(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＣａＯ原料、Ａｌ2Ｏ3原料、Ｆｅ2Ｏ3原料及びＣａＳＯ4原料を熱処理して得られる物質であって、遊離石灰、カルシウムアルミノフェライト及び無水セッコウを含有する膨張物質と、ＣａＯ原料、Ａｌ2Ｏ3原料及びＣａＳＯ4原料を熱処理して得られる物質であって、遊離石灰、カルシウムサルフォアルミネ−ト及び無水セッコウを含有する膨張物質とからなるセメント混和材。
【請求項２】
セメントと、請求項１のセメント混和材とからなるセメント組成物。
【請求項３】
請求項２のセメント組成物に、骨材、水、化学混和剤を配合してなるコンクリ−ト。
【請求項４】
コンクリ−トに単位量で１５〜１００ｋｇ／ｍ3配合することを特徴とする請求項１のセメント混和材。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
主に土木、建築分野において使用されるセメント混和材、セメント組成物及びそれを用いたコンクリートに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、セメント混和材として膨張材が使用されている。膨張材の使用量をコンクリート１ｍ3当たり３０〜８０Ｋｇと多くして、ヒューム管、鋼管ライニング、矢板及びボックスカルバート等のコンクリート二次製品にケミカルプレストレスを導入する方法や、膨張材の使用量をコンクリート１ｍ3当たり２０〜３０Ｋｇ程度と少なくして、壁、屋根スラブ及び床材等の一般建築物や、水槽やプール等の水理構造物、舗装、床版及びボックスカルバート等の一般構造物の、乾燥収縮防止や硬化収縮の補償等をする方法が知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、これまで初期養生時に大きな膨張量、高強度、付着性の３項目を満足させるセメント混和材は無かった。
初期養生時に大きな膨張量、高強度を満足させるには、特殊なセメントや膨張材を選択し、前置き時間を長く取れれば可能であったが、大きな膨張量、高強度、付着性の３項目の条件を、通常使用される普通ポルトランドセメントを使用し、通常の前置き時間で、満足させることは困難であった。
【０００４】
本発明において種々検討した結果、特定の膨張物質を組み合わせて使用することによって、前記課題を解消できる知見を得て本発明を完成するに至った。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
即ち、本発明は、ＣａＯ原料、Ａｌ2Ｏ3原料、Ｆｅ2Ｏ3原料及びＣａＳＯ4原料を熱処理して得られる物質であって、遊離石灰、カルシウムアルミノフェライト及び無水セッコウを含有する膨張物質と、ＣａＯ原料、Ａｌ2Ｏ3原料及びＣａＳＯ4原料を熱処理して得られる物質であって、遊離石灰、カルシウムサルフォアルミネ−ト及び無水セッコウを含有する膨張物質とからなるセメント混和材であり、セメントと、該セメント混和材とからなるセメント組成物であり、該セメント組成物に、骨材、水、化学混和剤を配合してなるコンクリ−トであり、該コンクリ−トに単位量で１５〜１００ｋｇ／ｍ3配合することを特徴とする該セメント混和材である。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を詳細に説明する。
【０００７】
本発明のセメント混和材は、２種類の膨張物質を組み合わせたものである。
一方は、ＣａＯ原料、Ａｌ2Ｏ3原料、Ｆｅ2Ｏ3原料及びＣａＳＯ4原料を熱処理して得られる物質であって、遊離石灰、カルシウムアルミノフェライト及び無水セッコウを含有してなる膨張物質（以下、膨張物質Ａという。）であり、その割合については特に限定されるものではないが、膨張物質１００部中、遊離石灰は３０〜６０部が好ましく、４０〜５０部がより好ましい。カルシウムアルミノフェライトは１０〜４０部が好ましく、１５〜３５部がより好ましい。無水セッコウは１０〜４０部が好ましく、２０〜３５部がより好ましい。
他方は、ＣａＯ原料、Ａｌ2Ｏ3原料及びＣａＳＯ4原料を熱処理して得られる物質であって、遊離石灰、カルシウムサルフォアルミネ−ト及び無水セッコウを含有してなる膨張物質（以下、膨張物質Ｂという。）ものであり、その割合については特に限定されるものではないが、膨張物質１００部中、遊離石灰は５〜４０部が好ましく、１５〜３５部がより好ましい。カルシウムサルフォアルミネ−トは１０〜４０部が好ましく、１５〜３５部がより好ましい。無水セッコウは３０〜６０部が好ましく、４０〜５０部がより好ましい。
なお、本発明で使用する使用量、含有量、配合割合等を示す部、％は、特に規定が無い限り質量単位を表す。
【０００８】
膨張物質Ａに含まれるカルシウムアルミノフェライトとは、ＣａＯ−Ａｌ2Ｏ3−Ｆｅ2Ｏ3系化合物を総称するものであり、特に限定されるものではないが、一般的に、ＣａＯをＣ、Ａｌ2Ｏ3をＡ、Ｆｅ2Ｏ3をＦとすると、Ｃ4ＡＦ、Ｃ6Ａ2Ｆ及びＣ6ＡＦ2等の化合物がよく知られている。通常は、Ｃ4ＡＦとして存在していると考えて良い。以下、カルシウムアルミノフェライトをＣ4ＡＦと略記する。
膨張物質Ｂに含まれるカルシウムサルフォアルミネ−トとは、ＣａＯ−Ａｌ2Ｏ3−ＳＯ3系化合物を総称するものであり、特に限定されるものではないが、一般的に、ＣａＯをＣ、Ａｌ2Ｏ3をＡ、ＳＯ3をＳとすると、類似構造や多くの同形等の化合物が存在するが、通常はＣ4Ａ3Ｓとして存在していると考えて良い。以下、カルシウムサルフォアルミネ−トをＣ3Ａ3Ｓと略記する。
【０００９】
本発明の膨張物質Ａを製造する際、ＣａＯ原料、Ａｌ2Ｏ3原料、Ｆｅ2Ｏ3原料及びＣａＳＯ4原料を熱処理して、遊離石灰、Ｃ4ＡＦ及び無水セッコウからなるクリンカーを合成して製造することが好ましい。遊離石灰、Ｃ4ＡＦ及び無水セッコウを別々に合成し、混合してセメント混和材を製造しても本発明の効果は得られない。例えば、ＣａＯ原料、Ａｌ2Ｏ3原料及びＦｅ2Ｏ3原料を熱処理して、遊離石灰とＣ4ＡＦからなるクリンカーを合成し、これに無水セッコウを混合して製造した場合や、ＣａＯ原料、Ａｌ2Ｏ3原料、Ｆｅ2Ｏ3原料及びＣａＳＯ4原料を熱処理して、遊離石灰、Ｃ4ＡＦからなるクリンカーを合成し、これに無水セッコウを混合して製造した場合等には本発明の効果は得られない。
ＣａＯ原料、Ａｌ2Ｏ3原料、Ｆｅ2Ｏ3原料及びＣａＳＯ4原料を熱処理して、遊離石灰、Ｃ4ＡＦ及び無水セッコウからなるクリンカーを合成したかどうかは、例えば、粉砕物中の１００μｍ以上の粗粒子を顕微鏡観察（ＳＥＭ−ＥＤＳ）等を行い、その粒子中に遊離石灰、Ｃ4ＡＦ及び無水セッコウが混在していることを確認することによって判別できる。
同様に、本発明の膨張物質Ｂを製造する際、ＣａＯ原料、Ａｌ2Ｏ3原料及びＣａＳＯ4原料を熱処理して、遊離石灰、Ｃ3Ａ3Ｓ及び無水セッコウからなるクリンカーを合成して製造することが好ましい。遊離石灰、Ｃ3Ａ3Ｓ及び無水セッコウを別々に合成し、混合しても本発明の効果は得られない。
【００１０】
膨張物質Ａと膨張物質Ｂのクリンカーの製造は別々に行なうが、熱処理の方法は、特に限定されるものではなく、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、得られたセメント混和材の膨張性能が十分でなく、１６００℃を超えると無水セッコウが分解する場合がある。
【００１１】
ＣａＯ原料としては、石灰石や消石灰等が挙げられ、Ａｌ2Ｏ3原料としては、ボーキサイトやアルミ残灰等が挙げられ、Ｆｅ2Ｏ3原料としては、銅カラミや市販の酸化鉄が挙げられ、ＣａＳＯ4原料としては、二水セッコウ、半水セッコウ及び無水セッコウ等が挙げられる。これら原料中には不純物が存在する。その具体例としては、ＳｉＯ2、ＭｇＯ、ＴｉＯ2、Ｐ2Ｏ5、Ｎａ2Ｏ、Ｋ2Ｏ等が挙げられ、本発明の目的を実質的に阻害しない範囲では特に問題とはならない。
【００１２】
これらのうちで、特にＳｉＯ2は珪酸率で０．５未満の範囲であることが好ましい。クリンカー中の珪酸率が０．５を超えると優れた膨張性能が得られない場合がある。本発明でいう珪酸率とは、膨張物質中のＳｉＯ2量、Ａｌ2Ｏ3量及びＦｅ2Ｏ3量より次式から算出される。
珪酸率＝ＳｉＯ2／（Ａｌ2Ｏ3＋Ｆｅ2Ｏ3）
また、クリンカー中のＳｉＯ2量は、５．０％以下が好ましく、３．０％以下がより好ましい。５．０％を超えると優れた膨張性能が得られない場合がある。
【００１３】
膨張物質の粒度は、特に限定されるものではないが、通常、ブレーン比表面積で１５００〜４５００ｃｍ2／ｇが好ましい。１５００ｃｍ2／ｇ未満では未反応物が長期間残存し、耐久性を低下させる場合があり、４５００ｃｍ2／ｇを超えると水和反応が早く、所定の膨張性能が得られない場合がある。
膨張物質Ａと膨張物質Ｂのクリンカーの粉砕は、通常、別々に行なうが、同時に粉砕することも可能である。
【００１４】
本発明のセメント混和材１００部中の膨張物質Ａと膨張物質Ｂの配合割合は、膨張物質Ａが５〜９５部、膨張物質Ｂが９５〜５部が好ましく、膨張物質Ａが５〜６０部、膨張物質Ｂが９５〜４０部がさらに好ましい。
【００１５】
本発明のセメント混和材の使用量は、コンクリートの単位量として１５〜１００ｋｇ／ｍ3が好ましい。１５ｋｇ／ｍ3未満では充分な乾燥収縮防止効果が得られず、１００ｋｇ／ｍ3を超えると膨張量が大きすぎて強度低下する場合がある。投入方法は、特に限定されるものではなく、均一に分散出来れば、膨張物質Ａと膨張物質Ｂを混合してからでも、別々でも構わない。
【００１６】
本発明のセメント混和材を配合した硬化体が、拘束膨張試験方法を用いて１５０×１０-6を越える膨張量を有することが好ましい。膨張量が１５０×１０-6未満では、充分な乾燥収縮防止効果が得られないことがある。ここで、硬化体とは、セメントペースト、モルタル、コンクリート等の硬化体を総称するものである。また、拘束膨張試験方法とは、ＪＩＳ  Ａ  ６２０２コンクリート用膨張材付属書２膨張コンクリートの拘束膨張及び収縮試験方法である。
【００１７】
本発明で使用するセメントには、普通、早強、超早強、低熱及び中庸熱のポルトランドセメントや、これらに高炉スラグ、フライアッシュ及びシリカを混合した混合セメント、並び石灰石微粉末等を混合したフィラ−セメントが使用可能である。
【００１８】
骨材は、川砂、陸砂、砕砂及び海砂等の細骨材や川砂利、砕石及び人工軽量骨材等の粗骨材が使用可能である。通常のコンクリートに使用できるものであれば特に限定されるものではない。
【００１９】
化学混和剤は、ＪＩＳ  Ａ  ６２０４にコンクリ−ト用化学混和剤として１９８２年に制定されている。化学混和剤は、コンクリートの流動性を改善したり、単位水量を低減させるために使用するもので、高耐久性、高強度発現性及び高流動性のコンクリートを得ることが可能となる。
減水剤の種類としては、高性能ＡＥ減水剤、減水剤及びＡＥ減水剤等が使用可能である。具体的には、ナフタレンスルホン酸塩のホルマリン縮合物系、メラミンスルホン酸のホルマリン縮合物系、及びポリスチレンスルホン酸塩系、ヒドロキシポリアクリレート、αβ−不飽和ジカルボン酸とオレフィンの共重合体、ポリエチレングリコールモノアルケニルエーテルとマレイン酸系単量体、メタクリル酸単量体から導かれる共重合体、及びスチレン−アクリル酸エステル−マレイン酸系共重合体等のポリカルボン酸系、並びに変性リグニンスルホン酸化合物系等が挙げられ、一部架橋反応で高分子化したものや配向ポリマ−、高変性ポリマ−を含み、これらのうちの一種又は二種以上の使用が可能である。
【００２０】
化学混和剤の使用量は、セメントとセメント混和材の合計１００部に対して、固形分換算で０．０１〜４部が好ましく、０．０５〜２部がより好ましい。０．０１部未満では所定の流動性が得難く、４部を超えると分離や強度遅延を生じる場合がある。
【００２１】
【実施例】
以下、本発明を実施例に基づいて説明する。
【００２２】
実施例１
セメントとセメント混和材の合計単位量を５３０ｋｇ／ｍ3とし、表１に示す量のセメントとセメント混和材、及びセメントとセメント混和材の合計１００部に対して１３６部の細骨材と１７７部の粗骨材をミキサに投入し、１０秒間空練りし、その後、水３４部と表１に示す量の減水剤を投入し、９０秒間練り混ぜ、コンクリートを調製した。コンクリートのスランプは８±２．５ｃｍ、空気量は２．０±０．５vol％、温度は２０℃であった。
調製したコンクリートを成形し、前置き養生２時間と１０時間で、昇温速度２０℃／Ｈ、７０℃で保持時間３.５時間の蒸気養生を行い、自然冷却、材齢１日後に脱型し、２０℃の温度に馴染ませ硬化体の圧縮強度と膨張量を測定した。結果を表１に併記する。
【００２３】
＜使用材料＞
セメント：普通ポルトランドセメント、市販品
膨張物質Ａ：ＣａＯ原料、Ａｌ2Ｏ3原料、Ｆｅ2Ｏ3原料及びＣａＳＯ4原料を同時に熱処理して、遊離石灰５０％、Ｃ4ＡＦ２０％及び無水セッコウ３０％からなるクリンカーを合成して製造した膨張物質、ブレーン比表面積３５００ｃｍ2／ｇ。
膨張物質Ｂ：ＣａＯ原料、Ａｌ2Ｏ3原料、ＣａＳＯ4原料を同時に熱処理して、遊離石灰２０％、Ｃ3Ａ3Ｓ３５％及び無水セッコウ４５％からなるクリンカーを合成して製造した膨張物質、ブレーン比表面積２９４０ｃｍ2／ｇ。
膨張物質Ｃ：遊離石灰、Ｃ4ＡＦ、Ｃ3Ａ3Ｓ、無水セッコウを別々に合成してから、混合した膨張物質、ブレーン比表面積３２００ｃｍ2／ｇ。配合割合は、遊離石灰３５％、Ｃ4ＡＦ１０％、Ｃ3 Ａ3Ｓ２０％、無水セッコウ３５％。
減水剤：ナフタレンスルホン酸系系減水剤、商品名「マイテイ150」、市販品
細骨材：川砂、５ｍｍ下、比重２．６０
粗骨材：川砂利、Ｇmax２５ｍｍ、比重２．７１
【００２４】
＜測定方法＞
スランプ：ＪＩＳ  Ａ  １１０１に準じ測定。
空気量：ＪＩＳ  Ａ  １１２８に準じ測定。
圧縮強度：ＪＩＳ  Ａ  １１０８に準じ測定。
膨張量：ＪＩＳ  Ａ  ６２０２  Ｂ法に準じ測定。
【００２５】
【表１】
0003672518.tif 000002
【００２６】
表１より、本発明のセメント混和材を使用したコンクリートは、通常の前置き時間（２ｈ）で材齢初期で安定した大きな膨張量と高強度が得られることが判る。
【００２７】
実施例２
セメント３２５ｋｇ、石灰石粉１４５ｋｇ、セメント混和材３０ｋｇの合計の粉体単位量を５００ｋｇ／ｍ3とした。表２にセメント混和材の配合割合を示す。セメント、石灰石粉、セメント混和材の合計１００部に対して、１７３部の細骨材と１４６部の粗骨材をミキサに投入し、１０秒間空練りし、その後、水と減水剤０．５部（固形分）、ＡＥ助剤の合計３５部を投入し、１８０秒間２軸ミキサを使用し練り混ぜ、コンクリートを調製した。コンクリートのフレッシュ性状である、スランプフロ−の測定値は６５±５ｃｍ、空気量は４．０±０．５vol％、温度は２０±２℃の範囲内であった。
低板と４側面が板に囲まれた型枠の上面に、型枠より小さいチッピング面を下にしたコンクリ−ト版を固定した。コンクリ−ト版と型枠底には隙間１５ｃｍの空間があり、全体が１５／１００傾斜している。傾斜している上端から高流動コンクリ-トをコンクリ−ト版と型枠の隙間空間に流し、上端までコンクリ−トが充填させた。フレッシュコンクリ−トが硬化まで乾燥しないようにシ−トで覆い、２０℃の室内で材齢７日まで養生した。
付着強度は、チッピング面を下にしたコンクリ−ト版と充填した高流動コンクリ-ト面を材齢７日で試験した。セメントとセメント混和材は、実施例１と同様のものを使用した。結果を表２に併記する。
【００２８】
＜使用材料＞
石灰石粉：ブレーン比表面積４６００ｃｍ2/ｇ、比重２．７０
減水剤：ポリカルボン酸系減水剤、商品名「ＳＰ−８Ｓ」、市販品
細骨材：川砂、５ｍｍ下、比重２．５６
粗骨材：砕石、Ｇｍａｘ２０ｍｍ、比重２．６５
【００２９】
＜測定方法＞
スランプフロ−：ＪＳＣＥ-Ｆ５０３に準じ測定。
空気量：ＪＳＣＥ-Ｆ５１３に準じ測定。
付着試験：ＪＩＳ  Ａ  １１７１に準拠し建研式引張試験機を使用。
【００３０】
【表２】
0003672518.tif 000003
【００３１】
表２より、本発明のセメント混和材を使用したコンクリートは、高い付着力を有することが判る。
【００３２】
【発明の効果】
本発明のセメント混和材は、硬化体に通常の前置き時間で材齢初期に安定した大きな膨張量と共に、高強度と良好な付着性状を付与する優れた効果を奏する。