特開 2024-153973 水硬性組成物

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024153973

(43)【公開日】2024-10-30

(54)【発明の名称】水硬性組成物

(51)【国際特許分類】

   C04B 28/02 20060101AFI20241023BHJP

   C04B 18/08 20060101ALI20241023BHJP

   C04B 22/14 20060101ALI20241023BHJP

   C04B 24/26 20060101ALI20241023BHJP

【ＦＩ】

C04B28/02

C04B18/08 Z

C04B22/14 B

C04B24/26 E

【審査請求】未請求

【請求項の数】2

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023067521

(22)【出願日】2023-04-18

(71)【出願人】

【識別番号】000003182

【氏名又は名称】株式会社トクヤマ

(72)【発明者】

【氏名】時政 右京

(72)【発明者】

【氏名】新見 龍男

【テーマコード（参考）】

4G112

【Ｆターム（参考）】

4G112MB23

4G112MD00

4G112PA27

4G112PB11

4G112PB31

(57)【要約】

【課題】 普通ポルトランドセメントのみを用いて中流動コンクリートとした場合と比較して、同等の流動性を確保しつつ、水粉体比を低くすることなく材料分離抵抗性を向上した中流動コンクリートを提供する。
【解決手段】 ポルトランドセメントクリンカー５７～９４質量部、フライアッシュ５～４０質量部及びセッコウ１～３質量部からなる結合材（結合材全量を１００質量部とする）、増粘成分含有高性能ＡＥ減水剤、粗骨材、細骨材及び水を含む水硬性組成物であって、細骨材率が５５～６０％であることを特徴とする水硬性組成物である。
【選択図】 なし

【特許請求の範囲】

【請求項1】

ポルトランドセメントクリンカー５７～９４質量部、フライアッシュ５～４０質量部及びセッコウ１～３質量部からなる結合材（結合材全量を１００質量部とする）、増粘成分含有高性能ＡＥ減水剤、粗骨材、細骨材及び水を含む水硬性組成物であって、細骨材率が５５～６０％であることを特徴とする水硬性組成物。

【請求項2】

スランプフロー値が４０～５０ｃｍかつ空気量が３．０～６．０％である請求項１記載の水硬性組成物。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、水硬性組成物に関する。さらに詳しくは、流動性を有しつつも、材料分離抵抗性を有し、締固めによる材料分離が生じにくい性質の水硬性組成物に関する。

【背景技術】

【0002】

近年のコンクリートを使用する建設工事では、部材形状の複雑化、鉄筋量の増加などからコンクリートの型枠への充填が困難な事例が増加しており、また、作業員及び技術者の減少から施工性が低下せざるを得ない現状にある。

【0003】

これらの問題に対応するため締固めを必要としない高流動コンクリートが開発され使用されてきた。この高流動コンクリートは製造の際にセメントなどの粉体や高性能ＡＥ減水剤などの混和剤を多量に使用する必要があることからコストアップは免れず、また、その性質から品質管理が煩雑になるといった問題を抱えている。

【0004】

上記の建設工事における問題と高流動コンクリートの問題を解決するために、通常のコンクリートより流動性が高いが、施工の際は締固めを必要とする「締固めが必要な高流動コンクリート（以下、中流動コンクリートと呼称）」の適用が徐々に進められており、例えば、トンネル覆工コンクリートへの適用事例がいくつか報告されている（例えば、非特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【非特許文献】

【0005】

【非特許文献1】諏訪薗和彦、外３名、「増粘剤系中流動コンクリートによるトンネル覆工の施工－南九州西回り自動車道 津奈木トンネル（仮称－）」、コンクリート工学、２０１２年４月、第５０巻、第４号、ｐ．３６６－３７１（３６８）

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

中流動コンクリートは流動性が高く、少しの締固めで充填が可能という利点を有す。しかし、セメント使用量を抑えなければならないという性質上、高い水粉体比かつ単位水量が多くなる傾向にあり、締固め時間を長くすると材料分離が生じ易いという欠点がある。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明者らは、上記課題を解決すべく研究を行った。そして、中流動コンクリートで使用するセメントを内割り置換でフライアッシュへ変更すること、増粘成分含有高性能ＡＥ減水剤を使用すること、さらに細骨材率を所定の数値となるように調整することでコンクリートの水粉体比を低くすることなく、流動性を維持したまま、材料分離抵抗性を向上させることが可能であることを見出し、本発明を完成させるに至った。

【0008】

即ち本発明は、ポルトランドセメントクリンカー５７～９４質量部、フライアッシュ５～４０質量部及びセッコウ１～３質量部からなる結合材（結合材全量を１００質量部とする）、増粘成分含有高性能ＡＥ減水剤、粗骨材、細骨材及び水を含む水硬性組成物であって、細骨材率が５５～６０％であることを特徴とする水硬性組成物である。本発明の水硬性組成物において、スランプフロー値が４０～５０ｃｍかつ空気量が３．０～６．０％であることが好ましい。

【発明の効果】

【0009】

本発明の水硬性組成物によれば、普通ポルトランドセメントのみを用いて中流動コンクリートとした場合と比較して、同等の流動性を確保しつつ、水粉体比を低くすることなく材料分離抵抗性を向上し、通常の中流動コンクリートでは材料分離が発生し得る締固め時間１０秒においても材料分離が発生しない中流動コンクリートを提供する事が可能である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

本発明の水硬性組成物で使用する結合材は、ポルトランドセメントクリンカー、フライアッシュ及びセッコウからなる。

【0011】

ポルトランドセメントクリンカーは、ＪＩＳ規格の普通ポルトランドセメントを製造する際に用いられるクリンカーであれば特に限定されない。一般的には、ボーグ式で示される鉱物組成が、Ｃ_３Ｓが５０～６７％、Ｃ_２Ｓが１２～２０％、Ｃ_３Ａが７～１５％、Ｃ_４ＡＦが７～１５％程度である。

【0012】

ポルトランドセメントクリンカーの粉末度は、汎用的に使用される範囲のものであれば良く、３０００～４５００ｃｍ^２／ｇに調整されていることが好ましい。なお粉末度はセッコウを添加して調整されていても良い。

【0013】

ポルトランドセメントクリンカーを製造する方法は特に限定されることがなく、公知のセメント（クリンカー）原料を、所望の各鉱物比率及び係数となるように所定の割合で調製混合し、公知の方法（例えば、ＳＰキルンやＮＳＰキルン等）で焼成することにより容易に得ることができる。

【0014】

当該セメント原料の調製混合方法も公知の方法を適宜採用すれば良い。例えば、事前に廃棄物、副産物及びその他の原料（石灰石、生石灰、消石灰等のＣａＯ源、珪石等のＳｉＯ_２源、粘土等のＡｌ_２Ｏ_３源、鉄等のＦｅ_２Ｏ_３源など）の組成を測定し、これら原料中の各成分割合から上記範囲になるように各原料の調合割合を計算し、その割合で原料を調合すれば良い。

【0015】

なお、ポルトランドセメントクリンカーの製造に用いる原料は、従来ポルトランドセメントクリンカーの製造において使用される原料と同様なものが特に制限なく使用される。廃棄物、副産物等を利用することも、無論可能である。

【0016】

ポルトランドセメントクリンカーの製造において、廃棄物、副産物等から一種以上を使用することは、廃棄物、副産物等の有効利用を促進する観点から好ましいことである。使用可能な廃棄物・副産物をより具体的に例示すると、高炉スラグ、製鋼スラグ、非鉄鉱滓、石炭灰、下水汚泥、浄水汚泥、製紙スラッジ、建設発生土、鋳物砂、ばいじん、焼却飛灰、溶融飛灰、塩素バイパスダスト、木屑、廃白土、ボタ、廃タイヤ、貝殻、都市ごみやその焼却飛灰等が挙げられる（なお、これらの中には、セメント原料になるとともに熱エネルギー源となるものもある）。

【0017】

本発明の水硬性組成物で使用する結合材には、上記ポルトランドセメントクリンカーに加えて、フライアッシュ及びセッコウを必須成分として含む。

【0018】

フライアッシュとしては、セメント混合材として公知のフライアッシュを用いることができる。具体的には、ＪＩＳ Ａ ６２０１「コンクリート用フライアッシュ」に適合したものであれば制限なく使用することができる。フライアッシュの粉末度は、汎用的に使用される範囲のものであれば良く、２５００～５０００ｃｍ^２／ｇに調整されていることが好ましい。

【0019】

セッコウについては、二水セッコウ、半水セッコウ、無水セッコウ等のセメント製造原料として公知のセッコウが特に制限なく使用できる。具体的には排煙脱硫セッコウ、リン酸セッコウ等の副産二水セッコウや天然の二水セッコウ、半水セッコウ、ＩＩ型無水セッコウ等が挙げられる。

【0020】

本発明の水硬性組成物で使用する結合材は、ポルトランドセメントクリンカー５７～９４質量部、フライアッシュ５～４０質量部、セッコウ１～３質量部からなる（結合材全量を１００質量部とする）。この範囲を外れると、流動性が低下したり、異常凝結を起こしたりする。ポルトランドセメントクリンカーが６７～８９質量部、フライアッシュが１０～３０質量部、セッコウが１～３質量部となる範囲であることが好ましい。

【0021】

本発明の水硬性組成物で使用する結合材を構成するポルトランドセメントクリンカー、フライアッシュ及びセッコウの粉末度を調製するための粉砕方法については、公知の技術が特に制限なく使用でき、各成分を個別に粉砕後、混合しても良いし、混合後に粉砕してもよい。粉砕機としてはボールミル、竪型ミル等が使用できる。また各々製造したポルトランドセメントとフライアッシュを混合することによっても製造できる。

【0022】

ここで、本発明で使用する結合材の各材料は、それぞれ単独のものを使用しても良いし、ポルトランドセメント（ポルトランドセメントクリンカーとセッコウの混合物）とフライアッシュの２つを使用しても良いし、フライアッシュセメント（ポルトランドセメントとフライアッシュの混合物）を使用しても良い。

【0023】

本発明の水硬性組成物は、上記結合材のほかに、増粘成分含有高性能ＡＥ減水剤、粗骨材、細骨材及び水を含む。

【0024】

増粘成分含有高性能ＡＥ減水剤は、増粘成分を含んだポリカルボン酸系化合物を主成分としたものであって、ＪＩＳ Ａ ６２０４「コンクリート用化学混和剤」に適合したものであれば使用できる。増粘成分含有高性能ＡＥ減水剤の添加率は、製造者推奨値の範囲内であれば問題ないが、粉体質量に対して１．０～１．５％が好ましい。増粘成分含有高性能ＡＥ減水剤としては、株式会社フローリック社製のフローリックＳＦ５００Ｆなどを例示することができる。

【0025】

粗骨材及び細骨材は、一般のコンクリート製造で使用される公知のものが特に制限なく使用できる。具体的には砕石・砕砂、川砂利、丘砂、海砂、石灰石骨材等である。粗骨材のサイズについては１０～２５ｍｍのものを使用するのが好ましい。粗骨材の使用量は７００～１０００ｋｇ／ｍ^３が好ましい。細骨材については、粗粒率が２．４～２．８程度のものか、数種の細骨材を所定の粗粒率となるように混合したものを使用するのが好ましい。細骨材の使用量は９００～１２００ｋｇ／ｍ^３が好ましい。また、粗骨材と細骨材を合わせた全骨材に対する細骨材の体積比（以下、細骨材率）は５５～６０％である。この範囲を外れると、材料分離抵抗性が低下したり、流動性が低下したりする。細骨材率の好ましい範囲は、５６．５～５８．５％である。

【0026】

水は、一般のコンクリート製造で使用されるものが特に制限なく使用できる。具体的には水道水、地下水等の、ＪＩＳ Ａ ５３０８「レディーミクストコンクリート」に適合したものであれば使用できる。

【0027】

スランプフロー値及び空気量はＪＩＳ Ａ ５３０８「レディーミクストコンクリート」に適合する範囲が好ましく、具体的にはスランプフロー値が４０～５０ｃｍ、空気量が３．０～６．０％の範囲が好ましい。この範囲にすることで、コンクリートの流動性を維持したまま、材料分離抵抗性を向上することが可能であり、なおかつ、ＪＩＳ Ａ ５３０８「レディーミクストコンクリート」に適合するため、汎用性の高い水硬性組成物とすることが可能である。

【0028】

スランプフロー値及び空気量は、ＪＩＳ Ａ １１５０「コンクリートのスランプフロー試験方法」及び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」にて測定される値である。

【0029】

本発明の水硬性組成物は、ＪＩＳ Ａ ５３０８「レディーミクストコンクリート」の区分内において、スランプフローで管理される普通強度コンクリートとなり、スランプフロー値が４０～５０ｃｍであると一般的には中流動コンクリートに該当する。

【0030】

本発明において、ポルトランドセメント、フライアッシュ、増粘成分含有高性能ＡＥ減水剤、粗骨材、細骨材及び水を混練（混合）する水硬性組成物の製造方法は、生コンクリート工場やコンクリート二次製品工場における従来の製造方法が特に制限なく使用できる。

【0031】

本発明において、水硬性組成物を混錬する際に使用するミキサーは一般的にモルタルやコンクリートを混錬するミキサーが制限なく使用できる。具体的には、パン型ミキサー、強制二軸ミキサー、傾動ミキサー、モルタルミキサー、ハンドミキサー等が挙げられる。

【実施例0032】

以下、実施例により本発明を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。

【0033】

普通ポルトランドセメント（ＮＣ）、フライアッシュ（ＦＡ）、増粘成分含有高性能ＡＥ減水剤（混和剤）、粗骨材、細骨材及び水を使用して中流動コンクリートを混練して各種試験を実施し、そのフレッシュ性状及び材料分離抵抗性について評価を行った。

【0034】

（使用材料）
ＮＣ：株式会社トクヤマ製普通ポルトランドセメント（ポルトランドセメントクリンカー９８質量部、セッコウ２質量部を含む；密度３．１６ｇ／ｃｍ^３、粉末度３２１０ｃｍ^２／ｇ）、
ＦＡ：中国電力株式会社製エコパウダー（密度２．２９ｇ／ｃｍ^３、粉末度３４１０ｃｍ^２／ｇ）、
混和剤：株式会社フローリック製フローリックＳＦ５００Ｆ、
粗骨材：山口県山口市宮野産の硬質砂岩砕石２０１０（表乾密度２．６９ｇ／ｃｍ^３）及び１５０５（表乾密度２．６９ｇ／ｃｍ^３）、
細骨材：山口県周南市久米樋尻産の砕砂（表乾密度２．６２ｇ／ｃｍ^３、粗粒率２．８３）及び福岡県遠賀産の丘砂（表乾密度２．５８ｇ／ｃｍ^３、粗粒率１．２１）
を使用した。

【0035】

細骨材は合成した砂の粗粒率が２．５５となるように砕砂：丘砂＝８２．７％：１７．３％で混合して使用した。また、水の結合材に対する比率（水結合材比（Ｗ／Ｂ）は５０％とした。

【0036】

混練には太平洋機工株式会社製の容量１００Ｌのパン型強制練りミキサー（ＴＭ－１００）を使用した。混練手順は、まず、粉体、粗骨材、細骨材をミキサーに投入して３０秒攪拌し、その後、混和剤、水を投入して９０秒練り混ぜた。中流動コンクリートの目標フレッシュ性状として、スランプフロー値は４５±５ｃｍ、空気量は４．５±１．５％とした。各実施例で使用した結合材の混合割合を表１に、中流動コンクリートの水準を表２に、各種試験結果を表３に示す。

【0037】

なお、各種測定方法は以下による。
（１）スランプの測定：ＪＩＳ Ａ １１０１に準拠する方法により測定した。
（２）スランプフローの測定：ＪＩＳ Ａ １１５０に準拠する方法により測定した。
（３）空気量の測定：ＪＩＳ Ａ １１２８に準拠する方法により測定した。
（４）粗骨材残存率の測定：日本コンクリート工学会 コンクリート委員会３５８ 締固めを必要とする高流動コンクリートの配合設計・施工技術研究小委員会にて検討された、粗骨材沈下量試験に準拠して測定した。

【0038】

具体的には、直径３０ｃｍ、高さ３５ｃｍのバケツ容器にコンクリートを２０Ｌ投入し、棒状バイブレータ（エクセン株式会社製Ｄ３２Ｄ、振動数２００－２４２Ｈｚ）を容器中央部、容器底面から１ｃｍの位置まで挿入して所定時間加振後、コンクリートの表層部２Ｌを採取・ウェットスクリーニングを行って粗骨材を洗い出し、粗骨材質量の設計値に対する割合を測定する試験である。ここで、ウェットスクリーニングとは、粗骨材の最小寸法以下のふるい目を持つふるいを用いてコンクリートを洗い流し、粗骨材とそれ以外の材料とに分別することを意味する。本試験では、材料分離の程度が大きいほど粗骨材は下方に沈降し、洗い出した粗骨材質量が減少して試験結果が小さくなる。なお、加振時間については、コンクリート標準示方書及び建築工事標準仕様書・同解説ＪＡＳＳ５に記載の普通コンクリートの推奨加振時間「５～１５秒程度」の中央値である１０秒と、中流動コンクリートは締固め時間が普通コンクリートより短くてよいため６秒を設定した。

【0039】

【表1】

【0040】

【表2】

【0041】

【表3】

【0042】

参考例１は建築工事で一般に普及しているスランプ値１８±１．５ｃｍの普通コンクリートで試験を実施したものである。一般的なコンクリートの締固め時間である１０秒加振時の粗骨材残存率は７５．０％であった。

【0043】

参考例２は土木工事で一般に普及しているスランプ値１２±１．５ｃｍの普通コンクリートで試験を実施したものである。一般的なコンクリートの締固め時間である１０秒加振時の粗骨材残存率は７８．７％であった。

【0044】

参考例３は土木工事で一般に普及しているスランプ値１２±１．５ｃｍの、表１の割合で混合した結合材を用いた普通コンクリートで試験を実施したものである。一般的なコンクリートの締固め時間である１０秒加振時の粗骨材残存率は８４．０％であった。

【0045】

比較例１及び比較例２は、既往の技術である、普通ポルトランドセメントのみを使用したフライアッシュを含まない中流動コンクリートの例で、本発明の結合材による効果を示すために実施した。比較例１は、目標スランプフロー値、目標空気量を満足するようにした中流動コンクリートの例で、スランプフロー値が４６．８ｃｍ、空気量が４．５％と目標値を満足し、締固め時間６秒において粗骨材残存率は７０．３％と良好であったが、締固め時間１０秒において粗骨材残存率は５１．５％と大きく参考例の値を下回った。比較例２は、比較例１をもとに、粗骨材残存率を向上させるために水量を１７０ｋｇ／ｍ^３に下げたもので、締固め時間６秒において粗骨材残存率は８８．７％、締固め時間１０秒においても粗骨材残存率は６９．９％と向上し、比較例１よりも良好な粗骨材残存率を示したものの、スランプフロー値が３７．０ｃｍに低下した。

【0046】

比較例３は、本発明における細骨材率の範囲を外れた場合の例で、実施例２と同じ割合で混合した結合材を使用して、細骨材率を本発明の範囲外である６０．６％としたものである。細骨材率を６０％超とすることで締固め時間６秒において粗骨材残存率は８６．９％、締固め時間１０秒においても粗骨材残存率は６８．１％となったものの、スランプフロー値が３６．３ｃｍと低下した。比較例の結果から、本発明の要件を満足しないと、目標スランプフローを確保しつつ、粗骨材残存率を向上させることは困難であると分かる。

【0047】

実施例１～４は、結合材を表１の割合で混合し、配合条件を表２とした場合の結果である。実施例１～４はいずれも目標のスランプフロー値を満足しながら、締固め時間６秒において７０％以上、締固め時間１０秒においても５５％以上の良好な粗骨材残存率を示すことが確認された。このことから本発明は、中流動コンクリートの適切な締固め時間である６秒において材料分離を抑制し、また、締固め時間をより長くした、普通コンクリートの適切な締固め時間である１０秒においても、ポルトランドセメントのみを用いた通常の中流動コンクリートである比較例１よりも材料分離の程度を抑えることが可能であると分かる。