(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルミナセメントである結合材、骨材、及び水を含有してなり、水／結合材比が22〜60％であるセメント組成物を、混練し、前置時間８時間以内、昇温速度５〜30℃/hrで、35〜90℃の加熱養生をして硬化させることを特徴とする、セメントコンクリート硬化体に膨張性を付与する方法。
【請求項２】
結合材が、アルミナセメントと、さらに、CaO−Al2O3−SiO2化合物及び／又は石灰石粉とを含有してなり、アルミナセメント、CaO−Al2O3−SiO2化合物、石灰石粉の合計100部中、アルミナセメントが40部以上である請求項１に記載のセメントコンクリート硬化体に膨張性を付与する方法。
【請求項３】
CaO−Al2O3−SiO2化合物が、CaOを40〜55部、Al2O3を15〜30部、及びSiO2を20〜35部含有してなる請求項２に記載のセメントコンクリート硬化体に膨張性を付与する方法。
【請求項４】
CaO−Al2O3−SiO2化合物のガラス化率が50％以上である請求項２又は請求項３に記載のセメントコンクリート硬化体に膨張性を付与する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主に土木・建築分野において使用されるセメントコンクリート硬化体、そのセメント組成物、及びセメントコンクリート硬化体の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
化学薬品を製造したり、取り扱う化学工場や、様々な化学薬品や汚染物質等を取り扱う下水道施設や高度浄水処理場等においては、化学劣化に対する抵抗性の高いコンクリートを用いて、構造物を構築することが求められている。
また、化学的に厳しい環境に置かれるコンクリート構造物の補修、補強については、劣化部位を覆うように保護材を設置したり、さらに修復後に表面に保護材を設置したりしている。このような補修、補強に用いる保護材として、化学抵抗性の高い塗料やセメントを塗布したりして、表面を保護したり、定期的に補修を施す必要があった。
【０００３】
化学劣化に対する抵抗性が高いセメントとして、アルミナセメントが知られている（特許文献１参照）。
また、アルミナセメントやスラグ組成物を含むセメント・モルタル組成物を30℃以上の温度で養生する高強度モルタル硬化体の製造方法等も知られている（特許文献２参照）。
しかしながら、アルミナセメントは、ポルトランドセメントに比べて初期の強度発現が速やかであるが、水和物の転化により長期強度が低下する、という特性を有している。  
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−２６１３７２号公報
【特許文献２】特開２００６−０６２９４６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
化学劣化抵抗性が高くても、コンクリートにひび割れが生じると塩分や硫酸塩等がコンクリート中に入り込み、鉄筋や躯体を劣化させることがあった。このため、ひび割れ抵抗性の向上が求められていた。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、アルミナセメントである結合材、骨材、及び水を含有してなり、水／結合材比が22〜60％であるセメント組成物を、混練し、前置時間８時間以内、昇温速度５〜30℃/hrで、35〜90℃の加熱養生をして硬化させることを特徴とする、セメントコンクリート硬化体に膨張性を付与する方法であり、結合材が、アルミナセメントと、さらに、CaO−Al2O3−SiO2化合物及び／又は石灰石粉とを含有してなり、アルミナセメント、CaO−Al2O3−SiO2化合物、石灰石粉の合計100部中、アルミナセメントが40部以上である該セメントコンクリート硬化体に膨張性を付与する方法であり、CaO−Al2O3−SiO2化合物が、CaOを40〜55部、Al2O3を15〜30部、及びSiO2を20〜35部含有してなる該セメントコンクリート硬化体に膨張性を付与する方法であり、CaO−Al2O3−SiO2化合物のガラス化率が50％以上である該セメントコンクリート硬化体に膨張性を付与する方法である。
【発明の効果】
【０００７】
所定の条件でコンクリートを養生することによって、膨張性を付与することができ、従来からの化学劣化抵抗性に加え、ひび割れ抵抗性も付与することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
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。
また、本発明で言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。
【０００９】
本発明で使用するアルミナセメントは特に限定されるものではなく、例えば、市販品では、電気化学工業株式会社製商品名「アルミナセメント１号」、「アルミナセメント２号」、及び「ハイアルミナセメント」、ラファージュ社製商品名「セカール71」や「セカール80」などを用いることができる。
【００１０】
本発明で使用するCaO−Al2O3−SiO2化合物（以下、ＣＡＳという）は、化学成分としてCaO、Al2O3、及びSiO2を主成分とするものである。
CaO原料としては、生石灰(CaO)、消石灰(Ca(OH)2)、及び石灰石(CaCO3)が、また、Al2O3原料としては、アルミナ、ボーキサイト、ダイアスポア、長石、及び粘土が、そして、SiO2原料としては、ケイ石、ケイ砂、石英、及びケイ藻土が挙げられる。
ＣＡＳは、これら原料を所定の割合で配合した後、例えば、ロータリーキルン、電気炉、及び高周波炉で溶融し、急冷却してガラス化することによって製造される。
経済性の面から、金属精錬の際に副生される高炉水砕スラグや高炉徐冷スラグ、二次精錬スラグなどの成分を調整して製造することも可能である。
各成分の配合割合は、CaOが40〜55部、Al2O3が15〜30部、及びSiO2が20〜35部であることが好ましい。この範囲外では充分な膨張量と強度が得られない場合がある。
また、原料中には、MgO、Fe2O3、TiO2、及びZrO2などの不純物が含有されているが、本発明の効果を阻害しない範囲であれば、含有していても構わない。ただし、K2O、Na2O、及びMgOの含有量は少ない方が好ましい。
ＣＡＳのガラス化率は50％以上が好ましい。ガラス化率が50％未満では充分な膨張量が得られない場合がある。
ガラス化率の測定方法は、下記に示すＸ線回折リートベルト法によって行った。即ち、粉砕した試料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。測定結果を定量ソフトで解析し、ガラス化率を求める。定量ソフトには、例えば、Sietronics社製の「SIROQUANT」などを用いることが可能である。
【００１１】
本発明で使用する石灰石粉は特に限定されるものではなく、炭酸カルシウム(CaCO3)を主成分とするものであり、通常、コンクリート用骨材として使用されるものを粉砕して使用することが可能である。
【００１２】
本発明に使用するアルミナセメント、ＣＡＳ、及び石灰石粉の粉末度は、ブレーン比表面積値（以下、ブレーン値という）で、1,000〜6,000cm2/gが好ましく、2,000〜5,000cm2/gがより好ましい。1,000cm2/g未満では水和活性が不充分で強度や膨張が不足する場合があり、6,000cm2/gを超えると粉砕動力がかかりすぎて不経済になる場合がある。
【００１３】
本発明においてアルミナセメントと、ＣＡＳ及び／又は石灰石粉を併用する場合、アルミナセメントと、ＣＡＳ又は石灰石粉からなる結合材100部中、アルミナセメントは20部以上が好ましく、40部以上がより好ましい。アルミナセメントの配合量が20部未満では充分な膨張量と圧縮強度が得られない場合がある。
【００１４】
本発明で使用する骨材は特に限定されるものではなく、砕砂、川砂、海砂、珪砂、石灰砂、砕石、及び石灰石等、通常コンクリート製造に用いられる材料を使用することが可能である。
骨材の使用量は特に限定されるものではないが、結合材100部に対して、50〜1,000部が好ましい。50部未満では結合材量が多くなり不経済になる場合があり、1,000部を超えると流動性や膨張性が得られない場合がある。
【００１５】
本発明では、例えば、練混ぜから８時間以内に、35〜80℃で加温養生することによって、膨張性を付与することが可能である。
加温養生の方法は特に限定されるものではなく、蒸気養生、オートクレーブ養生、いずれも可能である。
養生温度は、35〜80℃が好ましく、50〜65℃がより好ましい。養生温度が前記範囲外では膨張量が小さくなる場合がある。
養生温度の保持時間は特に限定されるものではないが、通常３〜６時間程度が好ましい。保持時間が３時間未満では膨張量が小さくなる場合があり、６時間を超えて養生してもさらなる膨張量の増加は見込めない。
【００１６】
本発明で、コンクリートを練り混ぜてから加温養生するまでの前置時間は特に重要であり、８時間以内が好ましく、４時間以内がより好ましい。前置時間がこの範囲外では膨張量が小さくなる場合がある。
【００１７】
昇温速度も特に需要であり、10℃/hr以上が好ましく、15℃/hr以上がより好ましく、20℃/hr以上がさらに好ましい。昇温速度が遅いと膨張量が小さくなる場合がある。
【００１８】
本発明で使用する水の量は特に限定されるものではないが、水／結合材比で22〜60％が好ましく、30〜50％がより好ましい。22％未満では所定の流動性を確保することが難しい場合があり、60％を越えると充分な膨張量や強度が得られない場合がある。
【００１９】
本発明では、セメント組成物の他に、減水剤、高性能減水剤、ＡＥ減水剤、流動化剤、消泡剤、増粘剤、防錆剤、防凍剤、ポリマ−、収縮低減剤、凝結調整剤、ベントナイトなどの粘土鉱物、ハイドロタルサイトなどのアニオン交換体、並びに、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のうち一種又は二種以上を本発明の目的を阻害しない範囲で使用することが可能である。
【００２０】
本発明における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。
【００２１】
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。
【実施例】
【００２２】
以下、本発明の実験例に基づいて、本発明をさらに説明する。
【００２３】
実験例１
結合材としてアルミナセメントを使用し、表１に示す水／結合材比と結合材／砂比の配合でモルタルを調製し、20℃環境下で型枠に充填し、前置時間０時間で、昇温速度15℃／hrの速度で昇温し、表１に示す温度で５時間、養生を行い、供試体を成形した。材齢１日で脱型後、圧縮強度と膨張量の測定を行った。結果を表１に併記する。
なお、水／結合材比が小さく、練り混ぜが困難な場合には、型詰できる程度に減水剤を添加した。
【００２４】
＜使用材料＞
アルミナセメント：デンカアルミナセメント１号、密度3.00g/cm3、ブレーン値5,000cm2/g
砂        ：JIS標準砂
水        ：水道水
減水剤    ：ポリカルボン酸系高性能減水剤、市販品
【００２５】
＜測定方法＞
圧縮強度  ：JIS R 5201に準拠
膨張量    ：JIS R 6202に準拠
【００２６】
【表１】
0005177963.tif 000002
【００２７】
実験例２
結合材として、アルミナセメント60部とＣＡＳア40部を用いたこと以外は実験例１と同様に行った。結果を表２に示す。
【００２８】
＜使用材料
ＣＡＳア  ：高炉水砕スラグ、CaO 40.6％、Al2O3 14.8％、SiO2 33.1％、MgO 6.7％、Fe2O3 1.0％、ガラス化率95％、ブレーン値4,500cm2/g、密度2.91g/cm3
【００２９】
【表２】
0005177963.tif 000003
【００３０】
実験例３
表３に示す結合材を用い、水／結合材比50％、結合材／砂比１／３としたモルタルを調製し、前置時間４時間、昇温速度15℃／hr、養生温度50℃、及び保持時間５時間と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。
【００３１】
＜使用材料＞
ＣＡＳイ  ：CaO 48.0％、Al2O3 17.0％、SiO2 32.0％、MgO ０％、Fe2O3 1.0％、ガラス化率96％、ブレーン値5,000cm2/g、密度2.98g/cm3、石灰石、ボーキサイト、及びケイ石を1,650℃で溶融し、急冷して合成
ＣＡＳウ  ：CaO 46.4％、Al2O3 28.3％、SiO2 22.4％、MgO ０％、Fe2O3 0.7％、ガラス化率96％、ブレーン値2,000cm2/g、密度2.93g/cm3、石灰石、ボーキサイト、及びケイ石を1,650℃で溶融し、急冷して合成
ＣＡＳエ  ：CaO 48.0％、Al2O3 17.0％、SiO2 32.0％、MgO ０％、Fe2O3 1.0％、ガラス化率50％、ブレーン値5,000cm2/g、密度3.00g/cm3、石灰石、ボーキサイト、及びケイ石を1,650℃で溶融し、冷却して合成
石灰石粉  ：石灰石微粉末、青海鉱山産石灰石を粉砕したもの、ブレーン値6,000cm2/g、密度2.71 g/cm3
ケイ石    ：ケイ石微粉末、JIS標準砂を粉砕したもの、ブレーン値6,000cm2/g、密度2.6g/cm3
【００３２】
【表３】
0005177963.tif 000004
【００３３】
実験例４
表４に示す結合材を用い、水／結合材比50％、結合材／砂比１／３としたモルタルを調製し、表４に示す前置時間、昇温速度15℃／hr、養生温度50℃、及び保持時間５時間と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。
【００３４】
【表４】
0005177963.tif 000005
【００３５】
実験例５
表５に示す結合材を用い、水／結合材比50％、結合材／砂比１／３としたモルタルを調製し、前置時間０時間、表５に示す昇温速度、養生温度50℃、及び保持時間５時間としたこと以外は実験例１と同様に行った。結果を表５に併記する。
【００３６】
【表５】
0005177963.tif 000006
【００３７】
実験例６
表６に示す結合材を用い、水／結合材比50％、結合材／砂比１／３としたモルタルを調製し、前置時間４時間、昇温速度15℃／hr、養生温度50℃、及び保持時間５時間としたこと以外は実験例１と同様に行った。結果を表６に併記する。
【００３８】
【表６】
0005177963.tif 000007
【００３９】
実験例７
表７に示す結合材を用い、水／結合材比50％、結合材／砂比１／３としたモルタルを調製し、前置時間０時間、昇温速度15℃／hr、養生温度50℃、及び表７に示す保持時間としたこと以外は実験例１と同様に行った。結果を表７に併記する。
【００４０】
【表７】
0005177963.tif 000008