特開 2025-10118 水硬性化合物

(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】P2025010118

(43)【公開日】2025-01-20

(54)【発明の名称】水硬性化合物

(51)【国際特許分類】

   C04B 28/08 20060101AFI20250109BHJP

   C04B 14/28 20060101ALI20250109BHJP

   C04B 18/08 20060101ALI20250109BHJP

   C04B 18/14 20060101ALI20250109BHJP

【ＦＩ】

C04B28/08

C04B14/28

C04B18/08 Z

C04B18/14 Z

【審査請求】未請求

【請求項の数】19

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2024108532

(22)【出願日】2024-07-05

(31)【優先権主張番号】P 2023111377

(32)【優先日】2023-07-06

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(71)【出願人】

【識別番号】000174943

【氏名又は名称】三井住友建設株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100123788

【弁理士】

【氏名又は名称】宮崎 昭夫

(74)【代理人】

【識別番号】100127454

【弁理士】

【氏名又は名称】緒方 雅昭

(72)【発明者】

【氏名】佐々木 亘

(72)【発明者】

【氏名】松田 拓

(72)【発明者】

【氏名】小宮 克仁

(72)【発明者】

【氏名】坂本 遼

【テーマコード（参考）】

4G112

【Ｆターム（参考）】

4G112PA27

4G112PA28

4G112PA29

4G112PC14

(57)【要約】

【課題】セメントを用いず凍結融解抵抗性の改善された水硬性化合物を提供する。
【解決手段】水硬性化合物粉は体と水とを含み、粉体はセメント以外の粉体からなり、比表面積５０００ｃｍ²／ｇ以上の高炉スラグ微粉末を、前記粉体中の容積比で３０％以上含む。また、他の水硬性化合物は粉体と水とを含み、粉体はセメント以外の粉体からなる。粉体は、比表面積３５００ｃｍ²／ｇ以上の高炉スラグ微粉末を粉体中の容積比で８０％以上含む。粉体に対する水の容積比は０．４３以下である。
【選択図】なし

【特許請求の範囲】

【請求項1】

粉体と水とを含み、
前記粉体はセメント以外の粉体からなり、比表面積５０００ｃｍ²／ｇ以上の高炉スラグ微粉末を前記粉体中の容積比で３０％以上含む、水硬性化合物。

【請求項2】

前記粉体は、前記比表面積５０００ｃｍ²／ｇ以上の高炉スラグ微粉末を、前記粉体中の容積比で８０％以上含む、請求項１に記載の水硬性化合物。

【請求項3】

前記粉体は、前記比表面積５０００ｃｍ²／ｇ以上の高炉スラグ微粉末と、シリカフュームと、膨張材のみからなる、請求項２に記載の水硬性化合物。

【請求項4】

前記粉体は、前記比表面積５０００ｃｍ²／ｇ以上の高炉スラグ微粉末と、比表面積３５００ｃｍ²／ｇ以上５０００ｃｍ²／ｇ未満の高炉スラグ微粉末を、前記粉体中の容積比で合計８０％以上含む、請求項１に記載の水硬性化合物。

【請求項5】

前記粉体は、前記比表面積５０００ｃｍ²／ｇ以上の高炉スラグ微粉末と、前記比表面積３５００ｃｍ²／ｇ以上５０００ｃｍ²／ｇ未満の高炉スラグ微粉末と、シリカフュームと、膨張材のみからなる、請求項４に記載の水硬性化合物。

【請求項6】

前記粉体は、前記比表面積５０００ｃｍ²／ｇ以上の高炉スラグ微粉末とフライアッシュを、前記粉体中の容積比で合計８０％以上含む、請求項１に記載の水硬性化合物。

【請求項7】

前記粉体は、前記比表面積５０００ｃｍ²／ｇ以上の高炉スラグ微粉末と、フライアッシュと、シリカフュームと、膨張材のみからなる、請求項６に記載の水硬性化合物。

【請求項8】

前記粉体は、前記比表面積５０００ｃｍ²／ｇ以上の高炉スラグ微粉末と石灰石微粉末を、前記粉体中の容積比で合計８０％以上含む、請求項１に記載の水硬性化合物。

【請求項9】

前記粉体は、前記比表面積５０００ｃｍ²／ｇ以上の高炉スラグ微粉末と、石灰石微粉末と、シリカフュームと、膨張材のみからなる、請求項８に記載の水硬性化合物。

【請求項10】

前記粉体に対する水の容積比が０．３７以上０．５０以下である、請求項１に記載の水硬性化合物。

【請求項11】

粉体と水とを含み、
前記粉体はセメント以外の粉体からなり、比表面積３５００ｃｍ²／ｇ以上の高炉スラグ微粉末を前記粉体中の容積比で８０％以上含み、前記粉体に対する前記水の容積比が０．４３以下である水硬性化合物。

【請求項12】

前記粉体は、前記比表面積３５００ｃｍ²／ｇ以上５０００ｃｍ²／ｇ未満の高炉スラグ微粉末と、シリカフュームと、膨張材のみからなる、請求項１１に記載の水硬性化合物。

【請求項13】

前記粉体はアルカリ刺激剤を含む、請求項１、２、４、６、８、１０、１１のいずれか1項に記載の水硬性化合物。

【請求項14】

前記アルカリ刺激剤は膨張材であり、前記粉体は前記膨張材を前記粉体中の容積比で２～３％含む、請求項１３に記載の水硬性化合物。

【請求項15】

前記粉体はシリカ質微粉末を含む、請求項１、２、４、６、８、１０、１１のいずれか1項に記載の水硬性化合物。

【請求項16】

前記シリカ質微粉末はシリカフュームであり、前記粉体は前記シリカフュームを前記粉体中の容積比で１４～１６％含む、請求項１５に記載の水硬性化合物。

【請求項17】

ＡＥ剤を含まない、請求項１から１２のいずれか1項に記載の水硬性化合物。

【請求項18】

空気量が３．５％以下である、請求項１から１２のいずれか１項に記載の水硬性化合物。

【請求項19】

材齢２８日、２０℃封緘での圧縮強度が９８Ｎ／ｍｍ²以上である、請求項１から１２のいずれか１項に記載の水硬性化合物。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明はセメントを含まない水硬性化合物に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、二酸化炭素の排出量を低減する目的でセメントを含まない水硬性化合物が検討されている。非特許文献１～３には、高炉スラグを含みセメントを含まないコンクリート組成物が記載されている。

【先行技術文献】

【非特許文献】

【0003】

【非特許文献1】「混和材を大量に使用したコンクリート構造物の設計・施工指針（案）」、土木学会

【非特許文献2】堀口賢一、松元淳一、河村圭亮、坂本淳、「低炭素型コンクリートを使用したコンクリート二次製品の開発」、２０１６年、コンクリート工学年次論文集、Vol.38、No.1

【非特許文献3】畑実、佐藤誠、宮澤伸吾、「セメントを使わない硬化体の各種プレキャストコンクリート製品への適用に関する研究」、２０２３年、土木学会論文集、Vol.79、No.1

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

非特許文献１～３には、セメントを用いない水硬性化合物は凍結融解抵抗性が劣る傾向にあることが記載されている。本発明は、セメントを用いず凍結融解抵抗性の改善された水硬性化合物を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本発明の一態様によれば、水硬性化合物は粉体と水とを含み、粉体はセメント以外の粉体からなる。粉体は、比表面積５０００ｃｍ²／ｇ以上の高炉スラグ微粉末を粉体中の容積比で３０％以上含む。

【0006】

本発明の他の態様によれば、水硬性化合物は粉体と水とを含み、粉体はセメント以外の粉体からなる。粉体は、比表面積３５００ｃｍ²／ｇ以上の高炉スラグ微粉末を粉体中の容積比で８０％以上含む。粉体に対する水の容積比は０．４３以下である。

【発明の効果】

【0007】

本発明によれば、セメントを用いず凍結融解抵抗性の改善された水硬性化合物を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】実施例と比較例の相対動弾性係数を示すグラフ及び表である。

【図2】実施例と比較例の質量減少率を示すグラフ及び表である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、実施例と比較例に基づいて本発明を説明する。各実施例と比較例は、粉体と水と細骨材と粗骨材とを含む水硬性化合物（コンクリート）である。粉体はセメント以外の粉体からなり、従って、各実施例と比較例はセメントを含まない水硬性化合物である。表１は各実施例と比較例で用いた材料の仕様及び物性を示す。表２は各実施例と比較例の水硬性組成物の組成を示す。表中、Ｗ／Ｐは粉体に対する水の質量比及び容積比を、ｓ／ｍｏｒはモルタル細骨材容積比（モルタル容積に対する細骨材容積の比）、ｓ／ａは細骨材比（全骨材容積に対する細骨材容積の比）を示す。表３は各実施例と比較例における粉体の各成分の質量比を、表４は各実施例と比較例における粉体の各成分の容積比を示す。粉体に対する水の容積比（Ｗ／Ｐ）は誤差を考慮すれば、０．３７以上０．５０以下の範囲にある。なお、本明細書において粉体の「容積」は絶対容積（粉体粒子中の空隙は含み、粉体粒子間の空隙は含まない容積）を意味する。実施例１－１～１－４をまとめて実施例１、実施例２－１～２－４をまとめて実施例２、実施例３－１～３－３をまとめて実施例３、実施例４－１～４－２をまとめて実施例４という場合がある。

【0010】

【表1】

【0011】

【表2】

【0012】

【表3】

【0013】

【表4】

【0014】

各実施例と比較例はいずれも、粉体としてＪＩＳ Ａ６２０６：２０１３「コンクリート用高炉スラグ微粉末」に規定される高炉スラグ微粉末６０００（ＢＦ６）と高炉スラグ微粉末４０００（ＢＦ４）の少なくともいずれかを含んでいる。高炉スラグ微粉末６０００の比表面積は５０００ｃｍ²／ｇ以上７０００ｃｍ²／ｇ未満、高炉スラグ微粉末４０００の比表面積は３５００ｃｍ²／ｇ以上５０００ｃｍ²／ｇ未満である。

【0015】

表２～４に示すように、実施例１は、高炉スラグ微粉末として高炉スラグ微粉末６０００のみを含んでいる。高炉スラグ微粉末６０００の粉体中の質量比及び容積比は８０％以上である。実施例２は高炉スラグ微粉末として、高炉スラグ微粉末６０００と高炉スラグ微粉末４０００を含んでいる。高炉スラグ微粉末６０００と高炉スラグ微粉末４０００を合わせたものの粉体中の質量比及び容積比は８０％以上である。実施例３―１と３－２は高炉スラグ微粉末として高炉スラグ微粉末４０００のみを含み、さらに粉体としてフライアッシュを含んでいる。高炉スラグ微粉末４０００とフライアッシュを合わせたものの粉体中の質量比及び容積比は８０％以上である。実施例３―３は高炉スラグ微粉末として高炉スラグ微粉末４０００のみを含み、さらに粉体として石灰石微粉末を含んでいる。高炉スラグ微粉末４０００と石灰石微粉末を合わせたものの粉体中の容積比は８０％以上である。実施例４と比較例は、高炉スラグ微粉末として高炉スラグ微粉末４０００のみを含んでいる。高炉スラグ微粉末４０００の粉体中の質量比及び容積比は８０％以上である。

【0016】

粉体はアルカリ刺激材を含む。アルカリ刺激材は高炉スラグ微粉末の表面のｐＨを上昇させ、セメントの水和反応に類似した水和反応を生じさせる。アルカリ刺激材としてはｐＨを上昇させる性質を有していれば特に限定されないが、各実施例と比較例では膨張材を使用した。粉体は膨張材を、粉体中の容積比で２～３％含むことが好ましい。

【0017】

粉体はシリカ質微粉末を含む。シリカ質微粉末は二酸化ケイ素（ＳｉＯ₂）からなり、または二酸化ケイ素を主成分として含む微粉末である。ケイ酸物質はアルカリ環境下で水和反応に類似したポゾラン反応を生じる。従って、シリカ質微粉末は硬化促進材としての機能を有している。各実施例と比較例ではシリカ質微粉末としてシリカフュームを使用した。シリカフュームは水硬性化合物の流動性を高める効果も有する。粉体はシリカフュームを、粉体中の容積比で合計１４～１６％含むことが好ましい。

【0018】

各実施例と比較例はＡＥ剤を含んでいない。ＡＥ剤は微細な独立空気泡を連行する一種の界面活性剤である。

【0019】

実施例１の粉体は、比表面積５０００ｃｍ²／ｇ以上の高炉スラグ微粉末と、シリカフュームと、膨張材のみからなる。実施例２の粉体は、比表面積５０００ｃｍ²／ｇ以上の高炉スラグ微粉末と、比表面積３５００ｃｍ²／ｇ以上５０００ｃｍ²／ｇ未満の高炉スラグ微粉末と、シリカフュームと、膨張材のみからなる。実施例３の粉体は、比表面積５０００ｃｍ²／ｇ以上の高炉スラグ微粉末と、フライアッシュ（実施例３－１、３－２）または石灰石微粉末（実施例３－３）と、シリカフュームと、膨張材のみからなる。実施例４の粉体は、比表面積３５００ｃｍ²／ｇ以上５０００ｃｍ²／ｇ未満の高炉スラグ微粉末と、シリカフュームと、膨張材のみからなる。

【0020】

図１（ａ）は、実施例と比較例についての相対動弾性係数のグラフを、図１（ｂ）はその数値を示している。図２（ａ）は、実施例と比較例についての質量減少率のグラフを、図２（ｂ）はその数値を示している。相対動弾性係数と質量減少率は、ＪＩＳ Ａ１１４８：２０１０「コンクリートの凍結融解試験方法」に規定される水中凍結融解試験方法（Ａ法）に基づいて求めた。３００サイクル経過時に相対動弾性係数が初期値の６０％以上であれば、凍結融解抵抗性に優れると評価できる。相対動弾性係数は、比較例では１７０サイクル程度で初期値の６０％を下回ったのに対し、各実施例では３００サイクル経過時でも初期値の６０％を上回り、ほとんど実施例では概ね初期値の９０％程度以上にとどまった。これより、各実施例は凍結融解抵抗性に優れていることが分かった。

【0021】

実施例１～３は高炉スラグ微粉末６０００を、粉体中の質量比及び容積比で３０％以上含んでいる。高炉スラグ微粉末６０００を用いることで凍結融解抵抗性が向上するのは、高炉スラグ微粉末６０００の高い粉末度によって水硬性化合物の組織がより緻密化しやすくなったためであると考えられる。その理由として、水和反応が速く進行することが考えられる。また、高い粉末度によって粉体の充填性が向上することも組織の緻密化に寄与している可能性がある。表１には各実施例と比較例の圧縮強度を示すが、各実施例は比較例より圧縮強度が高く、水和反応が速く進行したと考えられる。実施例１～３はいずれも材齢２８日、20℃封緘での圧縮強度が９９Ｎ／ｍｍ²以上であった。

【0022】

高炉スラグ微粉末として高炉スラグ微粉末４０００のみを含む実施例４も優れた凍結融解抵抗性を示した。ただし、実施例４と比較例では粉体の組成は同じであり、粉体に対する水の容積比（Ｗ／Ｐ）のみが異なる。これより、高炉スラグ微粉末として高炉スラグ微粉末４０００のみを含む場合は、Ｗ／Ｐを調整することで凍結融解抵抗性を改善することが可能であり、特にＷ／Ｐを０．４３以下にすることが好ましく、０．４以下にすることがより好ましいことが分かった。また、実施例４の材齢２８日、20℃封緘での圧縮強度は９８Ｎ／ｍｍ²以上であった。

【0023】

前述のように各実施例はＡＥ剤を含んでいない。ＡＥ剤は凍結融解抵抗性の向上に寄与することが知られている。これはＡＥ剤により連行された空気泡が一種のクッションの作用を果たすためと考えられている。しかし、適切な空気量に調整するためにはＡＥ剤の配合について細かな調整が必要である。各実施例はこのようなＡＥ剤を必要とせず配合が容易である。

【0024】

次に、非特許文献１～３に記載されたデータについて検討した。表５は使用した材料の仕様及び物性を示す。表６はコンクリートの配合と凍結融解抵抗性を示す。凍結融解抵抗性は、サイクルの増加に伴い相対動弾性係数が急激に低下しているものを「ＮＧ」で表示し、サイクルが増加しても相対動弾性係数がほとんど変化していないものを「ＯＫ」で表示した。

【0025】

【表5】

【0026】

【表6】

【0027】

表５、６に示す全ての比較例は高炉スラグ微粉末を含んでいるが、すべて比表面積が５０００ｃｍ²／ｇ未満のＢＦ４であった。このため、ほとんどの比較例では凍結融解抵抗性がＮＧとなった。比較例１－１は凍結融解抵抗性がＯＫであるが、空気量が６％と非常に多い。一方、比較例１－３は凍結融解抵抗性がＮＧであるが、比較例１－１とは用いたＡＥ剤が異なっており、空気量の差異は小さい。このことは、この種のコンクリートにおいて凍結融解抵抗性を確保するためには、単にＡＥ剤によって連行される空気量を確保するだけでなく、用いるＡＥ剤も適切に選定する必要があることを意味する。これに対し、各実施例はＡＥ剤による微細な空気泡の連行を行っていない。空気量の実測値は１．４～３．４％の範囲であり、誤差を考慮しても概ね３．５％以下となった。また、実施例２－１と２－２の比較より、空気量の変動による相対動弾性係数への大きな影響も認められなかった（図１参照）。

【0028】

比較例３－２は凍結融解抵抗性がＯＫであるが、ＡＥ剤の添加量が非常に多い。非特許文献１にはＡＥ剤の選定が不適切であると凍結溶解抵抗性が劣る場合のあることが報告されており、ＡＥ剤の選定には注意を要する。比較例３－３は凍結融解抵抗性がＯＫであるが、パラフィン系エマルジョンという特殊な材料を使用している。実施例ではＡＥ剤を用いておらず、また、パラフィン系エマルジョンのような特殊な材料も使用していない。このように、各実施例は先行技術と比べても、比較的単純な組成で凍結融解抵抗性の向上が可能であることが理解できる。

【0029】

以上実施例と比較例を用いて本発明を説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されない。各実施例では高炉スラグ微粉末６０００を用いたが、ＪＩＳ Ａ６２０６：２０１３「コンクリート用高炉スラグ微粉末」に規定される高炉スラグ微粉末８０００（比表面積７０００ｃｍ²／ｇ以上１００００ｃｍ²／ｇ未満）を用いてもよい。また、各実施例は粗骨材を含むが、粗骨材を含まないモルタルも本発明の範囲に含まれる。

【図1】

【図2】