JP2005281123A

JP2005281123A - セメントあるいはコンクリート用混和材およびセメント組成物

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Publication number: JP2005281123A
Application number: JP2004181944A
Authority: JP
Inventors: Shingo Miyazawa; 伸吾宮澤; Akio Hiroshima; 明男広島; Masaru Kubota; 賢久保田; Nobukazu Futado; 信和二戸; Kiyoshi Koibuchi; 清鯉渕
Original assignee: DC Co Ltd
Current assignee: DC Co Ltd
Priority date: 2004-03-05
Filing date: 2004-06-21
Publication date: 2005-10-13

Abstract

【課題】
高炉水砕スラグを用いたコンクリートにおいて、ひび割れの発生をできるだけ抑制したセメントやコンクリートの分野で使用される混和材およびセメント組成物をより経済的に提供することである。
【解決手段】
ブレーン比表面積が1500から3600cm²/ｇの高炉水砕スラグ98〜75重量％と無水石膏2〜25重量％からなるセメントあるいはコンクリート用混和材およびこの混和材30〜70重量％とポルトランドセメント30〜70重量％からなるセメント組成物によって達成される。

Description

本発明は、セメントやコンクリートの分野で使用される混和材およびセメント組成物に関するものである。

従来から高炉水砕スラグ(以降スラグと記す)はセメントあるいはコンクリートの混和材として使用されている。また、セメント工場においては、クリンカとスラグの分離粉砕あるいは混合粉砕して高炉セメントが製造されている。一方、無水石膏はコンクリートの収縮低減と高強度を図るために、セメントあるいはコンクリートの混和材として使用されてきた。スラグを用いたセメントあるいはコンクリートは初期強度発現が小さいため、これまではスラグを細かく粉砕するか、分級して微粉末にして使用してきた。また、JIS A 6206に規定されている高炉スラグ微粉末はブレーン比表面積が3000cm²/ｇ以上で、SO3 量が4.0％以下と定められている。
高炉スラグ微粉末を使用するコンクリートの調合設計・施工指針・同解説1996制定、2001改定日本建築学会第129〜130頁葛西康幸他、「簡易な断熱試験による高強度コンクリートの断熱温度上昇特性に関する検討」土木学会第57回年次学術講演会、第5部門、第.1167-1168,2002頁

従来から広く使用されてきたスラグ量が約40％の高炉セメント使用コンクリートにおいて、近年、温度ひび割れだけでは説明できない新たなひび割れ事例が顕在化してきた。また、高炉セメント使用コンクリートの断熱温度上昇は、高炉セメントのスラグ量が50％以上でないと普通セメント使用コンクリートよりも高くなる場合があるということも明らかとなっている。
流動性や自己充填性、材料分離抵抗性に優れた高流動コンクリートには、主に混和材として石灰石粉末が使用されており、スラグはほとんど使用されてこなかった。その主たる理由は、混和材としてスラグを用いると石灰石粉末と同様に流動性に優れた高流動コンクリートは得られるが、コンクリートの温度上昇が高くなりすぎ温度ひび割れの発生の危険が大きくなるとともに強度も高くなりすぎて３０N/mm^２程度の設計基準強度を満足するコンクリートを得ることが困難なことにあった。

したがって、本発明の目的は、スラグを用いたコンクリートにおいて、ひび割れの発生をできるだけ抑制したセメントやコンクリートの分野で使用される混和材およびセメント組成物をより経済的に提供することにある。

本発明者らは、これまで研究がなされてこなかった粗いスラグと無水石膏からなる混和材に着目し、鋭意研究し、この混和材はコンクリートの断熱温度上昇の低減と自己収縮の低減に効果があることを見出し、本発明を完成するに至った。
すなわち、本発明の目的は、ブレーン比表面積が1500から3600cm²/ｇのスラグ98〜75重量％と無水石膏2〜25重量％からなるセメントあるいはコンクリート用混和材およびこの混和材30〜70重量％とポルトランドセメント70〜30重量％からなるセメント組成物によって達成される。

本発明によれば、温度、自己収縮、乾燥収縮などに起因するコンクリートのひび割れ発生の危険をできるだけ低減することが可能となる。また、本発明の混和材およびセメント組成物にはブレーン比表面積が1500から3600cm²/ｇの粗いスラグが使用されており、粉砕時の電力削減はもとより炭酸ガスの削減に大きく貢献するものである。

本発明のスラグは、ブレーン比表面積が1500から3600cm²/ｇであることを特徴とする。ブレーン比表面積が1500cm²/ｇ以下では、強度発現が低すぎて使用に耐えない。また、3600cm²/ｇ以上では、コンクリートの断熱温度上昇が高くなり好ましくないばかりか、ポルトランドセメントとスラグおよび無水石膏からなる結合材の水和収縮に伴うコンクリートの自己収縮を低減する効果が小さくなる。

本発明のスラグと無水石膏からなる混和材は、スラグ98〜75重量％と無水石膏2〜25重量％からなることを特徴とする。スラグと無水石膏の重量％を限定した理由は、この混和材とポルトランドセメントとからなるセメント組成物の性能が、混和材とポルトランドセメントの重量％によってかなり異なってくるためである。すなわち、スラグの重量％が多い混和材の場合は、ポルトランドセメントに対する混和材の重量％は少なく使用することが好ましい。
本発明の混和材には、ブレーン比表面積が1500から3600cm²/ｇの粗いスラグが使用されているために従来のスラグでは困難であった設計基準強度が30N/mm^２程度のひび割れ発生の危険が小さい高流動コンクリートの混和材としても使用することができる。

無水石膏には、天然無水石膏、フッ酸無水石膏、天然2水石膏や副産2水石膏あるいは廃石膏ボードから回収した2水石膏を焼成して製造した無水石膏があるが、本発明では、無水石膏が90％以上含有している無水石膏であれが、すべて使用できる。また、粉末度は特に限定しないが、ブレーン比表面積で3000から8000cm²/ｇ、好ましくは4000から6000cm²/ｇである。
無水石膏は、コンクリートの初期強度改善と断熱温度上昇を抑制する働きがあるとともにポルトランドセメント中のC3Aと反応してエトリンガイトを生成することで自己収縮や乾燥収縮の低減に寄与する。また、本発明は、本発明で使用するスラグは従来のスラグに比べて粗いため水和反応速度が遅く初期強度発現が小さくなるのを無水石膏によるエトリンガイト生成に伴う水和組織の緻密化で補うことができるという材料設計の基になされている。
したがって、エトリンガイトを生成するCaO-CaSO4系あるいはアーウィン系膨張材も本発明に使用可能であることは容易に類推できる。

ポルトランドセメントには、早強、普通、中庸熱、低熱、エコセメントがあるが、本発明ではいずれのポルトランドセメントも使用できる。すなわち、初期強度を重要視する場合は早強ポルトランドセメントを、断熱温度上昇量を低く抑えたい場合は中庸熱あるいは低熱ポルトランドセメントを使用する。

本発明のセメント組成物は、混和材30〜70重量％とポルトランドセメント70〜30重量％からなることを特徴とする。混和材が30重量％以下では、コンクリートの強度発現は良好であるが断熱温度上昇量の低減効果が小さく、かつ自己収縮低減効果も小さい。また、混和材量が70重量％以上になると、コンクリートの断熱温度上昇量は小さくかつ自己収縮も小さくなるが、強度発現が悪くなりコンクリートの耐久性の点で問題がある。
そこで、本発明のセメント組成物の混和材とポルトランドセメントの重量％は、混和材30〜70重量％とポルトランドセメント70〜30重量％と限定した。

以下に実施例、比較例を記載するが、実施例、比較例に用いたコンクリートの材料は次の通りである。
普通ポルトランドセメント記号 N 比表面積3200cm²/ｇ密度3.14 太平洋社製
高炉セメントB種記号 BB 比表面積3760cm²/ｇ密度3.07第一セメント社製
低熱ポルトランドセメント記号 L 比表面積3400cm²/ｇ密度3.22 太平洋社製
高炉スラグ記号 BS15 比表面積1530cm²/ｇ密度2.92 90μフルイ残分9.2％
記号 BS28 比表面積2800cm²/ｇ密度2.92 90μフルイ残分3.1％
記号 BS39 比表面積3870cm²/ｇ密度2.92 90μフルイ残分0.3％
天然無水石膏記号 AG 比表面積 4320cm²/ｇ密度2.91
細骨材記号 S 密度2.59 鬼怒川産川砂
粗骨材記号 G 密度2.64 最大寸法20ｍｍ葛生産砕石
AE減水剤記号 AE リグニン系ポゾリスNo.70
水記号 W 水道水

実施例及び比較例のコンクリート試験に用いたセメント組成物の配合を、記号を使用して表１に記載した。

実施例および比較例のコンクリートの配合を、記号を使用して表２に記載した。

フレッシュコンクリートの性質と圧縮強度（標準水中養生）を測定し、その結果を表３に記載した。

上記の表３の結果から明らかなように、ブレーン比表面積の小さいスラグを用いた実施例であるNO．6からNO．14のコンクリートの強度は、実用に充分耐えうる強度を発現している。

コンクリートの断熱温度上昇試験は、周囲を厚さ200ｍｍの発泡スチロールで全面覆われた保温型枠を用いて温度上昇を測定し、空気循環方式の完全断熱温度上昇試験装置で測定した断熱温度上昇試験結果をもとにして前述の保温型枠を用いて測定した結果に温度補正をして断熱温度上昇量を推定する方法２）を採用した。その結果をT=K(1−e-αｔ)の式に近似させたときのKとαを表4に記載した。
ここに、T：断熱温度上昇量（℃） K：終局断熱温度上昇量（℃）ｔ：材令（日） α：温度上昇速度の定数

上記の表４の結果から明らかなように、本発明であるブレーン比表面積の小さいスラグを用い、かつ無水石膏を含むセメント組成物を用いたコンクリートの断熱温度上昇量は低くなり、低熱ポルトランドセメントや中庸熱ポルトランドセメントを用いた場合と比べて遜色ない断熱温度上昇特性を有している。

コンクリートの自己収縮試験は、JCI自己収縮研究委員会の「セメントペースト、モルタルおよびコンクリートの自己収縮および自己膨張試験方法（案）」（JCI−1996）により行った。その結果を、表5に記載した。

上記の表５の結果から明らかなように、実施例である実験NO．6 からNO．14のコンクリートの自己収縮ひずみは、比較例である実験NO．２からNO．6のコンクリートに比べて小さく、特にNO．10、NO．11のスラグのブレーン比表面積が小さくてスラグ量が多く、かつ無水石膏量の多いセメント組成物を用いたコンクリートの自己収縮ひずみは膨張側であることから、本発明の混和材あるいはセメント組成物を用いることで無収縮のコンクリートを製造できることが容易に類推できる。
なお、比較例である実験NO．1に使用しているセメントは自己収縮が小さいとされている低熱ポルトランドセメントである。

Claims

ブレーン比表面積が1500から3600cm²/ｇの高炉水砕スラグ98〜75重量％と無水石膏2〜25重量％からなることを特徴とするセメントあるいはコンクリート用混和材。
高炉水砕スラグは90μフルイ残分が1.0％以上10％以下である請求項１に記載のセメントあるいはコンクリート用混和材。
請求項１又は請求項２に記載の混和材30〜70重量％とポルトランドセメント70〜30重量％からなることを特徴とするセメント組成物。