JP6563755B2

JP6563755B2 - セメント質硬化体の強度増進方法

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Publication number: JP6563755B2
Application number: JP2015186657A
Authority: JP
Inventors: 豪士中崎; 洋二小川; 恒平河野; 俊一郎内田; 充谷村
Original assignee: Taiheiyo Cement Corp
Current assignee: Taiheiyo Cement Corp
Priority date: 2015-09-24
Filing date: 2015-09-24
Publication date: 2019-08-21
Anticipated expiration: 2035-09-24
Also published as: JP2017061392A

Description

本発明は、セメント質硬化体の強度を短い期間で増進できる方法に関する。

モルタルやコンクリートなどのセメント質硬化体の養生方法は、一般に、水中養生、封緘養生、および蒸気養生等の水を用いた方法が知られている。そして、これらの養生方法によれば、セメントの水和が促進してセメント質硬化体の強度や耐久性が増進する。また、水以外の養生剤を用いてセメント質硬化体の耐久性や強度を向上させる養生方法もいくつか提案されている。

例えば、特許文献１に記載のコンクリート劣化防止または劣化抑制工法では、表面塗布型含浸剤およびポリシラザン化合物を主成分とする無機質高機能コート剤を適用する方法である。そして、該方法によれば、劣化要因のコンクリート内部への浸透を防止等し、化学薬品に対する防食性能を付与できるとしている。また、特許文献２に記載のセメントモルタルまたはコンクリートの養生方法は、特定の脂肪酸残基を有する脂肪酸エステル混合物と、アルコキシシラン、その加水分解物、またはその重縮合物と、特定の炭素数を有する炭化水素基を含むポリオキシアルキレン化合物を反応させて得られるアルコキシシラン誘導体を含有するコンクリート用養生剤を、セメント系硬化体表面に施工する方法である。そして、該方法によれば、初期には硬化体の乾燥を防止して硬化体の強度発現を促進するほか硬化体の収縮を低減し、長期には硬化体の乾燥を防止しつつ防水性を維持できるとしている。さらに、特許文献３に記載のコンクリートの養生方法は、コンクリートの表面に、ケイ酸のアルカリ金属塩を含有する養生剤を塗布し、養生剤層を形成してコンクリートを養生する方法である。そして、該方法によれば、水和反応に必要な水分がコンクリートの表面から蒸発するのを防止でき、養生後のコンクリートの圧縮強度の低下を防止できるとしている。

しかし、前記方法の養生期間は、特許文献１に記載の工法で１５日以上（段落００２９等）、特許文献２および特許文献３に記載の方法で、いずれも７日以上（いずれも段落００４０）と長期間を要する。また、特許文献２および特許文献３に記載の方法による圧縮強度の増進は、いずれも比較例に比べて１〜３割程度に過ぎない。

ところで、最近、インクジェット式粉末積層成形法（正式には「結合剤噴射法」という。）に適した粉末材料が提案されている（特許文献４）。該材料は、珪砂、オリビン砂、人工砂等の耐火砂に速硬性セメントを粘結材として１５〜５０％配合して混練したもので、これに水性バインダを加えて固化・積層して成形体を作製する。しかし、結合剤噴射法で作製した成形体は、硬化が速いものの空隙が多く多孔質になり易いため、水や水以外の養生剤を用いた前記養生方法を該硬化体に適用しても、養生後の成形体の強度は低く成形体が破損し易いという問題があった。

なお、前記結合剤噴射法とは、ラピッド・プロトタイピング技法の１種である。そしてラピッド・プロトタイピング技法とは、３次元ＣＡＤ等で作成した立体形状のデータを用いて、実立体（物理的な物質を材料として形成された実体を有する物体）を製作する方法であり、前記結合剤噴射法の他に、材料押出法（熱溶解積層法）や材料噴射法（インクジェット法）がある。ラピッド・プロトタイピング技法では、前記立体形状のデータを多数の水平の平面に分割し、それらの切断面の形状を鉛直方向に順次積層して実立体に復元するという方式を採っている。

特開２０１２−２３２８８７号公報特開２０１３−１９３８８５号公報特開２０１２−２５６２２号公報特開２０１１−５１０１０号公報

したがって、本発明は、セメント質硬化体の強度を、短期間で大幅に増進できる方法を提供することを目的とする。

本発明者は、前記課題を解決するために鋭意検討した結果、強度を増進するための特定の工程を経て処理したセメント質硬化体は、強度が短期間で大幅に増進することを見い出し、本発明を完成させた。すなわち、本発明は、下記の構成を有するセメント質硬化体の強度増進方法である。

［１］成形または脱型した、空隙率が２０〜６０体積％であるセメント質硬化体を、気中に０．５〜５時間静置して養生する気中養生工程と、セメント質硬化体をケイ酸アルカリ水溶液中に６〜４８時間浸漬して、セメント質硬化体の強度を増進させる強度増進工程を少なくとも含む、セメント質硬化体の強度増進方法。
［２］前記セメント質硬化体が、ラピッド・プロトタイピング技法を用いて作製したセメント質硬化体である、前記［１］に記載のセメント質硬化体の強度増進方法。
［３］前記ケイ酸アルカリ水溶液中のケイ酸アルカリが、ケイ酸ナトリウムおよび／またはケイ酸カリウムである、前記［１］または［２］に記載のセメント質硬化体の強度増進方法。

本発明のセメント質硬化体の強度増進方法は、簡単な操作と短い期間で、セメント質硬化体の強度を大幅に増進できる。特に、ラピッド・プロトタイピング技法等によって製造された多孔質なセメント硬化体の強度を、大幅に増進させることができる。

セメント質硬化体の曲げ強度を示す図である。

以下、本発明について、強度増進工程と気中養生工程に分けて詳細に説明する。
１．強度増進工程
該工程は、セメント質硬化体をケイ酸アルカリ水溶液中に浸漬して、セメント質硬化体の強度を増進させる工程である。
前記ケイ酸アルカリ水溶液中のケイ酸アルカリは、好ましくはケイ酸ナトリウムおよび／またはケイ酸カリウムである。そして、前記ケイ酸アルカリ水溶液中のケイ酸アルカリの含有率は、好ましくは１０〜４０質量％である。該含有率が１０質量％未満ではケイ酸アルカリの浸透量が充分ではなく強度増進効果は小さく、４０質量％を超えるとケイ酸アルカリ水溶液の粘性が高くなり浸透性が低下するおそれがある。なお、該含有率は、より好ましくは２０〜３５質量％である。
前記強度増進工程の時間は、好ましくは６〜４８時間である。該時間が６時間未満では養生が十分でなく、４８時間を超えても強度増進効果は飽和する傾向にある。なお、製造効率の観点から、前記強度増進工程の時間は、より好ましくは１２〜２４時間である。

前記セメント質硬化体の空隙率は、好ましくは２０〜７０体積％である。該空隙率が、２０体積％未満では、セメント質硬化体中への水およびケイ酸アルカリ水溶液の浸透量が充分でなく、６０体積％を超えると強度の増進効果が飽和する傾向にある。なお、該空隙率は、より好ましくは３０〜６０体積％である。なお、空隙率は、セメント質硬化体の容積と質量と、セメント質硬化体を構成するセメント、骨材および水等の材料の配合割合、および各材料の比重から逆算して求めることができる。具体的には、材料の密度と配合割合から、理論上の密度をあらかじめ算出しておき、実際に成形された供試体の寸法と質量から見かけの密度を算出する。そして、空隙率は、（１−（見かけ密度/理論上の密度））×１００により算出する。
また、セメント質硬化体の水／粉体比（質量比）は、好ましくは０．０２〜０．１である。なお、前記粉体はセメントと骨材を含む。
また、骨材／セメント比（質量比）は、好ましくは０．４９〜９である。
前記セメントは、アルミナセメント等の速硬性セメントや、ポルトランドセメントを用いることができ、これらの中でも、特に速硬性セメントが好ましい。また、細骨材や粗骨材は通常の骨材を用いることができる。
セメント質硬化体の成形方法は、特に制限されず、押出成形、加圧成形、振動成形等が挙げられる。また、該成形方法は、前記ラピッド・プロトタイピング技法も含む。

２．気中養生工程
該工程は、成形または脱型したセメント質硬化体を、気中に静置して養生する工程である。気中および水中の温度は、特に制限されないが、養生のし易さから、好ましくは１０〜５０℃でよい。
気中養生工程の時間は、好ましくは０．５〜５時間である。該時間が０．５時間以上であれば、後工程である強度増進工程において崩壊することなく形状が保持され、表面の仕上がりもよく、また、５時間を超えても強度の増進効果は飽和する傾向にある。なお、気中養生工程の時間は、より好ましくは１〜４時間、さらに好ましくは２〜４時間である。

以下、本発明を実施例により説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されない。
１．使用した材料
（１）ケイ酸アルカリ水溶液
ジルコンＦＳ−＃１０（ケイ酸ナトリウム／ケイ酸カリウム＝１（モル比）、ケイ酸ナトリウムとケイ酸カリウムの含有率は２９質量％、フォーシェル社製）
（２）シリコーン系撥水剤
ＸＩＡＭＥＴＥＲＯＦＳ−０７７７（有効成分カリウムメチルシリコネート、東レ・ダウコーニング社製）
（３）シラン系撥水剤
ドライシール−Ｓ（登録商標、有効成分Ｎ−ヘキシルトリエトキシシラン、東レ・ダウコーニング社製）
（４）超速硬セメント
商品名スーパージェットセメント（小野田ケミコ社製）密度３．０１ｇ／ｃｍ^３
（５）細骨材
珪砂８号（東北硅砂社製）密度２．６１ｇ／ｃｍ^３
（６）水
水道水

２．セメント質硬化体の作製と強度の測定
超速硬セメント／砂＝1（質量比）になるように、超速硬セメントと砂を計量してビニル袋に入れ、ビニル袋を振盪して粉体混合物を調製した。次に、結合剤噴射式粉末積層造形装置（付加製造装置（３Ｄプリンタ）商品名ZPrinter310 Ｚコーポレーション社製）を用いてラピッド・プロトタイピング技法により、寸法が縦１０ｍｍ、横１６ｍｍ、および長さ８０ｍｍで、平均の質量１４．２７ｇ、平均の空隙率が５７体積％のモルタル（セメント質硬化体）を作製した。なお、前記装置によるモルタルの成形方法は、ノズルから一定量の水を噴出して、所定の位置を選択して粉体混合物を固化する方法であり、水／粉体混合物＝０．０５（質量比）である。
次に、表１に示す養生パターンに従い、２０℃で前記モルタルを養生した後、曲げ強度試験機 MODEL-2257（アイコーエンジニアリング社製）を用いて３点曲げ試験を行い、前記モルタルの曲げ強度を測定した。その結果を図１に示す。

図１に示すように、曲げ強度は、比較例１〜４では０．５〜２．０ＭＰａであるのに対し、実施例１では３．６ＭＰａであり、実施例は比較例と比べて１．８〜７．２倍も高かった。特に、セメントの強度発現にとって最適な養生方法である水中養生（比較例１）と比べて、曲げ強度は１．８倍も高かった。また、同じ水溶性ケイ素化合物であっても、有機ケイ素化合物は、曲げ強度が低かった。
したがって、本発明のセメント質硬化体の強度増進方法は、ケイ酸アルカリ水溶液に単に浸漬するという簡単な操作だけで、セメント質硬化体の曲げ強度を短期間で大幅に増進できる。

Claims

成形または脱型した、空隙率が２０〜６０体積％であるセメント質硬化体を、気中に０．５〜５時間静置して養生する気中養生工程と、セメント質硬化体をケイ酸アルカリ水溶液中に６〜４８時間浸漬して、セメント質硬化体の強度を増進させる強度増進工程を少なくとも含む、セメント質硬化体の強度増進方法。
前記セメント質硬化体が、ラピッド・プロトタイピング技法を用いて作製したセメント質硬化体である、請求項１に記載のセメント質硬化体の強度増進方法。
前記ケイ酸アルカリ水溶液中のケイ酸アルカリが、ケイ酸ナトリウムおよび／またはケイ酸カリウムである、請求項１または２に記載のセメント質硬化体の強度増進方法。