JP4937464B2

JP4937464B2 - セメント混和剤及びセメント組成物

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Publication number: JP4937464B2
Application number: JP2001163564A
Authority: JP
Inventors: 寛之大橋; 実盛岡; 康宏中島; 隆行樋口; 光男高橋
Original assignee: Denki Kagaku Kogyo KK
Current assignee: Denka Co Ltd
Priority date: 2001-05-31
Filing date: 2001-05-31
Publication date: 2012-05-23
Anticipated expiration: 2021-05-31
Also published as: JP2002348158A

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剤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、美観等の観点から重要であり、これらを改善する効果のあるセメント混和材、すなわち、セメント系膨張材の更なる技術の進展が望まれている。
従来より、セメント・コンクリートに膨張性を与えるセメント混和材としては、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）等があった。
一方、近年コンクリートの高性能化を目的として、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。
ここでコンクリートとは、セメント、モルタル及びコンクリートを総称するものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、これらの高性能なコンクリートでは、膨張材の効果が十分に発揮されないことが指摘されている。現在では膨張材の混和率が低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のが実状である。
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移行が検討されており、これまでやや軽視されていた耐久性についても明確な性能規定が定められるものと考えられる。すなわち、ひび割れの耐久性に対する影響の定量化がなされるため、ひび割れの低減は重要な課題となるが、ひび割れ低減に効果のあるセメント系膨張材を広範に利用するためには、使用量を少なくして経済的負担を小さくすることが不可欠である。
一方、膨張材は一般に粉体であり、これを使用する際には、生コンプラントに荷揚げし、解袋投入作業を行わなければならない。この作業は、いわゆる３Ｋ（きつい、汚い、危険）作業であり、作業員の高齢化や人手不足が進む時代の流れにあって深刻な問題となっている。膨張材がスラリー化できれば、生コンプラントに既に設置してある計量設備を利用できるので、３Ｋ作業は大幅に軽減できる。これまでに膨張材を水でスラリー化する試みもなされてきたが、膨張材は水硬性物質であり、長い時間練り置いておくことができない。そのため、現場で撹拌装置を準備しなければならないデメリットや出荷トラブルが発生した場合には、調製したスラリーを廃棄しなければならない等の大きな問題を有していた。
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、特定の液体で膨張材をスラリー化することにより、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。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
すなわち、本発明は、ＣａＯ原料とＣａＳＯ₄原料を含む配合物を熱処理して生成する遊離石灰と無水セッコウを有効成分とする鉱物からなり、無水セッコウが遊離石灰と無水セッコウの合計１００部中１０〜５０部である膨張材と、アルコール類、フェノール類、グリコール類、飽和脂肪酸や不飽和脂肪酸である脂肪酸類、エーテル類、アミン類及びこれらの付加化合物や誘導体から選ばれた１種又は２種以上である非水系液体を含有してなり、膨張材と非水系液体の合計１００部中、膨張材が５０〜８０部、非水系液体が２０〜５０部である、スラリー化したセメント混和剤であり、さらに、セメントと、該セメント混和剤とを含有してなるセメント組成物である。また、ＣａＯ原料とＣａＳＯ ₄ 原料を含む配合物を熱処理して生成する遊離石灰と無水セッコウを有効成分とする鉱物からなり、無水セッコウが遊離石灰と無水セッコウの合計１００部中１０〜５０部である膨張材と、アルコール類、フェノール類、グリコール類、飽和脂肪酸や不飽和脂肪酸である脂肪酸類、エーテル類、アミン類及びこれらの付加化合物や誘導体から選ばれた１種又は２種以上である非水系液体を含有してなり、膨張材と非水系液体の合計１００部中、膨張材が５０〜８０部、非水系液体が２０〜５０部となるように配合しスラリー化することを特徴とするセメント混和剤の製造方法である。
なお、本発明で使用する配合割合や添加量を示す部、％は、質量単位である。
【０００５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明をさらに詳細に説明する。
本発明の膨張材は、ＣａＯ原料とＣａＳＯ₄原料を含む配合物を熱処理して生成する遊離石灰と無水セッコウを有効成分とする鉱物からなり、該鉱物中の割合は、無水セッコウが遊離石灰と無水セッコウの合計１００部中１０〜５０部である。本発明の膨張材のＣａＯ原料とＣａＳＯ₄原料との配合割合は、生成物である遊離石灰と無水セッコウの合計１００部中、無水セッコウが１０〜５０部となるように配合することが好ましく、２０〜４０部となるように配合することがより好ましい。無水セッコウが１０部未満では、例えば、材齢１日までに急激な膨張性を示し、その膨張材を用いたセメント硬化体にクラックが発生したり、強度発現性が低下する場合があり、無水セッコウが５０部を超える量では、膨張性能が低下する傾向がある。
【０００６】
本発明の膨張材を製造する際、ＣａＯ原料とＣａＳＯ₄原料を含む配合物を熱処理して、遊離石灰と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することが望ましい。また、遊離石灰と無水セッコウを別々に合成し、それらを混合することによっても本発明の膨張材と同じ組成のものを合成することが可能であるが、本発明の効果、すなわち、優れた膨張性能が得られる観点から、ＣａＯ原料とＣａＳＯ₄原料を含む配合物を熱処理して、遊離石灰と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することが好ましい。
【０００７】
ＣａＯ原料とＣａＳＯ₄原料を配合したものを熱処理して、遊離石灰と無水セッコウからなるクリンカーを合成し、これを粉砕して製造されたものか否かを確認する方法としては、例えば、膨張材中の粗粒子、具体的には１００μｍよりも大きな粒子を顕微鏡等により観察して組成分析を行い、粒子中に遊離石灰と、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容易に判別できる。
【０００８】
本発明の膨張材を製造する際の熱処理温度であるが、１１００〜１６００℃の範囲が好ましく、１２００〜１５００℃の範囲がより好ましい。１１００℃未満では、得られた膨張材の膨張性能が十分ではなく、１６００℃を超えると無水セッコウが分解する場合がある。
原料の混合方法は、特に限定されるものではなく、通常の方法が可能である。膨張材を製造する熱処理方法としては、特に限定されるものではなく、ロータリーキルンや電気炉等を使用することによって行うことができる。
【０００９】
ＣａＯ原料としては、石灰石や消石灰等が挙げられ、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。原料中に存在するＳｉＯ₂、Ｆｅ₂Ｏ₃、ＣａＦ₂、ＭｇＯ、ＴｉＯ₂等の不純物は、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。
【００１０】
本発明の膨張材の粒度は、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。膨張材の粒度が１５００ｃｍ²／ｇ未満では、長期耐久性が悪くなる場合があり、９０００ｃｍ²／ｇを超えると十分な膨張性能が得られない場合がある。
【００１１】
本発明の膨張材の使用量は、特に限定されるものではないが、通常、セメントと膨張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部未満では十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。
【００１２】
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、並びに石灰石微粉末等を混合したフィラーセメント等がある。
【００１３】
本発明に係る非水系液体は、特に限定されるものではないが、アルコール類、フェノール類、グリコール類、脂肪酸類、エーテル類、アミン類及びこれらの付加化合物や誘導体の１種又は２種以上が好ましく、アルコール類、グリコール類がより好ましい。
【００１４】
これらの具体例としては、例えば、アルコール類としては、メチルアルコール、エチルアルコール、プロピルアルコール、ブチルアルコール、アミルアルコール、ヘキシルアルコール、ヘプチルアルコール、オクチルアルコール、カプリルアルコール、ノニルアルコール、デシルアルコール、ウンデシルアルコール、ラウリルアルコール等の脂肪族飽和アルコール、アリルアルコール、クロチルアルコール、プロパギルアルコール等の脂環式アルコール、ベンジルアルコールやシンナミルアルコール等の芳香族アルコール、フルフリルアルコール等の複素環式アルコール等が挙げられる。フェノール類としては、例えば、フェノール、クレゾール、キシレノール、カルバクロール、チモール、ナフトール等の一価フェノール、カテコール、レゾルシン、ヒドロキノン等の二価フェノール、ピロガロールやフロログルシン等の三価フェノール等が挙げられる。
【００１５】
グリコール類としては、例えば、エチレングリコール、プロピレングリコール、トリメチレングリコール、１，４−ブタンジオール、１，５−ペンタンジオール等が挙げられる。
【００１６】
脂肪酸類としては、例えば、プロピオン酸、カプロン酸、エナント酸、カプリル酸、ラウリル酸、ミリスチン酸、パルミチン酸、ステアリン酸等の飽和脂肪酸、アクリル酸、オレイン酸、リノール酸、リノレン酸、アラキドン酸、プロピオール酸等の不飽和脂肪酸等が挙げられる。
【００１７】
エーテル類としては、例えば、ブチルエーテル、イソブチルエーテル、アミルエーテル、イソアミルエーテル等の脂肪族単一エーテル、メチルn-アミルエーテル、エチルn-アミルエーテル、エチルイソアミルエーテル等の脂肪族混成エーテル、ビニルエーテル等の脂肪族不飽和エーテル、アニソール、フェネトール、フェニルエーテル、ベンジルエーテル、ナフチルエーテル等の芳香族エーテル、ジオキサン等の環式エーテル等が挙げられる。
【００１８】
アミン類としては、例えば、ブチルアミン、アミルアミン、ヘキシルアミン、ヘプチルアミン、オクチルアミン、ノニルアミン、デシルアミン、トリデシルアミン、テトラデシルアミン、ペンタデシルアミン等の脂肪族第一アミン、ジプロピルアミン、ジアミルアミン等の脂肪族第二アミン、トリエチルアミン、トリプロピルアミン、トリブチルアミン、トリアミルアミン等の脂肪族第三アミン、シクロペンチルアミンやシクロヘキシルアミン等の脂環式アミン、アニリン、メチルアニリン、エチルアニリン、トルイジン、ベンジルアミン等の芳香族アミン等が挙げられる。
【００１９】
本発明に係る非水系液体の水分量が１０％を超えると、優れた膨張性能が得られない場合がある。これは膨張材と非水系液体を混練した際に、非水系液体に含まれる水分と膨張材が水和反応を起こすためである。非水系液体中の水分量は１０％以下が好ましく、５％以下がより好ましく、２％以下がさらに好ましい。
【００２０】
本発明におけるセメント混和剤中の膨張材と非水系液体の配合割合は、特に限定されるものではないが、通常、膨張材と非水系液体の合計１００部中、膨張材は５０〜８０部が好ましく、６０〜７５部がより好ましい。また、非水系液体は２０〜５０部が好ましく、２５〜４０部がより好ましい。非水系液体が５０部を超えたり、膨張材が５０部未満であると、材料分離が生じてセメント混和剤が不均一になる恐れがある。また、非水系液体が２０部未満であったり、膨張材が８０部を超えると、セメント混和剤の粘性が強くなり取り扱いが困難になる恐れがある。
【００２１】
本発明のセメント混和剤及びセメント組成物は、砂や砂利等の骨材の他、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促進剤、凝結遅延剤、並びにセメント急硬剤、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、ホウ酸及びその塩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。
【００２２】
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、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等が挙げられる。
【００２３】
【実施例】
以下、実施例により本発明を詳細に説明する。
【００２４】
実施例１
ＣａＯ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、ボールミルを用いて、ブレーン比表面積３３００±２００ｃｍ²／ｇに粉砕して膨張材を製造した。膨張材の化合物組成は、化学組成を基に計算により算出した。
化学組成はＪＩＳＲ５２０２に準じて求めた。
表１に示す膨張材７５部と、非水系液体Ａ２５部とを混練してセメント混和剤を調製した。調製したセメント混和剤を撹拌しながら１時間練り置いた後、セメントと膨張材からなるセメント組成物１００部に対して、膨張材が６部となるようにセメント混和剤を使用し、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て、長さ変化率の測定を行った。
なお、非水系液体は水の一部とみなし、混練水量を調整した。結果を表１に併記する。
【００２５】
＜使用材料＞
ＣａＯ原料：試薬１級、炭酸カルシウム
ＣａＳＯ₄原料：試薬１級、二水セッコウ
液体Ａ：アルコール類、試薬１級のブチルアルコール、水分量１％以下
砂：ＪＩＳ標準砂（ＩＳＯ６７９準拠）
【００２６】
＜測定方法＞
長さ変化率：ＪＩＳＡ６２０２に準じて測定。
【００２７】
【表１】

【００２８】
表１より、本発明のセメント混和剤を使用したモルタルは、練り置いても優れた膨張性能を示し、収縮率が少ないことが判る。
【００２９】
実施例２
実施例１の膨張材Ｅを使用し、非水系液体の種類と使用量を表２に示すように変えたこと以外は、実施例１と同様に行った。結果を表２に併記する。
【００３０】
＜使用材料＞
液体Ｂ：フェノール類、試薬１級のフェノール、水分量１％以下
液体Ｃ：グリコール類、試薬１級のエチレングリコール、水分量１％以下
液体Ｄ：脂肪酸類、試薬１級のオレイン酸、水分量１％以下
液体Ｅ：エーテル類、試薬１級のブチルエーテル、水分量１％以下
液体Ｆ：アミン類、試薬１級のアニリン、水分量１％以下
液体Ｇ：蒸留水
【００３１】
【表２】

【００３２】
表２より、本発明のセメント混和剤を使用したモルタルは、練り置いても優れた膨張性能を示し、収縮率が少ないことが判る。
【００３３】
実施例３
液体Ａと液体Ｇを混合して表３に示すような様々な水分量の液体を調製し、これらの液体と実施例１の膨張材Ｅから調製したセメント混和剤を使用して実験したこと以外は、実施例１と同様に行った。結果を表３に併記する。
【００３４】
【表３】

【００３５】
表３より、本発明のセメント混和剤に使用する非水系液体の水分量が１０％以下であると、練り置いてもモルタルは優れた膨張性能を示し、収縮率が少ないことが判る。
【００３６】
【発明の効果】
本発明に依れば、膨張材をスラリー化することによって、解袋作業等の３Ｋ作業を大幅に低減し、練り置いても優れた膨張性能と収縮低減効果を奏するセメント混和剤及びセメント組成物が得られる。

Claims

ＣａＯ原料とＣａＳＯ₄原料を含む配合物を熱処理して生成する遊離石灰と無水セッコウを有効成分とする鉱物からなり、無水セッコウが遊離石灰と無水セッコウの合計１００部中１０〜５０部である膨張材と、アルコール類、フェノール類、グリコール類、飽和脂肪酸や不飽和脂肪酸である脂肪酸類、エーテル類、アミン類及びこれらの付加化合物や誘導体から選ばれた１種又は２種以上である非水系液体を含有してなり、膨張材と非水系液体の合計１００部中、膨張材が５０〜８０部、非水系液体が２０〜５０部である、スラリー化したセメント混和剤。
セメントと、請求項１に記載のセメント混和剤とを含有してなるセメント組成物。
ＣａＯ原料とＣａＳＯ ₄ 原料を含む配合物を熱処理して生成する遊離石灰と無水セッコウを有効成分とする鉱物からなり、無水セッコウが遊離石灰と無水セッコウの合計１００部中１０〜５０部である膨張材と、アルコール類、フェノール類、グリコール類、飽和脂肪酸や不飽和脂肪酸である脂肪酸類、エーテル類、アミン類及びこれらの付加化合物や誘導体から選ばれた１種又は２種以上である非水系液体を含有してなり、膨張材と非水系液体の合計１００部中、膨張材が５０〜８０部、非水系液体が２０〜５０部となるように配合しスラリー化することを特徴とするセメント混和剤の製造方法。