(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
カルシウムアルミネートと無水石膏と二水石膏とを含有するセメントを含むセメント組成物であって、
セメント中のカルシウムアルミネートの質量に対する無水石膏と二水石膏との合計質量の割合が３５質量％以上６５質量％以下であり、セメント中の無水石膏と二水石膏との合計量に対する二水石膏の割合が２５質量％以上７５質量％以下であり、セメント中の二水石膏の粒度がＭｅｄｉａｎ径で１００μｍ以上６００μｍ以下であることを特徴とするセメント組成物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、セメントと水とが混練されて硬化することで形成されるセメント硬化体の収縮を抑制する収縮低減剤と、該収縮低減剤を含有したセメント組成物と、収縮の抑制されたセメント硬化体を形成可能なセメント組成物に関する。
【背景技術】
【０００２】
セメントを含有したセメント組成物と水とを混練して硬化させることでセメント硬化体が形成されている。斯かるセメント硬化体は、乾燥による収縮、水和による硬化収縮（自己収縮）、および水和発熱による温度収縮が生じることが知られている。そして、このようなセメント硬化体の収縮は、セメント硬化体にひび割れを生じさせる要因となる。
【０００３】
そこで、上記のような収縮がセメント硬化体に生じるのを防止するべく、セメント組成物に収縮低減剤を含有させる方法が提案されている。斯かる収縮低減剤としては、カルシウムアルミネートと石膏とを含有する膨張剤が提案されており、カルシウムアルミネートと石膏とが反応してエトリンガイトが形成されることによってセメント硬化体の収縮が抑制されている（特許文献１，２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−２６６１３２号公報
【特許文献２】特開２００９−０３５９００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記のような膨張剤の膨張性能は、セメント硬化体を形成する際の環境温度に影響されることが知られている。具体的には、上記のような膨張剤は、常温で使用した際に適正な膨張性能が得られても、比較的低温で使用した際には過膨張となる可能性がある。逆に、上記のような膨張剤は、比較的低温で使用した際に適正な膨張性能が得られても、常温〜高温で使用した際には膨張性能が不足し、セメント硬化体の収縮を抑制することができない可能性がある。
【０００６】
そこで、本発明は、環境温度の変化に対して安定してセメント硬化体の収縮を抑制することができる（即ち、環境温度の影響を受けにくい）収縮低減剤、及び、斯かる収縮低減剤を含有したセメント組成物を提供すると共に、環境温度の変化に対して安定してセメント硬化体の収縮を抑制することができる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】
【０００７】
本発明に係る収縮低減剤は、セメントと水との混練物が硬化することで形成されるセメント硬化体の収縮を抑制する収縮低減剤であって、カルシウムアルミネートと無水石膏と二水石膏とを含有し、カルシウムアルミネートの質量に対する無水石膏と二水石膏との合計質量の割合が３５質量％以上６５質量％以下であり、無水石膏と二水石膏との合計質量に対する二水石膏の質量の割合が２５質量％以上７５質量％以下であり、二水石膏の粒度がＭｅｄｉａｎ径で１００μｍ以上６００μｍ以下であることを特徴とする。
【０００８】
斯かる構成によれば、カルシウムアルミネートの質量に対する無水石膏と二水石膏との合計質量の割合が３５質量％以上６５質量％以下であり、無水石膏と二水石膏との合計質量に対する二水石膏の質量の割合が２５質量％以上７５質量％以下であり、二水石膏の粒度がＭｅｄｉａｎ径で１００μｍ以上６００μｍ以下である収縮低減剤を用いてセメント硬化体を形成することで、セメント硬化体の膨張率が環境温度の影響によって変動し難くなる。これにより、環境温度の変化に対して安定してセメント硬化体の収縮を抑制することができるため、セメント硬化体が収縮することによって発生するひび割れ等を防止することができる。
【０００９】
本発明に係るセメント組成物は、上記の収縮低減剤を含有したことを特徴とする。
【００１０】
本発明に係るセメント組成物は、カルシウムアルミネートと無水石膏と二水石膏とを含有するセメントを含むセメント組成物であって、セメント中のカルシウムアルミネートの質量に対する無水石膏と二水石膏との合計質量の割合が３５質量％以上６５質量％以下であり、セメント中の無水石膏と二水石膏との合計量に対する二水石膏の割合が２５質量％以上７５質量％以下であり、セメント中の二水石膏の粒度がＭｅｄｉａｎ径で１００μｍ以上６００μｍ以下であることを特徴とする。
【００１１】
斯かる構成によれば、セメント中のカルシウムアルミネートの質量に対する無水石膏と二水石膏との合計質量の割合が３５質量％以上６５質量％以下であり、セメント中の無水石膏と二水石膏との合計質量に対する二水石膏の質量の割合が２５質量％以上７５質量％以下であり、セメント中の二水石膏の粒度がＭｅｄｉａｎ径で１００μｍ以上６００μｍ以下であることで、セメントと水との混練物を硬化させてセメント硬化体を形成する際に、セメント硬化体の膨張率が環境温度の影響によって変動し難くなる。これにより、環境温度の変化に対して安定してセメント硬化体の収縮を抑制することができるため、セメント硬化体が収縮することによって発生するひび割れ等を防止することができる。
【発明の効果】
【００１２】
以上のように、本発明によれば、環境温度の変化に対して安定してセメント硬化体の収縮を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】無水石膏と二水石膏との合計質量に対する二水石膏の質量が膨張率に与える影響を示したグラフ。
【図２】カルシウムアルミネートの質量に対する無水石膏と二水石膏との合計質量が膨張率に与える影響を示したグラフ。
【図３】二水石膏の粒度（Ｍｅｄｉａｎ径）が膨張率に与える影響を示したグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施形態について説明する。
【００１５】
＜収縮低減剤＞
本発明に係る収縮低減剤は、セメントを含有するセメント組成物と水とが混練されて硬化することで形成されるセメント硬化体の収縮を抑制するものである。セメント組成物としては、特に限定されるものではなく、例えば、セメントと粗骨材と細骨材とから構成されるコンクリート組成物であってもよく、セメントと細骨材とから構成されるモルタル組成物であってもよい。
【００１６】
前記セメントとしては、特に限定されるものではなく、例えば、普通ポルトランドセメント、早強ポルトランドセメント、超早強ポルトランドセメント、中庸熱ポルトランドセメント、耐硫酸塩ポルトランドセメント、白色ポルトランドセメント等のポルトランドセメントや、高炉セメント、フライアッシュセメント、シリカセメント等の混合セメント等の少なくとも一つを用いることができる。
【００１７】
本発明に係る収縮低減剤は、カルシウムアルミネートと無水石膏と二水石膏とを含有するものである。カルシウムアルミネートとは、Ｃ１１Ａ７・ＣａＸ２、Ｃ３Ａ、ＣＡ、Ｃ２ＡＳ、Ｃ３Ａ３・ＣａＳＯ４、Ｃ１２Ａ７、Ｃ６ＡＦ２、Ｃ４ＡＦ（式中ＣはＣａＯ、ＡはＡｌ２Ｏ３、ＳはＳｉＯ２、ＦはＦｅ２Ｏ３、Ｘはハロゲン元素を表す。但し、ＣａＳＯ４のＳは硫黄を表す。）、又は、非晶質カルシウムアルミネートからなる群より選ばれた１種を主成分とするものを言う。収縮低減剤中のカルシウムアルミネートの含有量としては、特に限定されるものではなく、例えば、６０質量％以上７４質量％以下であることが好ましい。
【００１８】
また、斯かる収縮低減剤は、カルシウムアルミネートの質量に対し、無水石膏と二水石膏との合計質量が３５質量％以上６５質量％以下、好ましくは３８質量％以上５５質量％以下となるように構成される。また、収縮低減剤は、無水石膏と二水石膏との合計質量に対する二水石膏の質量の割合が２５質量％以上７５質量％以下、好ましくは３５質量％以上６５質量％以下となるように構成される。
【００１９】
また、斯かる収縮低減剤は、二水石膏の粒径は、Ｍｅｄｉａｎ径で１００μｍ以上６００μｍ以下、好ましくは１５０μｍ以上４００μｍ以下となるように構成される。Ｍｅｄｉａｎ径とは、体積基準での積算分布曲線の５０％に相当する粒子径であって、レーザー回折・散乱式粒子径分布測定装置（マイクロトラックＭＴ３３００ＥＸII、マイクロトラック・ベル社製）を用いて測定することができる。
【００２０】
上記のように構成される収縮低減剤を用いてセメント硬化体を形成する際には、収縮低減剤は、セメント組成物を構成するものとしてセメント組成物中に含有されてもよく、セメント組成物に添加されて使用されるものであってもよく、セメント組成物と水との混練物に添加されて使用されるものであってもよい。
【００２１】
収縮低減剤の使用量としては、特に限定されるものではない。例えば、セメント硬化体を形成するセメントの質量に対するカルシウムアルミネートの質量が、好ましくは２０質量％以上５５質量％以下、より好ましくは３０質量％以上４０質量％以下となるように収縮低減剤の使用量が調整される。言い換えれば、セメント硬化体を形成するセメントの質量に対する無水石膏と二水石膏との合計質量が、好ましくは７質量％以上３６質量％以下、より好ましくは１０質量％以上２６質量％以下となるように収縮低減剤の使用量が調整される。
【００２２】
＜セメント組成物＞
本発明に係るセメント組成物は、カルシウムアルミネートと無水石膏と二水石膏とを含有するセメントを含むものである。また、斯かるセメント組成物としては、セメントと粗骨材と細骨材とから構成されるコンクリート組成物であってもよく、セメントと細骨材とから構成されるモルタル組成物であってもよい。
【００２３】
カルシウムアルミネートとは、Ｃ１１Ａ７・ＣａＸ２、Ｃ３Ａ、ＣＡ、Ｃ２ＡＳ、Ｃ３Ａ３・ＣａＳＯ４、Ｃ１２Ａ７、Ｃ６ＡＦ２、Ｃ４ＡＦ（式中ＣはＣａＯ、ＡはＡｌ２Ｏ３、ＳはＳｉＯ２、ＦはＦｅ２Ｏ３、Ｘはハロゲン元素を表す。但し、ＣａＳＯ４のＳは硫黄を表す。）、又は、非晶質カルシウムアルミネートからなる群より選ばれた１種を主成分とするものを言う。前記セメント中のカルシウムアルミネートの含有量としては、特に限定されるものではなく、例えば、セメントの質量に対して２０質量％以上５５質量％以下であることが好ましい。
【００２４】
また、セメント中の無水石膏と二水石膏との合計量は、セメント中のカルシウムアルミネートの質量に対して３５質量％以上６５質量％以下、好ましくは３８質量％以上５５質量％以下となるように構成される。また、セメント中の無水石膏と二水石膏との合計質量に対するセメント中の二水石膏の質量の割合は、２５質量％以上７５質量％以下、好ましくは３５質量％以上６５質量％以下となるように構成される。
【００２５】
また、セメント中の二水石膏の粒径は、Ｍｅｄｉａｎ径で１００μｍ以上６００μｍ以下、好ましくは１５０μｍ以上４００μｍ以下となるように構成される。Ｍｅｄｉａｎ径とは、体積基準での積算分布曲線の５０％に相当する粒子径であって、レーザー回折・散乱式粒子径分布測定装置（マイクロトラックＭＴ３３００ＥＸII、マイクロトラック・ベル社製）を用いて測定することができる。
【００２６】
前記セメントとしては、カルシウムアルミネートと無水石膏と二水石膏とを上記のような割合で含有し、二水石膏のＭｅｄｉａｎ径が上記の範囲であれば、特に限定されるものではなく、例えば、普通ポルトランドセメント、早強ポルトランドセメント、超早強ポルトランドセメント、中庸熱ポルトランドセメント、耐硫酸塩ポルトランドセメント、白色ポルトランドセメント等のポルトランドセメントや、高炉セメント、フライアッシュセメント、シリカセメント等の混合セメントや、アルミナセメントや、超速硬セメント等の少なくとも一つを用いることができる。なお、前記超速硬セメントとは、カルシウムアルミネート系鉱物等を主成分とし、注水後３時間で５Ｎ／ｍｍ２以上の圧縮強度を発現するものである。
【００２７】
以上のように、本発明に係る収縮低減剤、及び、セメント組成物によれば、環境温度の変化に対して安定してセメント硬化体の収縮を抑制することができる。
【００２８】
即ち、カルシウムアルミネートの質量に対する無水石膏と二水石膏との合計質量の割合が３５質量％以上６５質量％以下であり、無水石膏と二水石膏との合計質量に対する二水石膏の質量の割合が２５質量％以上７５質量％以下であり、二水石膏の粒度がＭｅｄｉａｎ径で１００μｍ以上６００μｍ以下である収縮低減剤を用いてセメント硬化体を形成することで、セメント硬化体の膨張率が環境温度の影響によって変動し難くなる。これにより、環境温度の変化に対して安定してセメント硬化体の収縮を抑制することができるため、セメント硬化体が収縮することによって発生するひび割れ等を防止することができる。
【００２９】
なお、本発明に係る収縮低減剤及びセメント組成物は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。また、上記した複数の実施形態の構成や方法等を任意に採用して組み合わせてもよく（１つの実施形態に係る構成や方法等を他の実施形態に係る構成や方法等に適用してもよく）、さらに、各種の変更例に係る構成や方法等を任意に選択して、上記した実施形態に係る構成や方法等に採用してもよいことは勿論である。
【００３０】
具体的には、本発明に係るセメント組成物に含有される粗骨材としては、特に限定されるものではなく、例えば、砕石、玉砂利（川砂利）、天然軽量粗骨材（パーライト、ヒル石等）、副産軽量粗骨材、人工軽量粗骨材、再生骨材等の少なくとも一つを用いることができる。
【００３１】
本発明に係るセメント組成物に含有される細骨材としては、特に限定されるものではなく、例えば、川砂、山砂、海砂、天然軽量細骨材（パーライト、ヒル石等）等の天然細骨材や砕砂、人工軽量細骨材、高炉スラグ細骨材等の人工細骨材、副産軽量細骨材等の少なくとも一つを用いることができる。
【００３２】
また、本発明に係るセメント組成物には、混和材が含有されてもよい。混和材としては、例えば、フライアッシュ、シリカフューム、セメントキルンダスト、高炉フューム、高炉水砕スラグ微粉末、高炉除冷スラグ微粉末、転炉スラグ微粉末、半水石膏、膨張材、石灰石微粉末、生石灰微粉末、ドロマイト微粉末、ナトリウム型ベントナイト、カルシウム型ベントナイト、アタパルジャイト、セピオライト、活性白土、酸性白土、アロフェン、イモゴライト、シラス（火山灰）、シラスバルーン、カオリナイト、メタカオリン（焼成粘土）、天然ゼオライト、人工ゼオライト、モルデナイト、クリノプチロライト等が挙げられる。これらは単独でまたは２種以上を混合して使用することができる。
【００３３】
また、本発明に係るセメント組成物には、混和剤が含有されてもよい。混和剤としては、例えば、ＡＥ剤、減水剤、ＡＥ減水剤、流動化剤、分離低減剤、凝結遅延剤、凝結促進剤、急結剤、収縮低減剤、起泡剤、発泡剤、防水剤等が挙げられる。これらは、単独で又は２種類以上を使用することができる。
【実施例】
【００３４】
以下、実施例および比較例を用いて本発明を更に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。
【００３５】
＝使用材料＝
・セメント（Ｃ）：セメントの質量に対するカルシウムアルミネートの質量の割合、セメントの質量に対する無水石膏と二水石膏の合計質量の割合、カルシウムアルミネートの質量に対する無水石膏と二水石膏の合計質量の割合、二水石膏の粒度（Ｍｅｄｉａｎ径）、及び、無水石膏と二水石膏の合計質量に対する二水石膏の質量の割合が下記表１〜３となる超速硬セメント（住友大阪セメント社製）
・混練水（Ｗ）：水道水      
・細骨材（Ｓ）：川砂（ρ＝２．５８、Ｆ．Ｍ．＝２．３５  鬼怒川産）
・粗骨材（Ｇ）：石灰岩砕石２００５（ρ＝２．７１、Ｆ．Ｍ．＝６．３４、Ｇｍａｘ＝２０ｍｍ  栃木県佐野市産）
・高性能減水剤（ＳＰ）：マイティ１５０（ρ＝１．２０  花王社製）
・遅延剤（ＪＳ）ジェットセッターＲＳ（ヒドロキシ酸）（住友大阪セメント社製）
【００３６】
＜膨張率の測定＞
上記の各使用材料を下記の表４の配合で混練して混練物を形成し、「日本コンクリート工学会  超流動コンクリート研究委員会報告書（ＩＩ）（第２０９頁〜第２１０頁）」に記載された方法に基づいて、埋込み型ひずみ計を使用して、所定の環境温度で硬化体のひずみを測定した。ひずみの測定の起点は混練物を形成した直後とし、混練物を形成して１日目の硬化体のひずみを膨張率とした。膨張率については、表１〜３、及び、図１〜３に示す。
【００３７】
【表１】
0006579442.tif 000002
【００３８】
【表２】
0006579442.tif 000003
【００３９】
【表３】
0006579442.tif 000004
【００４０】
【表４】
0006579442.tif 000005
【００４１】
＜まとめ＞
表１及び図１を見ると、実施例１〜３では、各温度環境において膨張率がプラスである（即ち、硬化体が膨張する）のに対し、比較例１，２では、２０℃，３０℃の温度環境で膨張率がマイナスになる（硬化体が収縮する）ことが認められる。また、表１及び図１の実施例１〜３と比較例３とを比較すると、各実施例の方が温度変化に対する膨張率の変化が小さいことが認められる。特に、２０℃未満の温度環境では、各実施例の方が温度変化に対する膨張率の変化が小さいことが認められる。
【００４２】
また、表２及び図２を見ると、実施例４では、各温度環境において膨張率がプラスである（即ち、硬化体が膨張する）のに対し、比較例４では、２０℃の温度環境で膨張率がマイナスになり（硬化体が収縮し）、３０℃の温度環境でも膨張率が少ないことが認められる。また、表２及び図２の実施例４と比較例５とを比較すると、実施例４の方が温度変化に対する膨張率の変化が小さいことが認められる。特に、２０℃未満の温度環境では、実施例４の方が温度変化に対する膨張率の変化が小さいことが認められる。
【００４３】
また、表３及び図３を見ると、実施例５では、各温度環境において膨張率がプラスである（即ち、硬化体が膨張する）のに対し、比較例７では、２０℃の温度環境で膨張率がマイナスになり（硬化体が収縮し）、３０℃の温度環境でも膨張率が少ないことが認められる。また、表２及び図２の実施例５と比較例６とを比較すると、実施例５の方が温度変化に対する膨張率の変化が小さいことが認められる。特に、２０℃未満の温度環境では、実施例５の方が温度変化に対する膨張率の変化が小さいことが認められる。
【００４４】
以上のことから、カルシウムアルミネートの質量に対する無水石膏と二水石膏との合計質量の割合を３５質量％以上６５質量％以下とし、無水石膏と二水石膏との合計質量に対する二水石膏の質量の割合が２５質量％以上７５質量％以下とし、二水石膏の粒度をＭｅｄｉａｎ径で１００μｍ以上６００μｍ以下となるようにセメント又はセメント組成物を構成することで、セメント硬化体の膨張率が環境温度の影響によって変動し難くなる。これにより、環境温度の変化に対して安定してセメント硬化体の収縮を抑制することができるため、セメント硬化体が収縮することによって発生するひび割れ等を防止することができる。
【図１】
0006579442.tif 000006
【図２】
0006579442.tif 000007
【図３】
0006579442.tif 000008