JP5144849B2

JP5144849B2 - セメント組成物、セメントコンクリート硬化体、及びセメントコンクリート硬化体の製造方法

Info

Publication number: JP5144849B2
Application number: JP2007040278A
Authority: JP
Inventors: 隆行樋口; 茂富岡
Original assignee: Denki Kagaku Kogyo KK
Current assignee: Denka Co Ltd
Priority date: 2007-02-21
Filing date: 2007-02-21
Publication date: 2013-02-13
Anticipated expiration: 2027-02-21
Also published as: JP2008201628A

Description

本発明は、主に土木・建築分野で使用されるセメント組成物、セメントコンクリート硬化体、及びセメントコンクリート硬化体の製造方法に関する。

鉄筋コンクリート構造物は、硫酸イオンや塩化物イオンが外部から浸透すると劣化するため、硫酸イオンとの反応性が低く、塩化物イオンが浸透しづらいアルミナセメントやスラグを含むモルタル、コンクリートが検討されている（特許文献１参照）。
特開２００６−６２９４６号公報

しかしながら、アルミナセメントやスラグを用いても、コンクリートにひび割れが生じると塩化物イオンや硫酸イオンがコンクリート中に浸透し、鉄筋やコンクリートを劣化させるため、本発明は、流動性が良好で、ひび割れ抵抗性の高いセメント組成物、セメントコンクリート硬化体、及びセメントコンクリート硬化体の製造方法を提供する。

すなわち、本発明は、（１）アルミナセメントとＣａＯが３５〜５５部、Ａｌ_２Ｏ_３が１０〜３０部、ＳｉＯ_２が２０〜４０部であるブレーン比表面積１０００〜６０００ｃｍ^２／ｇ、ガラス化率５０％以上のＣａＯ−Ａｌ_２Ｏ_３−ＳｉＯ_２化合物とクエン酸又はクエン酸ナトリウムである遅延剤からなり、アルミナセメントとＣａＯ−Ａｌ_２Ｏ_３−ＳｉＯ_２化合物の合計１００部中アルミナセメントが４０〜８０部であり、遅延剤がアルミナセメントとＣａＯ−Ａｌ _２Ｏ _３ −ＳｉＯ _２化合物の合計１００部に対して０．０５〜１部である、セメント組成物、又は、さらに、砂である骨材を含有してなる前記セメント組成物に、水を水／（アルミナセメント＋ＣａＯ−Ａｌ _２Ｏ _３ −ＳｉＯ _２化合物）比で３０〜５０％加え混練後、３５〜８０℃で加温養生する材齢１日の拘束膨張量が４０７μ以上であるセメントコンクリート硬化体の製造方法、である。

本発明のセメント組成物、セメントコンクリート硬化体、及びセメントコンクリート硬化体の製造方法は、流動性が良好で、セメントコンクリート硬化体に膨張性を付与し乾燥収縮等によるひび割れを低減しひび割れ抵抗性を向上させるなどの効果を奏する。

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。
また、本発明で云うセメントコンクリートとは、セメントペースト、モルタル、及びコンクリートを総称するものである。

本発明に使用するアルミナセメントは、特に限定されるものではなく、ＣａＯ、Ａｌ_２Ｏ_３を主成分とするものであれば良く、例えば、市販品を使用することができる。市販品では電気化学工業株式会社製の「アルミナセメント１号」、「アルミナセメント２号」、「ハイアルミナセメント」、ラファージュ社製「セカール７１」、「セカール８０」等を使用することができる。

本発明に使用するＣａＯ−Ａｌ_２Ｏ_３−ＳｉＯ_２化合物とは、化学成分としてＣａＯ、Ａｌ_２Ｏ_３、ＳｉＯ_２を主成分とするものである。
ＣａＯ−Ａｌ_２Ｏ_３−ＳｉＯ_２化合物は、ＣａＯ原料として生石灰（ＣａＯ）、消石灰（Ｃａ（ＯＨ）_２）、石灰石（ＣａＣＯ_３）、Ａｌ_２Ｏ_３原料としてアルミナ、ボーキサイト、ダイアスポア、長石、粘土、ＳｉＯ_２原料としてケイ石、ケイ砂、石英、ケイ藻土等を使用し、これら原料を所定の割合で配合した後、ロータリーキルンや電気炉、高周波炉で溶融し、急冷却してガラス化することによって製造される。経済性の面から、ＣａＯ−Ａｌ_２Ｏ_３−ＳｉＯ_２化合物として高炉水砕スラグを使用することも可能であり、高炉水砕スラグや高炉徐冷スラグ、二次精錬スラグ等の成分を調整して製造することも可能である。
各成分の配合割合は、ＣａＯが３５〜５５部、Ａｌ_２Ｏ_３が１０〜３０部、ＳｉＯ_２が２０〜４０部を含有することが好ましい。この範囲外ではセメントコンクリート硬化体に充分に膨張性を付与できない場合がある。また、原料中にはＭｇＯ、Ｆｅ_２Ｏ_３、ＴｉＯ_２、ＺｒＯ_２等の不純物が含有される場合があるが、本発明の効果を阻害しない範囲であれば構わない。
ガラス化率は５０％以上が好ましい。ガラス化率が５０％未満ではセメントコンクリート硬化体に充分な膨張性を付与できない場合がある。ガラス化率の測定方法は、下記に示すＸ線回折リートベルト法によって行った。粉砕した試料に酸化アルミニウムや酸化マグネシウムなどの内部標準物質を所定量添加し、めのう乳鉢で充分混合したのち、粉末Ｘ線回折測定を実施する。測定結果を定量ソフトで解析し、ガラス化率を求める。定量ソフトには、Ｓｉｅｔｒｏｎｉｃｓ社製の「ＳＩＲＯＱＵＡＮＴ」などを用いることができる。

本発明に使用するアルミナセメントやＣａＯ−Ａｌ_２Ｏ_３−ＳｉＯ_２化合物の粉末度は、ブレーン比表面積で１０００〜６０００ｃｍ^２／ｇが好ましく、２０００〜５０００ｃｍ^２／ｇがより好ましい。１０００ｃｍ^２／ｇ未満では水和活性が不充分で強度や膨張が不足する場合があり、６０００ｃｍ^２／ｇ以上では粉砕動力がかかりすぎて不経済になる場合がある。

本発明において、アルミナセメントとＣａＯ−Ａｌ_２Ｏ_３−ＳｉＯ_２化合物の配合割合は、特に限定されるものではないが、アルミナセメントとＣａＯ−Ａｌ_２Ｏ_３−ＳｉＯ_２化合物の合計１００部に対して、アルミナセメントは４０部〜８０部が好ましい。この範囲外ではセメントコンクリート硬化体に充分に膨張性を付与できない場合がある。

本発明に使用する遅延剤としては、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸リチウム等のアルカリ金属炭酸塩や、クエン酸、酒石酸、リンゴ酸、グルコン酸、及びコハク酸等のオキシカルボン酸、また、それらのナトリウム、カリウム、カルシウム、マグネシウム、アンモニウム、及びアルミニウム等の塩等が挙げられる。本発明ではこれらのうちの少なくとも１種を用いる必要がある。特に、アルカリ金属炭酸塩とオキシカルボン酸の併用や、オキシカルボン酸の金属塩の使用など、遅延剤中に金属塩を含ませることが好ましい。金属塩を含まないと膨張性や硬化性状に影響する場合がある。
遅延剤の使用量は、特に限定されるものではないが、通常、セメント組成物１００部に対して、０．０５〜１部が好ましく、０．３〜０．５部がより好ましい。０．０５部未満では流動性の保持時間が充分でない場合や、加温養生を行うタイミングが遅れた場合に膨張性が充分でない場合があり、１部を超えると強度発現性が充分でない場合がある。

本発明では、次のような条件で加温養生することによって、セメントコンクリート硬化体に充分に膨張性を付与できる。加温養生方法は蒸気養生でも良いしオートクレーブ養生でも良い。養生温度は３５℃以上が好ましく、３５〜８０℃がより好ましく、５０〜６５℃がさらに好ましい。養生温度が前記範囲外では膨張量が小さくなるため好ましくない。

本発明のセメント組成物に使用する水の量は、特に限定されるものではなく、練り混ぜできる範囲で調整することができる。通常、水／セメント組成物比で１５〜６０％が好ましく、３０〜５０％がより好ましい。１５％未満では流動性を確保することが難しい場合があり、６０％を超えると材料分離を生じる場合がある。

本発明のセメント組成物に、減水剤、高性能減水剤、ＡＥ減水剤、流動化剤、消泡剤、増粘剤、防錆剤、防凍剤、ポリマ−、収縮低減剤、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、ビニロン繊維、アクリル繊維、炭素繊維等の繊維状物質のうちの少なくとも１種を本発明の目的を阻害しない範囲で使用することができる。

本発明における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、ナウターミキサ等が挙げられる。

以下、実施例で詳細に説明する。

「実施例１」
アルミナセメント５０部とＣａＯ−Ａｌ_２Ｏ_３−ＳｉＯ_２化合物５０部の合計１００部に対し、遅延剤を０．５部配合し、水／（アルミナセメント＋ＣａＯ−Ａｌ_２Ｏ_３−ＳｉＯ_２化合物）を４０％としたペースト組成物を２０℃環境下で練り混ぜた。このペースト組成物をＪＩＳＡ６２０２に準じて膨張量測定用の供試体として成型し、表１に示す前置時間を確保した後、昇温速度１５℃／ｈｒ、最高温度６５℃、最高温度での保持時間５ｈｒの条件で蒸気養生した硬化体について、材齢１日で脱型して測定した拘束膨張量の結果を表１に示す。なお、遅延剤を加えないものを比較例とした。ここで、前置時間とはペースト組成物を練り混ぜた時間から蒸気養生を始めるまでの時間を云う。

「使用材料」
アルミナセメント：デンカアルミナセメント１号（電気化学工業社製）、密度３．００ｇ／ｃｍ^３
ＣａＯ−Ａｌ_２Ｏ_３−ＳｉＯ_２化合物：高炉水砕スラグ（新日鉄高炉セメント社製）、ＣａＯ：４０．６％、Ａｌ_２Ｏ_３：１４．８％、ＳｉＯ_２：３３．１％、ＭｇＯ：６．７％、Ｆｅ_２Ｏ_３：１．０％、ガラス化率９５％、ブレーン比表面積４，５００ｃｍ^２／ｇ、密度２．９１ｇ／ｃｍ^３。
遅延剤イ：炭酸カリウム７０部、クエン酸２５部、酒石酸５部の混合物
水：水道水

「測定方法」
拘束膨張量：ＪＩＳＡ６２０２に準拠した。

表１から、本発明のセメント組成物は、遅延剤を添加することにより、良好な膨張性を付与できることが分かる。

「実施例２」
アルミナセメント５０部とＣａＯ−Ａｌ_２Ｏ_３−ＳｉＯ_２化合物５０部の合計１００部に対し、遅延剤０．５部、砂１５０部を配合し、水／（アルミナセメント＋ＣａＯ−Ａｌ_２Ｏ_３−ＳｉＯ_２化合物）比を４０％としたモルタル組成物を２０℃環境下で練り混ぜた。このモルタル組成物の流動性を評価した結果を表２に示す。また、このモルタル組成物について、前置時間を１０ｈｒ確保した後、昇温速度１５℃／ｈｒ、最高温度６５℃、最高温度での保持時間５ｈｒの条件で蒸気養生し、実施例１と同様の方法で膨張量測定用の供試体を作製した。材齢１日で脱型して拘束膨張量を測定した後、２０℃、６０％ＲＨ室内で養生したときの拘束膨張量を測定した結果を表２に示す。

「使用材料」
砂：８号珪砂、市販品

「測定方法」
流動性：ＪＩＳＲ５２０１フロー試験に準拠、フローコーンを引き上げた時の静置フローを測定。

表２より、本発明のセメント組成物は、遅延剤を添加することでより長い時間、流動性を確保できることが分かる。また、遅延剤を添加することで乾燥に伴う収縮を抑制できることが分かる。

「実施例３」
前置時間を８時間とし、遅延剤の種類を変えたこと以外は実施例１と同様に行なった。結果を表３に示す。なお、遅延剤ハを０．５部添加した場合、前置き時間８ｈｒでは硬化（凝結）しなかった。

「使用材料」
遅延剤ロ：クエン酸ナトリウム、市販品
遅延剤ハ：クエン酸、市販品

表３から、本発明のセメント組成物は、良好な膨張性を付与することができることが分かる。

本発明のセメント組成物、セメントコンクリート硬化体、及びセメントコンクリート硬化体の製造方法は、流動性が良好で、セメントコンクリート硬化体に膨張性を付与し乾燥収縮等によるひび割れを低減しひび割れ抵抗性を向上させるなどの効果を奏するので、土木・建築分野で幅広く適用できる。

Claims

アルミナセメントとＣａＯが３５〜５５部、Ａｌ_２Ｏ_３が１０〜３０部、ＳｉＯ_２が２０〜４０部であるブレーン比表面積１０００〜６０００ｃｍ^２／ｇ、ガラス化率５０％以上のＣａＯ−Ａｌ_２Ｏ_３−ＳｉＯ_２化合物とクエン酸又はクエン酸ナトリウムである遅延剤からなり、アルミナセメントとＣａＯ−Ａｌ_２Ｏ_３−ＳｉＯ_２化合物の合計１００部中アルミナセメントが４０〜８０部であり、遅延剤がアルミナセメントとＣａＯ−Ａｌ _２Ｏ _３ −ＳｉＯ _２化合物の合計１００部に対して０．０５〜１部である、セメント組成物、又は、さらに、砂である骨材を含有してなる前記セメント組成物に、水を水／（アルミナセメント＋ＣａＯ−Ａｌ _２Ｏ _３ −ＳｉＯ _２化合物）比で３０〜５０％加え混練後、３５〜８０℃で加温養生する材齢１日の拘束膨張量が４０７μ以上であるセメントコンクリート硬化体の製造方法。