JP5403321B2 - セメント系材料 - Google Patents

Description

本発明は、セメント系材料に関する。

セメントと水と骨材（粗骨材及び細骨材）とが混練されてなるコンクリート（セメント系材料）が硬化後に気中に置かれた場合、材齢の増加に伴い、コンクリート中の水分が蒸発し、これによって、コンクリートに乾燥収縮が生じる。この乾燥収縮はコンクリートのひび割れの原因となるため、乾燥収縮を極力小さくすることが好ましい。そこで、一般には、コンクリートの単位水量を一定以下に抑えることで、乾燥収縮が過度に生じないようにしている。例えば、建築構造物のコンクリートの場合には、単位水量を１８５ｋｇ／ｍ^３以下にすることが推奨されており、また、土木構造物のコンクリートで粗骨材の最大寸法が２０ｍｍ或いは２５ｍｍの場合には、単位水量を１７５ｋｇ／ｍ^３以下にすることが推奨されている。

また、近年、セメント系材料の乾燥収縮を低減させる目的で、セメント系材料に尿素を混入する技術が提案されている。この技術は、セメントとして普通ポルトランドセメントを使用するとともに、骨材として例えば山砂や硬質砂岩砕石等の普通骨材を使用し、これらセメント、骨材及び水に加えて尿素を混入するものである。このように尿素が混入されたセメント系材料によれば、尿素が直ちに液化され、液化された尿素によってセメント系材料はあたかも加水されたような状態となるため、混練り水を減少させてコンクリートを練り混ぜる。その結果、セメント系材料の乾燥収縮を低減させることができる（例えば、特許文献１、２参照。）。
特開昭５８−１５６５５８号公報 特開２００８−１２０６２５号公報

しかしながら、上記した従来のセメント系材料では、尿素の混入量が少な過ぎるとセメント系材料の乾燥収縮を効果的に低減させることができないため、一定量以上（例えば特許文献２では単位量で３０ｋｇ／ｍ^３以上）の尿素を混入する必要がある。ところが、尿素の混入量が多いと、セメント系材料の凝結時間が大幅に遅くなり、セメント系材料の初期の強度の発現が遅くなる。このため、例えばセメント系材料によって構造物を形成する場合には、型枠脱型までの期間が長くなるという問題が生じる。また、尿素の混入量が多いと、硬化後のセメント系材料の表面に尿素が析出したり、硬化後のセメント系材料の表面が黒みを帯びるので、セメント系材料からなる構造物の美観が悪化するという問題がある。

本発明は、上記した従来の問題が考慮されたものであり、セメント系材料の乾燥収縮を効果的に低減させることができるとともに、セメント系材料の凝結時間の遅延を抑えることができ、また、硬化後の尿素の析出や表面の黒みを防止することができるセメント系材料を提供することを目的としている。

本発明に係るセメント系材料は、少なくともセメントと水と骨材とが混練されてなるセメント系材料において、尿素が混入されているとともに、前記骨材として少なくとも石灰石が用いられ、前記尿素が、単位量で１０ｋｇ／ｍ ^３ 以上、３０ｋｇ／ｍ ^３ 以下の範囲内で混入されており、前記水が、前記尿素の混入量に対応した分量減じた水量で混練されてなることを特徴としている。
このような特徴により、混入された尿素が直ちに液化され、この液化された尿素によってセメント系材料があたかも加水されたような状態となるため、混練り水を減少させてコンクリートを練り混ぜる。その結果、セメント系材料の乾燥収縮が低減される。また、骨材として石灰石が用いられることで、少ない尿素でセメント系材料の乾燥収縮が十分に抑えられるとともに、尿素の混入による弊害が抑えられる。

また、本発明に係るセメント系材料は、前記骨材のうちの粗骨材として石灰石が用いられていることが好ましい。
これにより、尿素の混入量が少なくてもセメント系材料の乾燥収縮が十分に抑えられる。

また、本発明に係るセメント系材料は、前記骨材のうちの細骨材として石灰石が用いられていることが好ましい。
これにより、尿素の混入量が少なくてもセメント系材料の乾燥収縮が十分に抑えられる。

本発明に係るセメント系材料によれば、尿素が単位量で１０ｋｇ／ｍ ^３ 以上、３０ｋｇ／ｍ ^３ 以下の範囲内で混入されているとともに、骨材として少なくとも石灰石が用いられているので、その程度の少ない尿素でセメント系材料の乾燥収縮が十分に抑えられ、それによりセメント系材料の乾燥収縮を効果的に低減させることができるとともに、セメント系材料の凝結時間の遅延を抑えることができ、また、硬化後の尿素の析出や表面の黒みを防止することができる。

以下、本発明に係るセメント系材料の実施の形態について、図１に基いて説明する。
図１は本実施の形態におけるコンクリート材料（セメント系材料）の配合の一例を示した配合表である。

図１に示す配合（Ｎ１０−Ａ、Ｎ２０−Ａ、Ｎ３０−Ａ）のコンクリート材料は、セメント（Ｃ）と水（Ｗ）と細骨材（Ｓ）と粗骨材（Ｇ）と尿素（Ｎ）とを混練してなる材料である。このコンクリート材料には、必要に応じてＡＥ剤等の混和剤が添加されている。

上記したセメント（Ｃ）としては、公知の水硬性セメントを使用することができる。例えば、セメントは如何なる種類のものでもよく、例えば、ポルトランドセメント（普通ポルトランドセメント、早強ポルトランドセメント等）のほかに、ポルトランドセメントに混合材を混合させた混合セメント（高炉セメント、シリカセメント、フライアッシュセメント）や特殊セメント（アルミナセメント、コロイドセメント、急結性セメント等）を使用することもできる。

また、上記した細骨材（Ｓ）及び粗骨材（Ｇ）としては、石灰石を使用する。例えば、細骨材としては、石灰石を砕砂にしたものを使用することができ、また、粗骨材としては、石灰石を破砕した砕石を使用することができる。なお、細骨材や粗骨材の粒径は適宜変更可能である。

尿素（Ｎ）は、化学式（ＮＨ_２）_２ＣＯの窒素化合物であり、公知のものを使用することができる。例えば、尿素として、常温の気中で無色無臭の顆粒状の物質であって水に容易に溶解するものを使用することができる。尿素の混入量は、単位量で１０ｋｇ／ｍ^３以上、３０ｋｇ／ｍ^３以下の範囲内で混入する。なお、尿素が液化すると１ｋｇ当たり約０．７７リットルとなる。

なお、図１に示す「Ｎ０−Ａ」は、尿素が混入されてなく、且つ細骨材及び粗骨材として石灰石が用いられた配合のコンクリート材料であり、「Ｎ３０−Ｂ」は、尿素が３０ｋｇ／ｍ^３混入されており、且つ細骨材及び粗骨材として普通骨材（山砂、硬質砂岩砕石）が用いられた配合のコンクリート材料であり、「Ｎ０−Ｂ」は、尿素が混入されてなく、且つ細骨材及び粗骨材として普通骨材が用いられた配合のコンクリート材料である。

上記した尿素が混入された各配合（Ｎ１０−Ａ〜Ｎ３０−Ａ、Ｎ３０−Ｂ）のコンクリート材料では、尿素の混入によってスランプが大きくなるので、それぞれの配合において所定のスランプが得られるように単位水量（Ｗ）を減少させている。具体的には、それぞれの配合において、各々の尿素の質量（単位量）の０．７７倍に相当する分だけ単位水量が低減されている。なお、上記した各配合には、ＡＥ減水剤が所定量（Ｃ×０．２５％）だけ混入されており、また、空気量が所定範囲内（４．５±１．０％）になるようにＡＥ剤が混入されている。

上記したコンクリート材料は、公知のコンクリート材料と同様にして製造することができる。例えば、生コンプラントにおいて、セメントと水と骨材とをミキサによって混練する際に、混練されている材料内に尿素を混入させる。尿素は、混和材を投入させるための投入口からミキサ内に投入することができる。尿素は、混練されている材料内に投入された後、直ちに液化するので、練混ぜ時間は通常のコンクリート材料の場合とほとんど同じでよい。また、尿素を混入させることで、空気量が１〜２％程度増加する場合があるが、このような場合、ＡＥ剤の使用量を減少させることで所定の空気量になるように調整する。

上記した尿素が混入され、且つ細骨材及び粗骨材として石灰石が使用された各配合（Ｎ１０−Ａ〜Ｎ３０−Ａ）のコンクリート材料によれば、尿素が混入されていることにより、混入された尿素が直ちに液化され、液化された尿素によってコンクリート材料があたかも加水されたような状態となる。したがって、尿素を混入させた場合の単位水量は、液化された尿素の容積の分だけ低減させることになる。ところで、液化した尿素は水と比較して蒸発する量が少ない。したがって、液化された尿素の容積の分だけ単位水量が低減されることで、コンクリート材料からなる組成物の乾燥収縮を低減させることができ、コンクリート材料が硬化されてなるコンクリートのひび割れを低減又は防止することができる。

また、仮に、尿素が多量に混入されていると、コンクリートの凝結時間が遅くなる。例えば、尿素を単位量で６０（ｋｇ／ｍ^３）混入すると、尿素を単位量で３０（ｋｇ／ｍ^３）混入する場合に比べて、コンクリートの凝結の始発時間が７時間程度遅くなるとともに終結時間が９時間程度遅くなる。また、尿素が多量に混入されていると、材齢の進行に伴ってコンクリートの表面に白い析出物が発生する。この析出物の発生量は、乾燥収縮の進行に伴って、コンクリート表面から水分が蒸発するとともに液化した尿素がコンクリート表面で結晶化されたものであり、尿素の単位量の増加に伴って増加する。さらに、尿素が多量に混入されていると、コンクリート表面が黒みを帯びる。

これに対し、上記した各配合（Ｎ１０−Ａ〜Ｎ３０−Ａ）のコンクリート材料によれば、細骨材及び粗骨材として石灰石が用いられているため、尿素の混入量が少なくてもコンクリート材料からなる組成物の乾燥収縮を十分に低減させることができる。具体的に説明すると、図１に示すように、細骨材及び粗骨材として石灰石が用いられたコンクリート材料では、尿素の単位量が１０ｋｇ／ｍ^３のコンクリート材料で、収縮ひずみが２６６×１０^−６、乾燥収縮ひずみ比が４４であり、尿素の単位量が２０ｋｇ／ｍ^３のコンクリート材料で、収縮ひずみが２１８×１０^−６、乾燥収縮ひずみ比が３６であり、尿素の単位量が３０ｋｇ／ｍ^３のコンクリート材料で、収縮ひずみが１６２×１０^−６、乾燥収縮ひずみ比が２７である。一方、細骨材として山砂が用いられ、粗骨材として硬質砂岩砕石が用いられ、尿素の単位量が３０ｋｇ／ｍ^３のコンクリート材料では、収縮ひずみが４２０×１０^−６、乾燥収縮ひずみ比が７０であり、乾燥収縮を十分に低減させることができない。このように、細骨材及び粗骨材として石灰石が使用された尿素入りのコンクリート材料では、細骨材及び粗骨材として普通骨材（山砂、硬質砂岩砕石）を用いた場合に比べてコンクリートの乾燥収縮を４０〜７０％程度低減させることができ、乾燥収縮を十分に低減させつつ尿素の混入量を低減させることができるので、上記したコンクリート材料の凝結時間の遅延を抑えることができ、また、硬化後の尿素の析出や表面の黒みを防止することができる。

特に、上記した各配合（Ｎ１０−Ａ〜Ｎ３０−Ａ）のコンクリート材料によれば、尿素が単位量で１０ｋｇ／ｍ^３以上、３０ｋｇ／ｍ^３以下の範囲内で混入されているので、コンクリート材料の凝結時間の遅延を十分に抑えることができるとともに、硬化後の尿素の析出や表面の黒みを確実に防止することができる。

さらに、上記した各配合（Ｎ１０−Ａ〜Ｎ３０−Ａ）のコンクリート材料によれば、尿素が混入されていることにより、当該コンクリート材料が硬化されてなるコンクリートの中性化を抑制することができる。具体的に説明すると、図１に示すように、尿素の単位量が１０ｋｇ／ｍ^３のコンクリート材料で、中性化深さが４．６ｍｍ、中性化深さ比が６７であり、尿素の単位量が２０ｋｇ／ｍ^３のコンクリート材料で、中性化深さが２．６ｍｍ、中性化深さ比が３８であり、尿素の単位量が３０ｋｇ／ｍ^３のコンクリート材料で、中性化深さが１．３ｍｍ、中性化深さ比が１９であるのに対し、尿素の単位量が０ｋｇ／ｍ^３のコンクリート材料（Ｎ０−Ａ）ので、中性化深さが６．９ｍｍ、中性化深さ比が１００である。このように、コンクリートの中性化深さを３０〜８０％程度低減させることができる。これにより、コンクリート内に埋設される鉄筋等の発錆が大幅に遅れ、コンクリートの耐久性を向上させることができる。

以上、本発明に係るセメント系材料の実施の形態について説明したが、本発明は上記した実施の形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。例えば、上記した実施の形態では、セメント系材料としてコンクリート材料について説明したが、本発明に係るセメント系材料は、コンクリート材料以外のセメント系材料であってもよく、例えば、セメントと水と細骨材としての石灰石と尿素とからなるモルタル材料であってもよい。

また、上記した実施の形態では、細骨材及び粗骨材の双方にそれぞれ石灰石が用いられているが、本発明は、細骨材として石灰石を用いて、粗骨材として普通骨材（山砂利、海砂利や砕石等）を用いてもよく、或いは、細骨材として普通骨材（山砂、海砂や砕砂等）を用いて、粗骨材として石灰石を用いてもよい。

その他、本発明の主旨を逸脱しない範囲で、上記した実施の形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能である。

本発明に係るセメント系材料の実施の形態を説明するための配合例を示した表である。

符号の説明

Ｃ セメント
Ｎ 尿素
Ｓ 細骨材
Ｇ 粗骨材
Ｗ 水

Claims (3)

1. 少なくともセメントと水と骨材とが混練されてなるセメント系材料において、
   尿素が混入されているとともに、前記骨材として少なくとも石灰石が用いられ、
   前記尿素が、単位量で１０ｋｇ／ｍ^３以上、３０ｋｇ／ｍ^３以下の範囲内で混入されており、
   前記水が、前記尿素の混入量に対応した分量減じた水量で混練されてなることを特徴とするセメント系材料。
2. 請求項１に記載のセメント系材料において、
   前記骨材のうちの粗骨材として石灰石が用いられていることを特徴とするセメント系材料。
3. 請求項１または２に記載のセメント系材料において、
   前記骨材のうちの細骨材として石灰石が用いられていることを特徴とするセメント系材料。

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