特開 2024-40778 水硬性組成物とそれを含むモルタル、生コンクリート及び舗装用コンクリートブロック

(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】P2024040778

(43)【公開日】2024-03-26

(54)【発明の名称】水硬性組成物とそれを含むモルタル、生コンクリート及び舗装用コンクリートブロック

(51)【国際特許分類】

   C04B 28/04 20060101AFI20240318BHJP

   C04B 18/14 20060101ALI20240318BHJP

   C04B 14/02 20060101ALI20240318BHJP

   E01C 5/08 20060101ALI20240318BHJP

【ＦＩ】

C04B28/04

C04B18/14 A

C04B14/02 Z

E01C5/08

【審査請求】未請求

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022145354

(22)【出願日】2022-09-13

(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】原 百花

(72)【発明者】

【氏名】新見 龍男

(72)【発明者】

【氏名】加藤 弘義

(72)【発明者】

【氏名】佃 美伸

(72)【発明者】

【氏名】黒田 高章

【テーマコード（参考）】

2D051

4G112

【Ｆターム（参考）】

2D051AF03

2D051AF05

4G112PA04

4G112PA29

(57)【要約】

【課題】 白色ポルトランドセメントの強度及び白色度を損なうことなく入手が容易でない白色ポルトランドセメントと同様に用いることができ、且つ白色ポルトランドセメントの使用量を削減することができ、原材料のコストを削減することが可能な水硬性組成物を提供するものである。
【解決手段】 白色ポルトランドセメントが７０質量％を超え９０質量％以下、高炉スラグ微粉末が１０質量％以上３０質量％未満（但し、白色ポルトランドセメントと高炉スラグ微粉末の合計を１００質量％とする。）である水硬性組成物。
【選択図】 なし

【特許請求の範囲】

【請求項1】

白色ポルトランドセメントが７０質量％を超え９０質量％以下、高炉スラグ微粉末が１０質量％以上３０質量％未満（但し、白色ポルトランドセメントと高炉スラグ微粉末の合計を１００質量％とする。）である水硬性組成物。

【請求項2】

請求項１に記載の水硬性組成物、細骨材及び水を含むモルタル。

【請求項3】

請求項１に記載の水硬性組成物、細骨材、粗骨材、水及び化学混和剤を含む生コンクリート。

【請求項4】

表層として請求項１に記載の水硬性組成物、細骨材及び水を含むモルタル層を有することを特徴とする舗装用コンクリートブロック。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、白色ポルトランドセメント及び高炉スラグ微粉末を含む水硬性組成物及び当該水硬性組成物を含むモルタル、コンクリート及び舗装用コンクリートブロックに関する。更に詳しくは、白色ポルトランドセメントと同様に用いることができる水硬性組成物を提供するものである。

【背景技術】

【0002】

ポルトランドセメントの色が独特な灰色であるのは、着色成分といえるＦｅ_２Ｏ_３を含んでいるためである。そのＦｅ_２Ｏ_３をできる限り含まないようにし、白色化したものが白色ポルトランドセメントである。なお、白色ポルトランドセメントの基本的な性質は普通ポルトランドセメントとほぼ同等である。

【0003】

白色ポルトランドセメントは、水や骨材と混合することで白色のコンクリートを形成する。そのため、気品を持たせたい構造物やコンクリート製装飾物の製作等に用いられる。

【0004】

また、顔料の混合により自由に着色することが可能であり、舗装用コンクリートブロック等の着色部分に用いられる。コンクリート表面を塗料の塗布により着色すると塗料が剥離したり変質したりする可能性があるが、白色ポルトランドセメントに顔料を混合したものを用いて着色すると前述の恐れがなく、コンクリートが摩耗しても色が消えにくい等の利点がある。

【0005】

しかしながら、国内での白色ポルトランドセメントの製造は２０１７年に終了しており、現在は輸入品が用いられている（非特許文献１）。

【先行技術文献】

【非特許文献】

【0006】

【非特許文献1】「４；国内生産に終止符～山陽白色セメント」、コンクリート新聞、株式会社コンクリート新聞社、２０１５年

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

白色ポルトランドセメントは、現在国内での製造はなく全量が輸入品となっており、全世界においてもセメント全体に占める白色ポルトランドセメントの生産量は少ない。そのため、入手が容易でないことが課題となっている。また、白色ポルトランドセメントの製造工程は、基本的には普通のポルトランドセメントと同様であるが、白色度を高めるために原料の選別や製造設備についていくつかの特別な注意を要するため製造コストが高く、価格は普通ポルトランドセメントの約３倍と高価である。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明者らは、上記課題を解決するため鋭意研究を重ねてきた。その結果、高炉スラグ微粉末を使用することで、強度及び白色度を損なうことなく白色ポルトランドセメントと同様に用いることができる水硬性組成物が得られ、白色ポルトランドセメントの使用量も削減できることを見出し、本研究を完成するに至った。

【0009】

すなわち、第一の本発明は、白色ポルトランドセメントが７０質量％を超え９０質量％以下、高炉スラグ微粉末が１０質量％以上３０質量％未満（但し、白色ポルトランドセメントと高炉スラグ微粉末の合計を１００質量％とする。）である水硬性組成物である。

【0010】

第二の本発明は、上記水硬性組成物、細骨材及び水を含むモルタルである。

【0011】

第三の本発明は、上記水硬性組成物、細骨材、粗骨材、水及び化学混和剤を含む生コンクリートである。

【0012】

第四の本発明は、表層として上記水硬性組成物、細骨材及び水を含むモルタル層を有する舗装用コンクリートブロックである。

【発明の効果】

【0013】

本発明によれば、高炉スラグ微粉末を使用することで、強度及び白色度を損なうことなく白色ポルトランドセメントと同様に用いることができる水硬性組成物が得られる。また、白色ポルトランドセメントの使用量を削減でき、且つ原材料のコストを削減することが可能である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

本発明の実施形態について説明する。

【0015】

＜水硬性組成物＞
本発明の水硬性組成物は、白色ポルトランドセメントが７０質量％を超え９０質量％以下、高炉スラグ微粉末が１０質量％以上３０質量％未満（但し、白色ポルトランドセメントと高炉スラグ微粉末の合計を１００質量％とする。）である。

【0016】

本発明の水硬性組成物で使用する白色ポルトランドセメントとしては、市販されている白色ポルトランドセメントを制限なく用いることができ、Ｆｅ_２Ｏ_３の含有量が０．５％以下であるものが好ましい。

【0017】

本発明の水硬性組成物で使用する高炉スラグ微粉末としては、セメント混合材として公知の高炉スラグ微粉末を特に制限なく用いることができる。具体的には、製鉄所より副産物として副生する高炉スラグを水で急冷して粉砕したものであり、高炉スラグ微粉末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、３０００～８０００ｃｍ^２／ｇに調整されていることが好ましい。

【0018】

上記材料の混合比率は、白色ポルトランドセメントが７０質量％を超え９０質量％以下、高炉スラグ微粉末が１０質量％以上３０質量％未満（但し、白色ポルトランドセメントと高炉スラグ微粉末の合計を１００質量％とする。）である。高炉スラグ微粉末が３０質量％以上であると十分な強度発現性及び白色度を得ることが難しい。

【0019】

本発明の水硬性組成物は、白色ポルトランドセメントと高炉スラグ微粉末を混合することにより製造することができる。

【0020】

本発明の水硬性組成物は、白色ポルトランドセメントと同様に使用することが可能であり、具体的な用途として建築物の内外壁、装飾物及びブロック等が挙げられる。

【0021】

＜モルタル＞
本発明のモルタルは、セメント系結合材として上記水硬性組成物と、細骨材と、水とを含む。

【0022】

本発明のモルタルで使用する細骨材としては、一般的なモルタルやコンクリートの製造に際して使用される公知の細骨材、例えば砕砂や山砂などの細骨材、軽量骨材、ＪＩＳ Ａ ５０１１に規定されるスラグ骨材、粒度調整砕石、舗装材料や建材等に使用される種石等、モルタルの品質に影響を及ぼさない骨材が特に制限なく使用可能である。なお、細骨材とは目開き１０ｍｍのふるいを全通し、目開き５ｍｍのふるいを重量で８５％以上通過する骨材であり、目開き１５０μｍふるいに重量で８０％以上残存するものである。

【0023】

本発明のモルタルにおいて、細骨材は単体で或いは二種以上の混合物で使用できる。

【0024】

本発明のモルタルで使用する水としては、一般的なモルタルやコンクリートの製造の際に使用される公知の水が特に制限なく使用できる。具体的には、工水、水道水等である。

【0025】

本発明のモルタルにおいて、上記した水硬性組成物、細骨材及び水のほかに、本発明の効果を阻害しない範囲で、セメント混和用ポリマーや、一般的にコンクリートの調製に際して使用される公知の混和剤であるＡＥ減水剤、高性能減水剤、高性能ＡＥ減水剤、空気量調整剤、凝結促進剤等を添加配合してもよい。

【0026】

本発明のモルタルにおいて、細骨材の使用量は特に限定されるものではないが、セメント系結合材質量の１～５．５倍とするのが一般的である。

【0027】

水セメント比（水とセメントとの重量比率）は一般的なモルタルで使用される範囲であれば特に制限されず、通常２５％以上１００％以下である。

【0028】

本発明のモルタルにおいて、水硬性組成物、細骨材、水及び必要に応じて使用される材料を混練してモルタルを製造する方法としては、生コンクリート工場や現場において行われている通常の方法が特に限定なく採用できる。

【0029】

本発明のモルタルにおいて、上記各材料を混練する際に使用する混練装置としては、一般的にモルタルやコンクリートを混練するミキサーが使用できる。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。

【0030】

＜生コンクリート＞
本発明の生コンクリートは、セメント系結合材として上記水硬性組成物と、細骨材と、粗骨材と、水と、混和剤とを含む。

【0031】

本発明の生コンクリートで使用する細骨材、水及び混和剤は、前記のものと同様である。

【0032】

本発明の生コンクリートで使用する粗骨材としては、一般的なモルタルやコンクリートの製造に際して使用される公知の粗骨材、すなわち川等で採取される砂利、岩石を破砕して製造される砕石などが何ら制限なく使用可能である。なお、粗骨材とは５ｍｍふるいに重量で８５％以上とどまるものである。

【0033】

上記粗骨材及び細骨材は、各々、単体で或いは二種以上の混合物で使用できる。本発明の生コンクリートにおいて、骨材全量の使用量は特に限定されるものではないが、生コンクリート全質量の６０～９０質量％とするのが一般的である。

【0034】

細骨材と粗骨材との混合は、混合比が通常細骨材３５～７０質量％及び粗骨材３０～６５質量％の範囲で配合される。当該配合比は、最終製品のコンクリートに対して要求される、材料分離抵抗性、ポンプ圧送性、圧縮強度等の物性によって適宜選択され決定される。

【0035】

水セメント比（水とセメントとの重量比率）は一般的なコンクリートで使用される範囲であれば特に制限されず、通常２５％以上７０％以下である。

【0036】

本発明の生コンクリートにおいて、水硬性組成物、細骨材、粗骨材、水及び混和剤を混練して生コンクリートを製造する方法としては、生コンクリート工場やコンクリート二次製品工場において行われている通常の方法が特に限定なく採用できる。

【0037】

本発明の生コンクリートにおいて、上記各材料を混練する際に使用する混練装置としては、一般的にモルタルやコンクリートを混練するミキサーが使用できる。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。

【0038】

＜舗装用コンクリートブロック＞
本発明の舗装用コンクリートブロックの表層部形成に用いられるセメントモルタル（以下、表層部セメントモルタルともいう）は、セメント系結合材として上記水硬性組成物と、細骨材と、水とを含む。

【0039】

本発明で使用する細骨材及び水としては、前記のものと同様である。

【0040】

表層部セメントモルタルの調製においては、上記したセメント系結合材、細骨材及び水のほかに、本発明の効果を阻害しない範囲で、モルタルやコンクリートの調製に際して使用される公知の混和剤や添加剤を使用してもよい。

【0041】

具体的には、ＡＥ減水剤、高性能減水剤、高性能ＡＥ減水剤、空気量調整剤、凝結促進剤等の混和剤や、白華防止剤、防水剤等の添加剤が挙げられる。

【0042】

表層部セメントモルタルを着色するために顔料を使用してもよい。顔料は表層部セメントモルタルの強度発現性に影響を及ぼさない量の範囲内で使用するものとし、最小量で十分な着色効果が得られるような着色力の強いものを使用することが好ましい。

【0043】

骨材の使用量は、骨材とセメント系結合材との合計１００質量部当たり、７０質量部以上８５質量部以下にすることが好ましい。骨材の使用量が前述の範囲であれば、摩耗減量や美観等における懸念が少ない。

【0044】

水結合材比（水とセメント系結合材との質量比率）は、得られる舗装用コンクリートブロックの表層部が、舗装材料として必要な強度を発現するために、２６％以上４０％以下であることが好ましい。

【0045】

本発明において、セメント系結合材、細骨材、水、及び必要に応じて使用される材料を混練して表層部セメントモルタルを調製し、次いで当該セメントモルタルを、表層部を形成するように型枠に充填した後硬化させて舗装用コンクリートブロックを製造する。その製造方法は、生コンクリート工場やコンクリート二次製品工場において使用されている従来の方法が特に制限なく採用できる。

【0046】

上記各材料の混練方法は特に制限はなく、例えば、全材料を一括して混練装置内に投入して混練しても良く、或いは、セメント系結合材及び骨材を先に混練装置内に投入して空練りした後、水その他の液状成分を追加して混練しても良い。

【0047】

上記各材料を混練する際に使用する混練装置としては、一般的にモルタルやコンクリートを混練するミキサーが使用できる。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。

【0048】

本発明で製造される舗装用コンクリートブロックは、表層部と基層部との二層構造となっている。本発明の表層部セメントモルタルは、舗装用コンクリートブロックに要求される性能が基層部に依存するものであれば特に制限なく使用でき、そのような舗装用コンクリートブロックとして具体的には透水性能、保水性能等を有するものが挙げられる。以下に、その製造方法を本発明に則って具体的に説明する。

【0049】

別途、基層部コンクリートを調製しておく。基層部を形成する基層部コンクリートは、公知の一般的なコンクリートを使用することができ、例えば、前記のセメント系結合材及び細骨材、平均粒子径が５ｍｍ以上の川砂利や岩石砕石などの粗骨材、その他保水材や白華防止剤等を水と混練して調製される。性能が劣化しない範囲であれば、用途に応じた添加材を混入してもよい。

【0050】

所定形状の型枠に当該基層部コンクリートを充填し振動等の締め固めをした後、その上に前記表層部セメントモルタルを充填し、同様に振動等の締め固めをした後に即時脱型する。脱型後は、本発明の特性を十分に発現させるために養生する。また、一般的な生コンクリートと同様に締固めした後型枠内で静置し、硬化後に脱型して養生することも可能である。

【0051】

なお、下部に表層部セメントモルタルを上部に基層部コンクリートを形成するように、充填順序を逆にして製造してもよい。

【0052】

養生方法は、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養生方法が特に制限なく採用できる。具体的には、湿潤養生、水中養生、蒸気養生、オートクレープ養生、気中養生等が挙げられる。

【実施例0053】

本発明を更に具体的に説明するため以下実施例及び比較例を挙げて説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。

【0054】

（参考例、実施例１、比較例１～３）
（１）配合
配合を表１に示す。水、白色ポルトランドセメント、高炉スラグ微粉末及び細骨材を表１に示す割合で配合した。なお、水としては上水を使用し、高炉スラグ微粉末としてはＪＩＳ Ａ ６２０６（コンクリート用高炉スラグ微粉末）に適合した粉末度４０６０ｃｍ^２／ｇのものを使用し、細骨材としては標準砂を使用した。

【0055】

【表1】

【0056】

（２）混練
混練はＪＩＳ R ５２０１（セメントの物理試験方法）に準拠して行った。以下に混練方法について説明する。

【0057】

混練にはホバートミキサーを使用した。白色ポルトランドセメント及び高炉スラグ微粉末を練り鉢に投入後、ミキサーを低速で始動させた。ミキサー始動から３０秒後、標準砂を安定した速度で且つ３０秒間で入れた。次に高速で３０秒間混練後、９０秒間休止した。休止の最初の３０秒間で練り鉢及びパドルに付着したモルタルをさじによってかき落とした。休止後、再び高速で６０秒間練り混ぜた。

【0058】

（３）成型
成形はＪＩＳ R ５２０１（セメントの物理試験方法）に準拠して行った。以下に成形方法について説明する。

【0059】

４０×４０×１６０ｍｍの型枠を使用した。混練終了後のモルタルを直ちに型枠に打ち込んだ。打ち込みにはテーブルバイブレータを用いた。打ち込み方法は次の通りである。振動開始から１５秒間で１層目のモルタルを型枠の高さの約１／２まで詰めた。１５秒の間隔の後、残りのモルタルの全量を、１層目と同様に１５秒間で詰めた。さらに引き続き７５秒間振動をかけた。最後に供試体をいためないように余盛部分を注意して削り取り、上面を平滑にした。

【0060】

（４）養生
成型後、混練から２４時間はガラス板で混練物を覆い、水分が蒸発しないようにして２０℃中で保存した。混練から２４時間経過後に脱型し、その後は２０℃の水中で所定の期間養生した。

【0061】

（５）白色度の測定
供試体の白色度は、色差計を用いて測定した。得られた結果を表２に示す。

【0062】

（６）圧縮強度の測定
圧縮強度の測定は、ＪＩＳ R ５２０１（セメントの物理試験方法）に準拠した。材齢２８日のモルタルの圧縮強度を測定した。得られた結果を表２に示す。

【0063】

【表2】

【0064】

参考例は、白色ポルトランドセメント１００質量％の場合の測定結果であり、白色度は７４．４８、圧縮強度は６７．１Ｎ／ｍｍ^２であった。

【0065】

実施例１は、白色ポルトランドセメントの２０質量％を高炉スラグ微粉末に置換した場合の測定結果であり、白色度及び圧縮強度いずれも参考例と同程度の値を示したことがわかる。

【0066】

比較例１は、白色ポルトランドセメントの４０質量％を高炉スラグ微粉末に置換した場合の測定結果であり、白色度は参考例と同程度の値を示したが、圧縮強度は参考例よりやや低下した。

【0067】

比較例２は、白色ポルトランドセメントの６０質量％を高炉スラグ微粉末に置換した場合、比較例３は、白色ポルトランドセメントの８０質量％を高炉スラグ微粉末に置換した場合の測定結果であり、これらの配合では白色度及び圧縮強度いずれも参考例より大きく低下した。