JPH089495B2 - セメント組成物の温度上昇抑制剤および温度上昇抑制方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はセメント組成物の温度上昇抑制剤および温度
上昇抑制方法に関する。

〔従来の技術〕

今日、コンクリート構造物の大型化および施工方法の
進歩発展によって大型急速施工が増加しているが、セメ
ントの水和熱によるコンクリート構造物の温度上昇に伴
って熱応力が生じ、この熱応力が原因となる構造物のひ
び割れ発生、あるいは残留した温度応力が設計上無視出
来ない場合がある。

特にマスコンクリートの重要な問題として、セメント
の水和発熱によりコンクリートの内部に大きな温度上昇
が生じ、その温度上昇に引き継いで起こる温度降下によ
る変形が隣接する岩盤や既設コンクリートに拘束された
り、また内部と表面の温度差により生じる一種の内的拘
束により生じる超大なひび割れの発生がある。

このコンクリートの温度応力を解析するために、現在
種々の方法でコンクリートの温度上昇の予測が行われて
いるが、マスコンクリートの温度上昇を決定する要因
は、セメントの混和材や骨材の種類および配合量、外気
温養生や施工全般など多岐にわたっている。しかし、コ
ンクリートの温度上昇は、セメントの水和発熱速度や水
和発熱量に起因しており、単位セメント量にほぼ比例す
ることから、セメントの水和発熱速度を制御できれば、
コンクリートの温度上昇も制御できることになる。従っ
て、一般的には中庸熱ポルトランドセメント、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、更に
中庸熱や普通ポルトランドセメントにスラグとフライア
ッシュを混合した三成分系の低発熱型のセメントを使用
することが望ましい。ところが、セメントの水和発熱速
度は系の温度に強く影響される。すなわち、系の温度が
高くなるほど水和は促進され、水和発熱速度は大きくな
る。そして、発生した熱が逸散しにくいマスコンクリー
ト内部では80℃以上にもなることが知られている。

〔発明が解決しようとする課題〕

従来から、マスコンクリートの温度上昇を抑えるため
に、超遅延剤とよばれるセメントの水和反応抑制剤（た
とえば、グルコン酸塩やケイフッ化物等）を加えること
が行われている。しかし、これらの超遅延剤は、所定量
を添加するとセメントの水和開始時間を延ばすことはで
きるものの、ひとたび水和が始まると無添加のコンクリ
ートと同様に急速に発熱してしまう。また、水和反応が
開始するまでは全く強度が出現しないなど問題が多い。

一方、デキストリンの溶解度が温度によって大きく異
なることを利用した遅延剤も知られている。この遅延剤
は室温では溶出速度が遅いためにセメントの水和反応に
与えるえ影響も少ないが、高温になるほど溶液中により
多く溶解し、セメントの水和反応を強く抑える作用があ
る。しかし、この場合にはデキストリンの溶出速度が温
度により異なることを利用しているため、コンクリート
中に遅延剤の拡散濃度分布ができ、欠陥となる可能性が
十分にある。また、有効にセメントの水和反応を遅延さ
せるためには、1.5％程度も添加しなくてはならず、価
格的にも高価なものとなってしまうなどの欠点があっ
た。

そこで本発明の技術的課題は、上述の問題点を解決し
たセメント組成物の温度上昇抑制剤および温度上昇抑制
方法を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上述課題を解決するため、本発明の請求項１に係るセ
メント組成物の温度上昇抑制剤は、セメントコンクリー
ト、セメントモルタル、およびセメントペースト等のセ
メント組成物への混和材料において、糖誘導体のグルコ
ノラクトン、グルコヘプトン酸−γ−ラクトン、糖酸−
1,4−ラクトン、α，β−グルコオクタン酸−γ−ラク
トン、アスコルビン酸、デヒドロアスコルビン酸、イソ
アスコルビン酸等のうち少なくとも１つからなるラクト
ンを含有することを特徴とする。

また、請求項２に係るセメント組成物の温度上昇抑制
方法は、セメントコンクリート、セメントモルタル、お
よびセメントペースト等のセメント組成物中に、糖誘導
体のグルコノラクトン、グルコヘプトン酸−γ−ラクト
ン、糖酸−1,4−ラクトン、α，β−グルコオクタン酸
−γ−ラクトン、アスコルビン酸、デヒドロアスコルビ
ン酸、イソアスコルビン酸等のうち少なくとも１つから
なるラクトンを、前記セメント組成物に対して0.01〜3.
0重量％混入することを特徴とする。

〔作用〕

このように構成したことにより、前記ラクトンは、同
一分子内のカルボキシル基と水酸基とがエステル結合を
しており、セメントのようなアルカリ生物質の存在下で
徐々に加水分解してカルボン酸を生成する。これらの物
質は著しくセメントの水和に与える影響が異なる。ラク
トンはそれ程遅延作用はないが、生成するヒドロキシカ
ルボン酸は非常に大きな遅延作用があり、そのために加
水分解速度の大きい高温において、常温での水和と比べ
て大きな遅延作用を生じる。

すなわち、前記ラクトンは水溶性であって、かつ徐々
に加水分解し、セメントの水和反応を遅延する効果の大
きなヒドロキシカルボン酸等が生成するために、マスコ
ンクリートの温度上昇速度を低下させる。

〔具体的構成例〕

本発明においてラクトンとは、ブチロラクトン、プロ
ピオラクトンなどのヒドロキシカルボン酸等の分子内エ
ステルを指すが、特に、糖誘導体のグルコノラクトン、
グルコヘプトン酸−γ−ラクトン、糖酸−1,4−ラクト
ン、α，β−グルコオクタン酸−γ−ラクトンやアスコ
ルビン酸、デヒドロアスコルビン酸、イソアスコルビン
酸等が望ましい。

さらに、この抑制剤は他の混和剤すなわち、リグニン
スルホン酸塩系、ナフタレンスルホン酸塩ホルマリン縮
合物などの減水剤やリグニンスルホン酸塩系やオキシカ
ルボン酸塩系、ケイフッ化物などの従来からよく知られ
た遅延剤と併用してもよい。また、マスコンクリート用
の水和発熱速度低減剤として知られているタンニン酸と
併用してもよい。

適用できるセメントとしては、普通、中庸熱、早強、
超早強、耐硫酸塩、白色ポルトランドセメントやシリカ
セメント、フライアッシュセメント、高炉セメント、お
よび中庸熱や普通ポルトランドセメントにスラグとフラ
イアッシュを混合した三成分系の混合セメント、あるい
は、カルシウムアルミネートを主成分とするアルミナセ
メントやC₁₁A₇CaF₂又はC₁₂A₇を主成分とする超速硬セメ
ントやカルシウムサルフォアルミネート（C₄A₃S）を用
いた特殊セメントなどである。

また、本発明に係る抑制剤の添加量はセメントの種類
によってその最適量が異なるが、一般にはセメントに対
して0.01〜3.0wt％添加するのが好ましい。

本発明による抑制剤は粉体又は液体の両方で使用する
ことができ、粉体として使用する場合には、予めセメン
トその他の混和剤、骨材等と混合しておき、液体として
使用する場合には、抑制剤が水溶性なので混練水中に溶
解させておく。気泡を生じる場合には既知のシリコーン
系、アルコール系の消泡剤を添加することができる。

〔効果〕

以上説明した通り、本発明の請求項１に係るセメント
組成物の温度上昇抑制剤は、糖誘導体のグルコノラクト
ン、グルコヘプトン酸−γ−ラクトン、糖酸−1,4−ラ
クトン、α，β−グルコオクタン酸−γ−ラクトン、ア
スコルビン酸、デヒドロアスコルビン酸、イソアスコル
ビン酸等のうち少なくとも１つからなるラクトンを含有
するようにしたことにより、添加したラクトンがアルカ
リ中で分解して遅延性物質を生成し、マスコンクリート
の水和発熱反応時に、より大きな遅延作用を生じさせる
ことができ、従来の遅延剤では得られなかったマスコン
クリートの温度上昇速度を低下させることができる。そ
して、この温度上昇速度の抑制効果は加水分解速度の大
きな高温度において、より顕著に生じ、マスコンクリー
トの水和熱の上昇に伴い発熱抑制効果を一層大きくする
ことができる。

また、本発明の請求項２に係るセメント組成物の温度
上昇抑制方法は、セメントコンクリート、セメントモル
タル、およびセメントペースト等のセメント組成物中
に、糖誘導体のグルコノラクトン、グルコヘプトン酸−
γ−ラクトン、糖酸−1,4−ラクトン、α，β−グルコ
オクタン酸−γ−ラクトン、アスコルビン酸、デヒドロ
アスコルビン酸、イソアスコルビン酸等のうち少なくと
も１つからなるラクトンを、前記セメント組成物に対し
て0.01〜3.0重量％混入することによって、添加したラ
クトンがセメント等のアルカリ雰囲気で徐々に加水分解
し、特に遅延作用の大きいヒドロキシカルボン酸を含む
カルボン酸を時間の経過と共に増加させることができ、
加水分解速度が大きくなる高温になるほどカルボン酸生
成量を増加させて水和発熱反応の抑制作用を効果的に発
揮させることができ、マスコンクリートの温度上昇速度
を抑制することができる。

〔実施例〕

以下に、実施例をあげて本発明を詳細に説明する。

普通ポルトランドセメント100重量部、平均粒径5mm以
下の川砂500重量部、水67重量部にγ−グルコノラクト
ン又はＬ−アスコルビン酸を混入し、練り上がり温度が
20℃となるようにモルタルを調製したのち15φ×20cmの
ブリキ缶に詰めて密閉し、更にこのブリキ缶を発泡スチ
レン製の容器（内径15φ、高さ20cm、肉厚15mm）内に入
れ、断熱温度上昇試験装置（東京理工社製TTU−103型）
により温度上昇速度を測定した。結果を第１図に示す。

また、本実施例において、指触による硬化日数と20℃
における圧縮強度も同時に測定した。その結果を表−１
に示す。

上記実施例において、１〜４は本発明の例を示し、5,
6は比較例を示す。

第１図より明らかなように、抑制剤を混入しない場合
には最初から急激な発熱があり、40℃／日の温度上昇が
ある。これに対し、本実施例の１〜４では混入しない場
合に比べていずれも発熱の開始時間が遅れると共に、温
度上昇速度も緩やかになる。混入量によっても異なる
が、20℃／日から10℃／日程度まで低下する。一方、グ
ルコン酸ナトリウムを混入した比較例では、発熱の開始
時間は遅れるが、温度上昇速度は40℃／日程度であり、
混入しない場合とそれ程変らない。

次に、表−１より明らかなように、１〜４の本実施例
による場合は翌日までに硬化しており、グルコン酸ナト
リウムの場合に比べて硬化時間が短いため、施工上にお
いて有用と考えられる。圧縮強度は、硬化初期において
は混入しない場合に比べてやや低いが28日後には逆に高
くなるため、コンクリートとしての性質も優れている。

このように、ラクトンを混入することにより、セメン
トの凝結をあまり遅らさずにコンクリートの温度上昇速
度を緩やかにすることができる。また、セメントの強度
も特に長期では大きくなり、マスコンクリートにおける
温度上昇抑制効果が確認された。そのため、セメントの
急激な水和反応にともなうコンクリートの温度上昇と、
それに伴なう温度応力によるひび割れに対して効果があ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図はモルタルの断熱温度上昇を示すグラフである。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】セメントコンクリート、セメントモルタ
   ル、およびセメントペースト等のセメント組成物への混
   和材料において、 糖誘導体のグルコノラクトン、グルコヘプトン酸−γ−
   ラクトン、糖酸−1,4−ラクトン、α，β−グルコオク
   タン酸−γ−ラクトン、アスコルビン酸、デヒドロアス
   コルビン酸、イソアスコルビン酸等のうち少なくとも１
   つからなるラクトンを含有する ことを特徴とするセメント組成物の温度上昇抑制剤。
2. 【請求項２】セメントコンクリート、セメントモルタ
   ル、およびセメントペースト等のセメント組成物中に、 糖誘導体のグルコノラクトン、グルコヘプトン酸−γ−
   ラクトン、糖酸−1,4−ラクトン、α，β−グルコオク
   タン酸−γ−ラクトン、アスコルビン酸、デヒドロアス
   コルビン酸、イソアスコルビン酸等のうち少なくとも１
   つからなるラクトンを、前記セメント組成物に対して0.
   01〜3.0重量％混入する ことを特徴とするセメント組成物の温度上昇抑制方法。