JP4861930B2 - 超高強度高流動性セメント組成物及び超高強度高流動性セメント硬化体 - Google Patents
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Description
そこで、圧壊強度(硬度)や耐摩耗性が高くかつ品質の安定している細骨材として、高炉スラグ細骨材、フェロクロムスラグ細骨材、フェロニッケルスラグ細骨材、銅スラグ細骨材、電気炉酸化スラグ等のスラグ細骨材を用いた様々な技術が提案されている。
前記人造高密度細骨材の単位容積は180L/m3以上かつ350L/m3以下であることが好ましい。
前記水硬性結合材の単位容積は400L/m3以上かつ600L/m3以下であることが好ましい。
また、水結合材比が18.0%以下の超高強度領域においては、200N/mm2を超える圧縮強度を得ることができ、従来のセメント組成物と比べて圧縮強度に優れたものとなっている。
したがって、従来のセメント硬化体と比べて圧縮強度に優れ、かつ長期信頼性に優れた超高強度高流動性セメント硬化体を提供することができる。
なお、本実施形態は、発明の趣旨をより良く理解させるために具体的に説明するものであり、特に指定のない限り、本発明を限定するものではない。
セメントとしては、普通、中庸熱、低熱、早強、超早強、耐硫酸塩等の各種ポルトランドセメント、高炉セメント、フライアッシュセメント、シリカセメント等の混合セメント、アルミナセメント、ジェットセメント等の超速硬セメント、アーウィン系セメント等が挙げられる。
そして、これら種々のセメントから、モルタル、生コンクリート等のセメント組成物に要求される仕様や価格を考慮した上で、1種を選択し、または2種以上を選択・混合して使用することができる。
特に、本実施形態の超高強度高流動性セメント組成物に好適なシリカ質微粉末としては、SiO2含有量が85%以上かつBET法による比表面積が1m2/g以上かつ20m2/g以下のジルコニア起源シリカ質微粉末、シリコン起源シリカフュームが特に挙げられる。
シリカ質微粉末のセメントに対する置換率が上記の範囲を外れた場合、セメント硬化体とした場合にその圧縮強度が低下して200N/mm2以上に保持することが困難になるからであり、また、場合によっては練混ぜが困難になり、実用性が大幅に低下してしまうからである。
水硬性結合材の単位容積が上記の範囲を外れた場合、セメント硬化体とした場合にその圧縮強度が低下して200N/mm2以上に保持することが困難になるからであり、また、場合によっては練混ぜが困難になり、実用性が大幅に低下してしまうからである。
ここで、この人造高密度細骨材の最大粒径、絶乾密度及び吸水率のうちいずれか1つが上記の範囲を外れると、この人造高密度細骨材を含むセメント組成物をセメント硬化体とした場合に圧縮強度または流動性が大きく低下してしまうので好ましくない。
この人造高密度細骨材の単位容積が上記の範囲を外れると、セメント硬化体とした場合にその圧縮強度が低下して200N/mm2以上に保持することが困難になるからであり、また、場合によっては練混ぜが困難になり、実用性が大幅に低下してしまうからである。
このポリカルボン酸系高性能AE減水剤の添加量は、セメント組成物の目標とする流動性に合わせて適宜調整するが、一般的な添加量としては、セメント及びシリカ質微粉末からなる水硬性結合材の全体量に対して0.5重量%以上かつ4.0重量%以下の範囲で添加することが好ましい。
また、この化学混和剤としては、粉体状、液体状のいずれをも使用することができる。特に、粉体状のものは、予めセメント等とプレミックスして使用することができるので好ましい。
本実施形態の超高強度高流動性セメント硬化体は、本実施形態の超高強度高流動性セメント組成物を水結合材比18.0%以下にて水と混練し養生してなる超高強度高流動性セメント硬化体であり、この超高強度高流動性セメント硬化体の圧縮強度が、20℃±1℃にて91日間、50℃以上かつ80℃以下にて7日間、のいずれかの条件にて養生した場合に200N/mm2以上となる硬化体である。
ここで、この超高強度高流動性セメント組成物の水結合材比を18.0%以下とした理由は、水結合材比が18.0%を超えると、この超高強度高流動性セメント組成物を水と混練し養生することにより得られた超高強度高流動性セメント硬化体の圧縮強度が200N/mm2を下回ってしまうからである。
このようにして得られた超高強度高流動性セメント硬化体の圧縮強度は、常に200N/mm2以上を保持している。
「セメント」
低熱ポルトランドセメント(C2S含有量56%、絶乾密度3.24g/cm3、ブレーン比表面積3300cm2/g、住友大阪セメント(株)製)(以下LCと略記)
ジルコニア起源シリカ質微粉末:SF−SILICAFUME(SiO2含有量94.7%、絶乾密度2.26g/cm3、BET比表面積9.1m2/g、巴工業(株)社製)(以下、ZSFと略記)
「シリカ質微粉末B」
シリコン起源シリカフューム:マイクロシリカ940−U(SiO2含有量94.4%、絶乾密度2.20g/cm3、BET比表面積17.6m2/g、エルケムジャパン(株)社製)(以下、SFと略記)
1.2mmフェロニッケルスラグ細骨材(JIS A 5011−2のFNS1.2適合品、最大粒径1.2mm以下、絶乾密度3.01g/cm3、吸水率0.7%、FM:2.21)(以下、FNS1.2と略記)
「人造高密度細骨材B」
5mmフェロニッケルスラグ細骨材(JIS A 5011−2のFNS5適合品、最大粒径5mm以下、絶乾密度2.97g/cm3、吸水率0.9%、FM:2.47)(以下、FNS5と略記)
「人造高密度細骨材C」
1.2mm銅スラグ細骨材(JIS A 5011−3のCUS1.2適合品、最大粒径1.2mm以下、絶乾密度3.35g/cm3、吸水率0.9%、FM:2.24)(以下、CUS1.2と略記)
5mm銅スラグ細骨材(JIS A 5011−3のCUS5適合品、最大粒径5mm以下、絶乾密度3.30g/cm3、吸水率1.2%、FM:2.64)(以下、CUS5と略記)
「人造高密度細骨材E」
1.2mm電気炉酸化スラグ細骨材(JIS A 5011−4のEFS1.2N適合品、最大粒径1.2mm以下、絶乾密度3.52g/cm3、吸水率1.0%、FM:2.89)(以下、EFS1.2と略記)
「人造高密度細骨材F」
5mm電気炉酸化スラグ細骨材(JIS A 5011−4のEFS5N適合品、最大粒径5mm以下、絶乾密度3.49g/cm3、吸水率1.7%、FM:3.10)(以下、EFS5と略記)
愛知県産乾燥珪砂4号及び7号の混合砂(最大粒径1.2mm以下、絶乾密度2.66g/cm3、吸水率0.7%、FM:2.46)(以下、SS1.2と略記)
「天然細骨材H」
千葉県産山砂(最大粒径1.2mm以下、絶乾密度2.56g/cm3、吸水率2.28%、FM:2.18)(以下、HS1.2と略記)
ポリカルボン酸系高性能AE減水剤:シーカメント1200N(日本シーカ(株)社製)(以下、SPと略記)
「消泡剤」
シーカアンチフォームW(日本シーカ(株)社製)
「水」
上水道水
表1及び表2に、実施例、参考例及び比較例各々の超高強度高流動性モルタルの組成を示す。
これらの超高強度高流動性モルタルにおいては、全ての組成において単位水量を220kg/m3の一定値とし、目標空気量を2%の一定値とし、細骨材の単位容積を下記のとおりとした。
比較例6では、シリカ質微粉末(ZSF)の置換率を5%、細骨材の単位容積を254L/m3とした。
比較例7では、シリカ質微粉末(ZSF)の置換率を35%、細骨材の単位容積を201L/m3とした。
実施例3では、シリカ質微粉末(ZSF)の置換率を20%、細骨材の単位容積を340L/m3とした。
比較例8では、シリカ質微粉末(ZSF)の置換率を20%、細骨材の単位容積を392L/m3とした。
比較例14では、シリカ質微粉末(SF)の置換率を5%、細骨材の単位容積を253L/m3とした。
比較例15では、シリカ質微粉末(SF)の置換率を35%、細骨材の単位容積を194L/m3とした。
比較例16では、シリカ質微粉末(SF)の置換率を10%、細骨材の単位容積を404L/m3とした。
なお、高性能AE減水剤及び消泡剤については、練混ぜ水とみなして水量を補正した。
実施例1〜3、参考例1及び比較例1〜8については、20℃の恒温室内にて、表1に示す組成となるようにセメント、シリカ質微粉末(ZSF)及び細骨材を容量10Lのモルタルミキサに投入して空練りを15秒間行い、次いで、表1に示す組成となるように練混ぜ水、高性能AE減水剤及び消泡剤を投入して120秒間練混ぜ後、かき落としを行い、さらに120秒間本練りを行った。
また、実施例4、5、参考例2及び比較例9〜16については、組成を表2に示すものとし、本練りを300秒とした他は、実施例1〜3、参考例1及び比較例1〜8と同様とした。
なお、実施例1〜5、参考例1、2及び比較例1〜16においては、1バッチの練混ぜ量を5.5L(一定)とした。
測定用の供試体として、直径50mm×高さ100mmの円柱供試体を24本ずつ作製した。作製した供試体は水の蒸発を防ぐため、脱型する直前まで供試体頭部をビニールフィルム及び輪ゴムで密封し、20℃の恒温室内にて材齢2日まで封緘養生した。
作製した供試体のうち18本は材齢2日で脱型し、所定の材齢まで20℃水中で標準養生した。残り6本は材齢2日目から供試体頭部を密封したまま型枠ごと70℃温水中に浸漬して加熱養生し、材齢7日で温水から取り出し、空気中で室温になるまで放冷した後、脱型した。
一方、比較例1〜3では、モルタルの流動性は実施例1、2及び参考例1と同等あるいはやや劣る程度であったが、圧縮強度は実施例1、2及び参考例1より低かった。また、比較例4は珪砂を、比較例5は山砂をそれぞれ使用したために、モルタルの流動性及び圧縮強度のいずれもが実施例1、2及び参考例1より著しく低かった。
比較例6では、シリカ質微粉末(ZSF)の置換率を5重量%としたために、今回の試験条件ではモルタルを練り上げることができなかった。
比較例7では、シリカ質微粉末(ZSF)の置換率を35重量%としたために、モルタルの流動性は実施例1と同等であったが、圧縮強度は実施例1より低かった。
一方、比較例8は、水結合材比20.0%、シリカ質微粉末(ZSF)の置換率を20重量%としたもので、モルタルの流動性は実施例1と同等であったものの、圧縮強度は実施例1より著しく低く、20℃における標準養生の材齢91日及び70℃における加熱養生の材齢7日のいずれにおいても、200N/mm2を下回っていた。
一方、比較例9〜11では、得られたモルタルの流動性は実施例4、5及び参考例2と同等またはやや劣る程度であったが、圧縮強度は実施例4、5及び参考例2より低かった。
また、比較例12は珪砂を、比較例13は山砂をそれぞれ使用したために、モルタルの流動性及び圧縮強度のいずれもが実施例4、5及び参考例2より低かった。
比較例16は、水結合材比20.0%、シリカ質微粉末(SF)の置換率を10重量%としたもので、モルタルの流動性は実施例4と同等であったものの、圧縮強度は実施例4より著しく低く、特に、20℃における標準養生の材齢91日及び70℃における加熱養生の材齢7日のいずれにおいても200N/mm2を下回っていた。
また、シリカ質微粉末(ZSF、SF)のセメントに対する置換率が10重量%未満あるいは30重量%を超える場合は、セメント組成物の圧縮強度の低下が大きいか、あるいは練混ぜが困難になって実用性が大幅に低下することが分かった。
さらに、20℃における標準養生の材齢91日及び70℃における加熱養生の材齢7日のいずれにおいても圧縮強度が200N/mm2を上回るためには、水結合材比は18.0%以下が必須要件であることが分かった。
Claims (5)
- セメントの10重量%以上かつ30重量%以下をBET法による比表面積が1m2/g以上かつ20m2/g以下のシリカ質微粉末にて置換した水硬性結合材と、最大粒径が1.2mm以下、絶乾密度が2.90g/cm3以上かつ吸水率が0.90%以下の人造高密度細骨材と、化学混和剤とを含有してなることを特徴とする超高強度高流動性セメント組成物。
- 前記人造高密度細骨材は、フェロニッケルスラグ細骨材、銅スラグ細骨材、電気炉酸化スラグ細骨材の群から選択された1種または2種以上であることを特徴とする請求項1記載の超高強度高流動性セメント組成物。
- 前記人造高密度細骨材の単位容積は180L/m3以上かつ350L/m3以下であることを特徴とする請求項1または2記載の超高強度高流動性セメント組成物。
- 前記水硬性結合材の単位容積は400L/m3以上かつ600L/m3以下であることを特徴とする請求項1、2または3記載の超高強度高流動性セメント組成物。
- 請求項1ないし4のいずれか1項記載の超高強度高流動性セメント組成物を水結合材比18.0%以下にて水と混練し養生してなる超高強度高流動性セメント硬化体であって、
この超高強度高流動性セメント硬化体の圧縮強度は、20℃にて91日間、50℃以上かつ80℃以下にて7日間、のいずれかの条件にて養生した場合、200N/mm2以上であることを特徴とする超高強度高流動性セメント硬化体。
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