JP4137072B2 - Cement composition - Google Patents
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Description
本発明は、主に土木建築分野で使用されるセメント成分を含むモルタル、コンクリート、グラウト材、補強材等のセメント組成物に関する。更に詳しくは、乾燥収縮に起因する応力や外部応力に対する抵抗性が高く、ひび割れ抵抗性に優れており、更に施工性も良好なセメント組成物に関する。 The present invention relates to a cement composition such as mortar, concrete, grout material and reinforcing material containing a cement component mainly used in the field of civil engineering and construction. More specifically, the present invention relates to a cement composition having high resistance to stress caused by drying shrinkage and external stress, excellent crack resistance, and good workability.
一般にコンクリートをはじめとするセメント組成物は脆性材料であるため、引張強度が小さく、常にひび割れ発生の危険性を有する。ひび割れが発生すると、水密性・気密性が低下し、中性化の進展や鉄筋の腐食などを引き起こし、セメント組成物の耐久性は大きく低下する。セメント組成物に発生するひび割れとしては、乾燥収縮により発生する収縮ひび割れ、荷重や変形などに伴う外部応力により発生するひび割れなどが知られている。 In general, a cement composition including concrete is a brittle material, and therefore has a low tensile strength and always has a risk of cracking. When cracks occur, the water tightness and air tightness are lowered, causing the progress of neutralization and the corrosion of reinforcing bars, and the durability of the cement composition is greatly lowered. Known cracks generated in the cement composition include shrinkage cracks generated by drying shrinkage and cracks generated by external stress accompanying load and deformation.
従来、セメント組成物のひび割れ防止技術としては、膨張材や発泡剤などの膨張性物質を添加する方法（特開２００１−３２８８５６号公報），収縮低減剤を添加する方法（特開２００２−２２６２４６号公報），膨張材と収縮低減剤を併用する方法（特開２００２−２８５１５３号公報），低発熱型セメントと膨張材を併用する方法（特開２００４−２１７５１４号公報），ポリマーを添加する方法（特開２００４−２２４６３１号公報）などが試みられている。
しかしながら、これらの技術においては、膨張材、収縮低減剤あるいはポリマーの添加量が少ない場合には十分なひび割れ抑制効果が得られず、逆に過剰添加した場合にはセメントが硬化して出来上がった硬化体の強度が低下するなどの問題が生じるため、確実なひび割れ防止効果が得られ難いという問題があった。
Conventionally, as a crack prevention technique for a cement composition, a method of adding an expansive material such as an expansion material or a foaming agent (Japanese Patent Laid-Open No. 2001-328856), a method of adding a shrinkage reducing agent (Japanese Patent Laid-Open No. 2002-226246) Gazette), a method of using an expansion material and a shrinkage reducing agent together (Japanese Patent Laid-Open No. 2002-285153), a method of using a low heat generation type cement and an expansion material (Japanese Patent Laid-Open No. 2004-217514), a method of adding a polymer ( Japanese Patent Laid-Open No. 2004-224631) has been tried.
However, in these technologies, when the amount of the expansion material, shrinkage reducing agent or polymer added is small, sufficient crack suppression effect cannot be obtained. Since problems such as a reduction in body strength occur, there is a problem that it is difficult to obtain a reliable crack prevention effect.
また、従来のひび割れ防止技術としては、セメント硬化体に高いケミカルプレストレスを導入してひび割れ耐力を向上させる方法（特開２０００−１７８０５３号公報，特開２００２−６８８１２号公報）なども提案されている。しかしながら、セメント硬化体に高いケミカルプレストレスを導入するためには、膨張力の大きい膨張材を使用したり、膨張材を多量添加する必要があるため、硬化体の拘束が不十分な場合や過大膨張が生じた場合には、硬化体の強度低下などの問題を生じる恐れがある。 In addition, as a conventional crack prevention technique, a method of improving cracking resistance by introducing high chemical prestress into a cement hardened body (JP 2000-178053 A, JP 2002-68812 A) and the like has been proposed. Yes. However, in order to introduce high chemical prestress into the hardened cement body, it is necessary to use an expansion material with a large expansion force or to add a large amount of expansion material. When the expansion occurs, there is a possibility that problems such as a decrease in strength of the cured body may occur.
また、従来技術としてはセメントを繊維補強することにより、セメント硬化体の破壊エネルギーを向上させてひび割れを防止する方法（特開平９−１３１８２７号公報，特開２００４−３５２５７５号公報）なども提案されている。しかしながら、これら繊維補強を講じる方法では、セメント組成物の作業性が低下したり、構造設計上の制約を受けたりするなどの問題がある。 In addition, as a conventional technique, a method of preventing cracking by improving the fracture energy of a hardened cement body by reinforcing the fiber of cement (Japanese Patent Laid-Open Nos. 9-131825 and 2004-352575) has been proposed. ing. However, these fiber reinforcement methods have problems such as poor workability of the cement composition and restrictions on structural design.
さらに、従来より、ひび割れ防止のために膨張材を添加すると、セメント組成物の流動性が低下し易いことが知られているが、この課題に対してはホウ酸類を添加することで流動性の低下を防止する方法（特開平１０−２２６５４９号公報）などが提案されている。しかしながら、ホウ酸類は水和を抑制する作用があり、添加量によっては凝結遅延や強度低下を生じる恐れがあるため、不用意に使用することが必ずしも好適な方法とは考えられていなかった。
本発明が解決すべき課題は、膨張材や収縮低減剤の使用量が少ないとひび割れ防止効果が期待出来ず、過剰に添加すると硬化体の強度低下などが生じ、更には、水セメント比を低くすることによって生じる施工性の低下という問題である。 The problem to be solved by the present invention is that the effect of preventing cracking cannot be expected if the amount of the expansion agent or shrinkage reducing agent used is small, and if it is added excessively, the strength of the cured product is reduced, and further, the water cement ratio is lowered. It is a problem of deterioration of workability caused by doing.
本発明は、セメントのアルカリ含有量を０．２％以下とすることにより、最少限の量の膨張材や収縮低減剤の使用で、それらのひび割れ防止性能を最大限に発揮させることをその最も主要な特徴とする。 The present invention is most effective in making the crack prevention performance to the maximum by using the minimum amount of expansion material and shrinkage reducing agent by setting the alkali content of the cement to 0.2% or less. Main features.
本件発明者が鋭意検討した結果、アルカリ含有量が０．２％以下という少ないセメントと、膨張材および収縮低減剤を、或いはそのいずれかひとつを組み合わせて使用することにより、乾燥収縮ひび割れに対する抵抗性および硬化体の破壊エネルギー共に大きく増加することをつきとめた。特に水セメント比が４０重量部以下の場合には、セメント１００重量部に対し、６〜１０重量部の膨張材を添加することで、より効果的に乾燥収縮が補償できること、収縮低減剤は、セメント１００重量部に対し、０．５〜３％重量部、より好ましくは１〜２重量部の割合で用いることが、ひび割れ抑制効果を得ることをつきとめた。 As a result of diligent study by the present inventors, resistance to dry shrinkage cracking can be obtained by using a cement having a low alkali content of 0.2% or less, an expansion material and a shrinkage reducing agent, or a combination thereof. It was also found that the fracture energy of the cured product increased greatly. In particular, when the water cement ratio is 40 parts by weight or less, the addition of 6 to 10 parts by weight of an expanding material to 100 parts by weight of cement can more effectively compensate for drying shrinkage, It has been found that the use of 0.5 to 3% by weight, more preferably 1 to 2 parts by weight, with respect to 100 parts by weight of cement obtains a crack suppressing effect.
「ＪＩＳ規格Ｒ５２１０ポルトランドセメント」において、ポルトランドセメントの全アルカリ量（Ｎａ2Ｏ当量換算値）は、アルカリ骨材反応を抑制する目的で０．７５％以下と定められており、さらに「ＪＩＳ規格Ｒ５２１０付属書」では、骨材がアルカリ反応性を有する場合に対処する目的で、全アルカリ量を０．６％以下とする低アルカリ形のポルトランドセメントが規定されている。
コンクリート中に存在するアルカリは、その量が多い場合に、ある種の骨材に含まれる特定の鉱物やガラスと反応し、コンクリートの膨張性ひび割れやポップアップを生じるアルカリ骨材反応の原因となることがある。ここでアルカリ量とは、コンクリートの主要構成材料であるセメント中の酸化ナトリウムと酸化カリウムの総和をいい、それらふたつを酸化ナトリウムに換算した量で定めている。
本発明に係るセメント組成物では、全アルカリ量が０．２％以下という低い値のセメントを用いるが、全アルカリ量が０．０５〜０．１５％のセメントがより好ましい。全アルカリ量が０．２％以下のセメントを、膨張材および収縮低減剤と、或いはそのいずれかと組み合わせて用いることにより、セメント組成物の乾燥収縮ひび割れに対する抵抗性およびセメントが硬化して出来た硬化体の破壊に要する破壊エネルギーが共に大きく増加するため、セメント硬化体のひび割れ抵抗性を著しく向上させることが可能となる。さらに、全アルカリ量が０．０５〜０．１５％のセメントを用いると、ひび割れ抵抗性の向上効果がより顕著に発揮されるので、より好ましい。また、アルカリ量以外の品質については特に制約はなく、「ＪＩＳ規格Ｒ５２１０ポルトランドセメント」に準ずる品質であれば、本願発明で使用するセメントとして好適に使用できる。
In “JIS Standard R5210 Portland Cement”, the total alkali amount (Na 2 O equivalent value) of Portland cement is determined to be 0.75% or less for the purpose of suppressing alkali-aggregate reaction. Furthermore, “JIS Standard R5210 In the “Appendix”, a low alkali type Portland cement having a total alkali amount of 0.6% or less is defined for the purpose of dealing with the case where the aggregate has alkali reactivity.
When there is a large amount of alkali present in concrete, it reacts with certain minerals and glass contained in certain aggregates, causing an alkali-aggregate reaction that causes concrete to expand and crack and pop up. There is. Here, the alkali amount refers to the sum of sodium oxide and potassium oxide in cement, which is the main constituent material of concrete, and is determined by the amount of these two converted to sodium oxide.
In the cement composition according to the present invention, a cement having a low total alkali amount of 0.2% or less is used, but a cement having a total alkali amount of 0.05 to 0.15% is more preferable. Cement with a total alkali amount of 0.2% or less is used in combination with an expansion agent and / or shrinkage reducing agent, and in combination with resistance to dry shrinkage cracking of the cement composition and hardening caused by hardening of the cement. Since the breaking energy required for breaking the body is greatly increased, the crack resistance of the hardened cement can be remarkably improved. Furthermore, it is more preferable to use a cement having a total alkali amount of 0.05 to 0.15% because the effect of improving crack resistance is more remarkably exhibited. Moreover, there is no restriction | limiting in particular about quality other than the amount of alkalis, and if it is quality based on "JIS specification R5210 Portland cement", it can be used conveniently as a cement used by this invention.
本願発明で用いるアルカリ量の低いセメントの製造方法については特に限定されず、原料成分と焼成条件を調整することでアルカリ量を低減する方法（特開２０００−２８１３９５号公報）や、塩素含有可燃物を燃料として用いることでアルカリ量の少ないセメントクリンカを製造する方法（特開２００２−５９１１４号公報）などの様々な方法によってアルカリ量を低く製造したセメントを広く採用できる。
セメントの使用量は特に限定されず、セメント組成物の用途に応じて適宜定めることができる。通常、コンクリートの場合には単位量として２５０〜６００ｋｇ／ｍ３の範囲で用いられる。また、プレストレストコンクリート構造物などに使用されるＰＣグラウトのようにセメントペーストとして用いる場合には、１４００ｋｇ／ｍ３を超える単位量も使用できる。
The method for producing a low-alkaline cement used in the present invention is not particularly limited, and a method for reducing the alkali amount by adjusting raw material components and firing conditions (Japanese Patent Laid-Open No. 2000-281395) or a chlorine-containing combustible material As a fuel, it is possible to widely use cement produced with a low alkali amount by various methods such as a method for producing a cement clinker with a low alkali amount (Japanese Patent Laid-Open No. 2002-59114).
The usage-amount of cement is not specifically limited, It can determine suitably according to the use of a cement composition. Usually, in the case of concrete, it is used in the range of 250 to 600 kg / m 3 as a unit amount. Moreover, when using it as a cement paste like PC grout used for a prestressed concrete structure etc., the unit amount exceeding 1400 kg / m < 3 > can also be used.
本発明で用いる膨張材としては、カルシウムサルフォアルミネート系膨張材等の公知のものを用いることができる。膨張材の使用量は、セメント１００重量部に対し３〜１０重量部の割合で用いるのが好ましく、６〜１０重量部がより好ましい。本発明のセメント組成物は、膨張材の使用量を少なくしてひび割れの発生を効果的に抑制させるものであり、膨張材の多量使用によって生じる過大膨張の結果としての強度低下を防ぐことができる。また、過度の膨張材の使用による不経済を排除できる。しかしながら、膨張材の使用量が３重量部未満の場合には、十分なひび割れ抑制効果が得られず、３重量部以上であることが好ましい。 As the expansion material used in the present invention, known materials such as calcium sulfoaluminate-based expansion materials can be used. The amount of the expansion material used is preferably 3 to 10 parts by weight, more preferably 6 to 10 parts by weight, based on 100 parts by weight of cement. The cement composition of the present invention effectively suppresses the occurrence of cracks by reducing the amount of expansion material used, and can prevent a decrease in strength as a result of excessive expansion caused by the large amount of expansion material used. . Moreover, the uneconomical due to the excessive use of the expansion material can be eliminated. However, when the amount of the expansion material used is less than 3 parts by weight, a sufficient crack suppressing effect cannot be obtained, and the amount is preferably 3 parts by weight or more.
本発明で用いる収縮低減剤としては、セメント組成物中に含まれる水の表面張力を低減させることで、セメント組成物の乾燥収縮を抑制する作用を発揮するものであれば特に限定されず、ポリオキシアルキレン系等の公知のものを用いることができる。収縮低減剤の使用量は、セメント１００重量部に対し０．５〜３重量部の割合で用いるのが好ましく、１〜２重量部がより好ましい。本発明のセメント組成物は収縮低減剤の使用量を少なくしてひび割れの発生を効果的に抑制させるものであり、収縮低減剤の多量使用によって生じる凝結遅延や強度低下を生じさせない。また過度の収縮低減剤の使用による不経済を排除できる。しかしながら、収縮低減剤の使用が０．５重量部未満の場合には、十分なひび割れ抑制効果が得られない。
本発明のセメント組成物は、膨張材、或いは収縮低減剤のいずれか、或いはその双方を使用してセメントと組み合わせるもので、単独に使用する場合に比べ、双方を使用することの方がひび割れの発生をより効果的に抑制できる。また、膨張材と収縮低減剤を併用する場合の各々の使用量は、単独使用の場合と同様である。
The shrinkage reducing agent used in the present invention is not particularly limited as long as it exhibits an action of suppressing the drying shrinkage of the cement composition by reducing the surface tension of water contained in the cement composition. A well-known thing, such as an oxyalkylene type, can be used. The amount of the shrinkage reducing agent used is preferably 0.5 to 3 parts by weight, more preferably 1 to 2 parts by weight with respect to 100 parts by weight of cement. The cement composition of the present invention effectively suppresses the occurrence of cracks by reducing the amount of shrinkage reducing agent used, and does not cause setting delay or strength reduction caused by the large amount of shrinkage reducing agent used. In addition, the uneconomical use of excessive shrinkage reducing agents can be eliminated. However, when the shrinkage reducing agent is used in an amount of less than 0.5 parts by weight, a sufficient crack suppressing effect cannot be obtained.
The cement composition of the present invention is combined with cement using either an expansion material, a shrinkage reducing agent, or both, and using both of them is more cracking than using them alone. Generation can be more effectively suppressed. Moreover, each usage-amount in the case of using together an expanding material and a shrinkage reducing agent is the same as that of the case of single use.
本発明に係るセメント組成物には、流動性改善や単位水量低減などの目的のために、ポリカルボン酸系減水剤を使用する。ポリカルボン酸系化合物を主成分とする減水剤を用いた場合に、少ない減水剤添加量で、良好な流動性を得ることができる。後に詳述するように、本発明では水セメント比を４０重量部以下とすることによって、よりひび割れ抵抗性を高めるのであるが、水セメント比を低くすると流動性が低下し、その施工性が低下する。これを補うために、本発明ではポリカルボン酸系減水剤を混入する。減水剤は、セメント１００重量部に対し１〜２重量部程度で十分であって、この量もセメントが含むアルカリ量が少なくなれば成る程、少なくて済む。 In the cement composition according to the present invention, a polycarboxylic acid-based water reducing agent is used for the purpose of improving fluidity and reducing the unit water amount. When a water reducing agent mainly composed of a polycarboxylic acid-based compound is used, good fluidity can be obtained with a small amount of water reducing agent added. As will be described in detail later, in the present invention, crack resistance is further improved by setting the water cement ratio to 40 parts by weight or less. However, if the water cement ratio is lowered, the fluidity is lowered and the workability is lowered. To do. In order to compensate for this, a polycarboxylic acid-based water reducing agent is mixed in the present invention. About 1 to 2 parts by weight of the water reducing agent is sufficient with respect to 100 parts by weight of cement, and the amount of water reducing agent is smaller as the amount of alkali contained in the cement decreases.
本発明に係るセメント組成物は、砂、砂利、スラグなど産業廃棄物等々の様々な粒径や材質の骨材を混入することを妨げない。また水についても限定されないが、水セメント比はセメント１００重量部に対し、４０重量部以下とする。水セメント比を低くすることでひび割れ抵抗性を高めることが出来、それは膨張材や収縮低減剤の効果をより高めることが可能となる。その他、膨張材や収縮低減剤以外の、ＡＥ剤などの混和剤も本発明のセメント組成物と混和して使用可能で、その量や種類も特に限定されない。 The cement composition according to the present invention does not prevent mixing of aggregates of various particle sizes and materials such as industrial waste such as sand, gravel and slag. Although not limited to water, the water-cement ratio is 40 parts by weight or less with respect to 100 parts by weight of cement. By reducing the water-cement ratio, the crack resistance can be increased, which can further enhance the effects of the expansion material and the shrinkage reducing agent. In addition, admixtures such as an AE agent other than the expansion material and the shrinkage reducing agent can be used by mixing with the cement composition of the present invention, and the amount and type thereof are not particularly limited.
本発明では、必要最少限の膨張材や収縮低減剤の使用に抑えることで、過大膨張による強度低下や、凝結遅延や強度低下を生じさせることがないようにするものであった。そのために、本件発明者はセメントのアルカリ含有量を０．２％以下とすることが、膨張材や収縮低減剤の性能を最大限に発揮することを突き止めたのである。
既往の研究において、セメント中のアルカリ量を低減することにより、セメント硬化体の引張りひずみ能力が増加し、その結果ひび割れ抵抗性が向上するという現象が報告されている。その作用機構は明らかではないが、セメント中のアルカリ量の差異により、セメント水和物の生成速度が変化し、その結果、セメント硬化体の微視的構造の形成に差が生じて引張りひずみ能力が増加することが予見される。
セメント中のアルカリ量を低減することのみでは、必ずしも十分なレベルまでひび割れ抵抗性を向上させるには至らない。しかしながら、本発明者が鋭意検討した結果、アルカリ量の低いセメントを使用することと合せて、膨張材又は収縮低減剤、若しくはその双方を併用することにより、セメント硬化体のひび割れ抵抗性が著しく向上することを見出し、本発明を完成するに至ったのである。
In the present invention, by suppressing the use of the minimum necessary expansion material and shrinkage reducing agent, it is possible to prevent a decrease in strength due to excessive expansion, a delay in setting or a decrease in strength. Therefore, the present inventor has found that setting the alkali content of the cement to 0.2% or less exhibits the performance of the expansion material and the shrinkage reducing agent to the maximum.
In past studies, it has been reported that reducing the amount of alkali in the cement increases the tensile strain capacity of the hardened cement, resulting in improved crack resistance. The mechanism of its action is not clear, but the difference in the amount of alkali in the cement changes the rate of cement hydrate formation, resulting in a difference in the formation of the microscopic structure of the hardened cement and its tensile strain capability. Is expected to increase.
Simply reducing the amount of alkali in the cement does not necessarily improve crack resistance to a sufficient level. However, as a result of intensive studies by the present inventors, the crack resistance of the hardened cement body is remarkably improved by using an expansion material and / or a shrinkage reducing agent in combination with using a cement having a low alkali amount. As a result, the present invention has been completed.
アルカリ量の低いセメントと膨張材との併用により、ひび割れ抵抗性が著しく向上する理由としては、アルカリ量の低いセメントが膨張作用をより効果的に発揮させ得るものと考えられる。アルカリ量の低いセメントは引張りひずみ能力が大きいことは知られているが、この引張りひずみ能力が大きいセメントを用いると、膨張時にセメント組織中に蓄えられる弾性エネルギーも当然大きくなることから、膨張材の膨張作用がより効果的に発揮され、セメント硬化体中に大きなプレストレスが導入できるため、ひび割れ抵抗性が著しく向上するものと考えられる。また、このように膨張作用が効果的に発揮されることから、膨張材の添加量が比較的少ない場合でも、ひび割れ抵抗性の向上効果が十分に得られるものと思われる。
一方、アルカリ量の低いセメントと収縮低減剤との併用効果については、次のように考えられる。セメント硬化体が乾燥を受けると硬化体空隙中の水が逸散し、それに伴う毛細管張力によりセメント硬化体は収縮して、ひび割れを生じる。収縮低減剤はセメント硬化体空隙中の水の表面張力を低下させる働きがあり、それにより毛細管張力が低減し、収縮ひび割れが抑制される。本発明者の研究の結果、アルカリ量の低いセメントの硬化体は、全空隙量が少なく、特に乾燥収縮への影響が大きい空隙径が３〜５０ｎｍである空隙の量が少ないことが確認されている。収縮低減剤はセメント硬化体中の空隙中の水に作用することから、アルカリ量の低いセメントからなる空隙量の少ない硬化体においては、収縮低減剤が限られた空隙中の水に対し重点的に作用するため、収縮低減作用がより効果的に発揮されるものと考えられる。また、このように収縮低減作用が効果的に発揮されることから、収縮低減剤の添加量が比較的少ない場合でも、ひび割れ抵抗性の向上効果が十分に得られるものと思われる。
The reason why the crack resistance is remarkably improved by the combined use of the cement having a low alkali amount and the expansion material is considered that the cement having a low alkali amount can exert the expansion action more effectively. Cement with a low alkali amount is known to have a large tensile strain capability, but if a cement with a large tensile strain capability is used, the elastic energy stored in the cement structure during expansion naturally increases. Since the expansion action is more effectively exhibited and a large prestress can be introduced into the hardened cement body, it is considered that the crack resistance is remarkably improved. Further, since the expansion action is effectively exhibited in this way, it is considered that the effect of improving crack resistance can be sufficiently obtained even when the amount of the expansion material added is relatively small.
On the other hand, the combined use effect of the cement having a low alkali amount and the shrinkage reducing agent is considered as follows. When the hardened cement body is dried, the water in the voids of the hardened body is dissipated, and the hardened cement body contracts due to the capillary tension associated therewith, resulting in cracks. The shrinkage reducing agent has a function of reducing the surface tension of water in the cement cement voids, thereby reducing capillary tension and suppressing shrinkage cracking. As a result of the inventor's research, it was confirmed that the hardened body of cement having a low alkali amount has a small amount of voids, particularly a void diameter of 3 to 50 nm, which has a large influence on drying shrinkage. Yes. The shrinkage reducing agent acts on the water in the voids in the hardened cementitious body. Therefore, in the hardened material with a small amount of voids made of cement with a low alkali amount, the shrinkage reducing agent is focused on the water in the voids with limited space. Therefore, it is considered that the shrinkage reducing action is more effectively exhibited. Further, since the shrinkage reducing effect is effectively exhibited in this way, it is considered that the effect of improving crack resistance can be sufficiently obtained even when the amount of the shrinkage reducing agent added is relatively small.
本発明のセメント組成物は、アルカリ量の低いセメントを用い、これと膨張材や収縮低減剤とを組み合わせ、さらに水セメント比を４０重量部以下とすることで、高いひび割れ抵抗性を発揮することを可能としている。しかしながら、一般に水セメント比を低減すると流動性が低下し、所要の施工品質が確保しにくくなるため、流動性の低下を防止する方策が必要となる。
通常、水セメント比を低減し、かつ高い流動性を確保するためには、分散効果の高い減水剤を比較的多量に使用する必要があるが、減水剤を多量に用いると、セメント組成物の硬化遅延や強度低下が生じるため好ましくない。本発明者が鋭意検討した結果、アルカリ量の低いセメントを用いる本発明のセメント組成物においては、減水剤として、ポリカルボン酸系減水剤を用いることにより、減水剤の使用量が比較的少なくても十分な流動性が得られることを見出し、高いひび割れ抵抗性と高い流動性を両立させることができた。
減水剤の使用量が比較的少なくても十分な流動性が得られる理由としては、次のように考えられる。既往の研究において、セメント中のアルカリ（ナトリウム、カリウム）は、硫酸アルカリ（硫酸ナトリウム、硫酸カリウム）の形態で存在しており、ポリカルボン酸系減水剤を用いた場合に硫酸イオンが多く存在するとセメント組成物の流動性が低下することが報告されている。そして、その作用機構としては、硫酸イオンがポリカルボン酸系減水剤の分散効果（立体障害効果）を低減するためと説明されている。本発明のセメント組成物は、アルカリ量が極めて低いセメントを用いているため、硫酸アルカリから溶出してポリカルボン酸系減水剤の分散効果を阻害する働きのある硫酸イオンが僅かしか存在しないと推察される。そのため、減水剤の使用量が比較的少なくても、十分な分散効果が発揮でき、高い流動性が得られるものと考えられる。
The cement composition of the present invention exhibits high crack resistance by using a cement with a low alkali amount, combining this with an expansion material and a shrinkage reducing agent, and further reducing the water cement ratio to 40 parts by weight or less. Is possible. However, in general, when the water cement ratio is reduced, the fluidity is lowered, and it becomes difficult to ensure the required construction quality, so a measure for preventing the fluidity from being lowered is required.
Usually, in order to reduce the water cement ratio and ensure high fluidity, it is necessary to use a relatively large amount of water reducing agent having a high dispersion effect. However, if a large amount of water reducing agent is used, It is not preferable because curing delay and strength reduction occur. As a result of intensive studies by the present inventors, in the cement composition of the present invention using a cement having a low alkali amount, the amount of the water reducing agent used is relatively small by using a polycarboxylic acid-based water reducing agent as the water reducing agent. However, it was found that sufficient fluidity can be obtained, and it was possible to achieve both high crack resistance and high fluidity.
The reason why sufficient fluidity can be obtained even when the amount of the water reducing agent used is relatively small is considered as follows. In past studies, alkali (sodium, potassium) in cement exists in the form of alkali sulfate (sodium sulfate, potassium sulfate), and when a polycarboxylic acid water reducing agent is used, there are many sulfate ions. It has been reported that the fluidity of cement compositions is reduced. And as the mechanism of action, it is explained that sulfate ions reduce the dispersion effect (steric hindrance effect) of the polycarboxylic acid-based water reducing agent. Since the cement composition of the present invention uses a cement with an extremely low alkali amount, it is presumed that there are few sulfate ions that are eluted from the alkali sulfate and have a function of inhibiting the dispersion effect of the polycarboxylic acid-based water reducing agent. Is done. Therefore, even if the amount of the water reducing agent used is relatively small, it is considered that a sufficient dispersion effect can be exhibited and high fluidity can be obtained.
本発明では、以上のような全く新たな視点の下で、その最も効果的な値を実証的に得たものであって、単なる低アルカリ量のセメントと、膨張材や収縮低減剤の配合、或いは水セメント比の制限、及び減水剤の添加との組み合わせではなく、アルカリ量を低くすることによって、他の材料の効果を最大限に発揮可能としたもので、その予想を遥かに上回る効果を上げた発明となっている。従って、本発明は従来の技術の単なる組み合わせではなく、極めて斬新で理論的にも実証的にも新規で効果的な発明である。 In the present invention, under the completely new viewpoint as described above, the most effective value has been empirically obtained, and the composition of a simple low alkali amount cement, an expansion material and a shrinkage reducing agent, Or, it is not a combination of limiting the water cement ratio and adding a water reducing agent. It is a raised invention. Therefore, the present invention is not a mere combination of conventional techniques, but is a novel and effective invention that is extremely novel and theoretically and empirically.
本発明に係るセメント組成物は、アルカリ含有量が０．２％以下のセメントを使用して、これと膨張材や収縮低減剤とを組み合わせて、更に水セメント比を４０重量部以下とすることによって、十分なひび割れに対する抵抗性を得ることが可能である。これにより、乾燥収縮応力や外部応力に起因するひび割れを効果的に防止できる。また、硬化した後の硬化体を破壊するに必要な破壊エネルギーの値が大きなものとなった。したがって、高耐久コンクリートや補修・補強材料として好適に使用できる。また、膨張材や収縮低減剤の使用は必要最少限とすることが可能となって、過大膨張による強度低下や、凝結遅延や強度低下などを引き起こさない。つまりは、本発明では、必要最少限の膨張材や収縮低減剤の使用と、十分なひび割れ抑制という複数の高い目的を一挙に達成したもので、それはセメントのアルカリ含有量を０．２以下とすることによってこそ、初めて実現可能であった。 The cement composition according to the present invention uses a cement having an alkali content of 0.2% or less and combines this with an expansion material or a shrinkage reducing agent to further reduce the water cement ratio to 40 parts by weight or less. Thus, sufficient resistance to cracking can be obtained. Thereby, the crack resulting from drying shrinkage stress or external stress can be prevented effectively. Moreover, the value of the destruction energy required for destroying the hardening body after hardening became a big thing. Therefore, it can be suitably used as high durability concrete or repair / reinforcement material. In addition, the use of an expansion material and a shrinkage reducing agent can be minimized, and it does not cause a decrease in strength due to excessive expansion, a setting delay, a decrease in strength, or the like. In other words, in the present invention, the use of the minimum necessary expansion material and shrinkage reducing agent and a plurality of high objectives of sufficient crack suppression were achieved at once, and it reduced the alkali content of the cement to 0.2 or less. It was only possible to do so.
また、水セメント比を低くすることによって、更により良好なひび割れ抵抗性を得ることが可能となったもので、そのために低下した流動性を、ポリカルボン酸系化合物を主成分とする減水剤を使用することによって回復し、施工性を良好なものとした。この場合も、アルカリ量が０．２％以下という低い値であることによって、減水剤の使用量を必要最小限とすることができ、セメント組成物の硬化遅延や強度低下が生じないという効果を得ることができた。 In addition, by making the water cement ratio low, it has become possible to obtain even better crack resistance. For this reason, the reduced fluidity is reduced by a water reducing agent mainly composed of a polycarboxylic acid compound. It was recovered by use and the workability was improved. Also in this case, since the alkali amount is a low value of 0.2% or less, the amount of the water reducing agent used can be minimized, and there is an effect that the curing delay and the strength reduction of the cement composition do not occur. I was able to get it.
この発明では、セメントのアルカリ含有量を０．２％以下とし、これに膨張材や収縮低減剤を混入し、ポリカルボン酸系減水剤を添加するもので、膨張材、収縮低減剤、或いは減水剤の量は、強度低下や凝結遅延などが生じない必要最少限の量を選択して使用するものである。 In this invention, the alkali content of the cement is 0.2% or less, an expansion material or a shrinkage reducing agent is mixed into this, and a polycarboxylic acid-based water reducing agent is added. The amount of the agent is selected and used in the minimum amount that does not cause a decrease in strength or a delay in setting.
本発明の実施例、およびその比較例に使用したセメントの性質及びその化学成分は、表１に示す。表１中、Ｃ１〜Ｃ５のセメントは、本発明に使用可能なアルカリ量０．２％以下のセメントであり、Ｃ６およびＣ７は、アルカリ量が２．０％を超える比較例にのみ使用可能なセメントである。膨張材としてはカルシウムサルフォアルミネート膨張材（市販品）、収縮低減剤としてはポリオキシアルキレン系収縮低減剤（市販品）、減水剤としてはポリカルボン酸系高性能ＡＥ減水剤（市販品）をそれぞれ使用した。細骨材としては、密度２．６２ｇ／ｃｍ3、吸水率１．９０％、粗粒率２．７２の陸砂を使用した。水は上水道水である。 Table 1 shows the properties and chemical components of the cements used in the examples of the present invention and the comparative examples. In Table 1, C1-C5 cements are cements having an alkali amount of 0.2% or less that can be used in the present invention, and C6 and C7 can be used only in comparative examples in which the alkali amount exceeds 2.0%. Cement. Calcium sulfoaluminate expansion agent (commercial product) as expansion material, polyoxyalkylene-based shrinkage reduction agent (commercial product) as shrinkage reduction agent, polycarboxylic acid-based high-performance AE water reduction agent (commercial product) as water reducing agent Were used respectively. As fine aggregate, land sand having a density of 2.62 g / cm 3 , a water absorption rate of 1.90%, and a coarse particle rate of 2.72 was used. The water is tap water.
既述したセメント、膨張材、収縮低減剤、減水剤、細骨材、水分の配合を表２〜表４に示す。表２に記載したのは、各材料の配合量を変えて複数実施した本発明の実施例であって、表３及び表４に記載した配合表は、本発明の実施結果と比較するデータを得るための、比較例を複数記載してある。 Tables 2 to 4 show the combinations of the cement, the expansion material, the shrinkage reducing agent, the water reducing agent, the fine aggregate, and the moisture described above. Listed in Table 2 are examples of the present invention that were carried out by changing the blending amounts of the respective materials. The blending tables described in Tables 3 and 4 show data to be compared with the results of the present invention. A plurality of comparative examples for obtaining are described.
表２〜表４に示すセメント組成物を「ＪＩＳ規格Ｒ５２０１セメントの物理試験方法」に準じた方法で調整し、「ＪＩＳ規格Ａ１１５１拘束されたコンクリートの乾燥収縮ひび割れ試験方法」に準じた方法で乾燥収縮ひび割れ発生日数を測定した。また、全アルカリ量が０．３１％のセメント（Ｃ６）を含むセメント組成物の乾燥収縮ひび割れ発生日数（ＴＣ６）を基準として、それに対する各セメント組成物のひび割れ発生日数（Ｔ）の比率（Ｔ／ＴＣ６）を算出した。その結果を表５〜表８に示す。表５は、膨張材および収縮低減剤を使用していない比較例であって、表６に示すのは、膨張材のみを使用した場合の本発明の実施例と、その比較例を記載してある。表７には収縮低減剤のみを使用した場合の結果を記載してあり、上段にはアルカリ量の高いＣ６のセメントを使用した比較例を記載してあり、下段にはそれと比較する本発明の実施例と比較例を記載してある。表８には、膨張材と収縮低減剤の双方を使用した場合の、実施例と比較例が記載してある。
これらの表を総合して比較すると、アルカリ含有量が０．２％以下のセメントを含む本発明実施例のセメント組成物の乾燥収縮ひび割れ発生日数は、同一の配合と養生方法で作成したアルカリ含有量が０．３％以上のセメントを含むセメント組成物の乾燥収縮ひび割れ発生日数に比べ２倍以上となっており、乾燥収縮ひび割れに対する抵抗性が著しく向上している。また、水セメント比による違いでは、表６において、水セメント比を４０重量部以上の場合（５５重量部）とした比較例４などは、他の条件を同じくした実施例１，２と比較して、ひび割れ発生日数が短くなっている。つまりは水セメント比を低くすることが、よりひび割れ抵抗性を向上させることが理解できる。この傾向は、同表６の他の実施例と比較例の比較（例えば実施例２０，２１と比較例１９等）においても、その傾向が見出せる。この傾向は、表７における収縮低減剤のみを使用した場合においても、他の条件を同じくして行った実施例と比較例との比較を見れば同様である。
The cement compositions shown in Tables 2 to 4 were prepared by a method according to “JIS Standard R5201 Cement Physical Test Method” and dried by a method according to “JIS Standard A1151 Restrained Concrete Shrinkage Cracking Test Method”. The number of shrinkage crack occurrence days was measured. Further, based on the dry shrinkage cracking days (T C6 ) of the cement composition containing cement (C6) having a total alkali amount of 0.31%, the ratio of the cracking days (T) of each cement composition to the ratio (T T / TC6 ) was calculated. The results are shown in Tables 5 to 8. Table 5 is a comparative example using no expansion material and shrinkage reducing agent, and Table 6 shows an example of the present invention in which only the expansion material is used and its comparative example. is there. Table 7 shows the results when only the shrinkage reducing agent is used. The upper part shows a comparative example using a C6 cement with a high alkali amount, and the lower part shows the comparison result of the present invention. Examples and comparative examples are described. Table 8 describes examples and comparative examples in the case where both the expansion material and the shrinkage reducing agent are used.
Comparing these tables together, the days of dry shrinkage cracking of the cement compositions according to the examples of the present invention containing cement with an alkali content of 0.2% or less are the same as those containing the alkalis prepared by the same formulation and curing method. The amount of drying shrinkage cracking is more than twice as long as that of the cement composition containing 0.3% or more of cement, and the resistance to drying shrinkage cracking is remarkably improved. Further, regarding the difference depending on the water cement ratio, in Table 6, Comparative Example 4 in which the water cement ratio is 40 parts by weight or more (55 parts by weight) is compared with Examples 1 and 2 in which other conditions are the same. As a result, the number of days in which cracks occur is shortened. In other words, it can be understood that lowering the water-cement ratio improves crack resistance. This tendency can also be found in comparisons between other examples in the same table 6 and comparative examples (for example, Examples 20 and 21 and Comparative Example 19). Even when only the shrinkage reducing agent in Table 7 is used, this tendency is the same when the comparison between the example and the comparative example performed under the other conditions is the same.
以上の結果を総合して評価すると、アルカリ量０．２％以下のセメントに膨張材や収縮低減剤を組み合わせ、水セメント比を低く抑えることが、それら混和材の性能を著しく発揮させることが理解できるが、更に特筆すべきは、膨張材と収縮低減剤の双方を使用した場合にこそ、その効果が著しいことが見て取れる。ひび割れ発生日数の観点から見ると、表８の実施例における膨張材が４重量部という少ない量であるにも関わらず、収縮低減剤を０．７５重量部配合しただけで、表６における膨張材が同量の４重量部の実施例１１と比較して、倍以上のひび割れ発生日数を要している。これは、膨張材と収縮低減剤の併用による相乗効果が働いたことを示すのもので、少ない量でより大きな効果を得たと結論づけられる。 Comprehensively evaluating the above results, it is understood that combining an expansion material or shrinkage reducing agent with a cement with an alkali amount of 0.2% or less and keeping the water cement ratio low will exert the performance of these admixtures remarkably. Although it is possible, it should be noted that the effect is remarkable only when both the expansion material and the shrinkage reducing agent are used. From the viewpoint of the number of days in which cracks occur, the expansion material in Table 6 can be obtained by adding only 0.75 parts by weight of the shrinkage reducing agent in spite of the small amount of the expansion material in the examples of Table 8 being 4 parts by weight. However, compared with 4 parts by weight of Example 11 of the same amount, the number of crack generation days is more than doubled. This indicates that the synergistic effect of the combined use of the expansion material and the shrinkage reducing agent worked, and it can be concluded that a larger effect was obtained with a smaller amount.
表２および表３に示す配合のセメント組成物を「ＪＩＳ規格Ｒ５２０１セメントの物理試験方法」に準じた方法で調整し、「ＪＩＳ規格Ｒ１１２９モルタルの長さ変化試験方法」に準じた測定方法で、２０℃、６０％Ｒ．Ｈ．の環境条件での硬化体の長さ変化を、材齢２４時間後を基点として測定した。その結果を表９に示す。アルカリ含有量が０．２％以下のセメントとセメント１００重量部に対し６〜１０重量部の膨張材を含み、水セメント比が４０％以下である本発明実施例のセメント組成物の長さ変化は、材齢５６日以降も膨張側であり、つまりは収縮ひび割れを起こすまでの日数が長くなっていることが理解できる。比較例４，９，１４，１９は、水セメント比を５５重量部とした場合であるが、材齢９１日では軒並み、膨張が収縮に転じているか、収縮長さが増加している。これに対し、水セメント比以外の他の配合割合を同じにした実施各例では、収縮しているケースは無く、全て膨張を維持している。結局、水セメント比を低くすることの方がより長期間乾燥収縮が遅れ、ひび割れ発生が遅延するということが分る。 A cement composition having the composition shown in Table 2 and Table 3 was adjusted by a method according to “JIS Standard R5201 Cement Physical Test Method” and a measurement method according to “JIS R1129 Mortar Length Change Test Method” 20 ° C., 60% R.D. H. The change in the length of the cured product under the environmental conditions was measured based on 24 hours after the age of the material. The results are shown in Table 9. Length change of the cement composition according to the embodiment of the present invention, in which the alkali content is 0.2% or less and the cement composition is 6 to 10 parts by weight relative to 100 parts by weight of the cement and the water cement ratio is 40% or less. It can be understood that the material is still on the expansion side after the age of 56 days, that is, the number of days until shrinkage cracking occurs. Comparative Examples 4, 9, 14, and 19 are cases where the water-cement ratio is 55 parts by weight, but at the age of 91 days, the expansion has turned into shrinkage or the shrinkage length has increased. On the other hand, in each Example which made the mixture ratio other than water cement ratio the same, there is no case which has shrunk and all are expanding. Eventually, it can be seen that lowering the water-cement ratio delays drying shrinkage for a longer period and delays the occurrence of cracks.
表２および表３に示す配合のセメント組成物を「ＪＩＳ規格Ｒ５２０１セメントの物理試験方法」に準じた方法で調整し、同方法のモルタルフロー試験方法に準じて、無打振でフロー値を測定した。その結果を次の表１３に示す。本発明実施例の膨張材を含むセメント組成物は、アルカリ含有量が０．３％を超えるセメントを含む比較例のセメント組成物に比べ、少ない減水剤配合量で同等以上の流動性が得られることが理解できる。一般に、水セメント比が低い場合には組成物の流動性が劣るため、施工性が低下するが、このポリカルボン酸系減水剤を使用することにより流動性を高め、施工性を向上させることが可能となる。減水剤の量についても、アルカリ量が低くとも、アルカリ量が高いセメントを使用した場合と比較して、少ない量の減水剤でフロー値を得ている。例えば実施例２のアルカリ量０．０３％のセメントを使用した場合は、１．２０重量部の減水剤の配合で、２１１ｍｍのフロー値を得ており、アルカリ量が０．３％以上の比較例３０，４４であると、減水剤を２重量部以上配合して、２００ｍｍ程度のフロー値を確保している。これはつまり、アルカリ量を低くすることが、減水剤の使用量も抑えることが出来ることを意味している。 The cement compositions shown in Tables 2 and 3 were adjusted by a method according to “JIS Standard R5201 Cement Physical Test Method” and the flow value was measured without vibration in accordance with the mortar flow test method of the same method. did. The results are shown in Table 13 below. The cement composition containing the expansion material according to the embodiment of the present invention has a fluidity equal to or higher than the cement composition of the comparative example containing a cement having an alkali content exceeding 0.3% with a small amount of water reducing agent. I understand that. Generally, when the water-cement ratio is low, the flowability of the composition is inferior, and thus the workability is lowered. However, using this polycarboxylic acid-based water reducing agent can improve the flowability and improve the workability. It becomes possible. As for the amount of the water reducing agent, even when the alkali amount is low, the flow value is obtained with a small amount of the water reducing agent as compared with the case of using cement with a high alkali amount. For example, when the cement of Example 2 with an alkali amount of 0.03% was used, a flow value of 211 mm was obtained with a blend of 1.20 parts by weight of a water reducing agent, and the alkali amount was 0.3% or more. In Examples 30 and 44, 2 parts by weight or more of a water reducing agent is blended to secure a flow value of about 200 mm. This means that reducing the amount of alkali can also reduce the amount of water reducing agent used.
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