JP2010222206A

JP2010222206A - セメント組成物

Info

Publication number: JP2010222206A
Application number: JP2009073223A
Authority: JP
Inventors: Koji Hayashi; 林浩志
Original assignee: Taiheiyo Cement Corp
Current assignee: Taiheiyo Cement Corp
Priority date: 2009-03-25
Filing date: 2009-03-25
Publication date: 2010-10-07

Abstract

【課題】
流動性を低下させることなく材料分離（ブリーディング）を効果的に抑制し、グラウト材や汎用のモルタル、コンクリートに好適に使用できるセメント組成物を提供することを目的とする。
【解決手段】
硝酸マグネシウムまたは硝酸リチウムを含むセメント組成物を提供する。また、セメント１００重量部に対し、硝酸マグネシウムまたは硝酸リチウムを１〜９重量部含むセメント組成物を提供する。
【選択図】なし

Description

本発明は、土木、建築分野において、モルタルやコンクリートなどの用途に使用でき、特にグラウト材に好適に使用できる高い分離抵抗性と良好な流動性とを発揮するセメント組成物に関する。

土木・建築工事において、コンクリート構造物の細かい空隙、トンネルの履行背面と地山との間の空隙、鉄筋スリープ内の空隙、逆打ち工法における空隙、構造物の補修および補強、ロックアンカーおよびアースアンカー、橋梁支承および機械のベースプレート下、軌道床板下などヘモルタルやセメントペーストを充填するグラウト工事が行われている。また、プレストレストコンクリート構造物（PC構造物）を構築する工法の一つとして、ポストテンション工法、すなわち、部材コンクリート硬化物に金属やプラスチック製等のシース管を埋め込んでダクトを形成し、ダクト内にＰＣ鋼材を通して緊張させることで部材コンクリートにプレストレスを導入する工法がある。この工法では、ＰＣ鋼材を腐食から保護し、ＰＣ鋼材と部材コンクリート硬化物との間の一体性を確保する等の目的で、ダクト内にグラウト材が注入されている。このように、グラウト材は多くの土木・建築工事で用いられているが、近年はグラウト材を用いる対象である構造体あるいは工法が複雑化する傾向にあり、グラウト材には空隙を残さず充填できる良好な流動性（充填性）と、材料分離（ブリーディング）を生じることなく鋼材や部材コンクリート硬化物との間の一体性を確保するための高い分離抵抗性が求められている。また、グラウト材以外のモルタルやコンクリートなどの用途においても、流動性や材料分離抵抗性の不足は硬化体組織の不均一や鉄筋周辺部の空隙などの欠陥を招く恐れがあり、硬化体外部からの水や空気あるいは飛来塩分などの侵入による塩害や中性化の進行など耐久性を低下させる原因となる。そのため、モルタルやコンクリートなどにおいても、流動性や材料分離抵抗性の改善が強く求められており、従来は、良好な流動性と高い材料分離抵抗性を確保するために、以下のような方法が提案されていた。

ブリーディングを抑制し、材料分離抵抗性を向上させるため、メチルセルロースなどを主成分とする増粘剤を使用する方法が広く知られている。しかし、増粘剤を配合する方法には、セメント組成物の粘性増加に伴う流動性（充填性）の低下が生じやすいこと、増粘剤による分離抵抗性の改善効果には温度依存性があること（セメント組成物の温度により粘性が変動する）などの問題があった。そこで、ブリーディングを抑制しつつ流動性を向上させる方法として、石灰石微粉末などの無機質フィラーを増粘剤と合わせて配合する方法や、特定のセメント分散剤と増粘剤を合わせて配合する方法などが提案されている。しかしながら、これらの方法では増粘剤の温度依存性の解消は困難であり、さらには、無機質フィラーや特定の分散剤を使用する必要があるため製造面に制約が生じるという課題があった。

また、高性能減水剤または高性能ＡＥ減水剤（ポリカルボン酸系高分子化合物などを主成分とするセメント分散剤）を使用し、混練水量を低減してブリーディングを抑制する方法が広く知られている。しかし、この方法では混練水量の低減による粘性増加により流動性（充填性）の低下が生じやすくなるという問題があった。そこで、混練水量を低減してブリーディングを抑制しつつ、粘性が低く流動性（充填性）が良好なセメント組成物とするために、ポリカルボン酸系セメント分散剤と高ビーライト系セメントおよび特定粒度のシリカフュームを使用する方法（特許文献１）や、ポリカルボン酸系セメント分散剤とともに酸化チタン等の高比重な微粉末を配合する方法（特許文献２）が提案されている。しかしながら、これらの方法では特定のセメントやシリカフュームあるいは微粉末が必要であり、材料入手や製造面で汎用のモルタル、コンクリートには適用が困難であるという課題があった。

特開２００３−０３４１５６号特開２００３−２８６０６５号

上記問題点を鑑み、本発明は、流動性を低下させることなく材料分離（ブリーディング）を効果的に抑制し、グラウト材や汎用のモルタル、コンクリートに好適に使用できるセメント組成物を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は、硝酸マグネシウムまたは硝酸リチウムを含むセメント組成物を提供する。また、セメント１００重量部に対し、硝酸マグネシウムまたは硝酸リチウムを１〜９重量部含むセメント組成物を提供する。

グラウト材や汎用のモルタル、コンクリートに用いるセメントに硝酸マグネシウムまたは硝酸リチウムを加えることにより、グラウト材やモルタル、コンクリートの流動性を低下させることなく、材料分離を抑えることができる。また、その添加量は、セメント１００重量部に対し、硝酸マグネシウムまたは硝酸リチウムを１〜９重量部であることが好ましい。

本発明によれば、流動性を低下させることなく材料分離（ブリーディング）を効果的に抑制し、グラウト材や汎用のモルタル、コンクリートに好適に使用できるセメント組成物を提供することができる。

本発明の実施の形態について説明する。
本発明で使用するセメントは特に限定されるものではなく、普通、早強、超早強、低熱、中庸熱等の各種ポルトランドセメント、高炉スラグ、フライアッシュ、シリカを混合した各種混合セメント、あるいはエコセメントなど公知の水硬性セメントを使用することができる。

本発明において硝酸マグネシウムまたは硝酸リチウムは、グラウト材やモルタル、コンクリートの材料分離抵抗性の向上（ブリーディングの抑制）を目的に使用する。硝酸マグネシウムまたは硝酸リチウムは、材料分離抵抗性を向上させる一方で、グラウト材やモルタル、コンクリートの流動性（充填性）を低下させない。さらに硝酸マグネシウムや硝酸リチウムは、水に対する溶解度が高く、添加剤として扱いやすい。硝酸塩以外にも水に対する溶解度が高い金属塩としては、例えば、硫酸塩が挙げられるが、硫酸マグネシウムや硫酸リチウムは、材料分離抵抗性を向上させる効果が低い一方で、グラウト材やモルタル、コンクリートの流動性を低下させるため好ましくない。他の金属の硝酸塩として、例えば、硝酸カルシウムでは、材料分離抵抗性を向上させる効果が認められない。

硝酸マグネシウムまたは硝酸リチウムの配合割合は、セメント１００重量部に対して１〜９重量部となるように使用するのが好ましく、より好ましくは３〜５重量部である。硝酸マグネシウムまたは硝酸リチウムが１重量部未満では十分な材料分離抵抗性の向上効果が得られない場合があり好ましくない。９重量部を超えると流動性（充填性）が低下する場合があり、また硝酸マグネシウムまたは硝酸リチウムの配合量が過剰となって不経済なため好ましくない。

水の配合割合は特に限定されるものではないが、分離抵抗性を向上させるためには良好な流動性（充填性）が確保できる範囲で水量を低減することが望ましい。セメント１００重量部に対して水の配合割合は２０〜５０重量部が好ましい。５０重量部を超えるとブリーディングの発生が増加し、分離抵抗性が低下する恐れがあるため好ましくない。２０重量部に満たない時は、流動性が著しく低くなるため好ましくない。

本発明のセメント組成物は、上記成分以外の他の成分、例えば、珪石や石灰石などを主成分とする粉末および細・粗骨材、並びに、シリカフューム、膨張材、セメント分散剤、有機系収縮低減剤、発泡剤、増粘剤、消泡剤、防錆剤などを本発明の目的を阻害しない範囲で適宜含むものであっても良い。

前記セメント分散剤を加える場合は、ポリカルボン酸系高分子化合物を主成分とするものが好ましく、ナフタレンスルホン酸ホルマリン高縮合物やメラミンスルホン酸ホルマリン高縮合物を主成分とする他の分散剤に比べ、減水性および流動性の保持性が高いため、高い材料分離抵抗性と良好な流動性を両立させるうえで効果的である。ポリカルボン酸系高分子化合物を主成分とする分散剤としては、高性能減水剤あるいは高性能ＡＥ減水剤として市販されているものが使用でき、粉末状のポリカルボン酸系分散剤も使用できる。

本発明のセメント組成物の製造方法は特に限定されるものではなく、上記の成分をパン型ミキサー、傾胴ミキサー、オムニミキサー、ホバート型ミキサー、グラウトミキサー、ハンドミキサーなど公知のミキサーで混練すればよい。また、硝酸マグネシウムまたは硝酸リチウムは、混練時に他の成分とともに投入しても、予めセメントに混合しておいても良いが、混練水に予め溶解して用いることが撹拌効率の面から好ましい。

以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって、本発明を限定するために記載されたものではない。したがって、上記実施形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨である。

以下、実施例および比較例を挙げて本発明をさらに詳細に説明するが、本発明は、下記の実施例等に何ら限定されるものではない。

〔使用材料〕
セメント：普通ポルトランドセメント（太平洋セメント社製）
細骨材（珪砂：平均粒径０．６ｍｍ、最大粒径１．２ｍｍ）
硝酸マグネシウム（１級試薬）
硝酸リチウム（１級試薬）
硫酸マグネシウム（１級試薬）
硫酸リチウム（１級試薬）
ポリカルボン酸系高分子化合物を主成分とするセメント分散剤（太平洋マテリアル社製
コアフローNF-100）
増粘剤（信越化学社製メトローズ90ＳＨ-4000）

〔実施例１：セメントペースト〕
硝酸マグネシウムまたは硝酸リチウムを、表１に示す配合となるように予め混練水に混合、溶解し、これにセメントおよびセメント分散剤を表１に示す所定量加え、ハンドミキサー（回転数１１００ｒｐｍ）を用いて３分間混練してセメントペーストを作製した。

比較例として、表２に示す配合の材料を用いて、実施例と同様に、ハンドミキサー（回転数１１００ｒｐｍ）にて３分間混練してセメントペーストを作製した。

作製したセメントペーストについて、以下の方法によって特性試験を行い、結果を表３に示した。

〔流動性（充填性）試験〕
土木学会基準「PCグラウト試験方法（JSCE−F531−1999）」に準じた方法で混練直後および３０分経過後のJPロート流下時間を測定した。

〔ブリーディング試験〕
土木学会基準「PCグラウト試験方法（ポリエチレン袋方法）（JSCE−F532−1999）」に準じた方法で、材齢３時間のブリーディング率を測定した。

表３に示すように、硝酸マグネシウムを用いた実施例の配合No.１〜５および硝酸リチウムを用いた実施例の配合No.９〜１３では、硝酸マグネシウムまたは硝酸リチウムの配合量が多いほどブリーディング率が少なくなった。一方、基準配合の比較例（配合No.１４）よりも水量を少なくした比較例（配合No.１５）、増粘剤を配合した比較例（配合No.１６、１７）、硫酸マグネシウムを配合した比較例（配合No.１８）、硫酸リチウムを配合した比較例（配合No.１９）に比べて、JPロート流下時間を大きく増加させることがなかった。すなわち、充填性を大きく低下させることなく、ブリーディングを効果的に抑制することができた。特に硝酸マグネシウムまたは硝酸リチウムの配合量がセメント１００重量部に対して３〜５重量部である実施例（配合No.２、３、１０、１１）では、同一水量の基準配合の比較例（配合No.１４）に比べて、JPロート流下時間の増加がほとんどなく、良好な充填性を確保しながら、ブリーディング率が大幅に低減された。

またセメント１００重量部に対して、硝酸マグネシウムを７〜９重量部配合すると同時に、水の配合量を４２重量部に増やした実施例（配合No.７〜８）でも、良好な充填性を確保しながら、ブリーディング率が大幅に低減された。

〔実施例２：モルタル〕
硝酸マグネシウムまたは硝酸リチウムを表４に示す配合となるように予め混練水に混合、溶解し、これにセメント、セメント分散剤および細骨材を表４に示す所定量加え、ホバート型万能ミキサーを用いて４分間混練してセメントモルタルを作製した。

比較例として、表５に示す配合の材料を用いて、実施例と同様に、ホバート型万能ミキサーにて４分間混練してセメントモルタルを作製した。

作製したセメントモルタルについて、以下の方法によって特性試験を行い、結果を表６に示した。

〔流動性試験〕
JIS
R5201−1997「セメントの物理試験方法」に準じたフローコーンを使用し、フローテーブルの落下運転を行わずにモルタルフロー値を測定した。モルタルフロー値の測定は混練直後および３０分後に行った。

〔ブリーディング試験〕
土木学会基準「プレパックドコンクリートの注入モルタルのブリーディング率試験方法（ポリエチレン袋方法）（案）（JSCE−F522−2007）」に準じた方法で、材齢３時間のブリーディング率を測定した。

表６に示すように、硝酸マグネシウムを用いた実施例の配合No.２０〜２４および硝酸リチウムを用いた実施例の配合No.２５〜２９では、硝酸マグネシウムまたは硝酸リチウムの配合量が多いほどブリーディング率が少なくなった。一方、基準配合の比較例（配合No.３０）よりも水量を少なくした比較例（配合No.３１）、増粘剤を配合した比較例（配合No.３２、３３）に比べて、モルタルフロー値を大きく低下させることがなかった。すなわち、流動性を大きく低下させることなく、ブリーディングを効果的に抑制することができた。特に硝酸マグネシウムまたは硝酸リチウムの配合量がセメント１００重量部に対して３〜５重量部である実施例（配合No.２１、２２、２６、２７）では、同一水量の基準配合の比較例（配合No.３０）に比べて、同等のモルタルフロー値を確保しながら、ブリーディング率が大幅に低減された。

本発明のセメント組成物は、分離抵抗性が高く、しかも流動性が良好であるため、土木・建築分野で用いられているグラウト材やモルタル、コンクリートの充填性や施工性を改善する効果を有する。さらに、本発明で用いる硝酸塩は混練水にあらかじめ溶解して用いることができるため、特別な設備や方法を用いずにモルタルやコンクリートを製造することができる。

Claims

硝酸マグネシウムまたは硝酸リチウムを含むセメント組成物。
セメント１００重量部に対し、硝酸マグネシウムまたは硝酸リチウムを１〜９重量部含むセメント組成物。