JP2001240445A - 水硬性組成物 - Google Patents

水硬性組成物

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Kenichi Honma
健一 本間
Makihiko Ichikawa
牧彦 市川
Hisashi Ozawa
尚志 小澤
Toshisuke Habara
俊祐 羽原
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    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B28/00—Compositions of mortars, concrete or artificial stone, containing inorganic binders or the reaction product of an inorganic and an organic binder, e.g. polycarboxylate cements
    • C04B28/02—Compositions of mortars, concrete or artificial stone, containing inorganic binders or the reaction product of an inorganic and an organic binder, e.g. polycarboxylate cements containing hydraulic cements other than calcium sulfates
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02W—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 初期強度を低下させることなく、耐久性を高
めることができる水硬性組成物を提供する。 【解決手段】 セメント100重量部に対して、石灰石微
粉末を5.5〜150重量部含み、さらに高炉スラグ微粉末又
はフライアッシュを5.5〜150重量部含み、かつセメント
の含有率が40〜90.9重量％であることを特徴とする水硬
性組成物を提供する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、耐久性に優れたコ
ンクリートに用いることができ、初期強度の発現性が良
好な水硬性組成物に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、地球環境保護の観点から、各種消
費財のリサイクルや長寿命化が求められている。このよ
うな状況の中、コンクリートに関しても、長寿命化を図
るため、従来からの主な要求性能である強度のみなら
ず、耐久性においても高い性能が要求されるようになっ
た。しかし、現在、国内で広く使用されている普通ポル
トランドセメントでは、過剰な強度発現性を有するた
め、例えば、呼び強度24〜30N/mm2といった汎用強度レ
ベルのコンクリートを製造した場合、粉体量が不足し
て、粘性が低下し、その結果、ブリーディングや材料分
離が起こりやすく、耐久性の面で問題が生じやすかっ
た。このコンクリート中の粉体量不足を改善するために
は、現在のセメントよりも強度発現性を抑えたセメント
をより多く使用することによって、不足する粉体量を補
う必要がある。
【０００３】当該問題に対する外国の取り組み方を例に
挙げると、例えばISO案では、強度レベルに従いセメン
トの分類が行われ、実際、フランス、ドイツでは、この
セメントの分類に対応させて、普通セメントに石灰石や
スラグを各種の割合で混合し、モルタル強度が32.5、4
2.5N/mm2クラス（通常の普通セメントは52.5N/mm2クラ
ス）に対応させた混合セメントが、全セメント生産量の
約６割を占めるに至っている。また、該混合セメント
は、単位セメント量に占めるクリンカー量の割合を低減
できるため、地球温暖化の主因である炭酸ガスの排出抑
制にも貢献するという利点も併有している。
【０００４】日本でも上記のような観点から、高炉セメ
ントやフライアッシュセメントを、高耐久性かつ低強度
化セメントとして規格化する試みがある。しかし、高炉
スラグやフライアッシュをセメントに多く混合するだけ
では、長期強度の低下以上に初期強度が大幅に低下し
て、脱型時期が延長するとともに、初期凍害の影響を受
けやすい等の問題点が生じやすく、汎用セメントとして
の使用には限界がある。そのため、初期強度が低下せ
ず、耐久性が向上したセメントが望まれている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】従って、本発明は、初
期強度を低下させることなく、耐久性を高めることがで
きる水硬性組成物の提供を目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記課題
を解決すべく鋭意検討した結果、セメントと、所定量の
石灰石微粉末、高炉スラグ、フライアッシュ等を含む水
硬性組成物、又はセメントと、所定量の高炉スラグ、フ
ライアッシュ等を含み、セメント中のSMや可溶性アルカ
リ量を調整した水硬性組成物は、初期強度の低下がな
く、耐久性に優れることを見出し本発明を完成した。
【０００７】
【発明の実施の形態】以下において、本発明を詳細に説
明する。本願の第一の発明は、セメント100重量部に対
して、高炉スラグ微粉末又はフライアッシュを5.5〜150
重量部含み、さらに石灰石微粉末を5.5〜150重量部含
み、かつセメントの含有率が40〜91重量％であることを
特徴とする水硬性組成物である。高炉スラグ微粉末又は
フライアッシュの含有量が、5.5重量部未満では過剰な
強度発現性を有することになり、耐久性向上の効果が現
れず、150重量部を超えると初期強度の改善効果が現れ
ない。また、石灰石微粉末の含有量が5.5重量部未満で
は、セメントの水和を促進する効果が不十分となって、
初期強度の改善効果は不十分であり、150重量部を超え
ると、却って長期強度の低下が大きすぎて粉体量を多く
しても所定の強度のモルタル、コンクリートを得ること
ができない場合がある。更に、セメントの含有率が、40
重量％未満では、石灰石微粉末等の含有量を上記の範囲
内で混合しても、初期強度の改善効果は得られず、91重
量％を超えると過剰な強度を有することになる。
【０００８】また、石灰石は、セメントクリンカーと同
時に粉砕（混合粉砕）して微粉末にするか、セメントク
リンカーと石灰石を別々に粉砕（分離粉砕）した後、混
合してもよい。石灰石微粉末の粒度は、初期強度の改善
の観点から、細かい程好ましい。例えば、分離粉砕の場
合、石灰石微粉末の粒度は、ブレーン比表面積4000cm2/
g以上が好ましい。また、同時粉砕の場合には、全体の
ブレーン比表面積が、3500cm2/g以上であることが好ま
しい。高炉スラグやフライアッシュの混合量や粉末度に
応じて、石灰石微粉末の粒度や置換率を上記範囲内に調
整することが好ましい。具体的には、高炉スラグやフラ
イアッシュの置換率が高い場合や、粉末度が小さい場合
には、石灰石微粉末の粒度を細かくするか、又は石灰石
微粉末の置換率を高くすることが好ましい。以上述べた
配合や方法により、コンクリートの耐久性の向上を図り
つつ、初期強度の低下を改善しうる水硬性組成物が得ら
れる。
【０００９】本願の第二の発明は、セメント100重量部
に対して、高炉スラグまたはフライアッシュを5.5〜150
重量部含み、セメントのSMが1.3〜2.4であることを特徴
とする水硬性組成物である。ここでセメントのSMとは、
以下の式で定義される数値である。 SM = SiO2 / (Al2O3 + Fe2O3) SMが1.3〜2.4の範囲では、セメント中にアルミネート鉱
物（以下、C3Aと表わす）が多く存在するため、水和に
よりエトリンガイトが多く生成して初期強度を増進させ
ることに加え、C3Aがエーライト（以下、C3Sと表す）及
びビーライト（以下、C2Sと表す）の水和を促進させ
て、早期強度の発現にも寄与する。
【００１０】また、初期強度の発現には、C3S量が多
く、フェライト（以下、C4AF）量が少ないほうが好まし
いため、上記の初期強度の改善方法に加えて、セメント
のHMを1.8〜2.2、IMを1.8〜2.8の範囲に調整するとよ
い。ここでセメントのHM、IMとは、以下の式で定義され
る数値である。 HM = CaO / (SiO2 +Al2O3 + Fe2O3) IM = Al2O3 / Fe2O3 HM及びIMがこれらの範囲外では、C3Sが少なく、C4AFが
多くなり、初期強度の改善効果が見られない場合があ
る。
【００１１】また、SM、HM、IMは、高炉スラグやフライ
アッシュの混合量や粉末度に応じて調整するのが好まし
い。具体的には、該混合量が多い場合や粉末度が低い場
合は、上記の範囲内で、SMを小さく、HM、IMを大きくす
ることが好ましい。
【００１２】本願の第三の発明は、セメント100重量部
に対して、高炉スラグ微粉末又はフライアッシュを5.5
〜150重量部含み、さらに石灰石微粉末を5.5〜150重量
部含む水硬性組成物であり、セメントのSMが1.3〜2.4で
あることを特徴とする水硬性組成物である。高炉スラグ
微粉末又はフライアッシュの含有量を5.5〜150重量部と
する理由は、第一の発明において述べた理由と同様であ
り、また、セメントのSMを1.3〜2.4とする理由は、第二
の発明において述べた理由と同様である。これらの範囲
内であれば、コンクリートの耐久性の向上を図りつつ、
初期強度の低下を改善しうる水硬性組成物を得ることが
できる。
【００１３】本願の第四の発明は、セメント100重量部
に対して、高炉スラグ微粉末又はフライアッシュを5.5
〜150重量部含み、セメント中の可溶性アルカリ量が0.0
6〜2重量％であることを特徴とする水硬性組成物であ
る。ここで可溶性アルカリとして、アルカリ成分がナト
リウムやカリウム等である硫酸アルカリ、塩化アルカ
リ、硝酸アルカリ、又は酢酸アルカリ等を挙げることが
でき、セメント中の可溶性アルカリ量が0.06重量％未満
では、セメントクリンカーや高炉スラグの水和を促進す
る効果が十分ではないため初期強度の発現性が低く、3
重量部を超えると、却って、初期強度の改善効果は現れ
ず、むしろ流動性の低下等の問題が生じ易い。硫酸アル
カリ量は、セメントクリンカー中の硫黄分の増加に伴い
増加するため、安価なセメント原料である排脱石膏、石
膏ボード屑、又は石油コークス等の硫黄含有材料の使用
量を増減することにより調整できる。一般に、可溶性ア
ルカリ量は、高炉スラグやフライアッシュの混合量や粉
末度に応じて調整することが好ましく、例えば、高炉ス
ラグやフライアッシュの混合量を10重量部増加した場
合、セメント中の可溶性アルカリ量を約0.05〜0.2重量
％増加させることが好ましい。
【００１４】本願の第五の発明は、第一ないし第三の発
明の水硬性組成物に含まれるセメント中の可溶性アルカ
リ量が0.06〜3重量％であることを特徴とする水硬性組
成物である。高炉スラグ微粉末又はフライアッシュの含
有量を5.5〜150重量部とする理由は、第一の発明におい
て述べた理由と同様であり、また、セメント中の可溶性
アルカリ量を0.06〜３重量％とする理由は、第四の発明
において述べた理由と同様である。これらの範囲内であ
れば、コンクリートの耐久性の向上を図りつつ、初期強
度の低下を改善しうる水硬性組成物を得ることができ
る。
【００１５】また、本願の第一ないし第五の発明におい
て使用可能なセメントは、普通ポルトランドセメントの
他、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、耐硫酸塩ポルトラ
ンドセメント等の１種又は２種以上が使用できる。
【００１６】また、本願発明の水硬性組成物は、シリカ
フューム、ケイ石粉末、膨張材等の混和材、AE減水剤、
収縮低減剤等の混和剤と共に使用することができる。
【００１７】
【実施例】以下に、本発明の実施例を示すが、これらは
例示であり、本発明を限定するものではない。
【００１８】（水硬性組成物の調整）表１に記載のSM、
HM、IM値を有するセメントを常法により製造し、表１に
示す配合に従い、石灰石、高炉セメント、フライアッシ
ュを混合して水硬性組成物を調整した。尚、当該水硬性
組成物中に占めるセメントの含有量を、重量％に換算し
て表１中に併記した。
【００１９】
【表１】
【００２０】表１中のNo.1〜４は、セメントと石灰石
に、高炉スラグ又はフライアッシュを混合してなる水硬
性組成物であって、請求項１及び５に記載の本願第一及
び第五の発明に相当する。No.5〜10は、No.1〜４よりも
低いSM値（1.8〜2.4）を有するセメントに、高炉スラグ
又はフライアッシュを混合してなる水硬性組成物であっ
て、請求項２及び５に記載の本願第二及び第五の発明に
相当する。Ｎｏ.11及び15は、セメント、石灰石及び高
炉スラグを混合してなる水硬性組成物であって、請求項
３及び５に記載する本願第三及び第五の発明に相当す
る。Ｎｏ.12〜14は、セメント中の可溶性アルカリ量を
増した水硬性組成物であって、請求項４に記載の本願第
四の発明に相当する。また、比較として、市販の普通ポ
ルトランドセメント（No.16）、高炉セメント(No.17、1
8)、フライアッシュセメント(No.19)を用いた。ここで
使用したセメント、高炉スラグ又はフライアッシュのブ
レーン比表面積は全て3000cm2/gである。石灰石のブレ
ーン比表面積はNo.3のみ8000cm2/ｇで、他は全て4000cm
2/gである。
【００２１】（粉体量の測定）表１に記載の水硬性組成
物を用いて各種のモルタルを調整し、モルタルの単位水
量が一定で、材齢28日のモルタル圧縮強さが30N/mm2と
なる場合に必要な粉体量（水硬性組成物の量）を測定し
た。その結果を表２に示す。尚、砂はJIS R5201-1997に
指定の砂を用いた。また、モルタル圧縮強さはJISR5201
-1997に従い測定した。
【００２２】
【表２】
【００２３】表２から分かるように、本発明に係るいず
れの水硬性組成物を用いても、同一強度のモルタルを得
るために必要な粉体量は、普通セメントを用いた場合
（配合No.ａ）より増すことができる。その結果、市販
のセメントを使用した場合に起き易かった粉体量不足に
よるコンクリート等の粘性低下、ブリーディングの増
加、材料分離等、更にはこれらから派生する耐久性低下
等の問題は、本発明の水硬性組成物を用いれば解消しう
る。
【００２４】（圧縮強さの測定及びブリーディング率の
算出）また、表１に記載の水硬性組成物を用いて表2に
示す配合のモルタルを調整し、JIS R5201-1997に従い材
齢３日及び２８日における圧縮強さを測定した。更に、
直径150ｍｍ、長さ150ｍｍの円筒型枠内に、高さ140ｍ
ｍまでモルタルを打設後、発生した水を直接吸い取って
計量し、ブリーディング率を算出した。その結果を表３
に示す。
【００２５】
【表３】
【００２６】本発明の水硬性組成物（No.1〜No.15）を
用いたすべてのモルタルにおいて、材齢3日における強
度は、高炉セメント（No.17、18）やフライアッシュセ
メント（No.19）を用いたモルタルの強度より高く、ま
た、ブリーディング率は、普通ポルトランドセメント
（No.16）を用いたモルタルより小さい。従って、本発
明の水硬性組成物は、初期強度の発現性に優れると共
に、ブリーディングを抑制できるので、初期強度及び耐
久性の高いコンクリート等を提供することができる。
【００２７】
【発明の効果】本発明の水硬性組成物を使用することに
より、初期強度発現性が良好で、耐久性に優れたモルタ
ル又はコンクリートを製造することができる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｃ０４Ｂ 111:20 Ｃ０４Ｂ 111:20 (72)発明者 羽原 俊祐 千葉県佐倉市大作２丁目４番２号 太平洋 セメント株式会社佐倉研究所内 Ｆターム(参考） 4G012 PA10 PA27 PA29 PC12 PC14

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 セメント100重量部に対して、石灰石微粉
    末を5.5〜150重量部含み、さらに高炉スラグ微粉末又は
    フライアッシュを5.5〜150重量部含み、かつセメントの
    含有率が40〜91重量％であることを特徴とする水硬性組
    成物。
  2. 【請求項２】 セメント100重量部に対して、高炉スラ
    グ微粉末又はフライアッシュを5.5〜150重量部含み、セ
    メントのSMが1.3〜2.4であることを特徴とする水硬性組
    成物。
  3. 【請求項３】 セメントのSMが、1.3〜2.4であることを
    特徴とする請求項1に記載の水硬性組成物。
  4. 【請求項４】 セメント100重量部に対して、高炉スラ
    グ微粉末又はフライアッシュを5.5〜150重量部含み、セ
    メント中の可溶性アルカリ量が0.06〜3重量％であるこ
    とを特徴とする水硬性組成物。
  5. 【請求項５】 セメント中の可溶性アルカリ量が、0.06
    〜3重量％であることを特徴とする請求項１〜３に記載
    の水硬性組成物。
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