JP3494247B2 - セメント組成物 - Google Patents

セメント組成物

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Description

【発明の詳細な説明】 【0001】 【産業上の利用分野】本発明は、主に、土木・建築業界
において使用されるセメントの水和熱発生時間の調整材
を用いたセメント組成物に関する。 【0002】 【従来技術とその課題】従来、コンクリートに打ち継ぎ
コンクリートを打ち継いで構造物を構築する場合、当然
のことながら、コンクリートを打設する時間差によっ
て、水和熱発生時間が異なるため、打ち継ぎ部分のコン
クリートの水和熱発生量が不均一となり、いわゆるコー
ルドジョイントと呼ばれるひびわれが発生する。このコ
ールドジョイントを防止する方法として、セメントの凝
結遅延剤をコンクリートに添加して、打ち継ぎコンクリ
ートと被打ち継ぎコンクリートの凝結硬化時間が同程度
になるようにして打ち継ぐ方法が提案されている(特開
昭48−66618号公報)。 【0003】しかしながら、従来のセメントの凝結遅延
剤は、セメントの水和熱発生時間のみならず硬化速度ま
で遅延し、場合によっては硬化不良をおこし、強度発現
性が低下する等の課題を有していた。 【0004】一方、カルシウムサルホアルミネートは、
遊離石灰と無水石膏と焼結させてセメント膨張材とする
材料として知られている(特公昭51-7171号公報等)。ま
た、石膏との併用により地盤安定材としても知られてい
る(特公平 4-1037号公報等)。 【0005】このように、カルシウムサルホアルミネー
トは併用する材料によって水和機構が異なり、セメント
膨張材においては、概ね、次のように表される。3CaO・3
Al2O3・CaSO4+6CaO+8CaSO4+96H2O→3(3CaO・Al2O3・3CaSO4
・32H2O) 【0006】また、地盤安定材においては、セメント膨
張材の場合のように、遊離石灰を共存させていないが、
セメント中には無制限にカルシウムイオンが存在するた
め、セッコウを併用するだけで上記の式に準じてエトリ
ンガイトが生成する。 【0007】このように、従来、カルシウムサルホアル
ミネートは、他の材料と併用してエトリンガイトを生成
させることによって、その膨張性や強度発現性を得るこ
とを目的として使用されてきたが、カルシウムサルホア
ルミネートを他の材料と併用しないで単独にセメントに
混和することは行われていなかった。 【0008】本発明者は、前記課題を解決すべく、種々
検討を重ねた結果、カルシウムサルホアルミネートを特
定量、単独に、セメントに混和することによって、セメ
ントの水和熱発生時間だけを遅延し、硬化速度にはほと
んど影響を与えないコンクリートが得られ、従来の用途
とは全く異なる性能を発揮できるとの知見を得て本発明
を完成するに至った。 【0009】 【課題を解決するための手段】即ち、本発明は、セメン
トと、カルシウムサルホアルミネートを主成分とし、遊
離石灰やセッコウを併用しないセメントの水和熱発生時
間の調整材とを含有してなり、該調整材は、セメントと
該調整材の合計100重量部中、2〜10重量部であること
を特徴とするセメント組成物である。 【0010】以下、本発明をさらに詳しく説明する。 【0011】本発明で使用するセメントとは、特に制限
されるものではなく、通常使用されている普通・早強・
超早強・中庸熱等の各種ポルトランドセメントや、これ
らポルトランドセメントに、高炉スラグ、フライアッシ
ュ、又はシリカを混合した各種混合セメント、さらに
は、ポルトランドセメントにセメント膨張材を混合した
膨張セメントや、アルミナセメント、白色セメント、及
びコロイドセメント等の特殊セメント等が挙げられる。
また、ポルトランドセメントの鉱物組成を改良し、ビー
ライト含有量を50%程度以上とした、いわゆる、ビーラ
イトセメント等の使用も可能である。 【0012】本発明で使用するカルシウムサルホアルミ
ネートとは、一般式、3CaO・3Al2O3・CaSO4で表現される
カルシウムアルミネートの一種であり、通常、アウイン
と呼ばれる鉱物である。 【0013】本発明ではカルシウムサルホアルミネート
を単独でセメントに添加するため、エトリンガイトは生
成せず、その水和反応は次式で表される。3CaO・3Al2O3
CaSO4+nH2O→3CaO・Al2O3・CaSO4・12H2O+2Al2O3・(n-12)H2
Oこのように、カルシウムサルホアルミネートを単独で
水和させると、モノサルフェートと呼ばれる水和物(3Ca
O ・Al2O3・CaSO4・12H2O)と、ゲル状のアルミナ水和物(2A
l2O3・(n-12)H2O)が生成する。本発明のカルシウムサル
ホアルミネートがセメントの水和熱発生時間を遅延する
理由は定かではないが、前記のゲル状アルミナ水和物が
セメント粒子表面を一時的に覆うためと考えられる。 【0014】カルシウムサルホアルミネートは、CaO原
料、Al2O3原料、及びCaSO4原料を焼成等の熱処理をする
ことによって生成するもので、3CaO・3Al2O3・CaSO4と示
されるものである。CaO原料としては、石灰石、炭酸カ
ルシウム、及び水酸化カルシウム等のカルシウム化合物
が、Al2O3原料としては、ボーキサイトやアルミ残灰な
どが、そして、CaSO4原料としては、無水セッコウ、半
水セッコウ、及び二水セッコウ等が挙げられる。 【0015】焼成方法は、特に限定されるものではない
が、例えば、ロータリーキルンなどを使用することが挙
げられ、焼成時間も特に限定されるものではない。焼成
温度は、1,100〜1,400℃程度の範囲が好ましく、1,200
〜1,300℃がより好ましい。1,100℃未満では未反応の原
料が残存する場合があり、1,400℃を超えるとSO3分の揮
発が生じる場合がある。 【0016】焼成物の冷却方法についても、特に限定さ
れるものではなく、例えば、水や高圧空気などによる急
冷法や、放置による徐冷法などいずれの方法を用いるこ
とも可能である。 【0017】また、他の成分あるいは不純物の存在も特
に限定されるものではない。例えば、他の成分として、
CaF2、Fe2O3、TiO2、MgO、及びSiO2等の混入が予想され
るが、本発明の目的を実質的に阻害しない範囲では問題
にならない。 【0018】本発明のセメントの水和熱発生時間の調整
材(以下、単に調整材という)はカルシウムサルホアルミ
ネートを主成分とするものである。調整材中のカルシウ
ムサルホアルミネート量は、調整材100重量部中、80重
量部以上が好ましく、90重量部以上がより好ましい。ま
た、本発明では、調整材の主成分であるカルシウムサル
ホアルミネートを製造するにあたり、少量のCaO・Al
2O3、12CaO・7Al2O3、3CaO・Al2O3、11CaO・7Al2O3・7Ca
F2、及び2CaO・Al2O3・SiO2(ゲーレナイト)等の存在が予
想されるが、これらの副生成物の存在は20重量%未満で
は特に問題とはならない。調整材の粒度は、特に限定さ
れるものではないが、ブレーン値で2,000〜8,000cm2/g
程度が好ましく、3,000〜6,000cm2/gがより好ましい。
2,000cm2/g未満では水和熱発生時間の遅延効果が十分に
得られない場合があり、8,000cm2/g程度を超えるとこれ
を用いたコンクリートの流動性が低下する傾向がある。
調整材の使用量は、使用するセメントや他の材料により
変化し、一義的ではないが、通常、セメントと調整材の
合計100重量部中、2〜10重量部が好ましく、3〜7重
量部がより好ましい。2重量部未満では水和熱発生時間
の遅延効果が十分ではなく、10重量部を越えると強度発
現性が悪くなる場合がある。 【0019】本発明のセメント組成物の混合装置は、特
に制限されるものではなく、例えば、傾胴ミキサー、オ
ムニミキサー、V型ミキサー、ヘンシェルミキサー、及
びナウターミキサー等の既存のいかなる撹拌装置の使用
が可能である。 【0020】また、各材料の混合方法は特に制限される
ものではなく、各々の材料を施工時に混合してもよく、
あらかじめ一部もしくは全部を混合しても差支えない。 【0021】本発明のセメント組成物の養生方法は、特
に限定されるものではなく、一般に行われる養生方法が
適用可能である。 【0022】本発明では、前記セメント組成物の他に、
砂や砂利などの骨材、凝結調整剤、減水剤、高性能減水
剤、AE剤、AE減水剤、高性能AE減水剤、増粘剤、
セメント膨張材、防錆剤、防凍剤、水酸化ナトリウム等
の可溶性アルカリ塩、酸化カルシウムや水酸化カルシウ
ムなどのカルシウム化合物、硫酸アルカリ金属塩、亜硫
酸アルカリ金属塩、及び重亜硫酸アルカリ金属塩等の硫
酸塩、無機リン酸塩、ホウ酸、ベントナイトやモンモリ
ロナイト等の粘土鉱物、ゼオライト、ハイドロタルサイ
ト、及びハイドロカルマイト等のイオン交換体、並び
に、高分子エマルジョン等の内の一種又は二種以上を本
発明の目的を実質的に阻害しない範囲で併用することが
可能である。 【0023】 【実施例】以下、実施例により本発明を詳細に説明す
る。 【0024】実施例1 CaO原料3モル、Al2O3原料3モル、及びCaSO4原料1モ
ルを混合し、電気炉を用い、1,350℃で2時間焼成して
得られたクリンカーを粉砕し、ブレーン値で4,000±200
cm2/gに調整してカルシウムサルホアルミネートを得
た。このカルシウムサルホアルミネートを調整材とし、
セメントと調整材の合計100重量部中、調整材を表1に
示すように配合して結合材とした。各材料の単位量を、
結合材300kg/m3、粗骨材1,056kg/m3、細骨材765kg/m3
及び水147kg/m3とし、練り上がり温度20℃に調整したコ
ンクリートとし、その上昇時間と各材令における圧縮強
度の測定を行った。結果を表1に併記する。 【0025】<使用材料> セメント :電気化学工業社製普通ポルトランドセメン
ト CaO原料 :和光純薬工業社製試薬1級CaCO3 Al2O3原料 :和光純薬工業社製試薬1級Al2O3 CaSO4原料 :和光純薬工業社製試薬1級CaSO4 粗骨材 :新潟県姫川産川砂利、Gmax=25mm 細骨材 :新潟県姫川産川砂、5mm下 水 :水道水 【0026】<測定方法> 上昇時間 :調整したコンクリート3.5リットルを高さ3
0cm、内径13cm、厚さ10cmの発泡スチロール製円筒容器
に入れ、20℃恒温室中で養生した時のコンクリート中心
部温度を熱電対で自動的に測定し、練り上がり温度から
5℃上昇した時の時間とコンクリートの温度が最高温度
となった時間 圧縮強度 :φ10×20cmの供試体を作製してJIS R 5201
に準じて測定 【0027】 【表1】 【0028】実施例2 比較のため、従来と同様、調整材を添加せず、凝結遅延
剤を、セメントと凝結遅延剤からなる結合材100重量部
中、0.5重量部使用したこと以外のコンクリートの配合
や実験方法は実施例1と同様に行い、セメントの凝結を
遅延させた場合の測定結果を表2に示す。 【0029】<使用材料> 凝結遅延剤:日澱化学工業社製デキストリン 【0030】 【表2】【0031】 【発明の効果】本発明のセメント組成物を使用すること
により、コールドジョイントの防止に効果の大きい被打
ち継ぎコンクリートが得られる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭49−53915(JP,A) 特開 昭53−108122(JP,A) 特開 昭60−67113(JP,A) 特開 平1−308889(JP,A) 特開 昭50−29641(JP,A) 特開 平3−193649(JP,A) 特開 昭61−14163(JP,A) 特公 昭48−9449(JP,B1) 特公 昭49−15458(JP,B1) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C04B 2/00 - 32/02

Claims (1)

  1. (57)【特許請求の範囲】 【請求項1】 セメントと、カルシウムサルホアルミネ
    ートを主成分とし、遊離石灰やセッコウを併用しない
    メントの水和熱発生時間の調整材とを含有してなり、該
    調整材は、セメントと該調整材の合計100重量部中、2
    〜10重量部であることを特徴とするセメント組成物。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN109369076A (zh) * 2018-11-21 2019-02-22 杭州金鼎实业有限公司 一种混凝土及其制备方法
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