JPH04238847A

JPH04238847A - 水硬性セメント

Info

Publication number: JPH04238847A
Application number: JP2415448A
Authority: JP
Inventors: Toshisuke Habara; 俊祐羽原; Daisuke Sawaki; 大介沢木; Koji Nomura; 幸治野村
Original assignee: Onoda Cement Co Ltd
Current assignee: Onoda Cement Co Ltd
Priority date: 1990-12-28
Filing date: 1990-12-28
Publication date: 1992-08-26
Anticipated expiration: 2010-08-09
Also published as: JPH0774086B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、水和による発熱量を従
来のポルトランドセメントより大幅に低減した低発熱性
ポルトランドセメント、またその早期強度を改良した水
硬性セメントに関するものである。本セメントを使用す
ることにより、ダムや橋脚等のマスコンクリート構造物
においても、水和熱の蓄積による断熱温度上昇は低く抑
えられ、熱応力によるひび割れの発生が防止される。

【０００２】

【従来の技術】ダムや橋脚等のマスコンクリート構造物
においては、セメントの水和により発生した熱がコンク
リート矩体内部に蓄積され温度が上昇する、いわゆる断
熱温度上昇の現象が著しい。これにより熱応力が発生し
、ひび割れ等を引き起し、コンクリートの強度及び耐久
性を大きく損なう。そのため従来マスコンクリートには
、ポルトランドセメントの構成鉱物の中で最も水和熱の
大きなＣ３　Ａ（３ＣａＯ・Ａｌ２　Ｏ３　）の含有量
を、普通ポルトランドセメントの９％より低減し、５〜
６％とした中庸熱セメントや、スラグやフライアッシュ
のように反応による発熱量が小さい成分を混合した高炉
セメント、フライアッシュセメント等の混合セメントが
使用されてきた。しかし、近年土木・建築構造物の大型
化に対応して、更に発熱量を低減したセメントへの要求
が高まり、従来の中庸熱セメントでは性能的に十分では
ない場合が多くなっている。（尚、ポルトランドセメン
トの主成分を構成する水硬性鉱物３ＣａＯ・Ａｌ２　Ｏ
３　，２ＣａＯ・ＳｉＯ２　，３ＣａＯ・ＳｉＯ２　及
び４ＣａＯ・Ａｌ２　Ｏ３　・Ｆｅ２　Ｏ３　は以下の
説明においてそれぞれＣ３　Ａ，Ｃ２　Ｓ，Ｃ３　Ｓ及
びＣ４　ＡＦと記載する。）

【０００３】これに対して
、普通及び中庸熱ポルトランドセメントの含有量を３０
％以下にし、残余をスラグ又は／及びフライアッシュと
した混合型の超低発熱セメントがあるが、これらは長期
強度が低いため、コンクリートの単位セメント量を大き
くするか、または水セメント比を低減する必要があり、
そのためコンクリートの断熱温度上昇を２５℃以下にす
ることは困難であること、またポルトランドセメントの
含有量が３０％以下と少量であり、スラグ及びフライア
ッシュ等の混合材の品質変動が大きいこともあり、安定
した品質のセメントを供給し難いこと等の問題がある。一方、水和熱の小さいＣ２　Ｓを主要構成鉱物としたセ
メントは、Ｃ２　Ｓの含有量を調整することにより発熱
低減効果が得られるが、Ｃ２　Ｓの含有量がＣ３　Ｓよ
り多くなると、Ｃ２　Ｓの水和反応が著しく遅延し、材
令７日までの圧縮強度が数ｋｇｆ／ｃｍ２　または十数
ｋｇｆ／ｃｍ２　と低く、実用に供し難いという問題点
もあった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】したがって、本発明は
、従来の中庸熱セメント及び混合セメントより著しく低
発熱であり、長期強度は高強度を発現し、早期強度では
脱型などに耐える充分な強度が得られる低発熱セメント
を提供することである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、普通及
び中庸熱セメントなどに使用される従来のポルトランド
セメントクリンカー（Ｃ２　Ｓ含有量２５〜４０％）よ
りもＣ２　Ｓ含有量を多量にすることにより、セメント
自体の水和熱を従来の中庸熱セメントより大幅に低減し
、またこれにスラグを混合することにより一層の低発熱
化と短期強度の改善を可能とし、さらにスラグの刺激剤
として水酸化カルシウム又は／及び硫酸カルシウムを用
い、さらに早強性を得るため刺激材として比表面積の大
きなＣ２　Ｓを添加することにより、セメントの短期強
度をさらに改善することが可能となった。すなわち、本
発明は、Ｃ２　Ｓを５０〜９５重量％含有する低発熱性
ポルトランドセメントクリンカーから調製したポルトラ
ンドセメント（ａ）４０〜９０重量％，高炉スラグ粉末
（ｂ）８〜５０重量％，残余の２〜１０重量％が水酸化
カルシウムを主成分とする粉末（ｃ）及び／又は硫酸カ
ルシウムを主成分とする粉末（ｄ）からなり、ブレーン
比表面積（Ｂｌ′）を３，０００〜６，０００ｃｍ２／
ｇに調整した水硬性セメント、および上記水硬性セメン
ト５０重量％以上と、残余が５０００ｃｍ２　／ｇ以上
の高比表面積を有するＣ２Ｓを７０重量％以上含む粉末
（ｅ）とからなる水硬性セメントによって前記課題を解
決したものである。以下に本発明の作用を詳細に説明す
る。

【０００６】

【作用】ポルトランドセメントは、Ｃ３　Ｓ，Ｃ２　Ｓ
，Ｃ３　Ａ，Ｃ４　ＡＦの４種類の水硬性鉱物を主成分
とするクリンカーに、適当量の石膏を混合し粉砕したも
のである。ポルトランドセメントが水に接触すると、こ
れら４種の水硬性鉱物及び石膏は水和反応により水和物
を生成し、硬化し、強度を発現するが、その際反応系と
生成系の溶解熱の差に対応した水和熱が発生する。各鉱
物の完全水和時の水和熱を比較すると、Ｃ３　Ｓは１２
０ｃａｌ／ｇ，Ｃ３　Ａは２０７ｃａｌ／ｇ，Ｃ４　Ａ
Ｆは１００ｃａｌ／ｇであるが、Ｃ２　Ｓは６２ｃａｌ
／ｇと低い。一方それらの強度発現性は、材令９１日以
降ではＣ２　ＳはＣ３　Ｓとほぼ同等である。このこと
から、セメントの水和熱を低減するためには、Ｃ３　Ｓ
及びＣ３　Ａの含有量を低減し、Ｃ２　Ｓの含有量を増
大することが有効であることがわかる。従来のポルトラ
ンドセメントでは中庸熱セメントがＣ２　Ｓの含有量が
４０％と最も高かったが、本発明ではこれよりさらにＣ
２　Ｓの含有量を増大し、５０〜９５％とした。Ｃ２　
Ｓが５０％以下では、中庸熱セメントと同程度の水和熱
を示し、コンクリートの断熱温度上昇低減の点で十分で
はない。またクリンカーの焼成時には、液相成分として
若干の間隙質（Ｃ４　ＡＦ）が存在することが必要であ
り、これが存在しないと焼成が困難であるので、Ｃ２　
Ｓが９５％以上は好ましくない。

【０００７】このようなＣ２　Ｓを主成分とするセメン
トは、前述したように初期強度が低く、特にＣ２　Ｓが
８０％以上の場合、ＪＩＳモルタルの圧縮強度は材令３
日で１０ｋｇｆ／ｃｍ２　以下、７日で１５ｋｇｆ／ｃ
ｍ２　以下であり、実用上問題があった。そこでこれに
スラグ及びその水和刺激剤として２〜１０％の水酸化カ
ルシウム及び／または硫酸カルシウムを混合すると、ス
ラグは材令初期から刺激剤の影響により活発に反応し、
またその後Ｃ２　Ｓの水和により副生するＣａ（ＯＨ）
２　と反応してＣ−Ｓ−Ｈ（ＣａＯ−ＳｉＯ２　−Ｈ２
　Ｏ）を生成し、硬化体の早期，中期及び長期強度の増
進に寄与する。ここでスラグの量は、８〜５０重量％が
適切であり、８％以下では短期強度の改善効果が小さく
、また５０％を越えると長期強度の増進が小さい。水酸
化カルシウム及び／または硫酸カルシウムの添加量は２
〜１０重量％が適切であり、２％以下ではスラグの水和
促進効果が少なく、１０％以上では長期強度の低下を招
く。またこの混合セメントのブレーン比表面積は、３，
０００〜６，０００ｃｍ２　／ｇが適切であり、３，０
００ｃｍ２　／ｇ以下では水和が緩慢であり、また混練
後のフレッシュモルタル及びコンクリートにおいてブリ
ージングを生ずる等の問題があり、また６，０００ｃｍ
２　／ｇ以上では混練水量が増大し適当ではない。

【０００８】上述のセメント５０〜９６％に対し、微粉
砕又は低温假焼により調製した５０００ｃｍ２　／ｇ以
上、好ましくは１００００ｃｍ２　／ｇ以上の高比表面
積を有し、７０％以上のＣ２　Ｓからなる粉末を残余の
成分として混合することにより、水和熱を上昇させるこ
となく、初期強度をさらに改善することができる。この
Ｃ２　Ｓの混合量は５０％以下が好ましく、５０％以上
では混練水量が増加するので好ましくない。

【０００９】本発明のセメントは、以上のようにＣ２　
Ｓ含有量を従来の中庸熱セメントより大きくしたポルト
ランドセメントにスラグと水酸化カルシウムを主成分と
する粉末及び／又は硫酸カルシウムを主成分とする粉末
を混合したもの、またさらにポルトランドセメント中の
Ｃ２　Ｓの一部を高比表面積のＣ２　Ｓで置き換えたも
のということができる。

【００１０】

【実施例】以下に実施例をあげて説明する。鉱物組成の
異なるクリンカー１０種類を焼成により合成し、粗砕し
た後、それぞれに排脱二水石膏（Ｂｌ′７，３５０ｃｍ
２　／ｇ）をＳＯ３　分として１．８％になるように混
合し、ブレーン比表面積３，３００ｃｍ２　／ｇまで粉
砕して試料Ｎｏ．１〜１１のセメントを得た。

【００１１】試料Ｎｏ．１は従来の中庸熱セメントと同
じ鉱物組成のセメントである。クリンカー中にＣ２　Ｓ
を８６％含有するセメント（試料Ｎｏ．９）をベースと
し、これに高炉スラグ（Ｂｌ′粉末度４，５００ｃｍ２
　／ｇ）を内割りで５〜９０％混合して試料Ｎｏ．１２
〜１７を、またＣ２　Ｓを４２％及び８６％含有するセ
メント（試料Ｎｏ．２及び９）に、５〜８０％のスラグ
と各々４％のＣａ（ＯＨ）２　（消石灰，Ｂｌ′４，４
５０ｃｍ２　／ｇ）及び排脱二水石膏（上記と同様のも
の）を混合して試料Ｎｏ．１８〜２３及び２４〜２９を
、試料Ｎｏ．９に５〜８０％のスラグと各々７％のＣａ
（ＯＨ）２　と二水石膏を混合して試料Ｎｏ．３０〜３
５を得た。また同じ試料Ｎｏ．９に、スラグとＣａ（Ｏ
Ｈ）２　を混合して試料Ｎｏ．３６〜３９を、スラグと
二水石膏を混合して試料Ｎｏ．３９〜４１を得た。

【００１２】さらにスラグ、Ｃａ（ＯＨ）２　及び石膏
を混合したセメント（試料Ｎｏ．４４）をベースとし、
これに微粉砕または低温假焼により調製したＣ２　Ｓ粉
末を、内割りで最大７０％まで混合して試料Ｎｏ．４５
〜５２を得た。これら４７種類のセメントを用いて、コ
ンクリートの圧縮強度試験及び断熱温度上昇試験を実施
した。コンクリートの配合は、単位セメント量を３００
ｋｇ／ｍ３　，砂骨材比Ｓ／Ａ＝０．４３とし、単位水
量はスランプが１１ｃｍになるように調節した。圧縮強
度は、φ１０ｃｍ×２０ｃｍの円柱型供試体を成型し、
湿空で１日養生後脱型し、２０℃水中で所定の材令まで
養生した後測定した。また断熱温度上昇は、２０℃で混
練直後のフレッシュコンクリートを測定容器に投入し、
断熱条件に保ちながら、コンクリート中心部にセットし
た熱電対で矩体中心温度を経時的に測定し、温度がほぼ
一定となる７日においての温度と打設温度との差から上
昇値を求めた。〔表１〕に測定結果をまとめて示す。〔
表１〕において、比較の記載のない試料は本発明による
水硬性セメント試料である。

【００１２】

【表１】

【００１３】＊１：Ｎｏ．１は中庸熱セメントと同じ鉱
物組成のクリンカー。＊２：化学分析値（ＣａＯ，ＳｉＯ２　，Ａｌ２　Ｏ３
　，Ｆｅ２　Ｏ３　）をもとに、ボーグの式により算出
した値。＊３：（ｃ）　は水酸化カルシウムを主成分とする粉末
、（ｄ）　は硫酸カルシウムを主成分とする粉末、（ｅ
）　は微粉砕または低温假焼により調製したＣ２　Ｓ粉
末。＊４：コンクリートの配合は、単位セメント量を３００
ｋｇ／ｍ３　、砂／骨材比を０．４３とし、単位水量は
スランプが１１ｃｍとなるように調整した。

【００１４】試料Ｎｏ．１（中庸熱セメント）の７，２
８，９１日の圧縮強度は、それぞれ１６０，３９５，４
８０ｋｇｆ／ｃｍ２　、断熱温度上昇（ΔＴ）は３８．
０°である。Ｃ２　Ｓが４２％及び４５％の試料Ｎｏ．
２，３は、ΔＴは試料Ｎｏ．１より０．８及び１．７°
低いだけであり、大きな発熱量の低減は見られないが、
試料Ｎｏ．４以降（Ｃ２　Ｓが５２％以上）ではＣ２　
Ｓの増加に応じてΔＴは低下する。特にＣ２Ｓ８６％以
上の（試料Ｎｏ．９〜１１）では２０°以下と、前述の
スラグ−フライアッシュ混合型超低熱セメントより５°
以上も低くなる。しかし同時に短期強度が低下し、Ｃ２
　Ｓ８０％以上（試料Ｎｏ．８〜１１）では７日強度は
２０ｋｇｆ／ｃｍ２　以下となる。このようにＣ２　Ｓ
の増加は初期強度を大きく低下させる。

【００１５】コンクリートの実施工においては、脱型等
の作業上、圧縮強度は７日で１００ｋｇｆ／ｃｍ２　、
２８日で２５０ｋｇｆ／ｃｍ２　以上が望ましく、また
それが確保されず高温養生等を行なう場合も、７日強度
は５０ｋｇｆ／ｃｍ２　以上を確保することが望ましい
。また９１日強度は、スラグ・フライアッシュ混合型超
低熱セメントでは３９０ｋｇｆ／ｃｍ２　と低いことが
短所であり、４５０ｋｇｆ／ｃｍ２　以上が望ましい。

【００１６】試料Ｎｏ．９にスラグを混合した場合（試
料Ｎｏ．１２〜１７）は、５〜３０％では７，２８日強
度ともに望ましい値を下回るが、５０％以上では７日強
度５０ｋｇｆ／ｃｍ２　以上、２８日強度は２５０ｋｇ
ｆ／ｃｍ２　以上が確保され、またΔＴは、１９．１＝
１９．６°と、スラグの混合による増加は見られない。しかしこの場合は、９１日強度は４５０ｋｇｆ／ｃｍ２
　以下である。

【００１７】試料Ｎｏ．２にスラグと各々４％のＣａ（
ＯＨ）２　及び二水石膏を混合した場合（試料Ｎｏ．１
８〜２３）は断熱温度上昇の低減効果は余り大きくなく
、超低発熱セメントの２５°に近い値にするにはスラグ
は８０％程度混合する必要があり（２７．４°）、その
場合コンクリートの９１日強度は４００ｋｇｆ／ｃｍ２
　以下に低下する。

【００１８】一方、試料Ｎｏ．９にスラグと各々４％の
Ｃａ（ＯＨ）２　及び二水石膏を混合した場合（試料Ｎ
ｏ．２４〜２９）、スラグが５％では７日強度が５０ｋ
ｇｆ／ｃｍ２　に満たないが、８〜５０％では各材令の
強度とも要求値を満足する。スラグが５０％を越えると
、スラグのみ混合の場合と同様に、９１日強度は４５０
ｋｇｆ／ｃｍ２　以下に低下する。各々７％のＣａ（Ｏ
Ｈ）２　及びスラグを混合した場合（試料Ｎｏ．３０〜
３５）は、７及び２８日強度は４％の場合と大差なく、
また９１日強度はスラグのみを混合した場合よりも低く
なる。さらにＣａ（ＯＨ）２　または二水石膏の一方を
混合した場合（試料Ｎｏ．３６〜４３）は、どちらの場
合も１０％を超えると９１日強度が４５０ｋｇｆ／ｃｍ
２　以下になる。

【００１９】以上の結果から高Ｃ２　Ｓセメントクリン
カー中のＣ２　Ｓ含有量は、水和熱低減の点から５０％
以上が望ましく、またこのセメントに対する各混合材の
混合比は、スラグは８〜５０％が、またＣａ（ＯＨ）２
　と二水石膏はそれらのうち一方のみを混合する場合も
両方を混合する場合も、合計で２〜１０％が望ましい。

【００２０】さらに微粉砕または低温假焼により調製し
たＣ２　Ｓ粉末を添加した場合（試料Ｎｏ．４４〜５２
）、混合割合に応じて各材令の強度、特に７日強度が増
大し、５０％混合（試料Ｎｏ．５０）では各材令とも中
庸熱セメントとほぼ同等となる。またその場合の△Ｔの
増加は小さく、最大でも２０．４℃である。しかし５０
％以上を混合した場合は、セメントの流動性が低下し、
コンクリートの単位水量が増加するため、すべての材令
で強度は低下し、特に９１日強度が大きく低下する。し
たがってこのようなＣ２　Ｓ粉末の混合比は、内割で５
〜５０％が適切である。

【００２１】

【発明の効果】上述のように本発明の水硬性セメントは
、水和による発熱量を従来のポルトランドセメントより
大幅に低減し、また早期強度発現性を改善し、断熱温度
上昇は約２０°、強度発現性は従来の中庸熱セメント並
みの性能を示す。

【表１】

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】Ｃ２　Ｓを５０〜９５重量％含有する低発
熱性ポルトランドセメントクリンカーから調製したポル
トランドセメント（ａ）４０〜９０重量％，高炉スラグ
粉末（ｂ）８〜５０重量％，残余の２〜１０重量％が水
酸化カルシウムを主成分とする粉末（ｃ）及び／又は硫
酸カルシウムを主成分とする粉末（ｄ）からなり、ブレ
ーン比表面積を３，０００〜６，０００ｃｍ２　／ｇに
調整した水硬性セメント。
【請求項２】請求項１に記載した水硬性セメント５０重
量％以上と、微粉砕または低温假焼により調整した残余
がブレーン比表面積５０００ｃｍ２　／ｇ以上でＣ２　
Ｓを７０重量％以上含む粉末（ｅ）とからなる水硬性セ
メント。