JP2019011250A

JP2019011250A - 高耐久性モルタル及び高耐久性コンクリート並びに高耐久性モルタルの製造方法

Info

Publication number: JP2019011250A
Application number: JP2018201954A
Authority: JP
Inventors: 剛朗石田; Takeaki Ishida; 晃希綿屋; Koki Wataya; 大和　功一郎; Koichiro Yamato; 功一郎大和; 雅宏山田; Masahiro Yamada; 功二山地; Koji Yamachi; 俊二津郷; Shunji Tsusato
Original assignee: Nihon Kogyo KK; Ube Industries Ltd
Current assignee: Nihon Kogyo KK; Ube Corp
Priority date: 2018-10-26
Filing date: 2018-10-26
Publication date: 2019-01-24
Anticipated expiration: 2034-10-30
Also published as: JP6639608B2

Abstract

【課題】中性化に対する抵抗性を十分に維持しながら、塩化物浸透抵抗性、乾燥収縮抑制、凍害に対する抵抗性及び圧縮強度の全てを十分高水準に達成し得る高耐久性モルタル及びこれを含むコンクリートを提供する。【解決手段】結合材と、シリカフュームと、メタカオリンと、水と、細骨材と、化学混和剤とを含む高耐久性モルタルであって、結合材はセメントを含み、結合材１００質量部に対してシリカフュームを１〜１５質量部含み且つメタカオリンを１〜１５質量部含み、結合材とシリカフュームとメタカオリンの合計質量Ａに対する水の質量Ｂの比（Ｂ／Ａ）が０．３０〜０．６５である高耐久性モルタル。【選択図】なし

Description

本発明は、高耐久性モルタル及び高耐久性コンクリート並びに高耐久性モルタルの製造方法に関する。

近年、国や地方自治体の財政逼迫、インフラの安定的な供用などの観点から、鉄筋コンクリート（ＲＣ）構造物の長寿命化の必要性が高まっている。ＲＣ構造物の経年劣化の主たる要因として、塩害や中性化が挙げられる。これらの劣化は、劣化因子（塩化物イオンや二酸化炭素）がコンクリート中に侵入し、鉄筋腐食を促進させることでＲＣ構造物の性能を低下させるものである。また、コンクリートの乾燥収縮によるひび割れの発生、凍害によるコンクリートの損傷など、ＲＣ構造物の劣化要因は多岐に渡る。

高耐久のコンクリートを製造するため、セメントの一部を混和材で置換する方法がよく知られている。例えば、高炉スラグ微粉末を使用すると、中性化に対する抵抗性が低下するものの、塩化物浸透抵抗性が向上することが知られている。また、フライアッシュを使用すると、中性化に対する抵抗性や材齢２８日程度までの初期の圧縮強度が低下するものの、塩化物浸透抵抗性の向上や乾燥収縮の低減といった効果があることが知られている。

上記以外の混和材としては、シリカフュームがある。シリカフュームは、ＳｉＯ_２を主成分とする、大きな比表面積を有する微粒子である。非特許文献１では、高炉スラグ微粉末とシリカフュームを併用した場合に塩化物浸透抵抗性が向上することが報告されている。塩化物浸透抵抗性向上のメカニズムは、シリカフュームの混和によりコンクリート組成物が緻密化するためとされている。

シリカフュームほど一般的ではないが、その他の混和材として、メタカオリンがある。メタカオリンは、ＳｉＯ_２やＡｌ_２Ｏ_３を主成分とする微粒子であり、シリカフュームほどではないものの、大きな比表面積を有する。非特許文献２では、メタカオリンを含有する人工ポゾランを高炉スラグ微粉末と併用した場合に、高炉セメントと比べ、中性化に対する抵抗性は低下するものの、塩化物浸透抵抗性や圧縮強度の向上、乾燥収縮の低減効果が見られることが報告されており、そのメカニズムは、コンクリート組成物が緻密化するためとされている。

また、混和材として、ジエチレングリコールと、石膏類、活性シリカ、及びポゾラン物質を使用し、耐海水性セメント組成物を得る方法が提案されている（特許文献１）。特許文献１では、Ｃａ（ＯＨ）_２の溶脱防止が耐海水性（塩化物浸透抵抗性）や耐食性を向上させるために必要であるとして、Ｃａ（ＯＨ）_２の生成を材齢初期から抑制することを主眼としており、水和でＣａ（ＯＨ）_２を消費する活性シリカとポゾラン物質を使用し、更にジエチレングリコールの効果でＣａ（ＯＨ）_２の生成を抑制している。特許文献１の耐海水性セメント組成物は、ジエチレングリコールの添加量増加に伴って圧縮強度が低下するものの、Ｃａ（ＯＨ）_２量が低下し、塩化物浸透抵抗性が向上することが報告されている。

特開平１１−２７８８９５号公報

真島耕平、川原真一、菊地道生、佐伯竜彦、「高炉スラグ微粉末およびシリカフュームを用いたセメント系硬化体の塩分浸透抵抗性」、セメント・コンクリート論文集、Ｎｏ.６６、ｐｐ．４５２−４５９、２０１２江口康平、武若耕司、山口明伸、久徳貢大、「高炉セメントコンクリートの高耐久化を目指した人工ポゾランの品質改善効果」、コンクリート工学年次論文集、Ｖｏｌ.３３、Ｎｏ.１、ｐｐ.７６１−７６６、２０１１

しかしながら、前述のような、セメントの一部を混和材で置換する方法では、例えば塩化物浸透抵抗性が向上すれば中性化に対する抵抗性が低下するといった二律背反性がある。塩化物浸透抵抗性、中性化に対する抵抗性、乾燥収縮抑制、凍害に対する抵抗性、圧縮強度といった性能を、いずれも向上させる、あるいは他の性能を低下させずにいずれかの性能を向上させるようなコンクリート混和材は存在していなかった。

セメントの一部を混和材で置換する方法において、特に問題となるのは、中性化に対する抵抗性である。一般的にコンクリートの混和材中に含まれるＣａ量は、セメントに比べ少ない。Ｃａ量が多いと中性化に対抗する主要因の水和物であるＣａ（ＯＨ）_２量が多くなるため、Ｃａ量は中性化に対する抵抗性と密接に関連する。Ｃａ量が少ないと中性化に対する抵抗性が低下することは避けられないため、一般的に混和材の使用は中性化に対する抵抗性を低下させる。

本発明は、中性化に対する抵抗性を十分に維持しながら、塩化物浸透抵抗性、乾燥収縮抑制、凍害に対する抵抗性及び圧縮強度の全てを十分高水準に達成し得る高耐久性モルタル及びこれを含むコンクリート並びに高耐久性モルタルの製造方法を提供することを目的とする。

本発明者らは、鋭意研究を重ねた結果、セメントの一部を置換する混和材として、シリカフュームとメタカオリンとを併用することが上記目的の達成に有用であることを見出し、本発明を完成するに至った。

すなわち、本発明は、結合材と、シリカフュームと、メタカオリンと、水と、細骨材と、化学混和剤とを含む高耐久性モルタルであって、結合材はセメントを含み、結合材１００質量部に対してシリカフュームを１〜１５質量部含み且つメタカオリンを１〜１５質量部含み、結合材とシリカフュームとメタカオリンの合計質量Ａに対する水の質量Ｂの比（Ｂ／Ａ）が０．３０〜０．６５である高耐久性モルタルを提供する。当該高強度モルタルによれば、中性化に対する抵抗性を十分に維持しながら、塩化物浸透抵抗性、乾燥収縮抑制、凍害に対する抵抗性及び圧縮強度の全てを十分高水準に達成できる。上記高耐久性モルタルの製造方法は、結合材とシリカフュームとメタカオリンと細骨材とを混合して混合物を得る工程と、水と化学混和剤とを混合物に添加して練り混ぜる工程とを含む。

上記効果が奏される主因について、本発明者らは、シリカフュームとメタカオリンを併用することにより、コンクリート組織が高度に緻密化し、これにより、Ｃａ量が少なくても中性化に対する抵抗性を十分に維持することができ、これに加えて、塩化物浸透抵抗性、乾燥収縮抑制、凍害に対する抵抗性及び圧縮強度の全てを十分高水準に達成できると推測している。

本発明の効果をより安定的且つより高水準に達成する観点から、上記メタカオリンとして以下の条件を満たすものを使用することが好ましい。なお、「ブレーン比表面積」はＪＩＳＲ５２０１−１９９７「セメントの物理試験方法」に準じて測定した値を意味する。「ＢＥＴ比表面積」は日本ベル株式会社製のＢＥＬＳＯＲＰ−ｍｉｎｉＩＩ（商品名）を使用し、ＢＥＴ多点法で測定した値を意味する。
・ＳｉＯ_２量４０〜６０質量％
・Ａｌ_２Ｏ_３量４０〜５０質量％
・ブレーン比表面積１５０００〜４００００ｃｍ^２／ｇ
・ＢＥＴ比表面積５００００〜２５００００ｃｍ^２／ｇ

上記結合材は、ポルトランドセメントと高炉スラグ微粉末とからなり且つ結合材１００質量部に対して高炉スラグ微粉末を３０〜６０質量部含んでもよい。このような結合材を使用することで、高炉スラグ微粉末による塩化物浸透抵抗性の向上効果が奏される。

本発明は、上記高耐久性モルタルと、粗骨材とを含む高耐久性コンクリートを提供する。すなわち、本発明の高耐久性コンクリートは結合材と、水と、シリカフュームと、メタカオリンと、細骨材と、粗骨材と、化学混和剤とを含み、結合材はセメントを含み、結合材１００質量部に対してシリカフュームを１〜１５質量部含み且つメタカオリンを１〜１５質量部含み、結合材とシリカフュームとメタカオリンの合計質量Ａに対する水の質量Ｂの比（Ｂ／Ａ）が０．２０〜０．６５である。当該高強度コンクリートによれば、中性化に対する抵抗性を十分に維持しながら、塩化物浸透抵抗性、乾燥収縮抑制、凍害に対する抵抗性及び圧縮強度の全てを十分高水準に達成できる。

上記高耐久性コンクリートを構成する成分の単位量（コンクリート１ｍ^３に含まれる量）は以下の範囲とすればよい。
・ポルトランドセメント１５０〜４５０ｋｇ／ｍ^３
・高炉スラグ微粉末１００〜３００ｋｇ／ｍ^３
・水１３０〜２００ｋｇ／ｍ^３
・シリカフューム５〜４０ｋｇ／ｍ^３
・メタカオリン５〜４０ｋｇ／ｍ^３
・細骨材５００〜１５００ｋｇ／ｍ^３
・粗骨材５００〜１５００ｋｇ／ｍ^３

本発明によれば、中性化に対する抵抗性を十分に維持しながら、塩化物浸透抵抗性、乾燥収縮抑制、凍害に対する抵抗性及び圧縮強度の全てを十分高水準に達成し得る高耐久性モルタル及びこれを含むコンクリート並びに高耐久性モルタルの製造方法が提供される。

＜高耐久性モルタル＞
本実施形態に係る高耐久性モルタルは結合材と、シリカフュームと、メタカオリンと、水と、細骨材と、化学混和剤とを含む。

（結合材）
上記結合材として、ポルトランドセメント、高炉スラグ微粉末、高炉セメントが挙げられる。ポルトランドセメントとしては、普通ポルトランドセメント、早強ポルトランドセメント、超早強ポルトランドセメント、低熱ポルトランドセメント、中庸熱ポルトランドセメント及び耐硫酸塩ポルトランドセメントが挙げられる。これらのうち一種を単独で使用してもよく二種以上を組み合わせて使用してもよい。

ポルトランドセメントのブレーン比表面積は、好ましくは２５００〜４８００ｃｍ^２／ｇ、より好ましくは２８００〜４０００ｃｍ^２／ｇ、更に好ましくは３０００〜３６００ｃｍ^２／ｇであり、特に好ましくは３２００〜３５００ｃｍ^２／ｇである。ポルトランドセメントのブレーン比表面積が２５００ｃｍ^２／ｇ未満では高耐久性モルタルの硬化体の強度が低くなる傾向にあり、４８００ｃｍ^２／ｇを超えると低水セメント比での流動性が低下する傾向にある。

高炉スラグ微粉末は高炉水砕スラグを粉砕することによって得られるものである。高炉スラグ微粉末の粉末度は好ましくは５００〜５０００ｃｍ^２／ｇであり、より好ましくは３８００〜５０００ｃｍ^２／ｇであり、更に好ましくは４２００〜５０００ｃｍ^２／ｇであり、特に好ましくは４５００〜５０００ｃｍ^２／ｇである。

塩化物浸透抵抗性向上の観点から、ポルトランドセメントと高炉スラグ微粉末とからなる結合材を使用することが好ましい。この場合、結合材１００質量部に対する高炉スラグ微粉末の含有量は好ましくは３０〜６０質量部であり、より好ましくは３４〜５６質量部であり、更に好ましくは３８〜５２質量部であり、特に好ましくは４２〜４８質量部である。高炉スラグ微粉末の含有量が３０質量部未満（ポルトランドセメントの含有量が７０質量部超）であると、塩化物浸透抵抗性の向上効果が薄くなる傾向にあり、高炉スラグ微粉末の含有量が６０質量部超（ポルトランドセメントの含有量が４０質量部未満）であると、圧縮強度や中性化に対する抵抗性が低下する傾向にある。

（シリカフューム）
シリカフュームは、金属シリコン、フェロシリコン、電融ジルコニア等を製造する際に、発生する排ガス中のダストを集塵して得られる副産物である。シリカフュームの主成分は、アルカリ溶液中で溶解する非晶質のＳｉＯ_２であり、その含有率は９０〜９８質量％程度である。このようなシリカフュームを用いることで、高耐久性モルタルの高い圧縮強度、高い引張強度及び高い流動性を確保できる。

シリカフュームのブレーン比表面積は、マイクロフィラー効果及び反応性向上と、流動性確保の観点から、好ましくは１００００〜３００００ｃｍ^２／ｇであり、より好ましくは１１０００〜２８０００ｃｍ^２／ｇであり、更に好ましくは１２０００〜２６０００ｃｍ^２／ｇであり、特に好ましくは１３０００〜２４０００ｃｍ^２／ｇである。同様の観点から、シリカフュームのＢＥＴ比表面積は、好ましくは５００００〜２５００００ｃｍ^２／ｇであり、より好ましくは１０００００〜２４００００ｃｍ^２／ｇであり、更に好ましくは１２００００〜２３００００ｃｍ^２／ｇであり、特に好ましくは１４００００〜２２００００ｃｍ^２／ｇである。

本実施形態に係る高耐久性モルタルにおいて、上記結合材１００質量部に対するシリカフューム含有量は、１〜１５質量部であり、好ましくは２〜１２質量部であり、より好ましくは３〜１０質量部であり、更に好ましくは４〜８質量部である。シリカフューム含有量が１質量部未満であると、塩化物浸透抵抗性、乾燥収縮抑制、凍害に対する抵抗性及び圧縮強度の向上効果が薄くなる傾向にあり、１５質量部を超えると、所定のフレッシュ性状の確保（流動性、空気量等）が難しくなるほか、中性化に対する抵抗性が低下する傾向にある。

（メタカオリン）
メタカオリンは、カオリン鉱物をか焼することによって得られる粉末である。メタカオリンの主成分は、ＳｉＯ_２及びＡｌ_２Ｏ_３である。メタカオリンにおけるＳｉＯ_２の含有率は好ましくは４０〜６０質量％であり、より好ましくは４９〜５４質量％である。メタカオリンにおけるＡｌ_２Ｏ_３の含有率は好ましくは４０〜５０質量％であり、より好ましくは４２〜４７質量％である。メタカオリンはＳｉＯ_２及びＡｌ_２Ｏ_３以外の成分として、微量のＦｅ_２Ｏ_３、ＴｉＯ_２などを含有する。このようなメタカオリンを用いることで、高耐久性モルタルの高い圧縮強度、高い引張強度及び高い流動性を確保できる。

メタカオリンのブレーン比表面積は、マイクロフィラー効果及び反応性向上と、流動性確保の観点から、好ましくは１５０００〜４００００ｃｍ^２／ｇであり、より好ましくは１９０００〜３８０００ｃｍ^２／ｇであり、更に好ましくは２３０００〜３５０００ｃｍ^２／ｇであり、特に好ましくは２５０００〜３３０００ｃｍ^２／ｇである。同様の観点から、メタカオリンのＢＥＴ比表面積は、好ましくは５００００〜２５００００ｃｍ^２／ｇであり、より好ましくは１０００００〜２０００００ｃｍ^２／ｇであり、更に好ましくは１２００００〜１８００００ｃｍ^２／ｇであり、特に好ましくは１３００００〜１７００００ｃｍ^２／ｇである。

本実施形態に係る高耐久性モルタルにおいて、上記結合材１００質量部に対するメタカオリン含有量は、１〜１５質量部であり、好ましくは２〜１２質量部であり、より好ましくは３〜１０質量部であり、更に好ましくは４〜８質量部である。メタカオリン含有量が１質量部未満であると、塩化物浸透抵抗性、乾燥収縮抑制、凍害に対する抵抗性及び圧縮強度の向上効果が薄くなる傾向にあり、１５質量部を超えると、所定のフレッシュ性状の確保（流動性、空気量等）が難しくなるほか、中性化に対する抵抗性が低下する傾向にある。

本実施形態に係る高耐久性モルタルにおいて、上記結合材１００質量部に対するシリカフューム及びメタカオリンの合計量は、好ましくは２〜３０質量部であり、より好ましくは４〜２４質量部であり、更に好ましくは６〜２０質量部であり、特に好ましくは８〜１６質量部である。

（水）
水として、水道水、蒸留水又は脱イオン水などを使用すればよい。水と結合材の質量比（水／結合材）は好ましくは０．２１〜０．７０であり、より好ましくは０．２３〜０．６８であり、更に好ましくは０．２５〜０．６６であり、特に好ましくは０．２７〜０．６３である。この質量比が０．２１未満であると、所定のフレッシュ性状（流動性、空気量等）や成形性の確保が難しくなる傾向にあり、０．７０を超えると、圧縮強度や耐久性が低下する傾向にある。

本実施形態に係る高耐久性モルタルにおいて、結合材とシリカフュームとメタカオリンの合計質量Ａに対する水の質量Ｂの比（Ｂ／Ａ）は０．２０〜０．６５であり、好ましくは０．２２〜０．６３であり、より好ましくは０．２４〜０．６０であり、更に好ましくは０．２５〜０．５５である。この比が０．２０未満であると、所定のフレッシュ性状（流動性、空気量等）や成形性の確保が難しくなる傾向にあり、０．６５を超えると、圧縮強度や耐久性が低下する傾向にある。

（細骨材）
細骨材として、川砂、陸砂、海砂、砕砂、珪砂、石灰石骨材、高炉スラグ細骨材、銅スラグ細骨材、電気炉酸化スラグ細骨材等を併用することができる。細骨材は、モルタルスラリーの流動性の観点から、粒径０．１５ｍｍ以下の粒群を、好ましくは７０〜９８質量％、より好ましくは７２〜９７質量％、更に好ましくは７５〜９６質量％含む。細骨材は、粒径０．１５ｍｍ以下の粒群を上記範囲で含むとともに、粒径０．０７５ｍｍ以下の粒群を、好ましくは１６〜８０質量％、より好ましくは２０〜７５質量％、更に好ましくは２５〜７０質量％含む。なお、微粒分の調製方法は、特に限定されないが、例えば、２種類以上の粒度の異なる細骨材を混ぜ合わせることによって調製可能である。

（化学混和剤）
化学混和剤としては、減水剤、ＡＥ剤、消泡剤、収縮低減剤、凝結促進剤、凝結遅延剤、増粘剤などが挙げられる。求められる性能に応じてこれらのうち、一種を単独で使用してもよいし、複数を組み合わせて使用してもよい。

上記減水剤としては、リグニン系、ナフタレンスルホン酸系、アミノスルホン酸系、ポリカルボン酸系の減水剤、高性能減水剤、高性能ＡＥ減水剤等を使用することができる。低水セメント比での流動性確保の観点から、減水剤として、ポリカルボン酸系の減水剤、高性能減水剤又は高性能ＡＥ減水剤を用いることが好ましく、ポリカルボン酸系の高性能減水剤を用いることがより好ましい。本実施形態に係る高耐久性モルタルにおける減水剤の配合量は、結合材とシリカフュームとメタカオリンの合計量１００質量部に対して好ましくは０．５〜２．０質量部、より好ましくは０．５〜１．５質量部、更に好ましくは０．５〜１．０質量部である。

上記消泡剤としては、特殊非イオン配合型界面活性剤、ポリアルキレン誘導体、疎水性シリカ、ポリエーテル系等が挙げられる。本実施形態に係る高耐久性モルタルにおける消泡剤の配合量は、結合材とシリカフュームとメタカオリンの合計量１００質量部に対して好ましくは０．００２〜０．０２０質量部、より好ましくは０．００３〜０．０１５質量部、更に好ましくは０．００４〜０．０１０質量部、特に好ましくは０．００５〜０．００８質量部である。

＜高耐久性モルタルの製造方法＞
本実施形態に係る高耐久性モルタルの製造方法は、特に限定されないが、水、化学混和剤以外の材料の一部又は全部を予め混合しておき、次に、水、化学混和剤を添加してミキサに入れて練り混ぜる。モルタルの練混ぜに使用するミキサは特に限定されず、モルタル用ミキサ、二軸強制練りミキサ、パン型ミキサ、グラウトミキサ等を使用することができる。

高耐久性モルタルを構成する成分の単位量（モルタル１ｍ^３に含まれる量）は以下の範囲とすればよい。
・ポルトランドセメント２５０〜７５０ｋｇ／ｍ^３
・高炉スラグ微粉末１５０〜５００ｋｇ／ｍ^３
・水２００〜３５０ｋｇ／ｍ^３
・シリカフューム８〜６５ｋｇ／ｍ^３
・メタカオリン８〜６５ｋｇ／ｍ^３
・細骨材８００〜２５００ｋｇ／ｍ^３

ポルトランドセメントの単位量は上記のとおり好ましくは２５０〜７５０ｋｇ／ｍ^３であり、より好ましくは２７０〜７２０ｋｇ／ｍ^３であり、更に好ましくは２９０〜６８０ｋｇ／ｍ^３であり、特に好ましくは３００〜６５０ｋｇ／ｍ^３である。

高炉スラグ微粉末の単位量は上記のとおり好ましくは１５０〜５００ｋｇ／ｍ^３であり、より好ましくは１８０〜４７０ｋｇ／ｍ^３であり、更に好ましくは２２０〜４４０ｋｇ／ｍ^３であり、特に好ましくは２５０〜４００ｋｇ／ｍ^３である。高炉スラグ微粉末の単位量が１５０ｋｇ／ｍ^３未満であると、塩化物浸透抵抗性の向上効果が薄くなる傾向にあり、５００ｋｇ／ｍ^３を超えると、圧縮強度や中性化に対する抵抗性が低下する傾向にある。

水の単位量は上記のとおり好ましくは２００〜３５０ｋｇ／ｍ^３であり、より好ましくは２２０〜３３０ｋｇ／ｍ^３であり、更に好ましくは２４０〜３１０ｋｇ／ｍ^３であり、特に好ましくは２６０〜２９０ｋｇ／ｍ^３である。

シリカフュームの単位量は上記のとおり好ましくは８〜６５ｋｇ／ｍ^３であり、より好ましくは１４〜６０ｋｇ／ｍ^３であり、更に好ましくは２０〜５５ｋｇ／ｍ^３であり、特に好ましくは２５〜５０ｋｇ／ｍ^３である。シリカフュームの単位量が８ｋｇ／ｍ^３未満であると、塩化物浸透抵抗性、乾燥収縮抑制、凍害に対する抵抗性及び圧縮強度の向上効果が薄くなる傾向にあり、６５ｋｇ／ｍ^３を超えると、所定のフレッシュ性状の確保（流動性、空気量等）が難しくなるほか、中性化に対する抵抗性が低下する傾向にある。

メタカオリンの単位量は上記のとおり好ましくは８〜６５ｋｇ／ｍ^３であり、より好ましくは１４〜６０ｋｇ／ｍ^３であり、更に好ましくは２０〜５５ｋｇ／ｍ^３であり、特に好ましくは２５〜５０ｋｇ／ｍ^３である。メタカオリンの単位量が８ｋｇ／ｍ^３未満であると、塩化物浸透抵抗性、乾燥収縮抑制、凍害に対する抵抗性及び圧縮強度の向上効果が薄くなる傾向にあり、６５ｋｇ／ｍ^３を超えると、所定のフレッシュ性状の確保（流動性、空気量等）が難しくなるほか、中性化に対する抵抗性が低下する傾向にある。

細骨材の単位量は上記のとおり好ましくは８００〜２５００ｋｇ／ｍ^３であり、より好ましくは９００〜２２００ｋｇ／ｍ^３であり、更に好ましくは９５０〜１８００ｋｇ／ｍ^３であり、特に好ましくは１０００〜１５００ｋｇ／ｍ^３である。

＜高耐久性コンクリート＞
上記本実施形態に係るモルタル組成物に、粗骨材を適量組み合わせることにより、コンクリートを調製してもよい。粗骨材の量や、水の量は、目標圧縮強度、じん性、目標スランプに応じて適時変えればよい。粗骨材としては、砂利、砕石、石灰石骨材、高炉スラグ粗骨材、電気炉酸化スラグ粗骨材等を使用することができる。また、５ｍｍの篩いに８５質量％以上とどまる粗骨材がより好ましい。

高耐久性コンクリートを構成する成分の単位量（コンクリート１ｍ^３に含まれる量）は以下の範囲とすればよい。
・ポルトランドセメント１５０〜４５０ｋｇ／ｍ^３
・高炉スラグ微粉末１００〜３００ｋｇ／ｍ^３
・水１３０〜２００ｋｇ／ｍ^３
・シリカフューム５〜４０ｋｇ／ｍ^３
・メタカオリン５〜４０ｋｇ／ｍ^３
・細骨材５００〜１５００ｋｇ／ｍ^３
・粗骨材５００〜１５００ｋｇ／ｍ^３

ポルトランドセメントの単位量は上記のとおり好ましくは１５０〜４５０ｋｇ／ｍ^３であり、より好ましくは１７０〜４２０ｋｇ／ｍ^３であり、更に好ましくは１９０〜３８０ｋｇ／ｍ^３であり、特に好ましくは２００〜３５０ｋｇ／ｍ^３である。

高炉スラグ微粉末の単位量は上記のとおり好ましくは１００〜３００ｋｇ／ｍ^３であり、より好ましくは１２０〜２８０ｋｇ／ｍ^３であり、更に好ましくは１４０〜２６０ｋｇ／ｍ^３であり、特に好ましくは１５０〜２５０ｋｇ／ｍ^３である。高炉スラグ微粉末の単位量が１００ｋｇ／ｍ^３未満であると、塩化物浸透抵抗性の向上効果が薄くなる傾向にあり、３００ｋｇ／ｍ^３を超えると、圧縮強度や中性化に対する抵抗性が低下する傾向にある。

水の単位量は上記のとおり好ましくは１３０〜２００ｋｇ／ｍ^３であり、より好ましくは１４０〜１９０ｋｇ／ｍ^３であり、更に好ましくは１４５〜１８５ｋｇ／ｍ^３であり、特に好ましくは１５０〜１８０ｋｇ／ｍ^３である。

シリカフュームの単位量は上記のとおり好ましくは５〜４０ｋｇ／ｍ^３であり、より好ましくは８〜３５ｋｇ／ｍ^３であり、更に好ましくは１２〜３０ｋｇ／ｍ^３であり、特に好ましくは１５〜２５ｋｇ／ｍ^３である。シリカフュームの単位量が５ｋｇ／ｍ^３未満であると、塩化物浸透抵抗性、乾燥収縮抑制、凍害に対する抵抗性及び圧縮強度の向上効果が薄くなる傾向にあり、４０ｋｇ／ｍ^３を超えると、所定のフレッシュ性状の確保（流動性、空気量等）が難しくなるほか、中性化に対する抵抗性が低下する傾向にある。

メタカオリンの単位量は上記のとおり好ましくは５〜４０ｋｇ／ｍ^３であり、より好ましくは８〜３５ｋｇ／ｍ^３であり、更に好ましくは１２〜３０ｋｇ／ｍ^３であり、特に好ましくは１５〜２５ｋｇ／ｍ^３である。メタカオリンの単位量が５ｋｇ／ｍ^３未満であると、塩化物浸透抵抗性、乾燥収縮抑制、凍害に対する抵抗性及び圧縮強度の向上効果が薄くなる傾向にあり、４０ｋｇ／ｍ^３を超えると、所定のフレッシュ性状の確保（流動性、空気量等）が難しくなるほか、中性化に対する抵抗性が低下する傾向にある。

細骨材の単位量は上記のとおり好ましくは５００〜１５００ｋｇ／ｍ^３であり、より好ましくは５３０〜１３００ｋｇ／ｍ^３であり、更に好ましくは５６０〜１１００ｋｇ／ｍ^３であり、特に好ましくは６００〜９００ｋｇ／ｍ^３である。

粗骨材の単位量は上記のとおり好ましくは５００〜１５００ｋｇ／ｍ^３であり、より好ましくは６００〜１４００ｋｇ／ｍ^３であり、更に好ましくは７００〜１３００ｋｇ／ｍ^３であり、特に好ましくは８００〜１２００ｋｇ／ｍ^３である。

上記実施形態に係る高耐久性モルタル及び高耐久性コンクリートによれば、中性化に対する抵抗性を十分に維持しながら、塩化物浸透抵抗性、乾燥収縮抑制、凍害に対する抵抗性及び圧縮強度の全てを十分高水準に達成し得る。

以下、実施例により本発明を詳細に説明する。
[１．使用材料］
以下に示す材料を使用した。
（１）セメント
・普通ポルトランドセメント（密度３．１６ｇ／ｃｍ^３、宇部三菱セメント株式会社製）
・高炉スラグ微粉末（密度２．９０ｇ／ｃｍ^３、ＣａＯ量４１．９質量％、ＳｉＯ_２量３１．６質量％、Ａｌ_２Ｏ_３量１４．０質量％、ＳＯ_３量１．７質量％、ブレーン比表面積４７６０ｃｍ^２／ｇ、ＪＩＳＡ６２０６高炉スラグ微粉末４０００相当、宇部興産株式会社製）
（２）混和材
・シリカフューム（密度２．２２ｇ／ｃｍ^３、ＳｉＯ_２量９４．５質量％、ブレーン比表面積１６１００ｃｍ^２／ｇ、ＢＥＴ比表面積２１８０００ｃｍ^２／ｇ、ＥＦＡＣＯ製）
・メタカオリン（密度２．５０ｇ／ｃｍ^３、ＳｉＯ_２量５１．６質量％、Ａｌ_２Ｏ_３量４４．８質量％、ブレーン比表面積３０３００ｃｍ^２／ｇ、ＢＥＴ比表面積１５９０００ｃｍ^２／ｇ、ＢＡＳＦ製）
（３）細骨材
・海砂Ａ（密度２．５９ｇ／ｃｍ^３、粗粒率２．６６、福岡県産）
・海砂Ｂ（密度２．５７ｇ／ｃｍ^３、粗粒率２．９７、福岡県産）
・砕砂（密度２．６８ｇ／ｃｍ^３、粗粒率２．７１、硬質砂岩、福岡県産）
（４）粗骨材
・砕石（最大寸法２０ｍｍ、密度２．７０ｇ／ｃｍ^３、粗粒率６．６４、硬質砂岩、山口県産）
（５）化学混和剤
・商品名：マイテイ２１ＶＳ、高性能減水剤、花王株式会社製
・商品名：マイクロエア４０４、空気量調整剤、ＢＡＳＦジャパン株式会社製
（６）練混ぜ水
・上水道水

［２．コンクリートの配合］
上記材料を用いた、Ｎｏ.１〜１８のコンクリートの配合を表１に示す。
表中において、普通ポルトランドセメントはＮ、高炉スラグ微粉末はＢＦＳ、シリカフュームはＳＦ、メタカオリンはＭＫ、単位水量はＷ、単位セメント量はＣ、単位結合材料はＢと表記する。また、配合Ｎｏ．２〜１５及び１７、１８において、高炉スラグ微粉末／（普通ポルトランドセメント＋高炉スラグ微粉末）の質量比は４５％で一定であり、これは高炉セメントＢ種に相当することから、配合名はＢＢと表記する。

配合Ｎｏ．４〜６、８〜１２、１４、１５では配合名においてシリカフューム及びメタカオリンの置換率を質量比（％）で表しているが、配合Ｎｏ．７、１３、１６〜１８では配合名において置換量を単位量（ｋｇ／ｍ^３）で表している。

配合Ｎｏ．１〜６、８〜１２、１４、１５においては海砂Ａを使用したが、配合Ｎｏ．７、１３、１６〜１８においては海砂Ｂを使用した。同一産地の海砂であるが、粒度が異なるため、配合Ｎｏ．１〜６、８〜１２、１４，１５では海砂と砕砂の体積比を８：２としたが、配合Ｎｏ．７、１３、１６〜１８では海砂と砕砂の体積比を４：６とした。

［３．コンクリートの調整及び試験方法］
（１）コンクリートの練り混ぜ
表１に示した配合Ｎｏ．１〜１８のコンクリートの練り混ぜは次の手順で行った。すなわち、水平二軸強制練りミキサ内に、細骨材、粗骨材、セメント及び混和材を投入して３０秒間空練りした後、水（混和剤を含む）を加えて１２０秒間練り混ぜた。
（２）コンクリートのフレッシュ性状
配合Ｎｏ．１〜１８について、フレッシュコンクリートの性状試験として、スランプ及び空気量を測定した。この結果を表２に示す。なお、スランプ試験はＪＩＳＡ１１０１「コンクリートのスランプ試験方法」に準じて実施した。また、空気量は２．０％以下とした。

（３）コンクリート供試体の養生
コンクリート供試体の養生は、材齢初期に蒸気養生を行った。２０℃−４時間の前置きの後、昇温速度１０℃／ｈｒにて昇温、６０℃で３時間保持し、降温速度１０℃／ｈｒにて降温させた。材齢１日以降は２０℃の恒温室で気中養生した。
（４）拡散係数測定試験
塩化物イオンの見掛けの拡散係数測定は、土木学会規準ＪＳＣＥ−Ｇ５７２−２００３「浸せきによるコンクリート中の塩化物イオンの見掛けの拡散係数試験方法（案）」に準拠して行った。直径１０ｃｍ、高さ２０ｃｍの円柱供試体の両端部を２．５ｃｍカットして高さ１５ｃｍとし、打設面以外をシリコン及びエポキシ樹脂でシーリングした後、１０％塩化ナトリウム水溶液に浸せきした。定期的にコンクリートを取り出して、深さ方向にコンクリートを切り出し、ＪＩＳＡ１１５４によりコンクリート中の塩化物イオン量を測定し、見掛けの拡散係数を算出した。
塩化物イオンの実効拡散係数測定は、土木学会規準ＪＳＣＥ−Ｇ５７１−２０１０「電気泳動によるコンクリート中の塩化物イオンの実効拡散係数試験方法（案）」に準拠して行った。直径１０ｃｍ、高さ２０ｃｍの円柱供試体の中央部から５．０ｃｍの円盤型供試体を切り出し、円周面をエポキシ樹脂でシーリングした後、真空飽和処理を行い、供試体を水で飽和させた。電気詠動セルに供試体を設置して直流定電圧１５Ｖを電極間に印加し、陽極側（０．５ｍｏｌ／Ｌ・ＮａＣｌ水溶液）および陰極側（０．３ｍｏｌ／Ｌ・ＮａＯＨ水溶液）の塩化物イオン濃度等を経時的に測定して、実効拡散係数を算出した。
（５）圧縮強度試験
ＪＩＳＡ１１０８「コンクリートの圧縮強度試験方法」に準じて行い、材齢２８日での圧縮強度を測定した。
（６）長さ変化試験
ＪＩＳＡ１１２９−２「モルタル及びコンクリートの長さ変化測定方法」に準じて行い、乾燥収縮ひずみを測定した。ただし、乾燥開始材齢及び長さ変化の基長は材齢１日とした。
（７）促進中性化試験
ＪＩＳＡ１１５３「コンクリートの促進中性化試験方法」に準じて行い、中性化深さを測定した。
（８）凍結融解試験
ＪＩＳＡ１１４８「コンクリートの凍結融解試験方法」に準じて行い、相対動弾性係数を測定した。ただし、凍結融解試験に関してのみ、空気量を４．５〜６．０％として行った。

［４．試験結果］
拡散係数測定試験結果として、塩水浸せき１か月及び３か月の塩化物イオンの見掛けの拡散係数、及び実効拡散係数を表３に、圧縮強度及びその他の耐久性試験結果を表４に示す。

ここで、比較例１〜３は、普通ポルトランドセメント又は高炉セメントＢ種相当の結合材を使用した基準コンクリートであり、一部は水結合材比（Ｗ／Ｂ）を変化させた。比較例４〜９はシリカフュームを３〜２５％質量置換したコンクリート、比較例１０〜１５はメタカオリンを３〜２５％質量置換したコンクリートである。実施例１〜３は、シリカフューム２０ｋｇ／ｍ^３質量置換と、メタカオリン２０ｋｇ／ｍ^３質量置換とを組み合わせたコンクリートであり、一部は水結合材比（Ｗ／Ｂ）を変化させた。

［５．評価］
表３より、塩水浸せき１か月及び３か月での見掛けの拡散係数、及び実効拡散係数を、ベースとなる結合材（普通ポルトランドセメント又は高炉セメントＢ種相当）ごとに比較すると、比較例に比べ、実施例の塩化物イオンの見掛けの拡散係数は小さい値となっており、実施例は塩化物浸透抵抗性に優れる。

表４より、材齢２８日での圧縮強度を比較すると、比較例に比べ、実施例の圧縮強度はいずれも大きな値となっており、実施例は圧縮強度に優れる。

乾燥期間６か月での乾燥収縮ひずみを比較すると、比較例に比べ、実施例の乾燥収縮ひずみはいずれも小さな値となっており、実施例は乾燥収縮抑制に優れる。

促進中性化期間３か月での中性化深さをベースとなる結合材ごとに比較する。高炉セメントＢ種相当の結合材をベースとする配合間では、比較例２に比べ、実施例２の中性化深さは同程度の値となった。また、普通ポルトランドセメントをベースとする配合間では、比較例１に比べ、実施例１の中性化深さは若干大きな値となった。よって、実施例の中性化に対する抵抗性は、比較例と同程度である。

凍結融解３００サイクル終了時の相対動弾性係数を比較すると、比較例１、２、７では１００％から値が大きく低下しているのに対し、実施例では１００％から変化が見られておらず、実施例は凍害に対する抵抗性に優れる。

以上より、本実施例のコンクリートは、塩化物浸透抵抗性、圧縮強度、乾燥収縮抑制、凍害に対する抵抗性に優れ、かつ、中性化に対する抵抗性が低下しない高耐久性コンクリートであることが確認できる。これは、シリカフュームとメタカオリンを混和材として併用することにより、コンクリート組織が極めて緻密化するためである。

Claims

結合材と、シリカフュームと、メタカオリンと、水と、細骨材と、化学混和剤とを含む高耐久性モルタルであって、
前記結合材はセメントを含み、
前記結合材１００質量部に対して前記シリカフュームを１〜１５質量部含み且つ前記メタカオリンを１〜１５質量部含み、
前記結合材と前記シリカフュームと前記メタカオリンの合計質量Ａに対する前記水の質量Ｂの比（Ｂ／Ａ）が０．３０〜０．６５である高耐久性モルタル。
前記化学混和剤が減水剤、ＡＥ剤、消泡剤、収縮低減剤、凝結促進剤、凝結遅延剤及び増粘剤からなる群から選ばれる少なくとも一種である、請求項１に記載の高耐久性モルタル。
前記減水剤の配合量が前記結合材と前記シリカフュームと前記メタカオリンの合計量１００質量部に対して０．５〜２．０質量部である、請求項２に記載の高耐久性モルタル。
前記消泡剤の配合量が前記結合材と前記シリカフュームと前記メタカオリンの合計量１００質量部に対して０．００２〜０．０２０質量部である、請求項２又は３に記載の高耐久性モルタル。
請求項１〜４のいずれか一項に記載の高耐久性モルタルと、
粗骨材と、
を含む高耐久性コンクリート。
請求項１〜４のいずれか一項に記載の高耐久性モルタルの製造方法であり、
結合材とシリカフュームとメタカオリンと細骨材とを混合して混合物を得る工程と、
水と化学混和剤とを前記混合物に添加して練り混ぜる工程と、
を含む、高耐久性モルタルの製造方法。