JP7392946B2 - コンクリート組成物 - Google Patents
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Description
また、セメントクリンカーを骨材として使用したコンクリートは、発熱量が増加するという課題が存在することを本発明者らは新たに見出した。発熱量の増加は、大断面の部材として用いられるコンクリートの劣化の一つである温度ひび割れの原因となり、コンクリート構造物の機能の低下や、耐久性の低下を招来する。そこで、混合セメント・混合材の使用や、単位セメント量の低下、材料温度の低下等によってコンクリート温度を低下させることが考えられるが、単位セメント量等の低下には、高性能な化学混和剤が必要となるため、コスト上昇や品質管理の煩雑さが避けられない。
本発明の課題は、硬化体の強度低下及び発熱量増加を同時に抑制し得るモルタル組成物又はコンクリート組成物を提供することにある。
〔1〕ポルトランドセメント及びエコセメントから選択される1以上のセメントと、骨材とを含有するモルタル組成物又はコンクリート組成物であって、
セメントとともにポゾランを含有させ、該ポゾランの含有量がセメント及びポゾランの総量に対して2.5~60質量%であり、
骨材の一部又は全部としてセメントクリンカーを含み、該セメントクリンカーの含有量が骨材及びセメントクリンカーの総量に対して10~100体積%であり、かつ
ポゾランの含有量と、セメントクリンカーの含有量とが下記式(1);
0.32x-1.5≦y≦0.5x+10 (1)
〔式中、xは骨材及びセメントクリンカーの総量に対するセメントクリンカーの含有量(体積%)を示し、yはセメント及びポゾランの総量に対するポゾランの含有量(質量%)を示す。〕
の関係を満たす、モルタル組成物又はコンクリート組成物。
〔2〕ポルトランドセメントが普通ポルトランドセメントである、前記〔1〕記載のモルタル組成物又はコンクリート組成物。
〔3〕ポゾランがフライアッシュである、前記〔1〕又は〔2〕記載のモルタル組成物又はコンクリート組成物。
〔4〕ポルトランドセメント及びエコセメントから選択される1以上のセメントと、骨材とを含有するモルタル又はコンクリートにおいて、
セメントとともにポゾランを含有させ、該ポゾランの含有量をセメント及びポゾランの総量に対して2.5~60質量%とし、
骨材の一部又は全部をセメントクリンカーに置換して該セメントクリンカーの含有量を骨材及びセメントクリンカーの総量に対して10~100質量%とし、
ポゾランの含有量と、セメントクリンカーの含有量とを下記式(1);
0.32x-1.5≦y≦0.5x+10 (1)
〔式中、xは骨材及びセメントクリンカーの総量に対するセメントクリンカーの含有量(体積%)を示し、yはセメント及びポゾランの総量に対するポゾランの含有量(質量%)を示す。〕
の関係を満たすように調整する、モルタル又はコンクリートの強度低下及び発熱量増加の抑制方法。
〔モルタル組成物又はコンクリート組成物〕
本発明のモルタル組成物又はコンクリート組成物は、セメントとともにポゾランを含有させ、骨材の一部又は全部をセメントクリンカーに置換したうえで、ポゾランの含有量及びセメントクリンカーの含有量が一定の関係を満たすように制御することを特徴とするものである。
ここで、本発明のモルタル組成物又はコンクリート組成物において、セメント及びポゾランは「結合材」として機能し、骨材及びセメントクリンカーは「骨材」として機能する。以下の説明において、セメント及びポゾランの総称として「結合材」を使用する。
セメントとして、ポルトランドセメント及びエコセメントから選択される1以上を含有する。即ち、ポルトランドセメント及びエコセメントは、それぞれ単独で用いても、併用してもよい。
ポルトランドセメントとしては、例えば、JIS R 5210に規定されるポルトランドセメントが挙げられる。具体的には、普通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、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、耐硫酸塩ポルトランドセメント、白色ポルトランドセメントを挙げることができる。ポルトランドセメントは、1種又は2種以上用いることができる。
また、エコセメントとしては、 JIS R 5214に規定されるエコセメントが挙げられる。具体的には、普通エコセメント、速硬エコセメントを挙げることができる。エコセメントは、1種又は2種以上用いることができる。
中でも、本発明の効果を享受しやすい点で、普通ポルトランドセメントが好ましい。
本発明においては、結合材としてセメントとともにポゾランを含有させる。ここで、本明細書において「ポゾラン」とは、それ自体は水硬性を持たないが、セメントの水和反応によって生成する水酸化カルシウムと反応してカルシウムシリケート系水和物を生成する物質をいう。セメントをポゾランと共存させると、上記したポゾラン反応が長期間継続するため、硬化体の強度を十分に発現することができる。
天然ポゾランとしては、例えば、火山灰、珪藻土、オパール質シリカ、麦飯石、珪化木粉末、カオリン鉱物の未焼成物、天然ゼオライト、パイロフェライト、シラス、白土が挙げられる。
人工ポゾランとしては、例えば、フライアッシュ、シリカフューム、メタカオリン等の粘土鉱物の焼成物、人工ゼオライト、もみ殻灰や藁焼成灰等のイネ科植物に代表されるケイ酸植物(ケイ素集積植物)の焼成灰、シリカダスト、シリカゾル、沈降シリカ、パルプスラッジ焼却灰、下水汚泥焼却灰、廃ガラス粉末を挙げることができる。
中でも、人工ポゾランが好ましく、フライアッシュが更に好ましい。なお、フライアッシュとしては、例えば、「JIS A 6201(コンクリート用フライアッシュ)」に規定されるI種、II種、III種及びIV種を適宜選択して使用することができるが、中でも、硬化体の強度発現性や混和剤の使用量の観点から、フライアッシュI種もしくはII種が好ましい。
ポゾランの「JIS A 6201:2015(コンクリート用フライアッシュ)」に規定される28日活性度指数は、硬化体の強度低下及び発熱量の増加を抑制する観点から70~100%が好ましく、75~90%がより好ましく、80~90質量%が更に好ましい。
骨材としては、粗骨材、細骨材を挙げることができる。ここで、本明細書において「粗骨材、細骨材」とは、JIS A 0203:2014に定義される粗骨材、細骨材を意味する。即ち、「粗骨材」とは、5mm網ふるいに質量で85%以上とどまる骨材をいい、また「細骨材」とは、10mm網ふるいを全部通過し、5mm網ふるいを質量で85%以上通過する骨材をいう。
本発明においては、骨材の一部又は全部をセメントクリンカーに置換する。ここで、本明細書において「セメントクリンカー」とは、CaO原料、Al2O3原料、Fe2O3原料及びSiO2原料を粉砕して混合し、ロータリーキルン等で焼成して得られるものであり、普通ポルトランドセメントクリンカー、早強ポルトランドセメントクリンカー、低熱ポルトランドセメントクリンカー、中庸熱ポルトランドセメントクリンカー、エコセメントクリンカー等が挙げられる。
セメントクリンカーは、いずれも鉱物として、3CaO・SiO2(C3S)や2CaO・SiO2(C2S)で表されるカルシウムシリケート、4CaO・Al2O3・Fe2O3(C4AF)で表されるカルシウムアルミノフェライト、3CaO・Al2O3(C3A)で表されるカルシウムアルミネートを含有する。なお、各鉱物の含有率はJIS R 5202又はJIS R 5204による化学分析の結果から、ボーグ式や粉末X線回折(XRD)リートベルト解析によって求めることができる。
0.35x-1.5≦y≦0.4x+6 (3)
また、上記式(3)の関係を満たすときは、セメント及びポゾランの総量に対するポゾランの含有量は、5~45質量%が好ましく、10~40質量%が更に好ましく、また骨材及びセメントクリンカーの総量に対するセメントクリンカーの含有量は、15~80体積%が好ましく、20~70体積%が更に好ましい。
このような含有量とすることで、硬化時における発熱量を十分に抑制し、強度発現性がより一層優れたものとなる。
水としては、例えば、JIS A 5303付属書Cに規定される上水道水、該上水道水以外の水(例えば、河川水、湖沼水、井戸水、地下水、工業用水)を挙げることができる。
モルタル又はコンクリートの強度低下及び発熱量増加の抑制方法は、セメントとともにポゾランを含有させ、骨材の一部又は全部をセメントクリンカーに置換したうえで、ポゾランの含有量及びセメントクリンカーの含有量が上記式(1)に示す関係を満たすように調整するものである。なお、セメント、ポゾラン、骨材及びセメントクリンカーの具体的構成は、上記において説明したとおりである。また、ポゾランの含有量及びセメントクリンカーの含有量の好適な態様、両含有量の好適な関係式についても、上記において説明したとおりである。
例えば、水/結合材の質量比を0.5としたモルタルの圧縮強度を、材齢28日において、好ましくは60N/mm2以上、より好ましくは70N/mm2以上、更に好ましくは80N/mm2以上とすることができる。
また、水/結合材の質量比を0.5としたモルタルの曲げ強度を、材齢28日において、好ましくは10N/mm2以上、より好ましくは11N/mm2以上、更に好ましくは12N/mm2以上とすることができる。
なお、圧縮強度及び曲げ強度は、「JIS R 5201 セメントの物理試験方法」に準拠して測定することができる。
更に、水/結合材の質量比を0.5としたときに、材齢7日までのモルタルの温度の上昇を、好ましくは50℃以下、より好ましくは48℃以下、更に好ましくは46℃以下に抑えることができる。
<使用材料>
(1)結合材
i)普通ポルトランドセメント(密度:3.15g/cm3、ブレーン比表面積3130cm2/g)
ii)フライアッシュ(密度:2.37g/cm3、ブレーン比表面積5190cm2/g、28日活性度指数85)
(2)細骨材
i)普通ポルトランドセメントクリンカー砂(絶乾密度:2.49g/cm3、表乾密度:2.50g/cm3、吸水率:0.54%)
ii)石灰石砕砂武甲産(絶乾密度:2.58g/cm3、表乾密度:2.63g/cm3、吸水率:1.95%)
(3)水 :上水道水
ミキサに、普通ポルトランドセメントと、石灰石砕砂を、骨材と結合材との質量比(骨材/結合材の質量比)が2.25となる割合で入れたこと以外は、「JIS R 5201 セメントの物理試験方法」に準拠し、モルタル組成物を製造した。
普通ポルトランドセメントの一部を、該ポルトランドセメントに対して15質量%のフライアッシュに置換したこと以外は、比較例1と同様の操作により、モルタル組成物を製造した。
普通ポルトランドセメントの一部を、該ポルトランドセメントに対して30質量%のフライアッシュに置換したこと以外は、比較例1と同様の操作により、モルタル組成物を製造した。
石灰石砕砂の一部を、該石灰石砕砂に対して50体積%の普通ポルトランドセメントクリンカー砂に置換したこと以外は、比較例1と同様の操作により、モルタル組成物を製造した。
石灰石砕砂の一部を、該石灰石砕砂に対して50体積%の普通ポルトランドセメントクリンカー砂に置換し、普通ポルトランドセメントの一部を、該ポルトランドセメントに対して15質量%のフライアッシュに置換したこと以外は、比較例1と同様の操作により、モルタル組成物を製造した。
石灰石砕砂の一部を、該石灰石砕砂に対して50体積%の普通ポルトランドセメントクリンカー砂に置換し、普通ポルトランドセメントの一部を、該ポルトランドセメントに対して30質量%のフライアッシュに置換したこと以外は、比較例1と同様の操作により、モルタル組成物を製造した。
石灰石砕砂を全て(100体積%)普通ポルトランドセメントクリンカー砂に置換したこと以外は、比較例1と同様の操作により、モルタル組成物を製造した。
石灰石砕砂を全て(100体積%)普通ポルトランドセメントクリンカー砂に置換し、普通ポルトランドセメントの一部を、該ポルトランドセメントに対して15質量%のフライアッシュに置換したこと以外は、比較例1と同様の操作により、モルタル組成物を製造した。
石灰石砕砂を全て(100体積%)普通ポルトランドセメントクリンカー砂に置換し、普通ポルトランドセメントの一部を、該ポルトランドセメントに対して30質量%のフライアッシュに置換したこと以外は、比較例1と同様の操作により、モルタル組成物を製造した。
実施例1~3及び比較例1~6のモルタル組成物を、40mm×40mm×160mmの型枠内に流し込み、材齢1日でモルタルを脱型した後、材齢28日まで水中養生を行い、圧縮強度試験及び曲げ強度試験を行った。なお、圧縮強度試験及び曲げ強度試験は、「JIS R 5201 セメントの物理試験方法」に準拠し、材齢1日、3日、7日及び28日の各時点におけるモルタルの圧縮強度及び曲げ強度試験を測定した。その結果を表5に示す。
実施例1~3及び比較例1~6のモルタル組成物を、20℃環境下で130mm×124mm×196mmの型枠内に流し込み、厚さ25mmの発砲スチロールで全面を覆い、熱電対を型枠内の中央部に埋め込み、材齢7日までモルタルの温度を計測した。材齢7日までのモルタルの最高温度を表5に示す。なお、いずれの水準も材齢7日で温度は低下中であることを確認した。
Claims (4)
- ポルトランドセメント及びエコセメントから選択される1以上のセメントと、骨材とを含有するモルタル組成物又はコンクリート組成物であって、
セメントとともにポゾランを含有させ、該ポゾランの含有量がセメント及びポゾランの総量に対して2.5~60質量%であり、
骨材の一部又は全部としてセメントクリンカーを含み、該セメントクリンカーの含有量が骨材及びセメントクリンカーの総量に対して50~100体積%であり、かつ
ポゾランの含有量と、セメントクリンカーの含有量とが下記式(1);
0.32x-1.5≦y≦0.5x+10 (1)
〔式中、xは骨材及びセメントクリンカーの総量に対するセメントクリンカーの含有量(体積%)を示し、yはセメント及びポゾランの総量に対するポゾランの含有量(質量%)を示す。〕
の関係を満たす、モルタル組成物又はコンクリート組成物。 - ポルトランドセメントが普通ポルトランドセメントである、請求項1記載のモルタル組成物又はコンクリート組成物。
- ポゾランがフライアッシュである、請求項1又は2記載のモルタル組成物又はコンクリート組成物。
- ポルトランドセメント及びエコセメントから選択される1以上のセメントと、骨材とを含有するモルタル又はコンクリートにおいて、
セメントとともにポゾランを含有させ、該ポゾランの含有量をセメント及びポゾランの総量に対して2.5~60質量%とし、
骨材の一部又は全部をセメントクリンカーに置換して該セメントクリンカーの含有量を骨材及びセメントクリンカーの総量に対して50~100体積%とし、
ポゾランの含有量と、セメントクリンカーの含有量とを下記式(1);
0.32x-1.5≦y≦0.5x+10 (1)
〔式中、xは骨材及びセメントクリンカーの総量に対するセメントクリンカーの含有量(体積%)を示し、yはセメント及びポゾランの総量に対するポゾランの含有量(質量%)を示す。〕
の関係を満たすように調整する、モルタル又はコンクリートの強度低下及び発熱量増加の抑制方法。
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