JP5189918B2 - セメント混和材及びセメント組成物 - Google Patents
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Description
リチウム型ゼオライトの中でも、Si/Al原子比が1であるリチウム型ゼオライトが、アルカリシリカ反応の抑制効果が大きいことから好ましい。Si/Al原子比が1であるリチウム型ゼオライトとしては、EDI型、ABW型及びLTA型が存在する。
このうち、EDI型とABW型はアロフェンやカオリナイトを原料とし、水酸化リチウム水溶液を100℃未満で作用させることにより簡便に合成できる。一方、LTAの合成は100℃を超える加圧条件下での水熱処理が必要であり、また、直接的にリチウムを含有するLTAを合成することが難しく、一般的には、ナトリウムを含有するA型ゼオライトを水熱合成により得た後、イオン交換反応によりリチウムを担持させることが行われている。このため、ナトリウムを完全にリチウムに置換することが難しく、LTAでは十分なアルカリシリカ反応の抑制効果が得られない場合もある。したがって、本発明では、EDI型とABW型を選定することが好ましい。
加熱処理温度は、ゼオライトにより異なる。例えば、EDI型の場合は、200〜700℃であることが好ましい。リチウム含有EDI型ゼオライトを200〜700℃で加熱処理すると、非晶質物質に変化する。すなわち、200℃まではEDI型ゼオライトの結晶構造を保ち、200℃以上になると結晶から非晶質に変化する。そして、700℃までは非晶質の状態にあるが、700℃を超えると結晶化してユークリプタイトへと変化する。
ABW型の場合は300〜650℃が好ましい。リチウムを含有するABW型ゼオライトを300〜650℃で加熱処理すると、無水のABW型ゼオライトに変化する。すなわち、300℃まではABW型ゼオライトの結晶構造を保ち、300℃以上になると、全く異なる結晶構造に変化して無水のABW型ゼオライトになる。そして、650℃までは無水のABW型ゼオライトの状態にあるが、650℃を超えるとγ−ユークリプタイトへと変化する。そして、さらに加熱すると、900〜1000℃でβ−ユークリプタイトへと変化する。
加熱処理条件が上記の温度範囲にないと、十分なアルカリシリカ反応による膨張抑制効果や塩害抑制効果が得られない場合がある。
乾燥装置としては、特に限定されるものではなく、ドラムドライヤー、棚段乾燥機、筒型乾燥機、ロータリーキルン、電気炉などを使用することができる。
これらポリマーは、水に分散させた水性ディスパージョンとして使用してもよく、粉末状の再乳化形樹脂として使用してもよい。
表1に示す各種のリチウム型ゼオライト50部と、各種のポリマー50部を配合してセメント混和材を調製した。セメントとセメント混和材の合計100部中、セメント混和材を10部配合しセメント組成物を調製した。さらに、砂を225部、水を50部配合してモルタルを作製した。このモルタルを用いて、アルカリシリカ反応性試験を実施した。また、圧縮強度、付着強度、促進中性化深さ、塩化物イオン浸透深さ、凍結融解抵抗性試験も併せて行った。
また、比較例として市販のアルカリシリカ反応抑制剤を同量使用した場合とポリマーのみを使用した場合についても試験を行った。結果を表1に併記する。
セメント:市販普通ポルトランドセメント
砂:サヌカイト質輝石安山岩、JIS A 1145(化学法)に準じて測定。溶解シリカ量が750mmol/l、アルカリ濃度減少量が200mmol/lで、無害でないものと判定する。
リチウム型ゼオライトA:リチウムを含有するEDI型ゼオライト(Li−EDI)、Li2O含有量7.1%、Na2OとK2Oの含有量の合計0.26%、BET比表面積50m2/g。
リチウム型ゼオライトB:リチウムを含有するABW型ゼオライト(Li−ABW)、Li2O含有量9.0%、Na2OとK2Oの含有量の合計0.27%、BET比表面積40m2/g。
リチウム型ゼオライトC:リチウムを含有するEDI型ゼオライト(Li−EDI)を400℃で加熱処理して得られた非晶質物質、Li2O含有量9.0%、Na2OとK2Oの含有量の合計0.21%、BET比表面積30m2/g。
リチウム型ゼオライトD:リチウムを含有するABW型ゼオライト(Li−ABW)を400℃で加熱処理して得られた無水のLi−ABW、Li2O含有量10.8%、Na2OとK2Oの含有量の合計0.19%、BET比表面積20m2/g。
市販のアルカリシリカ反応抑制剤(1):Ca型ゼオライト
市販のアルカリシリカ反応抑制剤(2):亜硝酸リチウム水溶液(濃度30%)
ポリマーa:スチレン−ブタジエンラテックス、市販品、固形分45%、液状
ポリマーb:エチレン−酢酸ビニルエマルジョン、市販品、粉末
ポリマーc:アクリル酸エステル−スチレン系エマルジョン、市販品、粉末
水:水道水
アルカリシリカ反応性試験(モルタルバー法):JIS A 1146に準じて測定。0.100%以上の膨張を示したものは、無害でないと判定する。
付着強度:JIS A 1171に準じて測定した。材齢28日
圧縮強度:JIS A 1171に準じて測定した。材齢28日
促進中性化深さ:JIS A 1171に準じて測定した。促進材齢28日
塩化物イオン浸透深さ:JIS A 1171に準じて測定した。促進材齢28日
凍結融解抵抗性:JIS A 1171に準じて測定した。300サイクル後の相対動弾性係数で評価した。
アロフェンと水酸化リチウムを原料として水中で反応させてリチウム型ゼオライトを合成した。この際、Li2O/Al2O3モル比を2.0とし、SiO2/Al2O3モル比は1.73とし、反応温度を60または90℃とし、反応時間を24時間とし、攪拌を行いながら反応させた。得られた合成物を固液分離後、60℃の温水で洗浄し、70℃で乾燥した。アロフェンは10kgを使用し、水酸化リチウムは水に溶解させて使用した。水酸化リチウムの溶液は100kgとした。合成物を粉末X線回折法(XRD)にて同定した結果、反応温度を60℃とした場合にはEDI型ゼオライトであった。また、反応温度が90℃の場合にはABW型ゼオライトであった。
アロフェン:栃木県産のものを水ひ精製したもの、市販品、SiO2含有量33.6%、Al2O3含有量33.1%、Fe2O3含有量2.3%、CaO含有量0.4%、MgO含有量0.1%、Na2O含有量0.03%、K2O含有量0.02%、強熱減量30.1%
水酸化リチウム:市販品
水:水道水
リチウム型ゼオライトCとポリマーcを使用し、セメント混和材中のリチウム型ゼオライトCとポリマーcの配合割合を表2に示すように変化し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。
セメント混和材として、リチウム型ゼオライトC50部とポリマーc50部からなるセメント混和材を使用し、セメント組成物100部中のセメント混和材の使用量を表3に示すように変化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。
Claims (3)
- EDI型またはABW型あるいはこれらの加熱処理物であるリチウム型ゼオライトと、スチレン−ブタジエン系ラテックス、クロロプレン系ラテックス、アクリロにトリル−ブタジエン系ラテックス、メタクリル酸−ブタジエン系ラテックス、ブタジエン系ラテックス、ポリアクリル酸エステルを成分にもつ共重合体エマルジョン、ポリ酢酸ビニルエマルジョン、エチレン−酢酸ビニル系エマルジョン、塩化ビニリデン−塩化ビニルエマルジョン、エポキシ樹脂エマルジョン、酢酸ビニル−ビニルバーサテートエマルジョン、これらポリマーエマルジョンの二種以上の混合物、又、水溶性のポリマーとして、セルロース誘導体、ポリビニルアルコール、ポリアクリル酸塩、さらに、液状ポリマーとして、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂のいずれかであるポリマーを含有してなり、リチウム型ゼオライトのリチウムの含有量がLi 2 O換算で5質量%以上であり、リチウム型ゼオライトのNa 2 OとK 2 Oの含有量の合計が0.5質量%未満であり、リチウム型ゼオライトとポリマーの合計100質量部中、リチウム型ゼオライト5〜95質量部であるセメント混和材。
- 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り、セメントとセメント混和材からなるセメント組成物100質量部中、1〜30質量部であるセメント組成物。
- 請求項2に記載のセメント組成物を用いることを特徴とする、モルタル、コンクリートのアルカリシリカ反応を効果的に抑制でき、かつ、中性化、塩害、凍結融解に対する高い抵抗性を発揮する方法。
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