JP4033681B2 - セメント硬化体の製造方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造方法及びそのセメント硬化体、特に、オートクレーブ養生により製造されるセメント硬化体の製造方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等を利用し、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、これら状況に鑑み、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、オートクレーブのような高温高圧環境下で養生した場合、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、本発明を完成させるに至った。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
即ち、本発明は、非硫酸態イオウとして存在するイオウを 0.5 ％以上含有してな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、オートクレーブ養生することを特徴とするセメント硬化体の製造方法であり、オートクレーブ養生の温度が150〜220℃である該セメント硬化体の製造方法であり、該セメント硬化体の製造方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)は徐冷されて結晶化した、密度3.00g/cm3程度の高炉スラグの粉末である。
徐冷スラグ粉の成分は、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、CaS、Cr2O3、P2O5、及びFe2O3などの微量成分が挙げられる。
化学成分の割合は特に限定されるものではないが、通常、主成分である、SiO2は25〜45％、CaOは30〜50％、Al2O3は10〜20％、及びMgOは3〜10％程度であり、微量成分はそれぞれ２％以下である。
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、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、徐冷スラグ粉のうち、例えば、硫化物、多硫化物、イオウ、チオ硫酸、及び亜硫酸等のように非硫酸態イオウとして存在するイオウ(以下、単に非硫酸態イオウという)を0.5％以上含むものを粉末化した徐冷スラグ粉が好ましい。非硫酸態イオウが0.5％未満では、本発明の効果、即ち、流動性の保持性能が充分に得られない場合がある。非硫酸態イオウは、0.5％以上が好ましく、0.7％以上がより好ましく、0.9％以上が最も好ましい。
非硫酸態イオウ量は、全イオウ量、単体イオウ量、硫化物態イオウ量、チオ硫酸態イオウ量、及び硫酸態イオウ(三酸化イオウ)量を山口と小野の方法により定量することによって、また、硫酸態イオウ量(三酸化イオウ)と硫化物態イオウ量については、JIS R 5202に定められた方法により定量することによっても求めることができる(「高炉スラグ中硫黄の状態分析」、山口直治、小野昭紘：製鉄研究、第301号、pp.37-40、1980参照)。
【００１０】
徐冷スラグ粉の粉末度は特に規定されるものではないが、ブレーン比表面積(以下、ブレーン値という)で、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。2,000cm2/g未満では、本発明の中性化抑制効果が得られない場合がある。
【００１１】
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、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。
【００１２】
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部未満ではオートクレーブ養生後の強度増進効果が小さく、流動性の保持性が悪くなる場合があり、20部を超えると、ペーストでは強度が低下する場合があり、骨材と置換するとセメントコンクリート中の粉体量が増加して、流動性が低下し、作業性が悪くなる場合がある。
【００１３】
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。
【００１４】
水の使用量は、セメント100部に対して、20〜60部が好ましく、30〜50部がより好ましい。20部未満ではコンクリートの混練が困難であり、60部を超えるとブリージングなどの材料分離が発生する場合がある。
【００１５】
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、それを成形してオートクレーブ養生する。
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。
【００１６】
本発明におけるオートクレーブ養生の温度は150〜220℃が好ましい。150℃未満では所定の強度を得るまでの養生期間が長くなる場合があり、220℃を超えると結晶性の水和物が生成し、逆に強度が低下する場合がある。
また、オートクレーブ養生時間は温度により異なるが、通常、１〜24時間が好ましく、３〜18時間がより好ましい。
本発明では、オートクレーブ養生前にセメントの硬化を促進するため、例えば、40〜80℃程度の温度で、24時間程度の蒸気養生を行うことも可能である。
また、オートクレーブ養生時の圧力は、10〜15kg/cm2程度で、通常、水の飽和水蒸気圧で行う。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
【実施例】
以下、実験例により本発明を詳細に説明する。
【００２０】
実験例１
セメント/細骨材比１／２、水セメント比50％のモルタルを基本配合とし、セメント100部に対して、表１に示す量の徐冷スラグ粉を骨材と置換してモルタルを調製した。
調製したモルタルの流動性を評価するために、モルタルのテーブルフローを測定した後、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、180℃、10気圧にてオートクレーブ養生を６時間行い、冷却後、モルタルの圧縮強度を測定した。結果を表１に併記する。
なお、モルタルのテーブルフロー値が、練りあがり直後に250±10mmになるように高性能ＡＥ減水剤を使用した。
【００２１】
＜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、非硫酸態イオウ0.9％
徐冷スラグ粉Ｂ：密度3.00g/cm3、ブレーン値4,000cm2/g、非硫酸態イオウ0.9％
徐冷スラグ粉Ｃ：密度3.00g/cm3、ブレーン値6,000cm2/g、非硫酸態イオウ0.9％
徐冷スラグ粉Ｄ：密度3.00g/cm3、ブレーン値4,000cm2/g、非硫酸態イオウ0.5％
徐冷スラグ粉Ｅ：密度3.00g/cm3、ブレーン値4,000cm2/g、非硫酸態イオウ0.1％
高性能ＡＥ減水剤：ポリカルボン酸系、市販品
水 ：水道水
【００２２】
＜測定方法＞
テーブルフロー：モルタルの流動性を評価するため、JIS R 5201に準拠して、練りあがりから60分後のモルタルのテーブルフロー値を測定
圧縮強度 ：４×４×16cm供試体を作製、JIS R 5201に準拠し、オートクレーブ養生終了後に測定
【００２３】
【表１】
【００２４】
実験例２
徐冷スラグ粉Ｂの置換率を10％としたモルタルを用い、表２に示すオートクレーブ養生時の温度で養生し、圧縮強度を測定したこと以外は実験例１と同様に行った。結果を表２に併記する。
【００２５】
【表２】
【００２６】
【発明の効果】
上記結果より、徐冷スラグ粉を細骨材と置換したモルタルは、流動性の保持性能に優れ、かつ、所定の温度でオートクレーブ養生することにより圧縮強度が増進する。
【発明の属する技術分野】
本発明は、セメント硬化体の製造方法及びそのセメント硬化体、特に、オートクレーブ養生により製造されるセメント硬化体の製造方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等を利用し、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、これら状況に鑑み、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、オートクレーブのような高温高圧環境下で養生した場合、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、本発明を完成させるに至った。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
即ち、本発明は、非硫酸態イオウとして存在するイオウを 0.5 ％以上含有してな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、オートクレーブ養生することを特徴とするセメント硬化体の製造方法であり、オートクレーブ養生の温度が150〜220℃である該セメント硬化体の製造方法であり、該セメント硬化体の製造方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)は徐冷されて結晶化した、密度3.00g/cm3程度の高炉スラグの粉末である。
徐冷スラグ粉の成分は、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、CaS、Cr2O3、P2O5、及びFe2O3などの微量成分が挙げられる。
化学成分の割合は特に限定されるものではないが、通常、主成分である、SiO2は25〜45％、CaOは30〜50％、Al2O3は10〜20％、及びMgOは3〜10％程度であり、微量成分はそれぞれ２％以下である。
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、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、徐冷スラグ粉のうち、例えば、硫化物、多硫化物、イオウ、チオ硫酸、及び亜硫酸等のように非硫酸態イオウとして存在するイオウ(以下、単に非硫酸態イオウという)を0.5％以上含むものを粉末化した徐冷スラグ粉が好ましい。非硫酸態イオウが0.5％未満では、本発明の効果、即ち、流動性の保持性能が充分に得られない場合がある。非硫酸態イオウは、0.5％以上が好ましく、0.7％以上がより好ましく、0.9％以上が最も好ましい。
非硫酸態イオウ量は、全イオウ量、単体イオウ量、硫化物態イオウ量、チオ硫酸態イオウ量、及び硫酸態イオウ(三酸化イオウ)量を山口と小野の方法により定量することによって、また、硫酸態イオウ量(三酸化イオウ)と硫化物態イオウ量については、JIS R 5202に定められた方法により定量することによっても求めることができる(「高炉スラグ中硫黄の状態分析」、山口直治、小野昭紘：製鉄研究、第301号、pp.37-40、1980参照)。
【００１０】
徐冷スラグ粉の粉末度は特に規定されるものではないが、ブレーン比表面積(以下、ブレーン値という)で、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。2,000cm2/g未満では、本発明の中性化抑制効果が得られない場合がある。
【００１１】
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、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。
【００１２】
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部未満ではオートクレーブ養生後の強度増進効果が小さく、流動性の保持性が悪くなる場合があり、20部を超えると、ペーストでは強度が低下する場合があり、骨材と置換するとセメントコンクリート中の粉体量が増加して、流動性が低下し、作業性が悪くなる場合がある。
【００１３】
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。
【００１４】
水の使用量は、セメント100部に対して、20〜60部が好ましく、30〜50部がより好ましい。20部未満ではコンクリートの混練が困難であり、60部を超えるとブリージングなどの材料分離が発生する場合がある。
【００１５】
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、それを成形してオートクレーブ養生する。
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。
【００１６】
本発明におけるオートクレーブ養生の温度は150〜220℃が好ましい。150℃未満では所定の強度を得るまでの養生期間が長くなる場合があり、220℃を超えると結晶性の水和物が生成し、逆に強度が低下する場合がある。
また、オートクレーブ養生時間は温度により異なるが、通常、１〜24時間が好ましく、３〜18時間がより好ましい。
本発明では、オートクレーブ養生前にセメントの硬化を促進するため、例えば、40〜80℃程度の温度で、24時間程度の蒸気養生を行うことも可能である。
また、オートクレーブ養生時の圧力は、10〜15kg/cm2程度で、通常、水の飽和水蒸気圧で行う。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
【実施例】
以下、実験例により本発明を詳細に説明する。
【００２０】
実験例１
セメント/細骨材比１／２、水セメント比50％のモルタルを基本配合とし、セメント100部に対して、表１に示す量の徐冷スラグ粉を骨材と置換してモルタルを調製した。
調製したモルタルの流動性を評価するために、モルタルのテーブルフローを測定した後、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、180℃、10気圧にてオートクレーブ養生を６時間行い、冷却後、モルタルの圧縮強度を測定した。結果を表１に併記する。
なお、モルタルのテーブルフロー値が、練りあがり直後に250±10mmになるように高性能ＡＥ減水剤を使用した。
【００２１】
＜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、非硫酸態イオウ0.9％
徐冷スラグ粉Ｂ：密度3.00g/cm3、ブレーン値4,000cm2/g、非硫酸態イオウ0.9％
徐冷スラグ粉Ｃ：密度3.00g/cm3、ブレーン値6,000cm2/g、非硫酸態イオウ0.9％
徐冷スラグ粉Ｄ：密度3.00g/cm3、ブレーン値4,000cm2/g、非硫酸態イオウ0.5％
徐冷スラグ粉Ｅ：密度3.00g/cm3、ブレーン値4,000cm2/g、非硫酸態イオウ0.1％
高性能ＡＥ減水剤：ポリカルボン酸系、市販品
水 ：水道水
【００２２】
＜測定方法＞
テーブルフロー：モルタルの流動性を評価するため、JIS R 5201に準拠して、練りあがりから60分後のモルタルのテーブルフロー値を測定
圧縮強度 ：４×４×16cm供試体を作製、JIS R 5201に準拠し、オートクレーブ養生終了後に測定
【００２３】
【表１】
実験例２
徐冷スラグ粉Ｂの置換率を10％としたモルタルを用い、表２に示すオートクレーブ養生時の温度で養生し、圧縮強度を測定したこと以外は実験例１と同様に行った。結果を表２に併記する。
【００２５】
【表２】
【発明の効果】
上記結果より、徐冷スラグ粉を細骨材と置換したモルタルは、流動性の保持性能に優れ、かつ、所定の温度でオートクレーブ養生することにより圧縮強度が増進する。
Claims (3)
- 非硫酸態イオウとして存在するイオウを 0.5 ％以上含有してな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、オートクレーブ養生することを特徴とするセメント硬化体の製造方法。
- オートクレーブ養生の温度が150〜220℃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造方法。
- 請求項１又は２に記載のセメント硬化体の製造方法で製造されたことを特徴とするセメント硬化体。
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002019569A JP4033681B2 (ja) | 2002-01-29 | 2002-01-29 | セメント硬化体の製造方法及びそのセメント硬化体 |
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| JP2002019569A JP4033681B2 (ja) | 2002-01-29 | 2002-01-29 | セメント硬化体の製造方法及びそのセメント硬化体 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003221268A JP2003221268A (ja) | 2003-08-05 |
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002019569A Expired - Fee Related JP4033681B2 (ja) | 2002-01-29 | 2002-01-29 | セメント硬化体の製造方法及びそのセメント硬化体 |
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|---|---|---|---|---|
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| JP6462981B2 (ja) * | 2013-12-27 | 2019-01-30 | 国立大学法人 新潟大学 | ケイ酸カルシウム水和物を含有する成形体の製造方法及び成形体 |
| JP6414838B2 (ja) * | 2013-12-27 | 2018-10-31 | 国立大学法人 新潟大学 | セメント成形体の製造方法及びセメント成形体 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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