JPS6012984B2 - セメント組成物 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はセメント組成物に関し、その目的とするところ
は長期強度の低下をみることなくセメントの硬化時間の
短縮および早強性を発現させることにある。

また他の目的は、硬化体のプリージングを抑制させるセ
メント組成物に関するものである。

セメントは周知の通り土木、建築の分野で大量に使用さ
れており、通常それはボルトランドセメントである。一
般に、セメントモルタルは硬化物の強度は大きいが、硬
化するまでの時間が比較的長く、換言すれば早強性に欠
け、一方、作業性を向上すべくＷ／Ｃを大きくすると強
度低下が著しくかつブリージンを起し不均質な硬化体と
なる欠点がある。

アルミナセメントは、早強性に優れかつ高強度を発現す
るすぐれたセメントであるが、高価であるので特殊の用
途に限られ、汎用はできない。従って、これまでボルト
ランドセメントの硬化性能を向上すべく数多くのセメン
ト添加剤が提案され、かつ実施されてきた。例えばその
代表的なものとして石膏、塩化カルシウム、塩化アルミ
ニウムなどがあるが、長期強度の低下、鉄筋の腐蝕その
他の問題が生じる。

一方他のセメント添加剤として水ガラスを早強剤として
使用することも知られているが、水ガラスのゲル化が早
いため、土質安定化を目的とするグラウト注入工法の如
き特殊な用途にのみ使用され汎用はされていない。一般
にセメント一水ガラス系は硬化の主体が蓮酸ゲルである
ため、乾燥するとヒビ割れを生じて長期強度はなく、水
中または湿潤士中でしか適用できない。本発明者らは、
叙上の事実に鑑み、セメント−水ガラス系を長年研究し
てきたところ、特殊なシリカ原料かち得られる粉末珪酸
ソーダがセメント添加剤として極めてセメントの硬化性
能を改善することの知見に基づいて本発明を完成した。

すなわち、本発明は、セメントに、金属珪素やフェロシ
リコンなどの賊熱冶金工業から排出する微細シリカ含有
の副生物、苛性ソーダおよび水との反応生成物である含
水率１５〜３の重量％の粉末珪酸ソーダを配合してなる
セメント組成物である。本発明におけるセメントはボル
トランドセメントであるが、他の高炉セメント、コロイ
ドセメント、シリカセメント、アルミナセメントなども
適宜併用されたものであってもよい。一方、本発明にお
いてセメント添加剤として使用する粉末珪酸ソ−外まフ
ェロシリコンダストの如き電熱冶金工業において集塵さ
れる副生物をシ＊リカ原料としてこれに苛性ソーダおよ
び限られた水を加えて反応させて製造されるもので、新
規な珪酸ソーダである。

これは本発明者らが開発したもので、例えば特開昭５２
−２６５１５号、特開昭５３−５２２９計戦こその製法
および物性を明らかにしてある。この粉末珪酸ソーダは
原料の性質上炭素を初めとして微細な不溶性成分が若干
量均一に混在したものであって重量であり、しかも外観
は灰色ないし黒色をしており、大体次の組成を有する。

（数値は重量％）前記において可溶性成分または不溶‘
性成分の値は、試料５夕を１００夕の水で７０００、１
時間渡洋した後に固液分離される溶解成分および不溶成
分をいう。

このような粉末珪酸ソ−ダは原料のシリカ分のうち少な
くとも約８の重量％が瑳酸アルカリへ転化して可溶化し
たものであり、その可溶成分の水に対する溶解性が、一
般の珪酸アルカリ水溶液を頃霧乾燥した粉末品や無水珪
酸アルカリガラスの部分水和の粉末珪酸アルカリガラス
に比して良好なため、いわゆる“インスタント水ガラス
”となりうるもので、外観や物性の点から、他の粉末珪
酸ソーダとは明瞭に区別できる特徴的なものである。

本発明にかかるセメント組成物はセメントに前記粉末珪
酸ソーダを配合してなるものであるが、その使用目的に
従ってセメントや粉末珪酸ソーダの種類や配合量を適宜
選択設定される。

しかも、多くの場合、セメント１００重量部に対し、粉
末珪酸ソ−ダは多くとも２の重量％までであり、好適に
は２〜１の重量％の範囲にある。この理由は粉末珪酸ソ
ーダの添加量が約２重量％以下では添加により効果が小
さく、硬化時間初期強度などセメント自体の特性と実質
的に変らないからであり、一方約２の重量％を越えると
長期強度等が劣化してむしろセメント組成物の諸性能を
劣化する傾向にあるからである。

本発明にかかるセメント組成物は、使用に際して配合組
成を取ることは勿論できるが、予めワンパック型に調製
しておくこともできる。このようにセメント組成物はボ
ルトランドセメント自体に比較して硬化時間が著しく短
縮されて早強性を示す。さらに、可溶性の炭酸塩や燐酸
性を本発明に係るセメント組成物に少量添加配合すると
より一層に硬化時間の調整が可能となると同時に、ブリ
ージングの現象が著しく抑制されて好ましい相剰作用を
発揮するので、これらは必要に応じて補助的に配合する
ことができる。例えば炭酸塩としては炭酸ナトリウム、
炭酸カリウムが代表的であり、一方、燐酸塩としては燐
酸二水素ナトリウム、トリポリ燐酸ナトリウムなどがあ
げられる。これらの塩類の添加量はセメント１０の重量
部に対して０．２〜５重量部の範囲にある。その範囲を
越えるとむしろセメントの硬化を妨げ強度低下の原因と
なる。このように本発明にかかるセメント組成物は長期
強度を実質的に低下させることなく早強性を与えること
ができ、かつＷ／Ｃの高いセメントミルクであってもブ
リージングを起さないので、例えば注入ペーストとして
の利用、ヘドロの固化、軟弱地盤の安定化、ソィルセメ
ントやオイルウェルセメントへの用途、高炉スラグやフ
ライアッシュ混用の際の早強性の付与、発泡モルタル等
の泡安定剤などの特殊な使用目的に利用されることが可
能であり、更に汎用セメントモルタルの早強性付与に好
ましい効果を発揮させることができる。

＜粉末珪酸ソーダの調製＞ ＊＊ フ
エロシリコンダスト（Ｓｉ０２：９２％、Ｃ：３％、そ
の他：１．５％）１０畔部および５０％液体苛性ソーダ
を所定量配合して均一に混合し、次いで短時間に加熱反
応させた後、次いで放冷した固化物を粉砕して５００山
節を通過する程度の粉末珪酸ソーダを得、これを試料と
する、その特性は次の通りである。実施例 １ 普通ボルトランドセメント１０の重量部に第１表に示す
珪酸ソーダを５または１の重量部添加して各種のセメン
ト組成物を調製する。

これをそれぞれ水８０重量部に加え１０分間涙練しスラ
リー状にした、このスラリ‐を４００×８皿側の型枠中
に流し込み静遣して硬化させた後脱型し供試体を得た、
供試体は湿気箱中で養生を行ない１、３、７、２８日強
度を測定した。また供試体の高さを測定し、災型枠の高
さ８０舷との差をプリージング量として（脇／８仇舷）
の単位で記録した、またプリージング部の水は供謎体の
Ｗ／Ｃに関与しないので、この水量を水の配合量８碇部
より除いた供謎体のＷ／Ｃを算出し記録した。また上記
濠練後のスラリーの入った容器を優けてもスラリーが全
く流動性を示めさなくなった時間を混練直後ゼロとして
測定し硬化時間とした、以上の配合と特性値を第１表に
示した。第１表 注．試料豚４の 酸ソーダはモル比Ｓｉ０２／Ｎａ２０
３．１５の無水 酸ソーダカレントガラスの粉砕品（
シルポン３３０：日本化学工業（株）社製）試料修５の
酸ソーダはＪＩＳ３号けい酸ソーダ水溶液上記の結果
から、本発明にかかる粉末珪酸ソーダはいずれもブリー
ジングを抑え、かつ硬化を促進する助剤として作用し、
好ましいセメント組成物を与えることがわかる。

一方、比較として珪酸ソーダ水溶液および無水珪酸ソー
ダを用いたものをみたが、前者においては、少量では硬
化促進効果はなく、多量に使用すれば強度劣化を起し、
またスラリーの粘性が高すぎて作業性に欠ける。一方後
者はブリージングが大きく硬化時間も遅くいずれも不適
である。実施例 ２ 普通ボルトランドセメント１００重量部に試料Ｎｏ．２
の粉末珪酸ソーダを０〜２の重量部混合したセメント組
成物を調製して、これを水６０〜１２０重＊量部に加え
１０分間濠練しスラリー状にし実施例１と同様に測定し
て特性値を得た、ブリージングについての結果を第２表
に示した。

硬化時間の結果を第３表に示した。ブリージングを抑制
し適度の硬化時間を得るためには粉末珪酸ソーダの添加
量は水の配合量の１／２０〜１／５が適当であった。ま
た、セメント組成物の１日強度は粉末達酸ソーダの添加
により向上し２８日強度は供試体のＷ／Ｃによって一義
的に決まり粉末珪酸ソーダの添加による実質的な低下は
なかった。第 ２ 表 ブリージング
（のれ／８０の彼）第 ３ 表 硬化時
間（時−分）実施例 ３晋弾ボルトランドセメント１０
０重量部、試料３Ｎｏ．２の粉末珪酸ソーダ５重量部、
炭酸ソーダまたはリン酸ソーダ０．５〜１の重量部を混
合してセメント組成物を調製する。

これを水６０〜１２０重量部に加えて１び分間混練し、
実施例１と同様に測定を行なった。比較のため粉末珪酸
ソーダを添加しな３‐‐Ｙ、もの及び粉末珪酸ソーダと
炭酸ソーダまたはリン酸ソーダを添加しないものについ
ても同様に測定した。それらの結果を第４表（ブリージ
ング）および第５表（硬化時間）に示した。炭酸ソーダ
またはリン酸ソーダの添加はソルティ−の効果を助長し
特に水の多い配合で改善が顕著であった。第 ４
表 ブリージング（のの／８０の彼）第 ５
表 硬化時間（時‐分）セメント組成物の１
日強度は試料Ｎｏ．１ふ１６のものよりも、１７一１、
１８−１の方がより高くなった。また、２８日強度では
リン酸ソーダを添加した試験Ｎｏ．１８−１の場合は高
くなった。なお炭酸ソーダやリン酸ソーダの添加量はボ
ルトランドセメントの１％以上が適当であった。実施例
４ 普通ボルトランドセメント１００重量部に試料ＮＯ．２
の粉末達酸ソーダ５重量部、炭酸ソーダ１重量部を添加
混合してセメント組成物を調製し＊＊た。

これを水８匹重量部に加え１０分間濠練し、実施例１と
同機に測定を行なった、初期強度の比較のためセメント
に炭酸ナトリウムだけを加えたもの、及び粉末珪酸ソー
ダと炭酸ソーダの代りに半水石膏５重量部加えたものも
同様供試体を作成した。その結果を第６表に示した。第
６表より明らかなように粉末珪酸ソーダと炭酸ソーダを
加えたものだけが良好な早強性を示し、半水石膏や炭酸
ソーダでは早強性を与えることはできなかった。

第６表 実施例 ５ 普通ボルトランドセメント１００重量部に試料Ｎｏ．２
の粉末珪酸ソーダ５部、炭酸ソーダ１部を添加混合して
セメント組成物を調製した。

これを水８０重量部に加え、次いで砂２８の重量部を加
えて１粉ご間混練し、実施例１と同様に測定を行った。
早期強度の比較のため粉末珪酸ソーダと炭酸ソーダを添
加しないものも供藷体を作成した。その結果を第７表に
早期強度のデータを示した。第７表で明らかなように粉
末珪酸ソーダと炭酸ソーダを添加したセメントは良好な
早強性を示した。第７表実施例 ６ 普通ボルトランドセメント５の重量部、フライアッシュ
５の重量部、試料Ｎｏ．２の粉末珪酸ソーダ５ Ｚ重量
部または／及び炭酸ソーダ０．５重量部を混合してセメ
ント組成物を調製した、これを水８の重量部に加え、１
び分間泥練して実施例１と同様に特性値を測定した。

比較のため粉末珪酸ソーダと炭酸ソーダを加えないもの
も供謎体を作成し、その結果を第８表に示した。第８表
より明らかなように粉末珪酸ソーダと炭酸ソーダの添加
によりボルトランドセメントの半豊をフライアッシュに
代替したために起こる早期強度の低下をみることなく良
好な強度を発現した。

第８表

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ セメントに、金属珪素やフエロシリコンなどの電熱
   冶金工業から排出する微細シリカ含有の副生物、苛性ソ
   ーダおよび水との反応生成物である含水率１５〜３０重
   量％の粉末珪酸ソーダを配合してなるセメント組成物。 ２ セメント１００重量部に対して多くとも粉末珪酸ソ
   ーダが２０重量部である特許請求の範囲第１項記載のセ
   メント組成物。３ 炭酸アルカリまたは燐酸アルカリを
   少量配合してなる特許請求の範囲第１項記載のセメント
   組成物。 ４ セメントがポルトランドセメントである特許請求の
   範囲第１〜３項のいずれか記載のセメント組成物。