特表 2022-518306 軽量骨材超高性能コンクリート及びその調製方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2022-03-15

(54)【発明の名称】軽量骨材超高性能コンクリート及びその調製方法

(51)【国際特許分類】

   C04B 28/04 20060101AFI20220308BHJP

   C04B 18/08 20060101ALI20220308BHJP

   C04B 18/14 20060101ALI20220308BHJP

   C04B 14/18 20060101ALI20220308BHJP

   C04B 24/26 20060101ALI20220308BHJP

   C04B 14/48 20060101ALI20220308BHJP

   C04B 40/02 20060101ALI20220308BHJP

【ＦＩ】

C04B28/04

C04B18/08 Z

C04B18/14 Z

C04B14/18

C04B24/26 E

C04B14/48

C04B14/48 D

C04B40/02

【審査請求】有

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2020566998

(86)(22)【出願日】2019-12-30

(85)【翻訳文提出日】2020-11-30

(86)【国際出願番号】 CN2019129993

(87)【国際公開番号】W WO2021134236

(87)【国際公開日】2021-07-08

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】518229179

【氏名又は名称】青▲島▼理工大学

【氏名又は名称原語表記】ＱＩＮＧＤＡＯ ＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ ＯＦ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ

(74)【代理人】

【識別番号】110000383

【氏名又は名称】特許業務法人エビス国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】ホウ ドンシュアイ

(72)【発明者】

【氏名】ワン シンペン

(72)【発明者】

【氏名】リー メンメン

(72)【発明者】

【氏名】ゲン チーフイ

(72)【発明者】

【氏名】ワン パン

(72)【発明者】

【氏名】イン ビン

(72)【発明者】

【氏名】ジャン ユエ

【テーマコード（参考）】

4G112

【Ｆターム（参考）】

4G112PA07

4G112PA19

4G112PA27

4G112PA28

4G112PB31

4G112RA06

4G112RB03

(57)【要約】

【課題】軽量骨材超高性能コンクリートおよびその調製方法を開示する。
【解決手段】本発明は、以下の重量成分から調製される軽量骨材超高性能コンクリートを提供する。セメント２２０～２６０部、シリカヒューム１００～１２０部、膨張真珠粉１２０～１６０部、膨張パーライト２３０～２６０部、ポリカルボン酸高性能減水剤１５～２０部、鋼繊維７６～９３部、水１４０～１６０部。前記膨張真珠粉の最大粒径は０．０７５ｍｍであり、前記膨張パーライトの粒径範囲は０．０７５～０．６ｍｍである。本発明により設計および調製された軽量の超高性能コンクリートは、優れた密度性能を有し、超長大橋、超高層ビルおよび複雑な海洋環境で使用されているコンクリート部材などのセメント系材料への軽量、超高強度、超高耐久性への要件を満たすことができ、高いプロモーション価値を持っている。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

軽量骨材超高性能コンクリートであって、
セメント２２０～４００部、
シリカヒューム１００～１２０部、
膨張真珠粉５～１５０部、
膨張パーライト２３０～２６０部、
水１４０～１６０部、
減水剤１５～２０部、
鋼繊維７６～９３部という重量部数の成分で調製して得られ、
前記膨張真珠粉の粒径は、０．０７５ｍｍより小さく、
前記膨張パーライトの粒径範囲は０．０７５～０．６ｍｍであることを特徴とするコンクリート。

【請求項2】

前記セメントは、ポルトランドセメント、ポゾランセメント、フライアッシュセメント、またはスラグセメントであるって、前記セメントの平均粒径は１０．６μｍであることを特徴とする請求項１に記載の軽量骨材超高性能コンクリート。

【請求項3】

前記減水剤はポリカルボン酸高性能減水剤であって、前記減水剤の減水率が３５％を超えることを特徴とする請求項１に記載の軽量骨材超高性能コンクリート。

【請求項4】

前記鋼繊維はロングストレート鋼繊維であって、前記鋼繊維の直径は０．１～０．３ｍｍ、長さは６～１５ｍｍ、引張強度は１６００ＭＰａ以上であることを特徴とする請求項１に記載の軽量骨材超高性能コンクリート。

【請求項5】

前記軽量骨材の超高性能コンクリート組成を決定する設計方法には、
最密充填理論に基づいて、Ｍｏｄｉｆｉｅｄ Ａｎｄｒｅａｓｅｎ ａｎｄ Ａｎｄｅｒｓｅｎモデルを使用して、密な構造を持つ参照グループの混合比を設計するステップ（１）と、
応答曲面法により、膨張真珠粉と膨張パーライトの置換量と、超高性能の密度と強度との関数関係を確立し、性能要件に従って膨張真珠粉と発泡パーライトの含有量を決定するステップ（２）と、
応答曲面法で設計された配合比をテスト・検証し、前記軽量骨材超高性能コンクリートの配合比を取得するステップ（３）と
を含むことを特徴とする請求項１～４のいずれか一項に記載の軽量骨材超高性能コンクリート。

【請求項6】

膨張真珠粉を使用してセメントの一部を置き換え、膨張パーライトを使用して石英砂の一部またはすべてを置き換えることを特徴とする請求項５に記載の軽量骨材超高性能コンクリート。

【請求項7】

ステップ（３）の前記軽量骨材超高性能コンクリートの組成は、
前記軽量骨材超高性能コンクリートの密度が１７００グレードの場合、セメント２４４部、シリカヒューム１１２部、膨張真珠粉１４７部、膨張パーライト２４４部、水１４６部、減水剤１８部、鋼繊維９３部という重量部数の成分から調製され、
前記軽量骨材超高性能コンクリートの密度が１８００グレードの場合、セメント３８８部、シリカヒューム１０２部、膨張真珠粉４７部、膨張パーライト２２３部、水１３７部、減水剤１６部、鋼繊維８５部という重量部数の成分から調製されることを特徴とする請求項５に記載の軽量骨材超高性能コンクリート。

【請求項8】

請求項１～７のいずれか一項に記載の軽量骨材超高性能コンクリートを調製する方法であって、
セメント、シリカヒューム、膨張真珠粉及び膨張パーライトの第一混合を行い、混合物を得るステップ（１）と、
前記混合物と減水剤および水の第二混合を行い、混合スラリーを得るステップ（２）と、
前記混合スラリーと鋼繊維の第三混合を行った後、素地を得るステップ（３）と、
前記素地を熱硬化し、軽量の超高性能コンクリートを得るステップ（４）と
を含むことを特徴とする調製方法。

【請求項9】

前記熱硬化には、順次行う第１段階の熱水硬化と第２段階の乾式高温硬化が含まれることを特徴とする請求項８に記載の調製方法。

【請求項10】

前記第１段階の熱水硬化には、順次行う予備硬化、加熱段階、恒温段階、および冷却段階が含まれ、
前記第１段階の熱水硬化の予備硬化の温度は２０～４０℃であり、時間は１２～３６ｈであって、
前記第１段階の熱水硬化の加熱段階の加熱速度は０．１～１℃／ｍｉｎであって、
前記第１段階の熱水硬化の恒温段階の温度は９０～１００℃で、時間は６～８ｈであって、
前記第１段階の熱水硬化の冷却段階での冷却速度は０．２３～０．３℃／ｍｉｎであって、
前記第２段階の乾式高温硬化には、順次行う加熱段階、恒温段階、および冷却段階が含まれ、
前記第２段階の乾式高温硬化の加熱段階の加熱速度は５～１０℃／ｍｉｎであって、
前記第２段階の乾式高温硬化の恒温段階の恒温時間は２～３ｈであって、前記第２段階の乾式高温硬化の冷却段階の冷却速度は０．１～０．５℃／ｍｉｎであることを特徴とする請求項９に記載の調製方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、建築材料の技術分野、特に軽量骨材超高性能コンクリートおよびその調製方法に関する。

【背景技術】

【0002】

軽量骨材コンクリートとは、軽量骨材を追加することにより、見掛け密度が１９５０ｋｇ／ｍ^３未満に制御されたコンクリートを指す。軽量骨材コンクリートは比強度が高く、保温性、断熱性などの利点があり、様々な耐力構造物や非耐力構造物に広く使用されている。超長大橋や超高層ビルでは、コンクリートの強度と耐久性に対する要求が高くなっている。従来の砂利骨材に比べて、軽量骨材の機械的特性が低いと、軽量骨材コンクリートには、強度が低く、耐久性が低いという欠点があり、軽量骨材コンクリートの開発と応用が制限される。

【0003】

既存の研究は、軽量骨材の性能向上（機械的特性の向上）に焦点が当てられ、一般的に使用される技術的手段には、次のものが含まれる。（１）低吸水性、高強度、高品質の軽量骨材を選択し、これにより、軽量骨材コンクリートの原材料コストが増加する。（２）セメント系材料を使用して、軽量骨材の表面に密なシェルを事前に作製し、軽量骨材の強度を向上させる。（３）軽量骨材コンクリートの性能を向上させるために、補助セメント質材料を追加して軽量骨材とセメントペーストの間の界面遷移ゾーンの性能を向上させる（界面遷移ゾーンは軽量骨材のシェルとして使用される）。しかしながら、上記の技術的手段では、軽量骨材の前処理プロセスと建設プロセスについてより高い要件が求められ、調製プロセスは複雑であり、軽量骨材コンクリートが弱いリンクであるという事実が根本的に解決されず、結果として調製された軽量骨材コンクリートの性能向上は限られていた。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

本発明は、軽量骨材超高性能コンクリートおよびその調製のための新しいアイデアを提供することを目的とする。本発明は、供給源が広範囲であり、吸水率が高く、強度の低い膨張パーライトを軽量骨材（フィラー）として使用し、スラリーの均質性を向上させ、コンクリートの応力集中を低減することにより、超高強度、高靭性、高耐衝撃性および耐久性に優れた軽量骨材超高性能コンクリートの調製を実現する。一方で、この研究は分布が広く入手しやすい軽量骨材を使用しているため、軽量骨材のコストと前処理プロセスが削減される。他方で、軽量骨材コンクリートに関する既存の研究と比較すると、この研究で調製された軽量骨材コンクリートの性能はより優れている。

【課題を解決するための手段】

【0005】

上記の目的を達成するために、本発明は以下の技術的解決手段を提供する：

【0006】

本発明によれば、
セメント２２０～４００部、
シリカヒューム１００～１２０部、
膨張真珠粉５～１５０部、
膨張パーライト２３０～２６０部、
水１４０～１６０部、
減水剤１５～２０部、
鋼繊維７６～９３部
という重量成分から調製される軽量骨材超高性能コンクリートが提供される。

【0007】

前記膨張パーライトの粒径は０．０７５～０．６ｍｍである。前記膨張真珠粉の粒径は、０．０７５ｍｍより小さい。

【0008】

好ましくは、前記セメントは、ポルトランドセメント、ポゾランセメント、フライアッシュセメント、またはスラグセメントである。前記セメントの平均粒径は１０．６μｍである。

【0009】

好ましくは、前記減水剤はポリカルボン酸高性能減水剤である。前記減水剤の減水率が３５％を超える。

【0010】

好ましくは、前記鋼繊維はロングストレート鋼繊維である。前記鋼繊維の直径は０．１～０．３ｍｍ、長さは６～１５ｍｍ、引張強度は１６００ＭＰａ以上である。

【0011】

好ましくは、前記軽量骨材の超高性能コンクリート組成を決定する設計方法には、
最密充填理論に基づいて、Ｍｏｄｉｆｉｅｄ Ａｎｄｒｅａｓｅｎ ａｎｄ Ａｎｄｅｒｓｅｎモデルを使用して、密な構造を持つ参照グループの混合比を設計するステップ（１）と、
応答曲面法による膨張真珠粉と膨張パーライトの置換量と超高性能の密度と強度との関数関係を確立し、性能要件に従って膨張真珠粉と膨張パーライトの含有量を決定するステップ（２）と、
応答曲面法で設計された配合比をテスト・検証し、前記軽量骨材超高性能コンクリートの配合比を取得するステップ（３）と
を含む。

【0012】

好ましくは、膨張真珠粉を使用してセメントの一部を置き換え、膨張パーライトを使用して石英砂の一部またはすべてを置き換える。

【0013】

好ましくは、ステップ（３）の前記軽量骨材超高性能コンクリートの組成は、次のとおりである。
前記軽量骨材超高性能コンクリートは、密度が１７００グレードの場合、重量で次の成分から調製されるものである。セメント２４１部、シリカヒューム１１２部、膨張真珠粉１４７部、膨張パーライト２４４部、水１４６部、減水剤１８部、鋼繊維９３部。
前記軽量骨材超高性能コンクリートは、密度が１８００グレードの場合、重量で次の成分から調製されるものである。セメント３８８部、シリカヒューム１０２部、膨張真珠粉４７部、膨張パーライト２２３部、水１３７部、減水剤１６部、鋼繊維８５部。

【0014】

本発明はまた、上記技術的解決手段に記載された軽量骨材超高性能コンクリートを調製する方法を提供し、この方法は、
セメント、シリカヒューム、膨張真珠粉及び膨張パーライトの第一混合を行い、混合物を得るステップ（１）と、
前記混合物と減水剤および水の第二混合を行い、混合スラリーを得るステップ（２）と、
前記混合スラリーと鋼繊維の第三混合を行った後、素地を得るステップ（３）と、
前記素地を熱硬化し、軽量の超高性能コンクリートを得るステップ（４）と
を含む。

【0015】

好ましくは、前記熱硬化には、順次行う第１段階の熱水硬化と第２段階の乾式高温硬化が含まれる。

【0016】

好ましくは、前記第１段階の熱水硬化には、順次行う予備硬化、加熱段階、恒温段階、および冷却段階が含まれる。

【0017】

前記第１段階の熱水硬化の予備硬化は、温度は２０～４０℃であり、時間は１２～３６ｈである。

【0018】

前記第１段階の熱水硬化は、加熱段階の加熱速度は０．１～１℃／ｍｉｎである。

【0019】

前記第１段階の熱水硬化は、恒温段階の温度は９０～１００℃で、時間は６～８ｈである。

【0020】

前記第１段階の熱水硬化の冷却段階は、冷却速度は０．２３～０．３℃／ｍｉｎである。

【0021】

前記第２段階の乾式高温硬化には、順次行う加熱段階、恒温段階、および冷却段階が含まれる。

【0022】

前記第２段階の乾式高温硬化は、加熱段階の加熱速度は５～１０℃／ｍｉｎである。

【0023】

前記第２段階の乾式高温硬化の恒温段階は、恒温時間は２～３ｈである。

【0024】

前記第２段階の乾式高温硬化は、冷却段階の冷却速度は０．１～０．５℃／ｍｉｎである。

【発明の効果】

【0025】

本発明は、セメント２２０～２６０部、シリカヒューム１００～１２０部、膨張真珠粉１２０～１６０部、膨張パーライト２３０～２６０部、ポリカルボン酸高性能減水剤１５～２０部、鋼繊維７６～９３部、水１４０～１６０部という重量成分から調製される軽量骨材超高性能コンクリートを提供する。前記膨張真珠粉の粒径は、０．０７５ｍｍより小さく、前記膨張パーライトの粒径は０．０７５～０．６ｍｍである。本発明は、軽量の骨材成分として、幅広い供給源およびより低い性能を有する膨張パーライトを使用し、膨張パーライトおよび膨張真珠粉の粒径および添加量への制御、ならびに他の原料の配合により、膨張パーライトおよび膨張真珠粉がコンクリートに均一に分散し、応力が分散する幾何学的構造を作成する。鋼繊維を添加することで、応力集中現象をさらに回避し、超高強度、高靭性、高耐衝撃性、耐久性に優れた軽量骨材超高性能コンクリートが得られる。従来技術と比較して、本発明では、軽量骨材（セラムサイトなどの従来の軽量骨材）による強化に着目しないので、高強度軽量骨材を使用する必要はなくなる一方、セメント系材料の均質性を改善することにより、応力集中が低減され、低密度と高強度の両方を備えたセメント系材料が得られる。本発明によって提供される軽量骨材超高性能コンクリートを調製するための原料は、分布広く容易に入手可能であり、軽量骨材として使用される膨張パーライトは、低コストで取り扱いが容易である。本発明により設計および調製された軽量の超高性能コンクリートは、優れた密度性能（密度＜１７００ｋｇ／ｍ^３、圧縮強度＞１５０ＭＰａ、２８日電束＜１００Ｃ）を有し、超長大橋、超高層ビルおよび複雑な海洋環境で使用されているコンクリート部材などのセメント系材料の軽量、超高強度、超高耐久性への要件を満たすことができ、高いプロモーション価値を持っている。

【0026】

本発明はまた、上記軽量骨材超高性能コンクリートを調製する方法を提供し、本発明は、軽量骨材および他の原材料を前処理するために他のプロセスを使用する必要がなく、調製プロセスを簡素化し、生産サイクルを短縮する。

【図面の簡単な説明】

【0027】

【図1】本発明の軽量骨材の超高性能コンクリートの設計フローチャートである。

【図2】膨張パーライト、膨張真珠粉及び他の原料の置換関係図である。

【図3】応答曲面法を使用してテスト計画を決定するテストポイント図である。

【図4】熱硬化システムの模式図である。

【図5】実施例１で調製した軽量骨材超高性能コンクリートの電束を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0028】

以下に実施例及び図面を参照しながら本発明をさらに説明する。

【0029】

本発明によれは、以下の重量成分から調製される軽量骨材超高性能コンクリートが提供される。
セメント２２０～４００部、
シリカヒューム１００～１２０部、
膨張真珠粉５～１５０部、
膨張パーライト２３０～２６０部、
水１４０～１６０部、
減水剤１５～２０部、
鋼繊維７６～９３部。

【0030】

前記膨張パーライトの粒径は０．０７５～０．６ｍｍである。
前記膨張真珠粉の粒径は、０．０７５ｍｍより小さい。

【0031】

本発明において、特に断りのない限り、原料成分はすべて当業者に周知の市販品である。

【0032】

本発明において、重量部で、前記軽量骨材超高性能コンクリートを調製するための原料は、セメント２２０～２６０部、好ましくは２４０部を含む。本発明において、前記セメントは、好ましくはポルトランドセメント、ポゾランセメント、フライアッシュセメントまたはスラグセメント、より好ましくは通常のポルトランドセメントである。前記セメントの平均粒径は好ましくは１０．６μｍである。本発明において、前記セメントは、水和反応および物理的充填に関与する機能を有する。

【0033】

本発明において、前記セメントの重量部を基準にして、前記軽量骨材超高性能コンクリートを調製するための原料は、シリカヒューム１００～１２０部、好ましくは１１２部を含む。本発明において、前記シリカヒュームの機能は、火山灰効果および充填効果を発揮することである。

【0034】

本発明において、前記セメントの重量部を基準にして、前記軽量骨材超高性能コンクリートを調製するための原料は、膨張真珠粉１２０～１６０部、より好ましくは１４７部を含む。前記膨張真珠粉の粒径は、好ましくは０．０７５ｍｍより小さい。本発明において、前記膨張真珠粉を調製するための方法は、好ましくは、市販の膨張パーライトをボールミル粉砕してふるい分けで０．０７５ｍｍ未満の粒径を有する膨張真珠粉を得ることを含む。本発明において、前記ボールミルの回転速度は、好ましくは３０～４０ｒ／ｍｉｎ、時間は、好ましくは０．３～１．０ｈである。

【0035】

本発明において、前記セメントの重量部を基準にして、前記軽量骨材超高性能コンクリートを調製するための原料は、２３０～２６０部、好ましくは２４４部の膨張パーライトを含み、前記膨張パーライトの粒径は０．０７５～０．６ｍｍである。本発明において、前記膨張したパーライトを調製するための方法は、好ましくは、市販の膨張パーライトをボールミリングしてふるい分けで０．０７５～０．６ｍｍの粒径を有する膨張パーライトを得ることを含む。本発明において、前記ボールミルの回転速度は、好ましくは３０～４０ｒ／ｍｉｎ、時間は、好ましくは０．１～０．３ｈである。

【0036】

本発明において、前記セメントの重量部を基準にして、前記軽量骨材超高性能コンクリートを調製するための原料は、１５～２０部、好ましくは１８部の減水剤を含む。本発明において、前記減水剤は、好ましくはポリカルボン酸減水剤であり、前記減水剤の固形分は好ましくは１８％である。前記減水剤の減水率が３５％を超える。

【0037】

本発明では、前記セメントの重量部を基準にして、前記軽量骨材超高性能コンクリートを調製するための原料は、鋼繊維７６～９３部、好ましくは９３部を含む。本発明において、前記鋼繊維は好ましくはロングストレート鋼繊維である。前記鋼繊維の直径は、好ましくは０．１～０．３ｍｍ、より好ましくは０．２ｍｍである。長さは、好ましくは６～１５ｍｍ、より好ましくは１３ｍｍである。引張強度は、好ましくは１６００ＭＰａ以上、より好ましくは２４００ＭＰａである。

【0038】

本発明において、前記軽量骨材超高性能コンクリート組成を決定するための設計方法は、好ましくは、
最密充填理論に基づいて、Ｍｏｄｉｆｉｅｄ Ａｎｄｒｅａｓｅｎ ａｎｄ Ａｎｄｅｒｓｅｎモデルを使用して、密な構造を持つ参照グループの混合比を設計するステップ（１）と、
応答曲面法により膨張真珠粉と膨張パーライトの置換量と超高性能の密度と強度との関数関係を確立し、性能要件に従って膨張真珠粉と膨張パーライトの含有量を決定するステップ（２）と、
応答曲面法で設計された配合比をテスト・検証し、前記軽量骨材超高性能コンクリートの配合比を取得するステップ（３）と
を含む。

【0039】

本発明の軽量骨材超高性能コンクリート（ＵＨＰＣ）の設計思想を図１に示す。本発明は、軽量骨材の強度を高めることではなく、応力集中を防止する均質な構造を確立することによりＵＨＰＣを調製することを目的とする。

【0040】

本発明は、好ましくは、粒子の最密充填の理論に基づいてＭｏｄｉｆｉｅｄ Ａｎｄｒｅａｓｅｎ ａｎｄ Ａｎｄｅｒｓｅｎを使用して、膨張真珠粉フィラーおよび膨張パーライト軽量骨材の粒径範囲を調整することにより合理的な置換関係を確立し（すなわち、セメントの代わりに膨張真珠粉を使用し、石英砂の代わりに膨張パーライトを使用することにより最密充填密度を保証）、具体的には以下である。まず、粒径が０．０７５～０．６ｍｍの膨張パーライトと、粒径が０．０７５ｍｍ未満の膨張真珠粉を準備し、次に、最密充填理論により、Ｍｏｄｉｆｉｅｄ Ａｎｄｒｅａｓｅｎ ａｎｄ Ａｎｄｅｒｓｅｎ ｍｏｄｅｌを使用して、膨張パーライトと膨張真珠粉と他の原料との置換関係を最初に確立し、図２に示すように、図２から、セメントと石英砂の代わりに膨張真珠粉または膨張パーライトを使用しても、システムの充填密度にほとんど影響を与えないことがわかり、したがって、セメントの一部の代わりに膨張真珠粉を使用し、石英砂の一部または全部の代わりに膨張パーライトを使用することを決定する。そのうち、参照グループの混合比を表１に示す。

【0041】

【0042】

本発明は、膨張パーライトと膨張真珠粉との他の原材料との置換関係を決定した後、応答曲面法に従って、膨張真珠粉軽量フィラーと膨張パーライト軽量骨材の置換量をさらに決定し、具体的には以下である。
（１）独立変数、独立変数の値の範囲、および従属変数を決定する。本発明において、膨張真珠粉軽量フィラー、膨張パーライト軽量骨材の置換量は独立変数であり、セメント系材料の密度（絶対乾燥密度で）および圧縮強度は従属変数であり、独立変数、制約条件、および従属変数を表２に示す。

【0043】

【0044】

（２）テストを設計し、結果を記録する。応答曲面法（ＣＣＤ法）を使用してテスト計画（図３を参照）（中心点が３回繰り返され）、合計１１の混合比でテストしてそのテストデータを記録し、テスト計画とテスト結果を表３に示す。

【0045】

【0046】

（３）モデルを作成し、モデルの精度を評価し、表４を参照する。テスト結果に基づいて、回帰モデルを適合させる。軽量骨材（フィラー）の含有量とセメント系材料の密度および強度との関係は次のようになる。
密度＝２４２４．００－２８０．６５×膨張真珠粉置換セメント量－６１０．５２×膨張パーライト置換石英砂量。
強度＝１９０．５５６５９＋６．７７９０４×膨張真珠粉置換セメント量－６８．７３０６０×膨張パーライト置換石英砂量＋７．３３３３３×膨張真珠粉置換セメント量×膨張パーライト置換石英砂量－９８．９３５１９×膨張真珠粉置換セメント量×膨張真珠粉置換セメント量＋１８．９８３３３×膨張パーライト置換石英砂量×膨張パーライト置換石英砂量。

【0047】

【0048】

ここで、モデルのＦ値はそれぞれ２１６０．１７と９６．３９であり、Ｐ値＜０．０００１であり、モデルが非常に有意であることを示している。モデルの補正決定係数はそれぞれ、Ａｄｊ－Ｒ^２ ＝ ０．９９および０．９５である。多重相関係数Ｐｒｅ－Ｒ^２＝０．９９及び０．９１であり、モデルがうまく適合していることを示す。結果は、このモデルが優れた信頼性と高い分析信頼性を持っていることを示している。

【0049】

範囲を設定して解を求める。本発明により設計された異なる軽量骨材コンクリートを表５に詳述する。

【0050】

【0051】

表６に示すように、前記関数関係と事前設定された目標性能に従って、前記軽量骨材の超高性能コンクリートの組成が得られる。

【0052】

【0053】

本発明はまた、上記技術的解決手段に記載された軽量骨材超高性能コンクリートを調製する方法を提供し、当該方法は、
セメント、シリカヒューム、膨張真珠粉及び膨張パーライトの第一混合を行い、混合物を得るステップ（１）と、
前記混合物と減水剤および水の第二混合を行い、混合スラリーを得るステップ（２）と、
前記混合スラリーと鋼繊維の第三混合を行った後に素地作りをし、素地を得るステップ（３）と、
前記素地を熱硬化し、軽量の超高性能コンクリートを得るステップ（４）と
を含む。

【0054】

本発明では、セメント、シリカヒューム、膨張パーライト、膨張真珠粉および石英砂の第一混合を行い、混合物を得る。本発明において、前記第一混合は、好ましくは撹拌条件下で行われ、前記撹拌速度は好ましくは１３５～１４５ｒ／ｍｉｎである。前記撹拌時間は、好ましくは２～５ｍｉｎ、より好ましくは３ｍｉｎである。本発明において、膨張パーライト、膨張真珠粉末の添加により、混合物とミキサーの内壁との間の摩擦力を著しく増加させることができ、同時にモルタル混合物間の摩擦力および剪断力を増加させる。より大きな摩擦力と剪断力は、水と減水剤の分散速度を上げるのに役立ち、コンクリートを均一なスラリーに混合することができる。

【0055】

混合物が得られた後、本発明は、前記混合物、減水剤および水について第二混合を行い、混合スラリーを得る。本発明では、好ましくは先ず水と減水剤を混合し、次に得られた混合液を前述の混合物と混合する。

【0056】

混合スラリーが得られた後、本発明では、前記混合スラリーと鋼繊維との第三混合を行い、素地作りをして、素地を得る。本発明において、混合スラリーが得られた後、好ましくは、先ず混合スラリーを高速で撹拌し、次に鋼繊維を添加して混合する。本発明において、前記高速撹拌の撹拌速度は、好ましくは２７０～２９０ｒ／ｍｉｎであり、時間は好ましくは２ｍｉｎである。本発明は、高速撹拌により混合スラリーの均一性を改善する。

【0057】

本発明において、前記第三混合は、好ましくは撹拌条件下で実施され、前記撹拌速度は好ましくは１３５～１４５ｒ／ｍｉｎである。前記撹拌時間は、好ましくは２～３ｍｉｎ、より好ましくは２ｍｉｎである。本発明における鋼繊維の最終添加は、コンクリート中の様々な材料の分散均一性を改善することができる。

【0058】

本発明は、前記調製プロセスについて特別な制限はなく、当該技術分野で周知の超高性能コンクリートの調製プロセスを使用すればよい。

【0059】

サンプルを得た後、本発明では、前記サンプルについて熱硬化を実行して、軽量骨材超高性能コンクリートを得る。本発明において、前記熱硬化は、好ましくは、順次行う熱水硬化の第１段階および乾燥高温硬化の第２段階を含む。

【0060】

前記第１段階の熱水硬化は、好ましくは、順次行う予備硬化、加熱段階、恒温段階、および冷却段階を含む。前記予備硬化の温度は好ましくは２０～４０℃、時間は好ましくは１２～３６ｈである。前記加熱段階の速度は好ましくは、０．１～１℃／ｍｉｎである。前記恒温段階の温度は好ましくは９０～１００℃、時間は好ましくは６～８ｈである。前記冷却段階での冷却速度は、好ましくは０．２３～０．３℃／ｍｉｎである。

【0061】

前記第２段階の乾式高温硬化は、好ましくは、順次行う加熱段階、恒温段階および冷却段階を含む。前記加熱段階の加熱速度は好ましくは５～１０℃／ｍｉｎである。本発明の具体的な実施例において、好ましくは５０℃ごとに加熱すると一定の温度を２～３ｈ維持する。本発明において、前記恒温段階の温度は好ましくは２５０℃、恒温時間は好ましくは２～３ｈである。前記冷却段階での冷却速度は、好ましくは０．１～０．５℃／ｍｉｎである。

【0062】

以下では、本発明の技術的解決手段を、本発明の実施例を参照しながら明確かつ完全に説明する。明らかに、記載された実施例は、すべての実施例ではなく、本発明の実施例の一部にすぎない。本発明の実施例に基づいて、創造的な作業なしに当業者によって得られる他のすべての実施例は、本発明の保護範囲に含まれるものとする。

【0063】

実施例１：
（１）４０５ｋｇ ＰＯ ４２．５Ｒ通常のポルトランドセメント（平均粒径１０．６μｍ）、１８８ｋｇシリカヒューム、２４８ｋｇ膨張真珠粉（粒径０～０．０７５ｍｍ）および４１０ｋｇ膨張パーライト（粒径０．０７５～０．６ｍｍ）を１４０ｒ／ｍｉｎの速度で３ｍｉｎ撹拌し、混合物を得た。
（２）３０ｋｇのポリカルボン酸減水剤（固形分１８％）と２４６ｋｇの水を混合し、ステップ（１）で説明した混合物にゆっくりと加え、１４０ｒ／ｍｉｎで５ｍｉｎ以上撹拌して、混合スラリーを得た。
（３）前記混合スラリーを２８０ｒ／ｍｉｎの速度で２ｍｉｎ撹拌した後、ロングストレート鋼繊維（直径０．２ｍｍ、長さ１３ｍｍ、引張強度２４００ＭＰａ）を加え、１４０ｒ／ｍｉｎの速度で２ｍｉｎ撹拌して、離型後、素地を得た。
（４）前記素地を、図４に示す硬化システムに従って熱硬化し、超高性能軽量骨材コンクリートが得られた。前記熱硬化の具体的な方法は、最初に２０℃で２４ｈ予備硬化し、次に１℃／ｍｉｎの温度上昇速度で９０℃に上げて６ｈ保持し、次に０．２３℃／ｍｉｎの温度降下速度で温度を２０℃に下げ、次に、温度を５℃／ ｍｉｎの速度で２５０℃に上げ（５０℃ごとに加熱すると一定温度を２ｈ維持）、最後にテストのために０．３５℃／ｍｉｎの温度降下速度で温度を室温まで下げることである。

【0064】

得られた軽量骨材超高性能コンクリートは１６００グレード、密度は１５８０ｋｇ／ｍ^３、圧縮強度は１６４．９ＭＰａである。

【0065】

テスト例：
実施例１で調製した軽量骨材超高性能コンクリートの耐久性をテストし（電束と塩化物イオンの拡散深さに基づき）、その結果を図５に示す。図５から、日常硬化２８日後、本発明により調製された軽量骨材超高性能コンクリートの塩化物イオン浸透深さは０ｍｍであり、電束は＜１００Ｃであり、軽量かつ超高強度の利点に加えて、耐久性にも優れていることを示している。

【0066】

上記の実施例の説明は、本発明の方法および核となるアイデアの理解を助けるためにのみ使用されている。当業者にとって、本発明の原理から逸脱することなく、本発明に対していくつかの改善および変更を行うことができ、これらの改善および変更もまた、本発明の特許請求の範囲の保護範囲内にあることを指摘しなければならない。これらの実施例に対する様々な修正は当業者には明らかであり、本明細書で定義される一般原理は、本発明の精神または範囲から逸脱することなく、他の実施例で実施することができる。したがって、本発明は、この明細書に示された実施例に限定されず、この明細書に開示された原理および新規の特徴と一致する最も広い範囲に適合すべきである。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【国際調査報告】