(57)【要約】【課題】  ポップアウト現象が発生せず、従来の膨張材の添加量と同等以上の膨張性が付与できる、膨張材、セメント組成物、及びそれを用いてなるセメント硬化体を提供する。【解決手段】  遊離石灰と、無水石膏と、アウイン、カルシウムシリケート、及びカルシウムアルミノフェライトからなる群より選ばれた一種又は二種以上の水硬性化合物とを有効成分とし、最大粒径が300μｍ以下で、ブレーン比表面積値が3,500cm2/g以下である膨張材、遊離石灰が、膨張材100部中、10〜70部である該膨張材、無水石膏が、膨張材100部中、10〜70部である該膨張材、セメントと該膨張材とを含有してなるセメント組成物、並びに、該セメント組成物を用いてなるセメント硬化体を構成とする。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
遊離石灰と、無水石膏と、アウイン、カルシウムシリケート、及びカルシウムアルミノフェライトからなる群より選ばれた一種又は二種以上の水硬性化合物とを有効成分とし、最大粒径が300μｍ以下で、ブレーン比表面積値が3,500cm2/g以下である膨張材。
【請求項２】
遊離石灰と、無水石膏と、アウイン、カルシウムシリケート、及びカルシウムアルミノフェライトからなる群より選ばれた一種又は二種以上の水硬性化合物とを有効成分とし、最大粒径が250μｍ以下で、ブレーン比表面積値が3,500cm2/g以下である膨張材。
【請求項３】
遊離石灰と、無水石膏と、アウイン、カルシウムシリケート、及びカルシウムアルミノフェライトからなる群より選ばれた一種又は二種以上の水硬性化合物とを有効成分とし、最大粒径が200μｍ以下で、ブレーン比表面積値が3,500cm2/g以下である膨張材。
【請求項４】
遊離石灰が、膨張材100部中、10〜70部である請求項１〜請求項３のうちのいずれか一項に記載の膨張材。  
【請求項５】
無水石膏が、膨張材100部中、10〜70部である請求項１〜請求項４のうちのいずれか一項に記載の膨張材。
【請求項６】
セメントと、請求項１〜請求項５のうちのいずれか一項に記載の膨張材とを含有してなるセメント組成物。
【請求項７】
膨張材が、セメントと膨張材からなる結合材100部中、２〜10部である請求項６に記載のセメント組成物。
【請求項８】
請求項６又は請求項７に記載のセメント組成物を用いてなるセメント硬化体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主に土木・建築工事に用いられる膨張材、セメント組成物、及びそれを用いてなるセメント硬化体に関する。
【背景技術】
【０００２】
コンクリート構造物のひび割れ抑制は、耐久性の向上、美観、及び維持補修コストの低減等の面から重要である。
【０００３】
これまでに、コンクリートのひび割れを抑制する方法が種々提案されており、なかでも膨張材はその中心的な役割を担っている。
【０００４】
膨張材としては、例えば、遊離石灰−アウイン−無水石膏系膨張材や遊離石灰−カルシウムシリケート−無水石膏系膨張材等が一般的に知られており、最近では、従来よりも少ない添加量でコンクリートのひび割れを低減できる高性能型膨張材も開発されている（特許文献１、特許文献２参照）。
また、特定の粒度構成に調整した生石灰粒を膨張材として使用することが提案されている（特許文献３、特許文献４、及び特許文献５参照）。
【０００５】
しかしながら、いずれも、最大粒径とブレーン比表面積を規定し、本発明の特定の有効成分を有する膨張材のポップアウトを防止することについては全く言及されていない。
【０００６】
【特許文献１】特開平０７−２３２９４４号公報
【特許文献２】特開２００２−２２６２４３号公報
【特許文献３】特開２００５−１６２５６４号公報
【特許文献４】特開２００５−２１３０７２号公報
【特許文献５】特開２００６−１８１８９５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従来の膨張材は、膨張材に粒径が比較的大きな粒子が含まれると、セメント硬化体の表面が剥離する、いわゆる、ポップアウト現象が生じ、表面性状が損なわれるといった現象が課題となっていた。
それゆえ、ポップアウト現象を抑制するためには、膨張材の大きな粒子を減少させることが必要となるが、膨張材の大きな粒子を減少させると、膨張性能が低下するという課題があった。
【０００８】
本発明者は、特定の粒度構成の特定の膨張材を使用することによって前記課題を種々解決できることを知見し、本発明を完成するに至った。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
即ち、本発明は、遊離石灰と、無水石膏と、アウイン、カルシウムシリケート、及びカルシウムアルミノフェライトからなる群より選ばれた一種又は二種以上の水硬性化合物とを有効成分とし、最大粒径が300μｍ以下で、ブレーン比表面積値が3,500cm2/g以下である膨張材であり、最大粒径が250μｍ以下で、ブレーン比表面積値が3,500cm2/g以下である該膨張材であり、最大粒径が200μｍ以下で、ブレーン比表面積値が3,500cm2/g以下である該膨張材であり、遊離石灰が、膨張材100部中、10〜70部である該膨張材であり、無水石膏が、膨張材100部中、10〜70部である該膨張材であり、セメントと該膨張材とを含有してなるセメント組成物であり、該セメント組成物を用いてなるセメント硬化体である。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の膨張材を使用することによって、セメント硬化体の表面が剥離するポップアウト現象が発生せず、従来の膨張材の添加量と同等以上の膨張性が付与できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明を詳細に説明する。
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。
また、本発明におけるセメントコンクリートとは、セメントペースト、モルタル、又はコンクリートを総称するものである。
【００１２】
本発明で使用する膨張材は、遊離石灰と、無水石膏と、アウイン、カルシウムシリケート、及びカルシウムアルミノフェライトからなる群より選ばれた一種又は二種以上の水硬性化合物とを有効成分とするもので、最大粒径が300μｍ以下で、かつ、ブレーン比表面積値（以下、ブレーン値という）が3,500cm2/g以下であり、最大粒径が250μｍ以下で、かつ、ブレーン値が3,500cm2/g以下が好ましく、最大粒径が200μｍ以下で、かつ、ブレーン値が3,500cm2/g以下がより好ましい。最大粒径が300μｍを超えると、表面性状を損ねるおそれがあり、また、ブレーン値が3,500cm2/gを超えると、膨張性が低下するおそれがある。
ここで、最大粒径とは、粒径の最大値であって、例えば、篩いでふるって、全量が通過せず、篩い残量が0.1％以下の場合の篩い目の大きさとすることが可能である。
【００１３】
粒度の測定は、例えば、社団法人セメント協会が規定するJCAS K-03-1996「エアジェット式ふるい装置による粉末度試験方法」により測定可能である。なお、JIS R 5201「セメントの物理試験方法」に記載の網ふるい試験方法でも測定可能である。また、ブレーン比表面積は、JIS R 5201 「セメントの物理試験方法」に基づき測定可能である。
【００１４】
本発明で使用する膨張材は、CaO原料、Al2O3原料、Fe2O3原料、SiO2原料、及びCaSO4原料等を所定量配合して、熱処理し、遊離石灰、無水石膏、及び水硬性化合物からなるクリンカー、例えば、遊離石灰と、無水石膏と、アウイン、カルシウムシリケート、及びカルシウムアルミノフェライトからなる群より選ばれた一種又は二種以上の水硬性化合物とを含有するクリンカーを合成することが好ましい。遊離石灰、無水石膏、及び水硬性化合物の三者全部又は一部を別々に合成し、それを混合しても、本発明の膨張材として使用可能であるが、優れた膨張性能を得るためには、熱処理して、遊離石灰、無水石膏、及び水硬性化合物の全部を一度にクリンカーとすることが好ましい。
【００１５】
CaO原料としては石灰石や消石灰等が挙げられ、Al2O3原料としてはボ−キサイトやアルミ残灰等が挙げられ、Fe2O3原料としては銅カラミ、鉄粉、及び市販の酸化鉄等が挙げられ、SiO2原料としては市販の二酸化ケイ素や珪石等が挙げられ、CaSO4原料としては二水石膏、半水石膏、及び無水石膏等が挙げられる。
これら原料中には各種の不純物が存在することももちろん可能である。その具体例としては、Na2O、K2O、MgO、TiO2、及びP2O5などが挙げられ、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。  
【００１６】
本発明の膨張材に使用されるクリンカーを製造する際の熱処理温度は、1,100〜1,600℃が好ましく、1,200〜1,500℃がより好ましい。1,100℃未満では、得られた膨張材の膨張性能が充分ではなくなるおそれがあり、1,600℃を超えると無水石膏が分解するおそれがある。
【００１７】
本発明の膨張材は、遊離石灰と、無水石膏と、アウイン、カルシウムシリケート、及びカルシウムアルミノフェライトからなる群より選ばれた一種又は二種以上の水硬性化合物とを有効成分とするものである。
【００１８】
無水石膏は特に限定されるものではなく、Ｉ型、II型、又はIII型のいずれの形態のものも使用可能である。
【００１９】
アウインとは、一般的に、3CaO・3Al2O3・CaSO4で表されるものである。
また、カルシウムシリケート（以下、Ｃ3Ｓという）とは、CaO−SiO2系を総称するものであり特に限定されるものではないが、一般的に、2CaO・SiO2や3CaO・SiO2がよく知られている。通常は、3CaO・SiO2として存在していると考えられる。
さらに、カルシウムアルミノフェライト（以下、Ｃ4ＡＦという）とは、CaO−Al2O3−Fe2O3系の化合物を総称するものであり特に限定されるものではないが、一般的に、4CaO・Al2O3・Fe2O3や6CaO・Al2O3・2Fe2O3などの化合物がよく知られている。通常は、4CaO・Al2O3・Fe2O3として存在していると考えられる。
本発明では、水硬性化合物として、アウイン、Ｃ3Ｓ、及びＣ4ＡＦの一種又は二種以上を使用する。
【００２０】
本発明の膨張材中の遊離石灰の含有量は、膨張材100部中、10〜70部が好ましく、30〜50部がより好ましい。70部を超えるとセメントコンクリートの流動性が低下するおそれがあり、また、前記範囲外では、膨張性が低下するおそれがある。
【００２１】
本発明の膨張材中の無水石膏の含有量は、膨張材100部中、10〜70部が好ましく、20〜40部がより好ましい。前記範囲外では膨張性が低下するおそれがある。
【００２２】
本発明の膨張材中の鉱物の含有量の定量は、例えば、次に示すＸ線回折リートベルト法等によって測定可能である。
例えば、粉砕した膨張材に、酸化アルミニウムや酸化マグネシウムなどの内部標準物質を所定量添加し、めのう乳鉢で充分混合したのち、粉末Ｘ線回折測定を実施することで測定可能であり、測定結果を、例えば、Sietronics社の「SIROQUANT」を用いて解析することが可能である。
【００２３】
本発明の膨張材の配合量は目的によって異なるため特に限定されるものではないが、通常、セメントと膨張材からなる結合材100部中、２〜10部が好ましく、５〜７部がより好ましい。膨張材の配合量が多すぎると膨張量が大きすぎて強度低下を引き起こすおそれがあり、逆に、少なすぎると所定のひび割れ抑制効果が得られなくなるおそれがある。
【００２４】
本発明で使用するセメントとしては、普通、早強、超早強、低熱、及び中庸熱等各種ポルトランドセメント、これらポルトランドセメントに、高炉水砕スラグ、高炉徐冷スラグ、フライアッシュ、又はシリカを混合した各種混合セメント、石灰石粉末等を混合したフィラーセメント、並びに、都市ゴミ焼却灰や下水汚泥焼却灰を原料として製造された環境調和型セメント（エコセメント）などが挙げられ、これらのうちの一種又は二種以上が使用可能である。
【００２５】
本発明では、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、収縮低減剤、高分子エマルジョン、粉末ポリマ−、凝結調整剤、デキストリンなどの糖類、セメント急硬材、ベントナイトやゼオライトなどの粘土鉱物、及びハイドロタルサイトなどのアニオン交換体等のうちの一種又は二種以上を、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。
【００２６】
本発明の膨張材をセメントコンクリートと配合する際の混合装置としては、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、強制二軸ミキサ、及びナウタミキサなどが挙げられる。
【００２７】
本発明のセメントコンクリートの養生方法は特に限定されるものではなく、屋外養生、水中養生、気中乾燥養生、蒸気養生、及びオートクレーブ養生等を採用することが可能である。
【実施例】
【００２８】
以下、実験例に基づいて、本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００２９】
実験例１
CaO原料として試薬１級炭酸カルシウムを、Al2O3原料として試薬１級酸化アルミニウムを、Fe2O3原料として試薬１級酸化第二鉄を、SiO2原料として試薬１級二酸化ケイ素を、及びCaSO4原料として試薬１級二水石膏を所定量配合して、混合粉砕した後、電気炉を用いて、1,350℃で３時間熱処理し、遊離石灰50部、無水石膏30部、アウイン10部、C3S５部、及びC4AF５部のクリンカ−を合成し、表１に示す粒度構成に粉砕し、膨張材を調製した。
各材料の単位量を、水170kg/m3、セメント298kg/m3、膨張材20kg/m3、細骨材807kg/m3、及び粗骨材997kg/m3とし、水と、セメントと膨張材からなる結合材との比率である水結合材比53.5％、細骨材率45％、及び空気量4.5％とし、練り上がり直後のスランプが15cm±１cmの流動性を示すように減水剤の添加率を調整したものをコンクリート試料とし、膨張性状と表面性状を評価した。その結果を表１に併記する。
なお、比較として、市販の膨張材を使用して同様の実験を行った。
【００３０】
＜使用材料＞
セメント  ：普通ポルトランドセメント、電気化学工業社製
細骨材    ：姫川水系産川砂、比重2.62
粗骨材    ：姫川水系産川砂利、比重2.65
減水剤    ：市販ポリカルボン酸塩系高性能ＡＥ減水剤
水        ：水道水
市販の膨張材：カルシウムサルホアルミネート系膨張材、市販品
【００３１】
＜測定方法＞
膨張性状  ：JIS A 6202 に準じて、材齢７日の膨張率を測定し、膨張率が200μ以上を良、150μ以上、200μ未満を可、150μ未満を不可とした。
表面性状  ：コンクリート試料を、幅20cm、長さ20cm、高さ10cmの型枠に詰め、表面観察により、発生したポップアウトの個数を測定し、ポップアウトの個数が２個未満を優、２個以上、10個未満を良、10個以上、20個未満を可、20個以上を不可とした。
【００３２】
【表１】
2008239392.tif 000002
【００３３】
表１に示すように、本発明の膨張材を使用すると、従来の膨張材を使用した場合に比べ、セメント硬化体の表面が剥離するポップアウト現象が生じにくく、表面性状が良好であり、従来の膨張材と同等以上の膨張性を付与できることが分かる。また、ひび割れ抑制効果も高い。
【００３４】
実験例２
表２に示す有効成分のクリンカーを合成し、粉砕し、最大粒径250μｍで表２に示す膨張材を調製したこと以外は実験例１と同様に行った。結果を表２に併記する。
【００３５】
【表２】
2008239392.tif 000003
【００３６】
実験例３
表３に示す遊離石灰と無水石膏と、アウイン10部と、C3S５部と、C4AF５部とからなるクリンカ−を合成し、最大粒径220μmで、表３に示すブレーン値に調整したこと以外は実験例１と同様に行った。結果を表３に併記する。
【００３７】
【表３】
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【産業上の利用可能性】
【００３８】
本発明の膨張材を用いることによって、セメント硬化体の表面が剥離するポップアウト現象が生じにくく、表面性状が良好で、さらに従来の膨張材と同等以上の膨張性が付与できることが分かる。
また、ひび割れ抑制効果も高くコンクリートを使用する土木・建築分野で利用できる。