JP2019059651A - 水硬性粉末組成物 - Google Patents
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Abstract
Description
低収縮のセメント組成物として、特許文献1には、ポルトランドセメントクリンカ粉末30〜40重量部と3CaO・3Al2O3・CaSO4を50重量%以上含むカルシウムサルホアルミネートクリンカ粉末15〜25重量部と無水石膏粉末10〜20重量部と高炉スラグ粉末25〜45重量部からなる混合粉末に、炭酸リチウム粉末0.1〜0.3重量部を添加してなることを特徴とする低収縮、高強度セメント組成物が記載されている。
本発明の目的は、硬化後の乾燥収縮が小さく、かつ、水中等の低温環境下における膨張が小さい、寸法安定性に優れた水硬性粉末組成物を提供することである。
すなわち、本発明は、以下の[1]〜[4]を提供するものである。
[1] ポルトランドセメント粉末、カルシウムアルミネート粉末、アウイン(3CaO・3Al2O3・CaSO4)を50質量%以上の割合で含むアウイン含有クリンカー粉末、石膏粉末、および、可溶性硫酸塩粉末を含む水硬性粉末組成物であって、上記ポルトランドセメント粉末、カルシウムアルミネート粉末、アウイン含有クリンカー粉末、石膏粉末、および、可溶性硫酸塩粉末の全量(100質量%)中、上記ポルトランドセメント粉末の含有率が20〜40質量%であり、上記カルシウムアルミネート粉末の含有率が2〜20質量%であり、上記アウイン含有クリンカー粉末の含有率が20〜50質量%であり、上記石膏粉末の含有率がSO3換算値で5〜30質量%であり、上記可溶性硫酸塩粉末の含有率がSO4換算値で1〜12質量%であることを特徴とする水硬性粉末組成物。
[2] 上記カルシウムアルミネート粉末は、CaO/Al2O3のモル比が0.8〜3の範囲内のものである前記[1]に記載の水硬性粉末組成物。
[3] 上記ポルトランドセメント粉末、カルシウムアルミネート粉末、アウイン含有クリンカー粉末、石膏粉末、および、可溶性硫酸塩粉末の全量(100質量部)に対して、高炉スラグ微粉末およびフライアッシュを含まない、または、高炉スラグ微粉末とフライアッシュのいずれか一方または両方を、合計量が50質量部以下となる量で含む前記[1]又は[2]に記載の水硬性粉末組成物。
[4] 前記[1]〜[3]のいずれかに記載の水硬性粉末組成物、セメント混和剤、細骨材、および水を含むセメント組成物。
中でも、材料にかかるコストを低減する観点から、普通ポルトランドセメントおよび早強ポルトランドセメントが好ましい。
また、本発明で用いられるカルシウムアルミネート粉末を含む材料として、市販のアルミナセメントを用いてもよい。
また、カルシウムアルミネート粉末は、結晶質でも非晶質でもよく、これらの混合物であってもよい。
アウイン含有クリンカー粉末のブレーン比表面積は、好ましくは2,500〜6,000cm2/g、より好ましくは3,000〜5,500cm2/g、特に好ましくは3,500〜5,000cm2/gである。該ブレーン比表面積が2,500cm2/g以上であれば、水硬性粉末組成物の水和反応の反応性がより大きくなり、水硬性粉末組成物の水和反応が進みやすくなる。該ブレーン比表面積が6,000cm2/g以下であれば、水硬性粉末組成物の水和反応の反応性が過度に大きくならず、硬化時間の制御がしやすくなり、作業性がより向上する。
石膏粉末のブレーン比表面積は、好ましくは3,000〜10,000cm2/g、より好ましくは4,000〜9,000cm2/g、さらに好ましくは5,000〜8,500cm2/g、特に好ましくは5,500〜8,000cm2/gである。該ブレーン比表面積が3,000cm2/g以上であれば、水硬性粉末組成物の水和反応の反応性がより大きくなり、水硬性粉末組成物の水和反応が進みやすくなる。また、硬化体の強度が大きくなる。該ブレーン比表面積が10,000cm2/g以下であれば、粉砕にかかるコストを低減することができる。
該含有率が5質量%未満であると、硬化体の乾燥収縮が大きくなる。該含有率が30質量%を超えると、水中等の低温環境下における、硬化体の膨張が大きくなる。
なお、本明細書中、「可溶性硫酸塩」とは、20℃の条件下における、水100gに溶解する量が10g以上である硫酸塩をいう。
可溶性硫酸塩粉末のブレーン比表面積は、特に限定されるものではない。また、可溶性硫酸塩の粒径は、可溶性硫酸塩をより均一に混ざりやすくする観点から、例えば、2.0mm以下、好ましくは1.0mm以下、より好ましくは0.5mm以下、特に好ましくは0.1mm以下である。なお、粒径とは、可溶性硫酸塩粉末を構成する、可溶性硫酸塩の粒における最大寸法(例えば、断面がだ円である粒においては、長軸の寸法をいう。)をいう。
水硬性粉末組成物が、高炉スラグ微粉末とフライアッシュのいずれか一方または両方を含む場合、その合計量は、ポルトランドセメント粉末、カルシウムアルミネート粉末、アウイン含有クリンカー粉末、石膏粉末、および、可溶性硫酸塩粉末の全量100質量部に対して、好ましくは50質量部以下、より好ましくは45質量部以下、特に好ましくは40質量部以下である。該量が50質量部以下であれば、硬化体の乾燥収縮の増加および硬化体の強度の低下を抑えつつ、廃棄物の利用を図ることができる。
該量の下限値は、廃棄物利用促進等の観点から、好ましくは5質量部、より好ましくは8質量部である。
フライアッシュのブレーン比表面積は、好ましくは2,000〜10,000cm2/g、より好ましくは2,500〜8,000cm2/g、特に好ましくは3,000〜6,000cm2/gである。該ブレーン比表面積が2,000cm2/g以上であれば、硬化体の強度をより十分に確保できる。該ブレーン比表面積が10,000cm2/g以下であれば、水硬性粉末組成物の硬化前の流動性および作業性がより向上する。
必要に応じて配合される他の材料の例としては、細骨材、粗骨材、セメント混和剤、水等が挙げられる。
細骨材としては、特に限定されず、例えば、川砂、山砂、陸砂、海砂、砕砂、珪砂、スラグ細骨材、及び軽量細骨材、またはこれらの混合物等が挙げられる。
粗骨材としては、特に限定されず、例えば、川砂利、山砂利、陸砂利、海砂利、砕石、スラグ粗骨材、及び軽量粗骨材、又はこれらの混合物等が挙げられる。
細骨材の配合量は、特に限定されないが、例えば、水硬性粉末組成物100質量部に対して、好ましくは50〜700質量部、より好ましくは80〜400質量部である。
また、粗骨材を用いる場合、細骨材率は、好ましくは5〜60%、より好ましくは30〜50%である。細骨材率が前記範囲内であれば、水硬性粉末組成物の流動性や作業性が向上する。
セメント混和剤の配合量は、セメント混和剤の種類等によっても異なるが、材料にかかるコスト低減等の観点から、水硬性粉末組成物100質量部に対して、好ましくは0.1〜8質量部、より好ましくは0.5〜6質量部である。
[使用材料]
(1)普通ポルトランドセメント;太平洋セメント社製、ブレーン比表面積:3,150cm2/g
(2)早強ポルトランドセメント;太平洋セメント社製、ブレーン比表面積:4,500cm2/g
(3)カルシウムアルミネートA;CaO/Al2O3のモル比:1.3、ブレーン比表面積:5,000cm2/g
(4)カルシウムアルミネートB;CaO/Al2O3のモル比:2.2、ブレーン比表面積:3,000cm2/g
(5)アウイン含有クリンカー粉末;アウインの含有率:61.8質量%、ブレーン比表面積:4,000cm2/g
(6)石膏;II型無水石膏、ブレーン比表面積:7,000cm2/g
(7)可溶性硫酸塩A;無水硫酸ナトリウム、1級試薬、粒径:0.1mm以下
(8)可溶性硫酸塩B;硫酸第一鉄・無水和物、1級試薬、粒径:0.1mm以下
(9)高炉スラグ微粉末;エスメント関東社製、商品名「エスメント4000(石膏未添加品)」、ブレーン比表面積:4,100cm2/g
(10)フライアッシュ;常磐火力産業社製、「JIS A 6201:1999(コンクリートフライアッシュ)」に規定されるフライアッシュII種、ブレーン比表面積:3,920cm2/g
(11)硬化時間調整剤;クエン酸(食品添加用)
(12)硬化促進剤;炭酸リチウム、1級試薬
(13)膨張材;太平洋マテリアル社製、商品名「太平洋エクスパン(構造用)」
(14)収縮低減剤;太平洋マテリアル社製、商品名「テトラガードPW」
(15)高性能減水剤A;太平洋マテリアル社製、商品名「NF−200」
(16)高性能減水剤B;BASFジャパン社製、商品名「メルメントF10M」
(17)細骨材;珪砂、愛知県三河産、FM1.8
(18)水;上水道水
セメント組成物を調製した後、乾燥収縮、低温水中膨張および圧縮強さを、後述の方法を用いて測定した。
セメント組成物の調製は、上記材料を、表1に示す配合(ただし、表1中、無水石膏の数値はSO3換算値であり、無水硫酸ナトリウムおよび硫酸第一鉄の数値はSO4換算値である。)に従って、水硬性粉末組成物の材料および細骨材(珪砂)をホバート型ミキサーに投入して、20秒間空練りした後、さらに、高性能減水剤と硬化時間調整剤と水を予め混合してなる水溶液を投入して、180秒間混練することで行った。セメント組成物を調製する際の温度は、乾燥収縮、低温水中膨張、または圧縮強さの測定における養生温度に合わせた温度とし、セメント組成物は、乾燥収縮等の測定毎に調製を行った。
結果を表1に示す。
(2)低温水中膨張:セメント組成物の調製から脱型までを、20℃の環境下に代えて、5℃の環境下で行い、かつ、脱型後の養生を、20℃、相対湿度60%の環境下に代えて、5℃の水中の環境下で行う以外は、上述した乾燥収縮における長さ変化率の測定と同様にして、材齢91日における長さ変化率を測定した。
(3)圧縮強さ:「JIS R 5201:2015(セメントの物理試験方法)」に準拠して、圧縮強さを測定した。脱型は成形48時間後に行い、脱型後の養生条件として、A:20℃、相対湿度60%の条件(表1、2中「圧縮強さA」と示す。)、B:5℃、相対湿度70%の条件(表1、2中、「圧縮強さB」と示す。)の二種類を行い、それぞれの条件で養生した場合の、材齢28日における圧縮強さを測定した。
なお、乾燥収縮及び低温水中膨張の判断の目安として、長さ変化率の絶対値が500×10−6以下であれば、良好(寸法安定性に優れている)と判断できる。
上記材料を、表2に示す配合(ただし、表2中、無水石膏の数値はSO3換算値であり、無水硫酸ナトリウムの数値はSO4換算値である。)に従って、水硬性粉末組成物の材料および細骨材(珪砂)をホバート型ミキサーに投入して、20秒間空練りした後、さらに、表2に示す種類のセメント混和剤(硬化促進剤、硬化時間調整剤、収縮低減剤)と水を予め混合してなる水溶液を投入して、180秒間混練し、セメント組成物を調製した。
得られたセメント組成物を用いて、実施例1と同様にして、乾燥収縮、低温水中膨張、圧縮強さを測定した。
結果を表2に示す。
一方、比較例1〜5における硬化体(ポルトランドセメントのみ、または、ポルトランドセメントと膨張材を含む水硬性粉末組成物)の乾燥収縮は、−1280〜−681×10−6であり、乾燥収縮が大きいことがわかる。また、比較例2、3、5(ポルトランドセメントと膨張材を含む水硬性粉末組成物)の低温水中膨張は732〜901×10−6であり、膨張材を添加することによって、低温条件下の膨張が大きくなる(寸法安定性が低くなる)ことがわかる。
比較例7(カルシウムアルミネート粉末を含まないもの)の低温水中膨張は924×10−6であり、低温条件下の膨張が大きいことがわかる。また、圧縮強さが18〜22N/mm2であり、実施例1〜10における圧縮強さと比較して小さいことがわかる。
比較例8(カルシウムアルミネート粉末を28質量%で含むもの)の乾燥収縮は−685×10−6であり、低温水中膨張は887×10−6であることから、寸法安定性が低いことがわかる。また、圧縮強さが25〜32N/mm2であり、実施例1〜10における圧縮強さと比較して小さいことがわかる。
比較例9(石膏粉末を35質量%で含むもの)の低温水中膨張は4,200×10−6を超えるものであり、低温条件下の膨張が大きいことがわかる。
比較例10(可溶性硫酸塩粉末を含まないもの)の低温水中膨張は3,500×10−6を超えるものであり、低温条件下の膨張が大きいことがわかる。また、圧縮強さが18〜31N/mm2であり、実施例1〜10における圧縮強さと比較して小さいことがわかる。
比較例11(可溶性硫酸塩粉末を15質量%で含むもの)の低温水中膨張は3,012×10−6であり、低温条件下の膨張が大きいことがわかる。
Claims (4)
- ポルトランドセメント粉末、カルシウムアルミネート粉末、アウイン(3CaO・3Al2O3・CaSO4)を50質量%以上の割合で含むアウイン含有クリンカー粉末、石膏粉末、および、可溶性硫酸塩粉末を含む水硬性粉末組成物であって、
上記ポルトランドセメント粉末、カルシウムアルミネート粉末、アウイン含有クリンカー粉末、石膏粉末、および、可溶性硫酸塩粉末の全量(100質量%)中、上記ポルトランドセメント粉末の含有率が20〜40質量%であり、上記カルシウムアルミネート粉末の含有率が2〜20質量%であり、上記アウイン含有クリンカー粉末の含有率が20〜50質量%であり、上記石膏粉末の含有率がSO3換算値で5〜30質量%であり、上記可溶性硫酸塩粉末の含有率がSO4換算値で1〜12質量%であることを特徴とする水硬性粉末組成物。 - 上記カルシウムアルミネート粉末は、CaO/Al2O3のモル比が0.8〜3.0の範囲内のものである請求項1に記載の水硬性粉末組成物。
- 上記ポルトランドセメント粉末、カルシウムアルミネート粉末、アウイン含有クリンカー粉末、石膏粉末、および、可溶性硫酸塩粉末の全量(100質量部)に対して、高炉スラグ微粉末およびフライアッシュを含まない、または、高炉スラグ微粉末とフライアッシュのいずれか一方または両方を、合計量が50質量部以下となる量で含む請求項1又は2に記載の水硬性粉末組成物。
- 請求項1〜3のいずれか1項に記載の水硬性粉末組成物、セメント混和剤、細骨材、および水を含むセメント組成物。
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