JP4567315B2

JP4567315B2 - 硬化体の製造方法

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Publication number: JP4567315B2
Application number: JP2003369549A
Authority: JP
Inventors: 敏嗣田中; 明彦児玉
Original assignee: Taiheiyo Cement Corp
Current assignee: Taiheiyo Cement Corp
Priority date: 2003-04-25
Filing date: 2003-10-29
Publication date: 2010-10-20
Anticipated expiration: 2023-10-29
Also published as: JP2004339043A

Description

本発明は、加圧成形又は加圧振動成形することにより超高強度を発現する硬化体の製造方法に関する。

従来より、加圧成形又は加圧振動成形では、モルタル・コンクリートを型枠に打設後、加圧又は加圧振動を加えた後、ただちに脱型できるため、同一形状の製品を大量に生産する製品（例えば、インターロッキングブロック等のブロック類、平板、グレーチング等）の製造に広く用いられている（例えば、非特許文献１）。

社団法人日本コンクリート工学協会「超硬練りコンクリート研究委員会報告書」、１９９８年６月

しかし、従来の加圧成形又は加圧振動成形により製造される製品では、強度的な観点から、大型製品を製造することは困難であった。また、製品内部に多数の空隙が形成されるため、耐久性（特に、凍結融解抵抗性や耐摩耗性）に問題があった。

本発明は、上記従来技術の問題点に鑑みなされたものであって、加圧成形又は加圧振動成形により製造される製品であっても、大型製品や耐久性に優れる製品を製造することができる硬化体の製造方法を提供することを目的とする。

本発明者は、上記課題を解決するために鋭意研究した結果、特定の材料を含む配合物からなる水硬性組成物を加圧成形又は加圧振動成形した後、ただちに脱型し、養生してなる硬化体の製造方法であれば、上記課題を解決することができることを見出し、本発明を完成した。

即ち、本発明は、セメント、ＢＥＴ比表面積が５〜２５ｍ ² ／ｇのポゾラン質微粉末、無機粒子、細骨材、金属繊維、有機繊維及び炭素繊維からなる群より選ばれる１種以上の繊維及び水とのみからなる水硬性組成物を型枠に打設し、加圧成形又は加圧振動成形した後、ただちに脱型し、養生してなる硬化体の製造方法であって、前記各材料の配合割合が、セメント１００質量部に対して、ポゾラン質微粉末５〜５０質量部、無機粒子１０〜５０質量部、細骨材５０〜４００質量部、水１０〜３０質量部で、前記無機粒子が、ブレーン比表面積が２５００〜３００００ｃｍ ² ／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し、かつ圧縮強度が８０ＭＰａ以上であることを特徴とする硬化体の製造方法である（請求項１）。本発明で製造される硬化体は、８０ＭＰａ以上の超高強度を発現するので、加圧成形又は加圧振動成形により製造される製品の大型化を図ることができる。また、その厚さを薄くすることができるので軽量化を図ることもできる。さらに、本発明で製造される硬化体は、極めて緻密なものであるので、加圧成形又は加圧振動成形により製造される製品であっても、凍結融解抵抗性や耐摩耗性等の耐久性に優れる製品を製造することができる。また、金属繊維等を含むことによって、硬化後の曲げ強度や破壊エネルギー等を向上させることができる。さらに、本発明で製造される硬化体は、成形後ただちに脱型できるため、同一形状の製品を大量に生産する製品として好適に用いることができる。

本発明で製造される硬化体は、８０ＭＰａ以上の超高強度を発現するので、加圧成形又は加圧振動成形により製造される製品の大型化を図ることができる。また、その厚さを薄くすることができるので軽量化を図ることもできる。
また、本発明で製造される硬化体は、極めて緻密なものであるので、加圧成形又は加圧振動成形により製造される製品であっても、凍結融解抵抗性や耐摩耗性等の耐久性に優れる製品を製造することができる。

本発明の硬化体は、成形後ただちに脱型できるため、同一形状の製品を大量に生産する製品（例えば、インターロッキングブロック等のブロック類、平板、グレーチング、組立土止め、Ｕ形、Ｌ形、無筋・ＲＣ管、卵形管、マンホール、下水ます、トラフ、まくらぎ等）として好適に用いることができる。
また、本発明の硬化体は、80MPa以上の超高強度を発現するので、大型化を図ることができる。また、その厚さを薄くすることができるので軽量化を図ることもできる。
また、本発明の硬化体は、極めて緻密なものであるので、凍結融解抵抗性や耐摩耗性等の耐久性にも優れるものである。

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。
セメントのブレーン比表面積は、2500〜5000cm²/gが好ましく、3000〜4500cm²/gがより好ましい。該値が2500cm²/g未満であると、水和反応が不活発になって、硬化後の強度や耐久性が低下する等の欠点があり、5000cm²/gを超えると、セメントの粉砕に時間がかかり、また、水量が多くなるため、硬化後の強度や耐久性が低下する等の欠点がある。

ポゾラン質微粉末としては、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、本発明のポゾラン質微粉末として好適である。
ポゾラン質微粉末のＢＥＴ比表面積は、5〜25m²/gが好ましく、8〜25m²/gがより好ましい。該値が5m²/g未満であると、硬化後の強度や耐久性が低下する等の欠点があり、25m²/gを超えると、水量が多くなるため、硬化後の強度や耐久性が低下する等の欠点がある。
ポゾラン質微粉末の配合量は、セメント100質量部に対して5〜50質量部、好ましくは10〜40質量部である。配合量が5〜50質量部の範囲外では、水硬性組成物の充填率が低下するので硬化後の強度や耐久性が低下する等の欠点がある。

細骨材としては、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。
細骨材の配合量は、硬化後の強度や耐久性等の観点から、セメント100質量部に対して50〜400質量部であることが好ましく、80〜360質量部であることがより好ましい。

水量は、セメント100質量部に対して、10〜30質量部が好ましく、より好ましくは18〜26質量部である。水量が10質量部未満では、混練が困難になるとともに、水硬性組成物の充填率が低下し硬化後の強度や耐久性が低下する等の欠点がある。水量が30質量部を超えると、硬化後の強度や耐久性が低下する等の欠点がある。

本発明においては、水硬性組成物の充填率、硬化後の強度や耐久性を向上させる観点から、水硬性組成物に、ブレーン比表面積が2500〜30000cm²/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を含ませることが好ましい。
無機粒子としては、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好ましくは2500〜30000cm²/g、より好ましくは4500〜20000cm²/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2500cm²/g未満であると、セメントとのブレーン比表面積の差が小さくなり、高い充填率を確保することが困難になる等の欠点があり、30000cm²/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るうえ、高い充填率が得られ難くなるので硬化後の強度や耐久性が低下する等の欠点がある。

無機粒子がセメント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、セメントとポゾラン質微粉末との間隙を埋める粒度を有することになり、高い充填率等を確保することができる。
無機粒子とセメントとのブレーン比表面積の差は、水硬性組成物の充填率、硬化後の強度や耐久性の観点から、1000cm²/g以上が好ましく、2000cm²/g以上がより好ましい。
無機粒子の配合量は、硬化後の強度や耐久性の観点から、セメント100質量部に対して55質量部以下が好ましく、10〜50質量部がより好ましい。

本発明においては、無機粒子として、異なる２種の無機粒子Ａ及び無機粒子Ｂを併用することができる。
この場合、無機粒子Ａと無機粒子Ｂは、同じ種類の粉末（例えば、石灰石粉末）を使用してもよいし、異なる種類の粉末（例えば、石灰石粉末及び石英粉末）を使用してもよい。
無機粒子Ａは、ブレーン比表面積が5000〜30000cm²/g、好ましくは6000〜20000cm²/gのものである。また、無機粒子Ａは、セメント及び無機粒子Ｂよりもブレーン比表面積が大きいものである。
無機粒子Ａのブレーン比表面積が5000cm²/g未満であると、セメントや無機粒子Ｂとのブレーン比表面積の差が小さくなり、前記の１種の無機粒子を用いる場合と比べて、水硬性組成物の充填率等を向上させる効果が小さくなるばかりか、２種の無機粒子を用いているために、材料の準備に手間がかかるので、好ましくない。該ブレーン比表面積が30000cm²/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、高い充填率が得られ難くなるので、硬化後の強度や耐久性が低下する等の欠点がある。

また、無機粒子Ａが、セメント及び無機粒子Ｂ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Ａが、セメント及び無機粒子Ｂと、ポゾラン質微粉末との間隙を埋めるような粒度を有することになり、より優れた充填率等を確保することができる。
無機粒子Ａとセメント及び無機粒子Ｂとのブレーン比表面積の差（換言すれば、無機粒子Ａと、セメントと無機粒子Ｂのうちブレーン比表面積の大きい方とのブ
レーン比表面積の差）は、水硬性組成物の充填率、硬化後の強度や耐久性の観点から、1000cm²/g以上が好ましく、2000cm²/g以上がより好ましい。

無機粒子Ｂのブレーン比表面積は、2500〜5000cm²/gである。また、セメントと無機粒子Ｂとのブレーン比表面積の差は、水硬性組成物の充填率、硬化後の強度や耐久性の観点から、100cm²/g以上が好ましく、200cm²/g以上がより好ましい。無機粒子Ｂのブレーン比表面積が2500cm²/g未満であると、硬化後の強度や耐久性を向上させる効果が小さくなる。5000cm²/gを超えると、ブレーン比表面積の数値が無機粒子Ａに近づくため、前記の１種の無機粒子を用いる場合と比べて、充填率等を向上させる効果が小さくなるばかりか、２種の無機粒子を用いているために、材料の準備に手間がかかるので、好ましくない。
また、セメントと無機粒子Ｂとのブレーン比表面積の差が100cm²/g以上であることによって、水硬性組成物を構成する粒子の充填性が向上し、強度発現性等を向上することができる。

無機粒子Ａの配合量は、セメント100質量部に対して50質量部以下が好ましく、10〜40質量部がより好ましい。無機粒子Ｂの配合量は、セメント100質量部に対して40質量部以下が好ましく、5〜35質量部がより好ましい。無機粒子Ａ及び無機粒子Ｂの配合量が前記の数値範囲外では、前記の１種の無機粒子を用いる場合と比べて、水硬性組成物の充填率、硬化後の強度や耐久性を向上させる効果が小さくなるばかりか、２種の無機粒子を用いているために、材料の準備に手間がかかるので、好ましくない。
なお、無機粒子Ａと無機粒子Ｂの合計量は、セメント100質量部に対して55質量部以下が好ましく、より好ましくは10〜50質量部である。

本発明においては、硬化後の曲げ強度や破壊強度等を大幅に高める観点から、水硬性組成物に、金属繊維、有機繊維及び炭素繊維からなる群より選ばれる１種以上の繊維を配合することが好ましい。
金属繊維は、硬化後の曲げ強度等を大幅に高める観点から、配合される。
金属繊維としては、鋼繊維、ステンレス繊維、アモルファス繊維等が挙げられる。中でも、鋼繊維は、強度に優れており、また、コストや入手のし易さの点からも好ましいものである。金属繊維の寸法は、水硬性組成物中における金属繊維の材料分離の防止や、硬化後の曲げ強度の向上の点から、直径が0.01〜1.0mm、長さが2〜30mmであることが好ましく、直径が0.05〜0.5mm、長さが5〜25mmであることがより好ましい。また、金属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40〜150である。

金属繊維の形状は、直線状よりも、何らかの物理的付着力を付与する形状（例えば、螺旋状や波形）が好ましい。螺旋状等の形状にすれば、金属繊維とマトリックスとが引き抜けながら応力を担保するため、曲げ強度が向上する。
金属繊維の好適な例としては、例えば、直径が0.5mm以下、引張強度が1〜3.5GPaの鋼繊維からなり、かつ、120MPaの圧縮強度を有するセメント系硬化体のマトリックスに対する界面付着強度（付着面の単位面積当たりの最大引張力）が3MPa以上であるものが挙げられる。本例において、金属繊維は、波形または螺旋形の形状に加工することができる。また、本例の金属繊維の周面上に、マトリックスに対する運動（長手方向の滑り）に抵抗するための溝または突起を付けることもできる。また、本例の金属繊維は、鋼繊維の表面に、鋼繊維のヤング係数よりも小さなヤング係数を有する金属層（例えば、亜鉛、錫、銅、アルミニウム等から選ばれる１種以上からなるもの）を設けたものとしてもよい。

金属繊維の配合量は、水硬性組成物中の体積百分率で、好ましくは4％以下、より好ましくは0.5〜3％、特に好ましくは1〜3％である。該配合量が4％を超えると、配合量を増やしても金属繊維の補強効果が向上しないため、経済的でなく、さらに、混練物中で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。

有機繊維及び炭素繊維は、硬化後の破壊エネルギー等を高める観点から、配合される。
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。中でも、ビニロン繊維及び／又はポリプロピレン繊維は、コストや入手のし易さの点で好ましく用いられる。
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。
有機繊維及び炭素繊維の寸法は、水硬性組成物中におけるこれら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0.005〜1.0mm、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。

有機繊維及び炭素繊維の配合量は、水硬性組成物中の体積百分率で好ましくは10％以下、より好ましくは1〜9％、特に好ましくは2〜8％である。配合量が10％を超えると、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。

水硬性組成物の混練方法は、特に限定されるものではなく、例えば、(1)水以外の材料を予め混合して、プレミックス材を調製しておき、該プレミックス材、水をミキサに投入し、混練する方法、(2)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。
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。

本発明の水硬性組成物は、加圧成形又は加圧振動成形により成形される。本発明の水硬性組成物では、加圧成形後又は加圧振動成形後ただちに脱型することもできる。なお、本発明において加圧成形には、真空プレス成形も含むものとする。
本発明において、養生方法は、特に限定されるものではなく、例えば、蒸気養生や気中養生等を行なえばよい。

本発明の水硬性組成物は、加圧成形又は加圧振動成形することにより硬化後80MPa以上の超高強度を発現するので、加圧成形又は加圧振動成形により製造される製品の大型化を図ることができる。また、その厚さを薄くすることができるので軽量化を図ることもできる。
また、本発明の水硬性組成物を加圧成形又は加圧振動成形することにより得られる硬化体は、極めて緻密なものであるので、本発明の水硬性組成物を用いることにより、加圧成形又は加圧振動成形により製造される製品であっても、凍結融解抵抗性や耐摩耗性等の耐久性に優れる製品を製造することができる。

本発明の水硬性組成物は、インターロッキングブロック等のブロック類、平板、グレーチング、組立土止め、Ｕ形、Ｌ形、無筋・ＲＣ管、卵形管、マンホール、下水ます、トラフ、まくらぎ等の製造に使用することができる。

本発明の硬化体は、上記水硬性組成物を所定の型枠に打設し、加圧成形又は加圧振動成形した後、ただちに脱型し、養生して得られるものである。本発明の硬化体は、成形後ただちに脱型できるため、同一形状の製品を大量に生産する製品（例えば、インターロッキングブロック等のブロック類、平板、グレーチング、組立土止め、Ｕ形、Ｌ形、無筋・ＲＣ管、卵形管、マンホール、下水ます、トラフ、まくらぎ等）として好適に用いることができる。
また、本発明の硬化体は、80MPa以上の超高強度を発現するので、大型化を図ることができる。また、その厚さを薄くすることができるので軽量化を図ることもできる。
また、本発明の硬化体は、極めて緻密なものであるので、凍結融解抵抗性や耐摩耗性等の耐久性にも優れるものである。

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；低熱ポルトランドセメント（太平洋セメント社製
；ブレーン比表面積3200cm²/g）
（２）ポゾラン質微粉末；シリカフューム（ＢＥＴ比表面積10m²/g）
（３）無機粒子Ａ；石英粉末Ａ（ブレーン比表面積7500cm²/g）
（４）無機粒子Ｂ；石英粉末Ｂ（ブレーン比表面積4000cm²/g）
（５）細骨材Ａ；珪砂（最大粒径0.6mm）
（６）細骨材Ｂ；陸砂（最大粒径5.0mm、F.M.2.65）
（７）粗細骨；７号砕石（粒径2.5〜5.0mm）
（８）金属繊維；鋼繊維（直径：0.2mm、長さ：13mm）
（９）減水剤；ポリカルボン酸系高性能ＡＥ減水剤
（10）水；水道水

参考例１
低熱ポルトランドセメント100質量部、シリカフューム32質量部、石英粉末Ａ39質量部、珪砂120質量部、高性能ＡＥ減水剤0.2質量部(セメントに対する固形分)、水24質量部をニ軸ミキサに投入し、混練した。
前記混練物をインターロッキングブロックの型枠内に投入し、加圧振動成形を行い、20℃で48時間前置き後、90℃で48時間蒸気養生した。該硬化体からφ40mmのコアを採取し圧縮強度を測定した。その結果、圧縮強度（３本の平均値）は120MPaであった。
また、前記混練物をインターロッキングブロックの型枠内に投入し、加圧振動成形を行い、20℃で48時間前置き後、90℃で48時間蒸気養生した。該硬化体を「JIS A 1148」に準じて凍結融解試験を行った。その結果、硬化体の劣化は全く認められず、300サイクル終了後の相対動弾性係数は100％であった。

参考例２
低熱ポルトランドセメント100質量部、シリカフューム32質量部、石英粉末Ａ26質量部、石英粉末Ｂ13質量部、珪砂120質量部、高性能ＡＥ減水剤0.2質量部(セメントに対する固形分)、水24質量部をニ軸ミキサに投入し、混練した。
前記混練物をインターロッキングブロックの型枠内に投入し、加圧振動成形を行い、20℃で48時間前置き後、90℃で48時間蒸気養生した。該硬化体からφ40mmのコアを採取し圧縮強度を測定した。その結果、圧縮強度（３本の平均値）は120MPaであった。
また、前記混練物をインターロッキングブロックの型枠内に投入し、加圧振動成形を行い、20℃で48時間前置き後、90℃で48時間蒸気養生した。該硬化体を「JIS A 1148」に準じて凍結融解試験を行った。その結果、硬化体の劣化は全く認められず、300サイクル終了後の相対動弾性係数は100％であった。

参考例３
低熱ポルトランドセメント100質量部、シリカフューム32質量部、石英粉末Ａ26質量部、石英粉末Ｂ13質量部、珪砂120質量部、高性能ＡＥ減水剤0.2質量部(セメントに対する固形分)、水24質量部をニ軸ミキサに投入し、混練した。
前記混練物をインターロッキングブロックの型枠内に投入し、加圧振動成形後ただちに脱型し、20℃で48時間前置き後、90℃で48時間蒸気養生した。該硬化体からφ40mmのコアを採取し圧縮強度を測定した。その結果、圧縮強度（３本の平均値）は120MPaであった。
また、前記混練物をインターロッキングブロックの型枠内に投入し、加圧振動成形後ただちに脱型し、20℃で48時間前置き後、90℃で48時間蒸気養生した。該硬化体を「JIS A 1148」に準じて凍結融解試験を行った。その結果、硬化体の劣化は全く認められず、300サイクル終了後の相対動弾性係数は100％であった。

参考例４
低熱ポルトランドセメント100質量部、シリカフューム32質量部、石英粉末Ａ26質量部、石英粉末Ｂ13質量部、珪砂120質量部、高性能ＡＥ減水剤0.2質量部(セメントに対する固形分)、水24質量部、鋼繊維(水硬性組成物中の体積の２％)をニ軸ミキサに投入し、混練した。
前記混練物をインターロッキングブロックの型枠内に投入し、加圧振動成形を行い、20℃で48時間前置き後、90℃で48時間蒸気養生した。該硬化体からφ40mmのコアを採取し圧縮強度を測定した。その結果、圧縮強度（３本の平均値）は135MPaであった。
また、前記混練物をインターロッキングブロックの型枠内に投入し、加圧振動成形を行い、20℃で48時間前置き後、90℃で48時間蒸気養生した。該硬化体を「JIS A 1148」に準じて凍結融解試験を行った。その結果、硬化体の劣化は全く認められず、300サイクル終了後の相対動弾性係数は100％であった。

参考例５
低熱ポルトランドセメント100質量部、シリカフューム32質量部、石英粉末Ａ26質量部、石英粉末Ｂ13質量部、珪砂100質量部、陸砂250質量部、高性能ＡＥ減水剤0.2質量部(セメントに対する固形分)、水24質量部、７号砕石(水硬性組成物中の体積の40％)をニ軸ミキサに投入し、混練した。
前記混練物をインターロッキングブロックの型枠内に投入し、加圧振動成形後ただちに脱型し、20℃で48時間前置き後、90℃で48時間蒸気養生した。該硬化体からφ40mmのコアを採取し圧縮強度を測定した。その結果、圧縮強度（３本の平均値）は100MPaであった。
また、前記混練物をインターロッキングブロックの型枠内に投入し、加圧振動成形後ただちに脱型し、20℃で48時間前置き後、90℃で48時間蒸気養生した。該硬化体を「JIS A 1148」に準じて凍結融解試験を行った。その結果、硬化体の劣化は全く認められず、300サイクル終了後の相対動弾性係数は100％であった。

Claims

セメント、ＢＥＴ比表面積が５〜２５ｍ²／ｇのポゾラン質微粉末、無機粒子、細骨材、金属繊維、有機繊維及び炭素繊維からなる群より選ばれる１種以上の繊維及び水とのみからなる水硬性組成物を型枠に打設し、加圧成形又は加圧振動成形した後、ただちに脱型し、養生してなる硬化体の製造方法であって、
前記各材料の配合割合が、セメント１００質量部に対して、ポゾラン質微粉末５〜５０質量部、無機粒子１０〜５０質量部、細骨材５０〜４００質量部、水１０〜３０質量部で、
前記無機粒子が、ブレーン比表面積が２５００〜３００００ｃｍ²／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し、かつ圧縮強度が８０ＭＰａ以上であることを特徴とする硬化体の製造方法。