JP2007326762A

JP2007326762A - セメント硬化体の製造方法

Info

Publication number: JP2007326762A
Application number: JP2006161591A
Authority: JP
Inventors: Hiroyoshi Kato; 弘義加藤; Tatsuo Niimi; 龍男新見
Original assignee: Tokuyama Corp
Current assignee: Tokuyama Corp
Priority date: 2006-06-09
Filing date: 2006-06-09
Publication date: 2007-12-20

Abstract

【課題】本発明は、セメント系水硬性組成物の蒸気養生において、前置き期間を著しく短縮することが可能であり、また、得られるセメント硬化体において、高い強度発現性を達成することが可能なセメント硬化体の製造方法を提供する。
【解決手段】平均粒径５μｍ以下に調整された水酸化カルシウムを添加したセメント系水硬性組成物を蒸気養生することを特徴とするセメント硬化体の製造方法であって、上記セメント系水硬性組成物には、セメント１００質量部に対して、水酸化カルシウムを０．５〜２０質量部となる割合で含有することが好ましい。また、セメントとしては、ポルトランドセメント、混合セメントが好ましい。
【選択図】なし

Description

本発明は、セメント硬化体の新規な製造方法に関する。さらに詳しくは、蒸気養生により、効率的に、且つ、高強度のセメント硬化体を得ることが可能な、セメント硬化体の製造方法を提供するものである。

モルタル、コンクリート等のセメント系水硬性組成物の養生期間短縮を目的として、促進養生として高温の水蒸気中で養生を行う蒸気養生が行われている。

蒸気養生の工程は、一般的に、前置き期間、温度上昇期間、最高温度による等温養生期間、温度下降期間、養生終了のパターンで行われる。セメント系水硬性組成物の配合、要求される強度等により条件は異なるが、通常の蒸気養生では、２〜５時間程度の前置き期間、２〜４時間程度の温度上昇期間、２〜５時間程度の等温養生期間を設けるのが一般的である。

蒸気養生の各工程の期間、特に蒸気養生を開始するまでの前置き期間はセメントの凝結と密接に関係しており、強度発現性を確保するためには、ある程度凝結が進んだ状態まで前置き時間を設け、温度上昇を開始する必要があるといわれている。凝結の進行が不十分な状態で温度上昇を開始すると、充分な強度発現性が得られない。そのため、セメント系水硬性組成物の凝結が遅い場合には、強度発現性を確保するために、前置き期間を長く設ける必要がある。

経済性向上の観点から、蒸気養生工程の簡素化、型枠の回転効率の向上等の要請があり、蒸気養生期間の短縮が求められており、かかる蒸気養生期間を短縮する方策の一つとして、セメント系水硬性組成物の凝結を促進することによる前置き期間の短縮が考えられる。

例えば、塩化物、特に塩化カルシウム、セメント系水硬性組成物の凝結を促進する材料として古くから使用されている。また、塩化物イオンを含まない材料としては、硝酸カルシウム等の水溶性カルシウム含有化合物の凝結促進効果が確認されている（非特許文献１参照）。

これらの材料は、セメントの凝結を促進する効果は有するため、蒸気養生期間、特に、前記前置き期間の短縮に効果を発揮する可能性が考えられるが、蒸気養生を施した場合の強度発現性については、改良の余地があった。即ち、塩化カルシウムを使用した場合、蒸気養生の初期強度は高いが、その後の強度の伸び効果が低く、また、硝酸カルシウムを使用した場合は、初期強度、強度の伸び効果の双方において低いという問題を有する。

また、これらの材料は、塩化物、硝酸等の硬化後のセメント系水硬性組成物の耐久性に悪影響を及ぼす可能性のある成分を含むため、汎用的に使用できないという問題もあった。

セメント技術年報XXVIII、p．256〜259、1974

本発明は、セメント系水硬性組成物の蒸気養生において、強度発現性を確保しながら養生期間を短縮することが可能な蒸気養生方法を提供するものである。

本発明者等は、上記課題を解決すべく鋭意研究を行ってきた。その結果、蒸気養生を行う際に、水酸化カルシウムを平均粒径５μｍ以下に調整した水酸化カルシウムをセメント系水硬性組成物に添加することにより、蒸気養生の前置き期間の短縮が可能であり、しかも、蒸気養生において高い強度を有するセメント硬化体が得られることを見出し、本発明を完成するに至った。

即ち、本発明は、平均粒径５μm以下の水酸化カルシウムを含有するセメント系水硬性組成物を蒸気養生することを特徴とするセメント硬化体の製造方法である。

本発明の方法を採用することにより、蒸気養生の前置き期間の短縮を図ることができ、また、蒸気養生によりセメント系水硬性組成物の高い強度発現を達成することができ、工業的に有利にセメント硬化体を製造することが可能となる。

また、本発明においてセメント系水硬性組成物に添加する水酸化カルシウムは、硬化後のセメント系水硬性組成物の耐久性に悪影響を与える成分を含まないため、得られるセメント硬化体は、その用途を限定されることなく汎用的に使用可能なものであり、その工業的価値は極めて高いものである。

以下、本発明をさらに詳細に説明する。

本発明において、セメント系水硬性組成物は、セメントと水を含むものが制限無く使用できる。一般的には、セメントペースト、モルタル及びコンクリートが好適に使用できる。

本発明において、セメントは特に制限無く使用できるが、ポルトランドセメント及び／又は混合セメントが好適である。例えば、JIS R 5210「ポルトランドセメント」に規定されている各種ポルトランドセメント、JIS R 5211「高炉セメント」に規定されている高炉セメント、JIS R 5212「シリカセメント」に規定されているシリカセメント、JIS R 5213「フライアッシュセメント」に規定されているフライアッシュセメント等が使用できる。なかでも、ポルトランドセメントがより好適に使用される。また、上記セメントは、ブレーン値が２８００〜６０００cm²／gに調整されることが望ましい。２８００ｃｍ^２／ｇに満たないと、充分な初期強度が得られない場合があり好ましくない。６０００ｃｍ^２／ｇを超えると、初期の流動性が低下し、施工性が確保できない場合がある。

本発明において、水酸化カルシウムは、平均粒径が５μｍ以下に調整されることが重要である。かかる平均粒径は、より好適には３μｍ以下、さらに好適には１μｍ以下に調整されることが望ましい。即ち、水酸化カルシウムは、平均粒子径を５μｍ以下とすることによって、蒸気養生における強度増進効果が飛躍的に向上し、養生期間を短縮することが可能な混和材として実用的な機能を発揮することができる。
本発明において、平均粒径５μｍ以下の水酸化カルシウムを得る方法は特に制限されない。ボールミル、チューブミル等に代表される粉砕機を使用し、工業用消石灰、農業用消石灰、水酸化カルシウム試薬、酸化カルシウムを消化させることにより得られる水酸化カルシウム等を乾式粉砕する方法、同じく水酸化カルシウム及び／又は酸化カルシウムを原料として、ボールミル等に代表される粉砕機を使用して湿式粉砕する方法が挙げられる。上記湿式粉砕に使用する分散媒としては水が最も適当である。

本発明において、細骨材及び粗骨材は、一般にコンクリートに使用されるものであれば、特に制限なく使用できる。上記細骨材を具体的に例示すれば、川砂、海砂、山砂、丘砂、硬質砂岩砕砂、石灰岩砕砂、高炉スラグ砕砂等が挙げられる。また、上記粗骨材を具体的に例示すれば、川砂利、硬質砂岩砕石、石灰岩砕石、高炉スラグ砕石等が挙げられる。
本発明において、セメント分散剤は、セメントを分散させる効果を有するものであれば特に限定されない。上記セメント分散剤を具体的に例示すれば、ＡＥ減水剤、流動化剤、高性能減水剤、高性能ＡＥ減水剤等が挙げられる。なかでも、ポリカルボン酸系と称されるセメント分散剤が好適に使用できる。

本発明において、水酸化カルシウムの湿式粉砕時に、粉砕効率の向上、スラリーの固形分濃度の向上等を目的として、分散剤を添加することが出来る。上記分散剤は、水酸化カルシウムを分散させる効果を有するものであれば特に制限無く使用できる。具体的には、高性能減水剤、高性能AE減水剤等のセメント分散剤が好適に使用できる。

本発明において、水酸化カルシウムの配合量は、セメント１００質量部に対して０．５〜２０質量部、より好適には１．０〜１５質量部、さらに好適には２．０〜１０質量部に調整されることが望ましい。０．５質量部に満たない場合、充分な強度増進効果が得られない場合がある。２０質量部を超えると、水酸化カルシウムによる強度増進効果が頭打ちとなるため、経済性の観点から好ましくない。

本発明において、セメント系水硬性組成物を製造する方法は、特に制限されない。ハンドミキサ、ホバートミキサ、コンクリートミキサなどの公知の混合機が好適に使用できる。

本発明のセメント系水硬性組成物は、本発明を構成するセメント、平均粒径５μｍ以下の水酸化カルシウム、細骨材、粗骨材、セメント分散剤及び水の他に、本発明の効果を著しく阻害しない範囲で、空気量調製剤、凝結遅延剤、凝結促進剤、防錆剤、分離低減剤、増粘剤、膨張材、鉱物質微粉末、平均粒径５μｍを超える水酸化カルシウム、石膏等を添加配合しても構わない。

また、セメント系水硬性組成物の水セメント比は特に制限されないが、好適な範囲を示せば２０〜６５％に調整されることが望ましい。即ち、水セメント比が２０％に満たない場合、流動性の低下が大きくなり、施工性の確保が困難となることがある。また、６５％を超えると、充分な初期強度が得られない場合がある。

本発明において、水酸化カルシウムの添加方法は特に制限されない。具体的には、セメント系水硬性組成物を調製する際に粉体及び／又はスラリーで添加する方法、セメントと水酸化カルシウムを予め混合し、セメント系水硬性組成物を調整する方法、既に調整されたセメント系水硬性組成物に後から粉体及び／又はスラリーを添加する方法等が挙げられる。

そのうち、既に調整されたセメント系水硬性組成物に後から添加する場合は、前置き期間開始前に添加するのが一般的である。ここで、「前置き期間」は、セメント系水硬性組成物の蒸気養生を行うための型枠に設置完了した時点から温度上昇を開始するまでの期間を意味する。

本発明においては、セメント系水硬性組成物に平均粒径５μｍ以下の水酸化カルシウムを添加する時期は、蒸気養生において温度上昇を開始する前であればよい。一般的に、蒸気養生の工程は、前置き期間、温度上昇期間、最高温度による等温養生期間、温度下降期間、養生終了のパターンで行われるが、温度上昇開始前に添加することが望ましい。

本発明において、平均粒径５μｍ以下の水酸化カルシウムは、前置き期間の前に添加することが、蒸気養生によって得られるセメント硬化体の強度の向上効果に加えて、前置き期間を短縮する効果を享受することができるため好ましい。

この場合、より高い強度発現性を得るために、２０分以上、より好適には１時間程度の前置き期間を設けることが望ましい。即ち、前置き期間が２０分に満たない場合、充分な強度が得られない場合がある。

但し、上記のように、前置き期間を２０分で完了できるという効果は、一般的な蒸気養生において必要な2〜５時間程度の前置き期間に比べて著しく短いものである。勿論、本発明においては、前置き期間を長時間取ることを制限するものではない。

本発明において、蒸気養生の最高温度は特に制限されないが、例えば４０〜９０℃の範囲に調整されることが望ましい。４０℃以下では、充分な初期強度が得られない場合がある。９０℃を超えると、長期材齢において充分な強度増進効果が得られない場合がある。

本発明において、温度上昇率は特に制限されないが、例えば１０〜７０℃／時間（ｈ）の範囲に調整されることが望ましい。

また、本発明において、最高温度による等温養生期間は特に制限されないが、３０分〜５時間程度が望ましい。

以下、実施例により本発明の構成および効果を説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。

〈使用材料〉
普通ポルトランドセメント
（３ＣａＯ・ＳｉＯ_２含有量５４質量％、ブレーン値：３３１０ｃｍ^２／ｇ）
水酸化カルシウム
（平均粒径：０．２１、０．７５、１．８０μｍ、２４．５μｍ）
平均粒径０．２１、０．７５及び１．８０μｍは固形分濃度１２質量％のスラリーとして添加。平均粒径２４．５μｍは、市販の消石灰を粉体として使用した。平均粒径２４．５μｍの水酸化カルシウムのブレーン比表面積は７６５０ｃｍ^２／ｇであった。

細骨材：海砂と丘砂の混合砂（最大寸法：５mm）
粗骨材：硬質砂岩砕石（最大寸法：２０mm）
高性能AE減水剤：ポリカルボン酸系高性能AE減水剤（ＳＰ−８Ｓ）
水（水道水）
〈蒸気養生の方法〉
蒸気養生は、前置き期間→温度上昇→最高温度による等温養生→養生終了・脱型の工程で実施した。蒸気養生パターンを表１に示す。なお、脱型後のコンクリートは、２０℃気中養生を行った。

実施例１
普通ポルトランドセメント１００質量部に対して、平均粒径０．２１μｍの水酸化カルシウムを２．８質量部添加し、水、セメント、水酸化カルシウム、細骨材、粗骨材及び高性能AE減水剤を表２に示す割合で配合したコンクリート組成物の蒸気養生を行った。コンクリートの配合条件は、水セメント比：４５％、スランプ：８．０±２．５ｃｍ、空気量：２．５±０．５％とした。凝結時間は、JIS A １１４７「コンクリートの凝結時間試験方法」、圧縮強度はJIS A １１０８「コンクリートの圧縮強度試験方法」により測定した。結果を表３に示す。

実施例２
水酸化カルシウムを４．５質量部添加した以外は、実施例１と同様な試験を実施した。結果を表３に示す。

実施例３
水酸化カルシウムの平均粒径を０．７５μｍとした以外は、実施例２と同様な試験を実施した。結果を表３に示す。

実施例４
水酸化カルシウムの平均粒径を１．８０μｍとした以外は、実施例２と同様な試験を実施した。結果を表３に示す。

比較例１
普通ポルトランドセメントを使用し、水、セメント、細骨材、粗骨材及び高性能AE減水剤を表１に示す割合で配合したコンクリート組成物を調整し、蒸気養生の前置き時間を５時間とした以外は、実施例１と同様な試験を実施した。結果を表３に示す。

比較例２
水酸化カルシウムを添加しなかった以外は、実施例１と同様な試験を実施した。結果を表３に示す。

比較例３
水酸化カルシウムの平均粒径を２４．５μｍとした以外は、実施例２と同様な試験を実施した。結果を表３に示す。
比較例４
普通ポルトランドセメント１００質量部に対して、硝酸カルシウムを１．７質量部添加し、水、セメント、硝酸カルシウム、細骨材、粗骨材及び高性能AE減水剤を表２に示す割合で配合したコンクリート組成物を調整し、実施例１と同様な試験を実施した。結果を表３に示す。

比較例５
塩化カルシウムを１．４質量部添加した以外は、比較例４と同様な試験を実施した。結果を表３に示す。

表３に示すように、平均粒径５μｍ以下の水酸化カルシウムを添加することにより（実施例１〜４）、蒸気養生の前置き時間を１時間に設定した場合も、前置き期間を５時間とした場合（比較例１）を超える高い脱型時強度を示すとともに、材齢１４日においても高い強度を示すことがわかる。
無添加で前置き期間を短縮した場合は（比較例２）、脱型時強度が著しく低く、その後の強度発現性も低い。平均粒径が5μｍを超える水酸化カルシウムを添加した場合（比較例３）、凝結促進効果を示す材料である硝酸カルシウム（比較例４）や塩化カルシウム（比較例５）を添加した場合については、平均粒径５μｍ以下の水酸化カルシウムに比べて、脱型時、材齢１４日いずれにおいても強度発現性に劣ることがわかる。

Claims

平均粒径５μm以下の水酸化カルシウムを含有するセメント系水硬性組成物を蒸気養生することを特徴とするセメント硬化体の製造方法。
セメント系水硬性組成物が、セメント、平均粒径５μm以下の水酸化カルシウム、セメント分散剤及び水を含むことを特徴とする請求項１記載のセメント硬化体の製造方法。
セメント系水硬性組成物が、骨材を含むことを特徴とする請求項１又は２記載のセメント硬化体の製造方法。
セメント系水硬性組成物において、平均粒径５μm以下の水酸化カルシウムを、セメント１００質量部に対して０．５〜２０質量部配合する、請求項１〜３記載のセメント硬化体の製造方法。
セメントが、ポルトランドセメントであることを特徴とする請求項１〜４記載のセメント硬化体の製造方法。