(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ブレーン比表面積が４０００ｃｍ2／ｇを超える高炉徐冷スラグ粉末と遊離石灰量が４０％を超える遊離石灰-水硬性化合物-無水セッコウ系である膨張物質を含有してなり、高炉徐冷スラグ粉末と膨張物質の合計１００部中、高炉徐冷スラグ粉末５０〜９７部、膨張物質３〜５０部であるセメント混和材。
【請求項２】
セメントと、請求項１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。
【請求項３】
請求項２記載のセメント組成物を用いてなる高流動コンクリート。
【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、セメント組成物及びそれを用いてなる高流動コンクリートに関する。
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。
【０００２】
【従来の技術】
最近では、コンクリートの耐久性が大きくクローズアップされ、コンクリートのひび割れを低減して信頼性の高いコンクリートとするために、膨張材が利用されている。これは、ひび割れが発生するとコンクリートの劣化要因である中性化が進むためである。ひび割れが低減できれば、中性化の影響を小さくすることができ、耐久性の高いコンクリート構造物の構築が可能となる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、これはあくまでも、巨視的な欠陥の少ない健全なコンクリート構造物を構築するという意味であり、コンクリートそのものの炭酸ガスの透過性とは趣旨を異にしている。すなわち、炭酸ガスの透過はもっと微視的な空隙を介しても進行する。したがって、巨視的な欠陥の少ない健全なコンクリート構造物とした上で、コンクリート躯体そのものも炭酸ガスが透過しにくいコンクリートにすることが望まれる。
今日では、コンクリートに膨張性と共に中性化抑制の双方を付与でき、水和発熱量も小さくできるセメント混和材の開発が待たれている。
そこで、本発明者は種々検討を重ねた結果、高炉徐冷スラグ粉末と膨張物質を含有してなるセメント混和材が、膨張性と中性化抑制の双方を付与でき、水和発熱量も小さくできることを知見して本発明を完成するに至った。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
即ち、本発明は、ブレーン比表面積が４０００ｃｍ2／ｇを超える高炉徐冷スラグ粉末と遊離石灰量が４０％を超える遊離石灰-水硬性化合物-無水セッコウ系である膨張物質を含有してなり、高炉徐冷スラグ粉末と膨張物質の合計１００部中、高炉徐冷スラグ粉末５０〜９７部、膨張物質３〜５０部である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り、さらに、該セメント組成物を用いてなる高流動コンクリートである。
【０００５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を詳細に説明する。
【０００６】
本発明で使用する高炉徐冷スラグ（以下、徐冷スラグという）は、徐冷されて結晶化した高炉スラグである。
【０００７】
徐冷スラグのブレーン比表面積は、４０００ｃｍ2／ｇを超えることが好ましく、４５００ｃｍ2／ｇ以上がより好ましく、５０００ｃｍ2／ｇ以上がさらに好ましい。ブレーン比表面積が４０００ｃｍ2／ｇ以下では、材料分離抵抗性が得られない場合がある。
【０００８】
また、本発明で使用する徐冷スラグのガラス化率は、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／Ｓ0）×１００として求められる。
ここで、Ｓは粉末Ｘ線回折法により求められる徐冷スラグ中の主要な結晶性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・ＭｇＯ・２ＳｉＯ2の固溶体）のメインピークの面積であり、Ｓ0は徐冷スラグを１０００℃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。
【０００９】
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、ＳｉＯ2、ＣａＯ、Ａｌ2Ｏ3及びＭｇＯ等を主要な化学成分とし、その他、ＴｉＯ2、ＭｎＯ、Ｎａ2Ｏ、Ｓ、Ｐ2Ｏ5及びＦｅ2Ｏ3等を含有する場合がある。
【００１０】
本発明のセメント混和材（以下、本混和材という）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１００部に対して、１０〜２５０部程度の範囲で使用することが好ましく、２０〜１５０部程度の範囲で使用することがより好ましい。１０部未満では水和熱を抑制するという本発明の効果が十分に得られない場合があり、２５０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。
【００１１】
本発明に係る膨張物質とは、特に限定されるものではなく、いかなるものでも使用可能である。大別すると、ガス発泡物質系、セメント鉱物系がある。
その具体例としては例えば、ガス発泡物質系では、アルミ粉、鉄粉、過酸化物質及び炭素物質等が挙げられる。また、セメント鉱物系では、エトリンガイト系や石灰系、及び石灰−エトリンガイト複合系等が挙げられる。本発明では、効果的な膨張性が付与できる観点から、セメント鉱物系を用いることが好ましい。
【００１２】
セメント鉱物系の膨張物質としては、遊離石灰や遊離マグネシアを含むものが挙げられるが、長期安定性の観点から、遊離石灰を含むものが好ましい。遊離石灰を含むものとしては、例えば、遊離石灰-無水セッコウ系、遊離石灰-水硬性化合物系及び遊離石灰-水硬性化合物-無水セッコウ系等が挙げられる。本発明では、膨張性能が良好なことから、遊離石灰-水硬性化合物-無水セッコウ系を用いることが好ましく、特に遊離石灰含有量が４０％を超えるものが好ましい。
ここで、水硬性化合物としては、例えば、アウイン、カルシウムフェライト、カルシウムアルミノフェライト、カルシウムシリケート、カルシウムアルミネート等の１種又は２種以上が挙げられる。
膨張物質としては、市販の膨張材や静的破砕材が利用できる。膨張材や静的破砕材は各社より市販されており、その代表例としては、例えば、電気化学工業社製「デンカＣＳＡ」、「デンカパワーＣＳＡ」、住友大阪セメント社製「サクス」、太平洋マテリアル社製「エクスパン」、「Ｎ-ＥＸ」、「ブライスター」、「ジプカル」等が挙げられる。
【００１３】
本混和材中の徐冷スラグと膨張物質の配合割合は、特に限定されるものではないが、通常、徐冷スラグと膨張物質の合計１００部中、徐冷スラグは５０〜９７部が好ましく、７０〜９５部がより好ましい。また、膨張物質は３〜５０部が好ましく、５〜３０部がより好ましい。膨張物質が５０部を超えたり、徐冷スラグが５０部未満であると、中性化抑制効果が不十分になる場合がある。また、膨張物質が３部未満であったり、徐冷スラグが９７部を超えると、膨張性能が不十分となる場合がある。
【００１４】
本発明で使用するセメントとしては、普通、早強、超早強、低熱及び中庸熱等の各種ポルトランドセメントや、これらポルトランドセメントに、高炉水砕スラグ、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等が挙げられ、これらのうちの一種又は二種以上が使用可能である。
【００１５】
本発明のセメント組成物は、それぞれの材料を施工時に混合してもよいし、あらかじめ一部あるいは全部を混合しておいても差し支えない。
【００１６】
本発明のセメント組成物の粒度は、使用する目的や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、ブレーン比表面積で３０００〜８０００ｃｍ2／ｇが好ましく、４０００〜６０００ｃｍ2／ｇがより好ましい。３０００ｃｍ2／ｇ未満では強度発現性が十分に得られない場合があり、８０００ｃｍ2／ｇを超えると作業性が悪くなる場合がある。
【００１７】
本発明で使用する高流動コンクリートとは、従来の振動締め固めを必要としない自己充填性を有し、材料分離を生じないコンクリートを総称するものであり、流動性の指標となるスランプフロー値が６５０±５０ｍｍであることが好ましい。
【００１８】
高流動コンクリートを調製する際には、通常使用される減水剤、ＡＥ減水剤、高性能減水剤及び高性能ＡＥ減水剤等を用いて高流動化することが好ましい。減水剤は液状や粉末状のものが市販されており、いずれも使用可能である。また、減水剤はナフタレン系、メラミン系、アミノスルホン酸系及びポリカルボン酸系に大別される。
本発明では、特に高性能ＡＥ減水剤の使用が好ましく、その具体例としては、ナフタレン系では、エヌエムビー社製商品名「レオビルドSP-9シリーズ」、花王社製商品名「マイティ2000シリーズ」、及び日本製紙社製商品名「サンフローHS-100」等が挙げられる。メラミン系では、日本シーカ社製商品名「シーカメント1000シリーズ」や日本製紙社製商品名「サンフローHS-40」等が挙げられる。アミノスルホン酸系では、藤沢薬品工業社製商品名「パリックFP-200シリーズ」等が挙げられる。ポリカルボン酸系では、エヌエムビー社製商品名「レオビルドSP-8シリーズ」、グレースケミカルズ社製商品名「ダーレックススーパー100PHX」、及び竹本油脂社製商品名「チューポールHP-8シリーズ」や「チューポールHP-11シリーズ」等が挙げられる。
【００１９】
本発明では、これら減水剤のうちの一種又は二種以上が使用可能である。減水剤の使用量は、特に限定されるものではないが、通常、各メーカーの指定する範囲内で使用すればよく、具体的には、セメントや本混和材からなる粉体１００部に対して、０．５〜３．０部程度である。
【００２０】
水の使用量は、特に限定されるものではないが、通常、コンクリート１ｍ3当たり、１２５〜２２５ｋｇが好ましく、１４０〜１８５ｋｇがより好ましい。
【００２１】
本発明では、セメント、本混和材、砂や砂利等の骨材及び減水剤の他に、従来からコンクリートに用いられてきた高炉水砕スラグ微粉末、石灰石微粉末、フライアッシュ及びシリカフューム等の混和材料、収縮低減剤、消泡剤、増粘剤、防錆剤、防凍剤、高分子エマルジョン、凝結調整剤、ベントナイト等の粘土鉱物、並びにハイドロタルサイト等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。
【００２２】
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、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ミキサ等の使用が可能である。
【００２３】
【実施例】
以下、本発明の実施例に基づいてさらに説明する。
【００２４】
実施例１
表１に示すような割合でセメント、膨張物質及び徐冷スラグ粉末を使用し、結合材と砂の比率が１対３、水セメント比が５０％のモルタルを調製し、圧縮強度、長さ変化率及び中性化抵抗性を測定した。ただし、膨張物質は結合材の一部として配合し、徐冷スラグは砂の一部として配合した。結果を表１に併記した。
【００２５】
＜使用材料＞
セメント：市販の普通ポルトランドセメント、ブレーン比表面積３２００ｃｍ2／ｇ、比重３．１５
スラグａ：徐冷スラグ、ブレーン比表面積３０００ｃｍ2／ｇ、ガラス化率５％、比重３．００
石灰石微粉末：新潟県青海鉱山産石灰石の粉砕品、ブレーン比表面積６０００ｃｍ2／ｇ、比重２．７０
膨張物質Ａ：電気化学工業社製「デンカパワーＣＳＡ」、遊離石灰−水硬性化合物−無水セッコウ系、ブレーン比表面積２９００ｃｍ2／ｇ。遊離石灰量５０％砂：ＪＩＳ標準砂（ＩＳＯ６７９準拠）
水：水道水
【００２６】
＜測定方法＞
圧縮強度：４×４×１６ｃｍ供試体を作製し、ＪＩＳ  Ｒ  ５２０１に準じて材齢２８日強度を測定。
長さ変化率：ＪＩＳ  Ａ  ６２０２に準じて、材齢２８日の長さ変化率を測定。
ただし、材齢１日で脱型し、材齢７日までは水中養生を行い、以後材齢２８日までは２０℃・相対湿度６０％の環境で気乾養生を行った。
中性化深さ：４×４×１６ｃｍ供試体を作製し、材齢２８日まで２０℃水中養生を施した後、３０℃・相対湿度６０％・炭酸ガス濃度５％の環境で促進中性化を行い、８週間後に供試体を輪切りにし、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。
【００２７】
【表１】
0005116193.tif 000002
【００２８】
表１より、本混和材を含有したセメント組成物を使用することにより、モルタルに膨張性と中性化抑制効果を付与できることが判る。
【００２９】
実施例２
単位セメント量２８０ｋｇ／ｍ3、単位膨張物質Ａ量２０ｋｇ／ｍ3、単位スラグ量２５０ｋｇ／ｍ3、水／粉体比＝３０％、ｓ／ａ＝４８％、及び空気量４．５±１．５％のコンクリートを調製し、スラグの種類を表２に示すように変えて実験を行った。これらのコンクリートのスランプフロー値、断熱温度上昇量、圧縮強度、自己寸法変化、及び中性化深さについて測定した。また、中性化に対する抵抗性を検討するために、同一配合の場合に徐冷スラグ微粉末と圧縮強度が同等となる、石灰石微粉末を混和した場合についても同様の実験を行った。結果を表２に併記する。
【００３０】
＜使用材料＞
スラグｂ：徐冷スラグ、ブレーン比表面積４０００ｃｍ2／ｇ、ガラス化率５％、比重３．００
スラグｃ：徐冷スラグ、ブレーン比表面積４５００ｃｍ2／ｇ、ガラス化率５％、比重３．００
スラグｄ：徐冷スラグ、ブレーン比表面積５０００ｃｍ2／ｇ、ガラス化率５％、比重３．００
スラグｅ：徐冷スラグ、ブレーン比表面積６０００ｃｍ2／ｇ、ガラス化率５％、比重３．００
スラグｆ：徐冷スラグ、ブレーン比表面積６０００ｃｍ2／ｇ、ガラス化率３０％、比重２．９６
スラグｇ：徐冷スラグ、ブレーン比表面積６０００ｃｍ2／ｇ、ガラス化率５０％、比重２．９４
スラグｈ：急冷スラグ、ブレーン比表面積６０００ｃｍ2／ｇ、ガラス化率９５％、比重２．９０
砂：新潟県姫川産、比重２．６２
砂利：新潟県姫川産、砕石、比重２．６４
高性能ＡＥ減水剤：ポリカルボン酸系、市販品
【００３１】
＜測定方法＞
材料分離：目視により観察。材料分離が生じた場合は×、やや分離気味の場合は△、材料分離が全く生じない場合は○で表示。
スランプフロー：財団法人、沿岸開発技術センター及び漁港漁村建設技術研究所発行、水中不分離性コンクリート・マニュアル、付録１「水中不分離性コンクリートの試験、スランプフロー試験」に基づいてコンクリートの広がりを直角方向に２点測定した平均値
自己寸法変化：ＪＣＩ自己収縮研究委員会報告書に準じて測定。材齢５６日におけるひずみとして表示。
断熱温度上昇量：東京理工社製の断熱温度上昇量測定装置を用いて打設温度２０℃の条件で測定。
圧縮強度：１０φ×２０ｃｍ供試体を作製し、ＪＩＡ  Ａ  １１０８に準じて材齢２８日強度を測定。ただし、脱型は材齢７日に行い、以後２０℃の水中養生を行った。
中性化深さ：１０φ×２０ｃｍ供試体を作製し、材齢２８日まで２０℃水中養生を施した後、３０℃・相対湿度６０％・炭酸ガス濃度５％の環境で促進中性化を行い、６ヶ月後に供試体を輪切りにし、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。
【００３２】
【表２】
0005116193.tif 000003
【００３３】
表２より、本混和材を含有したセメント組成物を使用することにより、高流動コンクリートの材料分離抵抗性が大きく、水和発熱量が小さく、中性化され難いことが判る。また、低水比のコンクリートでも自己収縮を小さく抑えることができる。特に、ブレーン比表面積が４０００ｃｍ2／ｇを超える徐冷スラグを使用することが好ましい。
【００３４】
実施例３
単位セメント量と単位スラグ量を表３に示すようにしたこと以外は、実施例２と同様に行った。結果を表３に併記する。
【００３５】
【表３】
0005116193.tif 000004
【００３６】
表３より、本混和材を含有したセメント組成物を使用することにより、高流動コンクリートの材料分離抵抗性が大きく、水和発熱量が小さく、中性化され難いことが判る。また、低水比のコンクリートでも自己収縮を小さく抑えることができる。
【００３７】
実施例４
セメントと膨張物質からなる単位結合材量３００ｋｇ／ｍ3、単位スラグ量２５０ｋｇ／ｍ3、単位水量１６５ｋｇ／ｍ3、ｓ／ａが４８％の高流動コンクリートにおいて、結合材中の膨張物質の種類と量を表４に示すように変えたこと以外は、実施例２と同様に行った。結果を表４に併記する。
【００３８】
＜使用材料＞
膨張物質Ｂ：電気化学工業社製「デンカＣＳＡ＃２０」、遊離石灰−水硬性化合物−無水セッコウ系、ブレーン比表面積２８００ｃｍ2／ｇ、遊離石灰量２０％。
膨張物質Ｃ：太平洋マテリアル社製「エクスパン構造用」、遊離石灰−水硬性化合物−無水セッコウ系、ブレーン比表面積３５００ｃｍ2／ｇ、遊離石灰量３３％。
【００３９】
【表４】
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【００４０】
表４より、本混和材中の膨張物質の配合割合を増やしていくと、自己収縮の無いコンクリートを作製できることが判る。特に、遊離石灰量が４０％を超える膨張物質Ａを使用することが好ましい。
【００４１】
【発明の効果】
本混和材を含有したセメント組成物を使用することにより、膨張性と中性化抑制効果を付与でき、水和発熱量が小さく、材料分離抵抗性が大きく、中性化され難いコンクリートとすることができる。また、高流動コンクリートのような低水比のコンクリートに適用しても自己収縮を小さく抑えることができる等の効果を奏する。