JP5350770B2 - セメント組成物 - Google Patents
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Description
一方、上記特許文献3に記載のセメント添加材では、該セメント添加材を添加したセメント組成物の水和熱を低減でき、モルタルやコンクリートの流動性の向上や乾燥収縮の低減を図ることができるうえ、強度発現性の低下も小さいという特性を有するものであるが、昨今の骨材事情の悪化やモルタル・コンクリートの耐久性向上の要求から、より一層の水和熱の低減、モルタル・コンクリートの流動性の向上や乾燥収縮の低減を図ることのできるセメント添加材が求められていた。
石膏を、SO 3 換算で1.5〜5質量%含有するセメント組成物であって、
焼成物中のカルシウムアルミネート及び4CaO・Al 2 O 3 ・Fe 2 O 3 含有量が5質量%以下であり、
SO 3 換算で全石膏中の5〜50質量%が無水石膏であるセメント組成物を提供するものである。
本発明の焼成物は、2CaO・SiO2(以降、C2Sと略す)及び2CaO・(Al2O3)x・(Fe2O3)1-x・SiO2(以降、C2AxF1-xSと略す)(ただし、0≦x≦1)を必須成分とし、C2S含有量が50質量%以上で、かつ、C2S+C2AxF1-xS含有量が92質量%以上のものである。
このような特定の鉱物を有する焼成物の粉砕物であれば、セメントへの添加量を多くした場合であっても、セメント組成物の強度発現性の低下を小さくすることができる。また、セメント組成物の水和熱を低減でき、モルタルやコンクリートの流動性の向上や乾燥収縮の低減を図ることができる。
なお、焼成物中のC2S/C2AxF1-xS質量比は、産業廃棄物等の有効活用、該焼成物の製造のし易さや、セメント組成物の強度発現性等から、1.0〜5.3が好ましく、1.3〜3.8がより好ましい。
また、本発明においては、焼成物中のフリーライム量は、セメント組成物の水和熱や強度発現性、モルタル・コンクリートの流動性等から、1.5質量%以下、特に1.0質量%以下であるのが好ましい。
なお、本発明においては、C2Sの水和活性向上による強度発現性の向上、および産業廃棄物等の有効利用のために焼成物中のP2O5量は0.1〜5%が好ましく、0.3〜3.0%がより好ましい。また、同様にC2Sの水和活性向上による強度発現性の向上、産業廃棄物等の有効利用のために焼成物中のR2O量は0.3〜2%が好ましく、0.4〜1.2%がより好ましい。なおR2O量はNa2O+0.658×K2Oである。
また、一般のポルトランドセメントクリンカー原料、例えば、石灰石、生石灰、消石灰等のCaO原料、珪石、粘土等のSiO2原料、粘土等のAl2O3原料、鉄滓、鉄ケーキ等のFe2O3原料も使用することができる。
用いる装置は特に限定されず、例えばロータリーキルン等を用いることができる。また、ロータリーキルンで焼成する際には、燃料代替廃棄物、例えば廃油、廃タイヤ、廃プラスチック等を使用することができる。
このような焼成により、C2SとC2AxF1-xSが生成し、本発明のような組成の焼成物を得ることができる。
C2S=5.924×CaO−8.190×SiO2+0.483×Al2O3+0.308×Fe2O3−4.834×P2O5
C2AxF1-xS=−0.879×CaO+1.644×SiO2+2.943×Al2O3+2.241×Fe2O3+1.052×P2O5
なお、x=159.6×Al2O3/(159.6×Al2O3+101.96×Fe2O3)である。
C-A=(2.473×CaO−4.615×SiO2−2.931×P2O5)×(5×IM−3.194)/(6×IM+5.111)
C4AF=(3.791×CaO−7.077×SiO2−4.494×P2O5)/(1.174×IM+1)
なお、IM=Al2O3/Fe2O3である。
また、原料や焼成物中のCaO、SiO2、Al2O3、Fe2O3、P2O5量は、「JIS R 5202(ポルトランドセメントの化学分析方法)」に準じて測定される値である。
焼成物の粉砕方法は特に制限されず、例えばボールミル等を用い、通常の方法で粉砕すれば良い。焼成物の粉砕物は、ブレーン比表面積が2500〜5000cm2/gであることが、モルタルやコンクリートのブリーディングの低減や、流動性、強度発現性の観点から好ましい。
石膏のブレーン比表面積は、モルタルやコンクリートのブリーディングの低減や、流動性、強度発現性の観点から、2500〜20000cm2/gであることが好ましい。石膏としては、特に制限されず、例えば二水石膏、α型又はβ型半水石膏、無水石膏等が挙げられ、これらを単独又は2種以上組み合わせて用いることができる。
セメント添加材の添加量は、セメントに対して、内割で50質量%以下が好ましく、廃棄物原料の有効活用や、モルタルやコンクリートのブリーディングの低減、流動性や強度発現性、乾燥収縮低減等の観点から、5〜40質量%がより好ましく、10〜30質量%が特に好ましい。セメント添加材の添加量が、セメントに対して、内割で50質量%を越えると、セメント組成物の強度発現性が低下する。
なお、本発明のセメント組成物においては、モルタル・コンクリートの乾燥収縮低減等から、SO3換算で全石膏中の5〜50質量%(より好ましくは10〜45質量%)が無水石膏であることが好ましい。
実施例1
1.焼成物の調製
(1)焼成物の製造:
表1に示す化学組成の原料混合物(石灰石及び石炭灰の混合物)に、炭酸カルシウム(試薬)、シリカ(試薬)、アルミナ(試薬)、酸化鉄(試薬)、炭酸ナトリウム(試薬)、炭酸カリウム(試薬)、第2リン酸カルシウム(試薬)を加えて焼成し、焼成物を製造した。表2に焼成物の化学組成を、表3に焼成物の鉱物組成を示す。
なお、焼成はロータリーキルンを用いて、焼成物1〜4は焼成温度1280〜1350℃で、焼成物5は焼成温度1200℃で行った。
上記各焼成物の粉砕物(ブレーン比表面積3200±50cm2/g)100質量部と無水石膏(ブレーン比表面積7000cm2/g)若しくは二水石膏(ブレーン比表面積4000cm2/g)2質量部(SO3換算)を混合してセメント添加材を製造した。
普通ポルトランドセメント(太平洋セメント(株)製)に、上記各セメント添加材を30質量%(内割)添加して、セメント組成物を製造した。
得られたセメント組成物について、水和熱、モルタルフロー及びモルタル圧縮強さを評価した。結果を表4に示す。なお、表4中の試験No.2〜6は参考例である。
(1)水和熱:
「JIS R 5203」に従って測定した。
(2)モルタルフロー:
W/C=0.35、S/C=2、セメント組成物に対して(A)1.2質量%のナフタレンスルホン酸系高性能減水剤(商品名「MT150」)を添加したもの、(B)0.65質量%のポリカルボン酸系高性能AE減水剤(商品名「SP8N」)を混合したもの、を5分間混練したモルタルについて、「JIS R 5201−1997」に規定されているフローコーンを用い、「JIS R 5201」に従って、混練直後及び30分後のモルタルフローを測定した。細骨材は、「JIS R 5201」の標準砂を使用した。
(3)モルタル圧縮強さ:
3日、7日及び28日後のモルタル圧縮強さを、「JIS R 5201」に従って測
定した。
普通ポルトランドセメント(太平洋セメント(株)製)に、セメント添加材を25質量%(内割)添加して、セメント組成物を製造した。該セメント組成物について、乾燥収縮を評価した。結果を表5に示す。
(1)乾燥収縮:
「JIS R 5201」の強さ試験に従ってモルタルを作成し、4cm×4cm×16cmの型枠を用いて成形し、材齢7日まで20℃、R.H.80%の室内で湿空養生し、材齢7日で脱型した後は20℃、R.H.60%の室内で気中養生した。長さ変化は、4cm×4cm×16cmの供試体中心部に設置した埋め込み型ひずみゲージにて測定した。なお、長さ変化(7日基準)は気中養生を開始した時点を基準とし、長さ変化(始発基準)は凝結の始発時間に達した時点を基準とした。
普通ポルトランドセメント(太平洋セメント(株)製)に、セメント添加材を20質量%(内割)添加して、セメント組成物を製造した。該セメント組成物を使用したコンクリートについて、断熱温度上昇値を評価した。
コンクリートの配合は、セメント組成物300kg/m3、水165kg/m3、細骨材(河東産陸砂)834kg/m3、粗骨材(桜川産砕石)991kg/m3、減水剤(ポゾリスNo.70)0.75kg/m3である。
断熱温度上昇値は、コンクリート断熱温度上昇試験装置を使用して、φ30cm×30cmの供試体を用いて材齢14日まで測定した。
その結果を表6に示す。
普通ポルトランドセメントクリンカー(太平洋セメント(株)製)の粉砕物(ブレーン比表面積3200cm2/g)100質量部と半水石膏(ブレーン比表面積4000cm2/g)2質量部(SO3換算)を混合して試製セメントを製造した。該試製セメントに、上記焼成物1の粉砕物(ブレーン比表面積3230cm2/g)と無水石膏(ブレーン比表面積7000cm2/g)を表7に示す量だけ内割添加して、セメント組成物を製造した。該セメント組成物について、上記と同様の方法で乾燥収縮とモルタル圧縮強さを評価した。結果を表7に示す。
Claims (1)
- 2CaO・SiO2及び2CaO・(Al2O3)x・(Fe2O3)1-x・SiO2(ただし、0.6≦x≦0.9)を必須成分とし、2CaO・SiO2含有量が50質量%以上で、かつ、2CaO・SiO2+2CaO・(Al2O3)x・(Fe2O3)1-x・SiO2含有量が92質量%以上である焼成物を粉砕してなるセメント添加材を、セメントに対して、内割で50質量%以下含有し、
石膏を、SO 3 換算で1.5〜5質量%含有するセメント組成物であって、
焼成物中のカルシウムアルミネート及び4CaO・Al 2 O 3 ・Fe 2 O 3 含有量が5質量%以下であり、
SO 3 換算で全石膏中の5〜50質量%が無水石膏であるセメント組成物。
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