JP7257278B2 - セメント用膨張組成物、及びセメント組成物 - Google Patents
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これまでの膨張材は、膨張反応が遅く、膨張タイミングが有効膨張期間よりも後になることがあった。
しかしながら、CaOを含む結晶相中に、CaO以外の異相が多く存在すると、セメントコンクリートの膨張率が低下することが見出された。
CaOからなる母材と、母材が構成する結晶体の結晶粒間に存在する異相とを含み、
前記異相が、3CaO・Al2O3(C3A)、石膏、イーリマイト、4CaO・Al2O3・Fe2O3(C4AF)からなる群から選ばれる一または二以上を含む、セメント用膨張組成物が提供される。
上記のセメント用膨張組成物とセメントとを含む、セメント組成物が提供される。
これに対して、異相を構成する成分を適切に選択することによって、CaOによる膨張反応を適度に抑制できるため、膨張タイミングを適切にコントロールすることが可能となる。
このような膨張反応が、セメントの有効膨張期間内にあると、セメントコンクリートに高い膨張率を付与できる。有効膨張期間において、セメントがセメントマトリックスを形成すると考えてよい。
一方、CaOの含有量の上限は、セメント用膨張組成物の100質量部中、たとえば、95質量部以下、好ましくは93質量部以下、より好ましくは90質量部以下である。これにより、セメント用膨張組成物の膨張タイミングを適当に制御し、セメントコンクリートの膨張率を高めることが可能である。
SEM画像中、異相は、結晶粒の界面に沿って所定長さに亘って延在してもよい。例えば、異相は筋状構造を有してもよい。このような異相は、CaOの2つ又は3つ以上の結晶粒の粒界に存在してもよいし、異相によって、その結晶粒の一部または全体が区画されていてもよい。
なお、C3Aの含有量の範囲として、上記異相を構成する成分の合計含有量を用いてもよい。
空隙率は、液中秤量法を用いて算出できる。この空隙率は、アルキメデス法によって測定される、閉気孔を含まない開気孔率を意味する。
セメント用膨張組成物の製造方法は、石灰分とアルミ原料とを含む原料混合物をキルンにより焼成し、CaOおよび異相を構成する成分を含むセメント用膨張組成物を得る工程を有する。
混合粉砕の方法は、特に限定されるものではなく、乾式粉砕法又は湿式粉砕法を適用することができ、湿式粉砕法の場合は、その後造粒するために脱水処理を施す必要がある。また、原料に生石灰を用いる場合は、乾式で行うことが望ましい。
また原料の仕込み割合を調整することで、セメント用膨張組成物中のCaO/C3A比を制御できる。
セメント用膨張組成物を得る工程中、本発明の効果に支障の無い範囲で水を添加することは可能である。
本明細書中、「~」は、特に明示しない限り、上限値と下限値を含むことを表す。
以下、参考形態の例を付記する。
1. CaOからなる母材と、母材が構成する結晶体の結晶粒間に存在する異相とを含み、
前記異相が、3CaO・Al 2 O 3 (C 3 A)、石膏、イーリマイト、4CaO・Al 2 O 3 ・Fe 2 O 3 (C 4 AF)からなる群から選ばれる一または二以上を含む、セメント用膨張組成物。
2. 1.に記載のセメント用膨張組成物であって、
前記CaOの含有量が、当該セメント用膨張組成物の100質量部中、65質量部以上95質量部以下である、セメント用膨張組成物。
3. 1.又は2.に記載のセメント用膨張組成物であって、
前記異相を構成する成分の含有量が、当該セメント用膨張組成物の100質量部中、1質量部以上30質量部以下である、セメント用膨張組成物。
4. 1.~3.のいずれか一つに記載のセメント用膨張組成物であって、
当該セメント用膨張組成物の空隙率が、5vol%以上45vol%以下である、セメント用膨張組成物。
5. 1.~4.のいずれか一つに記載のセメント用膨張組成物であって、
粉末状のセメント用膨張組成物。
6. 1.~5.のいずれか一つに記載のセメント用膨張組成物とセメントとを含む、セメント組成物。
(実験例1-1、1-2)
CaO原料(石灰石)、Al2O3原料(ボーキサイト)を表1に示す鉱物割合、化学成分としての割合となるように配合し、混合粉砕して混合原料を得た。
下記の処理1により混合原料を造粒した造粒物、または下記の処理2により混合原料の粉体物を、ロータリーキルンに投入し、焼点温度1500℃で焼成してクリンカを合成した。
ボールミルを用いて、合成したクリンカをブレーン比表面積で3500cm2/gとなるように粉砕して、セメント用膨張組成物(粉末状のクリンカ)を作製した。
処理1(実験例1-1):混合原料100部に水10部を加えながら転動型造粒機で造粒して、造粒物を得た。
処理2(実験例1-2):粉体状の混合原料をそのまま粉体物として使用した。
得られたSEM画像と電子線マイクロアナライザー(EPMA)を用いて元素面分析を行った結果、実験例1-1のセメント用膨張組成物において、CaOが構成する結晶体の結晶粒間にC3Aが存在することが確認され、実験例1-2のセメント用膨張組成物において、CaOが構成する結晶相中にC3Aが存在することが確認された。
表1中、膨張組成物中の鉱物組成の割合(部)は、蛍光X線を用いて定量した化学組成の結果と、粉末X線回折による同定結果とに基づいて算出した。
得られたセメント用膨張組成物について、JIS R 1634に準拠し、液中秤量法を用いて空隙率を算出した。詳細な手順は以下の通り。
まず、実験例1-1、実験例1-2のクリンカについて、乾燥状態の重量(a)を測定した。
次いで、クリンカをエタノール溶媒中に入れ、真空脱気を行い、溶媒を開気孔中に含浸させた。脱気後、エタノール溶媒中で、クリンカの重量(b)を測定した。
次いで、クリンカ表面の過剰なエタノールを拭き取り、空中でクリンカの重量(c)を測定した。
その後、得られたクリンカの重量(a)~(c)を使用し、下記の式に基づいて、空隙率(%)を算出した。
空隙率(%)=(c-a)/(c-b)×100
以上の結果、実験例1-1は20vol%、実験例1-2は50vol%であった。
実施例・比較例のセメント用膨張組成物、セメント、水、砂を20℃の室内で混合して、セメントと膨張組成物からなるセメント組成物100質量部中の膨張組成物の配合量=7質量部、水/セメント組成物の配合比=1/1(質量比)、セメント組成物/砂の配合比=1/3(質量比)となるモルタルを調製した。
(使用材料)
セメント:普通ポルトランドセメント、市販品
水:水道水
砂:JIS標準砂
得られたモルタル(サンプル)を使用して、次のようにして長さ変化率、圧縮強度の測定を行った。
長さ変化率:JIS A 6202に準拠して測定した。
圧縮強度:JIS R 5201に準拠して、縦×横×厚み:4cm×4cm×16cmの試験体を作製し、材齢7日(7d)の圧縮強度(N/mm2)を測定した。
なお、圧縮強度は22.5(N/mm2)以上であれば実用上の問題がないと判断した。
Claims (6)
- CaOからなる母材と、母材が構成する結晶体の結晶粒間に存在する異相とを含む、セメント用膨張組成物であって、
前記異相が、3CaO・Al2O3(C3A)、石膏、イーリマイト、4CaO・Al2O3・Fe2O3(C4AF)からなる群から選ばれる一または二以上を含み、
前記CaOの含有量が、当該セメント用膨張組成物の100質量部中、75質量部以上であり、
Ca(OH) 2 の含有量が、当該セメント用膨張組成物の100質量部中、1質量部以上15質量部以下である、セメント用膨張組成物。 - 請求項1に記載のセメント用膨張組成物であって、
前記CaOの含有量が、当該セメント用膨張組成物の100質量部中、95質量部以下である、セメント用膨張組成物。 - 請求項1又は2に記載のセメント用膨張組成物であって、
前記異相を構成する成分の含有量が、当該セメント用膨張組成物の100質量部中、1質量部以上30質量部以下である、セメント用膨張組成物。 - 請求項1~3のいずれか一項に記載のセメント用膨張組成物であって、
当該セメント用膨張組成物の空隙率が、5vol%以上45vol%以下である、セメント用膨張組成物。
(空隙率の測定手順)
当該セメント用膨張組成物について、JIS R 1634に準拠し、以下の手順に従って、液中秤量法を用いて空隙率を算出する。
まず、当該セメント用膨張組成物について、乾燥状態の重量(a)を測定する。
次いで、当該セメント用膨張組成物をエタノール溶媒中に入れ、真空脱気を行い、溶媒を開気孔中に含浸させる。脱気後、エタノール溶媒中で、当該セメント用膨張組成物の重量(b)を測定する。
次いで、当該セメント用膨張組成物の表面の過剰なエタノールを拭き取り、空中で当該セメント用膨張組成物の重量(c)を測定する。
その後、当該セメント用膨張組成物の重量(a)~(c)を使用し、下記の式に基づいて、空隙率(%)を算出する。
空隙率(%)=(c-a)/(c-b)×100 - 請求項1~4のいずれか一項に記載のセメント用膨張組成物であって、
粉末状のセメント用膨張組成物。 - 請求項1~5のいずれか一項に記載のセメント用膨張組成物とセメントとを含む、セメント組成物。
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