(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
セメント100重量部、ポゾラン質微粉末5〜50重量部、粒径2mm以下の骨材50〜250重量部、減水剤0.5〜4.0重量部（固形分換算）、金属繊維及び水10〜30重量部を少なくとも含む混練物であって、該混練物中の上記金属繊維の配合量が0.5〜4.0体積％である混練物を調製する工程（Ａ）と、上記混練物を型枠内に投入し、上記金属繊維の長さ以下の厚さを有する層状体を形成させる工程（Ｂ）と、上記工程（Ｂ）と同様の手順を繰り返して、上記層状体を積層させ、所定の厚さを有するセメント成形体を得る工程（Ｃ）とを含むことを特徴とするセメント硬化体の製造方法。
【請求項２】
上記工程（Ｂ）及び上記工程（Ｃ）において、上記層状体を形成させる際に、上記混練物を投入する位置を、上記型枠の上方にて水平に移動させる請求項１に記載のセメント硬化体の製造方法。
【請求項３】
上記金属繊維が、直径0.01〜1.0mm、長さ5〜30mmの鋼繊維である請求項１又は２に記載のセメント硬化体の製造方法。
【請求項４】
上記混練物が、「JIS R 5201（セメントの物理試験方法）１１．フロー試験」に記載される方法において15回の落下運動を行なわないで測定した値として、200〜300mmのフロー値を有する請求項１〜３のいずれかに記載のセメント硬化体の製造方法。
【請求項５】
上記混練物が、更に、平均粒径3〜20μmの無機粉末を50重量部以下の配合量で含む請求項１〜４のいずれかに記載のセメント硬化体の製造方法。
【請求項６】
上記混練物が、更に、平均粒度1mm以下の針状粒子又は薄片状粒子を35重量部以下の配合量で含む請求項１〜５のいずれかに記載のセメント硬化体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、極めて高い強度を発現するセメント硬化体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
特開平１１−２４６２５５号公報には、硬化したセメント質マトリックス中に金属繊維が分散してなるコンクリートであって、該金属繊維を除外して、セメントと、最大粒径が2mm以下の骨材粒子と、一次粒子粒度が１μm以下のポゾラン系反応粒子と、平均粒度が1mm以下の針状もしくは薄片状粒子から選ばれたマトリックスの靭性を改善することができる成分と、少なくとも１種の分散剤とを含有する組成物を、水と混合することにより得られたコンクリートが記載されている。
このコンクリートは、硬化前の流動性が大きく、また、硬化後には150〜230MPaの圧縮強度と25〜50MPaの曲げ強度を発現するものであり、機械的特性（圧縮強度、曲げ強度等）に優れる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記公報に記載のコンクリートには、次のような利点がある。
現場打ちで建築物等を構築する場合には、コンクリート層の厚さを薄くすることができるので、コンクリートの打設量が少なくなり、労力の低減、コストの削減、利用可能空間の増大等を図ることができる。
また、プレキャスト部材を製造する場合には、該プレキャスト部材の厚さを薄くすることができるので、軽量化を図ることができ、運搬や施工が容易になる。
本発明は、曲げ強度等の機械的特性を更に向上させて、上記利点をより一層高めることを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本願請求項１に記載のセメント硬化体の製造方法は、セメント100重量部、ポゾラン質微粉末5〜50重量部、粒径2mm以下の骨材50〜250重量部、減水剤0.5〜4.0重量部（固形分換算）、金属繊維及び水10〜30重量部を少なくとも含む混練物であって、該混練物中の上記金属繊維の配合量が0.5〜4.0体積％である混練物を調製する工程（Ａ）と、上記混練物を型枠内に投入し、上記金属繊維の長さ以下の厚さを有する層状体を形成させる工程（Ｂ）と、上記工程（Ｂ）と同様の手順を繰り返して、上記層状体を積層させ、所定の厚さを有するセメント成形体を得る工程（Ｃ）とを含むことを特徴とする。
このように一定の寸法以下の厚さを有する層状体を積層させることによって、53MPa以上の曲げ強度と200MPa以上の圧縮強度を発現させることができる。
上記工程（Ｂ）及び上記工程（Ｃ）において、上記層状体を形成させる際に、上記混練物を投入する位置を、上記型枠の上方にて水平に移動させることが好ましい（請求項２）。
このように、混練物を投入する位置（すなわち、打ち込み治具等の器具における混練物の排出口の位置）を、例えば、型枠の一端部から他端部に向かって適宜の速度で水平移動させることによって、所望の厚さを有する層状体、及びその積層体を容易に形成させることができる。
上記金属繊維の好ましい例としては、直径0.01〜1.0mm、長さ5〜30mmの鋼繊維が挙げられる（請求項３）。
このように特定の寸法の鋼繊維を用いることによって、成形性を良好に保ちつつ、曲げ強度を向上させることができる。
上記混練物は、好ましくは、「JIS R 5201（セメントの物理試験方法）１１．フロー試験」に記載される方法において15回の落下運動を行なわないで測定した値として、200〜300mmのフロー値を有する（請求項４）。
このように特定範囲内のフロー値を有する混練物を用いることによって、所望の厚さの層状体を容易に形成させることができるとともに、大きな曲げ強度を発現させることが可能となる。
上記混練物は、更に、平均粒径3〜20μmの無機粉末を50重量部以下の配合量で含むことが好ましい（請求項５）。
該無機粉末を配合することによって、セメント硬化体の充填密度や強度をより一層向上させることができる。
上記混練物は、更に、平均粒度1mm以下の針状粒子又は薄片状粒子を35重量部以下の配合量で含むことが好ましい（請求項６）。
該針状粒子又は薄片状粒子を配合することによって、セメント硬化体の靭性を高めることができる。
【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。
本発明の製造方法によって得られるセメント硬化体は、セメント100重量部、ポゾラン質微粉末5〜50重量部、粒径2mm以下の骨材50〜250重量部、減水剤0.5〜4.0重量部（固形分換算）、金属繊維及び水10〜30重量部を少なくとも含む混練物であって、該混練物中の上記金属繊維の配合量が0.5〜4.0体積％である混練物を硬化させてなり、53MPa以上、好ましくは55MPa以上、より好ましくは60MPa以上の曲げ強度を発現するものである。
なお、本明細書中において、曲げ強度は、4×4×16cmの供試体を用いて、JIS R 5201（セメントの物理試験方法）に準じて測定した値として表す。
【０００７】
本発明で用いるセメントの種類としては、特に限定されず、例えば、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等を用いることができる。
中でも、早強ポルトランドセメントは、セメント硬化体の早期強度を向上させようとする場合に、好ましく用いられる。また、中庸熱ポルトランドセメントまたは低熱ポルトランドセメントは、混練物の流動性を向上させようとする場合に、好ましく用いられる。
以上の他、ポリマーセメント、カラーセメント、エコセメント（廃棄物を用いたセメント）等も使用することができる。
【０００８】
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。中でも、シリカフューム及びシリカダストは、一般に、平均粒径が1.0μm以下であり、粉砕等の処理を行なう必要がないため、好ましく用いられる。
ポゾラン質微粉末を配合することによって、マイクロフィラー効果及びセメント分散効果が生じて、セメント硬化体が緻密化し、強度や耐久性が向上する。
【０００９】
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重量部が好ましく、10〜45重量部がより好ましい。配合量が5重量部未満では、混練物の流動性が低くなり、また、セメント硬化体の強度も小さくなるので、好ましくない。配合量が50重量部を超えると、混練物の流動性を確保するために単位水量を増大させる必要が生じ、セメント硬化体の強度が低下するので、好ましくない。
【００１０】
粒径2mm以下の骨材としては、川砂、陸砂、海砂、砕砂、珪砂、またはこれらの混合物を使用することができる。粒径が2mmを超えると、セメント硬化体の強度が低下する。
ここで、「粒径」とは、85％（重量）累積粒径、すなわち、粒径の小さいものから累積していった場合において、骨材全体の85重量％に達した時の粒径をいう。
なお、セメント硬化体の強度の面から、最大粒径が2mm以下の骨材を用いることが好ましく、最大粒径が1.5mm以下の骨材を用いることが、より好ましい。
骨材の配合量は、混練物の流動性やセメント硬化体の強度の面から、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。
【００１１】
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、高性能ＡＥ減水剤を使用することができる。中でも、減水効果の大きな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。
【００１２】
減水剤の配合量は、セメント100重量部に対して、0.5〜4.0重量部（固形分換算）が好ましく、0.5〜3.0重量部がより好ましい。配合量が0.5重量部未満では、混練が困難になるとともに、混練物の流動性が小さくなるので、好ましくない。配合量が4.0重量部を超えると、セメント硬化体の強度が低下するので、好ましくない。
なお、減水剤は、液状又は粉末状のどちらでも使用可能である。
【００１３】
金属繊維としては、例えば、鋼繊維、アモルファス繊維等が挙げられる。中でも、鋼繊維は、高強度であり、コスト面や入手のし易さの点からも、好ましく用いられる。金属繊維を含むことによって、セメント硬化体の曲げ強度が向上する。
また、金属繊維の寸法は、直径が0.01〜1.0mm、長さが5〜30mmであることが好ましい。金属繊維の直径が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易くなる。直径が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。金属繊維の長さが5mm未満では、マトリックスに対する付着力が低下し、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、混練の際にファイバーボールが生じ易くなり、成形性が低下する。
なお、金属繊維の長さは、骨材の最大粒径よりも大きいことが好ましい。
【００１４】
金属繊維の配合量は、混練物の体積の0.5〜4.0％が好ましく、0.5〜3.0％がより好ましい。配合量が0.5％未満では、53MPaを超える曲げ強度を発現することが困難となるので、好ましくない。配合量が4.0％を超えると、混練時の作業性等を確保するために単位水量を増大させる必要が生じ、その結果、セメント硬化体の強度が低下するので、好ましくない。
【００１５】
水の配合量は、セメント100重量部に対して10〜30重量部が好ましく、15〜25重量部がより好ましい。配合量が10重量部未満では、混練が困難になるとともに、混練物の流動性が小さくなるので好ましくない。配合量が30重量部を超えると、セメント硬化体の強度が低下するので、好ましくない。
【００１６】
混練物は、「JIS R 5201（セメントの物理試験方法）１１．フロー試験」に記載される方法において、15回の落下運動を行なわないで測定した値として、200〜300mmのフロー値を有するのが好ましく、210〜290mmのフロー値を有するのがより好ましい。フロー値が200mm以上であることによって、成形等の作業性が非常に優れたものとなる。フロー値が200mm未満では、成形等の作業性が劣り、好ましくない。フロー値が300mmを超えると、材料分離が生じ易くなり、53MPaを超える曲げ強度を発現することが困難となるので、好ましくない。
【００１７】
本発明においては、セメント硬化体の充填密度や強度を高めるために、混練物に、平均粒径3〜20μm、より好ましくは平均粒径4〜10μmの無機粉末を含ませることが好ましい。無機粉末としては、石英粉末、石灰石粉末、炭化物、窒化物等が挙げられる。
中でも、石英粉末は、コストの点や硬化体の品質安定性の点から好ましいものである。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。
無機粉末の配合量は、混練物の流動性やセメント硬化体の強度から、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。
【００１８】
本発明においては、セメント硬化体の靭性を高める観点から、混練物に、平均粒度が1mm以下の針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、針状粒子では、その長さ）をいう。
針状粒子としては、例えば、ウォラストナイト、ボーキサイト、ムライト等が挙げられる。
薄片状粒子としては、例えば、マイカフレーク、タルクフレーク、バーミキュライトフレーク、アルミナフレーク等が挙げられる。
針状粒子と薄片状粒子は、各々単独で用いてもよいし、併用してもよい。
【００１９】
針状粒子又は薄片状粒子の配合量は、混練物の流動性やセメント硬化体の強度や靭性から、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、針状粒子においては、硬化体の靭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。
【００２０】
次に、本発明のセメント硬化体の製造方法を説明する。
本発明において、各材料の混練方法は、特に限定されるものではなく、例えば、次の（１）〜（３）の方法が挙げられる。
（１）水、減水剤以外の材料を予め混合して、プレミックス材を調製した後、該プレミックス材、水、減水剤をミキサに投入し、混練する方法。
（２）水以外の材料（ただし、減水剤としては、粉末タイプのものを使用する。）を予め混合して、プレミックス材を調製した後、該プレミックス材、水をミキサに投入し、混練する。
（３）各材料を個別にミキサに投入し、混練する。
【００２１】
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。
混練後、所定の型枠に混練物を投入して成形する。本発明においては、混練物の投入は、型枠の上方にて水平方向に適宜の速度で投入位置を移動させながら行なわれる。例えば、型枠が矩形の開口部を有する場合、該開口部の長手方向の一端部にて、混練物の投入を開始し、型枠内にほぼ一定の厚みで混練物が打設されるような速度にて、他端部に向かって水平に投入位置（具体的には、打ち込み治具等の器具における混練物の排出口の位置）を移動させていく。投入位置が他端部に到達したら、折り返して、一端部に向かって投入を続行するか、あるいは、一端部に戻って、再度、他端部に向かって投入を続行する。以後、同様の手順を繰り返すことによって、一定の厚みの層状体を積層してなるセメント成形体を得ることができる。セメント成形体を養生した後、脱型すれば、セメント硬化体を得ることができる。養生方法は、特に限定されるものではなく、気中養生や蒸気養生等を行なえばよい。
なお、混練物の投入位置を水平に移動させる速度は、打ち込み治具等の器具から混練物が単位時間当たりに排出される量と、層状体の厚さとを考慮して、定められる。
なお、層状体の１層の厚みは、使用する金属繊維の長さ以下である。１層の長さが、使用する金属繊維の長さを超えると、53MPa以上の曲げ強度が得られ難い。
【００２２】
開口部の面積が大きい型枠を用いる場合には、型枠内の面をいくつかの区画に区切った上で、各区画毎に、一端部から他端部への投入位置の水平移動を行なえばよい。例えば、型枠が、大きな正方形の形状の開口部を有する場合には、正方形を分割して得られる複数（例えば、４つ）の長方形に区切り、各長方形の区画毎に、隣接する区画との境界に補助板を立てた上で、長手方向の一端部から他端部に向かって水平移動しながら混練物を投入していけばよい。
【００２３】
【実施例】
以下、実施例によって本発明を説明する。
［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（太平洋セメント社製）；
２）ポゾラン質微粉末：  シリカフューム（平均粒径0.7μm）；
３）骨材：  珪砂４号と珪砂５号の２：１（重量比）の混合物（最大粒径2mm未満）；
４）金属繊維：  鋼繊維（直径：0.2mm、長さ：15mm）；
５）高性能ＡＥ減水剤：  ポリカルボン酸系高性能ＡＥ減水剤；
６）水：  水道水；
７）無機粉末：  石英粉（平均粒径7μm）；
８）針状粒子：  ウォラストナイト（平均長さ：0.3mm、長さ／直径の比：4）
【００２４】
［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（固形分換算）、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（混練物の全体積の２％に相当する量）を二軸練りミキサに投入し、混練した。
【００２５】
混練物のフロー値を、「JIS R 5201（セメントの物理試験方法）１１．フロー試験」に記載される方法において、15回の落下運動を行なわないで測定した。その結果を表１に示す。
また、前記混練物を50mm（直径）×100mm（厚さ）の型枠に流し込み、20℃で48時間前置き後、90℃で48時間蒸気養生した。得られたセメント硬化体の圧縮強度（３本の平均値）の測定結果を表１に示す。なお、圧縮強度は、JIS A 1108（コンクリートの圧縮強度試験方法）に準じて測定した値を表す。
【００２６】
また、前記混練物を16cm（長さ）×4cm（幅）×4cm（厚さ）の型枠に打設して、16cm（長さ）×4cm（幅）×4cm（厚さ）の供試体を作製した。成形は、型枠の上方で、型枠の長手方向に沿って、混練物の注ぎ口を有する打ち込み治具（容器）を移動させながら、１層の高さが4mm程度になるように混練物を打設し、更に、打ち込み治具を反復移動させて、混練物を10層積層させることによって行なった。成形後、テーブルバイブレータにて10秒間の振動を成形体に与えた。その後、20℃で48時間前置き後、90℃で48時間蒸気養生した。得られたセメント硬化体の曲げ強度（３本の平均値）の測定結果を表１に示す。
【００２７】
【表１】
0004342701.tif 000002
【００２８】
［実施例２］
成形時に、１層の高さを8mmとし、５層積層させた他は、実施例１と同様にして実験した。結果を表１に示す。
［実施例３］
成形時に、１層の高さを約13mmとし、３層積層させた他は、実施例１と同様にして実験した。結果を表１に示す。
［実施例４］
石英粉及びウォラストナイトを配合しない他は、実施例１と同様にして、実験した。結果を表１に示す。
【００２９】
［比較例１］
成形時に、１層の高さを20mmとし、２層積層させた他は、実施例１と同様にして実験した。結果を表１に示す。
［比較例２］
成形時に、１層の高さを40mmとし、積層させなかった他は、実施例１と同様にして実験した。結果を表１に示す。
［比較例３］
成形時に、型枠の上方中央に注ぎ口を固定して、混練物を打設した他は、実施例１と同様にして実験した。結果を表１に示す。
［比較例４］
成形時に、型枠の上方端部に注ぎ口を固定して、混練物を打設した他は、実施例１と同様にして実験した。結果を表１に示す。
【００３０】
実施例１〜４と比較例１〜４の結果から、１層の厚さが金属繊維の長さ（15mm）以下の場合（実施例１〜４）には、60MPa程度以上の曲げ強度が得られ、１層の厚さが金属繊維の長さ（15mm）を超える場合（比較例１〜４）には、50MPa程度以下の曲げ強度しか得られないことがわかる。
【００３１】
【発明の効果】
本発明の製造方法によって得られるセメント硬化体は、53MPa以上の曲げ強度と200MPa以上の圧縮強度を発現する。
したがって、本発明のセメント硬化体の製造方法を現場打ちの建築物に適用する場合には、従来のセメント硬化体と同一強度を発現させるためのコンクリートの打設量が少なくなり、労力の軽減、コストの削減、利用可能な空間の増大等の利点を得ることができる。また、プレキャスト部材に適用する場合には、プレキャスト部材の肉厚を小さくすることができるので、軽量となり、運搬時の大量輸送、労力の軽減等の利点を得ることができる。