(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
石灰石粉末、トリアルカノールアミン及びカーボン源よりなることを特徴とするセメント混合材。
【請求項２】
石灰石粉末は、ブレーン比表面積が１０００〜１００００ｃｍ２／ｇのものであることを特徴とする請求項１記載のセメント混合材。
【請求項３】
トリアルカノールアミンがトリイソプロパノールアミンであることを特徴とする請求項１記載のセメント混合材。
【請求項４】
カーボン源として、石炭や炭を粉砕したもの、カーボンブラック、活性炭、種々の副産物として得られるカーボンを使用することを特徴とする請求項１記載のセメント混合材。
【請求項５】
カーボン源として、未燃カーボンを含む石炭灰を用いることを特徴とする請求項１記載のセメント混合材。
【請求項６】
石炭を最大粒径４００μｍに粉砕したものを用いることを特徴とする請求項４記載のセメント混合材。
【請求項７】
未燃カーボンを含む石炭灰は、ブレーン比表面積が６０００ｃｍ２／ｇ以上のものを用いることを特徴とする請求項５記載のセメント混合材。
【請求項８】
セメント製造工程で請求項１記載のセメント混合材を添加するか又は請求項１記載のセメント混合材の各成分を別個に添加してなることを特徴とするセメント。
【請求項９】
コンクリート製造工程で請求項１記載のセメント混合材を添加するか又は請求項１記載のセメント混合材の各成分を別個に添加してなることを特徴とするコンクリート。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、セメント混合材並びに該セメント混合材を添加したセメント及びコンクリートに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
石灰石粉末をセメントやコンクリートに添加すると、無添加のものと比較して材令２８日などの長期強度が著しく低下することが知られている。この石灰石粉末添加に伴う長期強度の低下を防止するために、セメントの主要材料であるクリンカー自体の強度発現性の改善やセメントの粉末度を高める等の手法が考えられるが、いずれの手法も煩雑な操作やコストアップを伴う。
一方、特開平３−１８３６４７号公報にトリアルカノールアミンを添加したセメントが提案されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明者らは、石灰石粉末を添加したセメントに、トリアルカノールアミンの１種であるトリイソプロパノールアミンを添加してみたところ、強度発現性の低下は改善されるものの、その一方でコンクリートに連行される空気量の増大を伴うために、コンクリート混練時における空気連行剤量の調整あるいは消泡剤の添加等の煩雑な操作を余儀なくされるという欠点があることを知見した。
従って、本発明は強度発現性や空気連行性に問題を生じないセメント混合材並びに該セメント混合材を添加したセメント及びコンクリートを提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、石灰石粉末、トリアルカノールアミンに更にカーボン源を組み合わせたセメント混合材をモルタルやコンクリートに添加したところ、強度発現性や空気連行性に問題のないものであることを見出し、本発明を完成した。
【０００５】
すなわち、本発明は、石灰石粉末、トリアルカノールアミンおよびカーボン源よりなることを特徴とするセメント混合材である。
【０００６】
【発明の実施の形態】
石灰石粉末は、ブレーン比表面積が１０００〜１００００ｃｍ２／ｇ、好ましくは３０００〜８０００ｃｍ２／ｇのものを用いるのが良い。ブレーン比表面積１０００ｃｍ２／ｇ未満の石灰石粉末は、セメントと均一に混合することが困難であるので好ましいものではなく、また１００００ｃｍ２／ｇを超えると石灰石の粉砕に要する時間が大幅に増加するので好ましいものではない。
また、石灰石粉末は、セメントに対して４０ｗｔ％以内の量を添加するのが適当である。４０ｗｔ％を超える量を添加した場合、トリアルカノールアミンの添加量を増加しても強度発現性を適性に保つことが困難となるからである。またトリアルカノールアミンの多量添加は、セメント粉末の流動性を必要以上に高めることになり、これにより空気量の増加を是正するためのカーボンの多量添加は、モルタルやコンクリート硬化体へ黒ズミを呈することになる。
【０００７】
トリアルカノールアミンとしては、トリイソプロパノールアミン、Ｎ，Ｎ−ビス−（２−ヒドロキシエチル）−Ｎ−（２−ヒドロキシプロピル）−アミン、トリス−（２−ヒドロキシブチル）−アミンなどを挙げることができるが、このうちトリイソプロパノールアミンは強度増進効果が最も高いので、トリイソプロパノールアミンを用いるのが好ましい。
【０００８】
カーボン源は、多孔構造を有するので、コンクリート中への空気連行を助長する物質をこの多孔構造に吸着させて必要以上の空気量の増加を防ぐために用いられるもので、トリアルカノールアミンによる空気量の増加を防ぐことが可能となる。これによりコンクリート混練工程における空気連行剤量の調整あるいは消泡剤の添加等の煩雑な操作が不要となる。
カーボン源としては、石炭や炭を粉砕し粉末にしたもの、カーボンブラック、活性炭あるいは種々の副産物として得られるカーボンなど、さらには、未燃カーボンを含む石炭灰も使用することができる。
【０００９】
カーボン源として、石炭粉末を使用する場合は、最大粒径４００μｍ、好ましくは最大粒径４５μｍになるように粉砕するのが良い。このような粒度にすることによって吸着能が高まるからである。
また、カーボン源として未燃カーボンを含む石炭灰を用いる場合は、ブレーン比表面積が６０００ｃｍ２／ｇ以上のものを用いるのが好ましい。ブレーン比表面積を６０００ｃｍ２／ｇ以上とすることにより石炭灰中に含まれる未燃カーボンをより微細にし、少量の添加で効率的に空気量を是正出来るからである。
【００１０】
さらに、セメント製造工程で、本発明セメント混合材を添加するか又は本発明セメント混合材の各成分を別個に添加して強度発現性や空気連行性に問題を生じないセメントとすること、またコンクリート製造工程で、本発明セメント混合材を添加するか又は本発明セメント混合材の各成分を別個に添加して強度発現性や空気連行性に問題を生じないコンクリートとすることができることはいうまでもない。
【００１１】
例えば、トリアルカノールアミンをセメント製造工程において添加する方法としては、セメントクリンカー、石灰石や石炭灰等のカーボン源の粉砕助剤として添加しても良いし、これらの混合粉砕物に後添加しても良い。
また、例えば、コンクリート製造工程において本発明セメント混合材の各成分を別個に添加してコンクリートを混練する場合、石灰石粉末の添加量や添加方法等との関連において、強度発現性の低下を是正するために必要な所定量のトリアルカノールアミンをいずれかの工程で加えたり、また、加えたトリアルカノールアミン量に応じて粒度等が適切なカーボン源をいずれかの工程で所定量加えて、空気量を是正すればよい。
【００１２】
ブレーン比表面積３９８０ｃｍ２／ｇの石灰石粉末を普通ポルトランドセメントに対して内割りで５ｗｔ％混合した場合、強度発現性の低下を改善するために必要なトリアルカノールアミンの１種であるトリイソプロパノールアミン（以下、「ＴＩＰＡ」という）はセメントに対して５０ｐｐｍ程度である。また最大粒径４５μｍに調整したカーボン量７８％の石炭粉末を用いる場合、セメントに対して内割りで約０．１ｗｔ％混合すればＴＩＰＡ５０ｐｐｍ添加による空気量の増大を是正できる。カーボン源として未燃カーボンを３％含むブレーン比表面積７０００ｃｍ２／ｇの石炭灰を用いる場合には、セメントに対して内割りで約３ｗｔ％混合すれば良い。なお、石炭灰の添加は若干の強度低下を伴うが、その程度は僅かであり、石灰石粉末の添加量を低減すれば強度低下を改善することができる。
【００１３】
以下に、実験例を挙げて更に本発明を説明する。
（実験例１）
セメント中の石灰石量ならびにモルタル練り込み時に添加するＴＩＰＡ量を変化させ、ＪＩＳ  Ｒ  ５２０１  モルタル強さ試験を行った。結果を図１に示す。試料は、市販の普通ポルトランドセメントと、このセメントにブレーン比表面積３９８０ｃｍ２／ｇまで粉砕した石灰石粉末を所定量内割りで混合したセメントを用いた。ＴＩＰＡの添加方法は、モルタル練り込み用の水に溶解させた。添加量はセメントに対して０，５０，１００ｐｐｍの３水準である。
石灰石粉末量増加に伴うモルタル強さの低下は顕著であるが、ＴＩＰＡを応分量添加すればその低下分を十分補うことができる。
【００１４】
ただし、ＴＩＰＡはコンクリートの空気量を高める特性を持ち合わせている。
図２は図１と同様の試料を用いて、ＪＩＳ  Ａ  １１２８の方法に準じて測定したフレッシュコンクリートの空気量測定結果である。なお、配合条件は表１のとおりであり、コンクリートの混練は、パン型５５リットルの強制練りミキサーにて２分間行った。ＴＩＰＡは練り込み水に添加した。図２から明らかなように、石灰石粉末量によらずＴＩＰＡの添加に伴い５０ｐｐｍで１〜１．５％、１００ｐｐｍで約２％の空気量の増加が認められる。換言すると、こうした空気量の増加を防ぐには空気連行剤量の調整または消泡剤の添加が必要となる。
ここまでの結果から、セメント中に石灰石を含有させると強度発現性を損ない、ＴＩＰＡを添加すると、石灰石の含有に伴う強度発現性の低下を補う効果はあるものの、コンクリート空気量を増加させるという欠点があることが明らかとなった。
【００１５】
【表１】
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【００１６】
（実験例２）
ＴＩＰＡ含有量、およびカーボン含有量ならびにその粒度の異なるセメントを調製し、フレッシュコンクリートの空気量を測定した。コンクリートの配合、混練方法および空気量の測定方法は実験例１と同様である。ＴＩＰＡはセメント粉砕時に粉砕助剤として添加した。またカーボン源としては、粒度の異なる石炭粉末（カーボン量７８％）を別途調整し、セメントに混合した。結果を表２に示す。ＴＩＰＡの含有により空気量が増加することは前記のとおりである。石炭粉末の混入により空気量の増加は是正されるが、その効果は石炭粉末の粒度が細かくなるほど顕著となる。すなわち、４００μｍ〜１２００μｍを粒径範囲とする石炭粉末では、セメントに対して１ｗｔ％添加しても空気量の是正効果は十分でないが、４５μｍ以下とすればＴＩＰＡ５０ｐｐｍの場合で０．１ｗｔ％、１００ｐｐｍ場合で０．２ｗｔ％添加すれば、ＴＩＰＡおよび石炭粉末を共に含有していない標準セメントとほぼ同等の空気量に是正することができる。
【００１７】
【表２】
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【００１８】
（実験例３）
カーボン含有量の異なる２種類の石炭灰について、セメントに添加する際の前処理方法が空気連行性および強度発現性に及ぼす影響について検討した。すなわち、未燃カーボンを含む石炭灰を無処理のまま、あるいは所定のブレーン比表面積まで単独で粉砕し、別途準備したＴＩＰＡ５０ｐｐｍのセメントに混合した場合のコンクリート空気量および圧縮強度への影響について調べた。また、石炭灰をセメントと同時に粉砕した場合についても同様に検討した。石炭灰の添加量はセメントに対し内割りで３ｗｔ％一定とした。石灰石粉末はブレーン比表面積３９８０ｃｍ２／ｇまであらかじめ粉砕したものをセメント中に５ｗｔ％混合させた。表３に本実験に用いた石炭灰のキャラクターを示す。
【００１９】
【表３】
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【００２０】
コンクリートの配合、混練方法および空気量の測定方法は実験例１と同様である。結果を表４に示す。
【００２１】
【表４】
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【００２２】
ＴＩＰＡ添加による空気量の増加は、石炭灰により是正されるが、その程度は石炭灰の粒度や未燃カーボン量によって異なる。すなわち、別途粉砕し添加する石炭灰の未燃カーボンが多いほど、また粒度が細かくなるほど空気量の是正効果が高くなる。この現象が、カーボン量の増加ならびに石炭灰のブレーン比表面積に比例して石炭灰中に含まれるカーボンの粒度が細かくなることに起因していることは、実験例２から明らかである。なお、同時粉砕として添加する場合では、石炭灰を単独で７０００〜９０００ｃｍ２／ｇまで粉砕した場合と同等の効果となった。一般に石炭灰をセメントに添加すると僅かながら強度発現性が低下するが、石灰石粉末の添加量を減ずることによって十分是正可能である。したがって、石炭灰をセメント中に含有させれば、また、ＴＩＰＡ添加量との関連において、石炭灰の添加量ならびに粒度を適正に調整すればＴＩＰＡによる強度増進効果を損なうことなく、空気量を是正することが可能となる。
【００２３】
（実施例４）
従来のセメント組成物の強度発現性を損なうことなく、コンクリート空気量を適正に保つためのセメント混合材用またはコンクリート添加材用組成物の配合について、これら組成物をあらかじめセメント中に含有させる場合に限定して表５及び表６にまとめて示す。
【００２４】
【表５】
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【００２５】
【表６】
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【００２６】
コンクリートの配合、混練方法および空気量の測定方法は実験例１と同様である。ＴＩＰＡは練り込み水に添加した。石灰石粉末はブレーン比表面積３９８０ｃｍ２／ｇまで別途粉砕したものを所定量内割りで混合した場合およびセメントと同時に粉砕した場合について、カーボン源は、カーボン量７８％の石炭およびカーボン量の異なる２種類の石炭灰を使用した場合についての事例である。
【００２７】
石炭（カーボン量７８％）は最大粒径４５μｍに調整したものを所定量内割りで混合した。石炭灰はブレーン比表面積７０００と９０００ｃｍ２／ｇに調整したものをそれぞれセメントに所定量内割りで混合した。また、無処理の石炭灰をセメントと同時に粉砕して含有させた事例も示す。石灰石をセメントと同時粉砕する場合において強度発現性を保つために必要なＴＩＰＡ量が増加しているが、これは、石灰石の優先的な粉砕等により石灰石単位添加量当たりの強度低下率が増大するためである。ただし、表５、表６に示したのはあくまでも事例であり、ＴＩＰＡの添加量はセメント中の石灰石粉末含有量およびセメントへの添加方法等に応じて、石炭等のカーボン含有物質量は、それ自身の粒度やカーボン含有量、セメントへの添加方法およびＴＩＰＡの添加量等に応じて調整すれば良い。
【００２８】
【発明の効果】
石灰石粉末、トリアルカノールアミン及びカーボン源を組み合わせた本発明セメント混合材は、モルタル又はコンクリートの強度発現性、空気連行性に何らの問題を生じることがない優れたセメント混合材である。またセメント製造工程又はコンクリート製造工程において、本発明セメント混合材を添加するかあるいは本発明セメント混合材の各成分を別個に添加することにより、強度発現性、空気連行性に何ら問題のないセメント又はコンクリートを造ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】セメントにＴＩＰＡを０、５０ｐｐｍ、１００ｐｐｍ添加したときの、石灰石粉末量と２８日モルタル強さとの関係を示す線図。
【図２】セメントにＴＩＰＡを０、５０ｐｐｍ、１００ｐｐｍ添加したときの、石灰石粉末量と空気量との関係を示す線図。
【図１】
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【図２】
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