(57)【要約】【課題】断熱温度上昇および自己収縮歪みが小さく、マスコンクリート用として好適な低発熱混合セメントと、そのコンクリート組成物を提供する。【解決手段】ビーライト含有量が５０〜７０質量％、好ましくはビーライト含有量が５０〜６０質量％の低熱ポルトランドセメント３５〜４５質量％、およびブレーン比表面積３０００〜４５００cm2/ｇ、好ましくはブレーン比表面積３８００〜４２００cm2/ｇの高炉スラグ微粉末５５〜６５質量％からなることを特徴とし、好ましくは、内割りでＳＯ3換算量１.０〜２.５質量％の石膏を含む低発熱混合セメント、および該低発熱混合セメントの単位セメント量が２００〜３５０kg/ｍ3であって、終局断熱温度上昇量が３５℃以下、断熱状態での自己収縮歪みが７５×１０-6以下のコンクリート組成物。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
低熱ポルトランドセメント３５〜４５質量％、およびブレーン比表面積３０００〜４５００cm2/ｇの高炉スラグ微粉末５５〜６５質量％からなることを特徴とする低発熱混合セメント。
【請求項２】
低熱ポルトランドセメント３５〜４５質量％およびブレーン比表面積３０００〜４５００cm2/ｇの高炉スラグ微粉末５５〜６５質量％からなる低発熱混合セメント１００質量部に対して、内割りでＳＯ3換算量１.０〜２.５質量％の石膏を含むことを特徴とする低発熱混合セメント。
【請求項３】
低熱ポルトランドセメントのビーライト含有量が５０〜７０質量％である請求項１または請求２に記載する低発熱混合セメント。
【請求項４】
請求項１〜請求項３の何れかに記載する低発熱混合セメントの単位セメント量が２００〜３５０kg/ｍ3であるコンクリート組成物。
【請求項５】
請求項４のコンクリート組成物において，終局断熱温度上昇量が３５℃以下であって断熱状態での自己収縮歪みが７５×１０-6以下であるコンクリート組成物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、断熱温度上昇および自己収縮歪みが小さく、マスコンクリート用として好適な低発熱混合セメントと、そのコンクリート組成物に関する。本発明に係るコンクリート組成物は、温度ひび割れが十分に抑制されており、塩素イオンの浸透に対する抵抗に優れるので、マスコンクリート海洋構造物に適する。
【背景技術】
【０００２】
ポルトランドセメントの一部を高炉スラグ微粉末によって置換した高炉セメントはコンクリートの発熱量が低減されるので、従来からマスコンクリート構造物に多く用いられてきた。しかし、高炉セメントを用いたコンクリートでは、コンクリートの内部と外部の温度差に伴う温度応力のみでは説明できないひび割れが報告されており、このひび割れの発生には自己収縮が大きく影響していることが指摘されている（特開平１１−２７８８７９号）。
【０００３】
また、マスコンクリートの温度ひび割れを抑制する手段としては、コンクリートの発熱量を低減し、あるいはコンクリートの発熱等により発生する温度応力に対して十分な引張強度を確保するなどの対策が挙げられる。このなかで、発熱量の小さい低発熱セメント（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）を用いることが最も経済的な対策であると云われている。
【０００４】
一方、低発熱セメント（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）は材齢初期における強度発現性が遅いと云う問題がある。そこで、低発熱性ポルトランドセメントに比表面積４０００cm2/ｇ以上の高炉スラグ粉末を配合してなる高炉セメントに対して、さらに比表面積５０００cm2/ｇ以上の微細な炭酸カルシウム粉末を配合することによって低発熱性と初期強度を高めた混合セメントが知られている（特開平６−２８７０４６号）。しかし、この混合セメントは硬化過程の自己収縮歪み等が考慮されてないため、温度ひび割れに対しては十分な抑制効果が得られていない。
【０００５】
また、ポルトランドセメントの一部を高炉スラグで置換した高炉セメントについて、セメントおよびスラグの比表面積を調整することによって高い流動性を維持し、流動性の経時的な低下を抑制したコンクリート組成物を製造することが知られているが（特開２００５−２７２２６０号）、コンクリートの温度上昇や自己収縮歪みを制御して温度ひび割れを抑制することは認識されていない。
【０００６】
また、従来の低発熱セメントを用いたコンクリートは塩化物イオンの浸透に対する抵抗性が低いため、海洋構造物には適していないが、高炉スラグ微粉末を配合した高炉セメントは塩化物イオンの浸透に対する抵抗性を有するので、耐久性が要求される海洋構造物に用いることができるようになる。しかし、高炉スラグ微粉末の置換率および比表面積は発熱・強度・自己収縮などの物性に大きく影響するため、ベースとなるポルトランドセメントに高炉スラグ微粉末を混合したコンクリートの物性を正確に把握する必要がある。
【０００７】
具体的には、例えば、高炉スラグ微粉末の置換率を大きくすると、水和熱を小さくできるものの、強度発現が遅くなり、施工工期が遅れるとともに、温度応力に対して十分な引張強度を確保できなくなる虞れがある。また、高炉スラグ微粉末の比表面積を大きくすると、セメントと高炉スラグ微粉末の反応が活性化し、初期強度は高くなるものの自己収縮が大きくなり，引張強度に対して温度応力（収縮により増加）が大きくなる虞れがある。
【０００８】
つまり、これらのコンクリートの性能（発熱・強度・自己収縮）は相反する性能を有しており、最適なセメントを選定するためには、例えば、温度応力解析によるマスコンクリートの検討が必要となる。しかし、多種多様なコンクリート構造物について温度応力解析を行うにはかなりの時間と労力を必要とする。
【特許文献１】特開平１１−２７８８７９号公報
【特許文献２】特開平０６−２８７０４６号公報
【特許文献３】特開２００５−２７２２６０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、低熱ポルトランドセメントの一部を高炉スラグ粉末によって置換した混合セメント、およびそのコンクリート組成物について、従来の上記課題を解決したものであり、断熱温度上昇および自己収縮歪みが小さく、マスコンクリート用として好適な低発熱混合セメントと、そのコンクリート組成物を提供する。
【００１０】
本発明は、具体的には、低熱ポルトランドセメントに高炉スラグ粉末を混合した混合セメントとそのコンクリート組成物について、高炉スラグ粉末の置換率および比表面積、単位セメント量、低熱ポルトランドセメントのビーライト量が異なるものについて、断熱温度上昇量、自己収縮歪み、圧縮強度、塩化物イオンの拡散係数を測定してこれらの最適範囲を追求し、断熱温度上昇および自己収縮歪みが小さく、マスコンクリート用として好適な低発熱混合セメントと、そのコンクリート組成物を開発した。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明によれば、請求項１〜請求項５に記載する構成によって上記課題を解決した低発熱混合セメントとそのコンクリート組成物が提供される。
〔１〕請求項１の発明は、低熱ポルトランドセメント３５〜４５質量％、およびブレーン比表面積３０００〜４５００cm2/ｇの高炉スラグ微粉末５５〜６５質量％からなることを特徴とする低発熱混合セメントである。
〔２〕請求項２の発明は、低熱ポルトランドセメント３５〜４５質量％およびブレーン比表面積３０００〜４５００cm2/ｇの高炉スラグ微粉末５５〜６５質量％からなる低発熱混合セメント１００質量部に対して、内割りでＳＯ3換算量１.０〜２.５質量％の石膏を含むことを特徴とする低発熱混合セメントである。
〔３〕請求項３の発明は、請求項１または請求２に記載する低発熱混合セメントにおいて、低熱ポルトランドセメントのビーライト含有量が５０〜７０質量％である低発熱混合セメントである。
【００１２】
〔４〕請求項４の発明は、請求項１〜請求項３の何れかに記載する低発熱混合セメントの単位セメント量が２００〜３５０kg/ｍ3であるコンクリート組成物である。
〔５〕請求項５の発明は、請求項４のコンクリート組成物において、終局断熱温度上昇量が３５℃以下であって断熱状態での自己収縮歪みが７５×１０-6以下であるコンクリート組成物である。
【発明の効果】
【００１３】
請求項１の低発熱混合セメントは、低熱ポルトランドセメント３５〜４５質量％、およびブレーン比表面積３０００〜４５００cm2/ｇの高炉スラグ微粉末５５〜６５質量％からなり、かつ、請求項４に記載するように、低発熱混合セメントの単位セメント量が２００〜３５０kg/ｍ3であるコンクリート組成物を形成したときに、請求項５に記載する終局断熱温度上昇量が３５℃以下であって断熱状態での自己収縮歪みが７５×１０-6以下のコンクリート組成物を得ることができる。
【００１４】
請求項２の低発熱混合セメントは、請求項１の低発熱混合セメント１００質量部に対して、内割りでＳＯ3換算量１.０〜２.５質量％の石膏を含むので、断熱状態での自己収縮歪みが小さくなり、流動性の経時変化の小さいコンクリート組成物を得ることができる。
【００１５】
請求項３の低発熱混合セメントは、低熱ポルトランドセメントのビーライト含有量が５０質量％〜７０質量％に調整されているので、終局断熱温度上昇および初期強度の低下が抑制されたコンクリート組成物を得ることができる。
【００１６】
請求項４のコンクリート組成物は、低発熱混合セメントの単位セメント量が２００〜３５０kg/ｍ3に調整されているので、終局断熱温度上昇および初期強度の低下が抑制されたコンクリート組成物を得ることができる。
【００１７】
請求項５のコンクリート組成物は、終局断熱温度上昇量が３５℃以下であって断熱状態での自己収縮歪みが７５×１０-6以下であるので、最小ひび割れ指数が比較的大きく、従って温度ひび割れが少なく、また十分な初期強度を有するコンクリート組成物を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、好適な実施形態に基づいて本発明を具体的に説明する。
本発明のセメントは、低熱ポルトランドセメント３５〜４５質量％、およびブレーン比表面積３０００〜４５００cm2/ｇ、好ましくはブレーン比表面積３８００〜４２００cm2/ｇの高炉スラグ微粉末５５〜６５質量％からなることを特徴とする低発熱混合セメントである。
【００１９】
低熱ポルトランドセメントが４５質量％を上回って高炉スラグ微粉末が５５質量％未満では、断熱温度上昇量が大きくなり、さらに断熱状態での自己収縮歪みが大きくなるので、マスコンクリート（肉厚なコンクリート）構造体において温度ひび割れが生じやすくなる。一方、低熱ポルトランドセメントの含有量が３５質量％未満であって高炉スラグ微粉末が６５質量％を上回ると、断熱温度上昇量および断熱状態での自己収縮ひずみは小さいものの，材齢２８日までのコンクリートの強度発現性が低くなり，施工等に不都合が生じる虞もある。
【００２０】
高炉スラグ微粉末のブレーン比表面積が３０００cm2/ｇより小さいと強度発現性が劣り、一方、ブレーン比表面積が４５００cm2/ｇより大きいと、終局断熱温度上昇量は小さいが、断熱状態での自己収縮歪みが大きくなり、温度ひび割れを生じやすくなる。さらに、所定の流動性を得るための高性能ＡＥ減水剤量が増加し、また粉砕に要するエネルギーも増大するので経済的な負担も大きくなる。高炉スラグ微粉末のブレーン比表面積は３８００〜４２００cm2/ｇが好ましい。
【００２１】
本発明の低発熱混合セメントは、低熱ポルトランドセメントのビーライト含有量が５０〜７０質量％であるものが好ましく、ビーライト含有量が５０〜６０質量％であるものがさらに好ましい。ビーライト量が５０質量％より少ないと、セメントの水和による発熱量が多く、肉厚なコンクリート構造体においては、温度が上昇してひびわれが生じやすくなり、また強度発現性が低下する。一方、ビーライト量が７０質量％を上回ると、材齢２８日までのコンクリートの強度発現性が低く、施工等に不都合が生じる虞もある。
【００２２】
本発明の上記低発熱混合セメントを用いたコンクリート組成物は、低発熱混合セメントの単位セメント量が２００〜３５０kg/ｍ3であるものが好ましい。単位セメント量が３５０kg/ｍ3を上回ると断熱温度上昇量が大きくなり、さらに断熱状態での自己収縮歪みが大きくなり、マスコンクリートにおいて温度ひびわれを生じやすくなる。一方、単位セメント量が２００kg/ｍ3を下回ると所定のコンクリートのフレッシュ性状および強度発現性を確保できず、施工性が著しく低下する傾向がある。
【００２３】
本発明の低発熱混合セメントは、上記低発熱混合セメント１００質量部に対して、内割りでＳＯ3換算量１.０〜２.５質量％の石膏を配合したものを含む。石膏をＳＯ3換算量で１.０質量％以上含むことによって、断熱状態での自己収縮歪みを有効に抑制することができ、また流動性の経時変化を抑え、施工性を高めることができる。なお、石膏の配合量がＳＯ3換算量で２.５質量％を上回ると、材齢長期における強度発現性が低下する傾向があり、練上り直後から数分間に急激にスランプが低下する現象（所謂こわばり）が発生しやすくなる傾向があるので、石膏の配合量はＳＯ3換算量で１.０〜２.５質量％が好ましい。
【００２４】
本発明の上記低発熱混合セメントを用いることによって、終局断熱温度上昇量が３５℃以下であって断熱状態での自己収縮歪みが７５×１０-6以下であり、最小ひび割れ指数が概ね１.５前後である温度ひび割れが少ないコンクリート組成物を得ることができる。また、このコンクリート組成物は十分な初期強度を有している。
【実施例】
【００２５】
本発明の実施例を比較例と共に以下に示す。なお、本発明は以下の実施例に限らない。
【００２６】
〔使用材料〕
〔セメント〕  三菱マテリアル社製低熱ポルトランドセメント（クリンカー鉱物組成中のビーライト量：５８質量％、４ＣａＯ・Ａｌ2Ｏ3・Ｆｅ2Ｏ3：１０質量％、３ＣａＯ・Ａｌ2Ｏ3：３質量％、残部：３ＣａＯ・ＳｉＯ2、ブレーン比表面積３７００cm2/ｇ）
〔高炉スラグ微粉末〕  高炉スラグをボールミルにより粉砕し、ブレーン比表面積（３０００cm2/ｇ、４０００cm2/ｇ、６０００cm2/ｇ）の高炉スラグ微粉末を製造し、これらを混合して所定のブレーン比表面積の高炉スラグ微粉末とした。
上記セメントおよび高炉スラグ微粉末に二水石膏を混合して実施例１〜４および比較例１〜６のセメント組成物を得た。
【００２７】
〔実施例１〜３〕
低熱ポルトランドセメントに、ブレーン比表面積４０００cm2/ｇの高炉スラグ微粉末を５５質量％、６０質量％、６５質量％、および二水石膏を混合し、石膏量をＳＯ3換算量で１.８質量％に調整したセメント組成物を調製した。このセメント組成物および表２に示す骨材、混和剤を用い、表３に示す配合Ａ（水セメント比５０％、細骨材率４４％、ＡＥ減水剤量がセメント量の０.２５％、単位セメント量３００kg/ｍ3）に従い、注水後９０秒間練混ぜてコンクリートを調製した。このコンクリートについて、表４に示す試験方法に従い、断熱温度上昇量、断熱状態での自己収縮歪み、塩化物イオン浸透に対する抵抗性、圧縮強度を測定した。この結果を表１、図１、図２に示した。
【００２８】
〔実施例４〕
低熱ポルトランドセメントに、ブレーン比表面積３０００cm2/ｇの高炉スラグ微粉末を６０質量％および二水石膏を混合し、石膏量をＳＯ3換算量で１.８質量％に調整したセメント組成物を調製した。このセメント組成物および表２に示す骨材、混和剤を用い、表３に示す配合Ａ（水セメント比５０％、細骨材率４４％、ＡＥ減水剤量がセメント量の０.２５％、単位セメント量３００kg/ｍ3）に従い、注水後９０秒間練混ぜてコンクリートを調製した。このコンクリートについて実施例１〜３と同様の試験を行った。
【００２９】
〔比較例１〕
低熱ポルトランドセメントに、ブレーン比表面積４０００cm2/ｇの高炉スラグ微粉末を６０質量％、および二水石膏を混合し、石膏量をＳＯ3換算量で１.８質量％に調整したセメント組成物を調製した。このセメント組成物および表２に示す骨材、混和剤を用い、表３に示す配合Ｂ（水セメント比３７.５％、細骨材率４７％、高性能ＡＥ減水剤量がセメント量の０.９％、単位セメント量４００kg/ｍ3）に従い、注水後９０秒間練混ぜてコンクリートを調製した。このコンクリートについて実施例１〜３と同様の試験を行った。この結果を表１、図１、図２に示した。
【００３０】
〔比較例２〜４〕
低熱ポルトランドセメントに、ブレーン比表面積４０００cm2/ｇの高炉スラグ微粉末を４０質量％、５０質量％、７０質量％、および二水石膏を混合し、石膏量をＳＯ3換算量で１.８質量％に調整したセメント組成物を調製した。このセメント組成物および表２に示す骨材、混和剤を用い、表３に示す配合Ａに従い、注水後９０秒間練混ぜてコンクリートを調製した。このコンクリートについて実施例１〜３と同様の試験を行った。この結果を表１、図１、図２に示した。
【００３１】
〔比較例５〜６〕
低熱ポルトランドセメントに、ブレーン比表面積５０００cm2/ｇ、６０００cm2/ｇの高炉スラグ微粉末を６０質量％、および二水石膏を混合し、石膏量をＳＯ3換算量で１.８質量％に調整したセメント組成物を調製した。このセメント組成物および表２に示す骨材、混和剤を用い、表３に示す配合Ａに従い、注水後９０秒間練混ぜてコンクリートを調製した。このコンクリートについて実施例１〜３と同様の試験を行った。この結果を表１、図１、図２に示した。
【００３２】
〔比較例７〜８〕
ビーライト量を４５質量％、７５質量％に調整した低熱ポルトランドセメントを用い、これに、ブレーン比表面積４０００cm2/ｇの高炉スラグ微粉末を６０質量％、および二水石膏を混合し、石膏量をＳＯ3換算量で１.８質量％に調整したセメント組成物を調製した。このセメント組成物および表２に示す骨材、混和剤を用い、表３に示す配合Ａに従い、注水後９０秒間練混ぜてコンクリートを調製した。このコンクリートについて実施例１〜３と同様の試験を行った。この結果を表１に示した。
【００３３】
〔比較例９〕
比表面積２５００cm2/ｇの高炉スラグ微粉末を用いた以外は実施例２と同様にしてコンクリートを調製した。このコンクリートについて圧縮強度の試験を行った。この結果を表１に示した。
【００３４】
低熱ポルトランドセメント（Ｌ）、中庸熱ポルトランドセメント（Ｍ）高炉セメントＢ種（ＢＢ）を用いて調製したこのコンクリートについて、実施例１〜３と同様の試験を行った。この結果を表１に示した。
【００３５】
〔温度応力解析〕
実施例１〜４、比較例の一部について、図３および図４に示す構造物解析モデルに従って温度応力解析を行い、最小ひび割れ指数を求めた。この結果を表１に示した。解析モデルの寸法を表５、表６に示した。
【００３６】
表１に示すように、本発明に係る実施例１〜４のコンクリートは、何れも終局断熱温度上昇量が３５℃以下であって断熱状態での自己収縮歪みが７５×１０-6以下であり、温度応力に対する引張強度を有しているため、最小ひび割れ指数が概ね１.５前後である。従って、ひび割れの発生の危険性が少ないコンクリートであることが分かる。
【００３７】
一方、比較例１〜８のコンクリートは、終局断熱温度上昇量、あるいは断熱状態での自己収縮歪みの何れか、または両方が大きく、温度応力（収縮ひずみ）に対する十分な引張強度が確保できなく、従って、最小ひび割れ指数が１.０〜１.３であり、実施例１〜４のコンクリートよりもひび割れが発生しやすい。また、比較例９のコンクリートは強度発現が劣る。
【００３８】
【表１】
2009062234.tif 000003
【００３９】
【表２】
2009062234.tif 000004
【００４０】
【表３】
2009062234.tif 000005
【００４１】
【表４】
2009062234.tif 000006
【００４２】
【表５】
2009062234.tif 000007
【００４３】
【表６】
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【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】（Ａ）（Ｂ）は終局温度上昇量の変化を示すグラフ
【図２】（Ａ）（Ｂ）は断熱状態での自己収縮歪みの変化を示すグラフ
【図３】温度解析モデルＡを示す概念図
【図４】温度解析モデルＢを示す概念図
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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