JP2006248828A

JP2006248828A - 高強度モルタル・コンクリート用混和材及びモルタル・コンクリート組成物

Info

Publication number: JP2006248828A
Application number: JP2005066144A
Authority: JP
Inventors: Masanari Otani; 真生大谷
Original assignee: Taiheiyo Materials Corp
Current assignee: Taiheiyo Materials Corp
Priority date: 2005-03-09
Filing date: 2005-03-09
Publication date: 2006-09-21

Abstract

【課題】比較的早期に高強度が発現され、かつコスト低減効果に優れ、なおかつ広範囲の環境温度に対して良好な流動性を短時間で得ることができる、モルタル・コンクリート用混和材、及びモルタル・コンクリート組成物の提供。
【解決手段】無水石膏１００重量部に対し、ＢＥＴ比表面積が５から１７m²／gの範囲内にあるポゾラン性微粉末を１０から９００重量部含有する高強度モルタル・コンクリート用混和材、及びこれを含有するモルタル・コンクリート組成物。
【選択図】なし

Description

本発明は主として、建築・土木分野において使用される、比較的早期に高強度が発現され、かつコスト低減効果に優れ、なおかつ広範囲の環境温度に対して良好な流動性を短時間で得ることができる、モルタル・コンクリート用混和材、及びモルタル・コンクリート組成物に関するものである。

近年、建築構造物及び土木構造物において使用されるモルタル・コンクリートにおいては、その構造物の高性能化のために高強度化、高耐久性化が望まれており、種々の研究が行われてきている。一般にモルタル・コンクリートを高強度化するためには、高性能減水剤などの薬剤を添加して、水／セメント比を低減させる方法等が知られている。しかしながら、この方法では、水／セメント比を下げるほど、高性能減水剤の添加率が大きくなり硬化阻害が生じる、あるいはコストの増大を招くなどの問題があった。また、シリカヒューム等の特定の微粒子を混和し、高性能減水剤と併用することで、水／結合材比を低減させた場合にも、良好な流動性と高強度が得られる技術も報告されている（例えば、特許文献１，２）。しかしながら、これら技術を用いた場合でも、練り混ぜ時間が増大する、材齢１日での早期強度発現性に劣るという問題点があった。一方、無水石膏とシリカヒューム等の水硬性微粉末を組合せることにより、比較的低収縮性でありながら比較的早期に高い強度が得られる技術も報告されている(例えば、特許文献３，特許文献４)。しかしながら、この技術においても、低水／結合材比で練り混ぜた場合には、良好な流動性を得るための練混ぜ時間が増大する、またその時間が環境温度に影響されるなどの温度依存性の課題が残っていた。
特開平５−５８７０１号公報特開２００４−２０３７３３号公報特開２０００−２１１９５６号公報特開平１１−１５７８８９号公報

本発明は、２５％以下の小さい水／結合材比（本発明における結合材とは、ポルトランドセメントの他に、シリカヒューム、メタカオリン、高炉スラグ等の無機系水硬性材料の全体を指す）で練り混ぜた場合にも、練り混ぜ時間の増大等が生じることなく良好な流動性を得ることができ、かつ、流動性発現時間に対する環境温度の影響が小さく、なおかつ、比較的強度発現性の低い普通ポルトランドセメントのようなセメントを主要結合成分とするモルタルやコンクリートに混和しても、材齢１日等の早期から比較的高強度の圧縮強度を発現させることができる高強度のモルタル・コンクリート用混和材、ならびに従来以上の高強度化、コスト低減が図れるモルタル・コンクリート組成物を提供することを課題としている。

本発明者らは、上記のような課題を解決するために研究した結果、無水石膏に特定範囲のＢＥＴ比表面積を有するポゾラン性微粉末を特定の割合で組合わせた混合物を、ポルトランドセメントに所定量添加することにより、より小さな水／結合材比で練り混ぜた場合にも、短時間で良好な流動性が得られ、かつ、その流動化時間が環境温度に殆ど依存せず、なおかつ材齢１日等の早期から比較的高強度が得られる事を見出し、本発明を完成するに至った。

即ち、本発明は（Ａ）無水石膏１００重量部に対し、（Ｂ）ＢＥＴ比表面積が５〜１７m²／gの範囲内にあるポゾラン性微粉末を１０〜９００重量部含有する高強度モルタル・コンクリート用混和材を提供するものである。
さらに、（Ｃ）早強ポルトランドセメントを（Ａ）無水石膏１００重量部に対し、５０〜３００重量部含有する高強度モルタル・コンクリート用混和材を提供するものである。
また、本発明はポルトランドセメント１００重量部に対し、前記の高強度モルタル・コンクリート用混和材を５〜４０重量部含有するモルタル・コンクリート組成物を提供するものである。

本発明によれば、２５％以下の小さい水／結合材比で練混ぜた場合にも、短時間（１２０秒以内）で良好な流動性を得ることができ、また５℃程度の低温から３５℃程度までの高温の環境温度で練り混ぜた場合にも、過剰に減水剤の添加率を増減させなくても、常温時と同程度の練混ぜ時間で比較的良好な流動性が得られ、かつ、材齢１日程度の早期材齢のコンクリート圧縮強度においても、加温養生時で１００MPa以上、非加温養生時で５０ＭＰａ以上の比較的高い圧縮強度を発現することが可能となる。

本発明で用いる無水石膏（Ａ）は、結晶形は特に限定するものではないが、例えば最も汎用なII型無水石膏を用いることができる。本発明における、この無水石膏の主な作用は、早期にエトリンガイトを生成させて微細構造とし、早期の高強度化を図ることである。本発明で用いる無水石膏は、ブレーン法による比表面積で３，０００cm²／g以上、更に５，０００cm²／g以上であることが好ましい。ブレーン比表面積が３，０００cm²／g未満の場合、十分な早期強度発現性が得られないケースがある。

本発明で用いる、ポゾラン性微粉末（Ｂ）としては、ＢＥＴ比表面積が５〜１７m²／gの範囲にあるシリカヒューム、メタカオリン、フライアッシュなどが使用できる。このポゾラン性微粉末は、単独で用いてもよく、二種類以上を混合して用いてもよい。本発明におけるポゾラン性微粉末の主な作用は、微粒子の分散・補填効果による流動性の向上、マイクロフィラー効果による緻密化及びポゾラン反応活性の高さから、初期強度の向上を達することにあると考えられる。ポゾラン性微粉末のＢＥＴ比表面積が５m²／g未満では、十分なマイクロフィラー効果およびポゾラン反応活性に障害を及ぼすことがあり高い強度の向上が得られず、１７m²／gを超えると、微粒子の二次凝集等が生じ、混和したモルタル・コンクリートの流動性の低下、練混ぜ時間の増大等の障害を引き起こす恐れが大きい。より好ましいＢＥＴ比表面積は７〜１６m²／g、特に好ましくは８〜１５m²／gである。

本発明のポゾラン性微粉末（Ｂ）は、無水石膏１００重量部に対し、１０〜９００重量部含有する。１０重量部未満では、短時間での流動性発現に寄与する効果が小さくなり、９００重量部を超えると早期強度発現性に障害が生じる。より好ましい含有量は５０〜８００重量部、特に好ましくは１００〜８００重量部である。

本発明では、さらに（Ｃ）早強ポルトランドセメントを配合することができる。早強ポルトランドセメントの含有量は、（Ａ）無水石膏１００重量部に対し、５０〜３００重量部、特に１００〜２００重量部が好ましい。早強ポルトランドセメントを含有させることによって、水和初期の強度発現に大きく影響するエーライトの鉱物量が増大し、強度発現性が高まる等の作用が付与される。早強ポルトランドセメントの含有量が、５０重量部未満では、この作用効果が十分でなく、３００重量部を超える場合には、水配合時の粘性が高くなり過ぎることがあるため、好ましくない。

また、本発明のモルタル・コンクリート組成物は、ポルトランドセメントに（Ａ）無水石膏、（Ｂ）ポゾラン性微粉末を前記の量で含有する混和材を、ポルトランドセメント１００重量部に対し、５〜４０重量部含有するものである。５重量部未満では、所望の流動性と強度発現性が得えられないので好ましくなく、４０重量部を超えると石膏成分の添加量過多となり、遅れ膨張亀裂発生の懸念や強度発現作用の低下を引き起こすことがあるため好ましくない。より好ましい混和材の含有量は７．５〜３５重量部、さらには１０〜３０重量部が好ましい。

本発明の混和材又はモルタル・コンクリート組成物には、前記成分のほか、例えば珪石粉、石灰石粉、高炉スラグ粉などの無機系粉末、細骨材、粗骨材などの骨材成分、ポリカルボン酸系、メラミンスルホン酸ホルムアルデヒド系、ナフタレンスルホン酸ホルムアルデヒド系等の高性能減水剤および収縮低減剤等の有機系添加剤等を本発明の効果を喪失しない範囲内で適宜配合することができる。このうち、無機系粉末は、無水石膏１００重量部に対し、５〜３０重量部、特に１０〜２０重量部含有するのが好ましい。

次に実施例を挙げて本発明を詳細に説明するが、本発明は何らこれに限定されるものではない。

（１）使用材料
無水石膏・・・太平洋マテリアル（株）製ブレーン粉末度７，０００cm²／g
ポゾラン性微粉末
シリカヒュームＡ・・・サンゴバン社製、ＢＥＴ比表面積９．７m²／g
シリカヒュームＢ・・・ＰＣＳ社製、ＢＥＴ比表面積２０．１m²／g
メタカオリン・・・・・ＰＣＳ社製、ＢＥＴ比表面積１３．２m²／g
フライアッシュ・・・・電発コールテック社製、ＢＥＴ比表面積０．９m²／g
早強ポルトランドセメント・・・太平洋セメント（株）製
普通ポルトランドセメント・・・太平洋セメント（株）製
細骨材Ａ・・・ＩＳＯ標準砂
細骨材Ｂ・・・静岡県小笠産砕砂
粗骨材・・・・茨城県岩瀬産砕石
高性能減水剤・・・太平洋マテリアル製コアフローＣＰ−３００（ポリカルボン酸系）無機粒子
高炉スラグ粉・・・・・デーシー社製ファインセラメントブレーン８，０００cm²／g
炭酸カルシウム粉・・・日東粉化学工業製ＮＳ１００ブレーン１０，０００cm²／g

（２）混和材の製造方法
表１に記載の処方で実験用の小型レーディゲミキサにより、８分間混合し製造した。

（３）試験方法
（イ）ＢＥＴ比表面積
JIS R 1626に準拠し、窒素吸着法により測定した。
（ロ）ブレーン比表面積
JIS R 5201に規定されるセメントの物理試験方法に準拠して測定した。
（ハ）流動化時間
所定の配合のモルタルを、ホバート型のミキサにて練混ぜ、練混ぜたモルタルがほぼ自己平坦性を有する状態となる時間を流動化時間とした。
（ニ）フロー
練混ぜたモルタルのフローを、JIS R 5201の参考に規定されるフロー試験のフローコーンにモルタルを流し込み、コーンを静かに引き抜いた後の、モルタルの最終的な広がりを測定し、フロー値とした。この試験では、１５回落下衝撃は与えなかった。
（ホ）圧縮強度
JIS A1108に準拠し、内寸法直径１０cm×高さ２０cmの金属製型枠に二層に分けて打設し、各層打設毎に、３０秒ほど振動をかけて脱泡を行い、所定の養生を行った後、材齢24時間で試験に供した。なお、養生方法は以下の二通りとし、加温養生は水蒸気による蒸気養生、非加温養生は２０℃、相対湿度８０％以上の湿空気中養生とした。
蒸気養生：前置き４時間、２０℃／Hr昇温、７５℃×４Hr保持、放冷、
湿空養生：成形後、２０℃，Ｒ．Ｈ．８０％以上の湿空にて静置・養生
（ヘ）スランプ
JIS A 1101に準拠して測定した。

環境温度を変更して試験を行う場合は、試験開始２４時間以上前に、設定環境温度の恒温室に、使用する原材料・器具等を運びいれ全てがその環境温度で定常となるのを確認して実施した。

（４）モルタル配合
水／セメント比を２３．４％、(セメント＋混和材)／砂比（重量）を１：１とする配合のモルタルをベースとし、表１記載の混和材を、表２記載の処方にて混和した。砂には細骨材Ａを使用した。減水剤の添加率は適宜定めた。またモルタル試験の結果も表２に併せて示した。

（５）コンクリート配合
表１記載の混和材を用い、表３記載のコンクリート配合をベースに、表４記載の処方でコンクリート成形体を製造し、各種試験を行った。その試験結果を表４に併せて示した。なお、本発明混和材は所定の量を表２記載中の砂（Ｓ）と容積置換して用い、高性能減水剤の量は、スランプが所定の範囲に収まるように適宜調整した。砂には細骨材Ｂを使用した。コンクリートの練り混ぜは常法により行った。表４中に記載した混和材の混和率はセメント１００重量部に対する添加率である。

ＢＥＴ比表面積が５m²／g未満のポゾラン性微粉末を配合した場合（混−８）には、モルタルの流動化時間が増大し、さらに流動性が低下するとともに、コンクリートとしての十分な圧縮強度も得られなかった。また、ＢＥＴ比表面積が１７m²／gを超えるポゾラン性微粉末を配合した場合（混−５、混−６、混−１２、混−１４）には、モルタルの流動化時間が増大し、環境温度変更時の流動化時間の差異も大きい結果となっている。ポゾラン性微粉末の配合量が１０重量部未満の場合（混−９）には、流動化時間の短縮効果が得られなかった。ポゾラン性微粉末の配合量が９００重量部を超える場合（混−１０）には、流動化時間の短縮効果は認められるものの、十分な早期強度発現性が得られなかった。また、早強ポルトランドセメントの配合量が３００重量部を超える場合（混−１３）は、水配合時の粘性が高すぎ、流動化時間短縮の効果が十分に得られなかった。また、モルタル・コンクリート組成物において、混和材が５重量部未満（表４、配合Ｎｏ．２０）では、十分な早期強度発現性が得られなかった。

これらの結果からも判るように、本発明によれば、２５％以下の比較的小さい水／結合材比において、モルタル・コンクリートを練り混ぜた場合にも、練混ぜ時間や減水剤添加率の増大等を招くことなく、また、環境温度に殆ど左右されること無く、良好な流動性を得ることができる。また、材齢２４時間等の比較的早期の材齢において、加温養生時には１００MPa以上、標準養生時でも５０MPa以上の圧縮強度を得ることができる。

Claims

無水石膏１００重量部に対し、ＢＥＴ比表面積が５〜１７m²／gの範囲内にあるポゾラン性微粉末を１０〜９００重量部含有する高強度モルタル・コンクリート用混和材。
さらに、早強ポルトランドセメントを無水石膏１００重量部に対し、５０〜３００重量部を含有する請求項１記載の高強度モルタル・コンクリート用混和材。
ポルトランドセメント１００重量部に対し、請求項１又は２記載の混和材を５〜４０重量部を含有してなるモルタル・コンクリート組成物。