特許 7081939 コンクリート

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-05-30

(45)【発行日】2022-06-07

(54)【発明の名称】コンクリート

(51)【国際特許分類】

   C04B 28/08 20060101AFI20220531BHJP

   C04B 22/06 20060101ALI20220531BHJP

   C04B 7/19 20060101ALI20220531BHJP

【ＦＩ】

C04B28/08

C04B22/06 Z

C04B7/19

【請求項の数】 2

(21)【出願番号】P 2018032269

(22)【出願日】2018-02-26

(65)【公開番号】P2019147699

(43)【公開日】2019-09-05

【審査請求日】2020-12-14

(73)【特許権者】

【識別番号】501173461

【氏名又は名称】太平洋マテリアル株式会社

(72)【発明者】

【氏名】金掘 雄伍

(72)【発明者】

【氏名】長塩 靖祐

(72)【発明者】

【氏名】丸田 浩

【審査官】小川 武

(56)【参考文献】

【文献】特開平０５－１６３０５０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１０－２８５２９０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－１２４１１８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭６２－２７５０４９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－０６３４２０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０４－２０９７３９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－０６５６２６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００５－１６２５６５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－１７０４３５（ＪＰ，Ａ）

【文献】辻 幸和ら，［２６］高炉水砕スラグ粉末を用いた膨張コンクリートの膨張特性および圧縮強度，第6回コンクリート工学年次講演会論文集，1984年，Ｐ．１０１－１０４

【文献】郭度連ら，膨張材による超高強度コンクリートの収縮低減，コンクリート工学年次論文集，2008年，Vol.30,No.1，P.471-476

(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】

ポルトランドセメント、高炉スラグ微粉末及び生石灰系膨張材を含む結合材（カルシウムサルホアルミネート系膨張材及びエトリンガイト－石灰複合系膨張材に含まれる石灰部分を含まない）を含有するコンクリート（カルシウムサルホアルミネート系膨張材及びエトリンガイト－石灰複合系膨張材を含まない）であって、前記高炉スラグ微粉末の結合材中の比率が６５～８０質量％であり、かつ前記生石灰系膨張材のブレーン比表面積が５０００ｃｍ^２／ｇ以上であり、さらに前記生石灰系膨張材の配合量が１０～３０ｋｇ／ｍ ^３ であることを特徴とするコンクリート。

【請求項2】

前記高炉スラグ微粉末の結合材中の比率が７０～８０質量％であることを特徴とする請求項１に記載のコンクリート。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は多量の高炉スラグおよび膨張材を含むコンクリートに関する。

【背景技術】

【0002】

近年、環境負荷低減の観点から、製造上炭酸ガスを多量に排出するポルトランドセメントに替わり、フライアッシュや高炉スラグを多量に含む混合セメントの利用が検討されている。高炉セメントは高炉スラグ微粉末を含む混合セメントであるが、これまで一般的に使用されているものは、高炉スラグ微粉末の混合比率が３０を超え６０％以下である高炉セメントＢ種であった。しかしながら、近年、より高炉スラグ微粉末の混合比率が高い高炉セメントＣ種（混合比率が６０を超え７０％以下）の利用が着目されている。しかしながら、高炉スラグを多量に含む高炉セメントＣ種を使用した場合は、圧縮強度が低下するという課題がある。
強度低下の改善を目的として、例えば単位結合材量当たりの単位水量を減らしたコンクリートや、高炉セメントＣ種を用いたコンクリートに単位セメント量の外割で膨張材を添加したコンクリートの検討がなされている（非特許文献１）。しかしながら、いずれの場合もコンクリート１ｍ^３当りの結合材量が多くなり、自己収縮によるひび割れの発生が懸念される。

【先行技術文献】

【非特許文献】

【0003】

【文献】石井泰寛ほか、「高炉セメントＣ種を用いたコンクリートの初期材齢に与える膨張材の影響」、第７１回セメント技術大会講演要旨２０１７、ｐ．１３４－１３５

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

本発明では、環境負荷低減を目的として、高炉スラグ微粉末を多量に用いた場合であっても、強度発現性の良好な、実用に耐えうるコンクリートを提供することを課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本発明者らは、特定の膨張材と組み合わせることによって、高炉スラグ微粉末を多量に用いた場合であっても、強度発現性が良好であり、かつ適正な膨張率を確保できるコンクリートを見出し、発明を完成した。すなわち、本発明は、次の〔１〕～〔３〕を提供するものである。
〔１〕ポルトランドセメント、高炉スラグ微粉末及び生石灰系膨張材を含む結合材を含有するコンクリートであって、前記高炉スラグ微粉末の結合材中の比率が６０～８０質量％であり、かつ前記生石灰系膨張材のブレーン比表面積が４５００ｃｍ^２／ｇ以上であるコンクリート。
〔２〕前記高炉スラグ微粉末の結合材中の比率が７０～８０質量％である〔１〕のコンクリート。
〔３〕前記生石灰系膨張材の配合量が１０～３０ｋｇ／ｍ^３である〔１〕または〔２〕のコンクリート。

【発明の効果】

【0006】

高炉スラグの混合比率が高い高炉セメントを使用した場合でも、強度発現性が良好であり、適正な膨張率が確保されたコンクリートが得られる。これにより、環境負荷低減効果に優れるコンクリートを提供できる。

【発明を実施するための形態】

【0007】

以下に、本発明の実施の形態を説明する。
本発明のコンクリートは、結合材としてポルトランドセメント、高炉スラグ微粉末及び生石灰系膨張材を含み、該結合材中の高炉スラグ微粉末の比率が６０～８０質量％である。さらに前記生石灰系膨張材のブレーン比表面積が４５００ｃｍ^２／ｇ以上である。ここでコンクリートとはモルタルも含むものである。

【0008】

本発明におけるポルトランドセメントは、普通、早強、中庸熱等、各種ポルトランドセメントが挙げられる。汎用性の点で普通ポルトランドセメントが好ましい。

【0009】

本発明における高炉スラグ微粉末は、銑鉄製造過程で生成する高炉水砕スラグを粉砕した微粉末であり、日本工業規格で定めるコンクリート用高炉スラグ微粉末が使用されることが好ましい。

【0010】

なお、本発明におけるポルトランドセメント及び高炉スラグ微粉末として、高炉セメントを使用することもできる。高炉セメントはポルトランドセメントクリンカと高炉スラグを混合粉砕して、あるいはポルトランドセメントと高炉スラグ微粉末を混合して製造される。本発明における高炉セメントとしては、高炉スラグの混合比率が高い高炉セメントＣ種が好ましい。

【0011】

本発明において使用される生石灰系膨張材は、遊離生石灰（ＣａＯ）を主成分とする膨張材であり、水和反応による水酸化カルシウムの結晶生成によってコンクリートに膨張性を発現させる。本発明における生石灰系膨張材はブレーン比表面積が４５００ｃｍ^２／ｇ以上である。ブレーン比表面積が４５００ｃｍ^２／ｇ以上の生石灰系膨張材を用いることによって、高炉スラグの配合比率が高い高炉セメントにおいても、良好な強度発現性と適当な膨張量を発現するコンクリートを得ることができる。さらにブレーン比表面積は５０００ｃｍ^２／ｇ以上が好ましい。また、経済的な製造上の観点からブレーン比表面積が７０００ｃｍ^２／ｇ以下が好ましい。生石灰系膨張材の配合量としては、適正な膨張量（材齢７日における膨張量が１５０～２５０×１０^－６）を得る観点から、コンクリート１ｍ^３あたり１０～３０ｋｇ（１０～３０ｋｇ／ｍ^３）が好ましい。１５～２５ｋｇ／ｍ^３がより好ましい。

【0012】

本発明における結合材としては、上記以外にも必要に応じてフライアッシュ、シリカフューム、石灰石微粉末及びメタカオリン等を配合することができる。本発明における結合材の配合量は、２９０～５３０ｋｇ／ｍ^３が好ましく、２９０～４６５ｋｇ／ｍ^３がより好ましい。

【0013】

本発明におけるコンクリートに使用される骨材としては、通常のコンクリートの製造に使用される細骨材及び粗骨材を何れも使用することができる。そのような細骨材及び粗骨材として、例えば川砂、海砂、山砂、砕砂、人工細骨材、スラグ細骨材、再生細骨材、珪砂、川砂利、陸砂利、砕石、人工粗骨材、スラグ粗骨材、再生粗骨材等が挙げられる。骨材の配合量は、１３００～２２００ｋｇ／ｍ^３が好ましく、さらに１４００～２０００ｋｇ／ｍ^３が好ましい。

【0014】

本発明において使用される水は、特に限定されるものではなく、水道水などを使用することができる。水の配合量（単位水量）は、１５０～１８５ｋｇ／ｍ^３とすることが、材料分離抵抗性を高めることから好ましい。また、水の配合量は、結合材１００質量部に対し、３５～６５質量部とすることが好ましい。

【0015】

本発明におけるコンクリートには、前記成分の他にも、必要に応じて、本発明の特長が損なわない程度において、さらに各種混和剤（材）を添加することを妨げない。例えば、減水剤、高性能減水剤、ＡＥ剤、ＡＥ減水剤、高性能ＡＥ減水剤、凝結調整剤、急硬材、増粘剤、収縮低減剤、セメント用ポリマー、防水材、防錆剤、凍結防止剤、保水剤、顔料、白華防止剤、発泡剤、消泡剤、撥水剤、繊維等が挙げられる。

【0016】

本発明のコンクリートの製造方法は特に限定されるものではなく、通常のコンクリートを製造する方法によって製造される。一般に、膨張材はセメント、骨材等と先に混合された後に、水、減水剤等を添加して混練することによって製造される。本発明においても、高炉セメント、あるいは高炉スラグ微粉末及びポルトランドセメントと、膨張材と、骨材とを先に混合した後で、水、減水剤等を添加して混練することによって製造される。これらの混合、混練には、通常コンクリートの混練に使用されている連続式ミキサやバッチ式ミキサが用いられる。

【0017】

本発明によるコンクリートは、高炉スラグ微粉末を多量に含むにもかかわらず、強度発現性が良好である。強度発現性については、以下の試験方法により評価した。
生石灰系膨脹材の配合量２０ｋｇ／ｍ^３を標準配合とし、この標準配合のコンクリートの圧縮強度（Ｓ_Ｅ）と、生石灰系膨張材の添加に替えて高炉スラグ微粉末の配合量はそのままでポルトランドセメントの配合量を２０ｋｇ／ｍ^３増加した場合のコンクリートの圧縮強度（Ｓ_０）と比較した。これにより結合材中の高炉スラグ微粉末の比率の増減によることなく、所定の生石灰系膨張材と組み合わせた場合の強度発現性を評価できる。本発明における材齢２８日における圧縮強度比（Ｓ_Ｅ／Ｓ_０）は、いずれも１．２０以上であり、強度発現性が良好であることが分かった。圧縮強度比は好ましくは１．２２以上であり、より好ましくは１．２５以上である。

【0018】

本発明によれば、高炉スラグを多量に含むコンクリートであっても、強度発現性が良好であり、適切な膨張量を確保できるコンクリートが得られる。また、セメント配合量が少なく、高炉スラグを多量に含むことから、環境負荷低減の小さいコンクリートとして各種コンクリート用途に使用することができる。

【実施例】

【0019】

以下、実施例を挙げて本発明を詳細に説明するが、本発明は何らこれらに限定されるものではない。

【0020】

＜使用材料とコンクリート配合＞
実施例で使用する材料を表１に示す。また、コンクリート配合を表２に示す。

【0021】

【表1】

【0022】

【表2】

【0023】

（コンクリートの製造）
まず、上記の材料を用い、表２に示す配合のうち、普通ポルトランドセメント（ＯＰＣ）、高炉スラグ微粉末（ＢＦＳ）、生石灰系膨張材（ＥＸ１～４）、および骨材（Ｓ、Ｇ）、をコンクリートミキサへ投入し、３０秒間混合した。次に、水（Ｗ）、２種類の混和剤（ＡＤ１、ＡＤ２）を添加し、これらを２分間混練した。

【0024】

（コンクリートの評価試験）
ＪＩＳ Ａ １１０８「コンクリートの圧縮強度試験方法」に準拠して、材齢２８日の圧縮強度を測定した。強度発現性については、上記のとおり、圧縮強度比（Ｓ_Ｅ／Ｓ_０）を用いて評価した。
また、ＪＩＳ Ａ ６２０２「コンクリート用膨張材」の試験法に準拠して、材齢７日における膨張率を測定した。

【0025】

（試験結果）
試験結果を表３に示す。
結合材中の高炉スラグ微粉末の比率が高い場合であっても、ブレーン比表面積が高い生石灰系膨張材を使用した場合は、材齢２８日で良好な圧縮強度が得られることが分かる。また、膨張性能についても適正な膨張率が確保されている。また、高炉スラグ微粉末の比率が５５％及び８５％の場合には、ブレーン比表面積が高い生石灰系膨張材を使用すると材齢２８日における圧縮強度は幾分か改善されるが、膨張材を使用していないものとの差は僅かであることが分かる。また、膨張性能については高炉スラグ微粉末の比率５５％の場合には適正な膨張率を確保できているが、高炉スラグ微粉末の比率８５％の場合には適正な膨張率を確保できていない。

【0026】

【表3】