JP4963211B2 - セメント混和材及びセメント組成物 - Google Patents

Description

本発明は、主に、土木・建築業界において使用されるセメント混和材及びセメント組成物に関する。

近年、コンクリート構造物の高耐久化技術の確立が望まれている。それを達成する上で重要な技術のひとつとして、収縮低減剤が注目されている。これは、収縮低減剤の使用により、ひび割れを低減し、コンクリート構造物の高寿命化に一定の役割を果たすためである。収縮低減剤としては、古くより数多くの提案がなされている（特許文献１〜６）。
特開昭５６−０３７２５９号公報 特公昭５９−００３４３０号公報 特開昭５９−０２１５５７号公報 特開昭５９−１５２２５３号公報 特開昭５９−１８４７５３号公報 特開昭６０−０１６８４６号公報

しかしながら、収縮低減剤を用いると、コンクリートの空気量が極度に大きくなるという現象が生じるため、消泡剤によって空気量を制御する操作が不可欠となっている。コンクリートの空気量を制御することは、高度な技術が必要であり、また、人手間がかかる。このため、収縮低減剤を用いても空気量を増加させない技術の開発が強く求められている。

一方、コンクリートの共通の課題として、ひび割れが挙げられる。コンクリートのひび割れは様々な要因に起因するため、ひび割れを制御するために、様々な方法が提案されている。中でも、繊維を配合してひび割れを制御する試みが数多く提案されている。
短繊維の種類には、ビニロン繊維、ポリプロピレン繊維、ナイロン繊維等の有機繊維や、鋼繊維、炭素繊維、ガラス繊維、ロックウール等の無機繊維が一般的に知られている。有機繊維はドライモルタルに混合する場合分散性が悪く、たくさん添加するとファイバーボール等ができ均一な混合ができない場合があり、鋼繊維は繊維径を50μ以下にすることが難しく、炭素繊維は非常に高価な材料であり、ガラス繊維は耐アルカリや耐酸性に劣るといった課題がある。
例えば、ロックウールは、安山岩、玄武岩、スラグ等を原料にキューポラや電気炉で１５００〜１６００℃の高温で溶かし、炉から流し、遠心力や圧縮空気、高圧蒸気で吹き飛ばし繊維状とした人造鉱物繊維の一種である。この繊維は、安価ではあるが、形態が綿状や粒状のものであるため、コンクリートへの分散が悪く、充分なひび割れ抵抗性が得られないといった課題があった。
また、石炭灰を数千度の高温で溶融紡糸して繊維化したフライアッシュファイバーで強化したセメント複合材料が知られている（特許文献７、８）。これらの繊維を使用する際には、飛散防止が課題として挙げられる。
さらに、玄武岩を１５００〜１６００℃で溶融紡糸し繊維化する製造方法が知られている（特許文献９）。
特開平０６−３４０４６１号公報 特開平０６−３４０４６２号公報 特表平０９−５０００８０号公報

本発明は、建築構造物のような薄いコンクリート構造物や土木分野で用いられるマッシブなコンクリートにおいても、優れたひび割れ低減効果を発揮し、繊維の飛散防止が図れ、さらに、収縮低減剤の課題であった空気量の増加現象を起こさないセメント混和材及びセメント組成物を提供する。

すなわち、本発明は、（１）収縮低減剤と、溶融紡糸した繊維径が７〜２０μｍ、繊維長が５〜１０ｍｍである収束タイプの玄武岩繊維とを含有してなり、収縮低減剤と溶融紡糸した玄武岩繊維の合計１００部中、収縮低減剤２０〜８０部、溶融紡糸した玄武岩繊維２０〜８０部であるセメント混和材、（２）セメントと（１）のセメント混和材とを含有するセメント組成物、（３）（２）のセメント組成物を使用して作製したコンクリート、である。

本発明のセメント混和材及びセメント組成物は、建築、土木分野の種々のコンクリート構造物において、優れたひび割れ低減効果を発揮し、しかも、使用した繊維の飛散防止が図れ、さらに、収縮低減剤による空気量の増加現象を起こさない等の効果を奏する。

以下，本発明を詳細に説明する。
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。
また、本発明で云うコンクリートとは、セメントペースト、セメントモルタル、セメントコンクリートを総称するものである。

本発明で使用する収縮低減剤とは、特に限定されるものではなく、如何なるものでも使用可能である。その種類としては、主成分で大別すると、低級アルコールアルキレンオキシド付加物系、アルコール系、グリコールエーテル・アミノアルコール誘導体系、ポリエーテル系、低分子量アルキレンオキシド共重合体系等が挙げられる。
収縮低減剤は、数多く市販されており、その代表例としては、例えば、電気化学工業社製、商品名「エスケーガード」、エフ・ピー・ケー社製、商品名「ヒビガード」、竹本油脂社製、商品名「ヒビダン」、太平洋セメント社製、商品名「テトラガード」、日本油脂社製、商品名「シュドックス」等が挙げられる。
収縮低減剤には、液状のもの、粉末状のものが存在する。本発明ではいずれも利用可能であるが、ファイバーの飛散防止を図る上では、液状のものを選択することが、その効果が大きいために好ましい。玄武岩繊維を液状の収縮低減剤に混ぜ合わせることにより、ファイバーの充分な飛散防止が可能となるが、粉末の収縮低減剤と混ぜ合わせても一定のファイバーの飛散防止効果を得ることができる。

本発明で使用する溶融紡糸した玄武岩繊維とは、天然の玄武岩を原料とし、高温で溶融紡糸した非晶質の人造鉱物繊維である。その特徴として、有機繊維に比べ耐熱性に優れ、ガラス繊維やロックウールに比べ耐薬品性に優れる。また、密度が２．８ｇ／ｃｍ^３程度であることから、通常のドライモルタルと同程度であり、均一混合性に優れるという特徴がある。

溶融紡糸した玄武岩繊維の繊維径は、２〜５０μｍが好ましく、７〜２０μｍがより好ましい。２μｍより小さいと、安定的に製造することが困難であり、５０μｍを超えると初期ひび割れ低減効果が低下する場合がある。

溶融紡糸した玄武岩繊維の繊維長は、２〜１５ｍｍが好ましく、５〜１０ｍｍがより好ましい。２ｍｍより小さいと初期ひび割れ低減効果が小さく、１５ｍｍを超えるとドライモルタルに混合したときの分散性が悪くなる場合がある。

溶融紡糸した玄武岩繊維は、繊維が単独にほぐれた単繊維状態（繊維径としては０．１ｍｍ以上となる）ではなく、サイジング剤等で繊維径５０μｍ以下の単繊維を束状にした収束状態のものを使用することが好ましい。適度に接着力のある収束状にすることで、ドライモルタルと混合したときに簡単にほぐれて均一な混合が可能となる。

本発明では、性能に影響を与えない範囲内で、各種の有機繊維、炭素繊維、鋼繊維等の溶融紡糸した玄武岩繊維以外の繊維と併用して使用することも可能である。

本発明におけるセメント混和材やセメント組成物中の収縮低減剤と溶融紡糸した玄武岩繊維との配合割合は、特に限定されるものではないが、通常、収縮低減剤と溶融紡糸した玄武岩繊維の合計１００部中、収縮低減剤２０〜８０部が好ましく、３０〜７０部がより好ましい。溶融紡糸した玄武岩繊維は、２０〜８０部が好ましく、３０〜７０部がより好ましい。収縮低減剤が２０部未満であったり、溶融紡糸した玄武岩繊維が８０部を超えると、建築構造物のような部材厚の薄い構造物におけるひび割れ抵抗性が十分でない場合があり、逆に、収縮低減剤が８０部を超えたり、溶融紡糸した玄武岩繊維が２０部未満であったりすると、土木構造物のようなマッシブなコンクリートを造成した際のひび割れ抵抗性が十分でない場合がある。

本発明で使用するセメントとは、特に限定されるものではないが、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、さらに、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種以上が併用可能である。

本発明の収縮低減剤と溶融紡糸した玄武岩繊維とを含有するセメント混和材の使用量は、セメントとセメント混和材からなるセメント組成物１００部中、１〜１０部が好ましく、３〜７部がより好ましい。

本発明では、本発明のセメント混和材やセメントの他に、石灰石微粉末、フライアッシュ、シリカフューム、メタカオリン、珪藻土、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、急硬材、膨張材、デキストリン等の水和熱抑制剤、消泡剤、増粘剤、防錆剤、防凍剤、ポリマー、ベントナイト等の粘土鉱物、並びに、ハイドロタルサイトなど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、予め一部を、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、既存の如何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。

セメントに、収縮低減剤と溶融紡糸した玄武岩繊維を表１に示す割合で配合してセメント組成物を調製した。セメント組成物１００部中、収縮低減剤と溶融紡糸した玄武岩繊維の合計が７部となるように使用した。単位セメント組成物量３１５ｋｇ／ｍ^３、単位水量１８０ｋｇ／ｍ^３、Ｓ／ａ４１％、スランプ１８±２．５ｃｍのコンクリートを調製した。コンクリートの空気量を測定するとともに、建築構造物としてのスラブや、土木構造物としてのマッシブな壁を造成した際のひび割れ発生状況を確認した。また、ファイバーの飛散状況を観察した。結果を表１に併記する。
なお、収縮低減剤と溶融紡糸した玄武岩繊維を使用しないプレーンコンクリートの空気量が４．５（体積）％となるようにＡＥ剤を使用し、収縮低減剤と溶融紡糸した玄武岩繊維を用いた際にも同様のＡＥ剤を添加して実験した。

＜使用材料＞
セメント：普通ポルトランドセメント、市販品
収縮低減剤Ａ：電気化学工業社製、商品名「エスケーガード」
収縮低減剤Ｂ：フローリック社製、商品名「ヒビガード」
収縮低減剤Ｃ：太平洋セメント社製、商品名「テトラガード」
収縮低減剤Ｄ：竹本油脂社製、商品名「ヒビダン」
溶融紡糸した玄武岩繊維：繊維径１０μｍ、繊維長６ｍｍ、収束タイプ、カナエ社製、商品名「バサルトファイバー」
水：水道水
細骨材：新潟県姫川産、最大粒径５ｍｍ、比重２．６２
粗骨材：新潟県姫川産、最大粒径２５ｍｍ、比重２．６４

＜測定方法＞
ひび割れ発生状況の確認：建築構造物として、縦５ｍ×横５ｍ×厚さ１０ｃｍでスラブコンクリートを打設し、６ヵ月後にひび割れの発生状況を観察した。また、マスコンクリート（土木構造物）として、高さ２ｍ×長さ１０ｍ×厚さ６０ｃｍの壁を造成し、1ヵ月後にひび割れの発生状況を観察した。ひび割れが複数発生した場合は×、ひび割れが1本発生した場合は△、ひび割れが認められない場合は○。
ファイバー飛散状況の観察：セメントと収縮低減剤とファイバーを混合してセメント組成物を調製するとき、ファイバーが空気中に舞うようであれば飛散ありとし、そうでない場合を飛散なしとした。
空気量：ＪＩＳ Ａ １１２８に準拠

表１から、本発明に依れば、コンクリートのひび割れの発生は無く、繊維の飛散もないことが分かる。

収縮低減剤Ｂを使用し、繊維の種類と配合割合を表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。
なお、比較のために、溶融紡糸した玄武岩繊維の代わりにビニロン繊維を用いて同様に行った。結果を表２に併記する。
＜使用材料＞
ビニロン繊維：繊維径１４μｍ、繊維長６ｍｍ、収束タイプ、クラレ社製、商品名「ＲＥＣＳ ７」

表２から、本発明に依れば、コンクリートのひび割れの発生は無く、繊維の飛散もないことが分かる。

収縮低減剤Ｂ６０部と溶融紡糸した玄武岩繊維４０部の配合割合とし、セメント組成物１００部中、収縮低減剤と溶融紡糸した玄武岩繊維の合計の使用量を表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。

表３から、本発明に依れば、コンクリートのひび割れの発生は無く、繊維の飛散もないことが分かる。

本発明のセメント混和材及びセメント組成物は、建築、土木分野の種々のコンクリート構造物において、優れたひび割れ低減効果を発揮し、しかも、使用した繊維の飛散防止が図れ、さらに、収縮低減剤による空気量の増加現象を起こさない等の効果を奏するので、土木、建築用途に広範に利用できる。

Claims (3)

1. 収縮低減剤と、溶融紡糸した繊維径が７〜２０μｍ、繊維長が５〜１０ｍｍである収束タイプの玄武岩繊維とを含有してなり、収縮低減剤と溶融紡糸した玄武岩繊維の合計１００部中、収縮低減剤２０〜８０部、溶融紡糸した玄武岩繊維２０〜８０部であるセメント混和材。
2. セメントと請求項１記載のセメント混和材とを含有するセメント組成物。
3. 請求項２記載のセメント組成物を使用して作製したコンクリート。