CN104918899A - 高强度水泥掺合料及混凝土制品的制造方法 - Google Patents

高强度水泥掺合料及混凝土制品的制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供混凝土的初始强度显现大、即使大量使用高性能减水剂也不发生凝结延迟因而能够提前进行蒸汽养护的高强度水泥掺合料及混凝土制品的制造方法。所述高强度水泥掺合料含有：粉末度为勃氏比表面积2500～9000cm2/g的石膏、甘油、以及优选添加的粉末度为勃氏比表面积5000cm2/g以上且含有60质量％以上SiO2的二氧化硅质物质的混合粉碎物，甘油含量在石膏和甘油的总和100质量份中为0.1～10质量份，二氧化硅质物质的含量在石膏、二氧化硅质物质和甘油的总和100质量份中为45～90质量份；所述混凝土制品的制造方法中，在水泥和高强度水泥掺合料的总和100质量份中配混2～15质量份的前述高强度水泥掺合料。

Description

高强度水泥掺合料及混凝土制品的制造方法
技术领域
本发明涉及在土木·建筑领域中使用的混凝土制品用的高强度水泥掺合料、及混凝土制品的制造方法。
背景技术
通常，混凝土制品是如下制造的：向钢制模具中注入混凝土并进行预养护，然后进行蒸汽养护，促使混凝土的强度显现，在冷却后进行脱模。蒸汽养护的预养护会因高强度混凝土制品的制造所需的高性能减水剂的影响而发生固化延迟，其需要的时间变长。因此缩短预养护时，水泥部分的未水合部分的水会引起膨胀，在蒸汽养护后，混凝土中产生龟裂裂纹。因此，对缩短预养护时间的制造方法进行了研究(参照专利文献1)。
此外，作为缩短蒸汽养护时间的手段，已知有以生石灰、无水石膏、或者碱金属的硫酸盐为主体的超早强型膨胀剂、组合使用甘油等特定化合物和碱金属硫酸盐而得到的水硬性组合物早强剂等(参照专利文献2、专利文献3、专利文献4、及专利文献5)。但是，其性能并不充分。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2000-301531号公报
专利文献2：日本特开2001-294460号公报
专利文献3：日本特开2011-153068号公报
专利文献4：日本特开2000-233959号公报
专利文献5：日本特表2008-519752号公报
发明内容
发明要解决的问题
近年来，正在进行混凝土的高强度化，低水比的混凝土增加。低水比的混凝土为了获得流动性，必须大量使用高性能减水剂。然而，作为大量使用高性能减水剂带来的危害，会引起凝结延迟、作业性(workability)的恶化、或初始强度显现的降低等。
因此，期望在混凝土制品的制造中能增进初始强度显现的掺合料及混凝土制品的制造方法。凝结时间需要达到可进行处理的程度，但凝结时间短则能够加快制造周期，故而优选。此外，强度优选较大。
本发明是为了解决这些问题而作出的，其目的在于，提供不发生凝结延迟、初始强度显现的降低程度小的高强度水泥掺合料及混凝土制品的制造方法。
用于解决问题的方案
即，本发明具有以下主旨。
(1)一种高强度水泥掺合料，其特征在于，含有甘油和粉末度为勃氏比表面积2500～9000cm2/g的石膏的混合粉碎物，在石膏和甘油的总和100质量份中，甘油的含量为0.1～10质量份。
(2)根据前述(1)所述的高强度水泥掺合料，其中，混合粉碎物还含有二氧化硅质物质，所述二氧化硅质物质的粉末度为勃氏比表面积5000cm2/g以上、且含有60质量％以上的SiO2，在石膏、二氧化硅质物质和甘油的总和100质量份中，甘油的含量为0.1～10质量份、且二氧化硅质物质的含量为45～90质量份。
(3)根据前述(1)或(2)所述的高强度水泥掺合料，其中，前述石膏为选自由二水石膏、半水石膏、以及无水石膏组成的组中的至少一种。
(4)根据前述(2)或(3)所述的高强度水泥掺合料，其中，前述二氧化硅质物质为选自由硅灰(silica fume)、二氧化硅粉尘、硅藻土、硅藻白土、以及粉煤灰组成的组中的至少一种。
(5)根据前述(1)～(4)中任一项所述的高强度水泥掺合料，其中，在前述混合粉碎得到的粉碎物的表面附着有甘油。
(6)一种混凝土制品的制造方法，其特征在于，在水泥和高强度水泥掺合料的总和100质量份中，配混2～15质量份的前述(1)～(5)中任一项所述的高强度水泥掺合料。
(7)根据前述(6)所述的混凝土制品的制造方法，其中，在混凝土制品的脱模前实施预养护和蒸汽养护。
(8)根据前述(7)所述的混凝土制品的制造方法，其中，实施0.5～2小时前述预养护。
(9)根据前述(7)或(8)所述的混凝土制品的制造方法，其中，在温度40～80℃下实施2～8小时前述蒸汽养护。
(10)一种混凝土制品，其利用前述(6)～(9)中任一项所述的制造方法来制造。
发明的效果
根据本发明，能够得到与以往相比混凝土的初始强度显现大、即使大量使用高性能减水剂也不发生凝结延迟因而能够提前进行蒸汽养护的高强度水泥掺合料、使用该材料的混凝土制品的制造方法、及混凝土制品。
具体实施方式
本说明书中的“份”、及“％”只要没有特别说明即为质量基准。
此外，本发明中所说的混凝土是水泥浆、水泥砂浆及水泥混凝土的统称。
本发明的石膏可以列举出二水石膏、半水石膏、无水石膏等，没有特别限定，组合使用其中的1种或2种以上而提高强度显现性。
石膏的粉末度以勃氏比表面积计优选为2500～9000cm2/g，更优选为4000～9000cm2/g。
本发明的甘油(glycerin)是化学式为C3H8O3、以化学名1,2,3-丙三醇或甘油(glycerol)来表示的化合物。甘油在常温下为液体。
本发明的高强度水泥掺合料中，石膏和甘油的配混比例为：在石膏和甘油的总和100份中，甘油优选为0.1～10份、更优选为1～5份。甘油小于0.1份时，有时不能获得初始强度的增进效果，甘油超过10份时，有时混凝土的流动性变差。
本发明的二氧化硅质物质是以二氧化硅质为主成分且具有潜在水硬性的物质的粉末的统称，例如可以列举出硅灰(silica fume)、二氧化硅粉尘、硅藻土、硅藻白土、粉煤灰等。本发明中，可以使用它们中的1种或2种以上。
本发明的二氧化硅质物质优选SiO2含量为60％以上，更优选为80％以上。
本发明的二氧化硅质物质的勃氏比表面积优选为5000cm2/g以上，更优选为6000～9000cm2/g。
本发明的高强度水泥掺合料中，二氧化硅质物质的配混比例在二氧化硅质物质、甘油和石膏的总和100份中优选为45～90份，更优选为45～80份。
本发明的高强度水泥掺合料通过将甘油、石膏以及优选进一步添加的二氧化硅质物质混合粉碎，能够使甘油附着于粉碎物的表面，从强度显现性的观点考虑是优选的。
本发明中，对将石膏、甘油及二氧化硅质物质混合粉碎的方法没有特别限定，可以使用球磨机、圆筒磨机、立式磨机、塔式粉碎机、气流磨(air mill)、离心式辊磨(centrifugal roller mill)、锥形粉碎机等。在球磨机中的混合粉碎特别有效，更有助于强度显现。
本发明的高强度水泥掺合料的使用量根据混凝土的配方而不同，通常，在水泥和高强度水泥掺合料的总和100份中，优选为2～15份，更优选为5～12份。在前述使用量的范围外时，有时压缩强度的增进效果变小。
使用本发明的高强度水泥掺合料时，对于从混凝土的浇筑到脱模为止的养护条件，例如从浇筑混凝土到进行蒸汽养护为止的预养护优选为0.5～2小时，特别优选为1小时左右。
蒸汽养护的升温速度优选为40～80℃/小时，特别优选为60℃/小时左右。
本发明的预养护优选在室温环境下通过密封养护来进行。
此外，蒸汽养护的最高温度优选为40～80℃，更优选为60～80℃。小于40℃时，无法期待强度的增进。超过80℃时，有时混凝土产生龟裂裂纹。蒸汽养护的时间优选为2～8小时，更优选为4～8小时。如果小于2小时，则强度的增进小。相反，即使超过8小时，也无法期待更多的强度的增进。
本发明的蒸汽养护优选使用在湿度100％的恒湿槽中进行温度控制的方法来进行。
作为本发明中使用的水泥，可以列举出：普通、早强、超早强、低热、中热等各种波特兰水泥；在这些水泥中混合高炉矿渣、粉煤灰、二氧化硅等而得到的各种混合水泥；混合有石灰石粉末的填料水泥；等。
在混合水泥中，使用高炉水泥B种时，环境负担小，使用本发明的高强度水泥掺合料时的强度增进效果高，故而优选。
本发明中，除了砂、砂石以外，还可以组合使用减水剂、高性能减水剂、AE减水剂、高性能AE减水剂、流动化剂、消泡剂、增稠剂、防锈剂、防冻剂、减缩剂、高分子乳液、凝结调节剂、钢纤维等。
为了提高使用本发明的水泥掺合料而得到的混凝土的弯曲强度，使用有机系材料，作为有机系材料，可以列举出维尼纶纤维、丙烯酸纤维、碳纤维等纤维状物质等。其中，优选维尼纶纤维、或丙烯酸纤维。
实施例
以下通过本发明的实施例进行更具体的说明，但本发明不限定解释为这些实施例。
“实验例1”
使用以下记载的使用材料，将如表1所示地配混了石膏及甘油的原料用球磨机混合粉碎，得到高强度水泥掺合料(混合粉碎物的勃氏比表面积均为7000cm2/g左右)。
接着，将单位水量138kg/m3、单位水泥量450kg/m3、单位高强度水泥掺合料量45kg/m3、减水剂5.0kg/m3、细骨材率(s/a)40.0％、及空气量2％作为混凝土的基本配方，使用强制双螺杆混合机进行混合。仅实验No.1-22、1-23使用水泥(B)，其它实验均使用水泥(A)。
接着，在20℃的环境下，如表1所示地改变高强度水泥掺合料的种类，测定混凝土的凝结开始时间。
其后，在模具(直径10cm×高度20cm)中填充混凝土，进行1小时20℃下的预养护，然后，使用蒸汽养护槽用1小时进行直至75℃为止的升温，在最高温度75℃下进行3小时的蒸汽养护。其后，冷却至20℃，2小时后进行脱模。接着，测定在20℃的水中养护7天后的压缩强度。将实验例1的结果示于表1。
需要说明的是，对以将高强度水泥掺合料替换成骨材的方式进行配混、不添加高强度水泥掺合料的配方也进行了研究(实验No.1-1、1-22)。
(使用材料)
石膏a：天然无水石膏、勃氏比表面积5000cm2/g、市售品
石膏b：天然无水石膏、勃氏比表面积2500cm2/g、市售品
石膏c：副产二水石膏、勃氏比表面积6000cm2/g、市售品
石膏d：副产二水石膏、勃氏比表面积4000cm2/g、市售品
水泥(A)：普通波特兰水泥、市售品、密度3.16g/cm3
水泥(B)：高炉水泥B种、市售品、密度3.04g/cm3
甘油：市售品、纯化甘油(液体)
减水剂：聚羧酸系“Super 300CF”、GRACE CHEMICALS制造
细骨材：姬川产、粒径5mm以下的砂的含量在85％以上的砂
粗骨材：姬川产、粒径25mm以下的砂石的含量为100％且粒径5mm以上的砂石的含量在85％以上的砂石
需要说明的是，上述细骨材及粗骨材在所有的混凝土制造时使用。
(试验方法)
凝结时间试验：基于JIS A 1147，使用TESCO CO.,LTD.制造的贯入阻力试验装置，测定凝结开始时间。
压缩强度：基于JIS A 1108，使用MARUI GROUP CO.,LTD.制造的3000kN抗压试验机、型号：MIE-735-1-50-1来测定。
[表1]
实验No.1-23及1-24中，将实验No.1-1及1-7中的水泥从普通波特兰水泥变更为高炉水泥B种。
“实验例2”
使用以下记载的使用材料，如表2所示，在石膏和甘油中进一步组合使用以下的二氧化硅质物质，除此以外，与实验例1同样地进行混凝土制品的制造及评价。
将实验例2的结果与实验No.1-1～1-8的结果一同示于表2。
(使用材料)
二氧化硅质物质a：非晶二氧化硅、SiO2含有率92％、勃氏比表面积7000cm2/g、市售品
二氧化硅质物质b：非晶二氧化硅、SiO2含有率90％、勃氏比表面积5000cm2/g、市售品
二氧化硅质物质c：非晶二氧化硅、SiO2含有率90％、勃氏比表面积3000cm2/g、市售品
二氧化硅质物质d：SiO2含有率60％、Al2O3含有率40％、勃氏比表面积7000cm2/g、市售品
[表2]
“实验例3”
使用包含48.5份石膏a、48.5份二氧化硅质物质a、3份甘油的高强度水泥掺合料(实验No.2-4)，将高强度水泥掺合料的配混比例改变为如表3所示，除此以外，与实验例2同样地进行混凝土制品的制造及评价。
将实验例3的结果与实验No.1-1及实验No.2-4的结果一同示于表3。
[表3]
“实验例4”
使实验No.3-3中使用的高强度水泥掺合料的配混量为60kg/m3，作为将石膏、甘油和二氧化硅质物质的混合物混合粉碎的方法，将粉碎机变更为球磨机、离心式辊磨或锥形粉碎机，除此以外，与实验例3同样地进行混凝土制品的制造及评价。粉碎后的勃氏比表面积均为7000cm2/g。
将实验例4的结果与实验No.3-3的结果一同示于表4。
[表4]
产业上的可利用性
本发明的高强度水泥掺合料能够提高混凝土制品的初始及长期的强度，并且不会发生凝结延迟，能够作为用于提高生产率的材料利用，因此能够在土木领域等中适宜地使用。
需要说明的是，将2013年1月15日申请的日本特许出愿2013-004510号的说明书、权利要求书、及说明书摘要的全部内容引用至本说明书中，作为本发明的说明书的公开内容而并入。

Claims (10)

1.一种高强度水泥掺合料，其特征在于，其含有甘油和粉末度为勃氏比表面积2500～9000cm2/g的石膏的混合粉碎物，在石膏和甘油的总和100质量份中，甘油的含量为0.1～10质量份。
2.根据权利要求1所述的高强度水泥掺合料，其中，混合粉碎物还含有二氧化硅质物质，所述二氧化硅质物质的粉末度为勃氏比表面积5000cm2/g以上、且含有60质量％以上的SiO2，在石膏、二氧化硅质物质和甘油的总和100质量份中，甘油的含量为0.1～10质量份、且二氧化硅质物质的含量为45～90质量份。
3.根据权利要求1或2所述的高强度水泥掺合料，其中，所述石膏为选自由二水石膏、半水石膏、以及无水石膏组成的组中的至少一种。
4.根据权利要求2或3所述的高强度水泥掺合料，其中，所述二氧化硅质物质为选自由硅灰、二氧化硅粉尘、硅藻土、硅藻白土、以及粉煤灰组成的组中的至少一种。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的高强度水泥掺合料，其中，在所述混合粉碎而得到的粉碎物的表面附着有甘油。
6.一种混凝土制品的制造方法，其特征在于，在水泥和高强度水泥掺合料的总和100质量份中，配混2～15质量份的权利要求1～5中任一项所述的高强度水泥掺合料。
7.根据权利要求6所述的混凝土制品的制造方法，其中，在混凝土制品的脱模前实施预养护和蒸汽养护。
8.根据权利要求7所述的混凝土制品的制造方法，其中，实施0.5～2小时所述预养护。
9.根据权利要求7或8所述的混凝土制品的制造方法，其中，在温度40～80℃下实施2～8小时所述蒸汽养护。
10.一种混凝土制品，其利用权利要求6～9中任一项所述的制造方法来制造。
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