JP3818805B2 - セメント混和材及びセメント組成物 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、主に、土木・建築分野において使用され、コンクリートのフレッシュ性状が良好となる、セメント混和材及びセメント組成物に関する。ここで、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−トを総称するものである。
【0002】
【従来の技術】
近年、コンクリートに要求される性能は、益々高まっており、その中でも耐久性の向上が大きな課題となっている。この課題を解決する手段の1つとして、膨張材をコンクリートに混和して使用することにより、温度応力、乾燥収縮、自己収縮などによって発生するひび割れを低減させる方法が挙げられる。また、膨張材を用いて、コンクリートの躯体にケミカルプレストレスを導入し、曲げ耐力を高める手法もとられている。膨張材の用途としては、壁、屋根スラブ、及び床などの一般建築物や、水密性の向上を目的とした水槽やプールなどの水理構造物、舗装や床板(マットスラブ、デッキスラブ)などの一般土木構造物、あるいは、ヒューム管、鋼管ライニング、ボックスカルバートなどのコンクリート二次製品が挙げられる。
【0003】
このように、膨張材を使用したコンクリートの用途は多岐にわたっており、コンクリート物性も普通コンクリートと同様のフレッシュ性状が求められるようになってきている。フレッシュ性状の中でも、施工性の観点から、特に重要視されるのがスランプ保持性である。JIS A 6204「コンクリート用化学混和剤」で規定されている減水剤や高性能AE減水剤などを使用することにより、単位水量を抑え、水/セメント比を低減したコンクリートが多く製造される傾向にあり、そのようなコンクリートにおいては、スランプ保持性の低下がより顕著になる課題があった。特に、夏場においては、著しくスランプ保持性が低下する傾向にあり、建築工事標準仕様書(JASS 5)では、外気温25℃以上におけるコンクリートの練り混ぜから、打込み終了までの時間の限度を90分間としており、この時間内では、コンクリートの良好なスランプ保持性が必要である。
【0004】
一方、膨張材にホウ酸類を添加することで、コンクリートのスランプ保持性を改善する方法が提案されている(特開平10-226549号公報)。しかしながら、この方法では、高ビーライトセメントに使用した場合は有効であるが、他の種類のセメントに使用した場合には、明確な効果が認められないという課題があった。また、膨張材にデキストリンを組み合わせ、水和熱を抑制する方法(特開平7-232944号公報)が提案されている。しかしながら、この方法は、冷水可溶分65%以下のデキストリンを用いたもので、水和熱を抑制する効果は得られるが、スランプ保持性の改善に関しては、明確な効果が認められないという課題があった。さらに、35℃を超えるような、高温環境下で施工した場合、デキストリンの冷水可溶分が大幅に上昇し、凝結遅延を引き起こす場合があるという課題があった。
【0005】
【発明が解決しようとしている課題】
本発明者らは、これら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って、コンクリートのスランプ保持性が良好となり、かつ、膨張性能、強度発現を阻害しないとの知見を得て、本発明を完成するに至った。
【0006】
【課題を解決するための手段】
すなわち、本発明は、遊離石灰、カルシウムアルミノフェライト、及び無水セッコウを構成化合物とする膨張物質であって、膨張物質 100 重量部中、遊離石灰が 30 〜 60 重量部、カルシウムアルミノフェライトが 10 〜 40 重量部、及び無水セッコウが 10 〜 40 重量部である膨張物質と、冷水可溶分 70 〜 100 %のデキストリンとを含有してなるセメント混和材であり、デキストリンが、膨張物質 100 重量部に対して、 0.05 〜5重量部である該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り、セメント混和材が、セメント組成物 100 重量部中、3〜 12 重量部である該セメント組成物であり、セメントと、遊離石灰、カルシウムアルミノフェライト、及び無水セッコウを構成化合物とする膨張物質であって、膨張物質 100 重量部中、遊離石灰が 30 〜 60 重量部、カルシウムアルミノフェライトが 10 〜 40 重量部、及び無水セッコウが 10 〜 40 重量部である膨張物質と、冷水可溶分 70 〜 100 %のデキストリンとを含有してなるセメント組成物である。
【0007】
以下、本発明をさらに詳しく説明する。
【0008】
本発明の膨張物質とは、遊離石灰、カルシウムアルミノフェライト、及び無水セッコウを含有してなるものであり、その配合割合は特に限定されるものではないが、膨張物質100重量部中、遊離石灰は30〜60重量部が好ましく、40〜50重量部がより好ましい。また、カルシウムアルミノフェライトは10〜40重量部が好ましく、15〜30重量部がより好ましい。さらに、無水セッコウは10〜40重量部が好ましく、20〜35重量部がより好ましい。これらの範囲を外れると優れた膨張性能が得られない場合がある。
【0009】
本発明のカルシウムアルミノフェライトとは、CaO−Al2O3−Fe2O3系化合物を総称するものであり、特に限定されるものではないが、一般的に、CaOをC、Al2O3をA、Fe2O3をFとすると、C4AFやC6A2Fと表せる化合物などが挙げられる。通常は、C4AFとして存在していると考えられ、本発明では、カルシウムアルミノフェライトを以下、C4AFという。
【0010】
本発明の膨張物質の製造方法は、特に限定されるものではなく、CaO原料、Al2O3原料、Fe2O3原料、及びCaSO4原料を熱処理して、遊離石灰、C4AF、及び無水セッコウからなるクリンカーを合成し、粉砕することによって製造することもできるし、遊離石灰、C4AF、及び無水セッコウを別々に合成し、これらを混合して製造することもできるが、本発明では、CaO原料、Al2O3原料、Fe2O3原料、及びCaSO4原料を熱処理して製造した方が好ましい。CaO原料、Al2O3原料、Fe2O3原料、及びCaSO4原料を熱処理して、遊離石灰、C4AF、及び無水セッコウからなるクリンカーを合成して粉砕することによって製造されたものかどうかを確認する方法としては、例えば、100μmよりも大きな粒子を顕微鏡観察し、粒子中に遊離石灰、C4AF、及び無水セッコウが混在していることを確認することによって判別できる。
【0011】
CaO原料としては、石灰石や消石灰などが挙げられ、Al2O3原料としては、ボーキサイトやアルミ残灰などが挙げられ、Fe2O3原料としては、銅カラミ、鉄粉や市販の酸化鉄などが挙げられ、CaSO4原料としては、二水セッコウ、半水セッコウ、及び無水セッコウなどが挙げられる。これら原料中に存在する不純物として、SiO2、MgO、TiO2、P2O5、Na2O、K20などがあるが、本発明の目的を実質的に阻害しない範囲では特に問題とはならない。
【0012】
熱処理方法としては、ロータリーキルンや電気炉などを使用することによって行うことができ、熱処理温度は1100〜1600℃程度の範囲が好ましく、1200〜1500℃程度がより好ましい。1100℃未満では、得られた膨張物質の膨張性能が十分でない場合があり、1600℃を超えると揮散するSOxが多くなるばかりでなく、優れた膨張性能が得られない場合がある。
【0013】
本発明の膨張物質の粒度は、特に限定されるものではないが、通常、ブレーン比表面積で1500〜6000cm2/gが好ましく、2500〜4000cm2/gがより好ましい。1500cm2/g未満では、強度発現が悪くなる場合があり、6000cm2/gを超えると優れた膨張性能が得られない場合がある。
【0014】
本発明のデキストリンとは、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。ただし、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、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など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。
【0015】
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、具体的には試料デキストリン10gを200mlのメスフラスコに入れ、21℃の蒸留水150mlを加え、撹拌せずに温度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試料デキストリンに対する重量割合で示したものである。
本発明のデキストリンの冷水可溶分は、70〜100%が好ましく、91〜99%の範囲がより好ましい。冷水可溶分70%未満では、優れたスランプ保持性が得られない場合がある。
【0016】
本発明のセメント混和材におけるデキストリンの配合割合は、特に限定されるものではないが、膨張物質100重量部に対して、0.05〜5重量部が好ましく、1〜3重量部がより好ましい。デキストリンの配合割合が、この範囲外では、本発明の効果、すなわち、優れたスランプ保持性が得られない場合がある。具体的には、0.05重量部未満では、優れたスランプ保持性が得られない場合があり、5重量部を超えると、スランプの保持性は良好となっても、硬化不良を起こす場合がある。
【0017】
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合計100重量部中、セメント混和材3〜12重量部が好ましく、5〜9重量部がより好ましい。本発明の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、すなわち、優れたスランプ保持性が得られない場合がある。3重量部未満では、優れたスランプ保持性の得られない場合があり、12重量部を超えて使用すると、強度発現性が低下する場合がある。
【0018】
本発明のセメント組成物とは、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一種または二種以上と、本発明のセメント混和材とを併用したものである。該セメント組成物を使用することにより、コンクリートのスランプ保持性を良好とすることが可能である。本発明のセメント組成物は、そのままセメントペーストとして使用することはもちろん、骨材と混合して、モルタルやコンクリートとしても使用可能である。
【0019】
本発明では、セメント混和材やセメント組成物に、砂や砂利などの骨材の他に、凝結促進剤、凝結遅延剤、減水剤、AE減水剤、高性能AE減水剤、AE剤、増粘剤、セメント急硬材、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、並びに、無機リン酸塩など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。
【0020】
本発明のセメント混和材や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−などが利用可能である。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。混合順序は特に限定されるものでない。
【0021】
【実施例】
以下、実施例により本発明を詳細に説明する。
【0022】
実施例1
CaO原料、Al2O3原料、Fe2O3原料、及びCaSO4原料を配合して、1400℃で熱処理することによって、表1に示す種々の組成の膨張物質を製造し、粉砕してブレーン比表面積3500±200cm2/gとした。また、遊離石灰、C4AF、及び無水セッコウを別々に合成し、これらを混合して膨張物質を製造し、同様に粉砕した。
該膨張物質100重量部に対し、デキストリンAを1.5重量部混合したセメント混和材7重量部をセメント100重量部中に内割りで配合してセメント組成物とした。単位セメント組成物量330kg/m3、単位水量165kg/m3、s/a=48%のコンクリート配合で練り上がり量が40リットルとなるように調製したコンクリートについて、材令7日の膨張率の測定とスランプ保持率の測定を行った。なお、減水剤は、セメント組成物に対して1.0%(液状)を混練水と置換して添加した。その結果を表2に示す。
また、膨張物質を使用しない比較例の実験No.1-1では、セメント100重量部中に内割りでデキストリンAを0.1重量部配合し、実験No.1-2〜1-14におけるセメント組成物中のデキストリンの割合と同じにした。
【0023】
<使用材料>
CaO原料:新潟県青海鉱山産石灰石
Al2O3原料:中国産ボーキサイト
Fe2O3原料:鉄粉
CaSO4原料:排煙脱硫二水セッコウ
遊離石灰:CaO原料を1350℃で3時間熱処理して合成
C4AF:CaO原料4モル、Al2O3原料1モル及びFe2O3原料1モルの割合で配合した原料を混合粉砕した後、1350℃で3時間熱処理して合成
無水セッコウ:試薬1級の二水セッコウを1350℃で3時間焼成して得た無水セッコウ
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、FM値2.86
砂利:新潟県姫川産、比重2.63
水:水道水
デキストリンA:冷水可溶分97%
減水剤:市販高性能AE減水剤、ポリカルボン酸系
【0024】
<測定方法>
膨張率:JIS A 6202(B)に準じて測定
スランプ:JIS A 1101に準じて練り上がり後、0、20、40、60分にて測定(コンクリートの環境温度30℃におけるスランプの経時変化)
スランプ保持率:(一定時間後のスランプ/練り上がり直後のスランプ)×100(%)
【0025】
【表1】
【0026】
【表2】
【0027】
表2から、本発明のセメント混和材を使用したコンクリートは、いずれも良好な膨張性能とスランプ保持性を示している。膨張材を配合していないプレーンにデキストリンを配合した系(実験No.1-1)においても、スランプ保持性は改良されるが、膨張物質とデキストリンを併用することにより、その効果はより顕著になることを示している。
【0028】
実施例2
膨張物質D100重量部に対して、表3に示す量のデキストリンAを配合し、圧縮強度を測定したこと以外は、実施例1と同様に行った。その結果を表3に示す。
なお、比較例(実験No.2-4)として、デキストリンの代わりにホウ酸を配合して同様の実験を行った。
【0029】
<測定方法>
圧縮強度:JIS A 1132に準じて、材令7、28日にて測定
【0030】
【表3】
【0031】
表3から、本発明のセメント混和材を使用することにより、比較例のデキストリンを配合していないものやホウ酸を配合したものと比べ、スランプ保持性が良好であり、デキストリンの配合量が多い場合でも強度発現を阻害していないことが示される。
【0032】
実施例3
膨張物質D100重量部に対して、表4に示すデキストリンを1.5重量部配合したこと以外は、実施例2と同様に行った。その結果を表4に示す。
【0033】
<使用材料>
デキストリンB:冷水可溶分65%
デキストリンC:冷水可溶分70%
デキストリンD:冷水可溶分91%
デキストリンE:冷水可溶分99%
デキストリンF:冷水可溶分100%
【0034】
【表4】
【0035】
表4から、冷水可溶分70〜100%の範囲のデキストリンを配合することにより、スランプ保持性が良好になり、デキストリンの冷水可溶分が70%未満では、良好なスランプ保持性が得られないことが示される。
【0036】
実施例4
膨張物質D100重量部に対して、デキストリンAを1.5重量部配合したセメント混和材とセメントからなるセメント組成物100重量部中、表5に示す量のセメント混和材を配合したこと以外は、実施例2と同様に行った。その結果を表5に示す。
【0037】
【表5】
【0038】
表5から、本発明のセメント混和材を使用することにより、スランプ保持性が良好となり、セメント混和材の配合量が多い場合でも、強度発現を阻害していないことが示される。
【0039】
実施例5
膨張物質D100重量部に対して、デキストリンAを1.5重量部配合し、表6に示すセメントを使用したこと以外は、実施例2と同様に行った。その結果を表6に示す。
【0040】
<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
【0041】
【表6】
【0042】
表6から、いずれの種類のセメントでも、本発明のセメント混和材を使用することにより、スランプ保持性が良好であり、強度発現を阻害していないことが示される。
【0043】
【発明の効果】
本発明のセメント混和材及びセメント組成物を使用することにより、コンクリートのスランプ保持性が良好となり、かつ、膨張性能と強度発現を阻害しないことが可能となる。
Claims (5)
- 遊離石灰、カルシウムアルミノフェライト、及び無水セッコウを構成化合物とする膨張物質であって、膨張物質 100 重量部中、遊離石灰が 30 〜 60 重量部、カルシウムアルミノフェライトが 10 〜 40 重量部、及び無水セッコウが 10 〜 40 重量部である膨張物質と、冷水可溶分 70 〜 100 %のデキストリンとを含有してなるセメント混和材。
- デキストリンが、膨張物質 100 重量部に対して、 0.05 〜5重量部である請求項1記載のセメント混和材。
- セメントと、請求項1又は請求項2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。
- セメント混和材が、セメント組成物 100 重量部中、3〜 12 重量部である請求項3記載のセメント組成物。
- セメントと、遊離石灰、カルシウムアルミノフェライト、及び無水セッコウを構成化合物とする膨張物質であって、膨張物質 100 重量部中、遊離石灰が 30 〜 60 重量部、カルシウムアルミノフェライトが 10 〜 40 重量部、及び無水セッコウが 10 〜 40 重量部である膨張物質と、冷水可溶分 70 〜 100 %のデキストリンとを含有してなるセメント組成物。
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