JPS627147B2

JPS627147B2 -

Info

Publication number: JPS627147B2
Application number: JP7377178A
Authority: JP
Inventors: Nagakazu Kyohisa; Kenji Shimizu
Original assignee: Tokuyama Corp
Current assignee: Tokuyama Corp
Priority date: 1978-06-20
Filing date: 1978-06-20
Publication date: 1987-02-16
Also published as: JPS553325A

Description

【発明の詳細な説明】

本発明はモルタル組成物に関する。詳しくはポ
ルトランドセメントにシリカ及びアルミナを含む
非晶質粉末、石膏類及び特殊細骨材を特定量配合
することにより亀裂が入らず、かつ作業性の良い
モルタル組成物を提供するものである。本発明でいう特殊細骨材とは2.0〜20.0％の吸
水率を有し、全体の45重量％以上が非晶質物質か
らなるシリカ及びアルミナを含む微細多孔性の無
機物で0.15〜5.0ｍ／ｍの粒度を有するものをい
う。さらに本発明でいう吸水率とは、JISA1134
−1976（構造用軽量細骨材の比重及び吸水率試験
方法）に準拠して測定したものを言う。従来より、モルタル組成物としてはポルトラン
ドセメントに海砂、川砂、砕石砂など普通細骨材
を加えたものが用いられている。しかし、このよ
うな従来からのモルタルはその主成分であるポル
トランドセメントの物性上からくる大きな欠陥を
有している。それは、乾燥収縮から生じる亀裂発
生の問題である。亀裂が発生してくると構造物の
耐久性、防水性が大幅に低下するばかりでなく、
美観の面でも非常に見苦しいものになつてしま
う。この亀裂を出来る限り防ごうとして過去色々な
工夫や試みがなされて来た。最も簡単な方法とし
てはモルタル中のポルトランドセメントの割合を
滅じて普通細骨材や増量材比率を増大する方法が
実施されている。しかしこの場合、モルタルの強
度や付着力が低下し、しかも作業性が極度に悪化
するという欠点を伴なう。さらに、有機及び無機
繊維類や水溶性ポリマー、樹脂エマルジヨン、ラ
テツクス等の添加剤、或いは膨張剤を混入する方
法も提案されているが、この場合にも亀裂防止効
果は十分とは言い難い。他方、ポルトランドセメントに石膏類、或いは
更に非晶質シリカを添加して、エトリンガイト
（3CaO・Al₂O₃・3CaSO₄・32H₂O）と呼ばれる化
合物をセメントの水和の初期に生成させ乾燥収縮
を補償してモルタルの亀裂を防止しようとする方
法も提案されている。しかし、このようなポルト
ランドセメントに石膏類、或いは更に非晶質シリ
カを添加した系（以下、単にセメント−石膏−シ
リカ系とも略す。）においても、その亀裂防止効
果はセメント水和反応の初期に限定され、長期間
にわたつてその効果を持続しうるものではなかつ
た。長い期間が経過すると、どうしても亀裂が発
生してくるという欠点があつた。本発明者等は、
セメント−石膏−シリカ系において亀裂防止効果
が生まれてくる原因及びその亀裂防止効果が長期
間持続しない原因について研究を進めてきた。そ
の結果、次のような機構によるものであることが
明らかになつた。ポルトランドセメントは水と混合すると水和反
応が始まり種々のセメント水和物とCa（OH）₂を
発生しながら硬化する。該セメント水和物はその
内に含んでいる層間水を放出しながら乾燥してい
くのであるが、その層間水の放出に伴なつて次第
に収縮が起つてくる。この層間水の放出にともな
う収縮がモルタルの亀裂の最大の原因となる。こ
れに対し、セメント−石膏−シリカ系ではポルト
ランドセメントと水の水和反応の結果生じたCa
（OH）₂と石膏類、さらに非晶質シリカ中のシリ
カ、アルミナが反応しエトリンガイト（3CaO・
Al₂O₃・3CaSO₄・32H₂O）を生成する。該エトリ
ンガイトは生成に際して大きな体積膨張を伴な
い、この体積膨張がセメント水和物の硬化に伴な
う収縮を補償する効果を生む。セメント−石膏−シリカ系における亀裂防止効
果は、このエトリンガイトの収縮補償効果に起因
している。しかし、このようにして生成してくる
エトリンガイトも結合水となる水分が不足してく
ると、その生成速度は急激に減少してくるばかり
でなく、生成しているエトリンガイト自体も次第
に分解し、他の化合物へと変化してしまう。さら
に、水分が不足した状態では、エトリンガイトの
生成に必要なシリカ及びアルミナの物質移動速度
が極端に小さくなることもエトリンガイトの生成
を減少させる原因となつている。このようなエト
リンガイトの生成速度の急激な減少と分解が、セ
メント−石膏−シリカ系で亀裂防止効果すなわ
ち、エトリンガイトの収縮補償効果が長期間持続
し得ない原因となつている。これらの知見をもとに本発明者等は、無亀裂性
モルタル組成物、特に長い期間経過後も亀裂の発
生しないモルタル組成物の開発研究を進めてき
た。その結果、従来のセメント−石膏−シリカ系
に、さらに特殊細骨材を添加することにより、エ
トリンガイトの収縮補償効果を持続させ長期間に
わたつて亀裂の発生しないモルタル組成物を得る
ことが出来るという現象を見い出し本発明を完成
させるに至つた。すなわち、本発明は、ポルトラ
ンドセメント100重量部シリカ及びアルミナを含
む非晶質粉末５〜50重量部、、石膏類をSO₃とし
て２〜24重量部、特殊細骨材100〜500重量部より
なるモルタル組成物である。前述の通り、本発明は、特定量のポルトランド
セメント、シリカ及びアルミナを含む非晶質粉
末、石膏類の系に、さらに特定量の特殊細骨材を
加えることに最大の特徴がある。本発明に用いら
れる特殊細骨材とは前に定義したとおり、2.0〜
20.0％の吸水率を有し、全体の45重量％以上が非
晶質物質からなるシリカ及びアルミナを含む微細
多孔性の無機物で0.15〜5.0ｍ／ｍの粒度を有す
るものをいう。より具体的に示せば、スラグ、シ
ラス、コーラルサンド、パーライト等である。該
特殊細骨材は、従来から用いられている川砂、海
砂、砕石砂などの普通細骨材と異なり、非常に微
細な細孔を有し、高い吸収率をもち、しかも細孔
中の水分を容易に放水しない性質を有している。
吸水は数分から数十分の間で完了するのに対し、
放水は数十日、あるいは数カ月のオーダーで行な
われる。さらには、該特殊細骨材は、骨格が比較的硬質
でしかも内部のシリカ、及びアルミナは溶出しや
すい性質を持つている。このような性質を有する
特殊細骨材がエトリンガイトとの相乗作用により
長い期間亀裂のはいらないモルタル組成物を提供
せしめる。セメントの水和反応に必要な水分が不
足気味になつて、特殊細骨材外部のシリカ、アル
ミナ、水分などによるエトリンガイトの生成反応
が進まなくなつても、特殊細骨材中の水分と、そ
れと同時に溶出したアルミナ、シリカが序々に特
殊細骨材の表面近くに移動し、石膏類、Ca
（OH）₂などとの反応により、エトリンガイトの生
成反応は続くと同時に分解も抑制される。その結
果、エトリンガイトの収縮補償効果は、従来のセ
メント−石膏−シリカ系におけるよりも、はるか
に長い時間持続することとなり、亀裂のはいらな
いモルタル組成物となるわけである。前述した特
殊細骨材のうちでも、吸水率が3.0％から16.0％
のものについては、放水速度、放水する水の量の
面で好ましく使用することが出来る。さらに、特
殊細骨材としてスラグを使用することについて
は、スラグが容易に内部のシリカ、アルミナを溶
出しやすい性質を持つている点で好ましい実施態
様である。さらにスラグのうちでも吸水率が3.0
％〜16.0％のものが好ましく用いられる。使用さ
れる特殊細骨材の量としては、ポルトランドセメ
ントに対して100〜500重量部となるように配合す
ることが必要である。100重量部より少ない量で
は、本発明の効果が生まれてこない。また500重
量部より多い量では、モルタル強度が急激に低下
するので好ましくない。用いられる特殊細骨材の
粗粒率は2.5〜3.0が好ましい。本発明で用いるポルトランドセメントは一般に
市販されているものが用いられる。唯、市販セメ
ントは通常３〜４％の２水石膏を含有するので、
後述する石膏類の混入に際し含有石膏の量を勘案
して決定する必要がある。シリカ及びアルミナを
含む非晶質粉末としては、ポルトランドセメント
が硬化する際に生成してくるCa（OH）₂と化合し
て水に難溶性で硬化強度を出す石灰珪酸塩水和物
を形成する材料であれば、何ら限定なく使用する
ことが出来る。また、シリカ、アルミナの組成に
ついては、シリカ95重量％〜55重量％、アルミナ
３重量％〜30重量％のものが用いられる。シリカ
及びアルミナを含む非晶質粉末を具体的に示めせ
ば、酸性白土、カオリン、シラス、フエロシリコ
ンダスト、フライアツシユ、珪藻土、抗火石等で
ある。これらのうちでもフライアツシユについて
は作業性の面から好ましく使用することができ
る。該非晶質粉末の量としては、ポルトランドセ
メントに対して、５〜50重量部の範囲で配合する
ことが必要である。５重量部より少ない量では、
本発明の効果が生まれてこず、また50重量部より
多い量ではモルタルの強度が急激に低下してくる
ので好ましくない。また、該非晶質粉末の粉末度
はブレーン値で1500cm²／ｇ〜6000cm²／ｇのもの、
好ましくは2100cm²／ｇ〜3000cm²／ｇのものが用い
られる。本発明に於ける石膏類はポルトランドセメント
100重量部に対してSO₃として２〜24重量部とな
る如く配合することが必要である。本発明に於け
る石膏類の配合割合は重要な要因となる。即ち石
膏類の配合が前記下限値より少ない場合はモルタ
ルの亀裂防止の効果が十分ではなく、逆に前記上
限値より多くなるとむしろ亀裂が生じやすくなる
傾向がある。前記した如く一般に市販されている
ポルトランドセメント中には２〜４％程度の２水
石膏が混入している場合が一般的であるので本発
明に於ける石膏類の配合を決定する場合はポルト
ランドセメント中に混入されている２水石膏の量
を勘案する必要がある。即ち仮りにポルトランド
セメント中に３重量％の２水石膏が混入されてい
るものを使用する場合はポルトランドセメント
100重量部に対してSO₃としては1.438重量部に相
当する。従つてポルトランドセメント100重量部
に対して、SO₃として20重量部の石膏類を２水石
膏の形で添加しようとする時には、（20−1.438）×（172／80）＝40で40重量部の２水石
膏を添加すればよい。本発明で用いる石膏類とし
ては、天然石膏及び化学石膏いずれでもよい。ま
た石膏の形態としても無水、半水、２水塩のいず
れも使用出来るが、２水石膏、或いは不溶性無水
石膏が好ましい。本発明は以上の説明から明らかな如くポルトラ
ンドセメントに安価な特定物質を特定量配合する
ことによつてモルタル組成物としてすぐれたもの
となる効果を発揮するのである。しかしながら、
本発明に於ける特定物質及び配合量の特定は重要
にからみあつていてこれらの限界値をはずれた
り、他の類似物質で代替しても本発明の効果を発
揮させることは出来ない。本発明を更に具体的に
説明するため以下実施例及び比較例を挙げて説明
するが本発明はこれらの実施例に限定されるもの
ではない。実施例１表１に示す化学組成のポルトランドセメント
（２水石膏3.5％含有）、フライアツシユ（2900プ
レーン）及び２水石膏（3620プレーン）をセメン
ト組成部の各々の原料として用い、特殊細骨材と
して表２に示す化学組成及び物性を持つたＡ〜Ｄ
の４種類の水砕スラグを用いた。表３の配合とな
る如く各々の原料と水をJISR5201−1977に基づ
き混合しモルタルを製造した。但し表３の配合
は、各原料の配合を重量部で表示し、ポルトラン
ドセメントは２水石膏の含有量を除いたものにつ
き100重量部とし、石膏についてはポルトランド
セメントに含まれる量と添加した２水石膏の量を
加算して表示した。また表３各配合種のセメント
組成物と特殊細骨材の割合は容積比で、（特殊細骨材見掛容積）／（セメント部見掛
容積）＝２となるように配合した。モルタルは亀裂テスト、
圧縮強度テストに各々分け、以下の測定方法によ
つてテストした。 (1) 圧縮強度JISR5201−1977にもとづいて測定
した。 (2) 亀裂テスト表３の配合となる如く各々の原料と水とを
JISR5201−1977に基づき混合したモルタル
を、100W×100H×400Lｍ／ｍの大きさで、そ
の長手方向の中心を通るように、中央部100
ｍ／ｍを塩化ビニル樹脂パイプでおおつた鋳型
鉄筋をさし込んだ鉄製型わくに流し込み、供試
体を成型した。中央部を塩化ビニル樹脂パイプ
でおおつた鋳型鉄筋の役目は、塩化ビニル樹脂
パイプの部分を自由収縮部とし、他の部分で供
試体の両側を拘束して供試体の中央部で亀裂を
誘発する為である。養生条件は、供試体成型
後、24時間で脱型し、その後24時間室温（20±
２℃）で放置した。その後30℃、相対温度55％
の養生箱に入れ、脱型日から亀裂幅0.05〜0.10
ｍ／ｍ）が発生するまでの日数を持つて亀裂発
生日数とした。これらの結果を表４に示す。

【表】

【表】実施例２実施例１の表３の水砕スラグ細骨材の代りに表
５に示すシラス及び抗火石を特殊細骨材として用
いて実施例１のNo.1、２と同様に実施した。その結果を表６に示す。

【表】

【表】実施例３実施例１の表3No.1、２の２水石膏の代りに不
溶性無水石膏をSO₃として当量用いた以外は全て
実施例１と同様に実施した。その結果は表７に示
す通りである。

【表】実施例４実施例３のフライアツシユの代りにフエロシリ
コンダスト（粒子径0.05〜１−０μ、SiO₂含有量
94.0％及び可溶性SiO₂93.3％）を用いた以外は実
施例３と同様に行なつた。その結果は表８に示す
通りである。

【表】比較例１実施例１の結果と比較する為、表９のような配
合で実施例１と同様に行なつた。その結果は表10
に示す通りである。

【表】

【表】比較例２実施例１の表３、No.1、２の配合割合で水砕
スラグの代りに表11に示す海砂を用いて実施例１
と同様に実施した。その結果を表12に示す。

【表】

【表】実施例５実施例１の方法において、表13に示めす配合割
合で表11に示めす海砂、表２に示めす水砕スラグ
Ｂを用いて行なつた。結果は表14に示めす通りで
あつた。

【表】

Claims

【特許請求の範囲】１ポルトランドセメント100重量部、シリカ及
びアルミナを含む非晶質粉末５〜50重量部、石膏
類をSO₃として２〜24重量部、特殊細骨材即ち
2.0〜20.0％の吸水率を有し全体の45重量％以上
が非晶質物質からなるシリカ及びアルミナを含む
微細多孔性の無機物で0.15〜5.0ｍ／ｍの粒度を
有する骨材100〜500重量部よりなるモルタル組成
物。２特殊細骨材がスラグである特許請求の範囲１
記載のモルタル組成物。３特殊細骨材の吸水率が3.0〜16.0％である特
許請求の範囲１記載のモルタル組成物。４特殊細骨材が吸水率が3.0〜16.0％のスラグ
である特許請求の範囲１記載のモルタル組成物。