(57)【要約】【課題】  ブリーディングを防止でき、建築構造物の薄いコンクリート構造物でも、また、土木分野のマッシブなコンクリートでも優れたひび割れ低減効果を発揮するセメント混和材及びセメント組成物を提供する。【解決手段】  可溶性ケイ酸塩、例えば、アルカリ金属のケイ酸塩、特に、ケイ酸リチウム、酸性物質、例えば、カルボン酸、及び水の混合固化物と、膨張物質とを含有してなるセメント混和材、膨張物質が、遊離石灰と、アウイン、カルシウムシリケート、カルシウムフェライト、及びカルシウムアルミノフェライトからなる群より選ばれる一種又は二種以上の水硬性化合物、必要に応じ無水セッコウを含有する該セメント混和材、本固化物10〜50部と、膨張物質90〜50部からなる該セメント混和材、並びに、セメントと該セメント混和材とを含有するセメント組成物を構成とする。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
可溶性ケイ酸塩、酸性物質、及び水の混合固化物と、膨張物質とを含有してなるセメント混和材。
【請求項２】
可溶性ケイ酸塩が、アルカリ金属のケイ酸塩であることを特徴とする請求項１に記載のセメント混和材。
【請求項３】
可溶性ケイ酸塩が、ケイ酸リチウムであることを特徴とする請求項２に記載のセメント混和材。
【請求項４】
酸性物質が、カルボン酸であることを特徴とする請求項１〜請求項３のうちの一項に記載のセメント混和材。
【請求項５】
膨張物質が、遊離石灰と、アウイン、カルシウムシリケート、カルシウムフェライト、及びカルシウムアルミノフェライトからなる群より選ばれる一種又は二種以上の水硬性化合物とを含有してなることを特徴とする請求項１〜請求項４のうちの一項に記載のセメント混和材。
【請求項６】
膨張物質が、遊離石灰と、アウイン、カルシウムシリケート、カルシウムフェライト、及びカルシウムアルミノフェライトからなる群より選ばれる一種又は二種以上の水硬性化合物と、無水セッコウとを含有してなることを特徴とする請求項１〜請求項５のうちの一項に記載のセメント混和材。
【請求項７】
可溶性ケイ酸塩、酸性物質、及び水の混合固化物10〜50部と、膨張物質90〜50部からなることを特徴とする請求項１〜請求項６のうちの一項に記載のセメント混和材。
【請求項８】
セメントと、請求項１〜請求項７のうちの一項に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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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及びセメント組成物に関する。
【０００２】
本発明における部や％は特に規定しない限り質量基準で示す。
【背景技術】
【０００３】
近年、コンクリート構造物の高耐久化技術の確立が望まれている。それを達成する上で重要な技術のひとつとして、ひび割れを低減でき、コンクリート構造物の高寿命化に一定の役割を果たすことが可能な膨張材が注目されている。
膨張材としては、古くより数多くの提案があり、最近になってからも新たな提案がなされている（特許文献１〜特許文献４参照）。
【０００４】
一方、コンクリートの引っ張り強度を向上させるセメント混和材も提案されている（特許文献５参照）。
【０００５】
最近では、骨材界面の微細な組織構造、いわゆる、遷移帯がコンクリートの物質移動と深く関連し、コンクリート構造物の耐久性に影響を与えることが明らかにされてきている。
通常、コンクリートの遷移帯は粗となるが、これは、セメント、砂、砂利、及び水、さらにその他の材料から構成される複合材料のコンクリートにおいて、骨材の界面には水が偏在しやすくなり、微視的レベルで材料分離を生じているためである。
コンクリートの遷移帯を改質するうえで、微視的レベルの材料分離の指標とも言えるブリーディングを防止することが有効である。
【０００６】
そこで、本発明者は、前記課題を解決すべく、種々の検討を進めた結果、特定のセメント混和材を使用することにより、ブリーディングを防止でき、建築構造物のような薄いコンクリート構造物でも、また、土木分野で用いられる厚い、マッシブなコンクリートにおいても優れたひび割れ低減効果を発揮することを知見し、本発明を完成するに至った。
【０００７】
【特許文献１】特公昭４２−０２１８４０号公報
【特許文献２】特公昭５３−０３１１７０号公報
【特許文献３】特開平０７−２３２９４４号公報
【特許文献４】特開平１３−０６４０５４号公報
【特許文献５】特開２００４−１４３０３０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明はブリーディングを防止でき、建築構造物のような薄いコンクリート構造物でも、また、土木分野で用いられるマッシブなコンクリートにおいても優れたひび割れ低減効果を発揮するセメント混和材及びセメント組成を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、可溶性ケイ酸塩、酸性物質、及び水の混合固化物と、膨張物質とを含有してなるセメント混和材であり、可溶性ケイ酸塩がアルカリ金属のケイ酸塩である該セメント混和材であり、可溶性ケイ酸塩がケイ酸リチウムである該セメント混和材であり、酸性物質がカルボン酸である該セメント混和材であり、膨張物質が、遊離石灰と、アウイン、カルシウムシリケート、カルシウムフェライト、及びカルシウムアルミノフェライトからなる群より選ばれる一種又は二種以上の水硬性化合物とを含有してなる該セメント混和材であり、膨張物質が、さらに、無水セッコウを含有してなる該セメント混和材であり、可溶性ケイ酸塩、酸性物質、及び水の混合固化物10〜50部と、膨張物質90〜50部からなる該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る。
【００１０】
本発明で使用する可溶性ケイ酸塩、酸性物質、及び水の混合固化物（以下、本固化物という）とは、可溶性ケイ酸塩と酸性物質とを水溶液中で混合し、混合後、水溶液から乾燥等により脱水したり、冷却したりして固化して得られるものである。
【００１１】
本発明で使用する可溶性ケイ酸塩は特に限定されるものではないが、通常、ケイ酸ナトリウム、ケイ酸カリウム、及びケイ酸リチウムなどのアルカリ金属ケイ酸塩を挙げることができ、なかでもケイ酸リチウムを選定することが耐久性の観点から好ましい。
【００１２】
本発明で使用する酸性物質は特に限定されるものではないが、その具体例としては、例えば、カルボン酸や脂肪酸等の有機酸、硫酸、塩酸、硝酸、及びリン酸等の鉱酸、並びに、硫酸アルミニウムや硫酸鉄等の酸性無機化合物等が挙げられ、なかでも、カルボン酸の使用が安定性の面から好ましい。
【００１３】
カルボン酸としては特に限定されるものではないが、その具体例としては、例えば、クエン酸、フマル酸、リンゴ酸、プロピオン酸、マレイン酸、グリコール酸、グルコン酸、ポリアクリル酸、乳酸、ギ酸、及び酢酸等が挙げられ、なかでも、クエン酸やフマル酸の使用が、安定性の面から好ましい。
【００１４】
本固化物を調製する際の、可溶性ケイ酸塩と酸性物質の混合比率は、使用する物質によって一義的に決定されるものではないが、混合後のpHが中性付近となるように混合する必要がある。
【００１５】
本発明において、可溶性ケイ酸塩としてアルカリ金属ケイ酸塩を使用し、酸性物質としてカルボン酸を使用する場合、アルカリ金属ケイ酸塩中のアルカリ金属原子数と、カルボン酸中のカルボキシル基の数との比、金属／カルボキシル基比が１〜200となるように配合することが好ましく、２〜100となるように配合することがより好ましい。金属／カルボキシル基比が１未満ではケイ酸成分が水に不溶となり、均一に混合することができない場合があり、200を超えるとケイ酸塩の水溶性が高すぎ、コンクリートの流動性が低下する場合がある。
【００１６】
可溶性ケイ酸塩と酸性物質と混合する水の量は、可溶性ケイ酸塩と酸性物質の合計100部に対して、１部以上が好ましく、10部以上がより好ましい。１部未満では混合が充分でなく、得られる本固化物の性能が充分でない場合がある。
【００１７】
本発明では、可溶性ケイ酸塩と酸性物質とを水溶液中で混合し、混合後、水溶液から水分を除去したり、冷却したりすることによって、本固化物を生成するが、水分を除去して固化することが好ましい。
水分を除去する方法としては特に限定されるものではないが、放置して水分を揮発させることも可能であり、加熱して水分を揮発させることも可能である。
【００１８】
本発明で使用する膨張物質とは特に限定されるものではなく、膨張作用のあるものならば特に限定されるものではない。大別すると、ガス発泡物質系膨張物質、セメント鉱物系膨張物質があり、その具体例としては、例えば、ガス発泡物質系膨張物質では、アルミ粉、鉄粉、過酸化物質、及び炭素物質等が挙げられ、セメント鉱物系膨張物質では、エトリンガイト系膨張物質、石灰系膨張物質、石灰−エトリンガイト複合系膨張物質、及びマグネシア系膨張物質等が挙げられる。本発明では、効果的な膨張性が付与できる観点から、セメント鉱物系膨張物質を用いることが好ましい。
【００１９】
セメント鉱物系膨張物質としては、遊離石灰や遊離マグネシアを含むものが挙げられるが、長期安定性の観点から、遊離石灰を含むものが好ましい。
遊離石灰を含むものとしては、例えば、遊離石灰−無水セッコウ系膨張物質、遊離石灰−水硬性化合物系膨張物質、及び遊離石灰−水硬性化合物−無水セッコウ系膨張物質等が挙げられる。本発明では、膨張性能が良好なことから、遊離石灰−水硬性化合物−無水セッコウ系膨張物質を用いることが好ましく、特に、遊離石灰含有量が40〜70％の膨張物質を用いることが好ましい。遊離石灰含有量がこの範囲外では充分なひび割れ低減効果が得られない場合がある。
【００２０】
水硬性化合物としては、例えば、アウイン、2CaO・SiO2(C2S)や3CaO・SiO2(C3S)のカルシウムシリケート、CaO・Fe2O3(CF)や2CaO・Fe2O3(C2F)のカルシウムフェライト、並びに、6CaO・2Al2O3・Fe2O3(C6A2F)、4CaO・Al2O3・Fe2O3(C4AF)、及び6CaO・Al2O3・2Al2O3(C6AF2)のカルシウムアルミノフェライトからなる群より選ばれる一種又は二種以上が挙げられ、このような膨張物質としては、市販の膨張材や静的破砕材が使用可能である。
膨張材や静的破砕材は各社より市販されており、その代表例としては、例えば、電気化学工業社製商品名「デンカＣＳＡ」や商品名「デンカパワーＣＳＡ」、住友大阪セメント社製商品名「サクス」、太平洋マテリアル社製商品名「太平洋ジプカル」、商品名「エクスパン」、商品名「Ｎ-ＥＸ」、及び商品名「ブライスター」などが挙げられる。
【００２１】
膨張物質の粒度は特に限定されるものではないが、通常、ブレーン比表面積値（以下、ブレーン値という）で2,000〜6,000cm2/gが好ましく、2,500〜4,000cm2/gがより好ましい。2,000cm2/g未満では長期安定性が悪くなる場合があり、6,000cm2/gを超えると膨張性が充分に得られない場合がある。
【００２２】
本発明におけるセメント混和材中の本固化物と膨張物質との配合割合は特に限定されるものではないが、通常、本固化物と膨張物質とからなるセメント混和材100部中、本固化物５〜50部で、膨張物質95〜50部が好ましく、本固化物10〜40部で、膨張物質90〜60部がより好ましい。本固化物が５部未満で膨張物質が95部を超えると、ブリーディングの防止効果が充分に得られなかったり、土木構造物のようなマッシブなコンクリートでのひび割れ抵抗性が充分に得られない場合がある。逆に、本固化物が50部を超えて膨張物質が50部未満では、建築構造物のような薄いコンクリート構造物でのひび割れ抵抗性が充分に得られない場合がある。
【００２３】
セメント混和材の使用量は特に限定されるものではないが、通常、セメントとセメント混和材からなるセメント組成物100部中、１〜12部が好ましく、３〜９部がより好ましい。１部未満では、本発明の効果、即ち、ブリーディングを防止でき、建築構造物のような薄いコンクリート構造物でも、また、土木分野で用いられるマッシブなコンクリートにおいても優れたひび割れ低減効果を発揮するという性能が充分得られない場合があり、12部を超えると過膨張する場合がある。
【００２４】
本発明で使用するセメントとしては、普通、早強、超早強、低熱、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、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、また、石灰石粉末や高炉徐冷スラグ微粉末等を混合したフィラーセメント、各種の産業廃棄物を主原料として製造される環境調和型セメント、いわゆるエコセメントなどが挙げられ、これらのうちの一種又は二種以上が併用可能である。
【００２５】
本発明では、本発明のセメント混和材やセメントのほかに、石灰石微粉末、フライアッシュ、シリカフューム、メタカオリン、珪藻土、高炉徐冷スラグ微粉末、下水汚泥焼却灰やその溶融スラグ、都市ゴミ焼却灰やその溶融スラグ、及びパルプスラッジ焼却灰等の混和材料、急硬材、デキストリンなどの水和熱抑制剤、消泡剤、増粘剤、防錆剤、防凍剤、収縮低減剤や、スチールファイバー、ビニロンファイバー、炭素繊維、及びワラストナイト繊維等の繊維物質、ポリマー、ベントナイトなどの粘土鉱物、並びに、ハイドロタルサイトなどのアニオン交換体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使用することが可能である。
【００２６】
本発明において、各材料の混合方法は特に限定されるものではなく、それぞれの材料を施工時に混合しても良いし、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。
【００２７】
混合装置としては、既存のいかなる装置も使用可能であり、例えば、傾胴ミキサ、オムニミキサ、ヘンシェルミキサ、Ｖ型ミキサ、及びナウタミキサなどの使用が可能である。
【発明の効果】
【００２８】
本発明のセメント混和材を使用することによって、ブリーディングを防止でき、建築構造物のような薄いコンクリート構造物でも、また、土木分野で用いられるマッシブなコンクリートにおいても優れたひび割れ低減効果を発揮する。
【実施例１】
【００２９】
表１に示す本固化物と膨張物質とを配合してセメント混和材を調製した。
調製したセメント混和材を、セメントとセメント混和材からなるセメント組成物100部中、９部とし、単位セメント組成物量315kg/m3、単位水量180kg/m3、s/a41％、空気量4.5±1.5％、及びスランプ18±2.5cmのコンクリートを調製した。
調製したコンクリートのブリーディング率と長さ変化率を測定するとともに、土間に打設した際のひび割れ発生状況を確認した。結果を表１に併記する。
【００３０】
＜使用材料＞
セメント  ：普通ポルトランドセメント、ブレーン値3,300cm2/g
本固化物イ：ケイ酸リチウムとフマル酸をpHが7.0となるように水中で混合し、50℃で乾燥した固化物
膨張物質Ａ：遊離石灰−無水セッコウ系膨張物質、遊離石灰含有量50％、無水セッコウ含有量50％、ブレーン値3,000cm2/g
膨張物質Ｂ：遊離石灰−アウイン−無水セッコウ系膨張物質、遊離石灰含有量50％、アウイン含有量20％、無水セッコウ含有量30％、ブレーン値3,000cm2/g
膨張物質Ｃ：遊離石灰−C2F−無水セッコウ系膨張物質、遊離石灰含有量50％、C2F含有量20％、無水セッコウ含有量30％、ブレーン値3,000cm2/g
膨張物質Ｄ：遊離石灰−C4AF−無水セッコウ系膨張物質、遊離石灰含有量50％、C4AF含有量20％、無水セッコウ含有量30％、ブレーン値3,000cm2/g
膨張物質Ｅ：遊離石灰−C3S−C4AF系膨張物質、遊離石灰含有量60％、C3S含有量30％、C4AF含有量10％、ブレーン値3,000cm2/g
膨張物質Ｆ：遊離石灰−C3S−C4AF−C3A−無水セッコウ系膨張物質、遊離石灰含有量55％、C3S含有量25％、C4AF含有量５％、C3A含有量５％、無水セッコウ含有量10％、ブレーン値3,000cm2/g
水        ：水道水
細骨材    ：新潟県姫川産、比重2.62
粗骨材    ：新潟県姫川産、比重2.64
【００３１】
＜測定方法＞
ブリーディング率：JIS A 1123に準じて測定し、材齢６時間の値を算出
長さ変化率：JIS A 6202（B）に準じて材齢７日の膨張率を測定
ひび割れ発生状況：縦５ｍ×横５ｍ×厚さ10cmのコンクリートを打設し、６ヵ月後にひび割れの発生状況を観察した。ひび割れが複数発生した場合は×、ひび割れが１本発生した場合は△、ひび割れが認められない場合は○
【００３２】
【表１】
2006069834.tif 000002
【実施例２】
【００３３】
表２に示す本固化物と膨張物質を使用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。
【００３４】
＜使用材料＞
本固化物ロ：ケイ酸ナトリウムとフマル酸をpHが7.0となるように水中で混合し、50℃で乾燥した固化物
本固化物ハ：ケイ酸ナトリウムとクエン酸をpHが7.0となるように水中で混合し、50℃で乾燥した固化物
【００３５】
【表２】
2006069834.tif 000003
【実施例３】
【００３６】
本固化物イ20部と膨張物質Ｂ80部とからなる、表３に示す量のセメント混和材を使用したこと以外は実施例１と同様に行った。結果を表３に併記する。
【００３７】
【表３】
2006069834.tif 000004
【実施例４】
【００３８】
表４に示す本固化物と膨張物質とからなるセメント混和材を使用し、高さ２ｍ×長さ10ｍ×厚さ60cmの壁を造成し、そのひび割れ低減効果を確認した。結果を表４に併記する。
【００３９】
＜測定方法＞
ひび割れ発生状況：壁の造成１ヵ月後にひび割れの発生状況を観察。ひび割れが複数発生した場合は×、ひび割れが１本発生した場合は△、ひび割れが認められない場合は○
【００４０】
【表４】
2006069834.tif 000005
【産業上の利用可能性】
【００４１】
本発明のセメント混和材を使用することにより、ブリーディングを防止でき、建築構造物のような薄いコンクリート構造物でも、また、土木分野で用いられるマッシブなコンクリートにおいても優れたひび割れ低減効果を発揮するため、土木や建築用途に広範に利用できる。