JP2005213072A

JP2005213072A - 膨張性混和材及びその製造方法

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Publication number: JP2005213072A
Application number: JP2004019543A
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: 2004-01-28
Filing date: 2004-01-28
Publication date: 2005-08-11
Anticipated expiration: 2024-01-28
Also published as: JP4559090B2

Abstract

【課題】収縮低減等に繋がる実効性のある膨張作用をモルタルやコンクリートに均一に付与でき、風化の進行を抑制することができ、使用時に粉塵発生を防ぐことができ、ポップアウトの発生等硬化体の性状を低下させることがなく、モルタルやコンクリート作製時の作業性に支障をきたすことがない生石灰系の膨張性混和材の提供。
【解決手段】最大粒径６５μｍ以下の生石灰含有粒子１００重量部と、水の含有量が３重量％以下であって表面張力が２５ｄｙｎ／ｃｍ以上及び溶解度パラメーターが９．０〜１４．３の液体０．５〜１０重量部を含有してなる粒状膨張性混和材。
【選択図】なし

Description

本発明は、セメントペースト、モルタル、コンクリート等の水硬性物質を含む材料に膨張性を付与するための膨張性混和材及びその製造方法に関する。

セメントペースト、モルタル、コンクリート等では収縮によるひび割れ防止や形状寸法の変化を防ぐため膨張性の混和材が使用されることが多い。膨張性を付与する混和材は、生石灰を膨張成分とするもの（特許文献１）、カルシウムサルホアルミネート等のエトリンガイト形成物質を膨張成分とするものが代表的である。このうち生石灰を膨張成分とするものは、水和反応によって非常に高い膨張性を示し、また原料価格が安価であることから膨張性の混和材として多用されている。一方、生石灰自体は反応活性がかなり高く、注水直後から水和反応が急激に進み、セメントが凝結する前に既に膨張圧の大半が発現され易い。また、吸湿性が高く風化が進み易いため、保存上の制約がある。更に、混和材は一般に粉末状で使用されるため、使用時に高アルカリ性の粉塵が発生し易いといった種々の問題点がある。

生石灰を、例えば、エーライト等の結晶に内包させるように生成させたクリンカ焼成物を作製し、該クリンカの粉砕物を混和材として使用することで、急激な水和反応や風化の進行を抑制し、セメント凝結開始時から安定した膨張作用をモルタルやコンクリートに付与できることが知られているが（特許文献２）、別に粉塵発生の防止策が必要となる。粉塵発生の防止策として、例えば増粘剤や糊剤の類を粉砕粒に混合し、粗大な粒子塊を形成させる方法があるが、この方法では粉塵発生の主原因となる遊離微粉がなくなり粉塵の発生を防止できるが、モルタルやコンクリートスラリーへの分散性が低下するため、膨張が均一に作用し難くなる他、スラリー粘性が上昇するので混練抵抗が増して作業性に支障をきたす。また、生石灰の粒度を全体的に粗くしたものを使用すれば（特許文献３）、粒子比表面積の減少により反応活性が低下し、セメント凝結開始以降も適度な膨張作用を付与できると共に風化の進行も抑制でき、更には微粉分がないので粉塵発生の抑制にも繋がるが、該粗粒生石灰は水和反応が十分進行しない状態で硬化後のモルタルやコンクリート表面に残存し易く、いわゆるポップアウト等の表面劣化の誘発原因となる。
特開２００１−２５２９１９号公報特開２００３−６３８４７号公報特開昭５５−１５４３６０号公報

本発明の目的は、収縮低減等に繋がる実効性のある膨張作用をモルタルやコンクリートに均一に付与でき、風化の進行を抑制することができ、使用時に粉塵発生を防ぐことができ、ポップアウトの発生等硬化体の性状を低下させることがなく、モルタルやコンクリート作製時の作業性に支障をきたすことがない生石灰系の膨張性混和材及び該膨張性混和材を高価な装置を必要とせず、また煩雑な工程を経ることなく比較的簡易かつ安価に製造する方法を提供することにある。

本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意研究を行った結果、十分な水和反応活性を確保できる粒度の生石灰含有粒子に、水の含有比率が３重量％以下の特定の表面張力と溶解度パラメーターを有する液体を添加して、凝集による結合力で粗粒を形成させると、保存中は、粒子間隙に不揮発性の液体が充填された比表面積の小さい大粒径の塊状粒であるため吸湿反応活性が低くでき、その結果風化が進み難く安定な品質性状を長期に保て、浮遊粉塵の原因となる微粉粒が単独で殆ど存在せず、更に、注水後のモルタルやコンクリート中では粒化状態から高活性の微細粒が徐々に解離分散し、セメント凝結開始以降も十分な膨張圧を付与でき、また特には増粘成分を含まないことから、硬化前には完全に解離し、かつ混練時の抵抗も顕著に増すことはない等の性能効果を有する粒状の膨張性混和材が得られることを見出し、本発明を完成した。

すなわち、本発明は、最大粒径６５μｍ以下の生石灰含有粒子１００重量部と、水の含有量が３重量％以下であって表面張力が２５ｄｙｎ／ｃｍ以上及び溶解度パラメーターが９．０〜１４．３の液体０．５〜１０重量部を含有してなる粒状膨張性混和材を提供するものである。
また、本発明は、最大粒径６５μｍ以下の生石灰含有粒子１００重量部に、水の含有量が３重量％以下であって表面張力が２５ｄｙｎ／ｃｍ以上及び溶解度パラメーターが９．０〜１４．３の液体０．５〜１０重量部を噴霧添加することを特徴とする粒状膨張性混和材の製造方法を提供するものである。

本発明の膨張性混和材は、低吸湿性で風化が進行し難く、使用時の粉塵が発生し難く、また、急激な水和反応は起こらずセメント凝結開始以降も有効な膨張作用を安定に付与し総膨張圧としては高い値が確保でき、モルタルやコンクリートの収縮抑制に優れる。更には、本発明の粒状膨張性混和材はモルタルやコンクリート硬化前に完全に消滅し易く、遅れ膨張やポップアウト等を引き起こすことはない。しかも、本発明の膨張性混和材は、複雑なプロセスを経ることなく且つ高価な装置を必要とせず比較的安価に製造することができる。

本発明の膨張性混和材に使用する生石灰含有粒子は、最大粒径が６５μｍ以下で遊離生石灰を含む粒子であれば何れのものでも良く、遊離生石灰以外の含有成分は特に限定されない。
本発明で使用する生石灰含有粒子の最大粒径は、６５μｍ以下であるが、水和反応の点から６０μｍ以下、特に２０〜６０μｍであるのが好ましい。ここで、最大粒径は、全粒子の９８重量％超の粒子が篩下に通過したときの篩目の大きさをいう。この最大粒径が６５μｍを超えると、ポップアウトの原因となる場合がある。
本発明で使用する生石灰含有粒子としては、例えば、通常工業的に生産されている石灰石を焼成したもの、遊離生石灰とエーライト、カルシウムサルホアルミネート等の他成分を生成させたクリンカの粉砕物、生石灰とアルミナセメントの混合物等を挙げることができる。市販されている生石灰含有粒子としては、中焼生石灰細粒（重安石灰社製）、太平洋ジプカル、太平洋エクスパン、太平洋ハイパーエクスパンＫ（以上、太平洋マテリアル社製）、デンカＣＳＡ、デンカパワーＣＳＡ（以上、電気化学工業社製）等が挙げられる。
生石灰含有粒子中の遊離生石灰の含有量は特に限定されないが、８０重量％以下であるのが好ましい。更には、７０重量％以下、特に２０〜７０重量％であるのが好ましい。そして、遊離生石灰の含有量が８０重量％を超える場合は、水和時の過激な反応をされるためにブレーン比表面積の上限を８０００ｃｍ²／ｇ程度に留めておくのが好ましい。

本発明の膨張性混和材で使用する液体は、水の含有率が３重量％以下であって、表面張力が２５ｄｙｎ／ｃｍ以上及び溶解度パラメーターが９．０〜１４．３である。このような性状を有する液体であれば、何れの液体でも使用することができ、単一化合物、単一化合物の含水溶液又はこれらの混合物であっても良い。

本発明で使用する液体中の水の含有率は３重量％以下であるが、２．５重量％以下、特に０〜２重量％であるのが好ましい。水の含有率が３重量％を超えると、モルタルやコンクリートへの配合前に水と反応する生石灰の割合が高まり、モルタルやコンクリートの収縮抑制に繋がるような膨張量が確保し難くなるので好ましくない。

本発明で使用する液体の表面張力は２５ｄｙｎ／ｃｍ以上である。本発明の膨張性混和材では、生石灰含有粒子が保存時は反応活性の低い塊状の粗大粒の形態を呈し、モルタルやコンクリート等の水性混練中では塊状の粗大粒中の生石灰微細粒が解離・分散して水和反応して所望の膨張圧を発現させる。表面張力が２５ｄｙｎ／ｃｍ未満の液体では、生石灰の凝集粒が形成され難くなるので好ましくはない。表面張力の上限は特に限定されないが、表面張力が小さいほど収縮低減効果が増すので６０ｄｙｎ／ｃｍであるのが好ましい
。なお、表面張力は２０±１℃で測定した値を用いる。

本発明で使用する液体の溶解度パラメーターは、９．０〜１４．３であるが、特に９．０〜１４．０であるのが、風化防止の点で好ましい。溶解度パラメーターが９．０未満の液体では親水性が低いため、モルタルやコンクリート中での解離が進み難く、未反応の生石灰が残り、ポップアウト発生の原因となるので好ましくない。更に、１４．３を超える液体では、親水性が高過ぎて、保管中に大気中の水分を液体自身が吸収し、その水分によって粒子中に含有する生石灰が水和反応を生じてしまい、モルタルやコンクリートへの混和時の所望の膨張圧を確保するのが困難になるので好ましくない。なお、溶解度パラメーターは２０±１℃で測定した値を用いる。

本発明の膨張性混和材に使用する液体は、前記の性質を有することに加えて、更に粘性が、２０±１℃において４０ｍＰａ・ｓ以下であるのが好ましい。更には、３８ｍＰａ・ｓ以下、特に１０〜３８ｍＰａ・ｓであるのが、モルタルやコンクリート中での凝集粒子の分散性が良いことから好ましい。粘性が４０ｍＰａ・ｓを超えると、生石灰含有粒と均一混合が行い難くなる場合があり、また、モルタルやコンクリート等の水性混練物中で凝集粒子の分散が起こり難く不均一な膨張をモルタルやコンクリートに及ぼす場合があり、更に反応遅延によるポップアウトが生じやすくなる場合がある。

更に、本発明で使用する液体は、収縮低減作用を有する液体であると、モルタルやコンクリートの収縮に伴うひび割れの発生をより完全に抑制することができ好ましい。

このような液体としては、生石灰と反応しない中性の液体、更に１価アルコール又は多価アルコールであって、前記の性質を有するものが好ましい。より具体的には、エチレングリコール、プロピレングリコール等のアルキレン（炭素数２〜４）グリコール；ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、ジプロピレングリコール等のポリアルキレン（炭素数２〜４）グリコール；低級（炭素数１〜４）アルコールのアルキレン（炭素数２〜４）オキサイド付加物；１，２−ジクロロエタン、シクロヘキサノン、１，４−ジオキサン、アニリン、ｍ−クレゾール、ピリジン、１−ペンタノール、１−ブタノール及びこれらの含水物等の水溶性液体が挙げられる。また、常温近傍で著しく気化し易いアセトン等の液体は好ましくない。

本発明の膨張性混和材は、前記生石灰含有粒子１００重量部と前記液体０．５〜１０重量部を含有する混和材であって、粒状の形状を有する。液体の含有量が０．５重量部未満では生石灰含有粒子の凝集化が十分進まないため好ましくなく、また１０重量部を超えると過度の凝集化を起こして、搬送性や混和材使用時の作業性に支障を生じ、また、より高液体含有量では液中に生石灰塊が不均一に分散浮遊した状態となる場合もあるので好ましくない。
本発明の膨張性混和材は粒状である。膨張性混和材の粒径は、平均粒径２０μｍ以上且つ最大粒径約１ｍｍ以下であるのが好ましいが、使用時の粉塵発生を抑制する上で、粒径２μｍ以下の粒子を含まず、且つ粒径７μｍ以下の粒子が１０重量％未満であるのが好ましい。粒径は、乾式レーザー粒度分布測定法で測定した値を用いる。

本発明の膨張性混和材は、本発明の効果を損なわない限り、前記生石灰含有粒子以外の固形状成分を含むものであっても良い。このような固形状成分としては、例えば、各種スラグ微粉、フライアッシュ、石灰石微粉等が挙げられる。更には、石膏、カルシウムサルホアルミネート、カルシウムフェライト、カルシウムアルミノフェライト、カルシウムアルミネート等の水和膨張成分を含んでも良い。

本発明の膨張性混和材は、モルタルやコンクリート配合使用時までは、反応活性が乏しい粗粒化状態となっているため、低吸湿性で風化が進行し難い。また、微粉状の単独粒子が殆ど存在しないので、使用時の粉塵が発生し難い。または、モルタルやコンクリートに配合した後は、該水性混練物中で粗粒化状態の塊状粒から生石灰微細粒が徐々に解離・分散し、解離した微細粒子から水和反応を生じる傾向が強いため全体として急激な水和反応は起こらず、その結果セメント凝結開始以降も有効な膨張作用を安定に付与できると共に、総膨張圧としては高い値が確保でき、モルタルやコンクリートの収縮抑制に十分な効果を奏する。更に、液体の表面張力を結合力として形成された粗粒はモルタルやコンクリート硬化前に完全に消滅し易く、遅れ膨張やポップアウト等を引き起こすことはない。

本発明の膨張性混和材の製造方法は、生石灰含有粒子１００重量部に前記液体０．５〜１０重量部を加えれば良く、複雑なプロセスを経ることなく且つ高価な装置を必要とせず比較的安価に製造することができ、その手法や条件等は特に限定されない。例えば、生石灰含有粒子と前記液体を任意の混合機に投入し、混合するだけで凝集粒として製造することができる。
本発明の膨張性混和材の好ましい製造方法として、生石灰含有粒子１００重量部に、前記液体０．５〜１０重量部を噴霧添加する製造方法が挙げられ、より好ましくは、生石灰含有粒子を混合しながら又は振動を加えながら、前記液体を噴霧する製造方法が挙げられる。この場合の噴霧装置は特に限定されないが、例えば工業的規模で行うには動力噴霧機を使用することができる。噴霧添加を行うことによって、より均一に液体を生石灰含有粒子に添加することができる。

以下、実施例により本発明をさらに具体的に説明する。ただし本発明は、以下の実施例に限定されるものではない。

実施例１
表１及び表２に使用した生石灰含有粒子及び液体を示す。

膨張性混和材の製造：
２０±１℃の屋内で、表３に記載した配合比率となるように生石灰含有粒子（表１）をレーディゲミキサーに投入し（投入量：５０ｋｇ）、混合しながら液体（表２）を噴霧機（品名：レディゲミキサーＦＭ１３０Ｄ型、中央機工社製）で１Ｌ／分の噴霧速度で噴霧して膨張性混和材を製造した。

膨張性混和材の性状評価：
各膨張性混和材の製造直後のもの、製造後６月間ポリエチレン袋詰して大気中に保管したもの及び製造後６月間大気中に未包装で放置したものの３検体を、ベースモルタル作製時に添加してモルタルを製造した。各膨張性混和材のベースモルタルへの添加量はモルタル中のセメントと膨張性混和材との合計量１００重量部に対する表４に記載の配合比とした。
ベースモルタル；普通ポルトランドセメント１００重量部
細骨材（比重２．６９砕砂と比重２．５９海砂混合物）３００
水５０
上記組成をホバーとミキサーで１０分間混練して製造した。
膨張率；ベースモルタルが入っているホバートミキサーに膨張性混和材を、投入口の約２０ｃｍ上方より投入し１０分間混練りして作製したベースモルタルを内寸４×４×１６ｃｍの型枠に充填し、室温に放置し１６時間後脱型して供試検体を作製した。脱型直後の供試検体の長さを測定して基長とした。次いで、供試検体は２０℃の水中で７日間養生した。この間の膨張率をＪＩＳＡ１１２９に準拠して測定し、次式より算出した。
膨張率＝供試検体の長さ変化量／供試検体の基長
ポップアウト発生；膨張率測定の供試検体と同様にして作製した供試検体を、脱型時から６月間屋外に放置し、ポップアウトの発生の有無を目視で観察した。

本発明品を用いてベースモルタルを作製したとき、何れも浮遊粉塵等の発生は認められなかった。
表４に示したように本発明の膨張性混和材を使用したモルタルは、何れも高い膨張性を示し、且つ長期間保管しても風化等を生じることなく安定した膨張性能を有していた。

Claims

最大粒径６５μｍ以下の生石灰含有粒子１００重量部と、水の含有量が３重量％以下であって表面張力が２５ｄｙｎ／ｃｍ以上及び溶解度パラメーターが９．０〜１４．３の液体０．５〜１０重量部を含有してなる粒状膨張性混和材。
液体が、４０ｍＰａ・ｓ以下の粘性を有するものである請求項１記載の粒状膨張性混和材。
液体が、１価アルコール又は多価アルコールである請求項１又は２記載の粒状膨張性混和材。
最大粒径６５μｍ以下の生石灰含有粒子１００重量部に、水の含有量が３重量％以下であって表面張力が２５ｄｙｎ／ｃｍ以上及び溶解度パラメーターが９．０〜１４．３の液体０．５〜１０重量部を噴霧添加することを特徴とする粒状膨張性混和材の製造方法。