JP2019119656A

JP2019119656A - 膨張セメント組成物

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Publication number: JP2019119656A
Application number: JP2018001736A
Authority: JP
Inventors: 拓海前田; Takumi Maeda; 憲之荒野; Noriyuki Arano; 宮口　克一; Katsuichi Miyaguchi; 克一宮口; 盛岡　実; Minoru Morioka; 実盛岡
Original assignee: Denka Co Ltd
Current assignee: Denka Co Ltd
Priority date: 2018-01-10
Filing date: 2018-01-10
Publication date: 2019-07-22

Abstract

【課題】少ない膨張物質の混和量で所望の膨張性能が得られ、かつ乾燥収縮ひび割れ抵抗性及び貯蔵安定性にも優れるほか、温度ひび割れ抵抗性に優れるためマスコンにも好適な膨張セメント組成物を提供する。【解決手段】（１）５μｍ以下の粒子の含有量が５質量％以下であり、メジアン径が１５μｍ以上であるセメントと、膨張物質を含有する膨張セメント組成物であり、（２）前記セメントが、５μｍ〜４０μｍの粒子を７５質量％以上含有する膨張セメント組成物であり、（３）更に、フライアッシュ及び／又はシリカフュームを含有する膨張セメント組成物、である。【選択図】なし

Description

本発明は、主に、土木・建築分野で使用される膨張セメント組成物に関する。

セメントは、安価でしかも大きな構造物を任意の形に造れる優れた材料である。更に、セメント混和材を併用することによって、構造物の強度や耐久性を向上させることが可能である。これまでに数多くのセメント混和材が提案されているが、最も使用されているものとして、コンクリートに膨張性を付与するセメント混和材がある。なお、ここでコンクリートとは、セメントペースト、モルタル及びコンクリートを総称するものである。

コンクリート構造物に膨張性を付与するセメント混和材として、例えば、ＣａＯ−Ａｌ_２Ｏ_３−ＳＯ_３系化合物を有効成分とするセメント混和材が知られている（特許文献１〜特許文献３）。

しかしながら、従来のセメント混和材とポルトランドセメントを混合したセメント組成物を長期間貯蔵すると、膨張性能が低下するという課題があった。貯蔵条件によっては、セメント組成物の貯蔵期間が７日以上になると膨張性能が低下し始め、貯蔵２８日では膨張性能が半減することもあった。

最近では、膨張性を付与するセメント混和材への要求性能は益々高くなっており、少ない配合率で優れた膨張性能を付与できるセメント混和材の開発が待たれている。このような技術が確立できれば、使用者の経済的負担を軽減でき、膨張セメント組成物のより広い普及へとつなげることができる。

膨張性を付与するセメント混和材を用いる理由は、コンクリートのひび割れを低減するためであり、同じ膨張性能でもひび割れ抵抗性に優れる膨張セメント組成物が開発できれば、非常に有益である。例えば土木学会では、膨張コンクリートの収縮補償用途の基準を１５０〜２５０×１０^−６と定めている。この規格に入るような膨張ひずみを付与した際にも、ひび割れ易いコンクリートとひび割れにくいコンクリートが存在する。このように収縮補償規格を満たす中で、よりひび割れ抵抗性に優れる膨張セメント組成物の開発が強く待たれていた。

加えて、水和発熱による温度ひび割れが問題となるマッシブなコンクリート（以下、「マスコン」という）にも有効な、膨張セメント組成物の要求も高い。これまでにも、マスコン用の膨張性混和材は開発されているが（例えば、特許文献５や特許文献６）、温度依存性が大きい、副作用として凝結遅延が生じるなどの課題があった。

膨張性を付与するセメント混和材を、開袋投入してコンクリートに混和する従来の使用方法では、練り混ぜ不足によるポップアウトが発生する事例も散見されていた。ポップアウトの発生を防止するため、膨張性を付与するセメント混和材を予めポルトランドセメントに混合しておくことが知られている。

特公昭４２−２１８４０号公報特公昭４２−１９４７３号公報特公昭５３−１６００７号公報特開２００１−１２２６５０号公報特開平０７−２３２９４４号公報特開２００２−０６８８０１号公報

本発明者らは、このような状況を鑑み、前記課題を解消すべく種々検討した結果、微粉を取り除いたセメントに膨張物質を混和することによって、少ない膨張物質の混和量で所望の膨張性能が得られ、かつひび割れ抵抗性及び貯蔵安定性にも優れるほか、マスコンにも好適な膨張セメント組成物が得られることを知見し、本発明を完成するに至った。

即ち、本発明は、（１）５μｍ以下の粒子の含有量が５質量％以下であり、メジアン径が１５μｍ以上であるセメントと、膨張物質を含有する膨張セメント組成物であり、（２）前記セメントが、５μｍ〜４０μｍの粒子を７５質量％以上含有する膨張セメント組成物であり、（３）更に、フライアッシュ及び／又はシリカフュームを含有する膨張セメント組成物、である。

本発明の膨張セメント組成物は、少ない膨張物質の混和量で所望の膨張性能が得られ、乾燥収縮ひび割れ抵抗性及び貯蔵安定性に優れるほか、温度ひび割れ抵抗性に優れるためマスコンにも好適である。

以下、本発明を詳細に説明する。
本発明で使用する部や％は特に規定のない限り質量基準である。

本発明のセメントとして、普通、早強、超早強、低熱、及び中庸熱などの各種ポルトランドセメントや、これらポルトランドセメントに、高炉スラグ、フライアッシュ又はシリカを混合した各種混合セメント、石灰石粉末や高炉徐冷スラグ微粉末などを混合したフィラーセメント、並びに、都市ゴミ焼却灰や下水汚泥焼却灰を原料として製造された環境調和型セメント（エコセメント）が挙げられる。

本発明は、５μｍ以下の粒子の含有量が５質量％以下であり、メジアン径が１５μｍ以上であるセメントと、膨張物質を含有する膨張セメント組成物であることを特徴とする。更に、前記セメントの５μｍ〜４０μｍの粒子の含有率が、７５質量％以上であることが好ましい。５μｍ以下の粒子の含有量が５質量％を超えると、膨張性能が低下し、また、ひび割れ抵抗性や水和発熱による温度ひび割れ抵抗性が十分に得られない場合がある。

５μｍの粒子の含有量が５質量％以下であり、メジアン径が１５μｍ以上であるセメントは、通常、Ｃ_３Ｓ固溶体が５０〜７０質量部、Ｃ_２Ｓ固溶体が１０〜３０質量部、Ｃ_３Ａが５〜２０質量部、Ｃ_４ＡＦが２〜２０質量部、セッコウが０．１〜５質量部から構成される。

５μｍの粒子の含有量が５質量％以下であり、メジアン径が１５μｍ以上であるセメントのブレーン比表面積は、１,５００ｃｍ^２／ｇ〜３,５００ｃｍ^２／ｇの範囲にあることが好ましい。

本発明の膨張物質としては、遊離石灰や遊離マグネシアを含むものが挙げられるが、長期安定性の観点から、遊離石灰を含むものが好ましい。遊離石灰を含むものとしては、例えば、遊離石灰-無水セッコウ系、遊離石灰-水硬性化合物系や、遊離石灰-水硬性化合物-無水セッコウ系などが挙げられる。
本発明では、膨張性能が良好なことから、遊離石灰−水硬性化合物−無水セッコウ系を用いることが好ましく、特に遊離石灰含有量が４０％を超えるものが好ましい。ここで、水硬性化合物としては、例えば、イーリマイト（アウインとも言う）、カルシウムフェライト、カルシウムアルミノフェライト、カルシウムシリケート、カルシウムアルミネートなどから選ばれる１種又は２種以上が挙げられる。このような膨張物質としては、市販の膨張材や静的破砕材が利用できる。

膨張材や静的破砕材は、多数市販されており、その代表例としては、デンカ社製、商品名「デンカＣＳＡ」、「デンカパワーＣＳＡ」、住友大阪セメント社製、商品名「サクス」、太平洋マテリアル社製、商品名「エクスパン」、「Ｎ-ＥＸ」、「ブライスター」、「太平洋ジプカル」などが挙げられる。

本発明の膨張物質の粒度は、特に限定されるものではないが、ブレーン比表面積で２０００〜６０００ｃｍ^２／ｇの範囲が好ましく、２５００〜４０００ｃｍ^２／ｇがより好ましい。２０００ｃｍ^２／ｇ未満では長期安定性が悪くなる場合があり、一方、６０００ｃｍ^２／ｇを超えると膨張性が十分に得られない場合がある。膨張物質の使用量は、膨張セメント組成物中、２〜８％が好ましく、４〜６％がより好ましい。

本発明の膨張性能とは、ＪＩＳＡ６２０２「コンクリート用膨張材」の付属書１や付属書２に記載される方法に準じて測定した長さ変化で評価することができ、膨張ひずみを示す。

本発明の膨張セメント組成物は、乾燥に対するひび割れ抵抗性や水和発熱による温度ひび割れ抵抗性の観点から、フライアッシュ及びシリカフュームから選ばれる１種又は２種を混合することが好ましい。フライアッシュ及び／又はシリカフュームの使用量は、膨張セメント組成物中、５〜３０％が好ましく、１０〜２０％がより好ましい。

本発明のフライアッシュは、ＪＩＳＡ６２０１「コンクリート用フライアッシュ」に規定された品質を満足するものが好ましく、Ｉ種がより好ましい。

本発明のシリカフュームは、ＪＩＳＡ６２０７「コンクリート用シリカフューム」に規定された品質を満足するものが好ましい。

本発明の乾燥収縮ひび割れ抵抗性とは、単なる膨張性能（膨張ひずみ）ではなく、コンクリートに生じるひび割れに対する抵抗性である。評価方法としては、例えば、ＪＩＳＡ１１５１「拘束されたコンクリートの乾燥収縮ひびわれ試験方法」や、「拘束リング試験」を挙げることができる。特に、拘束リング試験は簡便に評価できることから望ましい。拘束リング試験は、土木学会第６５回年次学術講演会Ｖ−３７２（pp.743-744）「拘束リング試験による収縮低減剤のひび割れ抵抗性評価」、熊本ほか、平成２２年９月、に準拠して行うことができる。

本発明の温度ひび割れ抵抗性とは、マスコンに生じる水和発熱による温度ひび割れに対する抵抗性を意味する。ひび割れ発生確率や、それをもとに求められるひび割れ指数などを指標とすることも可能であるし、模擬壁や実際のコンクリート構造物を打設して、ひび割れ発生状況を比較検討することによって評価することもできる。

以下、実施例により本発明を詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。

（実験例１）
表１に示す種類のセメントと膨張物質を使用し、配合割合を変えて膨張セメント組成物を作製した。次に、作製した膨張セメント組成物４５０ｇ、細骨材１３５０ｇ、水／結合材比５０％のモルタルを作製し、長さ変化及び貯蔵安定性を測定した。結果を表１に示す。

（使用材料）
セメントＡ：普通ポルトランドセメント、市販品、ブレーン比表面積３，２００ｃｍ^２／ｇ。５μｍ以下の粒子含有率２８％、５〜４０μｍの粒子含有率６１％、メジアン径１２μｍ
セメントＢ：セメントＡを分級したもの。ブレーン比表面積２，４００ｃｍ^２／ｇ。５μｍ以下の粒子含有率５％、５〜４０μｍの粒子含有率７５％、メジアン径１５μｍ
セメントＣ：セメントＡを分級したもの。ブレーン比表面積１，７００ｃｍ^２／ｇ。５μｍ以下の粒子含有率３％、５〜４０μｍの粒子含有率８２％、メジアン径１９μｍ
膨張物質イ：エトリンガイト−石灰複合型膨張材、主成分は遊離石灰、イーリマイト、無水セッコウ。密度３．１０ｇ／ｃｍ^３。デンカ社製、商品名「デンカパワーＣＳＡ」。
膨張物質ロ：石灰系膨張材、主成分は遊離石灰、エーライト、無水セッコウ、密度３．２０ｇ／ｃｍ^３。太平洋マテリアル社製、商品名「太平洋ハイパーエクスパン」。
細骨材Ａ：セメント強さ試験用標準砂。密度２．６４ｇ／ｃｍ^３。
水：水道水。

（試験方法）
粒度分布測定：レーザー回折装置（Sympatec社製HELOS＆RODOS）を用い、試料を乾式分散して粒度分布を測定した。メジアン径は、頻度の累積が50％になる粒子径である。
長さ変化測定：ＪＩＳＲ５２０１に準じて材齢７日の長さ変化を測定した。
貯蔵安定性：膨張セメント組成物の作製直後の膨張性能に対する、７日及び２８日貯蔵後の膨張性能を相対値で記載。膨張物質とセメントをビニル袋内に入れて混合し、密封状態で、温度２０℃・湿度６０％ＲＨの恒温室内で７日及び２８日間貯蔵したものを用いた。

表１より、５μｍの粒子の含有量が５質量％以下、メジアン径が１５μｍ以上、並びに、５μｍ〜４０μｍの粒子の含有率が７５質量％以上であるであるセメントと、膨張物質を含有する膨張セメント組成物は、少ない膨張物質の混和量で所望の膨張性能が得られ、かつ貯蔵安定性にも優れることが分かる。

（実験例２）
実験No.1-1と実験No.1-7の膨張セメント組成物を用いて、コンクリートによる性能評価を行った。配合は、単位膨張セメント組成物量３１０ｋｇ／ｍ^３、単位水量１７５ｋｇ／ｍ^３、ｓ／ａ４２％、スランプ８．０±２．５ｃｍ、空気量４．５±１．５％とし、乾燥収縮ひび割れ抵抗性と、温度ひび割れ抵抗性を測定した。結果を表２に示す。

（使用材料）
細骨材Ｂ：天然細骨材、密度２．６４ｇ／ｃｍ^３。
粗骨材：天然粗骨材、密度２．６５ｇ／ｃｍ^３。

（試験方法）
乾燥収縮ひび割れ抵抗性：拘束リング試験により、ひび割れ抵抗性を評価した。拘束率は６０％とし、ひび割れが発生する日数を観察した。
温度ひび割れ抵抗性：模擬壁で、ひび割れの発生状況を確認した。高さ4ｍ×長さ10ｍ×厚さ1ｍの模擬壁を作製し、打設から２週間後にひび割れの発生状況を観察した。幅0.2mm以上のひび割れが５本以上発生した場合は×、幅0.2mm未満のひび割れが５本未満３本以上発生した場合は△、ひび割れ幅0.2mm未満のひび割れが３本未満１本以上発生した場合は○、ひび割れが認められない場合は◎とした。

表２より、本発明の膨張セメント組成物は、乾燥収縮によるひび割れ抵抗性に優れ、かつ、水和発熱による温度ひび割れ抵抗性にも優れることが分かる。普通ポルトランドセメントに膨張物質を混和した膨張セメント組成物（実験No.2-2）は、膨張物質を含まない実験No.2-1よりも乾燥収縮ひび割れ抵抗性や温度ひび割れ抵抗性に優れるが、本発明の膨張セメント組成物（実験No.2-3）と比較すると、その効果が小さいことが分かる。

（実験例３）
セメント、膨張物質及びフライアッシュを用いて、コンクリートによる性能評価を行った。配合は、単位膨張セメント組成物量３１０ｋｇ／ｍ^３、単位水量１７５ｋｇ／ｍ^３、ｓ／ａ＝４２％、スランプ８．０±２．５ｃｍ、空気量は４．５±１．５％とし、乾燥収縮ひび割れ抵抗性と、温度ひび割れ抵抗性を測定した。結果を表３に示す。

（使用材料）
フライアッシュ：市販品、密度２．４０ｇ／ｃｍ^３、ブレーン比表面積６,０００ｃｍ^２／ｇ。

表３より、本発明の膨張セメント組成物は、収縮ひび割れ抵抗性、並びに、水和発熱による温度ひび割れ抵抗性に優れ、フライアッシュが含まれると、さらにその効果がより大きくなることが分かる。

Claims

５μｍ以下の粒子の含有量が５質量％以下であり、メジアン径が１５μｍ以上であるセメントと、膨張物質を含有することを特徴とする膨張セメント組成物。
前記セメントが、５μｍ〜４０μｍの粒子を７５質量％以上含有することを特徴とする請求項１に記載の膨張セメント組成物。
更に、フライアッシュ及び／又はシリカフュームを含有することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の膨張セメント組成物。