(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
セメントと、非晶質のカルシウムアルミネートを主成分とし、３CaO・SiO2や無水石膏を併用しないセメントの水和熱発生時間の調整材とを含有してなり、該調整材は、セメントと該調整材の合計100重量部中、１〜７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】
【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の水和熱発生時間の調整材を用いたセメント組成物に関する。
【０００２】
【従来技術とその課題】
従来、コンクリートに打ち継ぎコンクリートを打ち継いで構造物を構築する場合、当然のことながら、コンクリートを打設する時間差によって、水和熱発生時間が異なるため、打ち継ぎ部分のコンクリートの水和熱発生量が不均一となり、いわゆるコールドジョイントと呼ばれるひびわれが発生する。
このコールドジョイントを防止する方法として、セメントの凝結遅延剤をコンクリートに添加して、打ち継ぎコンクリートと被打ち継ぎコンクリートの凝結硬化時間が同程度になるようにして打ち継ぐ方法が提案されている（特開昭４８−６６６１８号公報）。
【０００３】
しかしながら、従来のセメントの凝結遅延剤は、セメントの水和熱発生時間のみならず硬化速度まで遅延し、場合によっては硬化不良をおこし、強度発現性が低下する等の課題を有していた。
【０００４】
一方、カルシウムアルミネートは、セッコウ類と併用してセメント急硬材として、あるいは、アルミン酸アルカリ塩やアルカリ炭酸塩などと併用してトンネル吹き付け材として広範囲に使用されている（特公平  ２−８３２４５号公報、特公昭５６−２７４５７号公報）。
【０００５】
そして、カルシウムアルミネートがセメント急硬材として利用される場合には、セッコウ類と併用し、かつ、使用割合も１５〜４０重量％程度と多く、水和物としてエトリンガイトを大量に生成するものであった。
【０００６】
本発明者は、前記課題を解決すべく、種々検討を重ねた結果、特定の成分を使用することにより、セメントの水和熱発生時間だけを遅延し、硬化速度にはほとんど影響を与えないコンクリートが得られるとの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、セメントと、非晶質のカルシウムアルミネートを主成分とし、３CaO・SiO2や無水石膏を併用しないセメントの水和熱発生時間の調整材とを含有してなり、該調整材は、セメントと該調整材の合計100重量部中、１〜７重量部であることを特徴とするセメント組成物である。
【０００８】
以下、本発明をさらに詳しく説明する。
【０００９】
本発明で使用するセメントとは、特に制限されるものではなく、通常使用されている普通・早強・超早強・中庸熱等の各種ポルトランドセメントや、これらポルトランドセメントに、高炉スラグ、フライアッシュ、又はシリカを混合した各種混合セメント、さらには、ポルトランドセメントにセメント膨張材を混合した膨張セメントや、アルミナセメント、白色セメント、及びコロイドセメント等の特殊セメント等が挙げられる。
また、ポルトランドセメントの鉱物組成を改良し、ビーライト含有量を５０重量％程度以上とした、いわゆる、ビーライトセメント等の使用も可能である。
【００１０】
本発明のセメントの水和熱発生時間の調整材（以下、単に調整材という）はカルシウムアルミネートを主成分とするものである。
【００１１】
本発明で使用するカルシウムアルミネートは、成分的に特に限定されるものではなく、例えば、結晶質のカルシウムアルミネートとしては、３ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３、２ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３、１２ＣａＯ・７Ａｌ２Ｏ３、ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３、３ＣａＯ・５Ａｌ２Ｏ３、及びＣａＯ・２Ａｌ２Ｏ３等が挙げられ、非晶質としては、ＣａＯ含有量が３０〜６０重量％の範囲にあるカルシウムアルミネートが挙げられる。
【００１２】
ここで、非晶質とは、すべてが非晶質である必要はなく、例えば、ガラス化率で５０％程度以上であればよい。
本発明では、結晶質、非晶質、いずれのカルシウムアルミネートの使用が可能であり、非晶質のカルシウムアルミネートが本発明の効果が大きく、また、ＣａＯ含有量が少ないほどセメントの水和発生時間の遅延効果が大であるが、同時に強度発現性も遅延されるので、使用目的によりカルシウムアルミネートの種類や使用量を選択するのが好ましい。
【００１３】
カルシウムアルミネートは、石灰質原料やアルミナ質原料を、１，２００℃以上で熱処理することにより得られる。
【００１４】
ここで、石灰質原料としては、石灰石、炭酸カルシウム、及び消石灰が挙げられ、アルミナ質原料としては、ボーキサイトやアルミナ残灰が挙げられる。
【００１５】
熱処理後のカルシウムアルミネート中のＣａＯ含有量は、３５〜６０重量％が好ましい。ＣａＯ含有量がこの範囲外では本発明の効果が得られない場合がある。
【００１６】
熱処理方法は、特に限定されるものではないが、例えば、電気炉又はロータリーキルンなどを使用することが可能であり、熱処理時間も特に限定されるものではない。
熱処理温度は組成により異なるので、特に限定されるものではないが、通常、１，２００〜１，８００℃程度である。
熱処理後の冷却方法についても、特に限定されるものではなく、例えば、水や高圧空気などによる急冷法や、放置による徐冷法などいずれの方法を用いることも可能である。
【００１７】
また、カルシウムアルミネート中の他の成分あるいは不純物の存在も特に限定されるものではない。例えば、他の成分として、Ｆｅ２Ｏ３、ＳｉＯ２、ＴｉＯ２、ＭｇＯ、Ｆ２、及びＳＯ３等の混入が予想されるが、本発明の目的を実質的に阻害しない範囲では問題になるものではない。
【００１８】
本発明のカルシウムアルミネートの粒度は、特に限定されるものではないが、ブレーン値で１，５００〜８，０００ｃｍ２／ｇ程度の範囲のものが好ましい。１，５００ｃｍ２／ｇ未満では水和熱発生時間の遅延効果が十分に得られない場合があり、８，０００ｃｍ２／ｇを超えるとこれを用いたコンクリートの流動性が低下する場合がある。
【００１９】
本発明のカルシウムアルミネートがセメントの水和熱発生時間を遅延する原因は定かではないが、カルシウムアルミネートが水和する際に、カルシウムアルミネート水和物と共に生成するアルミナゲルがセメント粒子表面を覆い、セメントの水和を阻害するためと考えられる。
【００２０】
本発明におけるカルシウムアルミネートの使用目的は、従来の、例えば、セメント急硬材のような使用目的とは根本的に異なり、また、使用形態や使用割合も異なる。
即ち、本発明ではカルシウムアルミネートを主成分とする調整材を、セメントと調整材の合計１００重量部中、１〜７重量部使用することにより、この調整材を添加したコンクリートの流動性や作業性を損ねることなく、セメントの水和熱発生時間を調整することが可能である。
【００２１】
本発明でカルシウムアルミネートを主成分とする調整材中のカルシウムアルミネートの量は、調整材１００重量部中、８０重量部以上が好ましく、９０重量部以上がより好ましい。
【００２２】
本発明の調整材の使用量は、使用するセメントや他の材料により一義的ではないが、通常、セメント組成物を使用したコンクリートの流動性や作業性を損ねることなく、セメントの水和熱発生時間を調整する面から、セメントと調整材の合計１００重量部中、１〜７重量部が好ましく、２〜５重量部がより好ましい。１重量部未満では水和熱発生時間の遅延効果が十分ではなく、７重量部を越えると強度発現性が悪くなる場合がある。
【００２３】
本発明のセメント組成物の養生方法は、特に限定されるものではなく、一般に行われる養生方法が適用可能である。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。
【００２４】
本発明の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。
【００２５】
本発明では、前記セメント組成物の他に、砂や砂利などの骨材、補強繊維材、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、セメント膨張材、防錆剤、防凍剤、水酸化ナトリウム等の可溶性アルカリ塩、酸化カルシウムや水酸化カルシウムなどのカルシウム化合物、硫酸ナトリウム等の硫酸アルカリ金属塩、亜硫酸アルカリ金属塩、及び重亜硫酸アルカリ金属塩、並びに、硫酸アルミニウム等の硫酸塩、無機リン酸塩、ホウ酸、ベントナイトやモンモリロナイト等の粘土鉱物、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、並びに、高分子エマルジョン等の内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。
【００２６】
【実施例】
以下、実施例により本発明を詳細に説明する。
【００２７】
実施例１
石灰質原料とアルミナ質原料を混合し、電気炉を用いて１，６００℃で溶融した溶融物を高圧空気法で急冷して得られたクリンカーを粉砕し、ブレーン値で４，０００±２００ｃｍ２／ｇに調整して非晶質カルシウムアルミネート（以下、Ａ−ＣＡという）を得た。Ａ−ＣＡの組成比は化学分析により求めた。
このＡ−ＣＡを調整材とし、セメントと調整材の合計１００重量部中、調整材を表１に示すように配合して結合材とし、各種材料の単位量が、結合材３００ｋｇ／ｍ３、粗骨材１，０５６ｋｇ／ｍ３、細骨材７６５ｋｇ／ｍ３、及び水１４６ｋｇ／ｍ３の配合で、練り上がり温度２０℃に調整したコンクリートとし、そのコンクリートの上昇時間と圧縮強度を測定した。結果を表１に併記する。
【００２８】
＜使用材料＞
セメント  ：電気化学工業社製普通ポルトランドセメント
石灰質原料：和光純薬工業社製試薬１級ＣａＯ
アルミナ質原料：和光純薬工業社製試薬１級Ａｌ２Ｏ３
Ａ−ＣＡｂ：ＣａＯ含有量４０重量％のＡ−ＣＡ
粗骨材        ：新潟県姫川産川砂利、Ｇｍａｘ＝２５ｍｍ
細骨材        ：新潟県姫川産川砂、５ｍｍ下
水                ：水道水
【００２９】
＜測定方法＞
上昇時間  ：調整したコンクリート３．５リットルを、高さ３０ｃｍ、内径１３ｃｍ、厚さ１０ｃｍの発泡スチロール製円筒容器に入れ、２０℃恒温室中で養生した時のコンクリート中心部温度を熱電対で自動的に測定し、練り上がり温度から５℃上昇した時の時間とコンクリートの温度が最高温度となった時間
圧縮強度  ：４×４×１６ｍｍの供試体を用いて、ＪＩＳ  Ｒ  ５２０１に準じて、各材令における圧縮強度を測定
【００３０】
【表１】
0003549600.tif 000002
【００３１】
実施例２
調整材としてのカルシウムアルミネートの種類を表２に示すように変化して、セメントと調整材の合計１００重量部中の調整材を３重量部とし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。
【００３２】
＜使用材料＞
Ａ−ＣＡａ：ＣａＯ含有量３５重量％のＡ−ＣＡ
Ａ−ＣＡｃ：ＣａＯ含有量４５重量％のＡ−ＣＡ
Ａ−ＣＡｄ：ＣａＯ含有量５０重量％のＡ−ＣＡ
Ａ−ＣＡｅ：ＣａＯ含有量５５重量％のＡ−ＣＡ
Ａ−ＣＡｆ：ＣａＯ含有量６０重量％のＡ−ＣＡ
Ａ−ＣＡｇ：１２ＣａＯ・７Ａｌ２Ｏ３
【００３３】
【表２】
0003549600.tif 000003
【００３４】
実施例３
比較のため、従来技術と同様、凝結遅延剤を、セメントと凝結遅延剤からなる結合材１００重量部中、０．５重量部使用したこと以外のコンクリートの配合や実験方法は実施例１と同様に行い、セメントの凝結を遅延させた場合の測定結果を表３に示す。
【００３５】
＜使用材料＞
凝結遅延剤：日澱化学工業社製デキストリン
【００３６】
【表３】
0003549600.tif 000004
【００３７】
【発明の効果】
本発明のセメント組成物を使用することにより、コールドジョイントの防止に効果の大きい被打ち継ぎコンクリートが得られる。