(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
セメント100重量部に対し、ポゾラン質微粉末5〜50重量部、粒径2mm以下の細骨材50〜250重量部、減水剤（固形分換算）0.5〜4.0重量部、水10〜30重量部及び収縮低減剤0.5〜10重量部のみからなる高強度モルタルであって、上記ポゾラン質微粉末がシリカフューム又はシリカダストであり、上記収縮低減剤が化学式(1)；Ｒ1Ｏ（Ａ1Ｏ）n1Ｈ（Ｒ1は水素又は炭素数１〜６の直鎖もしくは分岐のアルキル基、Ａ1は炭素数２〜３の１種又は２種のアルキレン基、Ａ1Ｏはオキシアルキレン基、ｎ1は１〜１０の整数）で示される化合物を主成分とする収縮低減剤であることを特徴とする高強度モルタル。
【請求項２】
さらに、モルタルの体積の4.0％未満となる量の金属繊維及び／又はモルタルの体積の10％未満となる量の有機質繊維を含む請求項１に記載の高強度モルタル。
【請求項３】
金属繊維が、径0.01〜1.0mm、長さ2〜30mmの鋼繊維である請求項２記載の高強度モルタル。
【請求項４】
有機質繊維が、径0.01〜1.0mm、長さ2〜30mmのビニロン繊維、ポリプロピレン繊維、ポリエチレン繊維、アラミド繊維、炭素繊維から選ばれる１種以上の繊維である請求項２記載の高強度モルタル。
【請求項５】
さらに、平均粒径3〜20μｍの石英粉を、セメント100重量部に対して50重量部以下含む請求項１〜４のいずれかに記載の高強度モルタル。
【請求項６】
さらに、平均粒度1mm以下の繊維状粒子又は薄片状粒子を、セメント100重量部に対して35重量部以下含む請求項１〜５のいずれかに記載の高強度モルタル。
【請求項７】
粗骨材と請求項１〜６のいずれかに記載の高強度モルタルとからなり、モルタルに対する粗骨材の容積比が1.5以下であることを特徴とする高強度コンクリート。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高強度モルタル及び高強度コンクリートに関し、特に、曲げ強度／圧縮強度比を大きくすることができる高強度モルタル及び高強度コンクリートに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、土地のより一層の有効利用の観点から、建築物の超高層化及び大規模化の傾向は益々顕著になってきている。このような超高層ないしは大規模の建築物を実現するために、従来より、高強度モルタルや高強度コンクリートの開発が行われている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従来、高強度モルタルや高強度コンクリートを調製するために、普通ポルトランドセメントを使用して単位セメント量を増大（例えば、500kg/m3以上）し、高性能減水剤又は高性能ＡＥ減水剤を使用して、水／セメント比を減少する（例えば、40重量％以下）ことが行われている。
このようにして製造した高強度モルタルや高強度コンクリートでは、100N/mm2以上の高圧縮強度を発現させることはできるのではあるが、圧縮強度が高くなるに従い、曲げ強度／圧縮強度の比が小さくなるという課題があった。
例えば、モルタルの場合、40N/mm2程度の圧縮強度のモルタルでは、曲げ強度／圧縮強度の比は１／５〜１／７程度であるが、100〜150N/mm2の圧縮強度のモルタルでは曲げ強度／圧縮強度の比は１／９〜１／11と小さくなる。
コンクリートの場合、30〜40N/mm2程度の圧縮強度のコンクリートでは、曲げ強度／圧縮強度の比は１／６〜１／８程度であるが、100N/mm2程度の圧縮強度のコンクリートでは曲げ強度／圧縮強度の比は１／10〜１／13と小さくなる。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は、前記課題を解決するために鋭意研究した結果、特定の材料を使用することによって、▲１▼200N/mm2以上の圧縮強度を発現するモルタルであっても、曲げ強度／圧縮強度の比を１／４〜１／７にできる、▲２▼100N/mm2以上の圧縮強度を発現するコンクリートであっても、曲げ強度／圧縮強度の比を１／６〜１／8.5にできるという知見を得て、本発明を完成させたものである。
【０００５】
即ち、本発明は、セメント100重量部に対し、ポゾラン質微粉末5〜50重量部、粒径2mm以下の細骨材50〜250重量部、減水剤（固形分換算）0.5〜4.0重量部、水10〜30重量部及び収縮低減剤0.5〜10重量部のみからなる高強度モルタルであって、上記ポゾラン質微粉末がシリカフューム又はシリカダストであり、上記収縮低減剤が化学式(1)；Ｒ1Ｏ（Ａ1Ｏ）n1Ｈ（Ｒ1は水素又は炭素数１〜６の直鎖もしくは分岐のアルキル基、Ａ1は炭素数２〜３の１種又は２種のアルキレン基、Ａ1Ｏはオキシアルキレン基、ｎ1は１〜１０の整数）で示される化合物を主成分とする収縮低減剤である高強度モルタル（請求項１）であり、さらに、金属繊維及び／又は有機質繊維（請求項２）を、平均粒径3〜20μｍの石英粉（請求項５）を、平均粒度1mm以下の繊維状粒子又は薄片状粒子（請求項６）を含むことが好ましいものである。また、本発明は、粗骨材と請求項１〜６のいずれかに記載の高強度モルタルとからなる高強度コンクリート（請求項７）である。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明について詳細に説明する。
まず、本発明の高強度モルタルについて説明する。
本発明の高強度モルタルは、少なくとも、セメント、ポゾラン質微粉末、粒径2mm以下の細骨材、減水剤、水、及び収縮低減剤を含むものである。
本発明で使用されるセメントの種類は限定するものではなく、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等の各種ポルトランドセメントや高炉セメント、フライアッシュセメント等の混合セメントを使用することができる。
なお、本発明においては、コンクリートの早期強度を向上しようとする場合は、早強ポルトランドセメントを使用することが好ましく、コンクリートの流動性を向上しようとする場合は、中庸熱ポルトランドセメントや低熱ポルトランドセメントを使用することが好ましい。
【０００７】
ポゾラン質微粉末としては、シリカフューム、シリカダスト、フライアッシュ、スラグ、火山灰、シリカゾル、沈降シリカ等が挙げられる。
一般に、シリカフュームやシリカダストでは、その平均粒径は、1.0μｍ以下であり、粉砕等をする必要がないので本発明のポゾラン質微粉末として好適である。
ポゾラン質微粉末を配合することにより、そのマイクロフィラー効果およびセメント分散効果によりコンクリートが緻密化し、圧縮強度が向上する。一方、ポゾラン質微粉末の配合量が多くなると単位水量が増大するので、ポゾラン質微粉末の配合量はセメント100重量部に対して5〜50重量部が好ましい。
【０００８】
本発明においては、粒径2mm以下の細骨材が用いられる。ここで、細骨材の粒径とは、85％重量累積粒径である。細骨材の粒径が2mmを超えると、圧縮強度が低下する。なお、モルタルの分離抵抗性、硬化後の強度等から、最大粒径が2mm以下の細骨材を用いることが好ましく、最大粒径が1.5mm以下の細骨材を用いることがより好ましい。
細骨材としては、川砂、陸砂、海砂、砕砂、珪砂及びこれらの混合物を使用することができる。
細骨材の配合量は、モルタルの作業性や分離抵抗性、硬化後の強度やクラックに対する抵抗性等から、セメント100重量部に対して50〜250重量部が好ましく、80〜180重量部がより好ましい。
【０００９】
減水剤としては、リグニン系、ナフタレンスルホン酸系、メラミン系、ポリカルボン酸系の減水剤、ＡＥ減水剤、高性能減水剤又は高性能ＡＥ減水剤を使用することができる。これらのうち、減水効果の大きい高性能減水剤又は高性能ＡＥ減水剤を使用することが好ましい。
減水剤の配合量は、モルタルの流動性や分離抵抗性、硬化後の強度、さらにはコスト等から、セメント100重量部に対して、固形分換算で、0.5〜4.0重量部が好ましい。
なお、減水剤は、液状又は粉末状どちらでも使用可能である。
【００１０】
水／セメント比は、モルタルの流動性や分離抵抗性、硬化体の強度や耐久性等から、10〜30重量％が好ましく、15〜25重量％がより好ましい。
【００１１】
収縮低減剤としては、化学式(1)；Ｒ1Ｏ（Ａ1Ｏ）n1Ｈで示される化合物を主成分とする収縮低減剤が好ましい。ここで、化学式(1)中のＲ1は、水素又は炭素数１〜６の直鎖もしくは分岐のアルキル基である。このような基としては、水素、メチル基、エチル基、ｎ−プロピル基、ｉｓｏ−プロピル基、ｎ−ブチル基、ｉｓｏ−ブチル基、ｔｅｒｔ−ブチル基、ｎ−ペンチル基、ｉｓｏ−ペンチル基、ｔｅｒｔ−ペンチル基、ｎ−ヘキシル基、ｉｓｏ−ヘキシル基等が挙げられる。これらのうち好ましいのは、炭素数１〜４のアルキル基であり、より好ましいのは、メチル基及び直鎖もしくは分岐の各種ブチル基である。
また、化学式(1)中のＡ1は、炭素数２〜３の１種又は２種のアルキレン基であり、Ａ1Ｏはオキシアルキレン基であり、通常、エチレンオキサイド及び／又はプロピレンオキサイドの付加により形成される。エチレンオキサイドとプロピレンオキサイドを供用付加する場合は、任意の割合（例えば、モル比が、１〜99／99〜１）でよく、ブロック付加形式でもランダム付加形式でも差し支えない。供用付加の形式として好ましいものは、ブロック付加である。
さらに、化学式(1)中のｎ1は、１〜１０の整数である。
【００１２】
本発明において、収縮低減剤には、前記(1)式で示される化合物100重量部に対して、化学式(2)；Ｒ2Ｏ（Ｃ3Ｈ6Ｏ）n2Ｈで示される化合物を0.01〜1重量部含むことが好ましい。ここで、化学式(2)中のＲ2は炭素数１〜４の直鎖もしくは分岐のアルキル基である。このような基としては、メチル基、エチル基、ｎ−プロピル基、ｉｓｏ−プロピル基、ｎ−ブチル基、ｉｓｏ−ブチル基、ｔｅｒｔ−ブチル基等が挙げられる。これらのうち好ましいのは、直鎖もしくは分岐の各種ブチル基である。
また、化学式(2)中のｎ2は、１０を超える１００までの整数である。
【００１３】
収縮低減剤の配合量は、モルタルの作業性や分離抵抗性、硬化後の強度やクラックに対する抵抗性等から、セメント100重量部に対し、0.5〜10重量部であり、好ましくは1.0〜4.0重量部である。
【００１４】
本発明においては、モルタルの曲げ強度を高める観点から、前記モルタルに金属繊維及び／又は有機質繊維を含ませることが好ましい。
金属繊維としては、鋼繊維、アモルファス繊維等が挙げられるが、中でも鋼繊維は強度に優れており、またコストや入手のし易さの点からも好ましいものである。金属繊維は、径0.01〜1.0mm、長さ2〜30mmのものが好ましい。径が0.01mm未満では繊維自身の強度が不足し、張力を受けた際に切れやすくなる。径が1.0mmを超えると、同一配合量での本数が少なくなり、曲げ強度を向上させる効果が低下する。長さが30mmを超えると、混練の際ファイバーボールが生じやすくなる。長さが2mm未満では曲げ強度を向上させる効果が低下する。
金属繊維の配合量は、モルタルの体積の4.0％未満が好ましく、より好ましくは3.0％未満である。金属繊維の含有量が多くなると混練時の作業性等を確保するために単位水量も増大するので、金属繊維の配合量は前記の量が好ましい。
【００１５】
有機質繊維としては、ビニロン繊維、ポリプロピレン繊維、ポリエチレン繊維、アラミド繊維、炭素繊維等が挙げられる。有機質繊維は、径0.01〜1.0mm、長さ2〜30mmのものが好ましい。
有機質繊維の配合量は、モルタルの体積の10％未満が好ましく、8.0％未満がより好ましい。
なお、本発明においては、金属繊維と有機質繊維を併用することは差し支えない。
【００１６】
本発明においては、硬化後の充填密度を高める観点から、モルタルに、平均粒径3〜20μｍ、より好ましくは平均粒径4〜10μｍの石英粉末を含ませることが好ましい。
石英粉末としては、石英や非晶質石英、オパール質やクリストバライト質のシリカ含有粉末等が挙げられる。
石英粉末の配合量は、モルタルの流動性、硬化体の強度等から、セメント100重量部に対して50重量部以下が好ましく、20〜35重量部がより好ましい。
【００１７】
本発明においては、硬化体の靱性を高める観点から、モルタルに、平均粒度が1mm以下の繊維状粒子又は薄片状粒子を含ませることが好ましい。ここで、粒子の粒度とは、その最大寸法の大きさ（特に、繊維状粒子ではその長さ）である。
繊維状粒子としては、ウォラストナイト、ボーキサイト、ムライト等が、薄片状粒子としては、マイカフレーク、タルクフレーク、バーキュライトフレーク、アルミナフレーク等が挙げられる。
繊維状粒子又は薄片状粒子の配合量は、モルタルの流動性、硬化体の強度や靱性等から、セメント100重量部に対して35重量部以下が好ましく、10〜25重量部がより好ましい。
なお、繊維状粒子においては、硬化体の靱性を高める観点から、長さ／直径の比で表される針状度が3以上のものを用いるのが好ましい。
【００１８】
本発明の高強度モルタルの製造方法は、特に限定するものではなく、
1)水、減水剤、収縮低減剤以外の材料を予め混合しておき（プレミックス）、モルタルの混練の際に、該プレミックス、水、減水剤、収縮低減剤をミキサに投入し、混練する。
2)水、収縮低減剤以外の材料を予め混合しておき（プレミックス、ただし減水剤は粉末タイプのものを使用する）、モルタルの混練の際に、該プレミックス、水、収縮低減剤をミキサに投入し、混練する。
3)モルタルの混練の際に、各材料を、それぞれ個別にミキサに投入し、混練する。
等の方法が挙げられる。
混練に用いるミキサは、通常のモルタルの混練に用いられるどのタイプのものでもよく、例えば、ホバートミキサ、揺動型ミキサ、パンタイプミキサ、二軸練りミキサ等が用いられる。
【００１９】
以上説明した本発明の高強度モルタルであれば、200N/mm2以上の圧縮強度を発現するとともに、曲げ強度／圧縮強度の比が１／４〜１／７である。
【００２０】
次に、本発明の高強度コンクリートについて説明する。
本発明の高強度コンクリートは、粗骨材と前記した高強度モルタルとからなるものである。
粗骨材としては、粒径2.5〜20mmの砂利、砕石、及びこれらの混合物等が挙げられる。
【００２１】
モルタルに対する粗骨材の容積比は、コンクリートの流動性や硬化後の強度等から、1.5以下が好ましい。モルタルに対する粗骨材の容積比が、1.5を超えると100N/mm2以上の圧縮強度を発現させることが困難となる。
【００２２】
本発明の高強度コンクリートの製造方法は、特に限定するものではなく、
1)水、減水剤、収縮低減剤以外のモルタル材料を予め混合しておき（プレミックス）、コンクリートの混練の際に、該プレミックス、水、減水剤、収縮低減剤、粗骨材をミキサに投入し、混練する。
2)水、収縮低減剤以外のモルタル材料を予め混合しておき（プレミックス、ただし減水剤は粉末タイプのものを使用する）、コンクリートの混練の際に、該プレミックス、水、収縮低減剤、粗骨材をミキサに投入し、混練する。
3)コンクリートの混練の際に、各モルタル材料と粗骨材を、それぞれ個別にミキサに投入し、混練する。
等の方法が挙げられる。
混練に用いるミキサは、通常のコンクリートの混練に用いられるどのタイプのものでもよく、例えば、揺動型ミキサ、パンタイプミキサ、二軸練りミキサ等が用いられる。
【００２３】
以上説明した本発明の高強度コンクリートであれば、100N/mm2以上の圧縮強度を発現するとともに、曲げ強度／圧縮強度の比が１／６〜１／8.5である。
なお、本発明において、金属繊維及び／又は有機質繊維を含む高強度モルタルや高強度コンクリートの曲げ強度は、「曲げひびわれ強度」ではなく「曲げ強度」である。
【００２４】
本発明において、モルタル、コンクリートの養生方法は、特に限定するものではなく、常温養生や蒸気養生等を行えばよい。
【００２５】
【実施例】
以下、実施例により本発明を説明する。
１．使用材料
以下に示す材料を使用した。
１）セメント        ；低熱ポルトランドセメント（太平洋セメント（株）製）２）ポゾラン質微粉末；シリカフューム（平均粒径0.7μｍ）
３）細骨材          ；珪砂４号と珪砂５号の２：１（重量比）混合品
４）収縮低減剤      ；ｎ−ブチルアルコールのプロピレンオキサイド(平均付加 モル数２)／エチレンオキサイド(平均付加モル数２)ブロック付加物100重量部と、 ｉｓｏ−ブチルアルコールプロピレンオキサイド付加物(平均付加モル数50)0.5 重量部の配合物
５）金属繊維        ；鋼繊維（直径：0.2mm、長さ：15mm）
６）高性能ＡＥ減水剤；ポリカルボン酸系高性能ＡＥ減水剤
７）水              ；水道水
８）石英粉（平均粒径7μｍ）
９）繊維状粒子      ；ウォラストナイト（平均長さ0.3mm、長さ／直径の比４）
10）粗骨材          ；砕石1505
【００２６】
実施例１
低熱ポルトランドセメント100重量部、シリカフューム32.5重量部、細骨材120重量部、高性能ＡＥ減水剤1.0重量部（セメントに対する固形分）、収縮低減剤 2.0重量部、水22重量部を二軸練りミキサに投入し、混練した。該混練物を、4×4×16cmの型枠に投入し、成形した。成形後、20℃で48時間前置きし、90℃で48時間蒸気養生した。
養生後、「JIS R 5201（セメントの物理試験方法）」に準じて、曲げ強度と圧縮強度を測定した。
その結果、圧縮強度は２１０ＭＰａ、曲げ強度／圧縮強度の比は１／７であった。
【００２７】
実施例２
低熱ポルトランドセメント100重量部、シリカフューム32.5重量部、細骨材120重量部、高性能ＡＥ減水剤1.0重量部（セメントに対する固形分）、収縮低減剤2.0重量部、水22重量部、鋼繊維(モルタルの体積の２％)を二軸練りミキサに投入し、混練した。該混練物を、4×4×16cmの型枠に投入し、成形した。成形後、20℃で48時間前置きし、90℃で48時間蒸気養生した。
養生後、実施例１と同様の方法で、曲げ強度と圧縮強度を測定した。
その結果、圧縮強度は２１０ＭＰａ、曲げ強度／圧縮強度の比は１／４であった。
【００２８】
実施例３
低熱ポルトランドセメント100重量部、シリカフューム32.5重量部、細骨材120重量部、高性能ＡＥ減水剤1.0重量部（セメントに対する固形分）、収縮低減剤2.0重量部、水22重量部、石英粉30重量部、ウォラストナイト24重量部、鋼繊維(モルタルの体積の２％)を二軸練りミキサに投入し、混練した。該混練物を、4×4×16cmの型枠に投入し、成形した。成形後、20℃で48時間前置きし、90℃で48時間蒸気養生した。
養生後、実施例１と同様の方法で、曲げ強度と圧縮強度を測定した。
その結果、圧縮強度は２３０ＭＰａ、曲げ強度／圧縮強度の比は１／4.5であった。
【００２９】
比較例１
低熱ポルトランドセメント100重量部、シリカフューム32.5重量部、細骨材120重量部、高性能ＡＥ減水剤1.0重量部（セメントに対する固形分）、水22重量部を二軸練りミキサに投入し、混練した。該混練物を、4×4×16cmの型枠に投入し、成形した。成形後、20℃で48時間前置きし、90℃で48時間蒸気養生した。
養生後、実施例１と同様の方法で、曲げ強度と圧縮強度を測定した。
その結果、圧縮強度は２１０ＭＰａ、曲げ強度／圧縮強度の比は１／8.5であった。
【００３０】
実施例４
実施例１で使用したモルタルと粗骨材の容積比が7:3となるように、各材料を二軸練りミキサに投入し、混練した。該混練物を、10×10×40cmの型枠とφ10×20cmの型枠に投入し、成形した。成形後、20℃で48時間前置きし、90℃で48時間蒸気養生した。
養生後、「JIS A 1106（コンクリートの曲げ強度試験方法）」に準じて曲げ強度を、「JIS A 1108（コンクリートの圧縮強度試験方法）」に準じて圧縮強度を測定した。
その結果、圧縮強度は１２０ＭＰａ、曲げ強度／圧縮強度の比は１／8.5であった。
【００３１】
実施例５
実施例２で使用したモルタルと粗骨材の容積比が7:3となるように、各材料を二軸練りミキサに投入し、混練した。該混練物を、10×10×40cmの型枠とφ10×20cmの型枠に投入し、成形した。成形後、20℃で48時間前置きし、90℃で48時間蒸気養生した。
養生後、実施例４と同様の方法で、曲げ強度と圧縮強度を測定した。
その結果、圧縮強度は１２０ＭＰａ、曲げ強度／圧縮強度の比は１／６であった。
【００３２】
実施例６
実施例３で使用したモルタルと粗骨材の容積比が7:3となるように、各材料を二軸練りミキサに投入し、混練した。該混練物を、10×10×40cmの型枠とφ10×20cmの型枠に投入し、成形した。成形後、20℃で48時間前置きし、90℃で48時間蒸気養生した。
養生後、実施例４と同様の方法で、曲げ強度と圧縮強度を測定した。
その結果、圧縮強度は１３５ＭＰａ、曲げ強度／圧縮強度の比は１／6.5であった。
【００３３】
比較例２
比較例１で使用したモルタルと粗骨材の容積比が7:3となるように、各材料を二軸練りミキサに投入し、混練した。該混練物を、10×10×40cmの型枠とφ10×20cmの型枠に投入し、成形した。成形後、20℃で48時間前置きし、90℃で48時間蒸気養生した。
養生後、実施例４と同様の方法で、曲げ強度と圧縮強度を測定した。
その結果、圧縮強度は１２０ＭＰａ、曲げ強度／圧縮強度の比は１／10であった。
【００３４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の高強度モルタルでは、200N/mm2以上の圧縮強度であっても、曲げ強度／圧縮強度の比を１／４〜１／７にできる。
また、本発明の高強度コンクリートでは、100N/mm2以上の圧縮強度であっても、曲げ強度／圧縮強度の比を１／６〜１／8.5にできる。
その結果、曲げ性能を重視する鉄筋コンクリートあるいはプレストレスコンクリートはり部材等に好適に使用することができる。