JP6011926B2

JP6011926B2 - 高強度コンクリート用の混和材および高強度コンクリート用のセメント組成物

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Publication number: JP6011926B2
Application number: JP2012226909A
Authority: JP
Inventors: 大野　晃; 晃大野
Original assignee: Sumitomo Osaka Cement Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Osaka Cement Co Ltd
Priority date: 2012-10-12
Filing date: 2012-10-12
Publication date: 2016-10-25
Anticipated expiration: 2032-10-12
Also published as: JP2014076933A

Description

本発明は、軽質炭酸カルシウム粉末を含む高強度コンクリート用の混和材および、該混和材を含む高強度コンクリート用のセメント組成物に関する。

構造物の大型化や高層化に伴い、近年、高強度コンクリートが多く用いられている。これらの高強度コンクリートは、水結合材比が小さくなるような配合設計とすることで硬化後の硬化物の緻密性を高め、高強度が得られるものであるが、水結合材比を小さくしているため、流動性が低下し施工時の作業性が悪い。そこで、混和材としてシリカフュームをセメント組成物に配合することが行われている。シリカフュームをセメント組成物に配合した場合には、水結合材比を小さくしても、流動性の低下が抑制できる。
しかし、シリカフュームを用いて高強度コンクリートを得る場合には、必要な流動性を得るまでに混練時間が通常のセメント組成物に比べて長時間かかり、よって、高強度コンクリートの施工に時間がかかる。さらに、シリカフュームは、工業製品の副産物として得られるものであるため、同一品質のものを安定的に入手することが困難である。そこで、かかるシリカフュームに代えて、軽質炭酸カルシウムをセメント混和材として用いることが考えられている。

例えば、特許文献１には、平均粒子径が２．５μｍ以下の軽質炭酸カルシウムを高強度コンクリート用の混和材として用いることが記載されている。軽質炭酸カルシウムを混和材として用いることで、流動性を向上させることができると同時に、安定した品質の原料が得られるという利点がある。
しかし、特許文献１の軽質炭酸カルシウムを用いた場合でも、混練時間を十分に短縮することは困難である。

特開２００８−２３９４５２号公報

そこで、本発明は、上記のような従来の問題を鑑みて、品質が安定しており且つ比較的短い混練時間でも流動性を向上させうる高強度コンクリート用の混和材および高強度コンクリート用のセメント組成物を提供することを課題とする。

本発明に係る高強度コンクリート用の混和材は、平均粒子径０．１９μｍ以上０．３３μｍ以下であってｐＨ８．５以上１１未満の軽質炭酸カルシウム粉末を含む。

前記本発明によれば、前記特定の範囲の平均粒子径および特定の範囲のｐＨである軽質炭酸カルシウム粉末を含むことで、品質が安定しており、且つ、水結合材比を小さくした高強度コンクリートに配合した場合でも、比較的短時間の混練で流動性を向上させることができる。

本発明に係る高強度コンクリート用のセメント組成物は、セメントと、減水剤と、前記混和材とを含む。

本発明に係る高強度コンクリート用のセメント組成物において、水結合材比が１０質量％以上２５質量％以下になるように水を含んでいてもよい。

水結合材比が前記範囲になるように水を含む場合、比較的短時間の混練で流動性を向上させることができると同時に、硬化後には高い強度が得られる。

尚、本発明における前記水結合材比とは、フレッシュコンクリート中で結合材となるセメントと、前記混和材などのポゾラン活性又は水硬性を有する材料との合計質量に対する水の質量である。また、該水の質量は、前記減水剤、その他必要に応じて使用されうる材料中に含まれる水をも合わせた質量である。

以上のように、本発明によれば、品質が安定しており且つ短い混練時間で流動性を向上させることができる高強度コンクリート用のセメント混和材および高強度コンクリート用セメント組成物を提供することができる。

以下に、本発明にかかる高強度コンクリート用の混和材および高強度コンクリート用のセメント組成物について説明する。

まず、本発明にかかる高強度コンクリート用の混和材の一実施形態について説明する。
本実施形態の高強度コンクリート用の混和材は、平均粒子径０．１μｍ以上０．４μｍ以下であってｐＨ８．５以上１１未満の軽質炭酸カルシウム粉末を含むものである。

前記軽質炭酸カルシウム粉末は、消石灰と二酸化炭素とを反応させて人工的に合成される炭酸カルシウムの粉末である。軽質炭酸カルシウムは、人工的に合成するため、粒子径や、ｐＨ等を調整することが容易にできる。本実施形態の前記軽質炭酸カルシウム粉末は、平均粒子径０．１μｍ以上０．４μｍ以下、好ましくは、０．２μｍ以上０．３μｍ以下であって、ｐＨ８．５以上１１未満、好ましくはｐＨ８．５以上１０未満のものである。
前記軽質炭酸カルシウム粉末の平均粒子径およびｐＨが前記範囲であることで、セメント組成物に配合して、練り混ぜた際に、短時間の練混でも高い流動性を得ることができる。

前記軽質炭酸カルシウム粉末の平均粒子径とは、レーザー回析・散乱法によって得られる粒度分布の累積５０質量％における粒子径である。

前記軽質炭酸カルシウム粉末のｐＨは、ＪＰＣＳ−２１０−０３「日本軽微性炭酸カルシウム工業組合試験方法」で測定されるｐＨである。

前記軽質炭酸カルシウム粉末は、例えば、石灰乳−炭酸ガス反応法、塩化カルシウム−ソーダ灰反応法、石灰乳−ソーダ灰反応法等のような公知の製造方法で製造することができる。

本実施形態の混和材は、前記軽質炭酸カルシウム粉末の他に必要に応じて、フライアッシュ等を含んでいてもよい。
本実施形態の混和材は、軽質炭酸カルシウム粉末以外の成分を含む場合、前記軽質炭酸カルシウム粉末の含有量は、例えば、ＣａＣＯ₃として、７０質量％以上９９質量％以下、好ましくは８０質量％以上９０質量％以下である。

次に、前記混和材を含む高強度コンクリート用のセメント組成物の一実施形態について説明する。
本実施形態のセメント組成物は、セメントと、減水剤と、前記混和材とを含む高強度コンクリート用のセメント組成物である。

前記セメントは、特に制限されるものではなく、公知の各種セメントを使用できる。例えば、普通ポルトランドセメント、早強ポルトランドセメント、超早強ポルトランドセメント等のポルトランドセメント；白色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；アーウィン系セメント；低熱セメント；超速硬セメント等が挙げられる。中でも、普通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が流動性等の観点から好ましく用いられる。

前記セメントの配合量は、例えば、単位量（ｋｇ／ｍ³：コンクリート１ｍ³あたりの質量）で、３００〜１２００ｋｇ／ｍ³、好ましくは４００〜１０００ｋｇ／ｍ³である。前記範囲であることで、高強度のコンクリートが得られる。

前記減水剤は、特に制限されるものではなく、公知の各種減水剤を使用できる。例えば、リグニン系、ナフタレンスルホン酸系、メラミン系、ポリカルボン酸系等の減水剤、ＡＥ減水剤、高性能減水剤、高性能ＡＥ減水剤等の液状または粉末状等の減水剤が挙げられる。中でも、ポリカルボン酸系減水剤は、減水性能が高く硬化後に高い強度が得られるため高強度コンクリート用セメント組成物に好ましく用いられる。
本実施形態のセメント組成物は、前記軽質炭酸カルシウム粉末を含む混和材を用いているため、シリカフュームを混和材として用いたセメント組成物のようなポリカルボン酸系減水剤を用いた場合に問題となる練混時の流動性の低下を抑制できる。

前記減水剤の配合量は、例えば、固形分換算で、０．０５〜１０質量％、好ましくは０．５〜５質量％である。前記範囲であることで、セメント組成物を練り混ぜる際には、適度な流動性が得られると同時に、硬化後には、高い強度が得られる。また、凝結時間の遅延を抑制できる。

本実施形態のセメント組成物に含まれる混和材は前述したような平均粒子径０．１μｍ以上０．４μｍ以下であってｐＨ８．５以上１１未満の炭酸カルシウム粉末を含む混和材である。
前記混和材の配合量は、例えば、単位量（ｋｇ／ｍ³）で、５〜５００ｋｇ／ｍ³、好ましくは２０〜４００ｋｇ／ｍ³である。前記範囲であることで、水結合材比の低い高強度コンクリート用のセメント組成物の練混時の流動性の低下を抑制できると同時に、練り混ぜ時間が比較的短時間でも十分な流動性を得ることができる。

本実施形態の高強度コンクリート用のセメント組成物は、水が配合されて練混される。前記水の配合量は、例えば、水結合材比が１０〜２５質量％、好ましくは１２〜２０質量％になるような、配合量であることが好ましい。
前記範囲の水結合材比である場合は、高強度なコンクリート硬化体が得られる。
尚、前記水結合材比とは、フレッシュコンクリート中で結合材となるセメント、前記混和材の他、さらに必要に応じて配合されうるポゾラン活性又は水硬性を有する材料の合計質量に対する水の質量である。
前記ポゾラン活性又は水硬性を有する材料とは、前記混和材の他に、例えば、シリカフューム、フライアッシュ、高炉スラグ微粉末などが挙げられる。
また、前記水の質量は、前記減水剤、その他必要に応じて使用されうるセメント混和剤等に含まれる水をも合わせた質量である。

本実施形態の高強度コンクリート用のセメント組成物は、骨材を含んでいてもよい。
前記骨材としては、粗骨材、細骨材が挙げられる。
前記粗骨材としては、特に限定されるものではなく、砕石、川砂利、天然軽量粗骨材（パーライト、ヒル石等）、副産軽量粗骨材、人工軽量粗骨材、再生骨材等が挙げられる。

前記細骨材としては、特に限定されるものではなく、例えば、川砂、山砂、海砂、天然軽量細骨材（パーライト、ヒル石等）等の天然細骨材や、砕砂、人工軽量細骨材、高炉スラグ細骨材等の人工細骨材、副産軽量細骨材等が挙げられる。

前記粗骨材及び前記細骨材は、ＪＩＳＡ５００２「構造用軽量コンクリート骨材」に規定された品質を有するものを用いることもできる。

前記粗骨材の配合割合は、例えば、単位量（ｋｇ／ｍ³：コンクリート１ｍ³あたりの質量）で、３００〜１２００ｋｇ／ｍ³、好ましくは４００〜１０００ｋｇ／ｍ³である。
前記細骨材の配合割合は、例えば、単位量（ｋｇ／ｍ³：コンクリート１ｍ³あたりの質量）で、２００〜１０００ｋｇ／ｍ³、好ましくは３００〜７００ｋｇ／ｍ³である。

前記セメント組成物は、前記セメント組成物の材料をミキサー等を用いて攪拌混合しながら、必要な流動性が得られるまで混練する。
本実施形態のセメント組成物は、混和材として前記特定の平均粒子径およびｐＨを有する軽質炭酸カルシウム粉末を用いているため、３分〜６分間という比較的短時間の混練で十分な流動性が得られる。

本実施形態のセメント組成物は、前記混和材を含むため、小さい水結合材比にした場合でも、流動性の低下を抑制できる。また、短時間の混練で必要な流動性を得られるため、かかるセメント組成物を用いた高強度コンクリートの施工が短時間で行なえる。

本実施形態のセメント組成物で得られる高強度コンクリートは、後述する圧縮強度試験によって測定される材齢７日の圧縮強度が１００Ｎ／ｍｍ²を超えるような極めて高い強度のコンクリートをいう。

尚、本実施形態にかかる高強度コンクリート用の混和材および高強度コンクリート用のセメント組成物は以上のとおりであるが、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は前記説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

以下に実施例を示して、本発明にかかる高強度コンクリート用の混和材および高強度コンクリート用のセメント組成物についてさらに具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。

セメント組成物の材料として以下のものを用いた。
『材料』
セメント：普通ポルトランドセメント（住友大阪セメント社製）
混和材：
シリカフューム（比較例１：平均粒子径０．２μｍ、ｐＨ８．５）商品名マイクロシリカ９５５Ｕ、エルケム社製
重質炭酸カルシウム（比較例２：平均粒子径０．４μｍ、ｐＨ９．４）商品名ホワイトンＰ−１０、白石工業社製
軽質炭酸カルシウム１（実施例１：平均粒子径０．２μｍ、ｐＨ９．６）商品名Ｂｒｉｌｌｉａｎｔ-１５、白石工業社製
軽質炭酸カルシウム２（参考例１：平均粒子径０．１４μｍ、ｐＨ８．６）商品名ホモカルＤ、白石工業社製
軽質炭酸カルシウム３（実施例３：平均粒子径０．１９μｍ、ｐＨ１０．３）商品名Ａ、白石工業社製
軽質炭酸カルシウム４（実施例４：平均粒子径０．３３μｍ、ｐＨ９．６）商品名シネックスＥ、白石工業社製
軽質炭酸カルシウム５（比較例３：平均粒子径０．４μｍ、ｐＨ１１．４）商品名シルバーＷ、白石工業社製
軽質炭酸カルシウム６（比較例４：平均粒子径０．０６μｍ、ｐＨ８．０）商品名Ｍｕｌｔｉｆｌｅｘ、ＲＥＡＤ社製
減水剤：高性能ＡＥ減水剤商品名「シーカメント１２００」、日本シーカ社製
細骨材：静岡県掛川産
粗骨材：茨城県桜川産

前記材料を用いて表１に示す配合のコンクリートを得た。尚、混和材としては、実施例１のコンクリートには軽質炭酸カルシウム１を、参考例１のコンクリートには軽質炭酸カルシウム２を、実施例３のコンクリートには軽質炭酸カルシウム３を、実施例４のコンクリートには軽質炭酸カルシウム４を、比較例１のコンクリートにはシリカフュームを、比較例２のコンクリートには重質炭酸カルシウムを、比較例３のコンクリートには軽質炭酸カルシウム５を、比較例４のコンクリートには軽質炭酸カルシウム６をそれぞれ用いた。
また、混和材の配合量は、フレッシュコンクリート１ｍ^３あたりのｋｇである。

実施例および各比較例のコンクリートの製造方法は以下のとおりである。
表１に示す配合になるように、まず、水以外の材料をミキサー（装置名：二軸強制攪拌型コンクリートミキサー、マルイ社製）で攪拌混合し、その後、水および表２に記載の量の減水剤を加えて、表２に記載の練り混ぜ時間で練り混ぜてフレッシュコンクリートを得た。
各フレッシュコンクリートを用いて以下の各測定および各試験を行なった。

(空気量)
各フレッシュコンクリートの空気量を、ＪＩＳＡ１１２８「フレッシュコンクリートの空気量の圧力による試験方法」に従って測定した。

（スランプフロー試験）
実施例および各比較例のフレッシュコンクリートを、ＪＩＳＡ１１５０「コンクリートのスランプフロー試験方法」に記載の方法に従って測定した。
結果を表２に示す。

（圧縮強度試験）
実施例および各比較例のフレッシュコンクリートを用いて、ＪＩＳＡ１１０８「コンクリートの圧縮強度試験方法」に記載の方法に従って材齢７日、２８日、５６日、９１日において圧縮強度を測定した。
結果を表２に示す。

表２から明らかなように各実施例は比較例に比べて短時間の練混で、各比較例よりも流動性が良好であった。また、各実施例は圧縮強度もいずれの材齢においてもシリカフュームを混和材として用いた比較例１と同等の強度であった。
比較例２では、１０分以上練混しても材料が均一に混合できず、流動化しないため、混練ができず、空気量、スランプフローおよび圧縮強度の測定もできなかった。

Claims

平均粒子径０．１９μｍ以上０．３３μｍ以下であってｐＨ８．５以上１１未満の軽質炭酸カルシウム粉末を含む高強度コンクリート用の混和材。
セメントと、減水剤と、請求項１に記載の混和材とを含む高強度コンクリート用のセメント組成物。
水結合材比が１０質量％以上２５質量％以下になるように水を含む請求項２に記載の高強度コンクリート用のセメント組成物。