JP4565597B2 - 速硬性セメント用混和剤および速硬性セメント組成物 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば早期脱型用、あるいは補修工事用として使用する速硬性セメント組成物に関するものであり、また他のセメント添加して速硬性を発現させる速硬性セメント用混和剤に関する。
【0002】
【従来の技術】
速硬性セメントは、道路用コンクリート、グラウト材、マスキング材、増厚材、地盤改良材等の補修工事用として、あるいはボックスカルバート、ヒューム管、コンクリートブロック、L字擁壁、U字溝、カーテンウォール等のコンクリート成形体の早期脱型用として使用されている。
【0003】
斯かる速硬性セメントに要求される性能は、道路用コンクリートを例にとれば、コンクリートを調製して路面に施行するための必要最低限の可使時間が確保できるものであり、且つ該道路を早期に開放するために、短時間にコンクリートが硬化して所定の強度を発現し得るものである。
【0004】
そこで、このような速硬性を有する材料として、従来、水硬性に優れた結晶質のカルシウムアルミネート類からなる速硬性セメントを使用する方法が検討され、これによって比較的短時間でコンクリートの補修工事を行うことが可能となった。
【0005】
しかしながら、このような結晶質のカルシウムアルミネートを用いた場合には、練り混ぜと同時にカルシウムアルミネートの凝結が開始するため、実用に際しては現場での作業時間を確保すべく凝結遅延材を併用することが多い。しかし凝結遅延材の使用は、圧縮強度の発現を遅くする虞があり、また凝結時間も必ずしも一定とはならず、補修工事の工事期間を確定し難いという問題点がある。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の主な目的は、所定の可使時間の調整を容易にして凝結時間のばらつきを抑えるとともに、凝結遅延材との併用によっても所定の強度発現性を有する速硬性セメント用混和剤および速硬性セメント組成物を提供することにあり、より詳しくは、このような特性を最も効果的に発現させることのできる速硬性セメント用混和剤および速効性セメント組成物を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、上記した目的を達成すべく、鋭意研究を重ねた結果、結晶質の11CaO・7Al2O3・CaF2固溶体を含む焼結体が優れた水硬性を有することを見出すとともに、さらに、このようにして得た焼結体の性質について更なる研究を重ねた結果、格子定数等のわずかな違いによって、これらの焼結体の性質が大きく異なることを見出し、ここに本発明を完成するに至った。
【0008】
即ち、本発明の解決手段は、石灰質原料、アルミナ質原料及びフッ化カルシウム質原料を、11CaO・7Al 2 O 3 ・CaF 2 固溶体の組成比となるように配合したカルシウムアルミネート焼結用原料に、TiO 2 を全原料成分中0.5〜9重量%となるように配合して焼成することにより得られ格子定数が1.1983〜1.1985nmである結晶質の11CaO・7Al2O3・CaF2固溶体を含有する焼結体の粉砕物が配合されてなることを特徴とする速硬性セメント用混和剤にある。
【0009】
従来は、格子定数については特に限定せずに結晶質の11CaO・7Al2O3・CaF2固溶体を使用していたが、その格子定数を1.1983〜1.1985nmの範囲に限定した焼結体の粉砕物を使用することにより、十分な強度を確保しつつ確実に養生時間を短縮でき、且つその凝結時間のばらつきの少ない速硬性セメント用混和剤を調製することがさらに容易なものとなる。
【0010】
また、前記固溶体を、前記焼結体中に40重量%以上の割合で含有させてなる速硬性セメント用混和剤にあり、さらに、前記焼結体を、50〜90重量%の割合で配合させてなる速硬性セメント用混和剤にある。
【0011】
さらに、本発明の解決手段は、石灰質原料、アルミナ質原料及びフッ化カルシウム質原料を、11CaO・7Al 2 O 3 ・CaF 2 固溶体の組成比となるように配合したカルシウムアルミネート焼結用原料に、TiO 2 を全原料成分中0.5〜9重量%となるように配合して焼成することにより得られ格子定数が1.1983〜1.1985nmである結晶質の11CaO・7Al 2 O 3 ・CaF 2 固溶体を含有する焼結体の粉砕物が配合されてなることを特徴とする速硬性セメント組成物にある。
【0012】
また、前記焼結体の配合量を10〜50重量%とした速硬性セメント組成物にある。
【0013】
【発明の実施の形態】
本発明に係る速硬性セメント用混和剤は、格子定数が1.1983〜1.1985nmの結晶質の11CaO・7Al2O3・CaF2固溶体を含有する焼結体を配合させてなるものである。このような焼結体は、石灰質原料、アルミナ質原料及びフッ化カルシウム質原料からなるカルシウムアルミネート焼結用原料を焼結することによって得ることができる。以下に、該焼結体の製造方法の一例を説明する。
【0014】
まず、石灰質原料、アルミナ質原料及びフッ化カルシウム質原料を、目的物である11CaO・7Al2O3・CaF2固溶体の組成比となるように配合する。
石灰質原料としては例えば石灰石を用いることができ、アルミナ質原料としては、例えばボーキサイトを用いることができ、フッ化カルシウム質原料としては例えばホタル石を用いることができる。
【0015】
このように配合したカルシウムアルミネート焼結用原料に、添加剤としてFe2O3とTiO2を配合する。Fe2O3の配合量は、全原料成分中0.1〜9重量%程度とすることが好ましく、TiO2の配合量は全原料成分中0.5〜9重量%程度とする。これらの添加剤を配合すると、該原料を焼成する際に低温融液相が形成され、11CaO・7Al2O3・CaF2の溶融温度を下回る温度において、融液を媒体とする焼結方法によって結晶質の11CaO・7Al2O3・CaF2を含む焼結体を得ることができる。
【0016】
斯かる焼成には、例えば、ロータリーキルンに代表される融液を媒体として焼結させる方式を採るものや、あるいは電気炉等を用ることができる。
焼成温度は、11CaO・7Al2O3・CaF2固溶体の溶融温度を下回る温度とすることが必要である。具体的な焼成温度は、形成するカルシウムアルミネートの種類、焼成方法等によって異なるが、本発明では概ね1225〜1415℃、好ましくは1320〜1415℃、より好ましくは1340〜1390℃の範囲内で焼成することによって、上述したような格子定数を有する焼結体とすることができる。
また、焼成時間は、電気炉においては、通常1〜2時間程度とすればよい。
【0017】
前記焼成により、所定の格子定数を有する結晶質の11CaO・Al2O3・CaF2固溶体を含む焼結体を得た後、空気や水などで急冷することによって、目的とする焼結体をクリンカーとして得ることができる。
【0018】
尚、該焼結体中には、上述した結晶質の11CaO・7Al2O3・CaF2固溶体以外の成分として、原料中に含まれる不純物や焼成条件に応じて、12CaO・7Al2O3、3CaO・Al2O3及びCaO・Al2O3等の各種カルシウムアルミネートや非晶質成分が含まれてもよい。
【0019】
また、前記焼結体は、目的に応じた適度な粒度に粉砕して用いればよい。粒度については、特に限定的ではないが、通常、ブレーン比表面積で2000〜8000cm2/g程度とすればよい。
【0020】
そして、本発明の速硬性セメント用混和剤(以下、エッセンスともいう)は、前記焼結体を50〜90重量%含有させ、他の水硬性材料として、ボウショウや無水石膏を10〜40重量%含有させたものであり、また、必要に応じて硫酸ナトリウム、半水石膏及び消石灰などの微量成分を10重量%以下の範囲で加えたものである。
【0021】
しかしながら、結晶質の11CaO・7Al2O3・CaF2固溶体を含む焼結体は、かかる固容体の格子定数の相違によって凝結速度が異なるものであるため、任意の格子定数の固溶体を含有する焼結体をセメント中に配合するだけでは、必ずしも最適な凝結時間に調節することができない。
【0022】
そこで、前記固溶体を使用して速硬性混和剤として最適な性質を発現させるためには、以下に示すような配合とすることが好ましい。
【0023】
まず、固溶体の格子定数が1.1982nm〜1.1990nmの範囲、好ましくは1.1983nm〜1.1985nmの範囲にある場合には、これらの固溶体を含有する焼結体は、いずれも注水後30〜60分程度経過後に凝結が始まり、且つ高い強度を有するものとなる。
よって、コンクリート成形体の早期脱型や、補修工事などにおいて使用する速硬性セメント用の混和剤として特に好適に使用することができ、コンクリートやモルタルを調製するための所定の可使時間を確保すること、及びその後急速に凝結させて短時間で強度発現させることが極めて容易となる。
【0024】
一方、固溶体の格子定数が1.1971nm〜1.1981nmの範囲にある場合には、可使時間と短時間での強度発現性との双方を満たすことがやや困難となる。
そこで、斯かる固溶体を使用する場合には、SO3/Al2O3比を調節することによって、所望の性質を発現させることができる。
具体的には、可使時間が比較的短くなるが、短時間での強度発現性を優先的に高めるためには、SO3/Al2O3比を0.8〜1.2とすることが好ましく、逆に、短時間での強度発現性にやや劣るが可使時間を優先的に長くするためには、SO3/Al2O3比を1.2〜1.6とすることが好ましい。
【0025】
このように配合を調整することによって、コンクリート成形体の早期脱型や、補修工事などにおける種々の要望に応えることができ、速硬性セメント用混和剤として好ましいものとなる。
【0026】
このような強度発現性能をより確実にするためには、前記11CaO・7Al2O3・CaF2固溶体を、前記焼結体中に40重量%以上の割合で含有させることが好ましい。
【0027】
該速硬性セメント用混和剤は、ベースセメントと混合することによって速硬性セメント組成物を調製することができ、さらに水、骨材等を加えることによって好適な速硬性を有するモルタルあるいはコンクリートを調製することができる。
【0028】
前記速硬性セメント用混和剤は、ベースセメントに添加することによってセメント全量中に10〜50重量%の割合で配合させることが好ましく、即ち、前記焼結体をセメント中に5〜45重量%で含まれていることが好ましい。
【0029】
ベースセメントとしては、各種ポルトランドセメントや、各種混合セメントを使用することができるが、中でも早強セメントを使用することが好ましい。
【0030】
斯かる速硬性セメント用混和剤および速硬性セメント組成物は、コンクリート成形体の早期脱型用や、補修工事用として好適に使用することができ、該用途に於ける手順等については、公知の技術と同様である。
【0031】
【実施例】
(焼結体の調製)
石灰石、ボーキサイト、ホタル石、更に添加剤としてTiO2とFe2O3を用いて、これらの原料を下記表1に示す配合組成となるように混合した。
【0032】
【表1】
【0033】
これらの原料を、電気炉で約1時間焼成した後、直ちに炉外に取り出すことによって急冷し、その後、ブレーン比表面積5300±100cm2/gに粉砕して焼結体を得た。
尚、焼成温度は1215〜1440℃の範囲で変化させることによって、格子定数の異なる焼結体を焼成した。
また、該焼結体については、未反応のCaO量が0.5%以下であり、クリンカー生成反応が十分に進行していることを確認した。さらに、焼結体中のカルシウムアルミネート相を分離し、フッ素量を測定することで、11CaO・7Al2O3・CaF2固溶体を含有するカルシウムアルミネート類の生成を確認した。
【0034】
次いで、下記の条件でカルシウムアルミネート相の格子定数を測定した。
(格子定数測定方法)
格子定数は、高純度化学研究所製金属シリコン粉末を内部標準とし、理学電機社製RAD−rCシステムを用い、粉末X線回折にて測定した。
【0035】
【0036】
【表2】
【0037】
(II)格子定数の算出
回折角度の読み取りは半価幅中点法により求め、回折角の補正は、得られた内部標準試料の回折線から補正値を算出し、最小二乗法によって行った。
【0038】
(モルタルの調製)
前記水硬性材料を使用して表3に示した配合の速硬性セメント用混和剤(以下、エッセンスという)を調製した。また、住友大阪セメント(株)製早強ポルトランドセメント(HC)と山口県豊浦郡豊浦町産珪砂と、前記エッセンスとを混合することにより、実施例および比較例のモルタルを調製した。尚、水セメント比は0.38、砂セメント比は1.28とし、高性能減水剤(花王社製マイティー150)をセメント重量の2%添加した。さらに、各実施例および比較例においては、凝結遅延剤(セッター)の添加量を変えて下記試験を行った。
【0039】
【表3】
【0040】
(試験方法)
以上のようにして調製したモルタルについて、圧縮強度およびハンドリングタイム(H.T.)の試験を行った。圧縮強度試験は、モルタルの強度試験方法(JIS R 5201)に従って試験を行うことにより、材齢3時間における圧縮強度を測定した。試験温度は5℃とした。一方、ハンドリングタイムは、直径1インチ高さ2インチの円錐形状の測定用コーンをビガー針装置に取付け、降下するものの全質量が350gとなるように設定するとともに、JIS モルタル用凝結試験型枠にフロー試験の要領でモルタルを詰めて表面をならし、前記測定用コーンの尖端がモルタル表面に接する位置にセットした後、該測定用コーンをモルタルに落下させた時の浸入深さを測定し、該浸入深さが1.5mmとなった時の注水時からの時間をハンドリングタイム(分)とした。
焼結体の格子定数の違いによる結果を表4〜9に示すとともに、エッセンスの添加量の違いによる結果を表10に示す。
【0041】
【表4】
【0042】
【表5】
【0043】
【表6】
【0044】
【表7】
【0045】
【表8】
【0046】
【表9】
【0047】
表4〜9に示すように、本発明に係るセメント組成物(実施例)によれば、可使時間(H.T.)および圧縮強度の値が、いずれも比較例のセメント組成物を上回っており、好ましい速硬性および可使時間を兼ね備えたセメント組成物が得られていることがわかる。また、各実施例のように、格子定数や凝結遅延剤(セッター)の添加量を変えることにより、可使時間の調整をも容易に行えるものであることがわかる。
【0048】
また、格子定数が1.1983〜1.1985である焼結体を添加したセメント組成物では、可使時間が長く且つ優れた強度発現性を有していることが明らかであり、このようなエッセンスの使用により、極めて容易に優れた速硬性セメント組成物を調製することが可能となる。
【0049】
【表10】
【0050】
また、表10に示したように、セメント組成物中のエッセンス(即ち焼結体)の配合量を変化させることによって可使時間の調節が可能であり、さらにセッターの添加によっても可使時間の変更が可能であることがわかる。
とりわけ、配合量が10〜50重量%である場合には、可使時間および強度発現性の両方を満たすべくセッターによる調整が容易であるため、速硬性のセメント組成物の混和剤として好ましい。
【0051】
【発明の効果】
以上のように、本発明に係る速硬性セメント用混和剤および速硬性セメント組成物によれば、そのような焼結体を使用するにあたって極めて容易に可使時間の調節が可能となり且つ好適な強度発現性を発揮させることが可能となる。
Claims (5)
- 石灰質原料、アルミナ質原料及びフッ化カルシウム質原料を、11CaO・7Al 2 O 3 ・CaF 2 固溶体の組成比となるように配合したカルシウムアルミネート焼結用原料に、TiO 2 を全原料成分中0.5〜9重量%となるように配合して焼成することにより得られ格子定数が1.1983〜1.1985nmである結晶質の11CaO・7Al2O3・CaF2固溶体を含有する焼結体の粉砕物が配合されてなることを特徴とする速硬性セメント用混和剤。
- 前記11CaO・7Al 2 O 3 ・CaF 2 固溶体を、前記焼結体の粉砕物中に40重量%以上の割合で含有させたことを特徴とする請求項1記載の速硬性セメント用混和剤。
- 前記焼結体の粉砕物を、50〜90重量%の割合で配合させてなることを特徴とする請求項1又は2に記載の速硬性セメント用混和剤。
- 石灰質原料、アルミナ質原料及びフッ化カルシウム質原料を、11CaO・7Al 2 O 3 ・CaF 2 固溶体の組成比となるように配合したカルシウムアルミネート焼結用原料に、TiO 2 を全原料成分中0.5〜9重量%となるように配合して焼成することにより得られ格子定数が1.1983〜1.1985nmである結晶質の11CaO・7Al 2 O 3 ・CaF 2 固溶体を含有する焼結体の粉砕物が配合されてなることを特徴とする速硬性セメント組成物。
- 前記焼結体の粉砕物をセメント全量中に10〜50重量%の割合で配合させてなることを特徴とする請求項4記載の速硬性セメント組成物。
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- 2001-03-28 JP JP2001093471A patent/JP4565597B2/ja not_active Expired - Fee Related
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