JP6896578B2 - 水硬性粉末組成物 - Google Patents
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Description
本発明は、水硬性粉末組成物に関する。
硬化したモルタルやコンクリートは、乾燥によって収縮することが知られている。該収縮（乾燥収縮）を小さくするために、膨張材や収縮低減剤が使用されている。
低収縮のセメント組成物として、特許文献１には、ポルトランドセメントクリンカ粉末３０〜４０重量部と３ＣａＯ・３Ａｌ２Ｏ３・ＣａＳＯ４を５０重量％以上含むカルシウムサルホアルミネートクリンカ粉末１５〜２５重量部と無水石膏粉末１０〜２０重量部と高炉スラグ粉末２５〜４５重量部からなる混合粉末に、炭酸リチウム粉末０．１〜０．３重量部を添加してなることを特徴とする低収縮、高強度セメント組成物が記載されている。
低収縮のセメント組成物として、特許文献１には、ポルトランドセメントクリンカ粉末３０〜４０重量部と３ＣａＯ・３Ａｌ２Ｏ３・ＣａＳＯ４を５０重量％以上含むカルシウムサルホアルミネートクリンカ粉末１５〜２５重量部と無水石膏粉末１０〜２０重量部と高炉スラグ粉末２５〜４５重量部からなる混合粉末に、炭酸リチウム粉末０．１〜０．３重量部を添加してなることを特徴とする低収縮、高強度セメント組成物が記載されている。
上述した乾燥収縮の他に、モルタルやコンクリートは、水中等の低温環境下において、膨張が大きくなるという問題がある。
本発明の目的は、硬化後の乾燥収縮が小さく、かつ、水中等の低温環境下における膨張が小さい、寸法安定性に優れた水硬性粉末組成物を提供することである。
本発明の目的は、硬化後の乾燥収縮が小さく、かつ、水中等の低温環境下における膨張が小さい、寸法安定性に優れた水硬性粉末組成物を提供することである。
本発明者は、上記課題を解決するために鋭意検討した結果、ポルトランドセメント粉末、カルシウムアルミネート粉末、アウインを５０質量％以上の割合で含むアウイン含有クリンカー粉末、石膏粉末、および、可溶性硫酸塩粉末を、特定の含有率で含む水硬性粉末組成物によれば、上記目的を達成できることを見出し、本発明を完成した。
すなわち、本発明は、以下の［１］〜［４］を提供するものである。
［１］ ポルトランドセメント粉末、カルシウムアルミネート粉末、アウイン（３ＣａＯ・３Ａｌ２Ｏ３・ＣａＳＯ４）を５０質量％以上の割合で含むアウイン含有クリンカー粉末、石膏粉末、および、可溶性硫酸塩粉末を含む水硬性粉末組成物であって、上記ポルトランドセメント粉末、カルシウムアルミネート粉末、アウイン含有クリンカー粉末、石膏粉末、および、可溶性硫酸塩粉末の全量（１００質量％）中、上記ポルトランドセメント粉末の含有率が２０〜４０質量％であり、上記カルシウムアルミネート粉末の含有率が２〜２０質量％であり、上記アウイン含有クリンカー粉末の含有率が２０〜５０質量％であり、上記石膏粉末の含有率がＳＯ３換算値で５〜３０質量％であり、上記可溶性硫酸塩粉末の含有率がＳＯ４換算値で１〜１２質量％であることを特徴とする水硬性粉末組成物。
［２］ 上記カルシウムアルミネート粉末は、ＣａＯ／Ａｌ２Ｏ３のモル比が０．８〜３の範囲内のものである前記［１］に記載の水硬性粉末組成物。
［３］ 上記ポルトランドセメント粉末、カルシウムアルミネート粉末、アウイン含有クリンカー粉末、石膏粉末、および、可溶性硫酸塩粉末の全量（１００質量部）に対して、高炉スラグ微粉末およびフライアッシュを含まない、または、高炉スラグ微粉末とフライアッシュのいずれか一方または両方を、合計量が５０質量部以下となる量で含む前記［１］又は［２］に記載の水硬性粉末組成物。
［４］ 前記［１］〜［３］のいずれかに記載の水硬性粉末組成物、セメント混和剤、細骨材、および水を含むセメント組成物。
すなわち、本発明は、以下の［１］〜［４］を提供するものである。
［１］ ポルトランドセメント粉末、カルシウムアルミネート粉末、アウイン（３ＣａＯ・３Ａｌ２Ｏ３・ＣａＳＯ４）を５０質量％以上の割合で含むアウイン含有クリンカー粉末、石膏粉末、および、可溶性硫酸塩粉末を含む水硬性粉末組成物であって、上記ポルトランドセメント粉末、カルシウムアルミネート粉末、アウイン含有クリンカー粉末、石膏粉末、および、可溶性硫酸塩粉末の全量（１００質量％）中、上記ポルトランドセメント粉末の含有率が２０〜４０質量％であり、上記カルシウムアルミネート粉末の含有率が２〜２０質量％であり、上記アウイン含有クリンカー粉末の含有率が２０〜５０質量％であり、上記石膏粉末の含有率がＳＯ３換算値で５〜３０質量％であり、上記可溶性硫酸塩粉末の含有率がＳＯ４換算値で１〜１２質量％であることを特徴とする水硬性粉末組成物。
［２］ 上記カルシウムアルミネート粉末は、ＣａＯ／Ａｌ２Ｏ３のモル比が０．８〜３の範囲内のものである前記［１］に記載の水硬性粉末組成物。
［３］ 上記ポルトランドセメント粉末、カルシウムアルミネート粉末、アウイン含有クリンカー粉末、石膏粉末、および、可溶性硫酸塩粉末の全量（１００質量部）に対して、高炉スラグ微粉末およびフライアッシュを含まない、または、高炉スラグ微粉末とフライアッシュのいずれか一方または両方を、合計量が５０質量部以下となる量で含む前記［１］又は［２］に記載の水硬性粉末組成物。
［４］ 前記［１］〜［３］のいずれかに記載の水硬性粉末組成物、セメント混和剤、細骨材、および水を含むセメント組成物。
本発明の水硬性粉末組成物によれば、硬化後の乾燥収縮が小さく、かつ、水中等の低温環境下における膨張が小さい、寸法安定性に優れた硬化体を得ることができる。
本発明の水硬性粉末組成物は、ポルトランドセメント粉末、カルシウムアルミネート粉末、アウイン（３ＣａＯ・３Ａｌ２Ｏ３・ＣａＳＯ４）を５０質量％以上の割合で含むアウイン含有クリンカー粉末、石膏粉末、および、可溶性硫酸塩粉末を含む水硬性粉末組成物であって、ポルトランドセメント粉末、カルシウムアルミネート粉末、アウイン含有クリンカー粉末、石膏粉末、および、可溶性硫酸塩粉末の全量（１００質量％）中、ポルトランドセメント粉末の含有率が２０〜４０質量％であり、カルシウムアルミネート粉末の含有率が２〜２０質量％であり、アウイン含有クリンカー粉末の含有率が２０〜５０質量％であり、石膏粉末の含有率がＳＯ３換算値で５〜３０質量％であり、可溶性硫酸塩粉末の含有率がＳＯ４換算値で１〜１２質量％であるものである。
本発明で用いられるポルトランドセメントの例としては、普通ポルトランドセメント、早強ポルトランドセメント、中庸熱ポルトランドセメント、低熱ポルトランドセメント等の各種ポルトランドセメントが挙げられる。これらは、１種を単独で用いてもよく、２種以上を組み合わせて用いてもよい。
中でも、材料にかかるコストを低減する観点から、普通ポルトランドセメントおよび早強ポルトランドセメントが好ましい。
中でも、材料にかかるコストを低減する観点から、普通ポルトランドセメントおよび早強ポルトランドセメントが好ましい。
ポルトランドセメント粉末のブレーン比表面積は、好ましくは２，０００〜７，０００ｃｍ２／ｇ、より好ましくは２，５００〜６，５００ｃｍ２／ｇ、さらに好ましくは２，８００〜６，０００ｃｍ２／ｇ、特に好ましくは３，０００〜５，５００ｃｍ２／ｇである。該ブレーン比表面積が２，０００ｃｍ２／ｇ以上であれば、水硬性粉末組成物の強度発現性がより向上する。該ブレーン比表面積が７，０００ｃｍ２／ｇ以下であれば、水硬性粉末組成物の作業性がより向上する。
本発明の水硬性粉末組成物に含まれる、ポルトランドセメント粉末、カルシウムアルミネート粉末、アウイン含有クリンカー粉末、石膏粉末、および、可溶性硫酸塩粉末の全量（１００質量％）中、ポルトランドセメント粉末の含有率は、２０〜４０質量％、好ましくは２１〜３９質量％、より好ましくは２２〜３８質量％である。該含有率が２０質量％未満であると、水硬性粉末組成物の強度発現性が低下する。該含有率が４０質量％を超えると、硬化後の寸法安定性が低下する。
ポルトランドセメント粉末は、ポルトランドセメントを所望のブレーン比表面積を有する粉末状となるまで粉砕した後、他の材料と混合してもよく、他の材料と混合した後、混合物中のポルトランドセメント粉末が所望のブレーン比表面積を有するまで粉砕してもよい。
本発明で用いられるカルシウムアルミネート粉末の、ＣａＯ／Ａｌ２Ｏ３のモル比は、好ましくは０．８〜３．０、より好ましくは１．０〜２．８、特に好ましくは１．２〜２．６である。該モル比が０．８以上であれば、水硬性粉末組成物の水和反応の反応性がより大きくなり、常温（例えば、２０℃）で、水硬性粉末組成物の水和反応が進みやすくなる。該モル比が３．０以下であれば、水硬性粉末組成物の水和反応の反応性が過度に大きくならず、硬化時間の制御がしやすくなり、作業性がより向上する。
カルシウムアルミネート粉末のブレーン比表面積は、好ましくは２，０００〜７，０００ｃｍ２／ｇ、より好ましくは２，５００〜６，５００ｃｍ２／ｇ、特に好ましくは３，０００〜６，０００ｃｍ２／ｇである。該ブレーン比表面積が２，０００ｃｍ２／ｇ以上であれば、水硬性粉末組成物の水和反応の反応性がより大きくなり、水硬性粉末組成物の水和反応が進みやすくなる。該ブレーン比表面積が７，０００ｃｍ２／ｇ以下であれば、水硬性粉末組成物の水和反応の反応性が過度に大きくならず、硬化時間の制御がしやすくなり、作業性がより向上する。
本発明の水硬性粉末組成物に含まれる、ポルトランドセメント粉末、カルシウムアルミネート粉末、アウイン含有クリンカー粉末、石膏粉末、および、可溶性硫酸塩粉末の全量（１００質量％）中、カルシウムアルミネート粉末の含有率は、２〜２０質量％、好ましくは３〜１９質量％、より好ましくは４〜１８質量％である。該含有率が２質量％未満であると、硬化後、常温環境下における、硬化体の強度が低下する。また、硬化後、水中等の低温環境下における膨張が大きくなる。該含有率が２０質量％を超えると、硬化体の乾燥収縮が大きくなる。
カルシウムアルミネート粉末は、カルシウムアルミネートを所望のブレーン比表面積を有する粉末状となるまで粉砕した後、他の材料と混合してもよく、他の材料と混合した後、混合物中のカルシウムアルミネート粉末が所望のブレーン比表面積を有するまで粉砕してもよい。
また、本発明で用いられるカルシウムアルミネート粉末を含む材料として、市販のアルミナセメントを用いてもよい。
また、カルシウムアルミネート粉末は、結晶質でも非晶質でもよく、これらの混合物であってもよい。
また、本発明で用いられるカルシウムアルミネート粉末を含む材料として、市販のアルミナセメントを用いてもよい。
また、カルシウムアルミネート粉末は、結晶質でも非晶質でもよく、これらの混合物であってもよい。
本発明で用いられるアウイン含有クリンカー粉末中のアウイン（３ＣａＯ・３Ａｌ２Ｏ３・ＣａＳＯ４）の割合は、５０質量％以上、好ましくは５５質量％以上、より好ましくは５８質量％以上である。該割合が５０質量％未満であると、硬化体の乾燥収縮が大きくなる。該割合の上限値は、特に限定されないが、通常、７０質量％である。
アウイン含有クリンカー粉末のブレーン比表面積は、好ましくは２，５００〜６，０００ｃｍ２／ｇ、より好ましくは３，０００〜５，５００ｃｍ２／ｇ、特に好ましくは３，５００〜５，０００ｃｍ２／ｇである。該ブレーン比表面積が２，５００ｃｍ２／ｇ以上であれば、水硬性粉末組成物の水和反応の反応性がより大きくなり、水硬性粉末組成物の水和反応が進みやすくなる。該ブレーン比表面積が６，０００ｃｍ２／ｇ以下であれば、水硬性粉末組成物の水和反応の反応性が過度に大きくならず、硬化時間の制御がしやすくなり、作業性がより向上する。
アウイン含有クリンカー粉末のブレーン比表面積は、好ましくは２，５００〜６，０００ｃｍ２／ｇ、より好ましくは３，０００〜５，５００ｃｍ２／ｇ、特に好ましくは３，５００〜５，０００ｃｍ２／ｇである。該ブレーン比表面積が２，５００ｃｍ２／ｇ以上であれば、水硬性粉末組成物の水和反応の反応性がより大きくなり、水硬性粉末組成物の水和反応が進みやすくなる。該ブレーン比表面積が６，０００ｃｍ２／ｇ以下であれば、水硬性粉末組成物の水和反応の反応性が過度に大きくならず、硬化時間の制御がしやすくなり、作業性がより向上する。
本発明の水硬性粉末組成物に含まれる、ポルトランドセメント粉末、カルシウムアルミネート粉末、アウイン含有クリンカー粉末、石膏粉末、および、可溶性硫酸塩粉末の全量（１００質量％）中、アウイン含有クリンカー粉末の含有率は、２０〜５０質量％、好ましくは２５〜４８質量％、特に好ましくは２８〜４５質量％である。該含有率が２０質量％未満であると、硬化体の乾燥収縮が大きくなる。該含有率が５０質量％を超えると、水硬性粉末組成物の水和反応の反応性が過度に大きくなり、硬化時間の制御が難しくなり、作業性が低下する。
アウイン含有クリンカー粉末は、アウイン含有クリンカーを所望のブレーン比表面積を有する粉末状となるまで粉砕した後、他の材料と混合してもよく、他の材料と混合した後、混合物中のアウイン含有クリンカー粉末が所望のブレーン比表面積を有するまで粉砕してもよい。
本発明で用いられる石膏の例としては、二水石膏、半水石膏及び無水石膏等が挙げられる。これらは１種を単独で用いてもよく、２種以上を組み合わせて用いてもよい。中でも、反応性の観点から無水石膏が好ましく、ＩＩ型無水石膏がより好ましい。
石膏粉末のブレーン比表面積は、好ましくは３，０００〜１０，０００ｃｍ２／ｇ、より好ましくは４，０００〜９，０００ｃｍ２／ｇ、さらに好ましくは５，０００〜８，５００ｃｍ２／ｇ、特に好ましくは５，５００〜８，０００ｃｍ２／ｇである。該ブレーン比表面積が３，０００ｃｍ２／ｇ以上であれば、水硬性粉末組成物の水和反応の反応性がより大きくなり、水硬性粉末組成物の水和反応が進みやすくなる。また、硬化体の強度が大きくなる。該ブレーン比表面積が１０，０００ｃｍ２／ｇ以下であれば、粉砕にかかるコストを低減することができる。
石膏粉末のブレーン比表面積は、好ましくは３，０００〜１０，０００ｃｍ２／ｇ、より好ましくは４，０００〜９，０００ｃｍ２／ｇ、さらに好ましくは５，０００〜８，５００ｃｍ２／ｇ、特に好ましくは５，５００〜８，０００ｃｍ２／ｇである。該ブレーン比表面積が３，０００ｃｍ２／ｇ以上であれば、水硬性粉末組成物の水和反応の反応性がより大きくなり、水硬性粉末組成物の水和反応が進みやすくなる。また、硬化体の強度が大きくなる。該ブレーン比表面積が１０，０００ｃｍ２／ｇ以下であれば、粉砕にかかるコストを低減することができる。
本発明の水硬性粉末組成物に含まれる、ポルトランドセメント粉末、カルシウムアルミネート粉末、アウイン含有クリンカー粉末、石膏粉末、および、可溶性硫酸塩粉末の全量（１００質量％）中、石膏粉末の含有率は、ＳＯ３換算値で、５〜３０質量％、好ましくは８〜２８質量％、より好ましくは１０〜２６質量％である。
該含有率が５質量％未満であると、硬化体の乾燥収縮が大きくなる。該含有率が３０質量％を超えると、水中等の低温環境下における、硬化体の膨張が大きくなる。
該含有率が５質量％未満であると、硬化体の乾燥収縮が大きくなる。該含有率が３０質量％を超えると、水中等の低温環境下における、硬化体の膨張が大きくなる。
石膏粉末は、石膏を所望のブレーン比表面積を有する粉末状となるまで粉砕した後、他の材料と混合してもよく、他の材料と混合した後、混合物中の石膏粉末が所望のブレーン比表面積を有するまで粉砕してもよい。
本発明で用いられる可溶性硫酸塩の例としては、硫酸ナトリウム、硫酸カリウム、硫酸アルミニウム、硫酸第一鉄、硫酸第二鉄、硫酸銅、硫酸マグネシウム、硫酸リチウム等が挙げられる。中でも、材料にかかるコストを低減する観点から、硫酸ナトリウム、硫酸第一鉄が好ましい。
なお、本明細書中、「可溶性硫酸塩」とは、２０℃の条件下における、水１００ｇに溶解する量が１０ｇ以上である硫酸塩をいう。
可溶性硫酸塩粉末のブレーン比表面積は、特に限定されるものではない。また、可溶性硫酸塩の粒径は、可溶性硫酸塩をより均一に混ざりやすくする観点から、例えば、２．０ｍｍ以下、好ましくは１．０ｍｍ以下、より好ましくは０．５ｍｍ以下、特に好ましくは０．１ｍｍ以下である。なお、粒径とは、可溶性硫酸塩粉末を構成する、可溶性硫酸塩の粒における最大寸法（例えば、断面がだ円である粒においては、長軸の寸法をいう。）をいう。
なお、本明細書中、「可溶性硫酸塩」とは、２０℃の条件下における、水１００ｇに溶解する量が１０ｇ以上である硫酸塩をいう。
可溶性硫酸塩粉末のブレーン比表面積は、特に限定されるものではない。また、可溶性硫酸塩の粒径は、可溶性硫酸塩をより均一に混ざりやすくする観点から、例えば、２．０ｍｍ以下、好ましくは１．０ｍｍ以下、より好ましくは０．５ｍｍ以下、特に好ましくは０．１ｍｍ以下である。なお、粒径とは、可溶性硫酸塩粉末を構成する、可溶性硫酸塩の粒における最大寸法（例えば、断面がだ円である粒においては、長軸の寸法をいう。）をいう。
ポルトランドセメント粉末、カルシウムアルミネート粉末、アウイン含有クリンカー粉末、石膏粉末、および、可溶性硫酸塩粉末の全量（１００質量％）中、可溶性硫酸塩粉末の含有率は、ＳＯ４換算値で１〜１２質量％、好ましくは２〜１１質量％、より好ましくは２．５〜１０質量％である。該含有率が上記数値範囲内であれば、水中等の低温環境下における、硬化体の膨張を小さくすることができる。
本発明の水硬性粉末組成物は、廃棄物利用促進等の観点から、高炉スラグ微粉末とフライアッシュのいずれか一方または両方を含んでいてもよい。
水硬性粉末組成物が、高炉スラグ微粉末とフライアッシュのいずれか一方または両方を含む場合、その合計量は、ポルトランドセメント粉末、カルシウムアルミネート粉末、アウイン含有クリンカー粉末、石膏粉末、および、可溶性硫酸塩粉末の全量１００質量部に対して、好ましくは５０質量部以下、より好ましくは４５質量部以下、特に好ましくは４０質量部以下である。該量が５０質量部以下であれば、硬化体の乾燥収縮の増加および硬化体の強度の低下を抑えつつ、廃棄物の利用を図ることができる。
該量の下限値は、廃棄物利用促進等の観点から、好ましくは５質量部、より好ましくは８質量部である。
水硬性粉末組成物が、高炉スラグ微粉末とフライアッシュのいずれか一方または両方を含む場合、その合計量は、ポルトランドセメント粉末、カルシウムアルミネート粉末、アウイン含有クリンカー粉末、石膏粉末、および、可溶性硫酸塩粉末の全量１００質量部に対して、好ましくは５０質量部以下、より好ましくは４５質量部以下、特に好ましくは４０質量部以下である。該量が５０質量部以下であれば、硬化体の乾燥収縮の増加および硬化体の強度の低下を抑えつつ、廃棄物の利用を図ることができる。
該量の下限値は、廃棄物利用促進等の観点から、好ましくは５質量部、より好ましくは８質量部である。
高炉スラグ微粉末のブレーン比表面積は、好ましくは２，０００〜１０，０００ｃｍ２／ｇ、より好ましくは２，５００〜８，０００ｃｍ２／ｇ、特に好ましくは３，０００〜６，０００ｃｍ２／ｇである。該ブレーン比表面積が２，０００ｃｍ２／ｇ以上であれば、硬化体の強度をより十分に確保できる。該ブレーン比表面積が１０，０００ｃｍ２／ｇ以下であれば、水硬性粉末組成物の流動性および作業性がより向上する。
フライアッシュの例としては、「ＪＩＳ Ａ ６２０１：２００８（コンクリート用フライアッシュ）」に規定する、フライアッシュＩ種、ＩＩ種、ＩＩＩ種およびＩＶ種等が挙げられる。中でも、硬化体の強度をより十分に確保できる観点から、フライアッシュＩ種、ＩＩ種およびＩＩＩ種が好ましい。
フライアッシュのブレーン比表面積は、好ましくは２，０００〜１０，０００ｃｍ２／ｇ、より好ましくは２，５００〜８，０００ｃｍ２／ｇ、特に好ましくは３，０００〜６，０００ｃｍ２／ｇである。該ブレーン比表面積が２，０００ｃｍ２／ｇ以上であれば、硬化体の強度をより十分に確保できる。該ブレーン比表面積が１０，０００ｃｍ２／ｇ以下であれば、水硬性粉末組成物の硬化前の流動性および作業性がより向上する。
フライアッシュのブレーン比表面積は、好ましくは２，０００〜１０，０００ｃｍ２／ｇ、より好ましくは２，５００〜８，０００ｃｍ２／ｇ、特に好ましくは３，０００〜６，０００ｃｍ２／ｇである。該ブレーン比表面積が２，０００ｃｍ２／ｇ以上であれば、硬化体の強度をより十分に確保できる。該ブレーン比表面積が１０，０００ｃｍ２／ｇ以下であれば、水硬性粉末組成物の硬化前の流動性および作業性がより向上する。
本発明の水硬性粉末組成物は、必要に応じて他の材料を配合してもよい。
必要に応じて配合される他の材料の例としては、細骨材、粗骨材、セメント混和剤、水等が挙げられる。
細骨材としては、特に限定されず、例えば、川砂、山砂、陸砂、海砂、砕砂、珪砂、スラグ細骨材、及び軽量細骨材、またはこれらの混合物等が挙げられる。
粗骨材としては、特に限定されず、例えば、川砂利、山砂利、陸砂利、海砂利、砕石、スラグ粗骨材、及び軽量粗骨材、又はこれらの混合物等が挙げられる。
細骨材の配合量は、特に限定されないが、例えば、水硬性粉末組成物１００質量部に対して、好ましくは５０〜７００質量部、より好ましくは８０〜４００質量部である。
また、粗骨材を用いる場合、細骨材率は、好ましくは５〜６０％、より好ましくは３０〜５０％である。細骨材率が前記範囲内であれば、水硬性粉末組成物の流動性や作業性が向上する。
必要に応じて配合される他の材料の例としては、細骨材、粗骨材、セメント混和剤、水等が挙げられる。
細骨材としては、特に限定されず、例えば、川砂、山砂、陸砂、海砂、砕砂、珪砂、スラグ細骨材、及び軽量細骨材、またはこれらの混合物等が挙げられる。
粗骨材としては、特に限定されず、例えば、川砂利、山砂利、陸砂利、海砂利、砕石、スラグ粗骨材、及び軽量粗骨材、又はこれらの混合物等が挙げられる。
細骨材の配合量は、特に限定されないが、例えば、水硬性粉末組成物１００質量部に対して、好ましくは５０〜７００質量部、より好ましくは８０〜４００質量部である。
また、粗骨材を用いる場合、細骨材率は、好ましくは５〜６０％、より好ましくは３０〜５０％である。細骨材率が前記範囲内であれば、水硬性粉末組成物の流動性や作業性が向上する。
セメント混和剤の例としては、生石灰や消石灰等の石灰や、クエン酸、クエン酸ナトリウム、酒石酸、酒石酸ナトリウムカリウム、グルコン酸、グルコン酸ナトリウム、ヘプトン酸、ヘプトン酸ナトリウム等の硬化時間調整剤や、炭酸リチウム等の硬化促進剤や、減水剤、ＡＥ減水剤、高性能減水剤、高性能ＡＥ減水剤等のセメント分散剤や、増粘剤や、保水剤や、保湿剤や、分離低減剤や、膨張材や、収縮低減剤や、消泡剤や、起泡剤や、発泡剤や、ＡＥ剤等が挙げられる。
セメント混和剤の配合量は、セメント混和剤の種類等によっても異なるが、材料にかかるコスト低減等の観点から、水硬性粉末組成物１００質量部に対して、好ましくは０．１〜８質量部、より好ましくは０．５〜６質量部である。
セメント混和剤の配合量は、セメント混和剤の種類等によっても異なるが、材料にかかるコスト低減等の観点から、水硬性粉末組成物１００質量部に対して、好ましくは０．１〜８質量部、より好ましくは０．５〜６質量部である。
上記水硬性粉末組成物、セメント混和剤、細骨材、および水を含むセメント組成物において、水と水硬性粉末組成物の質量比（水／水硬性粉末組成物）は、好ましくは０．２〜０．６、より好ましくは０．３〜０．５５である。該質量比が０．２以上であれば、セメント組成物の流動性および作業性が向上する。該質量比が０．６以下であれば、セメント組成物の強度発現性が向上する。
以下、本発明を実施例により具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
［使用材料］
（１）普通ポルトランドセメント；太平洋セメント社製、ブレーン比表面積：３，１５０ｃｍ２／ｇ
（２）早強ポルトランドセメント；太平洋セメント社製、ブレーン比表面積：４，５００ｃｍ２／ｇ
（３）カルシウムアルミネートＡ；ＣａＯ／Ａｌ2Ｏ3のモル比：１．３、ブレーン比表面積：５，０００ｃｍ２／ｇ
（４）カルシウムアルミネートＢ；ＣａＯ／Ａｌ2Ｏ3のモル比：２．２、ブレーン比表面積：３，０００ｃｍ２／ｇ
（５）アウイン含有クリンカー粉末；アウインの含有率：６１．８質量％、ブレーン比表面積：４，０００ｃｍ２／ｇ
（６）石膏；ＩＩ型無水石膏、ブレーン比表面積：７，０００ｃｍ２／ｇ
（７）可溶性硫酸塩Ａ；無水硫酸ナトリウム、１級試薬、粒径：０．１ｍｍ以下
（８）可溶性硫酸塩Ｂ；硫酸第一鉄・無水和物、１級試薬、粒径：０．１ｍｍ以下
（９）高炉スラグ微粉末；エスメント関東社製、商品名「エスメント４０００（石膏未添加品）」、ブレーン比表面積：４，１００ｃｍ２／ｇ
（１０）フライアッシュ；常磐火力産業社製、「ＪＩＳ Ａ ６２０１：１９９９（コンクリートフライアッシュ）」に規定されるフライアッシュＩＩ種、ブレーン比表面積：３，９２０ｃｍ２／ｇ
（１１）硬化時間調整剤；クエン酸（食品添加用）
（１２）硬化促進剤；炭酸リチウム、１級試薬
（１３）膨張材；太平洋マテリアル社製、商品名「太平洋エクスパン（構造用）」
（１４）収縮低減剤；太平洋マテリアル社製、商品名「テトラガードＰＷ」
（１５）高性能減水剤Ａ；太平洋マテリアル社製、商品名「ＮＦ−２００」
（１６）高性能減水剤Ｂ；ＢＡＳＦジャパン社製、商品名「メルメントＦ１０Ｍ」
（１７）細骨材；珪砂、愛知県三河産、ＦＭ１．８
（１８）水；上水道水
［使用材料］
（１）普通ポルトランドセメント；太平洋セメント社製、ブレーン比表面積：３，１５０ｃｍ２／ｇ
（２）早強ポルトランドセメント；太平洋セメント社製、ブレーン比表面積：４，５００ｃｍ２／ｇ
（３）カルシウムアルミネートＡ；ＣａＯ／Ａｌ2Ｏ3のモル比：１．３、ブレーン比表面積：５，０００ｃｍ２／ｇ
（４）カルシウムアルミネートＢ；ＣａＯ／Ａｌ2Ｏ3のモル比：２．２、ブレーン比表面積：３，０００ｃｍ２／ｇ
（５）アウイン含有クリンカー粉末；アウインの含有率：６１．８質量％、ブレーン比表面積：４，０００ｃｍ２／ｇ
（６）石膏；ＩＩ型無水石膏、ブレーン比表面積：７，０００ｃｍ２／ｇ
（７）可溶性硫酸塩Ａ；無水硫酸ナトリウム、１級試薬、粒径：０．１ｍｍ以下
（８）可溶性硫酸塩Ｂ；硫酸第一鉄・無水和物、１級試薬、粒径：０．１ｍｍ以下
（９）高炉スラグ微粉末；エスメント関東社製、商品名「エスメント４０００（石膏未添加品）」、ブレーン比表面積：４，１００ｃｍ２／ｇ
（１０）フライアッシュ；常磐火力産業社製、「ＪＩＳ Ａ ６２０１：１９９９（コンクリートフライアッシュ）」に規定されるフライアッシュＩＩ種、ブレーン比表面積：３，９２０ｃｍ２／ｇ
（１１）硬化時間調整剤；クエン酸（食品添加用）
（１２）硬化促進剤；炭酸リチウム、１級試薬
（１３）膨張材；太平洋マテリアル社製、商品名「太平洋エクスパン（構造用）」
（１４）収縮低減剤；太平洋マテリアル社製、商品名「テトラガードＰＷ」
（１５）高性能減水剤Ａ；太平洋マテリアル社製、商品名「ＮＦ−２００」
（１６）高性能減水剤Ｂ；ＢＡＳＦジャパン社製、商品名「メルメントＦ１０Ｍ」
（１７）細骨材；珪砂、愛知県三河産、ＦＭ１．８
（１８）水；上水道水
［実施例１〜１０］
セメント組成物を調製した後、乾燥収縮、低温水中膨張および圧縮強さを、後述の方法を用いて測定した。
セメント組成物の調製は、上記材料を、表１に示す配合（ただし、表１中、無水石膏の数値はＳＯ３換算値であり、無水硫酸ナトリウムおよび硫酸第一鉄の数値はＳＯ４換算値である。）に従って、水硬性粉末組成物の材料および細骨材（珪砂）をホバート型ミキサーに投入して、２０秒間空練りした後、さらに、高性能減水剤と硬化時間調整剤と水を予め混合してなる水溶液を投入して、１８０秒間混練することで行った。セメント組成物を調製する際の温度は、乾燥収縮、低温水中膨張、または圧縮強さの測定における養生温度に合わせた温度とし、セメント組成物は、乾燥収縮等の測定毎に調製を行った。
結果を表１に示す。
セメント組成物を調製した後、乾燥収縮、低温水中膨張および圧縮強さを、後述の方法を用いて測定した。
セメント組成物の調製は、上記材料を、表１に示す配合（ただし、表１中、無水石膏の数値はＳＯ３換算値であり、無水硫酸ナトリウムおよび硫酸第一鉄の数値はＳＯ４換算値である。）に従って、水硬性粉末組成物の材料および細骨材（珪砂）をホバート型ミキサーに投入して、２０秒間空練りした後、さらに、高性能減水剤と硬化時間調整剤と水を予め混合してなる水溶液を投入して、１８０秒間混練することで行った。セメント組成物を調製する際の温度は、乾燥収縮、低温水中膨張、または圧縮強さの測定における養生温度に合わせた温度とし、セメント組成物は、乾燥収縮等の測定毎に調製を行った。
結果を表１に示す。
（１）乾燥収縮：得られたセメント組成物を用いて、４０×４０×１６０ｍｍの角柱状の供試体を作製し、該供試体を用いて、「ＪＩＳ Ａ １１２９−３：２０１０（モルタル及びコンクリートの長さ変化測定方法−第３部：ダイヤルゲージ方法）」に準拠して、材齢９１日における長さ変化率を測定した。脱型、養生および基長の測定は成形４８時間後に行い、セメント組成物の調製から脱型までを２０℃の環境下で行い、脱型後の養生は２０℃、相対湿度６０％の環境下で行った。
（２）低温水中膨張：セメント組成物の調製から脱型までを、２０℃の環境下に代えて、５℃の環境下で行い、かつ、脱型後の養生を、２０℃、相対湿度６０％の環境下に代えて、５℃の水中の環境下で行う以外は、上述した乾燥収縮における長さ変化率の測定と同様にして、材齢９１日における長さ変化率を測定した。
（３）圧縮強さ：「ＪＩＳ Ｒ ５２０１：２０１５（セメントの物理試験方法）」に準拠して、圧縮強さを測定した。脱型は成形４８時間後に行い、脱型後の養生条件として、Ａ：２０℃、相対湿度６０％の条件（表１、２中「圧縮強さＡ」と示す。）、Ｂ：５℃、相対湿度７０％の条件（表１、２中、「圧縮強さＢ」と示す。）の二種類を行い、それぞれの条件で養生した場合の、材齢２８日における圧縮強さを測定した。
なお、乾燥収縮及び低温水中膨張の判断の目安として、長さ変化率の絶対値が５００×１０−６以下であれば、良好（寸法安定性に優れている）と判断できる。
（２）低温水中膨張：セメント組成物の調製から脱型までを、２０℃の環境下に代えて、５℃の環境下で行い、かつ、脱型後の養生を、２０℃、相対湿度６０％の環境下に代えて、５℃の水中の環境下で行う以外は、上述した乾燥収縮における長さ変化率の測定と同様にして、材齢９１日における長さ変化率を測定した。
（３）圧縮強さ：「ＪＩＳ Ｒ ５２０１：２０１５（セメントの物理試験方法）」に準拠して、圧縮強さを測定した。脱型は成形４８時間後に行い、脱型後の養生条件として、Ａ：２０℃、相対湿度６０％の条件（表１、２中「圧縮強さＡ」と示す。）、Ｂ：５℃、相対湿度７０％の条件（表１、２中、「圧縮強さＢ」と示す。）の二種類を行い、それぞれの条件で養生した場合の、材齢２８日における圧縮強さを測定した。
なお、乾燥収縮及び低温水中膨張の判断の目安として、長さ変化率の絶対値が５００×１０−６以下であれば、良好（寸法安定性に優れている）と判断できる。
［比較例１〜１１］
上記材料を、表２に示す配合（ただし、表２中、無水石膏の数値はＳＯ３換算値であり、無水硫酸ナトリウムの数値はＳＯ４換算値である。）に従って、水硬性粉末組成物の材料および細骨材（珪砂）をホバート型ミキサーに投入して、２０秒間空練りした後、さらに、表２に示す種類のセメント混和剤（硬化促進剤、硬化時間調整剤、収縮低減剤）と水を予め混合してなる水溶液を投入して、１８０秒間混練し、セメント組成物を調製した。
得られたセメント組成物を用いて、実施例１と同様にして、乾燥収縮、低温水中膨張、圧縮強さを測定した。
結果を表２に示す。
上記材料を、表２に示す配合（ただし、表２中、無水石膏の数値はＳＯ３換算値であり、無水硫酸ナトリウムの数値はＳＯ４換算値である。）に従って、水硬性粉末組成物の材料および細骨材（珪砂）をホバート型ミキサーに投入して、２０秒間空練りした後、さらに、表２に示す種類のセメント混和剤（硬化促進剤、硬化時間調整剤、収縮低減剤）と水を予め混合してなる水溶液を投入して、１８０秒間混練し、セメント組成物を調製した。
得られたセメント組成物を用いて、実施例１と同様にして、乾燥収縮、低温水中膨張、圧縮強さを測定した。
結果を表２に示す。
表１〜２から、本発明の水硬性粉末組成物（実施例１〜１０）の硬化体の乾燥収縮は、−１２１〜−４８×１０−６であり、低温水中膨張は８６〜１６３×１０−６であり、寸法安定性が高いことがわかる。また、本発明の水硬性粉末組成物（実施例１〜１０）の硬化体の圧縮強さは、養生条件Ａ（２０℃、相対湿度６０％）では３４〜５４Ｎ／ｍｍ２であり、養生条件Ｂ（５℃、相対湿度７０％）では４１〜５４Ｎ／ｍｍ２であることがわかる。
一方、比較例１〜５における硬化体（ポルトランドセメントのみ、または、ポルトランドセメントと膨張材を含む水硬性粉末組成物）の乾燥収縮は、−１２８０〜−６８１×１０−６であり、乾燥収縮が大きいことがわかる。また、比較例２、３、５（ポルトランドセメントと膨張材を含む水硬性粉末組成物）の低温水中膨張は７３２〜９０１×１０−６であり、膨張材を添加することによって、低温条件下の膨張が大きくなる（寸法安定性が低くなる）ことがわかる。
一方、比較例１〜５における硬化体（ポルトランドセメントのみ、または、ポルトランドセメントと膨張材を含む水硬性粉末組成物）の乾燥収縮は、−１２８０〜−６８１×１０−６であり、乾燥収縮が大きいことがわかる。また、比較例２、３、５（ポルトランドセメントと膨張材を含む水硬性粉末組成物）の低温水中膨張は７３２〜９０１×１０−６であり、膨張材を添加することによって、低温条件下の膨張が大きくなる（寸法安定性が低くなる）ことがわかる。
また、比較例６（カルシウムアルミネート粉末を５０質量％で含み、かつ、アウイン含有クリンカー粉末および可溶性硫酸塩粉末を含まないもの）の低温水中膨張は８８６×１０−６であり、低温条件下の膨張が大きいことがわかる。
比較例７（カルシウムアルミネート粉末を含まないもの）の低温水中膨張は９２４×１０−６であり、低温条件下の膨張が大きいことがわかる。また、圧縮強さが１８〜２２Ｎ／ｍｍ２であり、実施例１〜１０における圧縮強さと比較して小さいことがわかる。
比較例８（カルシウムアルミネート粉末を２８質量％で含むもの）の乾燥収縮は−６８５×１０−６であり、低温水中膨張は８８７×１０−６であることから、寸法安定性が低いことがわかる。また、圧縮強さが２５〜３２Ｎ／ｍｍ２であり、実施例１〜１０における圧縮強さと比較して小さいことがわかる。
比較例９（石膏粉末を３５質量％で含むもの）の低温水中膨張は４，２００×１０−６を超えるものであり、低温条件下の膨張が大きいことがわかる。
比較例１０（可溶性硫酸塩粉末を含まないもの）の低温水中膨張は３，５００×１０−６を超えるものであり、低温条件下の膨張が大きいことがわかる。また、圧縮強さが１８〜３１Ｎ／ｍｍ２であり、実施例１〜１０における圧縮強さと比較して小さいことがわかる。
比較例１１（可溶性硫酸塩粉末を１５質量％で含むもの）の低温水中膨張は３，０１２×１０−６であり、低温条件下の膨張が大きいことがわかる。
比較例７（カルシウムアルミネート粉末を含まないもの）の低温水中膨張は９２４×１０−６であり、低温条件下の膨張が大きいことがわかる。また、圧縮強さが１８〜２２Ｎ／ｍｍ２であり、実施例１〜１０における圧縮強さと比較して小さいことがわかる。
比較例８（カルシウムアルミネート粉末を２８質量％で含むもの）の乾燥収縮は−６８５×１０−６であり、低温水中膨張は８８７×１０−６であることから、寸法安定性が低いことがわかる。また、圧縮強さが２５〜３２Ｎ／ｍｍ２であり、実施例１〜１０における圧縮強さと比較して小さいことがわかる。
比較例９（石膏粉末を３５質量％で含むもの）の低温水中膨張は４，２００×１０−６を超えるものであり、低温条件下の膨張が大きいことがわかる。
比較例１０（可溶性硫酸塩粉末を含まないもの）の低温水中膨張は３，５００×１０−６を超えるものであり、低温条件下の膨張が大きいことがわかる。また、圧縮強さが１８〜３１Ｎ／ｍｍ２であり、実施例１〜１０における圧縮強さと比較して小さいことがわかる。
比較例１１（可溶性硫酸塩粉末を１５質量％で含むもの）の低温水中膨張は３，０１２×１０−６であり、低温条件下の膨張が大きいことがわかる。
Claims (4)
- ポルトランドセメント粉末、カルシウムアルミネート粉末、アウイン（３ＣａＯ・３Ａｌ２Ｏ３・ＣａＳＯ４）を５０質量％以上の割合で含むアウイン含有クリンカー粉末、石膏粉末、および、可溶性硫酸塩粉末を含む水硬性粉末組成物であって、
上記ポルトランドセメント粉末、カルシウムアルミネート粉末、アウイン含有クリンカー粉末、石膏粉末、および、可溶性硫酸塩粉末の全量（１００質量％）中、上記ポルトランドセメント粉末の含有率が２０〜４０質量％であり、上記カルシウムアルミネート粉末の含有率が２〜２０質量％であり、上記アウイン含有クリンカー粉末の含有率が２０〜５０質量％であり、上記石膏粉末の含有率がＳＯ３換算値で５〜３０質量％であり、上記可溶性硫酸塩粉末の含有率がＳＯ４換算値で１〜１２質量％であることを特徴とする水硬性粉末組成物。 - 上記カルシウムアルミネート粉末は、ＣａＯ／Ａｌ２Ｏ３のモル比が０．８〜３．０の範囲内のものである請求項１に記載の水硬性粉末組成物。
- 上記ポルトランドセメント粉末、カルシウムアルミネート粉末、アウイン含有クリンカー粉末、石膏粉末、および、可溶性硫酸塩粉末の全量（１００質量部）に対して、高炉スラグ微粉末およびフライアッシュを含まない、または、高炉スラグ微粉末とフライアッシュのいずれか一方または両方を、合計量が５０質量部以下となる量で含む請求項１又は２に記載の水硬性粉末組成物。
- 請求項１〜３のいずれか１項に記載の水硬性粉末組成物、セメント混和剤、細骨材、および水を含むセメント組成物。
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