JP4464102B2

JP4464102B2 - 高強度モルタル組成物

Info

Publication number: JP4464102B2
Application number: JP2003353319A
Authority: JP
Inventors: 渡結城; 学中田
Original assignee: Taiheiyo Materials Corp
Current assignee: Taiheiyo Materials Corp
Priority date: 2003-10-14
Filing date: 2003-10-14
Publication date: 2010-05-19
Anticipated expiration: 2023-10-14
Also published as: JP2005119885A

Description

本発明は、少量の水で練り混ぜても流動性が高く、且つ硬化すると高強度モルタルが得られるモルタル組成物に関するものである。

近年、建築物の超高層化、大規模化及び複雑化の傾向が進み、これらの建築物を建築する等のために、圧縮強度が８０Ｎ／ｍｍ²以上の高強度モルタルが求められている。モルタルの強度を増大するための従来の方法としては、モルタル中の水のセメントに対する重量比、すなわち水セメント比を低減していくことが最も簡便な方法である。しかしながら、この水セメント比を低減すると、低減に伴って流動性が著しく低下してしまい、モルタル強度の向上が得られても、実際の作業性が著しく悪化するという問題があった。一方、コンクリートの強度を高める方法として、セメントクリンカー骨材を衝撃破砕してから粒度調整をして使用することが知られている（特許文献１）。しかし、単に該セメントクリンカー骨材を用いただけでは、コンクリートの強度は得られるものの、モルタルの流動性は得られない。更に、セメント、高炉スラグ微粉末等のセメント系無機粉体及び球状スラグ骨材等を用いて高強度モルタル組成物を得る方法が知られている（特許文献２）。しかしながら、この方法で用いる球状スラグ骨材は、高温溶融スラグを風冷処理して製造する特殊なものであって、汎用的ではない。

特開平１１−２１７２４９号公報特開平１１−６０３１６号公報

本発明の目的は、容易に入手できる原材料を用いて、低い水セメント比で製造しても流動性が高く、且つ硬化体の材齢２８日における圧縮強度が８０Ｎ／ｍｍ²以上の高強度モルタルが得られるモルタル組成物を提供することにある。

本発明者は、低い水セメント比でも流動性がよく、且つその硬化体が高強度であるモルタル組成物を鋭意研究したところ、セメントと粒状セメントクリンカー並びに減水剤、超微粉又は特定の骨材を含有するモルタル組成物が、上記課題を悉く解決することを見出し、本発明を完成した。

すなわち本発明は、次の成分（Ａ）、（Ｂ）並びに（Ｃ）：
（Ａ）セメント、
（Ｂ）粒状セメントクリンカー、並びに
（Ｃ）比重が３．０以上で粒径が０．１５ｍｍを超え０．６ｍｍ以下の骨材
を含有することを特徴とするモルタル組成物を提供するものである。

本発明のモルタル組成物を用いると、水セメント比が低い場合においても流動性が高く、且つその硬化体の材齢２８日における圧縮強度が８０Ｎ／ｍｍ²以上という高い強度を有し、更に骨材等の材料分離を起こさないモルタルが得られる。本発明のモルタル組成物は、高強度が要求されるグラウトモルタル、高強度のセルフレベリング材、高強度のモルタル板等に好適に使用することができる。また、更に膨張材を併用すると、高強度の無収縮グラウトモルタルとして好適に使用することができる。

本発明で使用する成分（Ａ）のセメントとしては、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、並びにこれらポルトランドセメントに、フライアッシュ、高炉スラグ、シリカ、石灰石微粉末等を混合した各種混合セメント等が挙げられる。更に、カルシウムアルミネート、カルシウムサルホアルミネート、アルミノ珪酸カルシウム、或いはこれらの酸化カルシウム及び／又は酸化アルミニウムの一部がアルカリ金属酸化物、カルシウム以外のアルカリ土類金属酸化物、酸化ケイ素、酸化チタン、酸化鉄、アルカリ金属ハロゲン化物、アルカリ土類金属ハロゲン化物、アルカリ金属硫酸塩又はアルカリ土類金属硫酸塩等と置換又はこれらが少量固溶した物質を主成分とする急硬セメントも使用することができる。また、上記ポルトランドセメント、混合セメント、急硬セメントを併用することもできる。

本発明で使用する成分（Ｂ）の粒状セメントクリンカーは、鉱物を主体とした原料物質が加熱により一部又は全部が溶融、冷却して塊状となった水硬性を有する塊状物である。この水硬性塊状物の原料物質としては、例えば、ポルトランドセメント、アルミナセメント、膨張セメント、急硬セメント、エコセメント、その他特殊セメント等の原料となるセメントクリンカーが挙げられる。

本発明の粒状セメントクリンカーとしては、この水硬性塊状物をそのまま使用、該塊状物を破砕して得られるものを使用又は破砕しない該塊状物と該塊状物を破砕したものを併用してもよい。塊状物を破砕して得られた粒状セメントクリンカーは、塊状物内部の多孔質部分や亀裂等の脆弱な部分が破壊されて、強度上、欠陥の少ない粒状セメントクリンカーが得られ、モルタルの強度が高くなるので好適である。
塊状物の破砕手段としては、遠心力衝撃破砕機、高圧ローラーミル、ハンマークラッシャー、インパクトクラッシャー等の破砕機が使用できる。

粒状セメントクリンカーの粒径は０．６ｍｍを超え４ｍｍ以下、更に０．６ｍｍを超え２．５ｍｍ以下、特に０．６ｍｍを超え２ｍｍ以下であるのが好ましい。０．６ｍｍ以下の粒径のものは、添加によりモルタルの流動性が極度に低下するので、好ましい流動性を得るための練り混ぜ水量が多く必要なため、添加してもモルタルが高強度にならない場合がある。４ｍｍを超えるものは、小間隙への充填性に支障を生じる場合があるため好ましくない。ここで、粒径は、ＪＩＳＡ１１０２−１９９９（骨材のふるい分け試験方法）に従って測定した値を用いる。

粒状セメントクリンカーは、骨材の全部又は一部として使用することができるが、含有量はモルタル組成物の全骨材１００重量部中の少なくとも２０重量部以上、特に４０〜８０重量部であることが好ましい。２０重量部未満では強度発現の点で充分な効果が得られない場合がある。
また、粒状セメントクリンカーは、セメント１００重量部に対して、２０〜３００重量部、更に５０〜１００重量部、特に５０〜２５０重量部であるのが好ましい。２０重量部未満では強度が充分得られない場合がある。また、３００重量部を超えると流動性が得られない場合がある。

本発明で使用する成分（Ｃ）は、減水剤、超微粉及び比重２．７以上の骨材から選ばれる１種又は２種以上である。これらは、成分（Ｂ）と相俟って、水と練り混ぜた際のモルタルの流動性を改善する。

成分（Ｃ）の減水剤は、一般に使用される減水剤の他に、ＡＥ減水剤、高性能減水剤、高性能ＡＥ減水剤、流動化剤等と呼ばれているものを含むものである。減水剤の成分は、特に限定されるものでなく、例えば、β−ナフタレンスルホン酸ホルムアルデヒド縮合物の塩、メラミンスルホン酸ホルムアルデヒド縮合物の塩、リグニンスルホン酸塩及びポリカルボン酸塩等が挙げられる。減水剤としては、モルタルの流動性保持の点でβ−ナフタレンスルホン酸ホルムアルデヒド縮合物の塩を主成分とするものが好ましい。
減水剤の形態は、粉末及び液体のものがあるがどちらを用いてもよく、また両者を併用してもよい。
本発明のモルタル組成物中の減水剤の含有量は、セメント及び超微粉の合計重量１００重量部に対し、減水剤が減水剤成分として０．１〜４重量部、特に１〜３重量部であるのが好ましい。０．１重量部未満では減水剤を添加してもモルタルの流動性が向上効果が充分でない場合がある。２重量部を超えて使用すると混練時に連行される空気量が多くなり材料分離し易くなる傾向があるため好ましくない。

成分（Ｃ）の超微粉は、平均粒径１．０μｍ以下の粉末であって、成分的な制限は特にないが、水に易溶性のものは適当でない。具体的には、シリコン、シリコン合金、ジルコニアを製造する際に副生するシリカ質ダスト（シリカフューム）、フライアッシュ、炭酸カルシウム微粉末、シリカゾル、酸化チタン、高炉スラグ微粉末等が挙げられる。これらのうち、一般にシリカ質ダスト（シリカフューム）は、その平均粒径が１．０μｍ以下であり粉砕等をする必要がないので本発明の成分（Ｃ）の超微粉として好適である。ここで、粒径は電子顕微鏡法で測定した値を使用する。
本発明のモルタル組成物中の超微粉の含有量は、セメント及び超微粉の合計重量１００重量部中に、３〜２０重量部、更に５〜２０重量部であるのが流動性及び圧縮強度の点から好ましい。

成分（Ｃ）の比重２．７以上の骨材（以下、重量骨材と記載する場合がある）としては、比重２．７以上のものであれば、特に制限されるものではなく、例えばステンレス鋼粉末（比重７．８）、鉄粒（比重７．０〜８．０）、磁鉄鉱（比重４．５〜５．２）、クロマイト（ＦｅＯ・Ｃｒ₂Ｏ₃：比重４．２〜４．８）、赤鉄鉱（比重４．０〜５．３）、砂鉄（比重４．０〜５．０）、バライト（重晶石、比重４〜４．７）、スピネル（ＭｇＡｌ₂Ｏ₄：比重３．５８）、電気炉酸化スラグ（比重３．１〜４．５）、カンラン岩（比重３．０〜３．３）、褐鉄鉱（比重２．７〜４．０）、転炉スラグ（比重２．７〜３．５）等が挙げられる。
重量骨材としては、比重が３．０〜５．０であるものがモルタルの流動性改善、且つ材料分離がし難い点で好ましい。
更に、粒径を０．１５ｍｍを超え０．６ｍｍ以下に調整して用いることで、重量骨材がモルタル中に均一に分散し易く、且つモルタルの流動性が増大するので好ましい。この粒径はＪＩＳＡ１１０２−１９９９（骨材のふるい分け試験方法）に従って測定した値である。粗粒率が２．０〜３．０の重量骨材を使用するのが、モルタルの流動性改善の点で好ましい。

本発明のモルタル組成物中の重量骨材の含有量は、上記粒状セメントクリンカーを含む全骨材１００重量部中の８０重量部以下、更に２０〜６０重量部、特に４０〜５０重量部であることが好ましい。８０重量部を超えて使用すると、上記粒状セメントクリンカーの含有量が全骨材１００重量部中の２０重量部を下回るので充分な強度が得られない場合がある。

成分（Ｃ）としては、減水剤、超微粉及び重量骨材から選ばれる１種又は２種以上が用いられるが、減水剤及び重量骨材を併用するのがより好ましく、減水剤、超微粉及び重量骨材の３者を併用するのが特に好ましい。

本発明のモルタル組成物は、水を添加して使用する。添加する水の量はセメント及び超微粉の合計重量１００重量部に対し、２０〜４０重量部、特に２０〜３８重量部であるのが好ましい。２０重量部未満では流動性が低く、４０重量部を超えると充分な強度が得られない場合がある。

本発明のモルタル組成物に膨張材を併用すると、高強度の無収縮グラウトモルタル得られ好ましい。
本発明で使用する膨張材としては、生石灰や、生石灰とエーライト、カルシウムアルミノフェライト、カルシウムフェライト、アウイン、フッ化カルシウム、無水石膏等の群から選ばれる鉱物の１種又は２種以上を主要な鉱物として含有するものが挙げられる。市販のカルシウムサルフォアルミネート系や石灰系膨張材も使用することができる。
本発明のモルタル組成物中の膨張材の含有量は、セメント１００重量部に対して、０．５〜２０重量部、更に１〜１０重量部、特に１〜５重量部であることが、モルタル強度及び無収縮性の点で好ましい。

本発明の高強度モルタル組成物には、更に、本発明の効果をそこなわない範囲で必要に応じて、通常使用される成分、例えば増粘剤、収縮低減剤、硬化促進材、硬化遅延材、保水剤、セメント用ポリマー、消泡剤、発泡剤、防水剤、防錆剤、顔料、繊維、撥水剤、白華防止剤等の１種又は２種以上を併用してもよい。

以下に、本発明について実施例を挙げて更に詳しく説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。

参考例：粒状セメントクリンカーの製造
普通ポルトランドセメントクリンカーを遠心力衝撃粉砕機により破砕し、ＪＩＳＺ８８０１（試験用篩い）に規定する公称目開き６００μｍ、１．１８ｍｍ、２．３６ｍｍの金属製網ふるいによりふるい分けを行い、粒径０．６を超え１．１８ｍｍ以下の粒状セメントクリンカーを作製した。

実施例１〜１９
参考例で製造された粒状セメントクリンカー、普通ポルトランドセメント（太平洋セメント社製）、高性能減水剤（β−ナフタレンスルホン酸ホルムアルデヒド縮合物塩系高性能減水剤：花王社製「マイティー１００」）、（シリカ質ダスト（シリカフューム：シムコア社製）、石灰系膨張材（生石灰とエーライトを主要鉱物とする膨張材：太平洋マテリアル社製「太平洋エクスパン」）、クロマイト骨材（比重４．７，粗粒率Ｆ．Ｍ．＝２．３７，粒径；０．１５ｍｍを超え０．６ｍｍ以下）、カンラン岩骨材（比重３．２８，粗粒率Ｆ．Ｍ．＝２．８４、粒径；０．１５ｍｍを超え０．６ｍｍ以下）、石灰石砕砂（比重２．６，粗粒率Ｆ．Ｍ．＝２．７０）を使用し、表１に示す配合組成でモルタルを作製し、品質試験を実施した。
なお、表１中の値は、セメント及び超微粉の合計重量１００重量部に対する重量部である。

試験例モルタルの品質試験
以下の方法で測定した品質試験の結果を表２に示す。
＜品質試験方法＞
フロー値：ＪＩＳＲ５２０１−１９９７（セメントの物理試験方法）１１．フロー
試験に準じて、１５回の落下運動を行わないでフロー値を測定した。
圧縮強度：土木学会基準ＪＳＣＥ−Ｆ５４１−１９９９（充てんモルタルの圧縮強度
試験方法）に従って、材齢２８日における圧縮強度を測定した。
膨張率：土木学会基準ＪＳＣＥ−Ｆ５４２−１９９９（充てんモルタルのブリーディン
グ率および膨張率試験方法）に準じて、温度２０℃、湿度６０％における材齢１日の膨張率を測定した。
ブリーディング率：土木学会基準ＪＳＣＥ−Ｆ５４２−１９９９（充てんモルタルのブ
リーディング率および膨張率試験方法）に従って、最終ブリーディング率を測定した。

本発明のモルタル組成物は、練り混ぜ直後のモルタルのフロー値が２００ｍｍ以上と高い流動性及び材齢２８日の圧縮強度が８０Ｎ／ｍｍ²以上と高い強度を有し、且つブリーディングが無い。

Claims

次の成分（Ａ）、（Ｂ）並びに（Ｃ）：
（Ａ）セメント、
（Ｂ）粒状セメントクリンカー、並びに
（Ｃ）比重が３．０以上で粒径が０．１５ｍｍを超え０．６ｍｍ以下の骨材
を含有することを特徴とするモルタル組成物。
成分（Ｃ）が、更に減水剤を含有するものである請求項１記載のモルタル組成物。
粒状セメントクリンカー及び骨材の合計重量１００重量部中に、比重３．０以上で粒径が０．１５ｍｍを超え０．６ｍｍ以下の骨材を２０〜６０重量部含有する請求項１又は２記載のモルタル組成物。
成分（Ｃ）が、更に超微粉を含有するものである請求項１又は２記載のモルタル組成物。
セメント及び超微粉の合計重量１００重量部中に、超微粉を３〜２０重量部含有する請求項４記載のモルタル組成物。
成分（Ｃ）の比重が３．０以上で粒径が０．１５ｍｍを超え０．６ｍｍ以下の骨材が、比重が３．０〜５．０且つ粗粒率２．０〜３．０である請求項１〜５のいずれか１項記載のモルタル組成物。