JP2003252671A

JP2003252671A - 硬化体

Info

Publication number: JP2003252671A
Application number: JP2002058697A
Authority: JP
Inventors: Daisuke Mori; 大介森; Makoto Katagiri; 誠片桐
Original assignee: Taiheiyo Cement Corp
Current assignee: Taiheiyo Cement Corp
Priority date: 2002-03-05
Filing date: 2002-03-05
Publication date: 2003-09-10

Abstract

(57)【要約】【課題】大深度地下や海底に埋設する構造物等高水圧
がかかる環境下において使用した場合でも、漏水が生じ
ることがない極めて緻密なセメント質の硬化体を提供す
る。【解決手段】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、及び水を含む配合
物の硬化体であって、拡散係数が1.0×10^-9m²/sec以下
である硬化体。さらに、配合物に平均粒径3〜20μｍの
無機粉末を含むことにより、より緻密な硬化体とするこ
とができ好ましい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、緻密性が要求され
る土木建築構造物（例えば、大深度地下や海底に埋設す
る構造物等高水圧がかかる環境下において使用する構造
物）に好適に使用することができるセメント質の硬化体
に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、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30重量％程度に調整す
ることにより、100MPa程度の圧縮強度を発現する超高強
度コンクリートが実用化されてきている。該超高強度コ
ンクリートは、低水／セメント比であるため、一般に使
用されている30MPa程度の普通コンクリートよりも緻密
な組織を有しており、例えば、貯水槽等の水密性を有す
る構造物にも適用されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】前記圧縮強度が100MPa
程度の超高強度コンクリートでは、貯水槽等水圧が比較
的に小さい構造物に適用した場合には、漏水が生じるこ
とはなく好適に使用することができる。しかしながら、
前記圧縮強度が100MPa程度の超高強度コンクリートを、
例えば、大深度地下や海底に埋設する構造物等高水圧が
かかる環境下において使用する構造物に適用した場合に
は、漏水を防止することが困難であるという課題があっ
た。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明者は、上記課題を
解決するために鋭意研究した結果、特定の材料を組み合
わせた拡散係数の極めて小さい硬化体であれば、上記課
題を解決することができるとの知見を得、本発明に到達
した。

【０００５】即ち、本発明は、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、及
び水を含む配合物の硬化体であって、拡散係数が1.0×1
0^-9m ²/sec以下であることを特徴とする硬化体である
（請求項１）。さらに、本発明においては、前記配合物
に平均粒径3〜20μｍの無機粉末を含むことが好ましい
ものである。

【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。本発明は、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、及び水を含む配
合物の硬化体であって、拡散係数が1.0×10^-9m²/sec以
下の硬化体である。なお、本発明における拡散係数と
は、以下の手順で測定される水の拡散係数のことであ
る。 1）φ50×100mmの試験体に、冷間等方圧プレス装置に
て、350MPaの圧力で24時間等方圧をかけて前記試験体に
水を浸透させた後、圧力を大気圧まで戻す。 2）試験体を割り、試験体表面から水の浸透距離をノギ
スで測定する。 3）下記(1)式で水の拡散係数を算出する。 β²＝（α×Ｄ²）／（４×ｔ×ε²） (1) ここで、β²：水の拡散係数[m²/sec] Ｄ：水の浸透距離[m] ｔ：水圧を加えた時間[sec]（＝8.64×10⁴） α ：時間に関する補正係数（＝130.5） ε ：水圧に関する補正係数（＝2.49）

【０００７】本発明の硬化体の材料とその配合割合につ
いて説明する。本発明において、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。本発明において、硬化体
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、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。

【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。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、1.0
μｍ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
の配合量は、硬化体の拡散係数から、セメント100重量
部に対して5〜50重量部が好ましい。ポゾラン質微粉末
が少ないと硬化体の緻密性が低下し、拡散係数を1.0×1
0^-9m²/sec以下にすることが困難となる。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やは
り硬化体の緻密性が低下し、拡散係数を1.0×10^-9m²/se
c以下にすることが困難となる。

【０００９】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、本発明における細骨材の粒径と
は、85％重量累積粒径である。細骨材の粒径が2mmを超
えると、硬化体の緻密性が低下し、拡散係数を1.0×10
^-9m²/sec以下にすることが困難となる。なお、本発明に
おいては、硬化体の緻密性を高めて拡散係数をより小さ
くするために、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、珪砂又は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、硬化体の緻密性と強度から、
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。

【００１０】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
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。減水剤の配合量は、セメント100重量部に対
して、固形分換算で0.1〜4.0重量部が好ましい。セメン
ト100重量部に対して、減水剤量（固形分換算）が0.1重
量部未満では、混練が困難になるとともに、配合物の流
動性が低く成形などの作業も困難である。また、硬化体
の緻密性が低下し、拡散係数を1.0×10^-9m²/sec以下に
することが困難となる。セメント100重量部に対して、
減水剤量（固形分換算）が4.0重量部を超えると、硬化
体の緻密性が低下し、拡散係数を1.0×10^-9m²/sec以下
にすることが困難となる。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。

【００１１】水量は、セメント100重量部に対して10〜3
0重量部が好ましく、より好ましくは15〜25重量部であ
る。セメント100重量部に対して、水量が10重量部未満
では、混練が困難になるとともに、配合物の流動性が低
く成形などの作業も困難である。また、硬化体の緻密性
が低下し、拡散係数を1.0×10^-9m²/sec以下にすること
が困難となる。セメント100重量部に対して、水量が30
重量部を超えると、硬化体の緻密性が低下し、拡散係数
を1.0×10^-9m²/sec以下にすることが困難となる。

【００１２】本発明の硬化体は、拡散係数が1.0×10^-9m
²/sec以下であり、好ましくは1.0×10^-9〜1.0×10^-11m²
/secである。拡散係数が1.0×10^-9m²/sec以下であるこ
とにより、極めて緻密な硬化体となり、例えば、大深度
地下や海底に埋設する構造物等高水圧がかかる環境下に
おいて使用した場合でも漏水が生じない。拡散係数が1.
0×10^-9m²/secを越えると、硬化体の緻密性が低下し、
例えば、大深度地下や海底に埋設する構造物等高水圧が
かかる環境下において使用した場合、漏水が生じる可能
性があり好ましくない。

【００１３】本発明においては、拡散係数をより小さく
でき、硬化体の緻密性をより高める観点から、配合物に
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
れるが、なかでも石英粉末は、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、硬化体の強度や緻密性から、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。

【００１４】本発明においては、本発明の目的を妨げな
い範囲で、配合物に上記以外の材料（例えば、金属繊
維、有機繊維、繊維状粒子、薄片状粒子、安山岩、玄武
岩、砂岩、硬質砂岩等の粗骨材等）を含ませることは差
し支えない。特に、硬化体の曲げ強度や破壊強度を大幅
に高める観点から前記配合物に金属繊維及び／又は有機
質繊維を含ませることや、硬化体の靱性を高める観点か
ら配合物に平均粒度が1mm以下の繊維状粒子又は薄片状
粒子を含ませることは好ましいことである。なお、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。

【００１５】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2m
m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、配合物の体積の4％未満が好ましく、
より好ましくは0.1〜3.0％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。

【００１６】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が、中でもビニロン繊維及び／又
はポリプロピレン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。有機質
繊維は、径0.005〜1.0mm、長さ2〜30mmのものが好まし
い。径が0.005mm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、破壊強度を向上
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
では破壊強度を向上させる効果が低下する。有機質繊維
の配合量は、配合物の体積の10％未満が好ましく、0.1
〜8.0％がより好ましい。有機質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、有機質繊維の配合量は前記の量が好ましい。
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。

【００１７】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、硬化体の強度、緻密性や靱性
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、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】本発明において、配合物の混練方法は、特
に限定するものではなく、例えば、 1)水、減水剤以外の材料を予め混合しておき（プレミッ
クス）、該プレミックス、水、減水剤をミキサに投入
し、混練する。 2)水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）、該プレミ
ックス、水をミキサに投入し、混練する。 3)各材料を、それぞれ個別にミキサに投入し、混練す
る。などの方法が挙げられる。

【００１９】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、傾胴ミキサ等が用いられる。

【００２０】混練後、所定の型枠に配合物を投入して成
形し、その後、養生して硬化させる。養生は、気中養
生や蒸気養生等を行えば良い。

【００２１】

【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５号４）高性能ＡＥ減水剤；ポリカルボン酸系高性能ＡＥ減水剤５）水；水道水６）無機粉末；石英粉（平均粒径7μｍ）７）金属繊維；鋼繊維（直径：0.2mm、長さ：15mm）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）

【００２２】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3
2.5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。該配合物のフロー値を、
「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回の落下運動を行わ
ないで測定した。その結果、フロー値は270mmであっ
た。また、前記配合物をφ50×100mm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。
該硬化体の圧縮強度（３本の平均値）は210MPaであっ
た。また、前記配合物をφ50×100mm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。
該硬化体に、冷間等方圧プレス装置（日機装(株)製）を
用いて、350MPaの圧力で24時間等方圧をかけて水を浸透
させた後、圧力を大気圧まで戻した。その後、試験体を
割り、試験体表面から水の浸透距離をノギスで測定し、
前記(1)式を用いて水の拡散係数を算出した。その結
果、拡散係数は1.5×10^-10m²/secであった。

【００２３】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3
2.5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、石英粉
30重量部を二軸練りミキサに投入し、混練した。該配合
物のフロー値を実施例１と同様に測定した。その結果、
フロー値は270mmであった。また、圧縮強度を実施例１
と同様に測定した。その結果、圧縮強度は230MPaであっ
た。また、拡散係数を実施例１と同様に測定した。その
結果、拡散係数は1.2×10^- ¹¹m²/secであった。

【００２４】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3
2.5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、石英粉
30重量部、鋼繊維(配合物中の体積の２％)を二軸練りミ
キサに投入し、混練した。該配合物のフロー値を実施例
１と同様に測定した。その結果、フロー値は250mmであ
った。また、圧縮強度を実施例１と同様に測定した。そ
の結果、圧縮強度は230MPaであった。また、拡散係数を
実施例１と同様に測定した。その結果、拡散係数は1.2
×10^- ¹¹m²/secであった。

【００２５】実施例４低熱ポルトランドセメント100重量部、シリカフューム3
2.5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、石英粉
30重量部、ウォラストナイト24重量部、鋼繊維(配合物
中の体積の２％)を二軸練りミキサに投入し、混練し
た。該配合物のフロー値を実施例１と同様に測定した。
その結果、フロー値は250mmであった。また、圧縮強度
を実施例１と同様に測定した。その結果、圧縮強度は23
0MPaであった。また、拡散係数を実施例１と同様に測定
した。その結果、拡散係数は1.0×10^- ¹¹m²/secであっ
た。

【００２６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の硬化体
は、拡散係数が1.0×10^-9m²/sec以下と極めて緻密なも
のであり、例えば、大深度地下や海底に埋設する構造物
等高水圧がかかる環境下において使用する構造物に適用
した場合でも、漏水が生じることはない。

───────────────────────────────────────────────────── 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 14/32 Ｃ０４Ｂ 14/32 18/08 18/08 Ｚ 20/00 20/00 Ｂ 22/06 22/06 Ａ // Ｃ０４Ｂ 111:00 111:00

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】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、及び水を含む配合
物の硬化体であって、拡散係数が1.0×10^-9m²/sec以下
であることを特徴とする硬化体。
【請求項２】配合物に、平均粒径3〜20μｍの無機粉
末を含む請求項１に記載の硬化体。