高強度モルタル組成物
【課題】施工性に優れ、かつ、常温養生のみで早期に高い圧縮強度を発現できる高強度モルタル組成物を提供すること。
【解決手段】本発明は、セメントと、シリカフュームと、水と、減水剤と、消泡剤と、細骨材と、無機質微粉末とを含み、セメントは、Ｃ３Ｓを４０．０〜７５．０質量％及びＣ３Ａを２．７質量％未満含有し、かつ、４５μｍふるい残分が２５．０質量％未満であり、細骨材と無機質微粉末との混合物は、粒径０．１５ｍｍ以下の粒群を４０〜８０質量％、かつ、粒径０．０７５ｍｍ以下の粒群を３０〜８０質量％含有し、無機質微粉末が、石灰石粉、珪石粉及び砕石粉からなる群より選ばれる１種以上の微粉末である高強度モルタル組成物に関する。
【解決手段】本発明は、セメントと、シリカフュームと、水と、減水剤と、消泡剤と、細骨材と、無機質微粉末とを含み、セメントは、Ｃ３Ｓを４０．０〜７５．０質量％及びＣ３Ａを２．７質量％未満含有し、かつ、４５μｍふるい残分が２５．０質量％未満であり、細骨材と無機質微粉末との混合物は、粒径０．１５ｍｍ以下の粒群を４０〜８０質量％、かつ、粒径０．０７５ｍｍ以下の粒群を３０〜８０質量％含有し、無機質微粉末が、石灰石粉、珪石粉及び砕石粉からなる群より選ばれる１種以上の微粉末である高強度モルタル組成物に関する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高強度モルタル組成物に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、構造部材の軽量化、鉄筋使用量の削減などの要求に伴い、２００Ｎ／ｍｍ２程度の圧縮強度が得られるような超高強度材料が提案されている。これらの材料では、セメント、ポゾラン質微粉末、骨材及び高性能減水剤が使用されており、熱養生によって超高強度化が図られている。また、これらに金属繊維や有機繊維を添加することによって、高いじん性やひび割れ抑制機能を付与することが提案されている（特許文献１〜３参照）。そして、特許文献２及び３に記載の材料を標準の条件で養生した場合、材齢２８日目の圧縮強度が１５０Ｎ／ｍｍ２程度に留まることがわかっている（非特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−１８１００４号公報
【特許文献２】特開２００６−２９８６７９号公報
【特許文献３】特開２００７−１２６３１７号公報
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】超高強度繊維補強コンクリートの強度発現性状に関する実験的検討、コンクリート工学年次論文集、Ｖｏｌ．３０、Ｎｏ．１、ｐｐ．２４３−２４８、２００８
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、既存の技術では、コンクリートの超高強度化を実現するためには、熱養生を必要とする場合が多いため、コンクリートの製造箇所が限定され、製造品の運搬が必要である。また、コンクリート製品の形状や大きさは、材料の流動性、型枠や養生装置の形状等により制約を受けるため、超高強度材料は施工や設計の自由度が制限される。一方、ひび割れ抑制効果を備えた高じん性セメント系材料は、現場施工が可能であるが、強度は通常のコンクリートと同程度しか得られていない。このため、熱養生が不要であり、現場施工が可能な高強度材料が求められている。
【０００６】
そこで、本発明は、施工性に優れ、かつ、常温養生のみで早期に高い圧縮強度を発現できる高強度モルタル組成物を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者らは、上記の課題を解決すべく鋭意検討した結果、特定の鉱物組成及び粒度分布を有するセメントと、特定の粒度を有する細骨材及び無機質微粉末とを、シリカフューム、減水剤及び消泡剤と組み合わせることで、モルタル組成物の流動性を向上でき、かつ、熱養生しなくともモルタル組成物の強度を向上できることを見出し、本発明を完成するに至った。
【０００８】
すなわち、本発明は、セメントと、シリカフュームと、水と、減水剤と、消泡剤と、細骨材と、無機質微粉末とを含む高強度モルタル組成物であって、セメントは、Ｃ３Ｓを４０．０〜７５．０質量％及びＣ３Ａを２．７質量％未満含有し、かつ、４５μｍふるい残分が２５．０質量％未満であり、細骨材と無機質微粉末との混合物は、粒径０．１５ｍｍ以下の粒群を４０〜８０質量％、かつ、粒径０．０７５ｍｍ以下の粒群を３０〜８０質量％含有し、無機質微粉末が、石灰石粉、珪石粉及び砕石粉からなる群より選ばれる１種以上の微粉末である、高強度モルタル組成物を提供する。このようなモルタル組成物は、施工性に優れ、かつ、常温養生のみで早期に高い圧縮強度を発現することができる。
【０００９】
無機質微粉末のブレーン比表面積が３０００〜５０００ｃｍ２／ｇであると、高強度モルタル組成物の流動性をより一層向上できる。
【００１０】
上記シリカフュームの平均粒子径が０．０５〜２．０μｍであると、モルタル組成物の強度を更に向上することができる。そして、本発明の高強度モルタル組成物は、セメントを基準として、シリカフュームを３〜３０質量％含むことが好ましい。
【００１１】
本発明の高強度モルタル組成物は、セメント及びシリカフュームの合計量１００質量部に対して、水を１０〜２５質量部、減水剤を０．５〜６．０質量部含むことが好ましい。これにより、モルタル組成物の強度がより一層向上する。
【００１２】
また、本発明の高強度モルタル組成物は、セメント及びシリカフュームの合計量１００質量部に対して、細骨材を１０〜６０質量部、無機質微粉末を１０〜６０質量部含むことにより、流動性が更に向上し、施工性に一層優れるものとなる。
【００１３】
本発明の高強度モルタル組成物には、高張力繊維を更に含むことができる。また、高張力繊維は、引張強度が１００〜１００００Ｎ／ｍｍ２、アスペクト比が４０〜２５０であり、モルタル組成物に対する含有量が外割りで０．３〜５．０体積％であることによって、高いじん性と高い圧縮強度及び引張強度を得ることができる。さらに、上記高張力繊維は、金属繊維、炭素繊維及びアラミド繊維からなる群より選ばれる１種以上の繊維であると、モルタル組成物の強度をより一層向上することができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、施工性に優れ、かつ、常温養生のみで早期に高い圧縮強度を発現できるモルタル組成物を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】実施例で用いた消泡剤の１Ｈ−ＮＭＲスペクトルである。
【図２】実施例３のモルタル組成物のスランプフロー試験後の状態を撮影した写真である。
【図３】比較例７のモルタル組成物のスランプフロー試験後の状態を撮影した写真である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明の高強度モルタル組成物は、セメントと、シリカフュームと、水と、減水剤と、消泡剤と、細骨材と、無機質微粉末とを含むものである。以下、本発明に係るモルタル組成物の好適な実施形態について説明する。
【００１７】
セメントの鉱物組成は、Ｃ３Ｓ量が４０．０〜７５．０質量％であり、Ｃ３Ａ量が２．７質量％未満である。セメントのＣ３Ｓ量は、好ましくは４５．０〜７３．０質量％、より好ましくは４８．０〜７０．０質量％であり、更に好ましくは５０．０〜６８．０質量％である。Ｃ３Ａ量は好ましくは２．３質量％未満であり、より好ましくは２．１質量％未満であり、更に好ましくは１．９質量％未満である。Ｃ３Ｓ量が４０．０質量％未満では圧縮強度が低くなる傾向があり、７５．０質量％を超えるとセメントの焼成自体が困難となる傾向がある。また、Ｃ３Ａ量が２．７質量％以上では流動性が悪くなる。なお、Ｃ３Ａ量の下限値は特に限定されないが、０．１質量％程度である。
【００１８】
また、セメントのＣ２Ｓ量は好ましくは９．５〜４０．０質量％、より好ましくは１０．０〜３５．０質量％であり、更に好ましくは１２．０〜３０．０質量％である。Ｃ４ＡＦ量は好ましくは９．０〜１８．０質量％、より好ましくは１０．０〜１５．０質量％であり、更に好ましくは１１．０〜１５．０質量％である。このようなセメントの鉱物組成の範囲であれば、モルタル組成物の高い圧縮強度及び高い流動性を確保できる。
【００１９】
また、セメントの粒度は、４５μｍふるい残分が、上限で２５．０質量％未満であり、好ましくは２０．０質量％であり、より好ましくは１８．０質量％であり、更に好ましくは１６．０質量％である。４５μｍふるい残分の下限は０．０質量％であり、好ましくは１．０質量％であり、より好ましくは２．０質量％である。セメントの粒度がこの範囲であれば、高い圧縮強度を確保でき、また、このセメントを使用して調製したモルタルスラリーは適度な粘性があるため、繊維を添加した場合には、十分な分散性が確保できる。
【００２０】
セメントのブレーン比表面積は、好ましくは２５００〜４８００ｃｍ２／ｇ、より好ましくは２８００〜４０００ｃｍ２／ｇ、更に好ましくは３０００〜３６００ｃｍ２／ｇであり、特に好ましくは３１００〜３５００ｃｍ２／ｇである。セメントのブレーン比表面積が２５００ｃｍ２／ｇ未満ではモルタル組成物の強度が低くなる傾向があり、４８００ｃｍ２／ｇを超えると低水セメント比での流動性が低下する傾向がある。
【００２１】
本実施形態に係るセメントの製造にあたっては、通常のセメントと特に異なる操作を行う必要は無い。上記セメントは、石灰石、珪石、スラグ、石炭灰、建設発生土、高炉ダスト等の原料の調合を目標とする鉱物組成に応じて変え、実機キルンで焼成した後、得られたクリンカーに石膏を加えて所定の粒度に粉砕することによって製造することができる。焼成するキルンには、一般的なＮＳＰキルンやＳＰキルン等を使用することができ、粉砕には一般的なボールミル等の粉砕機が使用可能である。また、必要に応じて、２種以上のセメントを混合することもできる。
【００２２】
シリカフュームは、金属シリコン、フェロシリコン、電融ジルコニア等を製造する際に、発生する排ガス中のダストを集塵して得られる副産物であり、主成分は、アルカリ溶液中で溶解する非晶質のＳｉＯ２である。シリカフュームの平均粒子径は、好ましくは０．０５〜２．０μｍ、より好ましくは０．１０〜１．５μｍ、更に好ましくは０．１８〜０．２８μｍである。このようなシリカフュームを用いることで、モルタル組成物の高い圧縮強度及び高い流動性を確保できる。
【００２３】
本発明の高強度モルタル組成物において、セメントを基準としたシリカフューム含有量は、好ましくは３〜３０質量％、より好ましくは５〜２０質量％、更に好ましくは１０〜１８質量％である。また、モルタル１ｍ３当たりのシリカフュームの単位量は、好ましくは３５〜３８０ｋｇ／ｍ３、より好ましくは５８〜２５３ｋｇ／ｍ３、更に好ましくは１１６〜２２８ｋｇ／ｍ３である。
【００２４】
減水剤としては、リグニン系、ナフタレンスルホン酸系、アミノスルホン酸系、ポリカルボン酸系の減水剤、高性能減水剤、高性能ＡＥ減水剤等を使用することができる。低水セメント比での流動性確保の観点から、減水剤として、ポリカルボン酸系の減水剤、高性能減水剤又は高性能ＡＥ減水剤を用いることが好ましく、ポリカルボン酸系の高性能減水剤を用いることがより好ましい。本実施形態に係るモルタル組成物は、セメントとシリカフュームの合計量１００質量部に対して、減水剤を好ましくは０．５〜６．０質量部、より好ましくは１．０〜４．０質量部、更に好ましくは１．８〜３．０質量部である。また、モルタル１ｍ３当たりの減水剤の単位量は、好ましくは７〜８６ｋｇ／ｍ３、より好ましくは１３〜５８ｋｇ／ｍ３、更に好ましくは１８〜４３ｋｇ／ｍ３である。
【００２５】
消泡剤としては、特殊非イオン配合型界面活性剤、ポリアルキレン誘導体、疎水性シリカ、ポリエーテル系等が挙げられる。この場合、セメントとシリカフュームの合計量１００質量部に対して、消泡剤を好ましくは０．０１〜２．０質量部、より好ましくは０．０２〜１．５質量部、更に好ましくは０．０３〜１．０質量部である。また、モルタル１ｍ３当たりの消泡剤の単位量は、好ましくは０．１３〜２９ｋｇ／ｍ３、より好ましくは０．２６〜２２ｋｇ／ｍ３、更に好ましくは０．３９〜１５ｋｇ／ｍ３である。
【００２６】
細骨材としては、川砂、陸砂、海砂、砕砂、珪砂、石灰石骨材、高炉スラグ細骨材、フェロニッケルスラグ細骨材、銅スラグ細骨材、電気炉酸化スラグ細骨材等を使用することができる。なお、細骨材の粒度は、１０ｍｍふるいを全部通り、５ｍｍふるいを８５質量％以上通過する。
【００２７】
また、無機質微粉末としては、石灰石粉、珪石粉、砕石粉等を使用することができる。無機質微粉末は、石灰石粉、珪石粉、砕石粉等をブレーン比表面積が２５００ｃｍ２／ｇ以上となるまで粉砕又は分級した微粉末であり、細骨材の微粒分を補う目的で配合され、モルタル組成物の流動性を改善することができる。無機質微粉末のブレーン比表面積は３０００〜５０００ｃｍ２／ｇであることが好ましく、３２００〜４５００ｃｍ２／ｇであることがより好ましく、３４００〜４３００ｃｍ２／ｇであることが更に好ましい。
【００２８】
本実施形態に係る細骨材と無機質微粉末との混合物は、粒径０．１５ｍｍ以下の粒群を４０〜８０質量％、好ましくは４５〜８０質量％含み、より好ましくは５０〜７５質量％含む。また、上記混合物は、粒径０．０７５ｍｍ以下の粒群を３０〜８０質量％、好ましくは３５〜７０質量％含み、より好ましくは４０〜６５質量％含む。無機質微粉末の含有量が３０質量％以下では、モルタルスラリーの粘性が低すぎるため高張力繊維が十分に分散しない恐れがある。無機質微粉末の含有量が９０質量％を超えると、微粉量が多すぎて粘性が高くなり、所定のフローを出すためには水セメント比を増やす必要があるため強度低下に繋がる恐れがある。
【００２９】
セメント及びシリカフュームの合計量１００質量部に対して、細骨材を１０〜６０質量部、無機質微粉末を１０〜６０質量部含むことが好ましく、細骨材を１５〜５０質量部、無機質微粉末を１５〜５０質量部含むことがより好ましく、細骨材を１５〜３０質量部、無機質微粉末を１５〜３０質量部含むことが更に好ましい。また、モルタル１ｍ３当たりの細骨材及び無機質微粉末の単位量は、好ましくは１４０〜９８０ｋｇ／ｍ３、より好ましくは３００〜９００ｋｇ／ｍ３、更に好ましくは６００〜９００ｋｇ／ｍ３である。
【００３０】
本実施形態に係るモルタル組成物は、高張力繊維を更に含むことができる。高張力繊維としては、金属繊維、炭素繊維、アラミド繊維等が挙げられる。金属繊維として、鋼繊維、ステンレス繊維、アモルファス合金繊維等を使用することができる。高張力繊維の繊維径は０．０５〜１．２０ｍｍが好ましく、０．０８〜０．７０ｍｍがより好ましく、０．１０〜０．３５ｍｍが更に好ましく、０．１２〜０．２０ｍｍが特に好ましい。高張力繊維の繊維長は３〜６０ｍｍが好ましく、５〜３５ｍｍがより好ましく、７〜２０ｍｍが更に好ましく、９〜１５ｍｍが特に好ましい。高張力繊維のアスペクト比（繊維長／繊維径）は４０〜２５０が好ましく、５０〜２００がより好ましく、６０〜１７０が更に好ましく、７０〜１４０が特に好ましい。高張力繊維の引張強度は１００〜１００００Ｎ／ｍｍ２が好ましく、５００〜５０００Ｎ／ｍｍ２より好ましく、２０００〜３０００Ｎ／ｍｍ２が更に好ましく、１５００〜２５００Ｎ／ｍｍ２が特に好ましい。高張力繊維の密度は、１〜２０ｇ／ｃｍ３が好ましく、３〜１５ｇ／ｃｍ３がより好ましく、５〜１０ｇ／ｃｍ３が更に好ましい。このような高張力繊維を用いることで、モルタル組成物に高いじん性、高い圧縮強度、高い引張強度及び高い流動性を付与することができる。
【００３１】
また、本実施形態に係るモルタル組成物は、モルタル組成物に対して外割りで（すなわち、モルタル組成物における、高張力繊維を除いた組成物１００体積％に対して）高張力繊維を好ましくは０．３〜５．０体積％、より好ましくは０．５〜３．０体積％、更に好ましくは１．０〜２．５体積％含むことによって、高いじん性が得られる。なお、５．０体積％を超えるとモルタルの練混ぜが困難になる場合がある。また、モルタル１ｍ３に対する高張力繊維の配合量は、好ましくは２３〜３９３ｋｇ、より好ましくは３９〜２３６ｋｇ、更に好ましくは７９〜１９６ｋｇである。
【００３２】
また、本実施形態に係るモルタル組成物は、セメントとシリカフュームの合計量１００質量部に対して、水を好ましくは１０〜２５質量部、より好ましくは１２〜２０質量部、更に好ましくは１３〜１８質量部含む。モルタル１ｍ３当たりの単位水量は、好ましくは１８０〜２８０ｋｇ／ｍ３、より好ましくは１９０〜２７０ｋｇ／ｍ３、更に好ましくは２００〜２５０ｋｇ／ｍ３である。
【００３３】
本実施形態に係るモルタル組成物には、必要に応じて、膨張材、収縮低減剤、凝結促進剤、凝結遅延剤、増粘剤、ガラス繊維、有機繊維、合成樹脂粉末、ポリマーエマルジョン、ポリマーディスパージョン等を１種以上添加してもよい。
【００３４】
さらに、上記本実施形態に係るモルタル組成物に、粗骨材を適量組み合わせることにより、コンクリートを調製してもよい。粗骨材の量や、水の量は、目標圧縮強度、じん性、目標スランプに応じて適時変えればよい。粗骨材としては、砂利、砕石、石灰石骨材、高炉スラグ粗骨材、電気炉酸化スラグ粗骨材等を使用することができる。また、５ｍｍの篩いに８５質量％以上とどまる粗骨材がより好ましい。
【００３５】
本実施形態に係るモルタル組成物の製造方法は、特に限定されないが、水及び減水剤以外の材料の一部又は全部を予め混合しておき、次に、水、減水剤を添加してミキサに入れて練り混ぜる。また、繊維を配合する場合は、モルタルを製造した後にミキサに添加し、更に練り混ぜる。モルタルの練混ぜに使用するミキサは特に限定されず、モルタル用ミキサ、二軸強制練りミキサ、パン型ミキサ、グラウトミキサ等を使用することができる。
【００３６】
本発明の高強度モルタル組成物は、高強度が求められるＰＣ梁、高耐久性パネル、ブロック耐震壁などに有効である。高張力繊維を添加することによって、橋梁等の鉄筋量を減らすことが可能となる。また、橋梁の補修・補強等にも有効である。
【００３７】
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。
【実施例】
【００３８】
以下、実施例及び比較例を挙げて本発明の内容をより具体的に説明する。なお、本発明は下記実施例に限定されるものではない。
【００３９】
［使用材料の準備］
実施例及び比較例のモルタル組成物を作製するために、以下に示す材料を準備した。
【００４０】
（１）セメント（Ｃ）
石灰石、珪石、スラグ、石炭灰、建設発生土、銅ガラミ等の原料を調合し、キルンで焼成した後、石膏を加えて粉砕することにより、ポルトランドセメントを調製した。得られたセメントの化学成分を、ＪＩＳ Ｒ ５２０２−２０１０「セメントの化学分析方法」にしたがい測定し、鉱物組成を下記のボーグ式により算出した。得られたセメントの鉱物組成を表１に示す。
【００４１】
Ｃ３Ｓ量＝（４．０７×ＣａＯ）−（７．６０×ＳｉＯ２）−（６．７２×Ａｌ２Ｏ３）−（１．４３×Ｆｅ２Ｏ３）−（２．８５×ＳＯ３）
Ｃ２Ｓ量＝（２．８７×ＳｉＯ２）−（０．７５４×Ｃ３Ｓ）
Ｃ３Ａ量＝（２．６５×Ａｌ２Ｏ３）−（１．６９×Ｆｅ２Ｏ３）
Ｃ４ＡＦ量＝３．０４×Ｆｅ２Ｏ３
【００４２】
また、得られたセメントの４５μｍふるい残分をセメント協会標準試験方法 ＪＣＡＳ Ｋ−０２「４５μｍ網ふるいによるセメントの粉末度試験方法」に準じて、ブレーン比表面積をＪＩＳ Ｒ ５２０１−１９９７「セメントの物理試験方法」に準じて測定した。結果を表１に示す。
【００４３】
【表１】
【００４４】
（２）シリカフューム（ＳＦ）：平均粒子径０．２４μｍ
シリカフュームの平均粒子径は、レーザー回折／散乱式粒子径分布測定装置（堀場製作所製、商品名「ＬＡ−９５０Ｖ２」）を用いて測定した粒子径分布より、粒子径−通過分積算％曲線を算出し、粒子径−通過分積算％曲線より通過分積算が５０体積％となる粒子径を求めた。試料分散媒は０．２％ヘキサメタリン酸ナトリウム水溶液を用い、測定前に出力６００Ｗのホモジナイザーにて１０分間分散処理した。粒度分布の演算はＭｉｅ散乱理論に従った。粒子屈折率は１．４５−０．００ｉ、溶媒屈折率は１．３３３とした。各粒度の通過分積算（体積％）を表２に示す。
【００４５】
【表２】
【００４６】
（３）細骨材
砕砂：安山岩砕砂、表乾密度２．６２ｇ／ｃｍ３、粗粒率２．８０
（４）無機質微粉末
石灰石微粉末、密度２．７１ｇ／ｃｍ３、ブレーン比表面積４２８０ｃｍ２／ｇ
珪石粉、密度２．６３ｇ／ｃｍ３、ブレーン比表面積３８２０ｃｍ２／ｇ
【００４７】
上記砕砂及び無機質微粉末の粒度を、ＪＩＳ Ａ １１０２−２００６「骨材のふるい分け試験方法」を参考として測定した。次いで、細骨材及び無機質微粉末を混合して所定の粒度になるように調整した。結果を表３に示す。
【００４８】
【表３】
【００４９】
（５）減水剤：ポリカルボン酸系高性能減水剤（固形分濃度２５質量％）
（６）消泡剤：特殊非イオン配合型界面活性剤
図１は、上記消泡剤を重メタノールに溶解し、ＮＭＲ測定装置（ＢＲＵＫＥＲ製、商品名「ＡＶＡＮＣＥ」）を用いて測定した１Ｈ−ＮＭＲスペクトルである。上記消泡剤の構造単位である、ポリオキシプロピレン（以下、「ＰＯＰ」と略記する）の構造単位、ポリオキシエチレン（以下、「ＰＯＥ」と略記する）の構造単位及びアルキル鎖の構造単位のモル比を、ＰＯＰ中のメチル基に由来するシグナルの積分値を基準に算出した。この内、ＰＯＰに対するＰＯＥのモル比を、３．５ｐｐｍ付近に現れるＰＯＰのメチル基以外の炭化水素基に由来するシグナル及びＰＯＥの炭化水素基に由来するシグナルの積分値からＰＯＰのメチル基以外の炭化水素基に由来するシグナルの積分値を差し引くことにより算出した。消泡剤中のＰＯＰ、ＰＯＥ及びアルキル鎖の構造単位のモル比を表４に示す。
【００５０】
【表４】
【００５１】
（７）高張力繊維：鋼繊維、東京製綱株式会社製、商品名「ＣＷ９４１６」、密度：７．８７ｇ／ｃｍ３、繊維径０．１６ｍｍ、繊維長１３ｍｍ、アスペクト比８１．２５、引張強度２２００Ｎ／ｍｍ２
（８）練混ぜ水（Ｗ）：上水道水
【００５２】
［モルタル組成物の作製］
モルタル組成物の作製を、表５の配合組成に基づき、以下の通りに行った。
【００５３】
セメント、シリカフューム、細骨材、無機質微粉末及び消泡剤を二軸強制練りミキサに加え、減水剤を含む練混ぜ水をミキサ内に投入して１０分間撹拌し、モルタル組成物を作製した。なお、実施例３〜１０及び比較例５〜７では、鋼繊維を更に投入して、モルタル組成物を作製した。
【００５４】
【表５】
＊１：セメント及びシリカフュームの合計量１００質量％に対する水の量
＊２：セメント１００質量％に対するシリカフュームの量
＊３：セメント及びシリカフュームに対して外割りで添加した値。なお、減水剤中の水分は単位水量に含める。
＊４：モルタル組成物に対して外割りで添加した値。
【００５５】
［モルタル組成物の評価］
（１）フレッシュ性状
（試験方法）
実施例１〜１０及び比較例１〜６で作製したモルタル組成物を用いて、モルタル０打フロー又はスランプフローを測定した。モルタル０打フローは、ＪＩＳ Ｒ ５２０１−１９９７「セメントの物理試験方法」に準じ、落下無しの条件で測定し、鋼繊維を含まないモルタルについて試験を行った。また、スランプフローはＪＩＳ Ａ １１５０−２００７「コンクリートのスランプフロー試験方法」に準じ、試験後の鋼繊維の分散状態を目視により観察した。
【００５６】
（２）強度試験
ＪＩＳ Ａ １１３２−２００６「コンクリートの強度試験用供試体の作り方」に準じて５ｃｍ×１０ｃｍの円柱供試体を作製し、ＪＩＳ Ａ １１０８−２００６「コンクリートの圧縮強度試験方法」に準じて圧縮強度試験、ＪＩＳ Ａ １１１３−２００６「コンクリートの割裂引張強度試験方法」に準じて割裂引張強度試験を行った。供試体は試験材齢まで標準養生した。
【００５７】
（評価結果）
表６に、モルタル０打フロー試験、スランプフロー試験、繊維の分散状態、圧縮強度試験及び割裂引張強度試験の結果を示す。また、図２に実施例３のモルタル組成物、図３に比較例７のモルタル組成物のスランプフロー試験後の状態をそれぞれ撮影した写真を示す。なお、図２及び３における写真（ｂ）は、写真（ａ）の一部を拡大した部分である。
【００５８】
モルタル０打フローの値から流動性を、以下の基準で評価した。モルタル０打フローが小さい場合、作業性や狭部へのモルタル組成物の充填性等が不十分となることから、施工性に乏しいと判断される。
○：モルタル０打フローの値が２００ｍｍ以上であり、流動性が高い。
×：モルタル０打フローの値が２００ｍｍ未満であり、流動性が悪い。
【００５９】
スランプフローの値から流動性を、以下の基準で評価した。スランプフローが小さい場合、作業性や狭部へのモルタル組成物の充填性等が不十分となることから、施工性に乏しいと判断される。
◎：スランプフローの値が７５０ｍｍを超え、流動性が極めて高い。
○：スランプフローの値が７００ｍｍ以上７５０ｍｍ未満であり流動性が高い。
△：スランプフローの値が６５０ｍｍ以上７００ｍｍ未満であり、流動性に問題ない。
×：スランプフローの値が６５０ｍｍ未満であり、流動性が悪い。
【００６０】
繊維分散性を、以下の基準で評価した。
◎：ファイバーボール（繊維の塊）が認められない。
○：僅かにファイバーボールが認められる。
×：多数のファイバーボールが認められる。
【００６１】
【表６】
【００６２】
（セメントの鉱物組成及び粒度）
セメントの種類を変更して、モルタル組成物の流動性及び強度発現を評価した。実施例１及び２では、流動性に優れ、かつ、材齢７日において十分に高い圧縮強度が得られることが確認された。これに対し、比較例１、３及び４では、流動性が劣り、比較例２では、流動性に優れるものの、圧縮強度が十分ではなかった。
【００６３】
（細骨材及び無機質微粉末の粒径）
本発明に係る細骨材及び無機質微粉末の混合物を配合した実施例３〜１０では、流動性に優れ、かつ、試験後試料を観察したところ、ファイバーボールはほとんど認めらず、繊維分散性に優れていることが確認された（図２参照）。
【００６４】
これに対して、無機質微粉末のみを配合した比較例５及び６では、粒径０．１５ｍｍ以下の粒群が多いため、組成物の粘性が高く、十分な流動性が得られなかった。また、比較例７は、流動性に優れるものの、試験後試料に多量のファイバーボールが認められ、硬化後の鋼繊維の偏在が懸念された（図３参照）。
【００６５】
また、実施例３〜１０では圧縮強度が十分に高いことが確認された。これに対して、比較例５の圧縮強度はやや低く、圧縮試験前に比較例５の試験体を研磨したところ、試料中に気泡の残存が認められた。比較例５では、流動性に乏しいため内在気泡が抜けにくく、これによって強度低下が生じたものと考えられる。
【００６６】
さらに、実施例３、４及び１０では、割裂引張強度が優れていた。一方、比較例７では、モルタル組成物の硬化体中に繊維が偏在したため、割裂引張強度が低かった。
【００６７】
以上のことから、本発明のモルタル組成物によれば、流動性が十分に高く施工性に優れ、かつ、常温養生のみで早期に高い圧縮強度を発現できることが確認された。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高強度モルタル組成物に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、構造部材の軽量化、鉄筋使用量の削減などの要求に伴い、２００Ｎ／ｍｍ２程度の圧縮強度が得られるような超高強度材料が提案されている。これらの材料では、セメント、ポゾラン質微粉末、骨材及び高性能減水剤が使用されており、熱養生によって超高強度化が図られている。また、これらに金属繊維や有機繊維を添加することによって、高いじん性やひび割れ抑制機能を付与することが提案されている（特許文献１〜３参照）。そして、特許文献２及び３に記載の材料を標準の条件で養生した場合、材齢２８日目の圧縮強度が１５０Ｎ／ｍｍ２程度に留まることがわかっている（非特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−１８１００４号公報
【特許文献２】特開２００６−２９８６７９号公報
【特許文献３】特開２００７−１２６３１７号公報
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】超高強度繊維補強コンクリートの強度発現性状に関する実験的検討、コンクリート工学年次論文集、Ｖｏｌ．３０、Ｎｏ．１、ｐｐ．２４３−２４８、２００８
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、既存の技術では、コンクリートの超高強度化を実現するためには、熱養生を必要とする場合が多いため、コンクリートの製造箇所が限定され、製造品の運搬が必要である。また、コンクリート製品の形状や大きさは、材料の流動性、型枠や養生装置の形状等により制約を受けるため、超高強度材料は施工や設計の自由度が制限される。一方、ひび割れ抑制効果を備えた高じん性セメント系材料は、現場施工が可能であるが、強度は通常のコンクリートと同程度しか得られていない。このため、熱養生が不要であり、現場施工が可能な高強度材料が求められている。
【０００６】
そこで、本発明は、施工性に優れ、かつ、常温養生のみで早期に高い圧縮強度を発現できる高強度モルタル組成物を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者らは、上記の課題を解決すべく鋭意検討した結果、特定の鉱物組成及び粒度分布を有するセメントと、特定の粒度を有する細骨材及び無機質微粉末とを、シリカフューム、減水剤及び消泡剤と組み合わせることで、モルタル組成物の流動性を向上でき、かつ、熱養生しなくともモルタル組成物の強度を向上できることを見出し、本発明を完成するに至った。
【０００８】
すなわち、本発明は、セメントと、シリカフュームと、水と、減水剤と、消泡剤と、細骨材と、無機質微粉末とを含む高強度モルタル組成物であって、セメントは、Ｃ３Ｓを４０．０〜７５．０質量％及びＣ３Ａを２．７質量％未満含有し、かつ、４５μｍふるい残分が２５．０質量％未満であり、細骨材と無機質微粉末との混合物は、粒径０．１５ｍｍ以下の粒群を４０〜８０質量％、かつ、粒径０．０７５ｍｍ以下の粒群を３０〜８０質量％含有し、無機質微粉末が、石灰石粉、珪石粉及び砕石粉からなる群より選ばれる１種以上の微粉末である、高強度モルタル組成物を提供する。このようなモルタル組成物は、施工性に優れ、かつ、常温養生のみで早期に高い圧縮強度を発現することができる。
【０００９】
無機質微粉末のブレーン比表面積が３０００〜５０００ｃｍ２／ｇであると、高強度モルタル組成物の流動性をより一層向上できる。
【００１０】
上記シリカフュームの平均粒子径が０．０５〜２．０μｍであると、モルタル組成物の強度を更に向上することができる。そして、本発明の高強度モルタル組成物は、セメントを基準として、シリカフュームを３〜３０質量％含むことが好ましい。
【００１１】
本発明の高強度モルタル組成物は、セメント及びシリカフュームの合計量１００質量部に対して、水を１０〜２５質量部、減水剤を０．５〜６．０質量部含むことが好ましい。これにより、モルタル組成物の強度がより一層向上する。
【００１２】
また、本発明の高強度モルタル組成物は、セメント及びシリカフュームの合計量１００質量部に対して、細骨材を１０〜６０質量部、無機質微粉末を１０〜６０質量部含むことにより、流動性が更に向上し、施工性に一層優れるものとなる。
【００１３】
本発明の高強度モルタル組成物には、高張力繊維を更に含むことができる。また、高張力繊維は、引張強度が１００〜１００００Ｎ／ｍｍ２、アスペクト比が４０〜２５０であり、モルタル組成物に対する含有量が外割りで０．３〜５．０体積％であることによって、高いじん性と高い圧縮強度及び引張強度を得ることができる。さらに、上記高張力繊維は、金属繊維、炭素繊維及びアラミド繊維からなる群より選ばれる１種以上の繊維であると、モルタル組成物の強度をより一層向上することができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、施工性に優れ、かつ、常温養生のみで早期に高い圧縮強度を発現できるモルタル組成物を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】実施例で用いた消泡剤の１Ｈ−ＮＭＲスペクトルである。
【図２】実施例３のモルタル組成物のスランプフロー試験後の状態を撮影した写真である。
【図３】比較例７のモルタル組成物のスランプフロー試験後の状態を撮影した写真である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明の高強度モルタル組成物は、セメントと、シリカフュームと、水と、減水剤と、消泡剤と、細骨材と、無機質微粉末とを含むものである。以下、本発明に係るモルタル組成物の好適な実施形態について説明する。
【００１７】
セメントの鉱物組成は、Ｃ３Ｓ量が４０．０〜７５．０質量％であり、Ｃ３Ａ量が２．７質量％未満である。セメントのＣ３Ｓ量は、好ましくは４５．０〜７３．０質量％、より好ましくは４８．０〜７０．０質量％であり、更に好ましくは５０．０〜６８．０質量％である。Ｃ３Ａ量は好ましくは２．３質量％未満であり、より好ましくは２．１質量％未満であり、更に好ましくは１．９質量％未満である。Ｃ３Ｓ量が４０．０質量％未満では圧縮強度が低くなる傾向があり、７５．０質量％を超えるとセメントの焼成自体が困難となる傾向がある。また、Ｃ３Ａ量が２．７質量％以上では流動性が悪くなる。なお、Ｃ３Ａ量の下限値は特に限定されないが、０．１質量％程度である。
【００１８】
また、セメントのＣ２Ｓ量は好ましくは９．５〜４０．０質量％、より好ましくは１０．０〜３５．０質量％であり、更に好ましくは１２．０〜３０．０質量％である。Ｃ４ＡＦ量は好ましくは９．０〜１８．０質量％、より好ましくは１０．０〜１５．０質量％であり、更に好ましくは１１．０〜１５．０質量％である。このようなセメントの鉱物組成の範囲であれば、モルタル組成物の高い圧縮強度及び高い流動性を確保できる。
【００１９】
また、セメントの粒度は、４５μｍふるい残分が、上限で２５．０質量％未満であり、好ましくは２０．０質量％であり、より好ましくは１８．０質量％であり、更に好ましくは１６．０質量％である。４５μｍふるい残分の下限は０．０質量％であり、好ましくは１．０質量％であり、より好ましくは２．０質量％である。セメントの粒度がこの範囲であれば、高い圧縮強度を確保でき、また、このセメントを使用して調製したモルタルスラリーは適度な粘性があるため、繊維を添加した場合には、十分な分散性が確保できる。
【００２０】
セメントのブレーン比表面積は、好ましくは２５００〜４８００ｃｍ２／ｇ、より好ましくは２８００〜４０００ｃｍ２／ｇ、更に好ましくは３０００〜３６００ｃｍ２／ｇであり、特に好ましくは３１００〜３５００ｃｍ２／ｇである。セメントのブレーン比表面積が２５００ｃｍ２／ｇ未満ではモルタル組成物の強度が低くなる傾向があり、４８００ｃｍ２／ｇを超えると低水セメント比での流動性が低下する傾向がある。
【００２１】
本実施形態に係るセメントの製造にあたっては、通常のセメントと特に異なる操作を行う必要は無い。上記セメントは、石灰石、珪石、スラグ、石炭灰、建設発生土、高炉ダスト等の原料の調合を目標とする鉱物組成に応じて変え、実機キルンで焼成した後、得られたクリンカーに石膏を加えて所定の粒度に粉砕することによって製造することができる。焼成するキルンには、一般的なＮＳＰキルンやＳＰキルン等を使用することができ、粉砕には一般的なボールミル等の粉砕機が使用可能である。また、必要に応じて、２種以上のセメントを混合することもできる。
【００２２】
シリカフュームは、金属シリコン、フェロシリコン、電融ジルコニア等を製造する際に、発生する排ガス中のダストを集塵して得られる副産物であり、主成分は、アルカリ溶液中で溶解する非晶質のＳｉＯ２である。シリカフュームの平均粒子径は、好ましくは０．０５〜２．０μｍ、より好ましくは０．１０〜１．５μｍ、更に好ましくは０．１８〜０．２８μｍである。このようなシリカフュームを用いることで、モルタル組成物の高い圧縮強度及び高い流動性を確保できる。
【００２３】
本発明の高強度モルタル組成物において、セメントを基準としたシリカフューム含有量は、好ましくは３〜３０質量％、より好ましくは５〜２０質量％、更に好ましくは１０〜１８質量％である。また、モルタル１ｍ３当たりのシリカフュームの単位量は、好ましくは３５〜３８０ｋｇ／ｍ３、より好ましくは５８〜２５３ｋｇ／ｍ３、更に好ましくは１１６〜２２８ｋｇ／ｍ３である。
【００２４】
減水剤としては、リグニン系、ナフタレンスルホン酸系、アミノスルホン酸系、ポリカルボン酸系の減水剤、高性能減水剤、高性能ＡＥ減水剤等を使用することができる。低水セメント比での流動性確保の観点から、減水剤として、ポリカルボン酸系の減水剤、高性能減水剤又は高性能ＡＥ減水剤を用いることが好ましく、ポリカルボン酸系の高性能減水剤を用いることがより好ましい。本実施形態に係るモルタル組成物は、セメントとシリカフュームの合計量１００質量部に対して、減水剤を好ましくは０．５〜６．０質量部、より好ましくは１．０〜４．０質量部、更に好ましくは１．８〜３．０質量部である。また、モルタル１ｍ３当たりの減水剤の単位量は、好ましくは７〜８６ｋｇ／ｍ３、より好ましくは１３〜５８ｋｇ／ｍ３、更に好ましくは１８〜４３ｋｇ／ｍ３である。
【００２５】
消泡剤としては、特殊非イオン配合型界面活性剤、ポリアルキレン誘導体、疎水性シリカ、ポリエーテル系等が挙げられる。この場合、セメントとシリカフュームの合計量１００質量部に対して、消泡剤を好ましくは０．０１〜２．０質量部、より好ましくは０．０２〜１．５質量部、更に好ましくは０．０３〜１．０質量部である。また、モルタル１ｍ３当たりの消泡剤の単位量は、好ましくは０．１３〜２９ｋｇ／ｍ３、より好ましくは０．２６〜２２ｋｇ／ｍ３、更に好ましくは０．３９〜１５ｋｇ／ｍ３である。
【００２６】
細骨材としては、川砂、陸砂、海砂、砕砂、珪砂、石灰石骨材、高炉スラグ細骨材、フェロニッケルスラグ細骨材、銅スラグ細骨材、電気炉酸化スラグ細骨材等を使用することができる。なお、細骨材の粒度は、１０ｍｍふるいを全部通り、５ｍｍふるいを８５質量％以上通過する。
【００２７】
また、無機質微粉末としては、石灰石粉、珪石粉、砕石粉等を使用することができる。無機質微粉末は、石灰石粉、珪石粉、砕石粉等をブレーン比表面積が２５００ｃｍ２／ｇ以上となるまで粉砕又は分級した微粉末であり、細骨材の微粒分を補う目的で配合され、モルタル組成物の流動性を改善することができる。無機質微粉末のブレーン比表面積は３０００〜５０００ｃｍ２／ｇであることが好ましく、３２００〜４５００ｃｍ２／ｇであることがより好ましく、３４００〜４３００ｃｍ２／ｇであることが更に好ましい。
【００２８】
本実施形態に係る細骨材と無機質微粉末との混合物は、粒径０．１５ｍｍ以下の粒群を４０〜８０質量％、好ましくは４５〜８０質量％含み、より好ましくは５０〜７５質量％含む。また、上記混合物は、粒径０．０７５ｍｍ以下の粒群を３０〜８０質量％、好ましくは３５〜７０質量％含み、より好ましくは４０〜６５質量％含む。無機質微粉末の含有量が３０質量％以下では、モルタルスラリーの粘性が低すぎるため高張力繊維が十分に分散しない恐れがある。無機質微粉末の含有量が９０質量％を超えると、微粉量が多すぎて粘性が高くなり、所定のフローを出すためには水セメント比を増やす必要があるため強度低下に繋がる恐れがある。
【００２９】
セメント及びシリカフュームの合計量１００質量部に対して、細骨材を１０〜６０質量部、無機質微粉末を１０〜６０質量部含むことが好ましく、細骨材を１５〜５０質量部、無機質微粉末を１５〜５０質量部含むことがより好ましく、細骨材を１５〜３０質量部、無機質微粉末を１５〜３０質量部含むことが更に好ましい。また、モルタル１ｍ３当たりの細骨材及び無機質微粉末の単位量は、好ましくは１４０〜９８０ｋｇ／ｍ３、より好ましくは３００〜９００ｋｇ／ｍ３、更に好ましくは６００〜９００ｋｇ／ｍ３である。
【００３０】
本実施形態に係るモルタル組成物は、高張力繊維を更に含むことができる。高張力繊維としては、金属繊維、炭素繊維、アラミド繊維等が挙げられる。金属繊維として、鋼繊維、ステンレス繊維、アモルファス合金繊維等を使用することができる。高張力繊維の繊維径は０．０５〜１．２０ｍｍが好ましく、０．０８〜０．７０ｍｍがより好ましく、０．１０〜０．３５ｍｍが更に好ましく、０．１２〜０．２０ｍｍが特に好ましい。高張力繊維の繊維長は３〜６０ｍｍが好ましく、５〜３５ｍｍがより好ましく、７〜２０ｍｍが更に好ましく、９〜１５ｍｍが特に好ましい。高張力繊維のアスペクト比（繊維長／繊維径）は４０〜２５０が好ましく、５０〜２００がより好ましく、６０〜１７０が更に好ましく、７０〜１４０が特に好ましい。高張力繊維の引張強度は１００〜１００００Ｎ／ｍｍ２が好ましく、５００〜５０００Ｎ／ｍｍ２より好ましく、２０００〜３０００Ｎ／ｍｍ２が更に好ましく、１５００〜２５００Ｎ／ｍｍ２が特に好ましい。高張力繊維の密度は、１〜２０ｇ／ｃｍ３が好ましく、３〜１５ｇ／ｃｍ３がより好ましく、５〜１０ｇ／ｃｍ３が更に好ましい。このような高張力繊維を用いることで、モルタル組成物に高いじん性、高い圧縮強度、高い引張強度及び高い流動性を付与することができる。
【００３１】
また、本実施形態に係るモルタル組成物は、モルタル組成物に対して外割りで（すなわち、モルタル組成物における、高張力繊維を除いた組成物１００体積％に対して）高張力繊維を好ましくは０．３〜５．０体積％、より好ましくは０．５〜３．０体積％、更に好ましくは１．０〜２．５体積％含むことによって、高いじん性が得られる。なお、５．０体積％を超えるとモルタルの練混ぜが困難になる場合がある。また、モルタル１ｍ３に対する高張力繊維の配合量は、好ましくは２３〜３９３ｋｇ、より好ましくは３９〜２３６ｋｇ、更に好ましくは７９〜１９６ｋｇである。
【００３２】
また、本実施形態に係るモルタル組成物は、セメントとシリカフュームの合計量１００質量部に対して、水を好ましくは１０〜２５質量部、より好ましくは１２〜２０質量部、更に好ましくは１３〜１８質量部含む。モルタル１ｍ３当たりの単位水量は、好ましくは１８０〜２８０ｋｇ／ｍ３、より好ましくは１９０〜２７０ｋｇ／ｍ３、更に好ましくは２００〜２５０ｋｇ／ｍ３である。
【００３３】
本実施形態に係るモルタル組成物には、必要に応じて、膨張材、収縮低減剤、凝結促進剤、凝結遅延剤、増粘剤、ガラス繊維、有機繊維、合成樹脂粉末、ポリマーエマルジョン、ポリマーディスパージョン等を１種以上添加してもよい。
【００３４】
さらに、上記本実施形態に係るモルタル組成物に、粗骨材を適量組み合わせることにより、コンクリートを調製してもよい。粗骨材の量や、水の量は、目標圧縮強度、じん性、目標スランプに応じて適時変えればよい。粗骨材としては、砂利、砕石、石灰石骨材、高炉スラグ粗骨材、電気炉酸化スラグ粗骨材等を使用することができる。また、５ｍｍの篩いに８５質量％以上とどまる粗骨材がより好ましい。
【００３５】
本実施形態に係るモルタル組成物の製造方法は、特に限定されないが、水及び減水剤以外の材料の一部又は全部を予め混合しておき、次に、水、減水剤を添加してミキサに入れて練り混ぜる。また、繊維を配合する場合は、モルタルを製造した後にミキサに添加し、更に練り混ぜる。モルタルの練混ぜに使用するミキサは特に限定されず、モルタル用ミキサ、二軸強制練りミキサ、パン型ミキサ、グラウトミキサ等を使用することができる。
【００３６】
本発明の高強度モルタル組成物は、高強度が求められるＰＣ梁、高耐久性パネル、ブロック耐震壁などに有効である。高張力繊維を添加することによって、橋梁等の鉄筋量を減らすことが可能となる。また、橋梁の補修・補強等にも有効である。
【００３７】
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。
【実施例】
【００３８】
以下、実施例及び比較例を挙げて本発明の内容をより具体的に説明する。なお、本発明は下記実施例に限定されるものではない。
【００３９】
［使用材料の準備］
実施例及び比較例のモルタル組成物を作製するために、以下に示す材料を準備した。
【００４０】
（１）セメント（Ｃ）
石灰石、珪石、スラグ、石炭灰、建設発生土、銅ガラミ等の原料を調合し、キルンで焼成した後、石膏を加えて粉砕することにより、ポルトランドセメントを調製した。得られたセメントの化学成分を、ＪＩＳ Ｒ ５２０２−２０１０「セメントの化学分析方法」にしたがい測定し、鉱物組成を下記のボーグ式により算出した。得られたセメントの鉱物組成を表１に示す。
【００４１】
Ｃ３Ｓ量＝（４．０７×ＣａＯ）−（７．６０×ＳｉＯ２）−（６．７２×Ａｌ２Ｏ３）−（１．４３×Ｆｅ２Ｏ３）−（２．８５×ＳＯ３）
Ｃ２Ｓ量＝（２．８７×ＳｉＯ２）−（０．７５４×Ｃ３Ｓ）
Ｃ３Ａ量＝（２．６５×Ａｌ２Ｏ３）−（１．６９×Ｆｅ２Ｏ３）
Ｃ４ＡＦ量＝３．０４×Ｆｅ２Ｏ３
【００４２】
また、得られたセメントの４５μｍふるい残分をセメント協会標準試験方法 ＪＣＡＳ Ｋ−０２「４５μｍ網ふるいによるセメントの粉末度試験方法」に準じて、ブレーン比表面積をＪＩＳ Ｒ ５２０１−１９９７「セメントの物理試験方法」に準じて測定した。結果を表１に示す。
【００４３】
【表１】
【００４４】
（２）シリカフューム（ＳＦ）：平均粒子径０．２４μｍ
シリカフュームの平均粒子径は、レーザー回折／散乱式粒子径分布測定装置（堀場製作所製、商品名「ＬＡ−９５０Ｖ２」）を用いて測定した粒子径分布より、粒子径−通過分積算％曲線を算出し、粒子径−通過分積算％曲線より通過分積算が５０体積％となる粒子径を求めた。試料分散媒は０．２％ヘキサメタリン酸ナトリウム水溶液を用い、測定前に出力６００Ｗのホモジナイザーにて１０分間分散処理した。粒度分布の演算はＭｉｅ散乱理論に従った。粒子屈折率は１．４５−０．００ｉ、溶媒屈折率は１．３３３とした。各粒度の通過分積算（体積％）を表２に示す。
【００４５】
【表２】
【００４６】
（３）細骨材
砕砂：安山岩砕砂、表乾密度２．６２ｇ／ｃｍ３、粗粒率２．８０
（４）無機質微粉末
石灰石微粉末、密度２．７１ｇ／ｃｍ３、ブレーン比表面積４２８０ｃｍ２／ｇ
珪石粉、密度２．６３ｇ／ｃｍ３、ブレーン比表面積３８２０ｃｍ２／ｇ
【００４７】
上記砕砂及び無機質微粉末の粒度を、ＪＩＳ Ａ １１０２−２００６「骨材のふるい分け試験方法」を参考として測定した。次いで、細骨材及び無機質微粉末を混合して所定の粒度になるように調整した。結果を表３に示す。
【００４８】
【表３】
【００４９】
（５）減水剤：ポリカルボン酸系高性能減水剤（固形分濃度２５質量％）
（６）消泡剤：特殊非イオン配合型界面活性剤
図１は、上記消泡剤を重メタノールに溶解し、ＮＭＲ測定装置（ＢＲＵＫＥＲ製、商品名「ＡＶＡＮＣＥ」）を用いて測定した１Ｈ−ＮＭＲスペクトルである。上記消泡剤の構造単位である、ポリオキシプロピレン（以下、「ＰＯＰ」と略記する）の構造単位、ポリオキシエチレン（以下、「ＰＯＥ」と略記する）の構造単位及びアルキル鎖の構造単位のモル比を、ＰＯＰ中のメチル基に由来するシグナルの積分値を基準に算出した。この内、ＰＯＰに対するＰＯＥのモル比を、３．５ｐｐｍ付近に現れるＰＯＰのメチル基以外の炭化水素基に由来するシグナル及びＰＯＥの炭化水素基に由来するシグナルの積分値からＰＯＰのメチル基以外の炭化水素基に由来するシグナルの積分値を差し引くことにより算出した。消泡剤中のＰＯＰ、ＰＯＥ及びアルキル鎖の構造単位のモル比を表４に示す。
【００５０】
【表４】
【００５１】
（７）高張力繊維：鋼繊維、東京製綱株式会社製、商品名「ＣＷ９４１６」、密度：７．８７ｇ／ｃｍ３、繊維径０．１６ｍｍ、繊維長１３ｍｍ、アスペクト比８１．２５、引張強度２２００Ｎ／ｍｍ２
（８）練混ぜ水（Ｗ）：上水道水
【００５２】
［モルタル組成物の作製］
モルタル組成物の作製を、表５の配合組成に基づき、以下の通りに行った。
【００５３】
セメント、シリカフューム、細骨材、無機質微粉末及び消泡剤を二軸強制練りミキサに加え、減水剤を含む練混ぜ水をミキサ内に投入して１０分間撹拌し、モルタル組成物を作製した。なお、実施例３〜１０及び比較例５〜７では、鋼繊維を更に投入して、モルタル組成物を作製した。
【００５４】
【表５】
＊１：セメント及びシリカフュームの合計量１００質量％に対する水の量
＊２：セメント１００質量％に対するシリカフュームの量
＊３：セメント及びシリカフュームに対して外割りで添加した値。なお、減水剤中の水分は単位水量に含める。
＊４：モルタル組成物に対して外割りで添加した値。
【００５５】
［モルタル組成物の評価］
（１）フレッシュ性状
（試験方法）
実施例１〜１０及び比較例１〜６で作製したモルタル組成物を用いて、モルタル０打フロー又はスランプフローを測定した。モルタル０打フローは、ＪＩＳ Ｒ ５２０１−１９９７「セメントの物理試験方法」に準じ、落下無しの条件で測定し、鋼繊維を含まないモルタルについて試験を行った。また、スランプフローはＪＩＳ Ａ １１５０−２００７「コンクリートのスランプフロー試験方法」に準じ、試験後の鋼繊維の分散状態を目視により観察した。
【００５６】
（２）強度試験
ＪＩＳ Ａ １１３２−２００６「コンクリートの強度試験用供試体の作り方」に準じて５ｃｍ×１０ｃｍの円柱供試体を作製し、ＪＩＳ Ａ １１０８−２００６「コンクリートの圧縮強度試験方法」に準じて圧縮強度試験、ＪＩＳ Ａ １１１３−２００６「コンクリートの割裂引張強度試験方法」に準じて割裂引張強度試験を行った。供試体は試験材齢まで標準養生した。
【００５７】
（評価結果）
表６に、モルタル０打フロー試験、スランプフロー試験、繊維の分散状態、圧縮強度試験及び割裂引張強度試験の結果を示す。また、図２に実施例３のモルタル組成物、図３に比較例７のモルタル組成物のスランプフロー試験後の状態をそれぞれ撮影した写真を示す。なお、図２及び３における写真（ｂ）は、写真（ａ）の一部を拡大した部分である。
【００５８】
モルタル０打フローの値から流動性を、以下の基準で評価した。モルタル０打フローが小さい場合、作業性や狭部へのモルタル組成物の充填性等が不十分となることから、施工性に乏しいと判断される。
○：モルタル０打フローの値が２００ｍｍ以上であり、流動性が高い。
×：モルタル０打フローの値が２００ｍｍ未満であり、流動性が悪い。
【００５９】
スランプフローの値から流動性を、以下の基準で評価した。スランプフローが小さい場合、作業性や狭部へのモルタル組成物の充填性等が不十分となることから、施工性に乏しいと判断される。
◎：スランプフローの値が７５０ｍｍを超え、流動性が極めて高い。
○：スランプフローの値が７００ｍｍ以上７５０ｍｍ未満であり流動性が高い。
△：スランプフローの値が６５０ｍｍ以上７００ｍｍ未満であり、流動性に問題ない。
×：スランプフローの値が６５０ｍｍ未満であり、流動性が悪い。
【００６０】
繊維分散性を、以下の基準で評価した。
◎：ファイバーボール（繊維の塊）が認められない。
○：僅かにファイバーボールが認められる。
×：多数のファイバーボールが認められる。
【００６１】
【表６】
【００６２】
（セメントの鉱物組成及び粒度）
セメントの種類を変更して、モルタル組成物の流動性及び強度発現を評価した。実施例１及び２では、流動性に優れ、かつ、材齢７日において十分に高い圧縮強度が得られることが確認された。これに対し、比較例１、３及び４では、流動性が劣り、比較例２では、流動性に優れるものの、圧縮強度が十分ではなかった。
【００６３】
（細骨材及び無機質微粉末の粒径）
本発明に係る細骨材及び無機質微粉末の混合物を配合した実施例３〜１０では、流動性に優れ、かつ、試験後試料を観察したところ、ファイバーボールはほとんど認めらず、繊維分散性に優れていることが確認された（図２参照）。
【００６４】
これに対して、無機質微粉末のみを配合した比較例５及び６では、粒径０．１５ｍｍ以下の粒群が多いため、組成物の粘性が高く、十分な流動性が得られなかった。また、比較例７は、流動性に優れるものの、試験後試料に多量のファイバーボールが認められ、硬化後の鋼繊維の偏在が懸念された（図３参照）。
【００６５】
また、実施例３〜１０では圧縮強度が十分に高いことが確認された。これに対して、比較例５の圧縮強度はやや低く、圧縮試験前に比較例５の試験体を研磨したところ、試料中に気泡の残存が認められた。比較例５では、流動性に乏しいため内在気泡が抜けにくく、これによって強度低下が生じたものと考えられる。
【００６６】
さらに、実施例３、４及び１０では、割裂引張強度が優れていた。一方、比較例７では、モルタル組成物の硬化体中に繊維が偏在したため、割裂引張強度が低かった。
【００６７】
以上のことから、本発明のモルタル組成物によれば、流動性が十分に高く施工性に優れ、かつ、常温養生のみで早期に高い圧縮強度を発現できることが確認された。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
セメントと、シリカフュームと、水と、減水剤と、消泡剤と、細骨材と、無機質微粉末とを含む高強度モルタル組成物であって、
前記セメントは、Ｃ３Ｓを４０．０〜７５．０質量％及びＣ３Ａを２．７質量％未満含有し、かつ、４５μｍふるい残分が２５．０質量％未満であり、
前記細骨材と無機質微粉末との混合物は、粒径０．１５ｍｍ以下の粒群を４０〜８０質量％、かつ、粒径０．０７５ｍｍ以下の粒群を３０〜８０質量％含有し、
前記無機質微粉末が、石灰石粉、珪石粉及び砕石粉からなる群より選ばれる１種以上の微粉末である、高強度モルタル組成物。
【請求項２】
前記無機質微粉末のブレーン比表面積が３０００〜５０００ｃｍ２／ｇである、請求項１に記載の高強度モルタル組成物。
【請求項３】
前記シリカフュームの平均粒子径が０．０５〜２．０μｍである、請求項１又は２に記載の高強度モルタル組成物。
【請求項４】
前記セメントを基準として、前記シリカフュームを３〜３０質量％含む、請求項１〜３のいずれか１項に記載の高強度モルタル組成物。
【請求項５】
前記セメント及び前記シリカフュームの合計量１００質量部に対して、水を１０〜２５質量部、減水剤を０．５〜６．０質量部含む、請求項１〜４のいずれか１項に記載の高強度モルタル組成物。
【請求項６】
前記セメント及び前記シリカフュームの合計量１００質量部に対して、細骨材を１０〜６０質量部、無機質微粉末を１０〜６０質量部含む、請求項１〜５のいずれか１項に記載の高強度モルタル組成物。
【請求項７】
高張力繊維を更に含む、請求項１〜６のいずれか１項に記載の高強度モルタル組成物。
【請求項８】
前記高張力繊維は、引張強度が１００〜１００００Ｎ／ｍｍ２、アスペクト比が４０〜２５０であり、前記モルタル組成物に対する含有量が０．３〜５．０体積％である、請求項７に記載の高強度モルタル組成物。
【請求項９】
前記高張力繊維は、金属繊維、炭素繊維及びアラミド繊維からなる群より選ばれる１種以上の繊維である、請求項７又は８に記載の高強度モルタル組成物。
【請求項１】
セメントと、シリカフュームと、水と、減水剤と、消泡剤と、細骨材と、無機質微粉末とを含む高強度モルタル組成物であって、
前記セメントは、Ｃ３Ｓを４０．０〜７５．０質量％及びＣ３Ａを２．７質量％未満含有し、かつ、４５μｍふるい残分が２５．０質量％未満であり、
前記細骨材と無機質微粉末との混合物は、粒径０．１５ｍｍ以下の粒群を４０〜８０質量％、かつ、粒径０．０７５ｍｍ以下の粒群を３０〜８０質量％含有し、
前記無機質微粉末が、石灰石粉、珪石粉及び砕石粉からなる群より選ばれる１種以上の微粉末である、高強度モルタル組成物。
【請求項２】
前記無機質微粉末のブレーン比表面積が３０００〜５０００ｃｍ２／ｇである、請求項１に記載の高強度モルタル組成物。
【請求項３】
前記シリカフュームの平均粒子径が０．０５〜２．０μｍである、請求項１又は２に記載の高強度モルタル組成物。
【請求項４】
前記セメントを基準として、前記シリカフュームを３〜３０質量％含む、請求項１〜３のいずれか１項に記載の高強度モルタル組成物。
【請求項５】
前記セメント及び前記シリカフュームの合計量１００質量部に対して、水を１０〜２５質量部、減水剤を０．５〜６．０質量部含む、請求項１〜４のいずれか１項に記載の高強度モルタル組成物。
【請求項６】
前記セメント及び前記シリカフュームの合計量１００質量部に対して、細骨材を１０〜６０質量部、無機質微粉末を１０〜６０質量部含む、請求項１〜５のいずれか１項に記載の高強度モルタル組成物。
【請求項７】
高張力繊維を更に含む、請求項１〜６のいずれか１項に記載の高強度モルタル組成物。
【請求項８】
前記高張力繊維は、引張強度が１００〜１００００Ｎ／ｍｍ２、アスペクト比が４０〜２５０であり、前記モルタル組成物に対する含有量が０．３〜５．０体積％である、請求項７に記載の高強度モルタル組成物。
【請求項９】
前記高張力繊維は、金属繊維、炭素繊維及びアラミド繊維からなる群より選ばれる１種以上の繊維である、請求項７又は８に記載の高強度モルタル組成物。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２０１２−１４４４０６（Ｐ２０１２−１４４４０６Ａ）
【公開日】平成２４年８月２日（２０１２．８．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−５８８７（Ｐ２０１１−５８８７）
【出願日】平成２３年１月１４日（２０１１．１．１４）
【出願人】（００００００５４９）株式会社大林組 (1,758)
【出願人】（００００００２０６）宇部興産株式会社 (2,022)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年８月２日（２０１２．８．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１月１４日（２０１１．１．１４）
【出願人】（００００００５４９）株式会社大林組 (1,758)
【出願人】（００００００２０６）宇部興産株式会社 (2,022)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]