JPH04331750A

JPH04331750A - セメント混和材及びセメント組成物

Info

Publication number: JPH04331750A
Application number: JP3126502A
Authority: JP
Inventors: Toshio Mihara; 三原　敏夫; Hidehiro Tanaka; 秀弘田中; Toru Yagi; 徹八木
Original assignee: Denki Kagaku Kogyo KK
Current assignee: Denka Co Ltd
Priority date: 1991-05-01
Filing date: 1991-05-01
Publication date: 1992-11-19
Anticipated expiration: 2016-03-26
Also published as: JP3150164B2

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、主として土木・建築分
野において使用される、強度発現や寸法安定性に優れた
セメント混和材及びセメント組成物に関する。

【０００２】

【従来の技術とその課題】従来、繊維をモルタルに配合
した繊維強化モルタルは、通常のモルタルに比べて、曲
げ強度、引張強度、及び靱性等に優れるため、構造物な
どに広く使用されている。

【０００３】しかしながら、従来の繊維強化モルタルは
、乾燥収縮が大きいことや、初期の強度発現が遅いため
、実用上、蒸気養生やオートクレーブ養生をしなければ
ならないという課題があった。

【０００４】これに対し、本出願人は、高炉水砕スラグ
−セメント−カルシウムアルミネート−石膏からなる組
成物を提案し（特開昭５８−２２３６５号公報）、寸法
安定性や強度発現性を改良したが、特定の組成を有する
アルミノケイ酸カルシウムガラスを使用することにより
、寸法安定性や強度発現性が、さらに改良できるとの知
見を得て本発明を完成するに至った。

【０００５】

【課題を解決するための手段】即ち、本発明は、ポゾラ
ン物質、アルミノケイ酸カルシウムガラス、及び無機硫
酸塩を有効成分とするセメント混和材であり、それらと
繊維を有効成分とするセメント混和材であり、さらには
、セメントとそれらセメント混和材を含有してなるセメ
ント組成物である。

【０００６】以下、本発明を詳しく説明する。

【０００７】本発明に係るポゾラン物質は、火山灰、ケ
イ藻土、及びケイ酸白土等の天然ポゾラン、並びに、高
炉スラグ、フライアッシュ、及びシリカヒューム等の人
工ポゾランなどが挙げられる。そのうち、高炉スラグと
フライアッシュの使用が、工業生産の面から好ましい。

【０００８】ここで、高炉スラグは、高炉より生成され
るスラグを水砕したものが通常使用され、成分としては
、特に制限されるものではなく、ＪＩＳ　塩基度が１．
８０程度以上あれば使用可能である。高炉スラグの粉末
度は、ブレーン比表面積で２，０００ｃｍ２／ｇ以上が
好ましく、３，５００〜６，０００ｃｍ２／ｇがより好
ましい。

【０００９】また、フライアッシュとは、火力発電所で
微粉炭を燃焼する際に排出される石炭灰の一部として、
クリンカーアッシュやシンダーアッシュとともに副生さ
れるものである。フライアッシュの化学組成は、ＳｉＯ
２５５〜６５重量％、Ａｌ２Ｏ３２０〜３０重量％であ
り、その他に、Ｆｅ２Ｏ３、ＣａＯ、ＳＯ３、及びＭｇ
Ｏ等が含まれるものが使用可能である。また、ＪＩＳ　
Ａ　６２０１で規格したフライアッシュも使用可能であ
る。フライアッシュの粉末度は、ブレーン比表面積で４
，０００ｃｍ２／ｇ以上のものが好ましい。

【００１０】ポゾラン物質の使用量は、セメントとポゾ
ラン物質の合計１００重量部に対して、３０〜８０重量
部が好ましい。３０重量部未満では寸法安定性の面から
好ましくなく、８０重量部を越えると強度発現の面から
好ましくない。

【００１１】本発明に係るアルミノケイ酸カルシウムガ
ラス（以下ＣＡＳガラスという）は、その組成領域とし
て、ＣａＯ３０〜６０重量％、Ａｌ２Ｏ３２０〜６０重
量％、及びＳｉＯ２５〜２５重量％が好ましく、ＣａＯ
３０〜５５重量％、Ａｌ２Ｏ３３０〜６０重量％、及び
ＳｉＯ２１０〜２０重量％がより好ましい。ＣａＯが３
０重量％未満あるいはＡｌ２Ｏ３が６０重量％を超える
と、急硬性に劣る傾向があり、逆に、ＣａＯが６０重量
％を超えるかあるいはＡｌ２Ｏ３が２０重量％未満であ
ると、凝結調整剤を多量添加しても瞬結してしまい、作
業性の面から好ましくない。また、ＳｉＯ２が５重量％
未満であると、長期的な強度の伸びが期待できず、逆に
２５重量％を超えると初期強度が小さい傾向がある。

【００１２】なお、一般の工業原料には、ＭｇＯ、Ｆｅ
２Ｏ３、ＴｉＯ２、Ｋ２Ｏ、及びＮａ２Ｏ等の不純物が
当然含まれている。これらの不純物は、ＣａＯ−Ａｌ２Ｏ３−ＳｉＯ２系の
ガラス化領域を拡張することから、１０重量％未満まで
の存在は好ましく、また、急硬性、作業性、及び長期強
度の伸び等の諸特性に問題は生じない。また、ＣＡＳガ
ラス製造の際に、一般的なガラスの融剤であるＮａＮＯ
３やＫＮＯ３などの硝酸アルカリ、フッ化カルシウム、
及びホウ砂等を加えることは、ガラスの融点を下げるこ
とから好ましい。

【００１３】本発明でいうガラスとは、熱分析から求め
られる、「ガラス転移点を示すもの」である。なお、全
てがガラス質である必要はなく、ガラス化率が５０重量
％以上であることが好ましく、７０重量％以上がより好
ましく、８０重量％以上が最も好ましい。５０重量％未
満では、初期強度が小さくなる傾向がある。なお、ガラ
ス化率は、例えば、本発明においては、ＣＡＳガラスを
、１，０００℃で２時間加熱して溶融し、その後、５℃
／分の冷却速度で徐冷し、粉末Ｘ線回折法により求めた
結晶鉱物のメインピークの面積Ｓ０とＣＡＳガラス中の
結晶のメインピークの面積Ｓから数１に従って算出した
。

【００１４】

【数１】

【００１５】ＣＡＳガラスは、例えば、平均的な化学組
成が、ＣａＯ４０〜４３重量％、ＭｇＯ５〜８重量％、
Ａｌ２Ｏ３１３〜１５重量％、及びＳｉＯ２３１〜３５
重量％である、冶金や金属製練などで副生する高炉水砕
スラグの組成とは全く異なるものである。また、ＣＡＳ
ガラスは、アルミナセメントの組成とは全く異なるもの
である。即ち、通常のアルミナセメントのＳｉＯ２量は
５重量％未満であり〔笠井順一、コンクリート工学、第
２２巻、第８号、第６７頁（１９８４）〕、さらに、ガ
ラス化率は２５％を越えることはない〔１９６４年、ロ
ンドン市アカデミック　　プレス　　インコーポレーテ
ッド　　リミテッド発行、Ｈ．Ｆ．Ｗ．Ｔａｙｌｏｒ著
、ザ　　ケミストリー　　オブ　　セメント（Ｔｈｅ　
Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ　ｏｆ　Ｃｅｍｅｎｔ）、第２巻、
第１６頁〕。

【００１６】本発明に係るＣＡＳガラス製造用原料とし
ては、ＣａＯ質原料、Ａｌ２Ｏ３質原料、及びＳｉＯ２
質原料が挙げられる。ＣａＯ質原料としては、生石灰、
消石灰、及び石灰石等が、また、Ａｌ２Ｏ３質原料とし
ては、アルミナ、ボーキサイト、ダイアスポア、長石、
及び粘土等が、さらには、ＳｉＯ２質原料としては、ケ
イ砂、白土、及びケイ藻土等が使用可能である。また、
比較的安価な高炉スラグに、ＣａＯ質原料とＡｌ２Ｏ３
質原料を補うことも可能である。本発明に係るＣＡＳガラスは、以上のＣａＯ質原料、Ａ
ｌ２Ｏ３質原料、及びＳｉＯ２質原料を所定の割合で配
合し、直接通電式溶融炉や高周波炉などを用いて溶融し
、得られた溶融体を圧縮空気や高圧水により吹飛ばす方
法、あるいは、水中に流し込む方法などにより製造され
る。さらには、ロータリーキルンで溶融し、急冷するこ
とによっても製造することが可能である。ＣＡＳガラス
の粉末度は細かければ細かいほど反応性が向上するので
好ましく、特に、ブレーン比表面積で３，０００ｃｍ２
／ｇ以上が好ましい。

【００１７】本発明に係る無機硫酸塩とは、アルカリ金
属又はアルカリ土類金属の硫酸塩であり、そのうち無水
、半水並びに二水の硫酸カルシウムが好ましく、中でも
ＩＩ型無水セッコウが特に好ましい。無機硫酸塩の粉末
度は、ブレーン比表面積で３，０００ｃｍ２／ｇ以上が
好ましい。無機硫酸塩の使用量は、ＣＡＳガラス１００重量部に対
して、５０〜３００重量部が好ましく、１００〜２００
重量部がより好ましい。５０重量部未満では強度発現の
面で好ましくなく、３００重量部を越えると寸法安定性
の面から好ましくない。

【００１８】本発明では、ＣＡＳガラスと無機硫酸塩を
急硬材として使用する。急硬材の使用量は、ポゾラン物
質とセメントの合計１００重量部に対して、１０〜３０
重量部が好ましく、１５〜２５重量部がより好ましい。１０重量部未満では初期強度増進効果は少なく、３０重
量部を越えても強度発現の伸びが少なく、かつ、経済的
でない。

【００１９】ここで、本発明に係るセメントとしては、
各種ポルトランドセメントや、それらに高炉スラグ、フ
ライアッシュ又はシリカを混合した各種混合セメント、
さらには、中庸熱セメント、白色セメント、及びコロイ
ドセメント等の特殊セメント等が挙げられる。

【００２０】本発明において、急硬材を、ポゾラン物質
とセメントに混和したとき、凝結が極めて短時間に開始
することがあるが、このような場合には、セメントの凝
結遅延作用を有する凝結調節剤を使用することが好まし
い。ここで、凝結調節剤としては、クエン酸、酒石酸、
グルコン酸、コハク酸、及びマレイン酸等の有機酸又は
それらの塩類、さらに、それらと炭酸ナトリウムや炭酸
カリウムなどの炭酸アルカリの混合物等が使用可能であ
る。凝結調節剤の使用量は、ポゾラン物質とセメントの
合計１００重量部に対して、通常２重量部以下が好まし
い。

【００２１】また、市販の減水剤の使用も可能であり、
それ相当の効果が得られる。

【００２２】さらに、本発明においては、モルタルやコ
ンクリートに通常使用される他の混和材料を併用するこ
とも可能である。他の混和材料としては、例えば、骨材
、ポリマーエマルジョンやラテックス、シリコーン樹脂
などの撥水剤、着色剤、ＡＥ剤、ＡＥ減水剤、流動化剤
、防錆剤、メチルセルロースなどの保水剤、塩化カルシ
ウムやケイ酸ソーダなどの防水剤、発泡剤、起泡剤、水
酸化カルシウムなどのカルシウム塩、並びに防凍剤等が
挙げられ、その中の一種又は二種以上を、本発明の目的
を実質的に阻害しない量で併用することが可能である。

【００２３】本発明に係る繊維としては、カーボン繊維
、ガラス繊維、耐アルカリガラス繊維、アルミナ繊維、
ボロン繊維、及びアスベスト等の無機繊維、ポリプロピ
レン繊維、ナイロン繊維、アクリル繊維、ポリエチレン
繊維、ビニロン繊維、アラミド繊維、及びポリアセター
ル繊維等の有機繊維、並びに鋼繊維などの金属繊維等が
挙げられる。これらの繊維はその繊維の持つ、例えば、
繊維長、繊維径、密度、ヤング率、引張強度、及びアス
ペクト比等の性質によって各用途に使いわけられるが、
いずれの場合にも使用可能である。繊維の使用量はセメ
ント組成物１００容積部に対して、通常、０．０５〜１
０容積部が好ましいが、特にこれに限るものではない。

【００２４】本発明のセメント混和材やセメント組成物
の混合装置は、特に制限されるものではないが、例えば
、傾胴ミキサー、千代田技研工業社製のオムニミキサー
、Ｖ型ミキサー、ヘンシェルミキサー、及びナウターミ
キサー等の既存のいかなる撹拌装置も使用可能である。

【００２５】また、各材料の混合方法は特に制限される
ものではなく、各々の材料を施工時に混合してもよく、
予め一部もしくは全部を混合しておくことも可能である
。さらに、本発明のモルタルの製造方法としては、モル
タル吹付ガンよりモルタルを、チョッパーガンより圧搾
ガスで繊維を、同時に吹付ける方法、あるいは、ミキサ
ー中にモルタルと繊維を混合し、型枠中に型詰する方法
などのいずれであってもよく、それらの成形方法には制
約を受けない。

【００２６】本発明のセメント組成物を使用したモルタ
ルは、短時間で脱型に必要な強度を発現し、耐久性や寸
法安定性に優れたものである。本発明の製品の強度は、
ＣＡＳガラスと無機硫酸塩の割合、または、ＣＡＳガラ
スと無機硫酸塩からなる急硬材の、ポゾラン物質とセメ
ントへの使用量によって、調整される。

【００２７】また、熱風や蒸気などで加熱することによ
り、さらに、短時間で脱型に必要な強度を得ることも可
能である。

【００２８】

【実施例】以下、本発明をさらに詳しく説明する。

【００２９】実施例１市販特級試薬のＣａＣＯ３、Ａｌ２Ｏ３、及びＳｉＯ２
を混合し、その混合物３００ｇをカーボンるつぼに入れ
、高周波炉で約２，０００℃に加熱溶融した後、水中に
入れ急冷し、表１に示したＡ〜Ｎの１４種のＣＡＳガラ
スを合成した。なお、Ａ、Ｂ、Ｈ、Ｊ、Ｋ、及びＮは、
ＣａＯ−Ａｌ２Ｏ３−ＳｉＯ２系のガラス化領域内に無
いため、ＣａＦ２を外割りで１重量％添加して溶融し、
急冷することによりガラス化した。これらのＣＡＳガラ
スをそれぞれブレーン比表面積で４，０００ｃｍ２／ｇ
になるまで粉砕した。分析結果を表１に併記する。

【００３０】

【表１】

【００３１】次に、セメント４０重量部、ポゾラン物質
α６０重量部、無機硫酸塩１５重量部、及び骨材８０重
量部に、表２に示す配合のＣＡＳガラスと繊維を混合し
てモルタルを作製し、圧縮強度と寸法安定性を測定した
。供試体の大きさは４×４×１６ｃｍであり、水／（セ
メント＋ポゾラン物質）比は４０％で、養生条件は２０
℃、６５％ＲＨであった。なお、各材料の混合には、ナ
ウターミキサーを使用した。結果を表２に併記する。

【００３２】＜使用材料＞セメント　　：電気化学工業社製、普通ポルトランドセ
メントポゾラン物質α：高炉スラグ、新日鉄社製、ブレーン３
，８００ｃｍ２／ｇＣＡＳガラス：表１無機硫酸塩：ＩＩ型無水セッコウ、ブレーン比表面積５
，９００ｃｍ２／ｇ繊維　　　　ａ：炭素繊維、呉羽化学工業社製商品名「
クレカチョップＣ−１０３　Ｔ」骨　　材　　　　：けい砂７号

【００３３】＜測定方法＞圧縮強度　　：ＪＩＳ　Ｒ　５２０１に準じて測定した
。養生条件は、２０℃、６５％ＲＨ寸法安定性：収縮率、ＪＩＳ　Ａ　１１２９に準じ、成
形２４時間後に基長測定を行い、ダイヤルゲージ法によ
って測定した。

【００３４】

【表２】

【００３５】実施例２ＣＡＳガラスＥ１０重量部を用い、表３のように、ポゾ
ラン物質と繊維の種類を代えたこと以外は実施例１と同
様に行った。結果を表３に併記する。

【００３６】＜使用材料＞ポゾラン物質β：フライアッシュ、常磐火力産業社製、
ブレーン４，６００ｃｍ２／ｇ〃　　γ：シリカヒューム、日本重化社製繊維　　　　
ｂ：ポリプロピレン繊維、日本帝国産業社製商品名「タ
フライト」〃　　ｃ：ビニロン繊維、クラレ社製商品名「クラロン
ＲＫＷ　１８２×６」直径１４μ比重１．３〃　　ｄ：アラミド繊維、デュポン社製商品名「ケプラ
ー」〃　　ｅ：アクリル繊維、ヘキスト社製商品名「ド
ラニット１０」

【００３７】

【表３】

【００３８】実施例３ＣＡＳガラスＥ１０重量部を用い、表４に示すように、
セメントとポゾラン物質の量を代えたこと以外は実施例
１と同様に行った。結果を表４に併記する。

【００３９】

【表４】

【００４０】実施例４表５に示すように、ＣＡＳガラスと無機硫酸塩の量を代
えたこと以外は実施例１と同様におこなった。結果を表
５に併記する。

【００４１】

【表５】

【００４２】

【発明の効果】本発明のセメント混和材を使用すること
によって、強度発現が良好で、硬化後の寸法安定性の良
い、セメント組成物が得られる。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】　　ポゾラン物質、アルミノケイ酸カルシ
ウムガラス、及び無機硫酸塩を有効成分とするセメント
混和材。
【請求項２】　　ポゾラン物質、アルミノケイ酸カルシ
ウムガラス、無機硫酸塩、及び繊維を有効成分とするセ
メント混和材。
【請求項３】　　セメントと、請求項１又２記載のセメ
ント混和材を含有してなるセメント組成物。