特許 6981698 セメント組成物及びその硬化体

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】6981698

(24)【登録日】2021年11月22日

(45)【発行日】2021年12月17日

(54)【発明の名称】セメント組成物及びその硬化体

(51)【国際特許分類】

   C04B 28/02 20060101AFI20211206BHJP

   C04B 16/02 20060101ALI20211206BHJP

   C04B 24/26 20060101ALI20211206BHJP

   C04B 40/02 20060101ALI20211206BHJP

【ＦＩ】

   C04B28/02

   C04B16/02 Z

   C04B24/26 B

   C04B40/02

【請求項の数】5

【全頁数】15

(21)【出願番号】特願2020-189923(P2020-189923)

(22)【出願日】2020年11月14日

【審査請求日】2021年2月16日

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】501293758

【氏名又は名称】田中建設株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110003203

【氏名又は名称】特許業務法人大手門国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】田中 大成

(72)【発明者】

【氏名】中嶋 由衣

(72)【発明者】

【氏名】池端 雄貴

(72)【発明者】

【氏名】荒木 克彦

【審査官】 小川 武

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１９−１１９９４９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１８−１７２８０１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０２０−１３８８８１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１７−１１９６００（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭５３−０７１６２４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０００−３２８８１２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１９−１３１４５２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１９−１８８６１０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１８／１７４２３９（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 ナノフォレスト，中越パルプ工業株式会社，2018年08月，表紙、１１頁、奥付

【文献】 第４編 コンクリートの性質，コンクリート便覧（第二版） ，第2版，長 祥隆 技報堂出版株式会社，1996年02月15日，ｐ．２２６

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｃ０４Ｂ２／００−３２／０２，

Ｃ０４Ｂ４０／００−４０／０６，

Ｃ０４Ｂ１０３／００−１１１／９４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

普通ポルトランドセメントからなるセメントと、セメントに対する配合割合が０．１質量％〜５．０質量％であるセルロースナノファイバーと、セメントに対する配合割合が１００質量％〜４００質量％であるポリビニルアルコールとを少なくとも含有するセメント組成物。

【請求項2】

セメントに対する配合割合が２質量％〜２０質量％である硼珪酸塩鉱物からなる鉱物粒を含有する請求項１に記載のセメント組成物。

【請求項3】

金属製補強体を内蔵する請求項１又は２に記載のセメント組成物。

【請求項4】

請求項１から３のいずれかに記載のセメント組成物を型枠に打ち込んだ後ＪＩＳ Ａ １１３２に準じて大気養生（１５℃±２℃）又は水中養生（２０℃±２℃）を行った直後の供試体の圧縮強度試験（JIS A 1108）による圧縮歪曲線から得られた勾配値であるヤング率が１．０×１０¹〜１．０×１０³Ｎ／ｍｍ²である硬化体。

【請求項5】

圧縮強度試験による変形後の圧縮方向の変形回復率が５０％以上である請求項４に記載の硬化体。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、土木、建築分野における構造物に好適の特性を備えたモルタル、コンクリート等のセメント組成物及びその硬化体に関する。

【背景技術】

【0002】

モルタル又はコンクリート等のセメント組成物は、土木、建築分野において主に構造材として用いられており、構造材として必要となる力学特性に対応して十分な強度を有することが求められている。こうした強度を実現するために、様々な原材料を添加したコンクリートが提案されている。

【0003】

例えば、特許文献１では、セメントと、１０質量％以上の配合割合のフライアッシュと、植物繊維とを含み、圧縮強度が１０Ｎ／ｍｍ²以上、曲げ強度が４．０Ｎ／ｍｍ²以上、かつ保水量が０．１６ｇ／ｃｍ³以上であるモルタルまたはコンクリート組成物が記載されている。また、特許文献２では、ポリエステル系樹脂中でセルロースを微細化して得られたセルロースナノファイバー含有のマスターバッチ、無水マレイン酸共重合樹脂、及び水を含有するセメント用混和剤の製造方法が記載されている。また、特許文献３では、ひび割れの発生が抑制され、耐久性に優れる硬化体を得ることができるセメント組成物であって、セメントと、セルロースナノファイバーと、水とを含有し、セメントに対する水の質量比が０．４以下であ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】

【0004】

【特許文献1】特開２０１４−１２５４２０号公報

【特許文献2】特開２０１５−１５５３５７号公報

【特許文献3】特開２０１９−１３１４５２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

近年頻発する地震災害等に対応して高層ビル等の建築物の耐震化が求められており、耐震化を高めるための強度特性を備えた材料開発が進められている。上述した特許文献１から３に記載されているように、セルロースナノファイバーを添加したコンクリート材の開発が行われているが、耐震化といった観点からみると十分な特性を備えたものは得られていないのが現状である。耐震化以外にも様々な用途に対応した特性を備えたコンクリート材が求められている。

【0006】

そこで、本発明では、セルロースナノファイバー及びポリビニルアルコールを用いて軽量化を図るとともに変形しやすい弾性的特性を発現するセメント組成物及びその硬化体を提供することを目的とするものである。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明に係るセメント組成物は、普通ポルトランドセメントからなるセメントと、セメントに対する配合割合が０．１質量％〜５．０質量％であるセルロースナノファイバーと、セメントに対する配合割合が１００質量％〜４００質量％であるポリビニルアルコールとを少なくとも含有する。さらに、セメントに対する配合割合が２質量％〜２０質量％である硼珪酸塩鉱物からなる鉱物粒を含有する。さらに、金属製補強体を内蔵する。

【0008】

本発明に係る硬化体は、上記のセメント組成物を型枠に打ち込んだ後ＪＩＳ Ａ １１３２に準じて大気養生（１５℃±２℃）又は水中養生（２０℃±２℃）により得られた硬化体であって、圧縮強度試験（JIS A 1108）による圧縮歪曲線から得られた勾配値であるヤング率が１．０×１０¹〜１．０×１０³Ｎ／ｍｍ²である。さらに、圧縮強度試験による変形後の圧縮方向の変形回復率が５０％以上である。

【発明の効果】

【0009】

本発明は、セルロースナノファイバー及びポリビニルアルコールを少なくとも含有することで、軽量化とともに変形しやすい弾性的特性を発現するようになり、従来のものでは発現されていない特性を備えたセメント組成物及び硬化体を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】実施例及び比較例における試験結果を示す表である。

【図2】補強体を示す模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、本発明の実施形態を図面を用いて説明する。なお、以下に説明する実施形態は、本発明を実施するにあたって好ましい具体例であるから、技術的に種々の限定がなされているが、本発明は、以下の説明において特に本発明を限定する旨が明記されていない限り、これらの形態に限定されるものではない。

【0012】

本発明に係るセメント組成物は、セメントと、セメントに対する配合割合が０．１質量％〜５質量％であるセルロースナノファイバーと、セメントに対する配合割合が１００質量％〜４００質量％であるポリビニルアルコールとを少なくとも含有している。そのため、セメント組成物から作製される硬化体は、軽量化が可能になるとともに変形しやすい弾性的特性を備えることが可能となる。また、セメント組成物は、セメントに対する配合割合が２質量％〜２０質量％である鉱物粒をさらに含有することが好ましい。

【0013】

以下、本発明に係る実施形態について詳述する。まず、使用原料について説明する。

【0014】

セメントは、普通ポルトランドセメントが好ましく、圧縮強度、引張強度及び流動性の観点から、鉱物組成がＣ₃Ｓ（エーライト）４５質量％〜５５質量％、Ｃ₂Ｓ（ビーライト）１５質量％〜２５質量％、Ｃ₃Ａ（アルミネート相）５質量％〜１０質量％、Ｃ₄ＡＦ（フェライト相）８質量％〜１０質量％であることが好ましい。メッシュ状の立体構造体といった補強材を内蔵する場合には、補強材の内部に容易に充填するための流動性を確保するためには、凝結を促進するＣ₃Ａの成分量を抑えた組成とすることがさらに好ましい。

【0015】

セルロースナノファイバー（以下「ＣＮＦ」と略称する）は、セルロース分子が直鎖状に配列した極細の繊維材料で、木材から得られた木材繊維又は植物繊維を化学的・機械的処理によりナノサイズ（１０^-9ｍ）まで細かく解きほぐしたバイオマス素材である。

【0016】

ＣＮＦは、水中に分散して三次元網目構造を形成することが知られており、高強度、高弾性率、低線膨張係数、高透明、ガスバリア性といった多くの優れた特性を備えている。また、軽量化、生産・廃棄での環境負荷の低減といった点でもメリットを有しており、様々な分野での応用に関して研究開発が進められている。

【0017】

ＣＮＦのセメントに対する配合割合は、０．１質量％〜５．０質量％であることが好ましく、０．１質量％より小さくなるとＣＮＦの特性が十分発現されないといったデメリットがあり、５．０質量％より大きい場合には高強度化の点でデメリットになる。

【0018】

ＣＮＦを製造する場合、木材チップ等の使用原料をパルプ化した後、機械処理法、ＴＥＭＰＯ酸化法、ウォータージェット法といった公知の処理を行うことでさらに細かくして、スラリー状又は粉末状に形成して用いられる。水中対向衝突法（ＡＣＣ法）により微細化したものは、原料由来の特徴の違いが生じるようになり、例えば、針葉樹を原料とするパルプを用いたものが高強度化を図ることができるため好ましい。また、ＴＥＭＰＯ酸化処理を行う場合には、繊維幅が均一なナノファイバーが得られることから、高強度化の点で好ましい。

【0019】

ポリビニルアルコール（以下「ＰＶＡ」と略称する）は、ポリ酢酸ビニルのけん化物で、親水性が強く、温水にも可溶といった特性を備えている。用途に合わせて多種類のＰＶＡが開発されているが、本発明では、一部けん化型のものが好ましい。

【0020】

ＰＶＡのセメントに対する配合割合は、１００質量％〜４００質量％であることが好ましく、１００質量％より小さくなると変形しやすい弾性的特性が発現しにくくなり、４００質量％より大きい場合には、膨潤作用が顕著になるため、寸法安定性が低下する。

【0021】

鉱物粒としては、粒径１ｍｍ〜４ｍｍのものが好ましく、成分として硼珪酸塩鉱物（ＳｉＯ₂、Ｎａ₂Ｏ及びＢ₂Ｏ₃が主成分）を含有するものが好ましい。こうした粒径範囲のものをＣＮＦと併用することで、高強度化を発現するようになる。また、成分としてＳｉＯ₂を含有することで、フライアッシュに類似した作用効果を得ることができる。

【0022】

鉱物粒のセメントに対する配合割合は、２質量％〜２０質量％であることが好ましく、２質量％より小さくなると強度低下といったデメリットがあり、２０質量％より大きい場合には、アルカリシリカ反応によるひび割れの発生といった問題がある。

【0023】

コンクリートに用いる骨材としては、公知の粗骨材材を用いることができる。骨材のサイズは、５ｍｍのふるい目を通過しないものが８５％以上となるサイズのものを用いるとよい。また、メッシュ状の立体構造体からなる補強材を使用する場合には、メッシュを通過可能なサイズであることが好ましい。

【0024】

セメントに練り混ぜる水及び養生水は、上水道水を用いることができ、５質量％〜１５質量％を添加することが好ましい。

【0025】

コンクリート用の混和剤としては、減水剤が挙げられる。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減水剤が挙げられる。高性能減水剤は、使用量を増加することにより減水性が向上するが、使用量を増加しても過剰な空気連行性や異常な凝結の遅延性が少ないため、単位水量を大幅に減少することができ、高強度コンクリートの製造に好ましい。減水剤は、コンクリートの粘性を低減する観点から０．３質量％〜１．０質量％を添加することが好ましい。

【0026】

補強材を用いる場合には、メッシュ状で立体形状の金属製補強体を用いることができる。こうした金属製補強体は、金属製の線材をメッシュ状に製織したシート体を立体形状に形成して、金属製の線材を互いに固定されることなくメッシュ状に交差させて構成された立体構造体とすることができる。金属製補強体は、耐久性の向上を図るためステンレス等の錆びにくい金属材料を用いることが好ましい。また、金属製補強体は、円筒体に成形して用いることが好ましい。図２は、補強体の一例を示す模式図である。図２（ａ）は、補強体として単円筒体が内蔵されている例を示しており、図２（ｂ）は、２つの径の異なる円筒体が同心円状に配置されて内蔵されている例を示している。

【0027】

上述した金属製補強体は、モルタル又はコンクリート内に埋設された状態では、モルタル又はコンクリートの引張強度を向上させるように作用する。また、補強体を構成する線材は互いに固定されていないため、線材の線長方向及び線幅方向にずれるように動くことが可能となっている。そのため、後述するヤング率を低下させて、変形しやすい弾性的特性の向上を図ることができる。

【0028】

また、モルタル又はコンクリートの脆性破壊の際に、局部破壊に対応して補強体が線材自体の変形とともに線材をずらせながら変形し破壊の拡大を抑止するように作用するようになり、モルタル又はコンクリートの脆性破壊に対する粘り強さを高めて高靱性を実現することができる。

【0029】

ＣＮＦ及びＰＶＡを少なくとも含有するセメント組成物を成形する場合には、セメント、水、ＣＮＦ及びＰＶＡを所定の割合でミキサーに投入し、必要に応じて、鉱物粒、減水剤等の混和剤及び骨材を所定の配合割合で添加し、ミキサー内で撹拌して練り混ぜ合せる。撹拌時間は、５分〜１０分に設定するとよい。金属製補強体を用いる場合には、メッシュ状の補強体の内部にスムーズに充填可能な流動性を確保することが好ましい。そして、練り混ぜ合せたセメント組成物を型枠内に打ち込む。打ち込み後２４時間放置し、その後脱型して、強度試験材齢までＪＩＳ Ａ１１３２に準拠し大気養生（１５℃±２℃）を行う。こうしてモルタル又はコンクリートの硬化体を得る。

【0030】

ＣＮＦ及びＰＶＡを少なくとも含有するセメント組成物から作製された硬化体は、圧縮強度試験（JIS A 1108）による圧縮強度試験で算出された圧縮歪曲線において、載荷開始から載荷荷重が１０〜３０ｋＮまでは、荷重の作用に対して内部に抵抗力（応力）が生じ、変形する変位（歪度）が直線的に増加する弾性挙動を示すようになる。

【0031】

この直線の傾き（勾配）はヤング率として定義されていることから、弾性的特性の発現の指標とした。硬化体の圧縮歪曲線から得られた勾配値であるヤング率は１．０×１０¹〜１．０×１０³Ｎ／ｍｍ²で、従来のものより変形しやすい特性を発現している。

【0032】

また、圧縮強度試験では、圧縮変形量の上限値まで変形しても破壊することはなく、載荷荷重を解除した直後には弾性体のように変形を回復するようになる。圧縮変形後の硬化体の変形回復特性は、圧縮方向の歪み量について変形直後の値（Ａ）及び所定時間（５分〜１０分）経過後の値（ａ）から以下の式より算出される変形回復率Ｒ（％）を指標とすることができる。
Ｒ＝［（Ａ−ａ）／Ａ］×１００
硬化体の変形回復率は、５０％以上であり、早期の変形回復を示すことから、弾性的な特性を備えている。

【実施例】

【0033】

＜特性試験について＞
特性試験として、以下の試験を行った。
○圧縮強度試験（ＪＩＳ Ａ １１０８）
養生直後の供試体（直径１０ｃｍ高さ２０ｃｍの円柱体）に対して、アムスラー式圧縮試験機（株式会社テクノエナミ製；型式 圧縮試験機アムスラー式１０００ｋＮ）を用いて圧縮強度試験を行った。そして、圧縮強度試験により得られた圧縮歪曲線の勾配値からヤング率を算出した。また、圧縮方向である供試体の高さについて圧縮前、圧縮解除直後及び圧縮解除後５分経過後の長さをそれぞれ測定し、変形回復率を算出した。

【0034】

＜使用原料について＞
コンクリート組成物の原料として以下のものを準備した。
○普通ポルトランドセメント（太平洋セメント株式会社製）
（密度３．１６ｇ／ｃｍ³、比表面積３３３０ｃｍ²／ｇ）
（鉱物組成；Ｃ₃Ｓ５６％、Ｃ₂Ｓ１８％、Ｃ₃Ａ９％、Ｃ₄ＡＦ９％）
〇セルロースナノファイバー（ＣＮＦ）
ＣＮＦ１（中越パルプ工業株式会社製ｎａｎｏｆｏｒｅｓｔ−Ｓ）
ＡＣＣ法により製造。繊維幅２０ｎｍ以下、ＣＮＦ濃度２％
〇ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）
ＰＶＡ１（富士フイルム和光純薬株式会社製ポリビニルアルコールＰＶＡ５００；重合度約５００）
ＰＶＡ２（富士フイルム和光純薬株式会社製ポリビニルアルコールＰＶＡ１５００；重合度約１５００）
〇ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）；比較例３で使用
ＰＶＣ１（ＪＩＳ Ｋ６７７１に準じた丸棒（市販品）；直径１０ｍｍ、密度１．２５ｇ／ｃｍ³）
〇鉱物粒（チエ社製ブラジル産ショールトルマリン、粒径１〜４ｍｍ、密度３．１８ｇ／ｃｍ³程度）
販売用の説明資料によれば、ナトリウム、カルシウム、マグネシウム、鉄、マンガン、アルミニウム等の珪酸類を含む硼珪酸塩鉱物粒である、と説明されている。
○細骨材（中日本砂利株式会社製）
（最大骨材寸法２ｍｍ、表乾密度２．６３ｇ／ｃｍ³）
○粗骨材（三谷セキサン株式会社製）
（最大骨材寸法１０ｍｍ、表乾密度２．７０ｇ／ｃｍ³）

【0035】

＜混和剤について＞
混和剤として以下のものを使用した。
○高性能減水剤（ＢＡＳＦジャパン株式会社製；マスターグレニウムＳＰ８ＨＵ）

【0036】

＜補強体について＞
ステンレスメッシュ（日本精線株式会社製一般金網用ステンレス鋼線；ステンレス線の引張強度６４５Ｎ／ｍｍ²、密度７．９３ｇ／ｃｍ³）を用い、線径１．０〜１．５ｍｍで網目の目開き１５ｍｍのクリンプ織タイプを使用した。補強体は、ステンレスメッシュを所定サイズの円筒体に形成して単円筒又は同心円状の組み合せで用いた。

【0037】

＜混練水及び養生水について＞
上水道水（越前市水道局；硬度２３ｍｇ／リットル）を用いた。

【0038】

［実施例１］
セメント組成物として、ＣＮＦ、ＰＶＡ及び鉱物粒含有コンクリート組成物を以下の原料を使用して作製した。

【0039】

＜使用原料の配合について＞
使用原料として、以下の単位量で準備した。
セメント；１５４ｋｇ／ｍ³
水；３１ｋｇ／ｍ³
ＣＮＦ１；１５４ｋｇ／ｍ³
（ＣＮＦ量；３．０８ｋｇ／ｍ³、セメント比；２．０質量％）
ＰＶＡ１；１５４ｋｇ／ｍ³（セメント比；１００質量％）
ＰＶＡ２；１５４ｋｇ／ｍ³（セメント比；１００質量％）
鉱物粒；１５ｋｇ／ｍ³（セメント比；９．７質量％）
粗骨材；３８６ｋｇ／ｍ³
混和剤；２．１６ｋｇ／ｍ³

【0040】

＜供試体の作製について＞
原料の練り混ぜ作業には、強制撹拌式ミキサー（株式会社関西機器製作所；容量５０リットル）を使用した。ミキサーを駆動させて、セメント、水、ＣＮＦ１、ＰＶＡ１、鉱物粒、混和剤を投入したのち約５分撹拌して練り混ぜた。

【0041】

排出された混練物は、コンクリート供試体型枠（株式会社マルイ製ソノモールド）に空気が混入しないように脱泡して打ち込み、ＪＩＳ Ａ １１３２に準じて、圧縮試験用円柱供試体（直径１０ｃｍ、高さ２０ｃｍ）を作製した。脱型後、二次養生（大気養生）までの間、乾燥防止のため市販のポリシートで供試体全体を密封するように被覆した。供試体の密度は、１．４４ｇ／ｃｍ³であった。

【0042】

＜供試体の養生について＞
コンクリートを型枠に打ち込んだ後ＪＩＳ Ａ １１３２に準じて大気養生（１５℃±２℃）を行った。養生直後の供試体に対し、圧縮強度試験を行い、圧縮歪曲線の勾配値からヤング率を算出した。また、圧縮前、圧縮解除直後及び圧縮解除後５分経過後の高さの変化に基づいて変形回復率を算出した。算出結果を図１に示す。

【0043】

［実施例２］
実施例１と同様の混練物を用い、補強体として、直径６０ｍｍの単円筒体（線径１．５ｍｍ及び目開き１５ｍｍのクリンプ織を使用）を用いてコンクリート組成物を作製した。

【0044】

＜供試体の作製について＞
得られた混練物は、補強体を中心に配置したコンクリート供試体型枠（株式会社マルイ製ソノモールド）に空気が混入しないように脱泡して打ち込み、ＪＩＳ Ａ １１３２に準じて、補強体を内蔵する圧縮試験用円柱供試体（直径１０ｃｍ、高さ２０ｃｍ）を作製した。脱型後、二次養生（大気養生）までの間、乾燥防止のため市販のポリシートで供試体全体を密封するように被覆した。供試体の密度は、１．７６ｇ／ｃｍ³であった。

【0045】

＜供試体の養生について＞
実施例１と同様の養生を行った後、実施例１と同様の圧縮強度試験を行い、ヤング率及び変形回復率を算出した。算出結果を図１に示す。

【0046】

［実施例３］
セメント組成物として、ＣＮＦ、ＰＶＡ及び鉱物粒含有コンクリート組成物を以下の原料を使用して作製した。

【0047】

＜使用原料の配合について＞
使用原料として、以下の単位量で準備した。
セメント；１５４ｋｇ／ｍ³
水；３１ｋｇ／ｍ³
ＣＮＦ１；１５４ｋｇ／ｍ³
（ＣＮＦ量；３．０８ｋｇ／ｍ³、セメント比；２．０質量％）
ＰＶＡ２；３０８ｋｇ／ｍ³（セメント比；２００質量％）
鉱物粒；１５ｋｇ／ｍ³（セメント比；９．７質量％）
粗骨材；３８６ｋｇ／ｍ³
混和剤；２．１６ｋｇ／ｍ³

【0048】

＜供試体の作製について＞
実施例１と同様に混練作業を行って供試体を作製した。供試体の密度は、１．３１ｇ／ｃｍ³であった。

【0049】

＜供試体の養生について＞
実施例１と同様に養生を行い、養生直後の供試体に対し、圧縮強度試験を行った。圧縮歪曲線の勾配値からヤング率を算出した。また、圧縮前、圧縮解除直後及び圧縮解除後５分経過後の高さの変化に基づいて変形回復率を算出した。算出結果を図１に示す。

【0050】

［実施例４］
実施例３と同様の混練物を用い、補強体として、直径６０ｍｍの単円筒体（線径１．５ｍｍ及び目開き１５ｍｍのクリンプ織を使用）を用いてコンクリート組成物を作製した。

【0051】

＜供試体の作製について＞
得られた混練物は、実施例２と同様に処理して補強体を内蔵する供試体を作製した。供試体の密度は、１．８４ｇ／ｃｍ³であった。

【0052】

＜供試体の養生について＞
実施例１と同様の養生を行った後、実施例１と同様の圧縮強度試験を行い、ヤング率及び変形回復率を算出した。算出結果を図１に示す。

【0053】

［実施例５］
ＣＮＦ、ＰＶＡ及び鉱物粒含有モルタル組成物を以下の原料を使用して作製した。

【0054】

＜使用原料の配合について＞
使用原料として、以下の単位量で準備した。
セメント；４５７ｋｇ／ｍ³
水；６９ｋｇ／ｍ³
ＣＮＦ１；２２８ｋｇ／ｍ³
（ＣＮＦ量；４．５６ｋｇ／ｍ³、セメント比；１．０質量％）
ＰＶＡ１；２２８ｋｇ／ｍ³（セメント比；５０質量％）
ＰＶＡ２；４５７ｋｇ／ｍ³（セメント比；１００質量％）
鉱物粒；６９ｋｇ／ｍ³（セメント比；１５．１質量％）
混和剤；４．５７ｋｇ／ｍ³

【0055】

＜供試体の作製について＞
原料の練り混ぜ作業には、実施例１と同様のミキサー使用し、原料を投入したのち約５分撹拌して練り混ぜた。得られた混練物は、実施例１と同様に、コンクリート供試体型枠を用いて圧縮試験用円柱供試体（直径１０ｃｍ、高さ２０ｃｍ）を作製した。脱型後、二次養生（大気養生）までの間、乾燥防止のため市販のポリシートで供試体全体を密封するように被覆した。供試体の密度は、１．２７ｇ／ｃｍ³であった。

【0056】

＜供試体の養生について＞
モルタルを型枠に打ち込んだ後ＪＩＳ Ａ １１３２に準じて大気養生（１５℃±２℃）を行った。養生直後の供試体に対し、圧縮強度試験を行い、ヤング率及び変形回復率を算出した。算出結果を図１に示す。

【0057】

［実施例６］
ＣＮＦ、ＰＶＡ及び鉱物粒含有モルタル組成物を以下の原料を使用して作製した。

【0058】

＜使用原料の配合について＞
使用原料として、以下の単位量で準備した。
セメント；３８７ｋｇ／ｍ³
水；５８ｋｇ／ｍ³
ＣＮＦ１；１９４ｋｇ／ｍ³
（ＣＮＦ量；３．８８ｋｇ／ｍ³、セメント比；１．０質量％）
ＰＶＡ１；１９４ｋｇ／ｍ³（セメント比；５０質量％）
ＰＶＡ２；５８１ｋｇ／ｍ³（セメント比；１５０質量％）
鉱物粒；５８ｋｇ／ｍ³（セメント比；１５．０質量％）
混和剤；３．８７ｋｇ／ｍ³

【0059】

＜供試体の作製について＞
原料の練り混ぜ作業には、実施例１と同様のミキサー使用し、原料を投入したのち約５分撹拌して練り混ぜた。得られた混練物は、実施例１と同様に、コンクリート供試体型枠を用いて圧縮試験用円柱供試体（直径１０ｃｍ、高さ２０ｃｍ）を作製した。脱型後、二次養生（大気養生）までの間、乾燥防止のため市販のポリシートで供試体全体を密封するように被覆した。供試体の密度は、１．２１ｇ／ｃｍ³であった。

【0060】

＜供試体の養生について＞
モルタルを型枠に打ち込んだ後ＪＩＳ Ａ １１３２に準じて大気養生（１５℃±２℃）を行った。養生直後の供試体に対し、圧縮強度試験を行い、ヤング率及び変形回復率を算出した。算出結果を図１に示す。

【0061】

［実施例７］
ＣＮＦ、ＰＶＡ及び鉱物粒含有モルタル組成物を以下の原料を使用して作製した。

【0062】

＜使用原料の配合について＞
使用原料として、以下の単位量で準備した。
セメント；２５２ｋｇ／ｍ³
水；３８ｋｇ／ｍ³
ＣＮＦ１；１２６ｋｇ／ｍ³
（ＣＮＦ量；２．５２ｋｇ／ｍ³、セメント比；１．０質量％）
ＰＶＡ１；１２６ｋｇ／ｍ³（セメント比；５０質量％）
ＰＶＡ２；２５２ｋｇ／ｍ³（セメント比；１００質量％）
鉱物粒；２０ｋｇ／ｍ³（セメント比；７．９質量％）
混和剤；１．２６ｋｇ／ｍ³

【0063】

＜供試体の作製について＞
原料の練り混ぜ作業には、実施例１と同様のミキサー使用し、原料を投入したのち約５分撹拌して練り混ぜた。得られた混練物は、実施例１と同様に、コンクリート供試体型枠を用いて圧縮試験用円柱供試体（直径１０ｃｍ、高さ２０ｃｍ）を作製した。脱型後、二次養生（大気養生）までの間、乾燥防止のため市販のポリシートで供試体全体を密封するように被覆した。供試体の密度は、１．５３ｇ／ｃｍ³であった。

【0064】

＜供試体の養生について＞
モルタルを型枠に打ち込んだ後ＪＩＳ Ａ １１３２に準じて大気養生（１５℃±２℃）を行った。養生直後の供試体に対し、圧縮強度試験を行い、ヤング率及び変形回復率を算出した。算出結果を図１に示す。

【0065】

［実施例８］
ＣＮＦ、ＰＶＡ及び鉱物粒含有モルタル組成物を以下の原料を使用して作製した。

【0066】

＜使用原料の配合について＞
使用原料として、以下の単位量で準備した。
セメント；３３２ｋｇ／ｍ³
水；５０ｋｇ／ｍ³
ＣＮＦ１；１６６ｋｇ／ｍ³
（ＣＮＦ量；３．３２ｋｇ／ｍ³、セメント比；１．０質量％）
ＰＶＡ１；３３２ｋｇ／ｍ³（セメント比；１００質量％）
鉱物粒；５０ｋｇ／ｍ³（セメント比；１５．１質量％）
混和剤；３．６５ｋｇ／ｍ³

【0067】

＜供試体の作製について＞
原料の練り混ぜ作業には、実施例１と同様のミキサー使用し、原料を投入したのち約５分撹拌して練り混ぜた。得られた混練物は、実施例１と同様に、コンクリート供試体型枠を用いて圧縮試験用円柱供試体（直径１０ｃｍ、高さ２０ｃｍ）を作製した。脱型後、二次養生（大気養生）までの間、乾燥防止のため市販のポリシートで供試体全体を密封するように被覆した。供試体の密度は、１．３２ｇ／ｃｍ³であった。

【0068】

＜供試体の養生について＞
モルタルを型枠に打ち込んだ後ＪＩＳ Ａ １１３２に準じて大気養生（１５℃±２℃）を行った。養生直後の供試体に対し、圧縮強度試験を行い、ヤング率及び変形回復率を算出した。算出結果を図１に示す。

【0069】

［実施例９］
ＣＮＦ、ＰＶＡ及び鉱物粒含有モルタル組成物を以下の原料を使用して作製した。

【0070】

＜使用原料の配合について＞
使用原料として、以下の単位量で準備した。
セメント；３３２ｋｇ／ｍ³
水；５０ｋｇ／ｍ³
ＣＮＦ１；１６６ｋｇ／ｍ³
（ＣＮＦ量；３．３２ｋｇ／ｍ³、セメント比；１．０質量％）
ＰＶＡ２；３３２ｋｇ／ｍ³（セメント比；１００質量％）
鉱物粒；５０ｋｇ／ｍ³（セメント比；１５．１質量％）
混和剤；３．６５ｋｇ／ｍ³

【0071】

＜供試体の作製について＞
原料の練り混ぜ作業には、実施例１と同様のミキサー使用し、原料を投入したのち約５分撹拌して練り混ぜた。得られた混練物は、実施例１と同様に、コンクリート供試体型枠を用いて圧縮試験用円柱供試体（直径１０ｃｍ、高さ２０ｃｍ）を作製した。脱型後、二次養生（大気養生）までの間、乾燥防止のため市販のポリシートで供試体全体を密封するように被覆した。供試体の密度は、１．３６ｇ／ｃｍ³であった。

【0072】

＜供試体の養生について＞
モルタルを型枠に打ち込んだ後ＪＩＳ Ａ １１３２に準じて大気養生（１５℃±２℃）を行った。養生直後の供試体に対し、圧縮強度試験を行い、ヤング率及び変形回復率を算出した。算出結果を図１に示す。

【0073】

［実施例１０］
ＣＮＦ及びＰＶＡ含有モルタル組成物を以下の原料を使用して作製した。

【0074】

＜使用原料の配合について＞
使用原料として、以下の単位量で準備した。
セメント；４０９ｋｇ／ｍ³
水；１５５ｋｇ／ｍ³
ＣＮＦ１；２０４ｋｇ／ｍ³
（ＣＮＦ量；４．０８ｋｇ／ｍ³、セメント比；１．０質量％）
ＰＶＡ２；４０９ｋｇ／ｍ³（セメント比；１００質量％）
細骨材；５０３ｋｇ／ｍ³
混和剤；３．２７ｋｇ／ｍ³

【0075】

＜供試体の作製について＞
原料の練り混ぜ作業には、実施例１と同様のミキサー使用し、原料を投入したのち約５分撹拌して練り混ぜた。得られた混練物は、実施例１と同様に、コンクリート供試体型枠を用いて圧縮試験用円柱供試体（直径１０ｃｍ、高さ２０ｃｍ）を作製した。脱型後、二次養生（水中養生）までの間、乾燥防止のため市販のポリシートで供試体全体を密封するように被覆した。供試体の密度は、１．６６ｇ／ｃｍ³であった。

【0076】

＜供試体の養生について＞
モルタルを型枠に打ち込んだ後ＪＩＳ Ａ １１３２に準じて水中養生（２０℃±２℃）を行った。養生直後の供試体に対し、圧縮強度試験を行い、ヤング率及び変形回復率を算出した。算出結果を図１に示す。

【0077】

［実施例１１］
ＣＮＦ、ＰＶＡ及び鉱物粒含有モルタル組成物を以下の原料を使用して作製した。

【0078】

＜使用原料の配合について＞
使用原料として、以下の単位量で準備した。
セメント；３３２ｋｇ／ｍ³
水；５０ｋｇ／ｍ³
ＣＮＦ１；１６６ｋｇ／ｍ³
（ＣＮＦ量；３．３２ｋｇ／ｍ³、セメント比；１．０質量％）
ＰＶＡ２；３３２ｋｇ／ｍ³（セメント比；１００質量％）
鉱物粒；５０ｋｇ／ｍ³（セメント比；１５．１質量％）
混和剤；３．６５ｋｇ／ｍ³

【0079】

＜供試体の作製について＞
原料の練り混ぜ作業には、実施例１と同様のミキサー使用し、原料を投入したのち約５分撹拌して練り混ぜた。得られた混練物は、実施例１と同様に、コンクリート供試体型枠を用いて圧縮試験用円柱供試体（直径１０ｃｍ、高さ２０ｃｍ）を作製した。脱型後、二次養生（水中養生）までの間、乾燥防止のため市販のポリシートで供試体全体を密封するように被覆した。供試体の密度は、１．５７ｇ／ｃｍ³であった。

【0080】

＜供試体の養生について＞
モルタルを型枠に打ち込んだ後ＪＩＳ Ａ １１３２に準じて水中養生（２０℃±２℃）を行った。養生直後の供試体に対し、圧縮強度試験を行い、ヤング率及び変形回復率を算出した。算出結果を図１に示す。

【0081】

［比較例１］
ＣＮＦ含有モルタル組成物を以下の原料を使用して作製した。

【0082】

＜使用原料の配合について＞
使用原料として、以下の単位量で準備した。
セメント；１６９３ｋｇ／ｍ³
水；１７９ｋｇ／ｍ³
ＣＮＦ１；４０３ｋｇ／ｍ³
（ＣＮＦ量；８．０６ｋｇ／ｍ³、セメント比；０．４７質量％）
鉱物粒；４０ｋｇ／ｍ³（セメント比；２．４４質量％）
混和剤；１４．３９ｋｇ／ｍ³

【0083】

＜供試体の作製について＞
原料の練り混ぜ作業には、実施例１と同様のミキサー使用し、原料を投入したのち約５分撹拌して練り混ぜた。得られた混練物は、実施例１と同様に、コンクリート供試体型枠を用いて圧縮試験用円柱供試体（直径１０ｃｍ、高さ２０ｃｍ）を作製した。脱型後、二次養生（水中養生）までの間、乾燥防止のため市販のポリシートで供試体全体を密封するように被覆した。供試体の密度は、１．６３ｇ／ｃｍ³であった。

【0084】

＜供試体の養生について＞
モルタルを型枠に打ち込んだ後ＪＩＳ Ａ １１３２に準じて水中養生（２０℃±２℃）を行った。養生直後の供試体に対し、圧縮強度試験を行い、ヤング率を算出した。圧縮強度試験では、供試体が圧縮により破壊されたので、変形回復率は算出できなかった。算出結果を図１に示す。

【0085】

［比較例２］
コンクリート組成物を以下の原料を使用して作製した。

【0086】

＜使用原料の配合について＞
使用原料として、以下の単位量で準備した。
セメント；９７５ｋｇ／ｍ³
水；１９５ｋｇ／ｍ³
粗骨材；６６３ｋｇ／ｍ³
細骨材；６４４ｋｇ／ｍ³
混和剤；１６．５７ｋｇ／ｍ³
補強体；直径６０ｍｍの単円筒体（線径１．５ｍｍ及び目開き１５ｍｍのクリンプ織を使用）

【0087】

＜供試体の作製について＞
原料の練り混ぜ作業には、実施例１と同様のミキサー使用し、原料を投入したのち約５分撹拌して練り混ぜた。得られた混練物は、実施例１と同様に、コンクリート供試体型枠を用いて圧縮試験用円柱供試体（直径１０ｃｍ、高さ２０ｃｍ）を作製した。脱型後、二次養生（水中養生）までの間、乾燥防止のため市販のポリシートで供試体全体を密封するように被覆した。供試体の密度は、２．５０ｇ／ｃｍ³であった。

【0088】

＜供試体の養生について＞
コンクリートを型枠に打ち込んだ後ＪＩＳ Ａ １１３２に準じて水中養生（２０℃±２℃）を行った。養生直後の供試体に対し、圧縮強度試験を行い、ヤング率を算出した。圧縮強度試験では、供試体が圧縮により破壊されたので、変形回復率は算出できなかった。算出結果を図１に示す。

【0089】

［比較例３］
ＰＶＣ丸棒を内蔵するコンクリート組成物を以下の原料を使用して作製した。

【0090】

＜使用原料の配合について＞
使用原料として、以下の単位量で準備した。
セメント；７７７ｋｇ／ｍ³
水；２５９ｋｇ／ｍ³
細骨材；１２５７ｋｇ／ｍ³
鉱物粒；４０ｋｇ／ｍ³（セメント比；５．１５質量％）
混和剤；７．３８ｋｇ／ｍ³
補強体；直径１０ｍｍ及び６０ｍｍの単円筒体（線径１．５ｍｍ及び目開き１５ｍｍのクリンプ織を使用）を組み合せた同心円筒体を用い、中心にＰＶＣ１を単円筒体に挿入して配置した。

【0091】

＜供試体の作製について＞
原料の練り混ぜ作業には、強制撹拌式ミキサー（株式会社関西機器製作所；容量５０リットル）を使用した。ミキサーを駆動させて、セメント、水、粗骨材、ＣＮＦ１、ＰＶＡ１、鉱物粒、混和剤を投入したのち約５分撹拌して練り混ぜた。

【0092】

排出された混練物は、補強体を中心に配置したコンクリート供試体型枠（株式会社マルイ製ソノモールド）に空気が混入しないように脱泡して打ち込み、ＪＩＳ Ａ １１３２に準じて、圧縮試験用円柱供試体（直径１０ｃｍ、高さ２０ｃｍ）を作製した。脱型後、二次養生（水中養生）までの間、乾燥防止のため市販のポリシートで供試体全体を密封するように被覆した。供試体の密度は、２．４４ｇ／ｃｍ³であった。

【0093】

＜供試体の養生について＞
モルタルを型枠に打ち込んだ後ＪＩＳ Ａ １１３２に準じて水中養生（２０℃±２℃）を行った。養生直後の供試体に対し、圧縮強度試験を行い、ヤング率を算出した。圧縮強度試験では、供試体が圧縮により破壊されたので、変形回復率は算出できなかった。算出結果を図１に示す。

【0094】

以上説明した各実施例の試験結果をみると、密度が１．２１ｇ／ｃｍ³〜１．８４ｇ／ｃｍ³となっており、従来の硬化体に比べて軽量化されていることが確認された。

【0095】

また、ヤング率は、１７〜６０Ｎ／ｍｍ²となっており、比較例よりも大きく低下している。実施例１から４のヤング率をみると、補強体を内蔵した場合にヤング率の低下が確認でき、変形しやすくなっていることがわかる。したがって、実施例２及び４に示す補強体を内蔵するコンクリート硬化体は、軽量で変形しやすく早期の変形回復を示す一種のゴム弾性体のような特性を備えている。

【0096】

また、変形回復率については、比較例では圧縮変形により破壊されたのに対し、各実施例では５０％以上回復しており、変形しやすく弾性的特性を発現していることが確認された。また、圧縮試験において圧縮解除してから５分経過後に高い変形回復を示しており、早期回復の程度からみても弾性的特性が明確に確認された。

【0097】

ＰＶＡの配合割合を大きくする方が変形回復率を高めるように作用する傾向がみられ、実施例６にみられるように、ＰＶＡ１よりもＰＶＡ２の配合割合を大きくした方が変形回復率が大きくなることが確認された。したがって、実施例６に示すモルタル硬化体は、軽量で変形しやすく早期の変形回復を示す一種のゴム弾性体のような特性を備えている。

【産業上の利用可能性】

【0098】

本発明に係るセメント組成物は、軽量で変形しやすい弾性的特性を備える硬化体を作製することができ、こうした特性を生かして免震ゴム等の耐震材の代替資材、防波堤等の土木建築資材などに活用することが期待される。

【要約】

【課題】本発明は、セルロースナノファイバー及びポリビニルアルコールを用いて軽量化を図るとともに変形しやすい弾性的特性を発現するセメント組成物及びその硬化体を提供することを目的とするものである。
【解決手段】本発明に係るセメント組成物は、セメントに対する配合割合が０．１質量％〜５質量％であるセルロースナノファイバーと、セメントに対する配合割合が１００質量％〜４００質量％であるポリビニルアルコールとを少なくとも含有し、さらに、セメントに対する配合割合が２質量％〜２０質量％である鉱物粒を含有するようにしてもよい。
【選択図】図１

【図1】

【図2】