JP2003221265A

JP2003221265A - セメント混和材、セメント組成物、及びそれを用いたセメントコンクリート組成物

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Publication number: JP2003221265A
Application number: JP2002023003A
Authority: JP
Inventors: Takumi Kushihashi; 巧串橋; Yasuhiro Nakajima; 康宏中島; Minoru Morioka; 実盛岡; Takayuki Higuchi; 隆行樋口
Original assignee: Denki Kagaku Kogyo KK
Current assignee: Denka Co Ltd
Priority date: 2002-01-31
Filing date: 2002-01-31
Publication date: 2003-08-05

Abstract

(57)【要約】【課題】セメントコンクリートの優れた初期強度発現
性や中性化の抑制効果等の効果を奏する、主に、土木・
建築業界において使用されるセメント混和材、セメント
組成物、及びそれを用いたセメントコンクリート組成物
を提供すること。【解決手段】高炉徐冷スラグ粉末とギ酸類とを含有し
てなるセメント混和材であり、さらに、遅延剤を含有し
てなる該セメント混和材であり、遅延剤が有機酸である
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り、該セメント組
成物と骨材とを含有してなるセメントコンクリート組成
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
業界において使用されるセメント混和材、セメント組成
物、及びそれを用いたセメントコンクリート組成物に関
する。なお、本発明でいうセメントコンクリートとは、
セメントペースト、モルタル、及びコンクリートを総称
するものである。また、本発明の部や％は特に規定しな
いかぎり質量基準である。

【０００２】

【従来技術とその課題】コンクリートは安価に大きな構
造物を構築することができる、優れた材料であり、近年
コンクリートの使用される環境の多様化により、益々、
高耐久性が求められてきている。

【０００３】また、高度経済成長期に構築されたコンク
リート構造物は、塩害や中性化等の劣化による補修が必
要となってきており、今後、益々、補修個所は増大する
と予想される。

【０００４】コンクリート構造物の耐久性を低下させる
現象として大部分の環境下で起こりうる劣化は中性化で
ある。コンクリートの中性化によって問題となるのは、
特に鉄筋コンクリート構造物において用いられている鉄
筋の錆であり、錆が生じるときの膨張圧によって、鉄筋
とコンクリートとの付着が損なわれ、コンクリート構造
物にひび割れが発生したり、コンクリート片が剥落する
などの問題を生じている。中性化により、コンクリート
構造物にひび割れが発生した場合、劣化部分をはつりと
って、鉄筋の錆を除去した後、再度コンクリートを打設
するといった補修方法を施さなければならないが、補修
個所に使用するコンクリートは、ライフサイクルコスト
の面から、再度の補修が不要となるように、中性化の進
行が緩慢であることが必須である。

【０００５】補修分野では、セメントにポリマーを含有
させることで、補修面への付着性、耐ひび割れ性を向上
させ、中性化の進行を遅らせる方法が提案されている
(特開平05−024899号公報)。しかしながら、この方法で
は、使用する材料自体が中性化抑制効果を持たないこと
から根本的な解決法には至っていないという課題があっ
た。

【０００６】また、幹線道路の補修では、交通渋滞を緩
和するために、早期の工事終了が強く望まれており、急
硬性と中性化抑制の効果を併せ持つ混和材の開発が待た
れていた。

【０００７】本発明者は、以上の状況に鑑み、特定のセ
メント混和材を使用することにより、中性化抑制効果を
持ち、早期の工事終了が可能となるとの知見を得て本発
明を完成するに至った。

【０００８】

【課題を解決するための手段】即ち、本発明は、高炉徐
冷スラグ粉末とギ酸類とを含有してなるセメント混和材
であり、さらに、遅延剤を含有してなる該セメント混和
材であり、遅延剤が有機酸であ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
ント組成物であり、該セメント組成物と骨材とを含有し
てなるセメントコンクリート組成物である。

【０００９】以下、本発明を詳細に説明する。

【００１０】本発明で使用する高炉徐冷スラグ粉末(以
下、徐冷スラグ粉という)は、セメントと混和すること
により、セメントコンクリートの中性化を抑制するもの
であり、徐冷されて結晶化した高炉スラグの粉末であ
る。徐冷スラグ粉は、通常、ドライピット、あるいは、
畑と呼ばれる冷却ヤードに溶解スラグを流し込み、自然
放冷と適度の散水により冷却され、結晶質の塊状スラグ
として得られる。徐冷スラグ粉の成分は、高炉水砕スラ
グと同様の組成を有しており、具体的にはSiO₂、CaO、A
l₂O₃、及びMgOなどを主要な化学成分とし、その他の成
分として、TiO₂、MnO、Na₂O、Ｓ、P₂O₅、及びFe₂O₃など
の微量成分が挙げられる。化学成分の割合は特に限定さ
れるものではないが、通常、主成分である、SiO₂は25〜
45％、CaOは30〜50％、Al₂O₃は10〜20％、及びMgOは3〜
10％程度であり、微量成分はそれぞれ２％以下である。
また、化合物としては、ゲーレナイト2CaO・Al₂O₃・SiO₂
とアケルマナイト2CaO・MgO・2SiO₂の混晶である、いわゆ
るメリライトを主成分とし、その他、ダイカルシウムシ
リケート2CaO・SiO₂、ランキナイト3CaO・2SiO₂、及びワ
ラストナイトCaO・SiO₂などのカルシウムシリケート、メ
ルビナイト3CaO・MgO・2SiO₂やモンチセライトCaO・MgO・Si
O₂などのカルシウムマグネシウムシリケート、アノーサ
イトCaO・Al₂O₃・2SiO₂、リューサイト(K₂O、Na₂O)・Al₂O₃
・SiO₂、スピネルMgO・Al₂O₃、マグネタイトFe₃O₄、並び
に、硫化カルシウムCaSや硫化鉄FeSなどの硫化物等を含
む場合がある。

【００１１】本発明では、徐冷スラグ粉のうち、例え
ば、硫化物、多硫化物、イオウ、チオ硫酸、及び亜硫酸
等のように非硫酸態イオウとして存在するイオウ(以
下、単に非硫酸態イオウという)を0.5％以上含むものを
粉末化した徐冷スラグ粉が好ましい。非硫酸態イオウが
0.5％未満では、本発明の効果、即ち、流動性の保持性
能が充分に得られない場合がある。非硫酸態イオウは、
0.5％以上が好ましく、0.7％以上がより好ましく、0.9
％以上が最も好ましい。非硫酸態イオウ量は、全イオウ
量、単体イオウ量、硫化物態イオウ量、チオ硫酸態イオ
ウ量、及び硫酸態イオウ(三酸化イオウ)量を山口と小野
の方法により定量することによって、また、硫酸態イオ
ウ量(三酸化イオウ)と硫化物態イオウ量については、JI
S R 5202に定められた方法により定量することによって
も求めることができる(「高炉スラグ中硫黄の状態分
析」、山口直治、小野昭紘：製鉄研究、第301号、pp.37
-40、1980参照)。

【００１２】徐冷スラグ粉のガラス化率は、30％以下が
好ましく、10％以下がより好ましい。ガラス化率が30％
を超えると、本発明の効果、即ち、水和熱が大きくなる
場合がある。本発明でいうガラス化率(Ｘ)は、Ｘ(％)＝
(１−Ｓ／Ｓ₀)×100として求められる。ここで、Ｓは粉
末Ｘ線回折法により求められる徐冷スラグ粉中の主要な
結晶性化合物であるメリライト(ゲーレナイト2CaO・Al₂O
₃・SiO₂とアケルマナイト2CaO・MgO・2SiO₂の混晶)のメイ
ンピークの面積であり、Ｓ₀は徐冷スラグ粉を1,000℃で
３時間加熱し、その後、５℃／分の冷却速度で冷却した
もののメリライトのメインピークの面積を表す。

【００１３】徐冷スラグ粉の粉末度は特に規定されるも
のではないが、ブレーン比表面積(以下、ブレーン値と
いう)で、2,000cm²/g以上が好ましく、4,000cm²/g以上
がより好ましく、6,000cm²/g以上が最も好ましい。2,00
0cm²/g未満では、本発明の中性化抑制効果が得られない
場合がある。

【００１４】徐冷スラグ粉の使用量は特に限定されるも
のではないが、徐冷スラグ粉とギ酸類の合計100部中、3
0〜95部が好ましく、50〜80部がより好ましい。30部未
満ではコンクリートの流動性が急速に失われ、施工が困
難になる場合があり、95部を超えると所定の急硬性が得
られない場合がある。

【００１５】本発明で使用するギ酸類とは、ギ酸、乳
酸、及び酢酸又はそれらの塩であり、一般に、オキシカ
ルボン酸として総称される有機化合物に属するが、ギ
酸、乳酸、及び酢酸以外の、例えば、コハク酸、リンゴ
酸、酒石酸、及びグルコン酸又はそれらの塩等の他のオ
キシカルボン酸とは効果を異にするものである。また、
ギ酸類は、水に溶解した場合、凝固点降下作用があり、
凍結防止剤としても有用である。ギ酸類としては、具体
的には、ギ酸、乳酸、及び酢酸又はそれらの塩の一種又
は二種以上が挙げられ、その塩としては、カルシウム
塩、マグネシウム塩、バリウム塩、アルミニウム塩、及
びアンモニウム塩等が挙げられ、このうち、特に、ギ酸
カルシウムを用いた場合が最も良好な効果が認められ
る。ギ酸類は、水溶性であるため、本発明では、粉末
で、もしくは混練水に溶解させて使用することが可能で
ある。ギ酸類の粒度は特に限定されるものではない。本
発明では、これらのうちの一種又は二種以上が使用可能
である。ギ酸類の使用量は特に限定されるものではない
が、徐冷スラグ粉とギ酸類の合計100部中、５〜70部が
好ましく、20〜50部がより好ましい。５部未満では所定
の急硬性が得られない場合があり、70部を超えるとコン
クリートの流動性が急速に失われ、施工が困難になる場
合がある。

【００１６】本発明で使用する遅延剤とは、セメントの
凝結を調整し、施工中のコンクリートの流動性を損なわ
せないためのものであり、有機物と無機物のものが使用
可能である。有機物の具体例としては、カルボン酸、ギ
酸類以外のオキシカルボン酸、オキシ多価カルボン酸、
及びポリカルボン酸又はそれらの塩等の有機酸の使用が
可能である。具体的には、カルボン酸としては、飽和又
は不飽和カルボン酸の酸又はそれらの塩、例えば、蓚
酸、マロン酸、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、マ
レイン酸、フマール酸、及びヘプタン酸又はそれらの塩
等が挙げられ、オキシモノカルボン酸としては、ヘプト
ン酸、グルコン酸、及びグリコール酸又はそれらの塩等
が挙げられる。また、オキシ多価カルボン酸としては、
リンゴ酸、酒石酸、及びクエン酸又はそれらの塩等が挙
げられ、ポリカルボン酸としては、アクリル酸や無水マ
レイン酸又はそれらの塩等の共縮合物が挙げられる。塩
としては、リチウム、ナトリウム、及びカリウムなどの
アルカリ金属、マグネシウムやカルシウムなどのアルカ
リ土類金属塩、並びに、亜鉛、銅、アルミニウム、及び
アンモニウムなどの塩が挙げられる。無機物の遅延剤の
具体例としては、リン酸やフッ化水素酸等の無機酸、リ
ン酸塩、酸化亜鉛、酸化鉛、ホウ酸、珪フッ化マグネシ
ウムや珪フッ化ナトリウムなどの珪フッ化物、氷晶石や
カルシウムフロロアルミネートなどのフッ素含有鉱物等
が使用可能である。本発明では、これらのうちの一種又
は二種以上が使用可能であるが、特に、クエン酸又はそ
の塩、グルコン酸又はその塩、及び酒石酸又はその塩等
を使用することが好ましい。遅延剤の使用量は特に限定
されるものではないが、徐冷スラグ粉とギ酸類の合計10
0部に対して、0.1〜10部が好ましく、0.3〜５部がより
好ましい。0.1部未満では充分な流動性が得られない場
合があり、10部を超えると硬化不良を起こす場合があ
る。

【００１７】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、３〜20部が好ましく、
７〜15部がより好ましい。３部未満では本発明の効果が
充分に得られない場合があり、20部を超えて使用すると
長期強度発現性が損なわれる場合がある。

【００１８】本発明で使用するセメントとは、JIS R 52
10に規定される各種ポルトランドセメント、JIS R 521
1、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
て製作した高炉セメント、フライアッシュセメント、及
びシリカセメント、並びに、石灰石粉末等を混合したフ
ィラーセメントなどのうちの一種又は二種以上が挙げら
れる。

【００１９】また、本発明では、セメント混和材やセメ
ントの他にあらかじめ細骨材を混合することも可能であ
り、細骨材の種類は特に限定されるものではなく、例え
ば、石灰砂、珪砂、川砂、海砂、山砂、及び砕砂等が使
用でき、最大粒径は５mm以下が好ましく、2.5mm以下が
より好ましい。さらに、本発明では、粗骨材を使用する
ことも可能であり、その種類等は特に限定されるもので
はない。

【００２０】本発明では、本発明のセメント混和材、セ
メント、及び砂や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、膨張剤、収縮低減剤、高分子エマ
ルジョン、凝結調整剤、ベントナイトやゼオライトなど
の粘土鉱物、及びハイドロタルサイトなどのイオン交換
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。

【００２１】本発明において、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、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、傾銅ミキ
サ、オム二ミキサ、ヘンシェルミキサ、V型ミキサ、及
びナウタ−ミキサなどの使用が可能である。

【００２２】

【実施例】以下、本発明を実験例に基づいてさらに説明
する。

【００２３】実験例１徐冷スラグ粉70部、ギ酸類ア30部、及び徐冷スラグ粉と
ギ酸類の合計100部に対して遅延剤Ａ0.5部を混合してセ
メント混和材を調製した。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、調製したセメント混和
材を表１に示す量使用し、水／セメント組成物比=50
％、セメント組成物／細骨材比=１／３のモルタルを調
製して、圧縮強度と中性化深さを測定した。結果を表１
に併記する。

【００２４】＜使用材料＞セメント：市販品、普通ポルトランドセメント徐冷スラグ粉：高炉徐冷スラグ粉、ブレーン値3,500±2
00cm²/g、ガラス化率５％以下ギ酸類ア：市販品、ギ酸カルシウム遅延剤Ａ：市販品、クエン酸細骨材：ISO 679に準拠、標準砂水：水道
水

【００２５】＜測定方法＞圧縮強度：打設温度20℃で、４×４×16cmの供試体を
作製し、JIS A 1108に準じて、材齢１日と材齢28日の圧
縮強度を測定中性化深さ：供試体を、20℃水中にて材齢28日まで養生
した後、30℃、相対湿度60％、及び炭酸ガス濃度10％の
環境下で促進中性化し、６ヶ月後に供試体を輪切りに
し、フェノールフタレイン溶液を断面に塗布し、中性化
の進行深さを測定

【００２６】

【表１】

【００２７】実験例２表２に示す徐冷スラグ粉とギ酸類と、徐冷スラグ粉とギ
酸類の合計100部に対して、0.5部の遅延剤Ａとからなる
セメント混和材をセメント組成物100部中、10部使用
し、圧縮強度、中性化深さ、及び流動性保持率を測定し
たこと以外は実験例１と同様に行った。結果を表２に併
記する。

【００２８】＜使用材料＞ギ酸類イ：市販品、乳酸ギ酸類ウ：市販品、ギ酸アルミニウムギ酸類エ：市販品、酢酸

【００２９】＜測定方法＞流動性保持率：環境温度20℃でのフロー値の経時変化で
評価、JIS R 5201のフロー試験に準拠し、練り直後と60
分経過後のフロー値から次の式に基づき算出流動性保持率＝(60分経過後のフロー値／練り直後のフ
ロー値)×100

【００３０】

【表２】

【００３１】実験例３徐冷スラグ粉70部、ギ酸類ア30部、及び徐冷スラグ粉と
ギ酸類の合計100部に対して表３に示す量の遅延剤から
なるセメント混和材を、セメント組成物100部中、10部
使用したこと以外は、実験例２と同様に行った。結果を
表３に併記する。

【００３２】＜使用材料＞遅延剤Ｂ：市販品、グルコン酸遅延剤Ｃ：市販品、グルコン酸ナトリウム遅延剤Ｄ：市販品、酒石酸遅延剤Ｅ：遅延剤Ａと遅延剤Ｄの等量混合物

【００３３】

【表３】

【００３４】

【発明の効果】本発明のセメント混和材、セメント組成
物、及びセメントコンクリート組成物を使用することに
より、セメントコンクリートの優れた初期強度発現性や
中性化抑制効果等の効果を奏する。

フロントページの続き (72)発明者樋口隆行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 PB04 PB16 PB17 PC01 PC05 PC11 PC13

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】高炉徐冷スラグ粉末とギ酸類とを含有し
てなるセメント混和材。
【請求項２】さらに、遅延剤を含有してなる請求項１
に記載のセメント混和材。
【請求項３】遅延剤が有機酸であることを特徴とする
請求項２に記載のセメント混和材。
【請求項４】セメントと、請求項１〜３のうちの一項
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。
【請求項５】請求項４に記載のセメント組成物と骨材
とを含有してなるセメントコンクリート組成物。