JP3844440B2 - セメント硬化体の製法及びそのセメント硬化体 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、セメント硬化体の製法及びそのセメント硬化体、特に、蒸気養生により製造されたセメント硬化体の製法及びそのセメント硬化体に関する。
なお、本発明のセメントコンクリートとは、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。
また、本発明における部や％は、特に規定しない限り質量基準である。
【０００２】
【従来の技術とその課題】
普通ポルトランドセメントにシリカフュームなど、平均粒径１μｍ以下の超微粉を混和したセメント組成物は、低水セメント比で混練し、オートクレーブ養生すると高い強度が得られることが良く知られている(「シリカ質混合セメントのオートクレーブ養生強さにおよぼす混合セメントの種類と前養生方法および養生圧力の影響」、高橋等、セメント技術年報、1960、昭和35年、第299〜309頁参照)。
しかしながら、このセメント組成物に含まれる超微粉は密度が小さいため、かさ高く、作業性に優れた流動性を付与しにくいという課題があった。
【０００３】
そこで、高減水率を有する減水剤などを利用し、流動性を保持する技術が開発されている(特公昭61−025670号公報参照)。
しかしながら、これら減水剤は高価で、経済的でないという課題があった。
【０００４】
また、これら超微粉は凝集しやすい性質があるため、セメントコンクリート中での分散がうまくいかない場合、充分な強度が得られず、品質が安定しないという課題があった。
【０００５】
本発明者は、これらの状況に鑑み、種々検討した結果、高炉徐冷スラグ粉末を含有したセメントコンクリートは流動性の保持性に優れ、かつ、蒸気養生した場合、高炉徐冷スラグ粉末無混和のものに比べ強度が増進することを知見し、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】
即ち、本発明は、メリライトを主成分とし、二酸化炭素吸収量が２％以上である高炉徐冷スラグ粉末を含有してなるセメントコンクリート組成物と水とを混練してセメントコンクリートを調製し、成形し、蒸気養生することを特徴とするセメント硬化体の製法であり、高炉徐冷スラグ粉末がメリライトを主成分とし、その強熱減量が５％以下である、さらには、高炉徐冷スラグ粉末のガラス化率が30％以下である該セメント硬化体の製法であり、該製法で製造したセメント硬化体である。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を更に詳細に説明する。
【０００８】
本発明で使用する高炉徐冷スラグ粉末(以下、徐冷スラグ粉という)は、高炉徐冷スラグの微粉末であって、徐冷されて結晶化した密度3.00g/cm3の高炉スラグ粉末である。
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などを主要な化学成分とし、その他の成分として、TiO2、MnO、Na2O、S、P2O5、及びFe2O3などが挙げられる。
また、徐冷スラグ粉は、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するもので、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、及びワラストナイトCaO・SiO2などのカルシウムシリケート、メルビナイト3CaO・MgO・2SiO2やモンチセライトCaO・MgO・SiO2など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、マグネタイトFe3O4、並びに、硫化カルシウムCaSや硫化鉄FeSなどの硫化物等を含む場合がある。
【０００９】
本発明では、高炉徐冷スラグを微粉末にしたもののうち、メリライトを主成分とし、二酸化炭素吸収量(以下、CO2吸収量という)が２％以上である徐冷スラグ粉を用いる。
CO2吸収量は、炭酸ガス濃度５％、温度30℃、及び相対湿度60％の条件で７日間炭酸化させた際の二酸化炭素吸収量を意味するものである。この際、炭酸化処理を行う前の試料が二酸化炭素を含んでいる場合があるので、(二酸化炭素吸収量)＝(炭酸化処理後の試料の二酸化炭素量)−(炭酸化処理前の試料の二酸化炭素量)の式で表すことが可能である。
CO2吸収量は全炭素分析によって炭素量を定量し、CO2量に換算することによって求められる。
また、TG-DTAやDSCなどの熱分析等によっても求めることが可能である。
本発明の徐冷スラグ粉のCO2吸収量は２％以上であり、３％以上が好ましく、４％以上がより好ましい。CO2吸収量が２％未満では中性化の抑制効果が充分でなく、本発明の効果が充分に得られない場合がある。
【００１０】
また、本発明では、メリライトを主成分とし、強熱減量(以下、結合水量という)が５％以下である徐冷スラグ粉を用いることが好ましく、４％以下のものがより好ましく、３％以下のものが最も好ましい。結合水量が５％を超える徐冷スラグ粉を用いると、過剰強度や、それに伴う水和発熱や自己収縮が大きくなり本発明の効果が充分に得られない場合がある。
強熱減量とは、一般的に、1,000℃で30分間強熱した際の重量減少を意味し、水和させた試料の結合水量として取り扱われる。
試料の前処理は多量のアセトンやアルコールなどによって、水和した試料から余剰水を取り除いた後、乾燥する。
乾燥条件は、水和物の結合水の一部が逸脱しないような乾燥条件で行う。例えば、アスピレータなどにより減圧乾燥して恒量となるまで行う。
本発明では、CO2吸収量が前記の条件を満たす徐冷スラグ粉、あるいは、結合水量が前記の条件を満たす徐冷スラグ粉のいずれかを使用可能であるが、本発明の効果を多面的に取り入れる観点から、CO2吸収量と結合水量の双方について前記の条件を満たす徐冷スラグ粉を使用することが好ましい。
【００１１】
徐冷スラグ粉のガラス化率は30％以下が好ましく、10％以下がより好ましい。ガラス化率が30％を超えると水和熱が大きくなる場合がある。
ここででいうガラス化率(Ｘ)とは、Ｘ(％)＝(１−Ｓ／Ｓ0)×100として求められる。ここで、Ｓは粉末Ｘ線回折法により求められる徐冷スラグ粉中の主要な結晶性化合物であるメリライトのメインピークの面積であり、Ｓ0は徐冷スラグ粉を1,000℃で３時間加熱し、その後、５℃／分の冷却速度で冷却したもののメリライトのメインピークの面積を表す。
【００１２】
徐冷スラグ粉のブレーン比表面積値(以下、ブレーン値という)は特に限定されるものではないが、2,000cm2/g以上が好ましく、4,000cm2/g以上がより好ましく、、6,000cm2/g以上が最も好ましい。ブレーン値が2,000cm2/g未満では、強度増進効果が得られない場合がある。
また、本発明では、徐冷スラグ粉のメリライトの格子定数ａが7.73〜7.82の範囲にあるものが特に中性化の抑制効果が顕著であることから好ましい。
【００１３】
本発明において、徐冷スラグ粉の配合方法は特に限定されるものではないが、セメントコンクリートに使用する場合、そのまま、セメントコンクリートの混和材として使用することも可能であるが、通常、骨材と置換して配合することが好ましく、特に細骨材と置換して配合することがより好ましい。
【００１４】
徐冷スラグ粉の使用量は、セメントコンクリートの配合により変化するため特に限定されるものではないが、通常、セメント100部に対して、１〜20部が好ましく、５〜15部がより好ましい。１部未満では蒸気養生後の強度増進効果が小さい場合があり、20部を超えると流動性が低下し、作業性が悪くなる場合がある。
【００１５】
本発明で使用するセメントとしては、普通、早強、超早強、低熱、及び中庸熱等の各種ポルトランドセメントや、これらポルトランドセメントに高炉水砕スラグ、フライアッシュ、又はシリカを混合した各種混合セメント、また、これらポルトランドセメントに石灰石微紛末を混合した石灰石フィラーセメントなどが挙げられ、これらのうちの一種又は二種以上が使用可能である。
【００１６】
本発明の蒸気養生用セメント組成物の粒度は、使用する目的・用途により異なるため特に限定されるものではないが、通常、ブレーン値2,000〜8,000cm2/gが好ましく、3,000〜6,000cm2/gがより好ましい。2,000cm2/g未満では強度発現性が充分に得られない場合があり、8,000cm2/gを超えると作業性が悪くなる場合がある。
【００１７】
水の使用量は、セメント100部に対して、40〜60部が好ましく、45〜55部がより好ましい。40部未満では本発明の効果が得にくく、60部を超えると高温高圧下においても、強度の増進につながらない場合がある。
【００１８】
本発明では、セメント、徐冷スラグ粉、及び必要に応じ骨材を含有するセメントコンクリート組成物と水を混練し、セメントコンクリートを調製し、それを成形して蒸気養生する。
ここで、混練条件や成形条件は、使用する用途によって異なり特に限定されるものではない。
【００１９】
本発明の蒸気養生時、セメント組成物を混練後、蒸気養生する際の温度条件は40〜80℃が好ましく、45〜65℃がより好ましい。40℃未満では、所定の強度を満足するまでの養生期間が長くなる場合があり、80℃を超えるとセメントコンクリートの表面にクラックが発生しやすくなる場合がある。
また、養生期間は温度により異なるが、通常、24時間以内が好ましく、18時間以内がより好ましい。
【００２０】
本発明では、セメント、徐冷スラグ粉、砂や砂利等の骨材の他に、従来、セメントコンクリートに用いられるような石灰石微粉末等の混和材料、減水剤、ＡＥ減水剤、高性能減水剤、消泡剤、増粘剤、防錆剤、防凍剤、高分子エマルジョン、収縮低減剤、凝結調整剤、粘土化合物、ハイドロタルサイトなどのアニオン交換体、膨張材、及び急硬材等のうちの一種又は二種以上を、本発明の効果を阻害しない範囲で使用することが可能である。
【００２１】
また、本発明のセメントコンクリート組成物は各材料を施工時に配合しても良いし、あらかじめ一部を、また、全部を混合しておいても差し支えない。
【００２２】
【実施例】
以下の実験例により本発明をさらに詳細に説明する。
【００２３】
実験例１
セメント／細骨材比が１／２、水セメント比が50％のモルタルを基本配合とし、セメント100部に対して、10部の徐冷スラグ粉を骨材と置換してモルタルを調製した。
調製したモルタルを型枠に詰め、20℃で前養生を４時間行った後、60℃まで２時間で昇温し、60℃で４時間保持した後冷却し、その後、型枠を脱型し、モルタルの圧縮強度を測定した。結果を表１に併記する。
【００２４】
＜使用材料＞
セメント ：電気化学工業社製、普通ポルトランドセメント、密度3.15g/cm3、ブレーン値3,200cm2/g
細骨材 ：ＩＳＯ標準砂
徐冷スラグ粉Ａ：密度3.00g/cm3、ブレーン値2,000cm2/g、
徐冷スラグ粉Ｂ：密度3.00g/cm3、ブレーン値4,000cm2/g、
徐冷スラグ粉Ｃ：密度3.00g/cm3、ブレーン値6,000cm2/g、
水 ：水道水
【００２５】
＜測定方法＞
圧縮強度：４×４×16ｃｍ供試体を作製。ＪＩＳ Ｒ 5201に準拠し、蒸気養生終了後に測定
【００２６】
【表１】
【００２７】
【発明の効果】
上記結果より、高炉徐冷スラグを砂と置換したモルタルは、蒸気養生により強度が増進する。
【発明の属する技術分野】
本発明は、セメント硬化体の製法及びそのセメント硬化体、特に、蒸気養生により製造されたセメント硬化体の製法及びそのセメント硬化体に関する。
なお、本発明のセメントコンクリートとは、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。
また、本発明における部や％は、特に規定しない限り質量基準である。
【０００２】
【従来の技術とその課題】
普通ポルトランドセメントにシリカフュームなど、平均粒径１μｍ以下の超微粉を混和したセメント組成物は、低水セメント比で混練し、オートクレーブ養生すると高い強度が得られることが良く知られている(「シリカ質混合セメントのオートクレーブ養生強さにおよぼす混合セメントの種類と前養生方法および養生圧力の影響」、高橋等、セメント技術年報、1960、昭和35年、第299〜309頁参照)。
しかしながら、このセメント組成物に含まれる超微粉は密度が小さいため、かさ高く、作業性に優れた流動性を付与しにくいという課題があった。
【０００３】
そこで、高減水率を有する減水剤などを利用し、流動性を保持する技術が開発されている(特公昭61−025670号公報参照)。
しかしながら、これら減水剤は高価で、経済的でないという課題があった。
【０００４】
また、これら超微粉は凝集しやすい性質があるため、セメントコンクリート中での分散がうまくいかない場合、充分な強度が得られず、品質が安定しないという課題があった。
【０００５】
本発明者は、これらの状況に鑑み、種々検討した結果、高炉徐冷スラグ粉末を含有したセメントコンクリートは流動性の保持性に優れ、かつ、蒸気養生した場合、高炉徐冷スラグ粉末無混和のものに比べ強度が増進することを知見し、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】
即ち、本発明は、メリライトを主成分とし、二酸化炭素吸収量が２％以上である高炉徐冷スラグ粉末を含有してなるセメントコンクリート組成物と水とを混練してセメントコンクリートを調製し、成形し、蒸気養生することを特徴とするセメント硬化体の製法であり、高炉徐冷スラグ粉末がメリライトを主成分とし、その強熱減量が５％以下である、さらには、高炉徐冷スラグ粉末のガラス化率が30％以下である該セメント硬化体の製法であり、該製法で製造したセメント硬化体である。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を更に詳細に説明する。
【０００８】
本発明で使用する高炉徐冷スラグ粉末(以下、徐冷スラグ粉という)は、高炉徐冷スラグの微粉末であって、徐冷されて結晶化した密度3.00g/cm3の高炉スラグ粉末である。
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などを主要な化学成分とし、その他の成分として、TiO2、MnO、Na2O、S、P2O5、及びFe2O3などが挙げられる。
また、徐冷スラグ粉は、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するもので、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、及びワラストナイトCaO・SiO2などのカルシウムシリケート、メルビナイト3CaO・MgO・2SiO2やモンチセライトCaO・MgO・SiO2など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、マグネタイトFe3O4、並びに、硫化カルシウムCaSや硫化鉄FeSなどの硫化物等を含む場合がある。
【０００９】
本発明では、高炉徐冷スラグを微粉末にしたもののうち、メリライトを主成分とし、二酸化炭素吸収量(以下、CO2吸収量という)が２％以上である徐冷スラグ粉を用いる。
CO2吸収量は、炭酸ガス濃度５％、温度30℃、及び相対湿度60％の条件で７日間炭酸化させた際の二酸化炭素吸収量を意味するものである。この際、炭酸化処理を行う前の試料が二酸化炭素を含んでいる場合があるので、(二酸化炭素吸収量)＝(炭酸化処理後の試料の二酸化炭素量)−(炭酸化処理前の試料の二酸化炭素量)の式で表すことが可能である。
CO2吸収量は全炭素分析によって炭素量を定量し、CO2量に換算することによって求められる。
また、TG-DTAやDSCなどの熱分析等によっても求めることが可能である。
本発明の徐冷スラグ粉のCO2吸収量は２％以上であり、３％以上が好ましく、４％以上がより好ましい。CO2吸収量が２％未満では中性化の抑制効果が充分でなく、本発明の効果が充分に得られない場合がある。
【００１０】
また、本発明では、メリライトを主成分とし、強熱減量(以下、結合水量という)が５％以下である徐冷スラグ粉を用いることが好ましく、４％以下のものがより好ましく、３％以下のものが最も好ましい。結合水量が５％を超える徐冷スラグ粉を用いると、過剰強度や、それに伴う水和発熱や自己収縮が大きくなり本発明の効果が充分に得られない場合がある。
強熱減量とは、一般的に、1,000℃で30分間強熱した際の重量減少を意味し、水和させた試料の結合水量として取り扱われる。
試料の前処理は多量のアセトンやアルコールなどによって、水和した試料から余剰水を取り除いた後、乾燥する。
乾燥条件は、水和物の結合水の一部が逸脱しないような乾燥条件で行う。例えば、アスピレータなどにより減圧乾燥して恒量となるまで行う。
本発明では、CO2吸収量が前記の条件を満たす徐冷スラグ粉、あるいは、結合水量が前記の条件を満たす徐冷スラグ粉のいずれかを使用可能であるが、本発明の効果を多面的に取り入れる観点から、CO2吸収量と結合水量の双方について前記の条件を満たす徐冷スラグ粉を使用することが好ましい。
【００１１】
徐冷スラグ粉のガラス化率は30％以下が好ましく、10％以下がより好ましい。ガラス化率が30％を超えると水和熱が大きくなる場合がある。
ここででいうガラス化率(Ｘ)とは、Ｘ(％)＝(１−Ｓ／Ｓ0)×100として求められる。ここで、Ｓは粉末Ｘ線回折法により求められる徐冷スラグ粉中の主要な結晶性化合物であるメリライトのメインピークの面積であり、Ｓ0は徐冷スラグ粉を1,000℃で３時間加熱し、その後、５℃／分の冷却速度で冷却したもののメリライトのメインピークの面積を表す。
【００１２】
徐冷スラグ粉のブレーン比表面積値(以下、ブレーン値という)は特に限定されるものではないが、2,000cm2/g以上が好ましく、4,000cm2/g以上がより好ましく、、6,000cm2/g以上が最も好ましい。ブレーン値が2,000cm2/g未満では、強度増進効果が得られない場合がある。
また、本発明では、徐冷スラグ粉のメリライトの格子定数ａが7.73〜7.82の範囲にあるものが特に中性化の抑制効果が顕著であることから好ましい。
【００１３】
本発明において、徐冷スラグ粉の配合方法は特に限定されるものではないが、セメントコンクリートに使用する場合、そのまま、セメントコンクリートの混和材として使用することも可能であるが、通常、骨材と置換して配合することが好ましく、特に細骨材と置換して配合することがより好ましい。
【００１４】
徐冷スラグ粉の使用量は、セメントコンクリートの配合により変化するため特に限定されるものではないが、通常、セメント100部に対して、１〜20部が好ましく、５〜15部がより好ましい。１部未満では蒸気養生後の強度増進効果が小さい場合があり、20部を超えると流動性が低下し、作業性が悪くなる場合がある。
【００１５】
本発明で使用するセメントとしては、普通、早強、超早強、低熱、及び中庸熱等の各種ポルトランドセメントや、これらポルトランドセメントに高炉水砕スラグ、フライアッシュ、又はシリカを混合した各種混合セメント、また、これらポルトランドセメントに石灰石微紛末を混合した石灰石フィラーセメントなどが挙げられ、これらのうちの一種又は二種以上が使用可能である。
【００１６】
本発明の蒸気養生用セメント組成物の粒度は、使用する目的・用途により異なるため特に限定されるものではないが、通常、ブレーン値2,000〜8,000cm2/gが好ましく、3,000〜6,000cm2/gがより好ましい。2,000cm2/g未満では強度発現性が充分に得られない場合があり、8,000cm2/gを超えると作業性が悪くなる場合がある。
【００１７】
水の使用量は、セメント100部に対して、40〜60部が好ましく、45〜55部がより好ましい。40部未満では本発明の効果が得にくく、60部を超えると高温高圧下においても、強度の増進につながらない場合がある。
【００１８】
本発明では、セメント、徐冷スラグ粉、及び必要に応じ骨材を含有するセメントコンクリート組成物と水を混練し、セメントコンクリートを調製し、それを成形して蒸気養生する。
ここで、混練条件や成形条件は、使用する用途によって異なり特に限定されるものではない。
【００１９】
本発明の蒸気養生時、セメント組成物を混練後、蒸気養生する際の温度条件は40〜80℃が好ましく、45〜65℃がより好ましい。40℃未満では、所定の強度を満足するまでの養生期間が長くなる場合があり、80℃を超えるとセメントコンクリートの表面にクラックが発生しやすくなる場合がある。
また、養生期間は温度により異なるが、通常、24時間以内が好ましく、18時間以内がより好ましい。
【００２０】
本発明では、セメント、徐冷スラグ粉、砂や砂利等の骨材の他に、従来、セメントコンクリートに用いられるような石灰石微粉末等の混和材料、減水剤、ＡＥ減水剤、高性能減水剤、消泡剤、増粘剤、防錆剤、防凍剤、高分子エマルジョン、収縮低減剤、凝結調整剤、粘土化合物、ハイドロタルサイトなどのアニオン交換体、膨張材、及び急硬材等のうちの一種又は二種以上を、本発明の効果を阻害しない範囲で使用することが可能である。
【００２１】
また、本発明のセメントコンクリート組成物は各材料を施工時に配合しても良いし、あらかじめ一部を、また、全部を混合しておいても差し支えない。
【００２２】
【実施例】
以下の実験例により本発明をさらに詳細に説明する。
【００２３】
実験例１
セメント／細骨材比が１／２、水セメント比が50％のモルタルを基本配合とし、セメント100部に対して、10部の徐冷スラグ粉を骨材と置換してモルタルを調製した。
調製したモルタルを型枠に詰め、20℃で前養生を４時間行った後、60℃まで２時間で昇温し、60℃で４時間保持した後冷却し、その後、型枠を脱型し、モルタルの圧縮強度を測定した。結果を表１に併記する。
【００２４】
＜使用材料＞
セメント ：電気化学工業社製、普通ポルトランドセメント、密度3.15g/cm3、ブレーン値3,200cm2/g
細骨材 ：ＩＳＯ標準砂
徐冷スラグ粉Ａ：密度3.00g/cm3、ブレーン値2,000cm2/g、
徐冷スラグ粉Ｂ：密度3.00g/cm3、ブレーン値4,000cm2/g、
徐冷スラグ粉Ｃ：密度3.00g/cm3、ブレーン値6,000cm2/g、
水 ：水道水
【００２５】
＜測定方法＞
圧縮強度：４×４×16ｃｍ供試体を作製。ＪＩＳ Ｒ 5201に準拠し、蒸気養生終了後に測定
【００２６】
【表１】
【発明の効果】
上記結果より、高炉徐冷スラグを砂と置換したモルタルは、蒸気養生により強度が増進する。
Claims (4)
- メリライトを主成分とし、二酸化炭素吸収量が２％以上である高炉徐冷スラグ粉末を含有してなるセメントコンクリート組成物と水とを混練してセメントコンクリートを調製し、成形し、蒸気養生することを特徴とするセメント硬化体の製法。
- 高炉徐冷スラグ粉末が、メリライトを主成分とし、その強熱減量が５％以下であることを特徴とする請求項１に記載のセメント硬化体の製法。
- 高炉徐冷スラグ粉末のガラス化率が30％以下であることを特徴とする請求項１又は２に記載のセメント硬化体の製法。
- 請求項１〜３のうちの一項に記載のセメント硬化体の製法で製造されたセメント硬化体。
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|---|---|---|---|
| JP2002071541A JP3844440B2 (ja) | 2002-03-15 | 2002-03-15 | セメント硬化体の製法及びそのセメント硬化体 |
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| JP2003267766A JP2003267766A (ja) | 2003-09-25 |
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