(57)【要約】【課題】  流動性と初期強度発現性に優れ、水和発熱が小さく、耐酸性に優れ、長期強度が高いセメント組成物を提供する。【解決手段】  CaO/Al2O3モル比が2.0〜3.5でSiO2含有量が10〜25％のカルシウムアルミノシリケートと、潜在水硬性物質およびポゾラン物質の中から選ばれる１種または２種以上とを含有してなるセメント組成物。前記潜在水硬性物質およびポゾラン物質が、高炉水砕スラグ微粉末、フライアッシュ、シリカフュームである前記セメント組成物。さらに、刺激材を含有する前記セメント組成物。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
CaO/Al2O3モル比が2.0〜3.5でSiO2含有量が10〜25％のカルシウムアルミノシリケートと、潜在水硬性物質およびポゾラン物質の中から選ばれる１種または２種以上とを含有してなるセメント組成物。
【請求項２】
潜在水硬性物質およびポゾラン物質が、高炉水砕スラグ微粉末、フライアッシュ、シリカフュームである請求項１記載のセメント組成物。
【請求項３】
カルシウムアルミノシリケートと、潜在水硬性物質およびポゾラン物質の中から選ばれる１種または２種以上との合計100部中、カルシウムアルミノシリケートが30〜90部、潜在水硬性物質およびポゾラン物質の中から選ばれる１種または２種以上が70〜10部である請求項１または２に記載のセメント組成物。
【請求項４】
刺激材を含有する請求項１〜３のいずれか１項に記載のセメント組成物。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載のセメント組成物を使用して作製したコンクリート。
【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組成物に関する。
【０００２】
なお、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。
本発明で云うコンクリートとは、セメントペースト、セメントモルタル、セメントコンクリートを総称するものである。
【背景技術】
【０００３】
コンクリートの耐久性に関連した課題として、ひび割れの低減、耐酸性、長期安定性などが挙げられる。
【０００４】
ひび割れの低減について見ると、その要因は数多く存在する。例えば、乾燥収縮や自己収縮によるひび割れや水和発熱によるひび割れなどの材料特性やコンクリートの配合に由来するものに加えて、構造的な側面や設計ミスによるひび割れの誘発などが挙げられる。中でも、水和発熱によるひび割れは、そのひび割れ幅が大きく、劣化因子の硬化体中への透過を容易にするため重要な問題である。
【０００５】
また、コンクリートは、アルカリ性であるために耐酸性に乏しい材料である。耐酸性に優れる樹脂系材料は高価な上、耐光性や耐火性に劣るなどの技術的な問題があり、無機系材料で耐酸性に優れる材料の開発が強く待たれている。
【０００６】
他方、CaOとAl2O3とSiO2を主成分とする、特定組成のカルシウムアルミノシリケートガラスセメントが提案されている（特許文献１）。また、特定組成のカルシウムアルミノシリケートガラスを無機硫酸塩と組み合わせてポルトランドセメントの混和材として用いる提案もされている（特許文献２）。
【特許文献１】米国特許第4605443号明細書
【特許文献２】特開平04-97932号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明者は、前記課題を解決すべく、種々の努力を重ねた結果、特定組成のカルシウムアルミノシリケートと、潜在水硬性物質やポゾラン物質を組み合わせることにより、流動性や初期強度発現性に優れ、水和発熱が小さく、耐酸性に優れ、長期強度が高いセメント組成物を提供することが可能であることを知見し、本発明を完成するに至った。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
すなわち、本発明は、CaO/Al2O3モル比が2.0〜3.5でSiO2含有量が10〜25％のカルシウムアルミノシリケートと、潜在水硬性物質およびポゾラン物質の中から選ばれる１種または２種以上とを含有してなるセメント組成物であり、潜在水硬性物質およびポゾラン物質が、高炉水砕スラグ微粉末、フライアッシュ、シリカフュームである前記セメント組成物であり、カルシウムアルミノシリケートと、潜在水硬性物質およびポゾラン物質の中から選ばれる１種または２種以上との合計100部中、カルシウムアルミノシリケートが30〜90部、潜在水硬性物質およびポゾラン物質の中から選ばれる１種または２種以上が70〜10部である前記セメント組成物であり、さらに、刺激材を含有する前記セメント組成物である。また、前記セメント組成物を使用して作製したコンクリートである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明のセメント組成物は、流動性や初期強度発現性に優れ、水和発熱が小さく、耐酸性に優れ、長期強度が高いなどの効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明のカルシウムアルノシリケートは、CaOとAl2O3とSiO2を主成分とする非晶質物質であり、CaO/Al2O3モル比が2.0〜3.5で、SiO2含有量が10〜25％の組成を有するものである。本発明では、CaO/Al2O3モル比が2.0〜3.5のカルシウムアルミノシリケートを用いる。CaO/Al2O3モル比が2.0未満では充分な強度発現性が得られない。また、逆に、CaO/Al2O3モル比が3.5を超えると充分な流動性や可使時間が得られない。SiO2含有量が10％未満では十分な流動性や可使時間が得られない場合があり、25％を超えると初期強度発現性が充分でない場合がある。
【００１１】
カルシウムアルミノシリケートを得る方法としては、CaO原料とAl2O3原料とSiO2原料を電気炉などによって熱処理して得る方法が挙げられる。CaO原料としては、例えば、石灰石や貝殻などの炭酸カルシウム、消石灰などの水酸化カルシウム、あるいは生石灰などの酸化カルシウムを挙げることができる。また、Al2O3原料としては、例えば、ボーキサイトやアルミ残灰と呼ばれる産業副産物のほか、アルミ粉などが挙げられる。そして、SiO2原料としては、例えば、ケイ石や粘土質のほか、各種産業から副生するシリカ質物質を挙げることができる。
【００１２】
カルシウムアルミノシリケートを工業的に得る場合、不純物が含まれることがある。その具体例としては、Fe2O3、MgO、TiO2、ZrO2、MnO、Na2O、K2O、Li2O、S、P2O5、およびFなどが挙げられる。これらの不純物の存在は、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。通常、これらの不純物の合計が10%以下の範囲では特に問題とはならない。
【００１３】
カルシウムアルミノシリケートのガラス化率は、70％以上が好ましく、90％以上がより好ましい。カルシウムアルミノシリケートのガラス化率が70％未満では、十分な強度発現性が得られない場合がある。
【００１４】
本発明のカルシウムアルミノシリケートの粒度は、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3000〜9000cm２/gの範囲にあり、4000〜8000cm２/gの範囲のものがより好ましい。3000cm２/g未満では強度発現性が充分でない場合があり、9000cm２/gを超えるようなものは流動性や可使時間の確保が困難になる場合がある。
【００１５】
本発明の潜在水硬性物質およびポゾラン物質の中から選ばれる１種または２種以上としては、特に限定されるものではないが、高炉水砕スラグ微粉末、フライアッシュ、シリカヒュームなどが好ましい。
潜在水硬性物質やポゾラン物質の粉末度は、特に限定されるものではないが、通常、高炉水砕スラグ微粉末とフライアッシュについては、ブレーン比表面積で3000〜9000cm2/g程度の範囲にあり、シリカヒュームについては、BET比表面積で2〜20m2/g程度の範囲にある。
本発明の中では、以下、潜在水硬性物質およびポゾラン物質を混和材と云う。
【００１６】
本発明の混和材は、強度発現性の改善や耐酸性の向上、可使時間の確保などの役割を担う。本発明では、混和材として、少なくとも、その一部にシリカフュームを使用することが好ましく、中でも酸性シリカフュームの使用がより好ましい。酸性シリカフュームとは、シリカフューム1gを純粋100ccに入れて攪拌した時の上澄み液のpHが5.0以下の酸性を示すものを言う。
【００１７】
本発明のセメント組成物における各材料の配合割合は、特に限定されるものではないが、通常、カルシウムアルミノシリケートと混和材からなるセメント組成物100部中、カルシウムアルミノシリケートは30〜90部が好ましく、50〜80部がより好ましく、混和材は10〜70部が好ましく、20〜50部がより好ましい。カルシウムアルミノシリケートが30部未満であったり、混和材が70部を超えると、充分な強度発現性が得られない場合がある。また、カルシウムアルミノシリケートが90部を超えたり、混和材が10部未満であると、水和発熱量が大きく、耐酸性や長期安定性が充分でない場合があり、カルシウムの溶脱も大きくなる傾向にある。
【００１８】
水の使用量は、使用する目的、用途や各材料の配合割合によって変化するため、特に限定されるものではないが、通常、水セメント組成物比で30〜60％の範囲が好ましく、35〜55％がより好ましい。水セメント組成物比が30％未満では流動性を得ることが難しく、また、発熱量が極めて大きくなる。逆に60%を超えると強度発現性を確保することが困難なばかりか、長期的に強度低下を起す場合がある。また、カルシウムの溶脱も大きくなる傾向にある。
【００１９】
本発明では、本発明のカルシウムアルミノシリケートや混和材のほかに、刺激材を併用することができる。刺激材の具体例としては、例えば、カルシウム化合物（生石灰や消石灰、セッコウ類、硝酸塩、亜硝酸塩など）、各種のポルトランドセメント、アルカリ金属塩（ナトリウム、カリウム、リチウムなどの炭酸塩、重炭酸塩、硫酸塩、硝酸塩、亜硝酸塩など）、アルミニウム塩（硫酸塩や硝酸塩）を挙げることができる。
刺激材の使用量は、特に限定されるものではないが、通常、カルシウムアルミノシリケートと混和材の合計100部に対して、1〜10部の範囲で使用することが好ましく、2〜5部の範囲がより好ましい。刺激材の使用量が10部を超えると可使時間が極度に短くなったり水和発熱量が大きくなったりする場合があり、1部未満では強度発現性の向上効果が少ない。
【００２０】
さらに、本発明では、カルシウムアルミノシリケートや混和材、刺激材のほかに、石灰石微粉末、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、パルプスラッジ焼却灰等の混和材料、減水剤、AE減水剤、高性能減水剤、高性能AE減水剤、凝結調整剤、消泡剤、増粘剤、防錆剤、防凍剤、収縮低減剤、ポリマー、繊維物質、ベントナイト等の粘土鉱物、ならびに、ハイドロタルサイトなどのアニオン交換体等のうちの１種または２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。
【００２１】
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。
【００２２】
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、およびナウタミキサなどの使用が可能である。
【実施例１】
【００２３】
表１に示すような各種のカルシウムアルミノシリケート70部と、混和材イ30部を配合してセメント組成物を調製した。このセメント組成物を使用し、JIS R 5201に準じてモルタルを調製し、流動性、圧縮強度を測定した。また、耐酸性や促進加温法にて強度の低下現象を確認した。結果を表１に併記する。
【００２４】
＜使用材料＞
カルシウムアルミノシリケートＡ：CaO/Al2O3モル比2.0、SiO2含有量10％、ガラス化率95％以上、ブレーン比表面積5000cm2/g
カルシウムアルミノシリケートＢ：CaO/Al2O3モル比2.5、SiO2含有量10％、ガラス化率95％以上、ブレーン比表面積5000cm2/g
カルシウムアルミノシリケートＣ：CaO/Al2O3モル比3.0、SiO2含有量10％、ガラス化率95％以上、ブレーン比表面積5000cm2/g
カルシウムアルミノシリケートＤ：CaO/Al2O3モル比3.5、SiO2含有量10％、ガラス化率95％以上、ブレーン比表面積5000cm2/g
カルシウムアルミノシリケートＥ：CaO/Al2O3モル比2.5、SiO2含有量10％、ガラス化率95％以上、ブレーン比表面積5000cm2/g
カルシウムアルミノシリケートＦ：CaO/Al2O3モル比2.5、SiO2含有量15％、ガラス化率95％以上、ブレーン比表面積5000cm2/g
カルシウムアルミノシリケートＧ：CaO/Al2O3モル比2.5、SiO2含有量20％、ガラス化率95％以上、ブレーン比表面積5000cm2/g
カルシウムアルミノシリケートＨ：CaO/Al2O3モル比2.5、SiO2含有量25％、ガラス化率95％以上、ブレーン比表面積5000cm2/g
混和材イ：高炉水砕スラグ微粉末、ブレーン比表面積4000cm2/g
水：水道水
細骨材：JIS R 5201で使用する標準砂
【００２５】
＜測定方法＞
流動性：JIS R 5201に準じてフロー値を測定
圧縮強度：モルタルを型枠に詰めて4cm×4cm×16cmの成形体を作成し、材齢28日、91日の圧縮強度をJIS R 5201に準じて測定
簡易断熱温度上昇量：モルタル3000ccを発泡スチロール製容器に入れて、上面のみを開放状態として断熱体で覆い、熱電対を中心部に配設して最高到達温度を測定
促進加温後の強度比：材齢28日まで20℃の水中養生を行った供試体を、40℃の温水中に28日間入れて養生し、促進加温を行う前の圧縮強度に対する促進加温後の強度比を相対値（％）で表し評価
耐酸性（硫酸浸透深さ）：5％濃度の硫酸水溶液にモルタルを1ヶ月間浸漬し、硫酸浸透深さを調べることによって評価、硫酸浸透深さはモルタル断面にフェノールフタレインの１％アルコール溶液を噴霧し、赤変しなかった部分を硫酸浸透部分と見なして測定
【００２６】
【表１】
2006232603.tif 000002
【００２７】
表１より、本発明のセメント組成物を使用したモルタルは、流動性や初期強度発現性に優れ、水和発熱が小さく、耐酸性に優れ、長期強度が高いことが判る。
【実施例２】
【００２８】
カルシウムアルミノシリケートＦを使用し、混和材の種類と配合割合を表２に示すように変化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。
【００２９】
＜使用材料＞
混和材ロ：フライアッシュ、ブレーン比表面積4000cm2/g
混和材ハ：酸性シリカフューム、BET比表面積15m2/g
混和材ニ：混和材イと混和材ロの等量混合物
【００３０】
【表２】
2006232603.tif 000003
【００３１】
表２より、本発明のセメント組成物を使用したモルタルは、流動性や初期強度発現性に優れ、水和発熱が小さく、耐酸性に優れ、長期強度が高いことが判る。
【実施例３】
【００３２】
カルシウムアルミノシリケートＦ50部と、混和材ニ50部からなるセメント組成物100部に対して、表３に示すように刺激材を加え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。
【００３３】
＜使用材料＞
刺激材α：市販の普通ポルトランドセメント、ブレーン比表面積3000cm2/g
刺激材β：市販の水酸化カルシウム、BET比表面積5m2/g
【００３４】
【表３】
2006232603.tif 000004
【００３５】
表３より、本発明のセメント組成物に刺激材を含有させると、モルタルの強度発現性が向上することが判る。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
本発明のセメント組成物は、流動性や初期強度発現性に優れ、水和発熱が小さく、耐酸性に優れ、長期強度が高いので、土木、建築分野などで広範に使用される。