特許 6011927 高強度コンクリート用の混和材スラリーおよび高強度コンクリートの製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6011927

(24)【登録日】2016年9月30日

(45)【発行日】2016年10月25日

(54)【発明の名称】高強度コンクリート用の混和材スラリーおよび高強度コンクリートの製造方法

(51)【国際特許分類】

   C04B 14/28 20060101AFI20161011BHJP

   C04B 24/26 20060101ALI20161011BHJP

   C04B 28/02 20060101ALI20161011BHJP

【ＦＩ】

   C04B14/28

   C04B24/26 E

   C04B28/02

【請求項の数】3

【全頁数】10

(21)【出願番号】特願2012-226910(P2012-226910)

(22)【出願日】2012年10月12日

(65)【公開番号】特開2014-76934(P2014-76934A)

(43)【公開日】2014年5月1日

【審査請求日】2015年8月20日

(73)【特許権者】

【識別番号】000183266

【氏名又は名称】住友大阪セメント株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100074332

【弁理士】

【氏名又は名称】藤本 昇

(74)【代理人】

【識別番号】100114432

【弁理士】

【氏名又は名称】中谷 寛昭

(72)【発明者】

【氏名】大野 晃

【審査官】 岡田 隆介

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００８−２３９４５２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０６−０８７６３５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−１２６３０４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１１−０６０３１１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０００−３０２５００（ＪＰ，Ａ）

【文献】 製品一覧 Bright(紙用途：塗工・内填)、Brilliant-15，[online]，白石工業株式会社，２００２年，表「合成炭酸カルシウム」欄「Brilliant-15」、表「一般物性」欄「平均粒子径」、「SEM写真×50,000」，[平成28年4月11日検索]，ＵＲＬ，インターネット＜ＵＲＬ：http://www.shiraishi.co.jp/kogyo/seihin/bright/bw.html、http://www.shiraishi.co.jp/kogyo/seihin/img/brilliant-15.pdf＞

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｃ０４Ｂ ２／００−３２／０２

Ｃ０４Ｂ ４０／００−４０／０６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

水と、減水剤と、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とを含み、
前記減水剤はポリカルボン酸系減水剤であり、
前記軽質炭酸カルシウム粉末を６０質量％以上７５質量％以下含む高強度コンクリート用の混和材スラリー。

【請求項2】

セメントと、水と、減水剤と、請求項１に記載の混和材スラリーとを混合して高強度コンクリートを製造する高強度コンクリートの製造方法。

【請求項3】

水結合材比が１０質量％以上２５質量％以下になるように前記水を混合する請求項２に記載の高強度コンクリートの製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

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スラリーおよび該混和材スラリーを用いた高強度コンクリートの製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

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。
かかるシリカフュームを混和材として用いる場合に、粉体のまま用いると、粉塵が発生するなど取り扱いが難しいいため、予め水等と混合された混和材スラリーとして用いることが行われている。

【0003】

例えば、特許文献１には、シリカフュームと、分散剤と、水とを含むシリカフューム水分散体（シリカフュームスラリー）が記載されている。かかるシリカフュームスラリーを高強度コンクリートに用いる場合、前述のとおり高強度コンクリートは水結合材比を小さくすることが必要であるため、シリカフュームスラリー中の水も極力減らし、高濃度のスラリーであることが要求される。高濃度のスラリー中で、シリカフュームの分散性を高くするために、一般的には分散性の高いナフタレン系の分散剤が用いられている。
しかし、ナフタレン系の分散剤は、高強度コンクリートに一般的に配合されるポリカルボン酸系の減水剤と併用されると、セメント組成物の流動性を低下させる性質がある。従って、高強度コンクリート用のシリカフュームスラリーにはナフタレン系の分散剤を用いることができず、十分に高濃度にすることが困難であり、その結果、水結合材比が極めて小さい高強度コンクリートの製造にシリカフュームスラリーを使用することは困難であった。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開昭６０−１２９１３２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

そこで、本発明は、上記のような従来の問題を鑑みて、高濃度で混和材を分散させることができ、流動性の低下を抑制しうる高強度コンクリート用の混和材スラリーを提供することを課題とする。また、水結合材比の小さい高強度コンクリートを、混和材スラリーを用いて製造することができる高強度コンクリートの製造方法を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明に係る高強度コンクリート用の混和材スラリーは、水と、減水剤と、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とを含み、前記減水剤はポリカルボン酸系減水剤であり、前記軽質炭酸カルシウム粉末を６０質量％以上７５質量％以下含む。

【0007】

本発明によれば、ポリカルボン酸系減水剤と、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とを含むことで、前記軽質炭酸カルシウム粉末を６０質量％以上７５質量％以下という高濃度で水に分散させることができる。
また、ポリカルボン酸系減水剤を含むため、ポリカルボン酸系の減水剤が配合された高強度コンクリート用のセメント組成物に配合された場合にも、流動性を低下させることがない。
尚、本発明における混和材スラリー中の軽質炭酸カルシウム粉末の質量％は、ＣａＣＯ₃としての質量％である。

【0008】

高強度コンクリートの製造方法にかかる本発明は、セメントと、水と、減水剤と、前記混和材スラリーとを混合して高強度コンクリートを製造する方法である。

【0009】

本発明によれば、水結合材比の小さい高強度コンクリートを、混和材スラリーを用いて製造することができる。

【0010】

この場合、水結合材比が１０質量％以上２５質量％以下になるように前記水を混合してもよい。

【0011】

水結合材比が前記範囲になるように水を混合した場合、より高い強度の高強度コンクリートを、前記混和材スラリーを用いて製造することができる。

【発明の効果】

【0012】

以上のように、本発明によれば、高濃度で混和材を分散させることができ、流動性の低下を抑制しうる高強度コンクリート用の混和材スラリーを提供することができる。
また、水結合材比の小さい高強度コンクリートを、混和材スラリーを用いて製造することができる高強度コンクリートの製造方法を提供することができる。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下に、本発明にかかる高強度コンクリート用の混和材スラリー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混和材スラリーは、水と、減水剤と、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とを含み、前記減水剤はポリカルボン酸系減水剤であり、前記軽質炭酸カルシウム粉末を６０質量％以上７５質量％以下含むものである。

【0014】

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以下のであって、且つ、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。同時に、セメント組成物に配合して、コンクリート硬化体とした場合にも、強度が低下することを抑制できる。

【0015】

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。

【0016】

前記軽質炭酸カルシウム粉末のｐＨは、ＪＣＰＳ−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。

【0017】

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。

【0018】

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換算で、７５質量％以上、好ましくは９０質量％以上である。

【0019】

前記減水剤は、ポリカルボン酸化合物を含む減水剤であって、ＪＩＳ Ａ ６２０４「コンクリート用化学混和剤」に記載の化学混和剤のうちの、高性能減水剤、高性能ＡＥ減水剤、減水剤の性能を有するものであれば、特に制限されるものではない。例えば、ポリカルボン酸系エーテル系の複合物、ポリカルボン酸系エーテル系及び架橋ポリマーの複合体、ポリカルボン酸系エーテル系及び配向ポリマーの複合物、ポリカルボン酸系エーテル系及び高変性ポリマーの複合物、ポリエーテルカルボン酸系高分子化合物、マレイン酸共重合物、マレイン酸エステル共重合物、マレイン酸誘導体共重合物、カルボキシル基含有ポリエーテル系、末端スルホン基を有するポリカルボン酸基含有多元ポリマー、ポリカルボン酸系グラフトポリマー、ポリカルボン酸及び変性リグニン、ポリカルボン酸エーテル系ポリマー等をポリカルボン酸化合物として含むものが挙げられる。

【0020】

前記水としては、水道水、イオン交換水等を用いることができる。前記水の配合量としては、例えば、前記減水剤、必要に応じて配合されるその他の成分に含まれる水分をもあわせた質量を意味する。

【0021】

本実施形態の高強度コンクリート用混和材スラリーは、前記軽質炭酸カルシウム粉末をＣａＣＯ₃換算で６０質量％以上７５質量％以下、好ましくは、６５質量％以上７５質量％以下含む。
本実施形態の混和材スラリーは、前記濃度の範囲で軽質炭酸カルシウム粉末が含まれている水分量の低い高濃度のスラリーであり、高強度コンクリート用セメント組成物に配合しても、水結合材比を小さくしたまま、セメント組成物の流動性を向上させることができる。

【0022】

本実施形態の高強度コンクリート用混和材スラリーにおいて、前記減水剤の配合量は、例えば、固形分換算で、０．０５質量％以上１０．００質量％以下、好ましくは０．５０質量％以上５．００質量％以下である。
減水剤の配合量が前記範囲である場合には、軽質炭酸カルシウム粉末を高濃度で、スラリー中に分散させることができる。

【0023】

本実施形態の高強度コンクリート用混和材スラリーは、前記各材料を混合することで得られる。混合方法は、例えば、公知の混合装置を用いて、１分〜１０分間程度混合することなどが挙げられる。
本実施形態の高強度コンクリート用混和材スラリーは、混合後、例えば、粘度（ｃｐｓ）が１００〜４００程度であることが好ましい。
高強度コンクリート用混和材スラリーの粘度が前記範囲である場合には、分離を生じにくく且つセメント組成物に配合しやすい。
尚、前記粘度とは、Ｂ型粘度計を用いて、温度２０℃で測定する粘度をいう。

【0024】

次に、本実施形態の高強度コンクリート用の混和材スラリーを用いて、高強度コンクリートを製造する方法を説明する。
本実施形態の高強度コンクリートを製造する方法は、例えば、セメントと、水と、減水剤と、前記混和材スラリーとを混合する。
より、具体的には、セメントと、水と、減水剤と、前記混和材スラリーとを含むセメント組成物を混練して、目的とする施工場所に施工することで高強度コンクリートを製造する。

【0025】

本実施形態の製造方法に用いられるセメント組成物に含まれる前記セメントは、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。

【0026】

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。

【0027】

前記減水剤は、前記混和材スラリーに含まれるものと同じまたは異なる種類のポリカルボン酸系減水剤であってもよく、他の種類の減水剤であってもよく、種類は特に制限されるものではない。例えば、前記ポリカルボン酸系減水剤以外の減水剤としては、リグニン系、ナフタレンスルホン酸系、メラミン系等の減水剤、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、前記ポリカルボン酸系減水剤は、減水性能が高く硬化後に特に高い強度が得られやすいため好ましい。また、前記ポリカルボン酸系減水剤は、前記混和材スラリーに含まれる減水剤と共にセメント組成物中に存在しても、セメント組成物の流動性を阻害することがないため好ましい。

【0028】

本実施形態のセメント組成物におけ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。

【0029】

前記セメント組成物において、前記混和材スラリーの配合量は、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り混ぜ時の流動性の低下を抑制できると同時に、練混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。

【0030】

本実施形態の高強度コンクリートの製造方法で用いられるセメント組成物は、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。

【0031】

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。

【0032】

前記粗骨材及び前記細骨材は、ＪＩＳ Ａ ５００２「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。

【0033】

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。

【0034】

本実施形態の高強度コンクリートの製造方法で用いられるセメント組成物には、水を混合する。前記水の量は、例えば、水結合材比が１０質量％〜２５質量％、好ましくは１２質量％〜２０質量％になるように配合することが好ましい。
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、前記混和材スラリー中に含まれる軽質炭酸カルシウムの他に、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、前記混和材スラリーに含まれる水分や、減水剤に含まれる水分や、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。

【0035】

前記セメント組成物は、例えば、ミキサー等を用いて攪拌混合して、施工するのに必要な流動性が得られるまで混練する。
本実施形態の高強度コンクリートの製造方法においては、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た混和材スラリーを用いているため、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。

【0036】

前記セメント組成物は、十分な流動性が得られるまで混練された後、目的の場所に打設し、硬化させることで高強度コンクリートが得られる。
本実施形態の製造方法で得られる高強度コンクリートは、例えば、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。

【0037】

本実施形態の高強度コンクリートの製造方法においては、セメント組成物は前記混和材スラリーを含むため、前記のように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、前記混和材スラリーは高濃度に軽質炭酸カルシウム粉末を含むスラリーであるため、セメント組成物の水結合材比を小さくすることが容易にできる。さらに、セメント組成物の製造時に、軽質炭酸カルシウムを粉末で使用する場合のような粉塵が周囲に飛び散るという問題が生じない。

【0038】

尚、本実施形態にかかる高強度コンクリート用の混和材スラリーおよび高強度コンクリートの製造方法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。

【実施例】

【0039】

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スラリー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。

【0040】

本実施例の混和材スラリーの材料として以下のものを用いた。
『材料』
混和材 ：シリカフューム（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（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（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（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（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（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（平均粒子径０．０６μｍ、ｐＨ８．０）商品名Ｍｕｌｔｉｆｌｅｘ、ＲＥＡＤ社製
軽質炭酸カルシウム６（平均粒子径０．４μｍ、ｐＨ１１．４）商品名シルバーＷ、白石工業社製
減水剤：ポリカルボン酸系減水剤（商品名「シーカメント１２００Ｎ」、日本シーカ社製）
ナフタレン系減水剤（商品名「マイティ１５０」、花王社製）
水：水道水

【0041】

『混和材スラリー』
前記各材料を用いて表１に示す実施例１乃至４および比較例１乃至７の混和材スラリーを作製した。
スラリーの配合は、各混和材スラリーがＣａＣＯ₃換算で６０質量％、減水剤が０．５質量％（固形成分質量換算）になるように配合した。
製造方法は、以下のとおりである。
まず、減水剤と水とを混合した混合液を作製し、前記混合液と各混和材とを、ホバートミキサー（装置名：ＫＣ−８、関西機器製作所社製）で２０℃で、３分間練混ぜを行なった。

【0042】

（粘度の測定方法）
得られた各混和材スラリーの粘度を以下の方法で測定し、前記粘度が４００以下であった場合には良、４００以上１０００以下であった場合には使用不適、１０００以上であった場合には使用不可と判断した。
粘度はＢ型粘度計（ブルックフィールド社製、モデルＤＶ−Ｅ）を用いて２０℃で測定した。
結果を表１に示す。

【0043】

【表1】

【0044】

（コンクリートの作製）
次に、前記混和材スラリーのうち、実施例１乃至４、比較例２、６および７の混和材スラリーおよび下記の材料を用いて、コンクリートを得た。尚、表中の『混和材』の配合量は、前記混和材スラリー中の混和材の量であって、フレッシュコンクリート１ｍ³あたりのｋｇである。また、減水剤の添加量は表２に示す各セメントに対する質量％である。
『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）
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

【0045】

【表2】

【0046】

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２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：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３に記載の量の減水剤を加えて、３分間、２０℃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。

【0047】

(空気量)
各フレッシュコンクリートの空気量を、ＪＩＳ Ａ １１２８「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。

【0048】

（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、ＪＩＳ Ａ １１５０「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３に示す。

【0049】

（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、ＪＩＳ Ａ １１０８「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３に示す。

【0050】

【表3】

【0051】

表３から明らかなように実施例１乃至４の混和材スラリーを用いたコンクリートは、スランプフローが良好であって、且つ、硬化後の強度もシリカフュームを混和材として使用した比較例２と同等であった。また、ｐＨが高い軽質炭酸カルシウムを混和材として使用した比較例６は、流動性（スランプフロー）は良好であったものの、圧縮強度が低かった。平均粒子径の小さい軽質炭酸カルシウムを混和材として用いた比較例７は、圧縮強度が低かった。