JP4360861B2 - 水硬性セメント組成物およびそれを使用してなるセメントコンクリート - Google Patents

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Description

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組成物およびそれを使用してなるセメントコンクリートに関する。
アルミナセメントは、ポルトランドセメントに比べ、初期強度が高く、低温条件で硬化し、硫酸塩による侵食等に優れた耐久性を有するなど、独特の性質を多く有している(非特許文献１参照)。
しかしながら、アルミナセメントを用いたセメントコンクリートは、同じ強度のポルトランドセメントを用いたセメントコンクリートと比較すると中性化に対する抵抗性が小さいという課題があった。
これは、常温では、アルミナセメントの主要水和物であるCaO・Al2O3・10H2O(CAH10)が3CaO・Al2O3・6H2O(C3AH6)へ転移することが避けられず、この転移に伴って空隙率が増加するため、中性化抵抗性に劣る結果となるのである。
このため、土木・建築分野では、優れた初期強度や高い耐久性を有するにも関わらず、アルミナセメントを構造部材に用いることは敬遠され、もっぱら高温炉用のキャスタブル耐火ライニング材等として用いられてきた。
W.チェルニン、セメント・コンクリート化学、pp181〜193、技報堂出版、1969
本発明者は、鋭意検討の結果、特定の材料を使用することによって前記従来技術の持つ課題を解消し、アルミナセメントの持つ特徴を損なうことなく、中性化抵抗性に優れるアルミナセメントを用いたセメント組成物が得られるとの知見を得て本発明を完成するに至った。
本発明は、アルミナセメント100部とブレーン比表面積値3,000〜8,000cm2/gのγ-2CaO・SiO2粉末20〜100部を含有してなり、乾燥養生や水中養生する水硬性セメント組成物であり、該水硬性セメント組成物を用いてなるセメントコンクリートであり、該セメントコンクリートからなる表面層を有することを特徴とするセメントコンクリート硬化体である。
本発明により、アルミナセメントの持つ特徴を損なうことなく、中性化抵抗性に優れるセメント組成物が得られる。
以下、本発明を詳しく説明する。
なお、本発明で用いる部や％は特に限定しない限り質量基準である。
また、本発明のセメントコンクリートは、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。
本発明で使用するアルミナセメントは市販のいかなる種類のアルミナセメントでも使用することが可能であるが、旧JIS R 2511：1995「耐火物用アルミナセメント」に規定されるものが好ましい。
本発明で使用するγ-2CaO・SiO2は、2CaO・SiO2で表される化合物のうちで、低温相として知られる非水硬性物質であり、高温相で水硬性を有するα-2CaO・SiO2、α'-2CaO・SiO2、及びβ-2CaO・SiO2とは化学的な性質や結晶構造が異なった物質である。セメントクリンカやビーライトセメント中に存在する2CaO・SiO2はβ-2CaO・SiO2であり、γ-2CaO・SiO2は含まれない。
本発明のγ-2CaO・SiO2は(以下、γ-C2Sという)を工業的に製造する方法は特に限定されるものではないが、一般的には、生石灰、消石灰、及び炭酸カルシウムなどのカルシウム源と、酸化アルミニウム、水酸化アルミニウム、及びボーキサイトなどのアルミニウム源とを熱処理する方法等が挙げられる。
熱処理温度は特に限定されるものではなく、使用する原料によっても異なるが、通常、850〜1,600℃程度が好ましく、1,000〜1,500℃程度が熱処理効率の面からより好ましい。
γ-C2Sの粒度は、ブレーン比表面積値(以下、ブレーン値という)で3,000〜8,000cm2/gが好ましく、4,000〜6,000cm2/gがより好ましい。3,000cm2/g未満では中性化抑制効果が充分に得られない場合があり、8,000cm2/gを超えると過剰な粉砕動力が必要となる場合がある。
γ-C2Sを工業的に製造する際には、Na2O、MgO、Al2O3、TiO2、MnO、Fe2O3、P2O5、及びＳなどの不純物の存在は特に限定されるものではなく、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ならない。
また、製鋼スラグ、例えば、還元期スラグ、銑鉄スラグ、転炉スラグ、及びステンレススラグなどの中にはγ-C2Sを含有するものがあり、これらを用いることも可能である。
これらのスラグには、トライカルシウムシリケート3CaO・SiO2、ランキナイト3CaO・2SiO2、及びワラストナイトCaO・SiO2などのγ-C2S以外のカルシウムシリケート、メルヴィナイト3CaO・MgO・2SiO2、アケルマナイト2CaO・MgO・2SiO2、及びモンチセライトCaO・MgO・SiO2などのカルシウムマグネシウムシリケート、ゲーレナイト2CaO・Al2O3・SiO2やアノーサイトCaO・Al2O3・2SiO2などのカルシウムアルミノシリケート、アケルマナイト2CaO・MgO・2SiO2とゲーレナイト2CaO・Al2O3・SiO2の混晶であるメリライト、MgO・SiO2や2MgO・SiO2などのマグネシウムシリケート、遊離石灰、遊離マグネシア、カルシウムフェライト2CaO・Fe2O3、カルシウムアルミノフェライト4CaO・Al2O3・Fe2O3、リューサイト(K2O、Na2O)・Al2O3・SiO2、スピネルMgO・Al2O3、並びに、マグネタイトFe3O4などが含まれており、本発明の目的を阻害しない範囲であれば、これらの化合物を含む物質を用いることも可能である。
本発明において、アルミナセメントとγ-C2Sの配合割合は、アルミナセメント100部に対して、γ-C2Sは５〜300部が好ましく、10〜100部がより好ましい。５部未満では中性化抑制効果が得られない場合があり、300部を超えてもさらなる効果の増進が期待できないばかりか、作業性が悪くなる場合がある。
本発明のセメント組成物の粒度は使用する目的・用途に依存するため特に限定されるものではないが、通常、ブレーン値で3,000cm2/g以上が好ましく、5,000〜50,000cm2/gがより好ましい。3,000cm2/g未満では本発明の効果が充分に得られない場合がある。
本発明で使用する水量は、使用する材料の種類や配合により変わるため一義的に決定されるものではないが、通常、水／セメント比で25〜60％が好ましく、30〜50％がより好ましい。25％未満では所定の作業性を得るために併用する減水剤等の必要量が過剰になる場合があり、60％を超えると充分な強度発現性が得られない場合がある。
本発明では、本発明のセメント組成物や骨材の他に、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、セメント混和用ポリマーディスパージョン、収縮低減剤、凝結調整剤、ベントナイトなどの粘土鉱物、及びハイドロタルサイトなどのアニオン交換体等のセメント混和材又はセメント混和剤や、ビニロン繊維、アクリル繊維、及び炭素繊維等の繊維状物質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
本発明における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、あらかじめその一部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、及びナウターミキサなどが挙げられる。
γ-C2S粉末をボールミルで粉砕し、各種のブレーン値のγ-C2Sを作製した。
水／セメント比45％、セメント／砂比１／４の配合を用い、アルミナセメント100部に対して、表１に示すブレーン値に作製したγ-C2S20部を砂20部と置換して配合してセメント組成物とし、それを用いてモルタルを調製した。
また、モルタルのフロー値が175±５cmとなるように、減水剤を併用した。
調製したモルタルを用いて硬化体を作製し、材齢１日で脱型後、20℃、R.H.60％で乾燥養生を行い、圧縮強度を測定し、中性化促進試験を行った。結果を表１に併記する。
なお、すべての試験は20℃の恒温室内で行った。
＜使用材料＞
アルミナセメント：市販品、ブレーン値4,750cm2/g、密度3.01g/cm3
γ-C2S粉末 ：試薬１級の炭酸カルシウム２モルと二酸化ケイ素１モルを配合して混合粉砕した後、電気炉において1,450℃で３時間焼成し、炉外に取り出して自然放冷により冷却して合成した。この時、ダスティングし、ブレーン値1,800cm2/gまで粉化した粗粉、密度2.99g/cm3
水 ：水道水
減水剤 ：ナフタレンスルホン酸系高性能減水剤、市販品
砂 ：JIS標準砂
＜測定方法＞
圧縮強度 ：４×４×16cmの供試体を作製し、JIS R 5201に準じて１、７、及び28日の材齢で測定
中性化深さ：４×４×16cmの供試体を作製し、材齢28日まで20℃水中養生を施した後、大気圧下30℃、相対湿度60％、炭酸ガス濃度５％の環境で中性化促進を行い、８週間後に供試体に曲げ荷重を加え２つに分断し、断面にフェノールフタレインアルコール溶液を塗布して中性化深さを確認
Figure 0004360861
アルミナセメント100部に対して、表２に示す量のブレーン値5,000cm2/gのγ-C2Sを用いたこと以外は実施例１と同様に行った。結果を表２に併記する。
Figure 0004360861
アルミナセメント100部に対して、ブレーン値5,000cm2/gのγ-C2Sを20部として、ブレーン値4,800cm2/gのセメント組成物を調製し、表３に示す量の水／セメント比を用いたこと以外は実施例１と同様に行った。結果を表３に併記する。
Figure 0004360861

Claims (3)

  1. アルミナセメント100部とブレーン比表面積値3,000〜8,000cm2/gのγ-2CaO・SiO2粉末20〜100部を含有してなり、乾燥養生や水中養生することを特徴とする水硬性セメント組成物。
  2. 請求項１に記載の水硬性セメント組成物を用いてなるセメントコンクリート。
  3. 請求項２に記載のセメントコンクリートからなる表面層を有することを特徴とするセメントコンクリート硬化体。
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