JP2023136532A - セメント混和材 - Google Patents
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Abstract
【課題】強度低下を起こすことなく、良好な膨張性状と発熱抑制効果を有するセメント混和材を提供する。【解決手段】膨張物質と軽焼マグネシアを含むセメント混和材であって、前記軽焼マグネシアの１０μｍ以下の粒子の含有量が、前記セメント混和材１００質量部に対して１～２１質量部であることを特徴とするセメント混和材。このセメント混和材を用いたモルタル又はコンクリート。【選択図】なし
Description
本発明は、モルタル又はコンクリートに使用するセメント混和材に関する。
モルタルやコンクリートの硬化収縮、乾燥収縮はひび割れの発生原因になる。これを防止するためにコンクリートに膨張材を添加することが従来から行われている。このような膨張材としては、生石灰（ＣａＯ）の水和膨張を利用した石灰系膨張材、カルシウムサルホアルミネートの水和膨張を利用したエトリンガイト系膨張材、ならびに両方を含む石灰－エトリンガイト複合系膨張材が使用されている。これら膨張材の成分が水和する際には水和熱が発生し、特に生石灰が水和する過程では多量の水和熱が発生することが知られている。このため、石灰系膨張材を、マスコンクリート等に使用する場合は、水和熱によって温度ひび割れが生じることが懸念される。
その対策として、膨張材とともにデキストリン等の水和熱抑制剤を併用した技術が開示されている（特許文献１、２）。しかしながら、このようなデキストリン等の有機物の水和熱抑制剤は、セメントの水和熱抑制には効果を有するものの、過剰に添加した場合はセメントの水和を抑制し強度発現性が低下すること、また有効成分の可溶性が温度の影響を受けやすい等、扱いが難しいという問題がある。
一方、酸化マグネシウムも水と反応して水酸化マグネシウムとなり膨張性を示すことが知られている。しかしながら、酸化マグネシウムはコンクリート硬化後に異常膨張を起こすことから、コンクリート用膨張材のＪＩＳ規格（ＪＩＳ Ａ ６２０２ ）において、５質量％以下であることが規定されている。
強度低下を起こすことなく、良好な膨張性状と発熱抑制効果を有するセメント混和材を提供する。
本発明は、セメント混和材に添加する軽焼マグネシアの粒子径を制御し、膨張物質、特に石灰系膨張物質と併用することによって、良好な膨張性能と発熱抑制効果を有するセメント混和材を見出したものである。すなわち、本発明は、次の〔１〕～〔４〕を提供するものである。
〔１〕膨張物質と軽焼マグネシアを含むセメント混和材であって、前記軽焼マグネシアの１０μｍ以下の粒子の含有量が、前記セメント混和材１００質量部に対して１～２１質量部であることを特徴とするセメント混和材。
〔２〕前記軽焼マグネシアは、１０μｍ以下の粒子含有率が３０～９０質量％であることを特徴とする〔１〕のセメント混和材。
〔３〕前記軽焼マグネシアの含有量が、前記セメント混和材１００質量部に対して１～４０質量部であることを特徴とする〔１〕または〔２〕のセメント混和材。
〔４〕〔１〕～〔３〕何れかに記載のセメント混和材を含むモルタル又はコンクリート。
〔１〕膨張物質と軽焼マグネシアを含むセメント混和材であって、前記軽焼マグネシアの１０μｍ以下の粒子の含有量が、前記セメント混和材１００質量部に対して１～２１質量部であることを特徴とするセメント混和材。
〔２〕前記軽焼マグネシアは、１０μｍ以下の粒子含有率が３０～９０質量％であることを特徴とする〔１〕のセメント混和材。
〔３〕前記軽焼マグネシアの含有量が、前記セメント混和材１００質量部に対して１～４０質量部であることを特徴とする〔１〕または〔２〕のセメント混和材。
〔４〕〔１〕～〔３〕何れかに記載のセメント混和材を含むモルタル又はコンクリート。
本発明によれば、強度低下を起こすことなく、良好な膨張性状と発熱抑制効果を有するセメント混和材が得られる。
本発明は、膨張物質と軽焼マグネシアを含み、該軽焼マグネシアの１０μｍ以下の粒子含有量が、該セメント混和材１００質量部に対して１～２１質量部であるセメント混和材である。以下、詳細に説明する。
本発明における膨張物質は、水和によって結晶を生成することにより膨張性状を示すものであればよく、具体的には、生石灰、遊離生石灰を含有する膨張性焼成物、３ＣａＯ・３Ａｌ２Ｏ３・ＣａＳＯ４に代表されるカルシウムサルホアルミネート系化合物、石膏などが挙げられ、一種又は二種以上を混合して用いられる。本発明においては、特に生石灰または遊離生石灰を含有する膨張性焼成物を主成分とする石灰系膨張物質が好ましい。さらに、石膏が加えられたものが好ましい。石膏としては無水石膏が好ましく、石膏の添加量としては、膨張物質１００質量部中、１０～３０質量部が好ましい。
ここで遊離生石灰を含有する膨張性焼成物は、炭酸カルシウム、消石灰、生石灰等のＣａＯ原料を含む焼成原料を焼成することにより得られる焼成物である。焼成原料には、ＣａＯ原料以外に、ＳｉＯ2原料、Ａｌ2Ｏ3原料、酸化鉄原料、石膏等を添加しても良い。焼成原料を焼成するときの焼成温度は１１００～１５００℃である。焼成には、ロータリーキルンや電気炉等の温度調節可能な炉が用いられる。当該焼成物は、粉砕、分級処理を行うことにより、所定の粒度に調整される。
前記膨張性焼成物中の遊離生石灰の含有量としては、膨張性能の確保の観点から３０～９０質量％が好ましく、４０～８０質量％がより好ましい。膨張性焼成物には、遊離生石灰の他に、２ＣａＯ・ＳｉＯ2、３ＣａＯ・ＳｉＯ2等のカルシウムシリケート、ＣａＯ・Ａｌ2Ｏ3、１２ＣａＯ・７Ａｌ2Ｏ3、３ＣａＯ・Ａｌ2Ｏ3等のカルシウムアルミネート、４ＣａＯ・Ａｌ2Ｏ3・Ｆｅ2Ｏ3、６ＣａＯ・２Ａｌ2Ｏ3・Ｆｅ2Ｏ3等のカルシウムアルミノフェライト、３ＣａＯ・３Ａｌ2Ｏ3・ＣａＳＯ4等のカルシウムサルホアルミネート等の水硬性化合物が含まれる。
本発明における膨張物質の１０μｍ以下の粒子含有率は、安定的な膨張性能の確保および水和熱抑制効果の観点から、１０～５０質量％であることが好ましい。また、最大粒子径は３００μｍ以下であることが好ましい。
本発明で使用するマグネシア（ＭｇＯ）は、軽焼マグネシアである。軽焼マグネシアとしては、水酸化マグネシウム、炭酸マグネシウム等のＭｇＯ原料を、６００～１１００℃、より好ましくは７００～１０００℃、さらに好ましくは８００～９００℃の温度で焼成したマグネシアが使用される。軽焼マグネシアには、本発明の性能発現に影響を及ばさない範囲内で、天然原料等に由来する少量の不純物が含まれていてもよい。このような不純物としては、ＣａＯ、ＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3、Ｆｅ2Ｏ3、ＭｎＯ、ＮｉＯ、Ｐ2Ｏ3等が挙げられる。
次に、本発明におけるセメント混和材中の軽焼マグネシアの１０μｍ以下の粒子含有量は、該セメント混和材１００質量部に対して１～２１質量部である。１０μｍ以下の粒子含有量が１質量部未満の場合は、水和発熱速度が大きくなる虞がある。一方、２１質量部を超えた場合は、圧縮強度の低下の虞がある。好ましくは５～２０質量部であり、より好ましくは８～１８質量部である。
また、本発明に用いる軽焼マグネシアの１０μｍ以下の粒子含有率は３０～９０質量％が好ましく、４０～８５質量％がより好ましく、５０～８０質量％がさらに好ましい。また、最大粒径としては、１５０μｍ以下であることが好ましい。
セメント混和材中の軽焼マグネシアの含有量としては、セメント混和材１００質量部に対して、１～４０質量部が好ましく、５～３５質量部がより好ましく、１０～３０質量部がさらに好ましい。
本発明におけるセメント混和材には、上記構成成分の他に、本発明の特長が損なわれない範囲で、少量の各種添加剤が含まれてもかまわない。この種の添加剤としては、例えば、ＡＥ剤、減水剤、起泡剤、発泡剤、凝結調整剤、硬化促進剤、防水剤、撥水剤、保水剤、防錆剤、増粘剤、顔料、白華防止剤等が挙げられる。
本発明のセメント混和材は、モルタル又はコンクリートに混和して使用される。セメント混和材の混和量は、セメント１００質量部に対して５～１０質量部が好ましい。また、コンクリートにおけるセメント混和材の混和量は、コンクリートの収縮補償の観点から２０～３０ｋｇ／ｍ3が好ましい。
モルタル又はコンクリートに用いるセメントとしては、例えば、普通ポルトランドセメント、早強ポルトランドセメント、超早強ポルトランドセメント、低熱ポルトランドセメント、中庸熱ポルトランドセメント等のポルトランドセメント、エコセメント、及び前記ポルトランドセメントに、高炉スラグ粉末、フライアッシュ、珪石粉末、シリカフューム、または石灰石粉末等を混合してなる混合セメントから選ばれる１種以上が挙げられる。単位セメント量は、好ましくは２７０～５００ｋｇ／ｍ３、より好ましくは３００～５００ｋｇ／ｍ３である。
本発明に用いる骨材としては、一般にモルタル又はコンクリート用に使用する骨材であれば特に限定されない。具体的には、細骨材は、川砂、山砂、陸砂、海砂、砕砂、硅砂、および軽量細骨材等から選ばれる１種以上が挙げられ、粗骨材は川砂利、山砂利、砕石、および軽量粗骨材等から選ばれる１種以上が挙げられる。また、天然骨材に限定されず、スラグ骨材等の人工骨材や再生骨材も用いることができる。また、前記細骨材および粗骨材の単位量は、いずれの骨材も、良好なワーカビリティの観点から、好ましくは５００～１１００ｋｇ／ｍ３、より好ましくは６００～１０００ｋｇ／ｍ３である。
本発明に用いる水は特に限定されず、上水道水、下水処理水、および生コンの上澄み水等の、コンクリートの強度発現性や流動性等に影響を与えないものであれば用いることができる。また、単位水量は、良好なワーカビリティの観点から、好ましくは１００～２００ｋｇ／ｍ３、より好ましくは１２０～１８０ｋｇ／ｍ３である。
さらに、モルタル又はコンクリートには、通常使用されるＡＥ剤、減水剤、ＡＥ減水剤、高性能減水剤及び高性能ＡＥ減水剤等の混和剤を使用することができる。なお、これらの混和剤以外にも、モルタル又はコンクリートの用途に応じて、収縮低減剤、発泡剤、起泡剤、防水剤、防錆剤、増粘剤、保水剤、顔料、撥水剤、白華防止剤、繊維及び再乳化粉末樹脂等を使用することができる。
本発明にセメント混和材を用いたモルタル又はコンクリートは、強度低下を起こすことなく、良好な膨張性状と発熱抑制効果（具体的には、最大発熱速度の低減、積算内部温度の低減等）が期待できる。このため、本発明のセメント混和材を用いることによって、温度ひび割れに対する抵抗性に優れたモルタル又はコンクリートを得ることができ、例えば、マスコンクリートなどに好適に用いられる。
以下、実施例を挙げて本発明を詳細に説明するが、本発明は何らこれらに限定されるものではない。
＜セメント混和材の作製＞
（１）膨張物質の製造
珪石、バン土頁岩、酸化鉄、無水石膏及び工業用生石灰の混合物を１４００℃で、電気炉を用いて焼成した焼成物を粉砕し、遊離生石灰を６６質量％含有する膨張性焼成物を作製した。この膨張性焼成物に含まれる遊離生石灰以外の主な鉱物は、カルシウムシリケート（３ＣａＯ・ＳｉＯ２）、カルシウムアルミノフェライト（４ＣａＯ・Ａｌ2Ｏ3・Ｆｅ2Ｏ3）、および無水石膏（ＣａＳＯ４）である。作製した膨張性焼成物は粉砕・分級により粉末に調整した。この調整した膨張性焼成物８０質量部と天然無水石膏（ブレーン比表面積７０００ｃｍ２／ｇ）２０質量部を混合することにより石灰系膨張物質を作製した。得られた膨張物質は、１０μｍ以下の粒子含有率が５８質量％であった。
（１）膨張物質の製造
珪石、バン土頁岩、酸化鉄、無水石膏及び工業用生石灰の混合物を１４００℃で、電気炉を用いて焼成した焼成物を粉砕し、遊離生石灰を６６質量％含有する膨張性焼成物を作製した。この膨張性焼成物に含まれる遊離生石灰以外の主な鉱物は、カルシウムシリケート（３ＣａＯ・ＳｉＯ２）、カルシウムアルミノフェライト（４ＣａＯ・Ａｌ2Ｏ3・Ｆｅ2Ｏ3）、および無水石膏（ＣａＳＯ４）である。作製した膨張性焼成物は粉砕・分級により粉末に調整した。この調整した膨張性焼成物８０質量部と天然無水石膏（ブレーン比表面積７０００ｃｍ２／ｇ）２０質量部を混合することにより石灰系膨張物質を作製した。得られた膨張物質は、１０μｍ以下の粒子含有率が５８質量％であった。
（２）軽焼マグネシアの調製
市販の軽焼マグネシア（焼成温度８００℃、純度９０％）を目開き１０μｍの篩でふるい分け、市販の軽焼マグネシアに篩い分けた１０μｍ以下の軽焼マグネシア粒子を混合することで、軽焼マグネシアの１０μｍ以下の粒子含有率を調整（５０～７９質量％）した。
市販の軽焼マグネシア（焼成温度８００℃、純度９０％）を目開き１０μｍの篩でふるい分け、市販の軽焼マグネシアに篩い分けた１０μｍ以下の軽焼マグネシア粒子を混合することで、軽焼マグネシアの１０μｍ以下の粒子含有率を調整（５０～７９質量％）した。
（３）セメント混和材の調製
上記膨張物質と上記軽焼マグネシアを所定の割合で配合してセメント混和材とした。試験に供したセメント混和材の配合及びセメント混和材中の軽焼マグネシアの１０μｍ以下の粒子含有量を表１に示す。
上記膨張物質と上記軽焼マグネシアを所定の割合で配合してセメント混和材とした。試験に供したセメント混和材の配合及びセメント混和材中の軽焼マグネシアの１０μｍ以下の粒子含有量を表１に示す。
＜評価試験＞
作製したセメント混和材を使用して各種評価試験を行った。以下に各評価試験の試験方法を記す。
作製したセメント混和材を使用して各種評価試験を行った。以下に各評価試験の試験方法を記す。
（１）発熱評価試験
セメント混和材の発熱評価は、マルチマイクロカロリーメーター（（株）東京理工社製）を用いて行った。セメントとセメント混和材の混合物を水に投入して、ペースト状態での最大発熱速度を評価した。普通ポルトランドセメント（太平洋セメント（株）製）１２ｇと表１に示す各セメント混和材１ｇを混合し、これを６．５ｇの水に投入した。測定温度は２０℃とし、注水直後から７２時間まで測定した。
セメント混和材の発熱評価は、マルチマイクロカロリーメーター（（株）東京理工社製）を用いて行った。セメントとセメント混和材の混合物を水に投入して、ペースト状態での最大発熱速度を評価した。普通ポルトランドセメント（太平洋セメント（株）製）１２ｇと表１に示す各セメント混和材１ｇを混合し、これを６．５ｇの水に投入した。測定温度は２０℃とし、注水直後から７２時間まで測定した。
（２）積算内部温度試験
普通ポルトランドセメント（太平洋セメント（株）製）８４０ｇとセメント混和材６０ｇを混合し、これに標準砂２７００ｇと水道水４５０ｇを添加し、２．５分間ミキサで練り混ぜてモルタルを作製した。このモルタルを用いて、２０℃環境下、積算内部温度試験に供した。試験方法を下記に示す。
胴径φ１４７ｍｍ、高さ１７７ｍｍの容積２Ｌのポリ容器にモルタルを充填した。熱電対をポリ容器の胴径中心付近のモルタルに深さ５０ｍｍ差し込んだのち、ポリ容器の開口部をラップで覆った。内部温度の測定は５分間隔で行い、材齢２日まで測定した。積算内部温度は式（１）を用いて算出した。
Ｍ ＝ Σ（θ－２０）・Δｔ ・・・ 式（１）
Ｍ：積算温度
θ：Δｔ時間中のモルタル温度（℃）
Δｔ：内部温度の測定間隔（分）
普通ポルトランドセメント（太平洋セメント（株）製）８４０ｇとセメント混和材６０ｇを混合し、これに標準砂２７００ｇと水道水４５０ｇを添加し、２．５分間ミキサで練り混ぜてモルタルを作製した。このモルタルを用いて、２０℃環境下、積算内部温度試験に供した。試験方法を下記に示す。
胴径φ１４７ｍｍ、高さ１７７ｍｍの容積２Ｌのポリ容器にモルタルを充填した。熱電対をポリ容器の胴径中心付近のモルタルに深さ５０ｍｍ差し込んだのち、ポリ容器の開口部をラップで覆った。内部温度の測定は５分間隔で行い、材齢２日まで測定した。積算内部温度は式（１）を用いて算出した。
Ｍ ＝ Σ（θ－２０）・Δｔ ・・・ 式（１）
Ｍ：積算温度
θ：Δｔ時間中のモルタル温度（℃）
Δｔ：内部温度の測定間隔（分）
（３）圧縮強度試験
普通ポルトランドセメント（太平洋セメント（株）製）４２０ｇとセメント混和材３０ｇを混合し、これに標準砂１３５０ｇと水道水２２５ｇを添加し、２．５分間ミキサで練り混ぜてモルタルを作製した。ＪＳＣＥ－Ｇ－５４１「充填モルタルの圧縮強度試験」に準じ、水中作製供試体の作り方は、ＪＳＣＥ－Ｆ－５０４に準じ、材齢２８日における圧縮強度を測定した。なお、供試体の寸法は、直径５０ｍｍ、高さ１００ｍｍとした。
普通ポルトランドセメント（太平洋セメント（株）製）４２０ｇとセメント混和材３０ｇを混合し、これに標準砂１３５０ｇと水道水２２５ｇを添加し、２．５分間ミキサで練り混ぜてモルタルを作製した。ＪＳＣＥ－Ｇ－５４１「充填モルタルの圧縮強度試験」に準じ、水中作製供試体の作り方は、ＪＳＣＥ－Ｆ－５０４に準じ、材齢２８日における圧縮強度を測定した。なお、供試体の寸法は、直径５０ｍｍ、高さ１００ｍｍとした。
（４）膨張性試験
圧縮強度試験と同様にセメント混和材を含むモルタルを作製した。ＪＩＳ Ａ ６２０２：１９９７「コンクリート用膨張材；附属書１（規定）膨張材のモルタルによる膨張性試験方法」に準じ、材齢２８日の膨張量を測定した。
圧縮強度試験と同様にセメント混和材を含むモルタルを作製した。ＪＩＳ Ａ ６２０２：１９９７「コンクリート用膨張材；附属書１（規定）膨張材のモルタルによる膨張性試験方法」に準じ、材齢２８日の膨張量を測定した。
＜試験結果＞
試験結果を表２に示す。
本発明の軽焼マグネシアを含むセメント混和材は、比較例１に比べ最大発熱速度が抑制された。また、モルタルの積算内部温度も小さくなった。一方、セメント混和材中の軽焼マグネシアの１０μｍ以下の含有量が２１質量部を超える比較例２では、圧縮強度の低下がみられた。
試験結果を表２に示す。
本発明の軽焼マグネシアを含むセメント混和材は、比較例１に比べ最大発熱速度が抑制された。また、モルタルの積算内部温度も小さくなった。一方、セメント混和材中の軽焼マグネシアの１０μｍ以下の含有量が２１質量部を超える比較例２では、圧縮強度の低下がみられた。
Claims (4)
- 膨張物質と軽焼マグネシアを含むセメント混和材であって、
前記軽焼マグネシアの１０μｍ以下の粒子の含有量が、前記セメント混和材１００質量部に対して１～２１質量部であることを特徴とするセメント混和材。 - 前記軽焼マグネシアは、１０μｍ以下の粒子含有率が３０～９０質量％であることを特徴とする請求項１に記載のセメント混和材。
- 前記軽焼マグネシアの含有量が、前記セメント混和材１００質量部に対して１～４０質量部であることを特徴とする請求項１または２に記載のセメント混和材。
- 請求項１～３何れか１項に記載のセメント混和材を含むモルタル又はコンクリート。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2022042260A JP2023136532A (ja) | 2022-03-17 | 2022-03-17 | セメント混和材 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2022042260A JP2023136532A (ja) | 2022-03-17 | 2022-03-17 | セメント混和材 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2023136532A true JP2023136532A (ja) | 2023-09-29 |
Family
ID=88144957
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2022042260A Pending JP2023136532A (ja) | 2022-03-17 | 2022-03-17 | セメント混和材 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2023136532A (ja) |
-
2022
- 2022-03-17 JP JP2022042260A patent/JP2023136532A/ja active Pending
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