JPH11302047A - 膨張材組成物及び膨張セメント組成物 - Google Patents

膨張材組成物及び膨張セメント組成物

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JPH11302047A
JPH11302047A JP10113104A JP11310498A JPH11302047A JP H11302047 A JPH11302047 A JP H11302047A JP 10113104 A JP10113104 A JP 10113104A JP 11310498 A JP11310498 A JP 11310498A JP H11302047 A JPH11302047 A JP H11302047A
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    • C04B22/00Use of inorganic materials as active ingredients for mortars, concrete or artificial stone, e.g. accelerators, shrinkage compensating agents
    • C04B22/008Cement and like inorganic materials added as expanding or shrinkage compensating ingredients in mortar or concrete compositions, the expansion being the result of a recrystallisation
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • 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
    • C04B40/00Processes, in general, for influencing or modifying the properties of mortars, concrete or artificial stone compositions, e.g. their setting or hardening ability
    • C04B40/0028Aspects relating to the mixing step of the mortar preparation
    • C04B40/0039Premixtures of ingredients

Abstract

(57)【要約】 【課題】 施工後のポップアウトや部分的な異常膨張が
生じにくく、膨張率も十分なものが得られ、耐震補強工
事、補修工事、及び水密コンクリート等、各種膨張コン
クリートに広く適用できる膨張材組成物及びそれを用い
た膨張セメント組成物を提供すること。 【解決手段】 膨張材と水酸化カルシウムとを含有して
なり、水酸化カルシウムが、膨張材と水酸化カルシウム
の合計 100重量部中、1〜15重量部である膨張材組成
物、該膨張材が、アウイン、遊離石灰、及び遊離セッコ
ウを含有してなる膨張材組成物、並びに、該膨張材組成
物、セメント、及び骨材を含有してなる膨張セメント組
成物を構成とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、施工後のポップア
ウトや部分的な異常膨張が生じにくい膨張材組成物及び
それを用いた膨張セメント組成物に関する。
【0002】本発明に係る膨張材組成物及びそれを用い
た膨張セメント組成物は、収縮補償コンクリート、ケミ
カルプレストレスコンクリート、膨張コンクリート、膨
張セメント組成物、及びセメント製品等、土木分野や建
築分野で広く使用できる。
【0003】
【従来の技術とその課題】従来より、収縮補償やケミカ
ルプレストレスを目的として、膨張材が混和されたモル
タルやコンクリートが使用されてきた。膨張材を混和し
た膨張モルタルや膨張コンクリートは、その膨張効果に
より乾燥収縮などに起因するひび割れを減少させること
ができ、また、ひび割れ耐力を向上させることができる
ので、水槽、浄水槽、地下構造物、橋梁の床版、トンネ
ルの覆工、及び舗装版等の構造物、水密コンクリート、
マスコンクリート、及び海洋コンクリート、並びに、モ
ルタルライニング管をはじめとする各種セメント製品に
広く使用されている。
【0004】ここでいう膨張材とは、セメント、水とと
もに練り混ぜた場合、水和反応によってエトリンガイト
と水酸化カルシウムなどを生成し、モルタル又はコンク
リートを膨張させる作用のあるものであって、JIS A 62
02によって定義される品質規格を満足するものである。
具体的には、CaO 系やアウイン系の膨張材がある。しか
しながら、従来の膨張材を生コンプラントや現場ミキサ
でモルタル又はコンクリートに添加した場合、練り混ぜ
時の膨張材の分散が不十分で、ポップアウトと呼ばれ
る、モルタル又はコンクリートの表層下の骨材粒子など
の膨張による破壊でできた表面の円錐状の剥離現象が発
生するという課題が生じ、モルタル又はコンクリートの
性能が低下するだけでなく、その破片の落下による人身
事故にもつながるという大きな課題があった。
【0005】本発明者は、前記課題を解決すべく鋭意研
究を重ねた結果、特定の膨張材組成物を使用することに
よって前記課題が解決できる知見を得て、本発明を完成
するに至った。
【0006】
【課題を解決するための手段】即ち、本発明は、膨張材
と水酸化カルシウムとを含有してなり、水酸化カルシウ
ムが、膨張材と水酸化カルシウムの合計 100重量部中、
1〜15重量部である膨張材組成物であり、該膨張材が、
アウイン、遊離石灰、及び遊離セッコウを含有してなる
膨張材組成物であり、該膨張材組成物、セメント、及び
骨材を含有してなる膨張セメント組成物である。
【0007】以下、本発明を詳しく説明する。
【0008】本発明で使用する膨張材とは、セメントと
水とを混合した場合、水和反応によりエトリンガイト
(3CaO・Al2O3 ・3CaSO4・32H2O )や水酸化カルシウム
(Ca(OH)2 )などの結晶を生成してモルタルやコンクリ
ートを膨張させる作用のある混和材であって、セメント
質膨張性混和材である。膨張材は、ボーキサイト、アル
ミ残灰、及びアルミナ等のAl2O3 源と、消石灰、石灰
石、及び生石灰等のCaO 源、並びに、無水セッコウ、半
水セッコウ、二水セッコウ等のSO3 源を所定の化学成分
比になるように配合し、ロータリーキルン等によって
1,200〜1,900 ℃で焼成したクリンカーを、ボールミ
ル、チューブミル、振動ミル、ロッドミル、タワーミ
ル、及びローラーミル等の粉砕機で所定の粒度まで粉砕
したものである。その鉱物組成は、アウイン(3CaO・3A
l2O3・CaSO4 )、遊離石灰(F-CaO )、及び遊離セッコ
ウ(CaSO4 )より構成されるものであって、その鉱物組
成比は、アウイン15〜35重量%、遊離石灰10〜30重量
%、及び遊離セッコウ30〜60重量%のものが好ましく、
化学成分的には、CaO 50〜55重量%、Al2O3 10〜20重量
%、SO3 25〜35重量%、及びF-CaO 10〜25重量%からな
るものが使用できる。膨張材の粉末度はブレーン比表面
積 2,000〜4,000cm2/gのものが好ましい。
【0009】本発明において、ポップアウトを防止する
ために最も重要なことは、膨張材組成物中に含まれる水
酸化カルシウムの含有量であって、この含有量が少ない
と、モルタル又はコンクリートに混和した際に、十分混
練りすることができないため分散せず、施工後、部分的
な異常膨張が発生し、ひび割れや、ポップアウトが生じ
るおそれがある。水酸化カルシウムの膨張材組成物中の
含有量は、膨張材と水酸化カルシウムの合計 100重量部
中、1〜15重量部であることが重要であり、1.5 〜10重
量部が好ましく、2〜5重量部がより好ましい。1重量
部未満ではポップアウト防止効果に乏しく、15重量部を
超えると膨張量が減少するおそれがある。本発明の膨張
材組成物中の水酸化カルシウム含有量の調整は、クリン
カー粉砕時及び/又は粉砕後、所定の含有量が得られる
ように水及び/又は水酸化カルシウムを添加、混合する
ことで可能であり、長期間放置して空気中の水分を含浸
することでも可能である。水を添加する場合の水の使用
量は、クリンカーの粉砕機等によって、変化し特に限定
されるものではない。膨張材組成物中の水酸化カルシウ
ムの含有量は、DSC、TG−DTA、IR、FT−I
R、強熱減量、及びX線回折等によって定量できる。
【0010】水酸化カルシウムを含有する膨張材組成物
の使用量は、セメント 100重量部に対して、5〜20重量
部が好ましく、8〜15重量部がより好ましい。5重量部
未満では膨張が得られにくく、20重量部を越えると膨張
過剰となるおそれがある。
【0011】本発明で使用するセメントとは、普通・早
強・低熱等の各種ポルトランドセメント、これらポルト
ランドセメントに高炉スラグ、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、並びに、シリカフュ
ームを混合したシリカフュームセメント等一般に使用さ
れるものが使用できる。
【0012】本発明で使用する骨材としては、細骨材、
又は、細骨材と粗骨材が使用でき、一般にモルタルやコ
ンクリートに使用できるものであって、アルカリ骨材反
応性を示さない砂、砂利、砕石、及びスラグ等や、その
他これに準じたものが使用できる。具体的には、通常、
セメント・コンクリートの分野で使用されるものであれ
ば特に制限されるものではないが、より硬質な骨材の使
用が好ましく、硅石、エメリー、黄鉄鉱、磁鉄鉱、黄
玉、ローソン石、コランダム、フェナサイト、及びスピ
ネル等が挙げられ、その他、鉄やステンレスなどの金属
粉の使用も有効である。また、細骨材は、「セメント・
コンクリート・415 「骨材特集」、1981年9月号」に記
載されているものが使用可能である。骨材の使用量は特
に限定されるものではない。
【0013】膨張材組成物の使用方法は、土木学会「膨
張コンクリート設計施工指針」等に準じて、対象とする
構造物、施工物件の要求物性等に応じて使用できる。
【0014】さらに本発明の膨張セメント組成物には、
必要に応じて減水剤、AE減水剤、高性能AE減水剤、
及び高性能減水剤等、通常、コンクリートやモルタルに
使用される化学混和剤や、石灰石、スラグ、フライアッ
シュ、及びシリカフューム等の微粉や超微粉、並びに、
ビニロン繊維、カーボン繊維、及び鋼繊維等の繊維を耐
久性、強度、流動性、及び曲げ靱性等を向上させる目的
で混和、添加することも可能である。
【0015】
【実施例】以下、実施例に基づき、本発明の効果を詳細
に説明する。
【0016】実施例1 Al2O3 源、CaO 源、及び SO3源を原料とし、ロータリー
キルンにて約 1,600℃で焼成してアウイン、遊離石灰、
及び遊離セッコウからなる膨張材のクリンカーを製造し
た。このクリンカーの化学成分は、Igloss 0.5重量%、
CaO 52.2重量%、Al2O3 15.8重量%、SO3 26.7重量%、
SiO2 1.9重量%、Fe2O3 0.6 重量%、及びF-CaO 18.8重
量%であった。さらに、このクリンカーに所定量の水を
添加してボールミルで粉砕し、比表面積2,600cm2/gで、
水酸化カルシウム含有量の異なる表1に示す膨張材組成
物を得た。さらに、Gmax 20 mm、W/C 59 %、及びS/
a 47.7%で、セメント 236kg/m3、細骨材881kg/m3、粗
骨材 992 kg/m3、減水剤2.6kg/m3、及び水 157 kg/m3
コンクリート配合を用いて混合したコンクリートに、表
1の膨張材組成物 30kg/m3を配合して、2m2の2軸ミキ
サで混練して膨張コンクリートを製造し、20cm厚の床版
に打設した。打設した床版の膨張率やポップアウト状態
を評価した。結果を表1に併記する。なお、比較のた
め、比表面積2,650cm2/gの市販の膨張材を使用した膨張
コンクリートを作製し同様に評価した。
【0017】<使用材料> Al2O3 源 :ボーキサイト、市販品 CaO 源 :石灰石、青海鉱山産 SO3 源 :無水セッコウ、市販品 セメント :普通ポルトランドセメント、市販品 減水剤 :リグニン系減水剤、市販品 細骨材 :姫川産川砂、比重 2.6 粗骨材 :姫川産川砂利、比重 2.6、Gmax 20 mm
【0018】<測定方法> 化学分析 :蛍光X線分析法 水酸化カルシウムの含有量:DSC 膨張率 :土木学会「膨張コンクリート設計施工指
針」に準じ測定 ポップアウト:目視でポップアウトの有無と発生個数を
測定
【0019】
【表1】
【0020】表から明らかなように、本発明の膨張材組
成物を混和した膨張コンクリートではポップアウトの発
生が少なく、また良好な膨張性を示した。
【0021】実施例2 水酸化カルシウム含有量が、膨張材と水酸化カルシウム
の合計 100重量部中、3.0重量部で表2に示す比表面積
の膨張材組成物を使用したこと以外は実施例1と同様に
行った。結果を表2に併記する。
【0022】
【表2】
【0023】実施例3 水酸化カルシウム含有量が、膨張材と水酸化カルシウム
の合計 100重量部中、3.0重量部である膨張材組成物
を、セメント 100重量部に対して、表3に示す量使用し
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。
【0024】
【表3】
【0025】実施例4 比表面積2,600cm2/gで、膨張材と水酸化カルシウムの合
計 100重量部中の水酸化カルシウム含有量が 3.0重量部
の膨張材組成物10重量部、セメント90重量部、ISO標
準砂 300重量部を配合し、(セメント+膨張材)/水比
=50%のモルタル供試体を作製し、膨張率を測定した。
結果を表4に併記する。
【0026】<測定方法> 膨張率 :JIS A 6202(B法)に準じて測定
【0027】
【表4】
【0028】表から明らかなように、本発明の膨張材組
成物を配合したモルタルは、市販の膨張材を使用したも
のと比較して膨張モルタルとして十分な膨張率を示し
た。
【0029】
【発明の効果】本発明の膨張材組成物を使用した膨張モ
ルタルや膨張コンクリートは、施工後のポップアウトが
なく、膨張率も十分なものが得られ、耐震補強工事、補
修工事、及び水密コンクリート等、各種膨張コンクリー
トに広く適用できる。また、膨張材組成物中の水酸化カ
ルシウム含有量をコントロールすることで、膨張量を確
保しつつ施工後のポップアウトを防止できる

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 膨張材と水酸化カルシウムとを含有して
    なり、水酸化カルシウムが、膨張材と水酸化カルシウム
    の合計 100重量部中、1〜15重量部であることを特徴と
    する膨張材組成物。
  2. 【請求項2】 請求項1記載の膨張材が、アウイン、遊
    離石灰、及び遊離セッコウを含有してなることを特徴と
    する膨張材組成物。
  3. 【請求項3】 請求項1又は2記載の膨張材組成物、セ
    メント、及び骨材を含有してなる膨張セメント組成物。
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