JP3907980B2 - セメント成型体の製造方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、ボックスカルバート、ヒューム管、コンクリートブロック、L型擁壁、U字溝、カーテンウォール等のコンクリート二次製品等に用いられるセメント成型体の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、このようなセメント成型体は、セメント混合物を型枠に充填および成形し、ブリーディングの終了を待ち、表面のこて仕上げを行った後、常温にて2〜4時間の前養生を行い、さらに常圧蒸気養生により15〜25℃/時間の加熱速度で60〜70℃まで昇温し、同条件下で3〜5時間程度保持した後、自然冷却して脱型する、という製造方法によって製造されている。
【0003】
しかしながら、上記のような製造方法は、蒸気養生等に長時間を要するために1サイクルの工程を行うのに約1日かかることとなり、生産性に劣るものである。
そのため、早強セメントを用いて、前養生の時間を充分とることなくセメントの打設直後から蒸気養生にて昇温し、3時間程度で脱型するという方法が行われることもある。しかし、このような早強セメントを用いて短時間で過酷な蒸気養生を実施した場合には、蒸気養生が不充分となる虞があり、セメント成型体に亀裂が発生したり、長期的な強度増進率が著しく低下するという問題がある。
【0004】
また、アルミナセメント・石膏系混和材や、硫酸アルミニウム、ミョウバンなどの硫酸塩を短時間脱型用混和材として使用する技術が知られているが、かかる短時間脱型用混和材を用いて打設後2〜3時間において脱型強度を得るためには、70℃以上という高温での蒸気養生を実施する必要がある。
しかしながら、冬季などの低温時においては、高温での蒸気養生後に脱型する際にセメント成型体が寒気に晒されることとなるため、セメント成型体の表面が急冷却されることによって収縮し、表面にひび割れが発生する虞がある。
【0005】
さらに、上述のような長時間又は高温での蒸気養生には、加熱のための膨大なエネルギーが必要となるため、このような蒸気養生に必要なエネルギーの低減が望まれている。
【0006】
また、セメントの硬化を促進する他の方法として、11CaO・7Al2O3・CaF2を含有する市販のジェットセメントを添加する方法も考えられる。
しかし、ジェットセメントは急硬性成分である11CaO・7Al2O3・CaF2組成物の含有比率が25重量%程度と少ないために、ベースセメントに対する添加量を多くせざるを得ず、セメント成型体の製造コストが大幅に増大するという問題点がある。
また、市販のジェットセメントを添加する場合には、凝結時間の予想が困難となり、異常凝結や凝結遅延を招く場合があると考えられる。
このような理由により、これまで11CaO・7Al2O3・CaF2を含有するセメントを添加した蒸気養生法は実現化されていない。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の主な目的は、低温かつ短時間の養生を行った場合にも、脱型に要する充分な強度を安定的に発現させることができ、且つ、製造コストがより安価となるようなセメント成型体の製造方法を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明の解決手段は、セメント混合物を型枠に充填し、蒸気養生して脱型するセメント成型体の製造方法において、前記セメント混合物が、ポルトランドセメントと、格子定数が1.1971〜1.1990nmである11CaO・7Al2O3・CaF2組成物を40重量%以上含有してなる焼結体を含有することを特徴とするセメント成型体の製造方法にある。
また、本発明の解決手段は、セメント混合物を型枠に充填し、蒸気養生して脱型するセメント成型体の製造方法において、前記セメント混合物が、ポルトランドセメントと、格子定数が1.1982〜1.1990nmである11CaO・7Al 2 O 3 ・CaF 2 組成物を40重量%以上含有してなる焼結体を含有することを特徴とするセメント成型体の製造方法にある。
【0009】
11CaO・7Al2O3・CaF2組成物を40重量%以上含有してなる焼結体をポルトランドセメントと混合して使用する場合には、セメント混合物の硬化時間が効果的に短縮されるばかりでなく、セメント成型体の製造工程の管理が極めて容易なものとなる。
これは、11CaO・7Al2O3・CaF2組成物を40重量%以上含有してなる焼結体を使用することにより、ベースセメントに対する該焼結体の添加量が少なくて済み、その結果、急硬性成分以外の成分の添加量も減らすことができるため、ベースセメント(ポルトランドセメント)のセメント成分のバランスを大きく崩すことがなくなり、硬化時間が安定する為であると考えられる。
従って、比較的少量の焼結体を安価なポルトランドセメントと混合して使用することができ、更には蒸気養生に要するエネルギーや、その他光熱費、人件費をも減らすことができるため、該セメント成型体を安価に製造することが可能となる。
【0010】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について説明する。
【0011】
11CaO・7Al2O3・CaF2組成物を40重量%以上含有してなる焼結体は、石灰質原料、アルミナ質原料及びフッ化カルシウム質原料からなるカルシウムアルミネート焼結用原料を、目的物である11CaO・7Al2O3・CaF2組成物の組成比となるように配合し、さらに添加剤としてFe2O3とTiO2を配合した後、焼結させてなるものであり、好ましくはFe2O3を全原料成分中0.1〜9重量%程度配合し、TiO2を全原料成分中0.5〜9重量%程度配合した状態で焼成することにより製造することができ、この場合、11CaO・7Al2O3・CaF2組成物は固溶体として生成する。
【0012】
尚、該焼結体中には、上述した11CaO・7Al2O3・CaF2組成物以外の成分として、原料中に含まれる不純物や焼成条件に応じて、12CaO・7Al2O3、3CaO・Al2O3及びCaO・Al2O3等の各種カルシウムアルミネートや非晶質成分が含まれても良い。
【0013】
焼結体中に含まれる11CaO・7Al2O3・CaF2組成物は、その格子定数の相違によって凝結速度が異なるものとなる。
本発明において使用される焼結体は、前記焼結温度を1225〜1415℃として得られる格子定数1.1971nm〜1.1990nmの範囲内の固溶体が好ましく、また前記焼結温度を1320〜1415℃として得られる格子定数1.1982〜1.1990nmの範囲内の固溶体が特に好ましい。
【0014】
このような11CaO・7Al2O3・CaF2組成物を40重量%以上含有してなる焼結体を含有するセメント混合物は、注水後約30〜60分経過後に凝結が始まり、その後さらに凝結が促進されて早期に脱型強度を有するものとなる。焼結体中の11CaO・7Al2O3・CaF2組成物の含有量が40重量%未満になると、セメント混合物の凝結時間の予想が困難となり、好ましくない。
また、格子定数が1.1971nm〜1.1990nmの範囲内であれば、焼結体の性質にばらつきが生じ難くなり、容易かつ正確に凝結時間をコントロールすることができるものである。中でも、格子定数が1.1982nm〜1.1990nmの範囲内であれば、セメント混合物の速硬性により優れたものとなるため、セメント成型体の製造においては製造効率が顕著に改善されることとなる。
従って、セメント混合物を混練して調製し、さらに種々の形状を有する型枠の隅々まで該セメント混合物を充填させるための十分なハンドリングタイムが必要となるセメント成型体の製造方法においては、該焼結体を使用することが特に好ましいものとなる。
【0015】
次に、上記のようにして得た11CaO・7Al2O3・CaF2組成物含有の焼結体と、ポルトランドセメント、硫酸ナトリウム及び無水石膏を加えてセメント混合物を調製する。
ポルトランドセメントの種類については特に限定されず、各種ポルトランドセメントを使用することができる。
また、該セメント混合物の配合は、ポルトランドセメント100重量部に対し、前記焼結体を1〜13重量部、硫酸ナトリウムを1重量部以下、無水石膏を8重量部以下とすることが好ましい。
焼結体が13重量部を超えると凝結が速くなりすぎるが、1重量部より少ないと強度発現性が低下するため好ましくない。また、硫酸ナトリウムが1重量部を越えたり、無水石膏が8重量部を超えたりすると、強度発現性が低下するためにいずれも短時間脱型用混和剤として好ましくない。
【0016】
上述のようにして調製したセメント混合物に水および必要に応じて骨材を添加して混練した後、所定形状の型枠に流し込み、直ちに蒸気養生する。
この場合、添加する水の量は特に限定されるものではないが、セメント成型体としての強度特性および耐久性を考慮すれば、水/セメント比(以下W/Cと略記)が0.25〜0.5となる量の水を添加することが好ましい。
また、骨材は本発明において必須のものではなく、各種の粗骨材および細骨材を必要に応じて添加すればよい。
【0017】
また、前記ポルトランドセメント100重量部に対して1重量部以下の範囲で微量成分を加えてもよい。該微量成分としては、半水石膏や消石灰等を例示することができる。
斯かる微量成分を加えることにより、該焼結体とセメントとの反応において、エトリンガイトを急速に生成し、早期強度発現性が良好なものとなる。
【0018】
さらに、セメント混合物を水と混練する際には、減水剤を併用することが好ましい。減水剤としては、ナフタリンスルホン酸ホルマリン高縮合物、ナフタリンスルホン酸変性リグニン縮合物、ポリカルボン酸、高縮合トリアジン系化合物等を主成分とするものが使用できる。
斯かる減水剤を併用することにより、セメント混合物の流動性を改善することができる。このようにセメント混合物の流動性を改善することにより、必要なフレッシュ性状を得るためのW/Cを低減することができ、W/Cを小さくすることにより、早期の強度発現性を著しく改善することができる。
【0019】
蒸気養生は、従来のように高温で或いは長時間かけて行う必要はなく、50℃程度で2〜3時間という簡易なものでよい。
【0020】
本発明の製造方法によれば、このような低温且つ短時間の蒸気養生の終了直後においても十分な脱型強度(8N/mm2以上)を得ることができるため、蒸気養生に要するエネルギー消費量を顕著に低減させることができる。
さらに、このような低温で蒸気養生することにより、冬季において脱型直後に寒気にさらされた場合にも、セメント成型体と外気との温度差が減少するため、表面のクラックの発生を防止することが可能となる。
【0021】
また、長期的な水和反応を阻害するほどの温度履歴を受けていないため、脱型後にもセメント成型体の強度が増進し続け、長期的にも強度発現されるものとなる。従って、従来のように長時間の蒸気養生を施した成形体と比較しても、同等以上の強度を有するものとなる。
【0022】
また、該焼結体の粉末度を高いものとすれば、早期にエトリンガイトを生成させるため、セメント混合物を型枠に充填した際にブリーディングを生じにくいものとなり、充填と同時に表面のコテ仕上げを行うことが可能となる。これにより、製造時間が短縮できるのみならず、蒸気養生終了後にも表面の薄皮剥離の発生しにくいものとなり、補修を必要としないセメント成型体を製造することが可能となる。
【0023】
【実施例】
(実施例1)
下記表1に示す配合のセメント混合物、骨材および減水剤を使用し、骨材/セメント混合物比が1.2、水/セメント比が0.38となるようにモルタルを調製し、型枠に充填し、50℃、2時間の蒸気養生を行った後脱型し、4cm×4cm×16cmの供試体を作製した。
尚、焼結体の組成については、表2に示す。
【0024】
【表1】
【0025】
【表2】
【0026】
(実施例2)
蒸気養生時間を50℃、3時間とする以外は実施例1と同様にして実施例2の供試体を作製した。
【0027】
(比較例1)
セメント混合物として、早強ポルトランドセメントのみを使用する以外は実施例1と同様にして比較例1の供試体を作製した。
【0028】
(比較例2)
セメント混合物として、早強ポルトランドセメントのみを使用する以外は実施例2と同様にして比較例2の供試体を作製した。
【0029】
(比較例3)
セメント混合物として、早強ポルトランドセメントのみを使用し、且つ標準養生(20℃、脱型後水中養生)とする以外は実施例1と同様にして比較例3の供試体を作製した。
【0030】
このようにして作製した実施例および比較例の供試体について、養生終了時、材齢1日および材齢14日における圧縮強度を測定した。結果を表3に示す。
【0031】
【表3】
【0032】
上記表3より明らかなように、本発明に係る実施例1および2の供試体では、養生終了時の圧縮強度が8N/mm2以上となっており、脱型が可能となっていることがわかる。一方、比較例1および2の供試体では、いずれも脱型に要する強度が得られておらず、セメントの凝結が不十分であることがわかる。
また、実施例1および2のいずれの供試体についても、材齢14日における圧縮強度が概ね60N/mm2程度となっており、標準養生を行った比較例3の供試体の圧縮強度と同程度にまで強度が増進していることがわかる。
【0033】
【発明の効果】
以上のように、本発明に係るセメント成型体の製造方法によれば、低温かつ短時間の養生によっても充分な強度を発現させることができるため、セメント成型体の製造時間を短縮し、且つその製造コストを効果的に下げることが可能となる。
【0034】
また、このような強度発現に要する時間のばらつきが抑えられるため、製造工程の管理が容易なものとなり、セメント成型体を効率良く製造することが可能となる。
Claims (4)
- セメント混合物を型枠に充填し、蒸気養生して脱型するセメント成型体の製造方法において、
前記セメント混合物が、ポルトランドセメントと、格子定数が1.1971〜1.1990nmである11CaO・7Al2O3・CaF2組成物を40重量%以上含有してなる焼結体を含有することを特徴とするセメント成型体の製造方法。 - セメント混合物を型枠に充填し、蒸気養生して脱型するセメント成型体の製造方法において、
前記セメント混合物が、ポルトランドセメントと、格子定数が1.1982〜1.1990nmである11CaO・7Al2O3・CaF2組成物を40重量%以上含有してなる焼結体を含有することを特徴とするセメント成型体の製造方法。 - 前記セメント混合物が、硫酸ナトリウムと、無水石膏とを含有することを特徴とする請求項1又は2に記載のセメント成型体の製造方法。
- 前記セメント組成物が、前記ポルトランドセメント100重量部に対して、前記焼結体1〜13重量部、前記硫酸ナトリウム1重量部以下、前記無水石膏8重量部以下の割合で配合されてなることを特徴とする請求項3記載のセメント成型体の製造方法。
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