作用するので、速硬性セメント組成物を硬化させた硬化体はひび割れ抵抗性が向上して、疲労に対する耐久性が優れたものとなる。
【００１９】
また、本発明の速硬性セメント組成物においては、増粘剤を、速硬性セメント組成物の全体量に対して０．１質量％以上１質量％以下の範囲にて含んでいてもよい。
この場合、増粘剤を含む速硬性セメント組成物は、構成材料が水中で分散しにくく、組成が安定になるので、ブリーティング率が低減すると共に水中でも強度の高い硬化体を形成することができる。
【００２０】
また、本発明の速硬性セメント組成物においては、さらに、再乳化粉末樹脂を、速硬性セメント組成物の全体量に対して０．５質量％以上３０質量％以下の範囲にて含んでいてもよい。
この場合、再乳化粉末樹脂は吸水性および透水性が低いので、速硬性セメント組成物を硬化させた硬化体は水が浸透しにくく、繰返しの凍結溶融抵抗性が優れたものとなる。
【００２１】
また、本発明の速硬性セメント組成物においては、さらに、珪石微粉末、石灰石微粉末、石炭灰微粉末、フライアッシュ、モンモリロナイト微粉末、長石微粉末、高炉スラグ微粉末のうちの１つ以上からなる無機フィラー（無機微粉末）を、速硬性セメント組成物の全体量に対して４質量％以上５０質量％以下の範囲にて含んでいてもよい。
この場合、無機フィラーの配合量を調整することによって、速硬性セメント組成物を硬化させた硬化体の圧縮強度や静弾性係数などの特性を容易に調整することができる。
【００２２】
また、本発明の速硬性セメント組成物においては、さらに、酢酸ナトリウム、酢酸カルシウム、亜硝酸カルシウムのうちの１つ以上からなる防凍剤を、速硬性セメント組成物の全体量に対して１質量％以上１０質量％以下の範囲にて含んでいてもよい。
この場合、酢酸ナトリウム、酢酸カルシウム、亜硝酸カルシウムを防凍剤として含むため水が凍結するような極低温の温度環境下においても、水と混練した速硬性セメント組成物の凍結を抑制することができ、初期強度発現性が高くなる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、環境温度による凝結始発時間の変動が小さく、長期間保存しても凝結始発時間の変動が小さく、水を加えてから硬化反応が進行するまでの間の流動性が高く、かつ初期強度発現性に優れる速硬性セメント組成物を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】実施例１で製造したカルシウムアルミネートクリンカーと凝結調整剤との混合粉砕物の走査型電子顕微鏡画像であり、（Ａ）は装置倍率１０００倍の画像で、（Ｂ）は装置倍率３０００倍の画像である。
【図２】（Ａ）は、図１（Ｂ）の丸で囲まれた領域を拡大した走査型電子顕微鏡画像であり、（Ｂ）はその画像に写された粒子を元素分析して得たナトリウムのＥＰＭＡマッピング画像である。
【図３】本実施例で使用した水中での硬化体の作製装置の斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下に、本発明の実施形態について説明する。
本実施形態である速硬性セメント組成物は、速硬性混和材と、その速硬性混和材１００質量部に対して、１００質量部以上２０００質量部以下の範囲の量のセメントとを含む。速硬性混和材は、カルシウムアルミネートと、そのカルシウムアルミネート１００質量部に対して５０質量部以上２００質量部以下の範囲の量の無機硫酸塩と、そのカルシウムアルミネート１００質量部に対して０．１質量部以上１０質量部以下の範囲の量の凝結調整剤とを含む組成物である。速硬性混和材中のカルシウムアルミネートの平均粒子径は８μｍ以上１００μｍ以下の範囲とされ、凝結調整剤の平均粒子径は５μｍ以下とされている。本実施形態の速硬性セメント組成物は、さらに細骨材、凝結調整剤、短繊維、増粘剤、再乳化粉末樹脂、無機フィラー、防凍剤などの各混和材を含んでいてもよい。
以下、本実施形態の速硬性セメント組成物の各成分について説明する。
【００２６】
（速硬性混和材）
速硬性混和材は、カルシウムアルミネートと無機硫酸塩と凝結調整剤を含む組成物である。
カルシウムアルミネートは、速硬性セメント組成物の使用時において水に接したときにカルシウムイオンとアルミニウムイオンを溶出し、これらと無機硫酸塩から溶出される硫酸イオンとを反応させて、針状結晶のエトリンガイト（３ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３・３ＣａＳＯ４・３２Ｈ２Ｏ）あるいはモノサルフェイト（３ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３・ＣａＳＯ４・１２Ｈ２Ｏ）などの水和物を生成させることによって、その速硬性セメント組成物の初期強度発現性を向上させる作用を有する。カルシウムアルミネートからのカルシウムイオンとアルミニウムイオンの溶出速度が小さくなりすぎると、硫酸イオンとの反応性が悪くなり、速硬性セメント組成物の初期強度発現性が低下するおそれがある。一方、カルシウムアルミネートからのカルシウムイオンとアルミニウムイオンの溶出速度が大きくなりすぎると、硫酸イオンとの反応性が高くなり、速硬性セメント組成物の凝結始発時間が速くなりすぎて、凝結調整剤を使用しても凝結始発時間を調整しにくく、可使時間を十分に確保することが困難となるおそれがある。
このため、本実施形態では、カルシウムアルミネートの平均粒子径（平均一次粒子径）を８μｍ以上１００μｍ以下の範囲に設定している。カルシウムアルミネートの平均粒子径を８μｍ未満であると、カルシウムイオンとアルミニウムイオンの溶出速度が大きくなりすぎて、速硬性セメント組成物の凝結始発時間を調整しにくくなるおそれがある。一方、カルシウムアルミネートの平均粒子径が１００μｍを超えると、カルシウムイオンとアルミニウムイオンの溶出速度が小さくなりすぎて、速硬性セメント組成物の初期強度発現が低下するおそれがある。
【００２７】
速硬性混和材中に含まれるカルシウムアルミネートの平均粒子径は、例えば、ＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）とＥＰＭＡ（電子プローブマイクロアナライザー）とを用いて測定することができる。すなわち、速硬性混和材のＳＥＭ画像とＥＰＭＡによる元素分析によって検出された元素の結果から、速硬性混和材に含まれているカルシウムアルミネートの粒子を特定し、カルシウムアルミネートとして特定された粒子について、粒子径をＳＥＭ画像から計測し、その平均値を求めることによって測定することができる。ＥＰＭＡによる元素分析によりカルシウムとアルミニウムのみが検出された粒子は、カルシウムアルミネートの粒子として特定できる。
【００２８】
カルシウムアルミネートとしては、１２ＣａＯ・７Ａｌ２Ｏ３、１１ＣａＯ・７Ａｌ２Ｏ３・ＣａＦ２及びＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３からなる群より選択される一つ以上の組成を有し、ガラス化率が８０％以上であるものを使用することが好ましい。ガラス化率は、８０％以上９８％以下であることがより好ましく、９０％以上９８％以下であることが特に好ましい。上記の組成とガラス化率とを有するカルシウムアルミネートは水と接したときにカルシウムイオンとアルミニウムイオンの溶出速度が大きく、反応性が高くなるので、速硬性セメント組成物の初期強度発現性を確実に向上させることが可能となる。
【００２９】
カルシウムアルミネートは、ブレーン比表面積が３０００ｃｍ２／ｇ以上５５００ｃｍ２／ｇ以下であることが好ましい。ブレーン比表面積が３０００ｃｍ２／ｇ以上であることにより、カルシウムアルミネートが水と接したときに、カルシウムイオンとアルミニウムイオンの溶出速度が大きくなり、無機硫酸塩から溶出する硫酸イオンとの反応性が高まるので、速硬性セメント組成物の初期強度発現性をより確実に向上させることが可能となる。一方、ブレーン比表面積が５５００ｃｍ２／ｇ以下であるので、カルシウムアルミネートが水と接したときに、カルシウムイオンとアルミニウムイオンの溶出速度が過度に大きくなることが避けられ、硫酸イオンとの反応性が高くなりすぎることが抑えられる。なお、ブレーン比表面積は、ＪＩＳ  Ｒ  ５２０１「セメントの物理試験方法」に記載のブレーン空気透過装置を用いた比表面積試験で測定するものとする。
【００３０】
速硬性混和材に含まれる無機硫酸塩は、速硬性セメント組成物の使用時において、水と接すると硫酸イオンを溶出し、これとカルシウムアルミネートから溶出するカルシウムイオン、アルミニウムイオンとを反応させて、針状結晶のエトリンガイトあるいはモノサルフェイトなどの水和を生成することによって、速硬性セメント組成物の初期強度発現性を向上させる作用を有する。
無機硫酸塩からの硫酸イオンの溶出速度が遅いと、カルシウムアルミネートから溶出するカルシウムイオン、アルミニウムイオンとの反応性が悪くなり、凝結開始から硬化するまでの時間が長くなり、速硬性セメント組成物の初期強度発現性が悪くなる。このため、無機硫酸は、ブレーン比表面積が８０００ｃｍ２／ｇ以上であることが好ましい。上記のブレーン比表面積を有する無機硫酸塩は、硫酸イオンの溶出速度が大きく、カルシウムアルミネートから溶出するカルシウムイオン、アルミニウムイオンとの反応性が高いので、速硬性セメント組成物の初期強度発現性を確実に向上させることが可能となる。また、無機硫酸塩のブレーン比表面積は１２０００ｃｍ２／ｇ以下であることが好ましい。ブレーン比表面積が大きくなりすぎると、硫酸イオンの溶出速度が大きくなり過ぎて、カルシウムイオンとアルミニウムイオンとの反応性が過度に高くなるので、凝結開始から硬化するまでの時間が短くなり、凝結調整剤を使用しても可使時間を十分に確保することが困難となるおそれがある。
【００３１】
無機硫酸塩は、無水石膏であることが好ましく、特にII型無水石膏であることが好ましい。無水石膏（特にII型無水石膏）は、カルシウムアルミネートとの反応性が高いので、速硬性セメント組成物の初期強度発現性をより確実に向上させることが可能となる。
【００３２】
速硬性混和材に含まれる凝結調整剤は、速硬性セメント組成物の使用時において、速硬性セメント組成物に水を加えてから速硬性セメント組成物の凝結が開始するまでの時間を調整する作用、すなわちセメントの硬化時間を遅延させる作用を有する。凝結調整剤によって、セメントの硬化時間が遅延されることによって、速硬性セメント組成物に水を加えてからセメントの硬化反応が進行するまでの間の速硬性セメント組成物の流動性が向上する。
凝結調整剤によるセメントの硬化時間の遅延作用は、凝結調整剤が水に溶解し、速硬性混和材（カルシウムアルミネート）から溶出したカルシウムイオンやアルミニウムイオンとキレート反応して、速硬性混和材の表面に皮膜を形成することによって、速硬性混和材からのカルシウムイオンやアルミニウムイオンの溶出が一時的に抑制されることにより発現すると考えられる。ただし、速硬性混和材の表面に形成される皮膜は、極めて薄いため、比較的短時間で溶解して消失する。そして、この被膜が消失した後は、速硬性混和材からのカルシウムイオン、アルミニウムイオンの再溶出が始まって、セメントの硬化反応が進行する。
【００３３】
本実施形態では、凝結調整剤は平均粒子径（平均一次粒子径）が５μｍ以下の微粒子とされている。このため、比較的に広い温度範囲において、凝結調整剤を水に速やかに溶解させることができる。凝結調整剤の平均粒子径は１μｍ以上であることが好ましい。平均粒子径が１μｍ未満であると、凝集粒子を形成し易くなるおそれがある。
【００３４】
凝結調整剤は、無機炭酸塩、オキシカルボン酸、アルミン酸ナトリウムおよび硫酸ナトリウムのうちの１つ以上を含む。これらの薬剤は水に溶解しやすいので、凝結調整剤としてこれらの薬剤を１つ以上含むことによって、環境温度による速硬性セメント組成物の凝結始発時間の変動を確実に小さくすることができる。また、凝結調整剤による凝結調整作用が早期に発揮されるので、凝結始発時間がより安定して長くなるとともに、水を加えた後の流動性がより高くなる。無機炭酸塩は、アルカリ金属の炭酸塩あるいは炭酸水素塩であることが好ましい。無機炭酸塩の例としては、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸水素ナトリウム、炭酸水素カリウム、炭酸リチウム、炭酸アンモニウムが挙げられる。これらの無機炭酸塩は、１つを単独で使用してもよいし、２つ以上を組合せて使用してもよい。オキシカルボン酸の例としては酒石酸、クエン酸、リンゴ酸、グルコン酸、マレイン酸を挙げられる。これらのオキシカルボン酸は、１つを単独で使用してもよいし、２つ以上を組合せて使用してもよい。
凝結調整剤は、無機炭酸塩、オキシカルボン酸、アルミン酸ナトリウムおよび硫酸ナトリウムのうちの２つ以上を組合せて使用することが好ましい。２つ以上の組合せは、無機炭酸塩、オキシカルボン酸およびアルミン酸ナトリウムの３つの組合せが好ましく、無機炭酸塩、オキシカルボン酸、アルミン酸ナトリウムおよび硫酸ナトリウムの４つの組合せがより好ましい。なお、凝凝結調整剤を２つ以上の組合せとする場合は、少なくとも一つの凝結調整剤の平均粒子径が５μｍ以下の微粒子とされていればよい。
【００３５】
上記の凝結調整剤の中で、硫酸ナトリウムは、水に対する溶解速度が特に速い。このため、硫酸ナトリウムは、水を加えた後の速硬性セメント組成物の流動性を向上させる効果が高い。また、硫酸ナトリウムは、広い温度範囲で水に溶解し易いので、水を加えた後の速硬性セメント組成物の凝結始発時間に対する温度依存性を小さくする効果もある。
【００３６】
凝結調整剤の微粒子は、一次粒子もしくはそれに近い凝集粒子として速硬性混和材中に分散していることが好ましい。凝結調整剤が一次粒子もしくはそれに近い凝集粒子として分散していると、水への溶解速度が向上して、凝結調整剤による凝結調整作用が早期に発揮されるので、環境温度による凝結始発時間の変動を確実に小さくできる。また、微細な凝結調整剤の粒子は、カルシウムアルミネートの表面に付着していることが好ましい。この場合は、凝結調整剤がカルシウムアルミネートよりも先に水と接触するので溶解し易くなり、凝結調整剤による凝結調整作用が早期に発揮されるので、環境温度による凝結始発時間の変動をさらに確実に小さくできる。
【００３７】
速硬性混和材に含まれる凝結調整剤の平均粒子径は、例えば、ＳＥＭとＥＰＭＡとを用いて測定することができる。すなわち、速硬性混和材のＳＥＭ画像とＥＰＭＡによる元素分析によって検出された元素の結果から、速硬性混和材に含まれている凝結調整剤の粒子を特定し、凝結調整剤として特定された粒子について、粒子径をＳＥＭ画像から計測し、その平均値を求めることによって測定することができる。例えば、ＥＰＭＡによる元素分析によりナトリウムのみが検出された粒子は、炭酸ナトリウム（無機炭酸塩）の粒子として特定できる。
【００３８】
本実施形態では、速硬性混和材に含まれるカルシウムアルミネートと無機硫酸塩と凝結調整剤の配合量は、カルシウムアルミネート１００質量部に対して、無機硫酸塩は５０質量部以上２００質量部以下の範囲、凝結調整剤は０．１質量部以上１０質量部以下の範囲と設定されている。
無機硫酸塩の配合量が少なくなりすぎると、無機硫酸塩とカルシウムアルミネートとの反応生成物（エトリンガイト、モノサルフェイト）の生成量が少なくなり、速硬性セメント組成物の初期強度発現性が低下するおそれがある。一方、無機硫酸塩の配合量が多くなりすぎると、速硬性セメント組成物の凝結始発時間が速くなり、可使時間を十分に確保することが困難となるおそれがある。また、カルシウムアルミネートから溶出するカルシウムイオン量とアルミニウムイオン量が、硫酸イオンに対して相対的に少なくなることによって、エトリンガイトの生成量が少なくなるため、速硬性セメント組成物の初期強度発現性が低下するおそれがある。さらに、残存する無機硫酸塩の影響によって硬化後の膨張量が過剰となり、膨張破壊を起こすおそれがある。
また、凝結調整剤の配合量が少なくなりすぎると、凝結調整剤の作用が短時間で終了して速硬性セメント組成物の凝結始発時間が速くなり、可使時間を十分に確保することが困難となるおそれがある。一方、凝結調整剤の配合量が多くなりすぎると、凝結調整剤の作用が所定の時間以上継続し、速硬性セメント組成物の初期強度発現性が低下するおそれがある。
【００３９】
速硬性混和材は、例えば、カルシウムアルミネートを含むクリンカーと凝結調整剤とを混合粉砕して混合粉砕物を調製する混合粉砕工程と、得られた混合粉砕物と、無機硫酸塩とを混合する混合工程とを備える方法によって製造することができる。
【００４０】
上記の速硬性混和材の製造方法において、カルシウムアルミネートの原料として用いるクリンカーは、凝結調整剤と比較して硬度が高い。このため、このカルシウムアルミネートのクリンカーと凝結調整剤とを混合粉砕することによって、凝結調整剤が選択的に微粒子となり、微細な凝結調整剤の粒子が生成する。この凝結調整剤の微粒子は、相対的に粗大なカルシウムアルミネート粒子の表面に付着しやすい。従って、混合粉砕工程では、凝結調整剤の微粒子が一次粒子もしくはそれに近い凝集粒子として、カルシウムアルミネートの表面に付着した状態で分散されている混合粉砕物を得ることができる。混合粉砕装置としては、Ｅ型ミル、竪型ミル、チューブミル等の粉砕装置を用いることができるが、これに限定されるものではなく、クリンカーの粉砕装置として通常用いられている各種の粉砕装置を用いることができる。
【００４１】
カルシウムアルミネートを含むクリンカーは、クリンカー鉱物であることが好ましい。
粉砕前のカルシウムアルミネートのクリンカーは、平均粒子径が１ｍｍ以上３０ｍｍ以下の範囲にあることが好ましい。また、粉砕前の凝結調整剤は、粒子径が１５０μｍ以上５００μｍ以下の範囲にあることが好ましい。
【００４２】
混合粉砕工程では、混合粉砕を、混合粉砕物のブレーン比表面積が３０００ｃｍ２／ｇ以上５５００ｃｍ２／ｇ以下の範囲となるまで行うことが好ましく、３０００ｃｍ２／ｇ以上４５００ｃｍ２／ｇ以下の範囲になるまで行うことが特に好ましい。ブレーン比表面積が上記の範囲となるまで混合粉砕を行うことによって、カルシウムアルミネートを含むクリンカーと凝結調整剤とが十分に混合粉砕され、凝結調整剤の微粒子が一次粒子もしくはそれに近い凝集粒子として、カルシウムアルミネートの表面に付着した状態で分散されている混合粉砕物を確実に得ることができる。また、混合粉砕物中のカルシウムアルミネートの平均粒子径は、通常、８μｍ以上１００μｍ以下の範囲に、凝結調整剤の平均粒子径は、通常、５μｍ以下となる。
【００４３】
混合工程において、混合粉砕工程にて得られた混合粉砕物と混合する無機硫酸塩は、ブレーン比表面積が８０００ｃｍ２／ｇ以上の無水石膏であることが好ましい。
混合工程において、混合粉砕物と無機硫酸塩との混合は乾式混合により行われる。乾式混合装置としては、Ｖ型混合機、リボンミキサー、プロ−シェアミキサー等の混合機を用いることができるが、これに限定されるものではなく、セメント材料の混合装置として通常用いられている各種の混合装置を用いることができる。混合時間は、混合装置の容量や各材料の配合量に合せて適宜調整することができる。
【００４４】
（セメント）
セメントとしては、普通ポルトランドセメント、早強ポルトランドセメント、中庸熱ポルトランドセメント、低熱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、シリカフュームセメント等を用いることができる。セメントは、１種を単独で使用してもよいし、２種以上を組合せて使用してもよい。セメントはポルトランドセメント、特に普通ポルトランドセメントを用いることが好ましい。
【００４５】
セメントの配合量は、一般に、速硬性混和材１００質量部に対して、セメントを１００質量部以上２０００質量部以下の範囲である。セメントの配合量が上記の範囲にあると、速硬性混和材による初期強度の発現性とセメントによる長期強度の発現性とに優れた速硬性セメント組成物の硬化体を得ることができる。
【００４６】
（細骨材）
細骨材は、速硬性セメント組成物の硬化に伴う硬化体の収縮（自己収縮）や、硬化後の水分の逸散に伴う収縮（乾燥収縮）を抑える作用がある。細骨材を含む速硬性セメント組成物は、半たわみ性舗装用として好適に使用できる。細骨材は、砂であることが好ましく、粒子径が９０〜１０００μｍの砂であることがより好ましく、９０〜２００μｍの砂であることが更に好ましい。砂の粒子径が小さくなりすぎると、速硬性セメント組成物と水とを混合して調製したセメントミルクの撹拌性能及び硬化体の耐摩耗性が低下するとともにすべり抵抗性が低下するおそれがある。一方、砂の粒子径が大きくなりすぎると、セメントミルク中に砂が沈降し易くなるとともに、セメントミルクの舗装体への注入性が低下するおそれがある。
【００４７】
細骨材の配合量は、一般に、速硬性セメント組成物の全体量に対して１０質量％以上６７質量％以下の範囲となる量である。細骨材の配合量が少なくなりすぎると、硬化体の収縮低減効果が十分に得られないばかりでなく、セメントミルクの撹拌性能及び耐摩耗性が低下するとともにすべり抵抗性が低下するおそれがある。一方、細骨材の配合量が多くなりすぎると、初期強度の発現性が低下するとともに材料分離が発生してブリーディングが発生しやすくなるおそれがある。
【００４８】
（凝結調整剤）
本実施形態の速硬性セメント組成物では、上述のとおり、速硬性混和材の構成成分として凝結調整剤が平均粒子径５μｍ以下の微粒子として含まれているが、速硬性セメント組成物の全体量に対する凝結調整剤の含有量が０．０１質量％以上５質量％以下の範囲となるように、さらに、凝結調整剤が添加されていてもよい。ここで、速硬性セメント組成物の全体量に対する凝結調整剤の含有量は、速硬性混和材中に含まれている凝結調整剤と、速硬性混和材とは別に添加された凝結調整剤との合計量である。この場合は、速硬性混和材中に含まれている凝結調整剤と、速硬性混和材とは別に添加された凝結調整剤とによって凝結時間を調整できるので、環境温度および長期間の保存による速硬性セメント組成物の凝結始発時間の変動をさらに確実に小さくすることができる。また、凝結調整剤を別に添加することによって、速硬性セメント組成物の凝結始発時間を所要の時間に調整することができる。また、本実施形態の速硬性セメント組成物では、速硬性混和材中に含まれている凝結調整剤は微粒子で水に溶解しやすく、通常は可使時間を十分に確保できるので、別に添加する凝結調整剤の量は少なくできる。
速硬性セメント組成物の全体量に対する凝結調整剤の含有量が０．０１質量％未満であると、凝結時間を調整する作用が不十分となるおそれがある。一方、速硬性セメント組成物の全体量に対する凝結調整剤の含有量が５質量％を超えると、セメントによる長期強度の発現性が低下するおそれがある。
【００４９】
速硬性混和材とは別に添加する凝結調整剤は、単独で速硬性セメント組成物に添加してもよいが、無機粉末と凝結調整剤を予め混合した混合物として添加することが好ましい。無機粉末と凝結調整剤の混合物は、無機粉末１００質量部に対して凝結調整剤を５０質量部以上３００質量部以下の範囲で含有する凝結調整剤高濃度含有混合物であることが好ましい。凝結調整剤を凝結調整剤高濃度含有混合物として速硬性セメント組成物に添加することによって、凝結調整剤を速硬性セメント組成物中に均一に分散させ易くなる。無機粉末としては、セメント（特に、ポルトランドセメント）、石灰石粉末、珪石粉末、高炉スラグ粉末、石炭灰、フライアッシュ、粘土鉱物、カルシウムアルミネート粉末、無機硫酸塩粉末を用いることができる。無機粉末は、ブレーン比表面積が２５００ｃｍ２／ｇ以上５０００ｃｍ２／ｇ以下の範囲にある微粉末であることが好ましい。ブレーン比表面積が、上記の範囲にある無機粉末は分散性が高いため、この無機粉末を用いた凝結調整剤高濃度含有混合物は、速硬性セメント組成物に均一に分散させ易くなる。凝結調整剤高濃度含有混合物に含まれている凝結調整剤の粒子径は、１μｍ以上５００μｍ以下の範囲にあることが好ましい。粒子径が上記の範囲にある凝結調整剤は、無機粉末への分散性が高く、組成が均一な凝結調整剤高濃度含有混合物を調製しやすくなる。
【００５０】
（短繊維）
短繊維は補強材として作用する。このため、短繊維を含む速硬性セメント組成物を硬化させた硬化体はひび割れ抵抗性が向上して、疲労に対する耐久性が優れたものとなる。
短繊維としては、有機短繊維および炭素短繊維を用いることができる。有機短繊維の例としては、ＰＶＡ短繊維（ポリビニルアルコール短繊維）、ポリアミド短繊維、アラミド短繊維、ポリプロピレン短繊維、レーヨン短繊維等が挙げられる。これらの短繊維は、１種を単独で使用してもよいし、２種以上を組合せて使用してもよい。
短繊維は、繊維長が１ｍｍ以上１０ｍｍ以下の範囲にあることが好ましい。１ｍｍより短いと十分な繊維補強効果が得られないおそれがある。一方、１０ｍｍを超えると繊維の抵抗により流動性が損なわれ、狭隘部や半たわみ性舗装への注入性が低下する等、施工性が阻害されるおそれがある。繊維径は、通常、５μｍ以上１００μｍ以下の範囲である。
【００５１】
短繊維の配合量は、一般に、速硬性セメント組成物の全体量に対する量として、０．１質量％以上０．３質量％以下の範囲である。短繊維の配合量が少なくなりすぎると、硬化体のひび割れ抵抗性が向上して、疲労に対する耐久性を向上させる作用が不十分となるおそれがある。一方、短繊維の配合量が多くなりすぎると、速硬性セメント組成物と水の混合物の流動性が低下するおそれがある。
【００５２】
（増粘剤）
増粘剤は、速硬性セメント組成物の粘度を上げて、水中にて速硬性セメント組成物の構成材料が分離することを抑えて、組成を安定にする作用がある。このため、増粘剤を含む速硬性セメント組成物は、ブリーティング率が低減すると共に水中でも強度の高い硬化体を形成することができる。
増粘剤の例としては、合成ポリマー系、グアガム誘導体系、スターチルエーテル系、セルロース誘導体（メチルセルロース、カルボキシメチルセルロース、ヒドロキシメチルセルロース、ヒドロキシプロピルメチルセルロース、ヒドロキシプロピルメチルセルロース、ヒドロキシエチルメチルセルロース）などが挙げられる。これらの増粘剤は、１種を単独で使用してもよいし、２種以上を組合せて使用してもよい。
【００５３】
増粘剤の配合量は、一般に、速硬性セメント組成物の全体量に対する量として、０．１質量％以上１質量％以下の範囲である。増粘剤の配合量が少なくなりすぎると、速硬性セメント組成物の水中不分離性が不十分となるおそれがある。一方、増粘剤の配合量が多くなりすぎると、速硬性セメント組成物と水の混合物の流動性が低下するおそれがある。
【００５４】
（再乳化粉末樹脂）
再乳化粉末樹脂は吸水性および透水性が低い樹脂であり、速硬性セメント組成物を硬化させた硬化体に対して水を浸透しにくくする作用がある。このため、再乳化粉末樹脂を含む速硬性セメント組成物は、水に浸漬させた後の凍結融解抵抗性に優れたものとなる。
再乳化粉末樹脂の例としては、酢酸ビニル／ベオバ／アクリル酸エステル共重合樹脂、酢酸ビニル共重合樹脂、酢酸ビニル／エチレン共重合、酢酸ビニル／アクリル共重合樹脂、アクリル樹脂などが挙げられる。これらの再乳化粉末樹脂は、１種を単独で使用してもよいし、２種以上を組合せて使用してもよい。
【００５５】
再乳化粉末樹脂の配合量は、一般に、速硬性セメント組成物の全体量に対する量として、０．５質量％以上３０質量％以下の範囲である。再乳化粉末樹脂の配合量が少なくなりすぎると、速硬性セメント組成物の硬化体の凍結融解抵抗性を向上させる作用が不十分となるおそれがある。一方、再乳化粉末樹脂の配合量が多くなりすぎると、速硬性セメント組成物と水の混合物の流動性が低下するおそれがある。
【００５６】
（無機フィラー）
無機フィラーは、速硬性セメント組成物の硬化させた硬化体の圧縮強度や静弾性係数などの特性の調整剤として作用する。
無機フィラーの例としては、珪石微粉末、石灰石微粉末、石炭灰微粉末、フライアッシュ、モンモリロナイト微粉末、長石微粉末、高炉スラグ微粉末などが挙げられる。これらの無機フィラーは、１種を単独で使用してもよいし、２種以上を組合せて使用してもよい。無機フィラーは、ブレーン比表面積が２５００ｃｍ２／ｇ以上５０００ｃｍ２／ｇ以下の範囲にあることが好ましい。ブレーン比表面積が、上記の範囲にある微粉末は、セメントへの分散性が高いため、セメントと混合して均一な組成の混合物とすることができる。
【００５７】
無機フィラーの配合量は、一般に、速硬性セメント組成物の全体量に対する量として、４質量％以上５０質量％以下の範囲である。無機フィラーの配合量が少なくなりすぎると、速硬性セメント組成物の硬化体の圧縮強度や静弾性係数を調整する作用が不十分となるおそれがある。一方、無機フィラーの配合量が多くなりすぎると、相対的に速硬性混和材やセメントの比率が低下して、初期強度発現性や長期強度発現性が低下するおそれがある。
【００５８】
（防凍剤）
酢酸ナトリウム、酢酸カルシウム、亜硝酸カルシウムは水と反応して発熱して、水が凍結するような極低温の温度環境下において、速硬性セメント組成物と水の混合物の凍結を防止する防凍剤として作用する。このため、防凍剤を含む速硬性セメント組成物は、極低温の温度環境下においても、初期強度発現性が高い硬化体を得ることができる。
防凍剤は、１種を単独で使用してもよいし、２種以上を組合せて使用してもよい。
【００５９】
防凍剤の配合量は、一般に、速硬性セメント組成物の全体量に対する量として、１質量％以上１０質量％以下の範囲である。防凍剤の配合量が少なくなりすぎると、防凍剤としての作用が不十分となり、速硬性セメント組成物が凍結してしまい強度が全く出なくなるおそれがある。一方、防凍剤の配合量が多くなりすぎると、速硬性セメント組成物と水の混合物において塩析作用が生じ、流動性が低下するおそれがある。
【００６０】
以上のような構成とされた本実施形態の速硬性セメント組成物において用いる速硬性混和材は、カルシウムアルミネートの平均粒子径が８μｍ以上１００μｍ以下の範囲とされ、凝結調整剤の平均粒子径が５μｍ以下とされていて、凝結調整剤がカルシウムアルミネートと比較して、微細であるため水に溶解しやすい。このため、本実施形態の速硬性セメント組成物に水を加えると、広い温度範囲において安定して凝結調整剤が水に速やかに溶解して、凝結調整剤による凝結調整作用が早期に発揮されるので、環境温度による凝結始発時間の変動が小さくなる。また、凝結調整剤による凝結調整作用が早期に発揮されるので、凝結始発時間が安定して長くなり、水を加えた後の流動性が高くなる。さらに、凝結調整剤による凝結調整作用が終了した後は、カルシウムアルミネートと無機硫酸塩とによるセメントの硬化促進作用が発揮されるので、速硬性セメント組成物の初期強度発現性を向上させることができる。さらにまた、凝結調整剤は微細な粒子として、速硬性セメント組成物中に分散されているので、本発明の速硬性セメント組成物は、長期間保存しても、凝結調整剤が偏析して、凝結調整剤の含有量が不均一となることが起こりにくい。このため、長期間保存しても凝結始発時間の変動が小さく、かつ初期強度発現性に優れたものとなる。
【００６１】
上記のように、本実施形態の速硬性セメント組成物は、環境温度による凝結始発時間の変動が小さいため、主として屋外で使用されるＰＣ舗装やＲＣ舗装で使用される裏込めグラウト材および半たわみ性舗装で使用されるセメントミルク等の原料（舗装用注入材）として好適に使用することができる。また、本実施形態の速硬性セメント組成物は、初期発生強度が高いので、例えば、２時間で交通開放できる実用強度を有する舗装を形成することができる。
【００６２】
また、本実施形態の速硬性セメント組成物は、凝結調整剤が、無機炭酸塩、オキシカルボン酸、アルミン酸ナトリウムおよび硫酸ナトリウムのうちの１つ以上を含むので、環境温度による速硬性セメント組成物の凝結始発時間の変動を確実に小さくすることができる。また、凝結調整剤による凝結調整作用が早期に発揮されるので、凝結始発時間がより安定して長くなるとともに、水を加えた後の流動性がより高くなる。硫酸ナトリウムは、水に対する溶解速度が特に速いため、水を加えた後の速硬性セメント組成物の流動性を向上させる効果が高い。
【００６３】
さらに、細骨材を含む速硬性セメント組成物は、硬化体の収縮が抑えられる。このため、細骨材含有速硬性セメント組成物は、半たわみ性舗装で使用されるセメントミルク等の原料として好適に使用することができる。
また、セメントが凝結調整剤を含む速硬性セメント組成物は、確実に環境温度による凝結始発時間の変動が小さくなるので、様々な環境温度の現場において好適に用いることができる。そして、凝結調整剤を、無機粉末と凝結調整剤を混合した凝結調整剤高濃度含有混合物としてセメントに加えることによって、凝結調整剤をセメント中に均一に分散させることができるので、さらに確実に環境温度による凝結始発時間の変動が小さくできる。
【００６４】
また、短繊維を含む速硬性セメント組成物は、硬化体のひび割れ抵抗性強度が向上して、疲労に対する耐久性に優れたものとなる。このため、この短繊維含有速硬性セメント組成物は、大きな負荷がかかる空港の滑走路のＰＣ舗装やＲＣ舗装で使用される裏込めグラウト材の材料として好適に使用できる。
また、増粘剤を含む速硬性セメント組成物は、ブリーティング率が低く、水中でも強度の高い硬化体を形成することができる。このため、この短繊維含有速硬性セメント組成物は、ＰＣ舗装版やＲＣ舗装版と路盤の間隙に滞水を持つような箇所に注入する裏込めグラウト材の材料として好適に使用できる。
【００６５】
また、再乳化粉末樹脂を含む速硬性セメント組成物は、水に浸漬させた後の耐凍性に優れたものとなる。このため、この再乳化粉末樹脂含有速硬性セメント組成物は、寒冷地での舗装用注入材として好適に使用できる。
【００６６】
また、無機フィラーを含む速硬性セメント組成物は、圧縮強度や静弾性係数を任意に調整できる。このため、この無機フィラー含有速硬性セメント組成物は、種々な用途の舗装用注入材として好適に使用できる。
【００６７】
また、防凍剤を含む速硬性セメント組成物は、極低温の温度環境下においても、初期強度発現性が高い硬化体を得ることができる。このため、この防凍剤を含有速硬性セメント組成物は、寒冷地での舗装用注入材として好適に使用できる。
【００６８】
以上、本発明の実施形態である速硬性セメント組成物について説明したが、本発明はこれに限定されることはなく、その発明の技術的思想を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば、速硬性セメント組成物は、減水剤、ＡＥ減水剤、高性能減水剤、高性能ＡＥ減水剤、流動化剤、防水剤、起泡剤、発泡剤、消泡剤、鉄筋コンクリート用防錆剤、水中不分離性混和剤、保水剤、乾燥収縮低減剤、分離低減剤（増粘剤）、防凍・耐寒剤などを含んでいてもよい。
【実施例】
【００６９】
次に本発明の実施例を比較例とともに詳しく説明する。
【００７０】
［使用材料］
本実施例および比較例にて使用した使用材料の種類、組成及び略号を、下記の表１に示す。
【００７１】
【表１】
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【００７２】
［速硬性混和材（ＳＡ−１）の調製］
カルシウムアルミネートクリンカー（ＣＡ−ＣＬ）を１００質量部、凝結調整剤として、炭酸ナトリウム（Ｎａ−３）を１．０質量部、アルミン酸ナトリウム（Ａｌ−３）を０．５質量部、酒石酸（Ｔａ−３）を０．５質量部となる割合にて、混合粉砕機に投入し、ブレーン比表面積が４５００ｃｍ２／ｇになるまで混合粉砕した。得られた混合粉砕物に含まれているカルシウムアルミネートの平均粒子径は１５μｍであり、炭酸ナトリウムの平均粒子径は３．０μｍであった。炭酸ナトリウムの平均粒子径は、下記の方法を用いて測定した。
【００７３】
（炭酸ナトリウムの平均粒子径の測定方法）
先ず、初めに、得られた混合粉砕物の粒子形状を、ＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）を用いて観察した。図１に、混合粉砕物のＳＥＭ画像を示す。図１の（Ａ）は装置倍率１０００倍のＳＥＭ画像で、（Ｂ）は装置倍率３０００倍のＳＥＭ画像である。
次に、ＥＰＭＡ（電子プローブマイクロアナライザー）を用いてＳＥＭ画像に写された粒子の元素分析を行った。図２にその結果を示す。図２の（Ａ）は、図１（Ｂ）の丸で囲まれた領域を拡大したＳＥＭ画像であり、（Ｂ）は、そのＳＥＭ画像に写された粒子を、ＥＰＭＡを用いて元素分析して得た元素のマッピング画像である。図２の（Ｂ）において、白色部分はナトリウムを表す。この図２の（Ａ）のＳＥＭ画像と（Ｂ）のマッピング画像から、炭酸ナトリウムの粒子を特定し、その炭酸ナトリウムとして特定された粒子の最長径を図１（Ｂ）のＳＥＭ画像を用いて計測した。この操作を繰り返して、１００個の炭酸ナトリウムの粒子径を計測し、その平均値を算出した。
【００７４】
上記のようにして得られた粉砕混合物１００質量部に対して、無機硫酸塩として無水石膏（ＣＳ）を１２０質量部の割合で混合機に投入して、混合した。得られた混合物を速硬性混和材（ＳＡ−１）とした。
【００７５】
［速硬性混和材（ＳＡ−２）の調製］
カルシウムアルミネートクリンカー（ＣＡ−ＣＬ）を混合粉砕機に投入し、ブレーン比表面積が４５００ｃｍ２／ｇになるまで粉砕して、カルシウムアルミネート粉末を得た。
得られたカルシウムアルミネート粉末１００質量部に対して、無水石膏（ＣＳ）を１２０質量部の割合にて混合機に投入して、混合した。得られた混合物を速硬性混和材（ＳＡ−２）とした。
【００７６】
［速硬性混和材（ＳＡ−３）の調製］
カルシウムアルミネートクリンカー（ＣＡ−ＣＬ）を１００質量部、凝結調整剤として、炭酸ナトリウム（Ｎａ−３）を１．０質量部、アルミン酸ナトリウム（Ａｌ−３）を０．５質量部、酒石酸（Ｔａ−３）を０．５質量部、硫酸ナトリウム（ＮＳ−３）を１．０質量部となる割合にて、混合粉砕機に投入し、ブレーン比表面積が４５６０ｃｍ２／ｇになるまで混合粉砕した。得られた混合粉砕物に含まれているカルシウムアルミネートの平均粒子径は１４．２μｍであり、炭酸ナトリウムの平均粒子径は２．８μｍであった。
【００７７】
上記のようにして得られた粉砕混合物１００質量部に対して、無水石膏（ＣＳ）を１２０質量部の割合で混合機に投入して、混合した。得られた混合物を速硬性混和材（ＳＡ−３）とした。
【００７８】
［凝結調整剤高濃度含有混合物（Ｓｅｔ−１）の調製］
炭酸ナトリウム（Ｎａ−１）、炭酸ナトリウム（Ｎａ−２）、炭酸ナトリウム（Ｎａ−３）、アルミン酸ナトリウム（Ａｌ−１）、アルミン酸ナトリウム（Ａｌ−２）、アルミン酸ナトリウム（Ａｌ−３）、酒石酸（Ｔａ−１）、酒石酸（Ｔａ−２）、酒石酸（Ｔａ−３）、そして無機粉末として普通ポルトランドセメント（Ｎ）を、質量比で３：６：３：１：２：１：１：２：１：２０（＝Ｎａ−１：Ｎａ−２：Ｎａ−３：Ａｌ−１：Ａｌ−２：Ａｌ−３：Ｔａ−１：Ｔａ−２：Ｔａ−３：Ｎ）の割合にて混合機に投入して、乾式混合した。得られた混合物を凝結調整剤高濃度含有混合物（Ｓｅｔ−１）とした。
【００７９】
［凝結調整剤混合物（Ｓｅｔ−２）の調製］
炭酸ナトリウム（Ｎａ−１）、炭酸ナトリウム（Ｎａ−２）、炭酸ナトリウム（Ｎａ−３）、アルミン酸ナトリウム（Ａｌ−１）、アルミン酸ナトリウム（Ａｌ−２）、アルミン酸ナトリウム（Ａｌ−３）、酒石酸（Ｔａ−１）、酒石酸（Ｔａ−２）、そして酒石酸（Ｔａ−３）を、質量比で３：６：３：１：２：１：１：２：１（＝Ｎａ−１：Ｎａ−２：Ｎａ−３：Ａｌ−１：Ａｌ−２：Ａｌ−３：Ｔａ−１：Ｔａ−２：Ｔａ−３）の割合にて混合機に投入して、乾式混合した。得られた混合物を凝結調整剤混合物（Ｓｅｔ−２）とした。
【００８０】
［凝結調整剤高濃度含有混合物（Ｓｅｔ−３）の調製］
炭酸ナトリウム（Ｎａ−１）、炭酸ナトリウム（Ｎａ−２）、炭酸ナトリウム（Ｎａ−３）、アルミン酸ナトリウム（Ａｌ−１）、アルミン酸ナトリウム（Ａｌ−２）、アルミン酸ナトリウム（Ａｌ−３）、酒石酸（Ｔａ−１）、酒石酸（Ｔａ−２）、酒石酸（Ｔａ−３）、硫酸ナトリウム（ＮＳ−３）そして無機粉末として普通ポルトランドセメント（Ｎ）を、質量比で３：６：３：１：２：１：１：２：１：１２：３２（＝Ｎａ−１：Ｎａ−２：Ｎａ−３：Ａｌ−１：Ａｌ−２：Ａｌ−３：Ｔａ−１：Ｔａ−２：Ｔａ−３：ＮＳ−３：Ｎ）の割合にて混合機に投入して、乾式混合した。得られた混合物を凝結調整剤高濃度含有混合物（Ｓｅｔ−３）とした。
【００８１】
［実施例１、２および比較例１］
速硬性混和材（ＳＡ−１、ＳＡ−２、ＳＡ−３）、普通ポルトランドセメント（Ｎ）、凝結調整剤高濃度含有混合物（Ｓｅｔ−１、Ｓｅｔ−３）、凝結調整剤混合物（Ｓｅｔ−２）および消泡剤（１４ＨＰ）を下記の表２に示す割合（質量部）にて混合機に投入し、乾式混合して、速硬性セメント組成物を製造した。
【００８２】
【表２】
2017186239.tif 000003
【００８３】
得られた速硬性セメント組成物１００質量部に水５０質量部を加え、ハンドミキサーで２分間練り混ぜて、グラウトを調製した。調製したグラウトを用いて、ＪＡロート流下時間、凝結時間、圧縮強度の各物性を測定した。
ＪＡロート流下時間は、土木学会規準  ＪＳＣＥ−Ｆ５３１「ＰＣグラウトの流動性試験方法」に準拠して測定した。
凝結時間は、ＪＩＳ  Ｒ  ５２０１「セメントの物理試験方法」に準拠して測定した。
圧縮強度は、土木学会規準  ＪＳＣＥ−Ｇ  ５０５「円柱供試体を用いたモルタルまたはセメントペーストの圧縮強度試験方法」に準拠して測定した。
【００８４】
速硬性セメント組成物の温度特性を確認するために、ＪＡロート流下時間、凝結時間、圧縮強度の各物性の測定は、５℃、２０℃、３５℃の環境温度下で行った。その結果を表３に示す。
また、速硬性セメント組成物の保存特性を確認するために、速硬性セメント組成物をビニール袋（容量：１２Ｌ）に梱包し、ビニール袋の角部の４カ所にピンホール（孔径：０．５ｍｍ）を開け、温度３０℃、湿度８０％ＲＨの室内に、３ヶ月、６ヶ月それぞれ保存した。保存後の速硬性セメント組成物について、グラウトを調製し、ＪＡロート流下時間、凝結時間、圧縮強度の各物性を測定した。なお、このときの各物性の測定は２０℃の環境温度下で行った。その結果を表４に示す。
【００８５】
【表３】
2017186239.tif 000004
【００８６】
【表４】
2017186239.tif 000005
【００８７】
表３の結果から、実施例１、２の速硬性セメント組成物は、比較例１の速硬性セメント組成物と比較して、環境温度によるＪＡロート流下時間、凝結時間、圧縮強度の変動が小さく、温度安定性に優れていることが確認された。特に、硫酸ナトリウムを含む実施例２の速硬性セメント組成物は、ＪＡロート流下時間が短く、流動性が優れていることが確認された。
また、表４の結果から、実施例１、２の速硬性セメント組成物は、比較例１の速硬性セメント組成物と比較して、保存によるＪＡロート流下時間、凝結時間、圧縮強度の変動が小さく、保存安定性に優れていることが確認された。
【００８８】
［実施例３、４および比較例２］
速硬性混和材（ＳＡ−１、ＳＡ−２、ＳＡ−３）、普通ポルトランドセメント（Ｎ）、凝結調整剤高濃度含有混合物（Ｓｅｔ−１、Ｓｅｔ−３）、凝結調整剤混合物（Ｓｅｔ−２）、細骨材（Ｓ）、再乳化粉末樹脂（Ｐ）および消泡剤（１４ＨＰ）を下記の表５に示す割合（質量部）にて混合機に投入し、乾式混合して、速硬性セメント組成物を製造した。
【００８９】
【表５】
2017186239.tif 000006
【００９０】
得られた速硬性セメント組成物１００質量部に水５０質量部を加え、ハンドミキサーで２分間練り混ぜて、セメントミルクを調製した。調製したセメントミルクを用いて、Ｐロート流下時間、凝結時間、圧縮強度の各物性を測定した。なお、Ｐロート流下時間の測定は次のようにして行った。凝結時間および圧縮強度は、上記の方法により測定した。
Ｐロート流下時間は、土木学会規準ＪＳＣＥ−Ｆ  ５２１「プレパックドコンクリートの注入モルタルの流動性試験方法（Ｐ漏斗による方法）」に準拠して測定した。
【００９１】
速硬性セメント組成物の温度特性を確認するために、Ｐロート流下時間、凝結時間、圧縮強度の各物性の測定を５℃、２０℃、３５℃の環境温度下で行った。その結果を表６に示す。
また、速硬性セメント組成物の保存特性を確認するために、速硬性セメント組成物を実施例１と同様にして、温度３０℃、湿度８０％ＲＨの室内に、３ヶ月、６ヶ月それぞれ保存した。そして、保存後の速硬性セメント組成物について、セメントミルクを調製し、Ｐロート流下時間、凝結時間、圧縮強度の各物性を測定した。なお、このときの各物性の測定は２０℃の環境温度下で行った。その結果を表７に示す。
【００９２】
【表６】
2017186239.tif 000007
【００９３】
【表７】
2017186239.tif 000008
【００９４】
表６の結果から、実施例３、４の速硬性セメント組成物は、比較例２の速硬性セメント組成物と比較して、環境温度によるＰロート流下時間、凝結時間、圧縮強度の変動が小さく、温度安定性に優れていることが確認された。特に、硫酸ナトリウムを含む実施例４の速硬性セメント組成物は、Ｐロート流下時間が短く、流動性が優れていることが確認された。
また、表７の結果から、実施例３、４の速硬性セメント組成物は、比較例２の速硬性セメント組成物と比較して、保存によるＰロート流下時間、凝結時間、圧縮強度の変動が小さく、保存安定性に優れていることが確認された。
【００９５】
［実施例５〜１９］
有機短繊維として、ＰＶＡ短繊維（繊維径：２６μｍ、繊維長：３ｍｍ）、ポリアミド短繊維（繊維径：２８μｍ、繊維長：３ｍｍ）、アラミド短繊維（繊維径：１２μｍ、繊維長：３ｍｍ）を用意した。実施例１の速硬性セメント組成物に、各短繊維を、速硬性セメント組成物の全体量に対する含有量がそれぞれ０．０５質量％、０．１質量％、０．５質量％、１．０質量％、３．０質量％となる量にてそれぞれ添加し、混合して、短繊維含有速硬性セメント組成物を製造した。
【００９６】
得られた短繊維含有速硬性セメント組成物１００質量部に水５０質量部を加え、ハンドミキサーで２分間練り混ぜて、グラウトを調製した。調製したグラウトを用いて、ＪＡロート流下時間を測定した。
また、調製したグラウトを用いて作製した供試体に対して、２００万回の繰返し疲労試験を行った。疲労試験は、旧ＪＳＴＭ  Ｃ  ７１０４：１９９９「繰返し圧縮応力によるコンクリートの疲労試験方法」に準拠した方法により行った。疲労試験の水準は、静的圧縮強度：５０Ｎ／ｍｍ２、上限応力比：６５％、下限応力比：１０％、繰返し速度：１０Ｈｚとし、供試体の寸法はφ５０×１００ｍｍとした。
その結果を、下記の表８に示す。
【００９７】
【表８】
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【００９８】
表８の結果から、ＰＶＡ短繊維、ポリアミド短繊維およびアラミド短繊維のいずれの短繊維を用いた場合においても、供試体の圧縮疲労耐久性は、０．０５質量％の添加量でも大きく向上し、特に短繊維の添加量が０．１質量％以上になると格段に向上して、繰返し回数２００万回でも供試体の状況は健全となること、すなわち短繊維の添加によって、硬化体の圧縮疲労耐久性が顕著に向上することが確認された。
【００９９】
［実施例２０〜２４］
実施例１の速硬性セメント組成物に、増粘剤（ＷＲ）を、速硬性セメント組成物の全体量に対する含有量がそれぞれ０．０１質量％、０．０５質量％、０．１質量％、０．５質量％、１．０質量％となる量にてそれぞれ添加し、混合して、増粘剤含有速硬性セメント組成物を製造した。
【０１００】
得られた増粘剤含有速硬性セメント組成物１００質量部に水５０質量部を加え、ハンドミキサーで２分間練り混ぜて、グラウトを調製した。調製したグラウトを用いて、ＪＡロート流下時間と２時間後のブリーディング率を測定した。また、調製したグラウトを水中と気体中で硬化させ、水中で採取した硬化体と気中で採取した硬化体の圧縮強度を測定した。
なお、ブリーディング率の測定、水中および気中での硬化体の採取は、次のようにして行った。
その結果を、表９に示す。
【０１０１】
（ブリーディング率）
ブリーディング率は、土木学会規準ＪＳＣＥ−Ｆ５２２「プレパックドコンクリートの注入モルタルのブリーディング率および膨張率試験方法（ポリエチレン袋法）」に準拠して測定した。
【０１０２】
（水中での硬化体の採取方法）
本実施例で用いた水中での硬化体の作製装置の斜視図を、図３に示す。
先ず、水槽１に水２を入れた。次に、水２の中に、型枠３を静置した。型枠３は、内径φ５０×高さ１００ｍｍの円筒状容器を用いた。そして、型枠３の中に、漏斗４を用いて増粘剤含有速速硬性セメント組成物を注入した。注入してから２時間静置した後、水２から型枠３を取り出し、型枠３内の硬化体を採取した。
【０１０３】
（気中での硬化体の採取方法）
型枠３を大気中に静置し、型枠３の中に増粘剤含有速硬性セメント組成物を注入して、２時間静置したこと以外は、水中での硬化体の採取方法と同様にした。
【０１０４】
【表９】
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【０１０５】
表９の結果から、増粘剤の添加によって、ブリーディング率が低減し、さらに低減水中強度／気中強度比は大きい硬化体が得られること、すなわち水中にて高い強度の硬化体の形成が可能となることが確認された。
【０１０６】
［実施例２５〜３０］
実施例３の速硬性セメント組成物に、再乳化粉末樹脂（Ｐ）を、速硬性セメント組成物の全体量に対する含有量がそれぞれ０．５質量％、１．０質量％、２．０質量％、５．０質量％、１０．０質量％、３０．０質量％となる量にてそれぞれ添加し、混合して、再乳化粉末樹脂含有速硬性セメント組成物を製造した。
【０１０７】
得られた再乳化粉末樹脂含有速硬性セメント組成物１００質量部に水４５質量部を加え、ハンドミキサーで２分間練り混ぜて、セメントミルクを調製した。調製したセメントミルクを用いて、Ｐロート流下時間、材齢７日の圧縮強度を測定した。その結果を、表１０に示す。
また、調製したセメントミルクを空隙率２２％の開粒度アスファルト母体（１００×２００×厚さ１００ｍｍ）に注入し、２０℃の温度で７日間養生して半たわみ性舗装体を作成した。得られた半たわみ舗装体を水に浸漬し、−２０℃×６時間と＋２０℃×６時間の凍結融解サイクルを２００サイクル繰返し、舗装体の外観を観察した。その結果を、表１０に示す。
【０１０８】
【表１０】
2017186239.tif 000011
【０１０９】
表１０の結果から、再乳化粉末樹脂の添加量が０．５質量％に満たない試験体は、凍結融解繰返しにより硬化体がスケーリングにより脱落する現象が認められた。一方、再乳化粉末樹脂添加量が２．０質量％以上では硬化体の脱落は認められず、再乳化粉末樹脂の添加により硬化体の凍結融解抵抗性が向上することが確認された。
【０１１０】
［実施例３１〜３７］
実施例１の速硬性セメント組成物と珪石微粉末（ＳＰ）および石灰石微粉末（ＬＰ）を下記の表１１に示す配合量にて混合して、無機フィラー含有速硬性セメント組成物を製造した。
【０１１１】
得られた無機フィラー含有速硬性セメント組成物１００質量部に水５０質量部を加え、ハンドミキサーで２分間練り混ぜて、セメントミルクを調製した。得られたセメントミルクを、内径φ５０×高さ１００ｍｍの円筒状容器に注入し、室温で７日間養生して硬化体を作製した。得られた材齢７日の硬化体の圧縮強度と静弾性係数を測定した。静弾性係数は、ＪＩＳ  Ａ  １１４９「コンクリートの静弾性係数試験方法」に準拠して測定した。その結果を表１１に示す。
【０１１２】
【表１１】
2017186239.tif 000012
【０１１３】
表１１の結果から、速硬性セメント組成物に、無機系微粉末を添加することで、圧縮強度と静弾性係数を所望の値に制御することが可能となることが確認された。
【０１１４】
［実施例３８〜４２］
実施例３の速硬性セメント組成物に、防凍剤（ＣＮ）を速硬性セメント組成物の全体量に対する含有量がそれぞれ１．０質量％、２．０質量％、３．０質量％、５．０質量％、１０．０質量％となる量にてそれぞれ添加し、混合して、防凍剤含有速硬性セメント組成物を製造した。
【０１１５】
得られた防凍剤含有速硬性セメント組成物１００質量部に、水温５℃の水４５質量部を加え、−５℃の温度環境下で、ハンドミキサーで２分間練り混ぜて、グラウトを調製した。
得られたグラウトを、３個の円筒状容器（内径φ５０×高さ１００ｍｍ）にそれぞれ注入した。この円筒状容器３個を、内寸２００ｍｍ１５０×１５０ｍｍの発泡スチロール製の断熱容器に入れ、−５℃の温度環境下で３時間養生して硬化体を作製した。得られた材齢３時間の硬化体３個の圧縮強度をそれぞれ測定し、その平均を求めた。その結果を表１２に示す。
【０１１６】
【表１２】
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【０１１７】
表１２の結果から、防凍剤含有速硬性セメント組成物は、−５℃の温度環境下においても硬化体の生成が可能となることが確認された。
【符号の説明】
【０１１８】
１  水槽
２  水
３  型枠
４  漏斗
【図１】
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【図２】
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【図３】
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