JP4115766B2

JP4115766B2 - セメント混和材、及びセメント組成物

Info

Publication number: JP4115766B2
Application number: JP2002210959A
Authority: JP
Inventors: 康宏中島; 隆行樋口; 実盛岡; 積石田
Original assignee: Denki Kagaku Kogyo KK
Current assignee: Denka Co Ltd
Priority date: 2002-07-19
Filing date: 2002-07-19
Publication date: 2008-07-09
Anticipated expiration: 2022-07-19
Also published as: JP2004051420A

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。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。
なお、本発明で使用する部、％は質量単位を表す。
【０００２】
【従来技術とその課題】
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。
【０００３】
構造物の耐久性を低下させる原因の１つとして、中性化が挙げられる。コンクリートの中性化によって問題となるのは、特に鉄筋コンクリート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ている。
【０００４】
コンクリートが中性化されて、ひび割れにまで進行した場合、劣化部分をはつりとって、鉄筋の錆を除去した後、再度コンクリートを打設するといった補修方法を施さなければならないが、補修個所に使用するコンクリートは、ライフサイクルコストの観点から、中性化の進行が緩慢であることが要求される。
【０００５】
中性化されたコンクリートに対する補修分野では、セメントにポリマーを含有させることで、補修面への付着性、耐ひび割れ性を向上させ、中性化の進行を遅らせる試みがなされているが、材料自体に中性化抑制効果を持たないことから根本的な解決法に至っていない（特開平5-24899号公報）。
【０００６】
また、高度経済成長期に構築されたコンクリート構造物は、上記の中性化の他に塩害等、さまざまな因子による劣化を受けており、現在、劣化による補修が必要となってきており、今後、補修が必要な個所は増大すると予想されるため、少ない補修工事で最大の効果を上げるためには、中性化されにくい、すなわち、中性化抑制効果を有する材料の需要が増加すると考えられている。
【０００７】
さらに、幹線道路等の補修では、工事によって発生する交通渋滞を緩和するために、早期の工事終了が強く望まれており、コンクリートの補修分野では、急硬性と中性化抑制の効果を併せ持つ混和材の開発が待たれていた。
【０００８】
本発明者らは、以上の状況を鑑み、特定のセメント混和材を使用することにより、中性化抑制効果を持ち、早期の工事終了が可能となる急硬性のセメント混和材、セメント組成物、及びモルタル組成物とす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。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
すなわち、本発明は、ブレーン比表面積値が 2,000cm ² /g 以上であるγ-Ｃ_２Ｓ又はγ-Ｃ_２Ｓを含有する物質と、硫酸塩及び / 又は亜硫酸塩からなるセメント混和材であり、遅延剤を含有してなる該セメント混和材であり、セメント及び該セメント混和剤からなるセメント組成物である。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を詳細に説明する。
【００１１】
本発明のγ−Ｃ_２Ｓは、炭酸カルシウム等のＣａＯ原料と珪石等のＳｉＯ_２原料とを混合して熱処理して得られる非水硬性化合物であり、化学式は２ＣａＯ・ＳｉＯ_２である。この化合物には水硬性を有するα型やβ型などの複数の多形が存在し、本願発明のγ−Ｃ_２Ｓはγ型と呼ばれるものである。
【００１２】
熱処理温度は特に限定されないが、通常、１，２００〜１，８００℃程度である。冷却方法も特に限定されるものではない。急冷することは好ましくないが、特別な徐冷が必要というわけではなく、自然放冷で十分である。
【００１３】
不純物の存在も特に限定されるものではなく、β型のＣ_２ＳやトライカルシウムシリケートＣ_３Ｓ、並びにランキナイトＣ_３Ｓ_２やワラストナイトＣＳなどが混在していても良い。
【００１４】
γ−Ｃ_２Ｓを含有する物質として、上述のような合成品の他に、各種のスラグ等を用いても良い。その具体例としては、例えば、電気炉還元期スラグ、ステンレススラグ、溶銑予備処理スラグなどが挙げられる。ただし、これら電気炉還元期スラグ、ステンレススラグ、溶銑予備処理スラグであっても、γ−Ｃ_２Ｓを含有していないものは、本発明の効果が得られないので、本発明のγ−Ｃ_２Ｓを含有する物質としては適さない。
【００１５】
これらのスラグの成分としては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。
【００１６】
また、化合物としては、γ−Ｃ_２Ｓを主体とし、トライカルシウムシリケート3CaO・SiO₂、ランキナイト3CaO・2SiO₂、ワラストナイトCaO・SiO₂などのカルシウムシリケート、2CaO・Fe₂O₃などのカルシウムフェライト、12CaO・7Al₂O₃などのカルシウムアルミネート類、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、メルビナイト3CaO・MgO・2SiO₂、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、さらに、硫化カルシウムCaS、硫化鉄FeSなどの硫化物等を含む場合がある。
【００１７】
γ−Ｃ_２Ｓ又はγ−Ｃ_２Ｓを含有する物質の粒度は特に制限されないが、ブレーン比表面積値で2,000cm²/g以上が好ましく、3,500cm²/g〜8,000cm²/gがより好ましく、4,000cm²/g〜7,000cm²/gが最も好ましい。ブレーン比表面積値が2,000cm²/g未満では、中性化抑制効果が十分でないことがあり、また、材料分離抵抗性が得られないことがある。また、8,000cm2/gを超えると過剰な粉砕動力が必要となりコスト増の原因となる。
【００１８】
本発明の硫酸塩とは、特に限定されるものでなく、例えば、硫酸塩としては、ナトリウム明礬、カリウム明礬、及びアンモニウム明礬等の明礬類、２水、半水、及び無水石コウ等の硫酸カルシウム、硫酸アニリン、硫酸アルミニウム、硫酸アンモニウム、硫酸マグネシウム、硫酸マンガン、硫酸バリウム、硫酸ナトリウム、硫酸カリウム、並びに硫酸ヒドロキシルアミン等が挙げられる。
【００１９】
本発明の亜硫酸塩としては、亜硫酸水素アンモニウム及び亜硫酸カルシウム等が挙げられる。また、チオ硫酸塩も使用可能であり、チオ硫酸ナトリウム、チオ硫酸カリウム、チオ硫酸カルシウム、チオ硫酸マグネシウム、及びチオ硫酸アンモニウム等が挙げられる。
これらのうちの１種、又は２種以上が使用可能である。特に、硫酸アルミニウムを用いた場合が、最も良好な効果が認められる。チオ硫酸塩は、潮解性があり、水溶性であるため、本件で使用する場合、粉末添加、もしくは混練水に溶解させて使用できる。その粒度は、特に限定されるものではない。
【００２０】
γ−Ｃ_２Ｓ又はγ−Ｃ_２Ｓを含有する物質、及び硫酸塩の使用量は、特に限定されないが、セメント混和材中、硫酸塩５〜７０部、γ−Ｃ_２Ｓ又はγ−Ｃ_２Ｓを含有する物質９５〜３０部、が好ましく、硫酸塩２０〜５０部、γ−Ｃ_２Ｓ又はγ−Ｃ_２Ｓを含有する物質８０〜５０部がより好ましい。硫酸塩が５部未満では所定の急硬性が得られない場合があり、7０部を超えるとコンクリートの流動性が急速に失われ、施工が困難になる場合がある。
【００２１】
本発明で使用する遅延剤とは、セメントの凝結を調整し、施工中のコンクリートの流動性を損なわせないためのものであり、有機物と無機物のものが使用可能である。
【００２２】
有機物の具体例としては、カルボン酸、オキシモノカルボン酸、オキシ多価カルボン酸、及びポリカルボン酸又はそれらの塩等の有機酸の使用が可能である。
【００２３】
具体的には、カルボン酸としては、飽和又は不飽和カルボン酸の、蓚酸、マロン酸、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、マレイン酸、フマール酸、及びヘプタン酸等が挙げられ、オキシモノカルボン酸としては、ヘプトン酸、グルコン酸、及びグリコール酸等が挙げられる。また、オキシ多価カルボン酸としては、リンゴ酸、酒石酸、及びクエン酸等が挙げられ、ポリカルボン酸としては、アクリル酸や無水マレイン酸などの共重合物が挙げられ、それらの塩としては、リチウム、ナトリウム、及びカリウム等のアルカリ金属、マグネシウム、及びカルシウム等のアルカリ土類金属塩、並びに、亜鉛、銅、アルミニウム、及びアンモニウム等の塩が挙げられる。
【００２４】
無機物の具体例としては、リン酸、フッ化水素酸などの無機酸、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。
【００２５】
本発明では、これらのうちの１種又は２種以上が使用可能であるが、特に、クエン酸又はその塩、グルコン酸又はその塩、及び、酒石酸又はその塩等を使用することが好ましい。
【００２６】
本発明の遅延剤の使用量は、特に限定されないが、セメント混和材１００部中、０．１〜１０部が好ましく、０．３〜５部がより好ましい。
【００２７】
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部に対して、３〜２０部が好ましく、７〜１５部がより好ましい。３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、２０部を超えて使用すると、長期強度発現性が損なわれる場合がある。
【００２８】
本発明で使用するセメントは特に限定されないが、ポルトランドセメントを含有するセメントを用いることが好ましく、たとえば普通、早強、超早強、低熱、または中庸熱などの各種ポルトランドセメント、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、あるいは、ポルトランドセメントに石灰石粉末などを混合した石灰石フィラーセメントなどが挙げられる。
【００２９】
また、本発明では、セメント混和材、セメントの他に予め細骨材を混合することも可能であり、細骨材の種類は特に限定されないが、例えば、石灰砂、珪砂、川砂、海砂、山砂、砕砂等が使用でき、最大粒径は、５ｍｍ以下が好ましく、２．５ｍｍ以下がより好ましい。
【００３０】
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、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。
【００３１】
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ーミキサ等の使用が可能である。
【００３２】
【実施例】
以下、本発明を実験例に基づいて説明する。
【００３３】
実験例１
ブレーン比表面積値4,000cm^２/gに粉砕したγ−Ｃ_２Ｓ６９．５部、硫酸塩ア３０部、及び遅延剤Ａ０．５部とを混合してセメント混和材とし、セメントと該セメント混和材からなるセメント組成物１００部中、該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、材齢１日、及び２８日の圧縮強度、並びに中性化深さを測定した。結果を表１に表記する。
【００３４】
＜使用材料＞
セメント：市販品、普通ポルトランドセメント
γ−Ｃ_２Ｓ：試薬の炭酸カルシウム２モルと二酸化ケイ素１モルを混合粉砕した原料を電気炉で1500℃で３時間焼成した後、炉外に取り出して冷却して合成。ダスティングした粗粉をさらに粉砕してブレーン比表面積値4,000cm²/gに調製した。
硫酸塩ア：市販品、硫酸アルミニウム・14H₂O
遅延剤Ａ：市販品、クエン酸
水：水道水
細骨材：ISO679準拠、標準砂
【００３５】
＜測定方法＞
圧縮強度：４×４×１６ｃｍ供試体を作製し、JIS A 1108に準じて材齢１、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。
【００３６】
【表１】

【００３７】
実験例２
表２に示す量のγ−Ｃ_２Ｓ、表２に示す種類と量の硫酸塩、及び遅延剤Ａ０．５部からなるセメント混和材をセメント中、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。
【００３８】
＜使用材料＞
硫酸塩イ：市販品、ナトリウム明礬
硫酸塩ウ：市販品、チオ硫酸ナトリウム
硫酸塩エ：硫酸塩ア50部と硫酸塩イ50部との混合物
【００３９】
【表２】

【００４０】
実験例３
表３に示す量のγ−Ｃ_２Ｓ、硫酸塩ア３０部、及び表３に示す種類と量の遅延剤からなるセメント混和材をセメント中、10部使用し、流動性の保持率を評価したこと以外は、実験例１と同様に試験した。結果を表３に表記する。
【００４１】
＜使用材料＞
遅延剤Ｂ：市販品、グルコン酸
遅延剤Ｃ：市販品、グルコン酸ナトリウム
遅延剤Ｄ：市販品、酒石酸
遅延剤Ｅ：遅延剤Ａ５０部と遅延剤Ｄ５０部の混合物
【００４２】
＜試験方法＞
流動性の保持率：環境温度２０℃でのフロー値の経時変化にて評価した。JIS R 5201のフロー試験に準拠し、練り直後と６０分経過後のフロー値から算出した。
【００４３】
流動性の保持率＝（３０分経過後のフロー値／練り直後のフロー値）×１００
【００４４】
【表３】

【００４５】
実験例４
実験例１で作製したγ−Ｃ_２Ｓの粗粉を粉砕して表４に示すブレーン比表面積値のγ−Ｃ_２Ｓ微粉を作製し、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４に表記する。
【００４６】
【表４】

【００４７】
【発明の効果】
本発明のセメント混和剤、及びセメント組成物を使用することにより、コンクリートの優れた初期強度発現性や中性化の抑制効果等の効果を奏するものであり、土木及び建築分野におけるコンクリートの補修材料に適する。

Claims

ブレーン比表面積値が 2,000cm ² /g 以上であるγ-Ｃ_２Ｓ又はγ-Ｃ_２Ｓを含有する物質と、硫酸塩及び / 又は亜硫酸塩からなるセメント混和材。
遅延剤を含有してなる請求項１記載のセメント混和材。
セメント及び請求項１〜請求項２のうちの１項に記載のセメント混和剤からなるセメント組成物。