JP6316668B2 - セメント組成物 - Google Patents
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Description
本発明は、モルタル等のセメント組成物に関する。
従来、補強用繊維として有機繊維を含む種々のセメント組成物が提案されている。
例えば、ブレーン比表面積２，５００〜５，０００ｃｍ２／ｇのセメント粒子１００重量部と、ＢＥＴ比表面積５〜２５ｍ２／ｇの微粒子１０〜４０重量部と、ブレーン比表面積３，０００〜３０，０００ｃｍ２／ｇで、かつ上記セメントよりも大きなブレーン比表面積を有する無機粒子２０〜５５重量部と、粒径２ｍｍ以下で、かつ７５μｍ以下の粒子の含有量が２．０重量％以下である骨材と、有機繊維及び／又は炭素繊維とを含有する水硬性組成物であって、上記骨材の配合量が、上記セメント粒子と上記微粒子と上記無機粒子の合計量１００重量部に対して、３０〜１３０重量部であることを特徴とする水硬性組成物が提案されている（特許文献１）。
例えば、ブレーン比表面積２，５００〜５，０００ｃｍ２／ｇのセメント粒子１００重量部と、ＢＥＴ比表面積５〜２５ｍ２／ｇの微粒子１０〜４０重量部と、ブレーン比表面積３，０００〜３０，０００ｃｍ２／ｇで、かつ上記セメントよりも大きなブレーン比表面積を有する無機粒子２０〜５５重量部と、粒径２ｍｍ以下で、かつ７５μｍ以下の粒子の含有量が２．０重量％以下である骨材と、有機繊維及び／又は炭素繊維とを含有する水硬性組成物であって、上記骨材の配合量が、上記セメント粒子と上記微粒子と上記無機粒子の合計量１００重量部に対して、３０〜１３０重量部であることを特徴とする水硬性組成物が提案されている（特許文献１）。
また、セメント、ＢＥＴ比表面積が３〜２５ｍ２／ｇの微粉末、細骨材、補強用繊維、減水剤及び水を含むセメント組成物であって、前記補強用繊維が、直径０．０１２〜０．１ｍｍのモノフィラメントタイプのアラミド繊維を合成樹脂で集束した、直径０．１５〜０．５５ｍｍで長さ１〜３０ｍｍの集束型のアラミド繊維であることを特徴とするセメント組成物が提案されている（特許文献２）。
上述の特許文献１〜２に記載された、有機繊維を含むセメント組成物（水硬性組成物）は、流動性（フロー値）、機械的強度（圧縮強度、曲げ強度、破壊エネルギー等）等に優れているが、他の物性の向上も求められている。
本発明の目的は、補強用繊維を含む高強度のセメント組成物であって、流動性および機械的強度以外の他の物性が向上し、かつ、コストの増大を抑えることができるセメント組成物を提供することである。
本発明の目的は、補強用繊維を含む高強度のセメント組成物であって、流動性および機械的強度以外の他の物性が向上し、かつ、コストの増大を抑えることができるセメント組成物を提供することである。
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、ＢＥＴ比表面積が３〜２５ｍ２／ｇの微粉末、細骨材、補強用繊維、減水剤及び水を含み、かつ、流動性、機械的強度、および自己収縮の低減のすべてに優れたセメント組成物が、コストの大きな増大を伴わずに実現可能であることを見出し、本発明を完成した。
本発明は、以下の［１］〜［４］を提供するものである。
［１］ セメント、ＢＥＴ比表面積が３〜２５ｍ２／ｇの微粉末、細骨材、補強用繊維、減水剤および水を含むセメント組成物であって、硬化前のフロー値が２３０ｍｍ以上であり、硬化後の圧縮強度、曲げ強度及び収縮量が、各々、１５０Ｎ／ｍｍ２以上、１５Ｎ／ｍｍ２以上、６００×１０−６以下であることを特徴とするセメント組成物。
［２］ 上記補強用繊維は、繊度が１００〜８００ｄｔｅｘでかつ引張強度が２０ｃＮ／ｄｔｅｘ以上であるマルチフィラメントタイプのポリエチレン繊維を、非水溶性の合成樹脂で集束してなる、長さが３〜５０ｍｍの集束型のポリエチレン繊維であり、上記セメント組成物中の上記補強用繊維の割合が、０．５〜２．０体積％である、上記［１］に記載のセメント組成物。
［３］ 上記非水溶性の合成樹脂が、熱可塑性樹脂からなり、かつ、上記マルチフィラメントタイプのポリエチレン繊維１００質量部に対する上記非水溶性の合成樹脂の量が、２〜９質量部である、上記［２］に記載のセメント組成物。
［４］ ブレーン比表面積が３，５００〜１０，０００ｃｍ２／ｇの無機粉末（ただし、セメントを除く。）を含む、上記［１］〜［３］のいずれかに記載のセメント組成物。
［１］ セメント、ＢＥＴ比表面積が３〜２５ｍ２／ｇの微粉末、細骨材、補強用繊維、減水剤および水を含むセメント組成物であって、硬化前のフロー値が２３０ｍｍ以上であり、硬化後の圧縮強度、曲げ強度及び収縮量が、各々、１５０Ｎ／ｍｍ２以上、１５Ｎ／ｍｍ２以上、６００×１０−６以下であることを特徴とするセメント組成物。
［２］ 上記補強用繊維は、繊度が１００〜８００ｄｔｅｘでかつ引張強度が２０ｃＮ／ｄｔｅｘ以上であるマルチフィラメントタイプのポリエチレン繊維を、非水溶性の合成樹脂で集束してなる、長さが３〜５０ｍｍの集束型のポリエチレン繊維であり、上記セメント組成物中の上記補強用繊維の割合が、０．５〜２．０体積％である、上記［１］に記載のセメント組成物。
［３］ 上記非水溶性の合成樹脂が、熱可塑性樹脂からなり、かつ、上記マルチフィラメントタイプのポリエチレン繊維１００質量部に対する上記非水溶性の合成樹脂の量が、２〜９質量部である、上記［２］に記載のセメント組成物。
［４］ ブレーン比表面積が３，５００〜１０，０００ｃｍ２／ｇの無機粉末（ただし、セメントを除く。）を含む、上記［１］〜［３］のいずれかに記載のセメント組成物。
本発明のセメント組成物は、流動性および機械的強度（圧縮強度、曲げ強度、破壊エネルギー等）に優れているので、例えば、薄肉でかつ高強度であることが要求される各種の部材の材料等として用いることができる。
また、本発明のセメント組成物は、補強用繊維を含まないセメント組成物や、本発明で用いる補強用繊維以外の補強用繊維を含むセメント組成物に比べて、自己収縮量が大きく低減されるので、ひび割れ等が生じ難いという利点を有する。
さらに、本発明のセメント組成物は、補強用繊維の材質が特殊な合成樹脂ではなくポリエチレンであり、また、補強用繊維の配合量も比較的小さいので、補強用繊維を配合することによるコストの増大も抑えることができる。
また、本発明のセメント組成物は、補強用繊維を含まないセメント組成物や、本発明で用いる補強用繊維以外の補強用繊維を含むセメント組成物に比べて、自己収縮量が大きく低減されるので、ひび割れ等が生じ難いという利点を有する。
さらに、本発明のセメント組成物は、補強用繊維の材質が特殊な合成樹脂ではなくポリエチレンであり、また、補強用繊維の配合量も比較的小さいので、補強用繊維を配合することによるコストの増大も抑えることができる。
本発明のセメント組成物は、（ａ）セメント、（ｂ）ＢＥＴ比表面積が３〜２５ｍ２／ｇの微粉末、（ｃ）細骨材、（ｄ）補強用繊維、（ｅ）減水剤、および（ｆ）水、を含むセメント組成物であって、硬化前のフロー値が２３０ｍｍ以上であり、硬化後の圧縮強度、曲げ強度及び収縮量が、各々、１５０Ｎ／ｍｍ２以上、１５Ｎ／ｍｍ２以上、６００×１０−６以下のものである。
［（ａ）セメント］
セメントとしては、特に限定されないが、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等の各種ポルトランドセメントや、シリカセメント、高炉セメント等の混合セメントや、エコセメント等が挙げられる。中でも、早期強度発現性の観点からは、早強ポルトランドセメントが好ましい。また、セメント組成物の流動性の観点からは、中庸熱ポルトランドセメントおよび低熱ポルトランドセメントが好ましい。
セメントとしては、特に限定されないが、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等の各種ポルトランドセメントや、シリカセメント、高炉セメント等の混合セメントや、エコセメント等が挙げられる。中でも、早期強度発現性の観点からは、早強ポルトランドセメントが好ましい。また、セメント組成物の流動性の観点からは、中庸熱ポルトランドセメントおよび低熱ポルトランドセメントが好ましい。
［（ｂ）微粉末］
ＢＥＴ比表面積が３〜２５ｍ２／ｇの微粉末としては、シリカフューム、シリカダスト、フライアッシュ、スラグ、火山灰、シリカゾル、沈降シリカ、石灰石粉末等が挙げられる。
本発明において、該微粉末を配合することによって、流動性および機械的強度を向上させることができる。
一般に、シリカフュームおよびシリカダストは、ＢＥＴ比表面積が３〜２５ｍ２／ｇの範囲内であり、粉砕を行う必要がないので、本発明において好ましく用いられる。また、被粉砕性および流動性等の観点からは、石灰石粉末が好ましい。
ＢＥＴ比表面積が３〜２５ｍ２／ｇの微粉末としては、シリカフューム、シリカダスト、フライアッシュ、スラグ、火山灰、シリカゾル、沈降シリカ、石灰石粉末等が挙げられる。
本発明において、該微粉末を配合することによって、流動性および機械的強度を向上させることができる。
一般に、シリカフュームおよびシリカダストは、ＢＥＴ比表面積が３〜２５ｍ２／ｇの範囲内であり、粉砕を行う必要がないので、本発明において好ましく用いられる。また、被粉砕性および流動性等の観点からは、石灰石粉末が好ましい。
該微粉末のＢＥＴ比表面積は、３〜２５ｍ２／ｇ、好ましくは５〜２２ｍ２／ｇ、より好ましくは１３〜２０ｍ２／ｇ、特に好ましくは１５〜１９ｍ２／ｇである。該値が３ｍ２／ｇ未満では、流動性および機械的強度を十分に向上させることが困難となる。該値が２５ｍ２／ｇを超えると、粉砕に手間がかかり、該微粉末の調製の効率が低下したり、単位水量の増大によって、機械的強度等が低下する。
該微粉末の配合量は、セメント１００質量部に対して、好ましくは５〜５０質量部、より好ましくは１０〜４０質量部である。該量が５質量部以上であると、流動性および機械的強度の向上の効果が、より大きくなる。該量が５０質量部以下であると、単位水量が適度なものになり、機械的強度の向上の効果を、より確実に得ることができる。
該微粉末の配合量は、セメント１００質量部に対して、好ましくは５〜５０質量部、より好ましくは１０〜４０質量部である。該量が５質量部以上であると、流動性および機械的強度の向上の効果が、より大きくなる。該量が５０質量部以下であると、単位水量が適度なものになり、機械的強度の向上の効果を、より確実に得ることができる。
［（ｃ）細骨材］
細骨材としては、川砂、陸砂、海砂、砕砂、珪砂等が挙げられる。
細骨材の最大粒径は、流動性、機械的強度、緻密性、耐久性等の観点から、好ましくは２．０ｍｍ以下、より好ましくは１．５ｍｍ以下である。また、流動性、作業性等の観点から、細骨材中の０．１５ｍｍ未満の粒子の割合が５．０質量％以下であることが好ましい。
細骨材の配合量は、セメント１００質量部に対して、好ましくは５０〜２５０質量部、より好ましくは８０〜１８０質量部である。該量が５０質量部以上であると、自己収縮量の低減等の観点から、好ましい。該量が２５０質量部以下であると、流動性、機械的強度、耐久性等の観点から、好ましい。
細骨材としては、川砂、陸砂、海砂、砕砂、珪砂等が挙げられる。
細骨材の最大粒径は、流動性、機械的強度、緻密性、耐久性等の観点から、好ましくは２．０ｍｍ以下、より好ましくは１．５ｍｍ以下である。また、流動性、作業性等の観点から、細骨材中の０．１５ｍｍ未満の粒子の割合が５．０質量％以下であることが好ましい。
細骨材の配合量は、セメント１００質量部に対して、好ましくは５０〜２５０質量部、より好ましくは８０〜１８０質量部である。該量が５０質量部以上であると、自己収縮量の低減等の観点から、好ましい。該量が２５０質量部以下であると、流動性、機械的強度、耐久性等の観点から、好ましい。
［（ｄ）補強用繊維］
補強用繊維の好ましい一例としては、繊度が１００〜８００ｄｔｅｘでかつ引張強度が２０ｃＮ／ｄｔｅｘ以上であるマルチフィラメントタイプのポリエチレン繊維を、非水溶性の合成樹脂で集束してなる、長さが３〜５０ｍｍの集束型のポリエチレン繊維が挙げられる。
ここで、マルチフィラメントタイプのポリエチレン繊維の好ましい形態は、以下のとおりである。
繊度は、１００〜８００ｄｔｅｘ、好ましくは２００〜７００ｄｔｅｘ、より好ましくは３００〜６００ｄｔｅｘである。繊度が１００ｄｔｅｘ未満では、セメント組成物のフロー値が低下する。繊度が８００ｄｔｅｘを超えると、セメント組成物の機械的強度が低下する。
引張強度は、２０ｃＮ／ｄｔｅｘ以上、好ましくは２２ｃＮ／ｄｔｅｘ以上、より好ましくは２５ｃＮ／ｄｔｅｘ以上である。引張強度が２０ｃＮ／ｄｔｅｘ未満では、セメント組成物の機械的強度が低下する。
補強用繊維の好ましい一例としては、繊度が１００〜８００ｄｔｅｘでかつ引張強度が２０ｃＮ／ｄｔｅｘ以上であるマルチフィラメントタイプのポリエチレン繊維を、非水溶性の合成樹脂で集束してなる、長さが３〜５０ｍｍの集束型のポリエチレン繊維が挙げられる。
ここで、マルチフィラメントタイプのポリエチレン繊維の好ましい形態は、以下のとおりである。
繊度は、１００〜８００ｄｔｅｘ、好ましくは２００〜７００ｄｔｅｘ、より好ましくは３００〜６００ｄｔｅｘである。繊度が１００ｄｔｅｘ未満では、セメント組成物のフロー値が低下する。繊度が８００ｄｔｅｘを超えると、セメント組成物の機械的強度が低下する。
引張強度は、２０ｃＮ／ｄｔｅｘ以上、好ましくは２２ｃＮ／ｄｔｅｘ以上、より好ましくは２５ｃＮ／ｄｔｅｘ以上である。引張強度が２０ｃＮ／ｄｔｅｘ未満では、セメント組成物の機械的強度が低下する。
非水溶性の合成樹脂の好ましい例としては、成型加工性の観点から、熱可塑性樹脂等が挙げられる。
熱可塑性樹脂の中でも、ポリオレフィン樹脂は、繊維の集束性の観点から、好ましい。
マルチフィラメントタイプのポリエチレン繊維１００質量部に対する非水溶性の合成樹脂の量は、好ましくは２〜９質量部、より好ましくは３〜８質量部、特に好ましくは４〜７質量部である。該量が２質量部以上であると、マルチフィラメントタイプのポリエチレン繊維をより堅固に集束することができる。該量が９質量部以下であると、合成樹脂被覆ポリエチレン繊維中のポリエチレン繊維の投入本数減少を避けることができる。
熱可塑性樹脂の中でも、ポリオレフィン樹脂は、繊維の集束性の観点から、好ましい。
マルチフィラメントタイプのポリエチレン繊維１００質量部に対する非水溶性の合成樹脂の量は、好ましくは２〜９質量部、より好ましくは３〜８質量部、特に好ましくは４〜７質量部である。該量が２質量部以上であると、マルチフィラメントタイプのポリエチレン繊維をより堅固に集束することができる。該量が９質量部以下であると、合成樹脂被覆ポリエチレン繊維中のポリエチレン繊維の投入本数減少を避けることができる。
補強用繊維の長さは、好ましくは３〜５０ｍｍ、より好ましくは７〜４０ｍｍ、さらに好ましくは１０〜３０ｍｍ、特に好ましくは１２〜２０ｍｍである。該長さが３ｍｍ以上であると、セメント組成物の機械的強度をさらに高めることができる。該長さが５０ｍｍ以下であると、セメント組成物の流動性をさらに高めることができる。
補強用繊維のアスペクト比（長さ／直径の比）は、好ましくは１０〜２００、より好ましくは２０〜１５０、さらに好ましくは３０〜１２０、特に好ましくは４０〜９０である。該値が１０以上であると、セメント組成物の機械的強度をさらに高めることができる。該値が２００以下であると、流動性をさらに向上させることができる。
補強用繊維のアスペクト比（長さ／直径の比）は、好ましくは１０〜２００、より好ましくは２０〜１５０、さらに好ましくは３０〜１２０、特に好ましくは４０〜９０である。該値が１０以上であると、セメント組成物の機械的強度をさらに高めることができる。該値が２００以下であると、流動性をさらに向上させることができる。
セメント組成物中の補強用繊維の割合は、好ましくは０．５〜２．０体積％、より好ましくは０．７〜１．５体積％である。該割合が０．５体積％以上であると、セメント組成物の機械的強度および自己収縮低減効果をさらに高めることができる。該割合が２．０体積％以下であると、セメント組成物の流動性をさらに高めることができる。また、セメント組成物の製造コストの増大を避けることができる。
［（ｅ）減水剤］
減水剤としては、リグニン系、ナフタレンスルホン酸系、メラミン系またはポリカルボン酸系の、減水剤、ＡＥ減水剤、高性能減水剤または高性能ＡＥ減水剤が挙げられる。
中でも、ポリカルボン酸系の高性能減水剤または高性能ＡＥ減水剤は、減水効果が大きい等の点で、本発明において好ましく用いられる。
減水剤を配合することによって、セメント組成物の流動性、機械的強度、耐久性等が向上する。
減水剤の配合量は、セメント１００質量部に対して、固形分換算で、好ましくは０．１〜４質量部、より好ましくは０．１〜２質量部、特に好ましくは０．１〜１質量部である。該量が０．１質量部以上であると、単位水量を低減することができ、セメント組成物の流動性、機械的強度、耐久性等が向上する。該量が４質量部以下であると、骨材の分離や、セメント組成物の製造コストの増大を避けることができる。
減水剤としては、リグニン系、ナフタレンスルホン酸系、メラミン系またはポリカルボン酸系の、減水剤、ＡＥ減水剤、高性能減水剤または高性能ＡＥ減水剤が挙げられる。
中でも、ポリカルボン酸系の高性能減水剤または高性能ＡＥ減水剤は、減水効果が大きい等の点で、本発明において好ましく用いられる。
減水剤を配合することによって、セメント組成物の流動性、機械的強度、耐久性等が向上する。
減水剤の配合量は、セメント１００質量部に対して、固形分換算で、好ましくは０．１〜４質量部、より好ましくは０．１〜２質量部、特に好ましくは０．１〜１質量部である。該量が０．１質量部以上であると、単位水量を低減することができ、セメント組成物の流動性、機械的強度、耐久性等が向上する。該量が４質量部以下であると、骨材の分離や、セメント組成物の製造コストの増大を避けることができる。
［（ｆ）水］
本発明において、水セメント比（水／セメントの質量基準の比率）は、好ましくは１０〜３０％、より好ましくは１５〜２５％である。該比が１０％以上であると、セメント組成物の流動性が、より向上する。該比が３０％以下であると、セメント組成物の機械的強度、緻密性、耐久性等が、より向上する。
本発明において、水セメント比（水／セメントの質量基準の比率）は、好ましくは１０〜３０％、より好ましくは１５〜２５％である。該比が１０％以上であると、セメント組成物の流動性が、より向上する。該比が３０％以下であると、セメント組成物の機械的強度、緻密性、耐久性等が、より向上する。
［（ｇ）他の無機粉末］
本発明のセメント組成物は、さらに、（ｇ）ブレーン比表面積が３，５００〜１０，０００ｃｍ２／ｇの無機粉末（ただし、セメントを除く。）、を含むことができる。該無機粉末を含むことによって、セメント組成物の流動性、機械的強度、緻密性、耐久性等を、より向上させることができる。
該無機粉末としては、スラグ、石灰石粉末、長石類、ムライト類、アルミナ粉末、石英粉末、フライアッシュ、火山灰、シリカゾル、炭化物粉末、窒化物粉末等が挙げられる。
中でも、スラグ、フライアッシュ、石灰石粉末および石英粉末は、コストおよびセメント組成物（硬化体）の品質安定性の観点から、好ましい。
該無機粉末のブレーン比表面積は、３，５００〜１０，０００ｃｍ２／ｇ、好ましくは４，０００〜９，０００ｃｍ２／ｇ、特に好ましくは５，０００〜９，０００ｃｍ２／ｇである。該値が３，５００ｃｍ２／ｇ以上であると、セメント組成物の流動性、機械的強度、緻密性、耐久性等が、より向上する。該値が１０，０００ｃｍ２／ｇ以下であると、該無機粉末の粉砕の効率性等が、より向上する。
該無機粉末の配合量は、セメント１００質量部に対して、好ましくは５５質量部以下、より好ましくは２０〜５０質量部である。
本発明のセメント組成物は、さらに、（ｇ）ブレーン比表面積が３，５００〜１０，０００ｃｍ２／ｇの無機粉末（ただし、セメントを除く。）、を含むことができる。該無機粉末を含むことによって、セメント組成物の流動性、機械的強度、緻密性、耐久性等を、より向上させることができる。
該無機粉末としては、スラグ、石灰石粉末、長石類、ムライト類、アルミナ粉末、石英粉末、フライアッシュ、火山灰、シリカゾル、炭化物粉末、窒化物粉末等が挙げられる。
中でも、スラグ、フライアッシュ、石灰石粉末および石英粉末は、コストおよびセメント組成物（硬化体）の品質安定性の観点から、好ましい。
該無機粉末のブレーン比表面積は、３，５００〜１０，０００ｃｍ２／ｇ、好ましくは４，０００〜９，０００ｃｍ２／ｇ、特に好ましくは５，０００〜９，０００ｃｍ２／ｇである。該値が３，５００ｃｍ２／ｇ以上であると、セメント組成物の流動性、機械的強度、緻密性、耐久性等が、より向上する。該値が１０，０００ｃｍ２／ｇ以下であると、該無機粉末の粉砕の効率性等が、より向上する。
該無機粉末の配合量は、セメント１００質量部に対して、好ましくは５５質量部以下、より好ましくは２０〜５０質量部である。
本発明においては、ブレーン比表面積が３，５００〜１０，０００ｃｍ２／ｇの無機粉末（ただし、セメントを除く。）として、２種類の無機粒子（以下、「無機粒子Ａ」、「無機粒子Ｂ」と称する。）を併用することができる。
無機粒子Ａおよび無機粒子Ｂは、同じ種類の粉末（例えば、石灰石粉末）でもよいし、異なる種類の粉末（例えば、石灰石粉末及び石英粉末）でもよい。
無機粒子Ａとしては、例えば、ブレーン比表面積が５，０００〜１０，０００ｃｍ２／ｇ、好ましくは６，０００〜１０，０００ｃｍ２／ｇであり、かつ、セメントおよび無機粒子Ｂよりもブレーン比表面積が大きいものを用いることができる。
無機粒子Ｂとしては、例えば、ブレーン比表面積が３，５００〜５，０００ｃｍ２／ｇであり、かつ、セメントとのブレーン比表面積の差が１００ｃｍ２／ｇ以上、好ましくは２００ｃｍ２／ｇであるものを用いることができる。
無機粒子Ａと無機粒子Ｂのブレーン比表面積の差は、好ましくは１，０００ｃｍ２／ｇ以上、より好ましくは２，０００ｃｍ２／ｇ以上である。
このような２種類の無機粒子Ａ，Ｂを併用することによって、セメント組成物の流動性、機械的強度、耐久性等を、より向上させることができる。
なお、無機粒子Ａ、Ｂを併用する場合の無機粒子Ａの配合量は、セメント１００質量部に対して、好ましくは１０〜５４質量部、より好ましくは１２〜５３質量部である。無機粒子Ｂの配合量は、セメント１００質量部に対して、好ましくは１〜１０質量部、より好ましくは２〜８質量部である。
無機粒子Ａおよび無機粒子Ｂは、同じ種類の粉末（例えば、石灰石粉末）でもよいし、異なる種類の粉末（例えば、石灰石粉末及び石英粉末）でもよい。
無機粒子Ａとしては、例えば、ブレーン比表面積が５，０００〜１０，０００ｃｍ２／ｇ、好ましくは６，０００〜１０，０００ｃｍ２／ｇであり、かつ、セメントおよび無機粒子Ｂよりもブレーン比表面積が大きいものを用いることができる。
無機粒子Ｂとしては、例えば、ブレーン比表面積が３，５００〜５，０００ｃｍ２／ｇであり、かつ、セメントとのブレーン比表面積の差が１００ｃｍ２／ｇ以上、好ましくは２００ｃｍ２／ｇであるものを用いることができる。
無機粒子Ａと無機粒子Ｂのブレーン比表面積の差は、好ましくは１，０００ｃｍ２／ｇ以上、より好ましくは２，０００ｃｍ２／ｇ以上である。
このような２種類の無機粒子Ａ，Ｂを併用することによって、セメント組成物の流動性、機械的強度、耐久性等を、より向上させることができる。
なお、無機粒子Ａ、Ｂを併用する場合の無機粒子Ａの配合量は、セメント１００質量部に対して、好ましくは１０〜５４質量部、より好ましくは１２〜５３質量部である。無機粒子Ｂの配合量は、セメント１００質量部に対して、好ましくは１〜１０質量部、より好ましくは２〜８質量部である。
本発明のセメント組成物は、上記材料に加えて、さらに消泡剤を含むことができる。該消泡剤を含むことによって、硬化後の表面気泡が低減し、硬化体の景観性を向上させることができる。
該消泡剤の配合量は、セメント組成物１ｍ３中、好ましくは３〜４０ｇ、より好ましくは５〜３０ｇである。
該消泡剤の配合量は、セメント組成物１ｍ３中、好ましくは３〜４０ｇ、より好ましくは５〜３０ｇである。
セメント組成物の混練方法としては、特に限定されるものではなく、通常の混練方法を用いることができる。また、混練に用いる装置としても、特に限定されるものではなく、オムニミキサ、パン型ミキサ、二軸練りミキサ、傾胴ミキサ等が挙げられる。
セメント組成物の成形方法および養生方法も、特に限定されるものではないが、本発明のセメント組成物の生産性や強度発現性等を考慮すると、一次養生および二次養生を行う方法が好ましい。このような方法としては、例えば、以下のような方法が挙げられる。
まず、混練したセメント組成物を所定の型枠を用いて成形し、一次養生を行う。ここで、成形方法としては、特に限定されるものではなく、流し込み成形等の慣用の成形方法を採用することができる。一次養生の方法としては、型枠に、混練したセメント組成物を収容した状態で、５〜４０℃で所定時間（例えば、３〜４８時間）静置する方法が挙げられる。一次養生終了後、脱型し、二次養生を行い、セメント組成物からなる硬化体を製造する。一次養生終了後の脱型時における硬化体の圧縮強度は、脱型を容易に行う観点から、好ましくは１０Ｎ／ｍｍ２以上である。二次養生の方法としては、例えば、７５〜９５℃で１０〜４８時間蒸気養生する方法が挙げられる。
セメント組成物の成形方法および養生方法も、特に限定されるものではないが、本発明のセメント組成物の生産性や強度発現性等を考慮すると、一次養生および二次養生を行う方法が好ましい。このような方法としては、例えば、以下のような方法が挙げられる。
まず、混練したセメント組成物を所定の型枠を用いて成形し、一次養生を行う。ここで、成形方法としては、特に限定されるものではなく、流し込み成形等の慣用の成形方法を採用することができる。一次養生の方法としては、型枠に、混練したセメント組成物を収容した状態で、５〜４０℃で所定時間（例えば、３〜４８時間）静置する方法が挙げられる。一次養生終了後、脱型し、二次養生を行い、セメント組成物からなる硬化体を製造する。一次養生終了後の脱型時における硬化体の圧縮強度は、脱型を容易に行う観点から、好ましくは１０Ｎ／ｍｍ２以上である。二次養生の方法としては、例えば、７５〜９５℃で１０〜４８時間蒸気養生する方法が挙げられる。
本発明のセメント組成物の物性は、以下のとおりである。
硬化前のフロー値は、「ＪＩＳ Ｒ ５２０１（セメントの物理試験方法）１１．フロー試験」に記載される方法において、１５回の落下運動を行なわないで測定した値として、２３０ｍｍ以上、好ましくは２４０ｍｍ以上である。
硬化後の圧縮強度は、１５０Ｎ／ｍｍ２以上、好ましくは１６０Ｎ／ｍｍ２以上である。
硬化後の曲げ強度は、１５Ｎ／ｍｍ２以上、好ましくは１７Ｎ／ｍｍ２以上、特に好ましくは１９Ｎ／ｍｍ２以上である。
硬化後の収縮量は、６００×１０−６以下、好ましくは５５０×１０−６以下、特に好ましくは５００×１０−６以下である。
硬化前のフロー値は、「ＪＩＳ Ｒ ５２０１（セメントの物理試験方法）１１．フロー試験」に記載される方法において、１５回の落下運動を行なわないで測定した値として、２３０ｍｍ以上、好ましくは２４０ｍｍ以上である。
硬化後の圧縮強度は、１５０Ｎ／ｍｍ２以上、好ましくは１６０Ｎ／ｍｍ２以上である。
硬化後の曲げ強度は、１５Ｎ／ｍｍ２以上、好ましくは１７Ｎ／ｍｍ２以上、特に好ましくは１９Ｎ／ｍｍ２以上である。
硬化後の収縮量は、６００×１０−６以下、好ましくは５５０×１０−６以下、特に好ましくは５００×１０−６以下である。
以下、実施例によって本発明を説明する。本発明は、以下の実施例によって限定されるものではない
［使用材料］
以下に示す材料を使用した。
（ａ）セメント：中庸熱ポルトランドセメント（太平洋セメント社製）
（ｂ）微粉末：シリカフューム（ＢＥＴ比表面積：１８ｍ２／ｇ）
（ｃ）細骨材：珪砂（粒径：０．１５〜０．６ｍｍ）
（ｄ）補強用繊維：
Ａ；集束型のポリエチレン繊維（繊度が４４０ｄｔｅｘでかつ引張強度が２９ｃＮ／ｄｔｅｘであるマルチフィラメントタイプ（単糸の直径：０．０１２ｍｍ）のポリエチレン繊維を、非水溶性の合成樹脂である熱可塑性樹脂（樹脂の種類：ポリオレフィン樹脂）で集束してなる、直径が０．２５ｍｍで長さが１５ｍｍの集束型のポリエチレン繊維）
Ｂ；集束型のアラミド繊維（直径が０．０１２ｍｍで長さが１５ｍｍのモノフィラメントタイプのアラミド繊維を、非水溶性の合成樹脂であるエポキシ樹脂で集束した、直径が０．２５ｍｍで長さが１５ｍｍのもの）
Ｃ；直径が０．３ｍｍで長さが１３ｍｍのモノフィラメントタイプのビニロン繊維
Ｄ；鋼繊維（直径：０．２ｍｍ、長さ：１３ｍｍ）
（ｅ）減水剤：ポリカルボン酸系高性能減水剤
（ｆ）水：水道水
（ｇ）無機粉末：石英粉末（ブレーン比表面積：７，０００ｃｍ２／ｇ）
［使用材料］
以下に示す材料を使用した。
（ａ）セメント：中庸熱ポルトランドセメント（太平洋セメント社製）
（ｂ）微粉末：シリカフューム（ＢＥＴ比表面積：１８ｍ２／ｇ）
（ｃ）細骨材：珪砂（粒径：０．１５〜０．６ｍｍ）
（ｄ）補強用繊維：
Ａ；集束型のポリエチレン繊維（繊度が４４０ｄｔｅｘでかつ引張強度が２９ｃＮ／ｄｔｅｘであるマルチフィラメントタイプ（単糸の直径：０．０１２ｍｍ）のポリエチレン繊維を、非水溶性の合成樹脂である熱可塑性樹脂（樹脂の種類：ポリオレフィン樹脂）で集束してなる、直径が０．２５ｍｍで長さが１５ｍｍの集束型のポリエチレン繊維）
Ｂ；集束型のアラミド繊維（直径が０．０１２ｍｍで長さが１５ｍｍのモノフィラメントタイプのアラミド繊維を、非水溶性の合成樹脂であるエポキシ樹脂で集束した、直径が０．２５ｍｍで長さが１５ｍｍのもの）
Ｃ；直径が０．３ｍｍで長さが１３ｍｍのモノフィラメントタイプのビニロン繊維
Ｄ；鋼繊維（直径：０．２ｍｍ、長さ：１３ｍｍ）
（ｅ）減水剤：ポリカルボン酸系高性能減水剤
（ｆ）水：水道水
（ｇ）無機粉末：石英粉末（ブレーン比表面積：７，０００ｃｍ２／ｇ）
［実施例１］
中庸熱ポルトランドセメント１００質量部、シリカフューム３０質量部、石英粉末３０質量部、細骨材１２０質量部、水２２質量部、高性能減水剤０．４質量部（固形分換算）、および補強用繊維Ａ（配合量：セメント組成物中の体積割合で１．０％となる量）を二軸練りミキサに投入し、混練した。
混練は、補強用繊維Ａ以外の材料を二軸練りミキサに投入して、６分間混練した後、補強用繊維Ａを投入して、さらに２分間混練することにより行った。
中庸熱ポルトランドセメント１００質量部、シリカフューム３０質量部、石英粉末３０質量部、細骨材１２０質量部、水２２質量部、高性能減水剤０．４質量部（固形分換算）、および補強用繊維Ａ（配合量：セメント組成物中の体積割合で１．０％となる量）を二軸練りミキサに投入し、混練した。
混練は、補強用繊維Ａ以外の材料を二軸練りミキサに投入して、６分間混練した後、補強用繊維Ａを投入して、さらに２分間混練することにより行った。
得られたセメント組成物について、以下の方法でフロー値、圧縮強度、曲げ強度、破壊エネルギーおよび収縮量を測定した。
（イ）フロー値
「ＪＩＳ Ｒ ５２０１（セメントの物理試験方法）１１．フロー試験」に記載される方法において、１５回の落下運動を行なわないで、フロー値を測定した。
（ロ）圧縮強度
セメント組成物をφ５０×１００ｍｍの型枠に流し込み、２０℃で４８時間前置き後、９０℃で４８時間蒸気養生し、硬化体（３本）を得た。該硬化体（３本）の圧縮強度の測定値の平均値を、圧縮強度の値とした。
（ハ）曲げ強度
セメント組成物を４×４×１６ｃｍの型枠に流し込み、２０℃で４８時間前置き後、９０℃で４８時間蒸気養生し、硬化体（３本）を得た。該硬化体（３本）の曲げ強度の測定値の平均値を、曲げ強度の値とした。
（ニ）破壊エネルギー
セメント組成物を１０×１０×４０ｃｍの型枠に流し込み、２０℃で４８時間前置き後、９０℃で４８時間蒸気養生し、硬化体（４本）を得た。該硬化体（４本）について、ＪＣＩ−Ｓ−００２−２００３の方法で荷重-開口変位（ＣＭＯＤ）曲線を求め、ＪＣＩ−Ｓ−００１−２００３の方法で、破壊エネルギーを算出した。
（ホ）収縮量
セメント組成物を１００×１００×４００ｍｍの型枠に流し込み、２０℃で４８時間前置き後、９０℃で４８時間蒸気養生し、硬化体（３本）を得た。該硬化体（３本）について、ＪＣＩ超流動コンクリート研究委員会報告書（ＩＩ）「（仮称）高流動コンクリートの自己収縮試験方法」に準拠して、収縮量を測定し、得られた測定値の平均値を、収縮量の値とした。
（イ）フロー値
「ＪＩＳ Ｒ ５２０１（セメントの物理試験方法）１１．フロー試験」に記載される方法において、１５回の落下運動を行なわないで、フロー値を測定した。
（ロ）圧縮強度
セメント組成物をφ５０×１００ｍｍの型枠に流し込み、２０℃で４８時間前置き後、９０℃で４８時間蒸気養生し、硬化体（３本）を得た。該硬化体（３本）の圧縮強度の測定値の平均値を、圧縮強度の値とした。
（ハ）曲げ強度
セメント組成物を４×４×１６ｃｍの型枠に流し込み、２０℃で４８時間前置き後、９０℃で４８時間蒸気養生し、硬化体（３本）を得た。該硬化体（３本）の曲げ強度の測定値の平均値を、曲げ強度の値とした。
（ニ）破壊エネルギー
セメント組成物を１０×１０×４０ｃｍの型枠に流し込み、２０℃で４８時間前置き後、９０℃で４８時間蒸気養生し、硬化体（４本）を得た。該硬化体（４本）について、ＪＣＩ−Ｓ−００２−２００３の方法で荷重-開口変位（ＣＭＯＤ）曲線を求め、ＪＣＩ−Ｓ−００１−２００３の方法で、破壊エネルギーを算出した。
（ホ）収縮量
セメント組成物を１００×１００×４００ｍｍの型枠に流し込み、２０℃で４８時間前置き後、９０℃で４８時間蒸気養生し、硬化体（３本）を得た。該硬化体（３本）について、ＪＣＩ超流動コンクリート研究委員会報告書（ＩＩ）「（仮称）高流動コンクリートの自己収縮試験方法」に準拠して、収縮量を測定し、得られた測定値の平均値を、収縮量の値とした。
以上の試験の結果、フロー値は２７０ｍｍ、圧縮強度は１８６Ｎ／ｍｍ２、曲げ強度は２１．５Ｎ／ｍｍ２、破壊エネルギーは５．７Ｎ／ｍｍ、収縮量は４９０×１０−６であった。
［比較例１］
補強用繊維Ａに代えて補強用繊維Ｂを用いた以外は実施例１と同様にして、実験した。
その結果、フロー値は２７５ｍｍ、圧縮強度は１８３Ｎ／ｍｍ２、曲げ強度は２４．０Ｎ／ｍｍ２、収縮量は８３０×１０−６であった。
［比較例２］
補強用繊維Ａに代えて補強用繊維Ｃを用い、かつ、補強用繊維Ｃの配合量を、セメント組成物中の体積割合で３．０％となる量に定めた以外は実施例１と同様にして、実験した。
その結果、フロー値は２６０ｍｍ、圧縮強度は１６８Ｎ／ｍｍ２、曲げ強度は２１．７Ｎ／ｍｍ２、破壊エネルギーは４．２Ｎ／ｍｍ、収縮量は９１０×１０−６であった。
補強用繊維Ａに代えて補強用繊維Ｂを用いた以外は実施例１と同様にして、実験した。
その結果、フロー値は２７５ｍｍ、圧縮強度は１８３Ｎ／ｍｍ２、曲げ強度は２４．０Ｎ／ｍｍ２、収縮量は８３０×１０−６であった。
［比較例２］
補強用繊維Ａに代えて補強用繊維Ｃを用い、かつ、補強用繊維Ｃの配合量を、セメント組成物中の体積割合で３．０％となる量に定めた以外は実施例１と同様にして、実験した。
その結果、フロー値は２６０ｍｍ、圧縮強度は１６８Ｎ／ｍｍ２、曲げ強度は２１．７Ｎ／ｍｍ２、破壊エネルギーは４．２Ｎ／ｍｍ、収縮量は９１０×１０−６であった。
［比較例３］
補強用繊維を用いない以外は実施例１と同様にして、実験した。
その結果、フロー値は２９０ｍｍ、圧縮強度は２０５Ｎ／ｍｍ２、曲げ強度は２１．０Ｎ／ｍｍ２、破壊エネルギーは０．１Ｎ／ｍｍ、収縮量は１，２００×１０−６であった。
［参考例１］
補強用繊維Ａに代えて補強用繊維Ｄを用い、かつ、補強用繊維Ｄの配合量を、セメント組成物中の体積割合２．０％となる量に定めた以外は実施例１と同様にして、実験した。
その結果、フロー値は２７０ｍｍ、圧縮強度は２０５Ｎ／ｍｍ２、曲げ強度は４０．０Ｎ／ｍｍ２、収縮量は６５０×１０−６であった。
補強用繊維を用いない以外は実施例１と同様にして、実験した。
その結果、フロー値は２９０ｍｍ、圧縮強度は２０５Ｎ／ｍｍ２、曲げ強度は２１．０Ｎ／ｍｍ２、破壊エネルギーは０．１Ｎ／ｍｍ、収縮量は１，２００×１０−６であった。
［参考例１］
補強用繊維Ａに代えて補強用繊維Ｄを用い、かつ、補強用繊維Ｄの配合量を、セメント組成物中の体積割合２．０％となる量に定めた以外は実施例１と同様にして、実験した。
その結果、フロー値は２７０ｍｍ、圧縮強度は２０５Ｎ／ｍｍ２、曲げ強度は４０．０Ｎ／ｍｍ２、収縮量は６５０×１０−６であった。
実施例１と比較例１〜３を比較すると、実施例１では、比較例１〜３に比べて、優れた流動性（フロー値）および機械的強度（圧縮強度、曲げ強度）を維持しつつ、自己収縮の低減の大きな効果を得ていることがわかる。
なお、繊維を含むセメント組成物のコストは、実施例１、比較例２及び参考例１がほぼ同じであった。一方、比較例１のコストは実施例１の約１．５倍であった。
なお、繊維を含むセメント組成物のコストは、実施例１、比較例２及び参考例１がほぼ同じであった。一方、比較例１のコストは実施例１の約１．５倍であった。
Claims (3)
- セメント、ＢＥＴ比表面積が３〜２５ｍ２／ｇの微粉末、細骨材、補強用繊維、減水剤および水を含み、かつ、硬化前のフロー値が２３０ｍｍ以上であり、硬化後の圧縮強度、曲げ強度及び収縮量が、各々、１５０Ｎ／ｍｍ２以上、１５Ｎ／ｍｍ２以上、６００×１０−６以下であるセメント組成物であって、
上記補強用繊維は、繊度が１００〜８００ｄｔｅｘでかつ引張強度が２０ｃＮ／ｄｔｅｘ以上であるマルチフィラメントタイプのポリエチレン繊維を、非水溶性の合成樹脂であるポリオレフィン樹脂で集束してなる、長さが３〜５０ｍｍの集束型のポリエチレン繊維であり、
上記セメント組成物中の上記補強用繊維の割合が、０．７〜１．５体積％であることを特徴とするセメント組成物。 - 上記マルチフィラメントタイプのポリエチレン繊維１００質量部に対する上記ポリオレフィン樹脂の量が、２〜９質量部である請求項１に記載のセメント組成物。
- ブレーン比表面積が３，５００〜１０，０００ｃｍ２／ｇの無機粉末（ただし、セメントを除く。）を含む請求項１又は２に記載のセメント組成物。
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