JP2005187267A

JP2005187267A - 急硬性混和材

Info

Publication number: JP2005187267A
Application number: JP2003431099A
Authority: JP
Inventors: Yutaka Nakajima; 裕中島; Takahisa Ichimura; 高央市村
Original assignee: Taiheiyo Materials Corp
Current assignee: Taiheiyo Materials Corp
Priority date: 2003-12-25
Filing date: 2003-12-25
Publication date: 2005-07-14

Abstract

【課題】セメントペースト、モルタルやコンクリートの硬化を促進する急硬性混和材であって、風化を殆ど起こすことなく長期保存が可能で、長期保存を経ても従来のカルシウムアルミネート系粉末状急硬材に勝るとも劣らない急硬性を付与でき、かつ短時間〜中長期に渡って高い強度発現性を付与でき、また使用時に粉塵が発生することもない急硬性混和材を提供する。
【解決手段】水の含有量が３重量％以下であって、溶解度パラメーターが９．０〜１４．３である液体２０〜１０００重量部とカルシウムアルミネート１００重量部を含有してなる急硬性混和材。
【選択図】なし

Description

本発明は、モルタルやコンクリートなどに急硬性を付与する急硬性混和材に関する。

コンクリートやモルタル系建造物の緊急工事などでは、短時間で硬化させるために急硬性の混和材を普通セメントなどに混和したものや急硬性セメントを使用することが多く、その急硬成分としては、１２ＣａＯ・７Ａｌ₂Ｏ₃、１１ＣａＯ・７Ａｌ₂Ｏ₃・ＣａＦ₂、４ＣａＯ・３Ａｌ₂Ｏ₃・ＳＯ₃、３ＣａＯ・Ａｌ₂Ｏ₃などのカルシウムアルミネートが広く用いられている。カルシウムアルミネートは、硬化促進及び短時間強度の発現性を高める作用がある反面、水和反応活性が高いため大気中の水分によって表層部から風化が進み易く、風化の進んだカルシウムアルミネートをモルタルやコンクリートに混和すると短時間強度の発現性が低下する。また、カルシウムアルミネートを急硬成分とする混和材は、一般に粉末状を呈しているため、施工現場などで使用する際に粉塵が発生し易く、これを抑制する必要があった。

水和反応活性が高い粉末物質の風化防止策としては、（１）製造後できるだけ早く使い切る、（２）水分が殆ど無い状態に密封保管する、（３）反応活性を低減させること等が挙げられるが、（１）の方策は本質的な問題解決には繋がらず、また現実的でもない。また（２）の方策は密封作業や湿分除去作業が加わり、外気の流入を遮断できる保管用の容器も必要となるなど手間やコストが多分にかかる他、保管物から少量ずつ途中採取しつつ残分保管が長期となる場合では風化の虞が生じ易い。（３）の方策は、例えば粉末粒子の比表面積を低下、即ち粒子を粗大化すれば比較的容易に達成できるが、水和反応活性の低下は急硬作用そのもののを喪失化させることに繋がるため安易には行えない。また、水溶性の糊剤や加熱した合成樹脂等で微粒子を接着させ粗大な凝集粒を形成させる（例えば特許文献１参照。）とモルタルやコンクリートの混練水中では微粒子に分散し水和反応活性の低下には繋がらず、凝集粒の表面も合成樹脂等で覆われる可能性があって風化抑制効果も期待できるが、凝集粒が製造装置や施工装置等に付着し易く、また圧送装置等を使用して定量供給する場合などでは抵抗が高まり供給に支障を生じる等、作業上の難点があった。これに対し、粉末状の急硬性混和材を用いずに液状のものを用いると、少なくとも大気中の水分による風化は抑えられ、また使用時の粉塵発生も起らない。急硬成分を液状化した混和材としては、アルミン酸ナトリウム水溶液を使用した例が知られている。（例えば特許文献２参照。）しかし、アルミン酸ナトリウム水溶液を使用したモルタルやコンクリートは、カルシウムアルミネートを急硬成分とする粉末状混和材と比べ、長期強度発現性が低く、適用対象に制約があった。また、カルシウムアルミネートを水溶液化又は水性スラリー化することは、軟弱地盤を固化する際などに使用される注入材では実用化されているものの（例えば特許文献３参照。）、凝結を遅らせるための遅延剤を併用しても、製造から数時間程度しかスラリー状態が安定せず、急硬性を喪失することなく液状のまま留まり続けることは実質不可能であった。

特開平０５−０４２５２５号公報特開２００２−２４９３６２号公報特開平６−１２７９９１号公報

本発明は、セメントペースト、モルタルやコンクリートの硬化を促進する急硬性混和材であって、風化を殆ど起こすことなく長期保存が可能で、長期保存を経ても従来のカルシウムアルミネート系粉末状急硬材に勝るとも劣らない急硬性を付与でき、かつ短時間〜中長期に渡って高い強度発現性を付与でき、また使用時に粉塵が発生することもない急硬性混和材の提供を課題とする。

本発明者らは、前記課題解決のための検討を重ねた結果、カルシウムアルミネートと水の含有量が３重量％以下であって、特定の溶解度パラメーターを有する液体を含有せしめ、カルシウムアルミネートの懸濁液（スラリー）とすることで、風化の進行を抑えて長期保存を可能にし、また使用時の粉塵発生も防止でき、更に混和材として使用した際はモルタルやコンクリート混練物中の水に当該液体が速やかに溶解し、その結果カルシウムアルミネートが単粒子で分散して水和反応を生じ、所望の急硬作用や短時間から中長期に渡り高い強度発現性を安定して確保できたという知見から本発明を完成させた。

即ち、本発明は、水の含有量が３重量％以下であって、溶解度パラメーターが９．０〜１４．３である液体２０〜１０００重量部とカルシウムアルミネート１００重量部を含有してなる急硬性混和材である。また本発明は、液体の粘性が４０ｍＰａｓ以下である前記の急硬性混和材である。

本発明の急硬性混和材は、モルタルやコンクリートに高い急硬作用を及ぼすことができ、かつ短時間から中長期に渡って高い強度発現性を付与できる。また本発明の急硬性混和材は、懸濁液（スラリー）であるため使用時に粉塵が発生することもなく、大量使用の場合などでの定量供給性にも優れ、施工作業上の制約が少ないため扱い易い。また風化が殆ど進行しないことから長期保存に適し、長期保存物から途中必要量を採取しても残分の品質は変化せず、安定した品質性状のものが常時得られる。

本発明の急硬性混和材は、カルシウムアルミネートを急硬成分とするものである。ここで云うカルシウムアルミネートとは、ＣａＯとＡｌ₂Ｏ₃を主要化学成分とする化合物、固溶体、ガラス質若しくはこれらの何れか１種以上が混合した物の総称であり、本発明ではその何れかであって、水和活性を有するものなら特に制限されず。例えば、１２ＣａＯ・７Ａｌ₂Ｏ₃、１１ＣａＯ・７Ａｌ₂Ｏ₃・ＣａＦ₂、４ＣａＯ・３Ａｌ₂Ｏ₃・ＳＯ₃などを挙げることができる他、アルミナセメントであっても良い。本発明で使用するカルシウムアルミネートの粒度は特に限定されるものではないが、望ましくはブレーン比表面積が３００〜８０００ｇ／ｃｍ²のものとする。該ブレーン比表面積のカルシウムアルミネート粒を用いることによって、モルタルやコンクリートに高い急硬作用と短時間強度発現性を安定して付与することができる。

本発明の急硬性混和材は、前記カルシウムアルミネートと共に水の含有量が３重量％以下であって、溶解度パラメーターが９．０〜１４．３である液体を含有するもので、実質的には該液体中にカルシウムアルミネート粒が分散した懸濁液の状態のものである。本急硬性混和材に使用する液体は、このような性状の液体であれば単一の液状化合物、単一化合物の溶液、或いは複数の液状化合物や溶液の混合物など、何れの液体でも使用することができ、具体例を挙げるとエチレングリコール、ジエチレングリコール、キシレン等を挙げることができるものの、例えば常温下の開放状態で１時間放置すると気化により１０％以上の重量減少を起こすような過度に揮発性の高い液体の使用は避けることが望ましい。液体中の水の含有量が３重量％を超えると、混和材中で水と反応するカルシウムアルミネートの量が増大し、固化したり、モルタルやコンクリートに配合しても所望の急硬性や強度発現性が得られないので好ましくない。また、溶解度パラメーターが９．０未満の液体では、親水性が低く、モルタルやコンクリートの混練水中でカルシウムアルミネート粒の分散が進み難くなり、急硬性が低下するので好ましくなく、溶解度パラメーターが１４．３を超えると液体自体が大気中の水分を吸収し易くなるため好ましくない。加えて液体の粘性が４０ｍＰａｓ以下のものであることが好ましい。粘性の下限値は制限されないが、４０ｍＰａｓを超える粘性では液中にカルシウムアルミネート粒が均一に分散し難くなる他、施工時の急硬性や強度発現性が低下するので好ましくない。尚、粘性は一般に温度変動が大きいが、本発明では急硬性混和材の製造時〜使用直前までの温度で当該粘性であれば良く、通常は５〜３５℃での粘性であれば良い。

また、本発明の急硬性混和材中での該液体の含有量は、カルシウムアルミネート１００重量部に対し、２０〜１０００重量部、好ましくは５０〜２００重量部とする。液体の含有量が２０重量部未満では懸濁液化が極めて困難となるので好ましくない。また、１０００重量部を超えると、液分過多となり、モルタル・コンクリートの強度発現性が著しく低下することがあるので好ましくない。

本発明の急硬性混和材は、本発明の効果を喪失しない限り前記のカルシウムアルミネートと液体以外の成分を含有することができる。このような成分として例えば石灰石粉、高炉スラグを始めとする各種スラグ類、石炭灰、遅延剤、分散剤、凝結促進剤等が挙げられる。

また、本発明の急硬性混和材の製造方法は、特に限定されるものではなく、例えば任意の混合機に、カルシウムアルミネート粉末１００重量部と前記の液体２０〜１０００重量部を投入し、撹拌混合を行うことで得ることができる。また、液体の含有量が４０重量部未満の場合は、撹拌混合を容易にするため例えば有機液中で使用可能な粉粒状分散剤を０．１〜２重量％程度添加することが望ましい。製造後の混和材を長期保存する場合は密封容器中に入れれば良く、更に静置保管後の本混和材をモルタルやコンクリートなどへ混和使用するときは、沈降物が目視で概ね見られなくなる程度に撹拌した上で混和配合するのが望ましい。

また、本発明の急硬性混和料のセメントペースト、モルタル又コンクリートへの配合量は、特に制限されるものでは無く、例えばセメントペーストやモルタルに混和使用する際はセメント１００重量部に対しカルシウムアルミネートが５〜１５０重量部となるような量の急硬性混和材を、またコンクリートに混和使用する際はセメント１００重量部に対しカルシウムアルミネートが５〜１００重量部となるような量の急硬性混和材の使用が推奨される。何れの場合でも、本発明の急硬性混和材は、他の混和材・剤、例えば膨張材、収縮低減剤、消泡剤、減水剤、空気連行剤、フィラー材等と併用しても良い。

以下、実施例により本発明を具体的に詳しく説明する。
［混和材の作製］アルミナセメント（ブレーン比表面積約４０００ｇ／ｃｍ²、太平洋マテリアル株式会社製）又は、ＣａＯとＡｌ₂Ｏ₃をモル比で１２：７にせしめた混合物を大気中約１６００℃で焼成した後、徐冷物を粉砕してブレーン比表面積約４０００ｇ／ｃｍ²に調整した粉末（以下、Ｃ₁₂Ａ₇と略記する。）に、次に示すＡ〜Ｇの液体を、表１の配合割合となるように添加し、２０℃の温度下でハンドミキサで約２分間混合することで混和材（本発明品１〜６、参考品１１〜１６）を作製した。ここで、比較のために作製した参考品１５は急硬成分としてＡｌ₂Ｏ₃とＮａ₂Ｏのモル比が１：１のアルミン酸ナトリウム化合物と液体は水を使用し、また参考品１６の液体には遅延剤成分のクエン酸１重量％を溶解させた水（表１で表した参考品１６の水の配合量はクエン酸を含む。）を使用した。

［使用液体］
Ａ；オキシアルキレンアルキルエーテル系ポリマー（商品名；テトラガードＡＳ２０、太平洋マテリアル株式会社製、水分含有率０％、溶解度パラメーター９．７、粘性２０．０ｍＰａｓ）
Ｂ；前記Ａを水分含有率２重量％となるよう水に溶解したもの（溶解度パラメーター９．９、粘性１９．６）
Ｃ；前記Ａを水分含有率５重量％となるよう水に溶解したもの（溶解度パラメーター１０．４、粘性１９．０）
Ｄ；水分含有率３重量％のメチルアルコール（溶解度パラメーター１４．５、粘性０．６ｍＰａｓ）
Ｅ；エチレングリコール（水分含有率０％、溶解度パラメーター１４．１、粘性１９．９ｍＰａｓ）
Ｆ；キシレン（水分含有率０％、溶解度パラメーター８．８、粘性０．８ｍＰａｓ）
Ｇ；ヘキサン（水分含有率０％、溶解度パラメーター７．３、粘性０．３ｍＰａｓ）

［混和材の性状特性の評価］前記作製の混和材を作製直後に硝子容器に移して蓋で密封し、２０℃の暗所に作製時から２４時間静置したものと６ヶ月間静置保存したものを表２に表すように使用選定してベースモルタルに混和させ、供試体を作製することにより急硬性並びに強度発現性を評価した。使用したベースモルタルは、普通ポルトランドセメント（太平洋セメント株式会社製）１００重量部、砕砂（比重２．６９）３０重量％と海砂（比重２．５９）７０重量％からなる混合砂２００重量部及び水５５重量部をホバートミキサで約５分間混練して得た。但し、供試体３作製用のベースコンクリートのみ水の配合量を４０重量部とし、また供試体６は、普通ポルトランドセメント１００重量部に対して１重量部となる量のクエン酸を更に加えた。得られたベースモルタルに、前記混和材を、ベースモルタル中のセメント量１００重量部に対し、混和材中のアルミナセメント又はＣ₁₂Ａ₇の量が約１５重量部となるように混和材を添加し、更に１分間混練を行った。混練物を所定の型枠に充填し、３時間後に脱型することで４×４×１６ｃｍの供試体を得た。脱型直後の供試体と、型枠充填時からの材齢が７日及び２８日の供試体について、ＪＩＳＲ５２０１に準拠した方法により圧縮強度を測定した。各供試体の測定結果は表２に表す。

表２から、脱型直後の供試体強度を急硬性の評価指標とした場合、本発明の混和材は保存期間に拘わらず何れも良好な急硬性を有することがわかる。また、本発明の混和材は、中長期に渡って高い強度発現性を付与でき、更に、同一配合の混和材では短時間保存のものと長期保存したものでは特性上の有意差が見られず、品質的には殆ど変わらないと判断され、風化を極めて起し難い混和材であることがわかる。また、本発明品は何れも懸濁液の状態を呈したため、ベースモルタルへの添加時に粉塵等が発生することはなかった。尚、参考品１６は６ヶ月保存したものを混和使用することを試みていたが、保存中に固結し、使用不能となった。

Claims

水の含有量が３重量％以下であって、溶解度パラメーターが９．０〜１４．３である液体２０〜１０００重量部とカルシウムアルミネート１００重量部を含有してなる急硬性混和材。
液体の粘性が４０ｍＰａｓ以下である請求項１記載の急硬性混和材。