JP4382764B2

JP4382764B2 - 保水性硬化体用セメント組成物、セメントミルク、保水性硬化体及び保水性硬化体の製造方法

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Publication number: JP4382764B2
Application number: JP2006062481A
Authority: JP
Inventors: 憲一安久; 徹佐々木; 誠一長岡; 豊安藤
Original assignee: Sumitomo Osaka Cement Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Osaka Cement Co Ltd
Priority date: 2006-03-08
Filing date: 2006-03-08
Publication date: 2009-12-16
Anticipated expiration: 2026-03-08
Also published as: JP2007238369A

Description

本発明は、保水性硬化体の製造に用いられるセメント組成物、セメントミルク、保水性硬化体及び保水性硬化体の製造方法に関する。

従来、路面の温度上昇を抑制する観点から、１５〜３０％の空隙率を有する開粒度アスファルトやポーラスコンクリート等（以下、開粒度アスファルト等ともいう）の空隙中に、保水作用のある材料を含んだセメントミルクを浸透させ、これを硬化させてなる保水性舗装が知られている。
該保水性舗装は、雨水等の水分を保水性材料に一時的に蓄えておき、晴天時の温度上昇に伴ってこの水分を蒸発させることにより、潜熱によって路面等の温度上昇を抑制するものであり、ヒートアイランド現象の防止策として注目されている。

ところで、この保水性舗装の施工等に用いられるセメントミルクは、開粒度アスファルト等の空隙中に浸透させる必要があることから、低粘度であって流動性に優れたものでなければならず、一般には、６０〜１２０％という高水／粉体比のものが使用される。

また、開粒度アスファルト等の空隙中で水和硬化した該セメントミルクは、該開粒度アスファルト等とともに道路面を構成するものとなるため、車両の通過等による衝撃が加えられる状態で長期間使用された場合にも、容易に破壊されないような高い強度を有することが求められる。

従来、この種の保水性舗装に関しては、例えば下記特許文献１乃至４に記載のような技術的手段が公知となっている。
特開平１０−４６５１３号公報特開２００１−３０３５０４号公報特開２００４−１６９４４９号公報特開２００５−４８４０３号公報

しかしながら、これら特許文献１乃至４に記載されたような従来技術においても、開粒度アスファルト等の空隙に充填させるためにセメントミルクとして優れた流動性を発揮させ、しかも、該セメントミルクを硬化させた後には、高い吸水性と道路面に要求される高い強度とを発揮させるような手段は開示されていない。

また、舗装以外の種々の用途においても、これらの特性を同時に発揮させうる手段が求められている。

本発明は、このような従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、セメントミルクを開粒度アスファルト等へ充填する際の作業性を改善するとともに、該セメントミルクが硬化した後には該硬化体が高い吸水性と高強度を発揮しうるような手段を提供することを一の課題とする。

上記課題を解決すべく、本発明は、開粒度アスファルト又はポーラスコンクリートの空隙中に充填し保水性の硬化体を構成する保水性硬化体用セメント組成物であって、ポルトランドセメント、カルシウムアルミネート、II型無水石膏、及びゼオライトを含有し、該ゼオライトが、４０〜６０重量％含まれてなり、前記ポルトランドセメント、カルシウムアルミネート及びII型無水石膏のＳＯ ₃ ／Ａｌ ₂ Ｏ ₃ モル比が、０．８〜１．４であることを特徴とする保水性硬化体用セメント組成物を提供する。

また、好ましくは、ポルトランドセメントが２０〜４０重量％、前記カルシウムアルミネートが５〜１５重量％、前記II型無水石膏が５〜１５重量％含まれてなることを特徴とする前記保水性硬化体用セメント組成物を提供する。
また、好ましくは、水酸化カルシウムおよび炭酸リチウムが含まれてなることを特徴とする前記保水性硬化体用セメント組成物を提供する。

また、本発明は、前記何れかの保水性硬化体用セメント組成物１００重量部に対し、水８０〜１２０重量部を混合してなることを特徴とするセメントミルクを提供する。

また、本発明は、前記セメントミルクを、開粒度アスファルト又はポーラスコンクリート中に浸透させてなることを特徴とする保水性硬化体を提供する。

また、本発明は、ポルトランドセメント、カルシウムアルミネート、II型無水石膏およびゼオライトを含有する保水性硬化体用セメント組成物と、水とを混合し、該ゼオライトが、４０〜６０重量％含まれてなり、前記ポルトランドセメント、カルシウムアルミネート及びII型無水石膏のＳＯ ₃ ／Ａｌ ₂ Ｏ ₃ モル比が、０．８〜１．４であるセメントミルクを調製し、該セメントミルクを開粒度アスファルト又はポーラスコンクリート中に浸透させることを特徴とする保水性硬化体の製造方法を提供する。

本発明によれば、ポルトランドセメント、カルシウムアルミネート及びII型無水石膏を含む水硬性材料を用い、これにゼオライトを組み合わせることにより、充填時には作業性に優れたセメントミルクを調製することが可能となり、しかも、該セメントミルクを開粒度アスファルト等の空隙中に浸透させ、硬化させた後には、優れた吸水性を有するとともに、高い強度を発現し耐久性に優れた硬化体を構成するものとなる。

本発明に係る保水性硬化体用セメント組成物は、水硬性材料として、ポルトランドセメント、カルシウムアルミネート及びII型無水石膏を含むものである。
ポルトランドセメントとしては、ＪＩＳに規定された普通ポルトランドセメントを好適に使用できるが、本発明の効果を阻害しない範囲内で、他のポルトランドセメントを使用することができる。他のポルトランドセメントとしては、早強ポルトランドセメント、超早強ポルトランドセメント、白色ポルトランドセメント、耐流酸塩ポルトランドセメント、中庸熱ポルトランドセメント、低熱ポルトランドセメントなどの各種ポルトランドセメント等が挙げられる。

また、本発明において用いられるカルシウムアルミネートとしては、例えば１１ＣａＯ・７Ａｌ₂Ｏ₃・ＣａＦ₂、１１ＣａＯ・７Ａｌ₂Ｏ₃・ＣａＣｌ₂、非晶質１１ＣａＯ・７Ａｌ₂Ｏ₃・ＣａＦ₂、１２ＣａＯ・７Ａｌ₂Ｏ₃、ＣａＯ・Ａｌ₂Ｏ₃、ＣａＯ・２Ａｌ₂Ｏ₃、４ＣａＯ・３Ａｌ₂Ｏ₃・ＳＯ₃、非晶質１１ＣａＯ・７Ａｌ₂Ｏ₃・ＣａＣｌ₂、非晶質１２ＣａＯ・７Ａｌ₂Ｏ₃等のカルシウムアルミネートを使用でき、さらに、これらを含有してなるジェットセメントやアルミナセメント等を使用することもできる。
該カルシウムアルミネートのうち、特に、ＣａＯ・Ａｌ₂Ｏ₃、１１ＣａＯ・７Ａｌ₂Ｏ₃・ＣａＦ₂、１１ＣａＯ・７Ａｌ₂Ｏ₃・ＣａＣｌ₂、非晶質１１ＣａＯ・７Ａｌ₂Ｏ₃・ＣａＦ₂、１２ＣａＯ・７Ａｌ₂Ｏ₃、非晶質１１ＣａＯ・７Ａｌ₂Ｏ₃・ＣａＣｌ₂、非晶質１２ＣａＯ・７Ａｌ₂Ｏ₃が好適であり、これを採用することによって短時間での強度発現性に優れたものとなる。

前記水硬性材料においては、ＳＯ₃／Ａｌ₂Ｏ₃モル比が、０．８〜１．４であり、０．９〜１．３であることがより好ましく、１．０〜１．２であることが更に好ましい。水硬性材料のＳＯ₃／Ａｌ₂Ｏ₃モル比を上記範囲とすることにより、前記保水性硬化体用セメント組成物をゼオライトと混合して開粒度アスファルト等へ充填した際の中長期的な強度発現性（例えば、材例７日圧縮強度）が大幅に改善される。
また、水硬性材料のＳＯ₃／Ａｌ₂Ｏ₃モル比が上記範囲であれば、硬化体は自己収縮量が少なく、しかも、低温時においても安定した強度発現性を有するものとなる。

一方、本発明において用いるゼオライトは、ケイ素（Ｓｉ）とアルミニウム（Ａｌ）とが酸素（Ｏ）を介して結合し、このＳｉ−Ｏ−Ａｌ−Ｏ−Ｓｉの構造が三次元的に組み合わさった構造を有するものである。
従って、このようなゼオライトを用いることにより、高い圧縮強度を有しつつ優れた吸水性能を発揮するものとなる。

さらに、該ゼオライトは、アルミニウム（＋３価）とケイ素（＋４価）が酸素（−２価）を互いに共有し、ケイ素の周りが電気的に中性、アルミニウムの周りが−１価となるものであるため、この負電荷を補償するべく陽イオンを吸着固定する性質を有する。
従って、該ゼオライトを用いることにより、六価クロム等の有害な重金属を吸着固定でき、環境汚染を低減できるという効果もある。

また、該ゼオライトとしては、粒径７５μｍ以下のものや、塩基置換容量が１５０ｍｅｑ／１００ｇ以上の純度のものを好適に使用することができる。

本発明の保水性硬化体用セメント組成物は、前記ポルトランドセメントを、好ましくは２０〜４０重量％含有し、前記カルシウムアルミネートを、好ましくは５〜１５重量％、より好ましくは６〜１２重量％含有し、前記II型無水石膏を、好ましくは５〜１５重量％、より好ましくは６〜１１重量％含有する。
また、保水性硬化体用セメント組成物は、前記ゼオライトを４０〜６０重量％含有する。

保水性硬化体用セメント組成物が、ポルトランドセメント、カルシウムアルミネート、前記II型無水石膏、及びゼオライトを、上記範囲で含有したものであれば、セメントミルクを調製する際に水材料比を低く抑えつつも流動性に優れたセメントミルクを調製でき、開粒度アスファルト等への充填作業性が良好となる。さらに、該セメントミルクが開粒度アスファルト等の空隙内部で硬化した後には、優れた吸水性と高い強度とを併せ持つ硬化体となる。

また、溶解度の遅いII型無水石膏を上記範囲で用いることにより、水和反応時の瞬結を防止し、短時間の強度発現に有効なエトリンガイトが生成し、かつ過剰なエトリンガイトが生成せず、モノサルフェートへの転移も緩やかになるＳＯ₃／Ａｌ₂Ｏ₃のモル比１．４〜０．８とすることが可能となる。従って、優れた作業性を有するとともに、自己収縮量が小さく、しかも安定した強度発現性を発揮しうるものとなる。

また、本発明に係る保水性硬化体用セメント組成物中には、水酸化カルシウム（消石灰）や、炭酸リチウム、石灰石粉が含まれていることが好ましい。

炭酸リチウムは、カルシウムアルミネートの反応を促進するとともに、アルカリ骨材反応を抑制するので、安定性の高いコンクリートが得られ、作業性が良好となる機能を有する。該炭酸リチウムは、前記保水性硬化体用セメント組成物中、０．１〜１．５重量％、好ましくは０．２〜１．０重量％、更に好ましくは０．２５〜０．７５重量％とする。斯かる範囲で含有させると、可使時間を確保するとともに経済性にも優れたものとなる。

該炭酸リチウムの粉末度は限定されないが、好適には平均粒径１０μｍ以下、好適には７μｍ以下、更に好適には５μｍ以下とすることが望ましい。炭酸リチウムの粉末度を上記範囲とすることにより、反応性が高まり、強度発現性を更に改善すると共に、低温時の安定性をより良好にすることができる。
尚、該炭酸リチウムの粒径は、レーザー回折式粒度分布装置（型番；マイクロトラックＳＲＡ７９９５−１０−３０、ＬＥＥＤＳ＆ＮＯＲＴＨＲＵＰ株式会社製）で測定した平均値を示す。

また、該炭酸リチウムは、面間隔が２．８１２Åの結晶面（０．０．２）の回折ピークから測定した結晶度指数が半値幅で０．２０以上のものが特に好ましい。
このような、結晶性が低く、より反応性の高い炭酸リチウムを使用することにより、強度発現性を更に改善するとともに、低温時の安定性をより良好にすることができる。
ここで、結晶度指数については、粉末Ｘ線回折装置（型番；ロータフレックスＲＵ−２００型、株式会社リガク製）で測定した半値幅を示す。

また、水酸化カルシウム（消石灰）は、前記保水性硬化体用セメント組成物中、１〜３重量％とすることが好ましい。

また、本発明に係る保水性硬化体用セメント組成物中には、本発明の作用効果を阻害しない範囲内において、これ以外の成分を添加することができる。
他の成分の具体例としては、石灰石粉末、高炉スラグ粉、及び他の吸水性材料等が挙げられる。高炉スラグ粉としては、例えば、ＪＩＳＡ６２０６の「コンクリート用高炉スラグ微粉末」に規定された高炉スラグ微粉末や、ＪＩＳＡ５０１１の「高炉スラグ骨材」に規定された高炉スラグ粗骨材又は高炉スラグ細骨材を粉砕したもの等を好適に使用することができる。
また、他の吸水性材料としては、パーライト、バーミキュライト、ベントナイト等の無機材料や、吸水性樹脂のような有機材料、あるいは吸水性を有する公知の多孔質フィラー等を使用できる。

本発明に係るセメントミルクは、上記のような構成の保水性硬化体用セメント組成物を水と混合したものである。水材料比については特に限定されないが、作業性と強度の観点からは、前記保水性硬化体用セメント組成物１００重量部に対し、水８０〜１２０重量部となる配合が好ましい。

また、必要に応じて適宜セメント用混和剤等を添加してセメントミルクを調製してもよく、混和剤としては、クエン酸等のオキシカルボン酸やリグニンスルホン酸等の公知の凝結遅延剤や、ポリカルボン酸系、ナフタレンスルフォン酸系、メラミン系等の公知の減水剤を使用することができる。

本発明に係る保水性硬化体の製造方法は、上述のような構成のセメントミルクを調製した後、該セメントミルクを開粒度アスファルト又はポーラスコンクリートの空隙内部へと浸透させ、硬化させるものである。セメントミルクの調製手段や、開粒度アスファルト等への浸透手段などについては、従来公知の種々の手段を採用することが可能である。

対象となる前記開粒度アスファルトやポーラスコンクリートとしては、上記のようなセメントミルクを浸透させうる空隙を有するものであれば特に限定されるものではない。該開粒度アスファルト等は、通常、空隙率が１０％以上であり、好ましくは１５％以上、３０％以下のものである。
これらの開粒度アスファルトやポーラスコンクリートの具体例としては、路面の舗装として構成されたものが最も一般的であるが、本発明はこれに限定されるものではない。

次に、実施例および比較例を挙げて本発明についてさらに具体的に説明する。

（実施例１）
カルシウムアルミネートとして、アルミナセメント（ラファージュ社製、カルシウムアルミネートの主成分はＣａＯ・Ａｌ₂Ｏ₃）７重量部、早強ポルトランドセメント（住友大阪セメント社製）２４重量部、II型無水石膏（廃脱硫塩石膏）６．５重量部、炭酸リチウム（日本科学産業社製、平均粒径９．６μｍ、半値幅０．２４）０．５重量部、消石灰２重量部、石灰石粉（近江鉱業社製、ＬＰ２００）１０重量部、高炉水砕スラグ粉末（住友金属工業社製、スミットメント）およびゼオライト（日東粉化工業社製、ＳＰ＃２３００）５０重量部を混合し、実施例１の保水性硬化体用セメント組成物を調製した。

（実施例２）
石灰石粉を０重量部とし、ゼオライトを６０重量部とすることを除き、他は実施例１と同様にして実施例２の保水性硬化体用セメント組成物を調製した。

（比較例２）
アルミナセメントを１０．５重量部、普通ポルトランドセメントを３６重量部、II型無水石膏を１０重量部、消石灰を３重量部、石灰石粉を１０重量部、ゼオライトを３０重量部とすることを除き、他は実施例１と同様にして比較例２の保水性硬化体用セメント組成物を調製した。

（実施例４）
アルミナセメントを９重量部、普通ポルトランドセメントを３０重量部、II型無水石膏を８重量部、消石灰を２．５重量部、ゼオライトを４０重量部とすることを除き、他は実施例１と同様にして実施例４の保水性硬化体用セメント組成物を調製した。

（実施例５）
普通ポルトランドセメントを２２．５重量部、II型無水石膏を８重量部とすることを除き、他は実施例１と同様にして実施例５の保水性硬化体用セメント組成物を調製した。

（実施例６）
アルミナセメントを１０重量部、普通ポルトランドセメントを２０．５重量部、II型無水石膏を７重量部とすることを除き、他は実施例１と同様にして実施例６の保水性硬化体用セメント組成物を調製した。

（比較例３）
アルミナセメントを１７重量部、普通ポルトランドセメントを１３重量部、II型無水石膏を７重量部、消石灰を２．５重量部とすることを除き、他は実施例１と同様にして比較例３の保水性硬化体用セメント組成物を調製した。

（比較例１）
普通ポルトランドセメント（住友大阪セメント社製）５０重量部と、ゼオライト（日東粉化工業社製、ＳＰ＃２３００）５０重量部とを混合し、比較例１のセメント組成物を調製した。

上記実施例、比較例および参考例のセメント組成物の配合を、下記表１に示す。
尚、表１中に、上記の原料組成より求めたＳＯ₃／Ａｌ₂Ｏ₃モル比を併せて示す。

（圧縮強度）
上述のようにして調製した得た実施例および比較例の各保水性硬化体用セメント組成物１００重量部に、凝結遅延剤（住友大阪セメント社製、ジェットセッター、主成分：クエン酸）０．２〜０．４重量部、水１００重量部をそれぞれ加え、ハンドミキサーにて均一に混合して、調整後３０分経過時までのＰロート流下時間がおよそ９〜１２秒の範囲内となるようにセメントミルクを調製し、内寸４×４×１６ｃｍの型枠に打設した。
そして、材齢３時間となる直前に脱型して材齢３時間での圧縮強度を測定するとともに、材齢１日で脱型した後、材齢７日まで水中養生を行い材齢７日の圧縮強度を測定した。圧縮強度については、それぞれ、ＪＩＳＲ５２０１の圧縮強さ試験に準じて試験を行った。結果を表２に示す。

（吸水率試験）
同様にして調製した各セメントミルクを内寸４×４×１６ｃｍの型枠に打設し、材齢３日で脱型することによって供試体を作成した。該供試体を２４時間水中に浸漬させて吸水状態の重量（Ｗ₁）を測定した後、６０℃の通風式乾燥機内に２４時間放置して乾燥させた状態の重量（Ｗ₀）を測定し、次式に基づいて最大吸水率を算出した。
最大吸水率（％）＝（Ｗ₁−Ｗ₀）／Ｗ₀×１００
結果を表２に示す。

表２に示したように、本発明の実施例では、吸水性と強度とを併せ持つ硬化体が構成されている。特に、ポルトランドセメントを２０〜４０重量％、カルシウムアルミネートを５〜１５重量％、II型無水石膏を５〜１５重量％、ゼオライトを４０〜６０重量％含有する実施例１、２及び４〜６では、優れた吸水性と高い強度とを併せ持つ優れた硬化体が構成されていることが認められる。

（参考例１）
石灰石粉およびゼオライトを０重量部とすることを除き、他は実施例１と同様にして参考例１のセメント組成物を調製した。

（参考例２）
石灰石粉およびゼオライトを０重量部とすることを除き、他は実施例７と同様にして参考例２のセメント組成物を調製した。

参考例１及び２のセメント組成物の配合を下記表３に示す。

該参考例１および２のセメント組成物について、実施例と同様の圧縮強度試験を行ったところ、下記表４の結果が得られた。

斯かる参考例１および２のセメント組成物は、前記実施例１および比較例３のセメント組成物を構成する水硬性材料のみからなるものであるが、これらは、材齢３時間および材齢７日の圧縮強度が同程度であり、強度発現性にあまり差がないことが認められる。
これに対し、該参考例１および２と同一配合の水硬性材料を使用し、これにゼオライトを加えた前記実施例１と比較例３とを比較すると、前記表２に示したように、材齢７日の圧縮強度において実施例１の方が比較例３よりも顕著に優れた結果を示している。
このような結果からも、ゼオライトとの組み合わせにおいては、上述のように、ゼオライトを４０〜６０重量％とし、前記ポルトランドセメント、カルシウムアルミネート及びII型無水石膏のＳＯ ₃ ／Ａｌ ₂ Ｏ ₃ モル比が、０．８〜１．４となるように配合することが、他の配合と比べて顕著に優れた効果を奏することがわかる。

Claims

開粒度アスファルト又はポーラスコンクリートの空隙中に充填し保水性の硬化体を構成する保水性硬化体用セメント組成物であって、ポルトランドセメント、カルシウムアルミネート、II型無水石膏、及びゼオライトを含有し、該ゼオライトが、４０〜６０重量％含まれてなり、前記ポルトランドセメント、カルシウムアルミネート及びII型無水石膏のＳＯ ₃ ／Ａｌ ₂ Ｏ ₃ モル比が、０．８〜１．４であることを特徴とする保水性硬化体用セメント組成物。
前記ポルトランドセメントが２０〜４０重量％、前記カルシウムアルミネートが５〜１５重量％、前記II型無水石膏が５〜１５重量％含まれてなることを特徴とする請求項１記載の保水性硬化体用セメント組成物。
さらに、水酸化カルシウムおよび炭酸リチウムが含まれてなることを特徴とする請求項１又は２に記載の保水性硬化体用セメント組成物。
請求項１〜３の何れかに記載の保水性硬化体用セメント組成物１００重量部に対し、水８０〜１２０重量部を混合してなることを特徴とするセメントミルク。
請求項４記載のセメントミルクを、開粒度アスファルト又はポーラスコンクリート中に浸透させてなることを特徴とする保水性硬化体。
ポルトランドセメント、カルシウムアルミネート、II型無水石膏およびゼオライトを含有し、該ゼオライトが、４０〜６０重量％含まれてなり、前記ポルトランドセメント、カルシウムアルミネート及びII型無水石膏のＳＯ ₃ ／Ａｌ ₂ Ｏ ₃ モル比が、０．８〜１．４である保水性硬化体用セメント組成物と、水とを混合してセメントミルクを調製し、該セメントミルクを開粒度アスファルト又はポーラスコンクリート中に浸透させることを特徴とする保水性硬化体の製造方法。