JP4814431B2 - 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、土木・建築業界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。
なお、本発明で使用する(部)や(％)は特に規定のない限り質量基準である。
【０００２】
【従来の技術とその課題】
これまでにセメント・コンクリートの凝結を促進する化合物は数多く提案されている。
そのひとつに、セメント化学の分野ではC12A7と呼ばれているCa12Al14O33で表される化合物（12CaO・7Al2O3）が知られている（特開昭54-134735号公報）。
C12A7は、CaOとAl2O3の化合物であるカルシウムアルミネート系化合物の中では比較的低い焼成温度で合成が可能で被粉砕性も良好なため、キルンにより連続的に、かつ、多量に合成できるばかりか、粉砕に費やす動力も少なくてよいので経済性に優れるものである。
しかしながら、C12A7は水和反応速度が温度により大きく異なり、その凝結促進効果も温度依存性が大きく、低温では充分な凝結促進効果が得られないという課題を有するものであった。
【０００３】
本発明者は、このような状況を鑑み、前記課題を解消すべく種々検討した結果、C12A7にアルカリ金属を固溶させることによって水和活性を大きくすることに成功し、これをセメント混和材として使用すると、低温での凝結促進効果が改善できることを知見し、本発明を完成するに至った。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
即ち、本発明は、ＣａＯ原料、Ａｌ２Ｏ３原料、Ｒ ２ Ｏ原料、及びハロゲン化合物を配合して熱処理することによって得られる、Ｃａ１２−ｎＡｌ１４Ｒ２ｎＯ３３−ｙＸ２ｙ（ただし、Ｒはアルカリ金属で、Ｘはハロゲンであり、０．５≦ｎ≦１．０、０．５≦ｙ≦１．０）の組成で示される物質を含有してなるセメント混和材であり、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において、セメント組成物１００部中、セメント混和材１０〜２０部を含有してなるセメント組成物である。
【０００５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明をさらに詳しく説明する。
【０００６】
本発明のCa12-nAl14R2nO33-yX2y（ただし、Rはアルカリ金属で、Xはハロゲンであり、0＜n≦1.0、0≦y≦1.0）で示される物質（以下、CARX物という）は粉末Ｘ線回折法によると、12CaO・7Al2O3や11CaO・7Al2O3・CaF2と同様の回折パターンを示す。具体的には、JCPDSカードの登録番号で、12CaO・7Al2O3であるNo.9-413や、11CaO・7Al2O3・CaF2であるNo.25-394と一致する回折パターンを示す。
アルカリ金属の具体例としては、例えば、リチウム(Li)、ナトリウム(Na)、及びカリウム(K)などが挙げられ、特に限定されるものではないが、経済性の面から、ナトリウムやカリウムを選択することが好ましい。
また、ハロゲンの具体例としては、フッ素(F)、塩素(Cl)、及び臭素(Br)などが挙げられ、経済性の面から、フッ素や塩素を選択することが好ましく、耐久性の面からフッ素を選択することがより好ましい。
CARX物のｎの値は、0＜ｎ≦1.0であり、0.1≦ｎ≦1.0が好ましく、0.3≦ｎ≦1.0がより好ましい。ｎの値が0では、凝結促進効果、特に低温での凝結促進効果が充分でなく、ｎが1.0を超えると物質中にRが固溶しなくなる場合がある。
また、ｙの値は、0≦y≦1.0であり、0.1≦y≦1.0が好ましく、0.3≦y≦1.0がより好ましい。yの値は０でもかまわないが、この場合にはCARX物の製造が困難となる場合があり、yの値が1.0を超えると、物質中にXが固溶しなくなる場合がある。
CARX物は、CaO原料、Al2O3原料、Na2O原料、及びハロゲン化合物等を熱処理してなるものであり、それぞれの原料は、例えば、CaO原料としては消石灰や石灰石粉末等が、Al2O3原料としてはボーキサイトやアルミ残灰等が、Na2O原料としては炭酸ナトリウムや水酸化ナトリウムなどが、また、ハロゲン化合物としてはホタル石、塩化カルシウム、フッ化ナトリウム、及び塩化ナトリウムなどがそれぞれ使用可能である。
熱処理方法は特に限定されるものではないが、例えば、ロータリーキルンや電気炉等を使用する方法が挙げられ、熱処理時間も特に限定されるものではない。
熱処理温度は特に限定されるものではないが、通常、1,000〜1,500℃程度が好ましく、1,100〜1,400℃がより好ましい。
また、工業原料を用いてCARX物を製造する際には、例えば、MgO、TiO2、Fe2O3、B2O3、SiO2、P2O5、及びSO3などの不純物の存在や混入が予想されるが特に限定されるものではない。これらの存在は、熱処理時、CARX物の生成反応を促す効果を持つものや、CARX物の活性を高める効果を持つものもあることから好ましい面もあり、本発明の目的を実質的に阻害しない範囲の量では問題にならない。
【０００７】
本発明のセメント混和材は、CARX物を主成分とするが、各原料の配合割合を調節することによって、様々な化合物が副生する。その具体例としては、CaOをC、Al2O3をA、Fe2O3をF、R2O（Na2O、K2O、Li2O）をRとすると、C3Aやこれにアルカリ金属が固溶したC14RA5、CAやC3R2A5、C4AF、C3A3・CaSO4、C2AS、C3SやC2Sなどのカルシウムシリケート、遊離石灰、及びアルミン酸アルカリなどが挙げられる。これら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問題にならない。
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、ブレーン比表面積値（以下、ブレーン値という）で3,000〜9,000cm2/g程度が好ましい。3,000cm2/g未満では充分な凝結促進効果が得られない場合があり、9,000cm2/gを超えるように粉砕してもさらなる効果の増進が期待できない。
本発明のセメント混和材の使用量は、セメントとセメント混和材からなる結合材100部中、３〜20部が好ましく、５〜15部がより好ましい。３部未満では充分な凝結促進効果が得られない場合があり、20部を超えて使用してもさらなる効果の増進が期待できない。
【０００８】
ここでセメントとしては、普通、早強、超早強、低熱、及び中庸熱等の各種ポルトランドセメント、これらポルトランドセメントに、シリカや高炉スラグなどのポゾラン物質を混合した各種混合セメント、並びに、アルミナセメントなどが挙げられる。
【０００９】
水の使用量は特に限定されるものではなく、通常の使用範囲が使用される。具体的には、水／セメント組成物比25〜100％が好ましく、30〜60％がより好ましい。25％未満では充分な作業性が得られない場合があり、100％を超えると充分な強度発現性が得られない場合がある。
【００１０】
本発明のセメント組成物を使用したセメント混練物の養生方法は、特に限定されるものではなく、一般に行われている養生方法が可能である。
【００１１】
また、混練方法も、一般に用いられる方法でよく、特に限定されるものではない。
【００１２】
本発明のセメント混和材又はセメント組成物製造時に使用する混合装置としては、既存のいかなる攪拌装置も使用可能であり、例えば、傾胴ミキサ、オムニミキサ、Ｖ型ミキサ、ヘンシェルミキサ、及びナウタミキサなどが使用可能である。
【００１３】
また、混合はそれぞれの材料を施工時に混合してもよいし、あらかじめ一部を、あるいは全部を混合しておいても差し支えない。
【００１４】
本発明では、セメントとセメント混和材の他に、砂や砂利等の骨材、補強繊維材、減水剤、高性能減水剤、高性能ＡＥ減水剤、増粘剤、セメント膨張材、防錆剤、防凍剤、酸化カルシウムや水酸化カルシウムなどのカルシウム化合物、ベントナイトやモンモリロナイトなどの粘土鉱物、並びに、ゼオライト、ハイドロタルサイト、及びハイドロカルマイトなどのイオン交換体等を本発明の目的を実質的に阻害しない範囲で併用することが可能である。
【００１５】
【実施例】
以下、実験例により本発明を詳細に説明する。
【００１６】
実験例１
CaO原料、Al2O3原料、R2O原料、及びハロゲン化合物を配合し、混合・粉砕してCARX物原料を調製した。
次いで、電気炉を用いて1,200℃で２時間熱処理する工程を生成物が単一相となるまで繰り返すことによってCARX物を合成した。
合成したCARX物の化学組成と鉱物組成を求めた。その結果を表１に示す。
【００１７】
＜使用材料＞
CaO原料 ：炭酸カルシウム、試薬特級
Al2O3原料 ：酸化アルミニウム、試薬特級
R2O原料Ａ ：炭酸ナトリウム、試薬特級
R2O原料Ｂ ：炭酸カリウム、試薬特級
R2O原料Ｃ ：炭酸リチウム、試薬特級
ハロゲン化合物ａ：フッ化カルシウム、CaF2、試薬特級
ハロゲン化合物ｂ：塩化カルシウム、CaCl2、試薬特級
ハロゲン化合物ｃ：臭化カルシウム、CaBr2、試薬特級
【００１８】
＜測定方法＞
化学組成 ：JIS R 5202に準じて、化学分析
鉱物組成 ：粉末Ｘ線回折法（ＸＲＤ）によって同定
【００１９】
【表１】
【００２０】
実験例２
実験例１で合成した各種CARX物をブレーン値6,000±200cm2/gに粉砕してセメント混和材とし、セメント組成物100部中、10部配合し、セメント組成物／砂比＝１／３、水／セメント組成物比＝50％でモルタルを調製した。
調製したモルタルの凝結時間測定した。結果を表２に併記する。
【００２１】
＜使用材料＞
セメント ：電気化学工業社製、普通ポルトランドセメント
砂 ：JIS標準砂、ISO 679準拠
水 ：水道水
【００２２】
＜測定方法＞
凝結試験 ：ASTM C 403に準じて、プロクター貫入抵抗試験により凝結の始発時間を測定
【００２３】
【表２】
【００２４】
実験例３
ＲがNaで、ｎが0.5、ＸがＦで、ｙが0.5のCARX物（セメント混和材Ｊ）を使用し、表３に示す量のセメント混和材を用いたこと以外は実験例２と同様に行った。結果を表３に併記する。
【００２５】
【表３】
【００２６】
【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って、セメント・コンクリートの凝結硬化を促進せしめることができ、特に低温での凝結促進効果に優れるセメント組成物が得られるなどの効果を奏する。
【発明の属する技術分野】
本発明は、土木・建築業界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。
なお、本発明で使用する(部)や(％)は特に規定のない限り質量基準である。
【０００２】
【従来の技術とその課題】
これまでにセメント・コンクリートの凝結を促進する化合物は数多く提案されている。
そのひとつに、セメント化学の分野ではC12A7と呼ばれているCa12Al14O33で表される化合物（12CaO・7Al2O3）が知られている（特開昭54-134735号公報）。
C12A7は、CaOとAl2O3の化合物であるカルシウムアルミネート系化合物の中では比較的低い焼成温度で合成が可能で被粉砕性も良好なため、キルンにより連続的に、かつ、多量に合成できるばかりか、粉砕に費やす動力も少なくてよいので経済性に優れるものである。
しかしながら、C12A7は水和反応速度が温度により大きく異なり、その凝結促進効果も温度依存性が大きく、低温では充分な凝結促進効果が得られないという課題を有するものであった。
【０００３】
本発明者は、このような状況を鑑み、前記課題を解消すべく種々検討した結果、C12A7にアルカリ金属を固溶させることによって水和活性を大きくすることに成功し、これをセメント混和材として使用すると、低温での凝結促進効果が改善できることを知見し、本発明を完成するに至った。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
即ち、本発明は、ＣａＯ原料、Ａｌ２Ｏ３原料、Ｒ ２ Ｏ原料、及びハロゲン化合物を配合して熱処理することによって得られる、Ｃａ１２−ｎＡｌ１４Ｒ２ｎＯ３３−ｙＸ２ｙ（ただし、Ｒはアルカリ金属で、Ｘはハロゲンであり、０．５≦ｎ≦１．０、０．５≦ｙ≦１．０）の組成で示される物質を含有してなるセメント混和材であり、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において、セメント組成物１００部中、セメント混和材１０〜２０部を含有してなるセメント組成物である。
【０００５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明をさらに詳しく説明する。
【０００６】
本発明のCa12-nAl14R2nO33-yX2y（ただし、Rはアルカリ金属で、Xはハロゲンであり、0＜n≦1.0、0≦y≦1.0）で示される物質（以下、CARX物という）は粉末Ｘ線回折法によると、12CaO・7Al2O3や11CaO・7Al2O3・CaF2と同様の回折パターンを示す。具体的には、JCPDSカードの登録番号で、12CaO・7Al2O3であるNo.9-413や、11CaO・7Al2O3・CaF2であるNo.25-394と一致する回折パターンを示す。
アルカリ金属の具体例としては、例えば、リチウム(Li)、ナトリウム(Na)、及びカリウム(K)などが挙げられ、特に限定されるものではないが、経済性の面から、ナトリウムやカリウムを選択することが好ましい。
また、ハロゲンの具体例としては、フッ素(F)、塩素(Cl)、及び臭素(Br)などが挙げられ、経済性の面から、フッ素や塩素を選択することが好ましく、耐久性の面からフッ素を選択することがより好ましい。
CARX物のｎの値は、0＜ｎ≦1.0であり、0.1≦ｎ≦1.0が好ましく、0.3≦ｎ≦1.0がより好ましい。ｎの値が0では、凝結促進効果、特に低温での凝結促進効果が充分でなく、ｎが1.0を超えると物質中にRが固溶しなくなる場合がある。
また、ｙの値は、0≦y≦1.0であり、0.1≦y≦1.0が好ましく、0.3≦y≦1.0がより好ましい。yの値は０でもかまわないが、この場合にはCARX物の製造が困難となる場合があり、yの値が1.0を超えると、物質中にXが固溶しなくなる場合がある。
CARX物は、CaO原料、Al2O3原料、Na2O原料、及びハロゲン化合物等を熱処理してなるものであり、それぞれの原料は、例えば、CaO原料としては消石灰や石灰石粉末等が、Al2O3原料としてはボーキサイトやアルミ残灰等が、Na2O原料としては炭酸ナトリウムや水酸化ナトリウムなどが、また、ハロゲン化合物としてはホタル石、塩化カルシウム、フッ化ナトリウム、及び塩化ナトリウムなどがそれぞれ使用可能である。
熱処理方法は特に限定されるものではないが、例えば、ロータリーキルンや電気炉等を使用する方法が挙げられ、熱処理時間も特に限定されるものではない。
熱処理温度は特に限定されるものではないが、通常、1,000〜1,500℃程度が好ましく、1,100〜1,400℃がより好ましい。
また、工業原料を用いてCARX物を製造する際には、例えば、MgO、TiO2、Fe2O3、B2O3、SiO2、P2O5、及びSO3などの不純物の存在や混入が予想されるが特に限定されるものではない。これらの存在は、熱処理時、CARX物の生成反応を促す効果を持つものや、CARX物の活性を高める効果を持つものもあることから好ましい面もあり、本発明の目的を実質的に阻害しない範囲の量では問題にならない。
【０００７】
本発明のセメント混和材は、CARX物を主成分とするが、各原料の配合割合を調節することによって、様々な化合物が副生する。その具体例としては、CaOをC、Al2O3をA、Fe2O3をF、R2O（Na2O、K2O、Li2O）をRとすると、C3Aやこれにアルカリ金属が固溶したC14RA5、CAやC3R2A5、C4AF、C3A3・CaSO4、C2AS、C3SやC2Sなどのカルシウムシリケート、遊離石灰、及びアルミン酸アルカリなどが挙げられる。これら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問題にならない。
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、ブレーン比表面積値（以下、ブレーン値という）で3,000〜9,000cm2/g程度が好ましい。3,000cm2/g未満では充分な凝結促進効果が得られない場合があり、9,000cm2/gを超えるように粉砕してもさらなる効果の増進が期待できない。
本発明のセメント混和材の使用量は、セメントとセメント混和材からなる結合材100部中、３〜20部が好ましく、５〜15部がより好ましい。３部未満では充分な凝結促進効果が得られない場合があり、20部を超えて使用してもさらなる効果の増進が期待できない。
【０００８】
ここでセメントとしては、普通、早強、超早強、低熱、及び中庸熱等の各種ポルトランドセメント、これらポルトランドセメントに、シリカや高炉スラグなどのポゾラン物質を混合した各種混合セメント、並びに、アルミナセメントなどが挙げられる。
【０００９】
水の使用量は特に限定されるものではなく、通常の使用範囲が使用される。具体的には、水／セメント組成物比25〜100％が好ましく、30〜60％がより好ましい。25％未満では充分な作業性が得られない場合があり、100％を超えると充分な強度発現性が得られない場合がある。
【００１０】
本発明のセメント組成物を使用したセメント混練物の養生方法は、特に限定されるものではなく、一般に行われている養生方法が可能である。
【００１１】
また、混練方法も、一般に用いられる方法でよく、特に限定されるものではない。
【００１２】
本発明のセメント混和材又はセメント組成物製造時に使用する混合装置としては、既存のいかなる攪拌装置も使用可能であり、例えば、傾胴ミキサ、オムニミキサ、Ｖ型ミキサ、ヘンシェルミキサ、及びナウタミキサなどが使用可能である。
【００１３】
また、混合はそれぞれの材料を施工時に混合してもよいし、あらかじめ一部を、あるいは全部を混合しておいても差し支えない。
【００１４】
本発明では、セメントとセメント混和材の他に、砂や砂利等の骨材、補強繊維材、減水剤、高性能減水剤、高性能ＡＥ減水剤、増粘剤、セメント膨張材、防錆剤、防凍剤、酸化カルシウムや水酸化カルシウムなどのカルシウム化合物、ベントナイトやモンモリロナイトなどの粘土鉱物、並びに、ゼオライト、ハイドロタルサイト、及びハイドロカルマイトなどのイオン交換体等を本発明の目的を実質的に阻害しない範囲で併用することが可能である。
【００１５】
【実施例】
以下、実験例により本発明を詳細に説明する。
【００１６】
実験例１
CaO原料、Al2O3原料、R2O原料、及びハロゲン化合物を配合し、混合・粉砕してCARX物原料を調製した。
次いで、電気炉を用いて1,200℃で２時間熱処理する工程を生成物が単一相となるまで繰り返すことによってCARX物を合成した。
合成したCARX物の化学組成と鉱物組成を求めた。その結果を表１に示す。
【００１７】
＜使用材料＞
CaO原料 ：炭酸カルシウム、試薬特級
Al2O3原料 ：酸化アルミニウム、試薬特級
R2O原料Ａ ：炭酸ナトリウム、試薬特級
R2O原料Ｂ ：炭酸カリウム、試薬特級
R2O原料Ｃ ：炭酸リチウム、試薬特級
ハロゲン化合物ａ：フッ化カルシウム、CaF2、試薬特級
ハロゲン化合物ｂ：塩化カルシウム、CaCl2、試薬特級
ハロゲン化合物ｃ：臭化カルシウム、CaBr2、試薬特級
【００１８】
＜測定方法＞
化学組成 ：JIS R 5202に準じて、化学分析
鉱物組成 ：粉末Ｘ線回折法（ＸＲＤ）によって同定
【００１９】
【表１】
実験例２
実験例１で合成した各種CARX物をブレーン値6,000±200cm2/gに粉砕してセメント混和材とし、セメント組成物100部中、10部配合し、セメント組成物／砂比＝１／３、水／セメント組成物比＝50％でモルタルを調製した。
調製したモルタルの凝結時間測定した。結果を表２に併記する。
【００２１】
＜使用材料＞
セメント ：電気化学工業社製、普通ポルトランドセメント
砂 ：JIS標準砂、ISO 679準拠
水 ：水道水
【００２２】
＜測定方法＞
凝結試験 ：ASTM C 403に準じて、プロクター貫入抵抗試験により凝結の始発時間を測定
【００２３】
【表２】
実験例３
ＲがNaで、ｎが0.5、ＸがＦで、ｙが0.5のCARX物（セメント混和材Ｊ）を使用し、表３に示す量のセメント混和材を用いたこと以外は実験例２と同様に行った。結果を表３に併記する。
【００２５】
【表３】
【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って、セメント・コンクリートの凝結硬化を促進せしめることができ、特に低温での凝結促進効果に優れるセメント組成物が得られるなどの効果を奏する。
Claims (2)
- ＣａＯ原料、Ａｌ２Ｏ３原料、Ｒ ２ Ｏ原料、及びハロゲン化合物を配合して熱処理することによって得られる、Ｃａ１２−ｎＡｌ１４Ｒ２ｎＯ３３−ｙＸ２ｙ（ただし、Ｒはアルカリ金属で、Ｘはハロゲンであり、０．５≦ｎ≦１．０、０．５≦ｙ≦１．０）の組成で示される物質を含有してなるセメント混和材。
- 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において、セメント組成物１００部中、セメント混和材１０〜２０部を含有してなるセメント組成物。
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|---|---|---|---|
| JP2001030742A JP4814431B2 (ja) | 2001-02-07 | 2001-02-07 | セメント混和材及びセメント組成物 |
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|---|---|---|---|
| JP2001030742A JP4814431B2 (ja) | 2001-02-07 | 2001-02-07 | セメント混和材及びセメント組成物 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002234758A JP2002234758A (ja) | 2002-08-23 |
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| JP2001030742A Expired - Fee Related JP4814431B2 (ja) | 2001-02-07 | 2001-02-07 | セメント混和材及びセメント組成物 |
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| JP (1) | JP4814431B2 (ja) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| JP3894598B2 (ja) * | 1996-09-30 | 2007-03-22 | 電気化学工業株式会社 | 吹付材料及びそれを用いた吹付工法 |
-
2001
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