(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
CaO原料と CaSO４原料を配合し、熱処理してなり、 CaOと CaSO４とを含有する鉱物からなり、CaOと CaSO４の合計 100重量部中、10〜50重量部で、その最大粒径が100 μｍ以下である膨張物質を含有してなるセメント混和材。
【請求項２】
セメントと請求項１記載のセメント混和材とを含有してなるセメント組成物。
【請求項３】
請求項２記載のセメント組成物を配合してなるセメント混練物を型枠内に打設充填し、成形し、養生してなるケミカルプレストレストコンクリート。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、主に、土木・建築業界において使用されるセメント混和材、セメント組成物、及びそれを用いたケミカルプレストレストコンクリートに関する。
【０００２】
【従来技術とその課題】
セメント混和材として使用される膨張物質は、乾燥収縮の補償やケミカルプレストレスの導入を目的として古くから数多く提案されている（特公昭４２−２１８４０号公報、特公昭４８−９４４８号公報、特公昭５３−  １３６５０号公報、及び特公昭５３−  ３１１７０号公報等）。
また、膨張物質は、その粒度を粗く調製することにより膨張力を増大させることが知られている（特公昭４２−  ２１８４０号公報や特公昭５１−７１７１号公報など）。
そのため、膨張物質は、通常、セメントと同程度もしくはそれより粗く調製されている。
しかしながら、従来の膨張物質は、大きな膨張性を付与すればするほど、それを用いたセメント硬化体の空隙量が増加するので、機械的強度が低下するという宿命的な課題を有していた。
【０００３】
ここで、セメント硬化体とは、セメントペーストの硬化体、モルタルの硬化体、及びコンクリートの硬化体を総称するものである。
【０００４】
このような機械的強度発現性の低下は、例えば、土木・建築構造物においては、型枠の脱型が遅れることによって、工期が伸びたり、養生時間が長くなるために管理が困難になるばかりでなく、場合によっては構造物の耐久性に悪影響をおよぼすおそれもあった。
また、ヒューム管やボックスカルバートなどに代表されるコンクリート二次製品の製造においては、ケミカルプレストレスを導入する際、製品の外圧強度は膨張力を鉄筋によって拘束することにより増大することができるが、鉄筋の拘束がきかないコンクリートの端部は強度が弱く欠けやすいという課題があった。
コンクリート二次製品は、端部が少しなりとも欠けてしまえば、商品価値がなくなり、出荷することができないので端部の強度が弱く、欠けやすいことは大きな問題であった。
【０００５】
一方、本発明者は、膨張物質をブレーン比表面積値で４，０００ｃｍ２／ｇ以上になるよう微粉末化することによって無収縮性を付与できるグラウト材料を提案した（特開平  ７−２３７９５１号公報）。
通常、粉砕機によって粉砕した粉体の粒度は正規分布を有するので、このように微粉末化した粉末でも粗い粒子を含有している。
そのため、膨張性状は低く、強度発現性もそれほど向上しないという課題があった。
【０００６】
本発明者は種々努力を重ねた結果、特定の組成と、特定の最大粒径以下に粉砕した膨張物質を使用することにより、大きな膨張性を付与した場合にも、強度発現性が良好となり前述の課題が解決できる知見を得て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、CaO 原料と CaSO４原料とを配合して熱処理してなり、 CaOと CaSO４とを含有する鉱物からなり、該鉱物中のCaSO４  が、 CaOと CaSO４の合計 100重量部中、10〜50重量部で、その最大粒径が100 μｍ以下である膨張物質を含有して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を含有してなるセメント組成物であり、該セメント組成物を配合してなるセメント混練物を、型枠内に打設充填し、養生してなるケミカルプレストレストコンクリートである。
【０００８】
以下、本発明をさらに詳しく説明する。
【０００９】
本発明のセメント混和材は特定の膨張物質を含有するものである。
本発明の膨張物質は、分級機能を付加した粉砕機によって粉砕することで、粒子群を特定範囲、例えば、最大粒径が  １００μ以下の粒子の粒径に調製したものであり、従来技術の膨張物質とは大きく異っている。
【００１０】
膨張物質の原料は、純度やコストにより任意に選択されうるものであり、特に限定されるものではないが、例えば、ＣａＯ  原料として、石灰石や消石灰などのＣａＣＯ３  質物質やＣａ（ＯＨ）２  質物質などが、ＣａＳＯ４  原料として、無水セッコウ、半水セッコウ、及び二水セッコウ等が挙げられる。
原料中に存在するＡｌ２Ｏ３  、ＳｉＯ２、Ｆｅ２Ｏ３  、ＣａＦ２、ＭｇＯ  、及びＴｉＯ２等の不純物は、本発明の目的を実質的に阻害しない範囲では特に限定されるものではない。
本発明におけるＣａＯ  原料やＣａＳＯ４  原料の配合割合は、膨張物質中のＣａＳＯ４  が、ＣａＯ  とＣａＳＯ４  の合計（以下膨張成分という）１００  重量部中、１０〜５０重量部となるようにすることが必要であり、２０〜４０重量部となるようにすることが好ましい。ＣａＳＯ４  が１０重量部未満では強度発現性が低下する場合があり、５０重量部を越えると膨張性が低下する場合がある。
【００１１】
本発明では、原料の配合割合や不純物の含有量により、セッコウの脱硫酸分解温度が大きく変化するため、焼成温度は特に限定されるものではないが、通常、１，０００  〜１，６００  ℃程度が好ましい。
原料の混合方法は特に限定されるものではなく、通常の方法が可能である。
【００１２】
膨張物質を製造する熱処理方法は特に限定されるものではなく、例えば、ロータリーキルンによる焼成や電炉による溶融などのいずれの方法も可能である。
【００１３】
膨張物質の粒径は、最大粒径が  １００μｍ以下であり、７５μｍ以下が好ましく、５０μｍ以下がより好ましい。最大粒径が  １００μｍを超えると、高膨張率を付与した場合のセメント硬化体の機械的強度の低下を抑制する本発明の効果が得られない場合がある。
本発明において、最大粒径は、実質上、その粒径以上の大きさの粒子が存在しないことを意味するものであり、具体的には、  １００μｍを越える粒子の存在が３重量％以下であり、通常、１重量％以下である。
粒子の最大粒径や分布は、粒度分布測定装置を用いることにより簡便に確認することが可能である。
【００１４】
本発明のセメント混和材の配合量は、使用する目的により異なるが、通常、セメント  １００重量部に対して、３〜１２重量部が好ましく、５〜９重量部がより好ましい。３重量部未満では膨張性が充分ではなく、１２重量部を越えると異常膨張を起こす可能性がある。
【００１５】
ここでセメントとしては、普通、早強、超早強、及び中庸熱等の各種ポルトランドセメント、これらポルトランドセメントにポゾラン物質を混合した各種混合セメント、並びに、アルミナセメント等が挙げられるが、特に混合セメントにおいてその効果が顕著である。
【００１６】
本発明のセメント組成物を用いたセメント混練物を製造する際に、使用する混合装置としては、既存のいかなる撹拌装置も使用可能であり、例えば、傾胴ミキサー、オムニミキサー、Ｖ型ミキサー、ヘンシェルミキサー、及びナウターミキサー等が利用可能である。
また、混合は、それぞれの材料を施工時に混合してもよいし、あらかじめ一部を、あるいは全部を混合しておいても差し支えない。
【００１７】
本発明のセメント混練物の養生方法は特に限定されるものではなく、一般に行われる常温・常圧養生、蒸気養生、高温・高圧蒸気養生、及び加圧養生等のいずれの養生方法も適用可能である。
また、混練方法であるが、一般に用いられる方法でよく、特に限定されるものではない。
【００１８】
本発明では、さらに、砂や砂利などの骨材や、凝結調整剤、減水剤、高性能減水剤、ＡＥ剤、ＡＥ減水剤、高性能ＡＥ減水剤、増粘剤、セメント急硬材、防錆剤、防凍剤、水和熱抑制剤、高分子エマルジョン、ベントナイトやモンモリロナイトなどの粘土鉱物、ゼオライト、ハイドロタルサイト、及びハイドロカルマイト等のイオン交換体、硫酸アルミニウムや硫酸ナトリウムなどの硫酸塩、リン酸塩、並びに、ホウ酸等のうちの一種又は二種以上を本発明の目的を実質的に阻害しない範囲で併用することが可能である。
【００１９】
【実施例】
以下、実施例により本発明を詳細に説明する。
【００２０】
実施例１
ＣａＯ  原料とＣａＳＯ４  原料を配合し、ロータリーキルンを用い、最高焼成温度１，４００  ℃で焼成してＣａＯ  とＣａＳＯ４  の合計の膨張成分  １００重量部中の  ＣａＳＯ４の量が異なる各種膨張物質のクリンカーを合成した。
合成したクリンカーをボールミルを用いて粉砕し、ブレーン値  ３，０００±２００ｃｍ２／ｇに調製し、さらに、開き目が５０μｍの篩で篩分けし最大粒径が５０μｍの膨張物質を調製した。
調製した膨張物質をセメント混和材とし、セメントαと該セメント混和材からなる結合材  １００重量部中、セメント混和材の配合量を９重量部とし、水／結合材比＝５０％、結合材／砂比＝１／３で、練り上がり温度２０±２℃のモルタルを作製し、材齢７日における膨張率と圧縮強度を測定した。結果を表１に示す。
なお、比較のために、膨張物質として市販の膨張材を使用して同様の方法により測定を行った。結果を表１に併記する。
【００２１】
＜使用材料＞
ＣａＯ  原料    ：石灰石粉末、新潟県青海鉱山産石灰石
ＣａＳＯ４  原料：セッコウ、新秋田化成社製無水セッコウ
膨張物質Ａ：膨張成分１００  重量部中のＣａＳＯ４    ０重量部
膨張物質Ｂ：膨張成分１００  重量部中のＣａＳＯ４  １０重量部
膨張物質Ｃ：膨張成分１００  重量部中のＣａＳＯ４  ２０重量部
膨張物質Ｄ：膨張成分１００  重量部中のＣａＳＯ４  ３０重量部
膨張物質Ｅ：膨張成分１００  重量部中のＣａＳＯ４  ４０重量部
膨張物質Ｆ：膨張成分１００  重量部中のＣａＳＯ４  ５０重量部
膨張物質Ｇ：膨張成分１００  重量部中のＣａＳＯ４  ６０重量部
膨張材ａ    ：市販のカルシウムサルホアルミネート系膨張材
膨張材ｂ    ：市販の生石灰系膨張材
セメントα：電気化学工業社製普通ポルトランドセメント
砂                ：標準砂、ＩＳＯ  ６７９準拠
水                ：水道水
【００２２】
＜測定方法＞
膨張率        ：ＪＩＳ  Ａ  ６２０２  （Ｂ法）  に準じて材齢７日の膨張率を測定
圧縮強度    ：ＪＩＳ  Ａ  １１０８に準じて材齢７日の圧縮強度を測定
【００２３】
【表１】
0003549707.tif 000002
【００２４】
実施例２
膨張物質Ｄを使用し、結合材  １００重量部中、表２に示すセメント混和材の配合量を用いたこと以外は実施例１と同様に行った。結果を表２に併記する。
なお、比較のために、市販品である膨張材についても同様に行った。結果を表２に併記する。
【００２５】
【表２】
0003549707.tif 000003
【００２６】
実施例３
セメントαの代わりにセメントβを用い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。
【００２７】
＜使用材料＞
セメントβ：電気化学工業社製高炉セメント（Ｂ種）
【００２８】
【表３】
0003549707.tif 000004
【００２９】
実施例４
膨張物質Ｄを、表４に示す最大粒径となるように粉砕したこと以外は実施例１と同様に行った。結果を表４に併記する。
【００３０】
【表４】
0003549707.tif 000005
【００３１】
実施例５
表５に示す最大粒径に調製した膨張物質をセメント混和材とし、セメント混和材を結合材  １００重量部中、９重量部配合し、各材料の単位量を、結合材４３０ｋｇ／ｍ３、細骨材６８５ｋｇ／ｍ３、粗骨材１，０９８ｋｇ／ｍ３、及び水１６７ｋｇ／ｍ３として、減水剤を結合材１００重量部に対して、１重量部配合し、水／結合材比＝４０％、細骨材率３９％のコンクリートを調製した。
型枠内に、主筋としてＰＣ鋼棒を、スパイラル筋としてＰＣ鋼線を用い、鉄筋比を  ０．４％とした耐張芯材を配置し、調製したコンクリートを打設して、遠心力により、直径２０ｃｍ、長さ２５ｃｍ、肉厚４０ｍｍ±１ｍｍのコンクリート管を成形した。
６時間放置した後、昇温速度１５℃／ｈｒで６５℃まで昇温し、４時間保持した後、自然放冷し、材齢２４時間で脱型する蒸気養生を行い、その後、２０℃水中養生を行い、管端部の欠損状態を観察するとともに、プレストレス量を測定した。結果を表５に併記する。
【００３２】
＜使用材料＞
細骨材        ：新潟県姫川産川砂、５ｍｍ下
粗骨材        ：新潟県姫川産川砂利、Ｇｍａｘ  ＝２５ｍｍ
【００３３】
＜測定方法＞
管端部の欠損状態：コンクリート管を高さ１ｍから３回落下させた時のコンクリート管端部の欠損状態を観察、○は欠損なし、×は欠損あり
プレストレス量：養生後、コンクリート管の外圧を負荷し、あらかじめスパイラル筋にはったストレインゲージで歪みを測定して材齢７日におけるプレストレス量を測定
【００３４】
【表５】
0003549707.tif 000006
【００３５】
【発明の効果】
本発明のセメント混和材の使用により、膨張性と強度発現性が良好なセメント組成物とすることができ、これを用いたケミカルプレストレストコンクリートは外圧強度が大きく、コンクリート端部が欠けにくいなどの効果を奏する。