JP2001261392A

JP2001261392A - 人工骨材

Info

Publication number: JP2001261392A
Application number: JP2000084983A
Authority: JP
Inventors: Yoshiaki Sakakibara; 善朗榊原; Takeaki Ogami; 剛章大神; Tadashi Matsumoto; 匡史松本
Original assignee: Taiheiyo Cement Corp
Current assignee: Taiheiyo Cement Corp
Priority date: 2000-03-24
Filing date: 2000-03-24
Publication date: 2001-09-26

Abstract

(57)【要約】【課題】高強度で吸水率が小さく、任意の形状に成形
でき、セメント質マトリックスとの付着が良好な人工骨
材を提供する。【解決手段】少なくとも、セメント、ポゾラン質粉
末、粒径２ｍｍ以下の細骨材、金属繊維及び/または有
機質繊維水、及び減水剤を含む配合物の硬化体からなる
人工骨材を提供する。また、上記の配合物に無機質粉
末、繊維状粒子及び/又は薄片状粒子、着色剤又は着色
顔料を加えてもよい。本発明の配合物で粒塊物を被覆し
てなる人工骨材をも提供する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、高強度セメント系
硬化体からなり、高強度コンクリート用骨材やコンクリ
ート表面の化粧骨材として好適な非焼成型人工骨材に関
する。

【０００２】

【従来の技術】コンクリートの強度はその構成物である
骨材の品質に大きく左右されることが知られている。粗
骨材としては砂岩、チャート、石灰岩などが使用されて
いるが、良質の骨材は年々減少している。また、同じ骨
材でも採取場所や時期によっては品質が大きく異なって
おり、そのため高品質・高強度のコンクリートの製造に
おいては品質管理項目が多く、設計強度を高くする必要
があった。また、良質の骨材が容易に入手できない地域
においては、高品質・高強度のコンクリートの製造が困
難であった。

【０００３】一方、天然の骨材の他に種々の人工骨材も
広く用いられているが、従来の人工骨材のうち、焼成型
の人工骨材は、製造に際し、焼成設備を必要とするた
め、設備が大規模なものになりコストが上昇する傾向が
あった。また、従来の人工骨材は低強度のものが多く、
高強度コンクリート用としては使用できなかった。セメ
ントを基本組成とする非焼成型の人工骨材においては、
その配合を工夫することにより、従来のものでもある程
度の高強度化が可能であったが、花崗岩、安山岩、石灰
岩等の天然骨材並みの強度を得ることは困難であった。

【０００４】他方において、玉砂利等の天然骨材、着色
セラミック骨材、着色ガラスビーズ骨材、着色人工軽量
骨材等が建築土木用の化粧骨材として用いられている。
しかし、玉砂利等の天然骨材も前述と同様年々資源が枯
渇してきており、入手が困難になってきているとともに
高価になってきている。また、着色セラミック骨材や着
色ガラスビーズ骨材や着色人工軽量骨材は大量生産し難
く高価である。

【０００５】さらに、従来の人工骨材のうち、セラミッ
ク骨材やガラスビーズ骨材等の、セメントがその基本組
成とはなっていない人工骨材は、セメント質マトリック
スとの付着が十分ではなく、これらの人工骨材を使用し
たコンクリート部材は剥離等で耐久性に問題が生ずるこ
ともあった。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、高強度であ
り、吸水率が小さく、任意の形状や色や比重にも対応で
き、セメント質マトリックスとの付着が良好な人工骨材
を提供する。

【０００７】

【課題を解決するための手段】セメントとポゾラン質微
粉末と減水剤を含む配合物のセメント系硬化体からなる
非焼成型の人工骨材であって、さらに金属繊維及び/ま
たは有機質繊維を含む人工骨材を提供する（請求項
１）。

【０００８】上記人工骨材は、２００ＭＰａ以上の圧縮
強度、１％以下の吸水率であるものであってもよい（請
求項２）。

【０００９】上記人工骨材用の配合物は、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、水、金属繊維及び／又は有機質繊維、及び減水剤を
含む配合物であってもよい（請求項３）。

【００１０】上記金属繊維は、径０．０１〜１．０ｍ
ｍ、長さ２〜３０ｍｍの鋼繊維であってもよい（請求項
４）。

【００１１】また、上記有機質繊維は、径０．００５〜
１．０ｍｍ、長さ２〜３０ｍｍの繊維であってもよい
（請求項５）。

【００１２】また、上記配合物は、平均粒径３〜２０μ
ｍの無機質粉末を含むものであってもよい（請求項
６）。

【００１３】また、上記配合物は、平均粒度１ｍｍ以下
の繊維状粒子及び／又は薄片状粒子を含むものであって
もよい（請求項７）。

【００１４】また、上記配合物は、着色剤や着色顔料を
含んでもよい（請求項８）。

【００１５】本発明の人工骨材は、粒塊状物を上記配合
物のセメント系硬化体で被覆してなるものであってもよ
い（請求項９）。

【００１６】さらに、本発明の人工骨材は、上記配合物
の硬化体からなる中空の人工骨材であってもよい（請求
項１０）。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明について詳細に説明
する。本発明の人工骨材は緻密で高強度、低吸水率のセ
メント系硬化体からなる骨材であって、特に、金属繊維
及び／または有機質繊維を含ませることによって、曲げ
強度、引張強度についても高強度化を図ったものであ
る。本発明の人工骨材は粒径２．５ｍｍ以上のものであ
る。これ未満では製造し難い。本発明において用いられ
るセメントの種類は限定されない。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。

【００１８】本発明において、人工骨材の早期強度を向
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、人工骨材用の配合物の流動性を
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。

【００１９】本発明では緻密で高強度のものとするた
め、ポゾラン質微粉末を含ませることが必要である。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、モミガラ灰、ケイソウ土、活性白土等が挙げ
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的で
ある。以上の他、水ガラス、アロフェン、メタカオリ
ン、焼却灰等の水溶性シリカや活性シリカ分を含むもの
も本発明の範囲に含まれる。

【００２０】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
り配合物が硬化後に緻密化し、従来の人工骨材よりも圧
縮強度が著しく向上する。一方、ポゾラン質微粉末の添
加量が多くなると単位水量が増大するので、ポゾラン質
微粉末の添加量はセメント１００重量部に対して５〜５
０重量部が好ましい。

【００２１】本発明においては粒径２ｍｍ以下の細骨材
を用いることが好ましい。ここで、細骨材の粒径とは、
８５％（重量）累積粒径である（２ｍｍより大きい細骨
材が含まれていても良い）。細骨材の粒径が２ｍｍを超
えると、強度が低下する。なお、配合物の分離抵抗性、
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。

【００２２】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、配合物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１
００重量部に対して５０〜２５０重量部が好ましく、８
０〜１８０重量部がより好ましい。

【００２３】本発明では緻密で高強度のものとするた
め、減水剤を用いることが必要である。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。そ
れらの中でも、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。減水剤の添加量（セメントに対
して外割）は、配合物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、セメントに対して、固形
分換算で、０．５〜４．０重量％が好ましい。

【００２４】本発明において、水／セメント比は、配合
物の流動性や分離抵抗性、硬化後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。

【００２５】本発明においては、配合物に金属繊維及び
／又は有機質繊維を含ませることで、人工骨材の曲げ強
度に対する高強度化を図っている。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る結果、人工骨材の
曲げ強度が低下する。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
未満ではマトリックスとの付着力が低下し曲げ強度が低
下する。

【００２６】金属繊維の配合量は凝結後の人工骨材体積
の４％未満が好ましく、より好ましくは３．５％未満で
ある。金属繊維の含有量は、流動性と人工骨材の曲げ強
度の観点から定められる。一般に、金属繊維の含有量が
多くなると曲げ強度が向上するが、一方、流動性を確保
するために単位水量も増大するので、金属繊維の含有量
は前記の量が好ましい。

【００２７】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０．００５〜
１．０ｍｍ、長さ２〜３０ｍｍのものが好ましい。有機
質繊維の含有量は、凝結後の人工骨材体積の１０％未満
が好ましく、７％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。また、上記繊維の種類や径や長さは骨材の粒
径や使用目的等を勘案して、適宜、上記の範囲から選択
されるが、当然、骨材の粒径が小さければ繊維の径や長
さも小さくなる。

【００２８】本発明においては、人工骨材の充填密度を
高める観点から、平均粒径３〜２０μｍ、より好ましく
は平均粒径４〜１０μｍの無機質粉末を含ませることが
好ましい。無機質粉末としては、石英粉末、石灰石粉
末、Al₂O₃等の酸化物粉末、SiC等の炭化物粉末、SiN等
の窒化物粉末等が挙げられるが、中でも、石英粉末は、
コストや人工骨材の品質安定性の点から好ましいもので
ある。なお、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。無機質粉末の配合量は、配合物の流動性、人
工骨材の強度等から、セメント１００重量部に対して５
０重量部以下が好ましく、２０〜３５重量部がより好ま
しい。

【００２９】本発明においては、人工骨材の靱性を高め
る観点から、平均粒度が１ｍｍ以下の繊維状粒子及び／
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。
繊維状粒子又は薄片状粒子の配合量は、配合物の流動
性、人工骨材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、人工
骨材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。次に本
発明の人工骨材の製造方法を示す。

【００３０】本発明においては、人工骨材用配合物の混
練方法は特に限定するものではない。また、混練に用い
る装置も特に限定するものではなく、オムニミキサ、パ
ン型ミキサ、二軸練りミキサ、傾胴ミキサ等の慣用のミ
キサを使用することができる。

【００３１】上記混練した配合物を成形し、養生・硬化
させることで、本発明の人工骨材を製造することができ
る。この人工骨材は強度（圧縮強度、曲げ強度）が著し
く大きいセメント系硬化体を用いているので高強度のも
のとなり得、吸水率も小さくできる。なお、成形方法は
特に限定するものではなく、流し込み成形、押出成形、
加圧成形等慣用の成形方法で行うことができる。任意の
型枠や押出成形機を用いて成形することで、さまざまな
形状の人工骨材を得ることができる。また、配合物の成
形物の養生方法は特に限定するものではないが、上記養
生やオートクレーブ養生が好ましい。このようにして得
られた人工骨材は、高強度コンクリート用の粗骨材ある
いは細骨材の一部として有用である。

【００３２】上記で記載した配合物に着色剤または着色
顔料を加え、これを上記方法により成形・養生・硬化さ
せることで、所望の色彩を有する人工骨材を得ることが
できる。この人工骨材は、例えば玉砂利の代替としての
コンクリート表面の化粧骨材として有用である。

【００３３】また、粒塊状物を上記配合物のセメント硬
化体で被覆することによっても人工骨材(着色剤又は着
色顔料を加えた化粧骨材を含む)を得ることができる。
粒塊状物としては、砕石、砂、廃レンガ片、廃コンクリ
ート片、廃モルタル片、廃タイル片、廃ガラス片、廃セ
ラミックス片等が挙げられ、これらを芯材とし、その周
囲を上記配合物のセメント硬化体で被覆することによ
り、本発明の人工骨材を得ることができる。本発明の人
工骨材用配合物は、硬化後の強度が著しく大きいため、
比較的低強度の粒塊物でも芯材として用いることが可能
であり、粒塊物の被覆及び被覆後の養生を適切に行うこ
とにより、芯材を用いない人工骨材と同程度の強度の人
工骨材を得ることができる。前述のような廃棄物を芯材
として用いることで、廃棄物の有効利用を図ることがで
きる。

【００３４】本発明の人工骨材は強度が著しく大きいた
め、中空にして軽量骨材として用いることもできる。中
空とした場合でも、成形及び養生を適切に行うことによ
り、従来の軽量骨材に比べ高強度でかつ軽量の人工骨材
を得ることができる。なお、中空とする方法は特に限定
するものではなく、従来の方法を適用することができ
る。例えば、発泡スチロールを芯材として上記同様被覆
した人工骨材を得、その後加熱して中のこの芯材を熱収
縮させるといった方法である。

【００３５】

【実施例】以下、実施例を挙げて本発明を説明する。以
下の実施例では次のような材料を使用した。１．使用材料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）金属繊維；鋼繊維（直径：０．２ｍｍ、長さ：１５ｍｍ）有機質繊；ビニロン繊維（直径：０．６ｍｍ、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）石英粉（平均粒径７μｍ）８）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）９）薄片状粒子；マイカフレーク（０．５ｍｍ以下）１０）芯材；廃モルタル塊（粒径約１０ｍｍ）；発泡スチロール（粒径約１０ｍｍ）１１）着色顔料；ベンガラ

【００３６】２．製造方法表１に示す実施例１〜実施例８の各配合物を二軸練りミ
キサに一括投入して混練し、混錬物を内径が１５ｍｍで
概略球形の型枠に軽く振動をかけながら流し込み成形し
た。脱型後２４時間湿空養生した後９０℃で４８時間蒸
気養生した。同時に、圧縮強度及び曲げ強度試験用の供
試体も作成した。３．測定方法圧縮強度ＪＩＳＡ１１０８「コンクリートの圧縮強度試験方
法」に準じて行った。曲げ強度ＪＩＳＡ１１０６「コンクリートの曲げ強度試験法
法」に準じて行った。吸水率ＪＩＳＡ１１１０「粗骨材の比重及び吸水率試験方
法」に準じて行った。

【００３７】

【表1】

【００３８】４．測定結果実施例１〜実施例８の各配合からなる硬化体の上記養生
後の圧縮強度及び曲げ強度を測定したところ、表２のよ
うな結果を得た。これにより、本発明の人工骨材が非常
に高い強度を示す事が明らかになった。

【００３９】

【表2】

【００４０】また、実施例１〜実施例３の各配合からな
る人工骨材の吸水率を測定したところ、いずれも吸水率
は１％以下だった。

【００４１】実施例９実施例３の配合物と芯材としての廃モルタル塊を二軸練
りミキサに一括投入して混錬・造粒し、廃モルタル塊の
周囲が該配合物で被覆された粒径１８〜２５ｍｍの造粒
物を得た。なお、配合物と廃モルタル塊の配合割合及び
混錬水量は該造粒物が得られるよう適宜調整した。得ら
れた造粒物を４８時間湿空養生した後、９０℃で４８時
間蒸気養生することで、廃モルタル塊を芯材とする人工
骨材を得ることができた。

【００４２】実施例１０芯材を発泡スチロールに替え、実施例９と同様にして造
粒物を得た。その後、得られた造粒物を４８時間湿空養
生した後、オートクレーブ養生した。これによって発泡
スチロールは収縮し、中空状の軽量骨材を得ることがで
きた。

【発明の効果】本発明による人工骨材は、次のような効
果を有する。高強度であるためコンクリート用の骨材と
して使用することにより、そのコンクリートの強度の向
上に寄与する。また一定の品質のものを大量生産するこ
とが可能であり、個々の人工骨材間の強度のばらつきを
小さく抑えることが可能で、コンクリートとしての強度
のばらつきも小さくなる。さらに、任意の形状の人工骨
材を製造することが可能である。また、低吸水率である
ため、コンクリートの混錬に悪影響を与えない。セメン
トを基本要素としているため、一般のコンクリート等の
セメント質マトリックスとの相性がよく、高い付着強度
が得られる。さらに、着色剤または着色顔料を添加する
ことで、付加価値の高い化粧骨材を得ることができる。
硬化後の強度が大きいため、種々の粒塊状物を芯材とし
て用いることができる。そのため、廃コンクリートや廃
モルタル等の廃棄物を有効活用することができる。ま
た、中空状とすることにより従来より高強度でかつ低吸
水率の人工軽量骨材が得られる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｃ０４Ｂ 14:48 Ｃ０４Ｂ 14:48 Ｄ 16:06 16:06 Ｅ 20:00 20:00 Ｂ 14:38 14:38 ＡＣ 14:20 14:20 Ａ 14:02） 14:02）ＡＦターム(参考） 4G012 PA03 PA04 PA08 PA13 PA19 PA24 PB04 PB33 PC02 PC03 PC12 PC13

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】セメントとポゾラン質微粉末と減水剤を
含む配合物のセメント系硬化体からなる非焼成型の人工
骨材であって、更に金属繊維及び/または有機質繊維を
含む人工骨材。
【請求項２】上記セメント硬化体は、２００ＭＰａ以
上の圧縮強度、１％以下の吸水率である請求項１に記載
の人工骨材。
【請求項３】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、水、金属繊維及び／又は
有機質繊維、及び減水剤を含む配合物のセメント系硬化
体からなることを特徴とする人工骨材。
【請求項４】上記金属繊維が、径０．０１〜１．０ｍ
ｍ、長さ２〜３０ｍｍの鋼繊維である請求項１〜３に記
載の人工骨材。
【請求項５】上記有機質繊維が、径０．００５〜１．
０ｍｍ、長さ２〜３０ｍｍの繊維である請求項１〜３に
記載の人工骨材。
【請求項６】上記配合物は、平均粒径３〜２０μｍの
無機質粉末を含むものである請求項１〜５のいずれかに
記載の人工骨材。
【請求項７】上記配合物は、平均粒度１ｍｍ以下の繊
維状粒子及び／又は薄片状粒子を含むものである請求項
１〜６のいずれかに記載の人工骨材。
【請求項８】上記配合物は、着色剤や着色顔料を含む
ことを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の人工
骨材。
【請求項９】粒塊状物を上記配合物のセメント系硬化
体で被覆してなることを特徴とする請求項１〜８のいず
れかに記載の人工骨材。
【請求項１０】上記配合物のセメント系硬化体が請求
項１〜８までのいずれかに記載の硬化体である人工骨材
であって、中空の人工骨材。