JP7453047B2 - セメント急結剤、及びセメント組成物 - Google Patents
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Description
しかしながら、本発明者の検討によれば、C12A7を単独で使用した場合、初期凝結が比較的遅いため、例えば吹付け材料に適用したときにリバウンドが発生する恐れがあることが判明した。
このような知見に基づきさらに鋭意研究したところ、セメント急結剤において、C3A含有粉末とC12A7含有粉末とを含む混合物を用いることによって、セメント組成物に用いたときの急結性及び吹付け性を向上できることを見出し、本発明を完成するに至った。
3CaO・Al2O3(C3A)を含むC3A含有粉末と、
12CaO・7Al2O3(C12A7)を含むC12A7含有粉末と、を含む、
セメント急結剤が提供される。
上記のセメント急結剤と、セメントと、を含む、セメント組成物が提供される。
(セメント急結剤)
・セメント急結剤A:C3A高含有クリンカの粉砕品
・セメント急結剤B:非晶質C12A7高含有クリンカの粉砕品
・セメント急結剤C:サンプルA、Bの混合品(サンプルA:サンプルBの混合比が質量換算で15:85)
(手順)
・室温20℃、相対湿度90%の環境下、セメント急結剤A~C20g、及び水100gを30秒混合して、120gのサンプルA~C(ペースト)を、プラスチック製容器中に作製した。混合にはスパチュラを用いた。
・作製直後の各サンプルA~Cの初期温度をT0とし、調整後からX分後の温度をTXとしたとき(Xは1~30のいずれかの整数でよい。)、温度上昇率について、式(TX-T0)/T0から算出した。温度測定には、サンプルA~Cに熱電対を差し、その温度変化を1分おきに計測した。
一方、30分経過後の(T30-T0)/T0は、サンプルCが、サンプルA及びサンプルBの両方よりも高い値を示した。このことから、C3AとC12A7とを併用することで、優れた急結性の効果が得られることが推察される。
組成物中、C3A含有粉末及びC12A7含有粉末の少なくとも一方は、一又は二以上の種を組み合わせて用いてもよい。
C3A含有粉末中のC3Aの非晶質化率は、質量換算で、60%以下が好ましく、50%以下がより好ましく、30%以下がさらに好ましく、20%以下がより一層好ましい。これにより初期凝結性を高めることができる。
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。
本明細書中、平均子粒径は、レーザ回折/散乱式粒子径分布測定装置などにより求めることができる。
他のカルシウムアルミネートは、C3A含有粉末又はC12A7含有粉末中に含まれていてもよいが、これらの粉末以外の他の粉末として含まれていてもよい。
他のカルシウムアルミネートは、結晶質又は非晶質のいずれを含んでもよく、これらを単独で用いても2種以上を組み合わせて用いてもよい。
この中でも、ボーキサイトを用いてもよい。これにより、カルシウムアルミネート系粉末中に含まれるMgOの含有量を低減できる。
また原料の仕込み割合を調整することで、カルシウムアルミネート系粉末のCaO/Al2O3モル比を制御できる。
焼成には、電気炉やロータリーキルンなどのキルンを使用できる。
以上により、C3A含有粉末やC12A7含有粉末が得られる。
硫酸カルシウムは、無水石膏、半水石膏、及び二水石膏等の石膏が挙げられる。硫酸カルシウムには、天然で産出する天然石膏や、産業副産物として得られる排脱石膏や弗酸副生無水石膏等が用いられてもよい。これらのうちの1種又は2種以上を使用することができる。中でも、付着強度の発現性の観点から、無水石膏を用いてもよい。
アルカリ金属硫酸塩は、硫酸ナトリウム、硫酸カリウム、硫酸リチウム等が挙げられる。これらを単独で用いても2種以上を組み合わせて用いてもよい。この中でも、硫酸ナトリウムとして、中性無水ボウ硝を用いてもよい。
アルカリ金属炭酸塩は、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、及び重炭酸ナトリウム等が挙げられ、これらの1種又は2種以上が使用可能である。
水酸化カルシウムとしては、市販の消石灰や、カルシウムカーバイドからアセチレンを発生させる際に副生するカーバイド滓などが挙げられる。これらの1種又は2種以上が使用可能である。
CaO原料(石灰石)、Al2O3原料(ボーキサイト)を表1に示すCaO/Al2O3モル比となるように配合し、混合粉砕して混合原料を得た。
粉体状の混合原料を白金るつぼに入れ、電気炉にて1,350℃で30分間焼成し、炉外に取り出し、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6,000cm2/g、平均粒子径で5μmとなるように粉砕して、表1に示す鉱物割合となるC3A含有粉末1(クリンカの粉末物)を作製した。C3A含有粉末中、C3Aの結晶質の含有率が90質量%であり、MgOの含有率は0質量%であった。
試薬1級のCaCO3とAl2O3とをCaO/Al2O3モル比が3/1となる割合で混合し、混合粉砕して混合原料を得た。
粉体状の混合原料を白金るつぼに入れ、電気炉にて1,350℃で30分間焼成し、炉外に取り出し、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6,000cm2/g、平均粒子径で5μmとなるように粉砕して、表1に示す鉱物割合となるC3A含有粉末2(クリンカの粉末物)を作製した。
CaO原料(石灰石)、Al2O3原料(ボーキサイト)を表1に示すCaO/Al2O3モル比となるように配合し、混合粉砕して混合原料を得た。
粉体状の混合原料を白金るつぼに入れ、電気炉にて1,350℃で30分間焼成し、炉外に取り出し、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6,000cm2/g、平均粒子径で5μmとなるように粉砕して、表1に示す鉱物割合となるC12A7含有粉末1(クリンカの粉末物)を作製した。C12A7含有粉末中、C12A7の非晶質の含有率が93質量%であり、MgOの含有率は質量0%であった。
試薬1級のCaCO3とAl2O3とをCaO/Al2O3モル比が12/7となる割合で混合し、混合粉砕して混合原料を得た。
粉体状の混合原料を白金るつぼに入れ、電気炉にて1,350℃で30分間焼成し、炉外に取り出し、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6,000cm2/g、平均粒子径で5μmとなるように粉砕して、表1に示す鉱物割合となるC12A7含有粉末2(クリンカの粉末物)を作製した。
表2に示す成分を、表2に示す配合割合で混合して、セメント急結剤を作製した。
表2中の配合成分は以下の通り。
・硫酸カルシウム:天然石膏
・硫酸ナトリウム:中性無水ボウ硝
・炭酸ナトリウム:Na2CO3、市販品
・水酸化カルシウム:消石灰
各実施例・比較例のセメント急結剤、セメント、水、砂を20℃の室内で混合して、セメントと急結剤からなるセメント組成物100質量部中の急結剤の配合量=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(セメント組成物)を作製した。
(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
ASTM C 403「貫入抵抗によるコンクリートの凝結時間試験方法」に準拠し、セメント組成物モルタルに急結剤を混合した直後から10分まで、1分ごとにプロクター貫入抵抗値(kN)を測定した。結果を表2に示す。
10分までに、プロクター貫入抵抗値が450kNに達する場合を◎、10分後のプロクター貫入抵抗値が450kN未満150kN以上の場合を○、10分後のプロクター貫入抵抗値が150kN未満の場合を×との基準に基づいて、セメント急結剤の急結性を評価した。
各材料の単位量を、セメント400kg/m3、細骨材1,058kg/m3、粗骨材711kg/m3、及び水200kg/m3として吹付コンクリートを作製し、シンテック社コンクリート圧送機「MKW-25SMT」により、10m3/hの速度で圧送した。長さ10mの3インチ耐圧ホースの後に取付けたY字管から圧縮空気を挿入して、長さ10mの2.5インチマテリアルホースで吹付コンクリートを空気搬送し、その先に取付けたY字管から急結剤添加装置「NATMクリート」を用いて、上記で得られたセメント急硬剤を搬送し、吹付コンクリート中のセメント100質量部に対して7質量部となるように、吹付コンクリートに混合して、急結性吹付コンクリートとし、これをノズルから平面状の吹付面に対して吹付けた。ノズルと吹付面との距離を2.0cmとした。
このとき、吹付面からの急結性吹付コンクリートのリバウンド(跳ね返りの程度)について観察した。
急結性吹付コンクリートのリバウンドが無いか、実用上問題ない範囲の場合を○とし、作業性を低下する程度にリバウンドが発生する場合を×として、セメント急結剤の吹きつけ性について評価した。
Claims (10)
- 3CaO・Al2O3(C3A)を含むC3A含有粉末と、
12CaO・7Al2O3(C12A7)を含むC12A7含有粉末と、を含む、
セメント急結剤であり、
前記C12A7の非晶質化率が、50質量%以上であり、
前記C 3 A含有粉末及び前記C 12 A 7 含有粉末の少なくとも一方のブレーン比表面積が2,000cm 2 /g~9,000cm 2 /gである、セメント急結剤。 - 請求項1に記載のセメント急結剤であって、
前記C3A含有粉末は、主成分として前記C3Aを含み、前記C12A7含有粉末は、主成分としてC12A7を含む、セメント急結剤。 - 請求項1又は2に記載のセメント急結剤であって、
前記セメント急結剤に含まれる前記C3A含有粉末及び前記C12A7含有粉末の合計を100質量%としたとき、C3Aの含有量は、1質量%以上40質量%以下である、セメント急結剤。 - 請求項1~3のいずれか一項に記載のセメント急結剤であって、
前記セメント急結剤に含まれる前記C3A含有粉末及び前記C12A7含有粉末の合計を100質量%としたとき、MgOの含有量が、5質量%以下である、セメント急結剤。 - 請求項1~4のいずれか一項に記載のセメント急結剤であって、
下記の手順で得られる、温度上昇率が2.6以上5.0以下である、セメント急結剤。
(手順)
室温20℃、相対湿度90%の環境下、当該セメント急結剤20g、及び水100gを30秒混合して、120gのサンプルを、プラスチック製容器中に作製する。作製直後の前記サンプルの初期温度をT0とし、作製後から30分後の温度をT30としたとき、前記温度上昇率について、式(T30-T0)/T0から算出する。 - 請求項1~5のいずれか一項に記載のセメント急結剤であって、
前記C3Aの非晶質化率が、60質量%以下である、セメント急結剤。 - 請求項1~6のいずれか一項に記載のセメント急結剤であって、
硫酸カルシウム、アルカリ金属硫酸塩、アルカリ金属炭酸塩、及び水酸化カルシウムからなる群から選ばれる一又は二以上を含む、セメント急結剤。 - 請求項1~7のいずれか一項に記載のセメント急結剤であって、
粉末状の、セメント急結剤。 - 請求項1~8のいずれか一項に記載のセメント急結剤と、
セメントと、を含む、セメント組成物。 - 請求項9に記載のセメント組成物であって、
吹付け材料に用いる、セメント組成物。
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