JP2007320834A - 超速硬セメント組成物、超速硬セメントコンクリート組成物、及び超速硬セメントコンクリート - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 セメント、カルシウムアルミネート、セッコウ、凝結調整剤、及び引張強度が1,000N/mm2以上の鋼繊維を含有してなる超速硬セメント組成物、鋼繊維の平均径が0.1〜1.5mmである、また、鋼繊維の繊維長が3〜40mmである該超速硬セメント組成物、該超速硬セメント組成物と骨材とを含有してなる超速硬セメントコンクリート組成物であり、該超速硬セメントコンクリート組成物と水とを含有してなる超速硬セメントコンクリートを構成とする。
【選択図】 なし
Description
超速硬モルタルは、材齢3時間で所要の圧縮強度を発現するため、圧縮応力を担う役割を果たす用途への展開が図られている。
しかしながら、これら高強度セメントコンクリートは、初期材齢で高い強度を発現するものではなく、必然的に、初期材齢で高い曲げ強度を発現するものではなかった。
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。
また、本発明におけるセメントコンクリートとは、セメントペースト、モルタル、又はコンクリートを総称するものである。
カルシウムアルミネート(以下、CAという)のCaO/Al2O3モル比は、0.75〜3が好ましく、1〜2がより好ましい。0.75未満では充分な初期強度発現性が得られない場合があり、CaO/Al2O3モル比が3を超えると充分な流動性や可使時間が得られない場合がある。
CAを製造する際のCaO原料としては、例えば、石灰石や貝殻等の炭酸カルシウム、消石灰等の水酸化カルシウム、あるいは、生石灰等の酸化カルシウムを挙げることができる。
また、Al2O3原料としては、例えば、ボーキサイトやアルミ残灰と呼ばれる産業副産物のほか、アルミニウム粉等が挙げられる。
セッコウの粉末度は特に限定されるものではないが、通常、ブレーン値で3,000〜9,000cm2/gの範囲にあり、4,000〜8,000cm2/g程度のものがより好ましい。3,000cm2/g未満では寸法安定性が悪くなる場合があり、9,000cm2/gを超えるようなものは流動性の確保が困難になる場合がある。
凝結調整剤の使用量は特に限定されるものではないが、通常、結合材100部に対して、0.1〜2部が好ましく、0.3〜1部がより好ましい。0.1部未満では可使時間の確保が困難な場合があり、2部を超えると強度発現性が悪くなる場合がある。
鋼繊維の密度は7〜10g/cm3が好ましい。
鋼繊維の平均径は、0.1〜1.5mmが好ましく、0.1〜1.1mmがより好ましい。平均径がこの範囲外では、曲げ強度の飛躍的な向上や、圧縮強度の向上効果が期待できない。
鋼繊維の繊維長は、3〜40mmが好ましく、5〜30mmがより好ましい。3mm未満では曲げ強度の飛躍的な向上が期待できない場合があり、40mmを超えると分散性が悪くなり、曲げ強度の飛躍的な向上が期待できない場合がある。
本発明では、二種類以上の繊維長の鋼繊維を組み合わせて使用することが可能であり、曲げ強度の飛躍的な向上や、安定的に高い曲げ強度を得る面から、二種類以上の繊維長の鋼繊維を組み合わせて使用することが好ましい。
鋼繊維としては、普通炭素鋼やステンレスなどの金属繊維が挙げられ、ステンレス繊維を用いることが、曲げ強度の飛躍的な向上や、長期耐久性の面から好ましい。
ステンレス繊維としては、表面にめっきやその他の防食処理が施されているものを使用することができる。
鋼繊維の形状としては、成形加工されていないスレート型でも有効であるが、波型加工やインデント加工の他、繊維両端部に曲げ加工等の引き抜け防止加工が施された繊維を使用することも可能である。
さらに、繊維の断面形状についても、円形のみならず、三日月型や長方形型等の繊維も有効である。
鋼繊維の使用量は特に限定されるものではないが、練り上げたセメントコンクリート中、容量換算で、0.1〜5.0容量%が好ましく、0.3〜3容量%がより好ましい。0.1容量%未満では、曲げ強度の飛躍的な向上や、安定的に高い曲げ強度を得ることができない場合があり、5容量%を超えると、練り混ぜが困難となり、繊維の分散が不充分となり、改悪傾向となる場合がある。
流動化剤には粉末状のものも存在する。具体的には、ポリアルキルアリルスルホン酸塩の縮合物としては、第一工業製薬社製商品名「セルフロー110P」や出光石油化学社製商品名「IPC」などが、また、ナフタレンスルホン酸塩の縮合物としては、花王社製商品名「マイティ100」や三洋化成工業社製商品名「三洋レベロンP」などが、メラミン系のものとしては、シーカ社製「シーカメントFF」などが、さらに、ポリカルボン酸系としては、例えば、三菱化成社製商品名「クインフロー750」や花王社製商品名「CAD9000P」などが挙げられる。
流動化剤の使用量は特に限定されるものではないが、通常、結合材100部に対して、固形分換算で0.1〜2部が好ましい。0.1部未満では流動性が充分でない場合があり、2部を超えると材料分離を起す場合がある。
本発明で使用する細骨材の具体例としては、例えば、ケイ砂系、石灰石系、高炉水砕スラグ系、及び再生骨材系等に分類される。本発明では、品質安定性等の面からケイ砂系を選定することが好ましい。
細骨材の配合割合は、結合材100部に対して、50〜200部が好ましく、100〜150部がより好ましい。50部未満では、発熱量が大きすぎて作業が困難な場合がある。また、収縮が大きくなり、ひび割れが生じやすい場合もある。逆に、200部を超えると優れた流動性や初期強度発現性が得られない場合がある。
さらに、発熱量や寸法変化の低減や耐久性を確保するために粗骨材を配合してコンクリートとすることが可能である。
粗骨材の具体例としては、例えば、豆砂利、玉砂利、砕石、及び再生骨材等が使用可能である。
粗骨材の配合割合は、コンクリート1m3中、単位量で250〜1,000kg/m3が好ましく、500〜750kg/m3がより好ましい。250kg/m3未満では発熱量の低減効果の増大が期待できない場合があり、1,000kg/m3を超えるとコンクリートが荒々しくなり、ワーカビリティーが悪くなったり、強度不足を生じる場合がある。
酸性シリカフュームとは、シリカフューム1gを純水100ccに入れて攪拌したときの上澄み液のpHが5.0以下の酸性を示すものを言う。
シリカ質物質の粉末度は特に限定されるものではないが、通常、高炉水砕スラグ微粉末とフライアッシュは、ブレーン値で3,000〜9,000cm2/g程度の範囲にあり、シリカヒュームは、BET比表面積で2〜20万m2/g程度の範囲にある。
シリカ質微粉末の使用量は、CAとセッコウからなる急硬成分100部に対して、5〜100部が好ましく、10〜50部がより好ましい。5部未満では強度発現性の改善や耐酸性の向上、可使時間の確保に加えて、寸法安定性を良好にするなどの効果が得られない場合があり、100部を超えると流動性が得られにくい場合があり、また、初期の強度発現性が改悪される場合もある。
セメント70部、表1に示すCA15部、及びセッコウa15部を配合し、さらに、セメント、CA、及びセッコウからなる結合材100部に対して、流動化剤1.2部と凝結調整剤0.7部を配合して超速硬セメント組成物を調製し、この超速硬セメント組成物100部に対して、細骨材150部を配合し、結合材100部に対して、35部の練り水を使用し、練り上げた超速硬モルタル中、2容量%となるように鋼繊維Aを添加して、超速硬モルタルを調製した。
調製した超速硬モルタルの硬化時間、圧縮強度、及び曲げ強度を測定した。結果を表1に併記する。
セメント :市販の早強ポルトランドセメント、ブレーン値4,500cm2/g、密度3.15g/cm3
CAイ :CaO/Al2O3モル比0.75、強熱減量1.0%、結晶質、主成分CaO・Al2O3とCaO・2Al2O3、ブレーン値5,000cm2/g、密度3.02g/cm3
CAロ :CaO/Al2O3モル比1.0、強熱減量1.0%、結晶質、主成分CaO・Al2O3、ブレーン値5,000cm2/g、密度2.97g/cm3
CAハ :CaO/Al2O3モル比1.50、強熱減量1.0%、結晶質、主成分CaO・Al2O3と12CaO・7Al2O3、ブレーン値5,000cm2/g、密度2.95g/cm3
CAニ :CaO/Al2O3モル比1.70、強熱減量1.0%、結晶質、主成分CaO・Al2O3と12CaO・7Al2O3、ブレーン値5,000cm2/g、密度2.94g/cm3
CAホ :CaO/Al2O3モル比2.00、強熱減量1.0%、結晶質、主成分CaO・Al2O3と12CaO・7Al2O3、ブレーン値5,000cm2/g、密度2.98g/cm3
CAヘ :CaO/Al2O3モル比3.00、強熱減量1.0%、結晶質、主成分3CaO・Al2O3、ブレーン値5,000cm2/g、密度2.99g/cm3
CAト :CaO/Al2O3モル比1.70、強熱減量1.0%、非晶質、CAニに試薬1級のシリカを3%添加して、1,650℃で溶融後、急冷して合成、ブレーン値5,000cm2/g、密度2.94g/cm3
CAチ :CAトに湿分を与え、強熱減量を2.0%としたもの、ブレーン値5,000cm2/g、密度2.94g/cm3
セッコウa:市販の無水セッコウ、ブレーン値4,000cm2/g、密度2.96g/cm3
鋼繊維A :引張強度2,000N/mm2、平均径0.2mm、繊維長20mm、密度8.5g/cm3
流動化剤 :ポリアルキルアリルスルホン酸塩の縮合物系流動化剤、市販品
凝結調整剤:試薬1級のクエン酸25部と試薬1級の炭酸カリウム75部の混合物
細骨材 :石灰砂、4mm下品、粗粒率2.73、密度2.60g/cm3
水 :上水道水
硬化時間 :JIS A 1147に準じて凝結時間を測定し、凝結の終結時間を硬化時間とした。
圧縮強度 :モルタルを型枠に詰めて4cm×4cm×16cmの成形体を作成し、各材齢の圧縮強度をJIS R 5201に準じて測定した。
曲げ強度:モルタルを型枠に詰めて4cm×4cm×16cmの成形体を作成し、各材齢の曲げ強度をJIS R 5201に準じて測定した。
CAチを使用し、表2に示す鋼繊維を使用したこと以外は実験例1と同様に行った。
なお、比較のため、鋼繊維の代わりに、ビニロンファイバーを用いた場合についても同様に行った。結果を表2に併記する。
鋼繊維B :引張強度 500N/mm2、平均径0.2mm、繊維長20mm、密度8.5g/cm3
鋼繊維C :引張強度1,000N/mm2、平均径0.2mm、繊維長20mm、密度8.5g/cm3
鋼繊維D :引張強度1,500N/mm2、平均径0.2mm、繊維長20mm、密度8.5g/cm3
繊維X :ビニロンファイバー、引張強度1,300N/mm2、平均径14μm、繊維長6mm、集束タイプ、密度1.3g/cm3、市販品
CAホを使用し、表3に示す鋼繊維を使用したこと以外は実験例1と同様に行った。
結果を表3に併記する。
鋼繊維E :引張強度1,500N/mm2、平均径0.1mm、繊維長20mm、密度8.5g/cm3
鋼繊維F :引張強度1,500N/mm2、平均径0.3mm、繊維長20mm、密度8.5g/cm3
鋼繊維G :引張強度1,500N/mm2、平均径0.5mm、繊維長20mm、密度8.5g/cm3
鋼繊維H :引張強度1,500N/mm2、平均径0.7mm、繊維長20mm、密度8.5g/cm3
鋼繊維I :引張強度1,500N/mm2、平均径0.9mm、繊維長20mm、密度8.5g/cm3
鋼繊維J :引張強度1,500N/mm2、平均径1.1mm、繊維長20mm、密度8.5g/cm3
鋼繊維K :引張強度1,500N/mm2、平均径1.3mm、繊維長20mm、密度8.5g/cm3
鋼繊維L :引張強度1,500N/mm2、平均径1.5mm、繊維長20mm、密度8.5g/cm3
鋼繊維M :引張強度2,000N/mm2、平均径0.2mm、繊維長3mm、密度8.5g/cm3
鋼繊維N :引張強度2,000N/mm2、平均径0.2mm、繊維長5mm、密度8.5g/cm3
鋼繊維O :引張強度2,000N/mm2、平均径0.2mm、繊維長10mm、密度8.5g/cm3
鋼繊維P :引張強度2,000N/mm2、平均径0.2mm、繊維長30mm、密度8.5g/cm3
鋼繊維Q :引張強度2,000N/mm2、平均径0.2mm、繊維長40mm、密度8.5g/cm3
表4に示すセメント、CAチ、及びセッコウaを使用したこと以外は実験例1と同様に行った。結果を表4に併記する。
CAチを使用し、CAとセッコウからなる急硬成分100部中、表5に示すセッコウを使用したこと以外は実験例1と同様に行った。結果を表5に併記する。
セッコウb:市販の半水セッコウ、ブレーン値4,000cm2/g、密度2.64g/cm3
セッコウc:市販の二水セッコウ、ブレーン値4,000cm2/g、密度2.32g/cm3
CAチを使用し、結合材100部中、表6に示す急硬成分を用いたこと以外は実験例1と同様に行った。結果を表6に併記する。
CAチを使用し、細骨材の配合割合を表7に示すように変化したこと以外は実施例1と同様に行った。結果を表7に併記する。
セメント70部、CAチ15部、及びセッコウa15部からなる結合材を使用し、結合材100部に対して、凝結調整剤0.7部、及び細骨材100部を配合し、水/結合材比35%となるように水を加えて練混ぜ、モルタルを調製した。
調製したモルタルに、練り上がりモルタル中、2容量%になるよう鋼繊維Aを添加して超速硬モルタルを調製し、表8に示す粗骨材を配合して超速硬コンクリートを調製した。
調製した超速硬コンクリートの硬化時間、圧縮強度、及び曲げ強度を測定した。結果を表8に併記する。
粗骨材 :市販の砕石、ケイ石系、Gmax15mm、密度2.65g/cm3
硬化時間 :JIS A 1147に準じて凝結時間を測定し、凝結の終結時間を硬化時間とした。
圧縮強度 :JIS A 1108に準じて測定した。
曲げ強度 :JIS A 1106に準じて測定した。
Claims (8)
- セメント、カルシウムアルミネート、セッコウ、凝結調整剤、及び引張強度が1,000N/mm2以上の鋼繊維を含有してなる超速硬セメント組成物。
- セメント、カルシウムアルミネート、及びセッコウを含有してなる結合材、凝結調整剤、並びに、引張強度が1,000N/mm2以上の鋼繊維を含有してなる超速硬セメント組成物。
- 鋼繊維の平均径が0.1〜1.5mmである請求項1又は請求項2に記載の超速硬セメント組成物。
- 鋼繊維の繊維長が3〜40mmである請求項1〜請求項3のうちのいずれか一項に記載の超速硬セメント組成物。
- 結合材100部中、セメントが50〜90部、カルシウムアルミネートが5〜25部、及びセッコウが5〜25部である請求項1〜請求項4のうちのいずれか一項に記載の超速硬セメント組成物。
- カルシウムアルミネートが非晶質カルシウムアルミネートである請求項1〜請求項5のうちのいずれか一項に記載の超速硬セメント組成物。
- 請求項1〜請求項6のうちのいずれか一項に記載の超速硬セメント組成物と骨材とを含有してなる超速硬セメントコンクリート組成物。
- 請求項7に記載の超速硬セメントコンクリート組成物と水とを含有してなる超速硬セメントコンクリート。
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