JPH0674180B2

JPH0674180B2 - 超軽量セメント硬化体およびその製造方法

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Publication number: JPH0674180B2
Application number: JP61079520A
Authority: JP
Inventors: 明夫篠崎; 憲一内藤; 忠彦鈴木; 正俊中西; 選男庄川
Original assignee: Shimizu Corp
Current assignee: Shimizu Corp
Priority date: 1986-04-07
Filing date: 1986-04-07
Publication date: 1994-09-21
Anticipated expiration: 2009-09-21
Also published as: JPS62235277A

Description

【発明の詳細な説明】「産業上の利用分野」この発明は、建造物等の内外壁材や間仕切壁などとして
好適に用いられる超軽量でかつ機械的強度に優れた超軽
量セメント硬化体およびその製造方法に関する。

「従来技術とその問題点」一般に、建造物等の内外壁材や間仕切壁などの建材とし
ては、軽量でかつ機械的強度に優れた軽量コンクリート
などが提供されている。このような軽量コンクリートに
は、コンクリート中に火山砂利、膨張スラグおよび炭殻
などの軽量骨材を混練してなる軽量骨材コンクリートと
コンクリート中に気泡を含有してなる気泡コンクリート
とがある。

しかしながら、前者の軽量骨材コンクリートにあって
は、建造物等の構造体としての機械的強度に優れている
ものの、比較的比重が1.3〜２と大きく、そのため軽く
する目的で骨材の添加量を多くすると相対的にセメント
量が減少して機械的強度が低下する問題があった。

また、後者の気泡コンクリートにあっては、内部に多量
の気泡を保持しているため、超軽量（比重0.5〜1.3）で
かつ断熱効果に富むものの、内部の気泡中に水分を保持
し易く、そのため吸水性が大きくなることから、乾燥収
縮量が増大し、よって品質安定性に欠けるとともに、特
に混練時にスランプ変化が大きくなり施工法が悪化する
問題があった。また、この気泡コンクリートにあって
は、内部に保持する水分量が多いことから凍害も被り易
くなり、よって機械的特性の低下も招く問題もあった。

「目的」この発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、その
目的とするところは、超軽量（比重0.6〜1.5）かつ低吸
水性で高い機械的強度を有し、しかも表面仕上げ及び施
工性が良好な非発泡系（骨材添加系）の超軽量セメント
硬化体を提供することにある。

「問題点を解決するための手段」かかる目的を達成するために、発明者らは検討を重ねた
結果、骨材として多孔質黒雲母流紋岩の微粉末を造粒し
これを焼成してなる超軽量骨材に着目した（特開昭58−
140365号公報）。上記の多孔質黒雲母流紋岩は、周知の
岩石である黒雲母流紋岩（biotite−rhyolite）の一種
で、産地により抗火石と呼ばれる、溶岩が冷却されて固
化した灰白色を呈する多孔質のソーダ流紋岩質の岩石
で、このものは極めて入手し易い安価な材料であるとと
もに耐火性能に優れており、この流紋岩微粉末を造粒し
焼成してなる超軽量骨材は、軽量でかつ圧縮強度、吸水
率などにおいて特に優れた性能を有するものとなる。

しかしながら、このような超軽量骨材を骨材として実用
化するにあたっても、その粒度分布によって以下のよう
な問題が生じた。すなわち、超軽量骨材の粒度分布が大
きい方に偏ると、これをセメントおよび水と混練した場
合に、これらの混合物中に当該超軽量骨材が浮いてしま
ってその分散性が悪くなるため、得られる超軽量セメン
ト硬化体の仕上げ面が粗雑となるとともに、後述する実
施例の第２図に示すように、その機械的強度が低下して
しまい、逆に、超軽量骨材の粒度分布が小さい方に偏る
と、表面積が大きくなるため、スランプ変化が大きくな
ってしまい、施工性が悪くなるのである。

そこで、発明者らはさらに研究をすることにより、上記
の超軽量骨材を骨材として用いた場合に、その粒度が超
軽量セメント硬化体の圧縮強度および吸水率に大きく影
響を及ぼすことを見出だした。すなわち、この発明の超
軽量セメント硬化体の特徴は、多孔質黒雲母流紋岩微粉
末を造粒し焼成してなる超軽量骨材の粒度が0.6〜15mm
の範囲であることにある。

また、この発明の超軽量セメント硬化体の製造方法の特
徴は、多孔質黒雲母流紋岩微粉末を造粒したのち、焼成
してなる超軽量骨材にセメントおよび水を混練し、この
混練物を硬化させるようにし、上記の超軽量骨材の粒度
を0.6〜15mmの範囲とするとともに、この超軽量骨材の
含水量を上記の混練前に測定して超軽量セメント硬化体
中の水分含量を一定とするようにしたことにある。

「作用」この発明の超軽量セメント硬化体にあっては、超軽量骨
材の吸水率が極めて小さいので、超軽量骨材中に保持す
る水分量も極めて少なくなり、よって超軽量セメント硬
化体内に保持される水分量が少なくなるとともに、高い
機械的強度も得られる。また、この超軽量セメント硬化
体にあっては、超軽量骨材の粒度が0.6〜15mmの範囲で
あるので、セメントと水とからなる混練物中に超軽量骨
材が満遍なく分散される。

また、この発明の超軽量セメント硬化体の製造方法にあ
っては、吸水率の極めて小さい超軽量骨材を用いたの
で、超軽量骨材中に保持される水分量も極めて少なくな
ることから、得られる超軽量セメント硬化体内の水分量
を少なくし一定とすることができるとともに、高い機械
的強度を得ることもできる。

「実施例」以下、この発明の超軽量セメント硬化体を詳しく説明す
る。

この発明の超軽量セメント硬化体（以下、硬化体と略称
する。）は、超軽量骨材と水とセメントとが混練され硬
化させてなるものである。

上記の超軽量骨材は、多孔質黒雲母流紋岩微粉末を造粒
したのち、焼成してなるものであって、超軽量細骨材と
超軽量粗骨材とからなるものである。

超軽量細骨材は、その粒度が0.6〜5mmの範囲とされる。
そして、この超軽量細骨材の粒径毎の組成比は、0.6〜1
mmの範囲の粒径のものをＩとし、１〜3mmの範囲の粒径
のものをIIとし、３〜5mmの範囲の粒径のものをIIIとす
ると、I:II:III＝3:1:1程度であることが望ましいが、
これに限定されるものではない。また、超軽量粗骨材
は、その粒度が５〜15mmの範囲とされる。そして、この
超軽量粗骨材の粒径毎の組成比は、５〜10mmの範囲の粒
径のものをIVとし、10〜15mmの範囲の粒径のものをＶと
すると、IVとＶとの混合物の単位容積重量および実績率
などを考慮して決められ、通常、IV:V＝1:4〜4:1程度の
範囲とされ、望ましくはIV:V＝1:4とされるが、これに
限定されるものではない。そして、これら超軽量細骨材
と超軽量粗骨材との混合比は、得られる硬化体の比重に
応じて適宜決められる。

上記の超軽量骨材の硬化体中の配合量は、得られる硬化
体に要求される比重や圧縮強度などの機械的強度に応じ
て適宜決められ、通常、60〜80重量％程度の範囲とされ
る。60重量％未満のものでは、少な過ぎて硬化体中のセ
メント量が増大して比重が大きくなる不都合が生じる。
また、80重量％を越えるものでは、硬化体の比重が小さ
くなるものの、超軽量骨材の増量分だけ相対的にセメン
ト量が減少するため、機械的強度が低下する不都合が生
じる。この超軽量骨材の吸水率は、通常、12〜20重量％
程度の範囲とされ、極めて小さいものである。

上記の水としては、湖沼水、河川水などの自然水および
水道水、井戸水などの上水などが用いられる。また、セ
メントとしては、通常のポルトランドセメントなどが使
われる。そして、これら水とセメントとの混合比、すな
わち水セメント比（W/C）は、硬化体の機械的強度を考
慮して決められ、通常35〜55％程度とされ、好ましくは
40〜50％程度の範囲とされる。35％未満のものでは、セ
メント量が多くなるため、得られる硬化体の機械的強度
が増大するものの、比重が増大する不都合が生じる。ま
た、55％を越えるものでは、セメント量が少なく水分量
が相対的に増大してスランプ値が大きくなり、そのため
施工性が悪化する不都合が生じる。

このような構成からなる硬化体は、用いられる超軽量細
骨材、超軽量粗骨材、水、セメント、混和剤などの配合
材料の配合比に応じて絶乾比重が0.9〜1.5の範囲のもの
となる。そして、この硬化体のうち、特に絶乾比重が1.
1〜1.5の範囲のものには、硬化体中の微粒分を補う目的
で山砂や川砂などの天然細骨剤を適量添加することがで
きる。この天然細骨材の粒径は、0.15〜2.5mm程度の範
囲とされ、このものの超軽量骨材量に対する混合割合
は、63〜65重量％程度の範囲とされる。この場合、この
天然細骨材を添加することによって、硬化体中に超軽量
骨材より小径の微粒分を補うことができ、よって0.15〜
15mm程度の範囲の粒径を有する軽量骨材が硬化体全体に
万遍なく分散、混合されるので、超軽量でかつ機械的強
度に優れたものとなる。

また、この硬化体には、曲げ強度や剪断耐力を増大する
目的でガラス繊維、カーボン繊維、金属繊維などの補強
材を混入することもできる。

次に、このような構成からなる超軽量セメント硬化体の
製造方法を詳しく説明する。まず、多孔質黒雲母流紋岩
微粉末を造粒したのち、焼成して超軽量骨材を得る。次
に、標準篩により0.6〜15mmの範囲となるように超軽量
骨材の粒度分布を揃えるとともに、超軽量細骨材中の配
合比、超軽量粗骨材中の配合比および超軽量細骨材と超
軽量粗骨材との混合比などを調整する。このとき、上記
の調整は、得られる硬化体の比重や機械的強度などが考
慮されて決められる。次いで、上記の超軽量骨材の水分
含量を測定しておく。

次に、所定量のセメント中に水を少なめに注入しながら
混練し、上記の超軽量骨材を添加するとともに、残りの
水を漸次滴下する。このとき、残りの水量は、上記の超
軽量骨材の水分含量や硬化体の乾燥収縮量などに応じて
適宜加減される。すなわち、超軽量骨材の水分含量が少
ない場合には、混練物中に添加される水分量を若干多く
し、逆に超軽量骨材の水分含量が多い場合には、添加水
分量を若干少なくする。このようにすることによって混
練物の水分含量を常に一定とすることができる。また、
この混練物には、必要に応じて減水剤、空気量調整剤お
よび増粘剤などの混和剤を適宜の混合割合で添加するこ
とができる。次に、この混練物を所定の型枠中に打設し
たのち、バイブレータにより締固めを行なうとともに、
混練物表面のコテ仕上げを行なう。次いで、一定期間、
蒸気養生を行なって硬化させたのち、上記の硬化体を型
枠から外して目的の硬化体を得る。

このようにして得られた硬化体にあっては、超軽量骨材
の吸水率が極めて小さいので、超軽量骨材中に保持する
水分量も極めて少なくなり、よって硬化体内に保持され
る水分量が少なくなるとともに、高い機械的強度も得ら
れる。

また、上記の硬化体の製造方法にあっては、吸水率の極
めて小さい超軽量骨材を用いたので、超軽量骨材中に保
持する水分量も極めて少なくなることから、得られる超
軽量セメント硬化体内の水分量を少なくし一定とするこ
とができるとともに、高い機械的強度も得ることができ
る。

以下、実験例を示してこの発明の超軽量セメント硬化体
の作用効果を明確にする。

（実験例１）多孔質黒雲母流紋岩微粉末を造粒し、これを焼成したの
ち、標準篩により粒度分布が0.6〜15mm程度の超軽量骨
材を得た。この超軽量骨材の吸水率を測定したところ、
超軽量骨材重量に対して12.6〜19.8重量％程度であっ
た。そして、この超軽量骨材と水とセメントとを第１表
に示す配合割合で混練し、この混練物を10cm×10cm×40
cmの型枠内に打設して蒸気養生を経て固化させて比重1.
0のキュービック状の硬化体（実施例１）を得た。この
硬化体中の空気含量は10容量％であった。

また、セラボールあるいはシラスを骨材とし、これらと
水およびセメントとをそれぞれ混練してなる市販の比重
1.0のキュービック状の超軽量セメント硬化体（比較例
１、２）を得た。

これら３種類の硬化体について、それぞれの吸水性能を
比較するために、試験開始時の重量を零として重量減少
傾向を調べた。この結果を第１図に示した。なお、第１
図は、縦軸に乾燥時の硬化体の重量減少量をとり、横軸
に材令をとった。

ただし、第１表以下の各表において、超軽量骨材I:0.6＜粒径≦1mm 超軽量骨材II:1＜粒径≦3mm 超軽量骨材III:3＜粒径≦5mm 超軽量骨材IV:5＜粒径≦10mm 超軽量骨材V:10＜粒径≦15mm である。

第１図から明らかなように、実施例１は、比較例１、２
に比べて乾燥時において重量の減少量が極めて少なく、
また材令７日目で減少変化量がほぼ零となっている。よ
って、実施例１は、内部に保持する水分量が極めて少な
いので、乾燥条件下においても一定の品質を保つものと
なる。この実施例１は、例えば間仕切壁などの非構造体
の内壁として好適に使用できる。

（実験例２）実験例１とほぼ同様にして第２表に示す配合により比重
1.2の硬化体（実施例２）を製造した。

また、市販の超軽量セメント硬化体のうち、比重1.3、
1.4のものおよび２種軽量コンクリートをそれぞれ比較
例３、４、５とした。

そして、これら硬化体について凍結融解抵抗性能の試験
を行なった。すなわち、試験前に動弾性係数を測定して
基準値の100とし、凍結融解試験によってその相対弾性
係数値が85まで低下するまでの凍結融解サイクル数で比
較した。この結果を第３表に示した。

なお、上記の実施例２および比較例３〜５は、いずれも
スランプ値を8cmとし、水セメント比を50％とした。

この第３表から明らかなように、実施例２は比較例３〜
５に比べて凍結融解抵抗性能に優れていることがわか
る。

（実験例３）実験例１とほぼ同様にして比重が 0.9（実施例３） 1.0（実施例１） 1.1（実施例４） 1.2（実施例２） 1.3（実施例５） 1.4（実施例６）の各硬化体を製造した。そして、これらの硬化体につい
て比重と圧縮強度との関係を調べた。また、比較例とし
て実験例２で用いた比較例３、４を充てた。この結果を
第２図に示した。なお、同図中には、粒度が15mmを越え
る超軽量骨材を含む超軽量セメント硬化体の一例とし
て、以下の骨材配合（単位体積重量（kg/m³））及び水
セメントのものの絶乾比重と圧縮強度のデーターを比較
例６として併せて示した。

粗骨材（25〜15mm） 133 粗骨材（15〜5mm） 133 細骨材（５〜2.5mm） 26 細骨材（2.5〜1.2mm） 41 天然砂（粒度＜1.2mm） 501 水セメント比40％。

第２図は、縦軸に圧縮強度を、横軸に絶乾比重をとっ
た。

第２図から明らかなように、実施例１〜６は、比重0.9
〜1.4の範囲であるにも拘わらずその圧縮強度が約100〜
280kg/cm²を示し、超軽量でかつ高強度の性能を有する
ことがわかる。また、超軽量骨材に粒度が15mmを越える
ものが含まれる場合（比較例６）には、圧縮強度が低下
することがわかる。そして、実施例２、４は、例えばPC
カーテンウォールなどの非構造部材に好適であり、また
実施例５、６は例えば外壁、床などの構造体に好適であ
る。

（実験例４）実験例３で用いた実施例１〜３、５、６について、圧縮
強度と引張強度との関係を調べた。そして、建設省の構
造強度基準を比較例とした。その結果を第３図に示し
た。

第３図から明らかなように、実施例１〜３、５、６は、
いずれも基準値を上回っていることがわかる。よって、
これらの実施例１〜３、５、６は、建造物等の構造体で
ある内外壁材として好適に使用できることがわかる。

（実験例５）実験例１で製造した比重1.0のキュービック状の硬化体
を板厚約150mmとなるように切断し、この板状の硬化体
について促進中性化試験を行なったところ、中性化深さ
は推定36年相当で5mmであった。

（実験例６）縦横約1200mm×約1200mmで、板厚約150mmの板状の硬化
体について２時間耐火試験を行なったところ、完全にク
リアーした。

（実験例７）実験例１で得られた超軽量粗骨材（５＜粒径≦10mm）I
V、（10＜粒径≦15mm）Ｖを第４表に示す混合割合で混
合し、その混合物の単位容積重量および絶乾比重を測定
し、実績率（単位容積重量／絶乾比重）を算出し、その
結果を第２表、第４図および第５図に示した。また、第
４図は、超軽量粗骨材IV、Ｖの混合割合と単位容積重量
との関係を示すもので、第５図は、超軽量粗骨材IV、Ｖ
の混合割合と実績率との関係を示すものである。

第２表、第４図および第５図から明らかなように、実績
率が高い水準でほぼ一定となる超軽量粗骨材IVとＶとの
混合割合は、4:1〜1:4の範囲であり、その範囲の混合割
合における単位容積重量は、375〜418kg/m³の範囲であ
った。すなわち、軽量でかつ高い実績率を満たす超軽量
粗骨材の混合割合は、IV:V＝4:1程度が最適であること
がわかる。

「発明の効果」以上説明したように、この発明に係る超軽量セメント硬
化体は、吸水率が極めて低くしかも強度の高い特性を有
する多孔質黒雲母流紋岩微粉末を、造粒、焼成してな
る、粒度が0.6mm〜15mmの範囲の超軽量骨材と、水と、
セメントとが混合されて硬化したものであるので、以下
の効果を奏することができる。

イ．超軽量骨材中に含有される水分量も極めて少なくな
り、硬化体内に保持される水分量を低減できるので、超
軽量で、吸水性が低く、しかも高強度の超軽量セメント
硬化体が得られる。

ロ．超軽量骨材が硬化体中に満遍なく分散されるので、
得られる超軽量セメント硬化体の仕上げ面が良好となる
とともに、高い機械的強度を維持し、かつ施工性の良好
なものが得られる。

また、本発明に係る超軽量セメント硬化体の製造方法に
合っては、吸水率の極めて小さい超軽量骨材をその粒度
を0.6〜15mmの範囲とするとともに、この超軽量骨材の
含水量を混練前に測定するようにしたので、得られる超
軽量セメント硬化体を超軽量で、かつセメント硬化体内
の水分量を少なくし一定とすることができるので吸水性
を低く抑さえ、しかも高強度とすることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の超軽量セメント硬化体の重量減少
傾向を示すグラフ、第２図は、この発明の超軽量セメン
ト硬化体の絶乾比重と圧縮強度との関係を示すグラフ、
第３図は、この発明の超軽量セメント硬化体の引張強度
と圧縮強度との関係を示すグラフ、第４図は、超軽量粗
骨材の混合割合と単位容積重量との関係を示すグラフ、
第５図は、超軽量粗骨材の混合割合と実績率との関係を
示すグラフである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者中西正俊東京都中央区京橋２丁目16番１号清水建設株式会社内 (72)発明者庄川選男東京都中央区京橋２丁目16番１号清水建設株式会社内 (56)参考文献特開昭58−140365（ＪＰ，Ａ) 特開昭57−88063（ＪＰ，Ａ)

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】多孔質黒雲母流紋岩微粉末を造粒し焼成し
てなる超軽量骨材と水とセメントとからなる超軽量セメ
ント硬化体において、上記の超軽量骨材の粒度が0.6〜15mmの範囲であること
を特徴とする超軽量セメント硬化体。
【請求項２】多孔質黒雲母流紋岩微粉末を造粒したの
ち、焼成してなる超軽量骨材にセメント及び水を混練
し、この混練物を硬化させるようにした超軽量セメント
硬化体の製造方法において、上記の超軽量骨材の粒度を0.6〜15mmの範囲とするとと
もに、この超軽量骨材の含水量を上記の混練前に測定し
て超軽量セメント硬化体中の水分含量を一定とするよう
にしたことを特徴とする超軽量セメント硬化体の製造方
法。