JP2012214330A

JP2012214330A - 高強度セメント組成物

Info

Publication number: JP2012214330A
Application number: JP2011080517A
Authority: JP
Inventors: Masato Ishinaka; 正人石中; Shohei Kimura; 祥平木村; Hideaki Nakayama; 英明中山; Hiroyasu Naruse; 浩康鳴瀬
Original assignee: Mitsubishi Materials Corp
Current assignee: Mitsubishi Materials Corp
Priority date: 2011-03-31
Filing date: 2011-03-31
Publication date: 2012-11-08

Abstract

【課題】シリカフュームの使用量が少なくても、低水セメント比において流動性が良く強度発現性に優れたセメント組成物を提供する。
【解決手段】ケイ酸二カルシウム（Ｃ₂Ｓ）含有量が６０〜８０質量％、アルミン酸三カルシウム（Ｃ₃Ａ）含有量が４質量％以下であってブレーン比表面積が３０００〜４５００cm²/ｇのセメントにシリカフュームを配合したセメント組成物であり、シリカフュームの置換率が７.５質量％〜１５質量％、および水セメント比が１０質量％〜１３質量％のセメントペーストにおける０打フローが２５０〜２７０ｍｍの場合のＶロート流下時間が４０秒以下であることを特徴とする高強度セメント組成物。
【選択図】図２

Description

本発明は、水セメント比が低くても流動性に優れ，かつ圧縮強度発現性に優れるコンクリートまたはモルタルの製造を可能にするセメント組成物に関する。

高強度コンクリートでは単位セメント量の増加に伴い、粘性が高くなって流動性が低下する。また、セメントの水和熱による高温履歴を受けた構造体の強度発現性が低下する。一般に流動性や構造体の強度を確保するため、圧縮強度が１００N/ｍｍ²（W/C＝２０質量％以上）までは低熱ポルトランドセメント(Ｌ)や中庸熱ポルトランドセメント(Ｍ)が用いられている。これらの低熱系ポルトランドセメントはアルミン酸三カルシウム（Ｃ₃Ａ）が少ないために流動性に優れ、また、ケイ酸ニカルシウム（Ｃ₂Ｓ）が多いために、高温履歴を受けた際の強度の低下割合が小さい。

一方、圧縮強度が１００N/ｍｍ²を超えるコンクリートでは、セメント単味で流動性を確保することが困難であるため，シリカフューム(ＳＦ)が混和される。シリカフュームは球形の超微粒子であり、セメント粒子の隙間に充填されることによってセメント粒子間に拘束される自由水を低減し、そのベアリング効果によって流動性を高める。また、ポゾラン反応性によって、セメントの水和で生成されるＣａ(ＯＨ)₂と反応して強度発現性に寄与する。

一般に、セメントにシリカフュームを混和することによって、水セメント比を低減することができることが知られている。例えば、ビーライト量を多くしてアルミネート相を少なくした低熱ポルトランドセメントについて、シリカフュームを１６〜３０質量％混合することによって、水セメント比を１２〜３０質量％に低減した高強度セメント組成物が提案されている（特許文献１）。

特開２００５−１７０７８１号公報

シリカフュームは電気炉によるフェロシリコンや金属シリコンの精製過程で発生する副産物であるが、大部分が輸入品であるため高価であり、また超微粒子であるために取扱いも容易でない。一般的に，超微粒子であるシリカフュームの混合量が増すと，所定の流動性を得るための混和剤の使用量が増加する。また、シリカフュームを混合すると自己収縮が増大するので膨張材や収縮低減剤が併用されるが、シリカフューム量が多くなるとこれらの使用量も増すことになる。従って、低水セメント比において良好な流動性と強度発現性を有し、かつシリカフュームの使用量が少なければ経済性および配合設計のうえで有利になる。

本発明は、シリカフュームの使用量が少なくても、低水セメント比において流動性および強度発現性に優れたセメント組成物を提供する。

本発明は以下の構成を有する高強度セメント組成物に関する。
〔１〕ケイ酸二カルシウム（Ｃ₂Ｓ）含有量が６０〜８０質量％、アルミン酸三カルシウム（Ｃ₃Ａ）含有量が４質量％以下であってブレーン比表面積が３０００〜４５００cm²/ｇのセメントにシリカフュームを配合したセメント組成物であり、シリカフュームの置換率が７.５質量％〜１５質量％、および水セメント比が１０質量％〜１３質量％のセメントペーストにおける０打フローが２５０〜２７０ｍｍの場合のＶロート流下時間が４０秒以下であることを特徴とする高強度セメント組成物。
〔２〕シリカフュームの置換率が１０質量％〜１２.５質量％において、水セメント比が１０質量％のシリカフュームを含むセメントペーストにおける０打フローが２５０〜２７０ｍｍの場合のＶロート流下時間が３５秒以下であり、かつ、水セメント比が１３質量％のシリカフュームを含むセメントペーストにおける０打フローが２５０〜２７０ｍｍの場合のＶロート流下時間が１５秒以下である上記[１]に記載する高強度セメント組成物。
〔３〕材齢７日以内に蒸気養生を開始し、９０℃で７日間蒸気養生した場合の圧縮強度が２８０N/ｍｍ²以上である上記[１]〜上記[２]の何れかに記載する高強度セメント組成物。

本発明の高強度セメント組成物は、シリカフュームの置換率と水セメント比が小さくても良好な流動性と強度発現性を有する。具体的には、シリカフュームの置換率が７.５質量％〜１５質量％以下、および水セメント比が１０質量％〜１３質量％のシリカフュームを含むセメントペーストにおける０打フローが２５０〜２７０ｍｍの場合のＶロート流下時間が４０秒以下である。

本発明の高強度セメント組成物は、好ましくは、シリカフュームの置換率が１０質量％〜１２.５質量％において、水セメント比が１０質量％のシリカフュームを含むセメントペーストにおける０打フローが２５０〜２７０ｍｍの場合のＶロート流下時間が３５秒以下であり、かつ水セメント比が１３質量％のシリカフュームを含むセメントペーストにおける０打フローが２５０〜２７０ｍｍの場合のＶロート流下時間が１５秒以下、さらに好ましくは７秒以下である。

また、本発明の高強度セメント組成物は、シリカフュームの置換率と水セメント比が小さくても良好な流動性と強度発現性を有するので、高性能減水剤または高性能ＡＥ減水剤などの混和剤の使用量を大幅に低減することができる。

さらに、本発明の高強度セメント組成物は強度発現性に優れており、具体的には、材齢７日以内に蒸気養生を開始し、９０℃で７日間蒸気養生したペーストの圧縮強度は２８０N/ｍｍ²以上である。

Ｖロート試験器水セメント比１３質量％におけるＳＦ置換率とＶロート流下時間の関係を示すグラフ。水セメント比１０質量％におけるＳＦ置換率とＶロート流下時間の関係を示すグラフ。水セメント比１３質量％におけるＳＦ置換率と圧縮強度の関係を示すグラフ。水セメント比１０質量％におけるＳＦ置換率と圧縮強度の関係を示すグラフ。水セメント比１３質量％におけるＳＦ置換率と混和剤（高性能減水剤）添加率の関係を示すグラフ。

以下、本発明を実施形態に基づいて具体的に説明する。
本発明のセメント組成物は、ケイ酸二カルシウム（Ｃ₂Ｓ）含有量が６０〜８０質量％、アルミン酸三カルシウム（Ｃ₃Ａ）含有量が４質量％以下であってブレーン比表面積が３０００〜４５００cm²/ｇのセメントにシリカフュームを配合したセメント組成物であり、シリカフュームの置換率が７.５質量％〜１５質量％、および水セメント比が１０質量％〜１３質量％のセメントペーストにおける０打フローが２５０〜２７０ｍｍの場合のＶロート流下時間が４０秒以下であることを特徴とする高強度セメント組成物である。

本発明のセメント組成物において、ケイ酸二カルシウム（ビーライト：Ｃ₂Ｓ）の含有量は６０〜８０質量％であり、好ましくは６５質量％〜７５質量％である。ビーライトの含有量が多く、相対的にエーライト（Ｃ₃Ｓ）含有量が少ない。エーライト含有量を少なくしてビーライト含有量を多くすることによって、ペースト，モルタルおよびコンクリートの流動性が向上し，高温履歴を受けた際の強度発現性が向上する。ビーライト含有量が６０質量％より少ないと良好な流動性が得られず，また,高温履歴時の強度発現性が低下する。ビーライト含有量が８０質量％より多いと、エーライト含有量が極端に少なくなるため十分な強度が得られない。

本発明のセメント組成物において、アルミン酸三カルシウム（アルミネート相：Ｃ₃Ａ）の含有量は４質量％以下であり、好ましくは、３質量％以下である。アルミネート相(Ｃ₃Ａ)の含有量が４質量％より多いと混和剤の使用量が増加するとともに、流動性が低下する。

本発明のセメント組成物はブレーン比表面積が３０００〜４５００cm²/ｇである。比表面積が３０００cm²/ｇ未満では強度発現が遅れる。また、比表面積が４５００cm²/ｇを超えると所定の流動性を得るための高性能減水剤を増量しなければならない。その結果、凝結の著しい遅延が懸念されると共に経済負担も大きくなる。

本発明のセメント組成物は、ビーライト含有量およびアルミネート相含有量を上記範囲に調整することによって、シリカフューム置換率を低く抑えながら、極めて低い水セメント比において、高い流動性と優れた強度発現性を有するようにしたものである。なお、本発明において水セメント比は、セメントと共にシリカフュームを含む粉体に対する水比（水粉体比）である。

本発明のセメント組成物は、具体的には、例えばシリカフュームの置換率が７.５質量％〜１５質量％、および水セメント比が１０質量％〜１３質量％のシリカフュームを含むセメントペーストにおける０打フローが２５０〜２７０ｍｍの場合のＶロート流下時間が４０秒以下である。

本発明の高強度セメント組成物は、好ましくは、シリカフュームの置換率が１０質量％〜１２.５質量％において、水セメント比が１０質量％のシリカフュームを含むセメントペーストにおける０打フローが２５０〜２７０ｍｍの場合のＶロート流下時間が３５秒以下であり、かつ水セメント比が１３質量％のシリカフュームを含むセメントペーストにおける０打フローが２５０〜２７０ｍｍの場合のＶロート流下時間が１５秒以下である。さらに好ましくは、シリカフュームの置換率が１０質量％〜１２.５質量％において、水セメント比が１３質量％のシリカフュームを含むセメントペーストにおける０打フローが２５０〜２７０ｍｍの場合のＶロート流下時間が７秒以下である。

本発明のセメント組成物は、シリカフューム置換率が低く、かつ水セメント比が小さくても、高い流動性を有するので、高性能減水剤や高性能ＡＥ減水剤の使用量を低減することができる。

以下に本発明の実施例を示す。セメントペーストの製造、０打フローの測定、Ｖロート流下時間の測定、圧縮強度の測定の各測定方法は以下のとおりである。

〔セメントペーストの製造〕
セメントとシリカフュームは、あらかじめ粉体混合用のミキサ等で十分混合したものを用いた。ミキサはホバートミキサを使用した。セメントペーストの製造は，所定の量の約半分のセメントおよびシリカフュームの混合物と混和剤を含む水をホバートミキサに入れて，低速で練り混ぜ，練混ぜを開始してから1分以内に残りの約半分の量のセメントおよびシリカフュームの混合物をミキサへ除々に入れて4分間練り混ぜた。その後，30秒間休止し，その間に，さじで練り鉢およびパドルに付着したセメントペーストをかき落とした。次に，中速で4分間練り混ぜた。

〔Ｖロート流下時間の測定〕
図１に示すＶロート試験器を用いた。Ｖロート試験器１０は３０ｍｍの均一な幅で、高さが２４０ｍｍ、表裏面が逆二等辺三角形状を有した角筒、上端には長さ２７０ｍｍで幅３０ｍｍの試料投入口１１ａが設けられている。下端には一辺が３０ｍｍの正方形状の連通口１１ｂが形成されたロート本体１１と、ロート本体１１の連通口１１ｂに連通されている。これらの長さと幅はそれぞれ３０ｍｍ、高さ６０ｍｍであり、下端には一辺が３０ｍｍの正方形状の試料吐出口１２ａが形成された鉛直な角筒の試料吐出部１２を有する。
（ａ）水洗いしたＶロート試験器１０を、上面が水平となるように鉛直に設置し、内面を絞った湿布などで拭いて湿った状態に保つ。
（ｂ）Ｖロート試験器１０の試料吐出口１２ａを塞ぎ、セメントペーストをＶロート試験器１０の上端まで流し込む。
（ｃ）セメントペーストの上面をＶロート試験器１０の上端面に合わせてならす。
（ｄ）次いで、１０秒以内に試料吐出口１２ａを開けてセメントペーストを流出させる。そのとき、Ｖロート試験器１０の上方から観察して試料吐出口１２ａが開口するまで（Ｖロートに充填したセメントペーストが流下して内部が空になる）の時間を測定し、これを流下時間とする。

〔０打フローの測定〕JASS5 Ｍ-701：2005「高強度コンクリート用セメントの品質基準」（4.5 ０打フローの測定）に基づいて測定した。
〔圧縮強度の測定〕JASS5 Ｍ-701：2005「高強度コンクリート用セメントの品質基準」（4.8 圧縮強度試験）に基づいて、材齢７日以内に９０℃で蒸気養生７日間したときの圧縮強度を測定した。

〔実施例１〕
表１に示す鉱物組成を有するセメント（A1,A2,B1〜B4）を用い、これにシリカフューム（ＢＥＴ比表面積17ｍ²/ｇ）、高性能減水剤（商品名：SSP-106H）、水および空気量調整剤（セメントとシリカフュームに対して０．２質量％）を加えてセメントペーストを調製した。シリカフューム置換率と水セメント比を変えたセメントペーストについて、０打フロー、Ｖロート流下時間、材齢３日後から９０℃で7日間蒸気養生した際の圧縮強度を測定した。この結果を表２〜表６、図２〜図６に示す。なお、混和剤に含まれる固形分は水に補正した。

表２、表３、表４および表５、図２および図３に示すように、本発明の試料（Ａ１〜Ａ２）は、シリカフュームの置換率が７.５質量％〜１５質量％において、水セメント比が１０質量％〜１３質量％のセメントペーストにおける０打フローが２５０〜２７０ｍｍのＶロート流下時間は４０秒以内である。例えば、シリカフュームの置換率が１０質量％〜１２.５質量％において、水セメント比が１０質量％のセメントペーストにおける０打フローが２５０〜２７０ｍｍのＶロート流下時間は３５秒以下、具体的には１９.４秒〜３０．２秒であり、水セメント比が１３質量％のセメントペーストにおける０打フローが２５０〜２７０ｍｍのＶロート流下時間は１５秒以下、具体的には６.４秒〜１１．１秒である。

一方、表２、表３、表４および表５、図２に示すように、本発明の範囲を外れる比較試料Ｂ１、Ｂ４は、シリカフューム置換率７．５質量％〜１５質量％および水セメント比１３質量％において、０打フローが２５０〜２７０ｍｍのＶロート流下時間が１５秒以上であり、本発明のＡ１〜Ａ２よりＶロート流下時間が約３倍程度長く、流動性が低い。また、本発明の範囲を外れる比較試料Ｂ１、Ｂ２、Ｂ４は、シリカフューム置換率７．５質量％、１２.５質量％および水セメント比１０質量％において、混和剤量を増やしても目標の０打フローが得られず，流動性が低い。

表３および表５、図４および図５に示すように、本発明のＡ１〜Ａ２は、シリカフュームの置換率１０質量％〜１２.５質量％において、水セメント比１３質量％のセメントペーストについて材齢７日以内に蒸気養生を開始し、９０℃で７日間蒸気養生したときの圧縮強度は、Ａ１が３１８Ｎ/mm²であり、Ａ２が３０４Ｎ/mm²〜３０７Ｎ/mm²である。また、水セメント比１０質量％のセメントペーストの圧縮強度は、Ａ１が３４５Ｎ/mm²〜３４８Ｎ/mm²であり、Ａ２が３１５Ｎ/mm²〜３２９Ｎ/mm²である。

一方、表３および表５、図４および図５に示すように、比較試料Ｂ１はシリカフュームの置換率１０質量％〜１２．５質量％において、水セメント比１３質量％のセメントペーストの圧縮強度はＡ１よりも低い。また、比較試料Ｂ３はシリカフュームの置換率７．５質量％〜１５質量％において、水セメント比１３質量％および１０質量％の圧縮強度がＡ１およびＡ２よりも大幅に低い。

また、表２および表４、図６に示すように、本発明の範囲を外れるＢ１、Ｂ２、Ｂ４は、混和剤の使用量が多い。

表６に示すように、本発明のＡ１はシリカフュームの置換率１０質量％〜１２.５質量％において、水セメント比９％でも良好な流動性と強度発現性を有する。

Claims

ケイ酸二カルシウム（Ｃ₂Ｓ）含有量が６０〜８０質量％、アルミン酸三カルシウム（Ｃ₃Ａ）含有量が４質量％以下であってブレーン比表面積が３０００〜４５００cm²/ｇのセメントにシリカフュームを配合したセメント組成物であり、シリカフュームの置換率が７.５質量％〜１５質量％、および水セメント比が１０質量％〜１３質量％のセメントペーストにおける０打フローが２５０〜２７０ｍｍの場合のＶロート流下時間が４０秒以下であることを特徴とする高強度セメント組成物。
シリカフュームの置換率が１０質量％〜１２.５質量％において、水セメント比が１０質量％のシリカフュームを含むセメントペーストにおける０打フローが２５０〜２７０ｍｍの場合のＶロート流下時間が３５秒以下であり、かつ、水セメント比が１３質量％のシリカフュームを含むセメントペーストにおける０打フローが２５０〜２７０ｍｍの場合のＶロート流下時間が１５秒以下である請求項１に記載する高強度セメント組成物。
材齢７日以内に蒸気養生を開始し、９０℃で７日間蒸気養生した場合の圧縮強度が２８０N/ｍｍ²以上である請求項１〜請求項２の何れかに記載する高強度セメント組成物。