JP3267091B2

JP3267091B2 - セメント組成物

Info

Publication number: JP3267091B2
Application number: JP4296495A
Authority: JP
Inventors: 敏克井上; 浩康鳴瀬; 久嗣吉田
Original assignee: Mitsubishi Materials Corp
Current assignee: Mitsubishi Materials Corp
Priority date: 1995-03-02
Filing date: 1995-03-02
Publication date: 2002-03-18
Anticipated expiration: 2017-03-18
Also published as: JPH08239249A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、強度発現性に優れた高
強度用セメント組成物に関する。

【０００２】

【従来の技術及び先行技術】設計基準強度６００ｋｇｆ
／ｃｍ² 程度以上の高強度なコンクリートを得るために
は、高性能減水剤や高性能ＡＥ減水剤（以下、この２種
を併せて「高性能減水剤」ということがある。）を用
い、混練物を密実に成形できる範囲において、水セメン
ト比をできるだけ小さくすることが最も効果的な方法で
ある。しかし、水セメント比を小さくすれば、混練物の
粘性が増加するため、流動性及び施工性が悪いコンクリ
ートとなり、更に、水セメント比を小さくすれば、もは
や流動性のないコンクリートとなり、通常の流し込みや
締め固めでは成形不可能なコンクリートとなる。

【０００３】これを解決する手段として、シリカフュー
ムを混和材として用いる方法がある。シリカフュームは
金属シリコンやフェロシリコン製造時にでる副産物で、
比表面積２０ｍ² ／ｇ程度、平均粒径０．１μｍ程度の
球状で超微粒なシリカである。このようなシリカフュー
ムと高性能減水剤とを併用することにより、コンクリー
トの粘性が低減し、流動性を向上させることができるた
め、より低水セメント比でのコンクリートの製造が可能
となる。

【０００４】このシリカフュームによる流動性向上効果
は、シリカフューム粒子がセメント粒子より微粉末であ
るため、セメント粒子間を充填し、その場所にあった水
が余剰の自由水となって、流動性に寄与することによ
る。また、シリカフュームは球状であるため、その形状
に由来するボールベアリング効果も流動性の向上に有効
であるとされている。

【０００５】更に、シリカフュームは、セメント粒子間
を充填するため、硬化体組織が緻密になり、硬化体の強
度を増大させる効果を持つ。また、シリカフュームはポ
ゾラン反応を生じるため、単なる微粒子としての充填効
果だけでなく、硬化体の強度を一段と増大させる効果も
奏する。

【０００６】ところで、シリカフュームは、粉体状、顆
粒状及びスラリー状の３形態がある。このうち、スラリ
ー状シリカフュームは、シリカフュームが沈殿しやす
く、濃度管理が難しい。また、冬期に凍結する恐れがあ
るという問題がある。更に、高強度コンクリートへ適用
する場合、単位セメント量が多く、単位水量がそれに比
べて少ないため、スラリー状シリカフュームは高濃度と
ならざるを得ないが、その結果、粘性が強いスラリーと
なり、コンクリートプラントへ適用するには実用的では
ない。従って、実用に供されているシリカフュームは、
粉体状か顆粒状のシリカフュームである。

【０００７】顆粒状シリカフュームはセメントなどの粉
体材料と同様な輸送、計量及び投入装置が使用できると
いう長所があるが、顆粒状であるため分散性が劣り、コ
ンクリートの流動性や強度性状の向上効果が劣る。一
方、粉末状シリカフュームは、顆粒状に比べて流動性及
び強度性状の向上効果が優れているが、超微粉で取り扱
いが困難であるため、コンクリート製造プラントに既存
の輸送、計量及び添加装置をそのまま用いてミキサに添
加することができないという欠点がある。

【０００８】このようなことから、カナダではセメント
組成物として、ポルトランドセメントに、予め、粉末状
又は顆粒状シリカフュームを添加した、シリカフューム
混合セメントが製造されている。

【０００９】また、本出願人は、ポルトランドセメント
に、粉末状又は顆粒状シリカフュームと、特定の粒度分
布を持つ微粉末石灰石を混合したセメント組成物を先に
提案した（特願平６−１６００７６号。以下「先願」と
いう。）。

【００１０】先願のセメント組成物においては、特定の
粒度分布を持つ石灰石微粉末が、セメント粒子間を充填
し、残りの空間をシリカフュームが充填するため、セメ
ント粒子間に存在していた水が自由水となる。この自由
水の量はセメントとシリカフュームを単に混合した場合
より多く、流動性に寄与する割合も大きいものとなる。
また、このように、セメント粒子間を、石灰石微粉末が
充填し、更に残余の空間をシリカフュームが充填するた
め、これまで以上に、硬化体の組織が緻密となり、高強
度発現性が増大する。

【００１１】なお、この、先願のセメント組成物では、
ポルトランドセメントとして、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、中庸熱ポルトランドセメントを用いることがで
き、特に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が好適であると
されている。

【００１２】上記先願のセメント組成物では、水中２０
℃の標準養生供試体で強度発現性が良好であることが示
されており、先願のセメント組成物を用いた小規模なコ
ンクリート製品や、構造体であっても肉薄な壁材であれ
ば、コンクリートのひび割れが無く、強度の発現性に優
れ、高強度コンクリートが得られる。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、高強度
コンクリートは、主に、構造体の柱や梁に使用される
が、この場合、単位セメント量の多い高強度コンクリー
トでは、実際の施工において、セメントの水和による発
熱量が多く、肉厚なコンクリート構造体では温度が上昇
し、ひび割れが生じたり、強度の発現性が悪くなるとい
う問題が生じる。特に、夏期の施工においては、温度上
昇量が大きく、ひび割れが多くなり、強度発現性が悪い
ものとなる。このため、夏期の施工は時期をずらして、
春期又は秋期のような温暖な時期、或いは冬期に施工す
る必要がある。即ち、施工時期が限定されるという不具
合がある。

【００１４】また、夏期において施工をしなければなら
ないときには、コンクリートの温度上昇を抑えるため
に、冷水の散水による特別な養生などが必要とされ、こ
の場合には、施工コストが高くなるという不具合があ
る。更に、温度上昇を抑えるために、柱の太さを細くし
たり、形状を変えて放熱効果を上げるなどの対策を講じ
る場合があるが、この場合には、構造体の形状が限定さ
れ、その構造体が必要とする形状を満足し得ず、たとえ
形状が合ったとしても設計が複雑であったり、施工方法
に困難を極めることが多い。

【００１５】本発明は、上記先願の問題点を解決し、流
動性、混練性、強度発現性に優れた高強度、高流動コン
クリート用セメント組成物において、更に、水和発熱量
を抑えて硬化時の温度上昇を抑制したセメント組成物を
提供することを目的とする。

【００１６】

【課題を解決するための手段】請求項１のセメント組成
物は、高ビーライト系ポルトランドセメント５０〜９２
重量部、シリカフューム５〜２５重量部及び石灰石微粉
末３〜２５重量部を合計で１００重量部となるように含
んでなるセメント組成物であって、該石灰石微粉末は、
粒径２０μｍ以下の粒子が９０％以上、粒径１０μｍ以
下の粒子が６５％以上、粒径５μｍ以下の粒子が４０〜
９０％、粒径１μｍ以下の粒子が２５％以下である粒度
分布を持つことを特徴とする。

【００１７】請求項２のセメント組成物は、請求項１に
おいて、高ビーライト系ポルトランドセメントは、クリ
ンカー鉱物組成中のビーライト量が４０〜７５重量％の
範囲内である組成を有するものであることを特徴とす
る。

【００１８】

【００１９】以下に本発明を詳細に説明する。

【００２０】高ビーライト系ポルトランドセメントは、
コンクリート構造体の温度上昇を防ぐよう、水和熱をで
きるだけ少なくするために、ポルトランドセメントにお
けるクリンカー鉱物組成のエーライト量とアルミネート
量をできるかぎり減らし、その代わりに長期強度発現性
に優れたビーライト量を十分多くしたものであり、低熱
ポルトランドセメント又はビーライトセメントとも称さ
れる。

【００２１】本発明においては、特に、高ビーライト系
ポルトランドセメントとしてクリンカー鉱物組成中のビ
ーライト量が４０〜７５重量％の範囲内である組成を有
するものを用いるのが好ましい。このビーライト量が４
０重量％未満では、従来のＪＩＳ規格のポルトランドセ
メントと同等となり、セメントの水和による発熱量が多
く、肉厚なコンクリート構造体の温度が上昇し、ひび割
れを生じたり、強度発現性が悪いものとなる。逆に、ビ
ーライト量が７５重量％を超えるポルトランドセメント
では、セメントの水和による材齢２８日までのコンクリ
ートの強度発現性が悪く、建設に長期間が必要となると
いう不具合を生じる。

【００２２】このような高ビーライト系ポルトランドセ
メントの具体例としては表１に示すものがある。なお、
表１には比較のためにＪＩＳ規格のポルトランドセメン
トも併せて示す。クリンカー鉱物中のビーライトは、表
１における化合物２ＣａＯ・ＳｉＯ₂ （Ｃ₂ Ｓ）を主成
分とするものである。

【００２３】

【表１】

【００２４】石灰石微粉末としては、粒径２０μｍ以下
の粒子が９０％以上、粒径１０μｍ以下の粒子が６５％
以上、粒径５μｍ以下の粒子が４０％〜９０％の範囲
内、粒径１μｍ以下の粒子が２５％以下である粒度分布
を持つものを用いる。この石灰石微粉末は、天然の石灰
石を粉砕後、上記粒度となるように分級したものが好適
である。

【００２５】本発明のセメント組成物を製造するには、
高ビーライト系ポルトランドセメント５０〜９２重量
部、シリカフューム５〜２５重量部及び石灰石微粉末３
〜２５重量部を合計で１００重量部となるように含む組
成となるように、高ビーライト系ポルトランドセメント
クリンカー等を粉砕仕上げするミルに、粉末状又は顆粒
状のシリカフュームと、石灰石砕石を投入し、高ビーラ
イト系ポルトランドセメントクリンカー等の粉砕と同時
に、石灰石の粉砕粒度調整並びにシリカフュームの分散
を行うのが好適である。また、高ビーライト系ポルトラ
ンドセメントクリンカ等を粉砕仕上げするミルに粉体状
又は顆粒状のシリカフュームを投入し、セメントクリン
カ等の粉砕と同時に、シリカフュームを分散させ、つい
でミルによる粉砕仕上げ後に、石灰石微粉末を添加する
方法も好適である。

【００２６】また、このセメント組成物の製造に当っ
て、仕上げミルで粉砕した高ビーライト系ポルトランド
セメントに、粉末状又は顆粒状シリカフュームと、石灰
石微粉末を混合機器を用いて混合するようにしても良
い。

【００２７】なお、本発明のセメント組成物において、
高ビーライト系ポルトランドセメントの配合量が５０重
量部よりも少ないと高強度発現性に劣るものとなり、９
２重量部よりも多いとシリカフューム及び石灰石微粉末
の割合が少なくなるため、高強度、高流動性で混練性が
良好でかつ大きな凝結遅延がないセメント組成物が得ら
れない。高ビーライト系ポルトランドセメントの特に好
適な配合量は７０〜９０重量部である。

【００２８】また、シリカフュームが５重量部よりも少
ないと、シリカフュームによる強度及び流動性向上効果
が得られず、２５重量部より多くしても、シリカフュー
ムによる強度及び流動性の向上が５〜２５重量部の配合
量の場合に比べて低下する傾向となり、また、シリカフ
ュームは高価であることから不経済となる。シリカフュ
ームの特に好適な配合量は５〜２０重量部である。

【００２９】石灰石微粉末の配合量が３重量部よりも少
ないと、高強度、高流動性で混練性が良好でかつ大きな
凝結遅延がないセメント組成物が得られず、２５重量部
よりも多いと、強度発現性に劣るものとなる。石灰石微
粉末の特に好適な配合量は３〜１２．５重量部である。

【００３０】

【作用】ポルトランドセメント５０〜９２重量部と、シ
リカフューム５〜２５重量部と、特定粒度分布を有する
石灰石微粉末３〜２５重量部とからなる先願のセメント
組成物を結合材として用いることにより、従来技術によ
るポルトランドセメントにシリカフュームを添加する方
法に比べ、流動性が向上し、一定のコンクリートの流動
性を得るために必要な高性能減水剤の量を低減できる。
また、コンクリートの混練に際し、材料が均質に混練さ
れ流動状態になるまでの時間が短縮されると共に、ミキ
サにかかる負荷を低減することができる。このため、ポ
ルトランドセメントにシリカフュームを添加する従来の
技術に比べ、同一の流動性を得るために必要な高性能減
水剤の添加量を少なくでき、コスト的に有利になる。ま
た、混練時の流動化が速く、ミキサへの負荷を少なくで
きるため、一回の混練量の増加や混練時間が短縮でき、
生産性が向上し、工業的に有利である。

【００３１】しかしながら、上記先願の組成において、
ビーライト量が少ない従来のＪＩＳ規格のポルトランド
セメントを使用すると、構造体の柱や梁に使用されるこ
とが多い高強度コンクリートでは、単位セメント量が多
いので、実際の施工において、セメントの水和による発
熱量が多く、肉厚なコンクリート構造体の温度が上昇
し、ひび割れを生じたり、強度発現性が低下する。

【００３２】本発明に従って、高ビーライト系ポルトラ
ンドセメントを５０〜９２重量部を含み、シリカフュー
ム５〜２５重量部及び石灰石微粉末３〜２５重量部を合
計で１００重量部となるようにしたセメント組成物であ
れば、セメントの水和による発熱量が少なく、従って、
肉厚な高強度コンクリート構造体において、温度の上昇
が少なく、ひび割れの発生が低減し、また、強度発現性
が向上する。

【００３３】使用する高ビーライト系ポルトランドセメ
ントのクリンカー鉱物組成は、請求項２の如く、ビーラ
イト量が４０〜７５重量％の範囲内である組成を持つこ
とが好適である。

【００３４】また、本発明における石灰石微粉末による
シリカフューム添加セメントの流動性向上効果及び混練
性向上効果は、本発明の特定の粒度分布を持つ石灰石微
粉末によって顕著に発現されるものである。従来行われ
ている、空気透過法による比表面積による粉末度（ブレ
ーン比表面積）だけでは、上記効果を発現させるための
特定粒度分布を特定できない。たとえ、石灰石微粉末の
ブレーン比表面積が同一であったとしても、本発明で特
定した特定の粒度分布を有していなければ、シリカフュ
ーム添加セメントの流動性向上及び混練性向上について
顕著な効果を得ることができない。

【００３５】本発明の高強度、高流動で混練性が良好な
低発熱セメント組成物とするには、石灰石微粉末が、本
発明で特定した石灰石微粉末の粒度分布、即ち、１μｍ
〜１０μｍ程度の範囲内に流度分布の頻度のピークがあ
り、比較的狭い範囲に粒度が分布する、シャープな粒度
分布を有することが重要である。この特定粒度分布を有
する石灰石微粉末と、高ビーライト系ポルトランドセメ
ント及びシリカフュームとを組み合わせセメント組成物
とすることで、本発明による顕著な効果が得られる。

【００３６】本発明で特定した粒度分布を外れた場合、
即ち、１μｍ〜１０μｍ程度の範囲内に粒度分布の頻度
のピークがなく、広い範囲に粒度が分布しフラットな粒
度分布を有するものでは、本発明の高強度、高流動で混
練性が良好なセメント組成物を確実に得ることができな
い。

【００３７】ところで、石灰石微粉末には一般にセメン
トの凝結促進作用があることは知られているが、本発明
では、この石灰石微粉末が本来持つ凝結促進効果と、特
定粒度分布を持つ石灰石微粉末を用いることによる凝結
遅延作用を奏する高性能減水剤の必要添加量の低減効果
との相乗効果により、従来技術で問題であったコンクリ
ートの凝結遅延を大きく抑制することができる。

【００３８】なお、シリカフュームを添加し、高性能減
水剤を用いて低水セメント比とした高強度コンクリート
に、石灰石微粉末のような反応性がないと考えられる無
機物質を、内割り添加すると、強度低下を生じるとも危
惧される。しかし、特定粒度分布を有する石灰石微粉末
を用いる本発明では、大きな強度低下はなく、特に特定
粒度分布を有する石灰石微粉末の添加量が１０重量％以
下であれば、それを添加しないものに比べ同等以上の強
度を発現する。

【００３９】また、特定粒度分布を有する石灰石微粉末
を用いる本発明では、コンクリートの粘性が小さいもの
となり、それを用いないものに比べ、施工性に優れたも
のとすることができるという効果も奏される。

【００４０】更に、特定粒度分布を有する石灰石微粉末
を用いる場合には、その石灰石微粉末は水和発熱を生じ
ないため、高ビーライト系ポルトランドセメントの使用
と相俟って、コンクリートの発熱を低減する効果を持
ち、単位セメント量が多い高強度コンクリートで問題と
なる、温度上昇による強度低下やひびわれ発生を抑制す
る効果がより一層十分に発揮される。

【００４１】

【実施例】本発明によるセメント組成物を用いたコンク
リートにおける実施例を、比較例と共に以下に示す。ま
ず、実験方法について項目ごとに説明する。

【００４２】［１］使用材料（比較例に使用した材料を
含む）（１）セメント組成物に使用した材料ポルトランドセメントＬ７（高ビーライト系ポルトランドセメント）Ｌ６（高ビーライト系ポルトランドセメント）Ｌ５（高ビーライト系ポルトランドセメント）Ｌ４（高ビーライト系ポルトランドセメント）Ｍ（中庸熱ポルトランドセメント）Ｎ（普通ポルトランドセメント）シリカフューム：エルケム社９４０Ｕ（比重２．２，
ＢＥＴ比表面積２０．２ｍ² ／ｇ）特定の粒度分布を有する石灰石微粉末：石灰石をミル
で粉砕し、分級機を用いて特定粒度分布になるように調
整した。粒度分布は、粒径２０μｍ以下が９８重量％、
粒径１０μｍ以下が８７重量％、粒径５μｍ以下が５５
重量％、粒径１μｍ以下が１３重量％で、ブレーン比表
面積は７７３０ｃｍ² ／ｇである。ただし、本粒度分布
は、一例を示しただけのものであり、本発明に係る粒度
分布を特定するものではない。

【００４３】（２）モルタル及びコンクリートに使用し
たセメント組成物以外の材料細骨材：木更津産山砂（比重２．６３，吸水率１．７７
％）粗骨材：八王子産砕石（最大寸法２０ｍｍ，比重２．６
８．吸水率０．８３％）高性能ＡＥ減水剤：ポリカルボン酸系混練水：水道水［２］特定粒度分布を有する石灰石微粉末の粒度分布の
測定方法特定粒度分布を有する石灰石微粉末の粒度分布の測定
は、レーザー回折・散乱式粒度分布測定装置（仏国ＣＩ
ＬＡＳ社製ｍｏｄｅｌ８５０Ｂ）を用いて行った。ま
た、同時にブレーン空気透過法による粉末度（比表面
積）を併せて測定した。

【００４４】［３］セメント組成物の製造方法セメント工場において、セメント製造工程における仕上
げミルに、クリンカー及び石膏などのポルトランドセメ
ント原料と共にシリカフュームを供給して、シリカフュ
ームをポルトランドセメント粒子に混合し、かつ分散さ
せることによって得られたシリカフューム混合セメント
に特定の粒度分布を有する石灰石微粉末を添加混合し
た。

【００４５】セメント組成物の配合は表３の通りとし
た。ただし、本配合は、一例を示しただけのものであ
り、何ら本発明に係る配合を特定するものではない。

【００４６】［４］コンクリートの配合実施例及び比較例に用いたコンクリートの配合は表２の
通りである。なお、表２中、Ｗは水量、Ｃはセメント組
成物重量、ｓは細骨材容量、ａは全骨材容量である。た
だし、本配合は、一例を示しただけのものであり、何ら
本発明に係る配合を限定するものではない。

【００４７】

【表２】

【００４８】［５］コンクリートの混練方法コンクリートの混練には、水平２軸型強制練りミキサ
（容量３ｍ³ ）を用いた。混練方法は、まず最初にセメ
ント組成物、水、砂、高性能ＡＥ減水剤を投入して１分
間混練し、その後、粗骨材を投入して更に２分間混練し
た。ただし、本混練方法は、一例を示しただけのもので
あり、何ら本発明に係る混練方法を限定するものではな
い。

【００４９】［６］コンクリートの諸性状の評価方法セメント及びコンクリートの流動性の評価方法コンクリートの流動性は、コンクリートのスランプ試験
後の試料の広がり、即ちスランプフローで測定した。こ
のスランプフローが６０±３ｃｍになるように、高性能
ＡＥ減水剤の添加量を調整し、セメントの流動性として
再評価した。

【００５０】標準養生コンクリートの圧縮強度の評価コンクリートの混練後、φ１０×２０ｃｍの鋼製型枠に
流し込み、軽く型枠をゆすって締め固めを行った。材齢
１日において脱型し、以後、試験材齢まで２０℃の水中
にて養生を行った。圧縮強度試験に際し載荷面は研磨仕
上げを行い、荷重載荷速度はJIS A 1108に拠った。

【００５１】実大模擬部材コンクリートの評価コンクリートの混練後、実大の柱を模した１ｍ×１ｍ×
２ｍ高さの型枠に流し込み、バイブレータにより若干の
締め固めを行った。型枠の中心には、温度測定用の熱電
対を挿入した。型枠の前後・左右及び上下面には、断熱
保温用の厚さ５０ｃｍの発砲スチロールで隙間なく囲っ
た。その後、試験材齢が来るたびに、中心から２５ｃｍ
離れた場所にφ１０ｃｍのコアを抜き、コア試験体とし
た。コア試験体は、圧縮強度試験に際し載荷面の研磨仕
上げを行い、強度試験はJIS A 1108に拠った。これらの
試験は、気温２０℃の室内で行った。ただし、上記評価
方法は一例を示しただけのものであり、本発明に係る性
状評価は何ら上記評価方法に限定されるものではない。

【００５２】実施例１〜４及び比較例１，２表３に示す配合のセメント組成物を用いたコンクリート
の性状評価の結果を表３に示す。

【００５３】

【表３】

【００５４】実施例１〜４と比較例１〜２との対比によ
り、高ビーライト系ポルトランドセメントを含む本発明
のセメント組成物は、先願に係るＪＩＳ規格のポルトラ
ンドセメントを含むセメント組成物と比較して、標準養
生のコンクリートでは圧縮強度の発現性が若干劣るもの
の、実大模擬部材コンクリートにおける温度上昇量が小
さい。

【００５５】つまり、高強度コンクリートの実大部材に
おいては、コンクリートの温度上昇によるひび割れの防
止、及び、温度上昇による強度低下の防止の面からは、
高ビーライト系ポルトランドセメントを含むセメント組
成物を使用するのが有効であることが明らかである。

【００５６】

【発明の効果】以上詳述した通り、本発明のセメント組
成物は、流動性、混練性、強度発現性に優れるセメント
組成物である上に、肉厚な実大部材の高強度コンクリー
トに適用した場合、温度上昇によるひび割れや強度発現
の低下が防止され、その実用性は著しく高い。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開平６−199549（ＪＰ，Ａ) 特開平８−91885（ＪＰ，Ａ) 特開平８−26793（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) C04B 7/345 C04B 7/24 C04B 14/18 C04B 14/28 C04B 22/06 C04B 28/02 - 28/04

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】高ビーライト系ポルトランドセメント５
０〜９２重量部、シリカフューム５〜２５重量部及び石
灰石微粉末３〜２５重量部を合計で１００重量部となる
ように含んでなるセメント組成物であって、該石灰石微粉末は、粒径２０μｍ以下の粒子が９０％以
上、粒径１０μｍ以下の粒子が６５％以上、粒径５μｍ
以下の粒子が４０〜９０％、粒径１μｍ以下の粒子が２
５％以下である粒度分布を持つことを特徴とするセメン
ト組成物。
【請求項２】請求項１において、高ビーライト系ポル
トランドセメントは、クリンカー鉱物組成中のビーライ
ト量が４０〜７５重量％の範囲内である組成を有するも
のであることを特徴とするセメント組成物。