特許 6245977 モルタルまたは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】6245977

(24)【登録日】2017年11月24日

(45)【発行日】2017年12月13日

(54)【発明の名称】モルタルまたはコンクリートの製造方法

(51)【国際特許分類】

   C04B 28/04 20060101AFI20171204BHJP

   C04B 18/14 20060101ALI20171204BHJP

   C04B 22/06 20060101ALI20171204BHJP

   B28C 7/04 20060101ALI20171204BHJP

【ＦＩ】

   C04B28/04

   C04B18/14 Z

   C04B22/06 A

   B28C7/04

【請求項の数】5

【全頁数】12

(21)【出願番号】特願2013-268102(P2013-268102)

(22)【出願日】2013年12月25日

(65)【公開番号】特開2015-124100(P2015-124100A)

(43)【公開日】2015年7月6日

【審査請求日】2016年12月14日

(73)【特許権者】

【識別番号】000000240

【氏名又は名称】太平洋セメント株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100103539

【弁理士】

【氏名又は名称】衡田 直行

(74)【代理人】

【識別番号】100111202

【弁理士】

【氏名又は名称】北村 周彦

(74)【代理人】

【識別番号】100162145

【弁理士】

【氏名又は名称】村地 俊弥

(72)【発明者】

【氏名】谷村 充

(72)【発明者】

【氏名】杉山 真悟

(72)【発明者】

【氏名】前堀 伸平

(72)【発明者】

【氏名】森 寛晃

【審査官】 今井 淳一

(56)【参考文献】

【文献】 特開平１０−２８７４６１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１１−０２９３５１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０５−０４２５２４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｃ０４Ｂ ２８／０４

Ｂ２８Ｃ ７／０４

Ｃ０４Ｂ １８／１４

Ｃ０４Ｂ ２２／０６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ボーグ式を用いて算出した２ＣａＯ・ＳｉＯ_２の含有率が３０〜６０質量％であるポルトランドセメント及びＢＥＴ比表面積が１３〜２１ｍ^２／ｇであるシリカフュームを含む結合材と、高性能減水剤と、細骨材と、水を含み、水結合材比が１０〜２０質量％であるモルタルの製造方法であって、
上記結合材と、細骨材と、全水量の２０〜１００質量％の水を混練して、混練物を得る第一の混練工程と、
第一の混練工程で得られた混練物と、残りの全材料を混練して、モルタルを得る第二の混練工程と
を含むことを特徴とするモルタルの製造方法。

【請求項2】

上記第一の混練工程の前に、上記結合材と上記細骨材を予め空練りする工程を含む請求項１に記載のモルタルの製造方法。

【請求項3】

上記シリカフュームの配合量が、上記ポルトランドセメント１００質量部に対して、５〜３０質量部であり、上記高性能減水剤の配合量が、上記結合材１００質量部に対して、０．１〜３．０質量部であり、上記細骨材の配合量が、上記結合材１００質量部に対して、５〜２００質量部である請求項１又は２に記載のモルタルの製造方法。

【請求項4】

請求項１〜３のいずれか１項に記載の製造方法によってモルタルを得た後、該モルタルと、粗骨材を混練して、コンクリートを得るコンクリートの製造方法。

【請求項5】

上記コンクリートが、急結剤を含まない請求項４に記載の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、モルタルまたはコンクリートの製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、シリカフュームを含む種々のセメント組成物が知られている。
例えば、特許文献１に、高強度かつ高ワーカビリティを有するモルタルやコンクリートの製造に使用されるセメント組成物として、２ＣａＯ・ＳｉＯ_２含有量が３０〜６０質量％であるポルトランドセメントと、ＢＥＴ比表面積が５〜１５ｍ^２／ｇのシリカフュームとからなるセメント組成物が記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００８−８１３５７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１には、実施例として、ＢＥＴ比表面積が１０．６ｍ^２／ｇである、比較的粒径の大きいシリカフュームを使用してなるセメント組成物が記載されている。なお、比較用の実験例（セメントＮｏ６〜７）では、ＢＥＴ比表面積が１９ｍ^２／ｇであるシリカフュームが使用されており、この場合、混練不可であったことが記載されている。
しかし、近年、様々な要因により、ＢＥＴ比表面積が１０ｍ^２／ｇ程度の比較的粒径の大きいシリカフュームを入手することが困難になってきている。そのため、ＢＥＴ比表面積がより大きいシリカフューム（例えば、ＢＥＴ比表面積が１３〜２１ｍ^２／ｇのもの）を使用せざるを得ない状況になっている。そして、ＢＥＴ比表面積が大きいシリカフュームを使用した場合には、モルタルやコンクリートの流動性が低くなるという問題がある。
本発明の目的は、ＢＥＴ比表面積の大きいシリカフュームを使用した場合であっても、流動性を向上させることができるモルタルまたはコンクリートの製造方法を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本発明者は、上記課題を解決するために鋭意検討した結果、特定の結合材と、高性能減水剤と、細骨材と、水を含み、水結合材比が１０〜２５質量％であるモルタルの製造方法であって、上記結合材と、細骨材と、全水量の２０〜１００質量％の水を混練して、混練物を得る第一の混練工程と、第一の混練工程で得られた混練物と、残りの全材料を混練して、モルタルを得る第二の混練工程とを含むモルタルの製造方法、及び、該方法によってモルタルを得た後、該モルタルと、粗骨材を混練して、コンクリートを得るコンクリートの製造方法によれば、上記目的を達成することができることを見出し、本発明を完成した。

【0006】

本発明は、以下の［１］〜［２］を提供するものである。
［１］ ボーグ式を用いて算出した２ＣａＯ・ＳｉＯ_２の含有率が３０〜６０質量％であるポルトランドセメント及びＢＥＴ比表面積が１３〜２１ｍ^２／ｇであるシリカフュームを含む結合材と、高性能減水剤と、細骨材と、水を含み、水結合材比が１０〜２５質量％であるモルタルの製造方法であって、上記結合材と、細骨材と、全水量の２０〜１００質量％の水を混練して、混練物を得る第一の混練工程と、第一の混練工程で得られた混練物と、残りの全材料を混練して、モルタルを得る第二の混練工程とを含むことを特徴とするモルタルの製造方法。
［２］ 上記［１］に記載の製造方法によってモルタルを得た後、該モルタルと、粗骨材を混練して、コンクリートを得るコンクリートの製造方法。

【発明の効果】

【0007】

本発明によれば、ＢＥＴ比表面積の大きいシリカフュームを使用しているにもかかわらず、モルタルまたはコンクリート（以下、「モルタル等」ともいう。）の流動性を向上させることができる。

【発明を実施するための形態】

【0008】

本発明のモルタルの製造方法は、ボーグ式を用いて算出した２ＣａＯ・ＳｉＯ_２（ビーライト；以下、「Ｃ_２Ｓ」ともいう。）の含有率が３０〜６０質量％であるポルトランドセメントとＢＥＴ比表面積が１３〜２１ｍ^２／ｇであるシリカフュームを含む結合材と、高性能減水剤と、細骨材と、水を含み、水結合材比（水／結合材の質量比）が１０〜２５質量％であるモルタルの製造方法であって、上記結合材と、細骨材と、全水量の２０〜１００質量％の水を混練して、混練物を得る第一の混練工程と、第一の混練工程で得られた混練物と、残りの全材料を混練して、モルタルを得る第二の混練工程、を含むものである。
また、本発明のコンクリートの製造方法は、上述の製造方法によってモルタルを得た後、該モルタルと、粗骨材を混練して、コンクリートを得るものである。
以下、本発明を詳しく説明する。

【0009】

本発明において、ポルトランドセメント中の、ボーグ式を用いて算出したＣ_２Ｓの含有率は、３０〜６０質量％、好ましくは３２〜５５質量％、より好ましくは３２〜５２質量％、特に好ましくは３２〜５０質量％である。該含有率が３０質量％未満であると、モルタル等の流動性が低下する。該含有率が６０質量％を超えると、結合材の強度発現性が低下する。
Ｃ_２Ｓの含有率が３０〜６０質量％であるポルトランドセメントとしては、例えば、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挙げられる。
ポルトランドセメント中のＣ_２Ｓの含有率は、以下の計算式を用いて算出される。
Ｃ_２Ｓ（質量％）＝（２．８７×ＳｉＯ_２（質量％））−（０．７５４×Ｃ_３Ｓ（質量％））
ここで、ポルトランドセメント中のＣ_３Ｓ（３ＣａＯ・ＳｉＯ_２；エーライト）の含有率は、以下の計算式を用いて算出される。
Ｃ_３Ｓ（質量％）＝（４．０７×ＣａＯ（質量％））−（７．６０×ＳｉＯ_２（質量％））−（６．７２×Ａｌ_２Ｏ_３（質量％））−（１．４３×Ｆｅ_２Ｏ_３（質量％））−（２．８５×ＳＯ_３（質量％））

【0010】

本発明において、シリカフュームのＢＥＴ比表面積は、１３〜２１ｍ^２／ｇ、好ましくは１４〜２０ｍ^２／ｇ、より好ましくは１５〜１９ｍ^２／ｇである。該ＢＥＴ比表面積が１３ｍ^２／ｇ未満であると、このようなシリカフュームを入手することが困難である。また、本発明のように二段階の混練を行う必要性が乏しくなる。該ＢＥＴ比表面積が２１ｍ^２／ｇを超えると、モルタル等の流動性が低下する。

【0011】

シリカフュームの配合量は、ポルトランドセメント１００質量部に対して、好ましくは５〜３０質量部、より好ましくは６〜２０質量部、特に好ましくは７〜１５質量部である。該配合量が５質量部以上であると、モルタル等の流動性をより向上させることができる。該配合量が３０質量部以下であると、結合材の強度発現性をより向上させることができる。

【0012】

結合材は、さらに、ポルトランドセメント及びシリカフューム以外の無機粉末（以下、「他の無機粉末」ともいう。）を含むことができる。
他の無機粉末としては、石膏、石灰石微粉末、高炉スラグ微粉末、フライアッシュ等が挙げられる。
石膏としては、無水石膏、半水石膏、二水石膏が挙げられる。石膏の中でも、無水石膏が好ましい。
他の無機粉末のブレーン比表面積は、モルタル等の流動性や、結合材の強度発現性等の観点から、好ましくは５，０００〜１５，０００ｃｍ^２／ｇ、より好ましくは６，０００〜１４，０００ｃｍ^２／ｇである。
他の無機粉末の配合量は、ポルトランドセメント１００質量部に対して、好ましくは５０質量部以下、より好ましくは３０質量部以下である。該配合量が５０質量部を超えると、本発明の効果を十分に得ることができないことがあり、強度発現性に悪影響を及ぼすことがある。

【0013】

本発明で用いられる高性能減水剤としては、ポリカルボン酸系、ナフタレンスルホン酸系、メラミンスルホン酸系等の高性能減水剤が挙げられる。高性能減水剤を用いることで、モルタル等の流動性や強度（例えば、圧縮強度）を向上させることができる。
高性能減水剤の配合量は、結合材１００質量部に対して、好ましくは０．１〜３．０質量部、より好ましくは０．３〜２．５質量部、さらに好ましくは０．５〜２．２質量部、特に好ましくは０．８〜２．０質量部である。
本発明において、高性能減水剤以外の任意に用いられる混和剤として、空気量調整剤等が挙げられる。

【0014】

細骨材としては、例えば、川砂、陸砂、海砂、砕砂等が挙げられる。これらは一種単独で用いてもよく、二種以上を組み合わせて用いてもよい。
細骨材の配合量は、モルタル等の流動性及び強度（例えば、圧縮強度）の観点から、結合材１００質量部に対して、好ましくは５〜２００質量部、より好ましくは１０〜１５０質量部、さらに好ましくは１５〜１２０質量部、特に好ましくは２０〜１００質量部である。

【0015】

本発明の製造方法において、水結合材比（水／結合材の質量比）は、１０〜２５質量％、好ましくは１１〜２３質量％、より好ましくは１２〜２２質量％、さらに好ましくは１３〜２１質量％である。該比が１０質量％未満であると、モルタル等の流動性が低下する。該比が２５質量％を超えると、モルタル等の流動性が向上することなどから、本発明の製造方法を適用する意義が少なくなる。

【0016】

本発明のモルタルの製造方法は、上述した結合材と、細骨材と、全水量の２０〜１００質量％の水（以下、「一次水」ともいう。）を混練する第一の混練工程と、第一の混練工程で得られた混練物と残りの全材料（残余の水（以下、「二次水」ともいう。）、高性能減水剤、その他任意で配合される混和剤等）を混練して、モルタルを得る第二の混練工程からなる。
第一の混練工程で用いられる水の量は、全水量（第一の混練工程及び第二の混練工程において用いられる水の合計量）の２０〜１００質量％、好ましくは３０〜１００質量％、特に好ましくは４０〜１００質量％である。該量が２０質量％未満であると、モルタル等の流動性の向上の効果が低下する。
本発明における混練に用いられるミキサとしては、特に限定されるものではなく、パン型ミキサや二軸練りミキサ等を使用することができる。

【0017】

本発明において、第一の混練工程の前に、ミキサ内において結合材と細骨材を予め空練りしてもよい。
本発明において、第二の混練工程の後に、得られたモルタルと、粗骨材を混練する工程を設けてもよい。モルタルと粗骨材を混練することによって、コンクリートを得ることができる。
粗骨材としては、川砂利、山砂利、海砂利、砕石等が挙げられる。これらは一種単独で用いてもよく、二種以上を組み合わせて用いてもよい。
粗骨材の配合量は、コンクリートの流動性、強度等の観点から、結合材１００質量部に対して、好ましくは１０〜４００質量部、より好ましくは３０〜３００質量部、さらに好ましくは４０〜２００質量部、特に好ましくは５０〜１５０質量部である。

【実施例】

【0018】

以下、本発明を実施例により具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
使用材料は、以下に示すとおりである。
（１）セメント：中庸熱ポルトランドセメント（太平洋セメント社製、Ｃ_２Ｓの含有率：３６質量％、密度：３．２ｇ／ｃｍ^３）
（２）シリカフューム１：金属シリコン系シリカフューム（ＢＥＴ比表面積：１８．６ｍ^２／ｇ、密度：２．３ｇ／ｃｍ^３）
（３）シリカフューム２：ジルコニア系シリカフューム（ＢＥＴ比表面積：１０．０ｍ^２／ｇ、密度２．３ｇ／ｃｍ^３）
（４）細骨材：砕砂（山梨県大月市産の安山岩、密度：２．６ｇ／ｃｍ^３）
（５）粗骨材：砕石２００５（山梨県大月市産の安山岩、密度２．６ｇ／ｃｍ^３）
（６）高性能減水剤：ＢＡＳＦ社製、商品名「マスターグレニウムＳＰ８ＨＵ」
（７）空気量調整剤：ＢＡＳＦ社製、商品名「マスターエア４０４」

【0019】

［実施例１］
上記材料を、表１に示す配合に従って、ホバートミキサ（容量：１リットル）を用いて混練して、モルタルを製造した。
各材料の練り混ぜ方法としては、セメントとシリカフュームと細骨材をミキサに投入して３０秒間空練りし、その後、一次水を投入して６０秒間混練し、次いで、残りの全材料（二次水と高性能減水剤と空気量調整剤）を投入して１２０秒間混練する方法（表１中、「ダブルミキシング」という。）を行った。
得られたモルタルについて、モルタルフロー値、材齢２日における圧縮強度、温度履歴養生を行った場合の材齢７日における圧縮強度を、以下の評価方法に従って測定した。結果を表２に示す。

【0020】

＜評価方法＞
（１）モルタルフロー値
「ＪＩＳ Ｒ ５２０１（セメントの物理試験方法） １１．フロー試験」に記載される方法において、１５回の落下運動を行わないで測定した。
（２）２００ｍｍフロー到達時間
上記（１）のフロー試験において、フロー値が２００ｍｍに達するまでの時間を測定した。
（３）材齢２日における圧縮強度
「２０１３年制定 コンクリート標準示方書［規準編］」の「土木学会規準」の「Ｆ．フレッシュコンクリート」の「１６．プレパックドコンクリートの注入モルタルのブリーディング率および膨張率試験方法（ポリエチレン袋方法）（案）（ＪＳＣＥ−Ｆ ５２２−２０１３）」に準じて、ポリエチレン袋内の硬化体（φ５０×１００ｍｍ）を切り出して、材齢２日における圧縮強度を測定した。
（４）温度履歴養生を行った場合の材齢７日における圧縮強度
モルタルをφ５０×１００ｍｍの型枠を用いて成型した後、最高温度８０℃で１６８時間（７日間）の温度履歴養生を行った。温度履歴パターンは、２０℃の条件下で２４時間の前置きを行った後、５℃／時間の昇温速度で８０℃まで温度を上昇させ、次いで、８０℃の条件を１２時間保持した後、０．５℃／時間の降温速度で温度が２０℃になるまで降温させるものであった。上述した温度履歴養生を行った供試体の圧縮強度を、「ＪＩＳ Ａ １１０８（コンクリートの圧縮強度試験方法）」に準じて測定した。

【0021】

［実施例２〜４］
表１に示すように、一次水と二次水の比率を定めた以外は実施例１と同様にして、モルタルを製造した。得られたモルタルの物性について、実施例１と同様に測定した。結果を表２に示す。
［比較例１、参考例１］
各材料の練り混ぜ方法として、セメントとシリカフュームと細骨材をミキサに投入して３０秒間空練りし、その後、残りの全材料（水と高性能減水剤と空気量調整剤）を投入して１８０秒間混練する方法（表１中、「シングルミキシング」という。）を行い（比較例１、参考例１）、かつ、シリカフュームの種類を変えた（参考例１）以外は、実施例１と同様にしてモルタルを製造した。得られたモルタルの物性について、実施例１と同様に測定した。結果を表２に示す。

【0022】

［実施例５］
表１に示すように、材料の種類及び配合割合を定め、各材料の練り混ぜ方法としては、セメントとシリカフュームと細骨材をミキサに投入して３０秒間空練りし、その後、一次水を投入して６０秒間混練し、次いで、残りの全材料（二次水と高性能減水剤と空気量調整剤）を投入して３００秒間混練する方法を行った。得られたモルタルの物性について、実施例１と同様に測定した。結果を表２に示す。
［比較例２、参考例２］
各材料の練り混ぜ方法として、セメントとシリカフュームと細骨材をミキサに投入して３０秒間空練りし、その後、残りの全材料（水と高性能減水剤と空気量調整剤）を投入して３６０秒間混練する方法を行い（比較例２、参考例２）、かつ、シリカフュームの種類を変えた（参考例２）以外は、実施例５と同様にしてモルタルを製造した。得られたモルタルの物性について、実施例１と同様に測定した。結果を表２に示す。

【0023】

【表1】

【0024】

【表2】

【0025】

表２中、本発明の２段階で混練する方法（実施例）によれば、１段階で混練する方法（比較例）に比べて、モルタルの流動性が優れていることがわかる。また、実施例と参考例の結果から、本発明では、ＢＥＴ比表面積が大きいシリカフュームを用いているにもかかわらず、ＢＥＴ比表面積が小さいシリカフュームを用いた場合（参考例）と同等以上の流動性及び圧縮強度を得ていることがわかる。

【0026】

［実施例６］
上記材料を、表３に示す配合で、二軸練りミキサ（容量：６０リットル）を用いて混練し、コンクリートを製造した。
各材料の練り混ぜ方法としては、セメントとシリカフュームと細骨材をミキサに投入して３０秒間空練りし、その後、一次水を投入して６０秒間混練し、次いで、二次水と高性能減水剤と空気量調整剤を投入して１２０秒間混練し、さらに粗骨材を投入して６０秒間混練する方法（表３中、「ダブルミキシング」という。）を行った。
得られたコンクリートについて、スランプフロー値、及び、５００ｍｍフロー到達時間を、以下の評価方法に従って測定した。結果を表４に示す。
なお、後述の実施例７、比較例３〜４、及び、参考例３では、温度履歴養生を行った場合の材齢７日における圧縮強度を、以下の評価方法に従って測定した。

【0027】

＜評価方法＞
（１）スランプフロー値
「ＪＩＳ Ａ １１５０（コンクリートのスランプフロー試験方法）」に準じて測定した。
（２）５００ｍｍフロー到達時間
上記（１）のスランプフロー試験において、フロー値が５００ｍｍに達するまでの時間を測定した。
（３）温度履歴養生を行った場合の材齢７日における圧縮強度
コンクリートをφ１００×２００ｍｍの型枠を用いて成型した後、最高温度８０℃で１６８時間（７日間）の温度履歴養生を行った。温度履歴パターンは、２０℃の条件下で２４時間の前置きを行った後、５℃／時間の昇温速度で８０℃まで温度を上昇させ、次いで、８０℃の条件を１２時間保持した後、０．５℃／時間の降温速度で温度が２０℃になるまで降温させるものであった。上述した温度履歴養生を行った供試体の圧縮強度を、「ＪＩＳ Ａ １１０８（コンクリートの圧縮強度試験方法）」に準じて測定した。

【0028】

［比較例３、参考例３］
各材料の練り混ぜ方法として、セメントとシリカフュームと細骨材をミキサに投入して３０秒間空練りし、その後、水と高性能減水剤と空気量調整剤を投入して１８０秒間混練し、次いで、粗骨材を投入して６０秒間混練する方法（表３中、「シングルミキシング」という。）を行い（比較例３、参考例３）、かつ、シリカフュームの種類を変えた（参考例３）以外は、実施例６と同様にして、コンクリートを製造し、その物性を測定した。結果を表４に示す。

【0029】

［実施例７］
表３に示すように材料の配合割合を定め、各材料の練り混ぜ方法としては、セメントとシリカフュームと細骨材をミキサに投入して３０秒間空練りし、その後、一次水を投入して６０秒間混練し、次いで、二次水と高性能減水剤と空気量調整剤を投入して３００秒間混練し、さらに粗骨材を投入して９０秒間混練する方法を行った。得られたコンクリートの物性について、実施例６と同様に測定した。結果を表４に示す。
［比較例４］
セメントとシリカフュームと細骨材をミキサに投入して３０秒間空練りし、その後、水と高性能減水剤と空気量調整剤を投入して３００秒間混練し、次いで、粗骨材を投入して９０秒間混練する方法を行った。得られたコンクリートの物性について、実施例６と同様に測定した。結果を表４に示す。

【0030】

【表3】

【0031】

【表4】

【0032】

表４中、本発明の２段階で混練する方法（実施例）によれば、１段階で混練する方法（比較例）に比べて、コンクリートの流動性が優れていることがわかる。