JP2024033209A - 水硬性材料用硬化促進材、セメント組成物、及び硬化体 - Google Patents
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Abstract
Description
[2] 前記無機カルシウム化合物は、硫酸カルシウム、水酸化カルシウム、炭酸カルシウム、及び酸化カルシウムからなる群から選択される1種以上である、上記[1]に記載の水硬性材料用硬化促進材。
[3] 前記無機硫酸塩は、硫酸塩、チオ硫酸塩、亜硫酸塩、重亜硫酸塩、ピロ硫酸塩、及びピロ重亜硫酸塩からなる群から選択される1種以上である、上記[1]または[2]に記載の水硬性材料用硬化促進材。
[4] 上記[1]~[3]のいずれか1つに記載の水硬性材料用硬化促進材と、セメントとを含有する、セメント組成物。
[5] 前記水硬性材料用硬化促進材の含有量が、0.5~10質量%である、上記[4]に記載のセメント組成物。
[6] 上記[4]または[5]に記載のセメント組成物を硬化してなる、硬化体。
[7] 上記[1]~[3]のいずれか1つに記載の水硬性材料用硬化促進材と、セメントと、水とを含有するセメント組成物を、最高温度40~80℃、2~8時間の蒸気養生により硬化させる、硬化体の製造方法。
本発明の水硬性材料用硬化促進材は、カルシウムサルフォアルミネートを1~65質量%、有機酸カルシウム塩を0.5~75質量%、無機カルシウム化合物を1~55質量%、及び硫酸カルシウムを除く無機硫酸塩を0.5~45質量%含有する。当該水硬性材料用硬化促進材は、水硬性材料が水と混練されて硬化する際の水硬性材料の硬化を促進するだけでなく、当該硬化の促進をしながら水硬性材料用硬化促進材自体も硬化する場合もある。
本発明におけるカルシウムサルフォアルミネートは、化学式xCaO・yAl2O3・zCaSO4・mH2O(x、y、zは0でない正の実数、mは0または正の実数)で表される水硬性物質及び含水塩の総称であり、例えば、アウイン(3CaO・3Al2O3・CaSO4)のほか、エトリンガイト(3CaO・Al2O3・3CaSO4・32H2O)を代表とするAFt相、モノサルフェート(3CaO・Al2O3・CaSO4・12H2O)を代表とするAFm相、及びAFt相とAFm相とが共存するもの等が挙げられる。カルシウムサルフォアルミネートは非晶質であってもよい。また、Al2O3の一部が微量のFe2O3またはSiO2等に置換してもよく、CaSO4の一部がCa(OH)2またはCaCO3等に置換してもよい。なお、本発明では、上記化学式xCaO・yAl2O3・zCaSO4・mH2Oにおいて、水硬性材料の流動性を保持することができなくなり、また、相転移により硬化時の強度が低下するおそれがあるため、zを0とすることはできない。
なお、本発明においてブレーン比表面積値は、JIS R 5201:2015「セメントの物理試験方法」に記載された比表面積試験に準拠して測定される。
本発明の水硬性材料用硬化促進材は、有機酸カルシウム塩を0.5~75質量%含有し、好ましくは1~70質量%、より好ましくは5~55質量%、さらに好ましくは15~45質量%含有する。有機酸カルシウム塩の含有割合が、0.5質量%未満であると、水硬性材料の流動性保持性及び初期強度発現性を良好にすることができないおそれがあり、75質量%を超えると、初期強度発現性を良好にすることができないおそれがある。
本発明の水硬性材料用硬化促進材は、無機カルシウム化合物を1~55質量含有し、好ましくは5~50質量%、より好ましくは15~40質量%、さらに好ましくは18~30質量%含有する。無機カルシウム化合物の含有割合が、1質量%未満であると、水硬性材料の流動性保持を良好にすることができないおそれがあり、55質量%を超えると、水硬性材料の流動性保持性及び初期強度発現性を良好にすることができないおそれがある。
本発明の水硬性材料用硬化促進材は、硫酸カルシウムを除く無機硫酸塩を0.5~45質量%含有し、好ましくは1~40質量%、より好ましくは2.5~30質量%、さらに好ましくは3~25質量%含有する。硫酸カルシウムを除く無機硫酸塩の含有割合が、0.5~45質量%の範囲外であると、水硬性材料の流動性保持性及び初期強度発現性を良好にすることができないおそれがある。
本実施形態に係るセメント組成物は、水硬性材料用硬化促進材と、セメントとを含有する。
なお、本発明において、フロー値は、JIS R 5201:2015「セメントの物理試験方法」に規定の方法に準拠し測定することができる。フロー変化率は、(混練1時間後のフロー値)/(混練直後のフロー値)×100(%)で計算した値を、100%から減じて求めることができる。
本実施形態に係る硬化体は、セメント組成物を硬化してなる。硬化体は、通常、セメント組成物と水とが混練されることにより、水硬性材料であるセメントが水和反応を起こし硬化する。練り混ぜ水量は、特に限定されないが、セメント組成物100質量部に対して、10~70質量部であることが好ましく、14~65質量部であることがより好ましく、16質量部~60質量部であることがさらに好ましい。練り混ぜ水量が上記範囲内であると、水硬性材料の初期強度発現性を良好にしやすい。
なお、本発明において、圧縮強さは、JIS R 5201:2015「セメントの物理試験方法」に規定の方法に準拠し測定することができる。
本実施形態に係る硬化体の製造方法は、水硬性材料用硬化促進材と、セメントと、水とを含有するセメント組成物を、型枠に充填(打設)し、硬化させる方法である。硬化体の製造方法は、水硬性材料用硬化促進材、セメント、及び水を混練する混練工程、混練されたセメント組成物を型枠に充填する打設工程、及び型枠に充填されたセメント組成物を養生する養生工程を、この順で含むことが好ましい。
下記材料を用い、水/セメント比が45%、セメントと骨材の比率が1:2.5(質量比)のモルタルを調製した。得られたモルタルに対して、表1に記載の割合で減水剤を添加し、表1に示す組成の水硬性材料用硬化促進材の混合量を、表1に示す割合となるように混練し、セメント組成物を調製した。得られたセメント組成物のフロー値を測定し、フロー変化率を算出した。表1に併記する。
また、調製したセメント組成物を、寸法4×4×16cmの型枠に充填した後、蒸気養生を行い、硬化体を得た。蒸気養生条件は、20℃で1時間の前養生、20℃/時間の速度で1.5時間の昇温、50℃で3時間の温度保持、自然冷却0.5時間とした。得られた硬化体の圧縮強さを測定した。結果を表1に併記する。
なお、使用したカルシウムサルフォアルミネートは、試薬1級の炭酸カルシウム、硫酸カルシウム二水和物、及び水酸化アルミニウムを用いて、CaO:CaSO4:Al2O3のモル比で、4:3:1の割合で混合し、1,400℃で2時間焼成し、室温まで放置して、ブレーン比表面積が3,500cm2/gとなるまで粉砕した。
セメント:普通ポルトランドセメント(市販品)、ブレーン比表面積3,200cm2/g、比重3.15g/cm3
水:水道水
骨材:新潟県姫川水系産川砂
減水剤:ポリカルボン酸系高性能減水剤(市販品)
カルシウムサルフォアルミネート:試製品、ブレーン比表面積3,500cm2/g
ギ酸カルシウム(有機酸カルシウム塩):試薬
硫酸カルシウム(無機カルシウム化合物):試薬
硫酸ナトリウム(無機硫酸塩):無水物、試薬
フロー変化率:JIS R 5201:2015「セメントの物理試験方法」に規定の方法に準拠し、混練直後及び混練から1時間後のセメント組成物のフロー値をそれぞれ測定した。混練直後のフロー値は、すべて200程度であった。測定した各フロー値を用いて、(フロー変化率)=1-(混練から1時間後のフロー値)/(混練直後)×100として、フロー変化率を算出した。
圧縮強さ:JIS R 5201:2015「セメントの物理試験方法」に規定の方法に準拠し、蒸気養生終了後の材齢6時間(脱型直後)と、材齢7日の硬化体の圧縮強さをそれぞれ測定した。
水硬性材料用硬化促進材が含有する有機酸カルシウム塩として、ギ酸カルシウムのほかに、表2に示す割合で酢酸カルシウム及び乳酸カルシウムを用いたこと以外は、実験例1と同様にして、モルタル、セメント組成物及び硬化体を調製し、フロー変化率及び圧縮強さを測定した。結果を表2に併記する。
酢酸カルシウム:試薬
乳酸カルシウム:試薬
水硬性材料用硬化促進材が含有する無機カルシウム化合物として、硫酸カルシウムのほかに、表3に示す割合で水酸化カルシウム、炭酸カルシウム、及び酸化カルシウムを用いたこと以外は、実験例1と同様にして、モルタル、セメント組成物、及び硬化体を調製し、フロー変化率及び圧縮強さを測定した。結果を表3に併記する。
水酸化カルシウム:試薬
炭酸カルシウム:試薬
酸化カルシウム:試薬
水硬性材料用硬化促進材が含有する無機硫酸塩として、硫酸ナトリウムのほかに、表4に示す割合で硫酸アルミニウム、カリウムミョウバン、及びチオ硫酸ナトリウムを用いたこと以外は、実験例1と同様にして、モルタル、セメント組成物、及び硬化体を調製し、フロー変化率及び圧縮強さを測定した。結果を表4に併記する。
硫酸アルミニウム:試薬
カリウムミョウバン:試薬
チオ硫酸ナトリウム:試薬
水硬性材料用硬化促進材の混合量を、表5に示す割合としたこと以外は、実験例1と同様にして、モルタル、セメント組成物、及び硬化体を調製し、フロー変化率及び圧縮強さを測定した。結果を表5に併記する。
セメント組成物に用いるセメントとして、高炉セメント及びフライアッシュセメントを用いたこと以外は、実験例1と同様にして、モルタル、セメント組成物、及び硬化体を調製し、フロー変化率及び圧縮強さを測定した。結果を表6に併記する。
高炉B種セメント:市販品、ブレーン比表面積3,200cm2/g、比重3.15g/cm3
高炉C種セメント:市販品、ブレーン比表面積3,500cm2/g、比重3.15g/cm3
フライアッシュセメントB種:市販品、ブレーン比表面積3,200cm2/g、比重3.15g/cm3
Claims (7)
- カルシウムサルフォアルミネートを1~65質量%、有機酸カルシウム塩を0.5~75質量%、無機カルシウム化合物を1~55質量%、及び硫酸カルシウムを除く無機硫酸塩を0.5~45質量%含有する、水硬性材料用硬化促進材。
- 前記無機カルシウム化合物は、硫酸カルシウム、水酸化カルシウム、炭酸カルシウム、及び酸化カルシウムからなる群から選択される1種以上である、請求項1に記載の水硬性材料用硬化促進材。
- 前記無機硫酸塩は、硫酸塩、チオ硫酸、亜硫酸塩、重亜硫酸塩、ピロ硫酸塩、及びピロ重亜硫酸塩からなる群から選択される1種以上である、請求項1または2に記載の水硬性材料用硬化促進材。
- 請求項1または2に記載の水硬性材料用硬化促進材と、セメントとを含有する、セメント組成物。
- 前記水硬性材料用硬化促進材の含有量が、0.5~10質量%である、請求項4に記載のセメント組成物。
- 請求項4に記載のセメント組成物を硬化してなる、硬化体。
- 請求項1に記載の水硬性材料用硬化促進材と、セメントと、水とを含有するセメント組成物を、最高温度40~80℃、2~8時間の蒸気養生により硬化させる、硬化体の製造方法。
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