(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＣａＯ原料と、ＣａＳＯ4原料と、Ａｌ2Ｏ3原料、Ｆｅ2Ｏ3原料及びＳｉＯ2原料から選ばれる１種又は２種以上とを熱処理して得られる物質であって、遊離石灰と、無水セッコウと、カルシウムアルミノフェライト、カルシウムフェライト、アウイン及びカルシウムシリケートから選ばれる１種又は２種以上とを含有してなる遊離石灰量が３５〜６０％の膨張物質とホウ酸類からなるセメント混和材。
【請求項２】
セメント混和材１００部中、ホウ酸類０．０１〜１０部を含有してな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・建築分野において使用される、セメント混和材及びセメント組成物に関する。
なお、本発明でいうコンクリートとは、セメント・ペースト、セメント・モルタル、及びセメント・コンクリ−トを総称するものである。
【０００２】
【従来の技術】
セメント・コンクリートのひび割れ低減や曲げ耐力の向上は、コンクリート構造物の信頼性、耐久性、美観等の観点から重要であり、これらを改善する効果のあるセメント混和材、すなわち、セメント系膨張材のさらなる技術の進展が望まれている。従来より、セメント・コンクリートに膨張性を与えるセメント混和材としては、例えば、遊離石灰−アウイン−無水セッコウ系膨張材（特公昭42-21840号公報）や、遊離石灰−カルシウムシリケート−無水セッコウ系膨張材（特公昭53-31170号公報）等があった。一方、近年では、コンクリートの高性能化を目的として、高流動コンクリートや高強度コンクリートの開発が盛んに行われている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、これらの高性能なコンクリートでは膨張材の効果が十分に発揮されないことが指摘されている。現在では、膨張材の混和率が小さくても大きな膨張性を付与できる膨張特性の優れた膨張材の開発が待たれているのが実状である。
また、最近では、従来の仕様規定型の設計体系から、性能規定型の設計体系へ移行が検討されており、これまでやや軽視されていた耐久性についても明確な性能規定が定められるものと考えられる。すなわち、ひび割れの耐久性に対する影響の定量化がなされるためひび割れの低減は重要な課題となるが、ひび割れ低減に効果のあるセメント系膨張材を広範に利用するためには、使用量を少なくして、経済的負担を小さくすることが不可欠である。
本発明者らは、これらの課題を解決すべく種々の検討を重ねた結果、特定のセメント混和材を使用することにより、前記課題が解決できるとの知見を得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】
すなわち、ＣａＯ原料と、ＣａＳＯ4原料と、Ａｌ2Ｏ3原料、Ｆｅ2Ｏ3原料及びＳｉＯ2原料から選ばれる１種又は２種以上とを熱処理して得られる物質であって、遊離石灰と、無水セッコウと、カルシウムアルミノフェライト、カルシウムフェライト、アウイン及びカルシウムシリケートから選ばれる１種又は２種以上とを含有してなる遊離石灰量が３５〜６０％の膨張物質とホウ酸類からなるセメント混和材であり、セメント混和材１００部中、ホウ酸類０．０１〜１０部を含有してなることを特徴とす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。
なお、本発明で使用する配合割合を示す部、％は質量単位である。
【０００５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明をさらに詳しく説明する。
【０００６】
本発明における膨張物質は、遊離石灰と、無水セッコウと、カルシウムアルミノフェライト、カルシウムフェライト、アウイン及びカルシウムシリケートから選ばれる１種又は２種以上（以下、水硬性化合物）とを含有してなるものであり、膨張物質１００部中、遊離石灰は３５〜６０部が好ましく、４０〜５５部がより好ましい。また、水硬性化合物は１０〜４０部が好ましく、１５〜３０部がより好ましい。さらに、無水セッコウは１０〜４０部が好ましく、２０〜３５部がより好ましい。水硬性化合物中におけるカルシウムアルミノフェライト、カルシウムフェライト、アウイン及びカルシウムシリケートの割合は、特に限定されるものではない。
【０００７】
本発明の膨張物質には不純物が存在する。その具体例としては、ＭｇＯ、ＴｉＯ2、Ｐ2Ｏ5、Ｎａ2Ｏ、Ｋ2Ｏ、塩素等が挙げられるが、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。
【０００８】
本発明の水硬性化合物について、以下説明する。
本発明のカルシウムアルミノフェライトとは、ＣａＯ−Ａｌ2Ｏ3−Ｆｅ2Ｏ3系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、ＣａＯをC、Ａｌ2Ｏ3をＡ、Ｆｅ2Ｏ3をＦとすると、Ｃ4ＡＦやＣ6Ａ2Ｆと表せる化合物等が挙げられる。通常は、Ｃ4ＡＦとして存在していると考えられ、本発明ではカルシウムアルミノフェライトを以下、Ｃ4ＡＦとする。
本発明のカルシウムフェライトとは、ＣａＯ−Ｆｅ2Ｏ3系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、ＣａＯをＣ、Ｆｅ2Ｏ3をＦとすると、Ｃ2ＦやＣＦ等の化合物がよく知られている。本発明では、膨張特性が良好となることから、Ｃ2Ｆを使用することが好ましい。本発明では、カルシウムフェライトを以下、Ｃ2Ｆとする。
本発明のアウインとは、３ＣａＯ・３Ａｌ2Ｏ3・ＣａＳＯ4で表される化合物を示すものである。
本発明のカルシウムシリケートとは、ＣａＯ−ＳｉＯ2系化合物を総称するものであり、特に限定されるものでないが、一般的に、ＣａＯをＣ、ＳｉＯ2をＳとすると、Ｃ3ＳやＣ2Ｓ等の化合物が知られている。
【０００９】
本発明で使用するホウ酸類とは、ホウ酸、メタホウ酸、テトラホウ酸、水素化ホウ酸、過ホウ酸及びそれらの塩が挙げられ、塩としてはナトリウム塩、アンモニウム塩等が挙げられる。ホウ酸類の粒度は特に限定されるものでなく、その使用形態は、粉末、もしくは水に溶解させたものでも使用可能である。本発明では膨張特性が優れることからホウ酸を使用することが好ましい。
【００１０】
本発明のセメント混和材を製造する際、ＣａＯ原料と、ＣａＳＯ4原料と、Ａｌ2Ｏ3原料、Ｆｅ2Ｏ3原料、及びＳｉＯ2原料から選ばれる１種又は２種以上とを熱処理して、遊離石灰、水硬性化合物及び無水セッコウからなるクリンカーを合成してこれを粉砕して製造される。遊離石灰、水硬性化合物及び無水セッコウを別々に合成し、これらを混合したものでは、本発明のような効果は得られない。
ＣａＯ原料と、ＣａＳＯ4原料と、Ａｌ2Ｏ3原料、Ｆｅ2Ｏ3原料、及びＳｉＯ2原料から選ばれる１種又は２種以上とを熱処理して、遊離石灰、水硬性化合物及び無水セッコウからなるクリンカーを合成してこれを粉砕して製造されたものか否かを確認する方法としては、例えば、セメント混和材の粗粒子、具体的には１００μｍよりも大きな粒子を顕微鏡等により観察して組成分析を行い、粒子中に遊離石灰、水硬性化合物及び無水セッコウが混在していることを確認することによって容易に判別できる。
【００１１】
本発明のセメント混和材を製造する際の熱処理温度であるが、１１００〜１６００℃の範囲が好ましく、１２００〜１５００℃の範囲がより好ましい。具体的には、１１００℃未満では、得られたセメント混和材の膨張特性が十分でなく、１６００℃を超えると無水セッコウが分解する場合がある。
【００１２】
ＣａＯ原料としては、石灰石や消石灰等が挙げられ、Ａｌ2Ｏ3原料としてはボーキサイトやアルミ残灰等が、Ｆｅ2Ｏ3原料としては銅カラミや鉄粉及び市販の酸化鉄等が、ＳｉＯ2原料としては、珪石や粘土等が、さらに、ＣａＳＯ4原料としては二水セッコウ、半水セッコウ及び無水セッコウ等が挙げられる。
【００１３】
本発明のセメント混和材中のホウ酸類の配合割合は、特に限定されるものではないが、セメント混和材１００部中、０．０１〜１０部が好ましく、１〜３部がより好ましい。ホウ酸類の配合割合が、この範囲外では、本発明の効果である優れた膨張特性が得られない場合がある。具体的には、０．０１部未満では、優れた膨張持性が得られない場合があり、１０部を超えると、優れた膨張特性が得られても、硬化不良を起こす場合があり適当でない。
【００１４】
本発明のセメント混和材の使用量は、特に限定されるものではないが、セメントと、セメント混和材料からなるセメント組成物１００部中、セメント混和材３〜１１部が好ましく、４〜８部がより好ましい。本発明のセメント混和材の使用量がこの範囲外では、本発明の効果、すなわち、優れたスランプ保持性及び膨張特性の得られない場合がある。具体的には、３部未満では、優れた膨張特性の得られない場合があり、１１部を超えて使用すると、強度発現性が低下する場合がある。
【００１５】
本発明のセメント組成物とは、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及びJIS R 5213に規定される各種混合セメント、JISに規定された以上の混和材の混和率にて作製した高炉セメント、フライアッシュセメント及びシリカセメント、石灰石粉末等を混合したフィラーセメント、並びにアルミナセメント等のうちの１種又は２種以上と本発明のセメント混和材を含有してなるものである。
本発明のセメント組成物は、そのままセメント・ペーストとして使用することはもちろん、骨材と混合して、セメント・モルタルやセメント・コンクリートとしても使用可能である。
【００１６】
本発明では、セメントやセメント混和材に砂や砂利等の骨材の他、凝結促進剤、凝結遅延剤、減水剤、ＡＥ減水剤、高性能ＡＥ減水剤、ＡＥ剤、増粘剤、セメント急硬材、防錆剤、高分子エマルジョン、ベントナイトやモンモリロナイト等の粘土鉱物、無機リン酸塩等のうちの１種又は２種以上を本発明の目的を実質的に阻害しない範囲で併用することが可能である。
【００１７】
本発明のセメント混和材を製造する際に使用する混合装置としては、既存のいかなる撹拌装置も使用可能であり、例えば、傾胴ミキサ、オムニミキサ、Ｖ型ミキサ、ヘンシェルミキサ及びナウタ−ミキサ等が利用可能である。混合は、それぞれの材料を施工時に混合してもよいし、あらかじめ一部を、あるいは全部を混合しておいても差し支えない。混合順序は特に限定されるものでない。
【００１８】
【実施例】
以下、実施例により本発明を詳細に説明する。
【００１９】
実施例１
ＣａＯ原料と、ＣａＳＯ4原料と、Ａｌ2Ｏ3原料、Ｆｅ2Ｏ3原料、及びＳｉＯ2原料から選ばれる１種又は２種以上とを配合して、１４００℃で熱処理することによって、表１に示す種々の組成（各成分の合計１００部中の割合）のクリンカーを製造し、粉砕してブレーン比表面積３５００±２００ｃｍ2／ｇの膨張物質を調製した。該膨張物質とホウ酸からなるセメント混和材１００部中、ホウ酸を１．５部配合してセメント混和材を調製した。
【００２０】
セメントとセメント混和材からなるセメント組成物１００部に対してセメント混和材を６部使用し、水／セメント組成物比＝５３％、セメント組成物／砂比＝１／３のモルタルを調製して、材齢７日の長さ変化率の測定を行った。また、比較のため、遊離石灰、Ｃ4ＡＦ及び無水セッコウを別々に合成して混合したもの（膨張物質Ｕ）、市販の膨張材▲１▼及び▲２▼、並びに遊離石灰のみについても同様に試験した。結果を表１に併記する。
【００２１】
＜使用材料＞
セメント：市販普通ポルトランドセメント
ＣａＯ原料：試薬一級炭酸カルシウム
Ａｌ2Ｏ3原料：試薬一級アルミナ
Ｆｅ2Ｏ3原料：試薬一級酸化第二鉄
ＳｉＯ2原料：試薬一級酸化珪素
ＣａＳＯ4原料：試薬一級二水セッコウ
遊離石灰：ＣａＯ原料を１３５０℃で３時間焼成し合成したもの。
Ｃ4ＡＦ：ＣａＯ原料４モル、Ａｌ2Ｏ3原料１モル、Ｆｅ2Ｏ3原料１モルを混合し、１３５０℃で３時間焼成し合成したもの。
無水セッコウ：ＣａＳＯ4原料を１３５０℃で３時間焼成し合成したもの。
砂：新潟県姫川産、比重２．６２、ＦＭ値２．８６
水：水道水
ホウ酸：市販品
膨張材▲１▼：市販カルシウムサルホアルミネート系膨張材
膨張材▲２▼：市販石灰系膨張材
【００２２】
＜測定方法＞
長さ変化率：JIS A 6202 に準じて測定
【００２３】
【表１】
0004527269.tif 000002
【００２４】
表１から明らかなように、本発明のセメント混和材を使用したモルタルは、比較例と比べいずれも優れた膨張特性を示した。
【００２５】
実施例２
表１に示す膨張物質Ｄに対して、表２に示す量のホウ酸を配合したセメント混合材を使用したこと以外は、実施例１と同様に行った。結果を表２に併記する。
【００２６】
【表２】
0004527269.tif 000003
表２から明らかなように、ホウ酸を０．０１〜１０．０部配合した本発明のセメント混和材を使用したモルタルは、比較例と比べいずれも優れた膨張特性を示した。
【００２７】
実施例３
セメント混和材１００部中、表３に示すホウ酸類を１．５部配合したこと以外は、実施例１と同様に行った。結果を表３に併記する。
【００２８】
＜使用材料＞
a:ホウ酸、市販品
b:メタホウ酸、市販品
c:テトラホウ酸、市販品
d:ホウ酸アンモニウム、市販品
e:水素化ホウ酸ナトリウム、市販品
f:ホウ酸ナトリウム、市販品
g:過ホウ酸ナトリウム、市販品
【００２９】
【表３】
0004527269.tif 000004
【００３０】
表３から明らかなように、本発明のホウ酸類を配合したセメント混和材を使用することにより、モルタルはいずれも優れた膨張特性を示した。
【００３１】
実施例４
セメント混和材１００部中、ホウ酸を１．５部配合したセメント混和材をセメント組成物１００部中、表４に示す量を使用したこと以外は、実施例１と同様に行った。結果を表４に併記する。
【００３２】
【表４】
0004527269.tif 000005
【００３３】
表４から明らかなように、本発明のセメント混和材の使用量が増加すると、モルタルはより優れた膨張特性を示した。
【００３４】
【発明の効果】
本発明のセメント混和材及びセメント組成物を使用することにより、コンクリートは優れた膨張持性を示す。