JP6420142B2

JP6420142B2 - 膨張性混和材

Info

Publication number: JP6420142B2
Application number: JP2014266552A
Authority: JP
Inventors: 中島　裕; 裕中島
Original assignee: Taiheiyo Materials Corp
Current assignee: Taiheiyo Materials Corp
Priority date: 2014-12-26
Filing date: 2014-12-26
Publication date: 2018-11-07
Anticipated expiration: 2034-12-26
Also published as: JP2016124738A

Description

本発明は、生石灰を有効成分とする膨張性混和材に関する。

生石灰（酸化カルシウム）は水和反応によって大きな膨張を呈するため、これを有効成分とする種々の膨張材（以下、生石灰系膨張材という。）が、モルタル・コンクリートのようなセメント組成物の収縮低減、ひび割れ抑制用に混和使用されている。生石灰系膨張材は、注水から比較的短い時間にしか十分な膨張作用を付与できない。一方、通常のモルタル・コンクリートでは、セメントの水和反応のピークと生石灰系膨張材の膨張発現性のピークは時間的にズレがある。このため、流動性のある未硬化状態のモルタル・コンクリートでは、セメント組成物の凝結や乾燥硬化に伴う収縮は、概ね膨張材による膨張作用のピーク以降に起こるため、収縮抑制やひび割れ防止を十分達成するには膨張材の添加量を増加させる必要があるなど、膨張付与効率が必ずしも満足できるものとは言い難い。

このため主たる膨張作用の発現時期が前記生石灰系膨張材の膨張作用発現時期よりも後となるカルシウムサルホアルミネート等のエトリンガイト形成物質を有効成分とする膨張材と生石灰系膨張材を併用し、接水以降のモルタル・コンクリートの長い経過期間に膨張作用を付与させる方策が知られている。（例えば、特許文献１参照。）また、生石灰系膨張材の粒度を調整し、接水から短時間で高い水和活性が得られる反応活性の高い微粒子と、それより遅れて徐徐に水和反応が進む反応活性の低い粗粒子を含む粒度構成にすることによって、セメントの凝結・乾燥硬化時期を含む広い期間にわたって膨張作用を付与できる方策（例えば、特許文献２参照。）も知られている。何れの方策もセメントの収縮期に、集中的に膨張作用を付与するには至らず、広い期間に渡って膨張作用が及ぼされるため膨張力が分散されてしまう。このため、硬化体の収縮抑制やひび割れ防止を十分達成するには、やはり膨張材を大量に使用する必要が避けられない。大量の膨張材の添加は、セメント組成物硬化体の遅れ膨張破壊を引き起こしたり強度などの他の性状に支障を及ぼす虞があり、また製造コストの増大もきたす。

特開２００１−１１４５４１号公報特開２００５−１６２５６４号公報

本発明は、モルタルやコンクリート等のセメント組成物において、その硬化体性状に支障を及ぼすほどの大量に混和しなくても硬化時の収縮を十分抑制し、またひび割れ発生を防止することのできる生石灰系の膨張性混和材を提供することを課題とする。

本発明者は、検討を重ねた結果、それぞれ特定量のジエチレングリコールで実質的に被覆された特定の粒径の異なる２種類の生石灰含有粒子の混合物を有効成分とする膨張性混和材が前記課題を総じて解決できるという知見を得、本発明を完成させた。

即ち、本発明は、次の（１）〜（３）で表される膨張性混和材である。
（１）ジエチレングリコールで実質被覆された粒径２０μｍ以上の生石灰含有粒子と前記被覆に用いたジエチレングリコールの３〜２０倍の質量のジエチレングリコールで実質被覆された粒径２０μｍ未満の生石灰含有粒子との混合物を有効成分とする膨張性混和材。
（２）混合物が、何れもジエチレングリコールを含む質量として、ジエチレングリコールで実質被覆された粒径２０μｍ以上の生石灰含有粒子１００質量部と前記被覆に用いたジエチレングリコールの３〜２０倍の質量のジエチレングリコールで実質被覆された粒径２０μｍ未満の生石灰含有粒子５０〜２００質量部を含有する前記（１）の膨張性混和材。
（３）生石灰含有粒子が遊離生石灰含有率５５質量％以上であることを特徴とする前記（１）又は（２）の膨張性混和材。

本発明により、モルタルやコンクリート等のセメント組成物の水和反応による容積減少過程期（収縮期間）と整合がとれた膨張発現時期の膨張性混和材を得ることができるため、この膨張性混和材の使用によりセメント組成物の収縮抑制やひび割れ防止を、セメント組成物の強度等の硬化性状に支障を及ぼさずに十分達成することができる。

本発明の膨張性材料は、ジエチレングリコールで実質被覆された粒径２０μｍ以上の生石灰含有粒子と前記被覆に用いたジエチレングリコールの５〜２０倍の質量のジエチレングリコールで実質被覆された粒径２０μｍ未満の生石灰含有粒子との混合物を有効成分とするものである。生石灰含有粒子は、遊離生石灰を含有する粒子であれば特に限定されない。好ましくは、鉱物質の粒子とする。生石灰含有粒子中の遊離生石灰含有量は、特に制限されるものではないが、モルタルやコンクリート等のセメント組成物に利用できる膨張力を容易に発現させる上で、５５質量％以上が好ましく、６０質量％〜９５質量％がより好ましく、６５質量％〜９０質量％が最も好ましい。生石灰含有粒子中の遊離生石灰以外の残分は、本発明の効果を喪失させないものである限り、特に制限されない。このような残分構成成分として、例えば、無水石膏、アーウィン、クリンカ間隙質、カルシウムシリケート等を挙げることができる。また、このような生石灰含有粒子を製造する方法は特に限定されない。一例を示すと、遊離生石灰源として熱分解で生石灰を生成する石灰石などのカルシウム化合物と、粘土鉱物や石膏類などを所定の配合で混合した混合物を、電気炉やロータリーキルンなどの焼成装置で焼成し、得られた焼成塊（クリンカ）を粉砕・分級することで生石灰含有粒子を得ることができる。

本発明では、粒径２０μｍ以上の生石灰含有粒子と粒径２０μｍ未満の生石灰含有粒子を用いるが、何れの生石灰含有粒子もジエチレングリコールで実質的に被覆したものを使用する。ジエチレングリコールで被覆することによって水和反応の抑制による水和反応時期の調整を容易に行うことができる。ジエチレングリコールはその状態を始め、特には限定されない。また、本発明において、生石灰含有粒子をジエチレングリコールで実質的に被覆するとは、個々の生石灰含有粒子が完全にジエチレングリコールで覆われている必要はなく、一部未被覆の部分が存在しても良い。また、ジエチレングリコールの生石灰含有粒子の被覆状態はジエチレングリコールが生石灰含有粒子粒子に接着していることが好ましいが、必ずしも強固に付着していなくても良い。また、さらに、ジエチレングリコール中に生石灰含有粒子が分散している状態のものであっても良い。従って、生石灰含有粒子をジエチレングリコールで被覆する方法は、記載の被覆状態の態様に応じて適宜選定すれば良く、特に限定されない。

前記ジエチレングリコールの生石灰含有粒子への被覆量は、粒径２０μｍ以上の生石灰含有粒子と粒径２０μｍ未満の生石灰含有粒子とでは異なり、粒径２０μｍ未満の生石灰含有粒子への被覆量は、粒径２０μｍ以上の生石灰含有粒子の被覆量の３〜２０倍の質量とする。粒径２０μｍを境にジエチレングリコールの被覆量を変えるのは、粒径２０μｍ未満の細粒はジエチレングリコール量が少ないと、セメント組成物が未硬化状態の間に水和反応を起こし、その膨張作用がセメント組成物の収縮抑制に寄与し難くなることから、より多量のジエチレングリコール量で被覆しておく必要があるためである。２０μｍ以外の他の粒径を境にして、ジエチレングリコールの被覆量を変えても、２０μｍを境にジエチレングリコール被覆量を変えたときのような好適な膨張作用が得られないため好ましくない。粒径２０μｍ未満の生石灰含有粒子へのジエチレングリコール被覆量が、粒径２０μｍ以上の生石灰含有粒子の被覆量の３倍質量未満だと膨張性混和材の初期水和反応抑制が弱く、主たる膨張発現の時期がセメント組成物の収縮期と大きくズレて収縮抑制に寄与できないので好ましくない。また、粒径２０μｍ未満の生石灰含有粒子への被覆量が、粒径２０μｍ以上の生石灰含有粒子の被覆量の２０倍質量を超えると、膨張性混和材の初期水和反応が抑制され過ぎることに加え、過剰のジエチレングリコールがセメント組成物中のセメント粒子の水和反応を阻害する虞があるため好ましくない。また、生石灰含有粒子単位質量あたりのジエチレングリコールの被覆量は特に制限されないが、例えば２０μｍ以上の生石灰含有粒子単位質量あたりのジエチレングリコールの被覆量として、０．００００５〜０．００１質量部を挙げることができる。

また、本発明の膨張性混和材の有効成分の混合物は、好ましくは、何れもジエチレングリコールを含む質量として、ジエチレングリコールで実質被覆された粒径２０μｍ以上の生石灰含有粒子１００質量部と前記被覆に用いられたジエチレングリコールの３〜２０倍の質量のジエチレングリコールで実質被覆された粒径２０μｍ未満の生石灰含有粒子５０〜２００質量部を含有するものとする。前記粒径２０μｍ未満の生石灰含有粒子含有量が２００質量部を超えると、ポップアウト等のモルタルやコンクリートにとって相応しくない現象が発生する虞があるため適当ではなく、また５０質量部未満では膨張量が低迷する虞があるため適当ではない。

また、本発明の膨張性混和材は、セメント組成物の収縮抑制やひび割れ防止に寄与するに十分な膨張量を得る上で、好ましくは膨張性混和材中の生石灰含有粒子含有率が２０質量％以上、より好ましくは３０質量％以上のものとするのが良い。但し、より詳細に膨張発現性を調整したりするためなどの目的で、生石灰含有粒子及びジエチレングリコール以外の成分の含有も、本発明の効果を実質喪失させない限り、可能である。このような成分として、例えば、無水石膏、カルシウムアルミネート、カルシウムサルホアルミネート、カルシウムシリケート、モルタルやコンクリートで使用できる凝結調整剤などを挙げることができるが記載例に限定されるものではない。

また、本発明の膨張性混和材は、セメントベースト、モルタル又はコンクリート等のセメント組成物に混和させる場合、限定されるものではないが、推奨される混和量としてセメント含有量１００質量部に対し、５〜１５質量部が好ましい。尚、混和可能なセメント組成物の構成材料は、セメントの種類を含め、何等制限されない。

以下、本発明を実施例によって具体的に説明するが、本発明は記載の実施例に限定されるものではない。また、特記無い限り、実施例は２０℃（±２℃）の環境下で行った。

ＣａＣＯ₃ （市販試薬）とＩＩ型無水石膏（市販試薬）を表１で表されるクリンカが得られるように配合した混合物を、電気炉で１６００℃で１時間焼成し、前記温度から約７００℃まで炉内で自然放冷した後、炉外に取り出し、常温の室内に放置した。得られたクリンカはボールミルで粉砕し、この破砕物を分級装置を用いて分級し、粒径２０μｍ未満と粒径２０μｍを超える生石灰含有粒子を得た。尚、生石灰含有粒子の確認として、粉砕物は粉末Ｘ線回折により生成相の定性及び定量分析を行った。

分級した前記生石灰含有粒子と市販試薬のジエチレングリコールを所定量湿式混合した。混合機はレディゲミキサーを使用し、混合時間は約１分、１バッチ毎の混合量はおよそ５０Ｋｇとした。この湿式混合によって表２に表すジエチレングリコールが被覆された生石灰含有粒子を作製した。

表２のジエチレングリコール被覆生石灰含有粒子から粒径２０μｍ未満のものと粒径２０μｍを超えるものを表３の配合となるよう前記と同様の混合機で混合し、混合物（膨張性混和材）を得た。

次いで、本発明の膨張性混和材の膨張量の測定をＪＩＳＡ６２０２の附属書１に規定された方法に準拠して行った。測定用の供試体は次のように作製した。普通ポルトランドセメント（市販品）１００質量部、静岡県掛川産山砂（Ｆ．Ｍ．＝２．７３）３００質量部及び水５０質量部をホバートミキサに投入し、これに前記表３で表す配合の混合物を６質量部加え、低速で約１０分間混練した。得られたモルタル混練物を内寸縦４０×横４０×長さ１６０ｍｍの成形型枠に流し込み、１６時間大気中に放置した後、脱型し、供試体を得た。脱型直後の供試体の長さ方向の長さを測定して、基準値とした。基準値測定後の供試体を、さらに７日間２０℃の水中で養生し、養生後に供試体の長さ方向の長さを測定し、この値から前記基準値からの膨張量を算出した。その結果も表３に表す。

表３の結果から本発明の膨張性混和材（混合物）は何れも高く適切な膨張発現性を呈し、モルタルの収縮抑制に有効であることがわかる。

Claims

ジエチレングリコールで実質被覆された粒径２０μｍ以上の生石灰含有粒子と前記被覆に用いたジエチレングリコールの生石灰含有粒子単位質量あたり３〜２０倍の質量のジエチレングリコールで実質被覆された粒径２０μｍ未満の生石灰含有粒子との混合物を有効成分とする膨張性混和材。
混合物が、何れもジエチレングリコールを含む質量として、ジエチレングリコールで実質被覆された粒径２０μｍ以上の生石灰含有粒子１００質量部と前記被覆に用いたジエチレングリコールの３〜２０倍の質量のジエチレングリコールで実質被覆された粒径２０μｍ未満の生石灰含有粒子５０〜２００質量部を含有する請求項１記載の膨張性混和材。
生石灰含有粒子が遊離生石灰含有率５５質量％以上であることを特徴とする請求項１又は２記載の膨張性混和材。