JP2597166B2 - 低熱セメント組成物 - Google Patents

低熱セメント組成物

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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明はダム、原子力発電所、LNGタンク、長大橋の
下部工等のマスコンクリートの建設工事で問題となるセ
メントの水和発熱に起因する温度ひびわれの防止対策と
して、コンクリートの断熱温度上昇が少なく、かつ十分
な強度発現性を有するマスコンクリート用の低熱セメン
ト組成物に係るものである。
[従来の技術] 従来、マスコンクリート用の低熱セメントとしては、
水和発熱量が相対的に大きい3CaO・SiO2や3CaO・Al2O3
を減じた中庸熱ポルトランドセメント、混合材を添加し
た高炉セメントやフライアッシュセメントが知られてい
る。最近ではさらに低熱化を図るため、中庸熱ポルトラ
ンドセメントに高炉スラグ及びフライアッシュをそれぞ
れ単独または同時添加したもの、早強ポルトランドセメ
ントをベースとし高炉スラグを富配合したものなど種々
の低熱セメントが開示されている(『コンクリート工
学』24、(8)、13〜24(1986))。
また、ポルトランドセメント(普通、耐硫酸塩または
中庸熱ポルトランドセメント)、高炉スラグ及びフライ
アッシュを必須構成成分とする三成分系混合セメントに
石灰石粉の添加及び石膏を富化する方法も開示されてい
る(特開昭61−97154号公報『低発熱型混合セメント組
成物』)。
[発明が解決しようとする課題] 近年の大型工事にみられるように、打設されるコンク
リートの容積は大幅に増加する傾向にあり、これに伴な
ってコンクリートに要求される物性は従来に比べてさら
に高度になりつつある。例えば、単位セメント量が約28
0kg/m3の一般的なマスコンクリートにおいて、断熱温度
上昇量が25℃以下でかつ材令3ケ月におけるコンクリー
トの圧縮強度が320kg/cm2以上といった物性が要求され
るなど、超低発熱性と同時にかなりの長期強度が要求さ
れている。
これに対して、従来方法では前述のように中庸熱ポ
ルトランドセメント、耐硫酸塩ポルトランドセメントの
使用、高炉スラグ及びフライアッシュ等の混合材の少
量添加等の方法がとられてきた。しかし、の方法のみ
では水和熱の低減効果が小さく断熱温度上昇の抑制に限
界がある。これを改善するために通常はの方法が併用
される場合が多いが、混合材添加による弊害も多い。例
えば、高炉スラグまたはフライアッシュを多量に添加す
ると長期強度が劣り、この傾向は特にフライアッシュ添
加時において顕著となる。これに加えて高炉スラグを添
加した場合には、高炉スラグの水和・硬化特性は通常の
ポルトランドセメントの水和・硬化特性よりも温度依存
性が高く、セメントの水和発熱によってマスコンクリー
トの温度が上昇すると高炉スラグの水和反応が加速さ
れ、その結果コンクリートの断熱温度上昇は大きくなる
ことも多い。このため、20℃におけるセメントの水和熱
(例えばJIS R5201『セメントの物理試験方法』)と断
熱温度上昇量との間の対応がつかず、水和熱がすくない
にもかかわらず断熱温度上昇が相対的に高くなる等の現
象もしばしば認められた。
このようなことから、本発明の課題は、従来のセメン
トよりも断熱温度上昇が少なく、かつ十分な強度発現性
を有する適正なセメント組成物を見いだすことにあり、
特に高炉スラグの水和発熱の低減効果及び潜在水硬性を
十分に引き出すことによって、断熱温度上昇を抑制する
と同時に十分な強度発現性を付与することにある。
[課題を解決するための手段] 本発明は、2CaO・SiO248〜70重量%および3CaO・Al2O
34重量%以下で、アルカリ含有量がNa2O当量で0.5重量
%以下である低熱ポルトランドセメント100重量部と、
高炉スラグ130〜390重量部および石灰石7〜25重量部か
らなり、粉末度が3500〜5000cm2/gであることを特徴と
するマスコンクリート用低熱セメント組成物に関するも
のである。
すなわち、本発明は2CaO・SiO2量が多く3CaO・Al2O3
量及びアルカリ量が少ない特殊な低熱ポルトランドセメ
ントに、高炉スラグ及び石灰石を所要量同時に添加する
ことを特徴とするものであり、これによってコンクリー
トの断熱温度上昇を著しく低減しかつ十分な長期強度の
発現が可能となった。
ここで、特殊な低減ポルトランドセメントの2CaO・Si
O2量が48重量%未満では断熱温度上昇の低減効果が少な
く、70重量%を越えると長期強度が低くなるため好まし
くない。3CaO・Al2O3量は少ない方が好ましく、4重量
%を越えると断熱温度上昇が大きくなるため好ましくな
い。セメント内のアルカリ含有量は少ないが、特に高炉
スラグを含有するセメントにおいては断熱温度上昇また
は強度発現性に大きな影響を与えるので少ない方が好ま
しく、Na2O当量で0.5重量%を越えると断熱温度上昇が
大きくなり、また長期強度の発現が劣るので好ましくな
い。また、このポルトランドセメント中には石膏が含有
されその添加量は特別に限定されるものではないが、本
発明の低熱セメント組成物中のSO3基準で1〜3重量%
が好ましい。なお、本発明のポルトランドセメントは単
一のクリンカーを使用してもよくまた上記条件を満足す
れば、組成の異なる2種以上のポルトランドセメンオを
混合使用してもよい。
さらに、本発明の低熱セメントは高炉スラグと石灰石
を必須構成成分とするものであるが、これら混合材の最
適添加量は特殊な低熱ポルトランドセメント100重量部
に対し、それぞれ130〜390重量部及び7〜25重量部であ
る。高炉スラグの添加量が130重量部未満では高炉スラ
グ添加の効果があまり期待できず、390重量部を越える
と長期強度が低くなりすぎ、表面劣化等が顕著となり耐
久性が低下するため好ましくない。一方、石灰石の添加
量が7重量部未満では断熱温度上昇が大きくなりすぎ、
25重量部を越えると長期強度が低くなりすぎる。この場
合、高炉スラグは一般構造用高炉セメントの製造に使用
される品質のものであれば特に問題はない。また、石灰
石は純度の高い方が望ましくCaCO395重量%以上のもの
が好ましい。
本発明の低熱セメント組成物は、低熱ポルトランドセ
メント、高炉スラグ及び石灰石をそれぞれ単独で粉砕し
て混合するか、またはクリンカー、石膏、高炉スラグ及
び石灰石のうち2種以上を混合して粉砕するかのいずれ
かの方法で製造する。この場合、本発明の低熱ポルトラ
ンドセメントの粉末度は、特に高炉スラグの配合量によ
って異なるが、その範囲は3500〜5000cm2/gが好まし
い。粉末度が3500cm2/g未満では強度発現性の面で好ま
しくなく、また5000cm2/gを越えると特に断熱温度上昇
の低減効果が小さくなり好ましくない。なお、本発明の
構成成分の粉末度は石灰石が最も細かく(6000cm2/
g)、次いで高炉スラグ(3500〜6000cm2/g)、低熱ポル
トランドセメント(2500〜4000cm2/g)の順であること
が望ましい。
なお、本明細書における化合物組成は次のボーグの式
におり算出している。
3CaO・SiO2=(4.07×CaO)−(7.60×SiO2)−(6.72
×Al2O3)−(1.43×Fe2O3)−(2.85×SO3) 2CaO・SiO2=(2.87×SiO2)−(0.754×3CaO・SiO2) 3CaO・Al2O3=(2.65×Al2O3)−(1.69×Fe2O3) 4CaO・Al2O3・Fe2O3=3.04×Fe2O3 [作用] ポルトランドセメントの水和熱を低減する方法として
3CaO・SiO2及び3CaO・Al2O3量を減少し、結果として2Ca
O・SiO2と4CaO・Al2O3・Fe2O3量を多くすることは既に
公知であり、低熱ポルトランドセメントとして知られて
いる。しかし、この方法のみでは主として断熱温度上昇
が大きすぎるため好ましくない。その対策として高炉ス
ラグを添加する方法が考えられるが、断熱温度上昇、強
度発現性に関係する高炉スラグの水和特性は共存する他
の成分によって大きく左右される。本出願の発明者らは
この問題点を解決するためにセメントペーストの水和熱
やモルタル強さ、コンクリートの断熱温度上昇や強度な
どについて多くの実験を行った結果、主としてポルトラ
ンドセメント中のアルカリ量を制限することと石灰石微
粉末を少量添加することが極めて有効であることを見い
だした。
すなわち、低アルカリ型の低熱ポルトランドセメント
を使用し、石灰石微粉末を添加することによる相乗効果
によって、高炉スラグの初期材令における水和・硬化反
応を抑制し、これに加えて高炉スラグの欠点である温度
依存性を小さくすることが可能となり、その結果、初期
材令で問題となる断熱温度上昇を著しく低減することが
できるようになった。さらに、材令が概ね7日を経過し
た時点で高炉スラグの潜在水硬性が急激に現れはじめコ
ンクリートの硬化を著しく助長する。従って、材令7日
以降のコンクリートの圧縮強度は低熱ポルトランドセメ
ントを単独使用した場合の強度よりも高くなるなど、従
来のセメントでは全く見られなかった優れた強度発現性
を示すこととなる。
このようなコンクリートの断熱温度上昇の低減効果及
び優れた強度発現性は、上記のような低熱ポルトランド
セメント中のアルカリ量を低減すること及び石灰石微粉
末を添加することの他に、本発明の特許請求範囲に記載
した他の条件によってはじめて達成されるものであるこ
とは言うまではない。
以下に、実施例により本発明を説明する。
[実施例、比較例] 実験に使用したポルトランドセメント、高炉スラグお
よび石灰石の化学成分を表1に示す。また、コンクリー
トの断熱温度上昇ならびに圧縮強度試験時の配合条件を
表2に示す。
コンクリートの断熱温度上昇は水循環式試験装置を使
用して測定した。そのときのコンクリートの容量は50
であった。
コンクリートの圧縮強度は、直径15cm×高さ30cmの円
柱供試体を使用し、標準水中養生(20±1℃)で養生し
た後、JIS A1108『コンクリートの圧縮強度試験方法』
に従って測定した。
実施例1〜5 ポルトランドセメントA(実施例1)、B(実施例
2)、C(実施例3)、D(実施例4)、E(実施例
5)それぞれ100重量部に高炉スラグおよび石灰石をそ
れぞれ220重量部および13重量部添加した混合セメント
を使用して、コンクリートについて断熱温度上昇量およ
び固化体の圧縮強度を測定した。
比較例1〜6 ポルトランドセメントF(比較例1)、G(比較例
3)、H(比較例3)、I(比較例4)、J(比較例
5)、K(比較例6)それぞれ100重量部に高炉スラグ
および石灰石をそれぞれ220重量部および13重量部添加
した場合セメントを使用して、コンクリートについて断
熱温度上昇量および固化体の圧縮強度を測定した。
実施例6〜9 ポルトランドセメントA100重量部に高炉スラグおよび
石灰石をそれぞれ380重量部および20重量部(実施例
6)、140重量部および10重量部(実施例7)、375重量
部および25重量部(実施例8)または142重量部および
8重量部(実施例9)添加した混合セメントを使用し
て、コンクリートについて断熱温度上昇量および固化体
の圧縮強度を測定した。
比較例7〜10 ポルトランドセメントA100重量部に高炉スラグおよび
石灰石をそれぞれ430重量部および15重量部(比較例
7)、110重量部および10重量部(比較例8)、372重量
部および35重量部(比較例9)または144重量部および
4重量部(比較例10)添加した混合セメントを使用し
て、コンクリートについて断熱温度上昇量および固化体
の圧縮強度を測定した。
比較例11 ポルトランドセメントL100重量部に高炉スラグ、石灰
石、フライアッシュならびに石膏をそれぞれ157重量
部、10重量部、69重量部および10重量部添加した混合セ
メント(比較例11)を使用して、コンクリートについて
断熱温度上昇量および固化体の圧縮強度を測定した。
以上の結果をとりまとめて表3に示す。
[発明の効果] 本発明は、特殊な低熱ポルトランドセメントに所要量
の高炉スラグ及び石灰石を添加し、適正な粉末度になる
ように粉砕することにより、特に高炉スラグ添加による
長所を最大限に引き出し、且つ欠点を著しく改良した従
来にない超低熱型のセメント組成物に関する。本発明の
低熱セメント組成物は、マスコンクリートとして打設す
ると断熱温度上昇を著しく小さくし優れた強度発現が得
られるものであって、種々の大型構造物の建設工事に極
めて有用である。

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】2CaO・SiO248〜70重量%および3CaO・Al2O
    34重量%以下で、さらにアルカリ含有量がNa2O当量で0.
    5重量%以下である低熱ポルトランドセメント100重量
    部、高炉スラグ130〜390重量部および石灰石7〜25重量
    部からなり、粉末度が3500〜5000cm2/gであることを特
    徴とするマスコンクリート用低熱セメント組成物。
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