JP4244266B2 - Cement admixture and cement composition - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、主に、土木・建築分野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。
【０００２】
【従来の技術】
セメント・コンクリートのひび割れ低減や曲げ耐力の向上は、コンクリート構造物の信頼性、耐久性、美観等の観点から最も重要であり、これらを改善するためセメント系膨張材の開発が行われてきたが、更なる技術の進展が望まれている。セメント系膨張材としては、例えば、遊離石灰−アウイン−無水セッコウ系膨張材（特公昭42-21840号公報）や遊離石灰−カルシウムシリケート−無水セッコウ系膨張材（特公昭53-31170号公報）等が知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
近年、コンクリートの高性能化を目的に、高流動コンクリートや高強度コンクリートの開発が盛んに行われているものの、これら高性能コンクリートにおいては、セメント系膨張材の効果が十分に発揮されない点が指摘され、膨張材の混和率が小さくても大きな膨張性を付与できる、膨張性能の優れた膨張材の開発が待たれている。
【０００４】
また、最近では従来の仕様規定型の設計体系から、性能規定型の設計体系への移行が検討されており、これまでやや軽視されていたコンクリートの耐久性についても明確な性能規定が定められる方向にある。即ち、ひび割れに対する耐久性について、その影響を定量化することが検討されているため、ひび割れの低減は一層重要な課題となってきている。従って、使用量が少なく、経済的負担が小さく、ひび割れ低減に効果のある優れた膨張性能を有するセメント系膨張材が不可欠である。
【０００５】
本発明者らは、これらの課題を解決すべく種々の検討を重ねた結果、特定のセメント混和材を使用することにより、前記課題が解決できるとの知見を得て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、ＣａＯ原料、ＭｇＯ原料、ＳｉＯ2原料及びＣａＳＯ4原料を熱処理して得られる物質であって、遊離石灰、遊離マグネシア、カルシウムシリケート及び無水セッコウを含有してなるセメント混和材であり、遊離石灰含有率が３０〜６５％、遊離マグネシア含有率が１〜１０％であることを特徴とする該セメント混和材であり、更にセメントと、該セメント混和材とを含有してなるセメント組成物である。
なお、本発明で用いる部、％は質量単位を表す。
【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】
本発明のセメント混和材は、遊離石灰、遊離マグネシア、カルシウムシリケート及び無水セッコウを含有してなるものであり、その割合については特に限定されるものではないが、セメント混和材１００部中、遊離石灰は３０〜６５部が好ましく、４０〜５５部がより好ましい。遊離マグネシアは１〜１０部が好ましく、２〜７部がより好ましい。カルシウムシリケートは５〜４４部が好ましく、１０〜４０部がより好ましい。さらに、無水セッコウは５〜３５部が好ましく、１０〜３０部がより好ましい。セメント混和材中の各化合物の組成割合が前記範囲を外れると、優れた膨張性能が得られない場合がある。
【０００９】
本発明のカルシウムシリケートとは、ＣａＯ−ＳｉＯ2系化合物を総称するものであり、特に限定されるものではないが、ＣａＯをＣ、ＳｉＯ2をＳと略記すると、Ｃ3ＳやＣ2Ｓ、さらにＣ2Ｓ・ＣａＳＯ4等の化合物が知られている。
【００１０】
本発明のセメント混和材は、ＣａＯ原料、ＭｇＯ原料、ＳｉＯ2原料及びＣａＳＯ4原料を熱処理して、遊離石灰、遊離マグネシア、カルシウムシリケート及び無水セッコウからなるクリンカーを合成してこれを粉砕して製造される。遊離石灰、遊離マグネシア、カルシウムシリケート及び無水セッコウを別々に合成し、これらを混合したものでは、本発明のような効果は得られない。
【００１１】
ＣａＯ原料、ＭｇＯ原料、ＳｉＯ2原料及びＣａＳＯ4原料を熱処理して、遊離石灰、遊離マグネシア、カルシウムシリケート及び無水セッコウからなるクリンカーを合成したかどうかは、例えば、粉砕物中の１００μｍ以上の粗粒子を顕微鏡観察(SEM-EDS)等を行い、その粒子中に遊離石灰、遊離マグネシア、カルシウムシリケート及び無水セッコウが混在していることを確認することによって判別できる。
【００１２】
本発明のセメント混和材を製造する際の熱処理温度であるが、１１００〜１６００℃の範囲が好ましく、１２００〜１５００℃の範囲がより好ましい。１１００℃未満では、得られたセメント混和材の膨張性能が十分でなく、１６００℃を超えると無水セッコウが分解する場合がある。
【００１３】
ＣａＯ原料としては、石灰石や消石灰等が挙げられ、ＭｇＯ原料としては、ドロマイト質や炭酸マグネシウム、酸化マグネシウム及び水酸化マグネシウム等が挙げられ、ＳｉＯ2原料としては、粘土質や珪石等が挙げられ、ＣａＳＯ4原料としては、二水セッコウ、半水セッコウ及び無水セッコウ等が挙げられる。
【００１４】
本発明のセメント混和材には、主成分のＣａＯ、ＭｇＯ、ＳｉＯ2、ＳＯ3の他に各種の不純物が存在し、その具体例としては、Ａｌ2Ｏ3、Ｆｅ2Ｏ3、ＴｉＯ2、Ｐ2Ｏ5、Ｎａ2Ｏ、Ｋ2Ｏ、フッ素、塩素等が挙げられ、本発明の目的を実質的に阻害しない範囲では特に問題とはならない。
【００１５】
本発明のセメント混和材の粒度は、特に限定されるものではないが、通常、ブレーン比表面積で１５００〜９０００ｃｍ2／ｇが好ましく、２５００〜４０００ｃｍ2／ｇがより好ましい。セメント混和材の粒度がブレーン比表面積で１５００ｃｍ2／ｇ未満では、長期耐久性が悪くなる場合があり、９０００ｃｍ2／ｇを超えると充分な膨張性能が得られない場合がある。
【００１６】
本発明のセメント混和材の配合量は、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部中、３〜１２部が好ましく、５〜１０部がより好ましい。３部未満では、充分な膨張性能が得られない場合があり、１２部を超えて使用すると長期耐久性が悪くなる場合がある。
【００１７】
本発明のセメントとしては、普通セメント、早強、超早強、低熱及び中庸熱等各種ポルトランドセメントと、これらセメントに、高炉スラグ、フライアッシュ及びシリカを混合した各種混合セメント、並びに石灰石粉末等を混合したフィラーセメント等がある。
【００１８】
本発明では、減水剤、高性能減水剤、ＡＥ減水剤、高性能ＡＥ減水剤、流動化剤、消泡剤、増粘剤、防錆剤、防凍剤、収縮低減剤、高分子エマルジョン及び凝結調整剤、並びにセメント急硬材、ベントナイト等の粘土鉱物及びハイドロタルサイト等のアニオン交換体等のうちの一種又は二種以上を、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。
【００１９】
本発明では、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、予めその一部、或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、既存の如何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ミキサ等が挙げられる。
【００２０】
【実施例】
以下、実施例により本発明を詳細に説明する。
【００２１】
実施例１
ＣａＯ原料、ＭｇＯ原料、ＳｉＯ2原料及びＣａＳＯ4原料を配合し、混合粉砕した後、電気炉を用いて、１３５０℃で３時間熱処理して表１に示すような組成のクリンカーを合成し、ボールミルでブレーン比表面積３５００±３００ｃｍ2／ｇに粉砕して、セメント混和材を調製した。セメント混和材を粉末Ｘ線回折法で同定したところ、遊離石灰、遊離マグネシア、Ｃ3Ｓ及び無水セッコウを含有していた。セメント混和材の化合物組成は、化学組成を基に計算により算出した。化学組成はJIS R 5202に準じて求めた。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８部使用し、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、長さ変化率の測定を行った。なお、比較例として、遊離石灰、遊離マグネシア、Ｃ3Ｓ及び無水セッコウを別々に合成して混合したものについて試験した（実験No.1-14）。結果を表１に併記する。
【００２２】
＜使用材料＞
ＣａＯ原料：試薬１級炭酸カルシウム。
ＭｇＯ原料：試薬１級水酸化マグネシウム。
ＳｉＯ2原料：試薬１級二酸化珪素。
ＣａＳＯ4原料：試薬１級二水セッコウ。
遊離石灰：ＣａＯ原料を１３５０℃で３時間熱処理して合成。
遊離マグネシア：ＭｇＯ原料を１３５０℃で３時間熱処理して合成。
無水セッコウ：ＣａＳＯ4原料を１３５０℃で３時間熱処理して合成。
Ｃ3Ｓ：ＣａＯ原料３モル、ＳｉＯ2原料１モルの割合で配合した原料を混合粉砕した後、１３５０℃で３時間熱処理する工程を３回繰り返して合成。
砂：JIS標準砂（ISO679準拠）
【００２３】
＜測定方法＞
長さ変化率：JIS A 6202に準じて測定。
【００２４】
【表１】
表１より、本発明のセメント混和材を配合したモルタルは、比較例の遊離石灰、遊離マグネシア、Ｃ3Ｓ及び無水セッコウを別々に合成し混合して調製したセメント混和材を配合したモルタルと比べ、優れた膨張性能を示すことが判る。
【００２６】
実施例２
工業原料であるＣａＯ原料、ＭｇＯ原料、ＳｉＯ2原料及びＣａＳＯ4原料を配合し、ロータリーキルンを用いて、１４００℃で焼成して表２に示すような組成のクリンカーを合成し、ボールミルでブレーン比表面積３１００ｃｍ2／ｇに粉砕してセメント混和材を調製したこと以外は、実施例１と同様に行った。化学組成を基に算出した化合物組成を表３に示す。比較のため、市販の膨張材についても長さ変化率の測定を行った。その結果を表４に示す。
【００２７】
＜使用材料＞
ＣａＯ原料：新潟県青海鉱山産石灰石。
ＭｇＯ原料：中国産ドロマイト。
ＳｉＯ2原料：市販の珪石。
ＣａＳＯ4原料：排煙脱硫二水セッコウ。
膨張材Ａ：市販カルシウムサルホアルミネート系膨張材、ブレーン比表面積２９４０ｃｍ2／ｇ。
膨張材Ｂ：市販石灰系膨張材、ブレーン比表面積３６１０ｃｍ2／ｇ。
【００２８】
【表２】
【表３】
【表４】
表４より、本発明のセメント混和材を配合したモルタルは、市販のカルシウムサルホアルミネート系膨張材及び石灰系膨張材を配合したモルタルと比べ、優れた膨張性能を示すことが判る。
【００３２】
実施例３
実施例２の実験No.2-1のセメント混和材を使用し、セメントと、セメント混和材からなるセメント組成物１００部中のセメント混和材の配合量を変えたこと以外は、実施例１と同様に行った。その結果を表５に示す。
【００３３】
【表５】
表５より、本発明のセメント混和材を配合したモルタルは、本発明のセメント混和材を配合していないモルタルと比べ、優れた膨張性能を示すことが判る。
【００３５】
【発明の効果】
本発明のセメント混和材を使用することにより、優れた膨張性能を有するセメント組成物が得られる。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention mainly relates to a cement admixture and a cement composition used in the field of civil engineering and construction.
[0002]
[Prior art]
Reduction of cracks in cement and concrete and improvement of bending strength are the most important from the viewpoint of reliability, durability and aesthetics of concrete structures, and cement-based expansion materials have been developed to improve these. Further technical progress is desired. Examples of the cement-based expansion material include free lime-auin-anhydrous gypsum-based expansion material (Japanese Patent Publication No. 42-21840) and free lime-calcium silicate-anhydrous gypsum-based expansion material (Japanese Patent Publication No. 53-31170). It has been known.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
In recent years, high-fluidity concrete and high-strength concrete have been actively developed for the purpose of improving the performance of concrete, but it has been pointed out that the effects of cement-based expansive materials are not fully demonstrated in these high-performance concretes. However, there is a need for the development of an expandable material with excellent expansion performance that can impart large expandability even when the mixing ratio of the expandable material is small.
[0004]
Recently, the transition from the conventional specification-based design system to the performance-based design system has been studied, and there is a direction in which clear performance rules are set for the durability of concrete, which has been neglected until now. It is in. That is, since it has been studied to quantify the effect on durability against cracks, reduction of cracks has become an even more important issue. Accordingly, a cement-based expansion material having an excellent expansion performance that has a small amount of use, a small economic burden, and is effective in reducing cracks is indispensable.
[0005]
As a result of various studies to solve these problems, the present inventors have obtained the knowledge that the above problems can be solved by using a specific cement admixture, and have completed the present invention. It was.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
That is, the present invention is a cement admixture obtained by heat-treating CaO raw material, MgO raw material, SiO 2 raw material and CaSO 4 raw material, and containing free lime, free magnesia, calcium silicate and anhydrous gypsum. A cement admixture characterized by having a free lime content of 30 to 65% and a free magnesia content of 1 to 10%, and further comprising cement and the cement admixture It is a composition.
In addition, the part used by this invention and% represent a mass unit.
[0007]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described in more detail.
[0008]
The cement admixture of the present invention contains free lime, free magnesia, calcium silicate, and anhydrous gypsum, and the ratio thereof is not particularly limited. Is preferably 30 to 65 parts, more preferably 40 to 55 parts. The free magnesia is preferably 1 to 10 parts, more preferably 2 to 7 parts. The calcium silicate is preferably 5 to 44 parts, more preferably 10 to 40 parts. Further, the anhydrous gypsum is preferably 5 to 35 parts, more preferably 10 to 30 parts. If the composition ratio of each compound in the cement admixture is out of the above range, an excellent expansion performance may not be obtained.
[0009]
The calcium silicate of the present invention is a generic term for CaO—SiO 2 -based compounds, and is not particularly limited. However, when CaO is abbreviated as C and SiO 2 is abbreviated as S, C 3 S, C 2 S, Furthermore, compounds such as C 2 S · CaSO 4 are known.
[0010]
The cement admixture of the present invention is manufactured by heat-treating CaO raw material, MgO raw material, SiO 2 raw material and CaSO 4 raw material, synthesizing clinker composed of free lime, free magnesia, calcium silicate and anhydrous gypsum and pulverizing it. Is done. When the free lime, free magnesia, calcium silicate and anhydrous gypsum are synthesized separately and mixed, the effect as in the present invention cannot be obtained.
[0011]
Whether or not the clinker composed of free lime, free magnesia, calcium silicate and anhydrous gypsum was synthesized by heat-treating the CaO raw material, MgO raw material, SiO 2 raw material and CaSO 4 raw material is, for example, coarse particles of 100 μm or more in the pulverized product Can be determined by performing microscopic observation (SEM-EDS) or the like and confirming that free lime, free magnesia, calcium silicate and anhydrous gypsum are mixed in the particles.
[0012]
Although it is the heat processing temperature at the time of manufacturing the cement admixture of this invention, the range of 1100-1600 degreeC is preferable, and the range of 1200-1500 degreeC is more preferable. If it is less than 1100 degreeC, the expansion performance of the obtained cement admixture is not enough, and when it exceeds 1600 degreeC, anhydrous gypsum may decompose | disassemble.
[0013]
Examples of the CaO raw material include limestone and slaked lime. Examples of the MgO raw material include dolomite, magnesium carbonate, magnesium oxide, and magnesium hydroxide. Examples of the SiO 2 raw material include clay and quartzite. Examples of the CaSO 4 raw material include dihydrate gypsum, half water gypsum, and anhydrous gypsum.
[0014]
The cement admixture of the present invention contains various impurities in addition to the main components CaO, MgO, SiO 2 and SO 3 , and specific examples thereof include Al 2 O 3 , Fe 2 O 3 , TiO 2 , P 2 O 5 , Na 2 O, K 2 O, fluorine, chlorine and the like can be mentioned, and there is no particular problem as long as the object of the present invention is not substantially inhibited.
[0015]
Although the particle size of the cement admixture of the present invention is not particularly limited, it is usually preferably 1500 to 9000 cm 2 / g, more preferably 2500 to 4000 cm 2 / g in terms of specific surface area of branes. If the particle size of the cement admixture is less than 1500 cm 2 / g in terms of Blaine specific surface area, the long-term durability may be deteriorated, and if it exceeds 9000 cm 2 / g, sufficient expansion performance may not be obtained.
[0016]
The blending amount of the cement admixture of the present invention is not particularly limited, but usually 3 to 12 parts are preferable and 5 to 10 parts are more preferable in 100 parts of a cement composition composed of cement and a cement admixture. . If it is less than 3 parts, sufficient expansion performance may not be obtained, and if it exceeds 12 parts, long-term durability may be deteriorated.
[0017]
As the cement of the present invention, various cements such as ordinary cement, early strength, very early strength, low heat and moderate heat, mixed cement obtained by mixing blast furnace slag, fly ash and silica with these cements, and limestone powder, etc. There are mixed filler cements.
[0018]
In the present invention, a water reducing agent, a high performance water reducing agent, an AE water reducing agent, a high performance AE water reducing agent, a fluidizing agent, an antifoaming agent, a thickening agent, a rust preventive agent, a defrosting agent, a shrinkage reducing agent, a polymer emulsion and a coagulation It is possible to use one or two or more of modifiers, cement rapid hardening materials, clay minerals such as bentonite, and anion exchangers such as hydrotalcite, etc., as long as the object of the present invention is not substantially inhibited. Is possible.
[0019]
In this invention, the mixing method of each material is not specifically limited, Each material may be mixed at the time of construction, and the part or all may be mixed beforehand. Any existing apparatus can be used as the mixing apparatus, and examples thereof include a tilting cylinder mixer, an omni mixer, a Henschel mixer, a V-type mixer, and a Nauta mixer.
[0020]
【Example】
Hereinafter, the present invention will be described in detail by way of examples.
[0021]
Example 1
A CaO raw material, MgO raw material, SiO 2 raw material and CaSO 4 raw material were blended, mixed and pulverized, then heat treated at 1350 ° C. for 3 hours using an electric furnace to synthesize a clinker having the composition shown in Table 1, and a ball mill To a Blaine specific surface area of 3500 ± 300 cm 2 / g to prepare a cement admixture. When the cement admixture was identified by powder X-ray diffraction, it contained free lime, free magnesia, C 3 S and anhydrous gypsum. The compound composition of the cement admixture was calculated by calculation based on the chemical composition. The chemical composition was determined according to JIS R 5202. 8 parts of cement admixture is used in 100 parts of cement composition consisting of cement and cement admixture, and a mortar with a water / cement composition ratio = 50% and a cement composition / sand ratio = 1/3 is prepared, The length change rate was measured. As a comparative example, free lime, free magnesia, C 3 S and anhydrous gypsum were separately synthesized and mixed (Experiment No. 1-14). The results are also shown in Table 1.
[0022]
<Materials used>
CaO raw material: Reagent primary calcium carbonate.
MgO raw material: reagent primary magnesium hydroxide.
SiO 2 raw material: reagent grade 1 silicon dioxide.
CaSO 4 raw material: Reagent grade 1 dihydrate gypsum.
Free lime: synthesized by heat treatment of CaO raw material at 1350 ° C. for 3 hours.
Free magnesia: synthesized by heat-treating MgO raw material at 1350 ° C. for 3 hours.
Anhydrous gypsum: synthesized by heat treatment of CaSO 4 raw material at 1350 ° C. for 3 hours.
C 3 S: A raw material blended at a ratio of 3 moles of CaO raw material and 1 mole of SiO 2 raw material was mixed and pulverized, and then the process of heat treatment at 1350 ° C. for 3 hours was repeated 3 times.
Sand: JIS standard sand (ISO679 compliant)
[0023]
<Measurement method>
Length change rate: Measured according to JIS A 6202.
[0024]
[Table 1]
From Table 1, the mortar containing the cement admixture of the present invention is compared with the mortar containing the cement admixture prepared by separately synthesizing and mixing the free lime, free magnesia, C 3 S and anhydrous gypsum of the comparative example. It can be seen that it exhibits excellent expansion performance.
[0026]
Example 2
Combining industrial raw materials such as CaO raw material, MgO raw material, SiO 2 raw material and CaSO 4 raw material, using a rotary kiln, firing at 1400 ° C to synthesize a clinker having the composition shown in Table 2, and using a ball mill to produce a specific surface area of Blaine The same procedure as in Example 1 was performed except that a cement admixture was prepared by pulverizing to 3100 cm 2 / g. Table 3 shows the compound composition calculated based on the chemical composition. For comparison, the length change rate was also measured for a commercially available expansion material. The results are shown in Table 4.
[0027]
<Materials used>
CaO raw material: Limestone from Aomi mine, Niigata Prefecture.
MgO raw material: Chinese dolomite.
SiO 2 raw material: Commercially available silica stone.
CaSO 4 raw material: flue gas desulfurization dihydrate gypsum.
Expansion material A: Commercially available calcium sulfoaluminate-based expansion material, Blaine specific surface area 2940 cm 2 / g.
Expansion material B: Commercially available lime-based expansion material, Blaine specific surface area 3610 cm 2 / g.
[0028]
[Table 2]
[Table 3]
[Table 4]
From Table 4, it can be seen that the mortar containing the cement admixture of the present invention exhibits superior expansion performance as compared with a mortar containing a commercially available calcium sulfoaluminate-based expansion material and lime-based expansion material.
[0032]
Example 3
Example 1 except that the cement admixture of Experiment No. 2-1 of Example 2 was used, and the amount of cement admixture in 100 parts of the cement composition composed of cement and the cement admixture was changed. The same was done. The results are shown in Table 5.
[0033]
[Table 5]
From Table 5, it can be seen that the mortar blended with the cement admixture of the present invention exhibits superior expansion performance as compared with the mortar not blended with the cement admixture of the present invention.
[0035]
【The invention's effect】
By using the cement admixture of the present invention, a cement composition having excellent expansion performance can be obtained.
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