JPS62158180A - セメント系組成物の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 この発明はコンクリートスラリー、モルタルスラリー等
のセメント系組成物、より詳細には低水／セメント比の
セメント系組成物の製造方法に関する。

従来技術 セメント系組成物の調合に際してはセメントと水および
必要に応じ砂、砂利等の骨材を混合攪拌する。そして水
セメン１−比説によれば、セメント系組成物の硬化後の
強度はセメントにたいする水の量が少ないほど強度が大
となる。そして最近の説によればセメントの水和作用に
必要な最低水量近傍で凝結硬化させることにより、きわ
めて強度が大きくなり、圧縮強度のみならず、引張強度
、曲げ強度、剪断強度も確保されるといわれている。

セメント系組成物の調合に際してはワーカビリティが必
要である。すなわち、調合、打込み、成形等硬化以前で
の作業難易に関連する軟かさ、流りＪ性、粘性、可塑性
が適当であることが必要である。このワーカビリティ確
保のためセメントの水和作用に必要な水量よりかなり大
量な水を混入するのが通例であり、また水量を減らすた
め各種の混合剤を配合している。しかし水和作用に必要
な最低水量となる水量は相当に少なくなるためワーカビ
リティの確保が困薙となる。この場合硬化後の強度が水
セメント比だけでなく、セメントと骨材等の混合均質性
、水和反応中の攪拌、混合が重要であるがこれも実施が
困難である。

発明の解決すべき問題点 この発明は上記問題点を解消すべく鋭意研究を重ねた結
果到達したものであり、水に代えて小氷塊を用いた均質
性が優れた低水／セメント比のセメント系組成物の製造
方法を提案するにある。

問題点を解決するための手段 この発明になるセメント系組成物の製造方法は水に代え
て小氷塊を用いる低水／セメント比のセメント系組成物
の製造方法であって、セメント、骨材等と小氷塊とを、
小氷塊の表面に生じる少量の融解水で湿缶した擬似固相
状態において攪拌混合し巨視的均一系となし、続いて小
氷塊の融解に伴い’６々に均一混合系に移行せしめ、打
設時までに実質的に全氷塊を融解せしめることを特徴と
する。

この製造方法では小氷塊の一部を融解せしめ、その融解
水で湿潤したこの発明でいう「擬似固相状態」でセメン
ト、骨材等と小氷塊とを攪拌混合する。表面が湿潤した
氷塊表面にはセメント粒子や微細な細骨材類が付着し、
この付着した微細粒子は少量の水を吸収して粘着性を帯
び氷塊を核にして小塊を形成する。擬似固相状態とはこ
の小塊と固相のセメントおよび骨材が共存する状態であ
る。

この擬似固相状態においては、水／セメント比が低く、
添加する小氷塊の量が少なくても、小氷塊は表面が粘着
性を帯びた小塊として挙動し、周囲のセメント、骨材等
の固体粒状物中に分散し、対流混合が支配的な短時間の
混合により、容易に骨材等が均一に分散した巨視的均一
系になる。従って擬似固相状態は組成物を攪拌、混合す
る初期に比較的短時間出現することによりその主目的は
達成される。

巨視的均一な混合系を経て、氷塊は雰囲気温度下におい
て除々に融解し、融解水は周囲の固体を濡して凝固相状
態から粘性を帯びた均質な組成物に移行する。同相に極
めて近い状態、あるいは水が多く粘度が低い状態では骨
材等が分離し均一な組成物をつくり難いが、この製造方
法では、前記した擬似固相状態で巨視的均一系となし、
続いて低水／セメント比の粘度の高い組成物とするので
。

骨材等の分離は起り難い。

通常コンクリート等のセメント系組成物は、混線、輸送
等の過程を経た後に打設されるが、この製造方法では混
練開始時に擬似固相状態であり。

この状態で巨視的な均−系に分散せしめ、引続いて全て
の氷塊を融解して均一な組成物となった後に打設される
。氷塊が残存した状態で打設すると、融解したあとに空
洞を形成することもあり好ましくない。

この組成物は打設する時点において氷塊が残存しない均
−系であり、氷塊が残存する状態では水和反応は殆ど進
行しておらず、融解後においても、漸時低温で水和反応
が緩慢な状態にあるので、水和反応の進行による粘度の
増大、すなわち可塑性の低下をもたらすことなく良好な
作業条件を保ち、組成物を打設して高強度で均質性が高
い硬化物をつくることができる。

この発明でいう低水／セメント比の領域とは、従来の水
を用いて組成物をつくる場合、混線に相当大きな動力を
必要とし、均質な混練がむすかしいとされていた領域お
よび、混練から打設までの間に水和反応の進行によるス
ランプロスが打設性能に大きな影響をおよぼす領域であ
る。

減水剤等を使用せず、打設に加圧等の手段を用いること
なく、バイブレータ−を用いた通・常の打設を行なう条
件で、この低水／セメント比領域の具体的数値は次のよ
うになる。セメントペーストの場合は５〜３０％程度で
ある。このセメントペーストに砂を混合したモルタル、
モルタルに砂利が加ったコンクリートの場合はワーカビ
リティが低下するのでセメントペーストに比べて水／セ
メント比を高くしなければならない。例えばセメント／
砂＝上のモルタルの場合は１５〜４０％、セメント／砂
／砂利＝１／２／２のコンクリートの場合は２５〜４５
％程度である。したがって、この製造方法が有効に用い
られる低水セメント比の領域という意味で、ここでいう
低水セメント比の領域を、あえて数値をもって定義すれ
ば、水セメント比４５％以下となる。

この製造方法で用いる小氷塊の大きさは、小さいほど均
質な混合ができるが、その小ささには、氷塊の製造法、
温度の制御能力、等による制約がある。また、氷塊の小
ささの必要性も、水セメント比、その他の条件で異なる
。実用という観点から考えて、水セメント比がきわめて
低い領域以外のコンクリートに用いる小氷塊は、アイス
・スライサーでスライスしたもので十分である。使用し
うる氷塊の形状、様態の範囲は極めて広く、前述したよ
うに、セメントの微細粒子が氷塊を分散させる効果を有
するため、例えば、氷塊が鎖状につながっていても混合
攪拌を開始すれば、それ力５分離し、均質に分散する。

また、氷塊表面にマクロな水膜が生じている状態でもほ
とんど支障がない。

従ってこの製造方法は、氷塊の製造管理等を極低温や狭
い温度範囲等の限られた条件下に保つ必要はない。多量
の小氷塊が必要な場合は、アイス・スライサーで製造し
た小氷塊を、氷の融点以下、でき得れば、氷の表面に疑
似液層が生じない温度で保存し、使用時には破砕（極め
て簡単に破砕できる）して用いていればよい。水セメン
ト比が極めて低い領域のペースト・モルタル類を製造す
る場合に用い°る小氷塊としては、その大きさをより正
確に管理する必要がある。

この製造方法ではセメント、骨材等に予め遅延剤、減水
剤、ＡＥ剤、水溶性高分子の増粘剤等を混合しておき、
これに小氷魂を加えてセメン１〜径組成物をつくること
もできる。なかでも、メチルセルロース等のセルロース
系の水溶性高分子物質は水に溶解しにくく、かつ高粘度
となりセメント系組成物特に低水／セメント比の組成物
には混入しがたいが、この製造方法では小氷塊を用いる
ので。

メチルセルロース等は小氷塊と共存する低温の水に容ｉ
に溶解し、かつ低粘度を維持するので、セメント系組成
物に均一に混入せしめることができる。

水に代って氷塊を用いたセメント系組成物に関する公知
の資料としては次の２つが知られている。

１つは特公昭５３−５６９４号「建築用ボードの製造法
」に開示してあり、それは「水の融点以下に冷却された
粉末状水硬性合材と破砕した氷または雪状の凍結状の水
とを実質的に乾燥状態で混合し、この実質的に乾燥した
混合物を所定の厚さに圧縮し、圧縮層を水の融点以上の
温度で硬化し、かつ乾燥させて水硬性結合材の建築用ボ
ードを製造する方法」である。

他の１つはＡＣＩ　（ＡＭＥＲＩＣＡＮ　Ｃ０ＮＣＲＥ
ＴＥ　ｌＮ５ｒ■＋ｖｒｑ）Ｊｏｕｒｎｓｌ／　Ｄｅｃ
ｅｍｂｅｒ　１９７２のＡＣＩ　Ｃｏｍｍ１ｔｔｅｅ　
２２４　の報告ｒｃｏｎｔｒｏｌ　ｏｆ　Ｃｒａｃｋｉ
ｎｇ　ｉｎ　Ｃｏｎｃｒｅｔｅ　５ｔｒｕｃｔｕｒｅｓ
Ｊの中の８５５　Ｃｏ１ｄ　Ｃｏｎｃｒｅｔｅの項に記
述しであるものであり、計量混練水の全部あるいは一部
を氷の小片に置換えて得られる低温コンクリートである
。この低温コンクリートの効果としてはマスコンクリー
ト工事における温度差の減少、気温が高い時のスランプ
ロスの減少、ボンパティビリティの増大等をあげている
。

上記２つの氷塊を用いる従来技術は、この組成物の製造
方法と目的を異にするので、比較検討の要はないが、前
者とは氷塊の利用法、後者とけ低温の効果という点で部
分的に重複する点があるので、あえて、従来技術に対す
る本法の位置づけを行なっておく。本法は氷塊の融解過
程を積極的に利用することで工業化の容易さ、取り扱い
うる水セメント比の領域、必要な特性をうるための効果
のいずれの面から考えても従来技術のそれぞれの利点を
包含しえたといえる。すなわち１本願発明は前者におけ
る温度管理方式を格段に簡略化し、このことにより混合
攪拌後の氷塊の融解によって生じる混合物の粘性が骨材
分離を抑制する利点を生み出している。小氷塊を用いて
擬似同相状態とし、ごく少水量であっても容易な均質混
合を可能にした点が後者の技術を大きく発展させるもの
である。

実施例１ （目的） 水に代えて小氷塊を用いたセメント系組成物の製造方法
の第１の特性は練り混ぜ性能にある。しかしながらこの
練り混ぜ性能を直接的に定量的に評価することは極めて
困難である。従ってこの実流側１においては、マクロな
立場で間接的に評価する手段を用いた。具体的には極め
て水／セメント比が低い領域のセメントペーストをつく
り、その強度特性を調べた。

（方法） 小氷塊は０．６ｎｙｎの篩を通ったものを用いた。混合
開始まで、小氷塊、セメントは冷凍室内で一２０℃程度
の低温に保った。この小氷塊とセメントを水／セメント
比４％および７．５％の割合で混合し７、室温２０°で
モルタルミキサーを用い攪拌し、氷塊が完全に融解した
後加圧成形用型枠内に充填し。

１０００　ｋｇ　／　ｃＪの圧力で短時間（加圧から除
荷まで約５分間）加圧成形し、４■ｘ４ａｎ（加圧方向
）×１６印のセメントペースト供試体をつくった。４週
間の密封養生後面げおよび圧縮試験を行なった。

（結果） （考察） 水／セメント比４％、７．５％の超低水／セメント比の
セメントペーストをつくることができ、かつその硬化物
は相当大きな圧縮強度、曲げ強度を発現した。この２点
から本製造法による低水／セメント組成物の均質性が間
接的ではあるが確認された。

実施例２ （目的） 骨材分離の傾向が大きく表われるように、セメントと比
重差が大きい鋼球を骨材としてセメントペーストをつく
り、骨材の分離を検討した。

（方法） 骨材として直径３ｍの鋼球を用いて下記組成のセメント
ペーストをつくり骨材分散のモデル実験を行なった。

組成：水／セメント／鋼球（直径３ｍｍ）０．２／　１
．０　　／　１．０　　（重量比）上記組成物を水にか
えて小氷塊を用い１５℃の室温上擬似固相状態で練り混
ぜ擬似固相状態のまま５０ｍｎφの縦置の円筒形型枠内
に充填し、１２ｒｒｒｎφの棒状バイブレータ−を型枠
の端に挿入して３０秒間振動を加えた。氷塊を完全に融
解せしめた後、上部から約２０ｋｇの力で抑えて締固め
て硬化せしめた。

この硬化体の中央部（幅２０ｍｍ）の縦方向の切断面で
鋼球の分散を調べた。（第１図参照）比較例１ 前記実施例２と同一の組成で、３０秒間振動を加えるま
での工程を一２０℃の温度下で、すなわち、固相に極め
て近い状態のまま練り混ぜて、型枠への充填加振を行な
い、硬化せしめて得た硬化体の中央部（幅２０ｍｎ）の
縦方向の切断面で鋼球の分散を調べた。（第２図参照） 比較例２ 前記実施例２に比べ、水量のみ２倍にかえ、すなわち水
／セメント比０．４となし水を用いて練り混ぜ、充填、
加振を行ない、硬化せしめて得た硬化体の中央部（幅２
０ｒＭ）の縦方向の切断面で鋼球の分散を調べた。（第
３図参照） （考察） 混合材を均質に混合、分散せしめ、分離を生じさせない
ためには、氷塊の一部を融解せしめ、擬似同相状態とな
し、適度の粘度をもたせることが有効であることが判っ
た。

実施例３ （目的） 水とセメントの水和反応速度を調べるためにセメントペ
ーストの混練り後の温度変化を測定した。

（方法１） 水／セメント比０．３／１．０の混合物を約３分間混練
してセメントペーストそっくり、内法が７Ｇ×７■Ｘ１
４ａｎ（高さ）の合板（厚さ９ｍｍ）製の箱に１２ａｎ
５さに充填し、その箱内の中央部の温度を熱電対で測定
した。経過時間と温度との関係を混練前の水または氷塊
とセメントの温度をパラメーターとして第４図に示した
。

（方法２） 前記（方法１）のセメントペーストを内法が１０ａｎＸ
ＬＯ（至）Ｘ　１０ａ＋＋の３０℃厚の発泡スチロール
樹脂板で作成した断熱箱に充填し、中央部の温度を熱雷
対で測定した。充填後の経過時間と温度との関係を混練
前の水または氷とセメントの温度をパラメーターとして
第５図に示した。また、同時に混練後の室温放置の影響
もしらべた。

（方法３） 水／セメント比０．２および０．４のセメントペースト
を室温のセメント、水を用いてつくり、厚さ３０廓の発
泡スチロール樹脂板製の内法１０ｃｍＸ　１０ａｎ　Ｘ
１０釧の断熱箱に充填し、中央の温度を測定した。

経過時間と温度との関係を第６図に示した。

（考察） 第４図は、この製造方法を用い混線時の材料温度を低く
することにより水和反応を相当遅延せしめうることを示
している。第５図は低温では水和反応が遅れること、ま
た、断熱状態等の方法で水和反応を制御しうろことを示
している。第６図は水／セメント比が低ければ水和反応
が速いことを示している。

実施例４ （目的） この製造法で使用し得る小氷塊の形状、様態等の検討を
目的とした。そこで小氷塊を室温（１５〜２０℃）でア
イススライサーを用いてつくり、これを用いてセメント
ペーストおよびモルタルをつくり強度試験を行なった。

具体的にはこの実施例において、スライスした小氷塊の
表面にすでにある少量の水膜の影響および氷塊を用いる
ことによる硬化体への悪影響の有無を確認した。

（方法） 水／セメント比をパラメーターにして、アイススライサ
ーで破砕した小氷塊とセメント（室温１５〜２０℃）お
よび川砂（２，５ｍｍ以下、表乾をセメンｑレ トの２倍量）用いセメントペーストおよびモルタルを作
成した。このペーストおよびモルタルを氷塊が完全に融
解した後、４■Ｘ４ＣＩＩＩＸ１６Ｃ！Ｏの型枠内に手
づきで密に充填し４週間密封巻生して硬化物をつくり、
その曲げ強度および圧縮強度を測定した。

（結果） セメントペーストおよびモルタルの強度をそれぞれ第７
図、第８図に示した。

（考察） 水／セメント比が２０％前後の低水セメント比領域は従
来、練り混ぜ、打設が極めて困難であったことから、は
とんど試料のない領域である。したがって、定量的な検
討はできないが図−７２図−８に示されるように、ペー
ストにおいては２０％前後、モルタルにおいては２５％
前後の低水セメント比領域で、相当高強度かえられてい
るということから考えて ■　実用的に使用しうる小氷塊の形状、状態の範囲は相
当に広く、アイリス・スライサーで製造した小氷塊で十
分に目的を達成することができる。

■　小氷塊を用いて混合攪拌することによる悪影響はな
いと結論しろる。

実施例５ （目的） 本製造法により、従来殆ど不可能といわれていた低水／
セメント比領域のコンクリートを多量に製造し、実大の
鉄筋コンクリート構造物模型をつくり、その数個所から
コアーを切出し、圧縮試験を行ない、この製造方法の評
価を行なった。

（方法） 階高２７５（！Ｉ＋、柱断面４０Ｘ４０ｃｍ、梁断面３
０　Ｘ　６０’ｃｓ、スラブ厚１２ｃｍ、壁厚１２ａｎ
のほぼ実際の鉄筋コンクリート建物の寸法に近い形枠を
作成し、配筋状態も通常の鉄筋コンクリート建物と同程
度のものとした実大模型でコンクリートを打設した。

コンクリートの調合は、氷／セメント／砂（最大粒径５
　ｒｒｎ　：表乾）／砂利（最大粒径２５ｍｎ：表軸）
の重量比を、０．３／１．０／１．．５／１．５とした
。

小氷塊としては、アイス・スライサーで製造したものを
一１０℃程度の冷凍室に保存し使用直前に再破砕したも
のを用いた。ミキサーは強制練りタイプのものを用いて
、何回にも分けて練り混ぜを行った。このようにして製
造したコンクリートを棒状バイブレータ−を用いて、て
いねいに形枠内に充填した。コンクリート打設置週間後
に型枠をはずし、気中養生（東京・夏期）を行った。打
設２８日後に柱下部、往生間部、柱上部、梁から計７体
の１ＯａｎφＸ２０ａｎｈの圧縮試験片を切り出し、圧
縮試験を行った。

（結果） 水セメント比が３０％という低水セメント比のコンクリ
ートを極めて密実に打設することができた。

７体の圧縮試験片の圧縮強度は、６１１ｋｇ／ｃ＋＃か
ら７１３ｋｇ／ａイで平均値は、６６２ｋｇ　／　（ｄ
であった。

（考察） 水／セメント／砂／砂利の重量比０．３／１．０／１．
５／１．５で砂、砂利の比率が少ない、すなわち、セメ
ント量が多いコンクリートであが、従来、混和剤を用い
なけれ°ばほとんど不可能であるとされていた少水量の
コンクリートを極めて密実に打設することができた。こ
れは、小氷塊を用いることによって、練り混ぜが容易に
なったこと、および水和反応を遅延せしめ、締め固めに
十分な時間がとり得ることによる。

各部位から切り出した圧縮試験片の圧縮強度は、６１１
〜７１３ｋｇ／ａ＃であり、極めて密実な高品質コンク
リートの打設が行ない得たことを示している。

発明の効果 この発明は以上の通りであり、この製造方法によれば均
質性が高い低水／セメント比のセメント系組成物を製造
することができる。

【図面の簡単な説明】

図面はこの発明の実施例の結果を示すものであり、第１
．２．３図はそれぞれ実施例２、比較例１．２の鋼球の
分散を示す硬化体の縦方向の切断面の図面、第４．５．
６図はそれぞれ実施例３の（方法１，２．３）の経過時
間と温度との相関グラフ、第７，８図はそれぞれ実施例
４のセメントペーストおよびモルタルの水／セメント比
と強度との相関グラフである。 第１図　　第２１ ＆　　第３図 手続補正書 昭和６１年　６月１６日 １、　事件の表示 ■訓６０年特願第２９９０７４号 ２、　発明の名称 セメント系組成物の製造方法 ３、　補正をする者 事件との関係　　　特許出願人 氏　　名　　　　　鈴　　木　　敏　　部４、代理人　
■１０７ 住　所　東京都港区赤坂６丁目５番２１号シャドー赤坂
（Ｌ）８頁７行〜８行：「・・・増粘剤等を・・・・・
・セメント径組」を「・・・増粘剤、または染料、顔料
等を混合しておき、これに小氷塊を加えてセメント糸紐
」と補正する。 （２）８頁９行＝「・・・つくることもできる。」と「
なかでも、・・・」の間に下記を挿入する。 「　あるいは上記のごとき添加物が熔解または分散した
水を凍結して小氷塊となし、この小氷塊を用い組成物を
つくってもよい。小氷塊中の添加物は氷塊と共に一次分
散し、氷塊の融解に伴ない徐々に２次分散し均一な分散
を図ることができる。」

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）水に代えて小氷塊を用いる低水／セメント比のセ
   メント系組成物の製造方法であって、セメント、骨材等
   と小氷塊とを、小氷塊の表面に生じる少量の融解水で湿
   潤した擬似固相状態において攪拌混合し巨視的均一系と
   なし、続いて小氷塊の融解に伴い徐々に均一混合系に移
   行せしめ、打設時までに実質的に全氷塊を融解せしめる
   ことを特徴とするセメント系組成物の製造方法。