JP2010155741A

JP2010155741A - 低発熱膨張性混和材

Info

Publication number: JP2010155741A
Application number: JP2008334362A
Authority: JP
Inventors: Yutaka Nakajima; 裕中島
Original assignee: Taiheiyo Materials Corp
Current assignee: Taiheiyo Materials Corp
Priority date: 2008-12-26
Filing date: 2008-12-26
Publication date: 2010-07-15
Anticipated expiration: 2028-12-26
Also published as: JP5263955B2

Abstract

【課題】水和反応を遅らさずにモルタルやコンクリートの収縮を抑制できるだけの高い膨張力を十分発現でき、且つ膨張力発現時の水和発熱を飛躍的に低減させた膨張性混和材を提供する。
【解決手段】１０〜９０質量％の含有率で水酸化カルシウムを表面に有し、内部が生石灰である粒径１〜１０μｍの粒子（Ａ）と０〜１０質量％の含有率で水酸化カルシウムを表面に有し、内部が生石灰である粒径１０〜１５０μｍ粒子（Ｂ）を質量比（Ｂ／Ａ）で１．５〜６となるよう含有してなる低発熱膨張性混和材。
【選択図】なし

Description

本発明は、モルタルやコンクリートなどのセメント系材料に膨張性を付与するために混和する、発熱が低い膨張性混和材に関する。

セメント系のモルタルやコンクリートに膨張性を付与するために、水和反応性膨張性物質であるカルシウムサルホアルミネートや生石灰を有効成分とする膨張材を混和することは従来から広く知られている。（例えば、特許文献１〜２参照。）このうち生石灰系膨張材は、膨張力は強いが、膨張と同時にかなり発熱するため、例えば大型コンクリート部材などでは熱の逸散が遅くなり、熱膨張に起因するひび割れが生じる虞があった。この対策として、生石灰粒を粗大化し、水和反応の進行を遅らせて、発熱も遅らせる手段が講じられてきた。しかし、水和反応を遅らせるだけであるため十分な効果は得られず、また粗大粒はポップアウトを起こし易く、コンクリート表面を破壊する危険性も指摘されている。（例えば、特許文献３参照。）粗粒化によらずモルタルやコンクリート用の遅延剤を併用すれば、このような危険性を伴わずに発熱を遅らせることが可能である（例えば、特許文献４参照。）。しかし、遅延剤の使用はセメントの水和反応も遅らせてしまうという問題があった。また、生石灰粒子表面に水酸化カルシウムなどの被覆層を付与すると、表面活性が低下し、風化抵抗が高まることは知られているが（例えば、特許文献５参照。）、水酸化カルシウム量が多いと膨張量が不足する。逆に、少ないと発熱量が十分には下がらないといった問題が解決されていなかった。
特公昭４２−２１８４０号公報特開昭５３−１１７０号公報特開２００５−２１３１０２号公報特開２００７−２９７２２６号公報特開２００６−１５１７７２号公報

本発明は、水和反応を遅らさずにモルタルやコンクリートの収縮を抑制できるだけの高い膨張力を十分発現でき、且つ膨張力発現時の水和発熱を飛躍的に低減させた膨張性混和材を提供することを課題とする。

本発明者は、検討を重ねた結果、粒径と含有成分を調整することによって得た反応活性の比較的高い生石灰粒子と比較的低い生石灰粒子を特定の割合で混合した混和材が、水和反応によるエネルギーの熱エネルギーへの割合を少なくでき、その分を膨張圧へのエネルギーにできる可能性があることを見出し、この結果、高い発熱を生じることなくコンクリートなどの収縮を十分抑制できるほどの高い膨張性を発現でき、かつ水和反応も遅延させないという知見を得、本発明を完成させるに至った。

即ち、本発明は、１０〜９０質量％の含有率で水酸化カルシウムを表面に有し、内部が生石灰である粒径１〜１０μｍの粒子（Ａ）と０〜１０質量％の含有率で水酸化カルシウムを表面に有し、内部が生石灰である粒径１０〜１５０μｍ粒子（Ｂ）を質量比（Ｂ／Ａ）で１．５〜６となるよう含有してなる低発熱膨張性混和材である。また、本発明は、粒子（Ａ）の表面がさらにジエチレングリコールを有するものである前記の低発熱膨張性混和材である。

本発明の膨張性混和材を使用すれば、大型コンクリート部材などで熱膨張破壊を起こさずに、また製造期間や工期を遅らせることもなく、且つ膨張成分の比較的少ない使用量で収縮に起因するひび割れ抑制が十分可能となる。

本発明の膨張性混和材は生石灰を膨張発現性成分とするものである。本発明では、単粒子あたり１０〜９０質量％の含有率で水酸化カルシウムを表面に有し、内部が生石灰よりなる粒径１〜１０μｍの粒子（Ａ）と単粒子あたり０〜１０質量％の含有率で水酸化カルシウムを表面に有し（ただし、０質量％の含有率の粒子は水酸化カルシウムを有しない。）、内部が生石灰よりなる粒径１〜１０μｍの粒子（Ｂ）の２種類の粒子を使用する。

また、少なくとも前記粒子（Ａ）の生石灰の表面は水酸化カルシウムで完全に被覆された状態であるのが望ましいが、表面の概ね３０％程度までは覆われていない表面があっても良い。表面が水酸化カルシウムで殆ど覆われていない粒子（Ａ）は水和反応活性が著しく高く、高い発熱を呈すことがあるので適当ではない。また粒子（Ｂ）も生石灰の表面は水酸化カルシウムで被覆された状態であるのが望ましいが、覆われていない表面の存在割合は特に制限されず、水酸化カルシウムで覆われていないものでも許容される。

また、生石灰の表面に存在する水酸化カルシウムの量は、本発明では粒径によって異なるものとする。即ち、粒径が比較的小さい粒子、従って表面エネルギーが大きく水和反応活性の高い粒子である、表面の水酸化カルシウム層を含む粒径が１〜１０μｍの粒子（Ａ）では、単粒子あたり１０〜９０質量％の水酸化カルシウムを含有するものとする。１０質量％未満では水酸化カルシウムによる生石灰の水和反応速度抑制作用が不十分であり、水和発熱量が大きくなるので好ましくない。また、９０質量％を超えると膨張成分である生石灰量が少なくなり過ぎて所望の膨張力を発現できないので好ましくない。また、粒径が比較的大きい粒子、従って表面エネルギーが小さく、水和反応活性の低い粒子である、表面の水酸化カルシウム層を含む粒径が１０〜１５０μｍの粒子（Ｂ）では、単粒子あたりの水酸化カルシウムを含有量は１０質量％以下とし、全く水酸化カルシウムを含有しないものでも良い。水酸化カルシウムを含有量が１０質量％を超えると、生石灰の水和反応活性がかなり低下し、所望の膨張力を発現するのが困難となるので好ましくない。水酸化カルシウムの含有量を分ける境となる粒径を１０μｍとするのは、これよりも小粒径の生石灰の水和発熱量が圧倒的に多いため、調整することにより得られる効果が大きいからである。また、１５０μｍを超える粗大粒は膨張力の発現が乏しく、また１μｍ以下の粒子では水酸化カルシウムを表面に有する生石灰粒の製造が容易でないため、何れも水酸化カルシウムを含有する生石灰としては本発明の膨張性混和材に使用しない。

本発明の膨張性混和材は、前記の粒径が１〜１０μｍの粒子（Ａ）と粒径が１０〜１５０μｍの粒子（Ｂ）が含有されたものである。その含有量は、質量比（Ｂ／Ａ）で１．５〜６となるよう含有すれば、水和反応で大きい発熱量とならずに高い膨張性を発現できる。質量比（Ｂ／Ａ）が１．５未満では、１０μｍ以下の粒子分が多くなり過ぎるため、膨張性混和材中の水酸化カルシウム量が多くなって生石灰含有量が少なくなり、膨張力が低下することがあるので好ましくない。また、質量比（Ｂ／Ａ）が６を超えると粗粒分が増大し過ぎて、水和反応が遅延し、膨張力も低迷するので好ましくない。

また、本発明の膨張性混和材は、使用する粒径１〜１０μｍの粒子（Ａ）が、前記水酸化カルシウムの他にジエチレングリコールが生石灰の表面に含まれる粒子であることが好ましい。ジエチレングリコールを含むことによって、適度の水和遅延作用が付加され、より確実に生石灰の水和発熱量を低減することができる。ジエチレングリコールは直接生石灰表面を被覆した状態であっても、また水酸化カルシウムと混合状態で生石灰表面を被覆する状態の何れであっても良い。ジエチレングリコールの含有量は特に制限されないが、単粒子あたりの含有率０．００１〜０．１質量％とする。０．００１質量％未満では含有効果が実質見られず、また０．１質量％を超えると、水和反応が遅延し過ぎることがあるので適当ではない。尚、本発明の膨張性混和材は、本発明の効果を喪失させない限り、上記以外の成分を含むものであっても良い。

また、本発明の膨張性混和材の製造は、例えば次のような方法で行うことができる。生石灰粒を必要に応じて粉砕・分級し、所定の粒度の生石灰粒を望ましくは例えばヘンシェルミキサ、レーディゲミキサ、プロシェアミキサ等の混合機に入れ、混合機を稼働させながら例えばスチーム発生器で発生させた水蒸気を混合機中の生石灰粒に付着させ、表面に水和反応により水酸化カルシウム層を形成させる。ここで一般的な霧吹き等の噴霧機を使って水を添加させると、水滴が大き過ぎるため、水酸化カルシウム層の形成が粒子によって偏在したり、特に微粒の生石灰に対しては、水酸化カルシウムの含有量調整が甚だ困難となる。また、ジエチレングリコールを含有させる場合は、微粒の生石灰粒にジエチレングリコールを加えて軽混合した後、これに水蒸気を付着させながら前記のように混合する。

本発明の膨張性混和材は、モルタルやコンクリートへの使用に際しては、特に大量に混和させる必要もなく、従来の水和膨張性の膨張材と概ね同じように使用することができる。推奨される混和量は、モルタルではセメント含有量１００質量部あたり１〜１０質量部、コンクリートではセメント含有量１００質量部あたり１〜８質量部であるが、この推奨量に限定されるものではない。

以下、実施例により本発明を具体的に詳しく説明するが、本発明はここに表す実施例に限定されるものではない。

次のＣ１〜Ｃ２から選定される生石灰粒を用い、密封ケース内に設置したレディゲミキサに１００ｋｇ投入し、該ミキサを稼働させ、市販のスチーム発生装置で発生させた水蒸気をミキサ内の粒子に表１に表す量を約６０分間吹き付けた。また別に、１００ｋｇの生石灰粒Ｃ１に対し、水蒸気を吹き付ける前にジエチレングリコールを１０ｇ加えて予混合し、この予混合粒に前記と同様に水蒸気を吹き付ける処理も行った。吹き付け処理後の各粒子について、粒径（範囲）を走査型電子顕微鏡の視野像により調べた。また吹き付け処理後各粒子に対し、Ｘ線回折装置を用いてＣａＯ量を定量し、さらに熱分析機によりＣａ（ＯＨ）₂量を定量し、各粒度毎に単粒子あたりのＣａ（ＯＨ）₂含有量（質量％）を算出した。この値も表１に表す。
Ｃ１；粒径１．１〜５．８μｍの生石灰粒
Ｃ２；粒径１２〜８０μｍの生石灰粒

次いで、前記処理した粒子を、次の表２に表す配合量となるようヘンシェルミキサで混合することで混和材を作製した。作製した各混和材に対し、コンダクションカロリメーター（東京理工社製）を用い、接水直後から７２時間経過時点までの水和発熱総量を測定した。さらに、質量比で普通ポルトランドセメント：細骨材（ＪＩＳ標準砂）：水＝２：６：１からなるベースモルタルに、混和材をセメント１００質量部に対し、３質量部となるよう混和し、常温で混練してモルタルを作製した。各モルタルを内寸４×４×１６ｃｍの型枠で成形し、１６時間経過後に脱型して脱型直後の成形物の長さを測定し、その後７日間水中養生させた。水中養生後のモルタル長さ変化を、ＪＩＳＡ１１２９に準じた方法で測定し、脱型直後の成形物からの膨張長さの変化率（線膨張率）を求めた。以上の結果を表２に表す。

表２の結果より、本発明の混和材は何れも遅れることなく高い膨張を示し、水和反応による発熱は従来の膨張材よりも遙かに少ないことがわかる。これに対し、水酸化カルシウムで表面が覆われていない生石灰粒は膨大な発熱を伴い、また水酸化カルシウム含有量がかなり多い混和材は発熱は少ないように見られるるものの、７日間では十分な膨張量を発現するには至っていないことがわかる。

Claims

１０〜９０質量％の含有率で水酸化カルシウムを表面に有し、内部が生石灰である粒径１〜１０μｍの粒子（Ａ）と０〜１０質量％の含有率で水酸化カルシウムを表面に有し、内部が生石灰である粒径１０〜１５０μｍ粒子（Ｂ）を質量比（Ｂ／Ａ）で１．５〜６となるよう含有してなる低発熱膨張性混和材。
粒子（Ａ）の表面がさらにジエチレングリコールを有するものである請求項１記載の低発熱膨張性混和材。