JP2002167254A - 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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実 盛岡
Takayuki Higuchi
隆行 樋口
Hiroyuki Ohashi
寛之 大橋
Mitsuo Takahashi
光男 高橋
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 コンクリートが優れた膨張持性を示すセメン
ト混和材及びセメント組成物を提供すること。 【解決手段】 CaO原料と、CaSO4原料と、Al2
3原料、Fe23原料及びSiO2原料から選ばれる1
種又は2種以上とを熱処理して得られる物質であって、
遊離石灰と、無水セッコウと、カルシウムアルミノフェ
ライト、カルシウムフェライト、アウイン及びカルシウ
ムシリケートから選ばれる1種又は2種以上とを含有し
てなる遊離石灰量が35〜60%の膨張物質とホウ酸類
からなるセメント混和材であり、セメント混和材100
部中、ホウ酸類0.01〜10部を含有してなることを
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。なお、本発明でいうコンクリートと
は、セメント・ペースト、セメント・モルタル、及びセ
メント・コンクリ−トを総称するものである。
【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、すなわち、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53-3
1170号公報)等があった。一方、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。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これら
の高性能なコンクリートでは膨張材の効果が十分に発揮
されないことが指摘されている。現在では、膨張材の混
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おり、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。すなわち、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
は重要な課題となるが、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】すなわち、CaO原料
と、CaSO4原料と、Al23原料、Fe23原料及
びSiO2原料から選ばれる1種又は2種以上とを熱処
理して得られる物質であって、遊離石灰と、無水セッコ
ウと、カルシウムアルミノフェライト、カルシウムフェ
ライト、アウイン及びカルシウムシリケートから選ばれ
る1種又は2種以上とを含有してなる遊離石灰量が35
〜60%の膨張物質とホウ酸類からなるセメント混和材
であり、セメント混和材100部中、ホウ酸類0.01
〜10部を含有してな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。なお、本発明で使用する
配合割合を示す部、%は質量単位である。
【0005】
【発明の実施の形態】以下、本発明をさらに詳しく説明
する。
【0006】本発明における膨張物質は、遊離石灰と、
無水セッコウと、カルシウムアルミノフェライト、カル
シウムフェライト、アウイン及びカルシウムシリケート
から選ばれる1種又は2種以上(以下、水硬性化合物)
とを含有してなるものであり、膨張物質100部中、遊
離石灰は35〜60部が好ましく、40〜55部がより
好ましい。また、水硬性化合物は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。水硬性化合物中におけるカルシウムアルミノフェ
ライト、カルシウムフェライト、アウイン及びカルシウ
ムシリケートの割合は、特に限定されるものではない。
【0007】本発明の膨張物質には不純物が存在する。
その具体例としては、MgO、TiO 2、P25、Na2
O、K2O、塩素等が挙げられるが、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。
【0008】本発明の水硬性化合物について、以下説明
する。本発明のカルシウムアルミノフェライトとは、C
aO−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
62Fと表せる化合物等が挙げられる。通常は、C4
AFとして存在していると考えられ、本発明ではカルシ
ウムアルミノフェライトを以下、C4AFとする。本発
明のカルシウムフェライトとは、CaO−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、Fe23をFとすると、
2F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。本発明では、カルシウムフェライトを
以下、C2Fとする。本発明のアウインとは、3CaO
・3Al23・CaSO4で表される化合物を示すもの
である。本発明のカルシウムシリケートとは、CaO−
SiO2系化合物を総称するものであり、特に限定され
るものでないが、一般的に、CaOをC、SiO2をS
とすると、C3SやC2S等の化合物が知られている。
【0009】本発明で使用するホウ酸類とは、ホウ酸、
メタホウ酸、テトラホウ酸、水素化ホウ酸、過ホウ酸及
びそれらの塩が挙げられ、塩としてはナトリウム塩、ア
ンモニウム塩等が挙げられる。ホウ酸類の粒度は特に限
定されるものでなく、その使用形態は、粉末、もしくは
水に溶解させたものでも使用可能である。本発明では膨
張特性が優れることからホウ酸を使用することが好まし
い。
【0010】本発明のセメント混和材を製造する際、C
aO原料と、CaSO4原料と、Al23原料、Fe2
3原料、及びSiO2原料から選ばれる1種又は2種以上
とを熱処理して、遊離石灰、水硬性化合物及び無水セッ
コウからなるクリンカーを合成してこれを粉砕して製造
される。遊離石灰、水硬性化合物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、本発明のよう
な効果は得られない。CaO原料と、CaSO4原料
と、Al23原料、Fe23原料、及びSiO2原料か
ら選ばれる1種又は2種以上とを熱処理して、遊離石
灰、水硬性化合物及び無水セッコウからなるクリンカー
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等によ
り観察して組成分析を行い、粒子中に遊離石灰、水硬性
化合物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。
【0011】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。具
体的には、1100℃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℃を超えると無水
セッコウが分解する場合がある。
【0012】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、Fe23原料としては銅カラミや鉄粉及び市
販の酸化鉄等が、SiO2原料としては、珪石や粘土等
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。
【0013】本発明のセメント混和材中のホウ酸類の配
合割合は、特に限定されるものではないが、セメント混
和材100部中、0.01〜10部が好ましく、1〜3
部がより好ましい。ホウ酸類の配合割合が、この範囲外
では、本発明の効果である優れた膨張特性が得られない
場合がある。具体的には、0.01部未満では、優れた
膨張持性が得られない場合があり、10部を超えると、
優れた膨張特性が得られても、硬化不良を起こす場合が
あり適当でない。
【0014】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、セメントと、セメント混和
材料からなるセメント組成物100部中、セメント混和
材3〜11部が好ましく、4〜8部がより好ましい。本
発明のセメント混和材の使用量がこの範囲外では、本発
明の効果、すなわち、優れたスランプ保持性及び膨張特
性の得られない場合がある。具体的には、3部未満で
は、優れた膨張特性の得られない場合があり、11部を
超えて使用すると、強度発現性が低下する場合がある。
【0015】本発明のセメント組成物とは、JIS R 5210
に規定される各種ポルトランドセメント、JIS R 5211、
JIS R 5212及び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の混和率にて作製し
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
発明のセメント混和材を含有してなるものである。本発
明のセメント組成物は、そのままセメント・ペーストと
して使用することはもちろん、骨材と混合して、セメン
ト・モルタルやセメント・コンクリートとしても使用可
能である。
【0016】本発明では、セメントやセメント混和材に
砂や砂利等の骨材の他、凝結促進剤、凝結遅延剤、減水
剤、AE減水剤、高性能AE減水剤、AE剤、増粘剤、
セメント急硬材、防錆剤、高分子エマルジョン、ベント
ナイトやモンモリロナイト等の粘土鉱物、無機リン酸塩
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
阻害しない範囲で併用することが可能である。
【0017】本発明のセメント混和材を製造する際に使
用する混合装置としては、既存のいかなる撹拌装置も使
用可能であり、例えば、傾胴ミキサ、オムニミキサ、V
型ミキサ、ヘンシェルミキサ及びナウタ−ミキサ等が利
用可能である。混合は、それぞれの材料を施工時に混合
してもよいし、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。混合順序は特に限定される
ものでない。
【0018】
【実施例】以下、実施例により本発明を詳細に説明す
る。
【0019】実施例1 CaO原料と、CaSO4原料と、Al23原料、Fe2
3原料、及びSiO2原料から選ばれる1種又は2種以
上とを配合して、1400℃で熱処理することによっ
て、表1に示す種々の組成(各成分の合計100部中の
割合)のクリンカーを製造し、粉砕してブレーン比表面
積3500±200cm2/gの膨張物質を調製した。
該膨張物質とホウ酸からなるセメント混和材100部
中、ホウ酸を1.5部配合してセメント混和材を調製し
た。
【0020】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6部使用
し、水/セメント組成物比=53%、セメント組成物/
砂比=1/3のモルタルを調製して、材齢7日の長さ変
化率の測定を行った。また、比較のため、遊離石灰、C
4AF及び無水セッコウを別々に合成して混合したもの
(膨張物質U)、市販の膨張材及び、並びに遊離石
灰のみについても同様に試験した。結果を表1に併記す
る。
【0021】<使用材料> セメント:市販普通ポルトランドセメント CaO原料:試薬一級炭酸カルシウム Al23原料:試薬一級アルミナ Fe23原料:試薬一級酸化第二鉄 SiO2原料:試薬一級酸化珪素 CaSO4原料:試薬一級二水セッコウ 遊離石灰:CaO原料を1350℃で3時間焼成し合成
したもの。 C4AF:CaO原料4モル、Al23原料1モル、F
23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。 砂:新潟県姫川産、比重2.62、FM値2.86 水:水道水 ホウ酸:市販品 膨張材:市販カルシウムサルホアルミネート系膨張材 膨張材:市販石灰系膨張材
【0022】<測定方法> 長さ変化率:JIS A 6202 に準じて測定
【0023】
【表1】
【0024】表1から明らかなように、本発明のセメン
ト混和材を使用したモルタルは、比較例と比べいずれも
優れた膨張特性を示した。
【0025】実施例2 表1に示す膨張物質Dに対して、表2に示す量のホウ酸
を配合したセメント混合材を使用したこと以外は、実施
例1と同様に行った。結果を表2に併記する。
【0026】
【表2】 表2から明らかなように、ホウ酸を0.01〜10.0
部配合した本発明のセメント混和材を使用したモルタル
は、比較例と比べいずれも優れた膨張特性を示した。
【0027】実施例3 セメント混和材100部中、表3に示すホウ酸類を1.
5部配合したこと以外は、実施例1と同様に行った。結
果を表3に併記する。
【0028】<使用材料> a:ホウ酸、市販品 b:メタホウ酸、市販品 c:テトラホウ酸、市販品 d:ホウ酸アンモニウム、市販品 e:水素化ホウ酸ナトリウム、市販品 f:ホウ酸ナトリウム、市販品 g:過ホウ酸ナトリウム、市販品
【0029】
【表3】
【0030】表3から明らかなように、本発明のホウ酸
類を配合したセメント混和材を使用することにより、モ
ルタルはいずれも優れた膨張特性を示した。
【0031】実施例4 セメント混和材100部中、ホウ酸を1.5部配合した
セメント混和材をセメント組成物100部中、表4に示
す量を使用したこと以外は、実施例1と同様に行った。
結果を表4に併記する。
【0032】
【表4】
【0033】表4から明らかなように、本発明のセメン
ト混和材の使用量が増加すると、モルタルはより優れた
膨張特性を示した。
【0034】
【発明の効果】本発明のセメント混和材及びセメント組
成物を使用することにより、コンクリートは優れた膨張
持性を示す。
───────────────────────────────────────────────────── 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 28/02 C04B 28/02 // C04B 103:60 103:60 (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 MB01 MB23 MB33 PB03 PB04 PB05 PB06 PB11 PB12

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 CaO原料と、CaSO4原料と、Al2
    3原料、Fe23原料及びSiO2原料から選ばれる1
    種又は2種以上とを熱処理して得られる物質であって、
    遊離石灰と、無水セッコウと、カルシウムアルミノフェ
    ライト、カルシウムフェライト、アウイン及びカルシウ
    ムシリケートから選ばれる1種又は2種以上とを含有し
    てなる遊離石灰量が35〜60%の膨張物質とホウ酸類
    からなるセメント混和材。
  2. 【請求項2】 セメント混和材100部中、ホウ酸類
    0.01〜10部を含有してな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】 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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