JP2013155049A - セメント組成物、及び、プレミックス材 - Google Patents

Abstract

【課題】ＣＯ_２の排出量の低減と強度発現との両立を図り、施工性に優れ、中性化速度が遅いセメント組成物等を提供する。
【解決手段】１５重量部以上１００重量部未満のセメント及び０より大きく８５重量部以下のセメント置換材を含む結合材と、石灰系のアルカリ粉体を含む混和材と、を有する。前記セメントは、早強ポルトランドセメントであることが好ましい。又、前記石灰系のアルカリ粉体が、単位体積当たり２０〜３０ｋｇ／ｍ^３含まれることが好ましい。
【選択図】図１

Description

本発明は、セメント組成物、及び、プレミックス材に関する。

一般にセメント組成物は、水、セメント、骨材、混和材料などを混練して製造されている（例えば、特許文献１参照）。この中でセメントはセメント組成物の製造時における二酸化炭素（ＣＯ_２）排出量が多い材料であり、環境の観点からすると、環境負荷低減に配慮したとは言いがたい材料である。また、二酸化炭素（ＣＯ_２）排出量を低減するために、セメントの使用量を減らし、その代替として高炉スラグ微粉末やフライアッシュなどの混和材の量を多くすることが知られている。

特許第３８４４４５７号公報

しかしながら、セメントの代替として高炉スラグ微粉末やフライアッシュなどの混和材の量を多くすると、セメント組成物の粘性が高まり施工性が低下するという課題がある。粘性を低下させるために水を加えると、セメント組成物の強度が低下するという課題がある。

また、高炉スラグ微粉末やフライアッシュなどの混和材を多く混合した低炭素型のコンクリートは、セメントの混合量が少ないためアルカリ性を呈する水酸化カルシウムの生成量が少ない。混和材としてフライアッシュを用いると、生成された水酸化カルシウムとフライアッシュとがポゾラン反応して水酸化カルシウムが消費されることによりアルカリ性が低くなり中性化が進みやすいという課題がある。

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、ＣＯ_２の排出量の低減と強度発現との両立を図り、施工性に優れ、中性化速度が遅いセメント組成物、及び、プレミックス材を提供することにある。

かかる目的を達成するため、本発明のセメント組成物は、
１５重量部以上１００重量部未満のセメント及び０より大きく８５重量部以下のセメント置換材を含む結合材と、
石灰系のアルカリ粉体を含む混和材と、
を有することを特徴とするセメント組成物である。
このようなセメント生成物によれば、０より大きく８５重量部以下のセメント置換材を含むことによりＣＯ_２の排出量が低減されるセメント組成物に、石灰系のアルカリ粉体を含む混和材を混合することにより、石灰系のアルカリ粉体が混合されないセメント組成物より強度、及び、流動性を高めることが可能であり、中性化も抑制することが可能である。すなわち、ＣＯ_２の排出量の低減と強度発現との両立を図り、施工性に優れ、中性化速度が遅いセメント組成物を提供することが可能である。

かかるセメント組成物であって、前記セメントは、早強ポルトランドセメントであることが望ましい。
このようなセメント生成物によれば、セメント組成物に含まれるセメントは早強ポルトランドセメントなので、製造されるセメント組成物の強度、及び、流動性をより高めることが可能である。

かかるセメント組成物であって、前記石灰系のアルカリ粉体が、単位体積当たり２０〜３０ｋｇ／ｍ^３含まれることが望ましい。
このようなセメント組成物によれば、製造されるセメント組成物に石灰系のアルカリ粉体が、単位体積当たり２０〜３０ｋｇ／ｍ^３含まれるので、石灰系のアルカリ粉体が含まれない場合より、ＣＯ_２の排出量の低いセメント組成物の強度、及び、流動性を確実に高めるとともに中性化速度を遅くすることが可能である。

また、１５重量部以上１００重量部未満の早強ポルトランドセメントと、０より大きく８５重量部以下のセメント置換材を含む結合材と、を有することを特徴とするセメント組成物である。
このようなセメント組成物によれば、１５〜１００重量部の早強ポルトランドセメントと、０〜８５重量部のセメント置換材を含む結合材と、を混合することにより、ＣＯ_２の排出量が低減されるセメント組成物を、普通ポルトランドセメントを用いたセメント組成物より、強度、及び、流動性を高めることが可能である。すなわち、ＣＯ_２の排出量の低減と強度発現との両立を図り、施工性に優れたセメント組成物を提供することが可能である。

また、１５重量部以上１００重量部未満のセメント及び０より大きく８５重量部以下のセメント置換材を含む結合材と、石灰系のアルカリ粉体を含む混和材と、を粉体の状態にて混合したことを特徴とするプレミックス材である。
このようなプレミックス材によれば、１５重量部以上１００重量部未満のセメント及び０より大きく８５重量部以下のセメント置換材を含む結合材と、石灰系のアルカリ粉体を含む混和材とが混合されているので、石灰系のアルカリ粉体が混合されないセメント組成物より強度、及び、流動性が高く、中性化速度が遅いセメント組成物を容易に製造することが可能である。すなわち、ＣＯ_２の排出量の低減と強度発現との両立を図り、施工性に優れ、中性化速度が遅いセメント組成物を容易に製造することが可能なプレミックス材を提供することが可能である。

かかるプレミックス材であって、前記セメントは、早強ポルトランドセメントであることが望ましい。
このようなプレミックス材によれば、１５重量部以上１００重量部未満の早強ポルトランドセメント及び０より大きく８５重量部以下のセメント置換材を含む結合材と、石灰系のアルカリ粉体を含む混和材とが混合されているので、石灰系のアルカリ粉体が混合されないセメント組成物より強度、及び、流動性がより高いセメント組成物を容易に製造することが可能である。

また、１５重量部以上１００重量部未満の早強ポルトランドセメントと、０より大きく８５重量部以下のセメント置換材と、を粉体の状態にて混合したことを特徴とするプレミックス材である。
このようなプレミックス材によれば、１５重量部以上１００重量部未満の早強ポルトランドセメントと、０より大きく８５重量部以下のセメント置換材とが混合されているので、ＣＯ_２の排出量が低減され、普通ポルトランドセメントを用いたセメント組成物より、強度、及び、流動性を高めることが可能なセメント組成物を、容易に製造することが可能である。

本発明によれば、ＣＯ_２の排出量の低減と強度発現との両立を図り、施工性に優れ、中性化速度が遅いセメント組成物、及び、プレミックス材を提供することが可能である。

本実施形態の実験１における強度実験の結果を示すグラフである。 本実施形態の実験１における中性化速度実験の結果を示すグラフである。 本実施形態の実験１における流動性実験の結果を示すグラフである。 本実施形態の実験２における強度実験の結果を示すグラフである。 本実施形態の実験２における中性化速度実験の結果を示すグラフである。 本実施形態の実験２における流動性実験の結果を示すグラフである。

本発明の実施形態について以下にさらに詳しく説明する。
本実施形態においては、セメント組成物として、水、セメント、細骨材、粗骨材等を含んで構成されるコンクリートを例に挙げて説明する。本実施形態のコンクリートは、ＣＯ_２排出量の多いセメントの使用量を減らし、セメントの置換材料としてＣＯ_２排出量が少ない混和材（結合材）を使用するようにした低炭素型のコンクリートである。

低炭素型のコンクリートは、セメントの使用量を極力減らすことで、ＣＯ_２の排出量を削減することが可能となる一方で、セメントの使用量が少なくなることによってコンクリートの強度が低下する虞がある。

また、低炭素型のコンクリートは、上述したようにセメントの混合量が少ないためアルカリ性を呈する水酸化カルシウムの生成量が少ない。また、混和材としてフライアッシュを用いると、生成された水酸化カルシウムとフライアッシュとがポゾラン反応して水酸化カルシウムが消費されることによりアルカリ性が低くなり中性化が進みやすい。このように、コンクリートが中性化し、中性化した領域が鉄筋の位置まで達すると鉄筋が発錆し、膨張することで、コンクリートにひび割れが発生し耐久性が低下する虞がある。

このような低炭素型のコンクリートの強度を確保する方法としては、例えば、組織を緻密にして強度の向上を図るという方法があり、組織が緻密になるとＣＯ_２が入り難くなり、中性化し難くなるという効果もある。また、中性化を抑制する方法としては、アルカリ性の材料を加えることが考えられる。さらに、コンクリートの強度を高める方法としては、普通ポルトランドセメントに換えて早強ポルトランドセメントを用いることが考えられる。

そこで、本実施形態では、結合材を１００％の普通ポルトランドセメントとした場合と、比較して、１５％の普通ポルトランドセメントと８５％の高炉スラグ微粉末とした場合、１５％の早強ポルトランドセメントと８５％の高炉スラグ微粉末とした場合、及び、それぞれアルカリ性の材料を加えた場合とにて、強度、中性化速度について実験した結果を示す。本実験においては、アルカリ性の材料として、石灰系のアルカリ粉体を用いている。また、低炭素型のコンクリートの強度を高めることにより、流動性が低下し施工性が低下する虞があるため、各々の試料における流動性についても実験した結果を示す。ここで、石灰系のアルカリ粉体の一例となる成分を示す。
石灰系のアルカリ粉体の成分の一例
ＣａＯ ６５±５％
ＳＯ_３ １５±５％
ＳｉＯ_２ １２．５±２．５％

以下、実施例をあげて本発明を更に詳細に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。

＜使用材料＞
表１は、本実施例で使用した原料の詳細である。

＜＜実験１＞＞
実験１では、表１に示す材料を用いて、表２に示すような５種類の試料を生成し、各試料の強度として材齢２８日における標準養生強度（Ｎ／ｍｍ^２）を測定し、中性化速度として促進材齢９１日における中性化速度係数（ｍｍ／√週）を求め、流動性として、１００％の普通ポルトランドセメントを使用したコンクリートのスランプと同等のスランプを得るためのＳＰ（高性能ＡＥ減水剤）添加量を示すＳＰ添加率（Ｐ×％）を求めた。また、各実験において、水結合材比（Ｗ／Ｂ）が４４％、４０％、３７％の場合について実験した。ここで、石灰系のアルカリ粉体は、結合材に含ませることなく、細骨材の置換材として混合することとしている。

＜１．実験１における強度実験の結果＞
５種類の試料の強度実験の結果を図１に示す。
強度実験の結果を示す図１から、水結合材比（Ｗ／Ｂ）４４％および３７％において、普通ポルトランドセメントを使用した場合より、早強ポルトランドセメントを使用した場合の方が強度は高いことが確認された。また、セメントの種類にかかわらず、石灰系のアルカリ粉体を使用することで、強度は増大する傾向にあることが確認された。

＜２．実験１における中性化速度実験の結果＞
５種類の試料の中性化速度実験の結果を図２に示す。
中性化速度実験の結果を示す図２から、水結合材比（Ｗ／Ｂ）４４％および３７％において、普通ポルトランドセメントを使用した場合より、早強ポルトランドセメントを使用した場合の方が中性化速度係数は低減されていることが確認された。また、セメントの種類および水結合材比にかかわらず、石灰系のアルカリ粉体を使用することで、中性化速度係数は減少する傾向にあることが確認された。

＜３．実験１における流動性実験の結果＞
５種類の試料の流動性実験の結果を図３に示す。
流動性実験の結果を示す図３から、水結合材比（Ｗ／Ｂ）にかかわらず、同一のスランプを得るためのＳＰ添加量は、普通ポルトランドセメントと早強ポルトランドセメントとは同等か、または、普通ポルトランドセメントより早強ポルトランドセメントの方が小さくなることが確認された。また、セメントの種類および水結合材比にかかわらず、石灰系のアルカリ粉体を使用することで、ＳＰ添加量は低減され、施工性が向上(粘性が低下し、ハンドリングがよくなる)する傾向にあることが確認された。

＜＜実験２＞＞
実験２では、表１に示す材料のうち１５％の普通ポルトランドセメントと８５％の高炉スラグ微粉末とした試料と、１５％の早強ポルトランドセメントと８５％の高炉スラグ微粉末とした試料とにおいて、石灰系のアルカリ粉体の混合量を０、２０ｋｇ／ｍ^３、２５ｋｇ／ｍ^３、３０ｋｇ／ｍ^３とした８種類の試料について、各試料の強度として材齢２８日における標準養生強度（Ｎ／ｍｍ^２）を測定し、中性化速度として促進材齢９１日における中性化速度係数（ｍｍ／√週）を求め、流動性として、１００％の普通ポルトランドセメントを使用したコンクリートのスランプと同等のスランプを得るためのＳＰ（高性能ＡＥ減水剤）添加量を示すＳＰ添加率（Ｐ×％）を求めた。ここで、石灰系のアルカリ粉体は、結合材に含ませることなく、細骨材の置換材として混合することとしている。
８種類の試料のスペックを表３に示す。

＜４．実験２における強度実験の結果＞
８種類の試料の強度実験の結果を図４に示す。
強度実験の結果を示す図４から、普通ポルトランドセメントを使用した場合より、早強ポルトランドセメントを使用した場合の方が強度は２０％程度高くなっていることが確認された（ＳＩ：０）。また、セメントの種類にかかわらず、石灰系のアルカリ粉体を使用することで、強度は増大する傾向にあることが確認された（早強ポルトランドセメントの場合が１１％から１６％アップ、普通ポルトランドセメントの場合が２２％から２６％アップ）。

＜５．実験２における中性化速度実験の結果＞
８種類の試料の中性化速度実験の結果を図５に示す。
中性化速度実験の結果を示す図５から、普通ポルトランドセメントを使用した場合より、早強ポルトランドセメントを使用した場合の方が中性化速度係数は４０％程度低減されていることが確認された（ＳＩ：０）。また、セメントの種類にかかわらず、石灰系のアルカリ粉体の添加量に伴って、中性化速度係数は減少する傾向にあることが確認された。特に石灰系のアルカリ粉体添加量を３０ｋｇ／ｍ^３とした場合、無添加に比べて普通ポルトランドセメントで約５０％、早強ポルトランドセメントで約３０％程度低減していることが確認された。

＜６．実験２における流動性実験の結果＞
８種類の試料の流動性実験の結果を図６に示す。
一般に、同一のスランプ(流動性)を得るために、ＳＰ添加量が増えるとコンクリートの粘性が高くなる。流動性実験の結果を示す図６を見ると、同一のスランプを得るためのＳＰ添加量は、普通ポルトランドセメントよりも早強ポルトランドセメントの方が小さく、石灰系のアルカリ粉体の増加に伴って低下し、施工性が向上(粘性が低下し、ハンドリングがよくなる)することが確認された。

尚、上記実験１及び実験２の各試料の詳細なスペック及び実験結果データは、表４〜表９として添付する。ここで、表４は、実験１の試料Ｎｏ．１に対応する詳細なスペックを示しており、表５は試料Ｎｏ．１の実験１の結果データを示している。表６は、実験１の試料Ｎｏ．２〜Ｎｏ．５に対応する詳細なスペックを示しており、表７は試料Ｎｏ．２〜Ｎｏ．５の実験１の結果データを示している。表８は、実験２の試料Ｎｏ．１〜Ｎｏ．８に対応する詳細なスペックを示しており、表９は試料Ｎｏ．１〜Ｎｏ．８の実験１の結果データを示している。

上記実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得ると共に、本発明にはその等価物が含まれることはいうまでもない。

Claims (7)

1. １５重量部以上１００重量部未満のセメント及び０より大きく８５重量部以下のセメント置換材を含む結合材と、
   石灰系のアルカリ粉体を含む混和材と、
   を有することを特徴とするセメント組成物。
2. 請求項１に記載のセメント組成物であって、
   前記セメントは、早強ポルトランドセメントであることを特徴とするセメント組成物。
3. 請求項１または請求項２に記載のセメント組成物であって、
   前記石灰系のアルカリ粉体が、単位体積当たり２０〜３０ｋｇ／ｍ^３含まれることを特徴とするセメント組成物。
4. １５重量部以上１００重量部未満の早強ポルトランドセメントと、
   ０より大きく８５重量部以下のセメント置換材を含む結合材と、
   を有することを特徴とするセメント組成物。
5. １５重量部以上１００重量部未満のセメント及び０より大きく８５重量部以下のセメント置換材を含む結合材と、
   石灰系のアルカリ粉体を含む混和材と、
   を粉体の状態にて混合したことを特徴とするプレミックス材。
6. 請求項５に記載のプレミックス材であって、
   前記セメントは、早強ポルトランドセメントであることを特徴とするプレミックス材。
7. １５重量部以上１００重量部未満の早強ポルトランドセメントと、
   ０より大きく８５重量部以下のセメント置換材と、を粉体の状態にて混合したことを特徴とするプレミックス材。