JP2008120621A - セメント組成物 - Google Patents

Abstract

【課題】 粘度が高く、骨材や水の分離が少なく、後膨張の少ない、耐久性のあるものの提供が可能となるミクロフィブリル化した繊維物質を含有するセメント組成物を提供する。
【解決手段】 セメント、アルミノケイ酸カルシウムガラス、石膏、凝結遅延剤、ミクロフィブリル化した繊維物質、及び水とを含有してなるセメント組成物、ミクロフィブリル化した繊維物質を水に分散した増粘性物質とを含有してなる該セメント組成物、さらに、亜硝酸リチウムを、また、ガラス破砕物を含有してなる該セメント組成物、並びに、増粘性物質の粘度が、Ｂ型粘度計で100〜20,000mPa・sである該セメント組成物を構成とする。
【選択図】 なし

Description

本発明は、ミクロフィブリル化した繊維物質を含有するセメント組成物に関する。

従来から、建築、土木分野では、モルタル又はコンクリ−トに粘性を増大させるものとして、水中においても材料分離しにくい性能を付与する水中不分離性混和剤や、例えば、吹付けコンクリ−ト工法において発生する粉塵を低減させる水溶性高分子が、また、高流動コンクリ−トに使用される高分子化合物が使用されている。これら水中不分離性混和剤、水溶性高分子、及び高分子化合物は、水に溶け、あるいは膨潤してコンクリ−トの粘性を高めている（非特許文献１参照）。
しかしながら、これら水中不分離性混和剤、水溶性高分子、及び高分子化合物は、セメント粒子に吸着するもので、凝結遅延性が大きく、遅延性の少ないものでも、併用する化学混和剤により凝結遅延が生じるという課題があった。

一方、ミクロフィブリル化した繊維物質は、食品添加物として、ゼリーの強度向上、食感の向上、付着防止、及び離型性向上のために使用されている。
また、清酒のろ過助剤としても使用されている。

また、建築、土木分野では、例えば、押出成形用に、セメントや珪砂、また、補強用繊維として、また、表面平滑性を向上させるため、微小フィビリル化セルロースを用いることは公知である（特許文献１）。
さらに、建築物の外壁材や内壁材等に使用される珪酸カルシウム硬化体製造にミクロフィブリル化セルロースを用い、スラリーの水／固体比が高いときに沈下を防ぐことは公知である（特許文献２参照）。
しかしながら、いずれも、セメントコンクリートを増粘させるために微小フィビリル化セルロースを用いるものではない。

「コンクリート混和剤の開発と最新技術」、シーエムシー社発行、1995年９月18日、p.70-80 特公平０６−０９９１７３号公報 特開２００１−１２２６７４号公報

このように、従来使用されている、セメントコンクリートの粘性を増大させるものは、セメント粒子に吸着するため、凝結遅延性が大きく、施工が遅れるという課題があった。

本発明者は、鋭意検討を重ねた結果、特定の繊維物質を使用することにより、上記課題が解決できるという知見を得て本発明を完成するに至った。

本発明は、セメント、アルミノケイ酸カルシウムガラス、石膏、凝結遅延剤、ミクロフィブリル化した繊維物質、及び水を含有してなるセメント組成物であり、セメント、アルミノケイ酸カルシウムガラス、石膏、及び凝結遅延剤と、ミクロフィブリル化した繊維物質を水に分散した増粘性物質とを含有してなるセメント組成物であり、さらに、亜硝酸リチウムを、また、ガラス破砕物を含有してなる該セメント組成物であり、増粘性物質の粘度が、Ｂ型粘度計で100〜20,000mPa・sである該セメント組成物である。

本発明のセメント組成物を使用することにより、粘度が高く、骨材や水の分離が少なく、後膨張の少ない、耐久性のあるものの提供が可能となる。

以下、本発明を詳しく説明する。
本発明で使用する部は特に規定のない限り質量基準である。
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。

本発明で使用するセメントは、通常市販されている普通、早強、中庸熱、低熱、及び超早強等の各種ポルトランドセメント、これらのポルトランドセメントに、フライアッシュや高炉スラグなどを混合した各種混合セメント、並びに、エコセメントなどが挙げられ、これらを微粉末化して使用することも可能である。

本発明で使用するアルミノケイ酸カルシウムガラス（以下、ＣＡＳガラスという）は、カルシア（CaO）を含む原料と、アルミナ（Al₂O₃）を含む原料、及びケイ酸（SiO₂）を含む原料等を混合して、キルンでの焼成や、電気炉での溶融等の熱処理をして得られる、CaO、Al₂O₃、及びSiO₂を主たる成分とし、水和活性を有する物質の総称である。
ＣＡＳガラスは、例えば、溶融体を圧縮空気や高圧水等により急冷することによって得られるガラス質である。
ＣＡＳガラス中のCaO、Al₂O₃、及びSiO₂の割合は特に限定されるものではないが、CaO 30〜60部、Al₂O₃ 20〜60部、及びSiO₂５〜25部が好ましく、CaO 30〜55部、Al₂O₃ 30〜60部、及びSiO₂ 10〜20部がより好ましい。CaOが30部未満、あるいは、Al₂O₃が60部を超えると急硬性が劣る場合があり、CaOが60部を超えるか、あるいは、Al₂O₃が20部未満では凝結遅延剤を多量に併用しても瞬結する場合がある。また、SiO₂が５部未満では長期的な強度の伸びが期待できない場合があり、25部を超えると初期強度が小さい場合がある。
また、ＣＡＳガラス中のガラス質は80％以上が、強度発現性が良好であることから好ましい。
ＣＡＳガラスの粒度は、ブレーン比表面積値（以下、ブレーン値という）で3,000cm²/g以上が好ましく、4,000cm²/g以上がより好ましい。3,000cm²/g未満では急硬性や初期強度発現性が低下する場合がある。

本発明で使用する石膏は、市販のいずれの石膏も使用できるが、強度発現性の面で、II型無水石膏及び／又は天然無水石膏の使用が好ましい。
石膏の粒度は、ブレーン値で3,000cm²/g以上が好ましく、4,000〜7,000cm²/gがより好ましい。3,000cm²/g未満では初期強度発現性が低下する場合がある。
石膏の使用量は、ＣＡＳガラスと石膏からなる急硬成分100部中、30〜80部が好ましく、35〜70部がより好ましい。30部未満では長期強度発現性が低下する場合があり、80部を超えると初期強度発現性が低下する場合がある。

急硬成分の使用量は、セメントと急硬成分からなる急硬セメント100部中、５〜30部が好ましく、10〜25部がより好ましい。５部未満では初期強度発現性が小さい場合があり、30部を超えると長期強度が小さい場合がある。

本発明で使用する凝結遅延剤は、施工時の作業性保持を可能とするものであり、通常は粉状で使用する。
凝結遅延剤としては、有機酸類やアルカリ金属炭酸塩類等が挙げられる。これらの中では、硬化時間をコントロールでき、硬化後の強度発現性が良好な点で、有機酸類とアルカリ金属炭酸塩類を併用することが好ましい。

有機酸類とは、有機酸又はその塩であり、具体的には、クエン酸、グルコン酸、酒石酸、及びリンゴ酸等のオキシカルボン酸又はこれらの塩の一種又は二種以上であり、その塩としては、ナトリウム塩やカリウム塩が好ましい。これらの中では、使用量と正比例して凝結時間が長くなり、施工時の作業時間のコントロールがしやすく、凝結遅延剤をスラリー化した場合に、カルシウム成分と化学反応を起こしにくい、有機酸塩が好ましく、オキシカルボン酸塩がより好ましい。

アルカリ金属炭酸塩類（以下、炭酸アルカリという）としては、炭酸リチウム、炭酸ナトリウム、及び炭酸カリウムなどの炭酸塩や、炭酸水素ナトリウムや炭酸水素カリウムなどの重炭酸塩が挙げられ、これらのうち、硬化後の強度発現性が良好な面で、アルカリ金属炭酸塩が好ましく、炭酸カリウムがより好ましい。

有機酸類とアルカリ金属炭酸塩類を併用する場合の有機酸類の使用量は、炭酸アルカリ100部に対して、５〜200部が好ましく、10〜100部がより好ましい。５部未満では硬化時間をコントロールしにくく、施工がしにくい場合があり、200部を超えると強度発現性が低下する場合がある。

凝結遅延剤の使用量は、施工の作業時間、温度、及び凝結遅延剤の組成等により幅があるため、一義的に決定することは難しいが、本発明では、急硬セメント100部に対して、0.1〜５部が好ましく、0.3〜３部がより好ましい。0.1部未満では硬化時間が短くて施工しにくい場合があり、５部を超えると強度発現性が低下する場合がある。

本発明で使用するミクロフィブリル化した繊維物質とは、パルプ繊維、アラミド繊維、アクリル繊維、ポリエチレン繊維、及びポリプロピレン繊維を、例えば、超高圧ホモジナイザー処理等による強力な機械的せん断力を加え、分繊し、細かく、ミクロフィブリル化したものである。
繊維物質の繊維太さは、0.01〜0.3μｍが好ましい。0.01μｍ未満では、製造上の機械的エネルギーが大きくなり不経済であり、0.3μｍを超えると増粘性が得られない場合がある。
本発明では繊維物質を、通常、水に分散して使用する。

繊維物質は、急硬セメント100部に対して、固形分濃度で0.01〜３部使用することが好ましい。固形分濃度が0.01部未満では、必要とする粘度が低く、骨材や水の分離が少ないものが得られない場合があり、３部を超えると粘性が高すぎ、急硬セメントと水の混合が不充分となる場合がある。
繊維物質を、水に均一に分散させるためにホモディスパーなどを用いて強力に撹拌することが好ましい。

本発明では、繊維物質を水に分散した増粘性物質の粘度は、Ｂ型粘度計で100〜20,000mPa・sであることが好ましい。100mPa・s未満では、粘度が低く、骨材や水の分離が少ないものが得られない場合があり、20,000mPa・sを超えると、粘性が高すぎ急硬セメントとの混合が不充分となる場合がある。

本発明では、錆やアルカリ骨材反応を抑制する面から、亜硝酸リチウム使用することは好ましい。
亜硝酸リチウムの使用量は、急硬セメント100部に対して、0.1〜３部が好ましく、0.5〜２部がより好ましい。0.1部未満ではアルカリ骨材反応の抑制効果が小さい場合があり、３部を超えても使用量に対するアルカリ骨材反応の抑制性効果が得られず不経済の場合がある。

本発明では骨材を使用することが可能である。通常は５mm以下の細骨材が使用される。
骨材としては、天然砂、珪砂、及び石灰砂等が挙げられる。
また、モース硬度４以上の硬質陶器、硬質磁器、金属、天然又は人工のコランダム（鋼玉）、エメリー、正長石、溶融石英、黄玉、溶融アルミナ、及び溶融ジルコニアなどが挙げられ、モース硬度5.5以上のものも使用可能である。
骨材の使用量は、急硬セメント100部に対して、５〜300部が好ましく、10〜200部がより好ましい。５部未満では所定の強度が得にくく、耐力が得られない場合があり、300部を超えると施工がしにくく、所定の構造物が得られない場合がある。

また、本発明では、骨材の一部としてガラス破砕物を使用することが、均一に分散されることから好ましい。
本発明で使用するガラス破砕物としては、産業廃棄物である廃ガラス、ガラス管等、通常のガラスの破砕物等が挙げられ、最大寸法は、骨材と同様５mm以下のものが通常使用され、1.2mm以下のものがより好ましい。
ガラス破砕物の使用量は、急硬セメント100部に対して、200部以下が好ましく、150部以下がより好ましい。200部を超えると施工時のワーカビリティーが得られない場合がある。

本発明で使用する水は、セメント、ＣＡＳガラス、及び石膏の水和を阻害しなければ特に限定されるものではない。通常は、水道水が使用される。
水・急硬セメント比（Ｗ／Ｐ）は、繊維物質を分散させる水も含め、15〜300％が好ましく、20〜150％がより好ましい。15％未満ではセメントの粘性が大きくなり、作業性や施工性が低下する場合があり、300％を超えると分離が大きくなる場合がある。

本発明では、さらに、減水剤を使用することが可能である。
減水剤とは、流動性を得るものであり、液体や粉体いずれも使用でき、具体的には、リグニンスルホン酸塩やその誘導体、高性能減水剤等が挙げられ、これらのうちの一種又は二種以上が使用可能である。水・急硬セメント比が小さい場合は、流動性が大きく、減水性が高い高性能減水剤の使用が好ましい。

高性能減水剤としては、ポリエチレングリコールなどのポリオール誘導体、芳香族スルホン酸系高性能減水剤、ポリカルボン酸系高性能減水剤、エチレングリコール鎖やスルホン酸基を含有するポリエーテル系高性能減水剤、メラミン系高性能減水剤、及びこれらの混合物等が挙げられる。これらの中では、凝結遅延効果、流動性、及び圧送性が大きい点で、芳香族スルホン酸系、ポリカルボン酸系、及びポリエーテル系高性能減水剤が好ましい。

減水剤の使用量は、急硬セメント100部に対して、固形分換算で0.01〜３部が好ましく、0.1〜２部がより好ましい。0.01部未満ではセメントコンクリートの所定のワーカビリティーが得られない場合があり、３部を超えるとセメントコンクリートの凝結が不良となり、初期強度発現性が小さい場合がある。

以下、本発明を実験例にて詳細に説明するが、本発明はこれら実験例に限られるものではない。

実験例１
急硬セメント100部に対して、表１に示す量の繊維物質を水42部に均一に分散させた増粘性物質を調製して粘度を測定した。調製した増粘性物質と、セメントα80部、ＣＡＳガラス10部、及び石膏10部からなる急硬セメント100部と、凝結遅延剤1.5部と、骨材200部とを使用し、JIS R 5201 セメントの物理試験方法に準拠して、練り混ぜ、供試体を作製し、ブリーディング率と圧縮強度を測定した。結果を表１に併記する。
また、比較のため各種増粘材料を水42部に分散させて粘度を測定し、同様に実験を行った。その結果を表１に併記する。

＜使用材料＞
セメントα：普通ポルトランドセメント、３種混合品、ブレーン値3,490cm²/g、密度3.15g/cm³
ＣＡＳガラス：CaO／Al₂O₃／SiO₂＝50／45／10、ガラス化率100％、ブレーン値4,800cm²/g
石膏 ：無水セッコウの粉砕品、ブレーン値4,800cm²/g
凝結遅延剤：クエン酸／炭酸カリウム重量比３／７の混合物
繊維物質Ａ：ミクロフィブリル化したパルプ繊維、繊維太さ0.02μｍ
増粘材料Ｂ：高吸水性樹脂、高重合度ポリアクリル酸ナトリウム架橋体、平均粒径150μｍ
増粘材料Ｃ：メチルセルロースエーテル、粘度グレード8000
増粘材料Ｄ：ポリエチレンオキサイド、平均分子量300万
骨材 ：姫川産、５mm下品
水 ：水道水

＜測定方法＞
粘度 ：Ｂ型粘度計を使用し、20℃、20RPM、回転開始30秒後測定
ブリーディング率：ＰＣグラウトのブリーディング率および膨張率試験方法（容器方法）（ＪＳＣＥ-F533-1999）に準拠
圧縮強度 ：JIS R 5201セメントの物理試験方法に準じて測定

実験例２
表２に示す各材料からなる急硬セメント100部と、急硬セメント100部に対して、繊維物質0.4部を水42部に均一に分散させた増粘性物質とを使用したこと以外は実験例１と同様に行い、硬化時間と圧縮強度を測定した。結果を表２に併記する。

＜測定方法＞
硬化時間 ：測定温度が１℃上昇した、混合からの時間（分）

実験例３
急硬セメント100部に対して、表３に示す亜硝酸リチウムと、急硬セメント100部に対して、繊維物質0.4部を水42部に均一に分散させた増粘性物質とを使用したこと以外は実験例１と同様に行い、硬化時間と圧縮強度を測定した。結果を表３に併記する。

＜使用材料＞
亜硝酸リチウム：市販品、40％濃度

実験例４
急硬セメント100部に対して、表４に示すガラス破砕物と、急硬セメント100部に対して、繊維物質0.4部を水42部に均一に分散させた増粘性物質とを使用したこと以外は実験例１と同様に行い、硬化時間と圧縮強度を測定した。結果を表４に併記する。

＜使用材料＞
ガラス破砕物イ：ホウ酸珪酸ガラス管の破砕品、1.2mm下

実験例５
急硬セメント100部に対して、表５に示すガラス破砕物、亜硝酸リチウム、及び骨材と、急硬セメント100部に対して、繊維物質0.4部を水42部に均一に分散させた増粘性物質とを使用したこと以外は実験例１と同様に行い、長さ変化率と圧縮強度を測定した。結果を表５に併記する。

＜使用材料＞
ガラス破砕物ロ：廃ガラス、1.2mm下

＜測定方法＞
長さ変化率：JIS A 1129 モルタル及びコンクリートの長さ変化試験方法、JIS A 1146 骨材のアルカリシリカ反応性試験方法（モルタルバー法）

実験例６
急硬セメント100部に対して、表６に示す量の繊維物質を水42部に均一に分散させた増粘性物質と、セメントβ80部、ＣＡＳガラス10部、及び石膏10部からなる急硬セメント100部と、凝結遅延剤１部と、骨材100部と、亜硝酸リチウムを固形分換算で１部使用し、JIS R 5201 セメントの物理試験方法に準拠して、練り混ぜ、供試体を作製し、ブリーディング率と圧縮強度を測定した。結果を表６に併記する。

＜使用材料＞
セメントβ：早強ポルトランドセメント、３種混合品、ブレーン値4,52cm²/g、密度3.12g/cm³

実験例７
水42部に繊維物質0.4部を分散させ、表７に示す粘度に調整した増粘性物質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７に併記する。

実験例８
水100部に表８に示す量の繊維物質を分散させ、実験例１で使用した急硬セメントと、実験例１と同様に練り混ぜ、ペーストを調製し、ブリーディング率と圧縮強度を測定した。結果を表８に併記する。

＜測定方法＞
ブリーディング率：プレパクトコンクリートの注入モルタルのブリーディング率及び膨脹率試験方法（ポリエチレン袋方法）、JSCE-F 522-1999
圧縮強度 ：円柱供試体を用いたモルタルまたはセメントペーストの圧縮強度試験方法、JSCE-G 505-1999

セメントモルタル、ペーストを増粘させ、分離防止して、耐久性のあるセメント組成物として利用可能である。

Claims (5)

1. セメント、アルミノケイ酸カルシウムガラス、石膏、凝結遅延剤、ミクロフィブリル化した繊維物質、及び水を含有してなるセメント組成物。
2. セメント、アルミノケイ酸カルシウムガラス、石膏、及び凝結遅延剤と、ミクロフィブリル化した繊維物質を水に分散した増粘性物質とを含有してなるセメント組成物。
3. さらに、亜硝酸リチウムを含有してなる請求項１又は請求項２に記載のセメント組成物。
4. さらに、ガラス破砕物を含有してなる請求項１〜請求項３のうちのいずれか一項に記載のセメント組成物。
5. 増粘性物質の粘度が、Ｂ型粘度計で100〜20,000mPa・sである請求項２〜請求項４のうちのいずれか一項に記載のセメント組成物。