JP7158825B2 - セメント組成物 - Google Patents
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Description
従って、本発明の課題は、低温環境下においても、所定のワーカビリティ(流動性と可使時間)を有し、かつ時間材齢での初期強度発現性に優れるセメント組成物を提供することにある。
〔1〕普通ポルトランドセメント100質量部に対して、カルシウムアルミネート類を有効成分として含有する速硬性混和材の配合量が20~70質量部である速硬性セメント、及びポリカルボン酸系減水剤を含有するセメント組成物であって、
ポリカルボン酸系減水剤の含有量が、速硬性セメント100質量部に対して、0.03~0.2質量部であり、
当該ポリカルボン酸系減水剤が、ゲルパーミエーションクロマトグラフィーによって測定されるポリエチレンオキサイド換算分子量において、重量平均分子量が20,000~40,000であって、Z平均分子量が20,000~90,000であり、多分散度〔重量平均分子量(Mw)/数平均分子量(Mn)〕が2.3以下であるポリカルボン酸系高分子化合物であることを特徴とするセメント組成物。
〔2〕さらに、オキシカルボン酸類を含有する〔1〕に記載のセメント組成物。
〔3〕さらに、セメント用ポリマーを含有する〔1〕又は〔2〕に記載のセメント組成物。
〔4〕前記セメント組成物が低温環境下用である〔1〕~〔3〕のいずれかに記載のセメント組成物。
〔5〕低温環境下において、〔1〕~〔4〕のいずれかに記載のセメント組成物を用いてモルタル又はコンクリートを製造することを特徴とするモルタル又はコンクリートの製造方法。
[速硬性セメント]
本発明に用いる速硬性セメントとしては、11CaO・7Al2O3・CaX2(Xはハロゲン原子)又は3CaO・3Al2O3・CaSO4(アウイン)等のカルシウムアルミネート類を有効成分として含有するセメント、例えば「ジェットセメント」や「スーパージェットセメント」等の商品名で市販されている超速硬セメント等、あるいは種々のセメントにカルシウムアルミネート類等の速硬性混和材を添加したもの等が挙げられる。
本発明に用いるセメントとしては、種々のものが挙げられ、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又はエコセメント、或いはこれらにシリカフュームやフライアッシュ等のポゾラン粉末、高炉スラグ粉末等を混合した混合セメントが挙げられる。これらのセメントは、いずれか1種を選択して使用することもできるが、2種以上のセメントを組み合わせて使用してもよい。
本発明に用いる速硬性混和材は、カルシウムアルミネート類を有効成分として含む。速硬性混和材の配合量としては、セメント100質量部に対して、20~70質量部が好ましく、20~60質量部がより好ましい。
本発明においては、減水剤を使用することが必須であるが、減水剤としてはポリカルボン酸系減水剤が使用される。ポリカルボン酸系減水剤以外の減水剤、例えば、メラミン系減水剤、リグニン系減水剤、ナフタレン系減水剤を使用した場合は、いずれも10℃以下の環境下における3~6時間材齢の強度発現性が悪く、本発明における効果が得られない。
さらにポリカルボン酸系減水剤の中でも、特定の減水剤を用いない場合は同じく低温環境下での強度発現性が十分とは言えない。種々検討の結果、具体的には、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)によって測定されるポリエチレンオキサイド換算分子量において、重量平均分子量(Mw)が10,000~50,000であって、Z平均分子量(Mz)が100,000未満であるポリカルボン酸系高分子化合物を用いた場合、本発明における効果が得られることが分かった。これに該当しないポリカルボン酸系減水剤では、他のポリカルボン酸系以外の減水剤と同様、10℃以下の環境下において、十分な3~6時間材齢の強度発現性が得られない。
ポリカルボン酸系高分子化合物の重量平均分子量(Mw)は、低温環境下での強度発現の点から15,000~45,000が好ましく、18,000~42,000がより好ましく、20,000~40,000がさらに好ましい。また、Z平均分子量(Mz)は、低温環境下での強度発現性の点から、20,000以上100,000未満が好ましく、20,000以上90,000以下がより好ましく、30,000以上80,000以下がさらに好ましい。さらに、前記ポリカルボン酸系化合物の多分散度〔重量平均分子量(Mw)/数平均分子量(Mn)〕は、2.3以下であるのが、コンクリートの可使時間を60分以上保持し、速硬性混和材添加後の短期強度の発現性の点で好ましく、2.2以下であるのがより好ましく、2.1以下であるのがさらに好ましい。
各分子量の定義は下記のとおり。
Mn=Σ(Mi・Ni)/ΣNi =ΣCi/Σ(Ci/Mi)
Mw=Σ(Mi2・Ni)/Σ(Mi・Ni) =Σ(Ci・Mi)/ΣCi
Mz=Σ(Mi3・Ni)/Σ(Mi2・Ni) =Σ(Ci・Mi2)/Σ(Ci・Mi)
(ここで、Nはポリマー分子の数、Mは分子量、Cは試料濃度(wt./vol.))
当該ポリカルボン酸系高分子化合物としては、特に限定されず、例えばポリアルキレングリコール鎖を有する(メタ)アクリル酸系共重合体及びポリアルキレングリコール鎖を有するマレイン酸系共重合体等が挙げられ、これらは1種でも2種以上を混合して用いてもよい。
なお、ここで結合材とはモルタルやコンクリートの強度発現に寄与する無機粉末材料をいう。本発明においては速硬性セメント、あるいはセメントと速硬性混和材との合計物をいい、さらに無機粉末の混和材料が加えられる場合は、それを含めたものをいう。
本発明におけるセメント組成物は、30分以上の安定した可使時間を確保することができる点から、さらにオキシカルボン酸類を含むことが好ましい。オキシカルボン酸類とは、オキシカルボン酸及びオキシカルボン酸塩から選ばれる一種又は二種以上である。オキシカルボン酸及びオキシカルボン酸塩としては、例えばクエン酸、グルコン酸、酒石酸、ヘプトン酸、並びにこれらの塩等が挙げられる。本発明においてオキシカルボン酸及びオキシカルボン酸塩の含有量は、結合材100質量部に対し、30分以上の可使時間を確保する観点から、0.02~0.4質量部とすることが好ましく、より好ましくは0.05~0.2質量部である。
さらに、本発明によるセメント組成物は、本発明の効果を実質失わない範囲で、コンクリートに使用できる他の混和材料を含有するものであっても良い。このような混和材料として、具体的には、収縮低減剤、膨張材、保水剤、防錆剤、空気連行剤、消泡剤、起泡剤、防水材、撥水剤、白華防止剤、顔料、繊維、シリカフューム、スラグ微粉末、石灰石微粉末等が例示される。
本発明のセメント組成物をモルタルやコンクリートとして使用する際には、骨材が使用されるが、特に制限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、スラグ粗骨材及び再生粗骨材等が挙げられる。
本発明のセメント組成物を用いてモルタル又はコンクリートを製造する方法は、特に限定されるものではなく、通常のモルタルやコンクリートの製造時に使用される各種ミキサを用い、本発明のセメント組成物、骨材、水等を混練することによって製造することができる。
また、ベースコンクリートを製造し、アジテータ車で施工現場に搬送後、これに遅延剤(オキシカルボン酸類)、速硬性混和材等を添加しアジテータ車内で混練後、コンクリートを排出し打設することができる。
<使用材料>
実施例で使用する材料を表1に示す。また、各種減水剤を表2に示す。
なお、速硬性セメントとしてセメントと速硬性混和材からなるものを使用した。
以下にGPCの測定条件を記す。
・装置:ビルトアップGPCシステム(東ソー製、島津製作所製)
・カラム:TSKgel GMPWXL(7.8mmI.D.×30cm)×2本(東ソー製)
・検出器:RI検出器 polarity(+)
・溶離液:0.2mol/L リン酸バッファー(pH=7)/アセトニトリル=9/1
・流速:1.0mL/min.
・濃度:1mg/mL
・注入量:100μL
・カラム温度:40℃
・試料前処理:試料を秤量し、所定量の溶離液を加えて室温で一晩静置溶解させ、穏やかにふり混ぜた後、0.5μmのセルロースアセテートカートリッジフィルターでろ過した。
・検量線:ポリエチレンオキサイド(PEO)を用いた3次近似曲線。得られる分子量はポリエチレンオキサイド換算分子量となる。
上記の材料を用い、5℃の恒温室にてモルタルを製造した。表4にモルタル配合を示す。
各材料を計量し、JIS R 5201セメントの物理試験方法のセメント強さ試験の練混ぜ方法に準じて混練した。混練後、モルタルをホバートミキサから排出し、圧縮強度測定用供試体作製のため所定の型枠に充填した。
モルタルの凝結性状について、JIS R 5210に準拠した方法で測定した。
モルタルの強度発現性の評価は、6時間材齢の初期強度、ならびに24時間材齢の圧縮強度を測定した。試験は、JIS R 5201に準拠した方法で実施した。養生はすべて5℃の恒温室にて行った。
凝結性状及び圧縮強度の試験結果を表4に示す。
特定のポリカルボン酸系減水剤を使用した場合は、6時間材齢では30N/mm2以上、24時間材齢では40N/mm2以上の強度発現性を示した。一方、他の減水剤を使用した場合は、6時間材齢においても1N/mm2以上程度、さらに24時間材齢でも2N/mm2以上程度であり、強度発現性が悪いことが分かった。
試験例1と同様の試験を20℃環境下で実施した。減水剤の配合量を結合材100質量部に対して0.1質量部、凝結時間が60分以上となるよう遅延剤の量を結合材100質量部に対して0.4質量部と調整して実施した結果、いずれの減水剤を使用した場合でも、6時間材齢では30N/mm2以上、24時間材齢では40N/mm2以上の強度発現性を示した。
セメント用ポリマー(SBR系ポリマー;市販品)を結合材100質量部に対して10質量部(固形分換算)添加した以外は試験例1と同様の条件で試験を5℃環境下で実施した。結果を表5に示す。
セメント用ポリマーを添加した場合も、試験例1と同様に、低温環境下において特定のポリカルボン酸系減水剤を添加した場合に、初期強度発現性が良好なモルタル硬化体を得られることが分かった。
Claims (5)
- 普通ポルトランドセメント100質量部に対して、カルシウムアルミネート類を有効成分として含有する速硬性混和材の配合量が20~70質量部である速硬性セメント、及びポリカルボン酸系減水剤を含有するセメント組成物であって、
ポリカルボン酸系減水剤の含有量が、速硬性セメント100質量部に対して、0.03~0.2質量部であり、
当該ポリカルボン酸系減水剤が、ゲルパーミエーションクロマトグラフィーによって測定されるポリエチレンオキサイド換算分子量において、重量平均分子量が20,000~40,000であって、Z平均分子量が20,000~90,000であり、多分散度〔重量平均分子量(Mw)/数平均分子量(Mn)〕が2.3以下であるポリカルボン酸系高分子化合物であることを特徴とするセメント組成物。 - さらに、オキシカルボン酸類を含有する請求項1に記載のセメント組成物。
- さらに、セメント用ポリマーを含有する請求項1又は2に記載のセメント組成物。
- 前記セメント組成物が低温環境下用である請求項1~3のいずれか1項に記載のセメント組成物。
- 低温環境下において、請求項1~4のいずれか1項に記載のセメント組成物を用いてモルタル又はコンクリートを製造することを特徴とするモルタル又はコンクリートの製造方法。
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