JP2006069872A

JP2006069872A - セメント混和材及びセメント組成物

Info

Publication number: JP2006069872A
Application number: JP2004258205A
Authority: JP
Inventors: Minoru Morioka; 実盛岡
Original assignee: Denki Kagaku Kogyo KK
Current assignee: Denka Co Ltd
Priority date: 2004-09-06
Filing date: 2004-09-06
Publication date: 2006-03-16

Abstract

【課題】建築構造物のような薄いコンクリート構造物でも、また、土木分野で用いられるマッシブなコンクリートにおいても優れたひび割れ低減効果を発揮すること、さらに、収縮低減剤の課題であった空気量の増加現象を起こさないセメント混和材及びセメント組成物を提供する。
【解決手段】可溶性ケイ酸塩、酸性物質、及び水の混合固化物と、収縮低減剤とを含有してなるセメント混和材、可溶性ケイ酸塩がアルカリ金属のケイ酸塩、特に、ケイ酸リチウムである該セメント混和材、酸性物質がカルボン酸である該セメント混和材、可溶性ケイ酸塩、酸性物質、及び水の混合固化物20〜80部と、収縮低減剤80〜20部からなる該セメント混和材、セメントと該セメント混和材とを含有するセメント組成物を構成とする。
【選択図】なし

Description

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及びセメント組成物に関する。

なお、本発明における部や％は特に規定しない限り質量基準で示す。

近年、コンクリート構造物の高耐久化技術の確立が望まれている。それを達成する上で重要な技術のひとつとして、収縮低減剤が注目されている。
これは、収縮低減剤の使用により、ひび割れを低減でき、コンクリート構造物の高寿命化に一定の役割を果たすためであり、収縮低減剤としては、古くより数多くの提案がなされている（特許文献１〜特許文献６参照）。

しかしながら、収縮低減剤を用いると、コンクリートの空気量が極度に大きくなるという現象が生じるため、消泡剤によって空気量を制御する操作が不可欠となっている現状にある。
コンクリートの空気量を制御することは、高度な技術が必要であり、また、人手間がかかる。このため、収縮低減剤を用いても空気量を増加させない技術の開発が強く求められている。

一方、コンクリートの引っ張り強度を向上させるセメント混和材も提案されている（特許文献７参照）。

そこで、本発明者は、前記課題を解決すべく、種々の努力を重ねた結果、特定のセメント混和材を使用することにより、建築構造物のような薄いコンクリート構造物でも、また、土木分野で用いられる厚い、マッシブなコンクリートにおいても優れたひび割れ低減効果を発揮すること、さらに、収縮低減剤の課題であった空気量の増加現象を起こさないことを知見し、本発明を完成するに至った。

特開昭５６−０３７２５９号公報特公昭５９−００３４３０号公報特開昭５９−０２１５５７号公報特開昭５９−１５２２５３号公報特開昭５９−１８４７５３号公報特開昭６０−０１６８４６号公報特開２００４−１４３０３０号公報

本発明は、建築構造物のような薄いコンクリート構造物でも、また、土木分野で用いられるマッシブなコンクリートにおいても優れたひび割れ低減効果を発揮すること、さらに、収縮低減剤の課題であった空気量の増加現象を起こさないセメント混和材及びセメント組成を提供する。

本発明は、可溶性ケイ酸塩、酸性物質、及び水の混合固化物と、収縮低減剤とを含有してなるセメント混和材であり、可溶性ケイ酸塩がアルカリ金属のケイ酸塩である該セメント混和材であり、可溶性ケイ酸塩がケイ酸リチウムである該セメント混和材であり、酸性物質がカルボン酸である該セメント混和材であり、可溶性ケイ酸塩、酸性物質、及び水の混合固化物20〜80部と、収縮低減剤80〜20部からなる該セメント混和材であり、セメントと、可溶性ケイ酸塩、酸性物質、及び水の混合固化物と、収縮低減剤とを含有してセメント組成物であり、セメントと該セメント混和材とを含有するセメント組成物であり、該セメント組成物を使用してなるセメント硬化体である。

本発明で使用する可溶性ケイ酸塩、酸性物質、及び水の混合固化物（以下、本固化物という）とは、可溶性ケイ酸塩と酸性物質とを水溶液中で混合し、混合後、水溶液から乾燥等により脱水したり、冷却したりして固化して得られるものである。

本発明で使用する可溶性ケイ酸塩は特に限定されるものではないが、通常、ケイ酸ナトリウム、ケイ酸カリウム、及びケイ酸リチウムなどのアルカリ金属ケイ酸塩を挙げることができ、なかでもケイ酸リチウムを選定することが耐久性の観点から好ましい。

本発明で使用する酸性物質は特に限定されるものではないが、その具体例としては、例えば、カルボン酸や脂肪酸等の有機酸、硫酸、塩酸、硝酸、及びリン酸等の鉱酸、並びに、硫酸アルミニウムや硫酸鉄等の酸性無機化合物等が挙げられ、なかでも、有機酸、特にカルボン酸の使用が安定性の面から好ましい。

カルボン酸としては特に限定されるものではないが、その具体例としては、例えば、クエン酸、フマル酸、リンゴ酸、プロピオン酸、マレイン酸、グリコール酸、グルコン酸、ポリアクリル酸、乳酸、ギ酸、及び酢酸等が挙げられ、なかでも、クエン酸やフマル酸の使用が、安定性の面から好ましい。

本固化物を調製する際の、可溶性ケイ酸塩と酸性物質の混合比率は、使用する物質によって一義的に決定されるものではないが、混合後のpHが中性付近となるように混合する必要がある。

本発明において、可溶性ケイ酸塩としてアルカリ金属ケイ酸塩を使用し、酸性物質としてカルボン酸を使用する場合、アルカリ金属ケイ酸塩中のアルカリ金属原子数と、カルボン酸中のカルボキシル基の数との比、金属／カルボキシル基比が１〜200となるように配合することが好ましく、２〜100となるように配合することがより好ましい。金属／カルボキシル基比が１未満ではケイ酸成分が水に不溶となり、均一に混合することができない場合があり、200を超えるとケイ酸塩の水溶性が高すぎ、コンクリートの流動性が低下する場合がある。

可溶性ケイ酸塩と酸性物質と混合する水の量は、可溶性ケイ酸塩と酸性物質の合計100部に対して、１部以上が好ましく、10部以上がより好ましい。１部未満では混合が充分でなく、得られる本固化物の性能が充分でない場合がある。

本発明では、可溶性ケイ酸塩と酸性物質とを水溶液中で混合し、混合後、水溶液から水分を除去したり、冷却したりすることによって、本固化物を生成するが、水分を除去して固化することが好ましい。
水分を除去する方法としては特に限定されるものではないが、放置して水分を揮発させることも可能であり、加熱して水分を揮発させることも可能である。

本発明で使用する収縮低減剤は特に限定されるものではなく、主成分で大別すると、低級アルコールアルキレンオキシド付加物系収縮低減剤、アルコール系収縮低減剤、グリコールエーテル・アミノアルコール誘導体系収縮低減剤、ポリエーテル系収縮低減剤、及び低分子量アルキレンオキシド共重合体系収縮低減剤等が挙げられる。
収縮低減剤は各社より市販されており、その代表例としては、例えば、電気化学工業社製商品名「エスケーガード」、フローリック社製商品名「ヒビガード」、竹本油脂社製商品名「ヒビダン」、及び太平洋セメント社製商品名「テトラガード」などが挙げられる。

本発明におけるセメント混和材中の本固化物と収縮低減剤の配合割合は特に限定されるものではないが、通常、本固化物と収縮低減剤からなるセメント混和材100部中、本固化物20〜80部、収縮低減剤80〜20部が好ましく、本固化物30〜70部、収縮低減剤70〜30部がより好ましい。本固化物が20部未満で収縮低減剤が80部を超えると、土木構造物のようなマッシブなコンクリートを造成した際のひび割れ抵抗性が充分でない場合があり、逆に、本固化物が80部を超え収縮低減剤が20部未満では、建築構造物のような部材厚の薄い構造物におけるひび割れ抵抗性が充分でない場合がある。

本発明の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、１〜10部が好ましく、３〜７部がより好ましい。１部未満では本発明の効果、即ち、建築構造物のような薄いコンクリート構造物でも、また、土木分野で用いられるマッシブなコンクリートにおいても優れたひび割れ低減効果を発揮するという性能が充分に得られない場合があり、10部を超えて使用してもさらなる効果の向上が期待できない。

本発明で使用するセメントとしては、普通、早強、超早強、低熱、及び中庸熱等の各種ポルトランドセメント、これらポルトランドセメントに、高炉スラグ、フライアッシュ、又はシリカを混合した各種混合セメント、また、石灰石粉末や高炉徐冷スラグ微粉末等を混合したフィラーセメント、各種の産業廃棄物を主原料として製造される環境調和型セメント、いわゆるエコセメントなどが挙げられ、これらのうちの一種又は二種以上が併用可能である。

本発明では、本発明のセメント混和材やセメントのほかに、石灰石微粉末、フライアッシュ、シリカフューム、メタカオリン、珪藻土、高炉徐冷スラグ微粉末、下水汚泥焼却灰やその溶融スラグ、都市ゴミ焼却灰やその溶融スラグ、及びパルプスラッジ焼却灰等の混和材料、急硬材、デキストリンなどの水和熱抑制剤、消泡剤、増粘剤、防錆剤、防凍剤、収縮低減剤や、スチールファイバー、ビニロンファイバー、炭素繊維、及びワラストナイト繊維等の繊維物質、ポリマー、ベントナイトなどの粘土鉱物、並びに、ハイドロタルサイトなどのアニ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。

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、傾胴ミキサ、オムニミキサ、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。

本発明のセメント混和材を使用することによって、建築構造物のような薄いコンクリート構造物でも、また、土木分野で用いられるマッシブなコンクリートにおいても優れたひび割れ低減効果を発揮すること、さらに、収縮低減剤の課題であった空気量の増加現象を起こさない効果を発揮する。

表１に示す本固化物と収縮低減剤とを配合してセメント混和材を調製した。
調製したセメント混和材を、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、７部とし、単位セメント組成物量315kg/m³、単位水量180kg/m³、s/a41％、及びスランプ18±2.5cmのコンクリートを調製した。
コンクリートの空気量を測定するとともに、建築構造物としてのスラブコンクリートや、土木構造物としてのマッシブな壁を造成した際のひび割れ発生状況を確認した。結果を表１に併記する。
なお、セメント混和材を使用しないコンクリートの空気量が4.5％となるようにＡＥ剤を使用し、セメント混和材を用いた際も同量のＡＥ剤を配合した。

＜使用材料＞
セメント：普通ポルトランドセメント、ブレーン比表面積3,300cm²/g
本固化物イ：ケイ酸リチウムとフマル酸をpHが7.0となるように水中で混合し、50℃で乾燥した固化物
収縮低減剤Ａ：電気化学工業社製商品名「エスケーガード」
収縮低減剤Ｂ：フローリック社製商品名「ヒビガード」
収縮低減剤Ｃ：太平洋セメント社製商品名「テトラガード」
収縮低減剤Ｄ：竹本油脂社製商品名「ヒビタン」
水：水道水
細骨材：新潟県姫川産、比重2.62
粗骨材：新潟県姫川産、比重2.64
ＡＥ剤：硫酸エステル系ＡＥ剤、市販品

＜測定方法＞
ひび割れ発生状況：建築構造物として、縦５m×横５m×厚さ10cmでスラブコンクリートを打設し、６ヵ月後にひび割れの発生状況を観察した。また、土木構造物として、マッシブなコンクリートの、高さ２ｍ×長さ10ｍ×厚さ60cmの壁を造成し、１ヵ月後にひび割れの発生状況を観察した。ひび割れが複数発生した場合は×、ひび割れが１本発生した場合は△、ひび割れが認められない場合は○。
空気量：JIS A 1128に準じて測定

表２に示す本固化物と収縮低減剤を使用したこと以外は実施例１と同様に行った。結果を表２に併記する。

＜使用材料＞
本固化物ロ：ケイ酸ナトリウムとフマル酸をpHが7.0となるよに水中で混合し、50℃で乾燥して得た固化物。
本固化物ハ：ケイ酸ナトリウムとクエン酸をpHが7.0となるよに水中で混合し、50℃で乾燥して得た固化物

本固化物イ40部と収縮低減剤Ｂ60部からなる、表３に示す量のセメント混和材を使用したこと以外は実施例１と同様に行った。結果を表３に併記する。

本発明のセメント混和材を使用することにより、建築構造物のような薄いコンクリート構造物でも、また、土木分野で用いられるマッシブなコンクリートにおいても優れたひび割れ低減効果を発揮すること、さらに、収縮低減剤の課題であった空気量の増加現象を起こさないため、土木や建築用途に広範に利用することが可能である。

Claims

可溶性ケイ酸塩、酸性物質、及び水の混合固化物と、収縮低減剤とを含有してなるセメント混和材。
可溶性ケイ酸塩が、アルカリ金属のケイ酸塩であることを特徴とする請求項１に記載のセメント混和材。
可溶性ケイ酸塩が、ケイ酸リチウム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。
酸性物質が、カルボン酸であることを特徴とする請求項１〜請求項３のうちの一項に記載のセメント混和材。
可溶性ケイ酸塩、酸性物質、及び水の混合固化物20〜80部と、収縮低減剤80〜20部からなることを特徴とする請求項１〜請求項４のうちの一項に記載のセメント混和材。
セメントと、可溶性ケイ酸塩、酸性物質、及び水の混合固化物と、収縮低減剤とを含有してなるセメント組成物。
セメントと、請求項１〜請求項５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６又は請求項７に記載のセメント組成物を使用してなるセメント硬化体。