JP2019189507A - セメント用急硬性添加材及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
かかるコンクリート吹き付け工法においては、コンクリート等を調製し、それを取り扱う際に必要な最低限の可使時間(ハンドリングタイム)を確保するとともに、壁面や露出面に吹き付けた後に、コンクリート等を即時に硬化させる必要がある。
また、止水工事や緊急工事においても、モルタルやコンクリートの可使時間を確保するとともに、即時に硬化させる必要がある。
また、急硬性成分であるC12A7を主成分としたクリンカを溶融し、その後これを急冷することによって、非晶質C12A7を得る方法もある。
更に、CAを主成分とするアルミナセメントクリンカは、C12A7を主成分としたクリンカに比べると、急硬性が劣る。
特に、上記特許文献2等のクリンカは、C12A7系鉱物含有量をジェットクリンカに比べて増加させたものであり、C12A7系鉱物相を固相反応により生成するものである。このときFeやTiを添加して適量の融液相を生成させてクリンカを得ている。
また、上記従来のクリンカのC12A7系鉱物は固溶体であり、FeやTiの含有によりC12A7系鉱物の固溶状態が変化し、このことは、C12A7系鉱物の水和活性に影響を及ぼす。
更に、これらのクリンカはセメントの製造に用いる材料であり、任意のセメントに後添加して、得られるセメントの水和活性を利用時に増大し、所望する任意の急硬性を得るのに用いられるものではない。
従って、急硬性用途において作業現場等で有効に適用することが可能となり、更に、本発明のセメント用急硬性添加材を所望する初期強度に応じて任意の量で簡便に調整添加することで、所望する急硬性を得る設計を行うことが容易となるとともに、常温のみならず、特に30℃以上の夏季等の高温時での施工性を良好とすることが可能となる。
また、本発明のセメント用急硬性添加材を用いたモルタル等の、例えばポンプ圧送性が良好となる流動性を有することが可能である。
本発明のセメント用急硬性添加材は、C12A7系鉱物相を70質量%以上、C2Sを25質量%以下、C3Aを5質量%以下、CAを10質量%以下、C2ASを20質量%以下で含む、セメント用急硬性添加材である。
本発明のセメント用急硬性添加材は、好ましくは、C4AFは0.5質量%以下で含まれ、より好ましくはCaO(フリーライム)及びMgO(ペリクレース)並びに残部の鉱物相の総質量が15質量%以下である。
ここで、「残部の鉱物相」とは、セメント用急硬性添加材中のC12A7系鉱物相、C2S、C3A、CA、C2AS、CaO及びMgO以外の鉱物相を意味し、かかる「残部の鉱物相」は、初期水和反応には寄与しないものである。
従って、C12A7系鉱物相を高含有量で含み且つ水和活性を向上させることができ、その結果、上記本発明の効果を十分に奏することができるものとなる。
上記C12A7系鉱物相の含有量が70質量%未満であると、十分な急硬性が得られず、初期強度が低下してしまい、本発明の上記効果が得られない。
ここで、C12A7系鉱物相は、C12A7やC11A7・CaX2(Xは、F、Cl、Br等のハロゲン)が該当し、またこれらの混合相であってもよい。
上記各鉱物であるC2S、C3A、CA、C2ASが、それぞれ上記各含有範囲を超えて含まれると、セメント用急硬性添加材中に含まれるC12A7系鉱物の含有量が少なくなってしまい、本発明の上記効果を発揮することができなくなってしまう。
ここで、「実質的に含まれない」とは、これらの鉱物相が、原料中に含まれる不純物であるSiやCaリッチ又はAlリッチな原料を用いることにより生成される場合を妨げないという意味であり、積極的に生成して含有させるものではない。
実質的に含まれないとは、上記と同様に、原料中に含まれる不純物であるSO3により生成される場合を妨げないという意味であり、積極的に生成して含有させるものではない。
なお、本明細書において、Sは、SO3を意味し、SはSiO2を意味するものである。
15質量%を超えると、セメント用急硬性添加材中に含まれるC12A7系鉱物の含有量が少なくなってしまい、本発明の上記効果を発揮することができなくなってしまう場合があり望ましくない。
L*≧―3.4×Fe2O3+55
式中、L*は、本発明のセメント用急硬性添加材のCIE色差式によって求めた色差値(L*値)を示し、例えば、コニカミノルタジャパン(株)製の色彩色差計(CR−300)を用いて、CIE(国際照明委員会)で規定された明度(L*値)の値であり、Fe2O3は、含有されるFe量を酸化物換算したものである。
セメント用急硬性添加材を調製する際の焼成時の還元度が高すぎるとL*値が低下し、C12A7系の活性が低下して初期強度不足となってしまい、また、セメント用急硬性添加材中のFe2O3含有量が、上記した含有範囲を超えて多く含むとL*値が低下するが、上記したFe2O3含有範囲であれば、問題にはならない。
上記式は、Fe2O3含有量によってL*値が低下する要素を取り除き、還元焼成によってL*値が低下する要素について範囲を示したものであり、L*値が上記式を満たすように焼成中の酸素濃度を調整するようにする。
L*値が上記範囲外であると、含有されるC12A7系の活性が低下してしまい、初期強度発現性が劣ることとなり望ましくない。セメント用急硬性添加材中のFe2O3含有量が、上記した含有範囲を超えて多く含むとL*値が低下するが、上記したFe2O3含有範囲であれば、問題にはならず、L*値が67〜85とすることができる。
なお、得られるセメント用急硬性添加材中に含まれるFeの原料となるもの(例えばベンガラ等)は積極的に配合しない。得られるセメント用急硬性添加材中に含まれるFeは、上記配合原料中に不純物として含有されることにより、結果として含まれる場合もあるもので、積極的に含有させるものではない。
上記各鉱物の含有量を上記のように調整することで、常温及び高温時においての施工性に優れるとともに、3時間強度発現性に優れるものとなる。
即ち、流動性を良好として可使時間を確保するとともに急硬性を得るためには、上記焼成温度等で焼成し、上記冷却速度で冷却し、酸素濃度を調整することで、好適な本発明のセメント用急硬性添加材を得ることができることとなる。
本発明のセメント用急硬性添加材は、ブレーン比表面積が4500cm2/g以上に粉砕して用いることが好ましく、これは、4500cm2/g未満では、良好な急硬性が得られない場合があるからである。
また、ブレーン比表面積は、大きくしすぎると流動性に悪影響を及ぼし、粉砕時間を要して生産性が低下しコスト高になるので、5000〜7000cm2/gが望ましい。
また、粉砕する際に、粉砕助剤(ジエチレングリコール、トリエタノールアミン等)を添加してもよい。
石膏としては、無水石膏、半水石膏、二水石膏、またはこれらの混合物が例示できる。
また、その他必要に応じて配合が可能な材料として消石灰が挙げられる。
また他に、凝結調整剤(リグニンスルホン酸系、オキシカルボン酸系、糖類等各種有機酸もしくは有機酸のアルカリ金属塩やアルカリ土類金属塩)や減水剤(アルキルアリルスルホン酸系、ナフタレンスルホン酸系、メラミンスルホン酸系、ポリカルボン酸系、AE減水剤、高性能減水剤、高性能AE減水剤も含む)等、液状または粉末状の混和剤や、細骨材(川砂、海砂、山砂、砕砂およびこれらの混合物)や、粗骨材(川砂利、海砂利、砕石およびこれらの混合物)等を配合することができる。
(実施例1〜19、比較例1〜15)
1)セメント用急硬性添加材の調製
下記表1〜3に示すように、石灰石、蛍石、水酸化アルミニウム、酸化鉄、酸化チタン及び珪砂の各原料を混合して粉末化して、加圧成形し、各成型体を電気炉にて、1300℃で30分間、表1〜3に示す各酸素濃度で焼成し、次いで40℃/分の冷却速度で冷却して各セメント用急硬性添加材を得た
得られた各セメント用急硬性添加材をX線回折/リートベルト法(装置:パナリティカル社製X’Pert MPD、解析ソフト:HighScorePlus)を用いて、C12A7系、C2S、C3A、CA、C2AS、C4AF、C4A3S、CaO(フリーライム)及びMgO(ぺリクレース)の含有割合を測定した。その結果を、表1〜3に示す。
なお、表中、前記鉱物以外の鉱物量を「その他」として表記した。
管電圧:45kV 管電流:40mA
得られた各セメント用急硬性添加材を、蛍光X線分析装置(パナリティカル社製;Axios)を用いて、JIS R 5204に準じて分析して、含有されるFe成分の含有割合を測定した。
その結果を、表1〜3に示す。
但し、Fe成分は、セメント用急硬性添加材中に含まれるFeをFe2O3として換算して表示した。
得られた各セメント用急硬性添加材の色調を、コニカミノルタジャパン(株)製の色彩色差計(CR−300)を用いて、CIE(国際照明委員会)で規定された明度(L値)の値で測定した。その結果を、表1〜3に示す。
次いで、上記各セメント用急硬性添加材をブレーン比表面積が5200±200cm2/g程度に粉砕して、各セメント用急硬性添加材粉末を得た。
早強セメント(HC:住友大阪セメント株式会社製)に、各セメント用急硬性添加材粉末、無水石膏(試薬、ブレーン比表面積6800cm2/g)、Na2SO4(ぼう硝:試薬)及び消石灰(試薬)を、下記表4に示す配合割合にて配合してセメント組成物を調製した。
なお、前記各セメント組成物に、凝結調整剤(試薬;酒石酸、和光純薬工業(株)製)をセメント組成物に対して外割で表4に示す割合で配合するとともに水を、水/セメント組成物質量比が0.38となるように、下記表4のように配合して均一に混練し、各モルタルを得た。
1)強度測定及びフロー値測定
上記で得られた各モルタルについて、30℃での3時間強度(初期強度)及び30℃でのフロー値を、JIS R 5201に準じて測定した。
その結果も上記表1〜3に示す。
上記で得られた各モルタルについて、JIR R 5201(セメントの物理試験方法)に準じて各モルタルの終結時間を測定した。
但し、終結針は直径1インチ高さ2インチの円錐形針を用い、侵入深さが1.5mmになったときの時間を凝結(終結)時間とした。
Claims (6)
- C12A7系鉱物相を70質量%以上、C2Sを25質量%以下、C3Aを5質量%以下、CAを10質量%以下、C2ASを20質量%以下で含むことを特徴とする、セメント用急硬性添加材。
- 請求項1記載のセメント用急硬性添加材において、更に、C4AFを0.5質量%以下で含むことを特徴とする、セメント用急硬性添加材。
- 請求項1又は2記載のセメント用急硬性添加材において、CaO及びMgO並びに、残部の鉱物相の総質量が15質量%以下であることを特徴とする、セメント用急硬性添加材。
- 請求項1乃至3いずれかの項記載のセメント用急硬性添加材において、更にFe2O3を5質量%以下で含み、CIE色差式によって求めたL*値が、式L*≧−3.4×Fe2O3+55の範囲であることを特徴とする、セメント用急硬性添加材。
- 請求項1乃至4いずれかの項記載のセメント用急硬性添加材において、CIE色差式によって求めたL*値が67〜85であることを特徴とする、セメント用急硬性添加材。
- C12A7系鉱物相が70質量%以上、C2Sが25質量%以下、C3Aが5質量%以下、CAが10質量%以下、C2ASが20質量%以下となるように原料を配合して粉末化し、該粉末化原料を焼成して得られる焼成体のL*値が、式L*≧−3.4×Fe2O3+55の範囲になるように、焼成時の酸素濃度を調整して焼成することを特徴とする、セメント用急硬性添加材の製造方法。
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