JP4398076B2 - セメント混和材及びセメント組成物 - 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、遊離マグネシア及び無水セッコウを含有してなり、遊離石灰含有量が４０〜７０％、遊離マグネシア含有量が５〜３０％である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３０〜７０部が好ましく、４０〜７０部がより好ましい。遊離マグネシアは１〜３０部が好ましく、５〜３０部がより好ましい。さらに、無水セッコウは２０〜６０部が好ましく、２０〜５０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】
本発明のセメント混和材は、ＣａＯ原料、ＭｇＯ原料及びＣａＳＯ4原料を熱処理して、遊離石灰、遊離マグネシア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。
【００１０】
ＣａＯ原料、ＭｇＯ原料及びＣａＳＯ4原料を熱処理して、遊離石灰、遊離マグネシア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−ＥＤＸ）等を行い、その粒子中に遊離石灰、遊離マグネシア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。
【００１１】
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、１２００〜１６００℃の範囲が好ましく、１２５０〜１５００℃の範囲がより好ましい。１２００℃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。
【００１２】
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、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。
【００１３】
本発明のセメント混和材には、主成分のＣａＯ、ＭｇＯ、ＳＯ3の他に各種の不純物が存在し、その具体例としては、ＳｉＯ2、Ｆｅ2Ｏ3、Ａｌ2Ｏ3、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。
【００１４】
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。
【００１５】
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、５〜９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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
【実施例】
以下、実施例により本発明を詳細に説明する。
【００２０】
実施例１
ＣａＯ原料、ＭｇＯ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７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.1-11）。結果を表１に併記する。
【００２１】
＜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。
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。
砂：JIS標準砂（ISO679準拠）
【００２２】
＜測定方法＞
長さ変化率：JIS A 6202に準じて測定。
【００２３】
【表１】
【００２４】
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。
【００２５】
実施例２
工業原料であるＣａＯ原料、ＭｇＯ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３２００ｃｍ2／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。
【００２６】
＜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。
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。
【００２７】
【表２】
【００２８】
【表３】
【００２９】
【表４】
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
【表５】
【００３３】
表５より、本発明のセメント混和材の配合量が増加するに従い、モルタルの長さ変化率が増大し、優れた膨張性能を示すことが判る。
【００３４】
【発明の効果】
本発明により、従来の膨張材に比べ、優れた膨張性能を有するセメント混和材が得られる。
【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、遊離マグネシア及び無水セッコウを含有してなり、遊離石灰含有量が４０〜７０％、遊離マグネシア含有量が５〜３０％である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３０〜７０部が好ましく、４０〜７０部がより好ましい。遊離マグネシアは１〜３０部が好ましく、５〜３０部がより好ましい。さらに、無水セッコウは２０〜６０部が好ましく、２０〜５０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】
本発明のセメント混和材は、ＣａＯ原料、ＭｇＯ原料及びＣａＳＯ4原料を熱処理して、遊離石灰、遊離マグネシア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。
【００１０】
ＣａＯ原料、ＭｇＯ原料及びＣａＳＯ4原料を熱処理して、遊離石灰、遊離マグネシア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−ＥＤＸ）等を行い、その粒子中に遊離石灰、遊離マグネシア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。
【００１１】
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、１２００〜１６００℃の範囲が好ましく、１２５０〜１５００℃の範囲がより好ましい。１２００℃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。
【００１２】
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、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。
【００１３】
本発明のセメント混和材には、主成分のＣａＯ、ＭｇＯ、ＳＯ3の他に各種の不純物が存在し、その具体例としては、ＳｉＯ2、Ｆｅ2Ｏ3、Ａｌ2Ｏ3、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。
【００１４】
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。
【００１５】
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、５〜９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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
【実施例】
以下、実施例により本発明を詳細に説明する。
【００２０】
実施例１
ＣａＯ原料、ＭｇＯ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７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.1-11）。結果を表１に併記する。
【００２１】
＜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。
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。
砂：JIS標準砂（ISO679準拠）
【００２２】
＜測定方法＞
長さ変化率：JIS A 6202に準じて測定。
【００２３】
【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。
【００２５】
実施例２
工業原料であるＣａＯ原料、ＭｇＯ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３２００ｃｍ2／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。
【００２６】
＜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。
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。
【００２７】
【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。
【００３１】
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。
【００３２】
【表５】
表５より、本発明のセメント混和材の配合量が増加するに従い、モルタルの長さ変化率が増大し、優れた膨張性能を示すことが判る。
【００３４】
【発明の効果】
本発明により、従来の膨張材に比べ、優れた膨張性能を有するセメント混和材が得られる。
Claims (2)
- ＣａＯ原料、ＭｇＯ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、遊離マグネシア及び無水セッコウを含有してなり、遊離石灰含有量が４０〜７０％、遊離マグネシア含有量が５〜３０％であるセメント混和材。
- セメントと、請求項１に記載のセメント混和材とを含有してなるセメント組成物。
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|---|---|---|---|
| JP2000218421A JP4398076B2 (ja) | 2000-07-19 | 2000-07-19 | セメント混和材及びセメント組成物 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002029798A JP2002029798A (ja) | 2002-01-29 |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111170694A (zh) * | 2020-01-15 | 2020-05-19 | 重庆交能建材有限责任公司 | 一种高强抗渗混凝土及其制备方法 |
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2000
- 2000-07-19 JP JP2000218421A patent/JP4398076B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111170694A (zh) * | 2020-01-15 | 2020-05-19 | 重庆交能建材有限责任公司 | 一种高强抗渗混凝土及其制备方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
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| JP2002029798A (ja) | 2002-01-29 |
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