JP2008290916A - 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】膨張材や収縮低減剤の添加量が少なくても、コンクリートの収縮量を少なくすることができる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)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、(B)膨張材及び/又は収縮低減剤を含むセメント添加材。該セメント添加材は、さらに(C)石膏を含むことができる。
セメントと、上記セメント添加材とからなるセメント組成物。
【選択図】なし

Description

本発明は、膨張材や収縮低減剤の添加量が少なくても、コンクリートの収縮量を少なくすることができ、かつ、流動性や強度発現性が良好なセメント添加材及びセメント組成物に関する。
従来より、コンクリートの性能を改善するために、コンクリート中の水やセメントの量を多くすることが行われている。例えば、コンクリートの作業性を改善するために水量を多くしたり、コンクリートを高強度化するためにセメントの量を多くして水セメント比を小さくすることが行われている。このようなコンクリートでは、自己収縮や乾燥収縮が大きくなるため、収縮量を少なくするために膨張材や収縮低減剤が用いられてきた(特許文献1)。
しかしながら、コンクリートの収縮量を少なくするためには、膨張材や収縮低減剤の添加量が多くなるため、コンクリートの流動性の経時低下が大きくなる、凝結遅延が生じる、強度発現性が低下する等の問題が生じることがある。また、コンクリートのコストが高くなるという問題もある。
特開平11−35360号公報
従って、本発明の目的は、膨張材や収縮低減剤の添加量が少なくても、コンクリートの収縮量を少なくすることができるセメント添加材及びセメント組成物を提供することにある。
本発明者らは、斯かる実情に鑑み、鋭意検討した結果、特定の鉱物組成を有する焼成物の粉砕物と、膨張材及び/又は収縮低減剤を組み合わせることにより、膨張材や収縮低減剤の添加量を少なくできることを見出し、本発明を完成した。
すなわち、本発明は、(A)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、(B)膨張材及び/又は収縮低減剤を含むことを特徴とするセメント添加材を提供するものである。
また、本発明は、セメントと、当該セメント添加材とからなるセメント組成物を提供するものである。
本発明のセメント添加材を用いれば、膨張材や収縮低減剤の添加量が少なくても、コンクリートの収縮量を少なくすることができる。また、コンクリートの流動性の経時低下も小さく、凝結遅延や強度発現性の低下等の問題も生じ難い。
さらに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。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。また、膨張材や収縮低減剤の添加量を少なくして、コンクリートの収縮量を少なくすることが困難となる。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。
焼成物は、C2S100質量部に対する3CaO・Al2O3(以降、C3Aと称す)の含有量が20質量部以下、好ましくは10質量部以下である。C3Aの含有量が20質量部を超えると、セメント組成物の流動性が悪化するうえ、コンクリートの流動性の経時低下も大きくなる。
このような焼成物の原料としては、一般のポルトランドセメントクリンカー原料、例えば、石灰石、生石灰、消石灰等のCaO原料、珪石、粘土等のSiO2原料、粘土等のAl2O3原料、鉄滓、鉄ケーキ等のFe2O3原料を使用することができる。
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。
焼成物の鉱物組成は、使用原料中のCaO、SiO2、Al2O3、Fe2O3の各含有量(質量%)から、次式により求めることができる。
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
従って、例えば、廃棄物原料中にカルシウムが不足する場合には、その不足分を調整するために、石灰石等を混合して用いることができる。混合割合は、廃棄物原料の組成に応じて、得られる焼成物の組成が、本発明の範囲内になるよう、適宜決定すれば良い。
これらを焼成する際の焼成温度は、1200〜1400℃、特に1250〜1370℃であるのが、焼成工程の熔融相の状態が良好であるので好ましい。
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、セメント組成物の流動性や強度発現性等から、1.5質量%以下、特に1質量%以下であることが好ましい。
本発明のセメント添加材は、上記焼成物の粉砕物に加えて、さらに膨張材及び/又は収縮低減剤を含むものである。膨張材としては、カルシウムサルホアルミネート系膨張材、石灰系膨張材等が挙げられ、市販品としては、例えば、太平洋マテリアル株式会社製「エクスパン」、「N-EX」、「ジプカル」、電気化学工業株式会社製「デンカCSA」等が挙げられる。膨張材の粉末度は、ブレーン比表面積で2000cm2/g以上が好ましい。膨張材のブレーン比表面積が2000cm2/g未満では、コンクリートの収縮量を少なくする効果が小さくなる。膨張材の粉末度は、コストや、コンクリートの作業性、収縮量の低減の観点から、2500〜8000cm2/gがより好ましい。
収縮低減剤は、水に溶解してその表面張力を低下する作用を持つものであり、例えば、低級アルコールアルキレンオキサイド付加物系、アルコール系、グリコールエーテル・アミノアルコール誘導体系、ポリエーテル系、及び低分子量アルキレンオキシド共重合体系等が挙げられ、市販品としては、例えば、電気化学工業株式会社製「エスケーガード」、エフ・ピー・ケー株式会社製「ヒビガード」、竹本油脂株式会社製「ヒビダン」、太平洋マテリアル株式会社製「テトラガード」等が挙げられる。
本発明のセメント添加材は、さらに石膏を含むことができる。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。石膏のブレーン比表面積は、コンクリートの収縮量の低減や、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。
本発明のセメント組成物は、セメントと、上記セメント添加材とからなるものである。
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、高炉水砕スラグ、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、並びに、石灰石粉末等を混合した石灰石フィラー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使用可能である。
焼成物の粉砕物の配合量は、セメント100質量部に対して、5〜100質量部が好ましく、コンクリートの流動性や強度発現性の観点から7〜70質量部がより好ましく、10〜50質量部が特に好ましい。焼成物の粉砕物の配合量が5質量部未満では、セメント組成物の流動性が低下するうえ、コンクリートの流動性の経時低下も大きくなる。また、膨張材や収縮低減剤の添加量を少なくして、コンクリートの収縮量を少なくすることが困難となる。一方、該粉砕物の配合量が100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ことがある。
膨張材の配合量は、
(1)収縮低減剤を使用しない場合は、セメント100質量部に対して、1〜15質量部が好ましく、コンクリートの収縮量の低減や、流動性、強度発現性の観点から3〜13質量部がより好ましく、5〜10質量部が更に好ましい。
(2)収縮低減剤を使用する場合は、セメント100質量部に対して、0〜15質量部が好ましく、コンクリートの収縮量の低減や、流動性、強度発現性の観点から1〜10質量部がより好ましく、2〜8質量部が更に好ましい。
膨張材の配合量が前記範囲より少ないと、コンクリートの収縮量を少なくすることが困難となる。膨張材の配合量が前記範囲より多いと、コンクリートの流動性の経時低下が大きくなる、強度発現性が低下する等の問題が生じることがある。
収縮低減剤の配合量は、
(1)膨張材を使用しない場合は、セメント100質量部に対して、0.5〜4質量部が好ましく、コンクリートの収縮量の低減や、流動性、強度発現性の観点から1〜3質量部がより好ましく、1〜2質量部が更に好ましい。
(2)膨張材を使用する場合は、セメント100質量部に対して、0〜3質量部が好ましく、コンクリートの収縮量の低減や、流動性、強度発現性の観点から0.3〜2.5質量部がより好ましく、0.5〜2質量部が更に好ましい。
収縮低減剤の配合量が前記範囲より少ないと、コンクリートの収縮量を少なくすることが困難となる。収縮低減剤の配合量が前記範囲より多いと、凝結遅延が生じたり、強度発現性が低下する等の問題が生じることがある。
石膏の配合量は、セメント組成物中の全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%配合するのが、充分な作業時間を確保でき、かつ、一般的な凝結性状が得られるので好ましい。
本発明のセメント組成物において、各材料の混合方法は特に限定されるものではなく、それぞれの材料を混練時に混合しても良いし、あらかじめ一部、あるいは全部を混合しておいても良い。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。
次に、実施例を挙げて本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらに何ら制限されるものではない。
実施例1
(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。
Figure 2008290916
(2)セメント添加材の材料
下記の材料を使用した。
(a)焼成物の粉砕物:上記焼成物を、ボールミルを用いてブレーン比表面積3200cm2/gに粉 砕したもの。
(b)膨張材:太平洋マテリアル株式会社製「ジプカル」
(c)収縮低減剤:太平洋マテリアル株式会社製「テトラガードAS21」
(d)石膏:ブレーン比表面積4000cm2/gの二水石膏。
(3)セメント組成物の配合
試製普通ポルトランドセメントクリンカー粉砕物(C3S:100質量部、C2S:25質量部、C4AF:14質量部、C3A:16質量部、ブレーン比表面積:3250cm2/g)に上記各材料を表2に示す割合で配合した。なお、収縮低減剤以外の各材料は、モルタルの混練前にヘンシェルミキサを用いて混合した。収縮低減剤は、練混ぜ水に溶解させて練混ぜ水の一部として使用した。
各セメント組成物について、流動性、圧縮強さ及び収縮量を評価した。
結果を表3に示す。
(評価方法)
(1)流動性:
水/セメント組成物=0.3、細骨材/セメント組成物=1.5で、セメント組成物に対して1.2質量%のナフタレンスルホン酸系高性能減水剤(マイテイ150)を添加し、4分間混練したモルタルについて、フローコーン(上面直径7cm、下面直径10cm、高さ6cmのコーン)を用いて、混練直後及び30分経過後のフロー値を測定した。
なお、細骨材は、小笠産砕砂(絶乾密度:2.56g/cm3、吸水率:1.7%、FM:2.77)を使用した。
(2)圧縮強さ:
水/セメント組成物=0.3、細骨材/セメント組成物=1.5で、セメント組成物に対して1.5質量%のナフタレンスルホン酸系高性能減水剤(マイテイ150)を添加し、4分間混練したモルタルについて、4×4×16cmの型枠を用いて「JIS R 5201(セメントの物理試験方法)」に従って成形、養生し、材齢7日及び28日の圧縮強さを「JIS R 5201(セメントの物理試験方法)」に従って測定した。
なお、細骨材は、小笠産砕砂(絶乾密度:2.56g/cm3、吸水率:1.7%、FM:2.77)を使用した。
(3)収縮量:
各セメント組成物を用いたモルタルの自己収縮ひずみを、(社)日本コンクリート工学協会 自己収縮研究委員会「セメントペースト、モルタル及びコンクリートの自己収縮及び自己膨張試験方法(案)」に従って測定した。
乾燥収縮は、材齢7日から、20℃、R.H.60%の室内で気中養生を行い、「JIS A 1129-3(モルタル及びコンクリートの長さ変化試験方法-第3部:ダイヤルゲージ法)」に従って測定した。
Figure 2008290916
Figure 2008290916
表3より、本発明のセメント添加材を含むセメント組成物(No.1〜5)では、膨張材や収縮低減剤の添加量が少なくても、コンクリートの収縮量を少なくできることが分かる。また、該セメント組成物では、流動性の経時低下も小さく、強度発現性も良好であることが分かる。

Claims (5)

  1. (A)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、(B)膨張材及び/又は収縮低減剤を含むことを特徴とするセメント添加材。
  2. (C)石膏を含む請求項1記載のセメント添加材。
  3. 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又は2記載のセメント添加材。
  4. セメントと、請求項1〜3のいずれか1項記載のセメント添加材とからなるセメント組成物。
  5. 石膏を、SO3換算で1.0〜4.0質量%含有する請求項4記載のセメント組成物。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2018008849A (ja) * 2016-07-14 2018-01-18 三井住友建設株式会社 セメント組成物
KR102468029B1 (ko) * 2021-12-28 2022-11-17 주식회사 삼표산업 So3를 이용한 팽창량 통제 기술과 수축저감제를 이용한 표면장력 통제 기술이 적용된 초저수축 콘크리트 조성물

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