(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
遊離石灰、水硬性化合物、無水石膏を含有してなり、４５μｍ篩残分が４０質量％以上で９０μｍ篩残分が３０質量％以下である膨張材と収縮低減剤を含有してなり、収縮低減剤がアルキレンオキサイド・プロピレンオキサイド共重合体とポリオキシプロピレンモノアルキルエーテルを併用したものであるセメント混和材。
【請求項２】
膨張材が８０〜９５質量部、収縮低減剤が５〜２０質量部である請求項１に記載のセメント混和材。
【請求項３】
セメントと請求項１または２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、土木・建築分野において使用されるコンクリート用膨張材およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
少ない添加量で優れた膨張特性を有するコンクリート膨張材が提案されている（特許文献１参照）。また、これら膨張材に収縮低減剤を添加し、膨張材と収縮低減剤を組み合わせて膨張性能と収縮低減性能を両立したセメント混和材が提案されている（特許文献２、３参照）。
さらに、膨張材の粒度を調整することによって、ポップアウトを防止し、膨張率を確保する技術が開示されている（特許文献４、５参照）。しかしながら、これら文献では、２００〜３００μｍ、９０μｍ、あるいは、５〜２０μｍ、１５０μｍなどにおける粒度調整であった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許４２４４２６１号公報
【特許文献２】特開２０００−２６４６９４号公報
【特許文献３】特開２００３−１２３５２号公報
【特許文献４】特開２００７−１３１４８４号公報
【特許文献５】特開２００８−２０１５９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、特定の膨張材を特定の粒度で調整することにより、従来よりもさらにポップアウトを防止でき、膨張ひずみを大きくすることが可能であることを知見したものである。
また、膨張材を収縮低減剤でスラリー化した材料は性能面で優れるものの、収縮低減剤はコストが高いため、できるだけ収縮低減剤の配合割合を抑えた材料が求められていた。しかしながら、収縮低減剤の添加量を抑えると膨張材が凝集してポップアウト現象が起きたり、膨張ひずみの増加効果が小さくなるなどの課題があった。
本発明は、特定の膨張材を使用することで、収縮低減剤を配合しないか従来よりも収縮低減剤の添加量を抑えても、上記課題を解決することを知見したものである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
すなわち、本発明は、（１）遊離石灰、水硬性化合物、無水石膏を含有してなり、４５μｍ篩残分が４０質量％以上で９０μｍ篩残分が３０質量％以下である膨張材と収縮低減剤を含有してなり、収縮低減剤がアルキレンオキサイド・プロピレンオキサイド共重合体とポリオキシプロピレンモノアルキルエーテルを併用したものであるセメント混和材、（２）膨張材が８０〜９５質量部、収縮低減剤が５〜２０質量部である（１）のセメント混和材、（３）セメントと（１）または（２）の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。
【発明の効果】
【０００６】
本発明のセメント混和材は、収縮低減剤を配合しないか従来よりも収縮低減剤の配合割合を抑えても膨張材の凝集を抑制でき、ポップアウトが無く、従来と同等以上の膨張ひずみを満足するセメント混和材を提供する。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
なお、本発明で使用する部、％は、特に規定しない限り質量基準である。
また、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。
【０００８】
本発明で使用する膨張材は、ＣａＯ原料、Ａｌ２Ｏ３原料、Ｆｅ２Ｏ３原料、ＳｉＯ２原料、およびＣａＳＯ４原料を適宜混合して熱処理して得られる遊離石灰、水硬性化合物、無水石膏を含有するクリンカを所定の粒度に粉砕して得られるものである。
本発明で云う遊離石灰とは、通常ｆ−ＣａＯと呼ばれるものである。
本発明で云う水硬性化合物とは、３ＣａＯ・３Ａｌ２Ｏ３・ＣａＳＯ４で表されるアウイン、３ＣａＯ・ＳｉＯ２（Ｃ３Ｓと略記）や２ＣａＯ・ＳｉＯ２（Ｃ２Ｓと略記）で表されるカルシウムシリケート、４ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３・Ｆｅ２Ｏ３（Ｃ４ＡＦと略記）や６ＣａＯ・２Ａｌ２Ｏ３・Ｆｅ２Ｏ３（Ｃ６Ａ２Ｆと略記）、６ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３・Ｆｅ２Ｏ３（Ｃ６ＡＦと略記）で表されるカルシウムアルミノフェライト、２ＣａＯ・Ｆｅ２Ｏ３（Ｃ２Ｆと略記）等のカルシウムフェライトなどであり、これらのうちの１種または２種以上を含むことが好ましい。
本発明で云う無水石膏とは、ＣａＳＯ４と表記されるものである。
【０００９】
ＣａＯ原料としては石灰石や消石灰が挙げられ、Ａｌ２Ｏ３原料としてはボーキサイトやアルミ残灰などが挙げられ、Ｆｅ２Ｏ３原料としては銅カラミや市販の酸化鉄が、ＳｉＯ２原料としては珪石等が、ＣａＳＯ４原料としては二水石膏、半水石膏および無水石膏が挙げられる。これら原料には不純物を含む場合があるが、本発明の効果を阻害しない範囲内では特に問題とはならない。不純物としては、ＭｇＯ、ＴｉＯ２、ＺｒＯ２、ＭｎＯ、Ｐ２Ｏ５、Ｎａ２Ｏ、Ｋ２Ｏ、Ｌｉ２Ｏ、硫黄、フッ素、塩素などが挙げられる。
【００１０】
本発明で使用する膨張材に使用するクリンカの熱処理方法は特に限定されるものではないが、電気炉やキルンなどを用いて１１００〜１６００℃の温度で焼成することが好ましく、１２００〜１５００℃がより好ましい。１１００℃未満では膨張性能が充分でなく、１６００℃を超えると無水石膏が分解する場合がある。
【００１１】
本発明で使用する膨張材に使用するクリンカに含まれる各鉱物の割合は、以下の範囲であることが好ましい。遊離石灰の含有量は、クリンカ１００部中、３０〜７０部が好ましく、４０〜６０部がより好ましい。水硬性化合物の含有量は、クリンカ１００部中、１０〜４０部が好ましく、２０〜３０部がより好ましい。無水石膏の含有量は、クリンカ１００部中、１０〜４０部が好ましく２０〜３０部がより好ましい。前記範囲外では、膨張量が小さくなったり、逆に極端に大きくなって圧縮強度が低下したりする場合がある。
【００１２】
鉱物の含有量は、従来一般の分析方法で確認することができる。例えば、粉砕した試料を粉末Ｘ線回折装置にかけ、生成鉱物を確認するとともにデータをリートベルト法にて解析し、鉱物を定量することができる。また、化学成分と粉末Ｘ線回折の同定結果に基づいて、鉱物量を計算によって求めることもできる。
【００１３】
本発明で使用する膨張材の粉末度は特に重要であり、４５μｍ篩残分が４０％以上かつ９０μｍ篩残分が３０％以下であることが好ましく、４５μｍ篩残分が８０％以上かつ９０μｍ篩残分が２０％未満であることがより好ましい。前記範囲では膨張量が小さくなったり、ポップアウトが生じ易くなったりする場合がある。
粉末度の調整方法は特に限定されるものではなく、気流分級法、ふるい分級方式などが適用可能である。
【００１４】
本発明で使用する収縮低減剤の種類は、特に限定されるものではなく、アルキレンオキサイド・プロピレンオキサイド共重合体、ポリオキシプロピレンモノアルキルエーテル、グリコールエーテル・アミノアルコール誘導体、低級アルコールのアルキレンオキシド付加物などが使用可能で、特に、アルキレンオキサイド・プロピレンオキサイド共重合体とポリオキシプロピレンモノアルキルエーテルを併用することが、膨張性能の観点から好ましい。
【００１５】
本発明で膨張材に収縮低減剤を併用する場合、膨張材と収縮低減剤の合計１００部中、収縮低減剤の割合は２０部以下であり、３〜２０部が好ましく、５〜１５部がより好ましい。２０部を越えると膨張ひずみが小さくなる場合がある。
【００１６】
本発明のセメント混和材の使用量は、コンクリートの配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、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、３〜１０部が好ましく、５〜８部がより好ましい。３部未満では充分な膨張性能が得られない場合があり、１０部を超えて使用すると過膨張となりコンクリートに膨張クラックを生じる場合がある。
【００１７】
本発明のセメント組成物で使用するセメントとしては、普通、早強、超早強、低熱、および中庸熱などの各種ポルトランドセメント、これらセメントに高炉スラグ、フライアッシュ、シリカを混合した各種混合セメント、ならびに石灰石粉末を混合したフィラーセメントなどが挙げられる。
【００１８】
本発明では、砂、砂利、減水剤、高性能減水剤、ＡＥ減水剤、高性能ＡＥ減水剤、流動化剤、消泡剤、増粘剤、防錆剤、防凍剤、高分子エマルジョン、および凝結調整剤、ならびにセメント急硬材、ベントナイト等の粘土鉱物、ゼオライトなどのイオン交換体、シリカ質微粉末、炭酸カルシウム、水酸化カルシウム、石膏、ケイ酸カルシウムなどが挙げられ、有機系材料としては、ビニロン繊維、アクリル繊維、炭素繊維などの繊維状物質が挙げられる。
【００１９】
以下、実施例で詳細に説明する。
【実施例】
【００２０】
「実験例１」
遊離石灰５０部、アウイン１０部、カルシウムアルミノフェライト（４ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３・Ｆｅ２Ｏ３）５部、カルシウムシリケート（２ＣａＯ・ＳｉＯ２）５部、無水石膏３０部となるように、ＣａＯ原料、Ａｌ２Ｏ３原料、Ｆｅ２Ｏ３原料、ＳｉＯ２原料、ＣａＳＯ４原料を調合し、１３５０℃で熱処理して膨張材クリンカを合成した。この膨張材クリンカをボールミルを用いて粉砕し、ふるいを用いて表１に示すような粒度に調製した。ふるいはＪＩＳ  Ｚ  ８８０１−１に規定されている金属製網ふるいの目開きが３００μｍ、９０μｍ、４５μｍのものを用いた。
表１に示すように、膨張材からなるセメント混和材と、膨張材８５部と収縮低減剤１５部からなるセメント混和材を調製した。
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、セメント混和材を７部使用し、水／セメント組成物比＝５０％、セメント組成物／砂比＝１／３のモルタルを２０℃の室内で調製して、長さ変化率（膨張ひずみ）の測定を行った。また、ポップアウト試験を行った。なお、市販の膨張材についても同様の評価を行った。結果を表１に示す。
【００２１】
（使用材料）
ＣａＯ原料：石灰石
Ａｌ２Ｏ３原料：ボーキサイト
Ｆｅ２Ｏ３原料：酸化鉄
ＳｉＯ２原料：珪石
ＣａＳＯ４原料：二水石膏
砂：ＪＩＳ標準砂
水：水道水
セメント：普通ポルトランドセメント、市販品
収縮低減剤Ａ：アルキレンオキサイドとプロピレンオキサイドの共重合体５０部と、ポリオキシプロピレンモノアルキルエーテル５０部の混合物
収縮低減剤Ｂ：アルキレンオキサイドとプロピレンオキサイドの共重合体
ここで、アルキレンオキサイドとプロピレンオキサイドの共重合体の平均的な構造式は、ＨＯ−（Ｃ３Ｈ６Ｏ１１．３／Ｃ２Ｈ４Ｏ３．７）−Ｈで表せる。また、ポリオキシプロピレンモノアルキルエーテルの平均的な構造式は、Ｃ４Ｈ９Ｏ−（Ｃ２Ｈ４Ｏ）２−（Ｃ３Ｈ６Ｏ）２−Ｈで表せる。
収縮低減剤Ｃ：ポリグリコールエーテル化合物
市販の膨張材（１）：エトリンガイト−石灰複合系膨張材
市販の膨張材（２）：石灰系膨張材
【００２２】
（試験方法）
鉱物組成：化学組成と粉末Ｘ線回折の同定結果に基づいて計算により求めた。
長さ変化率：ＪＩＳ  Ａ  ６２０２  付属書１  膨張材のモルタルによる膨張性試験方法に準じ材齢７日までの膨張ひずみを測定した。
ポップアウト試験：練り混ぜたモルタルを２０×２０×５ｃｍの平板状に成型して表面を平滑にし、２０℃６０％室内で６ヶ月間養生した後、モルタル表面を観察してポップアウトの有無を確認した。
【００２３】
【表１】
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【００２４】
「実験例２」
膨張材の粒度を４５μｍ篩い残分が１００％、９０μｍ篩い残分が３０％に、収縮低減剤をＡに固定し、膨張材と収縮低減剤の配合比率を表２に示すように変化させたこと以外は実験例１と同様に行った。結果を表２に示す。
【００２５】
【表２】
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【００２６】
「実験例３」
セメント混和材の添加量を表３に示すように変化させたこと以外は実験例２と同様に行った。結果を表３に示す。
【００２７】
【表３】
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【産業上の利用可能性】
【００２８】
本発明のセメント混和材およびセメント組成物により、高価な収縮低減剤の配合割合を抑えても、ポップアウトの発生が無く、良好な膨張ひずみが得られるため、土木、建築分野で幅広く使用できる。