JP3690945B2 - セメント混和材及びセメント組成物 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本願発明は、主に、土木・建築分野において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】
セメント・コンクリートは、安価に大きな構造物を構築することができる優れた材料であるが、様々な原因によってひび割れが生じるという欠点を有している。その１つの原因に、水和発熱によるひび割れが挙げられ、主にコンクリート断面内の温度差によるひび割れと、コンクリートの外部拘束によるひび割れとに大別される。
【０００３】
コンクリート断面内の温度差によるひび割れは、コンクリートの内部と表面付近との温度差によって、コンクリートが不均一に熱膨張し、表面付近に発生する引張応力がコンクリートの引張強度を上回るときに発生する。コンクリートの外部拘束によるひび割れは、コンクリートの発熱がピークに達した後、温度が下降する時期に、コンクリートが打ち継ぎ面等により拘束されていると、大きな引張応力が発生し、この引張応力がコンクリートの引張強度を超えるときに発生する。コンクリート構造物にひび割れが発生した場合、外観を損ねるだけでなく、ひび割れから水が浸入したり、内部鉄筋の劣化する等の耐久性に大きな弊害が生じる。
【０００４】
そこで、ひび割れの発生を抑制するために、様々な方法が提案されている。なかでも、水和発熱量の少ないビーライトの含有量を高めた低熱ポルトランドセメントを使用する方法は、水和発熱量を著しく低減できるだけでなく、流動性の確保が容易であることや、中期から長期にかけての強度発現性が良好である等優れた性質を有している。
【０００５】
しかしながら、通常、生コン工場で保有しているセメントサイロは、出荷量の多い普通ポルトランドセメント、高炉セメント及び早強ポルトランドセメント用しかなく、出荷量の少ない低熱ポルトランドセメント専用のサイロを保有している生コン工場は皆無に等しいのが現状である。そのため、低熱ポルトランドセメントは、打設現場にて生コンプラントを設置するような大型の工事物件に限定して出荷されているのが現状である。
【０００６】
このように、低熱ポルトランドセメントは優れた性質を持ちながらも、使用形態がセメントタイプであることから、サイロの増設といった新たな設備投資を必要とするという課題があった。そこで、サイロの増設といった新たな設備投資を必要とせず、全国各地の生コン工場で、開袋投入で使用できるメリットを有するものに、混和材タイプの材料がある。従来、混和材タイプの材料としては、デキストリンが水和熱抑制剤として知られており（特公昭55-75950）、膨張物質と組み合わせて、水和熱を抑制するのに用いられている。（特開平7-172885、特開平7-232944）。
【０００７】
【発明が解決しようとしている課題】
しかしながら、デキストリンは、溶解度の温度依存性が高く、高温で急激に溶解度が上がり、過度に水和反応を遅延してしまうという課題があった。そのため、水和熱抑制効果の温度依存性が小さく、水和発熱量を著しく低減でき、且つ、強度発現性を阻害しないような材料の開発が待たれていた。
【０００８】
本発明者は、種々検討を重ねた結果、１５℃未満の環境温度で水和熱抑制効果の高い、冷水可溶分８０〜１００％のデキストリンと、１５℃以上の環境温度で水和熱抑制効果の高い、冷水可溶分５〜６０％のデキストリンとを、特定の割合で混合して使用することにより、水和発熱量を著しく低減できるばかりでなく、水和熱抑制効果の温度依存性が小さくなるとの知見を得て、本願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、冷水可溶分５〜６０％のデキストリンと、冷水可溶分８０〜１００％のデキストリンを、重量比で３０：７０〜９５：５の範囲に混合してなる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。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を更に詳しく説明する。
【００１１】
本発明で使用するデキストリンは、一般に化工澱粉とも呼ばれ、通常、澱粉を加水分解して得られる。その中でも、希酸を加え、分解して得られた酸焙焼デキストリンが最も一般的である。一般に、冷水可溶分の高いデキストリンは、冷水可溶分の低いものに比べて分解が進んでおり、低分子量となっていることが多い。本発明では、酸焙焼デキストリンの他に、酸浸漬法で得られるもの、澱粉の酵素分解で得られるマルトデキストリン、無酸焙焼で得られるブリティシュガム、或いは、澱粉に水を加えたものを加熱したり、アルカリや濃厚な塩類の溶液を加えてアルファー化したものを急速に脱水乾燥して得られるアルファー化澱粉等のうちの１種又は２種以上を併用することが可能である。
【００１２】
本発明のデキストリンの冷水可溶分とは、デキストリンを温度２１℃の蒸留水に溶解した量を意味するものであり、具体的には、デキストリン１０ｇを２００ｍｌのメスフラスコに入れ、２１℃の蒸留水１５０ｍｌを加え、温度２１±１℃に１時間保持した後、ろ別して、そのろ液を蒸発乾固して得られたデキストリンを元のデキストリンに対する割合で示したものである。
【００１３】
本発明のセメント混和材中のデキストリンの成分割合は、冷水可溶分５〜６０％のデキストリン（以下、デキストリンＡという）と、冷水可溶分８０〜１００％のデキストリン（以下、デキストリンＢという）を、重量比で３０：７０〜９５：５の範囲に混合するものである。デキストリンＡの冷水可溶分は、１０〜４０％がより好ましく、デキストリンＢの冷水可溶分は８５〜９９％がより好ましい。デキストリンＡと、デキストリンＢの成分割合は、重量比で５０：５０〜９０：１０の範囲がより好ましい。セメント混和材中の成分割合がこの範囲外では、本発明の効果、即ち、水和熱抑制効果の温度依存性が小さく、水和発熱量を著しく低減できる等の効果が得られない場合がある。
【００１４】
本発明のセメント混和材の配合量は、特に限定されるものではないが、セメントと、セメント混和材からなるセメント組成物１００重量部中、セメント混和材０．０５〜７重量部が好ましく、０．１〜５重量部がより好ましい。セメント混和材の配合量がこの範囲を外れると、本発明の効果、即ち、水和熱抑制効果の温度依存性が小さく、水和発熱量を著しく低減できる等の効果が得られない場合がある。
【００１５】
本発明のセメントとは、JIS R 5210に規定される各種ポルトランドセメント、JIS R 5211、JIS R 5212及びJIS R 5213に規定される各種混合セメント、JISに規定された以上の各種混和材の混合率で作製された高炉セメント、フライアッシュセメント及びシリカセメント、並びに石灰石粉末等を混合したフィラーセメントやアルミナセメント等である。本発明のセメント組成物とは、これらのセメントのうちの１種又は２種以上と本発明のセメント混和材とを混合したものである。本発明のセメント組成物を使用することにより、水和熱抑制効果の温度依存性が小さく、水和発熱量を著しく低減できる等の効果が得られる。
【００１６】
本発明では、本発明のセメント混和材及びセメント組成物に、砂や砂利等の骨材の他に、凝結促進剤、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、セメント急硬材、セメント膨張材、防錆剤、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、並びにほう酸等のうちの１種又は２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】
本発明の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、既存の如何なる撹拌装置も使用可能であり、例えば、傾胴ミキサ−、オムニミキサ−、Ｖ型ミキサ−、ヘンシェルミキサ−及びナウタ−ミキサ−等が利用可能である。又、材料混合は、それぞれの材料を施工時に混合してもよいし、予め一部を、或いは全部を混合しておいても差し支えないし、それらの混合順序も特に限定されるものでない。
【００１８】
【実施例】
以下、実施例により本発明を詳細に説明する。
【００１９】
実施例１
表１に示すように、デキストリンＡとデキストリンＢを重量比で７０：３０となるように混合したセメント混和材を使用し、単位セメント量３００ｋｇ／ｍ3、単位水量１５０ｋｇ／ｍ3、ｓ/ａ＝４２％のコンクリ−トを調製した。セメント１００重量部中、セメント混和材の配合量を３重量部とした。
各コンクリートについて、水和熱抑制効果を確認するため、セメントの水和熱による断熱温度上昇量と圧縮強度を測定した。その結果を表１に示す。
【００２０】
＜使用材料＞
セメントα：市販普通ポルトランドセメント
砂：新潟県姫川産、比重２．６２
砂利：新潟県姫川産、砕石、Ｇｍａｘ＝２０ｍｍ、比重２．６４
水：水道水
＜測定方法＞
断熱温度上昇量：試料容量０．０１ｍ3の断熱ポットを小形の変温室に入れ、コンクリートの温度と変温室の温度が、常に同じになるように制御する東京理工社製の断熱温度上昇量測定装置を使用し、打設温度５℃、２０℃、３０℃で測定した。
圧縮強度：JIS A 1108に準じて測定、打設温度20℃。
【００２１】
【表１】
【００２２】
本発明のセメント混和材を配合したコンクリートは、水和熱抑制効果の温度依存性が小さく、水和発熱量を著しく低減でき、且つ、強度発現性が良好である。
【００２３】
実施例２
セメント混和材１００重量部中、表２に示す重量比の冷水可溶分２０％のデキストリンと冷水可溶分９０％のデキストリンを使用し、コンクリートを打設したこと以外は、実施例１と同様に行った。その結果を表２に示す。
【００２４】
【表２】
【００２５】
本発明のセメント混和材を配合したコンクリートは、水和熱抑制効果の温度依存性が小さく、水和発熱量を著しく低減でき、且つ、強度発現性が良好である。
【００２６】
実施例３
セメント混和材１００重量部中、冷水可溶分２０％のデキストリン７０重量部と、冷水可溶分９０％のデキストリン３０重量部とを混合してセメント混和材とした。セメントと、セメント混和材からなるセメント組成物１００重量部中、表３に示すセメント混和材の配合量で、コンクリートを打設したこと以外は、実施例１と同様に行った。その結果を表３に示す。
【００２７】
【表３】
【００２８】
本発明のセメント混和材を配合したコンクリートは、本発明のセメント混和材を配合していない比較例と比べ、水和熱抑制効果の温度依存性が小さく、水和発熱量を著しく低減でき、且つ、強度発現性が良好である。
【００２９】
実施例４
表４に示すようにセメントの種類を変えて、実験No.1-8のセメント混和材を使用し、コンクリートを打設したこと以外は、実施例１と同様に行った。その結果を表４に示す。
【００３０】
＜使用材料＞
セメントβ：市販低熱ポルトランドセメント
セメントγ：市販早強ポルトランドセメント
【００３１】
【表４】
【００３２】
本発明のセメント混和材を配合したコンクリートは、セメントの種類に依らず、本発明のセメント混和材を配合していない比較例と比べ、水和熱抑制効果の温度依存性が小さく、水和発熱量を著しく低減でき、且つ、強度発現性が良好である。
【００３３】
【発明の効果】
本発明のセメント混和材を使用することにより、水和熱抑制効果に対する温度依存性が小さく、水和発熱量を著しく低減でき、強度発現性を阻害しないコンクリートを作製することができる。
【発明の属する技術分野】
本願発明は、主に、土木・建築分野において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】
セメント・コンクリートは、安価に大きな構造物を構築することができる優れた材料であるが、様々な原因によってひび割れが生じるという欠点を有している。その１つの原因に、水和発熱によるひび割れが挙げられ、主にコンクリート断面内の温度差によるひび割れと、コンクリートの外部拘束によるひび割れとに大別される。
【０００３】
コンクリート断面内の温度差によるひび割れは、コンクリートの内部と表面付近との温度差によって、コンクリートが不均一に熱膨張し、表面付近に発生する引張応力がコンクリートの引張強度を上回るときに発生する。コンクリートの外部拘束によるひび割れは、コンクリートの発熱がピークに達した後、温度が下降する時期に、コンクリートが打ち継ぎ面等により拘束されていると、大きな引張応力が発生し、この引張応力がコンクリートの引張強度を超えるときに発生する。コンクリート構造物にひび割れが発生した場合、外観を損ねるだけでなく、ひび割れから水が浸入したり、内部鉄筋の劣化する等の耐久性に大きな弊害が生じる。
【０００４】
そこで、ひび割れの発生を抑制するために、様々な方法が提案されている。なかでも、水和発熱量の少ないビーライトの含有量を高めた低熱ポルトランドセメントを使用する方法は、水和発熱量を著しく低減できるだけでなく、流動性の確保が容易であることや、中期から長期にかけての強度発現性が良好である等優れた性質を有している。
【０００５】
しかしながら、通常、生コン工場で保有しているセメントサイロは、出荷量の多い普通ポルトランドセメント、高炉セメント及び早強ポルトランドセメント用しかなく、出荷量の少ない低熱ポルトランドセメント専用のサイロを保有している生コン工場は皆無に等しいのが現状である。そのため、低熱ポルトランドセメントは、打設現場にて生コンプラントを設置するような大型の工事物件に限定して出荷されているのが現状である。
【０００６】
このように、低熱ポルトランドセメントは優れた性質を持ちながらも、使用形態がセメントタイプであることから、サイロの増設といった新たな設備投資を必要とするという課題があった。そこで、サイロの増設といった新たな設備投資を必要とせず、全国各地の生コン工場で、開袋投入で使用できるメリットを有するものに、混和材タイプの材料がある。従来、混和材タイプの材料としては、デキストリンが水和熱抑制剤として知られており（特公昭55-75950）、膨張物質と組み合わせて、水和熱を抑制するのに用いられている。（特開平7-172885、特開平7-232944）。
【０００７】
【発明が解決しようとしている課題】
しかしながら、デキストリンは、溶解度の温度依存性が高く、高温で急激に溶解度が上がり、過度に水和反応を遅延してしまうという課題があった。そのため、水和熱抑制効果の温度依存性が小さく、水和発熱量を著しく低減でき、且つ、強度発現性を阻害しないような材料の開発が待たれていた。
【０００８】
本発明者は、種々検討を重ねた結果、１５℃未満の環境温度で水和熱抑制効果の高い、冷水可溶分８０〜１００％のデキストリンと、１５℃以上の環境温度で水和熱抑制効果の高い、冷水可溶分５〜６０％のデキストリンとを、特定の割合で混合して使用することにより、水和発熱量を著しく低減できるばかりでなく、水和熱抑制効果の温度依存性が小さくなるとの知見を得て、本願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、冷水可溶分５〜６０％のデキストリンと、冷水可溶分８０〜１００％のデキストリンを、重量比で３０：７０〜９５：５の範囲に混合してなる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。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を更に詳しく説明する。
【００１１】
本発明で使用するデキストリンは、一般に化工澱粉とも呼ばれ、通常、澱粉を加水分解して得られる。その中でも、希酸を加え、分解して得られた酸焙焼デキストリンが最も一般的である。一般に、冷水可溶分の高いデキストリンは、冷水可溶分の低いものに比べて分解が進んでおり、低分子量となっていることが多い。本発明では、酸焙焼デキストリンの他に、酸浸漬法で得られるもの、澱粉の酵素分解で得られるマルトデキストリン、無酸焙焼で得られるブリティシュガム、或いは、澱粉に水を加えたものを加熱したり、アルカリや濃厚な塩類の溶液を加えてアルファー化したものを急速に脱水乾燥して得られるアルファー化澱粉等のうちの１種又は２種以上を併用することが可能である。
【００１２】
本発明のデキストリンの冷水可溶分とは、デキストリンを温度２１℃の蒸留水に溶解した量を意味するものであり、具体的には、デキストリン１０ｇを２００ｍｌのメスフラスコに入れ、２１℃の蒸留水１５０ｍｌを加え、温度２１±１℃に１時間保持した後、ろ別して、そのろ液を蒸発乾固して得られたデキストリンを元のデキストリンに対する割合で示したものである。
【００１３】
本発明のセメント混和材中のデキストリンの成分割合は、冷水可溶分５〜６０％のデキストリン（以下、デキストリンＡという）と、冷水可溶分８０〜１００％のデキストリン（以下、デキストリンＢという）を、重量比で３０：７０〜９５：５の範囲に混合するものである。デキストリンＡの冷水可溶分は、１０〜４０％がより好ましく、デキストリンＢの冷水可溶分は８５〜９９％がより好ましい。デキストリンＡと、デキストリンＢの成分割合は、重量比で５０：５０〜９０：１０の範囲がより好ましい。セメント混和材中の成分割合がこの範囲外では、本発明の効果、即ち、水和熱抑制効果の温度依存性が小さく、水和発熱量を著しく低減できる等の効果が得られない場合がある。
【００１４】
本発明のセメント混和材の配合量は、特に限定されるものではないが、セメントと、セメント混和材からなるセメント組成物１００重量部中、セメント混和材０．０５〜７重量部が好ましく、０．１〜５重量部がより好ましい。セメント混和材の配合量がこの範囲を外れると、本発明の効果、即ち、水和熱抑制効果の温度依存性が小さく、水和発熱量を著しく低減できる等の効果が得られない場合がある。
【００１５】
本発明のセメントとは、JIS R 5210に規定される各種ポルトランドセメント、JIS R 5211、JIS R 5212及びJIS R 5213に規定される各種混合セメント、JISに規定された以上の各種混和材の混合率で作製された高炉セメント、フライアッシュセメント及びシリカセメント、並びに石灰石粉末等を混合したフィラーセメントやアルミナセメント等である。本発明のセメント組成物とは、これらのセメントのうちの１種又は２種以上と本発明のセメント混和材とを混合したものである。本発明のセメント組成物を使用することにより、水和熱抑制効果の温度依存性が小さく、水和発熱量を著しく低減できる等の効果が得られる。
【００１６】
本発明では、本発明のセメント混和材及びセメント組成物に、砂や砂利等の骨材の他に、凝結促進剤、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、セメント急硬材、セメント膨張材、防錆剤、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、並びにほう酸等のうちの１種又は２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】
本発明の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、既存の如何なる撹拌装置も使用可能であり、例えば、傾胴ミキサ−、オムニミキサ−、Ｖ型ミキサ−、ヘンシェルミキサ−及びナウタ−ミキサ−等が利用可能である。又、材料混合は、それぞれの材料を施工時に混合してもよいし、予め一部を、或いは全部を混合しておいても差し支えないし、それらの混合順序も特に限定されるものでない。
【００１８】
【実施例】
以下、実施例により本発明を詳細に説明する。
【００１９】
実施例１
表１に示すように、デキストリンＡとデキストリンＢを重量比で７０：３０となるように混合したセメント混和材を使用し、単位セメント量３００ｋｇ／ｍ3、単位水量１５０ｋｇ／ｍ3、ｓ/ａ＝４２％のコンクリ−トを調製した。セメント１００重量部中、セメント混和材の配合量を３重量部とした。
各コンクリートについて、水和熱抑制効果を確認するため、セメントの水和熱による断熱温度上昇量と圧縮強度を測定した。その結果を表１に示す。
【００２０】
＜使用材料＞
セメントα：市販普通ポルトランドセメント
砂：新潟県姫川産、比重２．６２
砂利：新潟県姫川産、砕石、Ｇｍａｘ＝２０ｍｍ、比重２．６４
水：水道水
＜測定方法＞
断熱温度上昇量：試料容量０．０１ｍ3の断熱ポットを小形の変温室に入れ、コンクリートの温度と変温室の温度が、常に同じになるように制御する東京理工社製の断熱温度上昇量測定装置を使用し、打設温度５℃、２０℃、３０℃で測定した。
圧縮強度：JIS A 1108に準じて測定、打設温度20℃。
【００２１】
【表１】
本発明のセメント混和材を配合したコンクリートは、水和熱抑制効果の温度依存性が小さく、水和発熱量を著しく低減でき、且つ、強度発現性が良好である。
【００２３】
実施例２
セメント混和材１００重量部中、表２に示す重量比の冷水可溶分２０％のデキストリンと冷水可溶分９０％のデキストリンを使用し、コンクリートを打設したこと以外は、実施例１と同様に行った。その結果を表２に示す。
【００２４】
【表２】
本発明のセメント混和材を配合したコンクリートは、水和熱抑制効果の温度依存性が小さく、水和発熱量を著しく低減でき、且つ、強度発現性が良好である。
【００２６】
実施例３
セメント混和材１００重量部中、冷水可溶分２０％のデキストリン７０重量部と、冷水可溶分９０％のデキストリン３０重量部とを混合してセメント混和材とした。セメントと、セメント混和材からなるセメント組成物１００重量部中、表３に示すセメント混和材の配合量で、コンクリートを打設したこと以外は、実施例１と同様に行った。その結果を表３に示す。
【００２７】
【表３】
本発明のセメント混和材を配合したコンクリートは、本発明のセメント混和材を配合していない比較例と比べ、水和熱抑制効果の温度依存性が小さく、水和発熱量を著しく低減でき、且つ、強度発現性が良好である。
【００２９】
実施例４
表４に示すようにセメントの種類を変えて、実験No.1-8のセメント混和材を使用し、コンクリートを打設したこと以外は、実施例１と同様に行った。その結果を表４に示す。
【００３０】
＜使用材料＞
セメントβ：市販低熱ポルトランドセメント
セメントγ：市販早強ポルトランドセメント
【００３１】
【表４】
本発明のセメント混和材を配合したコンクリートは、セメントの種類に依らず、本発明のセメント混和材を配合していない比較例と比べ、水和熱抑制効果の温度依存性が小さく、水和発熱量を著しく低減でき、且つ、強度発現性が良好である。
【００３３】
【発明の効果】
本発明のセメント混和材を使用することにより、水和熱抑制効果に対する温度依存性が小さく、水和発熱量を著しく低減でき、強度発現性を阻害しないコンクリートを作製することができる。
Claims (2)
- 冷水可溶分５〜６０％のデキストリンと、冷水可溶分８０〜１００％のデキストリンを、重量比で３０：７０〜９５：５の範囲に混合してなるセメント混和材。
- セメントと、請求項１記載のセメント混和材とを含有してなるセメント組成物。
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