(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＣａＯ原料、Ｆｅ2Ｏ3原料、ＳｉＯ2原料及びＣａＳＯ4原料を熱処理して得られる焼成物であり、セメント混和材１００部中、遊離石灰３０〜７０部、カルシウムフェライト５〜２２．５部、カルシウムシリケート５〜２２．５部及び無水セッコウ１０〜４０部を含有してなる珪酸率が１．０未満である膨張物質８５〜９９．５部と、冷水可溶分５〜７０％未満のデキストリン０．５〜１５部とを含有してなるセメント混和材。
【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り、セメントとセメント混和材の合計１００部に対してセメント混和材が３〜１２部であるセメント組成物。
【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及びセメント組成物に関する。
【０００２】
【従来の技術】
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り、セメントほど安価に大きな構造物を作れる材料はない。しかしながら、セメントを使用した硬化体にはひび割れが発生するという課題を有している。このひび割れには、主として次の２つの原因がある。１つは、乾燥収縮が原因で起こるものであり、その乾燥収縮を補償する目的でコンクリート構造物に膨張性を付与するセメント混和材を使用することが提案されている。ここで、コンクリートとは、セメント、モルタル及びコンクリートを総称するものである。膨張性を付与するセメント混和材としては、CaO-Al2O3-SO3系化合物を有効成分とするものが知られている(特公昭42-21840号公報、特公昭42-19473号公報、特公昭53-16007号公報等)。また、ひび割れの原因の２つ目として、水和熱によるひび割れがある。水和熱によるひび割れは、コンクリートの内部と表面付近との温度差によって、コンクリートが不均一に熱膨張し、表面付近に発生する引っ張り応力が、コンクリートの引張り強度を上回るときに発生することにより起こるため、水和熱量を低減する必要がある。
【０００３】
また、膨張材は、生コンプラントにおいて、開袋投入されてコンクリートへ混和されており、場合によっては、膨張材が充分に混練されないままに出荷されてしまうことがある。このような場合には、膨張材がコンクリート中へ均一に分散せずに塊状になっていることが多く、硬化後のコンクリートにおいて、この塊状の膨張材が局所的に異常膨張を起こし、硬化体表面が巨視的に膨れ上がったり、剥離、落下したりする、いわゆるポップアウト現象を引き起こす場合がある。ポップアウト現象を防止する方法としては、膨張材に予め不活性な無機粉末などを混和しておき、セメント混和材が充分に混練されなくても、膨張成分同志が凝集して塊にならず、ある程度の分散が期待できるようにしておく方法が考えられるが、この方法では不活性な無機粉末を混和することにより、膨張成分が希釈され、要求性能を付与するためのセメント混和材の混和量が増加してしまうという問題が生じる。
最近では、膨張性を付与するセメント混和材に要求される性能は益々高まってきている。すなわち、混和率が少なくても優れた膨張性能を付与できるセメント混和材の開発が待たれているのが実状である。したがって、ポップアウト現象を防止することを理由に、セメント混和材の混和量が増加してしまう方法は有益ではない。膨張材混和量を増加させずにポップアウト現象を防止できる方法を見出す必要がある。
そこで、本発明者らは、このような状況を鑑み、前記課題を解消すべく種々検討した結果、特定の膨張物質と、冷水可溶分５〜７０％未満のデキストリンとを配合することによって前記課題を解消できるセメント混和材が得られるという知見を得て、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、本発明は、ＣａＯ原料、Ｆｅ2Ｏ3原料、ＳｉＯ2原料及びＣａＳＯ4原料を熱処理して得られる焼成物であり、セメント混和材１００部中、遊離石灰３０〜７０部、カルシウムフェライト５〜２２．５部、カルシウムシリケート５〜２２．５部及び無水セッコウ１０〜４０部を含有してなる珪酸率が１．０未満である膨張物質８５〜９９．５部と、冷水可溶分５〜７０％未満のデキストリン０．５〜１５部とを含有してな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り、セメントとセメント混和材の合計１００部に対してセメント混和材が３〜１２部であるセメント組成物である。
【０００５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を詳細に説明する。
【０００６】
本発明の膨張物質は、遊離石灰、カルシウムフェライト、カルシウムシリケート及び無水セッコウを含有してなるものであり、その割合について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、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、カルシウムフェライトは５〜２２．５部が好ましく、１０〜１５部がより好ましい。カルシウムシリケートは５〜２２．５部が好ましく、１０〜１５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。セメント混和材中の各化合物の組成割合が前記の範囲にないと、優れた膨張特性が得られない場合がある。
なお、本発明で使用する部、％は質量単位を表す。
【０００７】
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、膨張性能が良好となることから、Ｃ2Ｆを使用することが好ましい。また、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はないが、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。
【０００８】
本発明のセメント混和材を製造する際、ＣａＯ原料、Ｆｅ2Ｏ3原料、ＳｉＯ2原料及びＣａＳＯ4原料を熱処理して、遊離石灰、カルシウムフェライト、カルシウムシリケート及び無水セッコウからなる焼成物を合成してこれを粉砕して製造される。遊離石灰、カルシウムフェライト、カルシウムシリケート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、貯蔵する事によって、膨張性能が大きく低下する。ＣａＯ原料、Ｆｅ2Ｏ3原料、ＳｉＯ2原料及びＣａＳＯ4原料を熱処理して、遊離石灰、カルシウムフェライト、カルシウムシリケート及び無水セッコウからなる焼成物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（ＳＥＭ−ＥＤＳ）等により観察して組成分析を行い、粒子中に遊離石灰、カルシウムフェライト、カルシウムシリケート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。
【０００９】
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。１１００℃未満では、得られたセメント混和材の膨張性能が十分でなく、１６００℃を超えると無水セッコウが分解する場合がある。
【００１０】
ＣａＯ原料としては、石灰石や消石灰等が挙げられ、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、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。
【００１１】
また、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等が挙げられ、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が、これらのうちで、特に、ＳｉＯ2は珪酸率で１．０未満の範囲であることが好ましい。珪酸率が１．０以上では優れた膨張性能が得られない場合がある。本発明でいう珪酸率とは、膨張物質中のＳｉＯ2量、Ａｌ2Ｏ3量及びＦｅ2Ｏ3量より次式から算出される。
珪酸率＝ＳｉＯ2／（Ａｌ2Ｏ3＋Ｆｅ2Ｏ3）
また、膨張物質中のＳｉＯ2量は、５．０％以下が好ましく、３．０％以下がより好ましい。５．０％を超えると優れた膨張性能が得られない場合がある。
【００１２】
本発明の膨張物質の粒度は、特に限定されるものではないが、通常、ブレーン比表面積で１５００〜６０００ｃｍ2／ｇが好ましく、２５００〜４０００ｃｍ2／ｇがより好ましい。１５００ｃｍ2／ｇ未満では、強度発現性が悪くなる場合があり、６０００ｃｍ2／ｇを超えると優れた膨張性能が得られない場合がある。
【００１３】
本発明で使用するデキストリンは、一般に化工澱粉とも呼ばれ、通常、澱粉を加水分解して得られる。なかでも、希酸を加え、分解して得られる酸焙焼デキストリンが最も一般的であり、酸浸漬法で得られるもの、澱粉の酵素分解で得られるマルトデキストリン、無焙焼で得られるブリティッシュガム、あるいは澱粉に水を加えたものを加熱したり、アルカリや濃厚な塩類の溶液を加えてアルファー化したものを急速に脱水乾燥して得られるアルファー化澱粉等のうちの１種又は２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。
【００１４】
特に、２０℃における冷水可溶分が５〜７０％未満の範囲のものであることが好ましく、冷水可溶分が１０〜５０％の範囲にあるものを使用することがより好ましい。冷水可溶分が５％未満や７０％以上では充分な水和熱抑制やポップアウト防止の効果が得られない場合がある。ここで、デキストリンの冷水可溶分とは、デキストリンが温度２１℃の蒸留水に溶解した量を意味するものであって、具体的には、デキストリン１０ｇを２００ｍｌのフラスコに入れ、温度２１℃の蒸留水１５０ｍｌを加え、温度２１±１℃に１時間保持した後に濾別し、その濾液を蒸発乾涸して得られたデキストリンを供試デキストリンに対する割合で示したものを冷水可溶分とするものである。
【００１５】
本発明のセメント混和材中の膨張物質と、デキストリン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、膨張物質は８５〜９９．５部が好ましく、９０〜９７部がより好ましい。膨張物質が８５部未満では、十分な膨張性能が得られない場合があり、９９．５部を超えると、十分なポップアウト現象の抑制効果や、水和熱の抑制効果が得られない場合がある。また、デキストリンは０．５〜１５部が好ましく、３〜１０部がより好ましい。０．５部未満では、十分なポップアウト防止の効果や、水和熱の抑制効果が得られない場合があり、１５部を超えると硬化不良を起こす場合がある。
【００１６】
本発明のセメント混和材の粒度は、特に限定されるものではないが、通常、ブレーン比表面積で２５００〜６０００ｃｍ2／ｇが好ましく、３０００〜５０００ｃｍ2／ｇがより好ましい。２５００ｃｍ2／ｇ未満では、十分なポップアウトの抑制効果が得られない場合があり、６０００ｃｍ2／ｇを超えると優れた膨張性能が得られない場合がある。
【００１７】
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、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部に対して、３〜１２部が好ましく、５〜９部がより好ましい。３部未満では本発明の効果が十分に得られない場合があり、１２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。
【００１８】
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、あるいは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混合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種以上と本願発明のセメント混和材とを併用したものである。
【００１９】
本発明では、本発明のセメント混和材やセメント組成物に、砂、砂利等の骨材の他に、減水剤、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、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等の粘土鉱物、ハイドロタルサイト等のイオン交換体等のうちの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使用することが可能である。
【００２０】
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ーミキサ等の使用が可能である。
【００２１】
【実施例】
以下、本発明の実施例に基づいて説明する。
【００２２】
実施例１
ＣａＯ原料、Ｆｅ2Ｏ3原料、ＳｉＯ2原料及びＣａＳＯ4原料を配合し、混合粉砕した後、１３５０℃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、ブレーン比表面積３５００±２００ｃｍ2／ｇに粉砕した。これら膨張物質９５部と、デキストリン▲５▼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部に対してセメント混和材を７部使用し、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の測定、及びポップアウト試験を行った。その結果を表２に示す。比較例として、市販の膨張材２種類と、遊離石灰、カルシウムフェライト、カルシウムシリケート及び無水セッコウを別々に合成したものを混合した膨張物質について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、Ｃ2Ｆ、Ｃ3Ｓ及び無水セッコウを主要な構成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より、計算によって算出した。
【００２３】
＜使用材料＞
セメント：市販普通ポルトランドセメント
デキストリン▲５▼：市販品、冷水可溶分３０％
水：水道水
砂：ISO679準拠、標準砂
ＣａＯ原料：試薬１級炭酸カルシウム
Ｆｅ2Ｏ3原料：試薬１級酸化第二鉄
ＳｉＯ2原料：試薬１級二酸化珪素
ＣａＳＯ4原料：試薬１級無水セッコウ
遊離石灰：ＣａＯ原料を１３５０℃で３時間焼成し合成したもの。
Ｃ2Ｆ：ＣａＯ原料２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。
Ｃ3Ｓ：ＣａＯ原料３モル、ＳｉＯ2原料１モルを混合し、１６００℃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。
膨張物質a：市販のカルシウムサルホアルミネート系膨張材
膨張物質b：市販の石灰系膨張材
【００２４】
＜測定方法＞
化学分析：JIS R 5202に準じて測定。
化合物組成：まず、遊離石灰含有量をJIS R 5202に準じて測定し、それ以外の化合物については計算によって求めた。すなわち、Ｆｅ2Ｏ3量からＣ2Ｆ量を算出し、ＳｉＯ2量からＣ3Ｓ量を算出し、次いで、ＳＯ3量から無水セッコウ量を算出した。
長さ変化率：JIS A 6202に準じて測定。
ポップアウト試験：セメント混和材以外の材料で予めモルタルを調製しておき、傾胴ミキサにこのモルタルを入れ、１２回転／分の速さでミキサをアジテートしながらセメント混和材を後添加し、１０分間後に排出して、縦５０ｃｍ、横３０ｃｍ、高さ６ｃｍの型枠内へ打設しポップアウト現象を観察した。
モルタル中心部の温度：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した。
【００２５】
【表１】
0004574817.tif 000002
【００２６】
【表２】
0004574817.tif 000003
【００２７】
表１、表２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、ポップアウト現象を防止すると共に、優れた膨張性能と水和熱抑制効果を示していることが判る。
【００２８】
実施例２
実施例１で使用した膨張物質Ｄを使用し、表３に示すようにデキストリンの種類と量を変えてセメント混和材としたこと以外は、実施例１と同様に行った。また、市販の膨張材にデキストリンを配合しないものについて、同様の実験を行った。結果を表３に併記する。
【００２９】
＜使用材料＞
デキストリン▲１▼：市販品、冷水可溶分３％
デキストリン▲２▼：市販品、冷水可溶分４％
デキストリン▲３▼：市販品、冷水可溶分５％
デキストリン▲４▼：市販品、冷水可溶分１０％
デキストリン▲５▼：市販品、冷水可溶分３０％
デキストリン▲６▼：市販品、冷水可溶分５０％
デキストリン▲７▼：市販品、冷水可溶分６９％
デキストリン▲８▼：市販品、冷水可溶分７０％
【００３０】
【表３】
0004574817.tif 000004
【００３１】
表３より、本発明の冷水可溶分５〜７０％未満のデキストリン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、ポップアウト現象を防止すると共に、優れた膨張性能と水和熱抑制効果を示していることが判る。
【００３２】
実施例３
実施例２で使用した膨張物質Ｄ９５部とデキストリン▲５▼５部からなるセメント混和材を使用し、セメント組成物１００部に対するセメント混和材の使用量を表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。
【００３３】
【表４】
0004574817.tif 000005
【００３４】
表４より、本発明のセメント混和材を配合したモルタルは、その配合量の増大と共に、ポップアウト現象を防止すると共に、その配合量の増大するに伴い、優れた膨張性能と水和熱抑制効果を示していることが判る。
【００３５】
【発明の効果】
本発明のセメント混和材を使用することによって、コンクリートのポップアウト現象を防止すると共に、優れた膨張性能と水和熱抑制効果を示すことが可能となる。