JP2515397B2 - セメント混和材及びセメント組成物 - Google Patents

セメント混和材及びセメント組成物

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    • Y02W30/50Reuse, recycling or recovery technologies
    • Y02W30/91Use of waste materials as fillers for mortars or concrete

Description

【発明の詳細な説明】 <産業上の利用分野> 本発明はセメント混和材及びそれを含有したセメント
組成物に関する。
<従来技術とその課題> 従来、蒸気養生条件下で高強度を得る方法として、二
水セッコウと、シリカヒュームとを配合したセメント混
和材を使用する方法が知られている(特公昭56−4845号
公報)。
しかしながら、この方法では、高強度化の効果が得ら
れるが、耐久性、特に、塩素イオンの浸透抵抗性(耐塩
性)については充分な効果が得られない等の課題があっ
た。
また、コンクリート成形体の強度及び耐久性を同時に
改善する方法として、セメントと、セメントに対して30
〜85重量%とかなり多い量の微粉末の高炉スラグ、高炉
スラグの細骨材及び減水剤を配合することが知られてい
る(特開昭61−281057号公報)。
しかしながら、この方法では、コンクリート成形体を
常圧蒸気養生した後、気乾養生すると、乾燥収縮による
と思われる、半径200Å以上の大きな空隙が生じ、長期
の凍結融解耐久性の低下、中性化の促進、鉄筋の発錆及
び強度低下が予想され、圧縮強度に対する引張りの強度
の比率も小さい等の課題があった。
一方、従来より、高炉スラグは、高炉スラグセメント
としてセメントに多用され、高炉スラグの配合量によっ
てA種、B種及びC種に分類されている。即ち、高炉ス
ラグ混合量が30%以下はA種、30%を越え60%以下はB
種及び60%を超え70%以下はC種である。そして、アル
カリ−骨材反応防止の面から高炉スラグの混合量は40%
以上とすることが推奨されている。
しかしながら、通常、高炉セメント用に使用される高
炉スラグの粒度は、ブレーン値で4,000cm2/g前後、12μ
以下の粒子の量が50%にも満たないものであり、このよ
うな粗い高炉スラグは、II型無水セッコウや活性シリカ
と併用しても、強度発現や耐久性を向上させる効果は小
さく、II型無水セッコウの有する高強度発現能力をむし
ろ損う傾向を示すものであった。
本発明者らは、上記課題を解決し、さらに、各種耐久
性を高めるべく鋭意検討した結果、特定の高炉スラグ粉
と活性シリカを、二水、半水又はIII型無水セッコウと
併用することにより、上記課題が解決できる知見を得
て、本発明を完成するに至った。
<課題を解決するための手段> 即ち、本発明は、二水、半水又はIII型無水セッコウ
を無水物換算で100重量部と、活性シリカ20〜500重量部
と、12μ以下の粒子が60%以上の高炉スラグ粉20〜500
重量部とを主成分とするセメント混和材であり、セメン
ト100重量部と、該セメント混和材6〜30重量部とを主
成分とするセメント組成物である。
以下、本発明を詳しく説明する。
本発明における二水、半水又はIII型無水セッコウ
(以下セッコウ類という)とは天然産のものや、排脱セ
ッコウなどの化学セッコウ及びそれらを熱処理して得ら
れたものが使用され、通常含まれる不純物の種類や量に
は影響されない。
セッコウ類の粉末度は、ブレーン値で3,000cm2/g以上
が好ましく、4,000cm2/g以上がより好ましい。
ブレーン値が3,000cm2/g未満では、蒸気養生を行なっ
ても未反応で残り易く、これが長期に渡って反応し、セ
メント成形体の安定性を欠く傾向にあるので好ましくな
い。
本発明における活性シリカとは、シリカヒューム、ア
エロジル及びケイソウ土等である。
シリカヒュームとは、例えば、フェロシリコンや金属
シリコン等の製造時に副生する200Å〜0.5μ程度の非晶
質SiO2を主成分とする超微粉である。
本発明における高炉スラグ粉とは、12μ以下の粒子が
60%以上の高炉スラグである。
高炉スラグ粉は、高炉より副生する溶融スラグを急冷
しガラス化したものを粉砕又は粉砕・分級して得られる
微粉末である。
高炉スラグ粉の潜在水硬性の度合いを表わすものとし
て示される塩基度(CaO+Al2O3+MgO)/SiO2は、本発明
では、1.4以上が好ましく、1.7以上がより好ましい。
また、高炉スラグ粉のガラス化率は50%以上が好まし
く、90%以上がより好ましい。
高炉スラグ粉の粒度は、12μ以下の粒子が60%以上で
あり、80%以上がより好ましい。12μ以下の粒子が60%
未満ではセッコウ類や活性シリカと併用した場合、強度
発現効果が充分得られないか、場合によってはセッコウ
類の強度発現能力を損なう場合もあるので好ましくな
い。
高炉スラグ粉は、粒度が細かければ細ない程良く、工
業的に、かつ、経済的に粉砕又は粉砕・分級されて得ら
れる最小の高炉スラグ粉の粒度は、通常、10μ以下でD5
0の値が3μ程度であり、このような超微粉の高炉スラ
グの使用はより好ましい。
このような微粉の高炉スラグ粉はセッコウ類や活性シ
リカと併用した場合、高炉スラグ粉単独使用の場合、セ
ッコウ類単独使用の場合及び活性シリカ単独使用の場合
より著しく高い強度が得られ、かつ、耐久性の高いセメ
ント成形体が得られる。
このような相乗的効果を発現する理由は不明である
が、次のように推察される。
即ち、高強度は、セメント中のアルミネート相とセッ
コウ類との反応によって生成するエトリンガイト(3CaO
・Al2O3・3CaSO4・32H2O)が空隙を充填し、密実化を促
すことと、活性シリカがポルトランダイト(Ca(O
H))と反応し、トバモライトを生成させ、密実化を
助長することにより、得られるものであるが、高炉スラ
グ粉の使用によって、Al成分の絶対量が多くなり、か
つ、高炉スラグが微粉化することにより、高炉スラグ中
に多量にあるAl成分の溶解速度が速くなり、セッコウ類
の溶解速度とバランスして、液相中により効率的にエト
リンガイトを生成し、空隙を充填し密実化すると同時
に、セッコウ類が高炉スラグ中のAl成分の溶出量を高か
め、高炉スラグ粒子をポーラスにして高炉スラグ全体の
水和反応量を高めることによるものと推察される。
また、耐塩性は塩素イオンのイオン半径が小さいの
で、密実性だけでは不充分で、長期間の間では、徐々に
深部へ浸透してくる塩素イオンの固定は、アルミネート
水和物や未水和物によって、フリーデル塩(3CaO・Al2O
3・CaCl2・10H2O)の形で行われるが、エトリンガイト
は塩素に対し安定であり、セッコウ類を多量に添加し、
アルミネート相をエトリンガイトに変えることは、塩素
の固定能力を失わせるものである。
活性シリカ及び高炉スラグ粉の使用量は、セッコウ類
100重量部に対し、各々20〜500重量部である。
セッコウ類、活性シリカ及び高炉スラグ粉を主成分と
する本発明のセメント混和材の使用量は、セメント100
重量部に対し、6〜30重量部が好ましい。特に、セメン
ト100重量部に対し、各々の成分が2〜10重量部となる
ように使用することはより好ましい。
セッコウ類、活性シリカ及び高炉スラグ粉が各々2重
量部未満では、強度発現性や耐久性を改善する効果は小
さく、また、各々が10重量部を越えると、コンクリート
硬化体中のポルトランダイトが全くなくなり、鉄筋の発
錆(特にプレストレスト製品は鋼棒の緊張による応力腐
食も加わるので、硬化体のアルカリ度の低下は危険であ
る)が懸念されるものである。
活性シリカに基づく単位水量の増加によって、強度や
耐塩性の改善効果が大きくならず、低下気味となるの
で、不経済となるばかりでなく、スランプドロップが大
きくなり、作業性が困難となるものである。また、活性
シリカと高炉スラグ粉が合計量で20重量部を越えるよう
になると、コンクリート硬化体中のポルトランダイトが
なくなり、アルカリ度が低下するので、中性化だけでな
く、特に、プレストレスト成形体のPC鋼棒の発錆が懸念
されるようになり、好ましくない。
好ましくは、セッコウ類、活性シリカ及び高炉スラグ
粉が各々セメント100重量部に対し、3〜9重量部であ
り、より好ましくは、4〜8重量部である。
ここでいうセメントとは、普通・早強・超早強・中庸
熱・白色等の各種ポルトランドセメントなどである。ま
た、高炉セメントは中性化、酸化及び変色等の問題があ
るので使用できないが、シリカセメントやフライアッシ
ュセメントは使用できる。セメントは水硬性係数が大き
いものほど、また、粉末度が大きいほど高い強度が得ら
れ、耐久性も向上する。
本発明のセメント混和材を用いてセメント成形体を製
造するに当り、必要に応じ、減水剤、AE減水剤、促進剤
及び遅延剤等の化学混和剤を併用することができる。特
に、減水剤の併用は好ましく、その減水剤の中でも高性
能減水剤の併用はより好ましいものである。
高性能減水剤とは、多量に添加しても凝結の過遅延や
過度の空気連行を伴わない、分散能力の大きな界面活性
剤であって、ナフタレンスルホン酸ホルムアルデヒド縮
合物の塩、メラミンスルホン酸ホルムアルデヒド縮合物
の塩、高分子量リグニンスルホン酸塩及びポリカルボン
酸塩などを主成分とするものなどであり、具体的には、
例えば、花王(株)製商品名「マイティ150」、電気化
学工業(株)製商品名「FT−500」、ポゾリス物産
(株)製商品名「NL−4000」等が挙げられる。
高性能減水剤の使用量は特に限定されるものではない
が、固形分換算でセメント100重量部に対し0.2〜2重量
部程度が好ましい。
また、セッコウ類のうち、半水やIII型無水セッコウ
は使用量が多くなると、偽凝結を生ずる場合があるが、
その場合は、コンクリート中のセメント量に対し、多く
ても0.3重量%の有機酸又はその塩類を配合することに
より、偽凝結を抑えることができ、耐塩性等に支障を与
えない。
ここで、有機酸又はその塩類とは、例えば、クエン
酸、リンゴ酸、酒石酸、グルコン酸、ヘプタン酸、アジ
ピン酸及びマレイン酸又はそれらの塩類である。
本発明のセメント混和材とセメント、砂、砂利、適量
の水及び減水剤を配合して、モルタル・コンクリートを
混練し、成形し、常圧蒸気養生してセメント成形体を製
造するにあたり、本発明のセメント混和材は、予じめセ
メントに混合してセメント組成物としても良いし、混練
時直接ミキサーへ混和材又は各々の成分を別々に混合し
ても良く、さらに、水に分散させスラリー状で混合して
も良い。
混練方法としては、特に制限されるものではなく、モ
ルタル・コンクリートで通常実施される方法が利用でき
る。
セメント成形体の成形方法は遠心力成形、プレス成
形、押し出し成形、抄造、振動成形及び振動成形して遠
心力成形等の常法が利用できる。
また、本発明のセメント混和材を用いたセメント成形
体の常圧蒸気養生は40〜100℃の範囲で行なわれ、50〜8
0℃の範囲がより好ましい。
以上のように成形されるセメント成形体としては、例
えば、コンクリートパイル、ポール、ヒューム管、鋼管
複合パイル及び鋼管ライニング等の遠心力成形体、ボッ
クスカルバート、セグメント、コンクリート枕木、矢
板、橋脚及び橋桁等のプレキャスト成形体などが挙げら
れる。
<実施例> 以下、実施例にて本発明を説明する。
実施例1 表−1に示すコンクリート配合を用い、表−2に示す
ように、セッコウ類、活性シリカ及び高炉スラグ粉を変
化させ、常法によりコンクリートを混練した。その後、
その混練物を用いφ10×20cmの供試体を成形した。
なお、半水セッコウ又はIII型無水セッコウを添加す
る際、クエン酸(試薬1級)をコンクリート中のセメン
トに対し、0.05重量%併用した。
供試体は前置き養生を4時間行った後、15℃/hで、65
℃まで昇温し、常圧蒸気養生し、そのまま4時間保持し
た後、自然放冷し、翌朝蒸気養生槽より出し各種試験を
行なった。試験結果を表−2に示す。
なお、水・セメント比は単に水量とセメント量の重量
%、本発明のセメント混和材は砂と容積で置きかえ、本
発明のセメント混和材の量によって目標スランプ外とな
るものは、多少、水量を加減してスランプを調節した。
<試験方法> (1)スラグ粒度の測定 シーラス社製レーザー回折式粉体粒度分析計グラニュ
ロメーターModel 715(測定範囲0〜192μ)を用いエタ
ノールに分散させ行った。
(2)強度試験の測定 圧縮強度は、材令1日の脱型時、φ10×20cmの振動詰
めの円柱供試体を用いて求めた。
(3)耐塩性試験の測定 φ10×20cmの円柱供試体を材令1日で脱型し、その後
20℃±3、RH60%±5にコントロールした養生箱で28日
間養生してから、3%NaCl水溶液に浸漬し、材令1、3
及び12か月で取り出し、供試体中央部をφ10×1cmの寸
法で切り出し、300℃で24時間乾燥したものを全量粉砕
して、蛍光X線分析によって塩素の浸透量を測定した。
(4)ポルトランダイトの測定 φ10×20cmの円柱供試体を材令1日で脱型し、供試体
中央部をφ10×1cmの寸法で切り出し、300℃で24時間乾
燥したものを全量粉砕して、化学分析をおこなった。な
お、ポルトランダイトはf−CaOに換算して示した。
<使用材料> セメント:電気化学工業(株)製、普通ポルトランドセ
メント、比重3.16 セッコウ類−a:二水セッコウ、排脱セッコウ、ブレーン
6,500cm2/g セッコウ類−b:半水セッコウ、セッコウ類−aを150℃
で熱処理、ブレーン10,000cm2/g以上 セッコウ類−c:III型無水セッコウ、セッコウ類−aを2
00℃で熱処理、ブレーン10,000cm2/g以上 活性シリカ−d:シリカヒューム、日本重化学工業(株)
製、比重2.20 活性シリカ−e:商品名「アエロジル50」、日本アエロジ
ル(株)製、比重2.20 活性シリカ−f:ケイソウ土、昭和化学工業(株)商品名
「ラヂオライトSPF」 高炉スラグ:川鉄リバーメント社製高炉スラグセメント
用スラグ(二水セッコウなし、12μ以下の粒子48%)を
振動ミル又は振動ミルと分級装置を組み合わせ再調整し
たもの、比重2.95 −α:12μ以下53%、D50が約12μ弱 −β:12μ以下60%、D50が約9μ −γ:12μ以下80%、D50が約6μ −δ:12μ以下100%、D50が約3μ 水:地下水 砂:新潟県姫川産川砂(比重2.65) 砂利:新潟県姫川産砕石(比重2.68) 減水剤:高性能減水剤、電気化学工業(株)製商品名
「FT−500」(比重1.20) 表−2において、実験No.1−1〜9は比較例である。
表−2に示されるように、セッコウ類、活性シリカ及
び高炉スラグ粉の各々単独添加(実験No.1−2〜4)及
びセッコウ類とシリカヒュームのみの併用(実験No.1−
7)と各々同量づつ配合した本発明例(実験No.1−13、
1−31及び1−33)と比較すると、強度的にも、塩素に
対する浸透抵抗性も顕著に改善されていることがわか
る。
また、上記発明例と同配合で12μ以下の粒子の量が53
%の高炉スラグ粉(α)を用いたものは、強度及び塩素
に対する抵抗性の改善効果が小さく、本発明例のように
12μ以下の粒子の量が60%以上で細かい程顕著な効果を
示すことが認められる。
<発明の効果> 実施例で示したように、本発明のセメント混和材を使
用することにより、高強度で、かつ、耐久性の高いコン
クリートを製造することができる。
また、本発明のセメント混和材を用いて、例えば、常
圧蒸気養生で行う、コンクリートパオル、ポール、ヒュ
ーム管、鋼管モルタルライニング及び鋼管複合ぐい等の
遠心力成形コンクリート製品や、橋脚、橋桁、ボックス
カルバート、セグメント、PCコンクリート枕木及びPCス
ラブ版等の振動詰め成形体など、セメント成形体全般に
使用可能で、高強度、高耐久性コンクリート製品を製造
することができる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 C04B 22/14 C04B 22/14 B

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】二水、半水又はIII型無水セッコウを無水
    物換算で100重量部と、活性シリカ20〜500重量部と、12
    μ以下の粒子が60%以上の高炉スラグ粉20〜500重量部
    とを主成分とするセメント混和材。
  2. 【請求項2】セメント100重量部と、請求項1記載のセ
    メント混和材6〜30重量部とを主成分とするセメント組
    成物
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