(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
石膏類と、活性シリカと、アルカリ金属のアルミン酸塩又はアルカリ金属のケイ酸塩の一種又は二種以上のアルカリ塩を含有してなり、セメント100重量部に対して、石膏類がCaSO4換算で1.0〜６重量部、活性シリカが0.1〜2.0重量部、及びアルカリ塩が0.1〜1.0重量部となるように配合してなるセメント混和材。
【請求項２】
セメント、石膏類、活性シリカ、及びアルカリ金属のアルミン酸塩又はアルカリ金属のケイ酸塩の一種又は二種以上のアルカリ塩を含有してなり、セメント100重量部に対して、石膏類がCaSO4換算で1.0〜６重量部、活性シリカが0.1〜2.0重量部、及びアルカリ塩が0.1〜1.0重量部であることを特徴とするセメント組成物。
【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和材及びセメント組成物に関し、詳しくは蒸気養生などの加熱養生においてモルタル又はコンクリートの凝結硬化を促進し、短時間強度の発現を促進するものであり、コンクリート二次製品の早期脱型に使用される。
【０００２】
【従来の技術とその課題】
従来より、コンクリート二次製品は多品種、多種類であり、かつ、大量販売であるので、これに対応するために二次製品工場では、多種類の型枠を多数常備する必要があり、かつ、広大な製品ヤード（敷地）も必要となっている。
従って、なるべく少ない型枠数で生産効率を上げるために種々の早期脱型方法が検討されている。
早期に脱型する方法として考えられる通常の手段としては、養生温度を高くしたり、水硬性の高いセメントの使用や、コンクリートの凝結硬化を促進させる塩化物や硝酸塩、ロダン酸塩などの強力な凝結促進剤の使用が考えられる。
【０００３】
しかしながら、このようなセメントの水和反応を無理矢理促進する方法で短時間に脱型強度（二次製品の形状と重量によって異なるが、概ね、脱型強度は６N/mm2 〜１５N/mm2 である）を得ることが出来ても、その後の強度発現が押さえられる結果となり、設計強度を確保するためには単位セメント量などを多くする必要が生ずるなどの課題があった。
【０００４】
本発明者は、以上のような従来の凝結促進方法による欠点をカバーするために、石膏と硫酸バンド又はミョウバン石と亜−、重亜−、又はピロ亜−硫酸塩とを含有するエトリンガイトの生成を利用した混和材（特開平4-160042号）を提案した。
【０００５】
しかしながら、この提案では、短時間の加熱養生で脱型強度が得られ長期強度の低下も防止するが、亜硫酸塩などによって硫酸アルミニウムなどの急激な水和反応が抑制されるために、製造サイクルを上げる目的で加熱養生までの前置き養生時間を、より短くし、脱型までの加熱保持時間を短くした場合に、十分な脱型強度が得られ難いという課題があった。
【０００６】
本発明者は、上記の課題を解決するために鋭意研究を重ねた結果、より合理的に凝結硬化を促進して、加熱養生開始からより短時間に脱型可能な強度を発現させる優れた混和材を知見し、本発明を完成するに至った。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
即ち、本発明は、（１）石膏類と、活性シリカと、アルカリ金属のアルミン酸塩又はアリカリ金属のケイ酸塩の一種又は二種以上のアルカリ塩を含有してなり、セメント100重量部に対して、石膏類がCaSO4換算で1.0〜６重量部、活性シリカが0.1〜2.0重量部、アルカリ塩が0.1〜1.0重量部となるように配合してなるセメント混和材、（２）セメントと、（１）記載のセメント混和材とを含有することを特徴とするセメント組成物である。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を詳しく説明する。
本発明で使用される石膏類とは、不溶性又は難溶性と呼ばれるII型無水石膏の他に二水石膏、半水石膏、可溶性のIII 型無水石膏であり、長期強度の発現に効果がある。そして、その配合量はセメント１００重量部に対して、ＣａＳＯ4 換算で多くても６重量部であり、より好ましくは５重量部以下であり、最も好ましい範囲は１．０〜４．０重量部である。そして１．０重量部未満では長期強度の伸びが小さくなり、６重量部を越えると長期強度の発現性は良好となるが、凝結遅延作用が大きくなり、短時間での脱型強度が得られ難くなるので好ましくない。
また、石膏類の中で不溶性、又は難溶性と呼ばれるII型無水石膏の使用が、長期強度の増進作用から最も好ましい。
また、石膏類のブレーン法による比表面積は、特に制限されなく、２５００cm2/g 以上で良いものである。
【０００９】
又、本発明で使用される活性シリカとは、例えば、シリカフューム、フライアッシュフューム、メタカオリン、ケイ化木の焼却灰やアエロジルなどである。そして、これらはセメントよりも１オーダー細かい超微粉であり、一般的には高強度混和材として知られ、その実用的な配合量はセメント１００重量部に対して５〜１０重量部とされている。
【００１０】
しかしながら本発明では、特に、アルカリ金属のアルミン酸塩又はアルカリ金属のケイ酸塩との併用により、極少量で、より凝結硬化を促進し、加熱養生において短時間で脱型強度を発現させる効果を有するものである。
【００１１】
活性シリカは、セメント１００重量部に対して多くても２．０重量部配合されるのが好ましく、１．５重量部以下がより好ましく、最も好ましい範囲は０．１〜１．０重量部である。そして０．１重量部未満では短時間で脱型強度を得る効果は小さくなり、２．０重量部を超えるようになると偽凝結気味となり、短時間強度の延びは示されないし、長期強度を低下させるものである。
【００１２】
さらに、本発明におけるアルカリ金属のアルミン酸塩又はアルカリ金属のケイ酸塩とは、ナトリウム、カリウム、リチウムのアルミン酸塩又はケイ酸塩を示す。
これらの塩類は、通常、セメントの急結剤として知られているが、本発明では急結しない範囲で使用されるものであり、急結させると作業時間が取れないばかりでなく、長期強度を著しく低下させるものである。
【００１３】
これら塩類の配合量はセメント１００重量部に対して、多くても１．０重量部が好ましく、より好ましくは０．８重量部以下であり、最も好ましくは０．１〜０．５重量部である。そして０．１重量部未満では活性シリカと併用しても短時間に脱型強度を得る効果は小さく、１．０重量部を超えるようになるとセメントのロットや種類によっては急結する場合もあり、前述した通り作業時間が取れないばかりでなく、長期強度が低下するので好ましくないものである。
【００１４】
本発明において、本発明の混和材を添加したモルタル、コンクリートは型枠に成形されて加熱養生を行う。加熱養生方法は、蒸気、電熱、熱湯、及び熱い油など、その手段は問わないが、既にコンクリート二次製品工場には蒸気養生の設備があるために、蒸気養生による方法が好ましく、加熱温度は４０℃以上であり、養生温度が高くなるほど短時間に得られる強度は大きくなるが、反対に高すぎると熱膨張によるひび割れが入りやすくなるので、５０℃以上が好ましく、さらに好ましくは６０〜８５℃である。４０℃未満では強度発現が遅れるため脱型までの時間が長くなり早期脱型の目的にそぐわなくなり、８５℃を超えるようになると加熱速度を速くした場合は熱膨張によるひび割れがより発生し易くなるので好ましくない。
【００１５】
本発明で使用されるセメントの種類は、各種ポルトランドセメント、ビーライトセメント及び各種ポルトランドセメントにスラグ、フライアッシュ、又はシリカ等を混合した混合セメントであり、急硬性のセメントへの使用は作業時間が短縮されるだけであり、強度的効果は期待出来ないことから好ましくない。
【００１６】
更に、本発明において、モルタルやコンクリートの練混ぜ方法は常法でよく、特に、制限は受けないが、セメント混和材の添加方法は、予め、それぞれの粉末成分を混合しておいて、あるいは、それぞれの成分を別々に、他のコンクリート材料と一緒にミキサーに添加して練混ぜても良いものである。さらに、各々成分を練混ぜ水の一部、又は、練混ぜ水の一部と減水剤の一部又は全量を使用して懸濁液として、モルタルやコンクリートの練り混ぜ時にミキサーに添加しても良いものである。
【００１７】
【実施例】
以下、本発明を実施例により、更に具体的に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
実施例１
表１に示すコンクリートの基本配合を用いて、石膏類、活性シリカ、及びアルカリ金属のアルミン酸塩、アルカリ金属のケイ酸塩などの種類と添加量を変えて、コンクリートを練混ぜ、棒状バイブレーターを用いてφ１０×２０ｃｍの供試体を成形し、練混ぜ時の注水から６０分後に加熱養生を開始し、４時間後の脱型時の圧縮強度を測定した。その結果を表２及び表３に示す。
尚、各々成分の添加によるスランプの変動は、減水剤量を任意に加減して調節し、スランプは一定とした。
【００１８】
【表１】
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【００１９】
また、コンクリートの練混ぜは、遊星型の強制練りミキサーを使用して３０リットルのコンクリートを練混ぜた。具体的には、ミキサーに粗骨材、細骨材、セメントと各々成分を軽く混合したものを投入し、撹拌しながら、練混ぜ水に減水剤を溶解したものを添加した。スランプ合わせは、前述したように減水剤を練混ぜながら添加して調整し、トータル練混ぜ時間は、練り混ぜ水を添加後１２０秒とした。
尚、コンクリートの練混ぜは２０±３℃，ＲＨ８０％の室内で行った。
圧縮強度試験はφ１０×２０ｃｍに成形した供試体を２０±３℃，ＲＨ８０％の室内で前置き養生（注水後から加熱養生開始までの時間とした）６０分後、蒸気養生槽に入れ、３０分で８０℃まで昇温して、１．５時間蒸気による加熱養生を行って取り出して脱型し、直ちに熱いうちに脱型強度（練混ぜから３時間）を測定した。
また、脱型した供試体を２０℃、ＲＨ６０％の室内で気乾養生して材齢２８日強度も測定した。
【００２０】
＜使用材料＞
(1) セメント：電気化学工業社製  普通ポルトランドセメント
(2) 砂、砕石：新潟県姫川水系産  川砂、砕石
(3) 減水剤  ：電気化学工業社製  主成分ナフタリンスルホン酸塩系（液体）Ａ．石膏類
A-1:II型無水石膏（フッ酸発生副産石膏、ブレーン比表面積4000cm２/g)
A-2:二水石膏（試薬、比表面積3800cm２/g)
A-3:半水石膏（二水を150 ℃で熱処理、ブレーン比表面積8000cm２/g)
A-4:可溶性無水石膏（半水を200 ℃で熱処理、ブレーン比表面積12000cm２/g) Ｂ．活性シリカ等
B-1:シリカフューム (ＢＥＴ法比表面積25m２/g)
B-2:フライアッシュフューム (ＢＥＴ法比表面積30m２/g)
B-3:メタカオリン (ＢＥＴ法比表面積1.4m２/g)
B-4:アエロジル (ＢＥＴ法比表面積160m２/g)
B-5:籾殻の焼却灰 (ＢＥＴ法比表面積1.5m２/g)
Ｃ．アルカリ塩
C-1:アルミン酸ナトリウム（試薬，無水塩）
C-2:アルミン酸カリウム  （試薬，無水塩）
C-3:ケイ酸ナトリウム    （試薬，無水塩）
【００２１】
【表２】
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【００２２】
【表３】
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【００２３】
表２及び表３より、本発明のセッコウ類と活性シリカとアルカリ金属のアルミン酸塩やアルカリ金属のケイ酸塩の３成分を併用添加することにより、短時間強度を著しく増大し、長期強度も３成分が適量であれば増大することが示される。その中において、セッコウは適量であれば短時間強度も増大するが、配合量が多くなり過ぎると短時間強度はセッコウの遅延性によって低下する傾向が示される。しかしながら、長期強度は配合量が多くなるほど増大し、短時間強度と長期強度のバランスからセメント１００重量部に対して６重量部以下が好ましく、最も好ましくは１〜４重量部であることが示される。
活性シリカは０．１重量部から短時間強度の増進効果が示され、添加量を多くするほど顕著となるが、１重量部以上の添加では平衡に達し、多くなり過ぎると長期強度が低下する傾向を示し、両者のバランスから２重量部以下が好ましく、０．１〜１重量部が最も好ましいことが示される。
【００２４】
また、アリカリ塩は、0.1重量部から短時間強度の増大効果が示され、添加量が多くなるほど顕著となるが、多くなる過ぎると長期強度が低下する傾向が認められる。また、１重量部を超えるようになると急結する場合もあることが示される。
従って、好ましいアリカリ塩の添加量は１重量部以下であり、短時間強度と長期強度のバランスから0.1〜0.5重量部が最も好ましいことが示される。
【００２５】
【発明の効果】
本発明の、石膏類と、活性シリカと、アルカリ塩とを主成分とするセメント混和材をモルタルやコンクリートに配合することにより、モルタルやコンクリートの凝結硬化を速め、加熱養生における強度発現速度を速めて短時間に脱型強度を得ることができ、かつ、長期強度の低下のないモルタルやコンクリートを製造することができる。
従って、コンクリート二次製品工場においては、モルタル、コンクリートの練混ぜから脱型までの製造サイクルを短縮でき、更に生産効率を高めることが可能である。