JPWO2010143506A1 - 膨張材およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】コンクリート打設後の材齢２日〜７日にかけてコンクリートに大きな膨張を付与でき、コンクリートの初期の圧縮強度が高く、貯蔵安定性に優れた膨張材およびその製造方法を提供する。【解決手段】遊離石灰、水硬性化合物、および無水石膏を含有するクリンカまたはクリンカ粉砕物を炭酸ガス雰囲気で加熱処理し炭酸カルシウムを生成させることを特徴とする膨張材およびその製造方法である。前記膨張材において、遊離石灰、水硬性化合物、無水石膏、および炭酸カルシウムが同一粒子中に存在している粒子を含有してなること、炭酸カルシウムの含有量が０．５〜１０質量％であること、ブレーン比表面積が１５００〜９０００ｃｍ２／ｇであることが好ましい。また、セメントに前記膨張材を配合してセメント組成物とする。製造条件としては、炭酸ガス流量０．０１〜０．１Ｌ／ｍｉｎ、温度２００〜８００℃で炭酸カルシウムを生成させることが好ましい。【選択図】なし

Description

本発明は、土木・建築分野において使用されるコンクリート用膨張材およびその製造方法に関する。

少ない添加量で優れた膨張特性を有するコンクリート膨張材（特許文献１）や、生石灰の表面を炭酸カルシウムで被覆しセメント用膨張材（特許文献２）が提案されている。また、軟焼生石灰の表面を炭酸化してセメントコンクリート硬化体の破砕材として用いることが提案されている（特許文献３）。
鉄鋼の分野では、脱硫材として使用する石灰の吸湿を抑制する目的で、石灰を炭酸化する技術が提案されている（非特許文献１）。

特許４２４４２６１号公報 特開昭５４−９３０２０号公報 特開昭５８−１５４７７９号公報

部分炭酸化による生石灰の吸湿抑制について、鉄と鋼、１９７８年、Ｖｏｌ．６４、Ｎｏ．２、５６〜６５頁

従来の膨張材は、コンクリートを打設してから１日から２日にかけて大きく膨張し、その後緩やかに材齢７日まで膨張する特性を有する。しかし、材齢１日〜２日はコンクリート中のセメントの水和反応が充分に進んでいないためマトリックスが粗でありクリープが大きく、膨張材によって鉄筋に導入されたプレストレスが抜けやすくなる場合があった。このため、少ない添加量で、かつ、材齢１日〜２日の膨張量は少なく材齢２日〜７日にかけて、さらには５日から７日にかけて大きく膨張を付与できる膨張材が求められていた。また、従来の膨張材は高温多湿な環境で長期間貯蔵した場合、膨張性能が低下し、特にセメントとあらかじめ混合した場合には、膨張性能の低下が顕著になるという課題があった。膨張材をセメントに混合して膨張セメントとしておくことは、生コンクリートプラントでの投入の手間が省けるだけでなく、混練り不足による膨張材の凝集が原因で生じるポップアウト現象を回避できるなどのメリットがある。しかしながら、上述のような課題があるため実現することができなかった。
そこで、本発明は、コンクリート打設後の材齢２日〜７日にかけてコンクリートに大きな膨張を付与でき、コンクリートの初期の圧縮強度が高く、貯蔵安定性に優れた膨張材およびその製造方法を提供することを課題とする。

本発明は、（１）遊離石灰、水硬性化合物、および無水石膏を含有するクリンカまたはクリンカ粉砕物を炭酸ガス雰囲気で加熱処理し炭酸カルシウムを生成させて得られたことを特徴とする膨張材、（２）遊離石灰、水硬性化合物、無水石膏、および炭酸カルシウムが同一粒子中に存在している粒子を含有してなる（１）の膨張材、（３）炭酸カルシウムの含有量が０．５〜１０質量％である（１）または（２）の膨張材、（４）ブレーン比表面積が１５００〜９０００ｃｍ^２／ｇである（１）〜（３）のいずれかの膨張材、（５）前記クリンカまたはクリンカ粉砕物を炭酸ガス雰囲気で加熱処理し炭酸カルシウムを生成させて得られたものに、さらに無水石膏を添加してなる（１）〜（４）のいずれかの膨張材、（６）前記クリンカまたはクリンカ粉砕物を炭酸ガス雰囲気で加熱処理し炭酸カルシウムを生成させて得られたものに、さらに収縮低減剤を添加してなる（１）〜（５）のいずれかの膨張材、（７）セメントに（１）〜（６）のいずれかの膨張材を配合してなるセメント組成物、（８）遊離石灰、水硬性化合物、および無水石膏を含有するクリンカまたはクリンカ粉砕物を炭酸ガス雰囲気で加熱処理し、炭酸カルシウムを生成させる（１）〜（６）のいずれかの膨張材の製造方法、（９）炭酸化処理容器内にクリンカまたはクリンカ粉砕物を充填し、前記容器の容積１Ｌあたり炭酸ガス流量を０．０１〜０．１Ｌ／ｍｉｎ、容器内の温度を２００〜８００℃として炭酸カルシウムを生成させる（８）の膨張材の製造方法、である。

本発明により、コンクリート打設後の材齢２日〜７日にかけてコンクリートに大きな膨張を付与でき、コンクリートの材齢７日の圧縮強度が高く、長期間貯蔵しても膨張性能の低下が少ない膨張材が得られるという効果を奏する。

なお、本発明で使用する部、％は、特に規定しない限り質量基準である。
また、本発明で云うコンクリートとは、セメントペースト、セメントモルタル、セメントコンクリートを総称するものである。

本発明の膨張材は、ＣａＯ原料、Ａｌ_２Ｏ_３原料、Ｆｅ_２Ｏ_３原料、ＳｉＯ_２原料、およびＣａＳＯ_４原料を適宜混合して熱処理して得られるクリンカまたはクリンカ粉砕物を炭酸ガスで処理して得られるものである。
本発明で云う遊離石灰とは、通常ｆ−ＣａＯと呼ばれるものである。
本発明で云う水硬性化合物とは、３ＣａＯ・３Ａｌ_２Ｏ_３・ＣａＳＯ_４で表されるアウイン、３ＣａＯ・ＳｉＯ_２（Ｃ_３Ｓと略記）や２ＣａＯ・ＳｉＯ_２（Ｃ_２Ｓと略記）で表されるカルシウムシリケート、４ＣａＯ・Ａｌ_２Ｏ_３・Ｆｅ_２Ｏ_３（Ｃ_４ＡＦと略記）や６ＣａＯ・２Ａｌ_２Ｏ_３・Ｆｅ_２Ｏ_３（Ｃ_６Ａ_２Ｆと略記）、６ＣａＯ・Ａｌ_２Ｏ_３・Ｆｅ_２Ｏ_３（Ｃ_６ＡＦと略記）で表されるカルシウムアルミノフェライト、２ＣａＯ・Ｆｅ_２Ｏ_３（Ｃ_２Ｆと略記）等のカルシウムフェライトなどであり、これらのうちの１種または２種以上を含むことが好ましい。本発明の膨張材に含まれる炭酸カルシウムの形態は特に限定されるものではない。

ＣａＯ原料としては石灰石や消石灰が挙げられ、Ａｌ_２Ｏ_３原料としてはボーキサイトやアルミ残灰等が挙げられ、Ｆｅ_２Ｏ_３原料としては銅カラミや市販の酸化鉄が、ＳｉＯ_２原料としては珪石等が、ＣａＳＯ_４原料としては二水石膏、半水石膏および無水石膏が挙げられる。
これら原料には不純物を含む場合があるが、本発明の効果を阻害しない範囲内では特に問題とはならない。不純物としては、ＭｇＯ、ＴｉＯ_２、ＺｒＯ_２、ＭｎＯ、Ｐ_２Ｏ_５、Ｎａ_２Ｏ、Ｋ_２Ｏ、Ｌｉ_２Ｏ、硫黄、フッ素、塩素等が挙げられる。

本発明の膨張材に使用するクリンカの熱処理方法は特に限定されるものではないが、電気炉やキルン等を用いて１１００〜１６００℃の温度で焼成することが好ましく、１２００〜１５００℃がより好ましい。１１００℃未満では膨張性能が充分でなく、１６００℃を超えると無水石膏が分解する場合がある。

本発明の膨張材に使用するクリンカに含まれる各鉱物の割合は、以下の範囲であることが好ましい。遊離石灰の含有量は、クリンカ１００部中、１０〜７０部が好ましく、４０〜６０部がより好ましい。水硬性化合物の含有量は、クリンカ１００部中、１０〜５０部が好ましく、２０〜３０部がより好ましい。無水石膏の含有量は、クリンカ１００部中、１〜５０部が好ましく２０〜３０部がより好ましい。また、クリンカ中の無水石膏の含有量が少ない場合には、別に無水石膏を添加して膨張材とすることが好ましい。前記範囲外では、膨張量が極端に大きくなって圧縮強度が低下したり、材齢２日から７日にかけての膨張量や材齢５日から７日にかけての膨張量が小さくなる場合がある。

鉱物の含有量は、従来一般の分析方法で確認することができる。例えば、粉砕した試料を粉末Ｘ線回折装置にかけ、生成鉱物を確認するとともにデータをリートベルト法にて解析し、鉱物を定量することができる。また、化学成分と粉末Ｘ線回折の同定結果に基づいて、鉱物量を計算によって求めることもできる。

本発明の膨張材を調製するための炭酸ガスの処理条件は以下の範囲であることが好ましい。
炭酸化処理容器への炭酸ガスの流量は、炭酸化処理容器の容積１Ｌあたり０．０１〜０．１Ｌ／ｍｉｎであることが好ましい。０．０１Ｌ／ｍｉｎ未満ではクリンカの炭酸化に時間がかかる場合があり、０．１Ｌ／ｍｉｎを超えて高めても更なる炭酸化処理速度の向上が得られず不経済である。なお、本条件は、炭酸化処理容器としてるつぼを使用し、るつぼを電気炉内に静置し、炭酸ガスを流して反応させた場合の条件であり、他の方法でクリンカと炭酸ガスを反応させる場合はこの限りではない。また炭酸ガスの代わりに石灰焼成炉から排出された排気ガスを用いて炭酸化することは、膨張特性を向上させる上で好ましい。
炭酸化処理容器の温度は２００〜８００℃とすることが好ましい。２００℃未満ではクリンカの炭酸化反応が進行しない場合があり、８００℃を超えると一度炭酸カルシウムに変化したとしても再び脱炭酸化反応が生じ、炭酸カルシウムを生成させることができない場合がある。
なお、クリンカの炭酸化は未粉砕のクリンカをそのまま炭酸化しても良いし、クリンカを粉砕してから炭酸化しても良い。本発明でいう炭酸化処理容器は特に限定されるものではなく、クリンカと炭酸ガスを接触させ反応させることが出来ればよく、電気炉でも良いし、流動層式加熱炉でも良いし、クリンカを粉砕するミルでも良い。

炭酸カルシウムの割合は、クリンカ１００部中、０．５〜１０部であることが好ましく、１〜５部がより好ましい。各鉱物の組成割合が前記範囲内にないと優れた膨張性能や初期の圧縮強度、貯蔵安定性が得られない場合がある。
炭酸カルシウムの含有量は、示唆熱天秤（ＴＧ−ＤＴＡ）や示唆熱熱量測定（ＤＳＣ）などによって、炭酸カルシウムの脱炭酸に伴う重量変化から定量することができる。

本発明の膨張材は、同一粒子中に遊離石灰、水硬性化合物、無水石膏、および炭酸カルシウムが存在する粒子を含有していることが好ましい。
遊離石灰、水硬性化合物、無水石膏、および炭酸カルシウムが同一粒子中に存在しているかどうかは電子顕微鏡などによって確認することができる。具体的には、膨張材を樹脂で包埋し、アルゴンイオンビームで表面処理を行い、粒子断面の組織を観察するとともに、元素分析を行うことで炭酸カルシウムが同一粒子内に存在しているか確認することができる。

本発明の膨張材の粉末度は、ブレーン比表面積で１５００〜９０００ｃｍ^２／ｇが好ましく、２０００〜４０００ｃｍ^２／ｇがより好ましい。１５００ｃｍ^２／ｇ未満では長期に渡って膨張しコンクリート組織が壊れる場合があり、９０００ｃｍ^２／ｇを超えると膨張性能が低下する場合がある。

本発明の膨張材の使用量は、コンクリートの配合によって変化するため特に限定されるものではないが、通常、セメントと膨張材からなるセメント組成物１００部中、３〜１２部が好ましく、５〜９部がより好ましい。３部未満では充分な膨張性能が得られない場合があり、１２部を超えて使用すると過膨張となりコンクリートに膨張クラックを生じる場合がある。

本発明のセメント組成物で使用するセメントとしては、普通、早強、超早強、低熱、および中庸熱等の各種ポルトランドセメント、これらセメントに高炉スラグ、フライアッシュ、シリカを混合した各種混合セメント、ならびに石灰石粉末を混合したフィラーセメントなどが挙げられる。

本発明の膨張材は、砂、砂利、減水剤、高性能減水剤、ＡＥ減水剤、高性能ＡＥ減水剤、流動化剤、消泡剤、増粘剤、防錆剤、防凍剤、収縮低減剤、高分子エマルジョン、および凝結調整剤、ならびにセメント急硬材、ベントナイト等の粘土鉱物、ゼオライト等のイオン交換体、シリカ質微粉末、炭酸カルシウム、水酸化カルシウム、石膏、ケイ酸カルシウム、ビニロン繊維、アクリル繊維、炭素繊維等の繊維状物質などと併用することができる。特に本発明の膨張材を収縮低減剤と組み合わせることによって、より大きな膨張量をコンクリートに与えることができる。収縮低減剤の種類は限定されるものではないが、特に低分子量アルキレンオキシド共重合体系、グリコールエーテル・アミノアルコール誘導体、低級アルコールのアルキレンオキシド付加物が好ましく、市販品では、電気化学工業製「エスケーガード」、エフピーケー社製「ヒビガード」、竹本油脂社製「ヒビダン」、及び太平洋セメント社製「テトラガード」などが挙げられる。

以下、実施例で詳細に説明する。

（実験例１）
ＣａＯ原料、Ａｌ_２Ｏ_３原料、Ｆｅ_２Ｏ_３原料、ＳｉＯ_２原料、ＣａＳＯ_４原料を表１に示す鉱物割合となるように配合し、混合粉砕した後１３５０℃で熱処理してクリンカを合成し、ボールミルを用いてブレーン比表面積で３０００ｃｍ^２／ｇに粉砕した。この粉砕物２５ｇをアルミナ製るつぼに入れて電気炉内にセットし、炭酸ガスの流量を電気炉内容積１Ｌあたり０．０５Ｌ／ｍｉｎ、焼成温度６００℃、１ｈｒ反応させ、生成した炭酸カルシウムの生成量を定量して膨張材とした。
この膨張材を使用して、セメントと膨張材からなるセメント組成物１００部中、膨張材を４部または７部使用し、水／セメント組成物比＝５０％、セメント組成物／砂比＝１／３のモルタルを２０℃の室内で調製して、長さ変化率と圧縮強度の測定を行った。
なお、比較として、水硬性物質、無水石膏を含まないクリンカを粉砕したものや、それらを炭酸ガス処理した膨張材（実験No.1-8、1-9、1-10、1-11）、炭酸ガス処理をせずクリンカを粉砕しただけの膨張材（実験No.1-12、1-13、1-14）、炭酸ガス処理をせずクリンカを粉砕しただけの膨張材に炭酸カルシウム粉末を混合した膨張材（実験No.1-15）についても同様の実験を行った。また、各膨張材と膨張セメント組成物について促進貯蔵試験を実施した。

〈使用材料〉
ＣａＯ原料：石灰石
Ａｌ_２Ｏ_３原料：ボーキサイト
Ｆｅ_２Ｏ_３原料：酸化鉄
ＳｉＯ_２原料：珪石
ＣａＳＯ_４原料：二水石膏
炭酸ガス：市販品
砂：ＪＩＳ標準砂
セメント：普通ポルトランドセメント、市販品
炭酸カルシウム粉末：市販品、２００メッシュ品

〈試験方法〉
鉱物組成：化学組成と粉末Ｘ線回折の同定結果に基づいて計算により求めた。
炭酸カルシウムの生成量：示唆熱天秤（ＴＧ−ＤＴＡ）の５００〜７５０℃の脱炭酸に伴う重量変化より定量した。
膨張材粒子内の鉱物分布：シリコン製の容器に膨張材を入れ、エポキシ樹脂を流しこみ硬化させ、硬化物をイオンビーム加工機（ＳＭ−０９０１０、日本電子製）にて断面加工し、ＳＥＭ−ＥＤＳ分析装置にて確認した。
長さ変化率：ＪＩＳ Ａ ６２０２ 付属書１ 膨張材のモルタルによる膨張性試験方法に準じ材齢７日（ｄ）までの長さ変化率を測定した。
圧縮強度：ＪＩＳ Ｒ ５２０１に準じて４×４×１６ｃｍの試験体を作成し、材齢７日の圧縮強度を測定した。
促進貯蔵試験（膨張材）：各膨張材１００ｇを１０×１０ｃｍ角のステンレス製トレーに載せて広げ、上面を開放した状態で２０℃６０％ＲＨ室内に１０日間放置した。１０日後に回収したサンプルを用いてモルタルの長さ変化率を確認した。
促進貯蔵試験（膨張セメント）：各膨張セメント組成物を紙袋に充填してヒートシールし、３５℃９０％RH室内で１ヶ月間貯蔵し、モルタルの長さ変化率を確認した。

表１に示されるように、遊離石灰（ｆ−ＣａＯ）、水硬性化合物（アウイン、Ｃ_４ＡＦ、Ｃ_２Ｓ）、および無水石膏（ＣａＳＯ_４）を含有するクリンカ粉砕物を炭酸ガス雰囲気で加熱処理し炭酸カルシウムを生成させた実施例の膨張材（実験No.1-1〜1-7）は、2-７d、5-7dの長さ変化率が大きく、材齢２日〜７日にかけてセメント組成物（コンクリート）に大きな膨張を付与でき、コンクリートの材齢７日の圧縮強度が高く、長期間貯蔵しても膨張性能の低下が少ないことが確認された。
これに対して、水硬性物質、無水石膏を含まない遊離石灰（ｆ−ＣａＯ）のみのクリンカを粉砕して炭酸ガス雰囲気で加熱処理しない比較例の膨張材（実験No.1-8、1-9）は、2-７d、5-7dの長さ変化率が小さく、圧縮強度が低く、長期間貯蔵すると膨張性能の低下が大きい。このクリンカを炭酸ガス雰囲気で加熱処理した比較例の膨張材（実験No.1-10、1-11）は、2-７dの長さ変化率は大きいが、5-7dの長さ変化率は小さく、圧縮強度は低く、長期間貯蔵すると膨張性能がやや低下し、添加率を上げると膨張量が極端に大きくなり、圧縮強度がさらに低くなった。
また、炭酸ガス処理をせずクリンカを粉砕しただけの比較例の膨張材（実験No.1-12、1-13、1-14）、炭酸ガス処理をせずクリンカを粉砕しただけの膨張材に炭酸カルシウム粉末を混合した比較例の膨張材（実験No.1-15）は、2-７d、5-7dの長さ変化率が小さく、長期間貯蔵すると膨張性能が低下した。

（実験例２）
クリンカの組成を、クリンカ１００部中、遊離石灰５０部、アウイン１０部、カルシウムアルミノフェライト（４ＣａＯ・Ａｌ_２Ｏ_３・Ｆｅ_２Ｏ_３：Ｃ_４ＡＦ）５部、カルシウムシリケート（２ＣａＯ・ＳｉＯ_２：Ｃ_２Ｓ）５部、無水石膏３０部に固定し、炭酸ガスの流量、処理温度、反応時間を表２に示すように変化させたこと以外は実施例１と同様に行った。結果を表２に示す。

表２に示されるように、炭酸ガス処理条件を、炭酸ガス流量０．０１〜０．１Ｌ／ｍｉｎ、温度２００〜８００℃として炭酸カルシウムを生成させる実施例の膨張材の製造方法を採用した場合（実験No.1-4、実験No.2-1〜2-9）は、2-７d、5-7dの長さ変化率が大きく、材齢２日〜７日にかけてセメント組成物（コンクリート）に大きな膨張を付与でき、コンクリートの材齢７日の圧縮強度が高く、長期間貯蔵しても膨張性能の低下が少ないことが確認された。
これに対して、炭酸ガス処理の温度を１０００℃として炭酸カルシウムが生成しない比較例の膨張材の製造方法を採用した場合（実験No.2-10）には、2-７d、5-7dの長さ変化率が小さく、長期間貯蔵すると膨張性能が低下する。

（実験例３）
市販の膨張材を処理したこと以外は実施例１と同様に行った。結果を表３に示す。
市販膨張材Ａ：遊離石灰５０部、アウイン１２部、カルシウムアルミノフェライト（４ＣａＯ・Ａｌ_２Ｏ_３・Ｆｅ_２Ｏ_３）５部、カルシウムシリケート（２ＣａＯ・ＳｉＯ_２）３部、無水石膏３０部。
市販膨張材Ｂ：遊離石灰５２部、カルシウムアルミノフェライト（４ＣａＯ・Ａｌ_２Ｏ_３・Ｆｅ_２Ｏ_３）４部、カルシウムシリケート（２ＣａＯ・ＳｉＯ_２）１０部、カルシウムシリケート（３ＣａＯ・ＳｉＯ_２）１２部、無水石膏２０部。

表３に示されるように、遊離石灰、水硬性化合物、および無水石膏を含有するクリンカ粉砕物からなる市販膨張材を炭酸ガス雰囲気で加熱処理し炭酸カルシウムを生成させた実施例の膨張材（実験No.3-1、3-2、3-4、3-5）は、炭酸カルシウムを生成させない比較例の膨張材（実験No.3-3、3-6）と比較して、2-７d、5-7dの長さ変化率が大きく、セメント組成物の材齢７日の圧縮強度が高く、長期間貯蔵しても膨張性能の低下が少ないことが確認された。

（実験例４）
炭酸ガスの代わりに石灰焼成炉の排ガスを用い、市販膨張材Ａを処理したこと以外は実施例１と同様に行った。石灰焼成炉の排ガス組成は、ＣＯ_２：４０％、Ｏ_２：７％、ＣＯ：３％、Ｎ_２：５０％である。結果を表４に示す。

表４に示されるように、石灰焼成炉の排ガスを用いて炭酸化した膨張材（実験No.4-1）は、炭酸ガスを用いて炭酸化した膨張材（実験No.3-2）よりも膨張性能が向上することが確認された。

（実験例５）
原料として石灰石、普通ポルトランドセメントを用いて表５に示す組成のクリンカを調製し、炭酸化処理後、または炭酸化未処理のクリンカ８０部と無水石膏２０部からなる膨張材を調製し、セメントと膨張材からなるセメント組成物１００部中、膨張材を７部使用したこと以外は実験例１と同様に行った。結果を表５に示す。

〈使用材料〉
ＣａＯ原料：石灰石
セメント：普通ポルトランドセメント、市販品
ＣａＳＯ_４原料：無水石膏、ブレーン比表面積３０００ｃｍ^２/ｇ

表５に示されるように、遊離石灰（ｆ−ＣａＯ）、水硬性化合物（アウイン、Ｃ_４ＡＦ、Ｃ_２Ｓ、Ｃ_３Ｓ）、および無水石膏（ＣａＳＯ_４）を含有するクリンカ粉砕物を炭酸ガス雰囲気で加熱処理し炭酸カルシウムを生成させたものに、さらに無水石膏を添加した実施例の膨張材（実験No.5-1）は、炭酸カルシウムを生成させない比較例の膨張材（実験No.5-2）と比較して、2-７d、5-7dの長さ変化率が大きく、セメント組成物の材齢７日の圧縮強度が高く、長期間貯蔵しても膨張性能の低下が少ないことが確認された。

（実験例６）
実験No.3-2で調製した膨張材を用いた膨張セメントでポップアウト試験を実施した。セメントと膨張材からなる膨張セメント組成物１００部中、膨張材は７部、水／セメント組成物比＝５０％、セメント組成物／砂比＝１／３のモルタルを２０℃の室内で練り混ぜ、材料投入後の練り混ぜ時間を表６に示すように変化させた。なお、実験No.3-3で用いた市販膨張材Ａを用い、通常生コンクリートプラントで行われているように、セメントと膨張材を別々にミキサーに投入した場合についても同様に試験を行った。結果を表６に示す。

〈ポップアウト試験方法〉
練り混ぜたモルタルを２０×２０×５ｃｍの平板状に成型して表面を平滑にし、２０℃６０％室内で６ヶ月間養生した後、モルタル表面を観察してポップアウトの有無を確認した。

表６に示されるように、クリンカ粉砕物を炭酸ガス雰囲気で加熱処理し炭酸カルシウムを生成させた実施例の膨張材を用いた膨張セメント（実験No.6-1、No.6-2）では、練り混ぜ時間が短くなってもポップアウトが生じなかったが、炭酸カルシウムを生成させない比較例の膨張材をセメントと同時に投入したもの（実験No.6-3、No.6-4）では、練り混ぜ時間が短くなるとポップアウトが生じた。

（実験例７）
実験No.2-3で調製した膨張材と収縮低減剤を用いてモルタル物性を評価した。セメントと膨張材からなる膨張セメント組成物１００部中、膨張材は７部配合し、膨張セメント組成物１００部に対して収縮低減剤２部を水に置換する形で配合した。（水＋収縮低減剤）／セメント組成物比＝５０％、セメント組成物／砂比＝１／３のモルタルを２０℃の室内で練り混ぜ、膨張特性を調査した。また実験No.3-3で使用した市販膨張材Ａについても同様の試験を行った。結果を表７に示す。

（使用材料）
収縮低減剤：エスケーガード、電気化学工業製、市販品

表７に示されるように、クリンカ粉砕物を炭酸ガス雰囲気で加熱処理し炭酸カルシウムを生成させたものに、さらに収縮低減剤を添加した実施例の膨張材（実験No.7-1）は、炭酸カルシウムを生成させないものに、さらに収縮低減剤を添加した比較例の膨張材（実験No.7-2）と比較して、2-７d、5-7dの長さ変化率が顕著に改善されることが確認された。

本発明の膨張材およびその製造方法により、材齢２日〜７日にかけてコンクリートに大きな膨張を付与でき、初期の圧縮強度も高まり、貯蔵安定性も向上し膨張セメントと流通させることができ、練り混ぜ時間が短くなってもポップアウトなどが生じないことから、土木・建築分野で幅広く使用することができる。

Claims (9)

1. 遊離石灰、水硬性化合物、および無水石膏を含有するクリンカまたはクリンカ粉砕物を炭酸ガス雰囲気で加熱処理し炭酸カルシウムを生成させて得られたことを特徴とする膨張材。
2. 遊離石灰、水硬性化合物、無水石膏、および炭酸カルシウムが同一粒子中に存在している粒子を含有してなる請求項１記載の膨張材。
3. 炭酸カルシウムの含有量が０．５〜１０質量％である請求項１記載の膨張材。
4. ブレーン比表面積が１５００〜９０００ｃｍ^２／ｇである請求項１記載の膨張材。
5. 前記クリンカまたはクリンカ粉砕物を炭酸ガス雰囲気で加熱処理し炭酸カルシウムを生成させて得られたものに、さらに無水石膏を添加してなる請求項１記載の膨張材。
6. 前記クリンカまたはクリンカ粉砕物を炭酸ガス雰囲気で加熱処理し炭酸カルシウムを生成させて得られたものに、さらに収縮低減剤を添加してなる請求項１記載の膨張材。
7. セメントに請求項１〜６のいずれか１項記載の膨張材を配合してなるセメント組成物。
8. 遊離石灰、水硬性化合物、および無水石膏を含有するクリンカまたはクリンカ粉砕物を炭酸ガス雰囲気で加熱処理し、炭酸カルシウムを生成させることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項記載の膨張材の製造方法。
9. 炭酸化処理容器内にクリンカまたはクリンカ粉砕物を充填し、前記容器の容積１Ｌあたり炭酸ガス流量を０．０１〜０．１Ｌ／ｍｉｎ、容器内の温度を２００〜８００℃として炭酸カルシウムを生成させる請求項８記載の膨張材の製造方法。