JP2002087859A - 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

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隆行 樋口
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 優れた膨張特性を有するセメント混和材、及
びそれを用いたセメント組成物を提供すること。 【解決手段】 CaO原料、Al23原料、ハロゲン元
素原料及びFe23原料を熱処理して得られる遊離石
灰、C117・CaX2及びカルシウムアルミノフェライ
トを含有するクリンカーと、セッコウ類とを含有してな
るセメント混和材であり、珪酸率が1.0未満の範囲で
カルシウムシリケートを含有することを特徴とする該セ
メント混和材であり、遊離石灰含有量が30〜60%で
あることを特徴とする該セメント混和材であり、セッコ
ウ類が無水セッコウであることを特徴とする該セメント
混和材であり、さらに、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を構成とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、主に、土木・建築
分野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。
【0002】
【従来の技術】セメント・コンクリートのひび割れ低減
や曲げ耐力の向上は、コンクリート構造物の信頼性、耐
久性、美観等の観点から重要であり、これらを改善する
効果のある、セメント混和材であるセメント系膨張材の
さらなる技術の進展が望まれている。従来より、セメン
ト・コンクリートに膨張性を与えるセメント混和材とし
ては、例えば、遊離石灰−アウイン−無水セッコウ系膨
張材(特公昭42-21840号公報)や、遊離石灰−カルシウ
ムシリケート−無水セッコウ系膨張材(特公昭53-31170
号公報)等があった。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】近年では、コンクリー
トの高性能化を目的として、高流動コンクリートや高強
度コンクリートの開発が盛んに行われている。しかしな
がら、これらの高性能なコンクリートではセメント系膨
張材の効果が十分に発揮されないことが指摘されてお
り、混和率が小さくても大きな膨張性を付与できる膨張
特性の優れたセメント系膨張材の開発が待たれているの
が実状である。また、最近では、従来の仕様規定型の設
計体系から、性能規定型の設計体系へ移行が検討されて
いる。これまでやや軽視されていた耐久性についても明
確な性能規定が定められるものと考えられる。即ち、ひ
び割れの耐久性に対する影響の定量化がなされるため、
ひび割れの低減は緊急の課題となる。ひび割れ低減に効
果のあるセメント系膨張材を広範に利用するためには、
使用量を少なくして、経済的負担を小さくすることが不
可欠である。本発明者らは、これらの課題を解決すべく
種々の検討を重ねた結果、特定のセメント混和材を使用
することにより、前記課題が解決できるとの知見を得て
本発明を完成するに至った。
【0004】
【課題を解決するための手段】即ち、本発明は、CaO
原料、Al23原料、ハロゲン元素原料及びFe23
料を熱処理して得られる遊離石灰、C117・CaX2
びカルシウムアルミノフェライトを含有するクリンカー
と、セッコウ類とを含有してなるセメント混和材であ
り、珪酸率が1.0未満の範囲でカルシウムシリケート
を含有することを特徴とする該セメント混和材であり、
遊離石灰含有量が30〜60%であることを特徴とする
該セメント混和材であり、セッコウ類が無水セッコウで
あることを特徴とする該セメント混和材であり、さら
に、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。
【0005】
【発明の実施の形態】以下、本発明をさらに詳細に説明
する。
【0006】本発明のセメント混和材は、遊離石灰、C
117・CaX2(Xはハロゲン元素)、カルシウムアル
ミノフェライト及びセッコウ類を含有してなるものであ
る。これら化合物の割合は、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、遊離石灰は3
0〜60部が好ましく、35〜55部がより好ましい。
117・CaF2は10〜35部が好ましく、15〜2
5部がより好ましい。また、カルシウムアルミノフェラ
イトは5〜20部が好ましく、10〜15部がより好ま
しい。さらに、セッコウ類は10〜40部が好ましく、
15〜30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%、
部は質量単位である。
【0007】本発明のC117・CaX2とは、CaO−
Al23−X系化合物であって、C 127にフッ素や塩
素等のハロゲン元素が固溶した化合物を総称するもので
ある。C117・CaX2にはNa2OやK2O等の微量成
分が固溶するものも含まれる。C117・CaX2は、C
127と同様の結晶構造を有するので、粉末X線回折法
で同定すると、C127と同様の回折パターンを示す。
本発明のカルシウムアルミノフェライトとは、CaO−
Al23−Fe23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、
Al23をA、Fe23をFとすると、C4AFやC6
2F等の化合物がよく知られている。通常は、C4AFと
して存在していると考えて良い。本発明では、カルシウ
ムアルミノフェライトを以下、C4AFと略記する。
【0008】本発明のセメント混和材を製造する際、C
aO原料、Al23原料、ハロゲン元素原料及びFe2
3原料を熱処理して、遊離石灰、C117・CaX2
びC4AFからなるクリンカーを合成してこれをセッコ
ウ類と共に粉砕することにより、あるいは別々に粉砕し
た後に混合して製造される。遊離石灰、C117・Ca
2及びC4AFを別々に合成し、これらを混合したもの
では、本発明のような効果は得られない。
【0009】CaO原料、Al23原料、ハロゲン元素
原料及びFe23原料を熱処理して、遊離石灰、C11
7・CaX2及びC4AFからなるクリンカーを合成して
これをセッコウ類と共に粉砕することにより、あるいは
別々に粉砕した後に混合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(S
EM-EDS)等により観察して組成分析を行い、粒子中に遊
離石灰、C117・CaX2及びC4AF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。
【0010】本発明のセメント混和材を製造する際の熱
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特性
が十分でなく、1600℃を超えてもさらなる効果の増
進が期待できない。
【0011】CaO原料としては、石灰石や消石灰等が
挙げられ、Al23原料としては、ボーキサイトやアル
ミ残灰等が、ハロゲン元素原料としては、ホタル石(フ
ッ化カルシウム)等のフッ素化合物、塩化カルシウムや
アリナイト等の塩素化合物等が挙げられ、Fe23原料
としては、圧延スケール、銅カラミ、鉄粉、鋼スラッジ
及び市販の酸化鉄等が挙げられる。
【0012】本発明のセメント混和材中には不純物が存
在する。その具体例としては、SiO2、MgO、Ti
2、P25、Na2O、K2O、CuO、ZnO、Ag2
O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1.0未満の範囲であることが
好ましく、0.6未満の範囲がより好ましい。珪酸率が
1.0以上では優れた膨張特性が得られない場合があ
る。本発明でいう珪酸率とは、クリンカー中のSiO2
量、Al23量、及びFe23量より次式から算出され
る。 珪酸率=SiO2/(Al23+Fe23) また、クリンカー中の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
ると優れた膨張特性が得られない場合がある。
【0013】本発明でいうセッコウ類とは、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、特に
限定されるものではないが、本発明の効果が顕著である
ことから、無水セッコウを使用することが好ましい。
【0014】本発明のセメント混和材の粒度は、特に限
定されるものではないが、通常、ブレーン比表面積で15
00〜9000cm2/gが好ましく、2500〜5000cm2/gがより好ま
しい。セメント混和材の粒度が1500cm2/g未満では、長
期耐久性が悪くなる場合があり、9000cm2/gを超えると
十分な膨張特性が得られない場合がある。
【0015】本発明のセメント混和材の使用量は、特に
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部中、5〜15部
が好ましく、7〜12部がより好ましい。5部未満で
は、充分な膨張特性が得られない場合があり、15部を
超えて使用すると長期耐久性が悪くなる場合がある。
【0016】本発明のセメントとしては、普通セメン
ト、早強、超早強、低熱及び中庸熱等各種ポルトランド
セメントと、これらセメントに、高炉スラグ、フライア
ッシュ及びシリカを混合した各種混合セメント、並びに
石灰石粉末等を混合したフィラーセメント等がある。
【0017】本発明では、減水剤、高性能減水剤、AE
減水剤、高性能AE減水剤、流動化剤、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
及び凝結調整剤、並びにセメント急硬材、ベントナイト
等の粘土鉱物及びハイドロタルサイト等のアニオン交換
体等のうちの一種又は二種以上を、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。
【0018】本発明では、各材料の混合方法は特に限定
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、予めその一部、或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、既存の如何なる
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
サ等が挙げられる。
【0019】
【実施例】以下、実施例により本発明を詳細に説明す
る。
【0020】実施例1 CaO原料、Al23原料、フッ素原料及びFe23
料を配合し、混合粉砕した後、電気炉で1300℃、3
0分間熱処理して遊離石灰、C117・CaF2、及びC
4AFを含有する様々な組成のクリンカーを合成した。
次いで、無水セッコウと各種クリンカーをボールミルを
用いて混合粉砕し、ブレーン比表面積3500±200cm2/gに
粉砕して表1に示すような組成のセメント混和材を調製
した。なお、クリンカーを粉末X線回折法で同定したと
ころ、遊離石灰、C117・CaF2及びC4AFを含有
していた。セメント混和材の化合物組成は化学組成を基
に計算により算出した。化学組成はJIS R 5202に準じて
求めた。セメントと、セメント混和材からなるセメント
組成物100部中、セメント混和材を9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、膨張率の測定を行った。な
お、比較のために、遊離石灰、C3A及びC4AFを別々
に合成して粉砕し、実験No.1-3と化合物組成が同じとな
るように配合したセメント混和材についても同様の実験
を行った。その結果を表1に示す。
【0021】<使用材料> CaO原料:試薬1級、炭酸カルシウム Al23原料:試薬1級、酸化アルミニウム フッ素原料:試薬1級、フッ化カルシウム Fe23原料:試薬1級、酸化第二鉄 セッコウ類A:試薬1級、無水セッコウ 遊離石灰:CaO原料を1300℃で30分間熱処理し
て合成。 C117・CaF2:CaO原料11モル、Al23原料
7モル及びフッ素原料1 モルの割合で配合した原料を混合粉砕した後、1300
℃で30分間熱処理して合成。 C4AF:CaO原料4モル、Al23原料1モル及び
Fe23原料1モルの割合で配合した原料を混合粉砕し
た後、1300℃で30分間熱処理する工程を2回繰り
返して合成。 砂:JIS標準砂(ISO679準拠)
【0022】<測定方法> 長さ変化率:JIS A 6202に準じて材齢7日で測定。
【0023】
【表1】
【0024】表1より、本発明のセメント混和材を使用
したモルタルは、比較例の実験No.1-1,1-13と比べ、優
れた膨張特性を示すことが判る。
【0025】実施例2 実験No.1-3で使用したクリンカーを使用し、セッコウ類
の種類を変えたこと以外は、実施例1と同様に行った。
その結果を表2に示す。
【0026】<使用材料> セッコウ類B:試薬1級、半水セッコウ セッコウ類C:試薬1級、二水セッコウ
【0027】
【表2】
【0028】表2より、本発明のセメント混和材を使用
することにより、何れのモルタルも優れた膨張特性を示
しているが、中でも無水セッコウを使用した実験No.1-3
が優れていることが判る。
【0029】実施例3 CaO原料、Al23原料、Fe23原料及びSiO2
原料を配合し、混合粉砕した後、電気炉で1300℃、
30分間熱処理して遊離石灰、C117・CaF2、C4
AF及びカルシウムシリケート(C3S)を含有する様
々な組成のクリンカーを合成した。次いで、無水セッコ
ウと各種クリンカーをボールミルを用いて混合粉砕し、
ブレーン比表面積3500±200cm2/gに粉砕して表3に示す
ような組成のセメント混和材を調製したこと以外は、実
施例1と同様に行った。
【0030】<使用材料> SiO2原料:試薬1級、二酸化ケイ素
【0031】
【表3】
【0032】表3より、珪酸率が1.0未満の範囲でカ
ルシウムシリケートを含有する本発明のセメント混和材
を使用したモルタルは、優れた膨張特性を示すことが判
る。
【0033】実施例4 工業原料であるCaO原料、Al23原料、フッ素原料
及びFe23原料を配合し、ロータリーキルンを用いて
焼点温度1350℃で焼成して表4に示すような化学組
成のクリンカーを合成し、ボールミルを用いて、無水セ
ッコウと共に混合粉砕してブレーン比表面積3500cm2/g
のセメント混和材を調製したこと以外は、実施例1と同
様に行った。化学組成を基に算出した化合物組成を表5
に示す。比較のために、市販のカルシウムサルホアルミ
ネート系膨張材(膨張材A)と石灰系膨張材(膨張材
B)の結果についても併記した。長さ変化率の測定結果
を表6に示す。
【0034】<使用材料> CaO原料:新潟県青海鉱山産石灰石 Al23原料:中国産ボーキサイト フッ素原料:中国産ホタル石 Fe23原料:圧延スケール 無水セッコウ:天然無水セッコウ 膨張材A:市販のカルシウムサルホアルミネート系膨張
材、ブレーン比表面積2940cm2/g 膨張材B:市販の石灰系膨張材、ブレーン比表面積3610
cm2/g
【0035】
【表4】
【0036】
【表5】
【0037】
【表6】
【0038】表6より、本発明のセメント混和材を使用
したモルタルは、市販の膨張材を使用したモルタルと比
べ、優れた膨張特性を示すことが判る。
【0039】実施例5 実施例4の実験No.4-1で使用したセメント混和材を使用
し、セメント組成物100部中のセメント混和材の使用
量を変えたこと以外は、実施例3と同様に行った。その
結果を表7に示す。
【0040】
【表7】
【0041】表7より、本発明のセメント混和材の使用
量を大きくすると、モルタルの膨張特性が向上すること
が判る。
【0042】
【発明の効果】本発明のセメント混和材を使用すること
により、優れた膨張特性を有するセメント組成物が得ら
れる。
───────────────────────────────────────────────────── 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 103:60 C04B 103:60 (72)発明者 大橋 寛之 新潟県西頸城郡青海町大字青海2209番地 電気化学工業株式会社青海工場内 (72)発明者 高橋 光男 新潟県西頸城郡青海町大字青海2209番地 電気化学工業株式会社青海工場内 Fターム(参考) 4G012 MA00 MB01 MB23 PB01 PB03 PB05 PB06 PB09 PB11 PC09 PC11

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 CaO原料、Al23原料、ハロゲン元
    素原料及びFe23原料を熱処理して得られる遊離石
    灰、C117・CaX2(Xはハロゲン元素)及びカルシ
    ウムアルミノフェライトを含有するクリンカーと、セッ
    コウ類とを含有してなるセメント混和材。
  2. 【請求項2】 珪酸率が1.0未満の範囲でカルシウム
    シリケートを含有することを特徴とする請求項1に記載
    のセメント混和材。
  3. 【請求項3】 遊離石灰含有量が30〜60%であるこ
    とを特徴とする請求項1又は2に記載のセメント混和
    材。
  4. 【請求項4】 セッコウ類が無水セッコウであることを
    特徴とする請求項1乃至3の何れかに記載のセメント混
    和材。
  5. 【請求項5】 セメントと、請求項1乃至4の何れかに
    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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