JP2008105902A - セメント添加材及びセメント組成物 - Google Patents
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Abstract
【課題】高炉スラグ粉末、フライアッシュやシリカフュームを使用した場合であっても、耐中性化特性が良好なセメント添加材及びセメント組成物を提供する。
【解決手段】(A)高炉スラグ粉末、フライアッシュ、シリカフュームから選ばれる一種以上の粉末と、(B)2CaO・SiO2及び2CaO・Al2O3・SiO2を含有し、2CaO・SiO2100質量部に対して、2CaO・Al2O3・SiO2+4CaO・Al2O3・Fe2O3が10〜100質量部であり、3CaO・Al2O3の含有量が20質量部以下である焼成物の粉砕物を含むセメント添加材。
(A)高炉スラグ粉末、フライアッシュ、シリカフュームから選ばれる一種以上の粉末と、(B)2CaO・SiO2及び2CaO・Al2O3・SiO2を含有し、2CaO・SiO2100質量部に対して、2CaO・Al2O3・SiO2+4CaO・Al2O3・Fe2O3が10〜100質量部であり、3CaO・Al2O3の含有量が20質量部以下である焼成物の粉砕物と、(c)石膏と、(D)ポルトランドセメントクリンカー粉砕物を含むセメント組成物。
【選択図】なし
Description
また、本発明は、(A)高炉スラグ粉末、フライアッシュ、シリカフュームから選ばれる一種以上の粉末と、(B)2CaO・SiO2及び2CaO・Al2O3・SiO2を含有し、2CaO・SiO2100質量部に対して、2CaO・Al2O3・SiO2+4CaO・Al2O3・Fe2O3が10〜100質量部であり、3CaO・Al2O3の含有量が20質量部以下である焼成物の粉砕物と、(c)石膏と、(D)ポルトランドセメントクリンカー粉砕物を含むことを特徴とするセメント組成物を提供するものである。
また、本発明のセメント添加材は、産業廃棄物、一般廃棄物等を原料として用いることができるので、廃棄物の有効利用の促進にも貢献することができる。
本発明で用いる焼成物は、2CaO・SiO2(以降、C2Sと称す)及び2CaO・Al2O3・SiO2(以降、C2ASと称す)を含有するもので、C2S100質量部に対して、C2AS+4CaO・Al2O3・Fe2O3(以降、C4AFと称す)を10〜100質量部、好ましくは15〜90質量部含有するものである。該焼成物の粉砕物は、C2Sが反応してCa(OH)2を生成するため、中性化抑制効果があることに加え、C2ASも中性化環境下で反応して緻密化するなどの効果により、中性化を抑制する効果がある。
C2AS+C4AF含有量が10重量部未満では、焼成時に焼成温度を上げてもフリーライム量(未反応CaO量)が低下しにくく、焼成が困難になり、また、生成するC2Sも水和活性のないγ型C2Sである可能性が高くなり、セメント組成物の強度を大きく低下させることがある。一方、C2AS+C4AF含有量が100質量部を超えると、高温における融液が増加するため、焼成可能温度が狭まり、またC2Sが少ないため、セメント組成物の強度発現性が低下する。
なお、本発明においては、C2AS+C4AF質量の70質量%以下がC4AFであるのが好ましい。
C4AF量がこの範囲を超えると、焼成の温度範囲が狭くなり、製造の管理が難しくなる。また、C2ASが少なくなるため、中性化抑制の効果が小さくなる。
また、産業廃棄物、一般廃棄物及び建設発生土から選ばれる1種以上を原料とし、これを焼成することにより製造することができる。産業廃棄物としては、例えば、生コンスラッジ、各種汚泥(例えば、下水汚泥、浄水汚泥、建設汚泥、製鉄汚泥等)、建設廃材、コンクリート廃材、ボーリング廃土、各種焼却灰(例えば、石炭灰、焼却飛灰、溶融飛灰等)、鋳物砂、ロックウール、廃ガラス、高炉2次灰等が挙げられる。一般廃棄物としては、例えば、下水汚泥乾粉、都市ごみ焼却灰、貝殻等が挙げられる。建設発生土としては、例えば、建設現場や工事現場等から発生する土壌や残土、更に廃土壌等が挙げられる。
C4AF=3.04×Fe2O3
C3A=1.61×CaO−3.00×SiO2−2.26×Fe2O3
C2AS=−1.63×CaO+3.04×SiO2+2.69×Al2O3+0.57×Fe2O3
C2S=1.02×CaO+0.95×SiO2−1.69×Al2O3−0.36×Fe2O3
用いる装置は特に限定されず、例えばロータリーキルン等を用いることができる。また、ロータリーキルンで焼成する際には、燃料代替廃棄物、例えば廃油、廃タイヤ、廃プラスチック等を使用することができる。
このような焼成により、C2ASが生成し、その分C3A量がBogue式から導かれる量よりも少なくなり、本発明のような組成の焼成物を得ることができる。
なお、本発明においては、焼成物中のフリーライム量は、セメント組成物の水和熱や流動性、強度発現性等から、1.5質量%以下、特に1質量%以下であることが好ましい。
焼成物の粉砕方法は特に制限されず、例えばボールミル等を用い、通常の方法で粉砕すれば良い。焼成物の粉砕物は、ブレーン比表面積が2500〜5000cm2/gであることが、モルタルやコンクリートのブリーディングの低減や、流動性、強度発現性、耐中性化特性等の観点から好ましい。
高炉スラグのブレーン比表面積は、入手のし易さや、モルタルやコンクリートのブリーディングの低減、流動性、強度発現性等の観点から、3000〜10000cm2/gであることが好ましく、特に強度発現性の観点から、4000〜10000cm2/gであることがより好ましく、4500〜10000cm2/gであることが更に好ましい。
フライアッシュのブレーン比表面積は、入手のし易さや、モルタルやコンクリートのブリーディングの低減、流動性、強度発現性等の観点から、2500〜10000cm2/gであることが好ましく、特に強度発現性の観点から、3000〜9000cm2/gであることがより好ましく、3500〜7000cm2/gであることが更に好ましい。
シリカフュームのBET比表面積は、入手のし易さや、モルタルやコンクリートのブリーディングの低減、流動性、強度発現性等の観点から、5〜20m2/gであることが好ましく、特に流動性、強度発現性の観点から、6〜18m2/gであることがより好ましく、7〜15m2/gであることが更に好ましい。
石膏のブレーン比表面積は、入手のし易さや、モルタルやコンクリートのブリーディングの低減、流動性、強度発現性の観点から、2500〜10000cm2/gであることが好ましい。なお、石膏としては、特に制限されず、例えば二水石膏、α型又はβ型半水石膏、無水石膏等が挙げられ、これらを単独又は2種以上組み合わせて用いることができる。
石灰石粉末のブレーン比表面積は、入手のし易さや、モルタルやコンクリートのブリーディングの低減、流動性、強度発現性の観点から、3000〜10000cm2/gであることが好ましく、特に強度発現性の観点から、4000〜10000cm2/gであることがより好ましく、4500〜10000cm2/gであることが更に好ましい。
ポルトランドセメントクリンカーとしては、普通ポルトランドセメントクリンカー、早強ポルトランドセメントクリンカー、中庸熱ポルトランドセメントクリンカー、低熱ポルトランドセメントクリンカーが使用できる。
ポルトランドセメントクリンカー粉砕物のブレーン比表面積は、モルタルやコンクリートのブリーディングの低減、流動性、強度発現性等の観点から、3000〜4500cm2/gであることが好ましい。
高炉スラグ粉末の混合量は、ポルトランドセメントクリンカー粉砕物100質量部に対して、250質量部以下が好ましく、10〜200質量部がより好ましく、20〜150質量部が更に好ましい。高炉スラグの混合量が250質量部を超えると、強度発現性及び耐中性化特性が低下する。なお、フライアッシュ及びシリカフュームを使用しない場合は、高炉スラグの混合量は、ポルトランドセメントクリンカー粉砕物100質量部に対して、20質量部以上とする。
フライアッシュの混合量は、ポルトランドセメントクリンカー粉砕物100質量部に対して、100質量部以下が好ましく、5〜60質量部がより好ましく、10〜50質量部が更に好ましい。フライアッシュの混合量が100質量部を超えると、強度発現性及び耐中性化特性が低下する。なお、高炉スラグ粉末及びシリカフュームを使用しない場合は、フライアッシュの混合量は、ポルトランドセメントクリンカー粉砕物100質量部に対して、5質量部以上とする。
シリカフュームの混合量は、ポルトランドセメントクリンカー粉砕物100質量部に対して、60質量部以下が好ましく、2〜50質量部がより好ましく、4〜40質量部が更に好ましい。シリカフュームの混合量が60質量部を超えると、流動性及び耐中性化特性が低下する。なお、高炉スラグ粉末及びフライアッシュを使用しない場合は、シリカフュームの混合量は、ポルトランドセメントクリンカー粉砕物100質量部に対して、4質量部以上とする。
石膏の混合量は、セメント組成物中に全SO3換算で1.0〜4.0質量%、特に1.5〜3.5質量%、更に1.8〜3.0質量%となるように配合するのが、凝結性状や、強度発現性及び耐中性化特性の観点から好ましい。
石灰石粉末の混合量は、ポルトランドセメントクリンカー粉砕物100質量部に対して、30質量部以下が好ましく、1.5〜20質量部がより好ましく、2〜10質量部が更に好ましい。石灰石粉末の混合量が30質量部を超えると、セメント組成物の強度発現性が低下する。
得られるセメント組成物は、(1)シリカフュームを使用しない場合は、ブレーン比表面積が2500〜4500cm2/gであること、(2)シリカフュームを使用する場合は、BET比表面積が4000〜20000cm2/gであることが、モルタルやコンクリートのブリーディングの低減や、流動性、強度発現性の観点から好ましい。
(1)焼成物の製造:
表1に示す化学組成の石灰石及び下水汚泥を原料として焼成物を製造した。焼成は、ロータリーキルンを用いて焼成温度1350℃で行った。なお、焼成物の鉱物組成は、C2S:100質量部に対して、C2AS:51質量部、C4AF:37質量部、C3A:0質量部、フリーライム:0.6質量部であった。
下記の材料を使用した。
(a)試製普通ポルトランドセメントクリンカー(C3S:100質量部、C2S:25質量部、C4AF:14 質量部、C3A:16質量部、フリーライム:0.7質量部)
(b)焼成物の粉砕物:上記焼成物をブレーン比表面積3200cm2/gに粉砕したもの。
(c)高炉スラグ粉末:ブレーン比表面積4500cm2/gのもの。
(d)フライアッシュ:ブレーン比表面積4000cm2/gのもの。
(e)シリカフューム:BET比表面積11m2/gのもの。
(f)石灰石粉末:ブレーン比表面積5200cm2/gのもの。
(g)石膏:ブレーン比表面積4000cm2/gの二水石膏。
試製普通ポルトランドセメントクリンカーをバッチ式ボールミルでブレーン比表面積が3250cm2/gとなるように粉砕後、各材料を表2に示す割合で混合し、セメント組成物を製造した。
得られたセメント組成物について、モルタルフロー、モルタル圧縮強さ及び中性化特性を評価した。
結果を表3に示す。
(1)モルタルフロー:
W/C=0.35、S/C=2、セメント組成物に対して0.8質量%のポリカルボン酸系高性能AE減水剤を混合したものを、5分間混練したモルタルについて、「JIS A 1171:2000(ポリマーセメントモルタルの試験方法)」で規定している鋼製のスランプコーン(上面内径50±0.5mm、下面内径100±0.5mm、高さ150±0.5mm)を用い、JIS A 1171規格 6.6.2項(フレッシュポリマーセメントモルタルの試験方法)に準じて、ミニスランプコーンを2〜3秒で引き抜く方法によりモルタルフローを測定した。
(2)モルタル圧縮強さ:
3日、7日及び28日後のモルタル圧縮強さを、「JIS R 5201」に従って測定した。
(3)中性化特性
「JIS R 5201」に従って作成した供試体を28日間標準養生し、その後温度20℃、相対湿度60%の室内で28日間乾燥させた。促進中性化試験はCO2濃度5%、温度20℃、相対湿度60%の条件下で行った。中性化深さはフェノールフタレインの1%エタノール溶液を噴霧し、未着色部分の厚さから求めた。
一方、焼成物の粉砕物を含まないセメント組成物(No.12、13)では、耐中性化特性が劣っていた。
Claims (7)
- (A)高炉スラグ粉末、フライアッシュ、シリカフュームから選ばれる一種以上の粉末と、(B)2CaO・SiO2及び2CaO・Al2O3・SiO2を含有し、2CaO・SiO2100質量部に対して、2CaO・Al2O3・SiO2+4CaO・Al2O3・Fe2O3が10〜100質量部であり、3CaO・Al2O3の含有量が20質量部以下である焼成物の粉砕物を含むことを特徴とするセメント添加材。
- さらに石膏を含む請求項1記載のセメント添加材。
- さらに石灰石粉末を含む請求項1又は2に記載のセメント添加材。
- 焼成物が、産業廃棄物、一般廃棄物及び建設発生土から選ばれる一種以上を原料として製造した焼成物である請求項1〜3のいずれか1項記載のセメント添加材。
- (A)高炉スラグ粉末、フライアッシュ、シリカフュームから選ばれる一種以上の粉末と、(B)2CaO・SiO2及び2CaO・Al2O3・SiO2を含有し、2CaO・SiO2100質量部に対して、2CaO・Al2O3・SiO2+4CaO・Al2O3・Fe2O3が10〜100質量部であり、3CaO・Al2O3の含有量が20質量部以下である焼成物の粉砕物と、(c)石膏と、(D)ポルトランドセメントクリンカー粉砕物を含むことを特徴とするセメント組成物。
- さらに石灰石粉末を含む請求項5記載のセメント組成物。
- 焼成物が、産業廃棄物、一般廃棄物及び建設発生土から選ばれる一種以上を原料として製造した焼成物である請求項5又は6に記載のセメント組成物。
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