(57)【要約】【課題】強度発現性に優れたセメント組成物の提供。【解決手段】セメント、高炉スラグ微粉末、及び亜鉛化合物を含有するセメント組成物。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
セメント、高炉スラグ微粉末、及び亜鉛化合物を含有するセメント組成物。
【請求項２】
前記亜鉛化合物が、酸化亜鉛、水酸化亜鉛及び塩化亜鉛からなる群より選ばれる少なくとも１種である、請求項１に記載のセメント組成物。
【請求項３】
前記亜鉛化合物の含有量が、セメント組成物１００質量％に対し０．１〜４．５質量％である、請求項１又は２に記載のセメント組成物。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一項に記載のセメント組成物の硬化体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、セメント組成物及びその硬化体に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、環境問題の観点から、要求性能を満足しつつ、二酸化炭素排出量を削減できる低環境負荷型セメント組成物が求められている。なかでも、産業副産物である高炉スラグを利用する低環境負荷型セメント組成物は、セメント製造時の二酸化炭素排出量を削減し、かつ、資源を有効できる点で多いに注目を集めている。
特許文献１には、早強ポルトランドセメント、無水石膏、シリカ微粉末及び凝結促進剤を含有する低環境負荷型超早強コンクリートが開示されている。
非特許文献１には、セメント、高炉スラグ微粉末及び水酸化カルシウムを含有するセメント組成物が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−３９７５８号公報
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】Ｃｅｍｅｎｔ  Ｓｃｉｅｎｃｅ  ａｎｄ  Ｃｏｎｃｒｅｔｅ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  Ｖｏｌ．６７（２０１３），ｐ．１５１−１５６
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、セメント及び高炉スラグ微粉末を含有する低環境負荷型セメント組成物からなる硬化体、モルタル、コンクリートは、セメント単体からなる硬化体、モルタル、コンクリートと比較して強度発現性が低下するという問題がある。
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、強度発現性に優れたセメント組成物を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の第１の態様は、セメント、高炉スラグ微粉末、及び亜鉛化合物を含有するセメント組成物である。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、強度発現性に優れたセメント組成物を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】実施例及び比較例の結果を示すグラフである。
【図２】実施例及び比較例の結果を示すグラフである。
【図３】実施例及び比較例の結果を示すグラフである。
【図４】実施例及び比較例の結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
＜セメント組成物＞
本実施形態のセメント組成物は、セメント、高炉スラグ微粉末、及び亜鉛化合物を含有する。
【００１０】
（セメント）
本実施形態において、セメントはＪＩＳで規格されているものあるいはこれに準ずるものであれば特に限定されず、ポルトランドセメント（ＪＩＳ  Ｒ  ５２１０）、シリカセメント（ＪＩＳ  Ｒ  ５２１２）、フライアッシュセメント（ＪＩＳ  Ｒ  ５２１３）、エコセメント（ＪＩＳ  Ｒ  ５２１４）等が挙げられる。なかでもポルトランドセメントが好ましく、普通ポルトランドセメント及び早強ポルトランドセメントがより好ましく、普通ポルトランドセメントがさらに好ましい。
セメントの含有量は、セメントの含有量は、セメント組成物１００質量％に対して３０質量％〜９５質量％が好ましく、３５質量％〜８５質量％がより好ましく、４０質量％〜７０質量％が更に好ましい。
【００１１】
（高炉スラグ微粉末）
本実施形態において、高炉スラグ微粉末とは、ＪＩＳ  Ａ  ６２０６に準ずるものであれば特に限定されない。
本実施形態において、高炉スラグ微粉末とは、高炉水砕スラグを乾燥・粉砕したもの、又はこれに石膏を添加したものを意味する。高炉水砕スラグとは、高炉でせん鉄と同時に生成する溶融状態の高炉スラグを水によって急冷したものを意味する。
石膏は、ＪＩＳ  Ｒ  ９１５１に規定するセメント用天然石膏又はこれに準じるものを意味する。石膏の量は、高炉水砕スラグに対して１〜５質量％であることが好ましい。
高炉水砕スラグを粉砕するときに粉砕助剤を用いる場合は、高炉スラグ微粉末に対して、質量で１％以下とすることが望ましい。
高炉スラグ微粉末の含有量は、セメント組成物１００質量％に対して５質量％〜７０質量％が好ましく、１５質量％〜６５質量％がより好ましく、３０質量％〜６０質量％が更に好ましい。
また、高炉スラグ微粉末（ＢＦＳ）に対するセメント（Ｃ）の質量比（Ｃ／ＢＦＳ比）は、９５／５〜３０／７０が好ましく、８５／１５〜３５／６５がより好ましく、７０／３０〜４０／６０が更に好ましい。
【００１２】
なお、本実施形態においては、セメント及び高炉スラグ微粉末として、高炉セメント（ＪＩＳ  Ｒ  ５２１１）を用いてもよい。高炉セメントを用いる場合、高炉スラグ微粉末（ＢＦＳ）に対するセメント（Ｃ）の質量比（Ｃ／ＢＦＳ比）は、９５／５〜３０／７０が好ましく、８５／１５〜３５／６５がより好ましく、７０／３０〜４０／６０が更に好ましい。
【００１３】
（亜鉛化合物）
本実施形態において、亜鉛化合物は、水中で亜鉛イオンを生ずる化合物であれば特に限定されない。亜鉛化合物としては、酸化亜鉛、水酸化亜鉛、塩化亜鉛、硫酸亜鉛、硝酸亜鉛等が挙げられる。なかでも、亜鉛化合物としては、酸化亜鉛、水酸化亜鉛及び塩化亜鉛が好ましく、酸化亜鉛がより好ましい。
亜鉛化合物としては、１種を単独で用いてもよいし、２種以上を用いてもよい。
亜鉛化合物の含有量は、セメント組成物１００質量％に対して０．１質量％〜４．５質量％が好ましく、０．１質量％〜３．５質量％がより好ましく、０．１質量％〜２．５質量％が更に好ましい。
亜鉛化合物の含有量が上記範囲の下限以上である場合、セメント組成物の強度発現性向上の効果が得られる。一方、亜鉛化合物の含有量が上記範囲の上限値以下である場合、セメント及び高炉スラグ微粉末の相対量を減少せずに、セメント組成物の強度発現性向上の効果が得られる。
【００１４】
（セメント組成物及びその硬化体の製造方法）
本実施形態のセメント組成物は、例えばセメント、高炉スラグ微粉末、及び亜鉛化合物を混合することにより調製できる。また、得られた混合物に水及び所望により任意成分を加えて混合することにより、セメント組成物のペーストもしくは硬化体を調製できる。
原料を混合する方法は特に限定されず、例えば、二軸強制ミキサー、パン型強制ミキサー、遊星型ミキサー、傾胴型ミキサー、オムニミキサー等の従来公知のミキサーを用いることができる。
セメント、高炉スラグ微粉末、及び亜鉛化合物を混合する時間は特に限定されないが、３０秒〜３分が好ましく、４５秒〜２分がより好ましい。また、高炉スラグ微粉末、及び亜鉛化合物を混合する温度は特に限定されないが、１０℃〜３０℃が好ましく、１５℃〜２５℃がより好ましい。
水の量は特に限定されないが、セメント、高炉スラグ微粉末、及び亜鉛化合物の混合物からなるセメント組成物１００質量％にに対し、１３質量％〜６５質量％が好ましく、３０質量％〜６０質量％がより好ましく、４０質量％〜５５質量％が更に好ましい。
任意成分としては、本発明の目的を実質的に阻害しないものであれば特に限定されない。任意成分としては、例えば、消泡剤、増粘剤、防錆剤、防凍剤、収縮低減剤、高分子エマルジョン及び凝結遅延剤、並びにセメント急硬材、セメント膨張材、ベントナイト等の粘土鉱物及びハイドロタルサイト等のアニオン交換体等の中から少なくとも１種以上が挙げられる。
【００１５】
上述したように、セメント及び高炉スラグ微粉末を含有する低環境負荷型セメント組成物からなる硬化体、モルタル、コンクリートは、セメント単体からなる硬化体、モルタル、コンクリートと比較して強度発現性が低下するという問題があった。
また、従来、混練り直後のセメント凝結を遅らせることを目的として、セメント単体に酸化亜鉛を添加することは知られている。しかしながら、セメント単体に酸化亜鉛を添加しても、強度発現性向上の効果は小さい。
本発明者は、意外にも、セメント及び高炉スラグ微粉末を含有するセメント組成物に亜鉛化合物を配合することにより、強度発現性向上の効果が大きくなることを見出した。
【実施例】
【００１６】
以下、実施例により本発明をより具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
【００１７】
（実施例１、比較例１〜３）
表１に示す粉体成分をオムニミキサを用いて２０℃で１分間撹拌した。得られた混合物に水を加え、３分間練り混ぜを実施した。オムニミキサでの練り混ぜ後から３０分おきにセメント組成物をスプーンを用いて手で撹拌し、粉体と水が分離せず均質になったのを目視で確認した後に、増粘剤を添加しスプーンを用いて手で撹拌してセメント組成物を得た。
【００１８】
【表１】
2018193285.tif 000002
【００１９】
表１中、各略号はそれぞれ以下の意味を有する。また、表１中、各数値は配合量（質量％）である。
Ｃ：普通ポルトランドセメント（宇部三菱セメント社製）
ＢＦＳ：高炉スラグ微粉末（新日鉄住金高炉セメント社製、石膏添加品）
ＺｎＯ：酸化亜鉛粉末（和光純薬社製）
Ｗ：活性炭フィルターでろ過した水道水
Ｖ：増粘剤（花王：ビスコトップ２００ＬＳ−２）
【００２０】
（圧縮強度試験）
圧縮強度試験は、ＪＩＳ  Ａ  １１０８に準拠して行った。具体的には、実施例１及び比較例１〜３で得られた各セメント組成物をφ５０×１００ｍｍ円柱試験体用使い捨て型枠に流し込んで成型した。得られたφ５０×１００ｍｍ円柱試験体を用いて水中養生期間２、３、４週時点で実施した。試験体上面は、載荷直前に自動研磨機を用いて平滑に加工した。載荷には１０００ｋＮ万能試験機を用い、載荷速度は毎秒０．６±０．４Ｎ／ｍｍ２とした。試験結果は，供試体３本の平均値として算出した。結果を表２に示す。
【００２１】
【表２】
2018193285.tif 000003
【００２２】
図１は、実施例１及び比較例１〜３について、水中養生期間（材令（週））に対するセメント硬化体の圧縮強度（ＭＰａ）の発現状況を示すグラフである。
図１に示すように、普通セメント、高炉スラグ微粉末、酸化亜鉛からなるセメント組成物を用いて作製されたセメント硬化体（実施例１）は、普通セメントから作製されたセメント硬化体（比較例１）、普通セメント、酸化亜鉛からなるセメント組成物を用いて作成されたセメント硬化体（比較例２）、普通セメント、高炉スラグ微粉末からなるセメント組成物を用いて作製されたセメント硬化体（比較例３）と比較して、水中養生期間２、３、４週の圧縮強度が上回ることが確認された。
【００２３】
（実施例２〜５、比較例４）
粉体成分を表３に示す配合に変更した以外は実施例１と同様にしてセメント組成物を得た。
【００２４】
【表３】
2018193285.tif 000004
【００２５】
表３中、各略号はそれぞれ表１と同様である。また、表３中、各数値は配合量（質量％）である。
【００２６】
（圧縮強度試験）
水中養生期間１、２、３、４週時点で実施した以外は、実施例１及び比較例１〜３と同様にして圧縮強度試験を行った。結果を表４に示す。
【００２７】
【表４】
2018193285.tif 000005
【００２８】
図２は、実施例２〜５及び比較例４について、水中養生期間（材令（週））に対するセメント硬化体の圧縮強度（ＭＰａ）の発現状況を示すグラフである。
図２に示すように、材令１週においては、酸化亜鉛の置換率（酸化亜鉛の配合量）が小さいほど圧縮強度は大きいことが確認できる。一方、材令２週以降においては、酸化亜鉛の置換率（酸化亜鉛の配合量）が高いほど圧縮強度は大きいことが確認できる。
【００２９】
実施例２〜５及び比較例４の圧縮強度試験の結果に基づいて、酸化亜鉛無添加に対して、強度増進効果をおよぼす酸化亜鉛置換率の算出を行った。
図３は、実施例２〜５及び比較例４について、酸化亜鉛置換率に対するセメント硬化体の圧縮強度の発現状況を示すグラフである。
【００３０】
図３のプロットに対して、二次関数で回帰を行い、酸化亜鉛無添加に対して強度増進効果をおよぼす酸化亜鉛置換率の範囲を推定した（図４）。図４に示すように、材令１週においては、酸化亜鉛は強度増進効果を示さない。材令２週においては、２．９８質量％の範囲で強度増進効果を示すことが推定された。材令３週においては、４．４７質量％の範囲で強度増進効果を示すことが推定された。材令４週においては、４．２５質量％の範囲で強度増進効果を示すことが推定された。
【００３１】
以上の結果から、普通セメント、高炉スラグ微粉末、酸化亜鉛からなるセメント組成物を用いて作製されたセメント硬化体は、結合材（普通セメントまたは高炉スラグ微粉末）に対して４．５質量％の置換率の範囲で、酸化亜鉛を含まないセメント硬化体の強度増進効果を示すことが確認された。
【図１】
2018193285.tif 000006
【図２】
2018193285.tif 000007
【図３】
2018193285.tif 000008
【図４】
2018193285.tif 000009