JP5483336B2

JP5483336B2 - モルタル又はコンクリート用細骨材、及びこれを用いたモルタル、コンクリートの製造方法

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Publication number: JP5483336B2
Application number: JP2010002539A
Authority: JP
Inventors: 克哉河野; 真一黒澤; 亮一高木; 稔吉本
Original assignee: Taiheiyo Cement Corp
Current assignee: Taiheiyo Cement Corp
Priority date: 2010-01-08
Filing date: 2010-01-08
Publication date: 2014-05-07
Anticipated expiration: 2030-01-08
Also published as: JP2011140422A

Description

本発明は、モルタル又はコンクリート用細骨材、及びこれを用いたモルタル、コンクリートの製造方法に関するものである。

従来、モルタル及びコンクリートを製造する際に用いられる骨材のひとつとして、石灰石から製造する骨材、すなわちコンクリート用石灰石骨材が古くから広く用いられている。

コンクリート用石灰石骨材は、砕石、砕砂でありＪＩＳＡ５００５の規定を満たす物理的性能を有する他、一般にアルカリ骨材反応が起こらない骨材とされており、高強度のコンクリートの製造にも対応し得るものである。

そして斯かるコンクリート用石灰石骨材のなかでもコンクリート石灰石細骨材は、一般に製造プラントにて湿式製造によって製造されている。コンクリート石灰石細骨材の湿式製造とは、一般に、石灰石を最大粒径５ｍｍ以下へと破砕した破砕物に凝集剤と水とを入れて、さらにチューブミル等により粉砕・造粒した後、粒径０．１５ｍｍ以下の微粒分を含む分離濁水と粒径０．１５ｍｍを超える石灰石砂すなわち石灰石細骨材とに分離することによりコンクリート用石灰石細骨材を製造するというものである。

そして良質のモルタル、コンクリートを得るため、細骨材の製造方法に関しては上述の湿式製造方法に限らず種々の技術が提案され、その製造工程において、所要の粒度分布を得るための技術や、効率よく不純物を除去するための技術、さらにはより確実に洗浄された細骨材を得るための技術などが提案されている（例えば、特許文献１乃至３参照）。

他方、ある条件下で製造されたコンクリートにおいて、打ち込み後のコンクリートが沈降し、材料分離を起こし、水が表面に浮いてくるブリーディングが発生することが知られている。

そして、このようなブリーディングに関しては、細骨材の一部を冶金スラグ微粒子で置換するなどの手法を採ることが知られている（例えば、特許文献４参照）。

特開２０００−２９００４９号公報特開２００１−４８６１２号公報特開２００２−１２８５５１号公報特開２０００−２４７７１２号公報特開２００９−２３４８４１号公報

更に、特に湿式製造された石灰石細骨材を使用する場合においては、石灰石細骨材は特許文献４に開示されているような、ＳｉＯ₂を主成分とする砕砂に比べて、ブリーディングの発生する可能性が高いことが知られていた。

また、石灰石細骨材に含まれている所定粒径以下の微粒分の量を測定する工程と、石灰石細骨材及び石灰石細骨材に含まれる微粒分の合計量に対する前記石灰石の所定微粒分が所定値となるように、所定粒径以下の石灰石微粒分を含む添加微粒分を添加して、細骨材を製造する方法が知られている（特許文献５）。しかし、本方法では、ブリーディングに対して、一定効果が得られるものの、乾燥収縮が大きくなるという問題が、あらたに浮上してくることを見出した。

そこで、乾燥収縮の防止も可能で、ブリーディングの問題も併せて解消することを新たな課題とした。

本発明は、このような課題を解決するために、粒径０．０７５ｍｍ篩を通過する粒分（以下、微粒分という）で、石灰石を成分とする微粒分の量が、１．０質量％未満であり、ポルトランドセメントと反応しない、ＳｉＯ_２成分を含有する安山岩の微粒分の量が、３〜１２質量％であり、且つ、粒径０．０７５ｍｍ篩を通過しない粒分（以下、粗粒分という）は、石灰石であることを特徴とするモルタル又はコンクリート用細骨材、を提供する。更に、微粒分の量が、３〜９質量％である前記の細骨材、を提供する。

更にまた、細骨材を用いてなるモルタル又はコンクリートの製造方法であって、石灰石原石を粗砕し、更に粉砕した後、粒径０．０７５ｍｍ以下の石灰石微粒分の量を、水洗浄、篩処理、又は、水簸により、１．０質量％未満とした石灰石粒分とし、別に準備した、ＳｉＯ_２成分を含有する安山岩粉末を、粒径０．０７５ｍｍ以下に調製して、前記石灰石粒分と混合して、微粒分量を３〜１２質量％とした細骨材を用いてモルタル、コンクリートとすることを特徴とするモルタル又はコンクリートの製造方法、を提供する。

石灰石砕砂の製造は、以下の通りである。原石を露天採掘し、穿孔，爆砕，積込みを経て，立坑またはプラントまで運搬する。プラントへ搬入した原石は、ジョークラッシャーなどで1次粉砕し、150mm程度に粗砕される。その後、細割りジョークラッシャーやコーンクラッシャーなどで2次・3次の粉砕ならびに分級をおこない、コンクリート用砕石（粗骨材）としての粒度（20〜5mm）に調整される。粒度調整のふるいは、乾式プラントでは分級のみの目的で使用されるが、湿式プラントでは分級とともに水洗浄も兼ねる形で使用される。

砕石を原料として、粒径5mm以下のコンクリート用砕砂（細骨材）を製造し、その際に用いられる製砂機は、一般的なロッドミルなどが使用できる。ロッドミルの運転方式には乾式と湿式があるが、乾式は生産性が低く微粉の発生量が多いため、より一般的な湿式方式が好ましい。

ついで、石灰石砕砂からの微粒分除去は、以下の通りおこなう。砕砂（細骨材）の微粒分の調整には、分級機と同じ機構であるスクリーンウォッシャー、ロッグウォッシャーなどを用いて、微粒分を水洗浄することができる。このような湿式洗浄方法に限らず、ふるい網などを用いて乾式ふるい分けによっても微粒分を除去することも好ましい。

更に、微粒分除去した石灰石砕砂に対する他岩種微粒分の添加は、以下の通りおこなう。石灰石以外の他岩種の微粒分は、本発明のために原石などを微粉砕することで作製できるほか、他岩種の砕石（粗骨材）・砕砂（細骨材）の製造で、ふるい分けや分級の工程で排出された微粉砕物を使用することができる。

石灰石微粒分を除去した石灰石砕砂に対して、これらの他岩種の微粒分を所定量添加し、混合機などによって均一に分散させることで得られる。なお、石灰石微粒分を除去した石灰石砕砂、他岩種の微粒分を別個に準備し、モルタルあるいはコンクリートを製造する際のミキサーにそれぞれを所定の分量で投入することも好ましい。

発明者らは、多くの実験によって、石灰石細骨材を用いた硬化体の材齢７日までの乾燥収縮は、エーライト等の水和進行によることを見出した。エーライト等の急速な水和進行によって、その細孔組織が緻密化し、全体のボリュームが減少するからである。エーライト等の水和進行を遅延化するのが、乾燥収縮を抑制する方策となりうる。

しかし、それには、セメントの初期水和のメカニズムを詳細かつ正確に把握する必要が生じた。０．０７５ｍｍ未満の石灰石微粒分の表面が、材齢７日ごろまでのカルシウムシリケートハイドレートの析出サイトを提供すること、また、石灰石微粉末自身の反応によって、エーライトの表面がカルシウムシリケートハイドレートに被覆されることが少なくなって、この遅延効果が減殺されることを見出した。そこで、エーライトの早期の水和を他の硬化体の特性を減ずることなく、適度に緩和するためには、エーライト等の表面に、カルシウムシリケートハイドレート層を形成させると効果的であることを見出した。

カルシウムシリケートハイドレートは、析出サイトを提供する石灰石微粉末表面に集中する結果、エーライト等の表面には、析出が少なくなる。表面被覆されないエーライトは、水和反応が表面から大きく進行して、組織が緻密化するからである。

ところが、０．０７５ｍｍ未満の石灰石微粒分を除去すると、乾燥収縮は、防ぐことができるが、微粒分を失って、保水効果を保てなくなった結果、ブリーディング率は、増大した。

そこで、更に鋭意検討した結果、カルシウムシリケートの析出サイトを与えにくく、セメントとの反応性に乏しい岩種の微粒分を代替して、ブリーディング率の増大を抑制した。

セメントとの反応性の乏しい岩種として、安山岩、玄武岩、砂岩が好ましい。これらは、表面がカルシウムシリケートハイドレートの析出の場となりにくく、むしろ水酸化カルシウムの析出サイトとなっており、ポーラスな遷移領域を形成する。

微粒分は、３〜１２質量％とすることが好ましい。微粒分が３質量％より少ないと、ブリーディングが増加して水の移動経路が内部欠陥となり、微粒分が１２質量％より多いと、粘性が増加して流動性（フロー値）が低下しはじめることになる。安山岩とした実験例では、ブリーディング、乾燥収縮ともに良好な結果が得られた。また３〜９質量％とすると更に次理由で好ましい。微粒分が９質量％より多いと、ブリーディングの発生量は極めて少なくなり、モルタルやコンクリート打込み面の表面仕上げを必要とする場合のブリーディングまで抑制するからである。また、９質量％よりも多い微粒分は、流動性の低下や乾燥収縮の増加を次第に生じさせ、水酸化カルシウムを多く含むポーラスな遷移領域を形成する傾向にあり、初期の圧縮強度が次第に低下するおそれがあるからである。

他方、粗粒分を安山岩とした実験例では、微粒分を、安山岩、石灰石のいずれとしても、ブリーディングでは、好結果の得られた実験例でも、乾燥収縮が大きく、満足すべき結果は得られなかった。これは、粗粒分の場合、微粒分とは異なって比表面積が大きいため、セメントとの反応性が低く、そのほとんどは収縮変形に対する物理的な拘束物として機能することになる。その際に安山岩は、石灰石よりも弾性係数が低いため、収縮を拘束・低減する効果が小さくなる。これに対して、石灰石を粗粒分として用いた場合には、その高い弾性係数のために収縮変形を拘束し、収縮を低減する効果を十分に発揮できることになる。

上記細骨材を採用すると、乾燥収縮の防止も可能で、寸法精度を向上させ、ブリーディング問題も同時に解決し、沈降ひび割れを回避したモルタル及びコンクリートを製造することが可能となる。

特に本発明に係るモルタル及びコンクリートの製造方法は、特に乾燥収縮の大きかった石灰石骨材の寸法精度の問題を解決して、ブリーディングを起こし易いとされていた湿式製造により製造された石灰石を主とする細骨材を使用して、ブリーディングの低減したモルタル、コンクリートを製造することができる。

石灰石細骨材を使用するモルタル又はコンクリート材料に対して、本発明の細骨材を適用することで、乾燥収縮の小さくて寸法精度の高い、ブリーディングに起因する沈降ひび割れを有効に回避した、耐久性の高いモルタル及びコンクリートを容易に製造することが可能となる。

実験例に係る乾燥収縮ひずみの乾燥期間（日）変化を示す図である。

以下、本発明の実施形態について説明する。

以下に本発明に係る実施例を示すが、本発明は斯かる実施例に何ら限定されるものではない。

石灰石原石は、石灰石鉱山にて露天採掘し、穿孔，爆砕，積込みを経て，立坑またはプラントまで運搬した。プラントへ搬入した原石は、ジョークラッシャーで、150mm程度に粗砕した。その後、細割りジョークラッシャーで、さらに粉砕ならびに分級し、コンクリート用砕石（粗骨材）としての粒度（20〜5mm）に調整した。

粒度調整のふるいは、湿式プラントでは分級とともに水洗浄も兼ねる形で使用した。砕石を原料として粒径5mm以下のコンクリート用砕砂（細骨材）を製造し、その際に用いられる製砂機は、ロッドミルを使用した。ロッドミルの運転方式には、生産性が高く微粉の発生量が少ない湿式を採用した。

砕砂（細骨材）の微粒分の調整には、分級機と同じ機構であるスクリーンウォシャーを用いて、微粒分を水洗浄によって、石灰石砕砂から微粒分を除去した。

ついで、石灰石以外の他岩種の微粒分は、他岩種の砕石（粗骨材）・砕砂（細骨材）の製造で、ふるい分けや分級の工程で排出された微粉砕物を使用して、石灰石微粒分を除去した石灰石砕砂に対して、これらの他岩種の微粒分を所定量添加し、混合機（ミキサー）で均一に分散して製造した。

このように製造された本発明に係る砕砂は、モルタルもしくはコンクリート用の細骨材として用いることができるものである。モルタルの細骨材として用いた実験例は、水、セメント、細骨材および混和剤をモルタル用ミキサーに投入して３分間練り混ぜ、各種の評価試験に供したものである。

ここで、使用材料は、
水（Ｗ）：水道水
セメント（Ｃ）：普通ポルトランドセメント（太平洋セメント社製、密度３．１６ｇ/ｃｍ３）
混和剤（ＳＰ）：高性能減水剤レオポルドＳＰ８ＳＶ（ＢＡＳＦポゾリス社製）を使用した。
細骨材（Ｓ）は、上記製造方法に拠った。

配合は、Ｗ／Ｃ＝５０．０％、空気量：５．０体積％、W=２６２Kg／ｍ３、C＝５２４Kg／ｍ３、S=５２２ｌ／ｍ３、SP=C×１．１％とした。

表１には、０．０７５ｍｍ以上の粗粒分を石灰石或いは安山岩とし、０．０７５ｍｍ全通の微粒分（微粒分）を安山岩或いは石灰石とした細骨材について、微粒分の質量を変化させて得られた細骨材の微粒分量（質量％）、密度（ｇ／ｃｍ³）を示した。略号のＬＡ０９は、石灰石粗粉（Ｌ）、安山岩微粒分（Ａ）で、微粒分（0.075ｍｍ全通分）約９％の構成であることを示している。

表２には、上記実験試料につき、そのフロー値、ブリーディング率、乾燥収縮、圧縮強度を測定した結果を示した。

フロー値は、JISR５２０１に準拠した。空気量は、JISA１１２８、ブリーディング率は、土木学会規準JSCE−F５２２−１９９９、圧縮強度は、５φ×１０ｃｍの試験片をもちいたJISA１１０８、乾燥収縮は、JISA１１２９−２に準拠した。

評価基準を、
フロー値 ○：１８０ｍｍ以上、△：１６０〜１８０ｍｍ、×：１６０ｍｍ未満
ブリーディング率 ○：３％未満、×：３％以上
乾燥収縮 ○：８００×１０⁻⁶未満、△：800×１０^-6以上１０００×１０⁻⁶未満、×：１０００×１０⁻⁶以上とすると、表２の特性値の結果は、表３のように表現できる。

０．０７５ｍｍ未満の石灰石微粒分を除いた実験例６は、乾燥収縮が、表中の実験例中最小である。しかし、ブリーディング率は、最大となった。

図１には、実験番号２、５、８、１１に対応する試験片の乾燥収縮ひずみの乾燥期間（日）変化を示した。実験番号２のみ、満足すべき結果が得られた。

結果を総合して、微粒分を３〜１２質量％の安山岩とした実験例１から３では、ブリーディング、乾燥収縮ともに良好な結果が得られた。他方、粗粒分を安山岩とした実験例では、微粒分を、安山岩、石灰石のいずれとしても、ブリーディングでは、好結果の得られた実験例でも、乾燥収縮が大きく、満足すべき結果は得られなかった。

特に本発明に係るモルタル及びコンクリートの製造方法は、特に乾燥収縮の大きかった石灰石骨材の寸法精度の問題を解決して、ブリーディングを起こし易いとされていた湿式製造により製造された石灰石を主とする細骨材を使用して、ブリーディングの低減したモルタル、コンクリートを製造することができる。ブリーディングに起因する沈降ひび割れを有効に回避した、耐久性の高いモルタル及びコンクリートを容易に製造することが可能となる。

Claims

粒径０．０７５ｍｍ篩を通過する粒分（以下、微粒分という）で、石灰石を成分とする微粒分の量が、１．０質量％未満であり、ポルトランドセメントと反応しない、ＳｉＯ_２成分を含有する安山岩の微粒分の量が、３〜１２質量％であり、且つ、粒径０．０７５ｍｍ篩を通過しない粒分（以下、粗粒分という）は、石灰石であることを特徴とするモルタル又はコンクリート用細骨材。
微粒分の量が、３〜９質量％である請求項１記載の細骨材。
細骨材を用いてなるモルタル又はコンクリートの製造方法であって、
石灰石原石を粗砕し、更に粉砕した後、粒径０．０７５ｍｍ以下の石灰石微粒分の量を、水洗浄、篩処理、又は、水簸により、１．０質量％未満とした石灰石粒分とし、
別に準備した、ＳｉＯ_２成分を含有する安山岩粉末を、粒径０．０７５ｍｍ以下に調製して、前記石灰石粒分と混合して、微粒分量を３〜１２質量％とした細骨材を用いてモルタル、コンクリートとすることを特徴とするモルタル又はコンクリートの製造方法。