JP2002348167A

JP2002348167A - 水硬性組成物

Info

Publication number: JP2002348167A
Application number: JP2001161282A
Authority: JP
Inventors: Masami Uzawa; 正美鵜澤; Tetsuo Hyodo; 哲郎兵藤
Original assignee: Taiheiyo Cement Corp
Current assignee: Taiheiyo Cement Corp
Priority date: 2001-05-29
Filing date: 2001-05-29
Publication date: 2002-12-04

Abstract

(57)【要約】【課題】硬化前には、自己充填性（優れた流動性及び
材料分離抵抗性）を有し、施工性に優れるとともに、硬
化後には、130MPa以上の圧縮強度と10KJ/m²以上の破壊
エネルギーを有する等、機械的特性に優れる水硬性組成
物を提供する。【解決手段】水硬性組成物は、ブレーン比表面積2,
500〜5,000cm²/gのセメント粒子100重量部と、ＢＥＴ
比表面積5〜25m²/gの微粒子10〜40重量部と、ブレー
ン比表面積3,000〜30,000cm²/gで、かつ上記セメントよ
りも大きなブレーン比表面積を有する無機粒子20〜55重
量部と、粒径2mm以下で、かつ75μm以下の粒子の含有
量が2.0重量％以下である骨材と、有機繊維及び／又
は炭素繊維とを含有する。骨材の配合量は、セメントと
微粒子と無機粒子の合計量100重量部に対して、30〜130
重量部である。有機繊維及び／又は炭素繊維の配合量
は、水等を含む水硬性組成物中の体積百分率で0.1〜10.
0％である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、硬化前には、自己
充填性（優れた流動性と材料分離抵抗性）を有し、施工
性に優れるとともに、硬化後には、機械的特性（圧縮強
度、曲げ強度、破壊エネルギー等）に優れる水硬性組成
物に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、機械的特性（圧縮強度、曲げ
強度、破壊エネルギー等）に優れるセメント系材料（コ
ンクリート等）の開発が行なわれている。例えば、特公
昭60−59182号公報の「請求の範囲」には、粒径50Å〜
0.5μmの無機固体粒子Ａ（例えば、シリカダスト粒子）
と、粒径0.5〜100μmかつ粒子Ａより少なくとも１オー
ダー大きい固体粒子Ｂ（例えば、少なくとも20重量％が
ポルトランドセメントからなるもの）と、表面活性分散
剤（例えば、高縮合ナフタレンスルホン酸／ホルムアル
デヒド縮合体等のコンクリートスーパープラスチサイザ
ー）と、追加の素材Ｃ（砂、石、繊維等からなる群より
選択されるもの）とを含む水硬性複合材料が開示されて
いる。この公報に記載の水硬性複合材料は、硬化後に10
0MPa以上の圧縮強度を有し、機械的特性に優れる（第32
頁の63欄の第１表）。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】一般に、機械的特性
（圧縮強度、曲げ強度等）に優れるセメント系組成物
（コンクリート等）は、次のような利点を有する。現場打ちで建築物等を構築する場合には、コンクリ
ート層の厚さを薄くすることができるので、コンクリー
トの打設量が少なくなり、労力の軽減、コストの削減、
利用空間の増大等を図ることができる。プレキャスト部材を製造する場合には、該プレキャ
スト部材の厚さを薄くすることができるので、軽量化を
図ることができ、運搬や施工が容易になる。耐摩耗性や、中性化・クリープ等に対する耐久性が
向上する。現在、これらの利点〜に鑑みて、前述の特公昭60−
59182号公報に開示された水硬性複合材料よりも機械的
特性に優れる水硬性組成物が望まれている。

【０００４】また、現場打ちで建築物等を構築する場合
や、プレキャスト部材を製造する場合においては、水硬
性組成物（コンクリート等）の打設時間の短縮化や、打
設後のコンクリート等に加える振動の所要時間の短縮化
等の観点から、流動性及び材料分離抵抗性に優れる水硬
性組成物（いわゆる自己充填性を有する水硬性組成物）
を用いることが有利である。

【０００５】しかしながら、前記特公昭60−59182号公
報に開示された水硬性複合材料では、硬化前における流
動性及び材料分離抵抗性の向上と、硬化後の機械的特性
（圧縮強度、曲げ強度、破壊エネルギー等）の向上を両
立させることは、困難であった。例えば、130MPa以上の
圧縮強度と10KJ/m²以上の破壊エネルギーを発現させよ
うとした場合には、水／結合材比を0.20以下と極端に小
さくし、かつ有機繊維のような補強材を配合する必要が
あるため、流動性が小さくなり、自己充填性が得られな
い。一方、自己充填性を確保しようとすると、水／結合
材比及び減水剤の量が大きくなり、130MPa以上の圧縮強
度と10KJ/m²以上の破壊エネルギーを発現することは困
難である。

【０００６】そこで、本発明は、硬化前には、流動性と
材料分離抵抗性に優れ、自己充填性を有するとともに、
硬化後には、130MPa以上の圧縮強度と10KJ/m²以上の破
壊エネルギーを有する等、機械的特性（圧縮強度、曲げ
強度、破壊エネルギー等）に優れる水硬性組成物を提供
することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明者は、上記目的を
達成するために鋭意研究した結果、特定の粒径を有する
材料を特定の割合で組み合わせるとともに、有機繊維及
び／又は炭素繊維を配合することによって、上記目的を
達成することができるとの知見を得、本発明に到達し
た。

【０００８】すなわち、本願請求項１に記載の水硬性組
成物は、ブレーン比表面積2,500〜5,000cm²/gのセメ
ント粒子100重量部と、ＢＥＴ比表面積5〜25m²/gの微
粒子10〜40重量部と、ブレーン比表面積3,000〜30,00
0cm²/gで、かつ上記セメント粒子よりも大きなブレーン
比表面積を有する無機粒子20〜55重量部と、粒径2mm
以下で、かつ75μm以下の粒子の含有量が2.0重量％以下
である骨材と、有機繊維及び／又は炭素繊維とを含有
する水硬性組成物であって、上記骨材の配合量が、上記
セメント粒子と上記微粒子と上記無機粒子の合計量100
重量部に対して、30〜130重量部であることを特徴とす
る。このように構成した水硬性組成物は、減水剤及び水
と組み合わせて使用すれば、硬化前には、自己充填性
（優れた流動性及び材料分離抵抗性）を有し、施工性に
優れるとともに、硬化後には、130MPaを超える圧縮強度
と10KJ/m²以上の破壊エネルギーを有する等、機械的特
性（圧縮強度、曲げ強度、破壊エネルギー等）に優れ
る。

【０００９】上記無機粒子は、上記セメント粒子よりも
1,000cm²/g以上大きなブレーン比表面積を有することが
好ましい（請求項２）。このように構成すれば、施工性
及び強度発現性をより一層向上させることができる。本
願請求項３に記載の水硬性組成物は、上述のセメント粒
子、微粒子、無機粒子、骨材、有機繊維及び／又は炭素
繊維に加えて、減水剤及び水を含むとともに、上記有機
繊維及び／又は炭素繊維の配合量が、当該水硬性組成物
中の体積百分率で0.1〜10.0％であることを特徴とす
る。有機繊維及び／又は炭素繊維の配合量をこの範囲内
とすれば、ファイバーボールの生成等の問題を招かず
に、本発明の優れた効果を確保することができる。減水
剤及び水を含む上記水硬性組成物は、硬化前には、230m
m以上のフロー値を有し、硬化後には、130MPa以上の圧
縮強度、15MPa以上の曲げ強度、及び10KJ/m²以上の破壊
エネルギーを有することができる（請求項４）。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明について詳細に説明
する本発明で使用するセメント粒子としては、普通ポル
トランドセメント、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等の
各種ポルトランドセメントが挙げられる。本発明におい
て、水硬性組成物の早期強度を向上させようとする場合
には、早強ポルトランドセメントを使用することが好ま
しく、水硬性組成物の流動性を向上させようとする場合
には、中庸熱ポルトランドセメントや低熱ポルトランド
セメントを使用することが好ましい。

【００１１】セメント粒子のブレーン比表面積は、2,50
0〜5,000cm²/g、好ましくは3,000〜4,500cm²/gである。
該値が2,500cm²/g未満であると、水和反応が不活発にな
って、130MPaを超える圧縮強度が得られ難い等の欠点が
あり、5,000cm²/gを超えると、セメントの粉砕に時間が
かかり、また、所定の流動性を得るための水量が多くな
るため、硬化後の収縮量が大きくなる等の欠点がある。

【００１２】本発明で使用する微粒子としては、シリカ
フューム、シリカダスト、フライアッシュ、スラグ、火
山灰、シリカゾル、沈降シリカ等が挙げられる。一般
に、シリカフュームやシリカダストは、そのＢＥＴ比表
面積が5〜25m²/gであり、粉砕等をする必要がないの
で、本発明の微粒子として好適である。微粒子のＢＥＴ
比表面積は、5〜25m²/g、好ましくは8〜25m²/gである。
該値が5m²/g未満であると、組成物の粒子の充填性に緻
密さを欠くため、130MPaを超える圧縮強度が得られ難い
等の欠点があり、25m²/gを超えると、所定の流動性を得
るための水量が多くなるため、130MPaを超える圧縮強度
が得られ難い等の欠点がある。

【００１３】微粒子の配合量は、セメント100重量部に
対して10〜40重量部、好ましくは20〜40重量部である。
配合量が10重量部未満では、130MPaを超える圧縮強度を
発現させることが困難となり、機械的特性が低下すると
ともに、流動性も極端に低下する。一方、配合量が40重
量部を超えると、流動性が低下する。

【００１４】本発明で使用する無機粒子は、セメント以
外の無機粒子であり、具体的には、スラグ、石灰石粉
末、長石類、ムライト類、アルミナ粉末、石英粉末、フ
ライアッシュ、火山灰、シリカゾル、炭化物粉末、窒化
物粉末等が挙げられる。中でも、スラグ、石灰石粉末、
石英粉末は、コストの点や硬化後の品質安定性の点で好
ましく用いられる。無機粒子は、ブレーン比表面積が3,
000〜30,000cm²/g、好ましくは6,000〜20,000cm²/gで、
かつセメント粒子よりも大きなブレーン比表面積を有す
る。無機粒子のブレーン比表面積が3,000cm²/g未満であ
ると、セメント粒子とのブレーン比表面積の差が小さく
なり、自己充填性を確保することが困難になる等の欠点
があり、30,000cm²/gを超えると、粉砕に手間がかかる
ため材料が入手し難くなったり、所定の流動性が得られ
難くなる等の欠点がある。無機粒子がセメント粒子より
も大きなブレーン比表面積を有することによって、無機
粒子が、セメント粒子と微粒子との間隙を埋める粒度を
有することになり、自己充填性等を確保することができ
る。

【００１５】無機粒子とセメント粒子とのブレーン比表
面積の差は、硬化前の作業性（施工性）と硬化後の強度
発現性の観点から、1,000cm²/g以上が好ましく、2,000c
m²/g以上がより好ましい。無機粒子の配合量は、セメン
ト粒子100重量部に対して20〜55重量部、好ましくは25
〜50重量部である。配合量が20重量部未満では、流動性
が低下する。一方、配合量が55重量部を超えると、硬化
後130MPaを超える圧縮強度を発現させようとした場合、
自己充填性を確保することが困難となり、施工性が極端
に低下する。

【００１６】本発明で使用する骨材としては、川砂、陸
砂、海砂、砕砂、珪砂等又はこれらの混合物を使用する
ことができる。骨材は、粒径2mm以下で、75μm以下の粒
子の含有量が2.0重量％以下のものである。ここで、骨
材の粒径とは、85％重量累積粒径である。該骨材を使用
することによって、流動性や作業性が著しく向上する。

【００１７】骨材の粒径が2mmを超えると、硬化後の機
械的特性が低下するので好ましくない。また、75μm以
下の粒子の含有量が2.0重量％を超えると、モルタルの
流動性や作業性が極端に低下するので、好ましくない。
なお、本発明においては、硬化後の強度発現性から、最
大粒径が2mm以下の骨材を用いることが好ましく、最大
粒径が1.5mm以下の骨材を用いることがより好ましい。
また、流動性や作業性の点から、75μm以下の粒子の含
有量が1.5重量％以下である骨材を用いることがより好
ましい。骨材の配合量は、水硬性組成物（モルタル）の
施工性や硬化後の機械的強度の観点、さらには、自己収
縮や乾燥収縮の低減、水和発熱量の低減等の観点から、
セメント粒子、微粒子、無機粒子の合計量100重量部に
対して30〜130重量部、好ましくは、50〜130重量部であ
る。

【００１８】本発明で使用する有機繊維としては、ビニ
ロン繊維、ポリプロピレン繊維、ポリエチレン繊維、ア
ラミド繊維等が挙げられる。炭素繊維としては、ＰＡＮ
系炭素繊維やピッチ系炭素繊維が挙げられる。中でも、
ビニロン繊維は、コストや入手のし易さの点で好ましく
用いられる。有機繊維及び／又は炭素繊維の寸法は、水
硬性組成物中における該繊維の材料分離の防止や、硬化
後の破壊エネルギーの向上の点から、直径が0.005〜1.0
mm、長さ2〜30mmであることが好ましく、直径が0.01〜
0.5mm、長さ5〜25mmであることがより好ましい。また、
有機繊維及び／又は炭素繊維のアスペクト比（繊維長／
繊維直径）は、好ましくは20〜200、より好ましくは30
〜150である。

【００１９】有機繊維及び／又は炭素繊維の配合量は、
水硬性組成物（具体的には、セメント、微粒子、無機粒
子、骨材、有機繊維及び／又は炭素繊維、減水剤、水か
らなる組成物）中の体積百分率で好ましくは0.1〜10.0
％、より好ましくは1.0〜9.0％、特に好ましくは2.0〜
8.0％である。配合量が0.1％未満では、硬化後の破壊エ
ネルギーを十分に向上させることができず、10.0KJ/m²
以上の破壊エネルギーが得られ難いので好ましくない。
配合量が10.0％を超えると、混練時の作業性等を確保す
るために単位水量が増大するうえ、配合量を増やしても
繊維の増強効果が向上しないため、経済的でなく、さら
に、混練物中にいわゆるファイバーボールを生じ易くな
るので、好ましくない。

【００２０】前記各材料を用いてモルタルを調製する場
合、前記各材料に加えて、減水剤及び水が配合される。
減水剤としては、リグニン系、ナフタレンスルホン酸
系、メラミン系、ポリカルボン酸系の減水剤、ＡＥ減水
剤、高性能減水剤又は高性能ＡＥ減水剤を使用すること
ができる。これらのうち、減水効果の大きな高性能減水
剤又は高性能ＡＥ減水剤を使用することが好ましい。減
水剤の配合量は、セメント粒子、微粒子、無機粒子の合
計量100重量部に対して、固形分換算で0.1〜4.0重量部
が好ましく、0.3〜2.0重量部がより好ましい。配合量が
0.1重量部未満では、混練が困難になるとともに、流動
性が低くなり、自己充填性が得られない。配合量が4.0
重量部を超えると、材料分離や著しい凝結遅延が生じ、
また、硬化後の機械的特性が低下することもある。な
お、減水剤は、液状または粉末状のいずれでも使用する
ことができる。

【００２１】モルタルを調製する際の水の量は、セメン
ト粒子、微粒子、無機粒子の合計量100重量部に対し
て、好ましくは10〜30重量部、より好ましくは12〜25重
量部である。水の量が10重量部未満では、混練が困難に
なるとともに、流動性が低下し、自己充填性が得られな
い。水の量が30重量部を超えると、硬化後の機械的特性
が低下する。

【００２２】硬化前のモルタルのフロー値は、好ましく
は230mm以上、より好ましくは240mm以上である。なお、
本明細書中において、フロー値とは、「JIS R 5201（セ
メントの物理試験方法）11.フロー試験」に記載される
方法において、15回の落下運動を行なわないで測定した
値である。また、前記フロー試験において、フロー値が
200mmに達する時間は、好ましくは10.5秒以内、より好
ましくは10.0秒以内である。当該時間は、作業性と粘性
を評価する尺度として用いられる。

【００２３】硬化後のモルタルの圧縮強度は、好ましく
は130MPa以上、より好ましくは140MPa以上である。硬化
後のモルタルの曲げ強度は、好ましくは15MPa以上、よ
り好ましくは18MPa以上である。硬化後のモルタルの破
壊エネルギーは、好ましくは10KJ/m²、より好ましくは2
0KJ/m²以上である。

【００２４】本発明の水硬性組成物からなるモルタルの
混練方法は、特に限定するものではなく、例えば、(a)
水、減水剤以外の材料（具体的には、セメント粒子、微
粒子、無機粒子、骨材、有機繊維及び／又は炭素繊維）
を予め混合して、プレミックス材を調製しておき、該プ
レミックス材、水、減水剤をミキサに投入し、混練する
方法、(b)粉末状の減水剤を用意し、水以外の材料（具
体的には、セメント粒子、微粒子、無機粒子、骨材、有
機繊維及び／又は炭素繊維、減水剤）を予め混合して、
プレミックス材を調製しておき、該プレミックス材及び
水をミキサに投入し、混練する方法、(c)各材料を各々
個別にミキサに投入し、混練する方法、等を採用するこ
とができる。

【００２５】混練に用いるミキサは、通常のコンクリー
トの混練に用いられるどのタイプのものでもよく、例え
ば、揺動型ミキサ、パンタイプミキサ、二軸練りミキサ
等が用いられる。また、養生方法も特に限定するもので
はなく、気中養生や蒸気養生等を行なえばよい。

【００２６】

【実施例】以下、実施例により本発明を説明する。［１．使用材料］以下に示す材料を使用した。（１）セメント粒子；Ａ：普通ポルトランドセメント
（太平洋セメント（株）製；ブレーン比表面積3,300cm²
/g）Ｂ：低熱ポルトランドセメント（太平洋セメント（株）
製；ブレーン比表面積3,200cm²/g）（２）微粒子；Ａ：シリカフューム（ＢＥＴ比表面積11
m²/g）Ｂ：シリカフューム（ＢＥＴ比表面積21m²/g）（３）無機粒子；スラグ粉末Ａ（ブレーン比表面積4,50
0cm²/g）スラグ粉末Ｂ（ブレーン比表面積15,000cm²/g）石灰石粉末（ブレーン比表面積8,000cm²/g）石英粉末（ブレーン比表面積7,500cm²/g）（４）骨材；珪砂Ａ（最大粒径0.6mm、75μm以下の粒子
の含有量0.3重量％）珪砂Ｂ（最大粒径0.6mm、75μm以下の粒子の含有量1.5
重量％）珪砂Ｃ（最大粒径0.6mm、75μm以下の粒子の含有量2.6
重量％）（５）有機繊維；ビニロン繊維（直径：0.3mm、長さ：1
3mm）アラミド繊維（直径：0.3mm、長さ：13mm）（６）減水剤；ポリカルボン酸系高性能ＡＥ減水剤（７）水；水道水前記材料を用いた実施例１〜２０、比較例１〜６の配合
条件を表１に示す。

【００２７】

【表１】

【００２８】［２．モルタルの調製及び評価］各材料を
個別に二軸練りミキサに投入し、混練した。混練後、次
のように硬化前及び硬化後の物性を測定し評価した。（１）フロー値「JIS R 5201（セメントの物理試験方法）11.フロー試
験」に記載される方法において、15回の落下運動を行な
わないで測定した。（２）200mm到達時間上記フロー試験において、フロー値が200mmに達するま
での時間を測定した。（３）圧縮強度各混練物をφ50×100mmの型枠内に流し込み、20℃で48
時間前置き後、90℃で48時間蒸気養生して、硬化体（３
本）を作製した後、「JIS A1108（コンクリートの圧縮
試験方法）」に準じて、該硬化体の圧縮強度を測定し
た。硬化体（３本）の測定値の平均値を圧縮強度とし
た。（４）曲げ強度各混練物を4×4×16cmの型枠内に流し込み、20℃で48時
間前置き後、90℃で48時間蒸気養生して、硬化体（３
本）を作製した後、「JIS R 5201（セメントの物理試験
方法）」に準じて、該硬化体の曲げ強度を測定した。載
荷条件は、下支点間距離12cm、上支点間距離4cmの４点
曲げとした。硬化体（３本）の測定値の平均値を曲げ強
度とした。（５）破壊エネルギー破壊エネルギーは、上記曲げ強度試験において、荷重が
最大荷重に達してから、最大荷重の１／３に低下するま
での間の荷重−荷重点変位の積分値を、供試体断面積で
除した値として算出した。なお、荷重点変位としては、
曲げ試験機のクロスヘッド変位量を用いた。結果を表２
に示す。

【００２９】

【表２】

【００３０】表２に示すように、本発明の水硬性組成物
（実施例１〜２０）では、自己充填性（良好なフロー値
及び200mm到達時間）と、優れた機械的特性（圧縮強
度、曲げ強度、破壊エネルギー）を得ている。これに対
し、微粒子を配合しない水硬性組成物（比較例１）で
は、フロー値等が劣り、自己充填性が得られず、しか
も、圧縮強度、曲げ強度、破壊エネルギーが劣る。無機
粒子の配合量が本発明で規定する範囲を超える水硬性組
成物（比較例２）では、フロー値等が劣り、自己充填性
が得られない。珪砂（骨材）の配合量が本発明で規定す
る範囲を超える水硬性組成物（比較例３）では、フロー
値等が劣り、自己充填性が得られず、しかも、曲げ強度
や破壊エネルギーが劣る。珪砂（骨材）の粒度が本発明
で規定する範囲外である水硬性組成物（比較例４）で
は、フロー値等が劣り、自己充填性が得られない。無機
粒子と有機繊維を配合しない水硬性組成物（比較例５）
では、フロー値等が劣り、自己充填性が得られず、しか
も、曲げ強度や破壊エネルギーが劣る。無機粒子を配合
しない水硬性組成物（比較例６）では、フロー値等が劣
り、自己充填性が得られない。

【００３１】

【発明の効果】本発明の水硬性組成物は、硬化前には、
自己充填性（優れた流動性及び材料分離抵抗性）を有
し、施工性に優れるとともに、硬化後には、130MPa以上
の圧縮強度と10KJ/m²以上の破壊エネルギーを有する
等、機械的特性（圧縮強度、曲げ強度、破壊エネルギー
等）に優れる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｃ０４Ｂ 16:06 Ｃ０４Ｂ 14:38 Ａ 14:38）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ブレーン比表面積2,500〜5,000cm²/gの
セメント粒子100重量部と、ＢＥＴ比表面積5〜25m²/gの微粒子10〜40重量部と、ブレーン比表面積3,000〜30,000cm²/gで、かつ上記セ
メント粒子よりも大きなブレーン比表面積を有する無機
粒子20〜55重量部と、粒径2mm以下で、かつ75μm以下の粒子の含有量が2.0
重量％以下である骨材と、有機繊維及び／又は炭素繊維とを含有する水硬性組成
物であって、上記骨材の配合量が、上記セメント粒子と上記微粒子と
上記無機粒子の合計量100重量部に対して、30〜130重量
部であることを特徴とする水硬性材料。
【請求項２】上記無機粒子が、上記セメント粒子より
も1,000cm²/g以上大きなブレーン比表面積を有する請求
項１に記載の水硬性組成物。
【請求項３】減水剤及び水を含み、かつ、上記有機繊
維及び／又は炭素繊維の配合量が、水硬性組成物中の体
積百分率で0.1〜10.0％である請求項１又は２に記載の
水硬性組成物。
【請求項４】硬化前には、230mm以上のフロー値を有
し、硬化後には、130MPa以上の圧縮強度、15MPa以上の
曲げ強度、及び10KJ/m²以上の破壊エネルギーを有する
請求項３に記載の水硬性組成物。