(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリカフューム、メタカオリン、及びＡＥ剤を含むモルタル・コンクリート用混和材料であって、
前記シリカフューム及び前記メタカオリンの合計量１００質量部中の、前記シリカフュームの含有量が３０〜７０質量部であり、前記メタカオリンの含有量が３０〜７０質量部であり、
前記シリカフューム及び前記メタカオリンの合計量１００質量部に対して、前記ＡＥ剤を０．００５〜０．０３質量部含み、消泡剤の含有量が０．０５質量部以下であり、
前記メタカオリン１００質量部中のムライトの含有量が５質量部以下であり、カオリナイトの含有量が０．０１質量部以上であり、非晶質の含有量が８０質量部以上であり、
前記ＡＥ剤がアルキルエーテル系陰イオン界面活性剤を含み、
前記消泡剤を含む場合に前記消泡剤がポリアルキレングリコール誘導体を含む、
モルタル・コンクリート用混和材料。
【請求項２】
前記消泡剤を含まない、請求項１に記載のモルタル・コンクリート用混和材料。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のモルタル・コンクリート用混和材料及び結合材を含む水硬性組成物であって、前記結合材がセメントを含み、
前記結合材１００質量部に対して、前記シリカフュームを１〜１５質量部含み、前記メタカオリンを１〜１５質量部含み、前記ＡＥ剤を０．０００５〜０．０１質量部含み、前記消泡剤の含有量が０．０１５質量部以下である、水硬性組成物。
【請求項４】
請求項３に記載の水硬性組成物、水、細骨材及び減水剤を含み、
前記水硬性組成物１００質量部に対して、前記減水剤を０．３〜２．０質量部含む、セメント組成物。
【請求項５】
前記減水剤がカルボキシル基含有ポリエーテル系化合物を含む、請求項４に記載のセメント組成物。
【請求項６】
請求項４又は５に記載のセメント組成物及び粗骨材を含むコンクリートであって、前記コンクリート１ｍ３中に、
前記結合材を２００〜７００ｋｇ、
前記水を１３０〜２００ｋｇ、
前記シリカフュームを５〜４０ｋｇ、
前記メタカオリンを５〜４０ｋｇ、
前記ＡＥ剤を０．００１〜０．０４ｋｇ、
前記減水剤を０．５〜８ｋｇ、
前記細骨材を５００〜１５００ｋｇ、及び
前記粗骨材を５００〜１５００ｋｇ含み、
前記消泡剤の含有量が０．０６ｋｇ以下である、コンクリート。
【請求項７】
最低温度が０℃未満且つ最高温度が０℃を超える環境下で用いられる構造物用である、請求項６に記載のコンクリート。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モルタル・コンクリート用混和材料に関する。また本発明は、該混和材料を含む水硬性組成物、セメント組成物及びコンクリートに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、国や地方自治体の財政逼迫、インフラの安定的な供用などの観点から、コンクリート構造物の長寿命化の必要性が高まっているが、寒冷地において問題となっているコンクリート構造物の劣化として、凍害がある。コンクリートに含まれる水分が凍結すると、凍結し膨張した分の水分がコンクリート中を移動し、その移動圧がコンクリートに損傷を与えると考えられており、このためコンクリートの凍害は凍結融解の繰り返し作用によって進行する。
【０００３】
凍害による劣化は、コンクリートのひび割れや表面剥離（スケーリング）として表出し、吸水率の高い軟石を用いた場合には、骨材が膨張して表面のモルタルをはじき出す、ポップアウトという現象が生じることもある。一般的に、コンクリートの耐凍害性能は、凍結融解作用を繰り返し受けた際の相対動弾性係数の保持の度合いで評価されることが多い。ＪＩＳ  Ａ  １１４８「コンクリートの凍結融解試験方法」が定められており、この試験は、コンクリート供試体の中心部が−１８℃〜５℃となるような凍結融解を最大３００サイクルまで繰り返し、相対動弾性係数の変化を測定するものである。相対動弾性係数の変化は、コンクリート供試体内部の損傷の度合いを表しているものと考えられる。
【０００４】
一方で、凍結防止剤（ＮａＣｌやＣａＣｌ２）等の塩化物が存在する環境下でコンクリートが凍結融解作用を受ける場合、表層剥離、すなわちスケーリングが顕著に生じることが知られている。凍結防止剤の濃度は、３％水溶液の場合にスケーリング量が最大になり、ＣａＣｌ２よりもＮａＣｌの方がスケーリング量は多いと言われている。
【０００５】
このような塩化物共存下での凍結融解作用によるスケーリングへの対策として、非特許文献１では、フレッシュコンクリートの空気量を７％と高め、硬化後のコンクリートの空気量を必要量確保することでスケーリング量を抑制できる、としている。フレッシュコンクリートの空気量が７．０％の場合、４．５％の場合と比べてスケーリング量が５０％以下となったことが記載されている。また、非特許文献２では、空気泡の代替として小径の中空球を使用した場合にもスケーリング抵抗性を発揮することが記載されている。
【０００６】
その他の対策として、表面含浸材の塗布によりコンクリート表面に撥水性を付与し、水密性や塩化物イオン浸透抵抗性を向上させる方法が知られており、非特許文献３は、シラン系含浸材にスケーリング抑制効果が認められたことを報告している。
【０００７】
混和材を使用したコンクリートのスケーリング特性については、例えば非特許文献４で報告されており、普通ポルトランドセメントを用いた場合、高炉スラグ微粉末４５％置換＞無置換＞フライアッシュ２０％置換＞フライアッシュ１０％置換、の順でスケーリング量が多かったとされている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】小山田哲也、羽原俊祐、「コンクリートのスケーリング抑制対策の実践的検討」、コンクリート工学、Ｖｏｌ．５６、Ｎｏ．５、ｐｐ．４３６−４４１、２０１８
【非特許文献２】羽原俊祐、田中舘悠登、小山田哲也、五十嵐数馬、「ソルトスケーリング抵抗性に及ぼす小径空気泡混和材の導入効果」、セメント・コンクリート論文集、Ｖｏｌ．６９、ｐｐ．４８４−４８９、２０１５
【非特許文献３】大町正和、楠貞則、櫨原弘貴、添田政司、「表面含浸材の違いがスケーリング抵抗性に及ぼす影響に関する研究」、コンクリート工学年次論文集、Ｖｏｌ．３１、Ｎｏ．１、ｐｐ．１１４１−１１４６、２００９
【非特許文献４】楠貞則、池翰相、添田政司、大和竹史、「凍結融解作用による各種混和材を用いたコンクリートのスケーリング特性」、コンクリート工学年次論文集、Ｖｏｌ．２９、Ｎｏ．１、ｐｐ．２３７−２４２、２００７
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
コンクリート構造物の長寿命化によるライフサイクルコストの更なる低減を目指すため、圧縮強度、フレッシュ性状などの基礎的な性能を損なわずに、寒冷地で問題となっている塩化物共存下での凍結融解作用によるスケーリングへの抵抗性を、更に向上させる方法が必要とされる。
【００１０】
本発明は、圧縮強度、フレッシュ性状などの基礎的な性能を損なうことなく、スケーリング抵抗性に優れるモルタル・コンクリートを得ることが可能な、モルタル・コンクリート用混和材料を提供することを目的とする。本発明はまた、該混和材料を含む水硬性組成物、セメント組成物及びコンクリート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】
本発明者らは、鋭意研究を重ねた結果、セメントの一部を置換する混和材料としてシリカフュームと特定の鉱物組成を有するメタカオリンとを使用し、これに特定量のＡＥ剤を添加するとともに消泡剤の量を制限することで、当該混和材料を含むコンクリートが、従来技術よりも優れたスケーリング抵抗性を発現することを見出し、本発明を完成するに至った。
【００１２】
すなわち、本発明は、シリカフューム、メタカオリン、及びＡＥ剤を含むモルタル・コンクリート用混和材料であって、シリカフューム及びメタカオリンの合計量１００質量部中の、シリカフュームの含有量が３０〜７０質量部であり、メタカオリンの含有量が３０〜７０質量部であり、シリカフューム及びメタカオリンの合計量１００質量部に対して、ＡＥ剤を０．００５〜０．１質量部含み、消泡剤の含有量が０．１５質量部以下であり、メタカオリン１００質量部中のムライトの含有量が５質量部以下であり、カオリナイトの含有量が０．０１質量部以上であり、非晶質の含有量が８０質量部以上である、モルタル・コンクリート用混和材料に関する。このような混和材料を使用することで、圧縮強度、フレッシュ性状などの基礎的な性能を損なうことなく、スケーリング抵抗性に非常に優れたセメント組成物及びコンクリートを得ることができる。
【００１３】
本発明の効果をより安定的且つより高水準に達成する観点から、ＡＥ剤がアルキルエーテル系陰イオン界面活性剤を含み、消泡剤を含む場合に消泡剤がポリアルキレングリコール誘導体を含むことが好ましい。
【００１４】
本発明は、また、上記のモルタル・コンクリート用混和材料及び結合材を含む水硬性組成物であって、結合材がセメントを含み、結合材１００質量部に対して、シリカフュームを１〜１５質量部含み、メタカオリンを１〜１５質量部含み、ＡＥ剤を０．０００５〜０．０１質量部含み、消泡剤の含有量が０．０１５質量部以下である、水硬性組成物を提供する。
【００１５】
本発明は、また、スケーリング抵抗性に優れるセメント組成物を提供する。すなわち、本発明は、上記の水硬性組成物、水、細骨材及び減水剤を含み、水硬性組成物１００質量部に対して、減水剤を０．３〜２．０質量部含む、セメント組成物を提供する。
【００１６】
本発明の効果をより安定的且つより高水準に達成する観点から、減水剤がカルボキシル基含有ポリエーテル系化合物を含むことが好ましい。
【００１７】
本発明は、また、スケーリング抵抗性に優れるコンクリートを提供する。すなわち、本発明は、上記のセメント組成物及び粗骨材を含むコンクリートであって、コンクリート１ｍ３中に、結合材を２００〜７００ｋｇ、水を１３０〜２００ｋｇ、シリカフュームを５〜４０ｋｇ、メタカオリンを５〜４０ｋｇ、ＡＥ剤を０．００１〜０．０４ｋｇ、減水剤を０．５〜８ｋｇ、細骨材を５００〜１５００ｋｇ、及び粗骨材を５００〜１５００ｋｇ含み、消泡剤の含有量が０．０６ｋｇ以下である、コンクリートを提供する。このコンクリートは、最低温度が０℃未満且つ最高温度が０℃を超える環境下で用いられる構造物用であることが好ましい。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、圧縮強度、フレッシュ性状などの基礎的な性能を損なうことなく、スケーリング抵抗性に優れるモルタル・コンクリートを得ることが可能な、モルタル・コンクリート用混和材料を提供することができる。また、本発明によれば、該混和材料を含む水硬性組成物、セメント組成物及びコンクリートを提供することができる。本発明のモルタル・コンクリート用混和材料を用いることで、圧縮強度発現性及びスケーリング抵抗性を高水準に達成できるセメント組成物及びコンクリートが提供される。
【００１９】
また、本発明により、圧縮強度、フレッシュ性状などの基礎的な性能を損なうことなく、スケーリング抵抗性に優れるモルタル・コンクリートを得ることができる。このようなモルタル・コンクリートは、例えば、寒冷地等、最低温度が０℃未満であり最高温度が０℃を超えるような凍結融解が繰り返し生じる環境、凍結防止剤（ＮａＣｌやＣａＣｌ２等の塩化物）が散布される環境、又は臨海部など海水の作用を受ける環境で用いられると特に有用である。このような環境下にある、道路、橋梁、港湾、護岸等の構造物に適用すると、高い耐久性を発揮する。すなわち、本発明によって得られるモルタル・コンクリートは、寒冷地用モルタル、寒冷地用コンクリート、耐塩害モルタル及び耐塩害コンクリートに好適である。また、本発明によって得られるモルタル・コンクリートは、コンクリート二次製品に好適で、例えば、埋設型枠、擁壁、水路、ボックスカルバート、床版などに適用でき、レディーミクストコンクリートを用いた現場打ち構造物にも適用できる。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の実施形態について説明する。なお、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。
【００２１】
＜モルタル・コンクリート用混和材料＞
本実施形態に係るモルタル・コンクリート用混和材料は、シリカフューム、メタカオリン、ＡＥ剤及び場合により消泡剤を含む。
【００２２】
（シリカフューム）
シリカフュームは、金属シリコン、フェロシリコン、電融ジルコニア等を製造する際に発生する、排ガス中のダストを集塵して得られる副産物である。シリカフュームの主成分は、アルカリ溶液中で溶解する非晶質のＳｉＯ２であり、その含有率は９０〜９８質量％程度である。このようなシリカフュームを用いることで、モルタル及びコンクリートにおける高い圧縮強度、高い引張強度及び高い流動性を確保できる。
【００２３】
シリカフュームのブレーン比表面積を特に限定するものではないが、マイクロフィラー効果及び反応性向上と、流動性確保の観点から、好ましくは１００００〜３００００ｃｍ２／ｇであり、より好ましくは１１０００〜２８０００ｃｍ２／ｇであり、更に好ましくは１２０００〜２６０００ｃｍ２／ｇであり、特に好ましくは１３０００〜２４０００ｃｍ２／ｇである。同様の観点から、シリカフュームのＢＥＴ比表面積は、好ましくは５００００〜２５００００ｃｍ２／ｇであり、より好ましくは１０００００〜２４００００ｃｍ２／ｇであり、更に好ましくは１２００００〜２３００００ｃｍ２／ｇであり、特に好ましくは１４００００〜２２００００ｃｍ２／ｇである。
【００２４】
（メタカオリン）
メタカオリンは、カオリン鉱物をか焼することによって得られる非晶質性の粉末である。メタカオリンの主成分は、ＳｉＯ２及びＡｌ２Ｏ３である。メタカオリンにおけるＳｉＯ２の含有率を特に限定するものではないが、好ましくは４０〜６０質量％であり、より好ましくは４９〜５４質量％である。メタカオリンにおけるＡｌ２Ｏ３の含有率は好ましくは４０〜５０質量％であり、より好ましくは４２〜４７質量％である。メタカオリンはＳｉＯ２及びＡｌ２Ｏ３以外の成分として、微量のＦｅ２Ｏ３、ＴｉＯ２などの微量成分を含有する。このようなメタカオリンを用いることで、モルタル及びコンクリートにおける高い圧縮強度、高い引張強度及び高い流動性を確保できる。
【００２５】
メタカオリンのブレーン比表面積を特に限定するものではないが、マイクロフィラー効果及び反応性向上と、流動性確保の観点から、好ましくは１５０００〜４００００ｃｍ２／ｇであり、より好ましくは１９０００〜３８０００ｃｍ２／ｇであり、更に好ましくは２３０００〜３５０００ｃｍ２／ｇであり、特に好ましくは２５０００〜３３０００ｃｍ２／ｇである。同様の観点から、メタカオリンのＢＥＴ比表面積は、好ましくは５００００〜２５００００ｃｍ２／ｇであり、より好ましくは８００００〜２０００００ｃｍ２／ｇであり、更に好ましくは１０００００〜１８００００ｃｍ２／ｇであり、特に好ましくは１２００００〜１７００００ｃｍ２／ｇである。
【００２６】
（ムライト）
ムライト（Ｍｕｌｌｉｔｅ）は、カオリン鉱物を高温焼成することで生成される結晶質鉱物である。ポゾラン反応性材料は、一般に結晶性が低いほど反応性が高く、硬化物の緻密化に貢献すると考えられる。優れた物質移動抵抗性を得るためにはメタカオリン原料の焼成工程で生成する結晶性のムライト量が少ないことが効果的である。ただし、工業的にムライト量が０である必要はなく、少量含まれていてもよい。メタカオリン１００質量部中のムライトの量は、５質量部以下であり、好ましくは０〜４．０質量部であり、より好ましくは０．１〜３．０質量部であり、更に好ましくは０．２〜２．０質量部である。
【００２７】
（カオリナイト）
カオリナイト（Ｋａｏｌｉｎｉｔｅ）は、カオリン鉱物の１つであり、粘土鉱物の中では膨潤性の低い鉱物として知られている。カオリナイトの多くはメタカオリン原料の焼成工程でメタカオリンへと転移するが、コンクリート中に微量に含まれると、その膨潤性による硬化物の緻密化により、またそのイオン交換能により、物質移動抵抗性の向上が期待できる。カオリナイトの量が多過ぎると、反応性が低下するほか、コンクリートの流動性に悪影響を及ぼすと考えられる。メタカオリン１００質量部中のカオリナイトの量は、０．０１質量部以上であり、好ましくは０．０２〜０．５質量部であり、より好ましくは０．０３〜０．３質量部であり、更に好ましくは０．０４〜０．１質量部である。
【００２８】
（その他の鉱物）
メタカオリン中に含まれていてもよいその他の鉱物としては、ルチル（Ｒｕｔｉｌｅ）、クオーツ（Ｑｕａｒｔｚ）、γ−アルミナ（Ａｌｕｍｉｎａ  ｇａｍｍａ）、マスコバイト（Ｍｕｓｃｏｖｉｔｅ）、アナターゼ（Ａｎａｔａｓｅ）等が挙げられる。物質移動抵抗性の観点から、メタカオリン１００質量部中のそれぞれの鉱物の量は、以下のとおりとすることができる。
ルチル：好ましくは０．０５〜０．５質量部であり、より好ましくは０．１〜０．４質量部であり、更に好ましくは０．１５〜０．３質量部である。
クオーツ：好ましくは０．３〜２．０質量部であり、より好ましくは０．３〜１．５質量部であり、更に好ましくは０．４〜１．３質量部である。
γ−アルミナ：好ましくは０〜５．０質量部であり、より好ましくは０〜３．０質量部であり、更に好ましくは０〜２．０質量部である。
マスコバイト：好ましくは０．３〜５．０質量部であり、より好ましくは０．５〜４．０質量部であり、更に好ましくは０．５〜３．５質量部である。
アナターゼ：好ましくは０．３〜２．０質量部であり、より好ましくは０．５〜１．８質量部であり、更に好ましくは０．６〜１．５質量部である。
【００２９】
（非晶質）
非晶質とは、結晶のように原子や分子が規則正しい構造をもたず、不規則な配列をしている固体であり、アモルファスとも呼ばれる。一般に結晶性の高い物質は安定しており、化学反応性が低い。非晶質量が多ければ反応性が高く、硬化物の緻密化に貢献するため、優れた物質移動抵抗性を得るためにはメタカオリン中の非晶質量が多いことが効果的である。メタカオリン１００質量部中の非晶質の量は、８０質量部以上であり、好ましくは８５〜９９質量部であり、より好ましくは９０〜９８質量部であり、更に好ましくは９４〜９７質量部である。
【００３０】
（ＡＥ剤）
ＡＥ剤としては、アニオン（陰イオン）系界面活性剤、ノニオン（非イオン）系界面活性剤、樹脂酸塩系界面活性剤、等が挙げられるが、スケーリング抵抗性の観点から、アルキルエーテル系陰イオン界面活性剤を含む（特に主成分として含む）ＡＥ剤であることが好ましい。本実施形態に係るモルタル・コンクリート用混和材料において、ＡＥ剤の含有量は、シリカフューム及びメタカオリンの合計量１００質量部に対して０．００５〜０．１質量部であり、好ましくは０．００８〜０．０８質量部であり、より好ましくは０．０１〜０．０６質量部であり、更に好ましくは０．０１〜０．０３質量部である。ＡＥ剤の含有量が０．００５質量部未満であると、スケーリング抵抗性の向上効果が得難くなる傾向にあり、含有量が０．１質量部を超えると、圧縮強度が低下する傾向にある。
【００３１】
（消泡剤）
本実施形態に係るモルタル・コンクリート用混和材料は、消泡剤を含まないことが好ましい。すなわち、消泡剤を含むものを除いてもよい。ただし、消泡剤を所定量含んでもよい。モルタル・コンクリート用混和材料に含まれる消泡剤としては、ポリエーテル系、鉱物油系、シリコン系等の消泡剤が挙げられる。スケーリング抵抗性の観点から、消泡剤は、主成分としてポリアルキレングリコール誘導体を含んでもよい。モルタル・コンクリート用混和材料において、消泡剤の含有量は、シリカフューム及びメタカオリンの合計量１００質量部に対して０．１５質量部以下であり、好ましくは０．１２質量部以下であり、より好ましくは０．１０質量部以下であり、更に好ましくは０．０５質量部以下である。当該含有量の下限は、０であり、０．００５質量部であってよく、０．０１質量部であってよく、０．０２質量部であってよい。消泡剤の含有量が０．１５質量部を超えると、所定の空気量を得るためのＡＥ剤の必要量が増大する傾向にある。
【００３２】
本実施形態に係るモルタル・コンクリート用混和材料において、混和材料中に含まれる反応性の高いＳｉＯ２量とＡｌ２Ｏ３量のバランスをとる観点から、シリカフューム及びメタカオリンの合計量１００質量部中の、シリカフュームの含有量は３０〜７０質量部であるが、好ましくは３５〜６５質量部であり、より好ましくは４０〜６０質量部であり、更に好ましくは４５〜５５質量部であり、特に好ましくは４７〜５３質量部である。同様に、メタカオリンの含有量は３０〜７０質量部であるが、好ましくは３５〜６５質量部であり、より好ましくは４０〜６０質量部であり、更に好ましくは４５〜５５質量部であり、特に好ましくは４７〜５３質量部である。
【００３３】
本実施形態のモルタル・コンクリート用混和材料の一例は、シリカフューム、メタカオリン、ＡＥ剤及び消泡剤を含むモルタル・コンクリート用混和材料であって、シリカフューム及びメタカオリンの合計量１００質量部中の、シリカフュームの含有量が３０〜７０質量部であり、メタカオリンの含有量が３０〜７０質量部であり、シリカフューム及びメタカオリンの合計量１００質量部に対して、ＡＥ剤を０．００５〜０．１質量部含み、消泡剤を０．１５質量部以下含み、メタカオリン１００質量部中のムライトの含有量が５質量部以下であり、カオリナイトの含有量が０．０１質量部以上であり、非晶質の含有量が８０質量部以上である。
【００３４】
＜水硬性組成物＞
本実施形態に係る水硬性組成物は、上記のモルタル・コンクリート用混和材料と、結合材とを含む。
【００３５】
（結合材）
結合材はセメントを含む。セメントとして、ポルトランドセメント、高炉セメントが挙げられる。ポルトランドセメントとしては、普通ポルトランドセメント、早強ポルトランドセメント、超早強ポルトランドセメント、低熱ポルトランドセメント、中庸熱ポルトランドセメント及び耐硫酸塩ポルトランドセメントが挙げられる。これらのうち一種を単独で使用してもよく二種以上を組み合わせて使用してもよい。また、高炉スラグ微粉末、石灰石微粉末等を適時セメントに加えて使用しても良い。
【００３６】
ポルトランドセメントのブレーン比表面積は、好ましくは２５００〜４８００ｃｍ２／ｇ、より好ましくは２８００〜４０００ｃｍ２／ｇ、更に好ましくは３０００〜３６００ｃｍ２／ｇ、特に好ましくは３２００〜３５００ｃｍ２／ｇである。ポルトランドセメントのブレーン比表面積が２５００ｃｍ２／ｇ未満では、モルタル硬化物及びコンクリート硬化物の強度が低くなる傾向にあり、４８００ｃｍ２／ｇを超えると低水セメント比での流動性が低下する傾向にある。
【００３７】
本実施形態に係る水硬性組成物において、上記結合材１００質量部に対するシリカフュームの量及びメタカオリンの量は、それぞれ１〜１５質量部であり、好ましくは２〜１２質量部であり、より好ましくは３〜１０質量部であり、更に好ましくは４〜８質量部である。シリカフュームの含有量及びメタカオリンの含有量がそれぞれ１質量部未満であると、スケーリング抵抗性及び圧縮強度の向上効果が弱まる傾向にあり、含有量がそれぞれ１５質量部を超えると、所定のフレッシュ性状の確保（流動性、空気量等）が難しくなるほか、中性化に対する抵抗性が低下する傾向にある。
【００３８】
本実施形態に係る水硬性組成物において、上記結合材１００質量部に対するＡＥ剤の量は、０．０００５〜０．０１質量部であり、好ましくは０．０００８〜０．００８質量部であり、より好ましくは０．００１〜０．００６質量部であり、更に好ましくは０．００１〜０．００３質量部である。ＡＥ剤の含有量が０．０００５質量部未満であると、スケーリング抵抗性の向上効果が得難くなる傾向にあり、含有量が０．０１質量部を超えると、圧縮強度が低下する傾向にある。
【００３９】
本実施形態に係る水硬性組成物において、上記結合材１００質量部に対する消泡剤の量は、０．０１５質量部以下であり、好ましくは０．０１２質量部以下であり、より好ましくは０．００８質量部以下であり、更に好ましくは０．００５質量部以下である。当該含有量の下限は、０であり、０．０００５質量部であってよく、０．００１質量部であってよく、０．００２質量部であってよい。消泡剤の含有量が０．０１５質量部を超えると、所定の空気量を得るためのＡＥ剤の必要量が増大する傾向にある。水硬性組成物は、消泡剤は含まなくてもよい。
【００４０】
本実施形態の水硬性組成物の一例は、上記モルタル・コンクリート用混和材料及び結合材を含む水硬性組成物であって、結合材がセメントを含み、結合材１００質量部に対して、シリカフュームを１〜１５質量部含み、メタカオリンを１〜１５質量部含み、ＡＥ剤を０．０００５〜０．０１質量部含み、消泡剤を０．０１５質量部以下含む。
【００４１】
＜セメント組成物＞
本実施形態に係るセメント組成物は、上記の水硬性組成物と、水と、細骨材と、減水剤とを含む。
【００４２】
（水）
水として、水道水、蒸留水、上澄水、スラッジ水又は脱イオン水などを使用すればよい。水と結合材の質量比（水／結合材）は好ましくは０．２１〜０．７０であり、より好ましくは０．２３〜０．６８であり、更に好ましくは０．２５〜０．６６であり、特に好ましくは０．２７〜０．６３である。この質量比が０．２１未満であると、所定のフレッシュ性状（流動性、空気量等）や成形性の確保が難しくなる傾向にあり、０．７０を超えると、圧縮強度や耐久性が低下する傾向にある。
【００４３】
本実施形態に係るセメント組成物において、水と水硬性組成物の質量比（水／水硬性組成物）は好ましくは０．３０〜０．６５であり、より好ましくは０．３０〜０．６３であり、更に好ましくは０．３０〜０．６０であり、特に好ましくは０．３０〜０．５５である。この比が０．６５を超えると、圧縮強度や耐久性が低下する傾向にある。
【００４４】
（細骨材）
細骨材として、川砂、陸砂、山砂、海砂、砕砂、珪砂、石灰石骨材、高炉スラグ細骨材、銅スラグ細骨材、電気炉酸化スラグ細骨材等を併用することができる。細骨材は、モルタルスラリーの流動性の観点から、粒径０．１５ｍｍ以下の粒群を、好ましくは７０〜９８質量％、より好ましくは７２〜９７質量％、更に好ましくは７５〜９６質量％含む。細骨材は、粒径０．１５ｍｍ以下の粒群を上記範囲で含むとともに、粒径０．０７５ｍｍ以下の粒群を、好ましくは１６〜８０質量％、より好ましくは２０〜７５質量％、更に好ましくは２５〜７０質量％含む。なお、微粒分の調製方法は、特に限定されないが、例えば、２種類以上の粒度の異なる細骨材を混ぜ合わせることによって調製可能である。
【００４５】
（減水剤）
減水剤としては、リグニン系、ナフタレンスルホン酸系、アミノスルホン酸系、ポリカルボン酸系、ポリエーテル系等の減水剤、高性能減水剤、高性能ＡＥ減水剤などが挙げられるが、低水セメント比での流動性確保の観点から、カルボキシル基含有ポリエーテル系化合物を含む（特に主成分として含む）高性能減水剤であることが好ましい。本実施形態に係るセメント組成物における減水剤の配合量は、水硬性組成物の合計量１００質量部に対して０．３〜２．０質量部であり、好ましくは０．３〜１．５質量部であり、より好ましくは０．３〜１．２質量部であり、更に好ましくは０．３〜１．０質量部である。
【００４６】
（化学混和剤）
本実施形態に係るセメント組成物は、化学混和剤として、上記ＡＥ剤、消泡剤及び減水剤に加えて他の化学混和剤を含んでよい。ただし、消泡剤は含まなくてもよい。他の化学混和剤としては、収縮低減剤、凝結促進剤、凝結遅延剤、増粘剤などが挙げられる。求められる性能に応じてこれらのうち、一種を単独で使用してもよいし、複数を組み合わせて使用してもよい。
【００４７】
上記の組成からなるセメント組成物は、建築材料としてそのまま好適に使用でき、またセメント組成物と粗骨材とを混合してなるコンクリートとしても好適に使用できる。以下、かかるコンクリートについて説明する。
【００４８】
＜コンクリート＞
本実施形態に係るコンクリートは、上記のセメント組成物と、粗骨材を含む。上記本実施形態に係るセメント組成物に、粗骨材を適量組み合わせることにより、コンクリートを調製することできる。組み合わせる粗骨材の量は、目標圧縮強度、じん性、及び目標スランプに応じて適宜変えればよい。
【００４９】
（粗骨材）
粗骨材としては、例えば、砂利、砕石、石灰石骨材、高炉スラグ粗骨材、電気炉酸化スラグ粗骨材等を使用することができる。また、上記粗骨材は、５ｍｍの篩いに８５質量％以上残留する粒径を有することがより好ましい。
【００５０】
所望の効果を得る観点から、コンクリートを構成する各成分の単位量（コンクリート１ｍ３中に含まれる成分量）は以下の範囲とすることが好ましい。
・結合材（好適にはポルトランドセメント）：２００〜７００ｋｇ／ｍ３
・水：１３０〜２００ｋｇ／ｍ３
・シリカフューム：５〜４０ｋｇ／ｍ３
・メタカオリン：５〜４０ｋｇ／ｍ３
・ＡＥ剤：０．００１〜０．０４ｋｇ／ｍ３
・消泡剤：０〜０．０６ｋｇ／ｍ３
・減水剤：０．５〜８ｋｇ／ｍ３
・細骨材：５００〜１５００ｋｇ／ｍ３
・粗骨材：５００〜１５００ｋｇ／ｍ３
【００５１】
結合材の単位量は上記のとおり好ましくは２００〜７００ｋｇ／ｍ３であり、より好ましくは２００〜６５０ｋｇ／ｍ３であり、更に好ましくは２５０〜６２５ｋｇ／ｍ３であり、特に好ましくは３００〜６００ｋｇ／ｍ３である。
【００５２】
水の単位量は上記のとおり好ましくは１３０〜２００ｋｇ／ｍ３であり、より好ましくは１４０〜１９０ｋｇ／ｍ３であり、更に好ましくは１４５〜１８５ｋｇ／ｍ３であり、特に好ましくは１５０〜１８０ｋｇ／ｍ３である。
【００５３】
シリカフュームの単位量は上記のとおり好ましくは５〜４０ｋｇ／ｍ３であり、より好ましくは８〜３５ｋｇ／ｍ３であり、更に好ましくは１０〜３０ｋｇ／ｍ３であり、特に好ましくは１５〜２５ｋｇ／ｍ３である。シリカフュームの単位量が５ｋｇ／ｍ３未満であると、スケーリング抵抗性及び圧縮強度の向上効果が得難くなる傾向にあり、４０ｋｇ／ｍ３を超えると、所定のフレッシュ性状の確保（流動性、空気量等）が難しくなるほか、中性化に対する抵抗性が低下する傾向にある。
【００５４】
メタカオリンの単位量は上記のとおり好ましくは５〜４０ｋｇ／ｍ３であり、より好ましくは８〜３５ｋｇ／ｍ３であり、更に好ましくは１０〜３０ｋｇ／ｍ３であり、特に好ましくは１５〜２５ｋｇ／ｍ３である。メタカオリンの単位量が５ｋｇ／ｍ３未満であると、スケーリング抵抗性及び圧縮強度の向上効果が得難くなる傾向にあり、４０ｋｇ／ｍ３を超えると、所定のフレッシュ性状の確保（流動性、空気量等）が難しくなるほか、中性化に対する抵抗性が低下する傾向にある。
【００５５】
ＡＥ剤の単位量は、上記のとおり好ましくは０．００１〜０．０４ｋｇ／ｍ３であり、より好ましくは０．００２〜０．０３ｋｇ／ｍ３であり、更に好ましくは０．００３〜０．０２ｋｇ／ｍ３であり、特に好ましくは０．００３〜０．０１５ｋｇ／ｍ３である。ＡＥ剤の単位量が０．００１ｋｇ／ｍ３未満であると、スケーリング抵抗性の向上効果が得難くなる傾向にあり、０．０４ｋｇ／ｍ３を超えると、圧縮強度が低下する傾向にある。
【００５６】
消泡剤の単位量は、上記のとおり好ましくは０〜０．０６ｋｇ／ｍ３であり、より好ましくは０〜０．０５ｋｇ／ｍ３であり、更に好ましくは０〜０．０３ｋｇ／ｍ３であり、特に好ましくは０〜０．０２ｋｇ／ｍ３である。当該単位量の下限は、０．００２ｋｇ／ｍ３であってよく、０．００５ｋｇ／ｍ３であってよく、０．０１ｋｇ／ｍ３であってよい。消泡剤の単位量が０．０６ｋｇ／ｍ３を超えると、所定の空気量を得るためのＡＥ剤の必要量が増大する傾向にある。コンクリートは、消泡剤を含まなくてもよい。
【００５７】
減水剤の単位量は、上記のとおり好ましくは０．５〜８ｋｇ／ｍ３であり、より好ましくは０．６〜７ｋｇ／ｍ３であり、更に好ましくは０．７〜６ｋｇ／ｍ３であり、特に好ましくは０．８〜５ｋｇ／ｍ３である。減水剤の単位量が０．５ｋｇ／ｍ３未満であると、所定のフレッシュ性状の確保（流動性、空気量等）が難しくなる傾向にあり、８ｋｇ／ｍ３を超えると、凝結遅延が生じる可能性がある。
【００５８】
細骨材の単位量は、上記のとおり好ましくは５００〜１５００ｋｇ／ｍ３であり、より好ましくは５３０〜１３００ｋｇ／ｍ３であり、更に好ましくは５６０〜１１００ｋｇ／ｍ３であり、特に好ましくは６００〜１０００ｋｇ／ｍ３である。
【００５９】
粗骨材の単位量は上記のとおり好ましくは５００〜１５００ｋｇ／ｍ３であり、より好ましくは６００〜１４００ｋｇ／ｍ３であり、更に好ましくは７００〜１３００ｋｇ／ｍ３であり、特に好ましくは８００〜１２００ｋｇ／ｍ３である。
【００６０】
本実施形態に係るモルタル・コンクリート用混和材料を、例えば結合材、水、細骨材及び減水剤と混合することで、スケーリング抵抗性及び圧縮強度発現性に優れるセメント組成物を容易に得ることができる。また、この混和材料を、例えば結合材、水、細骨材、粗骨材及び減水剤と混合することで、スケーリング抵抗性及び圧縮強度発現性に優れるコンクリートを容易に得ることができる。
【００６１】
本実施形態のコンクリートの一例は、上記セメント組成物及び粗骨材を含むコンクリートであって、コンクリート１ｍ３中に、結合材を２００〜７００ｋｇ、水を１３０〜２００ｋｇ、シリカフュームを５〜４０ｋｇ、メタカオリンを５〜４０ｋｇ、ＡＥ剤を０．００１〜０．０４ｋｇ、消泡剤を０〜０．０６ｋｇ、減水剤を０．５〜８ｋｇ、細骨材を５００〜１５００ｋｇ、及び粗骨材を５００〜１５００ｋｇ含む。
【実施例】
【００６２】
実施例及び比較例を挙げて本発明の内容をより具体的に説明する。なお、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
【００６３】
[１．使用材料］
以下の表１及び表２に示す材料を使用した。
【００６４】
【表１】
0006923061.tif 000002
【００６５】
【表２】
0006923061.tif 000003
【００６６】
［２．使用材料の分析試験］
（１）粉末Ｘ線回折分析
表２に示したメタカオリンについて、粉末Ｘ線回折分析により鉱物組成を測定した。Ｘ線回折装置は、ブルカージャパン社製Ｄ２  ＰＨＡＳＥＲ  ２ｎｄ  Ｇｅｎを使用した。Ｘ線の測定条件は管電圧３０ｋＶ、管電流１０ｍＡ、ステップ間隔０．０２°、計測時間０．５ｓとした。測定材料に対して内部標準物質（Ａｌ２Ｏ３）を９：１の割合で混合して、振動ミルにかけた試料について、リートベルト解析ソフトＭＤＩ  ＪＡＤＥ  ６を用いて、検出物の定量を行った。結果を表３に示す。
【００６７】
【表３】
0006923061.tif 000004
【００６８】
［３．コンクリートの配合］
前記材料を用いた、コンクリートの配合を表４に示す。シリカフュームとメタカオリンの質量比は１：１とし、目標空気量は、２．０％以下もしくは４．５〜６．０％とした。目標空気量が得られるよう、ＡＥ剤及び消泡剤の量を調整した。
【００６９】
【表４】
0006923061.tif 000005
【００７０】
［４．コンクリートの調製及び試験方法］
（１）コンクリートの練り混ぜ
表４に示した配合のコンクリートの練り混ぜは次の手順で行った。すなわち、水平二軸強制練りミキサ内に、細骨材、粗骨材、セメント、場合によりシリカフューム及びメタカオリンを投入して３０秒間空練りした後、水（高性能減水剤、場合によりＡＥ剤及び消泡剤を含む）を加えて１２０秒間練り混ぜた。
（２）コンクリートのフレッシュ性状
フレッシュコンクリートの性状試験として、スランプ及び空気量を測定した。スランプ試験はＪＩＳ  Ａ  １１０１「コンクリートのスランプ試験方法」、空気量の測定はＪＩＳ  Ａ  １１２８「コンクリートの空気量の圧力による試験方法−空気室圧力方法」に準じて実施した。
（３）コンクリート供試体の養生
コンクリート供試体の養生は、材齢初期に蒸気養生を行った。２０℃で４時間の前置きの後、昇温速度１０℃／ｈｒにて昇温、６０℃で３時間保持し、降温速度１０℃／ｈｒにて降温させた。材齢１日以降は２０℃の恒温室で気中養生した。
（４）圧縮強度試験
ＪＩＳ  Ａ  １１０８「コンクリートの圧縮強度試験方法」に準じて行い、材齢１４日での圧縮強度を測定した。
（５）スケーリング試験
１０×１０×４０ｃｍの型枠に打設したコンクリート供試体を、材齢１４日後に乾式カッターで１０×１０×１５ｃｍに切断した。ＲＩＬＥＭ  ＣＤＦ法を参考に、供試体をステンレス容器中にて、型枠面が３％ＮａＣｌ溶液に深さ５ｍｍまで浸せきするように設置し、下面吸水状態で試験に供した。恒温恒湿槽内に容器を設置し、ＪＩＳ  Ａ  １１４８「コンクリートの凍結融解試験方法」を参考に槽内温度を−１８℃〜５℃のサイクルで変化させた。最低又は最高温度の保持時間は１時間１５分、温度移行期間が３０分であり、凍結融解１サイクルあたりの時間は３時間３０分である。凍結融解１００サイクル経過後のスケーリング量を測定した。
【００７１】
［５．試験結果］
コンクリートのフレッシュ性状、材齢１４日での圧縮強度及びスケーリング量を以下の表５に示す。
【００７２】
【表５】
0006923061.tif 000006
【００７３】
［６．評価］
目標空気量を２．０％以下とした場合、Ｎｏ．１と比較してＮｏ．２のスケーリング量は小さく、シリカフューム及びメタカオリンを添加することでスケーリング抑制に効果があることが分かる。
また、目標空気量を４．５〜６．０％としたＮｏ．３及び４についても、Ｎｏ．１と比較してスケーリング量は小さく、ＡＥ剤を添加して空気量を適切に調整することでスケーリング抑制に効果があることが分かる。
一方、シリカフューム、メタカオリン、及びＡＥ剤を組み合わせて使用したＮｏ．５及び６については、スケーリング量が極めて小さい結果となった。また、消泡剤を使用しなかったＮｏ．５は、スケーリング量が最も小さい結果となった。シリカフューム及びメタカオリンの添加のみ、ＡＥ剤、又はＡＥ剤及び消泡剤の添加のみでは、スケーリング抑制効果は不十分であり、これらを所定の量で組合せて添加した場合に極めて高水準のスケーリング抵抗性を達成可能であることが分かった。
【００７４】
以上より、本実施例の混和材料を使用したコンクリートは、スケーリング抵抗性に優れるコンクリートであることが確認された。
【要約】
【課題】圧縮強度、フレッシュ性状等の基礎的な性能を損なうことなく、スケーリング抵抗性に優れるモルタル・コンクリートを得ることが可能な、モルタル・コンクリート用混和材料の提供。
【解決手段】シリカフューム、メタカオリン、及びＡＥ剤を含むモルタル・コンクリート用混和材料であって、シリカフューム及びメタカオリンの合計量１００質量部中の、シリカフュームの含有量が３０〜７０質量部であり、メタカオリンの含有量が３０〜７０質量部であり、シリカフューム及びメタカオリンの合計量１００質量部に対して、ＡＥ剤を０．００５〜０．１質量部含み、消泡剤の含有量が０．１５質量部以下であり、メタカオリン１００質量部中のムライトの含有量が５質量部以下であり、カオリナイトの含有量が０．０１質量部以上であり、非晶質の含有量が８０質量部以上である、モルタル・コンクリート用混和材料。
【選択図】なし