JP3729340B2

JP3729340B2 - セメント混和材及びセメント組成物

Info

Publication number: JP3729340B2
Application number: JP2001307167A
Authority: JP
Inventors: 康宏中島; 実盛岡; 隆行樋口; 健太郎白井
Original assignee: Denki Kagaku Kogyo KK
Current assignee: Denka Co Ltd
Priority date: 2001-10-03
Filing date: 2001-10-03
Publication date: 2005-12-21
Anticipated expiration: 2021-10-03
Also published as: JP2003112957A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
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混和材及びセメント組成物に関する。
なお、本発明でのコンクリートとは、セメントペースト、モルタル及びコンクリートを総称するものである。
【０００２】
【従来技術】
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り、近年コンクリートの使用される環境の多様化により、益々、高耐久性が求められてきている。
しかしながら、高耐久性の材料設計にした場合、必然的に使用するセメント量が増え、それに伴い流動保持性の低下や、大量打設を行った場合には、発熱量の増大により熱ひび割れが顕著化する問題を生じていた。すなわち、高耐久性を目的とした材料設計をした結果、ひび割れを誘発して耐久性の低下を招く場合があるため、水和熱を抑制するセメント混和材の開発が行われている（特公昭５７−２６１号公報、特公平５−７９６１９号公報、特公平６−２９８５６０号公報）。
さらに、構造物の耐久性を低下させる現象としては、コンクリートのひび割れの他に、中性化、塩害等が挙げられるが、大部分の環境下で起こりえる劣化としては中性化が多い。コンクリートの中性化によって問題となるのは、特に鉄筋構造物において用いられている鉄筋の錆である。錆が生じる時の膨張圧によって、鉄筋とコンクリートの付着が損なわれ、コンクリート片の剥落等の問題を生じる場合がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
以上のように、耐久性を重視して高強度配合にした構造物は、熱ひび割れを生じ易く、さらにひび割れからコンクリートの中性化が進行するといった複合した劣化現象が起こり得る。そのため、今日では、単位セメント量の多いの材料設計においても水和発熱量が少なく、中性化を抑制する材料の開発が待たれていた。本発明者は、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、水和発熱量を著しく低減でき、中性化抑制効果も良好なセメント混和材、及びセメント組成物を得ることができるとの知見を得て本発明を完成するに至った。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
すなわち、本発明は、高炉徐冷スラグと冷水可溶分が１０〜３０％のデキストリンからなるセメント混和材１００部中、高炉徐冷スラグ５０〜９９．５部、デキストリン０．５〜５０部であ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１００部中、セメント混和材が２〜１５部であるセメント組成物である。
【０００５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を詳細に説明する。
【０００６】
本発明の高炉徐冷スラグとは、セメントに混和することにより、セメントコンクリートの中性化を抑制するものであり、結晶化した高炉スラグである。
高炉徐冷スラグの成分は、高炉水砕スラグと同様の組成を有しており、具体的には、ＳｉＯ₂、ＣａＯ、Ａｌ₂Ｏ₃、及びＭｇＯ等を主要な化学成分とし、その他ＴｉＯ₂、ＭｎＯ、Ｎａ₂Ｏ、Ｓ、Ｐ₂Ｏ₅、及びＦｅ₂Ｏ₃等が挙げられる。
また、化合物としては、ゲーレナイト２ＣａＯ・Ａｌ₂Ｏ₃・ＳｉＯ₂とアケルマナイト２ＣａＯ・ＭｇＯ・２ＳｉＯ₂の混晶である、いわゆるメリライトを主成分とし、その他、ダイカルシウムシリケート２ＣａＯ・ＳｉＯ₂、ランキナイト３ＣａＯ・２ＳｉＯ₂、ワラストナイトＣａＯ・ＳｉＯ₂等のカルシウムシリケート、メルビナイト３ＣａＯ・ＭｇＯ・２ＳｉＯ₂、モンチセライトＣａＯ・ＭｇＯ・ＳｉＯ₂等のカルシウムマグネシウムシリケート、アノーサイトＣａＯ・Ａｌ₂Ｏ₃・２ＳｉＯ₂、リューサイト（Ｋ₂Ｏ・Ｎａ₂Ｏ）・Ａｌ₂Ｏ₃・ＳｉＯ₂、スピネルＭｇＯ・Ａｌ₂Ｏ₃、マグタイトＦｅ₃Ｏ₄、さらに、硫化カルシウムＣａＳ、硫化鉄ＦｅＳ等の硫化物等を含む場合がある。
【０００７】
高炉徐冷スラグの粉末度は、特に規定されないが、ブレーン比表面積で２０００ｃｍ²／ｇ以上のものが、中性化を抑制する効果が高く好ましい。
また、中性化を抑制する効果が高いことからガラス化率は３０％以下が好ましく、５％以下がより好ましい。
なお、本発明で使用する使用量、含有量、配合割合等を示す部、％は、特にことわりが無い限り質量単位を表す。
【０００８】
本発明の水和熱抑制剤とは、セメントと混和することで水和熱を抑制するものの総称であり、デキストリンが挙げられる。
【０００９】
デキストリンは、一般に化工澱粉とも呼ばれ、通常、トウモロコシ澱粉、馬鈴薯、タピオカ澱粉、小麦澱粉、甘薯澱粉、及び米澱粉等を加水分解して得られる。なかでも、希酸を加え、分解して得られる酸焙焼デキストリンが最も一般的であり、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、無焙焼で得られるブリティッシュガム、あるいは、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、もしくはこれらを水に溶解させて残留分を乾燥させた（冷水可溶分の大部分を除去した）粉末等が使用できる。この他、カルボン酸エステル化、炭酸エステル化、及びエーテル化等の化学変性をさせたものが使用できる。
ここで、デキストリンの冷水可溶分とは、デキストリンが温度２１℃の蒸留水に溶解した量を意味するものであって、具体的には、デキストリン１０ｇを２００ｍｌのフラスコに入れ、温度２１℃の蒸留水１５０ｍｌを加え、温度２１±１℃に１時間保持した後に濾別し、その濾液を蒸発乾涸して得られたデキストリンを供試デキストリンに対する割合で示したものを冷水可溶分とするものである。特に、２０℃における冷水可溶分が１０〜３０％の範囲にあるものを使用することがより好ましい。
【００１０】
無機物の具体例としては、リン酸、フッ化水素酸等の無機酸、リン酸塩、酸化亜鉛、酸化鉛、ホウ酸及び珪フッ化マグネシウム、ケイフッ化ナトリウム等の珪フッ化物、氷晶石やカルシウムフロロアルミネート等のフッ素含有鉱物等が使用できる。
【００１１】
本発明では、上記の有機物や無機物のうちの１種又は２種以上を本発明の目的を阻害しない範囲で使用することが可能である。
【００１２】
また、水和熱抑制剤の形態が液状の場合、水で徐々に溶解するような物質、もしくは昇温とともに徐々に溶解するような物質でカプセル化することにより、さらに効果を高めることが可能である。
【００１３】
本発明のセメント混和材中の高炉徐冷スラグと水和熱抑制剤の配合割合は、特に限定されるものではないが、通常、セメント混和材１００部中、高炉徐冷スラグは５０〜９９．５部が好ましく、７０〜９７部がより好ましい。高炉徐冷スラグが５０部未満では、十分な中性化の抑制効果が得られない場合があり、９９．５部を超えると、十分な水和熱の抑制効果が得られない場合がある。水和熱抑制剤は０．５〜５０部が好ましく、３〜３０部がより好ましい。０．５部未満では、十分な水和熱の抑制効果が得られない場合があり、５０部を超えると硬化不良を起こす場合がある。
【００１４】
本発明のセメント混和材の使用量は、特に限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からなるセメント組成物１００部中、２〜１５部が好ましく、７〜１１部がより好ましい。２部未満では本発明の効果が十分に得られない場合があり、１５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。
【００１５】
本発明のセメント組成物とは、ＪＩＳＲ５２１０に規定される各種ポルトランドセメント、ＪＩＳＲ５２１１、ＪＩＳＲ５２１２、あるいはＪＩＳＲ５２１３に規定される各種混合セメント、ＪＩＳに規定された以上の混和材混合率にて作製した高炉セメント、フライアッシュセメント及びシリカセメント、石灰石粉末等を混合したフィラーセメント並びにアルミナセメント等のうちの１種又は２種以上と本発明のセメント混和材とを併用したものである。
【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、砂利等の骨材の他に、減水剤、ＡＥ減水剤、高性能減水剤、高性能ＡＥ減水剤、消泡剤、増粘剤、防錆剤、防凍剤、膨張材、収縮低減剤、高分子エマルジョン、凝結調整剤、セメント急硬材、ベントナイトやゼオライト等の粘土鉱物、ハイドロタルサイト等のイオン交換体等のうちの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使用することが可能である。
【００１７】
本発明において、各材料の混合方法は特に限定されるものではなく、それぞれの材料を施工時に混合しても良いし、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。混合装置としては、既存のいかなる装置も使用可能であり、例えば、傾胴ミキサ、オムニミキサ、ヘンシェルミキサ、Ｖ型ミキサ及びナウタミキサ等の使用が可能である。
【００１８】
【実験例】
以下、本発明の実験例に基づいて説明する。
【００１９】
実験例１
ブレーン比表面積３５００±２００ｃｍ²／ｇに粉砕した高炉徐冷スラグ９７部と、水和熱抑制剤（キ）：３部とを混合してセメント混和材とし、セメントとセメント混和材からなるセメント組成物１００部中、セメント混和材を表１に示す量を使用し、水/セメント組成物比＝５０％、セメント組成物／砂比＝１／３のモルタルを調製してモルタル中心部の最高温度、材齢２８日の圧縮強度、中性化深さを測定した。結果を表１に併記する。
【００２０】
＜使用材料＞
セメント：市販普通ポルトランドセメント
高炉徐冷スラグ（Ａ）：新日鐵高炉社製、ガラス化率１％以下
高炉徐冷スラグ（Ｂ）：新日鐵高炉社製、ガラス化率３０％
高炉水砕スラグ（Ｃ）：新日鐵高炉社製、ガラス化率９０％以上
水和熱抑制剤（キ）：市販デキストリン、冷水可溶分３０％
水：水道水
砂：ＩＳＯ６７９準拠、標準砂
【００２１】
＜測定方法＞
モルタル中心部の最高温度：モルタルを深さ３０ｃｍ、内径１３ｃｍ、厚さ１０ｃｍの発泡スチロール製円筒容器に約３．５リットル入れ、２０℃恒温室中で養生したときのモルタル中心部の最高温度を熱電対で自動的に測定した。
圧縮強度：４×４×１６ｃｍ供試体を作製し、ＪＩＳＡ１１０８に準じて材齢２８日の強度を測定、打設温度２０℃
中性化深さ：４×４×１６ｃｍ供試体を作製し、２０℃水中にて材齢２８日まで養生した後、３０℃、相対湿度６０％、炭酸ガス濃度１０％の環境下で促進中性化した。６ヵ月後に供試体を輪切りにし、フェノールフタレイン溶液を断面に塗布し、中性化の進行深さを測定した。
【００２２】
【表１】

【００２３】
表１より、本発明のセメント混和材を使用したモルタルの水和発熱量は低減され、優れた中性化抑制効果を示していることが判る。
【００２４】
実験例２
高炉徐冷スラグ（Ａ）９７部と表２に示す種類の水和熱抑制剤３部からなるセメント混和材をセメント組成物１００部中、１０部使用したこと以外は、実験例１と同様に試験した。結果を表２に表記する。
【００２５】
＜使用材料＞
水和熱抑制剤（ア）：市販品、グルコン酸ナトリウム
水和熱抑制剤（イ）：市販品、Ｄ−グルコノ−１，５−ラクトン
水和熱抑制剤（ウ）：市販品、ソルビトール
水和熱抑制剤（エ）：市販品、尿素
水和熱抑制剤（オ）：市販品、ケイフッ化ナトリウム
水和熱抑制剤（カ）：市販品、酸化亜鉛
水和熱抑制剤（キ）：市販デキストリン、冷水可溶分３０％
水和熱抑制剤（ク）：市販デキストリン、冷水可溶分０％
水和熱抑制剤（ケ）：市販デキストリン、冷水可溶分１０％
水和熱抑制剤（コ）：市販デキストリン、冷水可溶分５０％
水和熱抑制剤（サ）：市販デキストリン、冷水可溶分８０％
【００２６】
【表２】

【００２７】
表２より、本発明のセメント混和材を使用したモルタルの水和発熱量は低減され、優れた中性化抑制効果を示していることが判る。
【００２８】
実験例３
表３に示す量の高炉徐冷スラグ（Ａ）と水和熱抑制剤（キ）からなるセメント混和材をセメント組成物１００部中、１０部使用したこと以外は、実験例１と同様に試験した。結果を表３に表記する。
【００２９】
【表３】

【００３０】
表３より、本発明のセメント混和材を使用したモルタルの水和発熱量は低減され、優れた中性化抑制効果を示していることが判る。
【００３１】
【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、コンクリートの水和発熱量を著しく低減でき、優れた中性化抑制効果を奏することが可能となる。

Claims

高炉徐冷スラグと冷水可溶分が１０〜３０％のデキストリンからなるセメント混和材１００部中、高炉徐冷スラグ５０〜９９．５部、デキストリン０．５〜５０部であるセメント混和材。
セメントと、請求項１に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１００部中、セメント混和材が２〜１５部であるセメント組成物。