(57)【要約】【課題】アルミナセメントの持つ特徴を損なうことなく、転移による強度低下を防止し、さらに中性化抵抗性にも優れる主に土木・建築分野において使用される水硬性組成物を提供すること。【解決手段】アルミナセメント５〜９０部と潜在水硬性物質１０〜９５部からなる結合材１００部と、高炉徐冷スラグ粉末５〜３００部とを含有してなる水硬性セメント組成物、該水硬性セメント組成物を含有してなるセメントコンクリート組成物、並びに、該セメントコンクリート組成物からなるセメントコンクリート層をその表面に形成してなるセメントコンクリー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】
アルミナセメント５〜９０部と潜在水硬性物質９５〜１０部からなる結合材１００部と、高炉徐冷スラグ粉末５〜３００部とを含有してなる水硬性セメント組成物。
【請求項２】
請求項１記載の水硬性セメント組成物を含有してなるセメントコンクリート組成物。
【請求項３】
請求項２に記載のセメントコンクリート組成物からなるセメントコンクリート層を、その表面に形成してなることを特徴とするセメントコンクリート硬化体。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、主に土木・建築分野において使用される水硬性組成物に関する。
本発明で使用する部や％は特に規定のない限り質量基準である。
なお、本発明でいうセメントコンクリートとは、セメントペースト、モルタル、及びコンクリートを総称するものである。
【０００２】
【従来の技術】
アルミナセメントは、ポルトランドセメントに比べ、初期強度が高く、低温条件で硬化し、硫酸塩侵食等に優れた耐久性を有するなど独特の性質を多く有している（非特許文献１参照）。
しかしながら、アルミナセメントを用いたコンクリートは、長期強度が低下するという問題を避けて通れないものとなっている。
また、このアルミナセメントを用いたコンクリートは、同じ強度のポルトランドセメントを用いたコンクリートと比較すると中性化に対する抵抗性が小さいという課題があった。
【０００３】
これらアルミナセメントの問題の原因は、常温ではアルミナセメントの主要水和物であるＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３・１０Ｈ２Ｏが３ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３・６Ｈ２Ｏへ転移することが避けられず、この転移に伴って空隙率が増加するため、強度の低下や中性化抵抗性に劣る結果となるためである。
このため、土木・建築分野では、優れた初期強度や高い耐久性を有するにも関わらず、アルミナセメントを構造部材に用いることは敬遠され、もっぱら高温炉用のキャスタブル耐火ライニング材等として用いられてきた。
【０００４】
このアルミナセメントの主要水和物の転移を防止するための技術としては高炉水砕スラグ微粉末を併用する方法（特許文献１参照）、炭酸カルシウムを併用する方法（非特許文献２参照）、及びセッコウを併用する方法（非特許文献３参照）などが知られている。
【０００５】
【非特許文献１】
Ｗ．チェルニン、セメント・コンクリート化学、ｐｐ１８１〜１９３、技報堂出版、１９６９
【特許文献１】
特開昭６０−１８０９４５号公報
【非特許文献２】
Ｆｅｎｔｉｍａｎ  Ｃ．Ｈ．：Ｃｅｍｅｎｔ  ａｎｄ  Ｃｏｎｃｒｅｔｅ  Ｒｅｓｅａｒｃｈ，  Ｖｏｌ．１５，  Ｎｏ．４，  ｐｐ．６２２−，１９８５
【非特許文献３】
杉  智光他：セメント技術年報、Ｎｏ．３０、ｐｐ．１１８−、１９７６
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、これらの方法は転移による強度の低下を防ぐことはできても、中性化抵抗性については考慮されておらず、性能も劣るものとなっていた。
本発明者は鋭意努力の結果、特定の材料を使用することによって前記従来技術の持つ課題を解消し、アルミナセメントの持つ特徴を損なうことなく、転移による強度低下を防止し、さらに中性化抵抗性に優れるアルミナセメントを用いた水硬性セメント組成物が得られるとの知見を得て本発明を完成するに至った。
【０００７】
【問題を解決するための手段】
即ち、本発明は、アルミナセメント５〜９０部と潜在水硬性物質１０〜９５部からなる結合材１００部と、高炉徐冷スラグ粉末５〜３００部とを含有してなる水硬性セメント組成物であり、該水硬性セメント組成物を含有してなるセメントコンクリート組成物であり、該セメントコンクリート組成物からなるセメントコンクリート層を、その表面に形成してなるセメントコンクリート硬化体である。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を詳しく説明する。
【０００９】
本発明で使用するアルミナセメントは、市販のいかなる種類のアルミナセメントでも使用することが可能であるが、旧ＪＩＳ  Ｒ  ２５１１：１９９５「耐火物用アルミナセメント」に規定されるものが好ましい。
【００１０】
本発明で使用する潜在水硬性物質は特に限定されるものではなく、潜在水硬性を有するものであればいかなるものでも使用可能である。具体的には、高炉水砕スラグなどの急冷スラグ微粉末、フライアッシュ、シリカフューム、及びライスハスクアッシュ（籾殻灰）などが挙げられ、本発明ではこれらのうち一種又は二種以上の使用が可能である。
【００１１】
アルミナセメントと潜在水硬性物質の配合割合は、アルミナセメントと潜在水硬性物質からなる結合材１００部中、アルミナセメント５〜９０部、潜在水硬性物質９５〜１０部であり、アルミナセメント２０〜５０部、潜在水硬性物質８０〜５０部が好ましい。アルミナセメントが５部未満で、潜在水硬性物質が９５部を超えると、所定の強度が得られない場合があり、アルミナセメントが９０部を超え、潜在水硬性物質が１０部未満ではアルミナセメント水和物転移の防止効果が小さくなる場合がある。
【００１２】
本発明で使用する高炉徐冷スラグ粉末（以下、本スラグ粉という）は、徐冷されて結晶化した高炉スラグである。
高炉徐冷スラグの成分は高炉水砕スラグと同様の組成を有しており、具体的には、ＭｇＯ、ＣａＯ、Ａｌ２Ｏ３、及びＳｉＯ２などを主な化学成分とし、その他にＮａ２Ｏ、Ｐ２Ｏ５、Ｓ、ＴｉＯ２、Ｃｒ２Ｏ３、ＭｎＯ、及びＦｅ２Ｏ３などを含有している。
本スラグ粉のブレーン比表面積（以下、ブレーン値という）は、３，０００〜８，０００ｃｍ２／ｇが好ましく、４，０００〜６，０００ｃｍ２／ｇがより好ましい。ブレーン値が３，０００ｃｍ２／ｇ未満では優れた中性化抑制効果が得られない場合があり、８，０００ｃｍ２／ｇを超えると作業性が悪くなる場合がある。
また、本スラグ粉のガラス化率は３０％以下が好ましく、１０％以下がより好ましい。ガラス化率が３０％を超えると中性化抑制効果がなくなるばかりか、水和熱が大きくなる場合がある。
本発明でいうガラス化率（Ｘ）は、Ｘ（％）＝（１−Ｓ／Ｓｏ）×１００の式から求めることが可能である。
ここで、Ｓは粉末Ｘ線回折法により求められる高炉徐冷スラグ中の主要な結晶化合物であるメリライト（ゲーレナイト２ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３・ＳｉＯ２とアケルマナイト２ＣａＯ・ＭｇＯ２・ＳｉＯ２の固溶体）のメインピークの面積であり、Ｓｏは高炉徐冷スラグを１，０００℃で３時間加熱し、その後５℃／分の冷却速度で冷却したもののメリライトのメインピークの面積を表す。
【００１３】
本発明において、アルミナセメントと潜在水硬性物質からなる結合材と高炉徐冷スラグの配合割合は、結合材１００部に対して、５〜３００部であり、１０〜１００部がより好ましい。５部未満では中性化抑制効果が得られない場合があり、３００部を超えてもさらなる効果の増進が期待できないばかりか、作業性が悪くなる場合がある。
【００１４】
本発明の水硬性セメント組成物の粒度は使用する目的・用途に依存するため特に限定されるものではないが、通常、ブレーン値で３，０００〜８，０００ｃｍ２／ｇが好ましく、４，０００〜６，０００ｃｍ２／ｇがより好ましい。３，０００ｃｍ２／ｇ未満では本発明の効果が充分に得られない場合があり、８，０００ｃｍ２／ｇを超えると作業性が悪くなる場合がある。
【００１５】
本発明で使用する水量は、使用する材料の種類や配合により変わるため一義的に決定されるものではないが、通常、水／結合材比で２５〜６０％が好ましく、３０〜５０％がより好ましい。２５％未満では充分な作業性が得られない場合があり、６０％を超えると充分な強度発現性が得られない場合がある。
【００１６】
本発明では、本発明の水硬性セメント組成物や骨材の他に、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、凝結調整剤、ビニロン繊維、アクリル繊維、及び炭素繊維等の繊維状物質、セメント混和用ポリマーディスパージョン、ベントナイトなどの粘土鉱物、並びに、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。
【００１７】
本発明では、各材料の混合方法は特に限定されるものではなく、それぞれの材料を施工時に混合しても良いし、あらかじめその一部、あるいは全部を混合しておいても差し支えない。
【００１８】
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、及びナウターミキサなどが挙げられる。
【００１９】
【実施例】
以下、実験例により本発明をさらに詳しく説明する。
【００２０】
実験例１
水／結合材比＝４５％、結合材／砂比＝１／３の配合を用い、表１に示す結合材を用い、結合材１００部に対して、本スラグ粉を２０部配合してモルタルを調製した。
なお、本スラグ粉は不活性の無機粉末とし、その量を砂から差し引いた。
また、モルタルのフロー値が１７５±５となるように、減水剤を併用した。
調製したモルタルを用いて硬化体を作製し、材齢１日で脱型後、２０℃水中養生を行ったモルタルの材齢１、７、２８日、及び１年における圧縮強度を測定した。また、材齢２８日養生後、中性化促進試験を行った。結果を表１に併記する。
なお、すべての試験は２０℃の恒温室内で行った。
【００２１】
＜使用材料＞
アルミナセメント：アルミナセメント、市販品、ブレーン値４，７５０ｃｍ２／ｇ、密度３．０１ｇ／ｃｍ３
潜在水硬性物質α：高炉水砕スラグ微粉末、市販品、ブレーン値６，２００ｃｍ２／ｇ、密度２．９０ｇ／ｃｍ３
潜在水硬性物質β：フライアッシュ、市販品、ブレーン値４，４００ｃｍ２／ｇ、密度２．３５ｇ／ｃｍ３
潜在水硬性物質γ：シリカフューム、市販品、ブレーン値１３５，０００ｃｍ２／ｇ、密度２．３０ｇ／ｃｍ３
潜在水硬性物質δ：潜在水硬性物質αと潜在水硬性物質βを質量比１：１で混合したもの 
本スラグ粉Ｄ：ブレーン値５，０００ｃｍ２／ｇ、密度３．００ｇ／ｃｍ３、ガラス化率５％
砂        ：ＪＩＳ標準砂
減水剤    ：ナフタレンスルホン酸系高性能減水剤、市販品
水        ：水道水
【００２２】
＜測定方法＞
圧縮強度  ：４×４×１６ｃｍの供試体を作製し、ＪＩＳ  Ｒ  ５２０１に準じて測定
中性化深さ：４×４×１６ｃｍの供試体を作製し、材齢２８日まで２０℃水中養生を施した後、大気圧下３０℃、相対湿度６０％、及び炭酸ガス濃度５％の環境で中性化促進を行い、８週間後に供試体を輪切りし、断面にフェノールフタレインアルコール溶液を塗布して中性化深さを確認
【００２３】
【表１】
2004231489.tif 000002
【００２４】
実験例２
アルミナセメント５０部と潜在水硬性物質α５０部とを配合し、表２に示す本スラグ粉を使用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。
【００２５】
＜使用材料＞
本スラグ粉Ａ：ブレーン値２，０００ｃｍ２／ｇ、密度３．００ｇ／ｃｍ３、ガラス化率５％
本スラグ粉Ｂ：ブレーン値３，０００ｃｍ２／ｇ、密度３．００ｇ／ｃｍ３、ガラス化率５％
本スラグ粉Ｃ：ブレーン値４，０００ｃｍ２／ｇ、密度３．００ｇ／ｃｍ３、ガラス化率５％
本スラグ粉Ｅ：ブレーン値６，０００ｃｍ２／ｇ、密度３．００ｇ／ｃｍ３、ガラス化率５％
本スラグ粉Ｆ：ブレーン値８，０００ｃｍ２／ｇ、密度３．００ｇ／ｃｍ３、ガラス化率５％
本スラグ粉Ｇ：ブレーン値９，０００ｃｍ２／ｇ、密度３．００ｇ／ｃｍ３、ガラス化率５％
【００２６】
【表２】
2004231489.tif 000003
【００２７】
実験例３
アルミナセメント５０部と潜在水硬性物質α５０部とを配合し、表３に示すガラス化率の本スラグ粉を使用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。
【００２８】
＜使用材料＞
本スラグ粉Ｈ：ブレーン値５，０００ｃｍ２／ｇ、密度３．００ｇ／ｃｍ３、ガラス化率１０％
本スラグ粉Ｉ：ブレーン値５，０００ｃｍ２／ｇ、密度３．００ｇ／ｃｍ３、ガラス化率２０％
本スラグ粉Ｊ：ブレーン値５，０００ｃｍ２／ｇ、密度３．００ｇ／ｃｍ３、ガラス化率３０％
本スラグ粉Ｋ：ブレーン値５，０００ｃｍ２／ｇ、密度３．００ｇ／ｃｍ３、ガラス化率４０％
【００２９】
【表３】
2004231489.tif 000004
【００３０】
実験例４
アルミナセメント５０部と潜在水硬性物質α５０部とを配合し、本スラグ粉Ｄを用い、表４に示す水／結合材比を用いたこと以外は実験例１と同様に行った。結果を表４に併記する。
【００３１】
【表４】
2004231489.tif 000005
【００３２】
実験例５
単位結合材量２５０ｋｇ／ｍ３中、アルミナセメントが１５０ｋｇ、潜在水硬性物質αが１００ｋｇで、水結合材比４５％、ｓ／ａ＝４５％、スランプ１０±３ｃｍ、空気量３．０±１．０％のコンクリートを調製し、本スラグ粉Ｄを表５に示すように変化して実験を行った。なお、本スラグ粉Ｄは不活性の無機粉末とみなし、その量を細骨材から差し引いた。結果を表５に併記する。
【００３３】
＜使用材料＞
細骨材    ：新潟県姫川産川砂、密度２．５６ｇ／ｃｍ３
粗骨材    ：新潟県姫川産砕石、密度２．６５ｇ／ｃｍ３
【００３４】
＜測定方法＞
圧縮強度  ：φ１０×２０ｃｍ供試体を作製しＪＩＳ  Ａ  １１０８に準じて材齢２８日強度を測定中性化深さ：１０×１０×１０ｃｍの供試体を作製し、材齢２８日まで２０℃水中養生を施した後、大気圧下３０℃、相対湿度６０％、及び炭酸ガス濃度５％の環境で中性化促進を行い、８週間後に供試体を輪切りし、断面にフェノールフタレインアルコール溶液を塗布して中性化深さを測定
【００３５】
【表５】
2004231489.tif 000006
【００３６】
【発明の効果】
本発明により、アルミナセメントの持つ特徴を損なうことなく、転移による強度低下を防止し、さらに中性化抵抗性にも優れる水硬性セメント組成物が得られる。