JPS5913458B2 - ポツオラナセメント組成物 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、ポツオラナ材料好ましくはフライアッシュを
用いたセメント組成物；こ関する。

本発明の主要な利点の１つは、本発明が同様の構造特性
を有する従来のセメント組成物に比し単位体積当りのコ
ストが充分に低いセメント組成物を提供することにある
。

この成果を達成するには、セメント組成物中の種々の配
合成分を適当な割合と成し、比較的多量の安価なポツオ
ラナ材料をもってこれより高価な常用のセメント配合成
分を代替する。

以前より知られている如く、種々の微粉砕ケイ質成分は
水分の存在下で石灰と反応してセメント材料を生成し、
この材料を砂礫と混合すれば今日のコンクリート類似の
生成物を形成し得る。

屡々ポツオラナ類と称呼されるこれらのケイ質成分は、
天然物としてもしくは種々の製造工程における副生物と
して産出する。

ポツオラナ材料の例には、溶鉱炉スラグ、火山灰、力焼
シェルおよびフライアッシュがあり、後−者は粉炭燃焼
ガス中に含まれる微粒子性固体副生物である。

ますます高まる公害への関心と、それに伴いこれらの燃
焼反応力からの気体排出物および粒状排出物に課せられ
た制限とが現われるに及び、一層多量のフライアッシュ
を工業的な石灰燃焼施設ことに高効率発電所の煙道ガス
から回収するように成った。

かくして相当量のフライアッシュが入手し得るにもかか
わらず、現在までのところフライアッシュの大口の工業
的利用法はなかった。

フライアッシュは他のポツオラナ材料と同様に、種々の
セメント組成物中に常用する高価なセメント成分の一部
代替用として使用されていたが、フライアッシュの完全
な利用はなされていなかった。

これらのセメント組成物に多量のフライアッシュを使用
する上での主要な障害は、フライアッシュなどのボツオ
ラナ材料と石灰との反応が通常のセメント反応に比して
緩慢である点にある。

従って、ポツォラナ含有セメント組成物の早期圧縮強度
（材令７日もしくは２８日の測定値で代表する）は、従
来のセメント材料をベースとする同様のセメント組成物
たとえばポルトランドセメントに比して相当量る。

ポツオラナをもって代替するセメントの割合が太きすぎ
ると、得られるセメント組成物の早期強度が低く成り、
また使用荷重をかけるに先立つ余分な硬化時間が生じる
。

従って、ポツオラナの反応が充分に進行してセメント組
成物が自己支持性と成るまでは外部よりセメント組成物
を支持する必要があろう。

ポツオラナ材料の含有割合の大きなセメント組成物の長
い養生時間は多くの実用的用途に不適当ないし不都合で
ある。

この問題を解決するために、熱を用いて硬化速度を加速
したり、多量の石灰および／または種々の薬剤を添加す
るなどの試みがなされた。

これらの方法は種々の特殊製品を生み出したが、必ずし
もボツォラナの反応を充分に促進せず、広範な構造用途
に適したセメント組成物の製造に有用ではない。

本発明のセメント組成物（ハ、多量のポツオラナ材料を
用いる経済的利益を達成するものである。

この成果を達成するＣζは、セメント組成物中の配合成
分を適当な割合と成し、さらに組成物中にある種のアル
カリ金属イオンを含有せしめる。

適当量のセメント、ポツオラナ、水および細骨材を用い
ることにより、セメント組成物の空隙率を最小限と成し
、最大圧縮強度を保証することが可能番こ成る。

比較的多量のナトリウムイオンおよび／またはカリウム
イオンを加えると、明らかにポツオラナの反応が促進さ
れ、早期圧縮強度の低下を伴うことなく、一層多量のポ
ツオラナ材料を、セメント組成物の他の配合成分に対す
る適当な割合で添加することが可能と成る。

ナトリウムイオンを塩化ナトリウムの形態で加える場合
にもこれらの利益が得られるので、本発明は海水もしく
は他の汽水を用いてセメント組成物を製造し得るという
さらに重要な利点を有する。

本発明以前に一般に信ぜられていたところでは、セメン
ト組成物への海水の導入は製品に有害である。

しかるに本発明は、海水を用いて比較的安価なセメント
組成物の製造を可能と成すものであり、この利点は海水
を淡水より容易に入手し得る地域−こおいて特に有用で
ある。

さて、本発明は、比較的安価なポツオラナ材料によるポ
ルトランドセメントの代替量を最大と成したセメント組
成物；こ関する。

すなわち、本発明は、セメント、ポツオラナ材料、細骨
材、空気、水、ならびにナトリウムイオンおよびカリウ
ムイオンより成る群から選ばれた少くとも１種のアルカ
リ金属成分を含有し、セメントのポツオラナ材料に対す
る実体積比が約０．０５〜２．０であり、ペーストの体
積の砂の実体積に対する比が約０．７５〜１．５であり
、セメントの実体積のモルタル（フライアッシュ、セメ
ント、空気および水）の体積に対する比が約０．１９未
満であり、さらにアルカリ金属成分の存在量が当量のナ
トリウムイオンに換算してポツオラナ材料の約４．０重
量％以下であることを特徴とするセメント組成物である
。

本発明の目的は、比較的安価なポツオラナ材料たとえは
フライアッシュによるこれより高価なセメントの代替量
を最大と成したセメント組成物を提供するにある。

本発明の他の目的は、セメント組成物の早期圧縮強度を
低下させることなく比較的安価なポツオラナ材料による
セメントの代替量を最大と成したセメント組成物を提供
するにある。

本発明のさらに他の目的は、同等の構造特性を有する同
体積の従来のセメント組成物に比し充分に安価なセメン
ト組成物を提供するにある。

本発明のさらに他の目的は、汽水もしくは海水を用いて
製造し得る経済的セメント組成物を提供するにある。

本発明のその他の目的は以下の詳しい記載より明らかに
成るであろう。

添付した図面の第１図は、材令２８日圧縮強度に対して
種々のセメント組成物のセメント含量をプロットしたグ
ラフであり、ポツオラナを含有しない市販のセメント組
成物ＩＡ、ポツオラナ材料を現在の工業的使用量含有す
るセメント組成物ＩＢ１および多量のポツオラナ材料を
含有する本発明のセメント組成物ＩＤを示す。

本発明は、ポルトランドセメントもしくは同様のセメン
ト材料が水と反応して種々の不活性配合成分、たとえば
砂、礫および砕石などを相互に結合するような全てのセ
メント組成物に関する。

本明細書中の用語「セメント組成物」は、任意のかかる
セメント混合物、たとえば当業界でモルタル、グラウト
およびコンクリートなどと呼び慣わされている混合物を
示すものとする。

本発明は下記の如きセメント組成物に適用し得るが、こ
れらのみｌこは限定されない。

さて、その適用例には、生コンクリート組成物、セメン
ト組成物のオートクレーブ処理もしくは蒸気硬化処理に
より製造したプレハブコンクリート構造資材、重力ダム
などの大形構造物に用いるコンクリ−ト組成物、ならび
に幹線道路の路床および路面用のコンクリート組成物が
ある。

これらのセメント組成物にはその構造特性を補なう当業
界常用の他の補強部材を用いることができる。

ポツオラナ材料たとえばフライアッシュによる代替に関
連した固有の経済的利点にもかかわらず、現在実用に供
られている代表的なポツオラナセメント組成物たとえば
コンクリートは、通常のセメント存在量の僅かに約２０
〜３０重量％の代替ポッオラナ材料を含有するに過ぎな
い。

（因み６ζ、フライアッシュでセメントの３０％を代替
した場合、後記するセメント／フライアッシュ比は約２
．２４と成る。

）フライアッシュ使用量を増加する土での主要な障害は
、セメント材料たとえばポルトランドセメントの通常の
反応に比してポツオラナの反応速度が小さいことである
。

より多くのポツオラナ材料をもってセメントを代替する
との試みは、不都合に長い凝結時間と不適当に低い初期
強度特性を有するセメント組成物に逢着した。

その結果、セメント組成物が使用荷重に耐え得るように
成るまで不経済な遅延を生じる。

本発明以前には、多量のポツオラナ材料をセメント組成
物に用いることに関連する経済的利点を実現するとの試
みは全て不成功であったが、その理由は得られる製品の
不都合な特性にあった。

本発明はポツオラナおよびセメントを含有するセメント
組成物に適用可能であり、そのセメント／ポツオラナの
相対比は約０．０５〜２．０である。

セメント／ポッオラナ比の好適範囲は約０．１〜２．０
である。

本明細書中での「セメント／ポツォラナ比」は、セメン
ト組成物中に含まれる乾燥セメントの実体積の乾燥ポツ
オラナ材料の実体積に対する比を意味するものとする。

本明細中での用語「実体積」（殊に、セメント、ポッオ
ラナ材料および細骨材すなわち砂の割合に用いる場合）
は、空隙を除いた固体成分の体積を意味するものであり
、当該材料の重量をその比重で除すことにより決定し得
る。

本発明のセメント組成物は、セメント、ポツォラナ、細
骨材すなわち砂、水、およびこれらの配合成分の混合時
にセメント組成物に入り込み同伴且つ包蔵された空気を
含有する。

使用し得るセメント成分は当業界公知の任意の代表的ポ
ルトランドセメントであり、たとえばＡＳＴＭ規格Ｃｌ
３０−７４記載のタイプＩ、ｎ、および■がある。

しかしながら、本発明のセメント組成物中に含まれるセ
メントの割合は、同等の構造特性を有する従来のセメン
ト組成物に常用される割合より遥かに低い。

使用し得るポツオラナ材料はＡＳＴＭ規贈６１８−７２
記載のクラスＮ、ＦもしくはＳの定義に該当する任意の
材料である。

適当なポツオラナ材料には、ポツオラナ、トラス、火山
灰、軽石、スラグ、ケイソウ士、ケイ質粘土、力焼シェ
ルおよびフライアッシュがある。

フライアッシュは好ましいポツオラナ材料であり、その
理由は入手容易且つ安価であり、ある種の望ましい物性
を有することにある。

フライアッシュ粒子の形状と粒径分布とはセメント組成
物の作業性を高める。

一般に、フライアッシュを含有するかかる組成物の許容
し得る作業性は、他のポツォラナ材料よりも水を少量と
成すことにより達成し得る。

かかる水分減少の要求は、セメント組成物の空隙率を引
下げセメント製品の圧縮強度を高めるのに資する。

本発明のセメント組成物はまた、細骨材すなわち砂を含
有しており、このものはモルタルもしくはコンクリート
の製造に従来当業界で使用している清浄な耐久性砂であ
る。

適当な砂は、扁５０メツシュふるい通過分を除去した砂
である。

セメント組成物に導入する砂の量は、本明細書中で定義
するペースト／砂比が所定の範囲内にあるように考慮し
、セメント組成物の体積およびその所望強度特性により
決める。

本発明のセメント組成物はまた、作業性に関するＡＳＴ
Ｍ規格およびＡＣＩ規格に合致するに充分量の水を含有
する。

これらのパラメータのうち、水の添加量を最小限吉成し
てセメント組成物の強度を最大と成すことが望ましい。

本発明のセメント組成物はさらに、化学添加物として広
く当業者に知られている任意の化学成分をも含有し得る
。

化学添加物の基本的な種類についてＡＳＴＭ規格Ｃ４９
４−７１に記載があり、通常その作用に従って分類され
る。

すなわち、添加時にセメントの化学反応を遅延もしくは
促進する作用、水の必要量を低下させる作用、もしくは
これらを組合せた作用に基づいて分類される。

今日一般に用いられている化学添加物には、リグノスル
ホン酸誘導体およびその塩、ヒドロキシル化カルボン酸
およびその塩ならびに糖のポリマー誘導体がある。

任意のこれらの化学添加物を本発明のセメント組成物に
当業界の常用量導入し得る。

上記した全てのセメント組成物成分は、当業界常用の任
意の方法でこれを組合せ得る。

その混合は一般にＡＳＴＭ規格Ｃ−９４記載の方法に従
って行なう。

本発明のセメント組成物の早期圧縮強度特性を最大なら
しめるには、セメント組成物中の空隙を最少と成すこと
が望まれる。

その理由は、かかる空隙の体積とセメント組成物の圧縮
強度との間に相反関係があるからである。

セメント組成物の養生および硬化の過程で空気および水
が空隙を残存せしめ、これが硬化物の弱さの原因と成る
。

本発明者らの見出したところによれば、セメント、砂、
水および空気を含有する混合物に充分量のポツオラナ材
料を加えてペースト（セメント、ポツオラナ、水２よび
空気）の砂（細骨材）に対する体積比が約０．７５〜１
．５、好ましくは約１．０から１．４に成るようにすれ
ばこれらの空隙が最小と成る。

本明細書中での「ペースト／砂比」は、ペースト成分（
セメント、ポツオラナ、水および空気）の体積の乾燥砂
（細骨材）の実体積に対する比を意味するものとする。

任意の特定のセメント組成物に対する最適のペースト／
砂比は使用する砂の種類とセメント成分に依存するが、
最適値は前記した範囲内にある。

多量のポツオラナ材料の使用に通常関連する早期圧縮強
度の低下をさらに防止すべく、本発明のセメント組成物
にはある種のイオン性成分をも含有せしめる。

本発明者らの見出したところによれば、ポツオラナの反
応を促進するには、ナトリウムイオンおよびカリウムイ
オンより成る群から選ばれた少くとも１種のアルカリ金
属イオンを充分量添加すればよい。

これらのイオンがポツオラナの反応を促進する機構は必
ずしも明らかではないが、本発明者らの現在推察すると
ころによれば、ナトリウムイオンおよびカリウムイオン
はポツオラナ中のケイ質成分の水溶性を高め、これによ
り可溶性シリカを、セメントの輯出こよって遊離した過
剰の石灰と反応させる。

任意の検知量のナトリウムイオン旧よび／またはカリウ
ムイオンは、ポツオラナの反応ＣＣ触媒作用を及ぼし、
高ポツオラナ含量のセメント組成物に通常関連した早期
圧縮強度の低下を相殺する何らかの有意の効果を有する
。

ナトリウムイオンを用いる場合には、セメント組成物は
、セメント組成物中のポツオラナ材料の存在量の約４．
０重量％以下の量のナトリウムイオンを含有しなければ
ならない。

ナトリウムイオンの存在量はポツオラナの約０．２〜１
．６重量％を成す量が好ましい。

アルカリ金属イオン成分としてカリウムイオンを用いる
セメント組成物においては、カリウムイオンの存在量は
上記の一般的範囲および好適範囲内のナトリウムイオン
の当量に対応する。

また、ナトリウムイオンとカリウムイオンとを混合し、
その全量が上記の範囲内に入るようにして用いることも
できる。

但し、ここでもカリウムイオンの量は当量のナトリウム
イオンの量に換算する。

これらのアルカリ金属イオンを、当量のナトリウムイオ
ンに換算してポツオラナ材料の４重量％より過剰ｌこ添
加すると、有益な効果は失なわれ、セメント組成物の表
面から水が蒸発したのちにその外表面に残る粉末状白色
残渣によりセメント組成物が変色する。

ポツオラナの反応はまた、同時に促進されるセメントの
水利によって、従って他の主反応体である遊離石灰の形
成によっても触媒作用を受は得る。

これを達成するには、硫酸イオン、塩化物イオン、臭化
物イオンおよび／または亜硝酸イオンより成る群から選
ばれた任意の陰イオンを添加すればよい。

硫酸イオン２よび塩化物イオンが好適である。前記と同
様に、任意の検知量のこれらの陰イオンは、ポツオラナ
の反応速度とセメント組成物の早期圧縮強度とに何らか
の有意の効果を及ぼす。

セメント組成物は、ポツオラナ材料の存在量の約６．０
重量％以下を成す量、好ましくはポツオラナ材料の約０
１３〜２．４重量％の塩化物イオンを含有する。

硫酸イオンおよび／または亜硝酸イオンを用いる。

セメント組成物においては、これらのイオンの存在量は
上記した一般的範囲および好適範囲内の塩素イオンの当
量に対応する。

本発明の好適態様においては、１種もしくはそれ以上の
これらの陰イオンをアルカリ金属イオンと組合せてセメ
ント組成物中ｋＣ添加し、２種の各別の方法でポツオラ
ナの反応を促進する。

アルカリ金属成分および陰イオン成分の両者を供給する
ために添加し得る物質の例には、塩化ナトリウム、硫酸
ナトリウムおよび塩化カリウムがある。

好適添加物の１つは塩化ナトリウムであり、このものは
海水の形態でセメント組成物中に導入し得る。

海水はことのほか有用である。その理由は、海水が塩化
ナトリウムのほかにも少なからぬ量のカリウムイオンお
よび硫酸イオンを含有しており、これらのイオンがポツ
オラナの反応にさらに触媒作用を及ぼすからである。

下記に海水のイオン成分の代表的な分析値を示す。

海水の有益な効果は実に驚くべきことである。

その理由は、従来一般に海水がセメント組成物ｌこ対し
て有害であると受取られてきたからである。

しかるに本発明は、海水を用いたセメント組成物を提供
し、このことにより海水が豊富で淡水が比較的少ない地
域でのセメント組成物の利用をより容易と成すものであ
る。

本発明の他の好適態様においては、本発明者らの見出し
たところによれば、アルカリ金属成分を添加することな
く本発明の利益を達成するためには、塩化物イオンを塩
化カルシウムの形態でポツオラナ材料の存在量の約０．
５〜４．０重量％、好ましくは約０．５〜３．０重量％
添加し、さらにセメント組成物のその他の配合成分を前
記の割合に従って添加すればよい。

しかしながら、塩化物イオンをアルカリ金属成分と共に
添加して成るセメント組成物は、塩化物イオンを塩化カ
ルシウムとして添加して成る同様のセメント組成物より
も大きな早期圧縮強度を発揮する。

本発明の他の利点は、比較的多量のフライアッシュを使
用する利益を達成するのに、外来の石灰。

すなわちセメントの水和Ｃζより生成する以外の石灰を
加えないですむ点にある。

外来の石灰を加えれば製品の凝結時間は短縮するが、本
発明のセメント組成物にはフライアッシュの約４．０重
量％までの外来石灰しか許容し得ない。

ポツオラナ材料の約４．０重量％を超えてさらに石灰を
加えると、セメント組成物の早期強度が低下する。

従って、本発明のセメント組成物は、ポツオラナ材料の
約４．０重量％以下の追加の外来石灰を含有し得る。

次に実施例を示し本発明をさらに具体的に説明する。

実施例 １ 本実施例は、セメント組成物の圧縮強度を最大と成すに
必要なフライアッシュ量を決定する方法を示す。

種々の量のセメントを用いて多数の相異なるセメント組
成物を調合し、その際各セメント組成物のフライアッシ
ュ量を変えた。

各セメント組成物の材令２８日の圧縮強度を測定した。

その結果を第１表に示す。

各テストに用いたセメントは、異なる３工場から入手し
たＡＳＴＭ規格Ｃｌ３０−７４記載のタイプＩのポルト
ランドセメント３種を等重量部ずつ配合したものである
。

特記しない限り、本明細書の実施例ではこのセメントを
用いた。

また、本実施例および本明細書の他の実施例中の各テス
トに用いた砂は、特記しない限り、イリノイ州オタワ産
の比較的細かい（／１６１０９）砂と比較的粗い（／１
６．１’９０）砂との等景況合物である。

テストＧ−１ないしＧ−３においては、／１６．２００
メツシユふるいを通過する貯水池沈積物をオタワ産の砂
と共に用いた。

テストＩ−１ないしｌ−５においては、ウオー（Ｗａｕ
ｇｈ）砂として知られるアラバマ州モントゴメリー産の
市販の砂と、ジョーシア州アトランタ産の砂の代表的市
販品との等量ブレンド物である。

特記しない限り、本実施例および本明細書の他の実施例
中の各テストに用いたポツオラナ材料は、ジョーシア電
力会社のボーイン（Ｂｏｗｅｎ ）プラントにおいて粉
末歴青炭の燃焼より回収したボーインフライアッシュで
ある。

テストＨ−１ないしＨ−３およびテス）Ｋ−１ないしに
−３においては同電力会社のマクドナウ（ＭｃＤｏｎｏ
ｕｇｈ ）プラントから集塵したフライアッシュより成
る上記と異なるポツオラナ材料を用いた。

各テストに用いた混合方法は、ＡＳＴＭ規格Ｃ１０９記
載の基本的方法に若干の変異を加えたものである。

まず、セメント、フライアッシュおよび水を、標準テス
ト法記載のミキサに装入する。

実施した一連のテストにおいてはセメントの使用量を一
定としたが、各テストにおける水の使用量は、特定のテ
スト群たとえばテストＡ−１ないしＡ−４のうちの全テ
ストに対して相対的に等しいスランプ値（作業性の尺度
）を得るように調節した。

次いで、セメント、フライアッシュおよび水を低速にて
３０秒間混合し、そののち砂もしくは他の細骨材を３０
秒間かけてミキサＥこ装入しつつ低速にて混合する。

次いでこれらの配合成分を中速にてさらに３０秒間混合
する。

砂の装入量は、調合すべき全サンプルが相対的に同体積
と成るように調節した。

次いでミキサを９０秒間止め、そのうち最初の１５秒間
ミキサの側壁付着物を掻き落した。

次いでセメント組成物を中速にてさらＫ ６９秒間混合
した。

最終混合ののちの最初の９０秒間の間にミキサからボー
ルを取出した。

モルタルの半量を取分けてスランプ測定に供した。

このテストは実施に約３０〜４５秒間を要する。

スランプ値がテスト群の他のテストサンプルのスランプ
値からずれている場合には、そのセメント組成物を配合
調整して各テスト群の全テスト組成物がほぼ同等の作業
性を有するようにする。

次いでテストサンプルの他の半量を後記する方法により
テストしてその空隙率を求めた。

これらのテストの終了後、さぎの両国分を混合用ボール
にもどし、１５秒間中速にて混合した。

このセメント組成物を、圧縮強度測定用の６個の標準２
インチ立方体につめた。

ＡＳＴＭ規格Ｃ１０９の条件下、石灰水を用いてこれら
の立方体を硬化させた。

全てのテストは、上記規格指定の温度および湿度の標準
条件下で行なった。

スランプ値の測定には、ＡＳＴＭ規格Ｃ１２８−７３の
第２，３節記載のスランプコーンを用いた。

最初ＩＩこそのコーンを半分までテストサンプルでみた
し、直径１インチの丸い先端を有する突き棒で２５回突
いた。

次いで、金属製コーンの残りの部分を充填し、上層を貫
通しその下の第２層内に僅かに及ぶように２５回突いて
両層を一体化させた。

合計５０回突いたのち、こての縁を用いてコーン上端か
ら余分の材料を削り落し、１０秒間かけてコーンを徐々
に抜き去った。

コーンを円錐状のテストサンプル材料にならべて置き、
次いで標準コーンの高さくサンプルのはじめの高さ）と
コーン除去後のサンプルの高さとの差をスランプ値とし
て測定した。

潜在空隙（水ならびに同伴および包蔵された空気）の体
積の測定には、下記の実験法を用いた。

すなわち、一端が閉じた体積および重量既知の金属製シ
リンダを用いて、調合した各セメント組成物の密度を求
めた。

スランプテストと同様に、テストサンプルを装入する毎
に突き棒で突き、都合３等分してシリンダーに充填した
。

第３層をロンドで突いたのち、余分のテストサンプル材
料をシリンダ上端より削り落し、シリンダの容積で、充
填したシリンダと空のシリンダとの重量差を除して密度
を求めた。

特定のテストで製造したテストサンプル材料の全重量と
その密度とを知ることにより、サンプルの全体積を算出
し得た。

テストサンプルの全体積とテストサンプル中の個々の固
体成分の合計体積との差がサンプルの空隙量を表わす。

種々のテストサンプルの組成とこれらのテストの結果を
第１表に示す。

これらの結果が示すところによれば、所定のセメント組
成物に対して、その組成物の圧縮強度を最大と成し得る
ポツオラナ材料の最適添加量が存在する。

この最大強度は、セメント／ポツオラナ比が約０．１〜
２．０ニあるとき達成される。

最大量を超えるポツオラナ材料をセメント組成物）こ加
えると、それに応じて材令２８日強度が減少する。

テストの結果が示すところによれば、かかるポツオラナ
含有セメント組成物の材令２８日強度が最大と成るのは
、ペースト／砂比約１．０〜１．４によって表わされる
ように、空隙率が最小のときである。

実施例 ２ 本実施例においては、一連のテストを行なってポツオラ
ナ含有セメント組成物中に種々のイオンを含有せしめた
効果を説明する。

これらのテストに用いた基本さ成る組成物すなわち対照
用サンプルの組成は次の通りである。

セメント １８８ｇ フライアッシュ ５００ｇ 砂 １２５０ｇ 水 ２３５ｍ１ このセメント組成物におけるセメント／ポツオラナ比は
０．２９であり、実施例１のテストＡ−１ないしＡ−４
およびテストＢ−１ないしＢ−４で決定したこの組成物
に対する最適フライアッシュ量を示している。

本実施例のセメント組成物の調合およびテストは実施例
１に準拠した。

各テストサンプルの水含量の調節は、一連のテスト内の
サンプルの作業性を同等にするように行なった。

各テストサンプルのスランプ値を１／１６インチ単位で
測定した。

また、種々のセメント組成物で製造した２インチ立方体
の材令７日および２８日の圧縮強度を測定した。

第２表に示す通り、所定量の種々のイオン性物質を水溶
液として混合操作のはじめにセメントおよびポツオラナ
材料に添力１した。

これらのテストの結果を第２表に示す。

種々のイオン成分について種々の材令のテストを行なう
場合にはその結果を、イオン無添加の基本組成物につい
てそれぞれ同一材令で行なったテストの結果き比較する
。

第２表の最右欄は、テストサンプルの材令２８日強度の
対照サンプルの材令２８日強度に対する比を示す。

これらのテストの示すところによれば、ナトリウムイオ
ンおよびカリウムイオンはそのいずれもが高ポツオラナ
含量セメント組成物の材令７日強度および材令２８日強
度の両者を向上させる。

また、テス１−ＡＩ）−２の示すところによれば、塩化
カルシウムをアルカリ金属イオンの不存在下でセメント
組成物中に用いると、高ポツオラナ含量セメント組成物
の早期強度を向上させることができる。

実施例 ３ 本実施例においては、種々量の塩化すｌ−ＩＪつ・ムを
含有するセメント組成物についてテストを行なった。

テストＢＡ−１ないしＢＡ−４においては基本と成るセ
メント組成物すなわち対照サンプルの組成は次の通りで
ある。

セメント １８８ｇ フライアッシュ ２５０ｇ 砂 １４７５ｇ 水 ２５０ｍ１ このセメント組成物のセメント／ポツオラナ比は０．５
８である。

テス）ＢＢ−１ないしＢＢ−４における基本セメント組
成物は下記の配合成分より成る。

セメント １８８ｇ フライアッシュ ５５０ｇ 砂 １２２２．９ 水 ２５０ｍ１ このセメント組成物のセメント／ポツオラナ比は０．２
７である。

種々のテストサンプルにおける他の配合成分については
第３表に示す。

これらのテストサンプルの調合およびテストは、実施例
２記載の方法に準拠して行なった。

テストの結果を第３表に示す。これらの結果の示すとこ
ろによれば、ナトリウムイオンおよび塩素イオンは、高
ポッオラナ含量セメント組成物の早期強度を高める。

実施例 ４ 本実施例においては一連のテストを行ない、植種の砂お
よび種々のポツオラナ材料を用いて本発明の利点を達成
し得ることを示す。

テスＩ−ＣＡ−１およびＣＡ−２における基本と成るセ
メント組成物すなわち対照サンプルは下記の配合成分よ
り成る。

セメント １８８ｇボーインフラ
イアッシュ ４００Ｉ アラバマ州モントゴメリー産 ウオー砂の市販品と、ジョー シア州アトランタ産の砂の代 人的市販品との５０：５０ブ レンド物 １２６０ｇ 水 ２７６ｍ１このセ
メント組成物のセメント／ポツオラナ比は０．３６であ
る。

テストＣＢ−１ないしＣＢ−３の基本セメント組成物す
なわち対照サンプルは下記の配合成分より成る。

セメント １８８ｇニューヨーク
フライアッシュ ３９０ｇ イリノイ州オタワ産の砂の ５０：５０ブレンド物 １２６０ｇ 水 ２６２ｇこのセメ
ント組成物のセメント／ポツオラナ比は０．３２である
。

最後に、テス１−ＣＣ−１ないしＣＣ−３においては下
記の対照セメント組成物を用いた。

セメント １８８ｇオレゴン州ラ
イム（Ｌｉｍｅ）の オレゴンボルトランドセメン ト社より入手したクラスＮ （天然品）ポツオラナ ４４４ｇ イリノイ州オタワ産の砂の ５０：５０ブレンド物 １２９０ｇ 水 ２５３ｍ１このセ
メント組成物のセメント／ポツオラナ比は０．３６であ
る。

各テストサンプルにおけるその他の配合成分を第４表に
示す。

テストサンプルの調合およびテストは、実施例２記載の
方法に準拠して行なった。

テストの結果を第４表に示す。

これらの結果の示すところによれば、本発明は、種々の
ポツオラナ材料および細骨材を含有するセメント組成物
に適用し得る。

実施例 ５ 本実施例においては、セメント組成物中のセメント／ポ
ツオラナ比およびイオン成分の割合を変化させてその効
果を示すべく、下記の一連のテストを行なった。

テスト］）Ａ−１ないしＤＡ−５における対照セメント
組成物は次の配合成分より成る。

セメント ３７６ｇ フライアッシュ ３３０ｇ 砂 １２４０ｇ 水 ２５０ｍ１ この組成物のセメント／ポツオラナ比は０．８８である
。

テストＤＢ−１ないしＩ）Ｂ−６で用いた基本セメント
組成物は次の通りである。

セメント ３７６ｇ フライアッシュ １２５ｇ 砂 １４５０ｇ 水 ２５４ｍ１ このサンプル組成物のセメント／ポツオラナ比は２．３
３である。

テストＤＣ−１ないしＤ（、’−４においては対照セメ
ント組成物さして次の組成物を用いた。

セメント ５６４ｇ フライアッシュ ５０ｇ 砂 １３４３ｇ 水 ２６０ｍ１ このサンプルのセメント／ポツオラナ比は８７４である
。

最後に、テストＤＩ）−１ないしＤＤ−４のサンプルは
次の対照組成物に基づいて調合した。

セメント ５６４ｇ フライアッシュ ２５０ｇ 砂 １１１５ｇ 水 ２７０ｍ１ この組成物はセメント／ポツオラナ比１．７５を有する
。

テストサンプルの調合およびテストは、同じ〈実施例２
記載の方法に準拠して行なった。

テストの結果および各テストサンプルの他の配合成分を
第５表に示す。

テストの結果の示すところによれば、配合割合が本発明
に合致したテスト群］）Ａにおいては本発明の利点が達
成された。

テスト群ＤＢおよびテスト群ＤＣでは、早期圧縮強度の
有意の増加は見られなかったが、これは各テスト群のセ
メント／ポツオラナ比それぞれ２．３３および８．７４
に示される通り比較的小さなフライアッシュ含量に起因
する。

テスト群ＤＤにおいてはセメント組成物の圧縮強度に有
意の向上が達成されなかったが、これはセメント組成物
中にすでに多量に存在していたセメントに起因する。

本発明者らの見出したところによれば、セメントの実体
積のモルタル（セメント、ポツオラナ、水、窒気、イオ
ン成分および砂）の体積に対する比が約０．１９未満で
あれば本発明の利益が得られる。

実施例 ６ 本実施例においては、ポツオラナ材料とイオン成分との
相互作用に基づき本発明の利益が達成されることを示す
べく、ポツオラナ材料を細粒径の不活性材料である花コ
ウ岩ダストに代えて成るセメント組成物を調合した。

これらのテストサンプル（ＥＡ−１ないしＥＡ−５）に
用いた対照セメント組成物は次の組成を有する。

セメント ３７６ｇ２００メツ
シユふるい通過孔 ２５０ｇ５０ｇコラト 砂 １２４０ｇ ”水
２７０ｍ１セメント
の細粒花コウ岩に対する乾燥体積比は１．２２である。

実施例２記載の方法に準拠してテストサンプルを調合且
つテストした。

各テストサンプル中の他の配合成分およびテストの結果
を第６表に示す。

これらのテスト結果が示すところによれば、高ポツオラ
ナ含量セメント組成物の早期強度を効果的に高めるイオ
ン成分の存在は、多量の細粒不活性材料を含有するセメ
ントにおいては同じ目的に無効であった。

実施例 ７ 本実施例においては、一連のテストを行なって、本発明
が種々のポルトランドセメントを含有スるセメント組成
物に適用し得ることを示す。

テストＦＡ−ｉないしＦＡ−３においては、その対照セ
メント組成物は次の配合成分を含有する。

タイツＩＩのポルトランドセメント １８８ｇフライア
ッシュ ５００ｇ砂
１２５０ｇ水
２５３ｍ１テス１−ＦＢ−１ないしＦ
Ｂ−３においては、同様の対照組成物を用いた。

但しセメントはタイツ１のポルトランドセメントを使用
した。

テスト群ＦＡおよびテスト群ＦＢそれぞれのセメント／
ポツオラナ材料比は０．２９である。

テストサンプルの調合およびテストは同じ〈実施例２記
載の方法で行なった。

各テストサンプル中の他の成分およびテスト結果を第７
表に示す。

このテストの示すところによれば、本発明のセメント組
成物については用いるセメントの種類にかかわりなく優
れた結果が得られる。

実施例 ８ 木実施例においては一連のテストを行ない、セメント組
成物、たとえば、熱処理もしくはオートクレーブ処理し
硬化速度を刃口速しで行なうプレハブ構造部材の製造に
本発明が適用し得ることを示す。

テストサンプルの組成を第８表に示す。特記しない限り
さきに実施例１で記載した通り、サンプルにはその主要
成分としてタイプＩのポルトランドセメント３種のブレ
ンド物、ボーインフライアッシュ、およびイリノイ州オ
タワ産の細かい砂と和い砂との５０ ： ５０ブレンド
物を用いた。

テストは実施例２記載の方法に準拠して行なった。

但し、種々のテストサンプルで製造した立方体は、実験
室内にて２４時間大気条件下に保持し、次いで温度１６
７°Ｆ以上にて１７時間硬化させた。

次いで立方体の圧縮強度を測定した。

結果を第８表に示す。

テスト結果の示すところによれば、本発明は加熱による
硬化促進処理に供したセメント組成物に適用し得る。

イオン成分の存在が同じくこれらのセメント組成物の早
期圧縮強度を向上させた。

実施例 ９ 本実施例においては一連のテストを行ない、イオンを海
水の形態で供給する場合にも本発明の利点が得られるこ
とを示す。

テストサンプルの組成を第９表に示す。

特記しない限り、全てのサンプルにタイプＩのポルトラ
ンドセメント３種のブレンド物、ボーインフライアッシ
ュ、およびイリノイ州オタワ産の細かい砂と柑砂との５
０ ： ５０ブレンド物を用いた。

テストサンプルの調合およびテストはほぼ実施例２記載
の方法に準拠して行なった。

テスト結果を第９表に示す。テスト結果の示すところに
よれば、海水を高ポツオラナ含量セメント組成物に用い
ると製品の早期強度に有意の増加が見られる。

１１− 実施例 １０ 本発明の経済的利点を示すために一連のテストを行ない
、ポツオラナ材料を含有しない代表的な市販のセメント
組成物（テス１−ＩＡ−１ないしＩＡ−５）、現在工業
的に用いられているポツオラナ材料含有セメント組成物
（テス１−ＩＢ−１ないＬＩＢ−４）、多量のポツオラ
ナを含有するセメント組成物（テストＩＣ−１ないしＩ
Ｃ，’−４）、および多量のポツオラナとポツオラナ材
料の６．６５重量楚の量の塩化ナトリウムとを含有する
セメント組成物（テスｌ−１１）−１ないしＩ’Ｄ−８
）の相対的コストを比較した。

これらのテスト組成物には、タイプＩのポルトランドセ
メント３種のブレンドセメント、ボーインフライアッシ
ュ、およびイリノイ州オタワ産の細かい砂と粗い砂との
５０＝５０混合物を用いた。

これらのテストサンプルの組成を第１０表に示す。

テストサンプルの調合およびテストは、実施例２記載の
方法に準拠して行なった。

これらのテストの結果も第１Ｏ表に示す。

コンクリート１ヤード当りのセメント材料のコストは、
セメントコスト１ドル８０セント７１００ポンドおよび
ポツオラナコスト５０センｌ−／１００ポンドに基づく
。

第１図は、テスト群ＩＡ、ＩＢおよびＩＤのテスト結果
のグラフであり、セメント組成物中のセメントの量とそ
の組成物の材令２８日強度七の関係を示す。

このグラフの示す吉ころによれば、所定量のセメントの
強度を向上させるには市販のセメント組成物への常用量
以下のポツオラナを加えればよい。

しかしながら、テスト群ＩＣによって示される通り、添
加すべきポツオラナを本発明で用いる如くイオン成分を
用いることなく加えるとセメント組成物の早期強度が低
下する。

従って、通常より過剰のポツオラナ材料の使用量に関連
した経済的利点は一切、構造特性の低下により相殺され
てしまう。

第１図に示す通り、過剰量のポツオラナ材料を、ポツオ
ラナの反応を促進する適当量のイオンと組合せて用いる
と、少なからぬ経済的利益が得られる。

本発明に従って製造したセメント組成物は単位°体積当
り、これと同等の圧縮強度を有する市販のセメント組成
物よりはるかに安価である。

本発明のセメント組成物を表わすカーブは、通常のポツ
オラナセメント組成物に対応するカーブと、セメントの
実体積のモルタルの体積に対する比が約０．１９の点で
交わる。

実施例 １１ 本実施例においては一連のテストを行ない、イオン成分
の供給物質として臭化カリウムを本発明のセメント組成
物に使用した効果を説明する。

ＨＡ−１ないしＨＡ−３の各テストに用いた対照セメン
ト組成物は次の通りである。

タイプＩのセメント １８８ｇ フライアッシュ ５５０ｇ ウオー砂 １１７０ｇ 水 ２４７ｍ１このテスト
群に用いた各サンプルはセメント／ポツオラナ比０．２
６およびペースト／砂比１．２６を有する。

第１１表に示す通り、テストＨＡ−１のサンプルは２２
．０ｇの塩化ナトリウムすなわち゛フライアッシュの約
４重量予の塩化ナトリウムを含有する。

換言すればテストＨＡ−１のサンプルはフライア・ツシ
ュに対して１６重量予のナトリウムイオンおよび２．４
重量％の塩素イオンを含んでいる。

サンプルＨＡ−２およびＨＡ−３中にはそれぞれ充分量
の臭化カリウムおよびヨウ化カリウムを添加してサンプ
ルＨＡ−１中のナトリウムイオンおよび塩素イオンと当
量のイオンを供給するようにした。

さきに特定したテスト方法に従ってサンプルＨＡ−１な
いしＨＡ−３をテストした。

但し、圧縮強度は材令２８日でなく材令３３日で測定し
た。

結果を第１１表に示す。

これらの結果の示すところによれば、臭化カリウムを用
いた本発明のセメント組成物は、塩化ナトリウムを用い
た本発明のセメント組成物に優らずといえ少くさも同程
度にすぐれた強度特性を示す。

しかしながら、強度のかかる向上はヨウ化カリウムを用
いた場合には得られなかった。

【図面の簡単な説明】

第１図は、材令２８日立方体圧縮強度に対して種々のセ
メント組成物のセメント含量をプロットしたグラフであ
る。 ＩＤ・・・・・・ＮａＣｌを含有する高ポ°ノオラナ含
量セメント組成物、１Ｂ・・・・・・通常のポツオラナ
含有セメント組成物、■Ａ・・・・・・ポツオラナを含
有しないセメント組成物。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ポルトランドセメント、天然セメントあるいは同様
   の結合機構を有するセメント系などのセメント材料と、
   ポツオラナ材料と、細骨材と、水と、塩化カルシウムあ
   るいは、ナトリウムイオンまたはカリウムイオンからな
   るアルカリ金属と陰イオン成分から選ばれる金属成分と
   を含有するセメント組成物において；アルカリ金属成分
   の存在量が当量のナトリウムイオンに換算してポツオラ
   ナ材料の４．０重量％以下であり；さらに硫酸イオン、
   塩化物イオン、臭化物イオンおよび亜硝酸イオンより成
   る郡から選はれた少なくとも１種の陰イオン成分を含有
   し、該陰イオン成分の存在量が当量の塩化物イオンに換
   算してポソオラナ材料の６，０重量％以下であり；ポツ
   オラナ材料に対するセメントの実体積比が０．０５〜２
   ．０であり；細骨材の実体積に対するペースト（セメン
   ト、ポツオラナ材料、水）の体積の比が０．７５〜１．
   ５であり、モルタル（セメント、ポツオラナ材料、水お
   よび細骨材）の体積ｌこ対するセメントの実体積の比が
   約０．１９未満である上記セメント組成物。 ２ アルカリ金属成分がナトリウムイオンを含んでいる
   特許請求の範囲第１項記載の組成物。 ３ アルカリ金属成分がカリウムイオンを含んでいる特
   許請求の範囲第１項記載の組成物。 ４ 陰イオン成分の存在量が当量の塩化物イオンに換算
   してポツオラナ材料のＱ、３〜２．４重量％である特許
   請求の範囲第１．２または３項記載の組成物。 ５ 細骨材の実体積に対するペーストの体積の比が１．
   ０〜１．４である特許請求の範囲第１〜４のいずれか１
   項記載の組成物。 ６ アルカリ金属成分の存在量が当量のナトリウムイオ
   ンに換算してポツオラナ材料の０．２〜１６重量％であ
   る特許請求の範囲第１〜５項のいずれか１項記載の組成
   物。 ７ 外来石灰の存在量がポツオラナ材料に対して４．０
   重量％未満である特許請求の範囲第１〜６のいずれか１
   項記載の組成物。 ８ リグノスルホン酸誘導体およびその塩、ヒドロキシ
   ル化カルボン酸およびその塩ならびに糖のポリマー誘導
   体から選ばれる少なくとも１種の化学派加物を含んでい
   る特許請求の範囲第１〜７項のいずれか１項記載の組成
   物。 ９ ポツオラナ材料がフライアッシュを含んでいる特許
   請求の範囲第１〜８項のいずれか１項記載の組成物。 １０アル力リ金属成分および陰イオン成分を海水の形態
   で供給して成る特許請求の範囲第１〜９項のいずれか１
   項記載の組成物。 １１ ポツオラナ材料に対するセメントの実体積比が
   ０．１〜２．０である特許請求の範囲第１〜１０項のい
   ずれか１項記載の組成物。 １２金属成分が塩化カルシウムであり、該塩化カルシウ
   ムの存在量がポツオラナ材料の０．５〜４，０重量％で
   ある特許請求の範囲第１項記載の組成物。 １３ ポツオラナ材料がフライアッシュである特許請求
   の範囲第１２項記載の組成物。 １４リグノスルホン酸誘導体およびその塩、ヒドロキシ
   ル化カルボン酸およびその塩ならびに糖ノポリマー誘導
   体から選ばれる少なくとも１種の化学添加物を含んでい
   る特許請求の範囲第１２または１３項記載の組成物。 １５ 外来石灰の存在量がポツオラナ材料に対して４．
   ０重量％未満である特許請求の範囲第１２゜１３または
   １４項記載の組成物。 １６細骨材の実体積に対するペースト状の体積比が１．
   ０〜１．４である特許請求の範囲第１２〜１５項のいず
   れか１項記載の組成物。 １７塩化カルシウムの存在量がポツオラナ材料の０．５
   〜３．０重量％である特許請求の範囲第１２〜１６項の
   いずれか１項記載の組成物。 １８ ポツオラナ材料に対するセメントの実体積比が０
   ．１〜２．０である特許請求の範囲第１２〜１７項のい
   ずれか１項記載の組成物。