JP6528206B2 - セメント、モルタル、およびコンクリートの製造方法 - Google Patents
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Description
このブリーディングが過大になると、セメントペーストと、骨材や鉄筋との界面に空隙が生じて界面の付着力が低下するため、コンクリートの強度低下、沈下ひび割れ、および仕上げ時期の遅延が生じ易い。そこで、JASS 5「水密コンクリート」では、ブリーディングの上限は0.3cm3/cm2と規定している。
特に、鋼管内にコンクリートを打設したコンクリート充填鋼管構造(以下「CFT造」という。)は、ブリーディングが多いと打継部分に欠陥が生じ構造体としての一体性が損なわれるため、ブリーディングの上限は0.1cm3/cm2とより厳しく規定されている。そして、CFT造に用いられるコンクリートは、一般に、ビーライトを比較的多く含む中庸熱ポルトランドセメントや低熱ポルトランドセメント等の低熱セメントを含む高強度・高流動コンクリートであるが、低熱ポルトランドセメントを含むコンクリートは、ブリーディングが多いことが知られている。ちなみに、ビーライトの含有率は中庸熱ポルトランドセメントで約35質量%、低熱ポルトランドセメントで約55質量%である。
例えば、特許文献1では、前記混和剤として、菌体番号Alcaligenes ATTC 31961の菌種が産出する微生物醗酵多糖類からなるコンクリートの分離防止用混和剤が提案されている。しかし、該混和剤はコンクリートの粘性を高めてブリーディングを抑制するが、一方でコンクリートの流動性が低下してポンプ圧送性が悪くなり、充填不良による強度低下やコンクリート面の肌荒れが発生し易い。このような問題は流動性が重要な高流動コンクリートに顕著に発生する。また、該混和剤は特定の菌種が産出する天然物であるため、コンクリートの大量製造において量的な制約とコストの増加を招き易い。
また、特許文献2では、混練水を第1の混練水(以下「一次水」という。)と第2の混練水(以下「二次水」という。)に分割し、一次水をセメントに加えて混練しセメントペーストを調整した後、該ペーストに二次水を加えて再度混練し第2のセメントペーストを調整し、さらに第2のセメントペーストに骨材を加えて混練するというコンクリートの作製方法が提案されている。しかし、該方法は混練作業を3回に分けて行うため作業時間が長くなって生産性は低い。
そして、特許文献3では、減水剤の添加量を低減する方法として、モルタルまたはコンクリートの混練時に超音波による振動を付与して、混練物中の粉末の分散を促進するモルタルまたはコンクリートの製造方法が提案されている。該方法によれば、凝集塊の間隙を充填していた混練水が自由水となり、該自由水が流動性の向上に寄与するため、減水剤の添加量やミキサーによる混練時間を低減できるとされている。
[1]ボーグ式を用いて算出したビーライトの含有率が30〜65質量%であるポルトランドセメントの製造方法であって、
前記ポルトランドセメントのクリンカー100質量部に対し、ジエチレングリコールを0.035〜0.05質量部添加し粉砕して製造する、ポルトランドセメントの製造方法。
[2]前記[1]に記載のポルトランドセメントの製造方法を用いて得られたポルトランドセメントと、高炉スラグ粉、フライアッシュ、珪石粉、石灰石粉、およびシリカフュームから選ばれる一種以上の混合材を混合して混合セメントを製造する、混合セメントの製造方法。
[3]前記[1]に記載のセメントの製造方法を用いて得られたポルトランドセメント、または、前記[2]に記載の混合セメントの製造方法を用いて得られた混合セメントと、細骨材、減水剤、および水を、少なくとも用いて混練してモルタルを製造する、モルタルの製造方法。
[4]前記[1]に記載のセメントの製造方法を用いて得られたポルトランドセメント、または、前記[2]に記載の混合セメントの製造方法を用いて得られた混合セメントと、細骨材、粗骨材、減水剤、および水を、少なくとも用いて混練してコンクリートを製造する、コンクリートの製造方法。
また、本発明のセメントの製造方法は、モルタルおよびコンクリートの減水剤の添加量を低減できるセメントを製造することができる。
(1)ポルトランドセメント
本発明のポルトランドセメントはボーグ式を用いて算出したビーライトの含有率が7〜65質量%である。該含有率が該範囲を外れると、セメントクリンカーの粉砕時にジエチレングリコールの添加量を0.026質量部以上添加しても、モルタルおよびコンクリートのブリーディングの低減効果と、減水剤の添加量の低減効果は低下する。
なお、ポルトランドセメント中のビーライトの含有率が高くなると、ブリーディングの低減効果が高くなること、また、少ない減水剤の添加量で同程度の流動性を有するモルタルやコンクリートを製造できることから、本発明においてポルトランドセメントを製造する場合、該ポルトランドセメント中のビーライトの含有率は、好ましくは30〜65質量%である。ビーライトの含有率が前記範囲にある市販のセメントは、中庸熱ポルトランドセメントおよび低熱ポルトランドセメントが挙げられる。
ビーライト(C2S)の含有率を算出するためのボーグ式を、下記式に示す。
C2S(質量%)=2.87×SiO2(質量%)−0.754×C3S(質量%)
ただし、式中の化学式は、調合原料中またはセメント中における、化学式が表す化合物の含有率(質量%)を表す。
本発明においてジエチレングリコールの添加量は、ポルトランドセメントのクリンカー100質量部に対し0.026質量部以上である。該添加量が0.026質量部未満では、モルタルおよびコンクリートのブリーディングの低減効果と、減水剤の添加量の低減効果は低下する。コストを考慮すると、ジエチレングリコールの添加量の上限は、好ましくは0.05質量部である。なお、該添加量は、好ましくはセメント100質量部に対し0.031〜0.05質量部、より好ましくは0.032〜0.05質量部、さらに好ましくは0.035〜0.05質量部、特に好ましくは0.04〜0.05質量部である。なお、従来、ポルトランドセメントの製造において用いられていたジエチレングリコールの添加量は、ポルトランドセメントのクリンカー100質量部に対し、約0.02〜0.03質量部であった。
前記ジエチレングリコールは、試薬や工業製品のほか、ジエチレングリコールを含む不凍液、ブレーキ液、潤滑剤、およびインキ等の廃液から選ばれる一種以上が挙げられる。
該製造において、ポルトランドセメントのクリンカーにジエチレングリコールを添加し粉砕した後、該粉砕物に石膏を添加してもよく、ポルトランドセメントのクリンカーにジエチレングリコールと石膏を添加して同時に粉砕してもよい。後掲の表1と表2に示すように、石膏の半水化率が80%以上と高い中庸熱ポルトランドセメント(比較例1、2)は、石膏の半水化率が75%の中庸熱ポルトランドセメント(比較例3)と比べブリーディング量が多いが、このように石膏の半水化率が高い中庸熱ポルトランドセメントに対しても、本発明はブリーディングの低減に効果的である。なお、本発明のポルトランドセメント中の石膏は、無水石膏をSO3換算で、好ましくは20質量%以下、より好ましくは10質量%以下含んでもよい。
なお、本発明のポルトランドセメントが、普通ポルトランドセメントまたは早強ポルトランドセメントの場合は、該ポルトランドセメントが、JIS R 5210「ポルトランドセメント」に規定される少量混合成分を5質量%以下含むことは差し支えない。
該製造においては、前記製造したポルトランドセメントに、高炉スラグ粉、フライアッシュ、珪石粉、石灰石粉、およびシリカフュームから選ばれる一種以上の混合材を混合して混合セメントを製造する。ポルトランドセメントと混合材との混合は、従来から、高炉セメント、フライアッシュセメント、シリカセメント、およびシリカフュームプレミックスセメント等の混合セメントの製造に使用されているミキサ(例えば、リボン型ミキサ、遊星型パン型ミキサ等)を使用すればよい。
なお、高炉スラグ粉の混合量は、ポルトランドセメント100質量部に対して、好ましくは5〜500質量部である。また、フライアッシュ、珪石粉、石灰石粉、またはシリカフュームの混合量は、ポルトランドセメント100質量部に対して、好ましくは5〜100質量部である。
また、高炉スラグ粉、フライアッシュ、珪石粉、または石灰石粉のブレーン比表面積は、好ましくは3000〜10000cm2/gであり、シリカフュームのBET表面積は、好ましくは13〜25m2/gである。
本発明のモルタルの製造方法は、本発明のセメントの製造方法により製造したポルトランドセメント、または混合セメントと、細骨材、減水剤、および水を、必須の構成材料として用い、これらを混練してモルタルを製造する方法である。
また、本発明のコンクリートの製造方法は、本発明のセメントの製造方法により製造したポルトランドセメント、または混合セメント、細骨材、粗骨材、減水剤、および水を、必須の構成材料として用い、これらを混練してコンクリートを製造する方法である。
以下、細骨材、粗骨材、減水剤、および水等に分けて説明する。
前記細骨材は、川砂、山砂、陸砂、海砂、砕砂、硅砂、スラグ細骨材、および軽量細骨材等から選ばれる一種以上が挙げられる。また、細骨材は天然骨材のほか再生骨材を用いることができる。
(2)粗骨材
前記粗骨材は、川砂利、山砂利、砕石、スラグ粗骨材、および軽量粗骨材等から選ばれる一種以上が挙げられる。また、前記粗骨材は天然骨材のほか、人工骨材や再生骨材を用いることができる。
(3)減水剤
前記減水剤は、高性能AE減水剤、高性能減水剤、AE減水剤等から選ばれる一種以上の減水剤が挙げられる。また、減水剤の種類(化合物)は、ポリカルボン酸、ナフタレンスルホン酸ホルムアルデヒド縮合物、メラミンスルホン酸ホルムアルデヒド縮合物、リグニンスルホン酸、およびこれらの塩から選ばれる一種以上が挙げられる。そして、減水剤は、好ましくはモルタルまたはコンクリートの混練水に、予め溶解して用いる。
(4)水
前記水は、モルタルおよびコンクリートの強度や流動性等の物性に悪影響を与えないものであれば用いることができ、例えば、上水道水、工業用水、および生コンクリートの上澄水等から選ばれる一種以上が挙げられる。
前記モルタルおよびコンクリートのいずれの場合も、水セメント比は、好ましくは18〜50%である。水セメントが該範囲にあれば、モルタルおよびコンクリートにおけるブリーディングの低減効果および減水剤の添加量の低減効果は高くなる。なお、前記水セメント比は、より好ましくは20〜45%、さらに好ましくは25〜40%、特に好ましくは30〜40%である。
(5)その他の材料
さらに、前記モルタルおよびコンクリートは、収縮低減剤、AE剤、水和熱抑制剤、白華防止剤、遅延剤、硬化促進剤等の混和剤や、高炉スラグ、フライアッシュ、石炭灰、シリカフューム、石灰石粉末、シリカ質粉末等の混和材を含んでもよい。
1.使用材料
(1)ポルトランドセメントのクリンカー
(i)中庸熱ポルトランドセメントのクリンカー(略号:M、太平洋セメント社製)
(ii)普通ポルトランドセメントのクリンカー(略号:N、太平洋セメント社製)
(2)細骨材(略号:S)
山砂(表乾密度2.57g/cm3、静岡県掛川市産)
(3)粗骨材
(i)砕石5号(略号:G1、茨城県桜川市産)
(ii)砕石6号(略号:G2、茨城県桜川市産)
(iii)砕石2005(茨城県桜川市産)
(4)減水剤
(i)マイテイ3000s[登録商標](略号:Mt、花王社製)
(ii)マスターグレニウムSP8SV[登録商標](略号:SS、BASFジャパン社製)
(iii)マスターグレニウムSP8HU[登録商標](略号:SH、BASFジャパン社製)
(iv)マスターポゾリス No.70[登録商標](略号:N70、BASFジャパン社製)
(5)水(略号:W)
水道水
(6)粒体シリカフューム
金属シリコン系シリカフューム、BET比表面積17.8m2/g、密度2.25g/cm3(洛陽済禾社製)
(7)高炉スラグ粉
高炉スラグ粉末、ブレーン比表面積3800cm2/g、新日本製鐵社製
(8)ジエチレングリコール
試薬1級(略号:DEG、関東化学社製)
前記中庸熱ポルトランドセメントのクリンカー100質量部に対し、二水石膏をSO3換算で2質量部、および表1に示す量のジエチレングリコール(DEG)を添加して、ボールミルで粉砕し、表1に示す中庸熱ポルトランドセメント(実施例1〜5、比較例1〜3)を製造した。なお、該セメントのブレーン比表面積は3100±300cm2/gであり、ビーライトの含有率は37質量%であった。
また、表1に、下記式により求めた前記セメント中の石膏の半水化率を示す。なお、製造した前記中庸熱ポルトランドセメントは無水石膏を含んでいない。
石膏の半水化率(質量%)=100×半水石膏の質量(SO3換算)/(半水石膏の質量(SO3換算)+二水石膏の質量(SO3換算))
前記普通ポルトランドセメントのクリンカー100質量部に対し、二水石膏をSO3換算で2質量部、および表1に示す量のジエチレングリコールを添加して、ボールミルで粉砕し、表1に示す普通ポルトランドセメント(実施例6、比較例4)を製造した。なお、該セメントのブレーン比表面積は3300±300cm2/gであり、ビーライトの含有率は18質量%であった。
実施例2および比較例2のそれぞれの中庸熱ポルトランドセメント100質量部に対し、粒体シリカフュームを13質量部添加して、プロシェアミキサ(型式:WB−20(傾斜型)、太平洋機工社製)に投入した。次に、該プロシェアミキサのショベル羽根の周速は3.5m/s、チョッパーの回転速度は3600rpmの条件で、15分間混合して、シリカフューム含有セメント(実施例7、比較例5)を製造した。
なお、実施例7のシリカフューム含有セメントは、実施例2の中庸熱ポルトランドセメントを含み、比較例5のシリカフューム含有セメントは、比較例2の中庸熱ポルトランドセメントを含む。
実施例6および比較例4のそれぞれの普通ポルトランドセメント100質量部に対し、高炉スラグ粉を67質量部添加して、オムニミキサを用いて混合して、高炉セメントB種(実施例8、比較例6)を製造した。
なお、実施例8の高炉セメントB種は、実施例6の普通ポルトランドセメントを含み、比較例6の高炉セメントB種は、比較例4の普通ポルトランドセメントを含む。
中庸熱ポルトランドセメント(実施例1〜5、および比較例1〜3)を用いて表2の配合に従い、コンクリートを製造した後、該コンクリートのスランプフローおよびブリーディング量を、それぞれJIS A 1150「コンクリートのスランプフロー試験方法」およびJIS A 1123「コンクリートのブリーディング試験方法」に準拠して測定した。その結果を表2に示す。
また、実施例1〜5のセメントを用いたコンクリートは、比較例1〜3のセメントを用いたコンクリートと比べ減水剤の添加量が少ないにもかかわらず、スランプフロー(流動性)はほぼ同等である。よって、本発明の製造方法で製造した中庸熱ポルトランドセメントを用いれば、減水剤の添加量を低減できる。
次に、普通ポルトランドセメント(実施例6および比較例4)、および高炉セメントB種(実施例8および比較例6)を用いて表3の配合に従い、コンクリートを製造した後、該コンクリートのスランプフローおよびブリーディング量を、それぞれJIS A 1150「コンクリートのスランプフロー試験方法」およびJIS A 1123「コンクリートのブリーディング試験方法」に準拠して測定した。その結果を表3に示す。
また、実施例6の普通ポルトランドセメントを用いたコンクリートは、比較例4の普通ポルトランドセメントを用いたコンクリートと比べ減水剤の添加量が少ないにもかかわらず、スランプフロー(流動性)はほぼ同等である。同様にして、実施例8の高炉セメントを用いたコンクリートは、比較例6の高炉セメントを用いたコンクリートと比べ減水剤の添加量が少ないにもかかわらず、スランプフロー(流動性)はほぼ同等である。よって、本発明の製造方法で製造したセメントを用いれば、減水剤の添加量を低減できることがわかる。
前記中庸熱ポルトランドセメント(実施例2、比較例2)、前記普通ポルトランドセメント(実施例6、比較例4)、シリカフューム含有セメント(実施例7、比較例5)、および高炉セメントB種(実施例8、比較例6)を用いて、表4に示すモルタルの配合および表5に示すコンクリートの配合に従い、それぞれモルタルおよびコンクリートを製造した。
次に、前記モルタルのモルタルフローは、JIS R 5201「セメントの物理試験方法 11.フロー試験」に準拠して測定した。ただし、15回の落下運動は実施しなかった。また、前記コンクリートのスランプフローは、JIS A 1150「コンクリートのスランプフロー試験方法」に準拠して測定した。その結果を表4および表5に示す。
Claims (4)
- ボーグ式を用いて算出したビーライトの含有率が30〜65質量%であるポルトランドセメントの製造方法であって、
前記ポルトランドセメントのクリンカー100質量部に対し、ジエチレングリコールを0.035〜0.05質量部添加し粉砕して製造する、ポルトランドセメントの製造方法。 - 請求項1に記載のポルトランドセメントの製造方法を用いて得られたポルトランドセメントと、高炉スラグ粉、フライアッシュ、珪石粉、石灰石粉、およびシリカフュームから選ばれる一種以上の混合材を混合して混合セメントを製造する、混合セメントの製造方法。
- 請求項1に記載のセメントの製造方法を用いて得られたポルトランドセメント、または、請求項2に記載の混合セメントの製造方法を用いて得られた混合セメントと、細骨材、減水剤、および水を、少なくとも用いて混練してモルタルを製造する、モルタルの製造方法。
- 請求項1に記載のセメントの製造方法を用いて得られたポルトランドセメント、または、請求項2に記載の混合セメントの製造方法を用いて得られた混合セメントと、細骨材、粗骨材、減水剤、および水を、少なくとも用いて混練してコンクリートを製造する、コンクリートの製造方法。
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