JP2004018307A

JP2004018307A - Composite additive for concrete mortar and cement composition

Info

Publication number: JP2004018307A
Application number: JP2002174823A
Authority: JP
Inventors: Taido Kamishiro; 神代　泰道; Yumiko Takase; 高瀬　祐美子
Original assignee: Obayashi Corp; Fimatec Ltd
Current assignee: Obayashi Corp; Fimatec Ltd
Priority date: 2002-06-14
Filing date: 2002-06-14
Publication date: 2004-01-22
Anticipated expiration: 2022-06-14
Also published as: JP4291978B2

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a composite additive for concrete mortar wherein mixing workability is improved by preventing scattering of silica fumes when mixing with cement, and a cement composition using this additive. <P>SOLUTION: A calcium carbonate fine powder modified by coating its surface with cation polymers is mixed with a silica fume fine powder. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、シリカフュームを用いたコンクリート・モルタル用複合混和材に関する。
【０００２】
【従来の技術】
水：セメント比を小さくしても流動性を保ち、モルタル、コンクリートの圧縮強度を保つ手段としてシリカフューム微粉末を混和材としてセメントに混合する方法がある。シリカフューム微粉末の混合による流動性向上効果は、一般に、シリカフューム粒子が、セメント粒子より粒径が小さいため、セメント粒子間に充填し、その場所にある水が自由水となって流動性に寄与すること、並びに、シリカフューム粒子は球形であるため、ボールベアリング効果を生じさせることなどが考えられている。
【０００３】
また、その強度向上効果は、シリカフュームがセメント粒子間を充填するため硬化体組織が緻密になることと、シリカフューム自体がポゾラン反応を生じるため、単なる充填効果だけでなく、硬化体強度を一層向上させる効果を持つものとされており、例えば特開平８−２３９２４９号公報などにシリカフュームを混和材として用いたプレミックスセメントが開示されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、シリカフュームは、粉体状、顆粒状及びスラリー状の３形態があるが、顆粒状では分散性に劣りコンクリートの流動性や強度性状の向上効果が劣るといった課題があり、スラリー状では沈澱しやすく濃度管理が難しいほか凍結の惧れがあるため、粉体状のものを使用することが実用上好ましいとされている。
【０００５】
しかしながら、粉体状のシリカフュームは、その平均粒径が０．１μｍと、たばこの煙と同様な超微粒子であるため飛散しやすく、実際の混合作業に際しては粉塵が発生するため作業環境の悪化を招来し、また粉塵の飛散量に応じてセメントに対する配合比が変ったり、均一な分散混合が困難となり、配合時の作業管理が容易ではなかった。
【０００６】
このため、従来では、シリカフュームプレミックスセメントを使用するほかは、一般の生コン工場でシリカフューム微粉末をセメントに混合することは困難であった。
【０００７】
本発明は、以上の課題を解決するものであり、混合時におけるシリカフューム微粉末の飛散を防止し、混合作業性の改善を図ったコンクリート・モルタル用複合混和材及びこの混和材を用いたセメント組成物を提供するものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため本発明の複合混和材は、炭酸カルシウム微粉末と、シリカフューム微粉末とを混合したコンクリート・モルタル用複合混和材であって、前記炭酸カルシウム微粉末は、カチオンポリマー等を表面に処理して改質したものであることを特徴とするものである。本発明において、シリカフューム微粉末は、プラス側に帯電した炭酸カルシウム微粉末の表面に電気的に結合するため、両者の混合時及び該混合物のセメントへの配合時における飛散性が半減し、しかも水と接することにより、粒子間の電気的な付着力が弱まり、コンクリート練り混ぜ時の強制撹拌によってセメントマトリクス中で分散するので、一般の生コン工場であっても、簡単な管理下でセメントに混合することにより、高強度コンクリートを得ることが可能となる。
【０００９】
また、本発明では、前記炭酸カルシウム微粉末１０〜９０重量部、前記シリカフューム微粉末１０〜９０重量部であって、合計量が１００重量部以下であることにより、コンクリート・モルタルに対する改質効果を十分に発揮できる。
【００１０】
さらに、本発明では、前記炭酸カルシウム微粉末は、前記シリカフューム微粉末の平均粒径の５〜１０倍であることにより（例えば、平均粒径０．１μｍ）、最密充填を図ることが可能となり、かさ密度も大きくすることができ、輸送効率を向上することができる。さらに、最密充填により減水効果が得られ、高強度コンクリートにおいては、粘性が小さくなり、圧送ポンプの負荷を小さくすることができてコンクリート打設作業も容易となる。
【００１１】
そして、本発明のセメント組成物は、セメント１００重量部のうち５〜４０重量部を、請求項１〜３のいずれかに記載の複合混和材で置換えてなることにより、セメント単体に比べて高強度、かつ高流動性のあるモルタル・コンクリートを得ることが可能となる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明に用いられる炭酸カルシウム微粉末は、例えば、紙の抄造時における塗工用のものとして用いられる材料であり、平均粒径１μｍ程度に粒度が調整された粒度ばらつきの小さな白色微粉末である。また、この炭酸カルシウム微粉末の粒子表面には、予めカチオンポリマーがコーティングされ、これによって粒子個々の表面はプラス側に帯電する結果、粒子が互いに凝集するのを防止すべく改質されている。
【００１３】
この改質された炭酸カルシウム微粉末と、平均粒径０．１μｍのシリカフュームとを混合すると、シリカフューム微粉末との電位差により、該シリカフューム微粉末に対して微弱な電気的結合を生ずる（図１参照）。その結果、両者の混合時において、電気的な結合により、シリカフュームの飛散が抑制されるとともに、炭酸カルシウムの周囲に均等に凝集し、最密充填を図ることができ、シリカフューム単体を用いた場合に比べて混和材のかさ密度はその１．５〜２．５倍となる。
【００１４】
以上の混和材は、その配合比を、炭酸カルシウム１０〜９０重量部、シリカフューム１０〜９０、合計１００以下とすることが好ましい。炭酸カルシウムの重量が９０を越えた場合には、シリカフュームの配合比が相対的に低くなり、この結果シリカフュームによるセメント強度向上及び流動性向上効果が低減する。その逆に１０重量部を下回った場合には、電気的結合性が低下し、粉塵の発生が顕著となり、最密充填性も低下する。
【００１５】
また、以上の混和材は、セメント１００重量部のうち５〜４０重量部をこれに置き換えることが好ましい。混和材の置換量が５重量部を下回った場合、またはその逆に４０重量部を上回った場合には、得られるコンクリートまたはモルタルの強度向上効果が小さい。
【００１６】
【実施例】
＜実施例１＞
モルタル及び超高強度コンクリートに対する混和材として従来のシリカフューム単体を用いた場合と、本発明の複合混和材を用いた場合とで比較実験したところ、図２に示す特性が得られた。なお、セメントに対する置換率はいずれも１０重量部、また用いた複合混和材の配合比はシリカフューム５０：改質炭酸カルシューム５０である。
【００１７】
図２より、ＪＩＳＡ６２０７に準拠して測定した活性度指数は、本発明が炭酸カルシウムの混入により、シリカフューム単体に比べて若干低下するものの、高ビーライト系セメントを用いたＷ／Ｐ＝２０％の超高強度コンクリート（Ｗ／Ｐ：水／粉体比）で同一置換率とすると、シリカフューム単体より粘性が低く、圧縮強度はほぼ同等となることが確認された。このことは、本発明の複合混和材を用いることにより、同一強度を保持しつつ流動性がさらに向上することを示唆するものである。
【００１８】
＜実施例２＞
以下の表１，２に示す配合及び調合によってＡ，Ｂの生コン工場において、室内試験練りによりコンクリート組成物を作製し、その性能を比較した。なお、工場Ａにおいては、本発明の複合混和材と高ビーライト系セメントとの組合わせとし、工場Ｂにおいては比較のためにシリカフュームプリミックスセメントを用いた場合について検討した。
【００１９】
【表１】

【表２】

【００２０】
なお、工場Ａでは結合材としてＷ／Ｐ＝２０〜２５％、工場Ｂでは結合材としてＷ／Ｃ＝１７〜２３％で検討した（Ｗ／Ｃ：水／セメント比）。粗骨材については容積で３１０リットル一定とした。スランプフロー及び空気量はそれぞれ６０〜７０ｃｍ，２±１パーセントに設定した。
【００２１】
工場Ａにおいて用いた複合混和材は、改質炭酸カルシウム５０：シリカフューム５０の組成比であり、この混和材のセメントあるいはモルタルに対する混合時における粉塵の飛散はわずかであり、作業環境への悪影響もなく、配合量の管理も容易なので、一般の生コン工場であっても十分に取扱いが可能であることを確認した。
【００２２】
図３に水／粉体比とＯロート流下時間の関係を示す。プロットしたデータは、練り上がり直後だけでなく、経時変化試験や、バッチの異なるものも包括している。この図３からは、水／粉体比が低くなるほどＯロート流下時間は増大し、計測される流下時間の範囲も大きくなることが確認された。また、図４に水／粉体比と圧縮強度との関係を示す。この図からは、検討した水／粉体比の範囲内では、強度の頭打ちがないことを確認した。
【００２３】
＜実施例３＞
次に、以上の室内試験練り結果を踏まえて、Ａ，Ｂ生コン工場において実機試験練りを行った。室内試験練りの結果から、コンクリートの粘性がほぼ同程度（Ｏロート流下時間として２０〜３０ｓｅｃ）となる工場ＡのＡ２（Ｗ／Ｐ＝２２．５％）と、工場ＢのＢ１（Ｗ／Ｃ＝１７％）とした。
【００２４】
またそれぞれ、Ｗ／Ｐ＝２０パーセントとしたＡ１及びＢ２についても行った。コンクリートの製造方法は、いずれも２軸強制練りミキサを使用し、工場Ａではモルタル先行（モルタル１２０秒→粗骨材投入後９０秒）であり、工場Ｂでは一括方式（Ｂ１→９０秒、Ｂ２→６０秒）で練り混ぜた。
【００２５】
以上により得られたコンクリートの試験結果を表３に示す。
【００２６】
【表３】

【００２７】
以上の表に示す結果からは、いずれも目標とするスランプフロー及び空気量が得られた。また、ＣＦＴ技術指針（新都市ハウジング協会、ＣＦＴ構造技術指針・同解説、２０００）で規定される沈下量及びブリージング量についても同指針の範囲内であることが確認された。
【００２８】
次に、圧縮強度発現の性状を図５に示す。図からはいずれの工場においてもＦｃ＝１００Ｎ／ｍｍ^２に対応した超高強度コンクリートを製造できることを確認した。
【００２９】
【発明の効果】
以上の説明により明らかなように、本発明によるコンクリート・モルタル用複合混和材にあっては、練り混ぜ時における粉塵の飛散がなく、管理が容易なので、一般の生コン工場でも取扱いが可能となる。また、本発明のセメント組成物は、シリカフューム単体を用いたものよりも流動性が高く、しかも得られるコンクリートまたはモルタルの圧縮強度はほぼ同等となるなどの利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る改質炭酸カルシウムとシリカフュームとの電気的結合を示す模式図である。
【図２】本発明の複合混和材とシリカフューム単体との性能比較結果を示すグラフである。
【図３】水／粉体比とＯロート流下時間との関係を示すグラフである。
【図４】粉体／水比と圧縮強度との関係を示すグラフである。
【図５】圧縮強度発現性状を示すグラフである。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a composite admixture for concrete and mortar using silica fume.
[0002]
[Prior art]
As a means of maintaining the fluidity even when the water: cement ratio is reduced and maintaining the compressive strength of mortar and concrete, there is a method of mixing fine silica fume powder with cement as an admixture. The effect of improving the fluidity by mixing the silica fume fine powder is generally that the silica fume particles are smaller than the cement particles, so they are filled between the cement particles, and the water at that location becomes free water and contributes to the fluidity. In addition, since the silica fume particles are spherical, it is considered that a ball bearing effect is generated.
[0003]
The effect of improving the strength is that silica fume fills the space between the cement particles, so that the cured body structure becomes dense, and that the silica fume itself causes a pozzolan reaction, so that not only a simple filling effect, but also the cured body strength is further improved. For example, JP-A-8-239249 discloses a premix cement using silica fume as an admixture.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, silica fume has three forms of powder, granule, and slurry. However, there is a problem that the granular form is inferior in dispersibility and the effect of improving the fluidity and strength properties of concrete is inferior. It is considered practically preferable to use a powdered material because it is easy to control the concentration and there is a fear of freezing.
[0005]
However, the powdery silica fume has an average particle size of 0.1 μm and is ultra-fine particles similar to tobacco smoke, so it is easy to be scattered. In addition, the mixing ratio with respect to the cement changes depending on the amount of dust scattering, and uniform dispersion and mixing become difficult, and work management during compounding is not easy.
[0006]
For this reason, conventionally, it has been difficult to mix silica fume fine powder with cement at a general ready-mixed concrete plant except for using silica fume premix cement.
[0007]
The present invention has been made to solve the above problems, and a composite admixture for concrete and mortar, which prevents scattering of silica fume fine powder during mixing and improves mixing workability, and a cement composition using the admixture. It provides things.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the composite admixture of the present invention is a composite admixture for concrete and mortar obtained by mixing calcium carbonate fine powder and silica fume fine powder, wherein the calcium carbonate fine powder has a surface treated with a cationic polymer or the like. And modified. In the present invention, the silica fume fine powder is electrically bonded to the surface of the positively charged calcium carbonate fine powder, so that when mixed, and when the mixture is mixed with cement, the scattering property is reduced by half, and water The contact between the particles weakens the electrical adhesion between the particles and disperses them in the cement matrix due to forced agitation during kneading of the concrete. This makes it possible to obtain high-strength concrete.
[0009]
In the present invention, the calcium carbonate fine powder is 10 to 90 parts by weight and the silica fume fine powder is 10 to 90 parts by weight, and the total amount is 100 parts by weight or less. Can be fully demonstrated.
[0010]
Further, in the present invention, the calcium carbonate fine powder has a mean particle size of 5 to 10 times the average particle size of the silica fume fine powder (for example, an average particle size of 0.1 μm), so that close packing can be achieved. In addition, the bulk density can be increased, and the transport efficiency can be improved. Furthermore, a water-reducing effect is obtained by close-packing, and in high-strength concrete, the viscosity is reduced, the load of the pressure pump can be reduced, and the concrete placing operation becomes easy.
[0011]
The cement composition of the present invention has a higher content than the cement alone by replacing 5 to 40 parts by weight of the cement of 100 parts by weight with the composite admixture according to any one of claims 1 to 3. It is possible to obtain mortar concrete having strength and high fluidity.
[0012]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
The calcium carbonate fine powder used in the present invention is, for example, a material used for coating during papermaking, and is a white fine powder having a small particle size variation with an average particle size adjusted to about 1 μm. . The surface of the fine particles of calcium carbonate is coated in advance with a cationic polymer, whereby the surfaces of the individual particles are positively charged, so that the particles are modified so as to prevent the particles from aggregating with each other.
[0013]
When this modified calcium carbonate fine powder is mixed with silica fume having an average particle diameter of 0.1 μm, a weak electric connection is generated with the silica fume fine powder due to a potential difference between the silica fume fine powder (see FIG. 1). ). As a result, at the time of mixing the two, the scattering of the silica fume is suppressed by the electric coupling, and the silica fume is uniformly agglomerated around the calcium carbonate, and the closest packing can be achieved. In comparison, the bulk density of the admixture is 1.5 to 2.5 times the bulk density.
[0014]
It is preferable that the mixing ratio of the above-mentioned admixtures is 10 to 90 parts by weight of calcium carbonate and 10 to 90 parts by weight of silica fume, and the total is 100 or less. When the weight of calcium carbonate exceeds 90, the blending ratio of silica fume becomes relatively low, and as a result, the effects of silica fume on improving cement strength and fluidity are reduced. Conversely, when the amount is less than 10 parts by weight, the electrical coupling property is reduced, the generation of dust becomes remarkable, and the close packing property is also reduced.
[0015]
It is preferable that the admixture replaces 5 to 40 parts by weight of 100 parts by weight of cement. When the replacement amount of the admixture is less than 5 parts by weight, or conversely, when it exceeds 40 parts by weight, the effect of improving the strength of the obtained concrete or mortar is small.
[0016]
【Example】
<Example 1>
As a result of comparison between the case where the conventional silica fume alone was used as the admixture for mortar and ultra-high-strength concrete and the case where the composite admixture of the present invention was used, the characteristics shown in FIG. 2 were obtained. The replacement ratio with respect to the cement was 10 parts by weight, and the compounding ratio of the composite admixture used was silica fume 50: modified calcium carbonate 50.
[0017]
From FIG. 2, the activity index measured according to JIS A6207 is slightly lower than that of silica fume alone due to the mixing of calcium carbonate in the present invention, but the W / P = 20% using high belite cement is low. It was confirmed that when the same substitution ratio was used for ultra-high-strength concrete (W / P: water / powder ratio), the viscosity was lower than that of silica fume alone and the compressive strength was almost the same. This suggests that the use of the composite admixture of the present invention further improves the fluidity while maintaining the same strength.
[0018]
<Example 2>
In the ready-mixed concrete factories A and B, the concrete compositions were prepared by laboratory test kneading based on the blending and mixing shown in Tables 1 and 2 below, and their performances were compared. In the factory A, a combination of the composite admixture of the present invention and the high belite cement was used, and in the factory B, a case where silica fume premix cement was used for comparison was examined.
[0019]
[Table 1]

[Table 2]

[0020]
In the factory A, W / P = 20-25% as a binder, and in the factory B, W / C = 17-23% as a binder (W / C: water / cement ratio). The volume of the coarse aggregate was kept constant at 310 liters. Slump flow and air volume were set at 60-70 cm and 2 ± 1 percent, respectively.
[0021]
The composite admixture used in the factory A had a composition ratio of modified calcium carbonate 50: silica fume 50, and when the admixture was mixed with cement or mortar, the scattering of dust was slight and there was no adverse effect on the working environment. It was also confirmed that the control of the blending amount was easy, so that it could be handled sufficiently even in a general ready-mixed concrete plant.
[0022]
FIG. 3 shows the relationship between the water / powder ratio and the O funnel flow time. The plotted data includes not only immediately after kneading, but also a change test with time and data from different batches. From FIG. 3, it was confirmed that the lower the water / powder ratio, the longer the O funnel flow time, and the larger the range of the measured flow time. FIG. 4 shows the relationship between the water / powder ratio and the compressive strength. From this figure, it was confirmed that there was no peak in strength within the range of the water / powder ratio studied.
[0023]
<Example 3>
Next, based on the results of the above-mentioned laboratory test kneading, actual machine test kneading was performed at the A and B ready-mixed concrete factories. From the results of the laboratory test kneading, A2 (W / P = 22.5%) of the factory A where the viscosity of the concrete is approximately the same (20 to 30 seconds as the flow time of the O funnel) and B1 (W / C) of the factory B = 17%).
[0024]
In addition, A1 and B2 with W / P = 20% were also performed. The concrete production method uses a biaxial forcible kneading mixer, the mortar is precedent in the factory A (the mortar is 120 seconds → 90 seconds after the coarse aggregate is charged), and the factory B is the batch method (B1 → 90 seconds, B2 (→ 60 seconds).
[0025]
Table 3 shows the test results of the concrete obtained as described above.
[0026]
[Table 3]

[0027]
From the results shown in the above table, target slump flows and air amounts were obtained in all cases. It was also confirmed that the amount of settlement and the amount of breathing specified in the CFT Technical Guide (New City Housing Association, CFT Structural Technical Guide / Commentary, 2000) are also within the range of the guideline.
[0028]
Next, the properties of the development of compressive strength are shown in FIG. From the figures, it was confirmed that ultra-high-strength concrete corresponding to Fc = 100 N / mm ² can be manufactured in any of the factories.
[0029]
【The invention's effect】
As is clear from the above description, the composite admixture for concrete and mortar according to the present invention has no scattering of dust at the time of mixing and is easy to manage, so that it can be handled even in a general ready-mixed concrete factory. Further, the cement composition of the present invention has an advantage that the fluidity is higher than that using silica fume alone and that the obtained concrete or mortar has almost the same compressive strength.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic view showing an electrical connection between a modified calcium carbonate and silica fume according to the present invention.
FIG. 2 is a graph showing performance comparison results of the composite admixture of the present invention and silica fume alone.
FIG. 3 is a graph showing a relationship between a water / powder ratio and an O funnel flowing time.
FIG. 4 is a graph showing a relationship between a powder / water ratio and compressive strength.
FIG. 5 is a graph showing properties of developing compressive strength.

Claims

A composite admixture for concrete and mortar obtained by mixing calcium carbonate fine powder and silica fume fine powder,
The composite admixture for concrete and mortar, wherein the calcium carbonate fine powder is modified by treating the surface with a cationic polymer or the like.

The composite admixture for concrete and mortar according to claim 1, wherein the calcium carbonate fine powder is 10 to 90 parts by weight and the silica fume fine powder is 10 to 90 parts by weight, and the total amount is 100 parts by weight or less. Wood.

3. The composite admixture for concrete and mortar according to claim 1, wherein the calcium carbonate fine powder has an average particle size of 5 to 10 times the silica fume fine powder. 4.

A cement composition obtained by replacing 5 to 40 parts by weight of the cement of 100 parts by weight with the composite admixture according to any one of claims 1 to 3.