JP6983523B2

JP6983523B2 - セメント組成物

Info

Publication number: JP6983523B2
Application number: JP2017057263A
Authority: JP
Inventors: 真弥城出; 隆人野崎; 康秀肥後
Original assignee: Taiheiyo Cement Corp
Current assignee: Taiheiyo Cement Corp
Priority date: 2017-03-23
Filing date: 2017-03-23
Publication date: 2021-12-17
Anticipated expiration: 2037-03-23
Also published as: JP2018158868A

Description

本発明は、セメント組成物に関する。

従来、セメント混和材として、石炭灰が知られている。
石炭灰を用いたセメントとして、例えば、特許文献１には、（Ａ）水硬率（Ｈ．Ｍ．）が２．１０〜２．３０、ケイ酸率（Ｓ．Ｍ．）が１．８０〜２．４８、鉄率（Ｉ．Ｍ．）が１．３〜２．６であり、かつ、焼成物１００質量％中の３ＣａＯ・ＳｉＯ_２の割合が、ボーグ式による計算値で７０．０質量％以下である焼成物の粉砕物と、石膏を含むセメントであって、該セメント１００質量％中の石膏の割合が、ＳＯ_３換算で１．２質量％以上であり、かつ、該セメント中の二水石膏及び半水石膏の合計量に対する半水石膏の割合が、ＳＯ_３換算で３０質量％以上であるセメントと、（Ｂ）高炉スラグ微粉末及び石炭灰の少なくともいずれか一方を含むセメント混合材、を含むことを特徴とする混合セメントが記載されている。

特開２０１５−１０００９号公報

モルタルやコンクリート等を構成するセメント組成物に石炭灰が含まれる場合、該セメント組成物の耐凍害性が悪くなるという問題がある。
本発明の目的は、石炭灰を含むにもかかわらず、耐凍害性に優れたセメント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、セメント、１μｍ以下の粒径を有する気泡を含む水、石炭灰、セメント分散剤、およびＡＥ剤を含むセメント組成物によれば、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］セメント、水、石炭灰、セメント分散剤、およびＡＥ剤を含むセメント組成物であって、上記水が、１μｍ以下の粒径を有する気泡を含むことを特徴とするセメント組成物。
［２］上記水１ミリリットル中の上記気泡の数が、１０^７個以上である前記［１］に記載のセメント組成物。
［３］前記［１］又は［２］に記載のセメント組成物の硬化体からなる表面形成部分を含む構造物。
［４］前記［１］又は［２］に記載のセメント組成物を製造するための方法であって、上記セメント組成物において、凍結融解の繰り返し数が特定の値に達した場合における相対弾性係数の目標値として、特定の値を定める目標値設定工程と、上記相対弾性係数の目標値が達成されるように、上記ＡＥ剤の量を特定の値に定めるＡＥ剤量設定工程と、上記ＡＥ剤の量として上記特定の値を採用して、上記セメント組成物を構成する各材料を混合して、上記セメント組成物を得る混合工程、を含むことを特徴とするセメント組成物の製造方法。

本発明のセメント組成物は、耐凍害性（例えば、凍結融解抵抗性）に優れたものである。

実施例１および比較例１〜５における凍結融解試験の結果を示す図である。

本発明のセメント組成物は、セメント、水、石炭灰、セメント分散剤、およびＡＥ剤を含むセメント組成物であって、上記水が、１μｍ以下の粒径を有する気泡を含むものである。
本発明で用いられるセメントは、特に限定されるものではなく、例えば、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や、高炉セメント、フライアッシュセメント等の混合セメントや、エコセメント等を使用することができる。
セメントとして、フライアッシュセメントを用いる場合、フライアッシュセメントに含まれているフライアッシュは、本発明で用いる「石炭灰」に該当するものである。つまり、フライアッシュセメントに含まれているセメントのみが、本発明で用いる「セメント」に該当するものとする。また、フライアッシュセメントに含まれているフライアッシュの量は、本発明で用いる「セメント」の量に含めず、本発明で用いる「石炭灰」の量に含めるものとする。
本発明で用いられる石炭灰としては、フライアッシュ、クリンカアッシュ等が挙げられる。中でも、セメント組成物の流動性および強度発現性の観点からフライアッシュが好ましい。

本発明で用いられる水は、１μｍ以下の粒径を有する気泡を含むものである。なお、１μｍ以下の粒径を有する気泡は、ウルトラファインバブルまたはナノバブルと称されている。
気泡の粒径は、１μｍ（１，０００ｎｍ）以下、好ましくは７００ｎｍ以下、より好ましくは５００ｎｍ以下、さらに好ましくは３００ｎｍ以下、特に好ましくは２００ｎｍ以下である。該粒径が１μｍを超えると、セメント組成物の凍結融解抵抗性の向上効果が小さくなる。
本発明で用いられる水は、気泡の全量（１００体積％）中、好ましくは、粒径が１０〜１，０００ｎｍの範囲内である気泡を８０体積％以上（好ましくは９０体積％以上）含むものであり、より好ましくは、粒径が１０〜７００ｎｍの範囲内である気泡を８０体積％以上（好ましくは９０体積％以上）含むものであり、さらに好ましくは、粒径が１０〜５００ｎｍの範囲内である気泡を８０体積％以上（好ましくは９０体積％以上）含むものであり、さらに好ましくは、粒径が１０〜３００ｎｍの範囲内である気泡を８０体積％以上（好ましくは９０体積％以上）含むものであり、特に好ましくは、粒径が１０〜２００ｎｍの範囲内である気泡を８０体積％以上（好ましくは９０体積％以上）含むものである。
気泡の平均粒径は、好ましくは１μｍ以下、より好ましくは７００ｎｍ以下、さらに好ましくは５００ｎｍ以下、さらに好ましくは３００ｎｍ以下、さらに好ましくは２００ｎｍ以下、特に好ましくは１００ｎｍ以下である。該平均粒径が１μｍ以下であれば、セメント組成物の凍結融解抵抗性の向上効果がより大きくなる。
気泡の平均粒径の下限値は、特に限定されるものではないが、通常、１０ｎｍである。
なお、本明細書中、気泡の平均粒径とは、市販のナノ粒子解析装置を用いて、トラッキング法により得られる値をいう。

上記水１ミリリットル中の上記気泡（１μｍ以下の粒径を有するもの）の数は、好ましくは１０^７個以上、より好ましくは１０^８個以上、さらに好ましくは１０^９個以上、特に好ましくは５×１０^９個以上である。該数が１０^７個以上であれば、セメント組成物の凍結融解抵抗性をより向上させることができる。該数の上限は特に限定されるものではないが、気泡形成の容易性の観点から、好ましくは１０^１１個以下、より好ましくは１０^１０個以下である。
気泡を構成する気体の種類としては、特に限定するものではなく、例えば、空気、酸素、窒素等が挙げられる。中でも、汎用性の観点から、空気が好ましい。

セメント１００質量部に対する石炭灰の配合量は、好ましくは１００質量部以下、より好ましくは８０質量部以下、さらに好ましくは７０質量部以下、特に好ましくは６０質量部以下である。該配合量が１００質量部以下であれば、セメント組成物の凍結融解抵抗性をより向上することができる。該配合量は、石炭灰の有効利用という観点からは、好ましくは１０質量部以上、より好ましくは２０質量部以上、特に好ましくは３０質量部以上である。

本発明のセメント組成物において、水の配合量は特に限定されるものではなく、モルタルやコンクリート等のセメント組成物における一般的な配合量であればよい。例えば、水の配合量は、水とセメントの質量比（水／セメント；「水セメント比」ともいう。）の値として、好ましくは０．３〜０．８、より好ましくは０．４〜０．７となる量である。該比が０．３以上であれば、セメント組成物のワーカビリティが向上する。該比が０．８以下であれば、セメント組成物の強度発現性が向上する。

本発明のセメント組成物は、分散作用によりセメント組成物の流動性および強度発現性を向上させる観点から、セメント分散剤を含むものである。
セメント分散剤の例としては、減水剤、ＡＥ減水剤、高性能減水剤、高性能ＡＥ減水剤、及び流動化剤等が挙げられる。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。
なお、本明細書中、セメント分散剤には、ＡＥ剤は含まれないものとする。
セメント１００質量部に対するセメント分散剤の配合量（複数の種類を用いる場合、合計量）は、好ましくは０．０２〜５質量部、より好ましくは０．０４〜３質量部、さらに好ましくは０．１〜２．５質量部、特に好ましくは０．２〜２質量部である。配合量が上記数値範囲内であれば、セメント組成物の流動性および強度発現性をより向上させることができる。

本発明のセメント組成物は、微細な空気泡を連行することにより、セメント組成物のワーカビリティや凍結融解抵抗性を向上させる観点から、ＡＥ剤を含むものである。
セメント１００質量部に対するＡＥ剤（通常、液状）の配合量は、好ましくは０．０００２〜１質量部、より好ましくは０．００２〜０．８質量部、さらに好ましくは０．０１〜０．６質量部、さらに好ましくは０．０５〜０．４質量部、特に好ましくは０．１〜０．３質量部である。

本発明のセメント組成物は、必要に応じて他の材料を含むことができる。他の材料の例としては、細骨材や、粗骨材や、高炉スラグ微粉末等の各種混和材等が挙げられる。
本発明で用いる細骨材の例としては、特に限定されず、川砂、山砂、陸砂、海砂、砕砂、珪砂、スラグ細骨材、軽量細骨材、また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ず、コンクリート等における一般的な配合量であればよい。例えば、セメント１００質量部に対する細骨材の配合量は、好ましくは５０〜７００質量部、より好ましくは１００〜６００質量部である。該配合量が上記範囲内であれば、セメント組成物のワーカビリティーや成形のし易さが向上する。
本発明で用いる粗骨材の例としては、特に限定されず、川砂利、山砂利、陸砂利、海砂利、砕石、スラグ粗骨材、軽量粗骨材、又はこれらの混合物等が挙げられる。
粗骨材の配合量は特に限定されず、コンクリート等における一般的な配合量であればよい。例えば、ポルトランドセメント１００質量部に対する粗骨材の配合量は、好ましくは１００〜７００質量部、より好ましくは２００〜６００質量部である。

本発明のセメント組成物は、耐凍害性（例えば、凍結融解抵抗性）に優れたものである。
また、低コストで優れた耐凍害性の構造体を得る観点から、該構造体の表面形成部分（表層）のみを、本発明のセメント組成物の硬化体からなるものにしてもよい。この場合、表面形成部分の厚みは、特に限定されるものではないが、例えば、３〜３０ｃｍ（好ましくは５〜２０ｃｍ）である。

本発明のセメント組成物を製造するための方法の例として、セメント組成物において、凍結融解の繰り返し数が特定の値に達した場合における相対弾性係数の目標値として、特定の値を定める目標値設定工程と、上記相対弾性係数の目標値が達成されるように、上記ＡＥ剤の量を特定の値に定めるＡＥ剤量設定工程と、上記ＡＥ剤の量として上記特定の値を採用して、上記セメント組成物を構成する各材料を混合して、上記セメント組成物を得る混合工程、を含む方法が挙げられる。
該方法によれば、ＡＥ剤の量を調整することで、所望の凍結融解抵抗性を有する（換言すると、相対動弾性係数が所望の値となる）セメント組成物の硬化体を得ることができる。

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）セメント；普通ポルトランドセメント（太平洋セメント社製）
（２）石炭灰；密度：２．１１ｇ／ｃｍ^３、強熱減量：４．９４％
（３）細骨材；掛川産陸砂
（４）気泡含有水；ウルトラファインバブル水（ナノクス社製、表１中、「ＵＦＢ水」と略して記載する。）、溶存気泡量：７．６×１０^９（７６億）個／ｍｌ、気泡の全量（１００体積％）中の、１０〜２００ｎｍの粒径を有する気泡の割合：９０体積％以上、気泡の平均粒径（ナノ粒子解析装置を用いてトラッキング法により測定した値）：６３．６ｎｍ、実測密度：１．０２ｇ／ｃｍ^３、気泡を構成する気体が空気であるもの
（５）水；水道水
（６）ＡＥ剤；ＢＡＳＦジャパン社製、商品名「マスターエア３０３Ａ」（液状）
（７）高性能ＡＥ減水剤；ＢＡＳＦジャパン社製、商品名「マスターグレニウムＳＰ８ＳＶＸＤ２」（液状）

［実施例１］
上記材料を使用し、表１に示す配合に従ってモルタルを調製した。具体的には、セメント、石炭灰、および細骨材をホバートミキサーに投入して３０秒間空練りした後、さらに、気泡含有水と高性能ＡＥ減水剤とＡＥ剤との混合物（以下、「混合物Ａ」ともいう。）を投入して１２０秒間混練し、モルタルを調製した。
該モルタルのモルタルフロー値（０打）を、「ＪＩＳＲ５２０１（セメントの物理試験方法）１１．フロー試験」に記載の方法に準拠して、１５回の落下運動を行わずに測定した。
また、該モルタルのモルタルフロー値（１５打）を、「ＪＩＳＲ５２０１（セメントの物理試験方法）１１．フロー試験」に記載の方法に準拠して測定した。
また、該モルタルの空気量を「ＪＩＳＡ１１１６（フレッシュコンクリートの単位容積質量試験方法及び空気量の質量による試験方法（質量方法））」に準拠して測定した。
さらに、該モルタルの単位質量（ｋｇ／リットル）を測定した。
結果を表２に示す。

また、調製したモルタルを１０×１０×４０ｃｍの型枠内に充填し、２０℃で４８時間前置きした後、脱型し、次いで、２０℃で２８日間水中養生を行った。得られた供試体（硬化体）を用いて、「ＪＩＳＡ１１４８（コンクリートの凍結融解試験方法：Ａ法）」に準拠して、凍結融解試験を行った。該試験において、供試体の配置や、表３に示す凍結融解の繰り返し数（表３中、「サイクル」と記載する。）における相対動弾性係数の測定は、「ＪＩＳＡ１１７１（ポリマーセメントモルタルの試験方法）」に準拠して行った。測定結果は、凍結融解を与える前の供試体の動弾性係数を１００％とした場合の値（％）で表した。
結果を表３、図１に示す。

［比較例１］
混合物Ａの代わりに、水と高性能ＡＥ減水剤との混合物を用いる以外は実施例１と同様にしてモルタルを調製した。
［比較例２］
混合物Ａの代わりに、気泡含有水と高性能ＡＥ減水剤との混合物を用いる以外は実施例１と同様にしてモルタルを調製した。
［比較例３］
混合物Ａの代わりに、水と高性能ＡＥ減水剤との混合物を用いる以外は実施例１と同様にしてモルタルを調製した。
［比較例４］
混合物Ａの代わりに、気泡含有水と高性能ＡＥ減水剤との混合物を用いる以外は実施例１と同様にしてモルタルを調製した。
［比較例５］
混合物Ａの代わりに、水と高性能ＡＥ減水剤とＡＥ減水剤との混合物を用いる以外は実施例１と同様にしてモルタルを調製した。
比較例１〜５で得られたモルタルの各々について、実施例１と同様にして、モルタルフロー値、空気量および相対動弾性係数を測定した。
結果を表２〜３、図１に示す。

表３、および図１から、本発明のセメント組成物（実施例１）は、通常の水を使用しかつＡＥ剤を使用していないセメント組成物（比較例１、３）、気泡含有水を使用しかつＡＥ剤を使用していないセメント組成物（比較例２、４）、通常の水を使用したセメント組成物（比較例５）よりも、相対動弾性係数の値（特に、５０サイクル以降）が大きく、凍結融解抵抗性に優れていることがわかる。
特に、実施例１と比較例５を比較すると、空気量は同程度（実施例１：８．１％、比較例５：７．８％）であるにもかかわらず、比較例５よりも、実施例１の相対動弾性係数の値が非常に大きく（特に、４２サイクルにおける値を参照）、凍結融解抵抗性に優れていることがわかる。
なお、コンクリートは、骨材として細骨材および粗骨材を含むものである。ＡＥ剤は、コンクリートのモルタル部分（粗骨材以外の材料からなる部分）に対して作用すると考えられることから、上述した実施例（モルタル）の結果（凍結融解抵抗性に優れること）は、本発明のセメント組成物がコンクリートである場合にも、同様に得られるものである。

Claims

セメント、水、石炭灰、セメント分散剤、およびＡＥ剤を含むセメント組成物であって、
上記水が、１μｍ以下の粒径を有する気泡を含み、上記水１ミリリットル中の上記気泡の数が、１０ ^９〜１０^１０個であり、上記水に含まれる気泡の全量（１００体積％）中、粒径が１０〜２００ｎｍの範囲内である気泡の割合が、９０体積％以上であり、上記気泡の平均粒径（ただし、該平均粒径とは、ナノ粒子解析装置を用いて、トラッキング法により得られる値をいう。）が１００ｎｍ以下であり、
上記セメント１００質量部に対して、上記石炭灰の配合量が、３０〜１００質量部であり、上記ＡＥ剤の配合量が、０．０５〜０．４質量部であることを特徴とするセメント組成物。
請求項１に記載のセメント組成物の硬化体からなる表面形成部分を含む構造物。