JP3549579B2 - Cement admixture and cement composition - Google Patents

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Description

【0001】
【産業上の利用分野】
本発明は、主に、土木建築業界で使用されるセメント混和材及びセメント組成物に関する。
【0002】
【従来の技術とその課題】
セメントは、大きくポルトランドセメントや、高炉セメント等の混合セメントや、アルミナセメント等の特殊セメントに分けられ、そのポルトランドセメントも、普通ポルトランドセメント、早強ポルトランドセメント、及び超早強ポルトランドセメント等に分類される。
【0003】
JIS R 5201で規定されるセメント/砂比=1/2、水/セメント比65%のJISモルタルの1日強度でみると、普通ポルトランドセメントに対して、早強ポルトランドセメントは約2倍、超早強ポルトランドセメントは約4倍の強度発現性を有している。そのため、早強又は超早強ポルトランドセメントを使用すれば、普通ポルトランドセメントを使用する場合に比べ、脱型時期を早くすることができ、土木、建築構造物では、工期の短縮化が可能となり、工事の能率化や合理化が達成できる。
【0004】
また、コンクリート製品工場においては、早強又は超早強ポルトランドセメントを使用すれば、型枠の脱型サイクルを早めることができ、生産効率を高めることが可能である。
【0005】
最近、超早強ポルトランドセメントを使用したコンクリートよりもさらに強度発現性の良好なコンクリート、具体的には、材令1日で圧縮強度が300kgf/cm以上を目標とする実用的なコンクリートの開発が提唱され、この目標を満足するセメント組成物が開発されている(「現場打ち超早強コンクリートの実用化に関する共同研究報告書」 建設省土木研究所、共同研究報告書第73号、平成4年3月、特開平4−104929号公報、特開平5−9045号公報)。
【0006】
しかしながら、これらのセメント組成物は、標準養生あるいは常圧蒸気養生をした場合に前記目標を満足するが、養生温度が、例えば、10℃程度以下に低下した場合には前記目標を達成することができず、冬期や寒冷地での使用に制限があるという課題があった。
【0007】
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、特定のセメント混和材を使用することにより、低温下でも強度発現性の良好なセメント組成物が得られるとの知見を得て、本発明を完成するに至った。
【0008】
【課題を解決するための手段】
即ち、本発明は、無水セッコウ100重量部、硫酸アルミニウムを無水物換算で20〜150重量部、アルミン酸アルカリ金属塩5〜15重量部、及びアルカリ金属又はアルカリ土類金属の硝酸塩及び/又は亜硝酸塩を20〜150重量部含有してなるセメント混和材であり、3CaO・SiO含有量が60重量%以上でブレーン値が3,500〜7,000cm/gのセメント100重量部と、該セメント混和材2〜10重量部とを含有してなるセメント組成物である。
【0009】
以下、本発明をさらに詳しく説明する。
【0010】
本発明で使用する無水セッコウは、セッコウの無水物であれば、特に限定されるものではなく、天然に産出する天然無水セッコウ、半水セッコウや二水セッコウを熱処理して得られる無水セッコウ、及び工業副産物として発生する無水セッコウ等、いずれの使用も可能である。
無水セッコウの粒度は、ブレーン値で2,500cm/g以上のものが好ましく、4,000cm/g以上がより好ましい。2,500cm/g未満では、長期材令において、未水和の残存セッコウにより膨張破壊が発生するおそれがある。
【0011】
本発明で使用する硫酸アルミニウムは、初期強度発現性の向上のために必要であり、通常、20モル前後未満の結合水を有する塩であるが、結合水の多少により限定を受けるものではない。
硫酸アルミニウムの使用量は、無水セッコウ100重量部に対して、無水物換算で20〜150重量部が好ましく、50〜100重量部がより好ましい。20重量部未満では初期強度の発現性が悪く、150重量部を超えると作業性が悪くなるおそれがある。
【0012】
本発明で使用するアルミン酸塩は、初期、中期、及び長期強度の発現性を向上させるために不可欠であり、成分的に特に限定されるものではなく、アルミン酸ナトリウムやアルミン酸カリウムの使用が可能であり、そのうち、特に、アルミン酸ナトリウムを使用することが経済的に好ましい。
アルミン酸塩の使用量は、無水セッコウ100重量部に対して、5〜15重量部が好ましく、8〜12重量部がより好ましい。5重量部未満では十分な強度発現性が得られない場合があり、15重量部を超えると作業性が悪くなるおそれがある。
【0013】
本発明で使用する硝酸塩類とは、低温下での初期強度発現性の向上に不可欠であり、成分的に特に限定されるものではないが、硝酸塩及び/又は亜硝酸塩の一種又は二種以上からなるものである。塩としては、アルカリ金属塩やアルカリ土類金属塩が挙げられ、そのうち、ナトリウム塩、カリウム塩、又はカルシウム塩の使用が経済的に好ましい。
硝酸塩類の使用量は、無水セッコウ100重量部に対して、20〜150重量部が好ましく、50〜100重量部がより好ましい。20重量部未満では低温下での初期強度発現性が悪く、150重量部を越えると作業性が悪くなるおそれがある。
【0014】
本発明では、無水セッコウ、硫酸アルミニウム、アルミン酸塩、及び硝酸塩類の混和物をセメント混和材として使用する。
セメント混和材の粒度は、ブレーン値で2,000〜8,000cm/g程度が好ましい。2,000cm/g未満では、モルタルやコンクリートの長期的な安定性が損なわれる場合があり、8,000cm/gを超えると作業性が悪くなる場合がある。
セメント混和材の使用量は、セメント100重量部に対して、2〜10重量部が好ましい。2重量部未満では初期強度の発現性が悪く、10重量部を超えるとモルタルやコンクリートの作業性が損なわれたり、あるいは長期的な安定性が損なわれ膨張破壊を起こすおそれがある。
【0015】
ここでセメントとは、特に限定されるものではないが、5℃程度の低温下で300kgf/cm以上の圧縮強度を発現できることから3CaO・SiO含有量が60重量%以上のものが好ましく、66重量%以上がより好ましい。60重量%未満では十分な初期強度が得られない場合がある。通常は、市販の早強ポルトランドセメントが使用可能である。
セメントの粒度は、ブレーン値で3,500〜7,000cm/gのものが好ましく、4,000〜5,000cm/gがより好ましい。3,500cm/g未満では十分な初期強度が得られない場合があり、7,000cm/gを超えるとコンクリートのスランプロスが大きくなる場合がある。
【0016】
本発明では、セメントやセメント混和材の他に、凝結調整剤、減水剤、AE減水剤、高性能減水剤、高性能AE減水剤、AE剤、増粘剤、砂や砂利などの骨材、セメント急硬材、セメント膨張材、防錆剤、防凍剤、高分子エマルジョン、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、チオシアン酸ナトリウム等のチオシアン酸塩、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、チオ硫酸カルシウム等のチオ硫酸塩、ベント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、無機リン酸塩、並びに、ホウ酸等のうち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。
【0017】
本発明において、セメント組成物に対する水の使用量は、使用する材料の種類や配合量によって一義的に決定されるものではないが、通常、セメントとセメント混和材との混合物を結合材とした場合、水/結合材比で25〜50重量%が好ましく、30〜40重量%がより好ましい。25重量%未満では十分な作業性が得られない場合があり、50重量%を越えると十分な強度発現性が得られない場合がある。
本発明のセメント混和材を用いたセメント組成物の混練や養生方法は特に制限されるものではなく、通常のモルタルやコンクリートで行われる方法が適用可能である。
【0018】
本発明の各材料を混合する装置としては、既存のいかなる攪拌装置も使用可能であり、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使用が可能である。
また、混合は、それぞれの材料を施工時に混合してもよいし、あらかじめ一部を、あるいは全部を混合しておいても差し支えない。
【0019】
【実施例】
以下、実施例により本発明を詳細に説明する。
【0020】
実施例1
表1に示すように無水セッコウ100重量部に対して、硫酸アルミニウム、アルミン酸塩、及び硝酸塩類を配合してセメント混和材を調製し、このセメント混和材をセメント100重量部に対して5重量部と、減水剤をセメントとセメント混和材の合計100重量部に対して2重量部配合し、水/(セメント+セメント混和材)比=37%、(セメント+セメント混和材)/砂比=1/2のモルタルを作製し、養生温度を5℃とし、1日後に脱型し、以後水中養生を行い、圧縮強度の測定を行った。結果を表1に併記する。
【0021】
<使用材料>
セメントα:電気化学工業社製早強ポルトランドセメント、3CaO・SiO含有量66重量%、ブレーン値4,460cm/g
セメントβ:電気化学工業社製普通ポルトランドセメント、3CaO・SiO含有量53重量%、ブレーン値3,340cm/g
無水セッコウ:天然無水セッコウ、ブレーン値4,120cm/g
硫酸アルミニウム:水沢化学工業社製粉末硫酸バンド、Al17重量%、含水率43重量%
アルミン酸塩:アルミン酸ナトリウム、試薬1級、ブレーン値3,690cm/g
硝酸塩類イ:硝酸カルシウム、試薬一級
硝酸塩類ロ:亜硝酸カルシウム、試薬一級
硝酸塩類ハ:硝酸ナトリウム、試薬一級
硝酸塩類ニ:亜硝酸ナトリウム、試薬一級
細骨材 :新潟県姫川産、比重2.62、FM2.74
減水剤 :電気化学工業社商品名「デンカFT−1D」、主成分ポリカルボン酸
【0022】
【表1】

Figure 0003549579
【0023】
実施例2
セメントαと、無水セッコウ100重量部、硫酸アルミニウム50重量部、アルミン酸塩10重量部、及び硝酸塩類イ70重量部からなるセメント混和材とを用い、セメント混和材の添加量を変えたこと以外は実施例1と同様に行った。結果を表2に示す。
【0024】
【表2】
Figure 0003549579
【0025】
実施例3
セメントαと表3に示す配合のセメント混和材を使用して、セメントα100重量部に対して、セメント混和材を7重量部配合した。
セメントとセメント混和材からなる結合材の単位量を400kg/mとし、その他の単位量を、水146kg/m、細骨材730kg/m、粗骨材1,067kg/m、及び減水剤8kg/mとしてコンクリートを調製した。
このコンクリートをφ10×20cmの型枠に打設し、養生温度を5℃とし、24時間後に脱型し、その後、水中養生を行い、圧縮強度を測定した。結果を表3に併記する。
【0026】
【表3】
Figure 0003549579
【0027】
<使用材料>
粗骨材 :新潟県姫川産、比重2.67、FM6.94
【0028】
【発明の効果】
本発明のセメント混和材は、低温での強度発現性を良好にする等の効果を奏する。[0001]
[Industrial applications]
The present invention mainly relates to a cement admixture and a cement composition used in the civil engineering and construction industry.
[0002]
[Prior art and its problems]
Cement can be broadly divided into Portland cement, mixed cement such as blast furnace cement, and special cement such as alumina cement. You.
[0003]
Looking at the daily strength of JIS mortar with a cement / sand ratio of 1/2 and a water / cement ratio of 65% specified by JIS R 5201, the early-strength Portland cement is about twice as large as ordinary Portland cement, The early strength Portland cement has about four times the strength development. Therefore, if using early or ultra-high strength Portland cement, compared to the case of using ordinary Portland cement, the demolding time can be shortened, and in civil engineering and building structures, the construction period can be shortened, Work can be streamlined and streamlined.
[0004]
Further, in a concrete product factory, if early-strength or ultra-early-strength Portland cement is used, the mold release cycle of the formwork can be accelerated, and the production efficiency can be increased.
[0005]
Recently, development of concrete having better strength development than concrete using ultra-high-strength Portland cement, specifically, practical concrete with a target compressive strength of 300 kgf / cm 2 or more in one day of age. Has been developed, and a cement composition that satisfies this goal has been developed ("Joint research report on practical use of in-situ cast-in-place ultra-high-strength concrete") Public Works Research Institute, Ministry of Construction, Joint Research Report No. 73, Heisei 19 March, JP-A-4-104929, JP-A-5-9045).
[0006]
However, these cement compositions satisfy the above-mentioned target when subjected to standard curing or normal-pressure steam curing, but may achieve the above-mentioned target when the curing temperature is reduced to, for example, about 10 ° C. or less. However, there was a problem that the use in winter and cold regions was limited.
[0007]
The present inventor has conducted various studies to solve the above-described problems, and as a result, has obtained the finding that a cement composition having good strength expression can be obtained even at a low temperature by using a specific cement admixture. Thus, the present invention has been completed.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
That is, the present invention provides 100 parts by weight of anhydrous gypsum , 20 to 150 parts by weight of aluminum sulfate in terms of anhydride, 5 to 15 parts by weight of alkali metal aluminate, and nitrate and / or alkali metal or alkaline earth metal. nitrate is a cement admixture which comprises 20 to 150 parts by weight, the cement 100 parts by weight of the Blaine value is 3,500~7,000cm 2 / g in 3CaO · SiO 2 content of 60 wt% or more, the cement admixture 2 to 10 parts by weight .
[0009]
Hereinafter, the present invention will be described in more detail.
[0010]
The anhydrous gypsum used in the present invention is not particularly limited as long as it is an anhydride of gypsum, and natural anhydrous gypsum naturally produced, anhydrous gypsum obtained by heat-treating hemihydrate gypsum or dihydrate gypsum, and Any of these can be used, such as anhydrous gypsum, which is generated as an industrial by-product.
The particle size of the anhydrous gypsum is preferably not less than 2,500 cm 2 / g in Blaine value, 4,000 cm 2 / g or more is more preferable. If it is less than 2,500 cm 2 / g, in a long-term age, unhydrated residual gypsum may cause expansion failure.
[0011]
The aluminum sulfate used in the present invention is necessary for improving the initial strength, and is usually a salt having less than about 20 mol of bound water, but is not limited by the amount of bound water.
The amount of aluminum sulfate to be used is preferably 20 to 150 parts by weight, more preferably 50 to 100 parts by weight in terms of anhydride, based on 100 parts by weight of anhydrous gypsum. When the amount is less than 20 parts by weight, the initial strength is poorly expressed, and when it exceeds 150 parts by weight, the workability may be deteriorated.
[0012]
The aluminate used in the present invention is indispensable for improving the expression of the initial, middle, and long-term strength, and is not particularly limited in terms of components, and the use of sodium aluminate or potassium aluminate is not limited. It is possible, of which the use of sodium aluminate is economically preferred.
The amount of the aluminate used is preferably 5 to 15 parts by weight, more preferably 8 to 12 parts by weight, based on 100 parts by weight of anhydrous gypsum. If the amount is less than 5 parts by weight, sufficient strength development may not be obtained, and if it exceeds 15 parts by weight, workability may be deteriorated.
[0013]
The nitrates used in the present invention are indispensable for improving the initial strength development under low temperature, and are not particularly limited in terms of components, but include one or more nitrates and / or nitrites. It becomes. Examples of the salt include an alkali metal salt and an alkaline earth metal salt. Among them, use of a sodium salt, a potassium salt, or a calcium salt is economically preferable.
The use amount of nitrates is preferably 20 to 150 parts by weight, more preferably 50 to 100 parts by weight, based on 100 parts by weight of anhydrous gypsum. If the amount is less than 20 parts by weight, the initial strength development at low temperature is poor, and if it exceeds 150 parts by weight, the workability may be deteriorated.
[0014]
In the present invention, a mixture of anhydrous gypsum, aluminum sulfate, aluminate, and nitrates is used as a cement admixture.
The particle size of the cement admixture is preferably about 2,000 to 8,000 cm 2 / g in Blaine value. If it is less than 2,000 cm 2 / g, long-term stability of mortar or concrete may be impaired, and if it exceeds 8,000 cm 2 / g, workability may be deteriorated.
The use amount of the cement admixture is preferably 2 to 10 parts by weight based on 100 parts by weight of cement. If the amount is less than 2 parts by weight, the initial strength is poorly developed, and if it exceeds 10 parts by weight, the workability of the mortar or concrete is impaired, or the long-term stability is impaired, and there is a possibility that expansion failure occurs.
[0015]
Here, the cement is not particularly limited, but preferably has a 3CaO · SiO 2 content of 60% by weight or more because it can exhibit a compressive strength of 300 kgf / cm 2 or more at a low temperature of about 5 ° C. It is more preferably at least 66% by weight. If it is less than 60% by weight, sufficient initial strength may not be obtained. Normally, commercially available early-strength Portland cement can be used.
The particle size of the cement is preferably 3,500 to 7,000 cm 2 / g in terms of Blaine value, and more preferably 4,000 to 5,000 cm 2 / g. If it is less than 3,500 cm 2 / g, sufficient initial strength may not be obtained, and if it exceeds 7,000 cm 2 / g, slump loss of concrete may increase.
[0016]
In the present invention, in addition to cement and cement admixtures, setting regulators, water reducing agents, AE water reducing agents, high performance water reducing agents, high performance AE water reducing agents, AE agents, thickeners, aggregates such as sand and gravel, Cement quick-hardening material, cement expanding material, rust inhibitor, anti-freezing agent, polymer emulsion, calcium compound such as calcium oxide or calcium hydroxide, thiocyanate such as sodium thiocyanate, alkali metal sulfate, alkali metal sulfite, And thiosulfates such as calcium thiosulfate, clay minerals such as bentonite, ion exchangers such as zeolites, hydrotalcite and hydrocalmite, inorganic phosphates, and borates. One or more of the acids and the like can be used in combination as long as the object of the present invention is not substantially inhibited.
[0017]
In the present invention, the amount of water used for the cement composition is not uniquely determined by the type and blending amount of the materials used, but usually, when a mixture of cement and a cement admixture is used as a binder. The water / binder ratio is preferably 25 to 50% by weight, more preferably 30 to 40% by weight. If it is less than 25% by weight, sufficient workability may not be obtained, and if it exceeds 50% by weight, sufficient strength development may not be obtained.
The method of kneading and curing the cement composition using the cement admixture of the present invention is not particularly limited, and a method performed with ordinary mortar or concrete can be applied.
[0018]
As an apparatus for mixing the materials of the present invention, any existing stirring apparatus can be used, and for example, a tilting mixer, an omni mixer, a V-type mixer, a Henschel mixer, a Nauter mixer, and the like can be used. .
In addition, for mixing, the respective materials may be mixed at the time of construction, or some or all of them may be mixed in advance.
[0019]
【Example】
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to examples.
[0020]
Example 1
As shown in Table 1, aluminum cement, aluminate, and nitrates were blended with 100 parts by weight of anhydrous gypsum to prepare a cement admixture, and the cement admixture was 5 parts by weight with respect to 100 parts by weight of cement. Parts and 2 parts by weight of a water reducing agent with respect to a total of 100 parts by weight of cement and cement admixture, water / (cement + cement admixture) ratio = 37%, (cement + cement admixture) / sand ratio = One-half mortar was prepared, the curing temperature was set to 5 ° C., and after one day, the mortar was removed from the mold. The results are also shown in Table 1.
[0021]
<Material used>
Cement α: Early strength Portland cement manufactured by Denki Kagaku Kogyo KK, 3CaO · SiO 2 content 66% by weight, Blaine value 4,460 cm 2 / g
Cement β: Ordinary Portland cement manufactured by Denki Kagaku Kogyo Co., Ltd., 3CaO · SiO 2 content 53% by weight, Blaine value 3,340 cm 2 / g
Anhydrite: natural anhydrous gypsum, Blaine value 4,120 cm 2 / g
Aluminum sulfate: powdered sulfuric acid band manufactured by Mizusawa Chemical Industries, Al 2 O 3 17% by weight, water content 43% by weight
Aluminate: sodium aluminate, reagent first class, Blaine value 3,690 cm 2 / g
Nitrate a: Calcium nitrate, Reagent primary nitrate B: Calcium nitrite, Reagent primary nitrate C: Sodium nitrate, Reagent primary nitrate d: Sodium nitrite, Reagent primary fine aggregate: Himekawa, Niigata Prefecture, specific gravity 2. 62, FM 2.74
Water reducer: Denka FT-1D, trade name of Denki Kagaku Kogyo Co., Ltd., main component polycarboxylic acid
[Table 1]
Figure 0003549579
[0023]
Example 2
Except that the addition amount of the cement admixture was changed using cement α and a cement admixture consisting of 100 parts by weight of anhydrous gypsum, 50 parts by weight of aluminum sulfate, 10 parts by weight of aluminate, and 70 parts by weight of nitrates a Was performed in the same manner as in Example 1. Table 2 shows the results.
[0024]
[Table 2]
Figure 0003549579
[0025]
Example 3
Using the cement α and the cement admixture having the composition shown in Table 3, 7 parts by weight of the cement admixture was added to 100 parts by weight of the cement α.
The unit amount of the binder consisting of cement and a cement admixture and 400 kg / m 3, the amount other units, water 146kg / m 3, fine aggregates 730 kg / m 3, coarse aggregate 1,067kg / m 3 and, Concrete was prepared as a water reducing agent of 8 kg / m 3 .
This concrete was poured into a formwork of φ10 × 20 cm, the curing temperature was set to 5 ° C., and after 24 hours, the concrete was demolded, and then cured in water, and the compressive strength was measured. The results are also shown in Table 3.
[0026]
[Table 3]
Figure 0003549579
[0027]
<Material used>
Coarse aggregate: from Himekawa, Niigata Prefecture, specific gravity 2.67, FM 6.94
[0028]
【The invention's effect】
The cement admixture of the present invention has effects such as improving strength development at low temperatures.

Claims (2)

無水セッコウ100重量部、硫酸アルミニウムを無水物換算で20〜150重量部、アルミン酸アルカリ金属塩5〜15重量部、及びアルカリ金属又はアルカリ土類金属の硝酸塩及び/又は亜硝酸塩を20〜150重量部含有してなるセメント混和材。Anhydrous gypsum 100 parts by weight, 20 to 150 weight 20 to 150 parts by weight on a dry solid basis of aluminum sulfate, 5 to 15 parts by weight of an alkali metal aluminate salt, and nitrate and / or nitrite of an alkali metal or alkaline earth metal Cement admixture containing part . 3CaO・SiO含有量が60重量%以上でブレーン値が3,500〜7,000cm/gのセメント100重量部と、請求項1記載のセメント混和材2〜10重量部とを含有してなるセメント組成物。Cement 100 parts by weight of the Blaine value is 3,500~7,000cm 2 / g in 3CaO · SiO 2 content of 60 wt% or more, cement composition comprising the cement admixture 2-10 parts by weight of claim 1, wherein object.
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