JP3549615B2 - 急硬性セメント混和材及び急硬性セメント組成物 - Google Patents
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Description
【産業上の利用分野】
本発明は、主に、土木・建築分野において使用される急硬性セメント混和材及び急硬性セメント組成物に関する。
【0002】
【従来技術とその課題】
従来、道路舗装工事等で短期の開放や交通渋滞の解消を目的として急硬性セメントが利用されている。
特に、高速道路等においては道路の閉鎖可能時間が極めて短く、コンクリート打設から道路開放までが3時間とされている。
このような用途に、適度な可使時間を有し、短時間で実用強度が発揮できる、カルシウムアルミネート類とセッコウ類とを含有する急硬性セメントを配合した急硬性コンクリートが提案された(特開昭45−120521号公報、特開昭47−34518号公報、及び特開昭53−37729号公報等)。
【0003】
一方、日本道路公団では、高速道路の改修工事用の急硬性コンクリートの要求物性を、可使時間30〜60分、3時間の圧縮強度240kgf/cm2以上としている。
【0004】
ところが、最近では、良質な骨材が得られにくいことなどから、従来の急硬性コンクリートの3時間の圧縮強度が基準値に安全率を掛け合わせた設計強度を満足できない場合がでてきている。
【0005】
このように、現状は根本的な解決策はなく、十分な可使時間を有し、かつ、3時間の圧縮強度の発現性が改善された急硬性セメント組成物が望まれている。
また、低温での3時間の圧縮強度が著しく低下するという課題もあった。
【0006】
本発明者は、特定の急硬性セメント混和材を使用することにより、十分な可使時間が得られ、特に3時間の圧縮強度や低温時の強度増進効果が得られるとの知見を得て本発明を完成するに至った。
【0007】
【課題を解決するための手段】
即ち、本発明は、カルシウムアルミネート類、無水セッコウ、凝結遅延剤、並びに、ギ酸、酢酸、及び乳酸又はこれらのナトリウム、カリウム、カルシウム、及びアルミニウム塩からなる群より選ばれた一種又は二種以上の凝結促進剤を含有してなる急硬性セメント混和材であり、セメントと該セメント混和材とを含有してなるセメント組成物である。
【0008】
以下、本発明をさらに詳しく説明する。
【0009】
本発明で使用するカルシウムアルミネート類(以下CA類という)は、CaO原料とAl2O3原料、さらに、目的に応じて、SiO2原料、CaSO4原料、Fe2O3原料、及びCaF2原料等を配合して熱処理することによって得られるものである。
CaO原料としては、例えば、石灰石や炭酸カルシウムなどが、Al2O3原料としては、ボーキサイトやアルミナ質等が挙げられる。
また、SiO2原料としては、ケイ砂、ケイ藻土、及びシリカ質物質等が、CaSO4原料としては、二水セッコウ、半水セッコウ、及び無水セッコウ等が、CaF2原料としては、ホタル石や工業副産物としてのフッ化カルシウム等が挙げられる。
【0010】
CA類としては、CaOをC、Al2O3をA、SiO2をS、及びFe2O3をFとすると、C3A、C2A、C12A7、C5A3、CA、C3A5、及びCA2等と表示される鉱物組成を有するカルシウムアルミネート、C2ASと表示されるゲーレナイト、及びC4AFと表示されるカルシウムアルミノフェライト等が挙げられ、さらに、カルシウムアルミネートにハロゲンが固溶したC3A3・CaF2やC12A7・CaF2と表示されるカルシウムフロロアルミネート、並びに、C3A3・CaSO4と表示されるカルシウムサルフォアルミネート等を総称するものであり、これらの結晶質、非晶質のいずれの使用も可能であり、そのうちの一種又は二種以上を使用することが可能である。
【0011】
CA類の粒度は特に限定されるものではないが、ブレーン値で3,000〜8,000cm2/g程度が好ましく、4,000〜6,000cm2/gがより好ましい。3,000cm2/g未満では十分強度発現性が得られない場合があり、8,000cm2/gを超えるとこれを用いたコンクリートの流動性が損なわれ、作業性が悪くなる場合がある。
【0012】
CA類製造の際の熱処理方法は特に限定されるものではなく、例えば、ロータリーキルン等による焼成法や電気炉による溶融法などがあり、熱処理時間も特に限定されるものではない。
熱処理温度は、通常、1,100〜1,800℃程度が好ましく、1,200〜1,700℃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、1,800℃を超えるとエネルギー損失が大きくなり、コスト面で好ましくない。
熱処理品の冷却方法は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。
【0013】
また、他の成分あるいは不純物の存在は特に限定されるものではなく、例えば、他の成分として混入が予想される、TiO2、MgO、Na2O、及びK2O等の存在は、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。
【0014】
本発明において、CA類として、強度発現性の面から、非晶質カルシウムアルミネート類を使用することが好ましい。
【0015】
ここで、非晶質カルシウムアルミネート類(以下A−CAという)のCaO/Al2O3モル比(以下C/Aモル比という)は特に限定されるものではないが、1〜4が好ましく、1.5〜3がより好ましい。C/Aモル比がこの範囲外では十分な強度発現性が得られない場合がある。
【0016】
また、非晶質とは、すべてが非晶質である必要はなく、例えば、ガラス化率で50%程度以上のものであり、70%以上が好ましい。
【0017】
本発明でいうガラス化率(X)は、A−CAを1,000℃で3時間加熱し、その後、5℃/分の冷却速度で徐冷し、粉末X線回折法により求めた結晶鉱物のメインピークの面積S0とA−CA中の結晶のメインピークの面積Sを用い、X(%)=(1−S/S0)×100の式から算出することが可能である。
【0018】
本発明において、カルシウムアルミネート類の使用量は特に限定されるものではないが、セメント混和材100重量部中、30〜90重量部が好ましく、40〜60重量部がより好ましい。30重量部未満では十分な急硬性が得られない場合があり、90重量部を超えると十分な可使時間や強度発現性が得られない場合がある。
【0019】
本発明で使用する無水セッコウは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や、半水セッコウ及び/又は二水セッコウを熱処理して得られる無水セッコウの他、工業副産物として発生する無水セッコウなどの使用が可能である。
無水セッコウの粒度は、ブレ−ン値で3,000〜8,000cm2/gが好ましく、4,000〜6,000cm2/gがより好ましい。3,000cm2/g未満では十分な強度発現性が得られない場合があり、8,000cm2/gを越えるとこれを用いたコンクリートの流動性が損なわれ、作業性が悪くなる場合がある。
無水セッコウの使用量は特に限定されるものではないが、通常、急硬性セメント混和材100重量部中、10〜70重量部が好ましく、40〜60重量部がより好ましい。10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、70重量部を超えると十分な急硬性が得られない場合がある。
【0020】
本発明で使用する凝結遅延剤とは、コンクリートの適切な可使時間を得るために使用されるものであり、特に限定されるものではないが、例えば、クエン酸、酒石酸、グルコン酸、及びリンゴ酸等の有機カルボン酸又はその塩、炭酸リチウム、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、重炭酸リチウム、重炭酸ナトリウム、及び重炭酸カリウム等のアルカリ炭酸塩類、ホウ酸又はその塩、糖類、並びに、無機リン酸塩等が挙げられ、これらのうちの一種又は二種以上が使用可能であり、有機カルボン酸又はその塩とアルカリ炭酸塩とを併用することが好ましい。
有機カルボン酸又はその塩とアルカリ炭酸塩とを併用する場合の配合割合は特に限定されるものではないが、有機カルボン酸又はその塩とアルカリ炭酸塩とからなる凝結遅延剤100重量部中、有機カルボン酸又はその塩の使用量は10〜50重量部が好ましく、20〜40重量部がより好ましい。この範囲外では十分な強度発現性が得られない場合がある。
凝結遅延剤の使用量は、使用材料の配合割合や温度などにより変化し、一義的に決定されるものではないが、通常、急硬性セメント混和材100重量部中、1〜10重量部が好ましく、2〜5重量部がより好ましい。1重量部未満では十分な可使時間が得られない場合があり、10重量部を超えて使用すると強度発現性が悪くなる場合がある。
【0021】
本発明で使用するギ酸、酢酸、及び乳酸からなる群より選ばれた一種又は二種以上の凝結促進剤は、ギ酸、酢酸、及び乳酸、並びに、これらのナトリウム、カリウム、カルシウム、及びアルミニウム塩が挙げられる。
凝結促進剤の使用量は特に限定されるものではないが、急硬性セメント混和材100重量部中、0.5〜10重量部が好ましく、1〜5重量部がより好ましい。0.5重量部未満では3時間の圧縮強度(以下3時間強度という)の増進効果が十分でなく、10重量部を超えて使用してもさらなる効果の増進が期待できない。
【0022】
本発明の急硬性セメント混和材は、CA類、無水セッコウ、凝結遅延剤、及び凝結促進剤を含有してなるものである。
急硬性セメント混和材の使用量は、セメントとセメント混和材からなる急硬性セメント組成物100重量部中、10〜50重量部が好ましく、15〜30重量部がより好ましい。10重量部未満では急硬性が十分ではなく、50重量部を越えて使用してもさらなる効果の増進が期待できない場合がある。
【0023】
ここでセメントとしては、普通、早強、及び超早強等の各種ポルトランドセメント、これらポルトランドセメントに高炉スラグやフライアッシュなどを混合した各種混合セメント等が挙げられる。
【0024】
本発明の急硬性セメント混和材及びセメント組成物を製造する際に使用する混合装置としては、既存のいかなる混合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が使用可能である。
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。
【0025】
本発明では、セメントと急硬性セメント混和材の他に、砂や砂利などの骨材、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、高分子エマルジョン、ベントナイトやモンモリロナイトなどの粘土鉱物、並びに、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。
【0026】
【実施例】
以下、実施例により本発明を詳細に説明する。
【0027】
実施例1
CaO原料とAl2O3原料を混合し、1,300〜1,650℃の電気炉で熱処理して各種クリンカーを得て、それを粉砕し、ブレーン値で4,000±200cm2/gに調整した各種CA類とした。
このCA類48重量部、無水セッコウ48重量部、凝結遅延剤2重量部、及び凝結促進剤a2重量部を配合して急硬性セメント混和材とした。
この急硬性セメント混和材を、セメントと急硬性セメント混和材からなる急硬性セメント組成物100重量部中、25重量部として急硬性セメント組成物を調製した。
材料、気温、及び型枠等の試験環境温度を20℃とし、この急硬性セメント組成物100重量部に対して、砂1.5重量部と水37重量部とを配合したモルタルを調製し、このモルタルの可使時間と3時間強度を測定した。結果を表1に示す。
【0028】
<使用材料>
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
CA類イ :C/Aモル比12/7原料使用、急冷品、非晶質
CA類ロ :C/Aモル比1/1原料使用、徐冷品、結晶質
CA類ハ :C/Aモル比3/2原料使用、急冷品、非晶質
CA類ニ :C/Aモル比5/2原料使用、急冷品、SiO2含有量3%、非晶質
CA類ホ :C/Aモル比6/2原料使用、急冷品、SiO2含有量7%、非晶質
CA類ヘ :C/Aモル比8/2原料使用、急冷品、SiO2含有量15%、非晶質
CA類ト :C11A7・CaF2
セメント :電気化学工業社製早強ポルトランドセメント
無水セッコウ:天然無水セッコウ、ブレーン値5,830cm2/g
凝結遅延剤:試薬1級の炭酸カリウムとクエン酸の重量比70/30の混合品
凝結促進剤a:乳酸カルシウム、関東化学社製試薬1級
砂 :豊浦産標準砂
水 :水道水
【0029】
<測定方法>
3時間強度:圧縮強度、4×4×16cmの供試体を作製して測定。
可使時間 :モルタルの温度を熱電対により連続的に測定し、練り上がり温度から1℃上昇した時点を可使時間とした。
【0030】
【表1】
【0031】
実施例2
CA類イ48重量部、凝結遅延剤2重量部、及び凝結促進剤a2重量部と、表2に示す無水セッコウとを配合して急硬性セメント混和材としたこと以外は実施例1と同様に行った。結果を表2に併記する。
【0032】
【表2】
【0033】
実施例3
CA類イ48重量部、無水セッコウ48重量部、及び凝結遅延剤2重量部と、表3に示す凝結促進剤とを配合して急硬性セメント混和材としたこと以外は実施例1と同様に行った。結果を表3に併記する。
ただし、凝結促進剤aの使用量を変化した場合は、CA類イと無水セッコウの使用量を等量ずつ増減した。
【0034】
<使用材料>
凝結促進剤b:乳酸、関東化学社製試薬1級
凝結促進剤c:乳酸ナトリウム、関東化学社製試薬1級
凝結促進剤d:乳酸カリウム、関東化学社製試薬1級
凝結促進剤e:乳酸アルミニウム、関東化学社製試薬1級
凝結促進剤f:ギ酸、関東化学社製試薬1級
凝結促進剤g:ギ酸カルシウム、関東化学社製試薬1級
凝結促進剤h:ギ酸ナトリウム、関東化学社製試薬1級
凝結促進剤i:酢酸カリウム、関東化学社製試薬1級
凝結促進剤j:酢酸カルシウム、関東化学社製試薬1級
【0035】
【表3】
【0036】
実施例4
CA類イ48重量部、無水セッコウ48重量部、凝結遅延剤2重量部、及び凝結促進剤a2重量部を配合して急硬性セメント混和材を作製した。
この急硬性セメント混和材を使用し、急硬性セメント組成物100重量部中の急硬性セメント混和材の使用量を表4に示すように配合したこと以外は実施例1と同様に行った。
【0037】
【表4】
【0038】
実施例5
CA類イ48重量部、無水セッコウ48重量部、凝結遅延剤2重量部、及び凝結促進剤a2重量部を配合して作製した急硬性セメント混和材25重量部と、セメント75重量部とを配合して急硬性セメント組成物を調製した。
試験環境を20℃とし、各材料の単位量、急硬性セメント組成物450kg/m3、細骨材709kg/m3、粗骨材1.084kg/m3、水144kg/m3、及び減水剤9.0kg/m3としたコンクリートを調製し、3時間強度を測定した。結果を表5に示す。
また、比較のため、市販の急硬性セメントを使用して同様に行った。結果を表5に併記する。
【0039】
<使用材料>
細骨材 :新潟県姫川産川砂、比重2.62
粗骨材 :新潟県姫川産砕石、Gmax=20mm、比重2.64
急硬性セメント:市販品
【0040】
【表5】
【0041】
実施例6
試験環境を5℃としたこと以外はすべて実施例5と同様に行った。結果を表6に示す。
【0042】
【表6】
【0043】
【発明の効果】
本発明の急硬性セメント混和材を使用することにより、十分な可使時間を有し、3時間強度や低温時の強度発現性に優れた急硬性コンクリートが得られる。
Claims (2)
- カルシウムアルミネート類、無水セッコウ、凝結遅延剤、並びに、ギ酸、酢酸、及び乳酸又はこれらのナトリウム、カリウム、カルシウム、及びアルミニウム塩からなる群より選ばれた一種又は二種以上の凝結促進剤を含有してなる急硬性セメント混和材。
- セメントと請求項1記載の急硬性セメント混和材とを含有してなる急硬性セメント組成物。
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