JP2018111636A - セメント添加剤及びセメント組成物 - Google Patents

Abstract

【課題】コンクリートの流動性の保持によって施工性が改善するだけでなく、六価クロム溶出量が低減し、早強性が付与される、セメント添加剤及びセメント組成物を提供する。【解決手段】（１）ｐＨ１０以上、酸化還元電位（ＯＲＰ）が−４５０ｍｖ以下、ＭｇＯ含有量が０．３％以上である石灰硫黄合剤とシリカフュームの混合粉砕物であるセメント添加剤、（２）さらに、石膏を含有してなる（１）のセメント添加剤、（３）セメント１００質量部に対し、（１）又は（２）のセメント添加剤を１〜２５質量部添加してなるセメント組成物である。【選択図】なし

Description

本発明は、主に、土木・建築業界において使用されるセメント添加剤及びセメント組成物に関する。

コンクリート製品は、セメント、骨材、水、および混和材を練り混ぜたものを、型枠に流し込み、適切に養生を行った後、脱型して製造される。ここで、材齢初期に高い強度を発現することは、生産性、つまり型枠の回転率を向上させる点で重要である。型枠の回転率を向上させることは、高価な型枠の必要数を少なくすることにつながる。初期強度を高めるための方法としては、早強セメントを使用する、減水剤を併用して水セメント比の低いコンクリートを調合する、蒸気養生を行うことなどが知られている。

近年では、蒸気使用に伴うエネルギーコストが高騰しており、蒸気養生時間を短縮すること、さらには蒸気養生を行わなくてもよい方法が切望されている。より高い生産性への要求から、養生工程の更なる短縮化が望まれることがあり、例えば、コンクリート製品の製造において養生時間１６時間で高い強度を発現することが必要な場合がある。通常、養生工程において、蒸気養生などの加熱作業工程など複雑な工程が組み込まれているが、これら工程の変更による初期強度の向上対策は実用的な手法とはなりにくい。そこで、工程変更を伴わずに簡単に初期強度の高いコンクリート製品が得られる方法が、製造コスト等の点から、市場では切望されている。

強度を高める混和材としては、生石灰、せっこう、アルカリ金属の硫酸塩などを主体としたものや、グリセリン等の特定化合物とアルカリ金属硫酸塩を併用したものなどが知られている（特許文献１〜４）。そのほかにも、硝酸塩、カルボン酸を硬化促進剤として使用するものも報告されているが、コンクリートの流動性を保持させながら強度を向上することに言及した報告は少ない（特許文献５〜７）。また、塩化ナトリウムや塩化カルシウムなどの塩素を含有する硬化促進剤も知られているが、コンクリートの劣化要因である塩害やアルカリシリカ反応をまねくことから、使用が好ましくない。

近年、セメント産業が各方面の産業副産物を原料として受け入れており、産業副産物に由来する微量成分が、セメントの品質に大きな影響を及ぼし、六価クロム溶出量などにも大きな違いが出てくる。
特許文献８は、ＣａとＳを含む化合物である多硫化カルシウムを生石灰などの固定化材に担持させて、改良処理土の強度の低下をもたらすことなく、有害重金属の溶出を著しく抑制する機能を付加した地盤改良材を提供することを目的としている。この文献には、固定化材である生石灰に担持させた後、セメントやセッコウと混合する技術が開示されている。
特許文献９は、Ｃａ_８Ｓ_５（Ｓ_２Ｏ_３）（ＯＨ）_１２・２０Ｈ_２Ｏ及び水酸化カルシウムを主成分とする重金属固定化剤であり、多硫化カルシウムとして市販の石灰硫黄合剤を用いることが記載されている。
しかしながら、これらの文献では、コンクリートの流動性を保持させる効果が少なく、コンクリートの流動性の保持と早強性の付与と六価クロムの溶出量を抑えることが可能ではなかった。

特開２００１−２９４４６０号公報 特開２０１１−１５３０６８号公報 特開２０００−２３３９５９号公報 特表２００８−５１９７５２号公報 特開平０２−２７９５４６号公報 特表２０００−５１６１９１号公報 特開２０１０−１３２５４７号公報 特開２００１−３４２４６１号公報 特開２００４−３３８３９号公報

本発明は、コンクリートの流動性の保持によって施工性が改善するだけでなく、早強性の付与や六価クロム溶出量を低減させる、セメント添加剤及びセメント組成物を提供することを目的とする。

すなわち、本発明は、（１）ｐＨ１０以上、酸化還元電位（ＯＲＰ）が−４５０ｍｖ以下、ＭｇＯ含有量が０．３％以上である石灰硫黄合剤とシリカフュームの混合粉砕物であるセメント添加剤（２）さらに、石膏を含有してなる（１）のセメント添加剤（３）セメント１００質量部に対し、（１）又は（２）のセメント添加剤を１〜２５質量部添加してなるセメント組成物である。

本発明のセメント添加剤及びセメント組成物は、コンクリートの流動性の保持によって施工性が改善するだけでなく、早強性の付与や六価クロム溶出量が低減するなどの効果を奏する。

本発明の石灰硫黄合剤とは、主に果樹の農薬として知られ、生石灰と硫黄と水を原料とし、オートクレーブで反応させて得られる固液分離した黄褐色の液体である。ＣａとＳと水を主成分とし、多硫化カルシウム（ＣａＳ_Ｘ）が主であり、Ｔ‐Ｃａ換算で５〜１０％、Ｔ−Ｓ換算で１５〜３０％、ＭｇＯ換算で０．３〜２．０％の範囲でＭｇを含み、ｐＨは１０．０以上である。また、石灰硫黄合剤の酸化還元電位（ＯＲＰ）は特異的で−４５０ｍｖ以下である。

本発明の石灰硫黄合剤のｐＨがアルカリ性領域であることは、極めて重要である。ｐＨが１０．０未満では、本発明の効果、すなわち、流動性の保持や六価クロムの還元効果、さらには早期の強度発現性が十分に得られない場合がある。

本発明の石灰硫黄合剤の酸化還元電位（ＯＲＰ）が、−４５０ｍｖ以下の範囲にないと、本発明の効果、すなわち、コンクリートの流動性の保持や六価クロムの還元効果、さらには早期の強度発現性が十分に得られない場合がある。

本発明の石灰硫黄合剤には、ＭｇＯ換算で０．３〜２．０％の範囲でＭｇが含まれる。Ｍｇの含有量がＭｇＯ換算で０．３％未満であると、本発明の効果、すなわち、流動性の保持や六価クロムの還元効果、さらには早期の強度発現性が十分に得られない場合がある。

本発明の石灰硫黄合剤の使用量は、特に限定されるものではないが、通常、シリカフューム１００質量部に対して０．０１〜１０質量部が好ましく、０．１〜５質量部がより好ましい。石灰硫黄合剤の使用量が前記範囲を外れると、本発明の効果、すなわち、コンクリートの流動性の保持や六価クロムの還元効果、さらには早期強度発現性が十分に得られない場合がある。

本発明で使用するシリカフュームとしては、市販されているものであれば特に限定されるものではなく、フェロシリコン副生、ジルコニア副生のいずれのものでも使用可能である。

本発明で使用する石膏としては、無水石膏、半水石膏および二水石膏が挙げられる。また、天然石膏やリン酸副生石膏、排脱石膏及びフッ酸副生石膏等の化学石膏、またはこれらを熱処理して得られる石膏などが挙げられる。これらの中で、強度発現性が大きい点で、無水石膏が好ましい。

本発明に使用する石膏のブレーン比表面積（以下、ブレーン値と云う）は、３，０００ｃｍ^２／ｇ以上が好ましく、４，０００〜７，０００ｃｍ^２／ｇがより好ましい。石膏のブレーン値が３，０００ｃｍ^２／ｇより小さいと、強度発現が十分に得られない場合がある。
本発明に使用する石膏の使用量は、シリカフューム１００質量部に対し、５０〜２００質量部が好ましい。この範囲外の添加量では、強度発現が十分に得られない場合がある。

本発明のセメント添加剤は、セメント１００質量部に対し、１〜２５質量部使用することが好ましい。この範囲から外れると、本発明の効果、すなわち、流動性の保持や六価クロムの還元効果、さらには強度発現性が十分に得られない場合がある。

以下、実験例を挙げてさらに詳細に内容を説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。

（実験例１）
シリカフューム１００質量部に対して、石膏１００質量部、ＡからＦのいずれかの石灰硫黄合剤２質量部を、ボールミルで混合粉砕してブレーン値220,000ｃｍ^２／ｇとしたセメント添加剤を作製した。
単位水量１４５ kg/m³、単位セメント量４４０ kg/m³、細骨材率s/a ３９．４%、空気量４．５%をコンクリートの基本配合とし、温度２０℃、相対湿度６０％の環境下で、セメント添加剤をセメント１００質量部に対して１０質量部混合して、コンクリートの流動性を測定し、さらに材齢１日の圧縮強度、六価クロム溶出量を測定した。また比較として、石灰硫黄合剤を添加しないもの、石灰硫黄合剤とシリカヒュームを混合粉砕していないものについても測定を行った。

<使用材料>
セメント：普通ポルトランドセメント、市販品、ブレーン値3,200 cm²/g、比重3.15
細骨材：日本国新潟県姫川産、5 mm下、密度2.62 g/cm³
粗骨材：日本国新潟県姫川産、25 mm下、密度2.64 g/cm³
シリカヒューム： フェロシリコン副生品
石膏：二水石膏、神岡鉱業社製、ブレーン値４２２０ｃｍ^２／ｇ
水：工業用水
石灰硫黄合剤Ａ：ｐＨが１１．０、酸化還元電位−５４０ｍｖ、ＭｇＯ含有量が１．０％、Ｔ‐Ｃａ量１３％、Ｔ−Ｓ量２６％。
石灰硫黄合剤Ｂ：ｐＨが１０．５、酸化還元電位−５００ｍｖ、ＭｇＯ含有量が１．０％、Ｔ‐Ｃａ量１２％、Ｔ−Ｓ量２４％。
石灰硫黄合剤Ｃ：ｐＨが１０．０、酸化還元電位−４５０ｍｖ、ＭｇＯ含有量が１．０％、Ｔ‐Ｃａ量１１％、Ｔ−Ｓ量２２％。
石灰硫黄合剤Ｄ：ｐＨが１０．５、酸化還元電位−５００ｍｖ、ＭｇＯ含有量が０．５％。Ｔ‐Ｃａ量１０％、Ｔ−Ｓ量２１％。
石灰硫黄合剤Ｅ：ｐＨが１０．５、酸化還元電位−５００ｍｖ、ＭｇＯ含有量が２．０％、Ｔ‐Ｃａ量８％、Ｔ−Ｓ量１９％。
石灰硫黄合剤Ｆ：ｐＨが１１．０、酸化還元電位−５４０ｍｖ、ＭｇＯ含有量が１．０％、Ｔ‐Ｃａ量１３％、Ｔ−Ｓ量２６％。

<試験方法>
スランプ：コンクリート打設直後と打設してから３０分後にJIS A 1101に準拠して測定した。
圧縮強度：材齢１日まで２０℃で封緘養生し、JIS A 1108に準拠して測定した。
六価クロム溶出量：材齢８時間まで２０℃で封緘養生し、環境庁第４６号法に従って測定した。

表１より、本発明の：セメント添加剤を使用することで、コンクリートの流動性を保持させ、六価クロム溶出量を減らしながら、さらに早期強度発現性が良好であることが分かる。

（実験例２）
シリカフューム１００質量部に対して、石膏１００質量部、石灰硫黄合剤Ａを２質量部添加し、ボールミルで混合粉砕してブレーン値 220,000ｃｍ^２／ｇとしたセメント添加剤を作製した。
このセメント添加剤の使用量を、セメント１００質量部に対して表２に示すように変えたこと以外は実験例１と同様に行った。結果を表２に示す。

表２より、本発明のセメント添加剤を使用することにより、コンクリートの流動性を保持させ、六価クロム溶出量を減らしながら、さらに早期強度性状が良好であることが分かる。

本発明のセメント添加剤及びセメント組成物によりコンクリートの流動性の保持によって施工性が改善するだけでなく、早強性の付与や六価クロム溶出量が低減するので、環境に配慮した材料を提供することが可能となり、土木、建築分野に好適である。

Claims (3)

1. ｐＨ１０以上、酸化還元電位（ＯＲＰ）が−４５０ｍｖ以下、ＭｇＯ含有量が０．３％以上である石灰硫黄合剤とシリカフュームの混合粉砕物であるセメント添加剤。
2. さらに、石膏を含有してなる請求項１に記載のセメント添加剤。
3. セメント１００質量部に対し、請求項１又は２に記載のセメント添加剤を１〜２５質量部添加してなるセメント組成物。