JP2002068802A - セメント混和材及びセメント組成物 - Google Patents
セメント混和材及びセメント組成物Info
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Abstract
と共に、優れた膨張性能と水和熱抑制効果を示すセメン
ト混和材、及びそれを含有しなるセメント組成物を提供
すること。 【解決手段】 CaO原料、Fe2O3原料及びCaSO
4原料を熱処理して得られる焼成物であり、遊離石灰、
カルシウムフェライト及び無水セッコウを含有してなる
膨張物質と、冷水可溶分5〜70%未満のデキストリン
とを含有してなるセメント混和材であり、セメント混和
材中のデキストリン含有量が0.5〜15%であること
を特徴とする該セメント混和材であり、セメントと、該
セメント混和材とを含有してなるセメント組成物であ
る。
Description
業界において使用されるセメント混和材及びセメント組
成物に関する。
る上において欠くことのできない材料であり、セメント
ほど安価に大きな構造物を作れる材料はない。しかしな
がら、セメントを使用した硬化体にはひび割れが発生す
るという課題を有している。このひび割れには、主とし
て次の2つの原因がある。1つは、乾燥収縮が原因で起
こるものであり、その乾燥収縮を補償する目的でコンク
リート構造物に膨張性を付与するセメント混和材を使用
することが提案されている。ここで、コンクリートと
は、セメント、モルタル及びコンクリートを総称するも
のである。膨張性を付与するセメント混和材としては、
CaO-Al2O3-SO3系化合物を有効成分とするものが知られ
ている(特公昭42-21840号公報、特公昭42-19473号公
報、特公昭53-16007号公報等)。また、ひび割れの原因
の2つ目として、水和熱によるひび割れがある。水和熱
によるひび割れは、コンクリートの内部と表面付近との
温度差によって、コンクリートが不均一に熱膨張し、表
面付近に発生する引っ張り応力が、コンクリートの引張
り強度を上回るときに発生することにより起こるため、
水和熱量を低減する必要がある。
て、開袋投入されてコンクリートへ混和されており、場
合によっては、膨張材が充分に混練されないままに出荷
されてしまうことがある。このような場合には、膨張材
がコンクリート中へ均一に分散せずに塊状になっている
ことが多く、硬化後のコンクリートにおいて、この塊状
の膨張材が局所的に異常膨張を起こし、硬化体表面が巨
視的に膨れ上がったり、剥離、落下したりする、いわゆ
るポップアウト現象を引き起こす場合がある。ポップア
ウト現象を防止する方法としては、膨張材に予め不活性
な無機粉末などを混和しておき、セメント混和材が充分
に混練されなくても、膨張成分同志が凝集して塊になら
ず、ある程度の分散が期待できるようにしておく方法が
考えられるが、この方法では不活性な無機粉末を混和す
ることにより、膨張成分が希釈され、要求性能を付与す
るためのセメント混和材の混和量が増加してしまうとい
う問題が生じる。最近では、膨張性を付与するセメント
混和材に要求される性能は益々高まってきている。すな
わち、混和率が少なくても優れた膨張性能を付与できる
セメント混和材の開発が待たれているのが実状である。
したがって、ポップアウト現象を防止することを理由
に、セメント混和材の混和量が増加してしまう方法は有
益ではない。膨張材混和量を増加させずにポップアウト
現象を防止できる方法を見出す必要がある。そこで、本
発明者らは、このような状況を鑑み、前記課題を解消す
べく種々検討した結果、特定の膨張物質と、冷水可溶分
5〜70%未満のデキストリンとを配合することによっ
て前記課題を解消できるセメント混和材が得られるとい
う知見を得て、本発明を完成するに至った。
aO原料、Fe2O3原料及びCaSO4原料を熱処理し
て得られる焼成物であり、遊離石灰、カルシウムフェラ
イト及び無水セッコウを含有してなる膨張物質と、冷水
可溶分5〜70%未満のデキストリンとを含有してなる
セメント混和材であり、セメント混和材中のデキストリ
ン含有量が0.5〜15%であることを特徴とする該セ
メント混和材であり、セメントと、該セメント混和材と
を含有してなるセメント組成物である。
ムフェライト及び無水セッコウを含有してなるものであ
り、その割合については特に限定されるものではない
が、セメント混和材100部中、遊離石灰は30〜60
部が好ましく、40〜50部がより好ましい。また、カ
ルシウムフェライトは10〜40部が好ましく、15〜
30部がより好ましい。さらに、無水セッコウは10〜
40部が好ましく、20〜35部がより好ましい。セメ
ント混和材中の各化合物の組成割合が前記の範囲にない
と、優れた膨張特性が得られない場合がある。なお、本
発明で使用する部、%は質量単位を表す。
O−Fe2O3系化合物を総称するものであり、特に限定
されるものではないが、一般的に、CaOをC、Fe2
O3をFとすると、C2FやCF等の化合物がよく知られ
ている。本発明では、膨張特性が良好となることから、
C2Fを使用することが好ましい。
aO原料、Fe2O3原料及びCaSO4原料を熱処理し
て、遊離石灰、C2F及び無水セッコウからなる焼成物
を合成してこれを粉砕して製造される。遊離石灰、C2
F及び無水セッコウを別々に合成し、これらを混合した
ものでは、貯蔵する事によって、膨張性能が大きく低下
する。CaO原料、Fe2O3原料及びCaSO4原料を
熱処理して、遊離石灰、C2F及び無水セッコウからな
る焼成物を合成してこれを粉砕して製造されたものか否
かを確認する方法としては、例えば、セメント混和材の
粗粒子、具体的には100μmよりも大きな粒子を顕微
鏡(SEM−EDS)等により観察して組成分析を行
い、粒子中に遊離石灰、C2F及び無水セッコウが混在
していることを確認することによって容易に判別でき
る。
処理温度であるが、1100〜1600℃の範囲が好ま
しく、1200〜1500℃の範囲がより好ましい。1
100℃未満では、得られたセメント混和材の膨張性能
が十分でなく、1600℃を超えると無水セッコウが分
解する場合がある。
挙げられ、Fe2O3原料としては、銅カラミや鉄粉及び
市販の酸化鉄等が、さらに、CaSO4原料としては、
二水セッコウ、半水セッコウ及び無水セッコウ等が挙げ
られる。
する。その具体例としては、SiO 2、Al2O3、Mg
O、TiO2、P2O5、Na2O、K2O、フッ素、塩素
等が挙げられ、本発明の目的を実質的に阻害しない範囲
では特に問題とはならないが、これらのうちで、特に、
SiO2は珪酸率で0.5未満の範囲であることが好ま
しい。珪酸率が0.5以上では優れた膨張性能が得られ
ない場合がある。本発明でいう珪酸率とは、膨張物質中
のSiO2量、Al2O3量及びFe2O3量より次式から
算出される。 珪酸率=SiO2/(Al2O3+Fe2O3) また、膨張物質中のSiO2量は、5.0%以下が好ま
しく、3.0%以下がより好ましい。5.0%を超える
と優れた膨張性能が得られない場合がある。
るものではないが、通常、ブレーン比表面積で1500
〜6000cm2/gが好ましく、2500〜4000
cm2/gがより好ましい。1500cm2/g未満で
は、強度発現性が悪くなる場合があり、6000cm2
/gを超えると優れた膨張性能が得られない場合があ
る。
化工澱粉とも呼ばれ、通常、澱粉を加水分解して得られ
る。なかでも、希酸を加え、分解して得られる酸焙焼デ
キストリンが最も一般的であり、酸浸漬法で得られるも
の、澱粉の酵素分解で得られるマルトデキストリン、無
焙焼で得られるブリティッシュガム、あるいは澱粉に水
を加えたものを加熱したり、アルカリや濃厚な塩類の溶
液を加えてアルファー化したものを急速に脱水乾燥して
得られるアルファー化澱粉等のうちの1種又は2種以上
を本発明の目的を阻害しない範囲で使用することが可能
である。
0%未満の範囲のものであることが好ましく、冷水可溶
分が10〜50%の範囲にあるものを使用することがよ
り好ましい。冷水可溶分が5%未満や70%以上では充
分な水和熱抑制やポップアウト防止の効果が得られない
場合がある。ここで、デキストリンの冷水可溶分とは、
デキストリンが温度21℃の蒸留水に溶解した量を意味
するものであって、具体的には、デキストリン10gを
200mlのフラスコに入れ、温度21℃の蒸留水15
0mlを加え、温度21±1℃に1時間保持した後に濾
別し、その濾液を蒸発乾涸して得られたデキストリンを
供試デキストリンに対する割合で示したものを冷水可溶
分とするものである。
デキストリンの配合割合は特に限定されるものではない
が、通常、セメント混和材100部中、膨張物質は85
〜99.5部が好ましく、90〜97部がより好まし
い。膨張物質が85部未満では、十分な膨張性能が得ら
れない場合があり、99.5部を超えると、十分なポッ
プアウト現象の抑制効果や、水和熱の抑制効果が得られ
ない場合がある。また、デキストリンは0.5〜15部
が好ましく、3〜10部がより好ましい。0.5部未満
では、十分なポップアウト防止の効果や、水和熱の抑制
効果が得られない場合があり、15部を超えると硬化不
良を起こす場合がある。
定されるものではないが、通常、ブレーン比表面積で2
500〜6000cm2/gが好ましく、3000〜5
000cm2/gがより好ましい。2500cm2/g未
満では、十分なポップアウトの抑制効果が得られない場
合があり、6000cm2/gを超えると優れた膨張性
能が得られない場合がある。
限定されるものではないが、通常、セメントとセメント
混和材からなるセメント組成物100部に対して、3〜
12部が好ましく、5〜9部がより好ましい。3部未満
では本発明の効果が十分に得られない場合があり、12
部を超えて使用すると、強度発現性が悪くなる場合があ
る。
に規定される各種ポルトランドセメント、JIS R 5211、
JIS R 5212、あるいはJIS R 5213に規定される各種混合
セメント、JISに規定された以上の混和材混合率にて作
製した高炉セメント、フライアッシュセメント及びシリ
カセメント、石灰石粉末等を混合したフィラーセメン
ト、並びにアルミナセメント等のうちの1種又は2種以
上と本願発明のセメント混和材とを併用したものであ
る。
セメント組成物に、砂、砂利等の骨材の他に、減水剤、
AE減水剤、高性能減水剤、高性能AE減水剤、消泡剤、増
粘剤、防錆剤、防凍剤、収縮低減剤、高分子エマルジョ
ン、凝結調整剤、セメント急硬材、ベントナイトやゼオ
ライト等の粘土鉱物、ハイドロタルサイト等のイオン交
換体等のうちの1種又は2種以上を、本発明の目的を実
質的に阻害しない範囲で使用することが可能である。
限定されるものではなく、それぞれの材料を施工時に混
合しても良いし、あらかじめ一部を、あるいは全部を混
合しておいても差し支えない。混合装置としては、既存
のいかなる装置も使用可能であり、例えば、傾胴ミキ
サ、オムニミキサ、ヘンシェルミキサ、V型ミキサ及び
ナウターミキサ等の使用が可能である。
し、混合粉砕した後、1350℃で2時間熱処理して、
表1に示すような膨張物質100部中の各化合物の割合
の膨張物質を製造し、ブレーン比表面積3500±20
0cm2/gに粉砕した。これら膨張物質95部と、デ
キストリン5部とを混合してセメント混和材とし、セ
メントとセメント混和材からなるセメント組成物100
部に対してセメント混和材を7部使用し、水/セメント
組成物比=50%、セメント組成物/砂比=1/3のモ
ルタルを調製して長さ変化率の測定、及びポップアウト
試験を行った。その結果を表2に示す。比較例として、
市販の膨張材2種類と、遊離石灰、C2F及び無水セッ
コウを別々に合成したものを混合した膨張物質について
同様の実験を行った。なお、膨張物質を粉末X線回折法
(XRD)により同定し、遊離石灰、C2F及び無水セ
ッコウを主要な構成化合物とすることを確認した。ま
た、化学組成は化学分析により求め、化合物組成は化学
分析の結果より、計算によって算出した。
したもの。 C2F:CaO原料2モル、Fe2O3原料1モルを混合
し、1350℃で3時間焼成し合成したもの。 無水セッコウ:CaSO4原料を1350℃で3時間焼
成し合成したもの。 膨張物質a:市販のカルシウムサルホアルミネート系膨
張材 膨張物質b:市販の石灰系膨張材
て測定し、それ以外の化合物については計算によって求
めた。すなわち、Fe2O3量からC2F量を算出し、次
いで、SO3量から無水セッコウ量を算出した。 長さ変化率:JIS A 6202に準じて測定。 ポップアウト試験:セメント混和材以外の材料で予めモ
ルタルを調製しておき、傾胴ミキサにこのモルタルを入
れ、12回転/分の速さでミキサをアジテートしながら
セメント混和材を後添加し、10分間後に排出して、縦
50cm、横30cm、高さ6cmの型枠内へ打設しポ
ップアウト現象を観察した。 モルタル中心部の温度:モルタルを深さ30cm、内径
13cm、厚さ10cmの発泡スチロール製円筒容器に
約3.5リットル入れ、20℃恒温室中で養生したとき
のモルタル中心部の最高温度を熱電対で自動的に測定し
た。
を使用したモルタルは、比較例と比べ、ポップアウト現
象を防止すると共に、優れた膨張性能と水和熱抑制効果
を示していることが判る。
うにデキストリンの種類と量を変えてセメント混和材と
したこと以外は、実施例1と同様に行った。また、市販
の膨張材にデキストリンを配合しないものについて、同
様の実験を行った。結果を表3に併記する。
未満のデキストリンを添加したセメント混和材を使用し
たモルタルは、比較例と比べ、ポップアウト現象を防止
すると共に、優れた膨張性能と水和熱抑制効果を示して
いることが判る。
5部からなるセメント混和材を使用し、セメント組成物
100部に対するセメント混和材の使用量を表4に示す
ように変えたこと以外は、実施例2と同様に行った。結
果を表4に併記する。
したモルタルは、その配合量の増大と共に、ポップアウ
ト現象を防止すると共に、その配合量の増大するに伴
い、優れた膨張性能と水和熱抑制効果を示していること
が判る。
によって、コンクリートのポップアウト現象を防止する
と共に、優れた膨張性能と水和熱抑制効果を示すことが
可能となる。
Claims (3)
- 【請求項1】 CaO原料、Fe2O3原料及びCaSO
4原料を熱処理して得られる焼成物であり、遊離石灰、
カルシウムフェライト及び無水セッコウを含有してなる
膨張物質と、冷水可溶分5〜70%未満のデキストリン
とを含有してなるセメント混和材。 - 【請求項2】 セメント混和材中のデキストリン含有量
が0.5〜15%であることを特徴とする請求項1記載
のセメント混和材。 - 【請求項3】 セメントと、請求項1又は2に記載のセ
メント混和材とを含有してなるセメント組成物。
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