JPH08337452A

JPH08337452A - セメント混和材、セメント組成物、及びそれを用いたモルタル又はコンクリート部材

Info

Publication number: JPH08337452A
Application number: JP14747595A
Authority: JP
Inventors: Toshiyuki Tamaki; 俊之玉木; Hideo Ishida; 秀朗石田; Atsushi Sugita; 淳杉田
Original assignee: Denki Kagaku Kogyo KK
Current assignee: Denka Co Ltd
Priority date: 1995-06-14
Filing date: 1995-06-14
Publication date: 1996-12-24

Abstract

(57)【要約】【目的】主に、土木建設分野において使用されるセメ
ント混和材、セメント組成物、及びそれを用いたモルタ
ル又はコンクリート部材を提供すること。【構成】セッコウ類と端部が幅広の金属繊維、必要に
応じ収縮低減剤や高性能減水剤を含有するセメント混和
材を、セメントと該混和材を含有するセメント組成物
を、それを用いたモルタル又はコンクリート部材を構成
とする。【効果】本発明のセメント混和材を用いると、曲げ強
度が強く、乾燥収縮量が小さく、耐久性に優れる等の性
能を持つモルタル又はコンクリート部材が得られる等の
効果を奏する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、主に、土木建設分野に
おいて使用されるセメント混和材、セメント組成物、及
びそれを用いたモルタル又はコンクリート部材に関す
る。

【０００２】

【従来の技術とその課題】通常、土木建設工事におい
て、使用される現場打ちモルタル又はコンクリートは、
セメント、骨材、水、及び減水剤等をミキサにて混練し
型枠内に流し込み、常温養生した後、脱型し製品として
いた。また、工場生産されるモルタル又はコンクリート
部材においては、生産性向上を目的に、蒸気養生等の促
進養生を実施し製品としていた。このように製造手法が
異なるにもかかわらず、従来のモルタル又はコンクリー
トのマトリックス製造技術においては、養生終了後のモ
ルタル又はコンクリートのマトリックスの曲げ強度は、
50〜70kgf/cm²程度と低く、モルタル又はコンクリート
部材厚さの薄いもの、例えば、主要部分が10cm以下のも
のは強度上製造や使用が困難であるという課題があっ
た。

【０００３】近年、シリカフュームや高性能減水剤など
を併用して水セメント比を低減する方法により、圧縮強
度を向上し、その付随効果として曲げ強度をも向上する
方法が提案された(特表昭55−500863号公報)。しかしな
がら、この方法でモルタル又はコンクリート部材を安定
的に製造するには、製造時のモルタル又はコンクリート
のマトリックスの充填性の確保、作業性の確保、及び品
質の安定化等を考慮することが不可欠であり、結果的に
水量を増加させる必要があり、水セメント比の低減にも
限度があり実用上のモルタル又はコンクリートの曲げ強
度としては70〜100kgf/cm²程度であった。また、圧縮強
度を著しく向上させることは、モルタル又はコンクリー
トのマトリックスの弾性係数が高まり、破壊時の靭性低
下を引き起こしやすくなり、そのため、モルタル又はコ
ンクリート部材厚さを曲げ強度の増加に見合った量だけ
薄くすることができないという課題があった。

【０００４】一方、モルタル又はコンクリート部材の曲
げ強度を機械的に向上する方法としては、鉄筋による補
強、ＰＣ鋼材による補強、及び鋼繊維等の金属繊維や有
機繊維などの繊維による補強等が行われている。鉄筋に
よる補強は、鉄筋を引張り応力発生側に配置する必要が
あることや防錆上かぶり厚さが必要であることなどによ
り薄い部材には不適合である。ＰＣ鋼材による補強は、
モルタル又はコンクリート部分に引張り反力をとるため
安全上モルタル又はコンクリート部材厚を薄くすること
は不可能であった。金属繊維、有機繊維、及び無機繊維
等の繊維による補強は、モルタル又はコンクリート部材
厚さに左右されず補強が可能なため、薄肉部材の曲げ補
強には有効であるが、短繊維の場合、定着部分が少ない
ことによる定着不足、繊維長が短いことによる付着性不
良を生じて繊維使用の効果が低下することから、繊維の
使用量を多くするか繊維長を長くしなければならず、使
用量を多くすることや繊維長を長くすることは製品の成
形性を著しく低下させる等の課題があった。また、有機
繊維を使用する場合には、繊維の弾性係数が低いことや
繊維強度が低いことなどにより、変形量が多大になり、
モルタル又はコンクリートの高曲げ強度の発現は困難で
あるという課題があった。

【０００５】さらに、化学的処理により曲げ強度を向上
させるためにコンクリートに樹脂を含浸したものやセメ
ント混練物に樹脂を複合したものなどがあるが、乾燥収
縮量が大きい、耐久性に劣る、材料費用や製造費用が高
いなどの課題があった(特開昭61-172965号公報や特開平
3-107065号公報)。

【０００６】前記のように、部材厚の薄いモルタル又は
コンクリート部材の曲げ強度を向上させるには、モルタ
ル又はコンクリートのマトリックス強度の向上が不可欠
であると共に、向上した曲げ強度の維持が重要であり、
特に乾燥収縮によるマイクロクラックを含むひび割れの
発生が少ないことが重要である。さらに塩素イオンの透
過性が小さいことや、凍結融解抵抗性などの耐久性が良
好であることも長期的な曲げ強度の維持には不可欠であ
る。

【０００７】本発明者は、前記課題を解決すべく種々努
力を重ねた結果、特定のセメント混和材を使用すること
により、前記課題が解決されるとの知見を得て本発明を
完成するに至った。

【０００８】

【課題を解決するための手段】即ち、本発明は、セッコ
ウ類と端部が幅広の金属繊維を含有してなるセメント混
和材であり、さらに、収縮低減剤や高性能減水剤を含有
してなるセメント混和材であり、セメントと該混和材を
含有してなるセメント組成物であり、それを用いたモル
タル又はコンクリート部材である。

【０００９】以下、本発明を詳しく説明する。

【００１０】本発明で使用するセッコウ類は、セメント
中に存在するカルシウムアルミネートと反応し、針状の
結晶で、空隙を充填するため緻密な構造となり、曲げ強
度が向上し、乾燥収縮量が小さく、さらに耐久性が良好
となるエトリンガイトを生成するものである。具体的に
は、二水セッコウ、半水セッコウ、II型無水セッコウ、
及びIII型無水セッコウが挙げられ、天然産の天然セッ
コウや、リン酸セッコウ、排脱セッコウ、及びフッ酸発
生副生セッコウ等の化学セッコウ、又はこれらを熱処理
して得られた無水セッコウ等が使用可能であり、通常含
まれる不純物の種類や量には影響されない。そして、強
度発現性や作業性の面からII型無水セッコウが特に優れ
ており、通常、未反応物を残さないため、ブレーン比表
面積で3,000cm²/g以上に粉砕したII型無水セッコウの使
用が好ましい。また、II型無水セッコウを主体とする製
品として、秩父小野田セメント社や電気化学工業社製商
品名「Σ1000」や、電気化学工業社製商品名「Σ5000」を使
用することも可能である。セッコウ類の使用量は、セメ
ント100重量部に対して、３〜30重量部が好ましく、５
〜20重量部がより好ましい。３重量部未満ではエトリン
ガイトの生成量が少なく、曲げ強度、乾燥収縮、及び耐
久性等が低下する場合があり、30重量部を越えると、生
成するエトリンガイト量が多いため、長期的に異常膨張
を起こす場合がある。

【００１１】ここで、セメントとしては、JIS R 5201に
規定されている、普通、早強、超早強、及び中庸熱等の
各種ポルトランドセメントや、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、又はシリカを配
合した各種混合セメントの他、JIS 規格以上に高炉スラ
グを配合したセメントも使用可能であり、また、任意に
配合した高炉スラグ−フライアッシュ−ポルトランドセ
メント系セメント、ダイカルシウムシリケートクリンカ
ーを主体とした低発熱セメントも使用可能である。

【００１２】本発明で使用する端部が幅広の金属繊維と
は、端部が中央部の繊維幅より幅広になっているもので
あり、両端部が中央部の繊維幅より幅広になっているも
のがが好ましい。端部が幅広の金属繊維の材質は特に制
限されるものではないが、通常、ステンレス製や鋼製な
どが使用でき、弾性係数が15,000kgf/mm²以上で、か
つ、引張り強度が16kgf/mm²以上であれば特に問題はな
い。端部が幅広の金属繊維の繊維長さは１〜60mm、繊維
幅0.1〜５mm、さらに、繊維両端の幅広部分は繊維幅の
1.5〜10倍が好ましい。繊維長さが１mm未満、繊維幅が
５mm超、又は繊維両端の幅広部分が繊維幅の1.5倍未満
であると、金属繊維による補強効果が認められない場合
があり、繊維長さが60mm超、繊維幅が0.1mm未満、又は
繊維両端の幅広部分が繊維幅の10倍超であると、繊維同
士がからみあいやすく、金属繊維の分散が困難となる場
合がある。端部が幅広の金属繊維の使用量は、セメント
組成物と骨材の合計100容積部中、0.5〜５容積部が好ま
しい。0.5容積部未満では曲げ強度が低い場合があり、
５容積部を越えると繊維の分散性が悪くなる場合があ
る。

【００１３】本発明において、モルタル又はコンクリー
トの長期収縮量を低減することにより、モルタル又はコ
ンクリート表面の乾燥によるマイクロクラックを低減
し、長期の曲げ強度の安定化に有効である面から、収縮
低減剤の使用は好ましい。

【００１４】本発明で使用する収縮低減剤は、強アルカ
リ溶液中で、その溶液の表面張力を低下する能力を有す
るもの、例えば、低級アルコールアルキレンオキシド付
加物又はエーテル型非イオン表面活性剤などがあり、市
販品としては、日本化成社製商品名「テトラガード」や、
電気化学工業社製商品名「ＳＫガード」などが挙げられ
る。収縮低減剤の使用量は、セメント100重量部に対し
て、0.5〜５重量部が好ましい。0.5重量部未満では乾燥
収縮量が大きい場合があり、５重量部を越えると曲げ強
度が低下する場合がある。

【００１５】本発明において、高性能減水剤とは、セメ
ントに多量添加しても凝結の過遅延や過度の空気連行を
伴わないで分散能力が大である界面活性剤であり、セメ
ント混練物を低水比で得るためには不可欠なものであ
り、従来のリグニンスルホン酸塩系などの通常の減水剤
よりも減水率の大きなものである。本発明では、水セメ
ント比を低減し、硬化後のモルタル又はコンクリートの
曲げ強度発現性を高め、さらに、繊維の分散性を高める
と共に、繊維とセメント粒子の濡れ性を高める面から、
繊維と併用することがより有効である。一般に市販され
ている高性能減水剤としては、ポリアルキルアリルスル
ホン酸塩系、メラミンホルマリン樹脂スルホン酸塩系、
芳香族アミノスルホン酸塩系、及びポリカルボン酸塩系
のいずれかを主成分とするもので、その他、これらの混
合型がある。ポリアルキルアリルスルホン酸塩系の高性
能減水剤としては、メチルナフタレンスルホン酸ホルマ
リン縮合物、ナフタレンスルホン酸ホルマリン縮合物、
及びアントラセンスルホン酸ホルマリン縮合物等が挙げ
られ、市販品としては、花王社製商品名「マイティ10
0」、「マイティ150」、及び「マイティ2000」シリーズ等
や、第一工業製薬社製商品名「セルフロー110Ｐ」等や、
竹本油脂社製商品名「ポールファイン510Ｎ」等や、サン
フロー社製商品名「サンフローＰＳ」や「サンフローＨＳ7
00」など、並びに、電気化学工業社製商品名「ＦＴ-500」
等が代表的である。また、メラミンホルマリン樹脂スル
ホン酸塩系の高性能減水剤としては、昭和電工社製商品
名「メルメントＦ-10」や「メルメントＦ-20」などや、デン
カグレース社製商品名「ＦＴ-3Ｓ」等がある。そして、芳
香族アミノスルホン酸塩系としては、藤沢薬品社製商品
名「パリック200」シリーズがある。さらに、ポリカルボ
ン酸塩系では、オレフィン−マレイン酸共重合体系、ア
ルケニルエーテル−無水マレイン酸共重合体系、さら
に、例えば、カルボキシル基、スルホン酸基含有の多元
ポリマーやポリエーテルカルボン酸塩系などのアクリル
酸塩−アクリル酸エステル共重合体系等があり、これら
にスランプ保持性を高めるために加水分解性ポリカルボ
ン酸架橋体を添加したもの等が挙げられ、これらの市販
品としては、デンカグレース社製商品名「スーパー200」
や「スーパー200Ｗ」、竹本油脂社製商品名「チュポールＨ
Ｐ11」、ポゾリス物産社製商品名「レオビルドＳＰ−８Ｈ
Ｓ」等のシリーズが挙げられる。高性能減水剤の使用量
は、セメント100重量部に対して、固形分換算で５重量
部以下が好ましく、0.1〜3.0重量部がより好ましい。５
重量部を越えると減水効果が使用量の増大に伴わなくな
る場合がある。

【００１６】本発明のモルタル又はコンクリート部材
は、セメントとセッコウ類と、さらには、収縮低減剤や
高性能減水剤を配合したものと、端部が幅広の金属繊維
とを含有する配合物を水で混練することによって製造可
能である。

【００１７】水の使用量は、セメント100重量部に対し
て、40重量部以下が好ましい。40重量部を越えると曲げ
強度、乾燥収縮、及び耐久性等が不良となる場合があ
る。

【００１８】また、本発明では、一般のモルタル又はコ
ンクリートに用いられている骨材を使用することが可能
である。骨材としては、川砂、川砂利、砕砂、砕石、及
び海砂等が使用可能である。骨材の使用量は、セメント
100重量部に対して、100〜500重量部が好ましく、150〜
300重量部がより好ましい。500重量部を越えると曲げ強
度や耐久性が不良となる場合がある。

【００１９】さらに、本発明では、その他の各種の混和
材を併用することが可能である。混和材としては、例え
ば、シリコン、含シリコン合金、及びジルコニアを製造
する際に副生するシリカフューム、冶金や金属精錬など
で副生する高炉水砕スラグ等のスラグを粉砕した粉砕ス
ラグ、フライアッシュ、炭酸カルシウム、シリカゲル、
酸化チタン、及び酸化アルミニウム等の無機粉末、ガラ
ス繊維、炭素繊維、及び有機繊維等の繊維質物質、高分
子ポリマーエマルジョンやラテックス、着色剤や顔料、
防錆剤、増粘剤、保水剤、防水剤、発泡剤、気泡剤、並
びに、消泡剤等の一種又は二種以上を、本発明の目的を
実質的に阻害しない範囲で併用することが可能である。

【００２０】本発明のモルタル又はコンクリート部材の
製造方法は特に限定されるものではなく、通常の方法、
例えば、セメント、セッコウ類、高性能減水剤、収縮低
減剤、端部が幅広の金属繊維、及び水、さらに、必要に
応じて骨材や各種混和材などを混練装置で混合し、その
後、流し込み成形等によって製造できる。各材料の混練
装置としては、傾胴ミキサ、強制二軸ミキサ、オムニミ
キサ、及びブレード形ミキサ等各種ミキサがある。

【００２１】材料の投入順序は、セメント、セッコウ
類、端部が幅広の金属繊維、骨材、及び水を、さらに、
必要に応じて収縮低減剤や高性能減水剤を投入して混練
する。混練時間は、全材料を投入後１〜10分程度が好ま
しく、10分を超過すると練り上がったモルタル又はコン
クリートの流動性が急激に低下する場合がある。モルタ
ル又はコンクリート部材の製造において、高性能減水剤
以外の材料をあらかじめ混合し、最後に高性能減水剤を
添加することにより、さらに使用水量を５〜10％程度低
減することができ、より高曲げ強度、低収縮、及び高耐
久性を示すモルタル又はコンクリート部材を製造するこ
とが可能となる。

【００２２】また、一般的に、製品の製造に当たって
は、生産性の向上が要求されることから、蒸気養生又は
オートクレーブ養生などの促進養生を行うことが多い
が、曲げ強度、乾燥収縮量、及び耐久性等においてなん
ら問題となるものではない。

【００２３】

【実施例】以下、本発明の実施例を示し、本発明をさら
に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではな
い。

【００２４】実施例１セメント100重量部に対して、表１に示す量のセッコウ
類、骨材180重量部、及び水25重量部と、さらに、セメ
ント、セッコウ類、骨材、及び金属繊維の合計100容積
部中、金属繊維を表１に示す量配合し、株式会社ヤマナ
カ製、山中式ジェットミキサ商品名「ＦＧ-100型」で４分
間混合・混練した。なお、混練にあたっては、セメン
ト、セッコウ類、骨材、及び水を１分間混合し、さらに
金属繊維を投入してもしなくても３分間混練した。その
後、10×10×40cmの供試体用型枠に流し込み、65℃−４
時間の蒸気養生し、供試体とし、曲げ強度と乾燥収縮量
を測定した。結果を表１に併記する。

【００２５】＜使用材料＞セメント：電気化学工業社製普通ポルトランドセメン
トセッコウ類：サンケイ石膏社製、II型無水セッコウ金属繊維：端部が幅広の金属繊維、日本冶金工業社
製、ステンレス製、繊維長さ22mm、繊維径0.5mm、比重
7.9 骨材：新潟県姫川産川砂と姫川産川砂利(Gmax=13
mm)の重量比６／４の混合品水：水道水

【００２６】＜測定方法＞曲げ強度Ｉ：10×10×40cmの供試体を28日間水中養生
し、丸東製作所製30ｔ万能試験機を使用し、JIS A 1106
に準じ曲げ強度を測定乾燥収縮量：JIS A 1129に準じ、供試体を28日間水中養
生後に基長し、その後、20℃−60%RH 下で９ケ月間保持
しその収縮量を測定

【００２７】

【表１】

【００２８】実施例２セメント100重量部に対して、収縮低減剤1.5重量部、高
性能減水剤1.5重量部、骨材200重量部、表２に示すセッ
コウ類、及び水25重量部を、さらに、セメント、セッコ
ウ類、収縮低減剤、高性能減水剤、及び金属繊維の合計
100容積部中金属繊維2.5容積部を配合し、株式会社ヤマ
ナカ製、山中式ジェットミキサ商品名「ＹＧ-100型」で５
分間練り混ぜを行った。なお、混練にあたっては、セメ
ント、セッコウ類、骨材、及び水を30秒間混合し、高性
能減水剤と収縮低減剤とを加え２分間混合し、さらに金
属繊維を投入し３分間混練した。その後、10×10×40cm
の供試体用型枠と５×30×120cmの製品製造用の型枠に
それぞれ流し込み、65℃−４時間の蒸気養生し、供試体
とした。本供試体を用い、曲げ強度、乾燥収縮量、耐凍
結融解試験、及び耐塩性試験の評価となる浸透量を測定
した。結果を表２に併記する。

【００２９】＜使用材料＞収縮低減剤：電気化学工業社製商品名「ＳＫガード」高性能減水剤：デンカグレース社製商品名「スーパー20
0」

【００３０】＜測定方法＞曲げ強度II：５×30×120cmの供試体を28日間水中養生
し、東京衡機社製50ｔ万能試験機を使用し、スパン90cm
の３等分点載荷法にて曲げ強度を測定耐凍結融解性：ASTM C-666に準じた試験を実施し、試験
開始前と300サイクル繰り返し試験完了後に測定した動
弾性係数の比にて評価。浸透量：耐塩性試験、供試体を28日間水中養生し、
20℃の人工海水に８時間浸漬後、50℃の熱風で16時間の
乾燥を１サイクルとした促進養生を60サイクル行い、塩
素イオンの浸透量を測定

【００３１】

【表２】

【００３２】実施例３セメント100重量部に対して、セッコウ類12.5重量部と
表３に示す収縮低減剤とを配合したこと以外は実施例２
と同様に行った。結果を表３に併記する。

【００３３】

【表３】

【００３４】実施例４セメント100重量部に対して、セッコウ類12.5重量部を
配合し、さらに、セメント、セッコウ類、収縮低減剤、
高性能減水剤、及び金属繊維の合計100容積部中、表４
に示す金属繊維を配合したこと以外は実施例２と同様に
行った。結果を表４に併記する。

【００３５】

【表４】

【００３６】

【発明の効果】本発明のセメント混和材を用いると、曲
げ強度が強く、乾燥収縮量が小さく、耐久性に優れる等
の性能を持つモルタル又はコンクリート部材が得られ
る。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｃ０４Ｂ 22:14 14:48 24:30 24:02） 103:32 103:60 111:20

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】セッコウ類と端部が幅広の金属繊維を含
有してなるセメント混和材。
【請求項２】セッコウ類、収縮低減剤、及び端部が幅
広の金属繊維を含有してなるセメント混和材。
【請求項３】セッコウ類、高性能減水剤、及び端部が
幅広の金属繊維を含有してなるセメント混和材。
【請求項４】セッコウ類、収縮低減剤、高性能減水
剤、及び端部が幅広の金属繊維を含有してなるセメント
混和材。
【請求項５】セメントと、請求項１〜４のうちの１項
記載のセメント混和材とを含有してなるセメント組成
物。
【請求項６】請求項５記載のセメント組成物を用いた
モルタル又はコンクリート部材。