JP3211006B2 - 粉体、粒体および水よりなる混合物の配合または調整法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の目的】本発明は粉体、粒体および水よりなる混
合物の調整法に係り、粉体、粒体（更に塊状体をも含
む）および水（減水剤などを含有したものを含む）から
なる混合物についての合理的且つ的確な流動性その他の
物性を粒体固有の物性および粉体ペーストの流動性によ
り予測ないし制御し、またその配合計画を決定し、適切
な混合調整を図ろうとするものである。

【０００２】

【産業上の利用分野】粉体、粒体（塊状物を含む）およ
び水または水に減水剤（高性能減水剤を含む）や増粘剤
その他の液体または溶解性添加剤を配合した液状物（以
下代表的に水という）との混合物（モルタル、コンクリ
ート等）を調整するに当ってその配合計画を決定し、又
その硬化前および硬化後における特性を予測、制御する
技術。

【０００３】

【従来の技術】モルタルまたはコンクリートあるいはこ
れらに準じたような各種の粉体、粒状材（細骨材）、塊
体（粗骨材）および水を用いた複合混合物は各種土木、
建築あるいは各種鉱工業などに広く利用されており、こ
のような混合物の配合については上記モルタルやコンク
リートなどに関しては粒体、塊体についての材料特性を
ＪＩＳによる吸水率や細骨材についての単位容積重量を
絶乾基準として採用し、統計的手法や多くの試し練りに
より目的に沿った計画配合を求めるのが一般的であっ
て、適宜に添加剤や繊維材などを添加した場合において
も基本的には同じ関係である。

【０００４】このような従来一般の技術的状態におい
て、本発明者等は、モルタルまたはコンクリートの物性
変化と材料特性との因果関係を明かにし、科学的、定量
的な配合設計方法を樹立することを目的として下記のよ
うな基本的提案をなした。 特開昭５９−１３１１６４号 特開昭６０−１３９４０７号 特開昭６２−１２１３６０号 特開昭６３−２８４４６９号 特開昭６３−３１４４６５号 特開平１−２４９３０６号

【０００５】即ち、コンクリートないしモルタルに用い
られる細骨材表面における吸着水の定量化に関する試験
測定法あるいはそのような試験測定結果を利用した混合
物の調整に関する一連の手法ないし装置に関するもの
で、前記のような粒子ないし粉体表面に付着介在する水
に関して、毛細管現象的に粉粒間に保留停滞されたもの
と、粉粒表面に吸着されたものとに区分して考察し、特
にその後者について定量的に試験し測定しようとするも
ので、しかも複数個の試料に対し同一遠心力条件による
能率的な測定が可能であり、それだけに上記したような
コンクリートやモルタルなどの調整に関し、従来の漫然
として同じ水と理解し、把握されているものを区分して
理解し、しかもその測定結果を夫々の条件下に即応して
定量的に得しめるものであることからその混練、調整上
画期的な改善結果を得しめているものである。

【０００６】又このような混合物についてその流動性が
成形性ないし充填性について重要な要因をなすことは明
かで、斯うした流動性の測定についてはＪＩＳＲ５２０
１においてセメントの物性試験方法としてフロー値の測
定が規定されている。即ち上記のような混合物について
フローテーブル上において流動性をその展開直径または
面積として求めるものである。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上記したような各種混
練物の計画的な調整をなすに当っては分離ブリージング
性ないしワーカビリティ、圧送性、締固め性等の物性が
必要であることは周知の通りであるが、これらの物性は
水セメント比や砂セメント比が同じであっても得られた
混練物の特性は種々に変動することが一般である。更に
斯うした混練物を密実に充填成形するためには振動その
他の圧密処理を加えることが一般的であるが、そうした
振動その他の圧密処理に際して混練物の示す挙動ないし
変化はＪＩＳ規定による同じ測定値のものであっても大
幅に異っていることが殆んどである。又厚層にコンクリ
ート打ちをなし或いは型枠を縦形としてコンクリートを
打設充填した場合において打設充填された生コンクリー
トまたはモルタルの示す様相は種々に変動したものとな
る。

【０００８】又本発明者等は斯かる混練のための配合水
を分割し、その特定範囲における一部を均等に細骨材へ
付着させてからセメントを添加して１次混練し、あるい
はセメントを適当な量の水の添加された状態で混合して
から砂を添加して１次混練し、次いで残部の水を加えて
２次混練することにより、ブレージングや分離が少く、
しかもワーカビリティにおいて優れた混練物を得しめ、
又それによって得られる成形体の強度その他を同じ配合
条件において相当に高めることのできる有利な技術を開
発し業界の好評を得ているが、そうした新技術を採用し
ても細骨材が異なることによって具体的に得られた混練
物における前記したような諸効果の程度が種々に異った
ものとなる。

【０００９】このような課題を解決すべく本発明者等に
よって提案された前記先願技術においては、粒子表面に
おける吸着液と、そうでないものとを区分するだけでな
く、その吸着液に関して定量的な解明を図るものであっ
て、頗る有効な手法と言える。然し、この技術に関して
具体的な測定をなし、その結果を用いてコンクリートや
モルタルの調整をなした多数の結果について仔細を検討
したところ、夫々のモルタルやコンクリートなどの調整
において、なおそれなりの的確性を有し得ない傾向が認
められた。即ちこれらの実験結果によると、細骨材のよ
うな骨材類と粉体間の相互干渉性（セメントと骨材間の
なじみ）および骨材（細骨材を含む）の制御を確保する
ことが容易でない。つまりこれら資材の表面粗度、材
質、形状、表面吸着力等は、従来のＪＩＳ規定などで解
明できない骨材の性質がコンクリートやモルタルの分離
ブリージング性、ワーカビリティ、圧送性、締固め性な
どに大きく関与しているものと推定されるが、このよう
な関係を的確に解明し、合理的な混練物を得るための精
度向上が一段と望まれている。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は上記したような
実情に鑑み検討を重ねて創案されたものであって、この
種混合物（モルタルなど）におけるフロー値の２乗は水
セメント比（Ｗ／Ｃ）に比例し、しかもこの関係は砂セ
メント比（Ｓ／Ｃ）一定の条件下において法則性を有す
ることを確認し、更に一定のＳ／Ｃと求められる流動性
に対し最小水量となる配合、あるいは一定のＷ／Ｃと求
められる流動性に対し最小セメント量となる配合の如き
が予測し得ること、等流動を示すＷ／ＣとＳ／Ｃの関係
が二次式として精度高く求め得ることの如きを知見し、
加うるにこれらの結果から等流動統一配合系混合物につ
いての解析を重ね、その配合と流動性に関する法則性の
如き具体的材料の特性値により混合物についての実験を
必要とせずに流動性の特定された配合予測値を求めるこ
とに成功したものであって、以下の如くである。

【００１１】（１） 粉体、粒体および水よりなる混合
物を調整するに当り、それら粉体と水による粉体、水比
を変化させた複数個の各混合物について流動性をフロー
テーブルにより測定し、これら測定値の相互関係を次の
二次式により求めて限界値を有する等流動統一配合系を
決定し、目的の流動性を有する前記混合物を該等流動統
一配合系中より選択することを特徴とする粉体、粒体お
よび水よりなる混合物の配合または調整法。 Ｗ／Ｃ＝Ａ₀ ＋Ａ₁ ・（Ｓ／Ｃ）＋Ａ₂ ・（Ｓ／Ｃ）² なお、上式における係数Ａ₀ 、Ａ₁ 、Ａ₂ は、フロー面
積（ＳＦＬ）と関係し、次のように表わされる。 Ａ₀ ＝Ｋ₀₀＋Ｋ₁₀×ＳＦＬ Ａ₁ ＝Ｋ₀₁＋Ｋ₁₁×ＳＦＬ Ａ₂ ＝Ｋ₀₂＋Ｋ₁₂×ＳＦＬ

【００１２】(2) 粉体、粒体および水により混合物を調
整するに当り、等流動で粉体・粒体比を一定とした配合
系において、前記粒体の水中最密充填単位容積により該
粒体の体積分を差引いた空隙自由水率を上記粒体の相対
総表面積で除算した粒体の自由水平均膜厚さと、該混合
物中の基本流動水を前記粒体の微粒分体積で除算した微
粒分体積濃度とにおいて成立する原点を通る直線比例関
係を利用し該粒体のもつ固有の特性値および前記粉体ペ
ーストの流動特性値により前記混合物の流動性、強度に
ついての物性を予測し、該混合物の配合条件を決定する
ことを特徴とする粉体、粒体および水よりなる混合物の
配合および調整法。

【００１３】(3) 前記(1) 項または(2) 項に記載の混合
物の配合または調整をなすに当り、その粒状物として砂
利その他の塊状体をも添加混合することを特徴とする粉
体、粒体および水よりなる混合物の配合または調整法。

【００１４】(4) 前記(1) 項ないし(3) 項に記載の混合
物の配合または調整をなすに当り、その粉体、粒体比を
それぞれ変化させた複数個の各混合物を得るために同じ
粉体、水比を得る水を分割し、その一部を添加して１次
混合してから残部を添加して２次混合することを特徴と
する粉体、粒体および水よりなる混合物の配合または調
整法。

【００１５】

【作用】粉体、粒体および水よりなる混合物を調整する
に当り、粉体と水による粉体、水比を変化させた複数個
の混合物における流動性をフローテーブルにより測定
し、これら測定値の相互関係を二次式により求めること
により限界値を有する等流動配合系を決定する。

【００１６】上記したような等流動統一配合系により目
的の流動性をもった混合物を適宜に選択し調整せしめ
る。

【００１７】前記のように等流動で粉体、粒体比を一定
とした配合系において、粒体の水中最密充填単位容積よ
り該粒体の体積分を差引いた実質的な空隙自由水率を上
記粒体の相対総表面積で除算した粒体の平均水厚さと該
混合物中の基本流動水を前記粒体の微粉分体積で除算し
た微粒分体積濃度とにおいて成立する直線的比例関係が
得られる。

【００１８】該直線的比例関係を利用し該粒体のもつ固
有の特性値と粉体ペーストの流動性により等流動統一配
合系の二次式における各係数が求められ、これらによっ
て目的混合物の流動性、強度についての物性を予測せし
め、このような予測により該混合物の配合条件を決定さ
せる。

【００１９】粒状物として砂利その他の塊状体をも添加
混合物することによりコンクリートに関しても上記関係
により配合条件を決定させる。

【００２０】粉体、粒体比を変化させた複数個の各混合
物を得るために同じ粉体、水比を得る水を分割し、その
一部による１次混合してから残部を添加した２次混合を
なすことにより物性的に優れた混合物を調整する分割練
りに関しても該混合物の配合条件を有利に決定せしめ
る。

【００２１】

【実施例】上記したような本発明について更に説明する
と、本発明者等は上述したような砂の如き粒体、セメン
トのような粉体および水から成る混合物について、その
配合、混練によって得られる混合物ないし該混合物によ
って成形された製品の特性などを的確に予測し、その適
切な配合設計を決定しあるいは計画配合条件を解析して
合理的な混合物を企画ないし調整し、更には具体的製品
を得ること（以下これらを総合して調整法という）につ
いて多くの実地的検討を重ねると共に推考を重ねた。

【００２２】即ちこのような混合物に関しては従来から
各方面において多くの検討、研究がなされ、示方配合、
現場配合などに関し土木学会やＪＩＳ規格などに種々の
規定ないし標準示方が示されてはいるが、上限または下
限を規定し、或いは充分な安全性を採ってそれなりに広
い範囲を規定するものであって、結局は試し練りによっ
て決定すべきこととなることは上述の如くで、各種文献
にも記載されている通りである。然しこの試し練りによ
るときの困難さ、不合理さは前述のように明確である。

【００２３】本発明者はこのような実情を打開すること
によついて検討した結果、上述のような天然または人工
の各種砂や粒状スラグ、それら砂の基準的粒度組成を有
するように調整されたガラス玉その他の粒体とセメント
などの粉体および水を用いた混合物に関して、該混合物
における骨格的組織ないし機能を果す細骨材、即ち前記
粒体の実態を解明すべく、準備した細骨材は次の表１に
示すような山砂(A) 、川砂(B) 、砕砂(C) 、川砂(D) 、
山砂(E) およびこの砕砂(F) から0.６mm以下をカットし
た砕砂(F) 0.６とガラス球砂の８種であり、これらの各
細骨材についてＪＩＳ規定による物性は次の表１におい
てそれぞれ示す通りのものである。

【００２４】

【表１】

【００２５】又これらの細骨材について、見掛比重、絶
乾嵩比重S max および水中での単位容積重量（嵩比重：
以下単重という）、Sw maxおよび絶乾空隙率ε_D 、水中
での空隙率ε_W と実質的な空隙率εβ〔εβ＝（１−Sw
max／ρ_SD＋Sw max・β／１００）／１０００）×１０
０（但しβは細骨材についての限界相対吸着水率）〕は
次の表２に示す如くである。

【００２６】

【数１】 εβ＝（１−（Sw max／ρ_SD＋Sw max×β／100)／1000）×100 但し β：細骨材の限界相対吸着水率（％） ρ_SD：見掛比重 （ｇ／cm³) D_S ／(1＋Q ／100) ρ_SD＝────────────────── ｛１−(D_S ・Q ／100)／(1＋Q ／100)｝ Ｄ_S ：ＪＩＳ Ａ１１０９により計算された細骨材の表乾比重（ｇ／cm³) Ｑ ：ＪＩＳ Ａ１１０９により計算された細骨材の吸水率（％） なお前記した絶乾空隙率ε_D および水中での空隙率ε_W
を式として示すと、以下の如くである。 ε_D ＝(1−(Smax ／ρ_SD）／1000）×100 Smax：ＪＩＳ Ａ1104により計測される単位容積重量（kg／リットル） ε_W ＝((１−(Sw max ／ρ_SD）／1000）×100

【００２７】

【表２】

【００２８】然して上記したような各細骨材を用い、モ
ルタルを混練調整したものについて、用いた粉体のみに
よるペースト（Ｓ／Ｃ＝０）と共に、その流動性（ＦＬ
値）を測定した結果は、砂セメント比（Ｓ／Ｃ）が低い
ものにおいてはＷ／Ｃが高まるに従い流動性が略整然と
上昇するものであるのに対し、Ｓ／Ｃが５以上となると
その上昇状態が乱れることが確認された。即ち一例とし
て前記した表１、表２の砕砂(C) を用いて調整したペー
スト（Ｓ／Ｃ＝０）およびモルタル（Ｓ／Ｃ＝１〜６）
についてのＷ／ＣとＦＬ値との関係を要約して示してい
るのが図１であって、Ｓ／Ｃ＝３までのものは全く整然
とした上昇関係を示すものであるのに対し、Ｓ／Ｃ＝４
のものにおいては若干の乱れが認められ、Ｓ／Ｃ＝６の
ものにあっては相当に乱れ、整然たる曲線を求めること
ができないことが知られた。

【００２９】又この図１に示した結果について、その縦
軸のＦＬ値を展開面積としたＳＦＬ（cm² ）とし、各Ｓ
／Ｃにおける実測回帰とＷ／Ｃ＝Ａ₀ ＋Ａ₁ ・ＳＦＬ、
Ａ₀＝Ｂ₀ ＋Ｂ₁ ・（Ｓ／Ｃ）、Ａ₁ ＝Ｃ₀ ・ｅ
^(Cl.S/C)による回帰係数より求めた計算値との関係をＢ
₁ ・（Ｓ／Ｃ）＝3.９２として示したのが図２のモルタ
ル流動状態図であって、前記のように縦軸がモルタルの
フロー面積ＳＦＬとし、Ｗ／Ｃを横軸にとり、実測値を
プロットした後各Ｓ／Ｃを直線で結んだものである。即
ちこの図２によれば縦軸がフロー面積ＳＦＬとされたこ
とにより図表上直線として示すことができるが、この図
２においては実測値による結果と計算値による結果との
間にずれが生ずることはＳ／Ｃ＝1.９６、Ｓ／Ｃ＝2.９
４の何れの場合においても明かである。即ち計算値によ
る予測線の勾配が決定するＡ₁ 項は略一致するものと言
えるが、ＳＦＬ＝０の点におけるＷ／Ｃ値を決定するＡ
₀ 項が各Ｓ／Ｃにおいて異っている。

【００３０】そこで前述した(A) 〜(C) の各細骨材につ
いて普通ポルトランドセメントを用いた場合と、中庸熱
セメントにフライアッシュを加えたものにより実測によ
って求めた実測回帰式線（図２における点線の場合）の
Ａ₀ の値（Ａ_OJ）と任意の実測値４点（Ｓ／Ｃ＝0.９８
と3.９２のＷ／ＣとＳＦＬの値各２点宛）から予測した
Ａ₀ の値（Ａ_OK）との比率を下記にする補正比率で算出
し、Ｓ／Ｃとの関係で示すと図３の如くなる。

【００３１】

【数２】

【００３２】然して実測値の内のＳ／Ｃ＝0.９８および
3.９２の任意の２点づつのＷ／ＣとＳＦＬの値（合計４
点）を用い、上記混合物（砕砂モルタル）に対する係数
Ｂ₀、Ｂ₁ 、Ｃ₀ 、Ｃ₁ を求めて上式のＡ₀ 、Ａ₁ を算
出して式を決定し、予測線を描くと図２中の破線とな
り、Ｓ／Ｃ＝1.９６、2.９４、5.８８の実測との間のず
れが若干認められる結果となった。

【００３３】同様に表１、表２の山砂Ａ、川砂Ｂおよび
砕砂Ｃを用いた各混合物（モルタル）について同様に計
算し、実測値と予測線のずれ度合（補正比率）を各Ｓ／
Ｃ毎にプロットしたものが図３であるが、統一的でな
い。即ち各Ｓ／Ｃによって補正比率が変化し、特にＳ／
Ｃ＝６付近においては変化の様相が異ると共に、用いた
細骨材および粉体の如何によっても相当にばらつくもの
である。

【００３４】そこで、前記した細骨材Ｃについて、等流
動性、即ち等フロー値（ＦＬ）またはそれから求められ
る等フロー面積（ＳＦＬ）を示す各Ｓ／ＣにおけるＷ／
Ｃの値をプロットしたものが図４であり、その関係は何
れの等フロー値（ＦＬ）または等フロー面積（ＳＦＬ）
に関してもＳ／Ｃの２次式であることが判明し、一般式
は次のように表わすことができる。

【００３５】

【数３】

【００３６】つまり、上記した(2) 式によるときは、ペ
ーストを含む数種類のモルタルのＳ／ＣとＷ／Ｃを変化
させた試料をフロー試験により流動性を測定し、これに
より実験係数を決定すれば一定範囲内のすべての配合の
フロー値が精度よく予測できる。

【００３７】然してこの図４においてはＳ／Ｃ＝４まで
は略整然とした関係を示すがＳ／Ｃが5.８８と６に近い
ものにおいては外れたものとなる。又このような結果を
前記した図２の場合と同様に縦軸をＳＦＬ（cm² ）と
し、２次回帰式より求めた値と各Ｓ／Ｃにおける実測回
帰の関係（Ｗ／Ｃの一般式は上記と同じ）は図５の如く
であって、Ｓ／Ｃ＝０〜４の範囲では２次回帰式による
計算値と実測回帰の値が略整合するものの、Ｓ／Ｃ＝5.
８８の場合にはやはり若干ずれたものとなる。なおこの
図５における破線は、実測値のうちＳ／Ｃ＝0.９８およ
び3.９２の任意の２点づつのＷ／ＣとＳＦＬの値（Ｓ／
Ｃ＝０の場合も含めて６点）を用い、係数Ｋ₀₀、Ｋ₁₀、
Ｋ₁₁、Ｋ₀₂、Ｋ₁₂を求め、上記した(2)式の係数Ａ₀ 、
Ａ₁ 、Ａ₂ を算出し、式を決定して求めた予測線であ
り、実測線と略整合する。

【００３８】更にこの図５に示した場合と同様に、その
細骨材としては前記した表１、表２の細骨材(B) を用い
た混合物については図６に示す如くであって、図５と同
様であるが、ずれた状態はそれなりに異ったものであ
る。即ちこれら図５、図６の状態は前述した図２の状態
よりもずれの状態は少くなるが、Ｓ／Ｃが６程度となる
と、どうしてもずれたものとなることが知られた。

【００３９】又前記した図６までのものは何れも従来か
ら一般的に採用されている一括練りの場合であるが、こ
れらとは別に本発明者側において開発した分割練方式
（配合水を１次、２次に分割し、１次水に細骨材に対し
均等状に付着せしめた後にセメント粉を添加混合して造
殻せしめてから２次水を添加して再び混合する方式）に
よって前記した表１、表２の細骨材(D) を用いて調整し
た結果を要約して示しているのが図７であって、この場
合にはＳ／Ｃ＝5.７６と６に近い場合においても殆んど
整合した関係となるものである。

【００４０】更にこれら図５〜図７のものとは別の砕砂
を用い、プレーンモルタルと減水剤添加モルタルについ
て、同様に実測し、ＳＦＬとＷ／Ｃの関係を示したのが
図８であり、この場合においてもＳ／Ｃが０〜４の範囲
において何れも略整合した関係をなすことは明らかであ
って、添加剤によっても変動を来すものでないことが確
認された。なおこの図８における上下の１点鎖線はＪＩ
Ｓ規定によるフローテーブルでの測定限界を示すもので
ある。

【００４１】前記したプレーンまたは減水剤入り、ある
いは一括練り、分割練りに関する図５〜図８のような関
係は等流動性を有するＳ／ＣとＷ／Ｃとの間において２
次式の関係となることが明らかであり、従って等流動性
の配合値が予測算出でき、図９、図１０のような等流動
配合状態図を作成することができる。

【００４２】つまり、上記したような混合物（モルタ
ル）について本発明者等により的確な解明をなすべき採
用したこの等流動配合状態図は図９、図１０に示す如く
であって、モルタルの単位体積当りの水Ｗ、セメント
Ｃ、細骨材Ｓの各容積量を、セメントペースト（Ｃ＋
Ｗ：図示左端の位置）から次第に細骨材を多くして細骨
材のみ（図示右端）の水中単位容積量まで、全ての配合
量を図示することができる。すなわち、横軸に細骨材の
粒子間隔である、ゆるみ率Ψ_S を、縦軸に細骨材・セメ
ント・水の絶対容積を採ったものである。各材料の１ｍ
³ 当りに占める容積量（リットル／ｍ³ ）と、混合物中
に含まれる細骨材の絶乾重量を Sw max で除した値を１
から差引いた値Ψ_S （ゆるみ率）との関係で示したもの
であって、緩み率Ψ_S は次の(3) 式のように表わすこと
ができる。

【００４３】

【数４】

【００４４】前記した図９にはＪＩＳ規定によるフロー
での測定下限であるフロー値（ＦＬ）が１００mmのセメ
ントペーストを基準としたモルタルの等流動配合状態図
を示すが、このＦＬ１００の場合、セメント量（Ｃ）は
約６１０リットル、水（Ｗ）は約３９０リットルの点が
原点（Ｐ１００）となることが示されている。このＣ：
６１０リットル、Ｗ：３９０リットルの点は、前述した
モルタル流動状態図のセメントペーストのフロー面積
（Ｓ_FL）とＷ／Ｃの理論値より求めたフロー値１００mm
の点に相当し、Ｗ／Ｃ約２０％を示している。この点
は、遠心力試験においてセメントペーストを約２００Ｇ
の遠心力で脱水した時の含水率に相当し、粉体を媒体と
した細骨材の遠心力試験における細骨材の吸着水率で一
定となる約２００Ｇの点とほぼ一致している。したがっ
て、この点をセメントの拘束する吸着水率αの原点と考
え、セメントの限界吸着水率α₀ とすることができる。

【００４５】このような図９に対し、図１０はフロー値
が３００mmのセメントペーストを基準としたモルタルの
等流動配合状態図を示し、この図１０の状態図における
ペーストは、ポルトランドセメント量（Ｃ）が約４１０
リットル、水量（Ｗ）が約５９０リットルの点が原点Ｐ
３００となることを示している。このＣ：４１０リット
ル、Ｗ：５９０リットルの点は、Ｗ／Ｃ約４５％の点で
あり、一般的なフローテーブルの測定上限３００mmの限
界点を示している理論配合値である。また、Ｗ／Ｃ約４
５％のペーストは普通のポルトランドセメントの配合限
界点であると思われる。すなわち、ペーストのＷ／Ｃを
大きくして行くとブリージング率は次第に大きくなり、
内部ブリージング試験によれば、Ｗ／Ｃが約４５％にな
ると、これ以上加水しても投入した水は殆どブリージン
グ水となり、Ｗ／Ｃ約４５％付近がポルトランドセメン
トの保水限界と考えられる。

【００４６】以上のような結果として、流動性および保
水の関係からポルトセメントペーストは２０〜４５％の
範囲で統一的な流動性を持っているものと認められる。
また、前述した図５〜８のモルタルの流動状態図よりセ
メントペーストの流動性ＳＦＬとＷ／Ｃの関係はセメン
トペーストの流動勾配をα_F とすれば下式のようにな
る。

【００４７】

【数５】

【００４８】細骨材の配合状態については、前記した図
９、図１０において、Ψ_s が０（図示上右端）は新たに
知見された細骨材の定量特性値を示すものであり、各記
号については以下の如くである。

【００４９】

【数６】

【００５０】前記した図９の等流動モルタル配合状態図
において、モルタルの流動状態図より２次式によって求
められたＦＬ１００の等流動配合量をＷ／ＣとＳ／Ｃよ
り求めて各材料の配合量を表わしたが以下の如くであ
る。

【００５１】1) 細骨材（Ｓ）は、Ｓ／Ｃが大きくなる
に伴いΨ_s １００（即ち細骨材量０でセメントのみ）の
容積量０点からΨ_s ０線上のＳ_{w max} の点に向けて直線
状に変化する。また、（β）、（β_1im ）、（Ｑ₀ ）、
Ｓ_1v量もこれに比例して変化する。

【００５２】2) セメント量Ｃ_K は、Ｓ／Ｃが大きくな
るに従い図示左端のΨ_s １００線上におけるＦＬ１００
の点（Ｐ１００）から、右端下部Ψ_s ０・細骨材Ｓが０
の点に向けて曲線を描き、セメント量最低点を形成し、
この細骨材の統一配合における限界配合ライン（１）に
達する。

【００５３】3) 固体量（Ｃ_v ＋Ｓ_v ）は、上記した点
Ｐ１００よりＳ／Ｃが大きくなるに従い曲線を描き、最
大（Ｃ_v ＋Ｓ_v ）値、すなわち、単位水量最低点を経た
後、急激に曲率を変化させて減少し、既述の配合限界ラ
イン（１）に達する。

【００５４】4) 前記した図９の等流動ＦＬ １００の
配合状態において、点Ｐ１００から出発する１００（Ｓ
_v ＋Ｃ_v ）曲線の上部が等流動を付与するために必要な
単位水量である。

【００５５】従来では一定Ｗ／Ｃのセメントペーストに
乾いた状態の細骨材が混合された場合、細骨材にペース
ト中の流動に必要な水が吸収されるため、流動性が悪く
なることから吸水率の概念があり、したがって細骨材が
固有しているその吸水率（ＪＩＳ吸水率）を求めるの
に、表乾状態の細骨材を準備し、フローコーンによって
測定すると共に絶乾状態の測定をもなし、それらの差か
ら得るようにしている。また、等流動モルタルの単位水
量の変化に関しては、定量的な理論は未だ確立されてい
ない現状にある。

【００５６】これに対し前記したＦＬ１００の等流動配
合状態図である図９によれば、配合水の働きを分類して
下記の如く定量的に特定できる。

【００５７】

【数７】

【００５８】以上のような関係となり、等流動モルタル
には従来の概念に無かった「基本流動水（細骨材の自由
水）」が存在し、この基本流動水の程度が該モルタルの
物性、特にワーカビリテーなどに関して決定的な地位を
有することが知られた。

【００５９】図１０のフロー３００の等流動配合状態図
によれば、セメントペーストは、Ψ_s １００、ＦＬ３０
０の点Ｐ・３００を基点として３００・Ｃ_V および３０
０（Ｃ_v ＋Ｓ_v ）の各曲線は前述した図１２のＰ・１０
０を基点とした各曲線にほぼ並行しているが単位セメン
ト量最低点および単位水量最低点〔配合限界ライン
（２）・・・・（２）〕は、Ψ_s の大きい方にずれている。

【００６０】また、セメントの拘束する限界吸着水α₀
・Ｃ₃₀₀ は、フロー１００の限界吸着水α₀ ・Ｃ₁₀₀ 曲
線にほぼ並行して図表上その下部に存在する。この曲線
α₀・Ｃ₃₀₀ と、３００（Ｃ_v ＋Ｓ_v ）線に囲まれた水
量Ｃ_FWはモルタル中のセメントペーストの流動性を決定
し、モルタルのフロー値を形成する単位水量である。

【００６１】したがって、各配合における単位体積の各
材料は下記のとおりとなる。

【００６２】

【数８】

【００６３】流動に必要な単位水量を自由水Ｗ_F とすれ
ば、

【００６４】

【数９】

【００６５】となり、自由水Ｗ_F は粉体の性質によって
定まるペーストの自由水Ｃ_FW、と細骨材の物理的性質に
よって定まる細骨材の自由水（基本流動水）Ｓ_FWの和と
なり、流動性、ブリージング等モルタルの物性を的確に
判断せしめる。

【００６６】細骨材の吸着水状態については整然たる関
係が確認される。即ちよく分散した絶乾細骨材を用い、
細骨材・粉体比を変化させた一定の水・粉体比を有する
モルタルを所定の脱水処理条件で脱水した後のモルタル
の保水率は処理条件の何れであっても一定の整然たる関
係を採ることが確認された。

【００６７】即ち、１例として粗粒率が2.４０で、吸水
率Ｑが1.０３％、実積率６7.９％の砕砂を用い、上記の
ように一定の水・粉体比によるモルタルを各種調整し、
遠心力法、圧力差法および内部ブリージング法による脱
水処理をなした結果を、該モルタルの保水率Ｗ_Z ／Ｃを
縦軸に採り、横軸にＳ／Ｃを採ってプロットしたのが図
１１であって、何れの脱水処理によるものも整然とした
角度θ₁ 、θ₂ 、θ₃による直線勾配が得られる。この
勾配は細骨材の表面が拘束する吸着水であるから細骨材
の相対吸着水率β_A とする。

【００６８】即ち、前記β_A は、同一骨材であっても、
粉体の材質、比表面積、脱水強さなどによって変化する
が、一定条件下で法則性を有する。例えば遠心力脱水の
場合、約２００Ｇ以上、１０分以上では遠心力強さ、処
理時間の如何に拘わらずβ_Aは略一定となり、圧力差法
においても0.５kg／cm² 以上の圧力差で１５分以上の処
理時間を採った場合には略一定状態となる。同様に内部
ブリージング法においては1.５時間以上で略一定とな
る。

【００６９】前記図１の場合は遠心力法が４３８Ｇ、３
０分、圧力差法が0.６kg／cm² で２０分間、内部ブリー
ジング法は２時間の結果によるものであるが、前記
θ₁ 、θ₂ 、θ₃ による相関係数は遠心力法と圧力差法
が何れも0.９９３、内部ブリージング法は0.９８２であ
って、何れも充分に措信し得るものであることが確認さ
れた。即ちこのような何れかの方法を適宜に採用して前
記β_A を求めるものである。

【００７０】細骨材の前記したような吸着水状態図は良
く分散させた細骨材を篩分けて数種類のＦ．Ｍの異なる
試料を作成し、更に各試料ごとに限界吸着水率βを測定
し、これを縦軸となし、また、各試料を篩分けて各篩目
ごとに試料の表面積を球として計算したもの（Ｓm)の総
和を横軸に採って図１２のように図表化することができ
る。これによれば表面積（Ｓm)の大きいもの程βは直線
的に大きくなり、また、表面積０のＹ折片の所でも一定
量のβ値となり、この点が細骨材内部の吸水率を示すも
ので、これを開孔内部吸水率Ｑ₀ （従来のＪＩＳ吸水率
に相当する）とする。このときのtan θは細骨材の形状
係数β_K である。したがって

【００７１】

【数１０】

【００７２】の関係がある。このβ_1im は表面吸着水で
あって従来なかった概念であり、細骨材が拘束する表面
吸着水である。

【００７３】細骨材の相対総表面積は、開孔内部吸水率
Ｑ₀ が細骨材体積の中に入ると考え、Ｓm は前述のよう
に篩分けした細骨材を球としてみなして求めた表面積で
あるが、ここで岩石の組成に関する吸着水はＱ₀ 中に入
ると考え、細骨材の表面に吸着する限界表面吸着水の厚
さを一定とすると、表面吸着水率β_1im は材質に関係な
く細骨材の表面積に比例する。したがって、表面吸着率
β_1im の３乗根は限界表面吸着水厚さとなる。

【００７４】また、真球に近い硝子球の表面積を既知と
し表面吸着水率を測定すると、この３乗根は限界表面吸
着水厚さとなる。したがって、篩分けをした細骨材を球
と見なした表面積Ｓm と同様のＳm を有する硝子球の表
面積を標準表面積とすれば、両者の間には

【００７５】

【数１１】

【００７６】の関係がある。Ｓ_mHは、細骨材の単位容積
当りの相対総表面積である。本実施例では、標準表面積
のβ_K を0.００１として計算した。

【００７７】本発明者等は粗粒率Ｆ．Ｍが1.５３から
3.５、空隙率が３2.７から４0.７の範囲にある、砕砂お
よび川砂の１０数種類による、水中最密単位容積重量試
験等、各種細骨材試験およびポルトランドセメントを
粉体とした遠心力による、各吸着状態図作成試験ならび
に同細骨材、セメントを使用したモルタルによる流動
状態図作成試験の結果として、各細骨材、モルタルの配
合状態を得、これを解析して次のような法則性を発見し
た。また、これら等を応用してモルタルの等流動統一配
合を予測できる技術を確立した。

【００７８】(a) 細骨材とモルタル間には図１３のよう
に流動法則性がある。即ち一定範囲の等流動モルタルに
おいて細骨材・セメント比が一定の場合「細骨材の自由
水平均膜厚ｒＨβ（εβ／Ｓ_mH）と、基本流動水微粒分
体積比（Ｓ_FW／Ｓ_1V）との間には、原点を通る直線比例
関係が存在し、下式のような流動係数δ₀ を形成する。
という細骨材とモルタル間における流動法則性を知見し
た。

【００７９】

【数１２】

【００８０】なお上式において、条件は以下の如くであ
る。 注 一定範囲の等流動モルタル；統一配合系のモルタ
ル、すなわち、２次式の範囲に入るモルタルで、次のも
のは範囲外と考える。 イ）、分離しているモルタル ロ）、細骨材とセメントペーストの間において科学反応
を生じているもの ハ）、フロー試験において質量が大きく１５回落下時に
フロー面積に影響を及ぼすような比重の大きい細骨材 ニ）、著しく角張りが大きくフロー試験に影響を及ぼす
細骨材 等の範囲外のモルタルまたは材料に関しては、補正係数
を定めて使用できるもの、または全く範囲外の扱いとす
べきものがある。 注 細骨材の自由水平均膜厚ｒＨβ（εβ／Ｓ_mH）
は、細骨材の水中最密充填より、該細骨材の体積と吸着
水βを差引いた、細骨材の空隙自由水率εβを、上記細
骨材の相対総表面積Ｓ_mHで除した値。 注 基本流動水微粒分体積比（Ｓ_FW／Ｓ_1V）は、モル
タル中の自由水の一部であり、細骨材に係わる基本流動
水Ｓ_FWを、該細骨材の吸着水βを含む微粒分体積Ｓ_1vで
除した値。（実施例では細骨材微粒分は0.１５mm以下と
したが、）例えば0.１〜0.６mmを微粒分の最大径として
も略同様な結果が得られる。

【００８１】前記したような流動係数δ₀ は、前述した
図１４などに明らかなようにフロー面積ＳＦＬと線形で
比例し、かつ、線形δ_F 及びＫは砂およびセメントの表
面積に関して直線形で比例し、図１５、図１６の如く、
係数δ_m1・δ_m2・δ_m3・δ_m4が得られる。なおこれらの
図１５、図１６に示したものは普通ポルトランドセメン
トを用いた一括練りの場合であるが、その他のセメント
を用い、分割練りその他の混練方法を採用した場合にお
いても同様に得られる。

【００８２】前記したような等流動配合状態図より１０
００リットルのモルタルの各材料の量は以下のようにな
る。

【００８３】

【数１３】

【００８４】即ち、これを展開、整理すると２次式とな
り、実験式と符号し、材料特性値のみで予測配合が決定
される。

【００８５】なお、前記した図１３に代え図１７の様
に、相対総表面積を微粒分の表面積（Ｓ_mH1 ）として同
様な解析展開しても、該図１７のＹ切片Ａがある程度で
略同程度の予測配合が決定される。

【００８６】本発明によるものの具体的な調整例につい
て説明すると、本発明者等が用いた細骨材の物性は次の
表３に示す如くである。

【００８７】

【表３】

【００８８】前記の砕砂および川砂と普通ポルトランド
セメントを用い、各種配合のモルタルを準備し、別に上
述したような本発明方法に従って理論計算して得られた
理論計算線を施した図表において、上記のように準備さ
れた各モルタルのＳＦＬとＷ／Ｃ値との関係をプロット
したのが図１８と図１９および図２０である。

【００８９】即ち、図１８は表３における砕砂を用いた
モルタルについてのものであるが、Ｓ／Ｃ＝６以外のも
のはその実測値が何れも殆ど理論計算線に合致してお
り、従ってこのような図表により該砕砂とポルトランド
セメントによる如何なるモルタルに関しても、少なくと
もＳ／Ｃ＝４までに関しては略的確にその特性を予測し
正確に目的のモルタルを得ることのできることが知られ
た。

【００９０】又図１９は前記した表３の川砂（Ｃ）を用
いたモルタルについて、図１８の場合と同様に各種モル
タルを一括練りにより準備して得られた実測値を、理論
計算線の施された図表にプロットしたものであるが、こ
の場合においてもＳ／Ｃ＝３までは略理論計算線に合致
した実測値が得られており、Ｓ／Ｃ＝４のものにおいて
も殆ど理論計算線にそったものとなっていて、図１８の
場合と同様に略的確な特性値の予測をなし得ることが知
られた。

【００９１】更に図２０は前記した表３の川砂（Ｄ）を
用いたモルタルについて、図１８、１９の場合と同様に
各種モルタルを一括練りにより準備して得られた実測値
を、理論計算線の施された図表にプロットしたものであ
るが、この場合においてはＳ／Ｃ＝４までは略理論計算
線に合致した実測値が得られており、Ｓ／Ｃ＝６のもの
以外は図１８の場合と同様に略的確な特性値の予測をな
し得ることが知られた。

【００９２】前記した表３の砕砂（Ｂ）を用い、これに
２０mm以下の粗骨材（Ｇ）を配合し、普通ポルトランド
セメントと単位水量が最小となるＳ／Ｃ＝2.７５による
砂セメント比に従うと共にモルタル流動性が２３０mmと
なる水量によってコンクリートを調整した。得られたコ
ンクリートについてブリージング率を測定した結果は、
Ψ_G ＝５０のものは2.９０％、Ψ_G ＝４０のものは1.９
９％、Ψ_G ＝３０では1.５０％であって、前記Ｓ／Ｃを
上記以外の1.０〜2.０あるいは3.０〜4.０としかつモル
タルの流動性を２３０mmとした比較例の場合のブリージ
ング率3.１１〜4.７８％に比すれば少なくとも２分の１
以下に低減し得ることが知られた。

【００９３】上記のように砕砂（Ｂ）による等流動性を
有する単位水量最少Ｓ／Ｃが2.７５であることが知ら
れ、これを採用することにより品質的に優れたコンクリ
ートが得られることが明らかになったので、具体的なコ
ンクリートとして必要な流動性（コンクリートフロー値
等）は前記のような単位水量最少Ｓ／ＣにおいてΨ_G を
選ぶことにより適宜に得られる。即ちコンクリートフロ
ー値が５００mmのコンクリートを得るためのΨ_G は４６
％と求められ、このΨ_G によって実施したところブリー
ジング率が2.５％で施工性および耐久性の何れもが良好
なコンクリートを得ることができた。

【００９４】又コンクリートフロー値が６００mmである
ことを必要とする場合においても前記砕砂（Ｂ）による
等流動性をもった単位水量最少Ｓ／Ｃが2.７５であるこ
とから、該Ｓ／Ｃ条件下で、前記コンクリートフロー値
６００mmを得るためのΨ_G は約６０％と特定されること
となり、このΨ_G ６０％により実施したところブリージ
ング率は4.８％であって、施工性、耐久性の何れもが良
好であることを確認した。

【００９５】更に前記したような砕砂（Ｂ）と粗骨材お
よび普通ポルトランドセメントによりコンクリートフロ
ー値が４００mmのコンクリートを得る場合のΨ_G は３１
％と求められ、このΨ_G によってコンクリートを調整し
たときにおいてはブリージング率が1.５％で施工性、耐
久性が該条件において最高状態であった。

【００９６】即ちこれらのコンクリートに関する実施例
によるときは従来においては砂利：砂のバランスを決
め、この砂利：砂のバランスにおいて単位水量を変え、
コンクリートの流動性を選ぶことによって目的のコンク
リートを得ようとするものであるが、この場合において
は単位水量が目的の流動性に対して最少となるものでな
く、成程ブリージング率はΨ_G が高くなることによって
高い値を示すとしても同じΨ_G 条件下でのブリージング
率は一般的に本発明の場合の２〜2.５倍であって、必然
的に得られるコンクリートの品質（耐久性）が良好とな
らないのに対し本発明の場合においては常に施工性およ
びコンクリートの特性を解明予測し、この予測値に対す
る偏差も非常に少ないコンクリートを得しめることが確
認された。

【００９７】

【発明の効果】以上説明したような本発明によるときは
セメント類などの粉体と砂その他の粒体および水よりな
るこの種混合物に関して的確な流動性その他の物性を予
測ないし制御せしめ、その配合設計や計画を適切に決定
し、与えられた条件下において常に最高状態の混合物を
調整し得るものであって、工業的にその効果の大きい発
明である。

【図面の簡単な説明】

【図１】砕砂モルタルのＷ／Ｃとフロー値との関係を示
した図表である。

【図２】図１のものの回帰係数より求めた値と各Ｓ／Ｃ
における実測回帰のフロー面積との関係を示した図表で
ある。

【図３】配合関数式の補正比率とＳ／Ｃの関係を示した
図表である。

【図４】砕砂の等フローＷ／ＣとＳ／Ｃの関係を示した
図表である。

【図５】２次回帰式により求めた値と各Ｓ／Ｃにおける
実測回帰の関係を示した図表である。

【図６】２次回帰式により求めた値と各Ｓ／Ｃにおける
実測回帰の関係を一括練りの場合について示した図表で
ある。

【図７】図６と同じ関係を分割練りの場合について示し
た図表である。

【図８】プレーンおよび減水剤添加モルタルについての
流動状態図である。

【図９】フロー値１００mmの場合の等流動統一配合系モ
ルタルの状態図である。

【図１０】フロー値３００mmの場合の図９と同様な等流
動統一配合系モルタルの状態図である。

【図１１】Ｗ_Z ／ＣとＳ／Ｃの関係を示した図面であ
る。

【図１２】細骨材の比表面積との関係における吸着状態
図である。

【図１３】基本流動水微粒分体積比と自由水平均膜厚と
の関係を示した図表である。

【図１４】各Ｓ／Ｃにおけるフロー面積（ＳＦＬ）とδ
₀ との関係を示した図表である。

【図１５】係数ＫとＳ／Ｃの関係を示した図表である。

【図１６】δ_F とＳ／Ｃの関係を示した図表である。

【図１７】図１３に代え相対総表面積を微粒分の表面積
として同様に解析した図表である。

【図１８】砕砂を用いたモルタルの実測値と理論計算線
との関係を示した流動状態図である。

【図１９】表３の川砂（Ｃ）を用いたモルタルの実測値
と理論計算線との関係を示した流動状態図である。

【図２０】表３の川砂（Ｄ）を用いた各モルタルの一括
練りによる実測値と理論計算線との関係を示した図表で
ある。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小沢 一雅 東京都文京区本駒込３−５−７−701 (72)発明者 門倉 智 神奈川県横浜市港南区港南台４−５−24 −405 (56)参考文献 特開 昭59−13164（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−139407（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−121360（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−284469（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−314465（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−249306（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B28C 5/00 B28C 7/02

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 粉体、粒体および水よりなる混合物を調
   整するに当り、それら粉体と水による粉体、水比を変化
   させた複数個の各混合物について流動性をフローテーブ
   ルにより測定し、これら測定値の相互関係を次の二次式
   により求めて限界値を有する等流動統一配合系を決定
   し、目的の流動性を有する前記混合物を該等流動統一配
   合系中より選択することを特徴とする粉体、粒体および
   水よりなる混合物の配合または調整法。 Ｗ／Ｃ＝Ａ₀ ＋Ａ₁ ・（Ｓ／Ｃ）＋Ａ₂ ・（Ｓ／Ｃ）² なお、上式における係数Ａ₀ 、Ａ₁ 、Ａ₂ は、フロー面
   積（ＳＦＬ）と関係し、次のように表わされる。 Ａ₀ ＝Ｋ₀₀＋Ｋ₁₀×ＳＦＬ Ａ₁ ＝Ｋ₀₁＋Ｋ₁₁×ＳＦＬ Ａ₂ ＝Ｋ₀₂＋Ｋ₁₂×ＳＦＬ
2. 【請求項２】 粉体、粒体および水により混合物を調整
   するに当り、等流動で粉体・粒体比を一定とした配合系
   において、前記粒体の水中最密充填単位容積より該粒体
   の体積分を差引いた空隙自由水率を上記粒体または微粒
   分の相対総表面積で除算した粒体の自由水平均膜厚さ
   と、該混合物中の基本流動水を前記粒体の微粒分体積で
   除算した微粒分体積比とにおいて成立する直線比例関係
   を利用し該粒体のもつ固有の特性値および前記粉体ペー
   ストの流動特性値により前記混合物の流動性、強度につ
   いての物性を予測し、該混合物の配合条件を決定するこ
   とを特徴とする粉体、粒体および水よりなる混合物の配
   合および調整法。
3. 【請求項３】 請求項１または２に記載の混合物の配合
   または調整をなすに当り、その粒状物として砂利その他
   の塊状体をも添加混合することを特徴とする粉体、粒体
   および水よりなる混合物の配合または調整法。
4. 【請求項４】 請求項１ないし３に記載の混合物の配合
   または調整をなすに当り、その粉体、粒体比をそれぞれ
   変化させた複数個の各混合物を得るために同じ粉体、水
   比に得る水を分割し、その一部を添加して１次混合して
   から残部を添加して２次混合することを特徴とする粉
   体、粒体および水よりなる混合物の配合または調整法。