JP7178767B2 - セメント組成物、及び、モルタル又はコンクリートの表面の黒色化防止方法 - Google Patents

Description

本発明は、セメント組成物、及び、モルタル又はコンクリートの表面の黒色化防止方法に関する。

フライアッシュは、火力発電所等の微粉炭ボイラーの燃焼排ガスから回収された、非晶質の二酸化けい素を主成分とする球状の微粒子である。フライアッシュを用いることでモルタル又はコンクリート（以下、コンクリート等と略すことがある。）のワーカビリティーを改善することができる。また、フライアッシュは高いポゾラン活性を有するため、セメントの水和によって生じた水酸化カルシウムと反応（ポゾラン反応）して緻密な硬化体組織を形成することができる。
このように、フライアッシュは、コンクリート等の材料として非常に有用であるため、ＪＩＳ規格化されている（「ＪＩＳ Ａ ６２０１（コンクリート用フライアッシュ）」）。
また、フライアッシュが特定量使用されたフライアッシュセメント等は「国等による環境物品等の調達の推進等に関する法律」（いわゆるグリーン購入法）の特定調達品目に指定されている。

しかし、一般財団法人石炭エネルギーセンターの石炭灰全国実態調査報告書によれば、平成２５年度（２０１３年）に国内で発生した石炭灰のうち、セメント混合材やコンクリート混和材として有効利用されたフライアッシュの量は、約１８万トンである。該量は石炭灰発生量全体の約１．４％に過ぎない。この理由の一つに、フライアッシュ中に残存する未燃炭素と推定される黒色異物により、フライアッシュを含むコンクリート等の表面が黒色化し、美観が損なわれることが挙げられる。特に、コンクリート等が黒色度の大きい（ハンターＬａｂ表色系におけるＬ値の小さい）フライアッシュを多く含む場合、コンクリート等の表面の黒色化は起こりやすい。

フライアッシュ中に残存する未燃炭素量の指標として、「ＪＩＳ Ａ ６２０１（コンクリート用フライアッシュ）」では、強熱減量が定められている。しかし、フライアッシュの強熱減量には、フライアッシュに含まれる水和物からの脱水や、炭酸塩が分解して生じる炭酸ガス等の揮発による減量も含まれるため、フライアッシュの強熱減量と未燃炭素量は一致するものではない。また、フライアッシュの強熱減量とコンクリート等の表面の黒色化の程度には、明確な相関関係がない。このため、フライアッシュの強熱減量は、フライアッシュを含むコンクリート等の表面の黒色化の程度を予測し、黒色化を防止するための指標としては不十分である。
フライアッシュの添加による製品の色彩の変動を防ぐためにフライアッシュの選別を行う方法として、特許文献１には、フライアッシュを充填材として使用するに当たって、フライアッシュをＪＩＳ Ｚ ８７２２「色の測定方法－反射及び透過物体色」により測定し、ＪＩＳ Ｚ ８７２１「色の表示方法－三属性による表示」により定められる色の表示値を用いてフライアッシュの選別、及び／又は充填量の設定をすることを特徴とするフライアッシュの充填方法が記載されている。

特開平１０－５９７５５号公報

本発明の目的は、黒色度の大きいフライアッシュを含むにもかかわらず、硬化後の表面の黒色化を防止できるセメント組成物、及び、該セメント組成物を用いたモルタル又はコンクリートの表面の黒色化防止方法を提供することである。

本発明者は、上記課題を解決するために鋭意検討した結果、ハンターＬａｂ表色系におけるＬ値が４７未満であるフライアッシュ、ポルトランドセメント、骨材、特定の混和剤及び水を含み、かつ、消泡剤を含まないセメント組成物によれば、上記目的を達成できることを見出し、本発明を完成した。

すなわち、本発明は、以下の［１］～［４］を提供するものである。
［１］ ハンターＬａｂ表色系におけるＬ値が４７未満であるフライアッシュ、ポルトランドセメント、骨材、混和剤及び水を含み、かつ、消泡剤を含まないセメント組成物であって、上記混和剤は、減水剤、ＡＥ減水剤、高性能減水剤、及び高性能ＡＥ減水剤から選ばれる１種以上、及び、上記セメント組成物中の空気量が３～１２体積％になる量のＡＥ剤を含むことを特徴とするセメント組成物。
［２］ 上記フライアッシュ及び上記ポルトランドセメントの合計量１００質量％中、上記フライアッシュの割合が３０質量％以下である前記［１］に記載のセメント組成物。
［３］ 前記［１］又は［２］に記載のセメント組成物からなるモルタル又はコンクリートの表面の黒色化防止方法であって、複数の種類のフライアッシュから、ハンターＬａｂ表色系におけるＬ値が４７未満であるフライアッシュを選択し、該選択されたフライアッシュを、上記セメント組成物の材料として用いることを特徴とするモルタル又はコンクリートの表面の黒色化防止方法。
［４］ 上記選択されたフライアッシュと、上記ポルトランドセメントを混合して、フライアッシュ混合セメントを調製し、該フライアッシュ混合セメントを、上記セメント組成物の材料として用いる前記［３］に記載のモルタル又はコンクリートの表面の黒色化防止方法。

本発明のセメント組成物によれば、黒色度の大きい（ハンターＬａｂ表色系におけるＬ値が４７未満である）フライアッシュを多く含む場合（例えば、フライアッシュ及びポルトランドセメントの合計量１００質量％中、１０～３０質量％）であっても、モルタル又はコンクリートの表面の黒色化を防止することができる。

本発明のセメント組成物は、ハンターＬａｂ表色系におけるＬ値が４７未満であるフライアッシュ、ポルトランドセメント、骨材、混和剤及び水を含み、かつ、消泡剤を含まないセメント組成物であって、混和剤は、減水剤、ＡＥ減水剤、高性能減水剤、及び高性能ＡＥ減水剤から選ばれる１種以上、及び、上記セメント組成物中の空気量が３～１２体積％になる量のＡＥ剤を含むものである。
本明細書中、「セメント組成物」は、硬化前のセメント組成物と硬化後のセメント組成物を含む。また、「モルタル又はコンクリート」は、硬化後のモルタル又はコンクリートを意味する。

本発明で用いるフライアッシュとしては、特に限定されず、例えば、「ＪＩＳ Ａ ６２０１（コンクリート用フライアッシュ）」に規定するフライアッシュＩ種、ＩＩ種、ＩＩＩ種及びＩＶ種等が挙げられる。
本発明で用いるフライアッシュのハンターＬａｂ表色系におけるＬ値は４７未満、好ましくは４５以下、より好ましくは４３以下、さらに好ましくは４１以下、さらに好ましくは３８以下、さらに好ましくは３５以下、さらに好ましくは３２以下、特に好ましくは２９以下である。該Ｌ値が４７以上である場合、コンクリート等の空気量を調整しなくても表面の黒色化を防止することが可能であるため本発明の方法を適用する必要性が乏しくなる。
該Ｌ値の下限は、好ましくは２０以上、より好ましくは２３以上、特に好ましくは２５以上である。該Ｌ値が２０以上であれば、表面の黒色化をより防止することができる。
本発明では、上記フライアッシュは、例えば、複数の種類のフライアッシュの各々について、ハンターＬａｂ表色系におけるＬ値を測定して、該Ｌ値が４７未満であるフライアッシュを選択して用いる。なお、ハンターＬａｂ表色系におけるＬ値の測定をしなくても、目視等によって該Ｌ値が４７未満であることが判別できる場合には、Ｌ値の測定をせずにフライアッシュを選択してもよい。

本発明で用いるポルトランドセメントとしては、特に限定されず、例えば、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、低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等から選ばれる１種以上が挙げられる。
なお、本発明において、フライアッシュ及びポルトランドセメントとして、「ＪＩＳ Ｒ ５２１０（ポルトランドセメント）」に規定する少量混合成分としてのフライアッシュ（ただし、ハンターＬａｂ表色系におけるＬ値が４７未満であるフライアッシュを選択して用いたもの）を含むポルトランドセメントを用いてもよい。
また、本発明において、フライアッシュ及びポルトランドセメントとして「ＪＩＳ Ｒ ５２１３（フライアッシュセメント）」に規定するフライアッシュセメント（ただし、ハンターＬａｂ表色系におけるＬ値が４７未満であるフライアッシュを選択して用いたもの）を用いてもよい。

上記フライアッシュ及びポルトランドセメントの合計量１００質量％中、上記フライアッシュの割合は、好ましくは３０質量％以下、より好ましくは２８質量％以下、さらに好ましくは２６質量％以下である。該割合が３０質量％以下であれば、コンクリート等の表面の黒色化をより防止することができる。また、フライアッシュの利用促進の観点から、該割合は、好ましくは１質量％以上、より好ましくは５質量％以上、さらに好ましくは８質量％以上、さらに好ましくは１０質量％以上、さらに好ましくは１５質量％以上、さらに好ましくは２０質量％以上、特に好ましくは２２質量％以上である。
なお、本発明において、フライアッシュ及びポルトランドセメントとして、例えば、「ＪＩＳ Ｒ ５２１０（ポルトランドセメント）」に規定する少量混合成分としてのフライアッシュ（ただし、ハンターＬａｂ表色系におけるＬ値が４７未満であるフライアッシュを選択して用いたもの）を２．５質量％含むポルトランドセメントを用いた場合は、フライアッシュ及びポルトランドセメントの合計量１００質量％中、フライアッシュの割合が２．５質量％であるものとして取り扱う。

本発明で用いる骨材としては、細骨材のみ、または、細骨材と粗骨材の組み合わせが挙げられる。また、天然骨材、人工骨材、再生骨材のいずれも用いることができる。
細骨材としては、特に限定されず、例えば、川砂、山砂、陸砂、海砂、砕砂、珪砂、スラグ細骨材、軽量細骨材、またはこれらの混合物等が挙げられる。
粗骨材としては、特に限定されず、例えば、川砂利、山砂利、陸砂利、海砂利、砕石、スラグ粗骨材、軽量粗骨材、又はこれらの混合物等が挙げられる。
骨材の配合量は特に限定されず、コンクリート等における一般的な配合量であればよい。例えば、骨材の配合量は、フライアッシュとポルトランドセメントの合計量１００質量部に対して、好ましくは１００～７００質量部、より好ましくは１２０～４００質量部である。

本発明で用いる水としては、特に限定されず、水道水、スラッジ水等が挙げられる。
水の配合量は特に限定されず、コンクリート等における一般的な配合量であればよい。例えば、水の配合量は、水と、フライアッシュ及びポルトランドセメントの質量比（水／フライアッシュ及びポルトランドセメント）の値として、好ましくは０．２～０．６となる量である。

本発明で用いる混和剤は、減水剤、ＡＥ減水剤、高性能減水剤、及び高性能ＡＥ減水剤から選ばれる１種以上（以下、「減水剤等」ともいう。）及びＡＥ剤を含むものである。
減水剤等としては、セメントに対する分散作用により、流動性の改善または強度の増大の作用を有するものとして、リグニンスルホン酸系、ナフタレンスルホン酸系、メラミンスルホン酸系、またはポリカルボン酸系の、減水剤、ＡＥ減水剤、高性能減水剤、及び高性能ＡＥ減水剤から選ばれる１種以上が挙げられる。
コンクリート等が減水剤等を含むことにより、フライアッシュの配合量が多くても、モルタル又はコンクリートの表面の黒色化を防止することができる。
減水剤等の配合量は特に限定されず、コンクリート等における一般的な配合量であればよい。例えば、該混和剤の配合量は、フライアッシュ及びポルトランドセメントの合計量１００質量部に対して、好ましくは０．１～５質量部、より好ましくは０．２～４質量部である。該混和剤が液状である場合、該混和剤の固形分は、通常、前記の配合量の１０～５０質量％である。

ＡＥ剤としては、市販のＡＥ剤を用いることができる。ＡＥ剤を用いて硬化前のセメント組成物（モルタル又はコンクリート）の空気量を調整することにより、モルタル又はコンクリートの表面の黒色化を防止することができる。
モルタル又はコンクリートの中のＡＥ剤の配合量は、硬化前のセメント組成物（モルタル又はコンクリート）の空気量が３～１２体積％となる量である。硬化前のセメント組成物（モルタル又はコンクリート）の空気量を上記数値範囲内とすることで、黒色度の大きいフライアッシュの配合量が多くても、黒色化を防止することができる。
ＡＥ剤の好ましい配合量は、モルタルとコンクリートとで多少異なる。
モルタル中のＡＥ剤の配合量は、表面の黒色化の防止効果、強度発現性および耐久性の観点から、硬化前のセメント組成物（上記モルタル）中の空気量が、好ましくは４～１２体積％、より好ましくは４．５～１１体積％、さらに好ましくは５～１０体積％、特に好ましくは６～１０体積％となる量である。
コンクリート中のＡＥ剤の配合量は、表面の黒色化の防止効果、強度発現性および耐久性の観点から、硬化前のセメント組成物（上記コンクリート）中の空気量が、好ましくは３．５～７体積％、より好ましくは４～６．５体積％、特に好ましくは４．５～６体積％となる量である。

本発明において、黒色化を防止する対象となるモルタル又はコンクリートは、消泡剤を含まないものである。黒色化を防止する対象となるモルタル又はコンクリートがフライアッシュを含み、かつ、消泡剤を含む場合、モルタル又はコンクリートの表面の黒色化を防止することが困難となる場合がある。

本発明において、黒色化を防止する対象となるモルタル又はコンクリートは、本発明の目的を阻害しない範囲内で、高炉スラグ微粉末、石灰石粉末、石英粉末、シリカフューム、各種石膏、膨張材、顔料、収縮低減剤および増粘剤等から選ばれる１種以上を含んでいてもよい。

なお、本明細書において、モルタル又はコンクリートの表面の黒色化防止とは、モルタル又はコンクリートの表面の面積１００％中、黒色化した部分の面積の合計の割合を３％以下にできることを意味する。
本発明のモルタル又はコンクリートの表面の黒色化防止方法によれば、モルタル又はコンクリートの表面の面積１００％中、黒色化した部分の面積の合計の割合を３％以下、好ましくは２％以下、より好ましくは１％以下にすることができる。

以下、本発明を実施例により具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
使用材料は、以下に示すとおりである。
（１）フライアッシュ１～１０：フライアッシュの強熱減量（表１中、「ｉｇ．ｌｏｓｓ」と示す。）、ハンターＬａｂ表色系におけるＬ値（表１中、「Ｌ値」と示す。）の詳細は表１に示す。なお、強熱減量は、「ＪＩＳ Ａ ６２０１（コンクリート用フライアッシュ）」に準拠して測定した。また、Ｌ値は、分光色差計（日本電色工業社製、商品名「ＳＥ６０００」）を用いて測定した。
（２）ポルトランドセメント：普通ポルトランドセメント（フライアッシュを含まないもの）、太平洋セメント社製
（３）細骨材：「ＪＩＳ Ｒ ５２０１（セメントの物理試験方法）」に規定する標準砂
（４）減水剤Ａ：リグニンスルホン酸系ＡＥ減水剤、ＢＡＳＦジャパン社製、商品名「マスターポゾリス Ｎｏ．７０」
（５）減水剤Ｂ：ポリカルボン酸系高性能ＡＥ減水剤、ＢＡＳＦジャパン社製、商品名「マスターグレニウム ＳＰ８ＳＶＸ２」
（６）ＡＥ剤：ＢＡＳＦジャパン社製、商品名「マスターエア ３０３Ａ」
（７）水：上水道水

［実施例１］
表１のフライアッシュ１～９の各々について、フライアッシュ、ポルトランドセメント、細骨材、減水剤Ａ、ＡＥ剤、及び水を含むモルタルを作製し、得られたモルタルの表面の黒色化を目視評価した。
フライアッシュの配合割合は、フライアッシュ及びポルトランドセメントの合計量１００質量％中、２５質量％とした。
モルタルの配合は、水と、フライアッシュ及びポルトランドセメントの質量比（水／（フライアッシュ＋ポルトランドセメント））が０．５、細骨材と、フライアッシュ及びポルトランドセメントの質量比（細骨材／（フライアッシュ＋ポルトランドセメント））が２．５とし、減水剤Ａの配合量は、フライアッシュ及びポルトランドセメントの合計量１００質量部に対して０．２５質量部とし、ＡＥ剤の配合量は、硬化前のセメント組成物（モルタル）の空気量が８±２％になる量とした。
混練は、ホバートミキサーを用いて、「ＪＩＳ Ｒ ５２０１（セメントの物理試験方法）」に準拠して行った。混練に際して、減水剤Ａ及びＡＥ剤は、水とともにミキサーに投入した。成形は、「ＪＩＳ Ｒ ５２０１（セメントの物理試験方法）」に準拠して行った。
なお、実施例１において作製したモルタルは、一般的なコンクリートを模擬したもの（一般的なコンクリート中の粗骨材を含まないもの）である。
成形直後のモルタルの表面について目視評価し、（ｉ）表面の黒色化が認められない場合を「○」、（ｉｉ）表面の黒色化が若干認められるものの、表面の黒色化面積（モルタルの表面の面積１００％中、黒色化した部分の面積の合計（％）、以下同様。）の割合が３％以下の場合を「△」、（ｉｉｉ）表面の黒色化が認められ、表面の黒色化面積の割合が３％を超える場合を「×」とした。

［参考例１］
フライアッシュとして、表１のフライアッシュ１０を用いる以外は、実施例１と同様にしてモルタルを作製し、得られたモルタルの表面の黒色化を目視評価した。

［実施例２］
ＡＥ剤の配合量を、硬化前のセメント組成物（モルタル）の空気量が４．０～４．５％となるように調整した以外は、実施例１におけるフライアッシュ１、４、５又は９を用いたモルタルと同様にしてモルタルを成形し、各モルタルの表面の黒色化を目視評価した。

［比較例１］
ＡＥ剤を配合しなかった以外は、実施例１におけるフライアッシュ４または９を用いたモルタルと同様にしてモルタルを成形し、各モルタルの表面の黒色化を目視評価した。なお、硬化前のセメント組成物（モルタル）中の空気量は２．５～２．８％であった。
［参考例２］
ＡＥ剤を配合しなかった以外は、参考例１と同様にしてフライアッシュ１０を用いたモルタルを成形し、該モルタルの表面の黒色化を目視評価した。なお、硬化前のセメント組成物（モルタル）中の空気量は２．６％であった。

［実施例３］
表１のフライアッシュ１～９の各々について、フライアッシュ、ポルトランドセメント、細骨材、減水剤Ｂ、ＡＥ剤、及び水を含むモルタルを成形し、得られたモルタルの表面の黒色化を目視評価した。
フライアッシュの配合割合は、フライアッシュ及びポルトランドセメントの合計量１００質量％中、２５質量％とした。
モルタルの配合は、水と、フライアッシュ及びポルトランドセメントの質量比（水／（フライアッシュ＋ポルトランドセメント））が０．３、細骨材と、フライアッシュ及びポルトランドセメントの質量比（細骨材／（フライアッシュ＋ポルトランドセメント））が１．４とし、減水剤Ｂの配合量は、フライアッシュ及びポルトランドセメントの合計量１００質量部に対して１．２質量部とし、ＡＥ剤の配合量は、硬化前のセメント組成物（モルタル）の空気量が８±２％になる量とした。
混練は、ホバートミキサーを用いて、「ＪＩＳ Ｒ ５２０１（セメントの物理試験方法）」に記載される混練時間よりも２分間長くして行った。混練に際して、減水剤Ｂ及びＡＥ剤は、水とともにミキサーに投入した。成形は、「ＪＩＳ Ｒ ５２０１（セメントの物理試験方法）」に準拠して行った。
なお、実施例３において作製したモルタルは、高強度コンクリートを模擬したもの（高強度コンクリート中の粗骨材を含まないもの）である。
成形直後のモルタルの表面を実施例１と同様に目視評価した。

［参考例３］
フライアッシュとして、表１のフライアッシュ１０を用いる以外は、実施例３と同様にしてモルタルを成形し、得られたモルタルの表面の黒色化を目視評価した。
結果を表１に示す。

実施例１～３から、一般的なコンクリートを模擬したモルタル、及び高強度コンクリートを模擬したモルタルのいずれにおいても、Ｌ値が４７未満である黒色度の大きいフライアッシュをモルタルの材料として使用した場合であっても、モルタルの表面の黒色化を防止できることが分かる。
一方、比較例１から、一般的なコンクリートを模擬したモルタルにおいて、Ｌ値が４７未満の黒色度の大きいフライアッシュをモルタルの材料として使用し、かつ、ＡＥ剤を使用しない（空気量が３～１２％となるように調整しない）場合、モルタルの表面の黒色化を防止できないことが分かる。

Claims (2)

1. ハンターＬａｂ表色系におけるＬ値が２０～２９であるフライアッシュ、ポルトランドセメント、骨材、混和剤及び水を含み、かつ、消泡剤を含まないセメント組成物であって、
   上記混和剤は、ＡＥ減水剤、及び高性能ＡＥ減水剤から選ばれる１種以上、並びに、ＡＥ剤を含み、
   上記セメント組成物がモルタルの場合、該セメント組成物中のＡＥ剤の配合量は、硬化前の該セメント組成物中の空気量が５～１２体積％となる量であり、
   上記セメント組成物がコンクリートの場合、該セメント組成物中のＡＥ剤の配合量は、硬化前の該セメント組成物中の空気量が４．５～６体積％となる量であり、
   上記フライアッシュ及び上記ポルトランドセメントの合計量１００質量％中、上記フライアッシュの割合が２５～３０質量％であるセメント組成物からなるモルタル又はコンクリートの表面の黒色化防止方法であって、
   複数の種類のフライアッシュから、ハンターＬａｂ表色系におけるＬ値が２０～２９であるフライアッシュを選択し、該選択されたフライアッシュを、上記セメント組成物の材料として用いることを特徴とするモルタル又はコンクリートの表面の黒色化防止方法。
2. 上記選択されたフライアッシュと、上記ポルトランドセメントを混合して、フライアッシュ混合セメントを調製し、該フライアッシュ混合セメントを、上記セメント組成物の材料として用いる請求項１に記載のモルタル又はコンクリートの表面の黒色化防止方法。