JP4877892B2

JP4877892B2 - セメント混和材、セメント組成物、及びそれを用いた高流動コンクリート

Info

Publication number: JP4877892B2
Application number: JP2001293537A
Authority: JP
Inventors: 実盛岡
Original assignee: Denki Kagaku Kogyo KK
Current assignee: Denka Co Ltd
Priority date: 2001-09-26
Filing date: 2001-09-26
Publication date: 2012-02-15
Anticipated expiration: 2021-09-26
Also published as: JP2003095714A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、主に、土木・建築業界において使用されるセメント混和材、セメント組成物、及びそれを用いた高流動コンクリートに関する。
なお、本発明における部や％は特に規定しない限り質量基準で示す。
【０００２】
【従来の技術とその課題】
コンクリートの耐久性と関連してひび割れの低減が強く求められている。
コンクリートのひび割れを誘発する要因としては、乾燥収縮や自己収縮が挙げられ、これら収縮を低減するために収縮低減剤が提案されている(特開平09-86998号公報)。
しかしながら、この収縮低減剤はひび割れを低減して、腐食因子である炭酸ガスのコンクリートへの浸透を困難にする作用はあるものの、これを混和したコンクリートそのものの中性化抵抗性を根本的に改善するものではなかった。
【０００３】
また、過剰強度の防止と材料分離抵抗性の付与を両立するために、石灰石微粉末が利用されている。
石灰石微粉末は収縮を緩和する効果も有しているために、収縮低減剤と石灰石微粉末からなるセメント混和剤も提案されている(特開平10-139508号公報)。
しかしながら、資源の少ない我が国にとって石灰石は貴重な天然資源であり、単にコンクリートに混和するだけの利用は資源の枯渇につながることから、工業原料としてもっと有効に利用するべきであるとの声も多いものであった。
さらに、石灰石微粉末を混合したコンクリートは中性化に対する抵抗性が充分でないという課題を有するものであった。
【０００４】
中性化は、鉄筋コンクリート構造物の耐久性と関連して重要であり、今日では、収縮低減効果と中性化抑制効果を併せ持つ材料の開発が待たれているのが実状である。
【０００５】
一方、高炉徐冷スラグは、別名結晶化スラグ又はバラスとも呼ばれ、水硬性を示さず、そのため、今日まで路盤材、セメント原料、あるいは、コンクリート用骨材としての利用等、比較的消極的な使い方しかされておらず、その有効利用方法については未だに模索状態にある。
【０００６】
本発明者は種々検討を重ねた結果、高炉徐冷スラグ微粉末が、ブリーディングや中性化抑制機能を有し、収縮低減剤と組み合わせることにより収縮補償効果を発揮してより耐久的なコンクリート構造物の構築を可能にすることを知見して本発明を完成するに至った。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
即ち、本発明は、ブレーン比表面積が4,000cm²/gを超え、ガラス化率が30％以下の高炉徐冷スラグ粉末と、低分子量アルキレンオキシド共重合体系、グリコールエーテル・アミノアルコール誘導体系または低級アルコールのアルキレンオキシド付加物系のいずれかである収縮低減剤とを含有してなり、収縮低減剤の使用量が3〜15kg/m ³ であるセメント混和材であり、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り、該セメント組成物を用いてなり、収縮低減剤の使用量が3〜15kg/m ³ である高流動コンクリートである。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を詳細に説明する。
【０００９】
本発明で使用する高炉徐冷スラグ粉末(以下、徐冷スラグという)は徐冷されて結晶化した高炉スラグの粉末である。
徐冷スラグは、通常、ドライピット、あるいは、畑と呼ばれる冷却ヤードに溶融スラグを流し込み、自然放冷と適度の散水により冷却され、結晶質の塊状スラグとして得られる。
徐冷スラグの成分は高炉水砕スラグと同様の組成を有しており、具体的には、SiO₂、CaO、Al₂O₃、及びMgOなどを主要な化学成分とし、その他微量成分として、Na₂O、K₂O、Fe₂O₃、MnO、TiO₂、S、Cr₂O₃、及びP₂O₅などを含有する。
この化学成分の割合は特に限定されるものではないが、通常、主成分であるSiO₂は25〜45％、CaOは30〜50％、Al₂O₃は10〜20％、及びMgOは３〜10％程度であり、
微量成分であるNa₂O、K₂O、Fe₂O₃、MnO、TiO₂、及びSなどは各々２％以下である。
徐冷スラグのブレーン比表面積(以下、ブレーン値という)は4,000cm²/gを超えることが好ましく、4,500cm²/g以上がより好ましく、5,000cm²/g以上が最も好ましい。ブレーン値が4,000cm²/g以下では材料分離抵抗性が得られない場合がある。また、ブレーン値は、大きすぎると混練水量が多くなり、強度発現性や耐久性が悪くなる場合があり、8,000cm²/g以下が好ましい。
徐冷スラグのガラス化率は30％以下が好ましく、10％以下がより好ましい。ガラス化率が30％を超えると水和熱が大きくなる場合がある。
ガラス化率(Ｘ)は、Ｘ(％)＝(１−Ｓ／Ｓ₀)×100として求められる。ここで、Ｓは粉末Ｘ線回折法により求められる徐冷スラグ中の主要な結晶性化合物であるメリライト(ゲーレナイト2CaO・Al₂O₃・SiO₂とアケルマナイト2CaO・MgO・2SiO₂の固溶体)のメインピークの面積であり、Ｓ₀は徐冷スラグを1,000℃で３時間加熱し、その後、５℃／分の冷却速度で冷却したもののメリライトのメインピークの面積を表す。
徐冷スラグの使用量は特に限定されるものではないが、通常、セメント100部に対して、10〜200部が好ましく、20〜150部がより好ましい。10部未満では本発明の効果、即ち、水和熱低減効果や中性化の抑制効果が充分に得られない場合があり、200部を超えると強度発現性が悪くなる場合がある。
【００１０】
本発明で使用する収縮低減剤とは、モルタルやコンクリートの硬化・乾燥によって生ずる収縮を低減させるために使用するものであれば、特に限定されるものではなく、いかなるものでも使用可能である。
主成分で大別すると、低級アルコールアルキレンオキシド付加物系、アルコール系、グリコールエーテル・アミノアルコール誘導体系、ポリエーテル系、及び低分子量アルキレンオキシド共重合体系等が挙げられる。
収縮低減剤は各社より市販されており、その代表例としては、例えば、電気化学工業社製「エスケーガード」、エフ・ピー・ケー社製「ヒビガード」、竹本油脂社製「ヒビダン」、及び太平洋セメント社製「テトラガード」などが挙げられる。
【００１１】
本発明におけるセメント混和材中の徐冷スラグと収縮低減剤の配合割合は特に限定されるものではないが、通常、徐冷スラグ50〜90部、収縮低減剤50〜10部が好ましく、徐冷スラグ70〜80部、収縮低減剤30〜20部がより好ましい。徐冷スラグが50部未満であり、収縮低減剤が50部を超えると、充分な中性化抑制機能が得られない場合がある。また、収縮低減剤が10部未満であったり、徐冷スラグが90部を超えると、充分な収縮低減効果が得られない場合がある。
【００１２】
本発明で使用するセメントとしては、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、高炉水砕スラグ、フライアッシュ、又は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石灰石フィラーセメントなどが挙げられ、これらのうちの一種又は二種以上が使用可能である。
【００１３】
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3,000〜8,000cm²/gが好ましく、4,000〜6,000cm²/gがより好ましい。3,000cm²/g未満では強度発現性が充分に得られない場合があり、8,000cm²/gを超えると作業性が悪くなる場合がある。
【００１４】
本発明で使用する高流動コンクリートとは、従来の振動締め固めを必要としない自己充填性を有し、材料分離を生じないコンクリートを総称するものであり、流動性の指標となるスランプフロー値が650±50mmであることが好ましい。
通常、高流動コンクリートを調製する際には、通常の減水剤、ＡＥ減水剤、高性能減水剤、及び高性能ＡＥ減水剤等の減水剤を用いて高流動化することが好ましい。
【００１５】
本発明では、セメント、セメント混和材、砂や砂利等の骨材、及び減水剤の他に、従来よりコンクリートに用いられてきた高炉水砕スラグ微粉末、石灰石微粉末、フライアッシュ、及びシリカフュームなどの混和材料、膨張材、急硬材、消泡剤、増粘剤、防錆剤、防凍剤、高分子エマルジョン、凝結調整剤、ベントナイトなどの粘土鉱物、並びに、ハイドロタルサイトなど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。
【００１６】
本発明において、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、あらかじめ一部を、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、既存のいか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、及びナウタミキサなどの使用が可能である。
【００１７】
【実施例】
以下、本発明を実験例に基づいてさらに説明する。
【００１８】
実験例１
セメント450gに対して、表１に示す徐冷スラグａと収縮低減剤とを使用し、セメントと砂αの比率が１対３、水セメント比が50％のモルタルを調製し、圧縮強度、寸法変化率、及び中性化深さを測定した。
ただし、徐冷スラグは砂の一部として配合し、収縮低減剤は水の一部として配合した。結果を表１に併記する。
【００１９】
＜使用材料＞
セメント：普通ポルトランドセメント、ブレーン値3,200cm²/g、比重3.15
徐冷スラグａ：ブレーン値4,500cm²/g、ガラス化率５％、比重3.00
収縮低減剤Ａ：低分子量アルキレンオキシド共重合体系、市販品
石灰石微粉末：新潟県青海鉱山産石灰石の粉砕品、ブレーン値4,500cm²/g、比重2.70
砂α ：JIS標準砂（ISO679準拠）
水：水道水
【００２０】
＜測定方法＞
圧縮強度：４×４×16cmの供試体を作製し、JIS R 5201に準じて材齢28日強度を測定。
寸法変化率：JIS A 6202に準じて、材齢28日の寸法変化率を測定。ただし、材齢１日で脱型し、材齢７日までは水中養生を行い、以後材齢28日までは20℃・相対湿度60％の環境で気乾養生を行った。
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、30℃・相対湿度60％・炭酸ガス濃度５％の環境で促進中性化を行い、８週間後に供試体を輪切りし、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。
【００２１】
【表１】

【００２２】
実験例２
単位セメント量300kg/m³、単位水量153kg/m³、単位徐冷スラグ量250kg/m³、単位収縮低減剤Ａ量20kg/m³、水／粉体比＝30％、s/a＝48％、及び空気量4.5±1.5％のコンクリート配合を用い、徐冷スラグの種類を表２に示すように変化してコンクリートを調製し、スランプフロー値、断熱温度上昇量、圧縮強度、自己寸法変化、及び中性化深さを測定した。結果を表２に併記する。
また、中性化に対する抵抗性を検討するために、同一配合の場合に徐冷スラグと圧縮強度が同等となる石灰石微粉末を混和した場合についても同様の実験を行った。結果を表２に併記する。
【００２３】
＜使用材料＞
徐冷スラグｂ：ブレーン値3,000cm²/g、ガラス化率５％、比重3.00
徐冷スラグｃ：ブレーン値4,000cm²/g、ガラス化率５％、比重3.00
徐冷スラグｄ：ブレーン値5,000cm²/g、ガラス化率５％、比重3.00
徐冷スラグｅ：ブレーン値6,000cm²/g、ガラス化率５％、比重3.00
徐冷スラグｆ：ブレーン値6,000cm²/g、ガラス化率30％、比重2.96
徐冷スラグｇ：ブレーン値6,000cm²/g、ガラス化率50％、比重2.94
急冷スラグ：ブレーン値6,000cm²/g、ガラス化率95％、比重2.90
砂β ：新潟県姫川産、比重2.62
砂利：新潟県姫川産、砕石、比重2.64
高性能ＡＥ減水剤：ポリカルボン酸系、市販品
【００２４】
＜測定方法＞
スランプフロー：財団法人、沿岸開発技術センター及び漁港漁村建設技術研究所発行、水中不分離性コンクリート・マニュアル、付録１「水中不分離性コンクリートの試験、スランプフロー試験」に基づいてコンクリートの広がりを直角方向に２点測定した平均値
断熱温度上昇量：東京理工社製の断熱温度上昇量測定装置を用いて打設温度20℃の条件で測定。
圧縮強度：10φ×20cmの供試体を作製し、JIA A 1108に準じて材齢28日強度を測定。ただし、脱型は材齢７日に行い、以後20℃の水中養生を行った。
自己寸法変化：JCI自己収縮研究委員会報告書に準じて測定。材齢56日におけるひずみとして表示。
中性化深さ：10φ×20cmの供試体を作製し、材齢28日まで20℃水中養生を施した後、30℃・相対湿度60％・炭酸ガス濃度５％の環境で促進中性化を行い、６ヶ月後に供試体を輪切りし、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。
【００２５】
【表２】

【００２６】
実験例３
単位セメント量300kg/m³、単位徐冷スラグ量250kg/m³、単位水量165kg/m³、ｓ／ａ48％の高流動コンクリートにおいて、表３に示す収縮低減剤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。
【００２７】
＜使用材料＞
収縮低減剤Ｂ：市販品、グリコールエーテル・アミノアルコール誘導体系
収縮低減剤Ｃ：市販品、低級アルコールのアルキレンオキシド付加物系
【００２８】
【表３】

【００２９】
【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り、中性化されにくく、収縮量の小さいセメント組成物とすることができる。
また、高流動コンクリートのような低水比のコンクリートに適用しても自己収縮を小さく抑えることができ、中性化抵抗性が大きく水和発熱量が小さい高流動コンクリートが得られるなどの効果を奏する。

Claims

ブレーン比表面積が4,000cm²/gを超え、ガラス化率が30％以下の高炉徐冷スラグ粉末と、低分子量アルキレンオキシド共重合体系、グリコールエーテル・アミノアルコール誘導体系または低級アルコールのアルキレンオキシド付加物系のいずれかである収縮低減剤とを含有してなるセメント混和材。
セメントと、請求項１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。
請求項２に項記載のセメント組成物を用いてなり、収縮低減剤の使用量が3〜15kg/m ³ である高流動コンクリート。