CN110799472A - 混凝土组合物及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明的混凝土组合物含有：高炉渣；膨胀材料及水泥中的至少任一种；以及水；且所述水的单位水量为130kg/m3以下，所述水泥的含量相对于所述高炉渣为22质量％以下，坍流度值为40cm以上。

Description

混凝土组合物及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种混凝土组合物及其制造方法。
背景技术
在楼房等建筑物中，广泛地使用使混凝土组合物硬化而成的混凝土。一般，所述混凝土组合物含有：包含水泥的结合材料、砂等细骨料、石等粗骨料、以及水。所述混凝土组合物通过改变所含有的物质的种类及量，能够获得所需性质(例如强度、流动性等)的混凝土组合物的硬化物。
所述水泥一般通过以下方法制造。对石灰石、粘土等原料进行高温煅烧而制造被称为水泥熟料的组合物。粉碎所述水泥熟料，添加石膏，由此获得水泥。认为由于在制造所述水泥熟料的阶段会产生二氧化碳，所以水泥会对环境造成负担。因此，提出了抑制所述水泥的使用而环境负担低的所述混凝土组合物(例如参考专利文献1～2)。
但是，这些提案中的所述混凝土组合物中，水的含量(单位水量)分别为160kg/m3～174kg/m3左右，含有相对较多的水。已知通常在所述混凝土组合物进行硬化时，发生收缩(自收缩)。另外，已知在所述混凝土组合物的硬化后，也会伴随着水的蒸发等而发生收缩(干燥收缩)。因此，在使像所述提案那样水的含量相对较多的所述混凝土组合物硬化时，会发生收缩而导致皲裂。
作为所述水的含量(单位水量)少的所述混凝土组合物，提出了将单位水量减少到80kg/m3～85kg/m3左右的所述混凝土组合物(例如参考专利文献3～4)。
但是，在这些提案中，所述混凝土组合物的流动性不佳，所以只可以用在堤坝等特殊用途。所述混凝土组合物从用于各种所述建筑物的观点来说，要求良好的流动性。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利特开2014-148434号公报
专利文献2：日本专利特开2010-189219号公报
专利文献3：日本专利特开2015-180603号公报
专利文献4：日本专利特开2011-168978号公报
发明内容
[发明要解决的问题]
因此，期待一种混凝土组合物，其环境负担低，硬化物具有与以往的混凝土同等的强度，且流动性良好。
本发明的目的在于提供一种混凝土组合物及其制造方法，所述混凝土组合物环境负担低，硬化物具有与以往的混凝土同等的强度，且流动性良好。
[解决问题的手段]
作为用来解决所述问题的方法，如下所述。即：
＜1＞一种混凝土组合物，其特征在于所述混凝土组合物含有：高炉渣；膨胀材料及水泥中的至少任一种；以及水；且所述水的单位水量为130kg/m3以下，所述水泥的含量相对于所述高炉渣为22质量％以下，坍流度值为40cm以上。
＜2＞根据所述＜1＞所记载的混凝土组合物，其中所述坍流度值为50cm以上。
＜3＞根据所述＜1＞至＜2＞中任一项所记载的混凝土组合物，其中所述水的单位水量为100kg/m3以下。
＜4＞根据所述＜1＞至＜3＞中任一项所记载的混凝土组合物，其中所述膨胀材料的含量为3kg/m3以上。
＜5＞根据所述＜1＞至＜4＞中任一项所记载的混凝土组合物，其中所述膨胀材料的含量为5kg/m3以上。
＜6＞根据所述＜1＞至＜5＞中任一项所记载的混凝土组合物，其还含有镍铁渣。
＜7＞根据所述＜1＞至＜6＞中任一项所记载的混凝土组合物，其中所述水泥的含量相对于所述高炉渣为0质量％。
＜8＞根据所述＜1＞至＜7＞中任一项所记载的混凝土组合物，其还含有石灰石。
＜9＞根据所述＜1＞至＜8＞中任一项所记载的混凝土组合物，其中所述膨胀材料为石灰系膨胀材料。
＜10＞一种混凝土组合物的制造方法，其特征在于所述混凝土组合物含有：高炉渣；膨胀材料及水泥中的至少任一种；以及水；且
所述水的单位水量为130kg/m3以下，
所述水泥的含量相对于所述高炉渣为22质量％以下，
坍流度值为40cm以上。
[发明的效果]
根据本发明，能够提供一种混凝土组合物及其制造方法，所述混凝土组合物环境负担低，硬化物具有与以往的混凝土同等的强度，且流动性良好。
具体实施方式
(混凝土组合物)
本发明的混凝土组合物含有：高炉渣；膨胀材料及水泥中的至少任一种；以及水；进而视需要含有其它成分。
＜高炉渣＞
所述高炉渣是在从铁矿石制造生铁的步骤中，将所述铁矿石中所含的铁以外的成分与副原料的石灰石及焦炭中的灰一起回收所获得(副产物)。所述高炉渣中含有CaO、SiO2、Al2O3、MgO等。
所述高炉渣只要通常可用于混凝土组合物即可，无特别限制，可根据目的适当选择。作为所述高炉渣，例如可列举：JIS R 5211“高炉水泥”中所使用的高炉渣、符合JISA6206“混凝土用高炉渣微粉”的高炉渣等。
作为所述高炉渣的细度，无特别限制，可以根据目的适当选择，优选3,000cm2/g以上13,000cm2/g以下，更优选3,000cm2/g以上8,000cm2/g以下。如果细度值为上述范围，那么能够使所述混凝土组合物的流动性及所述混凝土组合物的硬化物的强度变得良好。
作为所述高炉渣的含量，无特别限制，可以根据目的适当选择，优选相对于混凝土组合物整体为200kg/m3～500kg/m3。如果高炉渣的含量为上述范围，那么能够使所述混凝土组合物的硬化物的强度变得良好。
＜膨胀材料＞
所述膨胀材料是指放入到水中时溶出钙离子的材料。作为所述膨胀材料，只要符合日本工业标准JIS A 6202“混凝土用膨胀材料”即可，无特别限制，可以根据目的适当选择。作为所述膨胀材料，例如可列举：主要包含CaO、CaSO4的石灰系膨胀材料、主要包含CaO、C3A·CaSO4、CaSO4的钙矾石系膨胀材料等。这些可以单独使用一种，也可以同时使用两种以上。这些中，从降低收缩的方面来说，优选含有氧化钙的石灰系膨胀材料。
所述膨胀材料是高炉渣的结合材料性能表现材料的具体例之一。
所述高炉渣的结合材料性能表现材料(以下，有时简称为“表现材料”)是使所述高炉渣的结合材料性能表现的物质。
所述高炉渣若只有其本身则无法表现结合材料性能，但是如果所述高炉渣的结合材料性能表现材料作用于所述高炉渣，那么结合材料性能就能够发挥功能。这是因为所述表现材料与所述高炉渣中所含的二氧化硅(SiO2)及氧化铝(Al2O3)进行反应。通过含有所述高炉渣的结合材料性能表现材料，混凝土组合物硬化。
作为所述高炉渣的结合材料性能表现材料，优选使用碱激发材料。
在本发明中，所谓碱激发材料，是指如果与水混合则水溶液(或悬浮液)变成碱性的材料。所述碱激发材料的具体例之一为所述膨胀材料。
作为所述膨胀材料的含量，无特别限制，可以根据目的适当选择，从降低收缩的方面来说，优选3kg/m3以上，更优选5kg/m3以上，进而优选15kg/m3以上。此外，作为所述膨胀材料的含量，优选200kg/m3以下。
＜水泥＞
作为所述水泥，只要是通常可用于混凝土组合物的水泥即可，无特别限制，可以根据目的适当选择，例如可列举：普通、中热、低热、早强、超早强、耐硫酸盐等各种波特兰水泥、高炉水泥、飞灰水泥、二氧化硅水泥等混合水泥、氧化铝水泥、快干水泥等超速硬水泥、蓝方石系水泥等。这些可以单独使用一种，也可以同时使用两种以上。
作为所述水泥的含量，从降低环境负担的方面来说，相对于高炉渣的质量为22质量％以下，优选5质量％以下，更优选0质量％(实质上不含有)。
＜水＞
作为所述水，无特别限制，可以根据目的适当选择。
所述水的单位水量(含量)为130kg/m3以下，优选110kg/m3以下，更优选100kg/m3以下，进而优选85kg/m3以下。如果所述单位水量为130kg/m3以下，那么能够降低所述水泥组合物的硬化物的收缩。
此外，作为所述单位水量，从流动性方面来说，优选65kg/m3以上，更优选75kg/m3以上。
作为水的质量相对于所述高炉渣的质量的比(水/高炉渣比)，优选36质量％以下。如果所述水/高炉渣比为36质量％以下，那么能够提高流动性。
另外，如果所述水/高炉渣比大于36质量％，那么无法获得适当的流动性。
＜其它成分＞
作为所述其它成分，只要通常可用于混凝土组合物即可，无特别限制，可以根据目的适当选择，例如可列举：硅粉、飞灰、细骨料、粗骨料、混合剂等。
＜＜硅粉＞＞
所述硅粉是对硅铁、电熔氧化锆、金属硅等的精炼过程中所产生的排气进行集尘而获得的微粒(一级粒子的平均粒径为0.1μm～1.0μm左右)。所述硅粉以非晶质SiO2作为主成分，此外含有氧化铝、氧化铁、氧化钙、氧化钛等。
所述硅粉如果混合到高炉渣的结合材料性能表现材料中，那么与所述高炉渣的结合材料性能表现材料的水合时所生成的氢氧化钙进行反应(火山灰反应)，发挥提高所述混凝土组合物的硬化物的强度的作用。
作为所述硅粉的含量，优选80kg/m3以上130kg/m3以下。如果所述硅粉的含量为该数值范围内，那么能够使所述混凝土组合物的硬化物的流动性变得良好。
＜＜飞灰＞＞
所述飞灰是燃煤发电厂中产生的产业废弃物。在所述燃煤发电厂中，使经微粉碎的煤炭在锅炉内燃烧，将其能量转变为电。由于该燃烧，所述煤炭变成灰，但成为熔融状态的灰的粒子悬浮在高温的燃烧气体中，在锅炉出口随着温度降低成为球形微细粒子，被电集尘器捕获。一般将该被捕获的球形微细粒子称为飞灰。
所述飞灰如果与所述高炉渣的结合材料性能表现材料混合，那么与所述高炉渣的结合材料性能表现材料的水合时所生成的氢氧化钙进行反应(火山灰反应)，发挥提高混凝土组合物的硬化物的强度的作用。
飞灰大量包含二氧化硅(SiO2)及氧化铝(Al2O3)，除这些以外，包含氧化铁、氧化镁、氧化钙。
混凝土组合物所使用的飞灰在JIS中规定有4种品质(飞灰I种～IV种)。在本发明中，可以使用任一品质，在这些中，从提高流动性及硬化物的强度的方面来说，优选为I种飞灰。
作为所述飞灰的含量，优选100kg/m3以上300kg/m3以下。如果所述飞灰的含量为该数值范围内，那么能够使所述混凝土组合物的流动性及所述混凝土组合物的硬化物的强度变得良好。
＜＜细骨料＞＞
作为所述细骨料，只要通常可用于混凝土组合物即可，无特别限制，可以根据目的适当选择，可为天然物，也可为人造物。作为所述细骨料的具体例，例如可列举：镍铁渣(符合日本工业标准JIS A 5011-2的FNS1.2A的产品、符合FNS5A的产品)、铜渣(符合日本工业标准JIS A 5011-3的CUS1.2的产品)、电炉氧化渣(符合日本工业标准JIS A 5011-4的EFS1.2的N或H的产品)、硬质砂岩碎砂等。这些可以单独使用一种，也可以同时使用两种以上。这些中，从能够降低收缩的方面来说，优选为镍铁渣。
在所述镍铁渣中，就能够降低收缩的方面来说，优选同时具有以下特征的所述镍铁渣。
·吸水率为1.50％以上。
·在成为饱水状态后被置于温度为大致20℃且相对湿度为大致95％的环境下时，含水率降低到0.50％以下。
此外，吸水率是指所述镍铁渣的表面处于已干燥的状态(表面干燥状态)且所述镍铁渣内部的空隙处于饱水状态时水的质量(g)相对于处于绝对干燥状态时的所述镍铁渣的质量(g)之比率。另外，含水率是指所述镍铁渣内部的空隙中所含的水与表面水(附着于细骨料表面的水)的合计质量(g)相对于处于绝对干燥状态时的所述镍铁渣的质量(g)之比率。含水量是根据所述镍铁渣的干燥状态而变化的值。
作为具有上述特征的所述镍铁渣，例如可列举大平洋金属股份有限公司制造的PAMCOSAND(注册商标)等。
作为所述细骨料的含量，优选900kg/m3以上1,300kg/m3以下。如果所述含量为所述数值范围内，那么流动性及硬化物的强度变得良好。
＜＜粗骨料＞＞
作为所述粗骨料，只要通常可用于混凝土组合物即可，无特别限制，可以根据目的适当选择，可为天然物，也可为人造物。
作为所述天然产粗骨料，例如可列举：符合日本工业标准JIS A 5005“混凝土用碎石”的碎石2015、碎石2013、碎石2010、碎石1505、碎石1305、日本工业标准JIS A 5001“道路用碎石”的5号或6号等的粗骨料等。作为其具体例，例如可列举：硬质砂岩碎石、安山岩碎石、玄武岩碎石、石英片岩碎石、石灰碎石等。
作为所述合成粗骨料，例如可列举：符合日本工业标准JIS A 5011-2的镍铁渣骨料(镍铁制造时的副产物)的粗骨料等。作为其具体例，例如可列举：人造刚玉、烧结铝矾土等。
这些中，从降低收缩的方面来说，优选石灰碎石。
作为所述粗骨料的含量，优选500kg/m3以上1,000kg/m3以下。如果所述含量为所述数值范围内，那么流动性及硬化物的强度变得良好。
＜＜混合剂＞＞
作为所述混合剂(以下，也称为“化学混合剂”)，只要通常可用于混凝土组合物即可，无特别限制，可以根据目的适当选择。作为所述混合剂的具体例，例如可列举：减水率高的普通多羧酸系高性能减水剂、聚氧烷撑烷基醚系等消泡剂等。
作为所述多羧酸系高性能减水剂的添加量，根据混凝土组合物进行适当调整。
＜混凝土组合物及其硬化物的物性＞
本发明的混凝土组合物具有如下所述的物性。
-坍流度值-
所述坍流度值是表示所述混凝土组合物的流动性的值。所述坍流度值的测定方法是依据日本工业标准JIS A 1150“混凝土的坍流度试验”进行测定。
作为本发明的混凝土组合物的坍流度值，从均质性及作业性方面来说为40cm以上，优选50cm以上。
-压缩强度-
所述压缩强度是依据日本工业标准JIS A 1108“混凝土的压缩试验方法”进行测定。所述压缩强度的测定中所使用的样品使用材龄(混凝土组合物的混练开始＝向高炉渣的结合材料性能表现材料加入水后的时间)7天、及28天的样品。
-收缩应变(自收缩应变、干燥收缩应变)-
所述自收缩应变是通过依据日本混凝土工学会自收缩研究委员会及日本混凝土工学会超流动混凝土研究委员会的方法进行的方法测定，在材龄7天时解除密封，在干燥环境下测定所述自收缩应变与所述干燥收缩应变的相加值。所述收缩应变的测定进行到材龄28天为止。
(混凝土组合物的制造方法)
作为本发明的混凝土组合物的制造方法，只要是通常的混凝土组合物的制造方法即可，无特别限制，可以根据目的适当选择，例如可以通过以下所述的方法进行制造。在20℃的恒温室内将水以外的成分(所述高炉渣；所述结合材料性能表现材料及水泥中的至少任一种等)投入到混合器中进行干搅拌，接下来投入水进行正式搅拌。
混合器等装置只要通常可用于混凝土组合物即可，无特别限制，可以根据目的适当选择。
实施例
以下，对本发明的实施例进行说明，但本发明不受下述实施例任何限定。
(实施例1～23、比较例1～3)
＜混凝土组合物的制作＞
以表2所示的组成制作实施例1～23、及比较例1～3的混凝土组合物。各混凝土组合物是在20℃的恒温室内，将水以外的成分投入到标称容量0.1m3的双轴强制搅拌混合器(太平洋机工公司制造，SD-100，200V三相马达输出7.5kW)中进行15秒钟干搅拌，接下来投入水进行300秒钟正式搅拌。此外，1个批次的搅混量设为固定0.090m3。
实施例1～23、及比较例1～3中所使用的成分的简称、品名、及制造公司或销售公司名如以下表1所示。
[表1]
Figure BDA0002337657740000091
[表2]
Figure BDA0002337657740000092
此外，比较例2未流动化。另外，关于比较例3，发生材料分离，而无法用于之后的试验。
＜坍流度的测定试验＞
在刚刚获得各混凝土组合物后，立即进行坍流度的测定。坍流度的测定方法基于JIS A 1150“混凝土的坍流度试验”。将测定结果示于表3。
＜压缩强度＞
将各混凝土组合物放入到压缩强度测定用圆柱试件(直径100mm×200mm圆柱)中，在20℃60％RH环境下进行密封固化。此外，圆柱试件的模框全部使用钢制简易模框。
接下来，在材龄7天时依据日本工业标准JIS A 1108“混凝土的压缩试验方法”测定这些试件的压缩强度。此外，关于每一调合及固化温度下的压缩强度，均将试件数量设为各3块(N＝3)，以其平均值进行表示。另外，压缩强度的测定材龄全部设为材龄7天及28天两种。这些所有的试件在即将进行压缩试验之前进行两端面的研磨。压缩强度是使用3000KN耐压试验机(岛津制作所公司制造)进行测定。将测定结果示于表3。
[表3]
Figure BDA0002337657740000111
＜收缩应变的测定＞
针对实施例16、22的混凝土组合物，如下所述测定收缩应变。将结果示于表4。
收缩应变在材龄7天为止是通过依据日本混凝土工学会自收缩研究委员会及日本混凝土工学会超流动混凝土研究委员会的方法进行的方法测定，然后解除密封，在干燥环境下对自收缩应变与干燥收缩应变的相加值进行测定，将材龄28天的收缩应变(自收缩应变+干燥收缩应变)的测定结果示于表4。
[表4]
针对实施例1、2、7及16，也与实施例16同样地测定收缩应变。将结果示于表5。
[表5]
(实施例24～33、比较例4～6)
＜混凝土组合物的制作＞
以表7所示的组成制作实施例24～33、及比较例4～6的混凝土组合物。各混凝土组合物是在20℃的恒温室内，将水以外的成分投入到标称容量0.1m3的双轴强制搅拌混合器(太平洋机工公司制造，SD-100，200V三相马达输出7.5kW)中进行15秒钟干搅拌，接下来，投入水进行300秒钟正式搅拌。此外，1个批次的搅混量设为固定0.090m3。
实施例24～33、及比较例4～6中所使用的成分的简称、品名、及制造公司或销售公司名如以下表6所示。
[表6]
[表7]
此外，关于比较例4，发生材料分离，而无法用于之后的试验。
＜坍流度的测定试验、及压缩强度＞
对于实施例24～33、及比较例4～6的混凝土组合物，与实施例1同样地测定坍流度及压缩强度。将测定结果示于表8。
[表8]
Figure BDA0002337657740000141
比较例5、6未流动化。
关于比较例5，因为在第7天未硬化，所以无法测定材龄7天的压缩强度。

Claims (10)

1.一种混凝土组合物，其特征在于所述混凝土组合物含有：高炉渣；膨胀材料及水泥中的至少任一种；以及水；且
所述水的单位水量为130kg/m3以下，
所述水泥的含量相对于所述高炉渣为22质量％以下，
坍流度值为40cm以上。
2.根据权利要求1所述的混凝土组合物，其中所述坍流度值为50cm以上。
3.根据权利要求1至2中任一项所述的混凝土组合物，其中所述水的单位水量为100kg/m3以下。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的混凝土组合物，其中所述膨胀材料的含量为3kg/m3以上。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的混凝土组合物，其中所述膨胀材料的含量为5kg/m3以上。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的混凝土组合物，其还含有镍铁渣。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的混凝土组合物，其中所述水泥的含量相对于所述高炉渣为0质量％。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的混凝土组合物，其还含有石灰石。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的混凝土组合物，其中所述膨胀材料为石灰系膨胀材料。
10.一种混凝土组合物的制造方法，其特征在于所述混凝土组合物含有：高炉渣；膨胀材料及水泥中的至少任一种；以及水；且
所述水的单位水量为130kg/m3以下，
所述水泥的含量相对于所述高炉渣为22质量％以下，
坍流度值为40cm以上。
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