(57)【要約】【課題】シリカフューム含有セメント組成物について、Ｃ３Ａ量を制限しても流動性が低下すると云う従来の問題を解決し、高い流動性を有するシリカフューム含有セメント組成物を提供する。【解決手段】低熱ポルトランドセメントをベースセメントとしてシリカフュームを含有するセメント組成物であって、シリカフュームの置換率が７.５〜１５質量％、ベースセメント中のＣ３Ａ量が３.６質量％以下、およびベースセメント中の全アルカリ量が０.３５質量％以下であり、水セメント比１５％以下において５.０以上のフロー面積比を示すことを特徴とするシリカフューム含有高流動性セメント組成物、およびその製造方法。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
低熱ポルトランドセメントをベースセメントとしてシリカフュームを含有するセメント組成物であって、シリカフュームの置換率が７.５〜１５質量％、ベースセメント中のＣ３Ａ量が３.６質量％以下、およびベースセメント中の全アルカリ量が０.３５質量％以下であり、水セメント比１５％以下において５.０以上のフロー面積比を示すことを特徴とするシリカフューム含有高流動性セメント組成物。
【請求項２】
水セメント比１３％においてフロー面積比が５.５以上であり、水セメント比１２％においてフロー面積比が５.０以上である請求項１に記載するシリカフューム含有高流動性セメント組成物。
【請求項３】
低熱ポルトランドセメントをベースセメントとしてシリカフュームを含有するセメント組成物を製造する方法において、ベースセメント中の化学成分を自動分析する装置を製造ラインに設け、該分析装置によってベースセメント中の全アルカリ量およびＣ３Ａ量をオンラインで測定して、ベースセメント中のＣ３Ａ量が３.６質量％以下、およびベースセメント中の全アルカリ量が０.３５質量％以下のベースセメントをシリカフューム混合工程に送り、該混合工程で置換率が７.５〜１５質量％になるようにシリカフュームを混合してシリカフューム含有高流動性セメント組成物を製造する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、低い水セメント比においても高い流動性を有するシリカフューム含有セメント組成物およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、セメントにシリカフュームを配合することによって、水セメント比を低減できることが知られている。例えば、特許文献１（特開2005−170781号）には、クリンカ鉱物組成中のビーライト量を４５〜７５質量 ％、アルミネート相を４質量％以下にし、比表面積３０００〜４５００cm２/ｇの低熱ポルトランドセメント７０〜８４質量部に、シリカフューム１６〜３０質量部を配合することによって、水セメント比１２〜３０％において高い流動性を有する高強度コンクリート用セメント組成物が記載されている。
【０００３】
特許文献２（特開2012-214330号）には、Ｃ２Ｓ量６０〜８０質量％、Ｃ３Ａ量４％以下、ブレーン比表面積３０００〜４５００cm２/ｇのセメントに、シリカフュームを置換率７.５〜１５質量％で配合し、水セメント比１０〜１３％のセメントペーストにおける０打フローが２５０〜２７０mmのときのＶロート流下時間が４０秒以下である高流動性のセメント組成物が記載されている。
【０００４】
特許文献１、２のセメント組成物は何れも、アルミン酸三カルシウム量(以下、Ｃ３Ａ量と略記)を４％以下に抑え、セメントの比表面積を３０００〜４５００cm２/ｇに限定して流動性を高めているが、流動性はアルカリ量によっても大きな影響を受ける。しかし、特許文献１，２のセメント組成物ではアルカリ量は考慮されていない。
【０００５】
また、一般にシリカフュームを配合したセメントは、超高強度コンクリートに用いられているが、超高強度コンクリートにはポリカルボン酸系の高性能減水剤を用いることが多く、このポリカルボン酸系の高性能減水剤を用いた超高強度コンクリートは、セメント中のＣ３Ａ量や水溶性アルカリ量が多いほど流動性が低下することが指摘されている。
【０００６】
一方、セメント組成物のアルカリ量については、特許文献３（特開2008−174414号）に、Ｃ２Ｓが３４〜４５％、Ｃ３Ｓが２０〜４０.４％、遊離石灰が０.４３％以下であって、水溶性アルカリ量を０.３％以下に制限したセメント組成物が記載されている。また、特許文献４（特開2006−111493号）には、Ｃ３Ｓ４０〜５０質量％、Ｃ２Ｓ２５〜４０質量％において、全アルカリ量を０.５％以下に限定した高流動性コンクリート組成物が記載されている。
【０００７】
しかし、特許文献３のセメント組成物は、水溶性アルカリ量が０.３％以下でも、水セメント比が１３％程度では流動性が低下する。また、特許文献４のコンクリート組成物は高水セメント比（水セメント比２０〜４５％）の流動性を目的としており、水セメント比１５％以下の低水セメント比の流動性は不明である。しかも、特許文献３、４の組成物は、何れもシリカフュームを配合したものではないので、シリカフューム含有セメント組成物について、低水セメント比での流動性に関するアルカリ量を特許文献３、４の組成物から窺い知ることはできない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００５−１７０７８１号公報
【特許文献２】特開２０１２−２１４３３０号公報
【特許文献３】特開２００８−１７４４１４号公報
【特許文献４】特開２００６−１１１４９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
従来のシリカフューム含有セメント組成物は、流動性を保つためにベースセメントである低熱ポルトランドセメント中のＣ３Ａ量等を制限しているが、アルカリ含有量は考慮されていない。しかし、シリカフューム含有セメント組成物においても、ベースセメント中の全アルカリ量が多いと流動性が低下することが見出された。シリカフューム含有セメント組成物においても十分な流動性を得るには、ベースセメント中の全アルカリ量について閾値が存在する。
【００１０】
本発明は、シリカフューム含有セメント組成物について、ベースセメントである低熱ポルトランドセメント中のＣ３Ａ量と共に全アルカリ量を制限することによって、Ｃ３Ａ量のみを制限しても流動性が低下すると云う従来の問題を解決したものであり、フロー面積比の高い流動性を有するシリカフューム含有セメント組成物を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、以下の構成によって上記課題を解決したシリカフューム含有高流動性セメント組成物およびその製造方法に関する。
〔１〕低熱ポルトランドセメントをベースセメントとしてシリカフュームを含有するセメント組成物であって、シリカフュームの置換率が７.５〜１５質量％、ベースセメント中のＣ３Ａ量が３.６質量％以下、およびベースセメント中の全アルカリ量が０.３５質量％以下であり、水セメント比１５％以下において５.０以上のフロー面積比を示すことを特徴とするシリカフューム含有高流動性セメント組成物。
〔２〕水セメント比１３％においてフロー面積比が５.５以上であり、水セメント比１２％においてフロー面積比が５.０以上である上記[１]に記載するシリカフューム含有高流動性セメント組成物。
〔３〕低熱ポルトランドセメントをベースセメントとしてシリカフュームを含有するセメント組成物を製造する方法において、ベースセメント中の化学成分を自動分析する装置を製造ラインに設け、該分析装置によってベースセメント中の全アルカリ量およびＣ３Ａ量をオンラインで測定して、ベースセメント中のＣ３Ａ量が３.６質量％以下、およびベースセメント中の全アルカリ量が０.３５質量％以下のベースセメントをシリカフューム混合工程に送り、該混合工程で置換率が７.５〜１５質量％になるようにシリカフュームを混合してシリカフューム含有高流動性セメント組成物を製造する方法。
【００１２】
本発明のセメント組成物は、低熱型ポルトランドセメントをベースとしてシリカフュームを含有するセメント組成物であって、シリカフュームの置換率が７.５〜１５質量％において、ベースセメント中のＣ３Ａ量が３.６質量％以下、およびベースセメント中の全アルカリ量が０.３５質量％以下に制限することによって、水セメント比が１５％以下の低水セメント比においても高い流動性を有するようにしたセメント組成物である。
【００１３】
本発明のセメント組成物は、具体的には、水セメント比１５％以下において、フロー面積比が５.０以上の高い流動性を有し、水セメント比１３％においてはフロー面積比が５.５以上であり、水セメント比１２％においてはフロー面積比が５.０以上の高流動性セメント組成物である。
【発明の効果】
【００１４】
従来のシリカフューム含有セメント組成物は、水セメント比が１５％以下になるとベースセメントの品質差の影響が顕著に表れ、また流動性が大きく低下するため、水セメント比が１５％より低い高強度コンクリートには適用し難くかった。一方、本発明のセメント組成物は、水セメント比が１５％以下の低水セメント比においても高い流動性を有するので、高強度コンクリート用として好適であり、また、ベースセメント中のＣ３Ａ量および全アルカリ量を制限しているので、従来のシリカフューム含有セメント組成物よりもコンクリート等の品質のばらつきが少ない。
【００１５】
また、本発明のセメント組成物は、ベースセメント中の全アルカリ量およびＣ３Ａ量はオンラインの自動分析装置で迅速に測定できるので、製造工程中にベースセメント中の化学成分を自動分析する装置を設けることによって、ベースセメント中のＣ３Ａ量が３.６質量％以下、およびベースセメント中の全アルカリ量が０.３５質量％以下になるように原料配合をフィードバック制御することができる。
【００１６】
従来は、流動性に影響を及ぼす主な要因である水溶性アルカリ量を管理していることが多いが、水溶性アルカリ量は湿式分析する必要があるため、製造工程のオンライン管理が困難であった。一方、本発明のセメント組成物では、ベースセメント中の全アルカリ量およびＣ３Ａ量は自動分析できるので、製造工程のオンライン管理が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】ベースセメントの全アルカリ量とフロー面積比の関係を示すグラフ。
【図２】ベースセメントのＣ３Ａ量とフロー面積比の関係を示すグラフ。
【図３】ベースセメントのＳＯ３量とフロー面積比の関係を示すグラフ。
【図４】製造方法の概略を示すフロー図。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明を実施形態に基づいて具体的に説明する。
本発明は、低熱ポルトランドセメントをベースとしてシリカフュームを含有するセメント組成物において、ベースセメント中のＣ３Ａ量および全アルカリ量を一定範囲に限定することによって高い流動性を有するようにしたセメント組成物に関し、また、その製造方法に関する。
【００１９】
〔セメント組成物〕
本発明のセメント組成物は、低熱ポルトランドセメントをベースとしてシリカフュームを含有するセメント組成物であって、シリカフュームの置換率が７.５〜１５質量％、ベースセメント中のＣ３Ａ量が３.６質量％以下、およびベースセメント中の全アルカリ量が０.３５質量％以下であり、水セメント比１５％以下において５.０以上のフロー面積比を示すことを特徴とするシリカフューム含有高流動性セメント組成物である。好ましくは、本発明のセメント組成物は、水セメント比１３％においてはフロー面積比が５.５以上であり、水セメント比１２％においてはフロー面積比が５.０以上の高い流動性を有するセメント組成物である。
【００２０】
本発明のセメント組成物は、低熱ポルトランドセメントをベースセメントにする。低熱ポルトランドセメントはビーライトＣ２Ｓ量を４０質量％以上にして水和熱を抑えたセメントであり、長期強度の発現に優れ、コンクリートの低熱性、高強度性および高流動性に適している。本発明のセメント組成物において、低熱ポルトランドセメントの含有量は、好ましくは８５.０〜９２.５質量％である。低熱ポルトランドセメントの鉱物組成はＣ３Ａ量の他は、一般的な鉱物組成を有するものでよく、例えば、Ｃ２Ｓは６０〜８０質量％、Ｃ３Ｓは２０〜３０質量％の範囲である。
【００２１】
本発明のセメント組成物は、ベースの低熱ポルトランドセメントにシリカフュームを配合したセメント組成物であり、シリカフュームの置換率は７.５〜１５質量％である。シリカフュームの置換率はセメント(Ｃ)とシリカフューム(ＳＦ)の合計重量に対するシリカフューム重量の比〔ＳＦ／（Ｃ＋ＳＦ）×１００％〕で表わされる。シリカフュームの置換率が７.５質量％未満では流動性および強度を高める効果が不十分であり、この置換率が１５質量％を上回ると、製造工程において多くのシリカフュームを添加する必要があり製造効率が低下するばかりでなく、相対的にセメント量が少なくなるので強度低下を生じる場合がある。
【００２２】
本発明のセメント組成物において、ベースセメント中の全アルカリ量は０.３５質量％以下である。全アルカリ量（Ｒ２Ｏ）は、Ｎａ２ＯとＫ２Ｏの合計量であり、Ｒ２Ｏ＝Ｎａ２Ｏ＋０.６５８・Ｋ２Ｏ式によって表される。この全アルカリ量が０.３５質量％を上回ると流動性が急激に低下する。
【００２３】
フロー面積比（Гｐ）は、モルタルやペーストの流動性を示す指標として一般に用いられており、次式[１]によって表される。式のＦｐは規格（JIS R 5201「セメントの物理試験方法」）に規定されるフロー値の測定方法において落下運動を行わないときのフロー値（０打フロー：ｍｍ）である。
Гｐ＝〔Ｆｐ/１００〕２−１   ・・・[１]
【００２４】
本発明のセメント組成物は、例えば、ベースセメント中の全アルカリ量が０.３５質量％以下であれば、水セメント比１３％においてフロー面積比が５.５以上（大部分が６以上）、水セメント比１２％においてフロー面積比が５.０以上の高い流動性を有することができる。一方、全アルカリ量が０.３５質量％を超えると、水セメント比１３％でのフロー面積比は概ね５未満に低下する。
【００２５】
本発明のセメント組成物のベースセメント中のＣ３Ａ量は３.６質量％以下が好ましい。具体的には、Ｃ３Ａ量は、３.２〜３.６質量％が好ましい。Ｃ３Ａ量が３.６質量％を上回ると流動性が低下する傾向があり、４.０質量％を超えると流動性が大きく低下する。具体的には、Ｃ３Ａ量が３.６質量％以下では、水セメント比１３％でのフロー面積比は５.５以上であり、高性能減水剤の種類によっては、フロー面積比は６.５以上である。一方、Ｃ３Ａ量が４.０〜４.１質量％では、水セメント比１３％でのフロー面積比は４〜５程度に低下する。
【００２６】
本発明のセメント組成物を用いた超高強度コンクリートでは、通常、ポリカルボン酸系の高性能減水剤が添加される。この高性能減水剤を添加した超高強度コンクリートでも、ベースセメント中のＣ３Ａ量が３.６質量％以下、およびベースセメント中の全アルカリ量が０.３５質量％以下であることによって、水セメント比１５％以下で、フロー面積比５.０以上の高い流動性を有することができる。
【００２７】
〔製造方法〕
本発明のセメント組成物は、低熱型ポルトランドセメントをベースとし、このベースセメント中のＣ３Ａ量を３.６質量％以下および全アルカリ量を０.３５質量％以下に制御した後に、シリカフュームを混合して製造することができる。ベースセメント中のＣ３Ａ量および全アルカリ量は、蛍光Ｘ線分析などの自動分析によって定量できるので、製造工程をオンライン管理することができる。
【００２８】
図４に製造方法の概略を示す。図示するように、原料配合工程において調製されたベースセメント（低熱ポルトランドセメント）は、全自動化学分析装置を備えた組成分析工程に送られ、ベースセメントの組成が定量される。ここで、ベースセメント中のＣ３Ａ量が３.６質量％以下および全アルカリ量が０.３５質量％以下であるものは、次のシリカフューム混合工程に送られる。一方、ベースセメント中のＣ３Ａ量および全アルカリ量がおのおの上記範囲を超えるものは、製造ラインから外される。さらに上記範囲を外れるＣ３Ａ量および全アルカリ量のデータは原料配合工程にフィードバックされ、ベースセメント中のＣ３Ａ量および全アルカリ量が上記範囲になるように原料の配合が調整される。
シリカフューム混合工程に送られたベースセメントには、シリカフュームが、置換率が７.５〜１５質量％になるように混合されて、本発明のシリカフューム含有セメント組成物が出来上がる。
【実施例】
【００２９】
〔実施例１〕
セメントのＣ３Ａ量、ＳＯ３量、Ｎａ２Ｏ量、Ｋ２Ｏ量、水溶性アルカリ量を変えた低熱ポルトランドセメント（ベースセメント）にシリカフュームを加え、シリカフュームによる置換率１０質量％のシリカフューム含有セメントを調製した。ベースセメントの組成を表１に示す。
このシリカフューム含有セメント(Ｃ)に細骨材(Ｓ)と高性能減水剤（Ａ〜Ｄ）を配合し、水を加えてモルタル試料を調製した。モルタルの配合条件を表２に示した。モルタルの練混ぜは、まずシリカフューム含有セメントと細骨材を１５秒間空練りし、その後、水および高性能減水剤を投入し、１２０秒練混ぜた。ミキサ内のモルタルを掻き落とし、さらに２２０秒練混ぜた後、ミキサ内に５分間静置し、排出してフロー試験に供した。
このモルタル試料について、ＪＩＳ規格（JIS R 5201）に従って、フロー面積比を求めた。結果を表１に示した。また、高性能減水剤Ａの水セメント比１３％と、高性能減水剤Ａの水セメント比１２％の試料について、ベースセメント中の全アルカリ量とフロー面積比の関係を図１に示し、ベースセメント中のＣ３Ａ量とフロー面積比の関係を図２に示した。また、高性能減水剤Ａの水セメント比１３％の試料について、ベースセメントのＳＯ３量とフロー面積比の関係を図３に示した。
【００３０】
表１および図１、図２に示すように、全アルカリ量が０.３５質量％以下であってＣ３Ａ量が３.６質量％以下の試料は、水セメント比１３％においてフロー面積比は概ね５.５以上であり、大部分は６以上である。また、これらの試料はセメント比１２％においてフロー面積比は５.０以上である。
全アルカリ量が０.３５質量％を超えるとフロー面積比が急激に低下する。さらに、Ｃ３Ａ量が３.６質量％を超えると一部を除き大部分はフロー面積比が低下する。
一方、図３に示すように、ベースセメントのＳＯ３量とフロー面積比については、特定の関係が見られない。
【００３１】
【表１】
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【００３２】
【表２】
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【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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