JPH11209163A - セメント系硬化体およびその製造方法 - Google Patents

セメント系硬化体およびその製造方法

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JPH11209163A
JPH11209163A JP1231998A JP1231998A JPH11209163A JP H11209163 A JPH11209163 A JP H11209163A JP 1231998 A JP1231998 A JP 1231998A JP 1231998 A JP1231998 A JP 1231998A JP H11209163 A JPH11209163 A JP H11209163A
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cement
fine powder
pozzolanic
pozzolanic fine
cured product
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JP1231998A
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Masami Uzawa
正美 鵜澤
Toshisuke Habara
俊祐 羽原
Shuzo Nakamura
秀三 中村
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Taiheiyo Cement Corp
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Taiheiyo Cement Corp
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    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B28/00Compositions of mortars, concrete or artificial stone, containing inorganic binders or the reaction product of an inorganic and an organic binder, e.g. polycarboxylate cements
    • C04B28/18Compositions of mortars, concrete or artificial stone, containing inorganic binders or the reaction product of an inorganic and an organic binder, e.g. polycarboxylate cements containing mixtures of the silica-lime type

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ポゾラン質微粉末の反応率を制御して材料
強度を高める。 【解決手段】セメントとポゾラン質微粉末とを含み、例
えば、60℃以上の加熱下で養生硬化させることによ
り、ポゾラン質微粉末の反応率を30%以上にしたセメ
ント系硬化体。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明はポゾラン質微粉末を
含有したセメント系硬化体(ペースト、モルタル、コン
クリートの硬化体)に関し、特に短期に高強度を発揮す
るセメント系硬化体とその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】一般に、セメント系組成物について蒸気
養生やオートクレーブ養生などの加熱養生を施すことに
より、短期に高強度の硬化体を得ることが従来から実施
されており、珪石粉末やセメントなどを混合して結晶性
の珪酸カルシウムを生成するような配合および養生条件
で各種のパネルや外壁材が製造されている。しかし、こ
のような加熱養生を行ったセメント系硬化体の珪酸カル
シウム結晶は常温養生したものに比べて空隙が多いた
め、常温養生したセメント硬化体よりも長期強度が劣る
と云う問題があった。常温養生したセメント系硬化体で
は密実な珪酸カルシウム水和物が生成するため空隙の少
ない結晶組織となり、短期強度は低いが長期強度は高く
なる。
【0003】一方、セメント系組成物にシリカフューム
などのポゾラン質微粉末を添加して常温養生を行うこと
により、さらに緻密で高強度の硬化体が得られることが
判明し、最近各方面で多用されている。しかし、ポゾラ
ン質微粉末を加えた系での加熱養生は歴史が浅く、その
硬化機構も充分には解明されていない。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、ポゾラン質
微粉末を含む従来のセメント硬化体における上記問題を
解決したものであって、セメントと共に少なくとも平均
粒径2μm以下のポゾラン質微粉末を含むセメント系硬
化体において、このポゾラン質微粉末の反応率を一定値
以上にすることにより、短期強度と共に長期強度を高め
たセメント系硬化体とその製造万法を提供することを目
的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】即ち本発明は、(1)セ
メントとポゾラン質微粉末とを含み、ポゾラン質微粉末
の反応率が30%以上であることを特徴とするセメント
系硬化体に関する。本発明のセメント系硬化体は、
(2)ポゾラン質微粉末の平均粒径が2μm以下であ
り、その反応率が50%以上であるセメント系硬化体、
(3)ポゾラン質微粉末がシリカフューム、フライアッ
シュ、微粉末珪砂、スラグであるセメント系硬化体、
(4)珪酸カルシウム水和物のカルシウム/シリカのモ
ル比が2.5以下であるセメント系硬化体を含む。さら
に本発明のセメント系硬化体は、(5)セメント、ポゾ
ラン質微粉末、および金属繊維を含むセメント系硬化
体、(6)セメント、ポゾラン質微粉末、石英粉末、砂
および金属繊維を含み、ポゾラン質微粉末の平均粒径2
μm未満、石英質微粉末の平均粒径2〜20μm、砂の平
均粒径0.l〜l0mm、金属繊維の直径0.05〜0.8m
m、長さl〜30mmであって、セメントl00重量部に
対してポゾラン質微粉末5〜40重量部、石英質微粉末
1〜80重量部、砂50〜400重量部、金属繊維が凝
結後の硬化体の1〜5体積%であるセメント系硬化体を
含む。
【0006】また本発明は、(7)セメントと少なくと
も粒径2μm以下のポゾラン質微粉末とを含む混合物
を、60℃以上の加熱下で養生硬化させることによりポ
ゾラン質微粉末の反応率が30%以上のセメント系硬化
体とするることを特徴とするセメント系硬化体の製造方
法に関する。本発明の製造方法は、(8)養生方法が蒸
気養生、オートクレーブ養生、加熱養生である製造方法
を含む。
【0007】
【発明の実施の形態】以下、本発明を実施例と共に具体
的に説明する。(I)セメント系硬化体 本発明のセメント系硬化体は、セメントと共に少なくと
も平均粒径2μm以下のポゾラン質微粉末とを含み、ポ
ゾラン質微粉末の反応率が30%以上であることを特徴
とするものである。上記セメント系硬化体はペースト、
モルタル、コンクリートを含む。ポゾラン質微粉末はシ
リカフューム、フライアッシュ、微粉末珪砂、スラグな
どを含む。ポゾラン質微粉末は、加熱養生の際に、セメ
ントの水和によって生成した水酸化カルシウムとポゾラ
ン反応して珪酸カルシウム水和物を生成する。この珪酸
カルシウム水和物は比較的小さい構造単位を有するの
で、高強度でかつ靭性が高い組織構造となる。ポゾラン
質微粉末は平均粒径2μm以下のものが好ましい。ポゾ
ラン質微粉末として用いるシリカフュームやフライアッ
シュなどは一般に平均粒径2μm以下のものであるが、
平均粒径が2μmより大きいとポゾラン反応が十分に進
行しない。
【0008】セメントにポゾラン質微粉末を加えて加熱
下で反応させると、セメントの水和が促進すると共にポ
ゾラン質微粉末によるポゾラン反応が相まって高強度の
硬化体を得ることができる。因みに、ポゾラン質微粉末
を加えない場合には一ケ月以上かかる強度をポゾラン質
微粉末を加えて反応させることにより数時間から3日間
で得ることができる。ポゾラン質微粉末を加えない場合
には、水和によって生成する水酸化カルシウムが低強度
であるため、ここを起点として破壊が起こりやすく強度
が低くなる。また、ポゾラン質微粉末を加えないもの
は、長期に常温養生した硬化体よりも短期に加熱養生し
たものの強度が低い。これは生成する珪酸カルシウム水
和物の大きさが、常温養生では小さく密実に充填してい
るのに対して、短期に加熱養生した場合には生成する珪
酸カルシウム水和物の大きさが大きく、粗な組織となる
ためである。一方、ポゾラン質微粉末を加えて加熱下で
養生させた場合には、生成した水酸化カルシウムとポゾ
ラン質微粉末がポゾラン反応して珪酸カルシウム水和物
を生成し、水酸化カルシウムを消費するので、低強度部
分である水酸化カルシウム結晶が少なくなり、硬化体の
強度が向上する。
【0009】本発明のセメント系硬化体は、ポゾラン質
微粉末の反応率が30%以上のものである。ポゾラン質
微粉末は加熱養生の際にセメントの水和によって生成し
た水酸化カルシウムと反応して珪酸カルシウム水和物を
生成するが、図1に示すように、このポゾラン質微粉末
の反応率が30%未満の場合には硬化体の圧縮強度が低
い。これは、ポゾラン質微粉末と水酸化カルシウムの反
応が進まないため、水酸化カルシウムが十分に消費され
ず、これが硬化体の組織に残り、相対的に珪酸カルシウ
ム水和物の生成量が少なくなるので硬化体の強度が低く
なる。なお、ポゾラン質微粉末の反応率は50%以上が
好ましい。また、水酸化カルシウム量を極力少なくする
ように配合を設計するのが好ましい。
【0010】ポゾラン質微粉末の反応率を評価する手段
としては、X線回折法、湿式分析法が用いることができ
る。X線回折法では養生前のポゾラン質微粉末の回折線
強度をX線回折で定量し、養生後、低下した回折線強度
から反応率を求めることができる。X線回折法は簡便な
方法であるが、ポゾラン質微粉末が非晶質である場合
や、セメントなどの構成鉱物と回折線が重なる場合には
適さない。湿式分析法による場合は、日本工業規格(JIS
R 5202)に定めるセメントの不溶残分測定法を利用し、
酸およびアルカリに不溶な成分の重量を測定する。溶解
残分のうちのポゾラン質微粉末部分を、ポゾラン質微粉
末の配合量と比較することによって反応率を求めること
ができる。具体的には、ポゾラン質微粉末の重量配合量
Μ、酸アルカリ不溶残分のうちポゾラン質微粉末の占め
る重量Nのとき、反応率は、反応率(%)=(1−Ν/
M)×100で表すことができる。なお、水酸化カルシ
ウムの存在はΧ線回折や示差走査熱量分析機(DSC)な
どにより、その存在と定量化が可能である。
【0011】また本発明のセメント系硬化体は、珪酸カ
ルシウム水和物のカルシウムとシリカのモル比(CaO/SiO
2)がポゾラン質微粉末を含まないものよりも低い。カル
シウム/シリカモル比の低い珪酸カルシウム水和物はそ
の強度が高いので、このような珪酸カルシウム水和物に
よって硬化体のマトリックスが形成されることにより高
強度の硬化体を得ることができる。珪酸カルシウム水和
物のカルシウムとシリカのモル比(CaO/SiO2)はポゾラン
質微粉末を加えることにより低くなり、またその反応率
が高くなるほど低くなる。本発明のセメント系硬化体
は、ポゾラン質微粉末の反応率が30%以上であり、こ
れに対応して珪酸カルシウム水和物のカルシウム/シリ
カモル比(CaO/SiO2)は2.3〜1.2である。
【0012】以上のように、ポゾラン質微粉末の反応に
より高強度の硬化体を得ることができるが、その反応率
についてはこれまで十分に解明されていなかった。本発
明はこのカルシウム/シリカモル比の低い珪酸カルシウ
ム水和物マトリックスを得るためにはポゾラン質微粉末
の反応率が重要であることを見出し、この反応率を30
%以上に調整することにより高強度のセメント系硬化体
を得たものである。
【0013】本発明のセメント系硬化体は、セメントお
よびポゾラン質微粉末と共に金属繊維を混合することに
より硬化体の強度を更に高めることができる。さらに、
これらと共に配合する骨材の粒度および配合量を調整す
ることにより曲げ強度および圧縮強度に優れたセメント
系硬化体を得ることができる。特に、セメント、ポゾラ
ン質微粉末、石英粉末、砂および金属繊維を主成分と
し、ポゾラン質微粉末の平均粒径2μm未満、石英質微
粉末の平均粒径2〜20μm、砂の平均粒径0.l〜l0
mm、金属繊維の直径0.05〜0.8mm、長さl〜30mm
であって、セメントl00重量部に対してポゾラン質微
粉末5〜40重量部、石英質微粉末1〜80重量部、砂
50〜400重量部、金属繊維が凝結後の硬化体の1〜
5体積%であるものは、曲げ強度および圧縮強度に優れ
た高靱性・高強度のコンクリートが得られる。
【0014】(II)製造方法 本発明のセメント系効果体は、セメントとポゾラン質微
粉末の混合物、あるいはセメント、ポゾラン質微粉末と
共に石英質微粉末や金属繊維などの混合物を加熱下で養
生硬化させて得ることができる。短期に高い反応性を得
るためには60℃以上の養生が有効であり、例えば、蒸
気養生、オートクレーブ養生、オーブンによる加熱養生
などが適する。
【0015】ポゾラン質微粉末、例えばシリカフューム
をセメントに配合したモルタルやコンクリートは、常温
養生により強度が上昇することは従来から知られてい
る。これは、組織に微細粒子を加えることによって組織
が物理的に緻密な細密充填構造に類似した組織となり、
ペースト強度が上昇することが主な理由であり、シリカ
フュームの反応によるものではない。事実、シリカフュ
ームの反応率は数%と低い。
【0016】本発明のセメント系硬化体はポゾラン質微
粉末の反応率を30%以上にしたものであり、その手段
として、例えば、60℃以上の加熱下で養生硬化させ
る。このような加熱養生、例えばオートクレーブ養生な
どでは、生成した水酸化カルシウムとポゾラン質微粉末
とが反応して最終的にトバモライトやゾノトライトなど
の結晶性の珪酸カルシウムが生成する条件下で養生され
るために、数時間から1日程度で、実用部材として用い
ることができる圧縮強度を有する硬化体を得ることがで
きる。
【0017】
【実施例及び比較例】実施例1 普通ポルトランドセメント(秩父小野田社製品)100重
量部、シリカフューム(粒径0.4μm)またはフライアッシ
ュ(粒径1μm)、微粉末珪砂(粒径2μm)またはスラグ
(粒径1.5μm)l0重量部、および砂(豊浦産)l00重量
部を、セメント/水比0.25で混練し、表1に示す各
条件で加熱養生した。養生後の圧縮強度、ポゾラン質微
粉末の反応率、CaO/SiO2モル比を表1に示した。なお、
硬化体の各試料の水酸化カルシウム量は0.2%以下で
ある。
【0018】実施例2 普通ポルトランドセメント(秩父小野田社製品)l00重
量部、シリカフューム(粒径0.4μm)10重量部および砂
(小笠産)200重量部をセメント/水比0.25で混練
し、90℃で1日間蒸気養生した。配合材料と共に得ら
れた硬化体の材料強度およびシリカフュームの反応率等
を表2に示した。
【0019】実施例3 中庸熱ポルトランドセメント(秩父小野田社製品)100
重量部、シリカフューム(粒径0.4μm)10重量部、およ
び砂(小笠産)100重量部を、セメント/水比0.25
で混練し、80℃で1日間蒸気養生した。配合材料と共
に得られた硬化体の材料強度およびシリカフュームの反
応率等を表2に示した。
【0020】実施例4 中庸熱ポルトランドセメント(秩父小野田杜製品)l00
重量部、シリカフューム(粒径0.4μm)l0重量部、石英
質微粉末(10μm)40重量部および砂(豊浦産)50重量
部、鋼繊維(径0.3mmφ、長さ15mm)2.5体積%をセメン
ト/水比0.2で混練し、60℃でl日間蒸気養生し
た。配合材料と共に得られた硬化体の材料強度およびシ
リカフュームの反応率等を表2に示した。
【0021】比較例1 普通ポルトランドセメント(秩父小野田社製品)l00重
量部および砂(小笠産)100重量部を、セメント/水比
0.25で混練し、90℃で1日間蒸気養生した。配合
材料と共に得られた硬化体の材料強度およびシリカフュ
ームの反応率等を表2に示した。
【0022】比較例2 ポルトランドセメント(秩父小野田社製品)100重量
部、シリカフューム10重量部、および砂(小笠産)l0
0重量部を、セメント/水比0.35で混練し、20℃
で1日間養生した。配合材料と共に得られた硬化体の材
料強度およびシリカフュームの反応率等を表2に示し
た。
【0023】
【表1】
【0024】
【表2】
【0025】
【発明の効果】本発明のセメント系硬化体は非常に緻密
で耐久性に優れるので、土木、建築、機械等の各産業分
野において、従來のセメント系硬化体に代えて、あるい
は従来のセメント系硬化体が使用できなかった部分にも
使用することができる。また、樹脂や鋼材の代替として
の使用も可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】 ポゾラン質微粉末の反応率と硬化体の圧縮強
度との関係を示すグラフ
フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 FI C04B 14:06 18:08 18:14) 111:20

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 セメントとポゾラン質微粉末とを含み、
    ポゾラン質微粉末の反応率が30%以上であることを特
    徴とするセメント系硬化体。
  2. 【請求項2】 ポゾラン質微粉末の平均粒径が2μm以
    下であり、その反応率が50%以上である請求項1に記
    載のセメント系硬化体。
  3. 【請求項3】 ポゾラン質微粉末がシリカフューム、フ
    ライアッシュ、微粉末珪砂、スラグである請求項1また
    は2に記載のセメント系硬化体。
  4. 【請求項4】 珪酸カルシウム水和物のカルシウム/
    シリカのモル比が2.5以下である請求項1〜3のいず
    れかに記載のセメント系硬化体。
  5. 【請求項5】 セメント、ポゾラン質微粉末、および金
    属繊維を含む請求項1〜4のいずれかに記載のセメント
    系硬化体。
  6. 【請求項6】 セメント、ポゾラン質微粉末、石英粉
    末、砂および金属繊維を含み、ポゾラン質微粉末の平均
    粒径2μm未満、石英質微粉末の平均粒径2〜20μm、
    砂の平均粒径0.l〜l0mm、金属繊維の直径0.05〜
    0.8mm、長さl〜30mmであって、セメントl00重
    量部に対してポゾラン質微粉末5〜40重量部、石英質
    微粉末1〜80重量部、砂50〜400重量部、金属繊
    維が凝結後の硬化体の1〜5体積%である請求項1〜5
    のいずれかに記載のセメント系硬化体。
  7. 【請求項7】 セメントと少なくとも粒径2μm以下の
    ポゾラン質微粉末とを含む混合物を、60℃以上の加熱
    下で養生硬化させることによりポゾラン質微粉末の反応
    率が30%以上のセメント系硬化体とすることを特徴と
    するセメント系硬化体の製造方法。
  8. 【請求項8】 養生方法が蒸気養生、オートクレーブ養
    生、加熱養生である請求項7に記載の製造方法。
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