(57)【要約】【課題】従来の膨張材に比較して、優れた膨張性能を付与するとともに、遅延させることなく、水和熱を抑制し、強度低下がほとんどみられないなどの効果を奏する、主に、土木・建築業界において使用されるセメント混和材およびセメント組成物を提供すること。【解決手段】遊離石灰、カルシウムアルミノフェライト、アウイン、及び無水セッコウを含有する膨張物質と、糊化開始温度が35〜60℃で、50℃糊液粘度が25％水溶液において20〜3,000mPa・sで、含有カチオン性窒素量が乾燥澱粉量に対して、0.2〜1.2％であるカチオン化澱粉とを含有するセメント混和材であり、該カチオン化澱粉が、セメント混和材100部中、0.5〜15部である該セメント混和材であり、セメントと該セメント混和材とを含有するセメント組成物を構成とする。【選択図】    なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
遊離石灰、カルシウムアルミノフェライト、アウイン、及び無水セッコウを含有してなる膨張物質と、糊化開始温度が35〜60℃で、50℃糊液粘度が25％水溶液において20〜3,000mPa・sで、含有カチオン性窒素が乾燥澱粉量に対して、0.2〜1.2％であるカチオン化澱粉とを含有してなるセメント混和材。
【請求項２】
カチオン化澱粉が、セメント混和材100部中、0.5〜15部であることを特徴とする請求項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又は請求項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】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、主に、土木・建築業界において使用されるセメント混和材およびセメント組成物に関する。
なお、本発明の部や％は特に規定のない限り質量基準である。
【０００２】
【従来の技術とその課題】
セメントは土木・建築構造物を形成する上において欠くことのできない材料であることは間違いないが、セメントを使用した硬化体はひび割れやすいという課題を有している。
このひび割れは、水和熱と乾燥収縮が原因で起こる場合が主であり、特に、近年では構造物の大型化によりマスコンクリート工事が増加していることから、水和熱による温度ひび割れが問題となっている。
【０００３】
そこで、このひび割れを低減する目的で、コンクリートに膨張性を付与する膨張材の使用や、膨張材に水和熱を抑制する、澱粉を処理したデキストリンを加えたセメント混和材の使用が提案されている(特許文献１、特許文献２、特許文献３、及び特許文献４参照)。
【０００４】
【特許文献１】
特公昭４２−０２１８４０号公報
【特許文献２】
特公昭４２−０１９４７３号公報
【特許文献３】
特公昭５３−０１６００７号公報
【特許文献４】
特公昭５７−０００２６１号公報
【０００５】
しかしながら、従来のデキストリンを使用したセメント混和材を用いたコンクリートは、高温時の施工において、デキストリンの影響により硬化不良を起こしやすいという課題があった。
【０００６】
本発明者は、このような事情を踏まえ、前記課題を解消すべく検討した結果、特定のセメント混和材を使用することによって、前記課題が解消できるとの知見を得て、本発明を完成するに至った。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
即ち、本発明は、遊離石灰、カルシウムアルミノフェライト、アウイン、及び無水セッコウを含有してなる膨張物質と、糊化開始温度が35〜60℃で、50℃糊液粘度が25％水溶液において20〜3,000mPa・sで、含有カチオン性窒素量が乾燥澱粉量に対して、0.2〜1.2％であるカチオン化澱粉とを含有してなるセメント混和材であり、該カチオン化澱粉が、セメント混和材100部中、0.5〜15部である該セメント混和材であり、セメントと該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。
【０００８】
【発明の実施の実態】
以下、本発明を詳細に説明する。
【０００９】
本発明で使用する膨張物質は、CaO原料、Al2O3原料、Fe2O3原料、及びCaSO4原料を熱処理して得られた焼成物であって、遊離石灰、カルシウムアルミノフェライト(以下、C4AFという)、アウイン、及び無水セッコウを含有するものである。
本発明において、膨張物質は、CaO原料、Al2O3原料、Fe2O3原料、及びCaSO4原料を熱処理して得ることも可能であり、遊離石灰を焼成し、無水セッコウと混合することも可能である。
なお、遊離石灰を焼成する場合は、遊離石灰のまわりをC4AFやアウインでコーティングすることが好ましい。
【００１０】
CaO原料、Al2O3原料、Fe2O3原料、及びCaSO4原料の熱処理温度は、1,100〜1,600℃が好ましく、1,200〜1,500℃がより好ましい。1,100℃未満では優れた膨張性能が得られない場合があり、1,600℃を超えると無水セッコウが分解する場合がある。
【００１１】
膨張物質中の遊離石灰、C4AF、アウイン、及び無水セッコウの割合は特に限定されるものではないが、膨張物質100部中、遊離石灰は30〜70部が好ましく、40〜60部がより好ましい。また、C4AFは0.5〜22.5部が好ましく、1.0〜10部がより好ましい。そして、アウインは５〜22.5部が好ましく、7.5〜15部がより好ましい。さらに、無水セッコウは５〜30部が好ましく、10〜30部がより好ましい。セメント混和材中の各化合物の組成割合がこの範囲外では、優れた膨張性能が得られない場合がある。
【００１２】
膨張物質には、Na2O、K2O、MgO、Al2O3、TiO2、SiO2、及びP2O5などの不純物が存在するが、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。
また、膨張物質中のSiO2量は、５％以下が好ましく、３％以下がより好ましい。５％を超えると優れた膨張性能が得られない場合がある。
【００１３】
膨張物質の粒度は特に限定されるものではないが、通常、ブレーン比表面積(以下、ブレーン値という)で1,500〜6,000cm2/gが好ましく、2,000〜4,000cm2/gがより好ましい。1,500cm2/g未満では強度発現性が悪くなる場合があり、6,000cm2/gを超えると優れた膨張性能が得られない場合がある。
【００１４】
膨張物質の使用量は、セメント100部に対して、２〜10部が好ましく、４〜８部がより好ましい。２部未満では優れた膨張性能が得られない場合があり、10部を超えると膨張破壊を引き起こす場合がある。
【００１５】
本発明で使用するカチオン化澱粉は、冷水では溶解しない澱粉粒子が、水中で加熱されたときに膨潤糊化し始める温度である糊化開始温度、糊化された澱粉水溶液の糊液粘度、及び含有カチオン性窒素量により限定されるもので、本発明では、その糊化開始温度が35〜60℃で、50℃糊液粘度が25％水溶液において20〜3000mPa・sで、含有カチオン性窒素量が、カチオン化澱粉の処理前の澱粉である乾燥澱粉量に対して、0.2〜1.2％であるものを使用する。
【００１６】
本発明のカチオン化澱粉の原料は特に制限されるものではなく、馬鈴薯澱粉、甘藷澱粉、トウモロコシ澱粉、タピオカ澱粉、及び小麦澱粉等の澱粉を用いることが可能である。これらの中では反応の容易な馬鈴薯澱粉が好ましい。
【００１７】
カチオン化澱粉とは、澱粉分子中に、１級アルキルアミン、２級アルキルアミン、３級アルキルアミン、又は４級アルキルアンモニウム塩を導入したものである。
【００１８】
本発明のカチオン化澱粉のカチオン化は、３級カチオン化反応や４級カチオン化反応を用いることが可能である。
３級カチオン化反応には、2-クロロ−エチルジエチルアンモニウムコクロライドなどを用いることが可能である。
４級カチオン化反応には、3-クロロ−2-ヒドロキシ−プロピルトリメチルアンモニウムクロライドや2,3-エポキシプロピルトリメチルアンモニウムクロライドなどを用いることが可能である。これらの中では、反応効率等より2,3-エポキシプロピルトリメチルアンモニウムクロライドを用いることが好ましい。
カチオン化澱粉のカチオン化度はカチオン化澱粉中の含有カチオン性窒素量(乾燥澱粉量に対する％)を用いて表示することが慣用となっている。
【００１９】
本発明で、糊化開始温度とは、澱粉の15％水懸濁液450ｇをアミログラフ(ブラベンダー社2枚翼パドル式、メジャーリングヘッド：700cmg、回転数：75rpm、温度上昇：1.5℃／分)に付した際に、アミログラフの基線から立ち上がるところの温度をいう。
本発明のカチオン化澱粉の糊化開始温度は35〜60℃であり、40〜55℃が好ましい。35℃未満では流動性が低下する場合があり、60℃を超えると水和熱抑制効果が低下する場合がある。
【００２０】
糊液粘度とは、Ｂ型回転粘度計で測定した、50℃における澱粉の25％水溶液の粘度をいう。
本発明のカチオン化澱粉の糊液粘度は20〜3,000ｍPa・sであり、50〜1,000ｍPa・sが好ましい。20ｍPa・s未満では遅延性が現れる場合があり、3,000mPa・sを超えると水和熱抑制効果が低下する場合がある。
【００２１】
本発明の低粘度化カチオン化澱粉の低粘度化反応は、酸化及び／又は酸処理、酸素変性、並びに、酸焙焼等により行うことが可能であるが、次亜塩素酸塩を用いた酸化による低粘度化が最も好ましい。
【００２２】
本発明のカチオン化澱粉のカチオン化度は、カチオン化澱粉中の含有カチオン性窒素量、即ち、乾燥澱粉量に対する含有カチオン性窒素量を用いて表示するもので、本発明では、カチオン化澱粉中の含有カチオン性窒素量は、乾燥澱粉量に対して、0.2〜1.2％が好ましく、0.5〜0.9％がより好ましい。0.2％未満では水和熱抑制効果が低下する場合があり、1.2％を超えても効果がさらに向上することはなく、製造コストが高くなり経済的でない。
【００２３】
本発明のセメント混和材中の膨張物質とカチオン化澱粉の配合割合は特に限定されるものではないが、通常、セメント混和材100部中、膨張物質85〜99.5部で、カチオン化澱粉0.5〜15部が好ましく、膨張物質90〜97部で、カチオン化澱粉３〜10部がより好ましい。膨張物質が85部未満で、カチオン化澱粉が15部を超えると充分な膨張性能が得られず、硬化不良を起こす場合があり、膨張物質が99.5部を超え、カチオン化澱粉が0.5部未満では充分な水和熱抑制効果が得られない場合がある。
【００２４】
本発明の混和材の使用量は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、３〜15部が好ましく、５〜12部がより好ましい。３部未満では本発明の効果が充分に得られない場合があり、15部を超えて使用すると、強度発現性が悪くなる場合がある。
【００２５】
本発明で使用するセメントとしては、JIS R 5210に規定される各種ポルトランドセメント、JIS R 5211、JIS R 5212、又はJIS R 5213に規定される各種混合セメント、並びに、JISに規定された以上の混和材を混合した高炉セメント、フライアッシュセメントが使用可能である。
【００２６】
本発明では、本発明のセメント混和材、セメント、及び砂や砂利等の骨材の他に、本発明のカチオン化澱粉以外の澱粉、減水剤、ＡＥ助剤、ＡＥ減水剤、高性能減水剤、高性能ＡＥ減水剤、消泡剤、増粘剤、防錆剤、防凍剤、流動化剤、収縮低減剤、高分子エマルジョン、凝結調整剤、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、ハイドロタルサイトなどのイオン交換体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、例えば、一般的な配合量であれば、使用することが可能である。
【００２７】
本発明において、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、あらかじめ一部を、あるいは全部を混合しておいても差し支えない。
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、強制練りミキサ、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の使用が可能である。
【００２８】
【実施例】
以下、本発明を実験例に基づいて説明する。
【００２９】
実験例１
CaO原料、Al2O3原料、Fe2O3原料、及びCaSO4原料を配合し、混合粉砕した後、1,350℃で２時間熱処理して、表１に示すような膨張物質100部中の各化合物の割合の膨張物質を製造し、ブレーン値3,500±200cm2/gに粉砕した。
この膨張物質95部とカチオン化澱粉５部とを混合してセメント混和材とし、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部とし、水／セメント組成物比＝50％、セメント組成物／砂比＝1／3のモルタルを調製して長さ変化率とモルタル温度の測定を行った。結果を表１に併記する。
比較例として市販の膨張材二種類についても同様の実験を行った。
なお、膨張物質を粉末Ｘ線回折法(ＸＲＤ)により同定し、遊離石灰、C4AF、アウイン、及び無水セッコウを主要な化合物とすることを確認した。
また、化学組成は化学分析により求め、化合物組成は化学分析の結果により計算によって算出した。
【００３０】
＜使用材料＞
CaO原料   ：炭酸カルシウム、試薬１級
Fe2O3原料  ：酸化第二鉄、試薬１級
Al2O3原料  ：酸化アルミニウム、試薬１級
CaSO4原料 ：無水セッコウ、試薬１級
セメント  ：市販普通ポルトランドセメント
カチオン化澱粉：市販品、糊化開始温度50℃、粘度1,000ｍPa・s、カチオン性窒素量0.8％
砂        ：ISO 679準拠、標準砂
膨張物質ａ：カルシウムサルホアルミネート系膨張材、市販品
膨張物質ｂ：石灰系膨張材、市販品
水        ：水道水
【００３１】
＜測定方法＞
化学分析  ：JIS R 5202に準じて測定
化学組成  ：遊離石灰はJIS R 5202に準じて測定、C4AFはFe2O3量から、アウインはAl2O3量から、無水セッコウはSO3量から算出
長さ変化率：JIS A 6202に準じて測定
モルタル温度：モルタルを深さ30cm、内径13cm、厚さ10cmの発泡スチロール製円筒容器に約3.5リットル入れ、20℃恒温室中で養生したときのモルタル中心部の最高温度を熱電対で自動的に測定
【００３２】
【表１】
2004210556.tif 000002
【００３３】
表１より、本発明のセメント混和材を使用したモルタルは、比較例と比べ、優れた膨張性能と水和熱抑制効果を示すことが判る。
【００３４】
実験例２
膨張物質Ｄ95部と表２に示すカチオン化澱粉５部を混合してセメント混和材とし、フロー値、長さ変化率、モルタル温度、及び最高温度到達時間の測定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】
＜測定方法＞
フロー値  ：モルタルの流動性を評価するため、JIS R 5201モルタルのフロー試験に準拠して測定
最高温度到達時間：モルタル供試体中心部を、熱電対を用いてデータロガーにて自動計測を行い測定したモルタル打設から最高温度に到達するまでの時間
【００３６】
【表２】
2004210556.tif 000003
【００３７】
表２より、本発明の糊化開始温度35〜60℃、粘度が20〜3,000mPa・s、及びカチオン性窒素量が0.1〜1.5％であるカチオン化澱粉を添加したセメント混和材を使用したモルタルは、比較例と比べ、優れた流動性、水和熱抑制効果、及び膨張性能を示し、遅延性もないことが判る。
【００３８】
実験例３
膨張物質Ｄ95部と、糊化開始温度50℃、粘度1,000mPa・s、及び乾燥澱粉カチオン性窒素量0.8％のカチオン化澱粉５部を混合してセメント混和材を調製し、セメント組成物100部中、表３に示すセメント混和材を用い、長さ変化率、モルタル温度、及び圧縮強度を測定し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。
【００３９】
＜測定方法＞
圧縮強度  ：JIS R 5201に準拠、材齢７日に測定
【００４０】
【表３】
2004210556.tif 000004
【００４１】
表３より、本発明のセメント混和材は、その使用量が増加するに従い、優れた膨張性能を示すとともに、モルタル中心の温度は低減され、しかも、強度低下がほとんどないことが判る。
【００４２】
【発明の効果】
本発明のセメント混和材は、従来の膨張材に比較して、優れた膨張性能を付与するとともに、遅延させることなく、水和熱を抑制し、強度低下がほとんどみられないなどの効果を奏する。