JP2007197268A - 超速硬・高流動セメント組成物及びそれを用いたモルタル又はコンクリート - Google Patents

Abstract

【課題】流動性に優れ、沈下の発生（材料分離）を抑制でき、充分な可使時間を確保しつつ、低温下の強度発現が良好な超速硬・高流動モルタル又はコンクリートを提供する。
【解決手段】ポルトランドセメントと、ＣａＯ／Ａｌ_２Ｏ_３モル比が０．７５〜１．５のカルシウムアルミネートと、無水セッコウと、水酸化カルシウムと、炭酸リチウムと、炭酸リチウム以外のアルカリ金属炭酸塩と、アルカリ金属アルミン酸塩と、有機酸と、流動化剤と、ガス発泡物質とを含有してなる超速硬・高流動セメント組成物である。無水セッコウが酸性無水セッコウであり、ガス発泡物質が過炭酸塩であることが好ましい。また、前記超速硬・高流動セメント組成物と細骨材とを含有してなるモルタルであり、細骨材の真円度が０．８以上であることが好ましい。さらに、前記モルタルに粗骨材を配合してなるコンクリートであり、粗骨材の真円度が０．８以上であることが好ましい。
【選択図】なし

Description

本発明は、主に、土木・建築業界において使用される超速硬・高流動セメント組成物及びそれを用いたモルタル又はコンクリートに関する。

合理化施工を目指す際、超速硬性で自己充填性やセルフレベリング性をもつ高流動モルタルが必要となる場合が多く、３時間で実用強度を発現する超速硬・高流動モルタルが提案されている（特許文献１〜特許文献３）。また、さらなる合理化施工の要求や、新たなニーズへの対応から、より短時間で実用強度を発現する超速硬・高流動モルタルの開発が強く求められている。

しかしながら、超速硬・高流動モルタルの要求性能としては、可使時間も重要な性能であり、施工時間や使用器具等の洗浄時間も考慮すると、最低でも１０分以上、できれば１５分以上の可使時間を確保することが望ましいが、可使時間を長く確保することは、硬化時間を遅らせることになり、材齢１時間での要求強度を満たすことが困難であった。

従来の超速硬・高流動モルタルは温度依存性が大きく、低温環境下での強度発現性が課題となっていた。すなわち、２０℃以上では所定の材齢で要求強度を満たすものの、冬季における低温環境下では、所定の材齢で要求強度を満たすことが困難であった。

一方、急硬性を与えるため、ポルトランドセメントにカルシウムアルミネートや、さらにセッコウ類を添加することが古くから検討されている（特許文献４）。しかしながら、これらのセメント組成物は、温度依存性が大きいものであった。

そこで、温度依存性を改善するため、カルシウムアルミネート、セッコウ類に炭酸リチウムを配合した超速硬セメント（特許文献５）、ポルトランドセメントにカルシウムアルミネート、無水セッコウ、炭酸リチウムおよび消石灰を配合したモルタルも提案されている（特許文献６）。

特開平０３−１２３５０号公報 特開平０１−２３０４５５号公報 特開平１１−１３９８５９号公報 米国特許第９０３０１９号明細書 特開平０１−２９０５４３号公報 特開２００５−７５７１２号公報

本発明は、流動性に優れ、沈下の発生（材料分離）を抑制でき、充分な可使時間を確保しつつ、低温下の強度発現が良好な超速硬・高流動セメント組成物及びそれを用いたモルタル又はコンクリートを提供する。

本発明は、（１）ポルトランドセメントと、ＣａＯ／Ａｌ_２Ｏ_３モル比が０．７５〜１．５のカルシウムアルミネートと、無水セッコウと、水酸化カルシウムと、炭酸リチウムと、炭酸リチウム以外のアルカリ金属炭酸塩と、アルカリ金属アルミン酸塩と、有機酸と、流動化剤と、ガス発泡物質とを含有してなる超速硬・高流動セメント組成物、（２）ポルトランドセメント、カルシウムアルミネート、無水セッコウ及び水酸化カルシウムの合計１００部中、ポルトランドセメントが３５〜５５部、カルシウムアルミネートが２０〜４０部、無水セッコウが１０〜２５部、水酸化カルシウムが１〜１０部である（１）の超速硬・高流動セメント組成物、（３）ポルトランドセメント、カルシウムアルミネート、無水セッコウ及び水酸化カルシウムの合計１００部に対して、炭酸リチウム０．３〜２部、炭酸リチウム以外のアルカリ金属炭酸塩０．１〜１部、アルカリ金属アルミン酸塩０．０３〜０．５部、有機酸０．１〜０．５部、流動化剤０．１〜１．５部である（１）又は（２）の超速硬・高流動セメント組成物、（４）無水セッコウが酸性無水セッコウである（１）〜（３）のいずれかの超速硬・高流動セメント組成物、（５）ガス発泡物質が過炭酸塩である（１）〜（４）のいずれかの超速硬・高流動セメント組成物、（６）繊維物質を含有する（１）〜（５）のいずれかの超速硬・高流動セメント組成物、（７）（１）〜（６）のいずれかの超速硬・高流動セメント組成物と細骨材とを含有してなるモルタル、（８）細骨材の真円度が０．８以上である（７）のモルタル、（９）ポルトランドセメント、カルシウムアルミネート、無水セッコウ及び水酸化カルシウムの合計１００部に対して細骨材１５０〜２００部を含有してなる（７）又は（８）のモルタル、（１０）水／結合材比が３０〜４３％となるように水を加えて調製され、Ｊ₁₄ロート流下値が９±４秒である（７）〜（９）のいずれかのモルタル、（１１）５℃の低温下で材齢１時間の圧縮強度が２０Ｎ／ｍｍ^２以上である（７）〜（１０）のいずれかモルタル、（１２）（７）〜（１１）のいずれかのモルタルに粗骨材を配合してなるコンクリート、（１３）真円度が０．８以上であることを特徴とする（１２）のコンクリート、である。

本発明の超速硬・高流動セメント組成物及びそれを用いたモルタル又はコンクリートは、流動性に優れ、沈下の発生（材料分離）を抑制でき、充分な可使時間を確保しつつ、低温下の強度発現が良好であるなどの効果を奏する。

なお、本発明における部や％は特に規定しない限り質量基準で示す。

本発明のポルトランドセメントとは、普通、早強、超早強、低熱、及び中庸熱等の各種ポルトランドセメント、これらポルトランドセメントに、高炉スラグ、フライアッシュ、又はシリカを混合した各種混合セメント、また、石灰石粉末等や高炉徐冷スラグ微粉末を混合したフィラーセメント、各種の産業廃棄物を主原料として製造される環境調和型セメント、いわゆるエコセメント等が挙げられ、これらのうちの１種又は２種以上である。

本発明のカルシウムアルミネートとは、ＣａＯとＡｌ_２Ｏ_３を主成分とする化合物を総称するものである。本発明では、ＣａＯ／Ａｌ_２Ｏ_３モル比が０．７５〜１．５のカルシウムアルミネートを用いる。カルシウムアルミネートの具体例としては、例えば、ＣａＯ・２Ａｌ_２Ｏ_３、ＣａＯ・Ａｌ_２Ｏ_３、１２ＣａＯ・７Ａｌ_２Ｏ_３、１１ＣａＯ・７Ａｌ_２Ｏ_３・ＣａＦ_２、３ＣａＯ・３Ａｌ_２Ｏ_３・ＣａＳＯ_４等と表される結晶性のカルシウムアルミネート類や、ＣａＯとＡｌ_２Ｏ_３成分を主成分とする非晶質の化合物が挙げられる。ＣａＯ／Ａｌ_２Ｏ_３モル比が０．７５未満では充分な強度発現性が得られない。また、逆に、ＣａＯ／Ａｌ_２Ｏ_３モル比が１．５を超えると充分な流動性や可使時間が得られない。

カルシウムアルミネートを得る方法としては、ＣａＯ原料とＡｌ_２Ｏ_３原料をロータリーキルンや電気炉等によって熱処理して得る方法が挙げられる。カルシウムアルミネートを製造する際のＣａＯ原料としては、例えば、石灰石や貝殻等の炭酸カルシウム、消石灰等の水酸化カルシウム、あるいは生石灰などの酸化カルシウムを挙げることができる。また、Ａｌ_２Ｏ_３原料としては、例えば、ボーキサイトやアルミ残灰と呼ばれる産業副産物のほか、アルミ粉等が挙げられる。

カルシウムアルミネートを工業的に得る場合、不純物が含まれることがある。その具体例としては、例えば、ＳｉＯ_２、Ｆｅ_２Ｏ_３、ＭｇＯ、ＴｉＯ_２、ＭｎＯ、Ｎａ_２Ｏ、Ｋ_２Ｏ、Ｌｉ_２Ｏ、Ｓ、Ｐ_２Ｏ_５、及びＦ等が挙げられる。これらの不純物の存在は本発明の目的を実質的に阻害しない範囲では特に問題とはならない。具体的には、これらの不純物の合計が１０％以下の範囲では特に問題とはならない。

また、化合物としては、４ＣａＯ・Ａｌ_２Ｏ_３・Ｆｅ_２Ｏ_３、６ＣａＯ・２Ａｌ_２Ｏ_３・Ｆｅ_２Ｏ_３、６ＣａＯ・Ａｌ_２Ｏ_３・２Ｆｅ_２Ｏ_３等のカルシウムアルミノフェライト、２ＣａＯ・Ｆｅ_２Ｏ_３やＣａＯ・Ｆｅ_２Ｏ_３等のカルシウムフェライト、ゲーレナイト２ＣａＯ・Ａｌ_２Ｏ_３・ＳｉＯ_２、アノーサイトＣａＯ・Ａｌ_２Ｏ_３・２ＳｉＯ_２等のカルシウムアルミノシリケート、メルビナイト３ＣａＯ・ＭｇＯ・２ＳｉＯ_２、アケルマナイト２ＣａＯ・ＭｇＯ・２ＳｉＯ_２、モンチセライトＣａＯ・ＭｇＯ・ＳｉＯ_２等のカルシウムマグネシウムシリケート、トライカルシウムシリケート３ＣａＯ・ＳｉＯ_２、ダイカルシウムシリケート２ＣａＯ・ＳｉＯ_２、ランキナイト３ＣａＯ・２ＳｉＯ_２、ワラストナイトＣａＯ・ＳｉＯ_２等のカルシウムシリケート、カルシウムチタネートＣａＯ・ＴｉＯ_２、遊離石灰、リューサイト（Ｋ_２Ｏ、Ｎａ_２Ｏ）・Ａｌ_２Ｏ_３・ＳｉＯ_２等を含む場合がある。本発明ではこれらの結晶質または非晶質が混在していても良い。

本発明のカルシウムアルミネートの粒度は、特に限定されるものではないが、通常、ブレーン比表面積で３０００〜９０００ｃｍ^２／ｇの範囲にあり、４０００〜８００００ｃｍ^２／ｇ程度のものがより好ましい。３０００ｃｍ^２／ｇ未満では強度発現性が充分でない場合があり、９０００ｃｍ^２／ｇを超えるようなものは流動性や可使時間の確保が困難になる場合がある。

本発明の無水セッコウとは、特に限定されるものではないが、ＩＩ型の無水セッコウを使用することが好ましく、中でも、ｐＨが４．５以下の酸性無水セッコウを利用することが、可使時間の確保のしやすさと、その後の強度増進が良好なことから好ましい。ここで、無水セッコウのｐＨとは、純水１００ｃｃに無水セッコウ１ｇを入れて撹拌した際の上澄液のｐＨを意味する。無水セッコウの粒度は、ブレーン比表面積で３０００〜９０００ｃｍ^２／ｇが好ましく、４０００〜８０００ｃｍ^２／ｇがより好ましい。

本発明の水酸化カルシウムとは、特に限定されるものではない。Ｃａ（ＯＨ）_２と表される化合物を総称するものである。その不純物も環境に有害なものを含まなければ特に限定されるものではない。Ｃａ（ＯＨ）_２含有量で８０％以上が好ましく、９０％以上がより好ましい。不純物としては、炭酸カルシウムや酸化カルシウムを含む場合がある。

水酸化カルシウムの比表面積は特に限定されるものではないが、通常、ＢＥＴ比表面積で２０ｍ^２／ｇ以下が好ましく、１５ｍ^２／ｇ以下がより好ましい。水酸化カルシウムのＢＥＴ比表面積が２０ｍ^２／ｇを超えると、流動性が悪くなったり、可使時間の確保が困難になる傾向がある。

本発明の炭酸リチウムとは、カルシウムアルミネートの硬化を促進し、短時間での強度発現性を実現する役割を担う。炭酸リチウム以外のリチウム塩もカルシウムアルミネートの硬化を促進することは知られているが、炭酸リチウム以外のリチウム塩を使用すると、まず、流動化することができず、また、可使時間も確保できない。

本発明の炭酸リチウム以外のアルカリ金属炭酸塩とは、流動化及び可使時間の確保に重要な役割を果たす。アルカリ金属炭酸塩は特に限定されるものではないが、その具体例としては、例えば、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸アンモニウム、重炭酸ナトリウム、重炭酸カリウム、重炭酸アンモニウム等が挙げられる。

本発明のアルカリ金属アルミン酸塩とは、Ｒ_２ＯとＡｌ_２Ｏ_３との化合物を総称するものであり、一般式、ｍＲ_２Ｏ・Ａｌ_２Ｏ_３・ｎＨ_２Ｏで示される。ここで、Ｒは、ナトリウムやカリウムなどを意味する。また、式中のｍは０．５〜２の範囲にある。そして、ｎは０〜１０の範囲にある。

本発明では、アルカリ金属アルミン酸塩が低温下の初期強度の発現性を顕著にする効果を担う。ことに、無水塩の使用が流動性確保の面から好ましい。また、Ｒ_２Ｏ／Ａｌ_２Ｏ_３モル比は０．８〜１．２の範囲が好ましい。Ｒ_２Ｏ／Ａｌ_２Ｏ_３モル比が０．８未満では、低温下の初期強度発現性を改善する効果が小さく、逆に１．２を超えると、流動性を確保することが困難な場合がある。

本発明の有機酸とは、炭酸塩や流動化剤とともに流動化及び可使時間の確保に重要な役割を果たす。有機酸は特に限定されるものではないが、その具体例としては、例えば、クエン酸、酒石酸、リンゴ酸、グルコン酸、コハク酸等のオキシカルボン酸及びそれらのナトリウム、カリウム、カルシウム、マグネシウム、アンモニウム、アルミニウム等の塩等が挙げられる。中でも、クエン酸やその塩が好ましい。本発明では、これらのうちの１種または２種以上を併用できる。

本発明の流動化剤とは、材料の練り混ぜを容易にし、各材料の分散を助けるとともに、練りあがった材料の流動性を付与する役割を担う。流動化剤は特に限定されるものではないが、その具体例としては、例えば、ナフタレン系としては、エヌエムビー社製商品名「レオビルドＳＰ−９シリーズ」、花王社製商品名「マイティ２０００シリーズ」、及び日本製紙社製商品名「サンフローＨＳ−１００」等が挙げられる。また、メラミン系としては、日本シーカ社製商品名「シーカメント１０００シリーズ」や日本製紙社製商品名「サンフローＨＳ−４０」等が挙げられる。さらに、アミノスルホン酸系としては、フローリック社製商品名「ＦＰ−２００シリーズ」等が挙げられる。ポリカルボン酸系としては、エヌエムビー社製商品名「レオビルドＳＰ−８シリーズ」、グレースケミカルズ社製商品名「ダーレックススーパー１００ＰＨＸ」、及び竹本油脂社製商品名「チューポールＨＰ−８シリーズ」や「チューポールＨＰ−１１シリーズ」等が挙げられる。本発明ではこれら流動化剤のうちの一種又は二種以上が使用可能である。

上記の流動化剤には粉末状のものも存在する。具体的には、ポリアルキルアリルスルホン酸塩の縮合物としては、第一工業製薬社製商品名「セルフロー１１０Ｐ」や出光石油化学社製商品名「ＩＰＣ」等が、また、ナフタレンスルホン酸塩の縮合物としては、花王社製商品名「マイティ１００」や三洋化成工業社製商品名「三洋レベロンＰ」等が、メラミン系のものとしては、シーカ社製「シーカメントＦＦ」等が、さらに、ポリカルボン酸系としては、例えば、三菱化学社製商品名「クインフロー７５０」や花王社製商品名「マイティ２１Ｐ」等が挙げられる。

流動化剤の配合割合は特に限定されるものではないが、通常、結合材１００部に対して、固形分換算で０．１〜１．５部の範囲にあることが好ましい。０．１部未満では、流動性が充分でなく、１．５部を超えると材料分離を起す場合がある。
ここで、結合材とは、ポルトランドセメント、カルシウムアルミネート、無水セッコウ及び水酸化カルシウムからなるものである。

本発明の細骨材は、特に限定されるものではないが、真円度が０．８以上の球形化細骨材は、流動性の向上、発熱量や寸法変化の低減、耐久性の確保の観点から好ましい。
本発明で云う球形化とは、粒子表面の角がとれ、粒子形状の球形の度合いが増大することを意味する。球形化の度合いは、真円度で表すことができる。
真円度とは、（粒子の投影面積）／（粒子の投影周囲長と同一周囲長を持つ円の面積）で表されるものである。真円度の測定方法は特に限定されるものではないが、例えば、顕微鏡写真から、粒子の投影面積（Ａ）と粒子の投影周囲長（ＰＭ）を測定することによって求めることができる(特開平１１−６０２９８号等参照)。粒子の投影周囲長と同一周囲長を持つ真円の面積を（Ｂ）とすると、真円度は、真円度＝Ａ／Ｂ＝４πＡ／(ＰＭ)²（ただし真円度は０〜１の範囲内）と定義される。また、走査型電子顕微鏡や実体顕微鏡等で撮影した画像を、日本アビオニクス社製画像解析装置などの画像解析装置や画像解析ソフトウエア等で解析することが好ましい。本発明の球形化細骨材の真円度は０．８以上が好ましく、０．９以上がより好ましい。
細骨材は、その具体例としては、例えば、ケイ砂系、石灰石系、スラグ系、再生骨材系等に分類される。本発明では、真円度が高く流動性が良好となる観点からケイ砂系やスラグ系を選定することが好ましい。

本発明の超速硬・高流動セメント組成物を用いたモルタルにおける各材料の配合割合は、ポルトランドセメントと、ＣａＯ／Ａｌ_２Ｏ_３モル比が０．７５〜１．５のカルシウムアルミネート、無水セッコウ及び水酸化カルシウムの合計１００部中、ポルトランドセメントが３５〜５５部、ＣａＯ／Ａｌ_２Ｏ_３モル比が０．７５〜１．５のカルシウムアルミネートが２０〜４０部、無水セッコウが１０〜２５部、水酸化カルシウムが１〜１０部であることが好ましい。

ポルトランドセメントが３５部未満では、可使時間の確保が困難になる場合や長期耐久性が得られにくい場合がある。一方、５５部を超えると、優れた初期強度発現性が得られない場合がある。ＣａＯ／Ａｌ_２Ｏ_３モル比が０．７５〜１．５のカルシウムアルミネートが２０部未満では、優れた初期強度発現性が得られない場合があり、４０部を超えて使用すると、可使時間の確保が困難になる場合や長期耐久性が得られにくい場合がある。無水セッコウが１０部未満では、可使時間の確保が困難になる場合があり、２５部を超えると、優れた初期強度発現性が得られない場合や過膨張が生じる場合がある。水酸化カルシウムが１部未満では、十分な初期強度発現性が得られない場合や、材料分離抵抗性が得られない場合があり、１０部を超えると初期強度および長期強度の発現性が悪くなる傾向にあり、また、練り混ぜ水量が増加する傾向や流動化剤を多く必要とする傾向があり、その結果、品質の安定性を確保することが困難な場合がある。

炭酸リチウムの配合割合が、結合材１００部に対して、０．３部未満では、初期強度発現性が得られない場合がある。即ち、５℃環境下で材齢１時間２０Ｎ／ｍｍ^２以上の圧縮強度を発現することができない場合がある。逆に、２部を超えて使用しても更なる効果の増進が期待できない。

炭酸リチウム以外のアルカリ金属炭酸塩の配合割合が、結合材１００部に対して、０．１部未満では、流動性や充分な可使時間の確保が難しく、１部を超えると凝結遅延が強くなり、材齢１時間で２０Ｎ／ｍｍ^２以上の圧縮強度を発現することができない場合がある。

アルカリ金属アルミン酸塩の配合割合が、結合材１００部に対して、０．０１部未満では、低温での初期強度発現性が得られない。即ち、５℃環境下で材齢１時間２０Ｎ／ｍｍ^２以上の圧縮強度を発現することができない場合がある。逆に、０．５部を超えて使用しても更なる効果の増進が期待できない。そればかりか、流動性が悪くなる場合がある。その好ましい範囲は、０．０３〜０．３部である。より好ましくは、０．０５〜０．１０部である。

有機酸の配合割合が、結合材１００部に対して、０．１部未満では、流動性や充分な可使時間の確保が難しく、０．５部を超えると凝結遅延が強くなり、５℃環境下で材齢１時間２０Ｎ／ｍｍ^２以上の圧縮強度を発現することができない場合がある。

細骨材の配合割合が、結合材１００部に対して、１５０部未満では、発熱量が大きく、硬化体の収縮も大きくなり、ひび割れが生じやすい。また、２００部を超えると流動性が得られない場合がある。

水の配合割合は、使用する目的・用途や各材料の配合割合によって変化するため特に限定されるものではないが、通常、モルタルでは、水／結合材比で３０〜４３％の範囲が好ましく、３３〜４０％がより好ましい。流動性はＪ₁₄ロート流下値が９±４秒であることが好ましい。水／結合材比が３０％未満ではこのような流動性を得ることが難しく、また、細骨材を１５０部以上配合することが難しいため、結果的に発熱量が極めて大きくなる。逆に４３％を超えると強度発現性が低下する傾向にある。

本発明のガス発泡物質は、本発明の超速硬・高流動モルタルをグラウト材料として利用する場合、構造物を一体化させるために、まだ固まらない状態の超速硬・高流動モルタルが沈下や収縮するのを抑止する働きを担う。ガス発泡物質の具体例としては、例えば、アルミ粉や炭素物質のほか、過炭酸塩、過硫酸塩、過ホウ酸塩及び過マンガン酸塩等の過酸化物質等が挙げられる。本発明では、炭素物質や、過炭酸塩、過硫酸塩、過ホウ酸塩及び過マンガン酸塩等の過酸化物質を用いることが、沈下抑制効果が大きいことから好ましい。中でも、過炭酸塩の使用が最も好ましい。

ガス発泡物質の配合割合は、特に限定されるものではないが、通常、アルミ粉や過酸化物質ならば、結合材１００部に対して、０．０００１〜０．１部の範囲で使用でき、０．００１〜０．０１部の範囲がより好ましい。０．０００１部未満では、充分な初期膨張効果を付与することができない場合があり、０．１部を超えて使用すると、過膨張となって強度発現性が悪くなる場合がある。また、ガス発泡物質が炭素質物質ならば、結合材１００部に対して、１〜１５部の範囲で使用でき、３〜１０部の範囲がより好ましい。１部未満では、充分な初期膨張効果を付与することができない場合があり、１５部を超えて使用すると、過膨張となって強度発現性が悪くなる場合がある。

本発明では、繊維物質を併用することができる。繊維物質はひび割れ抵抗性を向上させる役割を担う。繊維物質は特に限定されるものではないが、その具体例としては、例えば、スチールファイバー、ビニロンファイバー、炭素繊維、ワラストナイト繊維等が挙げられる。繊維物質の配合割合は、結合材１００部に対して、０．１〜３部の範囲で使用でき、０．５部〜２部がより好ましい。０．１部未満では、ひび割れ低減効果が充分でない場合があり、逆に、３部を超えて使用しても、更なる効果の増進が期待できない。

本発明では、さらに、本発明の超速硬・高流動セメント組成物を用いたモルタルに粗骨材を配合してコンクリートとすることができる。コンクリートにすることで、施工厚みの大きい構造物への適用を可能にする。
粗骨材は特に限定されるものではないが、球形化したものが好ましい。球形化粗骨材でないと流動性が損なわれる場合がある。球形化粗骨材とは、粒子表面の角がとれ、粒子形状の球形の度合いが増大することを意味する。球形化の度合いは、球形化細骨材と同様に真円度で表すことができる。真円度０．８以上の粗骨材を使用することが好ましい。球形化粗骨材の最大径は、特に限定されるものではないが、通常、２０ｍｍ以下が好ましく、１５ｍｍ以下がより好ましい。球形化粗骨材の最大粒径が２０ｍｍを超えると、材料分離が生じたり、強度発現性が悪くなる場合がある。球形化粗骨材の配合割合は特に限定されるものではないが、通常、超速硬・高流動モルタルと球形化粗骨材からなるコンクリート組成物１ｍ^３あたり、１０００ｋｇ以内の範囲で配合できる。球形化粗骨材の配合割合が１０００ｋｇ／ｍ^３を超えると、流動性が損なわれる場合がある。

本発明では、石灰石微粉末、高炉徐冷スラグ微粉末、下水汚泥焼却灰やその溶融スラグ、都市ゴミ焼却灰やその溶融スラグ、パルプスラッジ焼却灰等の混和材料、減水剤、ＡＥ減水剤、高性能減水剤、高性能ＡＥ減水剤、消泡剤、増粘剤、防錆剤、防凍剤、収縮低減剤、ポリマー、凝結調整剤、ベントナイト等の粘土鉱物、並びに、ハイドロタルサイト等のアニオン交換体等のうちの１種または２種以上を、本発明の目的を実質的に阻害しない範囲で使用することが可能である。

本発明において、各材料の混合方法は特に限定されるものではなく、それぞれの材料を施工時に混合しても良いし、あらかじめ一部を、あるいは全部を混合しておいても差し支えない。

混合装置としては、既存のいかなる装置も使用可能であり、例えば、傾胴ミキサ、オムニミキサ、ヘンシェルミキサ、Ｖ型ミキサ、及びナウタミキサ等の使用が可能である。

表１に示すような各種のカルシウムアルミネートを使用し、セメント４５部、カルシウムアルミネート３０部、無水セッコウ２０部、水酸化カルシウム５部からなる結合材を調製し、結合材１００部に対して、炭酸リチウム１部、炭酸リチウム以外のアルカリ金属炭酸塩（１）０．３部、アルカリ金属アルミン酸塩Ａ０．０５部、有機酸α０．２部、流動化剤Ａ０．５部、ガス発泡物質ａ０．０２部、細骨材１５０部を配合してモルタルを調製した。この際、練り水は結合材の合計１００部に対して３７部を使用した。作製したモルタルの流動性、可使時間、初期膨張率、圧縮強度、長さ変化率を５℃環境下にて測定した。結果を表１に併記する。

＜使用材料＞
セメント：市販普通ポルトランドセメント
カルシウムアルミネートＡ：ＣａＯ／Ａｌ_２Ｏ_３モル比０．７５、結晶質、ＣａＯ・Ａｌ_２Ｏ_３とＣａＯ・２Ａｌ_２Ｏ_３が主成分、ブレーン比表面積５０００ｃｍ^２／ｇ
カルシウムアルミネートＢ：ＣａＯ／Ａｌ_２Ｏ_３モル比１．００、結晶質、ＣａＯ・Ａｌ_２Ｏ_３が主成分、ブレーン比表面積５０００ｃｍ^２／ｇ
カルシウムアルミネートＣ：ＣａＯ／Ａｌ_２Ｏ_３モル比１．５０、結晶質、ＣａＯ・Ａｌ_２Ｏ_３と１２ＣａＯ・７Ａｌ_２Ｏ_３が主成分、ブレーン比表面積５０００ｃｍ^２／ｇ
カルシウムアルミネートＤ：ＣａＯ／Ａｌ_２Ｏ_３モル比１．００、非晶質、カルシウムアルミネートＢに、試薬１級のシリカを５％添加して、１６５０℃で溶融後、急冷して合成、ブレーン比表面積５０００ｃｍ^２／ｇ
カルシウムアルミネートＥ：ＣａＯ／Ａｌ_２Ｏ_３モル比１．５０、非晶質、カルシウムアルミネートＣに、試薬１級のシリカを３％添加して、１６５０℃で溶融後、急冷して合成、ブレーン比表面積５０００ｃｍ^２／ｇ
カルシウムアルミネートＦ：ＣａＯ／Ａｌ_２Ｏ_３モル比０．６０、結晶質、ＣａＯ・Ａｌ_２Ｏ_３とＣａＯ・２Ａｌ_２Ｏ_３が主成分、ブレーン比表面積５０００ｃｍ^２／ｇ
カルシウムアルミネートＧ：ＣａＯ／Ａｌ_２Ｏ_３モル比１．６０、結晶質、ＣａＯ・Ａｌ_２Ｏ_３、１２ＣａＯ・７Ａｌ_２Ｏ_３が主成分、ブレーン比表面積５０００ｃｍ^２／ｇ
無水セッコウ：ＩＩ型無水セッコウ、ｐＨ３．０、ブレーン比表面積５０００ｃｍ^２／ｇ
水酸化カルシウム：市販品、ＢＥＴ比表面積１０ｍ^２／ｇ
炭酸リチウム：試薬１級
炭酸リチウム以外のアルカリ金属炭酸塩（１）：試薬１級炭酸カリウム
アルカリ金属アルミン酸塩Ａ：市販のアルミン酸ナトリウム、無水物、Ｎａ_２Ｏ／Ａｌ_２Ｏ_３モル比１．０
有機酸α：試薬１級クエン酸
流動化剤Ａ：市販ナフタレン系
ガス発泡物質ａ：試薬過炭酸ナトリウム
水：水道水
細骨材イ：球形化した６号ケイ砂と７号ケイ砂の等量混合物、真円度０．８

＜測定方法＞
流動性と可使時間：ＪＳＣＥに準じて、J₁₄ロート流下値を測定して評価した。なお、可使時間はＪ₁₄ロート流下値が２０秒を超え、充分な流し込みが出来なくなった時点とした。
初期膨張率：土木学会「膨張コンクリート設計施工指針（案）」付録２．付属書「膨張材を用いた充填モルタルの施工要領（案）」に従い測定。ただし、表中の−は収縮側、＋は膨張側を示す。
長さ変化率：ＪＩＳ Ａ ６２０２（Ｂ）に準じて測定した（測定材齢７日）。
圧縮強度：モルタルを型枠に詰めて４ｃｍ×４ｃｍ×１６ｃｍの成形体を作成し、材齢２８日の圧縮強度をＪＩＳ Ｒ ５２０１に準じて測定した。

表１より、本発明の超速硬・高流動セメント組成物を用いたモルタルは、流動性に優れ、沈下の発生が無く、充分な可使時間を確保しつつ、低温（５℃）下の強度発現が良好であることが分かる。

カルシウムアルミネートＢを使用し、セメント、カルシウムアルミネート、無水セッコウ、水酸化カルシウムの配合割合を表２に示すように変化したこと以外は実施例１と同様に行った。結果を表２に併記する。

表２より、本発明の超速硬・高流動セメント組成物を用いたモルタルは、流動性に優れ、沈下の発生が無く、充分な可使時間を確保しつつ、低温（５℃）下の強度発現が良好であることが分かる。

実施例１の実験No.1-2において、結合材１００部に対して、炭酸リチウム、炭酸リチウム以外のアルカリ金属炭酸塩、アルカリ金属アルミン酸塩、有機酸の種類と配合割合を表３に示すように変化したこと以外は実施例１と同様に行った。結果を表３に併記する。

＜使用材料＞
炭酸リチウム以外のアルカリ金属炭酸塩（２）：試薬１級炭酸ナトリウム
炭酸リチウム以外のアルカリ金属炭酸塩（３）：試薬１級炭酸水素ナトリウム
アルカリ金属アルミン酸塩Ｂ：アルミン酸ナトリウム（試作品）、無水物、Ｎａ_２Ｏ／Ａｌ_２Ｏ_３モル比０．８
アルカリ金属アルミン酸塩Ｃ：アルミン酸ナトリウム（試作品）、無水物、Ｎａ_２Ｏ／Ａｌ_２Ｏ_３モル比１．２
アルカリ金属アルミン酸塩Ｄ：試薬１級のアルミン酸ナトリウム、５水和物、Ｎａ_２Ｏ／Ａｌ_２Ｏ_３モル比１．５
アルカリ金属アルミン酸塩Ｅ：試薬１級のアルミン酸カリウム、４水和物、Ｋ_２Ｏ／Ａｌ_２Ｏ_３モル比１．３
有機酸β：試薬１級酒石酸
有機酸γ：試薬１級グルコン酸ナトリウム

表３より、本発明の超速硬・高流動セメント組成物を用いたモルタルは、流動性に優れ、沈下の発生が無く、充分な可使時間を確保しつつ、低温（５℃）下の強度発現が良好であることが分かる。

実施例１の実験No.1-2において、結合材１００部に対する細骨材の配合割合と水／結合材比を表４に示すように変化したこと以外は実施例１と同様に行った。なお、温度上昇実験も行った。結果を表４に併記する。

＜測定方法＞
温度上昇：モルタル２００ｃｃをポリスチレンカップに入れて、上面のみを開放状態として断熱体で覆い、熱電対を配設して最高到達温度を測定した。

表４より、本発明の超速硬・高流動セメント組成物を用いたモルタルは、流動性に優れ、沈下の発生が無く、充分な可使時間を確保しつつ、低温（５℃）下の強度発現が良好であり、さらに、モルタルの温度上昇が小さいことが分かる。

実施例１の実験No.1-2において、結合材１００部に対して、ガス発泡物質の種類と配合割合を表５に示すように変化したこと以外は実施例１と同様に行った。

＜使用材料＞
ガス発泡物質ｂ：市販コークス
ガス発泡物質ｃ：試薬１級過ホウ酸ナトリウム
ガス発砲物質ｄ：市販アルミ粉

表５より、本発明の超速硬・高流動セメント組成物を用いたモルタルは、流動性に優れ、沈下の発生が無く、充分な可使時間を確保しつつ、低温（５℃）下の強度発現が良好であることが分かる。

実施例１の実験No.1-2において、結合材１００部に対して、繊維物質の種類と配合割合を表６に示すように変化したこと以外は実施例１と同様に行った。また、ひび割れ抵抗性を確認した。結果を表６に併記する。

＜使用材料＞
繊維物質Ａ：市販ビニロンファイバー、長さ６ｍｍ、径２００μｍ
繊維物質Ｂ：市販スチールファイバー、長さ３０ｍｍ、径６００μｍ
繊維物質Ｃ：市販ワラストナイトファイバー、長さ６００μｍ、径４０μｍ

＜測定方法＞
ひび割れ抵抗性：モルタルを５０ｃｍ×５０ｃｍのコンクリート板上に厚さ１ｃｍで塗りつけ、相対湿度６０％、温度２０℃の環境で乾燥した。塗りつけたモルタルに発生したひび割れ状況を観察した。◎ひび割れ全くなし、○ひび割れが２本以下、△ひび割れが３本〜５本、×ひび割れが５本を越えて多数発生。

表６より、本発明の超速硬・高流動セメント組成物を用いたモルタルは、流動性に優れ、沈下の発生が無く、充分な可使時間を確保しつつ、低温（５℃）下の強度発現が良好であり、さらに、ひび割れ抵抗性に優れていることが分かる。

実施例１の実験No.1-2において、表７に示す細骨材の種類にてモルタルを調製したこと以外は実施例１と同様に行った。結果を表７に併記する。

＜使用材料＞
細骨材ロ：６号ケイ砂と７号ケイ砂の等量混合物、真円度０．６５
細骨材ハ：石灰砂０．６ｍｍ下と、石灰砂１．２〜０．６ｍｍの等量混合物、真円度０．５５

表７より、本発明の超速硬・高流動セメント組成物を用いたモルタルは、流動性に優れ、沈下の発生が無く、充分な可使時間を確保しつつ、低温（５℃）下の強度発現が良好であることが分かる。

実施例１の実験No.1-2のモルタルに表８に示す割合で粗骨材を配合してコンクリートを調製し、コンクリートの流動性、可使時間、初期膨張率、発熱量（温度上昇）、圧縮強度、長さ変化率を５℃環境下にて測定した。結果を表８に併記する。

＜使用材料＞
粗骨材イ：市販の玉砂利、ケイ石系、Ｇmax１５ｍｍ、真円度０．８、密度２．６５
粗骨材ロ：市販の砕石、ケイ石系、Ｇmax１５ｍｍ、真円度０．６５、密度２．６５

＜測定方法＞
コンクリートの流動性：ＪＩＳ Ａ １１５０に準じてスランプフローを測定して評価した。
可使時間：熱電対によりコンクリート温度を測定し、練り上がり温度から２℃上昇した時点とした。
初期膨張率：土木学会「膨張コンクリート設計施工指針（案）」付録２．付属書「膨張材を用いた充填モルタルの施工要領（案）」に従い測定。ただし、表中の−は収縮側、＋は膨張側を示す。
コンクリートの発熱量：φ１０ｃｍ×高さ２０ｃｍの円筒型枠にコンクリートを充填し、供試体中心部温度を熱電対により測定し、最高到達温度を観測した。
圧縮強度：ＪＩＳ Ａ １１０８に準じて測定した。
長さ変化率：ＪＩＳ Ａ ６２０２（Ｂ）に準じて測定した（測定材齢７日）。

表８より、本発明の超速硬・高流動セメント組成物を用いたコンクリートは、流動性に優れ、沈下の発生が無く、充分な可使時間を確保しつつ、低温（５℃）下の強度発現が良好であり、さらに、コンクリートの温度上昇が小さいことが分かる。

本発明の超速硬・高流動モルタルは、優れた流動性と充分な可使時間を確保でき、低温下の強度発現性に優れているため、土木および建築用途に広範に利用できる。例えば、間隙充填、セルフレベリング床材、ライニング材などに適する。さらに、本発明の超速硬・高流動モルタルに球形化粗骨材を配合したコンクリートは、発熱量が小さいため、厚みが大きい用途、例えば、機械基礎や軌道下充填コンクリートなどに適する。

Claims (13)

1. ポルトランドセメントと、ＣａＯ／Ａｌ_２Ｏ_３モル比が０．７５〜１．５のカルシウムアルミネートと、無水セッコウと、水酸化カルシウムと、炭酸リチウムと、炭酸リチウム以外のアルカリ金属炭酸塩と、アルカリ金属アルミン酸塩と、有機酸と、流動化剤と、ガス発泡物質とを含有してなる超速硬・高流動セメント組成物。
2. ポルトランドセメント、カルシウムアルミネート、無水セッコウ及び水酸化カルシウムの合計１００部中、ポルトランドセメントが３５〜５５部、カルシウムアルミネートが２０〜４０部、無水セッコウが１０〜２５部、水酸化カルシウムが１〜１０部である請求項１に記載の超速硬・高流動セメント組成物。
3. ポルトランドセメント、カルシウムアルミネート、無水セッコウ及び水酸化カルシウムの合計１００部に対して、炭酸リチウム０．３〜２部、炭酸リチウム以外のアルカリ金属炭酸塩０．１〜１部、アルカリ金属アルミン酸塩０．０３〜０．５部、有機酸０．１〜０．５部、流動化剤０．１〜１．５部であることを特徴とする請求項１又は２に記載の超速硬・高流動セメント組成物。
4. 無水セッコウが酸性無水セッコウであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の超速硬・高流動セメント組成物。
5. ガス発泡物質が過炭酸塩であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の超速硬・高流動セメント組成物。
6. 繊維物質を含有することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の超速硬・高流動セメント組成物。
7. 請求項１〜６のいずれか１項に記載の超速硬・高流動セメント組成物と細骨材とを含有してなるモルタル。
8. 細骨材の真円度が０．８以上である請求項７に記載のモルタル。
9. ポルトランドセメント、カルシウムアルミネート、無水セッコウ及び水酸化カルシウムの合計１００部に対して細骨材１５０〜２００部を含有してなる請求項７又は８に記載のモルタル。
10. 水／結合材比が３０〜４３％となるように水を加えて調製され、Ｊ₁₄ロート流下値が９±４秒であることを特徴とする請求項７〜９のいずれか１項に記載のモルタル。
11. ５℃の低温下で材齢１時間の圧縮強度が２０Ｎ／ｍｍ^２以上である請求項７〜１０のいずれか１項に記載のモルタル。
12. 請求項７〜１１のいずれか１項に記載のモルタルに粗骨材を配合してなるコンクリート。
13. 粗骨材の真円度が０．８以上であることを特徴とする請求項１２のコンクリート。