JP5284870B2 - セメント混和材及びセメント組成物 - Google Patents

Description

本発明は、主に、土木・建築業界で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。

モルタルやコンクリートの耐久性について、この分野の技術者のみならず、一般の人々からも大きな関心が寄せられるようになっている。モルタルやコンクリートの劣化要因は多様である。その中のひとつ、骨材の品質に由来する「アルカリシリカ反応」、いわゆる「アルカリ骨材反応」はコンクリートの癌とも呼ばれ、有効な抑制方法が見いだされていないのが現状である。

「アルカリシリカ反応」を抑制する方法としては、ゼオライトなどのアルカリ骨材反応抑制剤を添加する方法やコンクリートに含浸させたり、塗布する方法が提案されている（特許文献１〜特許文献７）。

特開昭６２−２７８１５１号公報 特開平１０−１６７７８１号公報 特開昭６３−２７４６４４号公報 特開２００６−６２８９２号公報 特開２００８−２４７６４０号公報 特開２００８−２９７１３７号公報 特開２００９−０１２９８９号公報

本発明は、少ない添加率で効果的にモルタル、コンクリートのアルカリシリカ反応を抑制できるため経済性に富み、塩害の抑制に効果的であり、圧縮強度が高く、ひび割れ抵抗性の高いセメント混和材及びセメント組成物を提供する。

すなわち、本発明は、（１）リチウム含有ＬＴＡ型ゼオライトの３００〜６５０℃の加熱処理物を含有してなり、リチウムの含有量がＬｉ_２Ｏ換算で９質量％以上であり、Ｎａ_２ＯとＫ_２Ｏの含有量の合計が２．６質量％以下であるセメント混和材、（２）セメントと、（１）のセメント混和材とを含有してなり、セメント混和材がセメントとセメント混和材からなるセメント組成物１００部中、１〜１５部である、セメント組成物、である。

本発明によれば、モルタル、コンクリートのアルカリシリカ反応を抑制し、塩害の抑制に効果的であり、圧縮強度が高く、ひび割れ抵抗性が高いという顕著な効果を奏する。

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。

ここで、リチウム含有ゼオライトについて説明する。
リチウム含有オライトの中でも、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、ＬＴＡの合成は１００℃を超える加圧条件下で水熱処理を行い、また、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。

本発明では、いかなる方法で合成されたＬＴＡ型リチウム含有ゼオライトも使用可能であり、リチウム含有ゼオライトを加熱処理したものを使用する。加熱処理温度は３００〜６５０℃が好ましい。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。

本発明のリチウム含有ゼオライトのリチウム含有量は、特に限定されるものではないが、通常、Ｌｉ_２Ｏ換算で５％以上が好ましく、７％以上がより好ましい。リチウム含有量は、Ｓｉ／Ａｌモル比が１となる理論値から担持できる最大量が１３．５％と算出できる。リチウム含有量が５％未満では、十分なアルカリシリカ反応による膨張の抑制効果が得られない場合がある。

本発明のリチウム含有ゼオライトのナトリウムやカリウムの含有量は、特に限定されるものではないが、通常、Ｎａ_２ＯとＫ_２Ｏの合計量が５％以下であることが好ましく、３％以下がより好ましい。Ｎａ_２ＯとＫ_２Ｏの合計量が５％を超えると、十分なアルカリシリカ反応による膨張の抑制効果が得られない場合がある。

本発明のリチウム含有ゼオライトの比表面積は、一義的に決定されるものではなく、特に限定されるものではないが、通常、ＢＥＴ比表面積で２〜２００ｍ^２／ｇの範囲にある。

本発明のセメント混和材の使用量は、特に限定されるものではないが、通常、セメントとセメント混和材からなるセメント組成物１００部中、１〜１５部が好ましく、３〜１２部がより好ましい。１部未満では、本発明の効果、すなわち、アルカリシリカ反応による膨張の抑制効果や塩害の抑制効果が十分に得られない場合があり、１５部を超えてもさらなる効果の増進が期待できない。

セメントは、普通、早強、超早強、低熱、及び中庸熱などの各種ポルトランドセメントや、これらポルトランドセメントに、高炉スラグ、フライアッシュ、またはシリカを混合した各種混合セメント、石灰石粉末や高炉徐冷スラグ微粉末などを混合したフィラーセメント、ならびに、都市ゴミ焼却灰や下水汚泥焼却灰を原料として製造された環境調和型セメント（エコセメント）などのポルトランドセメントが挙げられ、これらのうちの１種又は２種以上が使用可能である。

本発明のセメント混和材やセメント組成物はそれぞれの材料を施工時に混合しても良いし、あらかじめ一部あるいは全部を混合しておいても差し支えない。

本発明では、砂などの細骨材、砂利などの粗骨材、急硬材、減水剤やＡＥ減水剤や高性能減水剤や高性能ＡＥ減水剤、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、凝結調整剤、ベントナイトなどの粘土鉱物やハイドロタルサイトなどのアニオン交換体などの各種添加剤、高炉水砕スラグ微粉末や高炉徐冷スラグ微粉末や石灰石微粉末やフライアッシュやシリカフュームなどの混和材料などからなる群のうちの１種又は２種以上を、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。

「実施例１」
表１に示す各種のセメント混和材をセメントとセメント混和材の合計１００部中、７部配合しセメント組成物を調製し、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、塩化物イオンの浸透深さ、圧縮強度の測定およびひび割れ抵抗性の確認を行った。
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について試験を行った。結果を表１に併記する。

＜使用材料＞
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。
リチウム含有ゼオライトＡ：リチウムを含有するＬＴＡ型ゼオライトを４００℃で加熱処理して得られた無水のＬｉ-ＬＴＡ、Ｌｉ_２Ｏ含有量９．０％、ＢＥＴ比表面積５０ｍ^２／ｇ。
リチウム含有ゼオライトＢ：リチウムを含有するＬＴＡ型ゼオライトを３５０℃で加熱処理して得られた無水のＬｉ-ＬＴＡ、Ｌｉ_２Ｏ含有量９．５％、ＢＥＴ比表面積５３ｍ^２／ｇ。
リチウム含有ゼオライトＣ：リチウムを含有するＬＴＡ型ゼオライトを６００℃で加熱処理して得られた無水のＬｉ-ＬＴＡ、Ｌｉ_２Ｏ含有量９．５％、ＢＥＴ比表面積５３ｍ^２／ｇ。
リチウム含有ゼオライトＤ：リチウムを含有するＬＴＡ型ゼオライト、Ｌｉ_２Ｏ含有量９．１％、ＢＥＴ比表面積４０ｍ^２／ｇ。
リチウム含有ゼオライトＥ：リチウムを含有するＥＤＩ型ゼオライト、Ｌｉ_２Ｏ含有量８．０％、ＢＥＴ比表面積３０ｍ^２／ｇ。
リチウム含有ゼオライトＦ：リチウムを含有するＡＢＷ型、Ｌｉ_２Ｏ含有量８．２％、ＢＥＴ比表面積３５ｍ^２／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％）
水：水道水

＜測定方法＞
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。
化学組成：ＪＩＳ Ｒ ５２０１に準じて測定。
塩化物イオンの浸透深さ：材齢２８日まで２０℃の水中養生を行った後、疑似海水に供試体を４週間浸漬し、塩化物イオンの浸透深さを調べた。塩化物イオンの浸透深さは硝酸銀−フルオロセイン法にて確認した。
圧縮強度：ＪＩＳ Ｒ ５２０１に準じて測定した。
ひび割れ抵抗性：サイズ１０ｃｍ×１０ｃｍ×４０ｃｍの供試体を作製し、材齢２８日まで２０℃の水中養生を行った後、コンタクトゲージを取り付け２０℃/ＲＨ５０％の室内にて収縮率が１０００×１０^−６に達した時点でひび割れの有無を目視にて観察した。ひび割れが確認できなかった場合は○、確認できた場合は×とした。

＜リチウム含有ゼオライトの合成＞
市販のＡ型ゼオライトを原料として水酸化リチウム溶液中でイオン交換を行いＬｉ−ＬＴＡを合成した。反応温度を６０℃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。

＜使用材料＞
Ａ型ゼオライト：市販品
水酸化リチウム：市販品
水：水道水

表１から、本発明のセメント混和材を配合したモルタルは、アルカリシリカ反応を抑制し、塩化物イオンの浸透深さが小さく、圧縮強度が高く、さらにひび割れ抵抗性が高いことが分かる。

「実施例２」
リチウム含有ゼオライトＡを使用し、セメント組成物１００部中のセメント混和材（リチウム含有ＬＴＡ型ゼオライトの加熱処理物）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２に併記する。

表２より、本発明のセメント混和材を配合したモルタルは、アルカリシリカ反応を抑制し、塩化物イオンの浸透深さが小さく、圧縮強度が高く、さらにひび割れ抵抗性が高いことが分かる。

本発明のセメント混和材は、少ない添加率で効果的にアルカリシリカ反応を抑制できるため、経済性に富んでいる。さらに、塩害の抑制にも効果的である。したがって、土木、建築分野で広範に使用することができる。

Claims (2)

1. リチウム含有ＬＴＡ型ゼオライトの３００〜６５０℃の加熱処理物を含有してなり、リチウムの含有量がＬｉ_２Ｏ換算で９質量％以上であり、Ｎａ_２ＯとＫ_２Ｏの含有量の合計が２．６質量％以下であるセメント混和材。
2. 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、セメント混和材がセメントとセメント混和材からなるセメント組成物１００部中、１〜１５部である、セメント組成物。