JP6985177B2

JP6985177B2 - 水硬性組成物及びコンクリート

Info

Publication number: JP6985177B2
Application number: JP2018026427A
Authority: JP
Inventors: 浩丸田; 靖祐長塩
Original assignee: Taiheiyo Materials Corp
Current assignee: Taiheiyo Materials Corp
Priority date: 2018-02-16
Filing date: 2018-02-16
Publication date: 2021-12-22
Anticipated expiration: 2038-02-16
Also published as: JP2019142732A

Description

本発明は水硬性組成物及び水硬性組成物を含むコンクリートに関する。

一般にモルタルやコンクリートのセメント組成物は、道路における緊急工事や一般工事の工期短縮を目的とする場合に於いて、早期強度発現性を有することが必要とされる。また、コンクリート製品についても硬化促進効果を付与したコンクリートであれば早期脱型が可能となり製造量が増加することから最終的にコスト減に繋がる。前述の硬化促進性及び早期強度性を有するコンクリートの一つとして、セメント混練物に亜硝酸カルシウムを添加する製造方法が提案されている（例えば特許文献１、２）。

特開平２００１−４８６２５号公報特開平２０１３−６７５３６号公報

しかしながら、亜硝酸カルシウムを添加した場合、硬化促進性の付与に伴い、短時間での流動性低下により可使時間が十分に取れないという課題が挙げられる。逆に可使時間を確保するために、スランプ保持性の高い減水剤を十分な量添加した場合は、亜硝酸カルシウムによる硬化促進作用が阻害されることになる。また、亜硝酸カルシウムは安価ではなく、経済性が低いという課題も挙げられる。
特許文献１では、早期強度増進作用を有する高溶解度のカルシウム塩、具体的には亜硝酸カルシウムを添加する場合のセメント組成物の製造方法が開示されている。これによれば、亜硝酸カルシウムを後添加することによって、具体的にはセメント、水及び骨材を含むものの混練開始時から１５〜１２０分経過後に行うことによって、施工までの作業性を十分確保できることが示されている。また、使用する混和剤として、カルボキシル基及び５０重量％以上のポリオキシアルキレン基を含有する高分子化合物を主成分とする混和剤を使用した場合しか、その効果が確認されていない。
一方、特許文献２では、亜硝酸カルシウム及び硝酸カルシウムの少なくとも一方を添加することによって、十分な流動性と短時間での実用強度を得るセメント硬化体の製造方法について開示されており、特に１２時間経過後の曲げ強度の発現性が良好であることから道路の舗装用又は補修用として使用されることが示されている。しかしながら、この製造方法についても、ポルトランドセメントと、ポリカルボン酸系混和剤と水とを混練後から、３０分から１２０分の間に亜硝酸カルシウム及び硝酸カルシウムを添加することを特徴としており、特許文献１と同様である。また、亜硝酸カルシウムと硝酸カルシウムの両方を使用する場合の実施例は、同じ量が添加された実施例のみであり、その混合比率との関係について具体的に検討した実施例は示されていない。

このように、亜硝酸カルシウムを硬化促進剤として用いる場合は、コンクリートの流動性が低下しないよう混練方法に留意することが必要である。本発明においては、混練方法に留意することなく、作業性を確保しながら、早期強度発現性の高い水硬性組成物及びそれを用いたコンクリートを提供するものである。

本発明者らは、亜硝酸カルシウムならびに硝酸カルシウム含む硬化促進剤について、その混合比率と流動性、強度発現性について鋭意検討を重ねた結果、適当な混合比率が存在することを見出し、発明を完成した。すなわち、本発明は、次の〔１〕〜〔３〕で記される。
〔１〕水硬性セメントを含む結合材、亜硝酸カルシウム及び硝酸カルシウムを含む硬化促進剤、化学混和剤を含む水硬性組成物であって、前記硬化促進剤中の亜硝酸カルシウム及び硝酸カルシウムの合計質量が前記結合材１００質量部に対し、０．３〜２．０質量部であり、かつ前記硬化促進剤中の亜硝酸カルシウムと硝酸カルシウムの質量比（亜硝酸カルシウム／硝酸カルシウム）が０．１〜１．０である水硬性組成物。
〔２〕さらに前記化学混和剤を前記結合材１００質量部に対して０．１〜３．０質量部含む〔１〕の水硬性組成物。
〔３〕前記コンクリートの混練直後の流動性指標値に対する、コンクリートの混練から３０分後の流動性指標値の比率である流動性保持率が８０％以上であり、かつ材齢１８時間の圧縮強度が５Ｎ／ｍｍ^２以上である〔１〕または〔２〕の水硬性組成物を含むコンクリート。

作業性が確保され、かつ早期強度発現性が良好なコンクリートが得られる。

以下に、本発明の実施の形態を説明する。

本発明における水硬性組成物は、水硬性セメントを含む結合材、亜硝酸カルシウム及び硝酸カルシウムを含む硬化促進剤、化学混和剤を含む。

本発明における結合材は、水硬性セメントを含む結合材である。水硬性セメントとしては、例えば、ポルトランドセメントや混合セメントなどを使用することができる。そのようなポルトランドセメントとしては、例えば、普通、早強、超早強、低熱及び中庸熱等の各種ポルトランドセメントが挙げられる。混合セメントとしては、例えば、フライアッシュ、高炉スラグ、シリカフューム又は石灰石微粉末等がポルトランドセメントと混合された各種の混合セメントが挙げられる。また、水硬性セメント以外に含まれる結合材として、膨張材等が挙げられる。

本発明における硬化促進剤は、亜硝酸カルシウム及び硝酸カルシウムを含む。それぞれ、試薬、工業製品のいずれも使用できる。硬化促進剤としては、これらを粉末として使用することができるが、水溶液として調製してコンクリートに添加することもできる。硬化促進剤中の亜硝酸カルシウム及び硝酸カルシウムの合計質量は、前記結合材１００質量部に対し、０．３〜２．０質量部である。０．３質量部未満の場合、水硬性組成物の早期硬化が不十分となる虞があり、一方、２．０質量部を超えると流動性の保持が困難になる虞がある。０．３５〜１．９質量部が好ましく、０．５〜１．８質量部がより好ましく、０．７〜１．５５質量部がさらに好ましい。
また、前記硬化促進剤中の亜硝酸カルシウムと硝酸カルシウムの質量比（亜硝酸カルシウム／硝酸カルシウム）が０．１〜１．０である。０．１未満の場合、水硬性組成物の早期硬化が不十分となる虞があり、一方、１．０を超えると流動性の保持が困難になる虞がある。０．３〜０．９９が好ましく、０．４〜０．９５がより好ましく、０．５〜０．９２がさらに好ましい。

硬化促進剤には、亜硝酸カルシウム及び硝酸カルシウム以外に、亜硝酸リチウム、アルカリ金属硫酸塩、アルカリ金属炭酸塩、アルカリ土類金属硫酸塩等を添加することができる。

本発明における化学混和剤は、日本工業規格（ＪＩＳ）に規定されるコンクリート用化学混和剤である。具体的には、上記の硬化促進剤を除く、ＡＥ剤、高性能減水剤、減水剤、ＡＥ減水剤、高性能ＡＥ減水剤及び流動化剤が挙げられる。これらのうち１種以上が使用される。特に、流動性確保の観点からは、減水剤、高性能減水剤あるいは流動化剤が使用されることが好ましい。減水剤、高性能減水剤あるいは流動化剤としては、一般にコンクリート用に使用されるものであれば何れのものも使用できるが、特にポリカルボン酸系のものが好ましい。
上記の化学混和剤の添加量としては、流動性確保の点から、前記結合材１００質量部に対し、０．１〜３．０質量部が好ましい。０．３〜２．０質量部がより好ましく、０．５〜１．５質量部がさらに好ましい。

この他、本発明における水硬性組成物には、本発明の特長が損なわない程度において、さらに各種混和剤（材）を添加することを妨げない。各種混和剤（材）としては、例えば、増粘剤、収縮低減剤、凝結遅延剤、セメント用ポリマー、防水材、防錆剤、凍結防止剤、保水剤、顔料、白華防止剤、発泡剤、消泡剤、撥水剤等が挙げられる。

本発明における水硬性組成物を含むコンクリートには、骨材が含まれる。骨材は特に限定されるものではなく、通常のコンクリートの製造に使用される細骨材及び粗骨材を何れも使用することができる。そのような細骨材及び粗骨材として、例えば川砂、海砂、山砂、砕砂、人工細骨材、スラグ細骨材、再生細骨材、珪砂、川砂利、陸砂利、砕石、人工粗骨材、スラグ粗骨材、再生粗骨材等が挙げられる。骨材の配合量は、１５００〜２２００ｋｇ／ｍ^３が好ましく、さらに１６００〜２０００ｋｇ／ｍ^３が好ましい。

本発明における水硬性組成物を含むコンクリートには、水が含まれる。水は特に限定されるものではなく、通常のコンクリートの製造に使用される水道水等を使用することができる。水の配合量（単位水量）は、１５０〜１８０ｋｇ／ｍ^３とすることが、材料分離抵抗性を高めることから好ましい。また、水の配合量は、セメント１００質量部に対し、３５〜６５質量部とすることが好ましい。

本発明におけるコンクリートの製造方法は特に限定されるものではなく、一般のコンクリートの製造手法により製造することができる。一般には、コンクリート製造プラントで製造されたり、打設現場にて本発明の水硬性組成物と骨材及び水が混練されたりして、コンクリートが製造される。
ただし、亜硝酸カルシウム及び硝酸カルシウムを含む硬化促進剤は水溶液として、コンクリートに添加されることが好ましい。この場合、亜硝酸カルシウム水溶液及び硝酸カルシウム水溶液は単位水量の内割りとして扱われ、これらの水溶液の量と同量を単位水量から事前に差し引いた水量がコンクリートに添加される。また、硬化促進剤は硬化促進剤以外の材料を混練したコンクリートに添加され混練されることが好ましい。ただし、コンクリートの混練後に一定の時間をおいて硬化促進剤を添加しなければ効果が得られないということはない。

コンクリートの混練方法は、特に限定されないが、製造量や均質な混練性の観点から、ミキサを用いる手法が好ましい。ミキサとしては、連続式ミキサやバッチ式ミキサが用いられる。例えば、パン型コンクリートミキサ、パグミル型コンクリートミキサ、重力式コンクリートミキサ等が挙げられる。

このようにして得られた本発明のコンクリートは、流動保持性が良好である。具体的には、前記コンクリートの混練直後の流動性指標値に対する、コンクリートの混練から３０分後の流動性指標値の比率である流動性保持率が８０％以上のコンクリートが得られる。ここで流動性指標値とは、スランプまたはスランプフローが挙げられる。一般のコンクリートにおいてはスランプが用いられる。スランプが測定不能である高流動コンクリートではスランプフローが用いられる。好ましくは流動性保持率が８５％以上であり、より好ましくは９０％以上のコンクリートが得られる。

加えて、本発明のコンクリートは、強度発現性が良好である。具体的には、材齢１８時間の圧縮強度が５Ｎ／ｍｍ^２以上のコンクリートが得られる。好ましくは７Ｎ／ｍｍ^２以上であり、より好ましくは１０Ｎ／ｍｍ^２以上のコンクリートが得られる。

このように本発明のコンクリートは、流動保持性が良く作業性が確保され、かつ早期強度発現性が良好である。

以下、実施例を挙げて本発明を詳細に説明するが、本発明は何らこれらに限定されるものではない。

＜使用材料＞
実施例の使用材料を表１に示す。

＜コンクリートの製造＞
上記材料を用い、表２及び表３に示す配合でコンクリートを２０±２℃環境下で製造した。硬化促進剤は水溶液として添加した。硬化促進剤を含む水溶液は単位水量の内割として扱い、その水溶液と同量の単位水量を事前に引いてから、硬化促進剤を除く材料を計量し、それらをコンクリートミキサで９０秒間混練した。次に、コンクリートミキサに硬化促進剤を所定量投入し、６０秒間混練した。混練後、コンクリートミキサから排出し、コンクリートのスランプを測定するとともに、圧縮強度試験及び透気試験用の試験体を作製した。

＜試験方法＞
製造したコンクリートを用いて、以下の方法により試験を実施した。
（流動性の試験）
製造されたコンクリートについて、スランプを測定し、流動性を評価した。試験は、ＪＩＳＡ１１０１「コンクリートのスランプ試験方法」に準拠して実施した。測定は、混練直後及び３０分後に測定した。
（圧縮強度試験）
試験は、ＪＩＳＡ１１０８「コンクリートの圧縮強度試験方法」に準拠して実施し、１８時間後に脱型し、測定を実施した。

＜試験結果＞
試験結果を表４に示す。
亜硝酸カルシウムと硝酸カルシウムの合計量、且つ亜硝酸カルシウムと硝酸カルシウムの質量比が所定の範囲内の場合（Ｎｏ．１〜１４）では、３０分後の流動性保持率が８０％以上であり、１８時間後の圧縮強度が５Ｎ／ｍｍ^２以上となることが分かった。
一方、亜硝酸カルシウムと硝酸カルシウムの合計量、もしくは亜硝酸カルシウムと硝酸カルシウムの質量比が所定の範囲外の場合（Ｎｏ．１５〜１８）は、３０分後の流動性保持率が８０％未満、もしくは１８時間後の圧縮強度が５Ｎ／ｍｍ^２未満になることが分かった。

Claims

ポルトランドセメント及び混合セメントから選ばれる水硬性セメントを含む結合材、亜硝酸カルシウム及び硝酸カルシウムを含む硬化促進剤、化学混和剤を含む水硬性組成物であって、前記硬化促進剤中の亜硝酸カルシウム及び硝酸カルシウムの合計質量が前記結合材１００質量部に対し、０．３〜２．０質量部であり、かつ前記硬化促進剤中の亜硝酸カルシウムと硝酸カルシウムの質量比（亜硝酸カルシウム／硝酸カルシウム）が０．１〜０．９５であることを特徴とする水硬性組成物。
さらに前記化学混和剤を前記結合材１００質量部に対して０．１〜３．０質量部含むことを特徴とする請求項１に記載の水硬性組成物。
前記水硬性組成物を含むコンクリートの混練直後の流動性指標値に対する、コンクリートの混練から３０分後の流動性指標値の比率である流動性保持率が８０％以上であり、かつ材齢１８時間の圧縮強度が５Ｎ／ｍｍ^２以上であることを特徴とする請求項１または２に記載の水硬性組成物を含むコンクリート。