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(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】P2024065153
(43)【公開日】2024-05-15
(54)【発明の名称】セメント組成物
(51)【国際特許分類】
C04B 28/02 20060101AFI20240508BHJP
C04B 18/16 20230101ALI20240508BHJP
【ＦＩ】
C04B28/02
C04B18/16
【審査請求】未請求
【請求項の数】8
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022173895
(22)【出願日】2022-10-31
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第２項適用申請有り 第７６回セメント技術大会講演要旨、発行日：２０２２年４月２０日 第７６回セメント技術大会 開催日：２０２２年５月２０日
(71)【出願人】
【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】100162145
【弁理士】
【氏名又は名称】村地 俊弥
(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
(72)【発明者】
【氏名】安田 瑛紀
(72)【発明者】
【氏名】黒野 承太郎
(72)【発明者】
【氏名】河野 克哉
【テーマコード（参考）】
4G112
【Ｆターム（参考）】
4G112PA30
(57)【要約】
【課題】アルカリシリカ反応が抑制されるとともに、強度発現性に優れ、かつ、廃ガラスの有効利用を図ることができるセメント組成物を提供する。
【解決手段】セメントと、以下の（１）～（４）の条件を満たすホウケイ酸ガラス粉末を含むセメント組成物。
（１） 平均粒径が０．１～３０μｍであること
（２） ＳｉＯ２の含有率が４０質量％以上であること
（３） 全アルカリ量が５．０質量％以下であること
（４） Ｂ２Ｏ３の含有率が１５．０質量％以上であること
上記ホウケイ酸ガラス粉末は、好ましくは以下の（５）の条件を満たす。
（５） Ｂ２Ｏ３の含有率とＳｉＯ２の含有率の質量比（Ｂ２Ｏ３の含有率／ＳｉＯ２の含有率）が、０．２３～０．６０であること
【選択図】なし
【解決手段】セメントと、以下の（１）～（４）の条件を満たすホウケイ酸ガラス粉末を含むセメント組成物。
（１） 平均粒径が０．１～３０μｍであること
（２） ＳｉＯ２の含有率が４０質量％以上であること
（３） 全アルカリ量が５．０質量％以下であること
（４） Ｂ２Ｏ３の含有率が１５．０質量％以上であること
上記ホウケイ酸ガラス粉末は、好ましくは以下の（５）の条件を満たす。
（５） Ｂ２Ｏ３の含有率とＳｉＯ２の含有率の質量比（Ｂ２Ｏ３の含有率／ＳｉＯ２の含有率）が、０．２３～０．６０であること
【選択図】なし
【特許請求の範囲】
【請求項1】
セメントと、以下の（１）～（４）の条件を満たすホウケイ酸ガラス粉末を含むことを特徴とするセメント組成物。
（１） 平均粒径が０．１～３０μｍであること
（２） ＳｉＯ２の含有率が４０質量％以上であること
（３） 全アルカリ量が５．０質量％以下であること
（４） Ｂ２Ｏ３の含有率が１５．０質量％以上であること
（１） 平均粒径が０．１～３０μｍであること
（２） ＳｉＯ２の含有率が４０質量％以上であること
（３） 全アルカリ量が５．０質量％以下であること
（４） Ｂ２Ｏ３の含有率が１５．０質量％以上であること
【請求項2】
上記ホウケイ酸ガラス粉末が、以下の（５）の条件を満たす請求項１に記載のセメント組成物。
（５） Ｂ２Ｏ３の含有率とＳｉＯ２の含有率の質量比（Ｂ２Ｏ３の含有率／ＳｉＯ２の含有率）が、０．２３～０．６０であること
（５） Ｂ２Ｏ３の含有率とＳｉＯ２の含有率の質量比（Ｂ２Ｏ３の含有率／ＳｉＯ２の含有率）が、０．２３～０．６０であること
【請求項3】
上記ホウケイ酸ガラス粉末が、以下の（６）の条件を満たす請求項１又は２に記載のセメント組成物。
（６） 最大内接円中心法（ＭＩＣ）を用いて算出した円の中心に対する、最大外接円の半径（Ｄｉ）と最大内接円の半径（Ｄｃ）の比の平方根（√（Ｄｉ）／（Ｄｃ））」の平均値が０．８０以下であること
（６） 最大内接円中心法（ＭＩＣ）を用いて算出した円の中心に対する、最大外接円の半径（Ｄｉ）と最大内接円の半径（Ｄｃ）の比の平方根（√（Ｄｉ）／（Ｄｃ））」の平均値が０．８０以下であること
【請求項4】
上記セメントと上記ホウケイ酸ガラス粉末の合計１００質量％中の上記ホウケイ酸ガラス粉末の割合が１～４０質量％である請求項１又は２に記載のセメント組成物。
【請求項5】
上記セメントの全アルカリ量が０．３～１．０質量％である請求項１又は２に記載のセメント組成物。
【請求項6】
さらに、水を含む請求項１又は２に記載のセメント組成物。
【請求項7】
さらに、セメント混和剤を含む請求項１又は２に記載のセメント組成物。
【請求項8】
「ＪＩＳ Ａ １１４６：２０１７ 骨材のアルカリシリカ反応性試験方法（モルタルバー法）」に準拠して測定した材齢２６週における膨張量が、－５００×１０－６～５００×１０－６である請求項１又は２に記載のセメント組成物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、セメント組成物に関する。
【背景技術】
【0002】
モルタル、コンクリート等のセメント組成物は、硬化後に、セメント組成物に含まれる骨材中のシリカ（ＳｉＯ２）とアルカリの反応（いわゆるアルカリシリカ反応）によって生じた生成物が吸水して異常に膨張することで、セメント組成物の硬化体にひび割れが生じるという問題がある。
アルカリシリカ反応によるセメント質硬化体の膨張を抑制することができるセメント組成物として、特許文献１には、ＪＩＳ－Ａ１１４５に規定する骨材のアルカリシリカ反応性試験方法により無害でないと判定される骨材の粉砕物を含むセメント添加材を含有するセメント組成物であって、前記粉砕物のブレーン比表面積が、６０００～１００００ｃｍ２／ｇであり、前記粉砕物が結晶質の粉体であり、前記セメント組成物中の前記セメント添加材の配合量（セメント内割）が３～２０質量％であることを特徴とするセメント組成物が記載されている。
一方、廃ガラスの有効利用を図ることができる技術として、アルカリ含有ガラス粉末からアルカリ成分の一部またはすべてを除去したものであって、アルカリ含有量が３重量％以下であり、かつ平均粒子径が１～２０μｍであることを特徴とするセメント用混和材が記載されている。
アルカリシリカ反応によるセメント質硬化体の膨張を抑制することができるセメント組成物として、特許文献１には、ＪＩＳ－Ａ１１４５に規定する骨材のアルカリシリカ反応性試験方法により無害でないと判定される骨材の粉砕物を含むセメント添加材を含有するセメント組成物であって、前記粉砕物のブレーン比表面積が、６０００～１００００ｃｍ２／ｇであり、前記粉砕物が結晶質の粉体であり、前記セメント組成物中の前記セメント添加材の配合量（セメント内割）が３～２０質量％であることを特徴とするセメント組成物が記載されている。
一方、廃ガラスの有効利用を図ることができる技術として、アルカリ含有ガラス粉末からアルカリ成分の一部またはすべてを除去したものであって、アルカリ含有量が３重量％以下であり、かつ平均粒子径が１～２０μｍであることを特徴とするセメント用混和材が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特許第４５６７４７３号公報
【特許文献2】特開２００４－３５２１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
セメント組成物のアルカリシリカ反応を抑制する方法として、フライアッシュ又は高炉スラグ微粉末を混和材として用いる方法が知られている。
しかし、混和材としてフライアッシュ又は高炉スラグ微粉末を用いた場合、セメント組成物の硬化体の初期強度が低下したり、セメント組成物中のフライアッシュ等の混和材の配合割合が大きくなると、硬化体の収縮量が大きくなる等の問題がある。また、フライアッシュ及び高炉スラグ微粉末は、今後、供給量や品質が不安定になる可能性が考えられる。
本発明の目的は、アルカリシリカ反応が抑制されるとともに、強度発現性に優れ、かつ、廃ガラスの有効利用を図ることができるセメント組成物を提供することである。
しかし、混和材としてフライアッシュ又は高炉スラグ微粉末を用いた場合、セメント組成物の硬化体の初期強度が低下したり、セメント組成物中のフライアッシュ等の混和材の配合割合が大きくなると、硬化体の収縮量が大きくなる等の問題がある。また、フライアッシュ及び高炉スラグ微粉末は、今後、供給量や品質が不安定になる可能性が考えられる。
本発明の目的は、アルカリシリカ反応が抑制されるとともに、強度発現性に優れ、かつ、廃ガラスの有効利用を図ることができるセメント組成物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、セメントと、平均粒径が０．１～３０μｍ、ＳｉＯ２の含有率が４０質量％以上、全アルカリ量が５．０質量％以下、かつ、Ｂ２Ｏ３の含有率が１５．０質量％以上であるホウケイ酸ガラス粉末を含むセメント組成物によれば、上記目的を達成できることを見出し、本発明を完成した。
すなわち、本発明は、以下の［１］～［８］を提供するものである。
［１］ セメントと、以下の（１）～（４）の条件を満たすホウケイ酸ガラス粉末を含むことを特徴とするセメント組成物。
（１） 平均粒径が０．１～３０μｍであること
（２） ＳｉＯ２の含有率が４０質量％以上であること
（３） 全アルカリ量が５．０質量％以下であること
（４） Ｂ２Ｏ３の含有率が１５．０質量％以上であること
［２］ 上記ホウケイ酸ガラス粉末が、以下の（５）の条件を満たす前記［１］に記載のセメント組成物。
（５） Ｂ２Ｏ３の含有率とＳｉＯ２の含有率の質量比（Ｂ２Ｏ３の含有率／ＳｉＯ２の含有率）が、０．２３～０．６０であること
［３］ 上記ホウケイ酸ガラス粉末が、以下の（６）の条件を満たす前記［１］又は［２］に記載のセメント組成物。
（６） 最大内接円中心法（ＭＩＣ）を用いて算出した円の中心に対する、最大外接円の半径（Ｄｉ）と最大内接円の半径（Ｄｃ）の比の平方根（√（Ｄｉ）／（Ｄｃ））」の平均値が０．８０以下であること
［４］ 上記セメントと上記ホウケイ酸ガラス粉末の合計１００質量％中の上記ホウケイ酸ガラス粉末の割合が１～４０質量％である前記［１］～［３］のいずれかに記載のセメント組成物。
［５］ 上記セメントの全アルカリ量が０．３～１．０質量％である前記［１］～［４］のいずれかに記載のセメント組成物。
［６］ さらに、水を含む前記［１］～［５］のいずれかに記載のセメント組成物。
［７］ さらに、セメント混和剤を含む前記［１］～［６］のいずれかに記載のセメント組成物。
［８］ 「ＪＩＳ Ａ １１４６：２０１７ 骨材のアルカリシリカ反応性試験方法（モルタルバー法）」に準拠して測定した材齢２６週における膨張量が、－５００×１０－６～５００×１０－６である前記［１］～［７］のいずれかに記載のセメント組成物。
すなわち、本発明は、以下の［１］～［８］を提供するものである。
［１］ セメントと、以下の（１）～（４）の条件を満たすホウケイ酸ガラス粉末を含むことを特徴とするセメント組成物。
（１） 平均粒径が０．１～３０μｍであること
（２） ＳｉＯ２の含有率が４０質量％以上であること
（３） 全アルカリ量が５．０質量％以下であること
（４） Ｂ２Ｏ３の含有率が１５．０質量％以上であること
［２］ 上記ホウケイ酸ガラス粉末が、以下の（５）の条件を満たす前記［１］に記載のセメント組成物。
（５） Ｂ２Ｏ３の含有率とＳｉＯ２の含有率の質量比（Ｂ２Ｏ３の含有率／ＳｉＯ２の含有率）が、０．２３～０．６０であること
［３］ 上記ホウケイ酸ガラス粉末が、以下の（６）の条件を満たす前記［１］又は［２］に記載のセメント組成物。
（６） 最大内接円中心法（ＭＩＣ）を用いて算出した円の中心に対する、最大外接円の半径（Ｄｉ）と最大内接円の半径（Ｄｃ）の比の平方根（√（Ｄｉ）／（Ｄｃ））」の平均値が０．８０以下であること
［４］ 上記セメントと上記ホウケイ酸ガラス粉末の合計１００質量％中の上記ホウケイ酸ガラス粉末の割合が１～４０質量％である前記［１］～［３］のいずれかに記載のセメント組成物。
［５］ 上記セメントの全アルカリ量が０．３～１．０質量％である前記［１］～［４］のいずれかに記載のセメント組成物。
［６］ さらに、水を含む前記［１］～［５］のいずれかに記載のセメント組成物。
［７］ さらに、セメント混和剤を含む前記［１］～［６］のいずれかに記載のセメント組成物。
［８］ 「ＪＩＳ Ａ １１４６：２０１７ 骨材のアルカリシリカ反応性試験方法（モルタルバー法）」に準拠して測定した材齢２６週における膨張量が、－５００×１０－６～５００×１０－６である前記［１］～［７］のいずれかに記載のセメント組成物。
【発明の効果】
【0006】
本発明のセメント組成物は、アルカリシリカ反応が抑制されるとともに、強度発現性に優れたものである。また、本発明のセメント組成物によれば、廃ガラスの有効利用を図ることができる。
【発明を実施するための形態】
【0007】
本発明のセメント組成物は、セメントと、以下の（１）～（４）の条件を満たすホウケイ酸ガラス粉末を含むものである。
（１） 平均粒径が０．１～３０μｍであること
（２） ＳｉＯ２の含有率が４０質量％以上であること
（３） 全アルカリ量が５．０質量％以下であること
（４） Ｂ２Ｏ３の含有率が１５．０質量％以上であること
なお、本明細書中、「セメント組成物」とは、水を含まない粉粒状の組成物（粉状物、粒状物、又は、粉状物と粒状物の混合物）、又は、水を含む組成物（ペースト、モルタル、又はコンクリート）である。また、「セメント組成物」とは、水を含む硬化前の流動性を有する形態および硬化後の形態を包含するものである。
以下、詳しく説明する。
セメント組成物に含まれるセメントの例としては、普通ポルトランドセメント、早強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、耐硫酸塩ポルトランドセメント等の各種ポルトランドセメントや、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や、エコセメントや、白色セメントや、超速硬セメント等が挙げられる。
中でも、入手の容易性や強度発現性等の観点から、各種ポルトランドセメントが好ましく、普通ポルトランドセメントがより好ましい。
（１） 平均粒径が０．１～３０μｍであること
（２） ＳｉＯ２の含有率が４０質量％以上であること
（３） 全アルカリ量が５．０質量％以下であること
（４） Ｂ２Ｏ３の含有率が１５．０質量％以上であること
なお、本明細書中、「セメント組成物」とは、水を含まない粉粒状の組成物（粉状物、粒状物、又は、粉状物と粒状物の混合物）、又は、水を含む組成物（ペースト、モルタル、又はコンクリート）である。また、「セメント組成物」とは、水を含む硬化前の流動性を有する形態および硬化後の形態を包含するものである。
以下、詳しく説明する。
セメント組成物に含まれるセメントの例としては、普通ポルトランドセメント、早強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、耐硫酸塩ポルトランドセメント等の各種ポルトランドセメントや、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や、エコセメントや、白色セメントや、超速硬セメント等が挙げられる。
中でも、入手の容易性や強度発現性等の観点から、各種ポルトランドセメントが好ましく、普通ポルトランドセメントがより好ましい。
【0008】
セメントのブレーン比表面積は、好ましくは２，０００～６，０００ｃｍ２／ｇ、より好ましくは２，５００～５，０００ｃｍ２／ｇ、特に好ましくは３，０００～４，０００ｃｍ２／ｇである。上記ブレーン比表面積が２，０００ｃｍ２／ｇ以上であれば、セメント組成物の強度発現性がより向上する。上記ブレーン比表面積が６，０００ｃｍ２／ｇ以下のセメントは、より容易に入手可能である。
セメントの全アルカリ量（Ｒ２Ｏ）は、好ましくは０．３～１．０質量％、より好ましくは０．４～０．８質量％、特に好ましくは０．５～０．６質量％である。一般的に、セメントの全アルカリ量が大きくなると、該セメントを含むセメント組成物はアルカリシリカ反応の起こりやすいものとなる。本発明のセメント組成物は、上記全アルカリ量が０．３質量％以上であっても、アルカリシリカ反応が起こりにくいものである。また、上記全アルカリ量が１．０質量％以下であれば、セメントを含むセメント組成物のアルカリシリカ反応をより起こりにくくすることができる。
なお、全アルカリ量は、セメントの酸化ナトリウム（Ｎａ２Ｏ）、及び、酸化カリウム（Ｋ２Ｏ）の含有率（単位：質量％）から、以下の式（１）を用いて算出することができる。
全アルカリ量＝Ｎａ２Ｏ＋０．６５８Ｋ２Ｏ ・・・（１）
セメントの全アルカリ量（Ｒ２Ｏ）は、好ましくは０．３～１．０質量％、より好ましくは０．４～０．８質量％、特に好ましくは０．５～０．６質量％である。一般的に、セメントの全アルカリ量が大きくなると、該セメントを含むセメント組成物はアルカリシリカ反応の起こりやすいものとなる。本発明のセメント組成物は、上記全アルカリ量が０．３質量％以上であっても、アルカリシリカ反応が起こりにくいものである。また、上記全アルカリ量が１．０質量％以下であれば、セメントを含むセメント組成物のアルカリシリカ反応をより起こりにくくすることができる。
なお、全アルカリ量は、セメントの酸化ナトリウム（Ｎａ２Ｏ）、及び、酸化カリウム（Ｋ２Ｏ）の含有率（単位：質量％）から、以下の式（１）を用いて算出することができる。
全アルカリ量＝Ｎａ２Ｏ＋０．６５８Ｋ２Ｏ ・・・（１）
【0009】
ホウケイ酸ガラス粉末の平均粒径（平均粒度）は、０．１～３０μｍ、好ましくは０．５～２０μｍ、より好ましくは１．０～１５μｍ、さらに好ましくは２．０～１０μｍ、特に好ましくは３．０～６．０μｍである。上記平均粒径が０．１μｍ未満であるホウケイ酸ガラス粉末の入手や製造は困難である。上記平均粒径が３０μｍを超える場合、セメント組成物のアルカリシリカ反応の抑制効果、及び、強度発現性が低下する。
なお、本明細書において、「平均粒径」とは、５０％体積累積粒径（メディアン径；Ｄ５０ともいう）である。該平均粒径は、レーザー回折散乱粒度分布測定装置を用いて、または「ＪＩＳ Ｚ ８８１５－１９９４（ふるい分け試験方法通則）」に準拠したふるい分け法を用いて、体積累積分布を作成することで得ることができる。なお、ガラス粉末を構成する各々のガラス粒子は、その断面が円形であることを問わないものである。
なお、ホウケイ酸ガラス粉末の粒度分布は、ブロードであってもシャープであってもよい。
なお、本明細書において、「平均粒径」とは、５０％体積累積粒径（メディアン径；Ｄ５０ともいう）である。該平均粒径は、レーザー回折散乱粒度分布測定装置を用いて、または「ＪＩＳ Ｚ ８８１５－１９９４（ふるい分け試験方法通則）」に準拠したふるい分け法を用いて、体積累積分布を作成することで得ることができる。なお、ガラス粉末を構成する各々のガラス粒子は、その断面が円形であることを問わないものである。
なお、ホウケイ酸ガラス粉末の粒度分布は、ブロードであってもシャープであってもよい。
【0010】
ホウケイ酸ガラス粉末中のＳｉＯ２の含有率は、４０質量％以上、好ましくは４２～９０質量％、より好ましくは５０～８５質量％、特に好ましくは６０～８０質量％である。上記含有率が４０質量％未満であると、セメント組成物のアルカリシリカ反応の抑制効果、及び、強度発現性が低下する。
ホウケイ酸ガラス粉末の全アルカリ量は、５．０質量％以下、好ましくは０．３～４．０質量％、より好ましくは０．５～３．０質量％、特に好ましくは１．０～２．０質量％である。上記全アルカリ量が５．０質量％を超えると、アルカリシリカ反応を抑制する効果が低下する。
ホウケイ酸ガラス粉末の全アルカリ量は、５．０質量％以下、好ましくは０．３～４．０質量％、より好ましくは０．５～３．０質量％、特に好ましくは１．０～２．０質量％である。上記全アルカリ量が５．０質量％を超えると、アルカリシリカ反応を抑制する効果が低下する。
【0011】
ホウケイ酸ガラス粉末中のＢ２Ｏ３の含有率は１５．０質量％以上、好ましくは１６．０～３０．０質量％、より好ましくは１８．０～２５．０質量％である。上記含有率が１５．０質量％未満であると、アルカリシリカ反応を抑制する効果が低下する。
また、ホウケイ酸ガラス粉末中のＢ２Ｏ３の含有率と、ホウケイ酸ガラス粉末中のＳｉＯ２の含有率の質量比（Ｂ２Ｏ３の含有率／ＳｉＯ２の含有率）は、好ましくは０．２３～０．６０、より好ましくは０．２４～０．４０、特に好ましくは０．２４～０．３０である。上記質量比が上述した数値範囲内であれば、セメント組成物のアルカリシリカ反応の抑制効果、及び、強度発現性をより向上させることができる。
また、ホウケイ酸ガラス粉末中のＢ２Ｏ３の含有率と、ホウケイ酸ガラス粉末中のＳｉＯ２の含有率の質量比（Ｂ２Ｏ３の含有率／ＳｉＯ２の含有率）は、好ましくは０．２３～０．６０、より好ましくは０．２４～０．４０、特に好ましくは０．２４～０．３０である。上記質量比が上述した数値範囲内であれば、セメント組成物のアルカリシリカ反応の抑制効果、及び、強度発現性をより向上させることができる。
【0012】
ホウケイ酸ガラス粉末の最大内接円中心法（ＭＩＣ）を用いて算出した円の中心に対する、最大外接円の半径（Ｄｉ）と最大内接円の半径（Ｄｃ）の比（Ｄｉ／Ｄｃ）の平方根（√（Ｄｉ）／（Ｄｃ））の平均値（以下、「円形度」ともいう。）は、アルカリシリカ反応の抑制効果をより向上させる観点から、好ましくは０．８０以下、より好ましくは０．４５～０．７５、さらに好ましくは０．５０～０．７０、特に好ましくは０．５５～０．６５である。
ここで、最大外接円の半径（Ｄｉ）とは、ホウケイ酸ガラス粉末を構成するホウケイ酸ガラス粒子の外縁（例えば、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）によって得られた画像に映り込んだホウケイ酸ガラス粒子の外縁）に外接する半径が最大となる円の半径をいう。
また、最大内接円の半径（Ｄｃ）とは、ホウケイ酸ガラス粉末を構成するホウケイ酸ガラス粒子の外縁に内接する半径が最大となる円の半径をいう。
上記円形度は、例えば、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いて得られた画像から、「ＪＩＳ Ｂ ７４５１：１９９７ 真円度測定機」付属書１（規定）の「真円度測定機による真円度の評価方法２．（４）」に準拠して、ホウケイ酸ガラス粉末を構成するホウケイ酸ガラス粒子の各々について、最大内接円中心法（ＭＩＣ）を用いて円の中心を算出し、該中心に対して、測定真円度曲線及び真円度曲線から、最大外接円の半径（Ｄｉ）と最大内接円の半径（Ｄｃ）を得た後、最大外接円の半径（Ｄｉ）と最大内接円の半径（Ｄｃ）の比の平方根（√（Ｄｉ）／（Ｄｃ））を算出し、次いで、全ホウケイ酸ガラス粒子の上記平方根の平均を算出することで得ることができる。
上記円形度は、市販の画像解析ソフト（例えば、ナノシステム社製、商品名「ＮＳ２ＫＰｒｏ」）を用いて得ることができる。
ここで、最大外接円の半径（Ｄｉ）とは、ホウケイ酸ガラス粉末を構成するホウケイ酸ガラス粒子の外縁（例えば、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）によって得られた画像に映り込んだホウケイ酸ガラス粒子の外縁）に外接する半径が最大となる円の半径をいう。
また、最大内接円の半径（Ｄｃ）とは、ホウケイ酸ガラス粉末を構成するホウケイ酸ガラス粒子の外縁に内接する半径が最大となる円の半径をいう。
上記円形度は、例えば、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いて得られた画像から、「ＪＩＳ Ｂ ７４５１：１９９７ 真円度測定機」付属書１（規定）の「真円度測定機による真円度の評価方法２．（４）」に準拠して、ホウケイ酸ガラス粉末を構成するホウケイ酸ガラス粒子の各々について、最大内接円中心法（ＭＩＣ）を用いて円の中心を算出し、該中心に対して、測定真円度曲線及び真円度曲線から、最大外接円の半径（Ｄｉ）と最大内接円の半径（Ｄｃ）を得た後、最大外接円の半径（Ｄｉ）と最大内接円の半径（Ｄｃ）の比の平方根（√（Ｄｉ）／（Ｄｃ））を算出し、次いで、全ホウケイ酸ガラス粒子の上記平方根の平均を算出することで得ることができる。
上記円形度は、市販の画像解析ソフト（例えば、ナノシステム社製、商品名「ＮＳ２ＫＰｒｏ」）を用いて得ることができる。
【0013】
ホウケイ酸ガラス粉末のＢＥＴ比表面積は、好ましくは１．５～３０ｍ２／ｇ、より好ましくは２．０～２０ｍ２／ｇ、さらに好ましくは４．０～１５ｍ２／ｇ、特に好ましくは５，０～１０ｍ２／ｇである。上記ＢＥＴ比表面積が１．５ｍ２／ｇ以上であれば、セメント組成物の強度発現性がより向上する。上記ＢＥＴ比表面積が３０ｍ２／ｇ以下であれば、セメント組成物のアルカリシリカ反応の抑制効果がより向上する。
【0014】
廃ガラスの有効利用を図る観点から、ホウケイ酸ガラス粉末として、ホウケイ酸ガラスからなるガラス瓶等の廃ガラスや、半導体で使用されたホウケイ酸ガラスの廃棄物等を粉砕したものを使用してもよい。
廃ガラスの粉砕方法としては、特に限定されるものではなく、ボールミル等の市販の粉砕手段を用いて、ホウケイ酸ガラス粉末が所望の平均粒径を有するようになるまで粉砕する方法が挙げられる。
廃ガラスの粉砕方法としては、特に限定されるものではなく、ボールミル等の市販の粉砕手段を用いて、ホウケイ酸ガラス粉末が所望の平均粒径を有するようになるまで粉砕する方法が挙げられる。
【0015】
セメントとホウケイ酸ガラス粉末の合計１００質量％中の上記ホウケイ酸ガラス粉末の割合は、セメント組成物のアルカリシリカ反応の抑制効果及び強度発現性向上の観点からは、好ましくは１～４０質量％、より好ましくは２～３０質量％、さらに好ましくは５～２５質量％、さらに好ましくは８～２０質量％、特に好ましくは１２～１８質量％である。また、セメント組成物に含まれるセメントの量を相対的に大きくすることで、セメント組成物の硬化前の流動性等を確保する目的で添加されるセメント混和剤の量をより少なくする等の観点からは、上記割合は、好ましくは１～２０質量％、より好ましくは１～１２質量％、さらに好ましくは１～８質量％、特に好ましくは１～５質量％である。
【0016】
本発明のセメント組成物（セメント、少なくとも上述した（１）～（４）の条件を満たすホウケイ酸ガラスを含むもの）は、必要に応じて他の材料を配合してもよい。必要に応じて配合される他の材料としては、水、セメント混和剤、骨材（細骨材、粗骨材）、及び各種セメント混和材（フライアッシュ、シリカフューム、高炉スラグ微粉末等）等が挙げられる。
水としては、特に限定されるものではなく、水道水、「ＪＩＳ Ａ ５３０８：２０１９（レディーミクストコンクリート）」に規定される回収水等が挙げられる。
水の配合量は特に限定されず、コンクリート等における一般的な配合量であればよい。例えば、水の配合量は、水と、セメント及びホウケイ酸ガラスの合計の質量比（水／（セメント及びホウケイ酸ガラスの合計）の値として、好ましくは０．２～０．６となる量である。
水としては、特に限定されるものではなく、水道水、「ＪＩＳ Ａ ５３０８：２０１９（レディーミクストコンクリート）」に規定される回収水等が挙げられる。
水の配合量は特に限定されず、コンクリート等における一般的な配合量であればよい。例えば、水の配合量は、水と、セメント及びホウケイ酸ガラスの合計の質量比（水／（セメント及びホウケイ酸ガラスの合計）の値として、好ましくは０．２～０．６となる量である。
【0017】
セメント混和剤としては、ＡＥ剤や、減水剤、ＡＥ減水剤、高性能減水剤、高性能ＡＥ減水剤、流動化剤等のセメント分散剤や、硬化促進剤等が挙げられる。これらは１種を単独で用いてもよく、２種以上を組み合わせて用いてもよい。
中でも、セメント組成物の流動性、施工性、及び強度発現性等の観点から、高性能ＡＥ減水剤が好ましい。
セメント混和剤の配合量は、目的とするセメント組成物の流動性や強度発現性によっても異なるが、セメントとホウケイ酸ガラスの合計１００質量部に対して、好ましくは０．０１～５．０質量部、より好ましくは０．１０～２．０質量部、特に好ましくは０．１５～１．０質量部である。
中でも、セメント組成物の流動性、施工性、及び強度発現性等の観点から、高性能ＡＥ減水剤が好ましい。
セメント混和剤の配合量は、目的とするセメント組成物の流動性や強度発現性によっても異なるが、セメントとホウケイ酸ガラスの合計１００質量部に対して、好ましくは０．０１～５．０質量部、より好ましくは０．１０～２．０質量部、特に好ましくは０．１５～１．０質量部である。
【0018】
骨材としては、細骨材のみ、または、細骨材と粗骨材の組み合わせが挙げられる。また、天然骨材、人工骨材、再生骨材のいずれも用いることができる。
細骨材としては、特に限定されず、例えば、川砂、山砂、陸砂、海砂、砕砂、珪砂、スラグ細骨材、及び軽量細骨材等が挙げられる。これらは１種を単独で用いてもよく、２種以上を組み合わせて用いてもよい。
粗骨材としては、特に限定されず、例えば、川砂利、山砂利、陸砂利、海砂利、砕石、スラグ粗骨材、及び軽量粗骨材等が挙げられる。これらは１種を単独で用いてもよく、２種以上を組み合わせて用いてもよい。
細骨材の単位量は、特に限定されるものではなく、モルタルやコンクリート等のセメント組成物における一般的な単位量であればよい。例えば、モルタルの場合、細骨材の単位量は、好ましくは６００～１，２００ｋｇ／ｍ３であり、コンクリートの場合、細骨材の単位量は、好ましくは６００～１１００ｋｇ／ｍ３である。
また、セメント組成物が粗骨材を含む場合、細骨材率は、好ましくは５～６０％、より好ましくは３０～５８％である。細骨材率が前記範囲内であれば、セメント組成物のワーカビリティや成形のし易さが向上する。
細骨材としては、特に限定されず、例えば、川砂、山砂、陸砂、海砂、砕砂、珪砂、スラグ細骨材、及び軽量細骨材等が挙げられる。これらは１種を単独で用いてもよく、２種以上を組み合わせて用いてもよい。
粗骨材としては、特に限定されず、例えば、川砂利、山砂利、陸砂利、海砂利、砕石、スラグ粗骨材、及び軽量粗骨材等が挙げられる。これらは１種を単独で用いてもよく、２種以上を組み合わせて用いてもよい。
細骨材の単位量は、特に限定されるものではなく、モルタルやコンクリート等のセメント組成物における一般的な単位量であればよい。例えば、モルタルの場合、細骨材の単位量は、好ましくは６００～１，２００ｋｇ／ｍ３であり、コンクリートの場合、細骨材の単位量は、好ましくは６００～１１００ｋｇ／ｍ３である。
また、セメント組成物が粗骨材を含む場合、細骨材率は、好ましくは５～６０％、より好ましくは３０～５８％である。細骨材率が前記範囲内であれば、セメント組成物のワーカビリティや成形のし易さが向上する。
【0019】
本発明のセメント組成物は、アルカリシリカ反応が抑制されたものである。該セメント組成物の「ＪＩＳ Ａ １１４６：２０１７ 骨材のアルカリシリカ反応性試験方法（モルタルバー法）」に準拠して測定した材齢１３週における膨張量は、好ましくは－４００×１０－６～４００×１０－６、より好ましくは－３００×１０－６～３００×１０－６、さらに好ましくは－２００×１０－６～２００×１０－６、特に好ましくは－１００×１０－６～１００×１０－６である。
また、該セメント組成物の「ＪＩＳ Ａ １１４６：２０１７ 骨材のアルカリシリカ反応性試験方法（モルタルバー法）」に準拠して測定した材齢２６週における膨張量は、好ましくは－５００×１０－６～５００×１０－６、より好ましくは－３５０×１０－６～３５０×１０－６、さらに好ましくは－２５０×１０－６～２５０×１０－６、特に好ましくは－１５０×１０－６～１５０×１０－６である。
また、該セメント組成物の「ＪＩＳ Ａ １１４６：２０１７ 骨材のアルカリシリカ反応性試験方法（モルタルバー法）」に準拠して測定した材齢２６週における膨張量は、好ましくは－５００×１０－６～５００×１０－６、より好ましくは－３５０×１０－６～３５０×１０－６、さらに好ましくは－２５０×１０－６～２５０×１０－６、特に好ましくは－１５０×１０－６～１５０×１０－６である。
【実施例0020】
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］
（１）セメント；普通ポルトランドセメント、ブレーン比表面積：３，１００ｃｍ２／ｇ、全アルカリ量（Ｒ２Ｏ）：０．５３質量％
（２）細骨材；砕砂、「ＪＩＳ Ａ １１４６：２０１７（骨材のアルカリシリカ反応性試験方法（モルタルバー法））」に規定される粒度に調製したもの
（３）セメント混和剤；ポリカルボン酸系高性能ＡＥ減水剤（ポゾリスソリューションズ社製、商品名：マスターグレニウムＳＰ８ＳＶ）
（４）ホウケイ酸ガラス粉末Ｇ１～Ｇ３、Ｇ４Ｓ、Ｇ４Ｍ、Ｇ４Ｌ、Ｇ４ＬＬ、レーザー回折散乱粒度分布測定装置（マイクロトラック・ベル社製、商品名：ＭＴ３３００ＥＸ ＩＩ）を用いて測定した平均粒径（Ｄ５０）、９０％体積累積粒径（Ｄ９０）と１０％体積累積粒径（Ｄ１０）と５０％体積累積粒径（Ｄ５０）から算出したシャープ指標、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）によって得られた画像データ及び画像解析ソフト（ナノシステム社製 商品名「ＮＳ２Ｋ Ｐｒｏ」）を用いて得られた円形度、化学組成、並びに、ＢＥＴ比表面積（表１中、「比表面積」と示す。）を表１に示す。なお、Ｇ４Ｓ、Ｇ４Ｍ、Ｇ４Ｌ、及びＧ４ＬＬは、同じ種類のホウケイ酸ガラスを、粉砕機を用いて、各々、表１に示す平均粒径を有するように粉砕してなるものである。また、シャープ指標の数値が小さいほど、ホウケイ酸ガラス粉末がシャープな粒度分布を有することを示す。
（５）フライアッシュ；ブレーン比表面積：３，４９０ｃｍ２／ｇ、円形度：０．８８
（６）水；上水道水
［使用材料］
（１）セメント；普通ポルトランドセメント、ブレーン比表面積：３，１００ｃｍ２／ｇ、全アルカリ量（Ｒ２Ｏ）：０．５３質量％
（２）細骨材；砕砂、「ＪＩＳ Ａ １１４６：２０１７（骨材のアルカリシリカ反応性試験方法（モルタルバー法））」に規定される粒度に調製したもの
（３）セメント混和剤；ポリカルボン酸系高性能ＡＥ減水剤（ポゾリスソリューションズ社製、商品名：マスターグレニウムＳＰ８ＳＶ）
（４）ホウケイ酸ガラス粉末Ｇ１～Ｇ３、Ｇ４Ｓ、Ｇ４Ｍ、Ｇ４Ｌ、Ｇ４ＬＬ、レーザー回折散乱粒度分布測定装置（マイクロトラック・ベル社製、商品名：ＭＴ３３００ＥＸ ＩＩ）を用いて測定した平均粒径（Ｄ５０）、９０％体積累積粒径（Ｄ９０）と１０％体積累積粒径（Ｄ１０）と５０％体積累積粒径（Ｄ５０）から算出したシャープ指標、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）によって得られた画像データ及び画像解析ソフト（ナノシステム社製 商品名「ＮＳ２Ｋ Ｐｒｏ」）を用いて得られた円形度、化学組成、並びに、ＢＥＴ比表面積（表１中、「比表面積」と示す。）を表１に示す。なお、Ｇ４Ｓ、Ｇ４Ｍ、Ｇ４Ｌ、及びＧ４ＬＬは、同じ種類のホウケイ酸ガラスを、粉砕機を用いて、各々、表１に示す平均粒径を有するように粉砕してなるものである。また、シャープ指標の数値が小さいほど、ホウケイ酸ガラス粉末がシャープな粒度分布を有することを示す。
（５）フライアッシュ；ブレーン比表面積：３，４９０ｃｍ２／ｇ、円形度：０．８８
（６）水；上水道水
【0021】
【表1】
【0022】
［実施例１～７、比較例３～５］
「ＪＩＳ Ａ １１４６：２０１７（骨材のアルカリシリカ反応性試験方法（モルタルバー法））」に準拠して、セメント組成物（モルタル）の膨張量を測定した。
具体的には、セメントと表２に示す種類のホウケイ酸ガラス粉末を、セメントとホウケイ酸ガラス粉末の合計１００質量％中のホウケイ酸ガラス粉末の割合が表２に示す割合となるようにして、セメントとホウケイ酸ガラス粉末の混合粉体（以下、単に「粉体」という。）を作製した。
次いで、水と粉体と細骨材を、水と粉体と細骨材の質量比（水：粉体：細骨材）が、０．５：１：２．２５となる量で混合して、モルタルを作製した。なお、混合の際に、各セメント組成物のモルタルフロー値を同程度（「ＪＩＳ Ｒ ５２０１：２０１５（セメントの物理試験方法）に準拠して測定されたフロー値として２２０ｍｍ程度）にする目的で、セメントとホウケイ酸ガラス粉末の合計１００質量部に対して、表２に示す量の高性能ＡＥ減水剤（表２中、「セメント混和剤」と示す。）を添加した。また、水酸化ナトリウム水溶液を用いて、上記粉体のアルカリ含有量が１．２質量％となるように調整した。
内寸が４０×４０×１６０ｍｍの型枠内にモルタルを打設し、材齢１日で脱型した後、アルカリシリカ反応を促進する目的で、４０℃、相対湿度９５％以上の環境下で１３週（９１日間）静置した後、得られた供試体の長さを測定することで膨張量を算出した。同様にして２６週（１８２日間）静置した後の膨張量を算出した。なお、膨張量の絶対値が小さいほど、アルカリシリカ反応が抑制されていることを示す。
また、φ５０×１００ｍｍの試験体を用いて、２８日間水中養生を行った上記モルタルの圧縮強度を、「ＪＩＳ Ａ １１０８：２０１８（コンクリートの圧縮強度試験方法）」に準拠して測定した。
「ＪＩＳ Ａ １１４６：２０１７（骨材のアルカリシリカ反応性試験方法（モルタルバー法））」に準拠して、セメント組成物（モルタル）の膨張量を測定した。
具体的には、セメントと表２に示す種類のホウケイ酸ガラス粉末を、セメントとホウケイ酸ガラス粉末の合計１００質量％中のホウケイ酸ガラス粉末の割合が表２に示す割合となるようにして、セメントとホウケイ酸ガラス粉末の混合粉体（以下、単に「粉体」という。）を作製した。
次いで、水と粉体と細骨材を、水と粉体と細骨材の質量比（水：粉体：細骨材）が、０．５：１：２．２５となる量で混合して、モルタルを作製した。なお、混合の際に、各セメント組成物のモルタルフロー値を同程度（「ＪＩＳ Ｒ ５２０１：２０１５（セメントの物理試験方法）に準拠して測定されたフロー値として２２０ｍｍ程度）にする目的で、セメントとホウケイ酸ガラス粉末の合計１００質量部に対して、表２に示す量の高性能ＡＥ減水剤（表２中、「セメント混和剤」と示す。）を添加した。また、水酸化ナトリウム水溶液を用いて、上記粉体のアルカリ含有量が１．２質量％となるように調整した。
内寸が４０×４０×１６０ｍｍの型枠内にモルタルを打設し、材齢１日で脱型した後、アルカリシリカ反応を促進する目的で、４０℃、相対湿度９５％以上の環境下で１３週（９１日間）静置した後、得られた供試体の長さを測定することで膨張量を算出した。同様にして２６週（１８２日間）静置した後の膨張量を算出した。なお、膨張量の絶対値が小さいほど、アルカリシリカ反応が抑制されていることを示す。
また、φ５０×１００ｍｍの試験体を用いて、２８日間水中養生を行った上記モルタルの圧縮強度を、「ＪＩＳ Ａ １１０８：２０１８（コンクリートの圧縮強度試験方法）」に準拠して測定した。
【0023】
［比較例１］
ホウケイ酸ガラス粉末を使用しない以外は実施例１と同様にして、膨張量の算出等を行った。
［比較例２］
ホウケイ酸ガラス粉末の代わりにフライアッシュを用いる以外は実施例１と同様にして、膨張量の算出等を行った。
結果を表２に示す。
ホウケイ酸ガラス粉末を使用しない以外は実施例１と同様にして、膨張量の算出等を行った。
［比較例２］
ホウケイ酸ガラス粉末の代わりにフライアッシュを用いる以外は実施例１と同様にして、膨張量の算出等を行った。
結果を表２に示す。
【0024】
【表2】
【0025】
表２より、平均粒径が０．８～１２．４μｍ、ＳｉＯ２の含有率が４４．０～７７．２質量％、全アルカリ量が０．３２～１．３０質量％、Ｂ２Ｏ３の含有率が１８．７～２３．９質量％であるホウケイ酸ガラス粉末を使用した実施例１～７の膨張量の絶対値（１３週：５０～１５０、２６週：２０～３００）は、比較例１（ホウケイ酸ガラス粉末を使用しないもの）、比較例３（全アルカリ量が６．８９質量％であるホウケイ酸ガラス粉末を使用したもの）、比較例４（ＳｉＯ２の含有率が３０．２質量％であるホウケイ酸ガラス粉末を使用したもの）、及び比較例５（平均粒径が３２．２μｍであるホウケイ酸ガラス粉末を使用したもの）の膨張量の絶対値（１３週：５７０～３，３００、２６週：６４０～３８４０）よりも小さく、アルカリシリカ反応が抑制されていることがわかる。
また、実施例１～６（セメントとホウケイ酸ガラス粉末の合計量１００質量％中のホウケイ酸ガラス粉末の割合が３～１５質量％であるもの）の圧縮強度（材齢７日：３３．２～４９．８Ｎ／ｍｍ２、材齢２８日：４３．５～６４．２Ｎ／ｍｍ２）は、比較例１、３～５の圧縮強度（材齢７日：２３．２～２８．５Ｎ／ｍｍ２、材齢２８日：３１．６～４４．５／ｍｍ２）よりも大きい又は同程度であることがわかる。
また、比較例２（ホウケイ酸ガラス粉末の代わりにフライアッシュを使用したもの）の膨張量の絶対値（１３週：１９０、２６週：２２０）は、実施例１～５と比較して、同程度であるものの、圧縮強度（材齢７日：１７．２Ｎ／ｍｍ２、材齢２８日：３６．３Ｎ／ｍｍ２）は、実施例１～５と比較して、小さいことがわかる。
また、実施例１～６（セメントとホウケイ酸ガラス粉末の合計量１００質量％中のホウケイ酸ガラス粉末の割合が３～１５質量％であるもの）の圧縮強度（材齢７日：３３．２～４９．８Ｎ／ｍｍ２、材齢２８日：４３．５～６４．２Ｎ／ｍｍ２）は、比較例１、３～５の圧縮強度（材齢７日：２３．２～２８．５Ｎ／ｍｍ２、材齢２８日：３１．６～４４．５／ｍｍ２）よりも大きい又は同程度であることがわかる。
また、比較例２（ホウケイ酸ガラス粉末の代わりにフライアッシュを使用したもの）の膨張量の絶対値（１３週：１９０、２６週：２２０）は、実施例１～５と比較して、同程度であるものの、圧縮強度（材齢７日：１７．２Ｎ／ｍｍ２、材齢２８日：３６．３Ｎ／ｍｍ２）は、実施例１～５と比較して、小さいことがわかる。