(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＣａＯ原料、Ａｌ2Ｏ3原料、Ｆｅ2Ｏ3原料及びＣａＳＯ4原料を熱処理して得られる、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であって、セメント混和材１００部中、遊離石灰３０〜７０部、カルシウムアルミノフェライト５〜２２．５部、アウイン５〜２２．５部及び無水セッコウ５〜３０部である膨張物質９５〜９９．９９５部と、脂肪酸及び／又はそれらの塩類のうちの１種又は２種以上０．００５〜５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】
セメントは安価であり、大きな構造物を任意の形に造れる優れた材料である。このセメントに、さらに、セメント混和材を併用することによって、造られた構造物の強度や耐久性を向上させることが可能である。セメント混和材は数多く提案されているが、最も使用頻度が高いものとしては、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が挙げられる。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。
【０００３】
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としては、例えば、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4219473-号公報，特公昭53-16007号公報等)。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のＣａＯ-Ａｌ2Ｏ3-ＳＯ3系化合物を有効成分とするセメント混和材は、ＳＯ3含有量が高く、これを製造する際に大気中へ放出されるＳＯXが問題視されていた。また、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。即ち、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。また、従来の膨張性を付与するセメント混和材は、貯蔵によって膨張性能が大きく低下するという課題を有していた。これは、水濡れや破袋に起因する風化が大きな原因であるが、比較的貯蔵状態が良好であっても、貯蔵期間が６ヶ月程度になると膨張性能は低下してしまうのである。
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、特定の膨張物質と脂肪酸及び／又はそれらの塩類を配合することによって、膨張性能に優れ、しかも貯蔵安定性も良好なセメント混和材とすることが可能であることを知見し、本発明を完成するに至った。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
即ち、本発明は、ＣａＯ原料、Ａｌ2Ｏ3原料、Ｆｅ2Ｏ3原料及びＣａＳＯ4原料を熱処理して得られる、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であって、セメント混和材１００部中、遊離石灰３０〜７０部、カルシウムアルミノフェライト５〜２２．５部、アウイン５〜２２．５部及び無水セッコウ５〜３０部である膨張物質９５〜９９．９９５部と、脂肪酸及び／又はそれらの塩類のうちの１種又は２種以上０．００５〜５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。
【０００６】
以下、本発明を詳細に説明する。
【０００７】
本発明の膨張物質は、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、カルシウムアルミノフェライトは５〜２２．５部が好ましく、１０〜１５部がより好ましい。アウインは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５〜３０部が好ましく、１０〜２５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。
【０００８】
本発明の遊離石灰とは、通常、ｆ−ＣａＯと呼ばれるものである。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等の化合物がよく知られている。通常は、Ｃ4ＡＦとして存在していると考えて良い。本発明では、カルシウムアルミノフェライトを以下、Ｃ4ＡＦと略記する。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。
【０００９】
本発明のセメント混和材を製造する際、ＣａＯ原料、Ａｌ2Ｏ3原料、Ｆｅ2Ｏ3原料及びＣａＳＯ4原料を熱処理して、遊離石灰、Ｃ4ＡＦ、アウイン及び無水セッコウを含有してなる膨張物質を製造することが好ましい。即ち、遊離石灰、Ｃ4ＡＦ、アウイン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や、ＣａＯ原料、Ａｌ2Ｏ3原料及びＦｅ2Ｏ3原料を熱処理して、遊離石灰とＣ4ＡＦからなる物質を合成し、これにアウインと無水セッコウを混合して製造したものや、ＣａＯ原料、Ａｌ2Ｏ3原料、Ｆｅ2Ｏ3原料及びＣａＳＯ4原料を熱処理して、遊離石灰、Ｃ4ＡＦ及びアウインからなる物質を合成して、これに無水セッコウを混合して製造したもの等は、貯蔵することにより膨張性能が低下し易い。
ＣａＯ原料、Ａｌ2Ｏ3原料、Ｆｅ2Ｏ3原料及びＣａＳＯ4原料を熱処理して、遊離石灰、Ｃ4ＡＦ、アウイン及び無水セッコウからなる膨張物質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、Ｃ4ＡＦ、アウイン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。
【００１０】
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。
【００１１】
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、鉄粉、及び市販の酸化鉄等が、Ａｌ2Ｏ3原料としてはボーキサイトやアルミ残灰等が、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。これら原料中には不純物が存在する。その具体例としては、ＳｉＯ2、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０．５未満の範囲であることが好ましい。珪酸率が０．５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、膨脹物質中の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、セメント混和材中の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】
本発明の脂肪酸とは、一般に、ＲＣＯＯＨ（Ｒは飽和または不飽和の炭化水素基）で表される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、その具体例としては、例えば、ラウリン酸、ミリスチン酸、ステアリン酸、オレイン酸、ベヘニン酸、パルミチン酸等が挙げられる。また、本発明では、これら脂肪酸の塩類も使用可能であり、その具体例としては、ナトリウム塩、カリウム塩、カルシウム塩、マグネシウム塩、アルミニウム塩等が挙げられる。さらに、脂肪酸は天然油脂として入手することもでき、その具体例としては、例えば、大豆油、ヤシ油、パーム油、オリーブ油、アマニ油、綿実油、ナタネ油、キリ油、ヒマシ油、牛脂、スクワラン、ラノリン、硬化油などが挙げられる。本発明ではこれらのうちの１種又は２種以上が使用可能である（以下、脂肪酸類という）。
中でも、本発明では、ステアリン酸を使用した場合が最も好ましい。
【００１３】
セメント混和材中の膨張物質と脂肪酸類の配合割合は、特に限定されるものではないが、通常、膨張物質はセメント混和材１００部中、９５〜９９．９９５部が好ましく、９９〜９９．９５部がより好ましい。９５部未満では、強度発現性が悪くなる場合があり、９９．９９５部を超えると貯蔵安定性が悪くなる場合がある。脂肪酸類の配合割合は、０．００５〜５部が好ましく、０．０５〜１部がより好ましい。０．００５部未満では、貯蔵安定性が悪くなる場合があり、５部を超えると強度発現性が悪くなる場合がある。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
本発明のセメント組成物とは、本発明のセメント混和材と、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、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種以上とを併用したものである。
【００１７】
本発明では、本発明のセメント混和材とセメント組成物に、砂、砂利等の骨材の他、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。
【００１８】
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、予め一部を、或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、既存の如何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。
【００１９】
【実施例】
以下、本発明の実施例に基づいて説明する。
【００２０】
実施例１
ＣａＯ原料、Ａｌ2Ｏ3原料、Ｆｅ2Ｏ3原料及びＣａＳＯ4原料を配合して、電気炉中にて１３５０℃で２時間熱処理することによって、表１に示すような様々な組成の膨張物質を製造した。これら膨張物質９９．５部と、脂肪酸ａ０．５部とをポット式ボールミルを用いて混合粉砕してブレーン比表面積３５００±３００ｃｍ2／ｇのセメント混和材とした。
【００２１】
セメント混和材の貯蔵安定性を確認するために、セメント混和材を紙袋に入れてミシン縫いで閉袋して温度２０℃、相対湿度８０％の試験室内で貯蔵した。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膨張率の測定を行い、セメント混和材の貯蔵期間と長さ変化率の関係を確認することによってセメント混和材の貯蔵安定性を評価した。
【００２２】
なお、セメント混和材を粉末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】
長さ変化率の測定結果を表２に示した。比較のため、市販の膨張材についても脂肪酸類ａを配合せずに同様の実験を行った。
【００２４】
＜使用材料＞
脂肪酸類ａ：市販のステアリン酸
セメント：市販普通ポルトランドセメント
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
Ａｌ2Ｏ3原料：試薬１級酸化アルミニウム
Ｆｅ2Ｏ3原料：試薬１級酸化鉄
ＣａＳＯ4原料：試薬１級無水セッコウ
膨張材▲１▼：市販のカルシウムアルミネート系膨張材
膨張材▲２▼：市販の石灰系膨張材
【００２５】
＜測定方法＞
化学分析：JIS R 5202に準じて測定。
化合物組成：先ず、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。即ち、Ｆｅ2Ｏ3量からＣ4ＡＦ量を算出し、次に、Ａｌ2Ｏ3量からアウインを算出し、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。
【００２６】
【表１】
0004571274.tif 000002
【００２７】
【表２】
0004571274.tif 000003
【００２８】
表１、表２より、本発明のセメント混和材は、優れた膨張性能を示すと共に、貯蔵期間が長くても膨張性能の低下が極めて少ないことが判る。
【００２９】
実施例２
実施例１の膨張物質Ｄを使用し、脂肪酸類の種類とセメント混和材中の配合割合を表３に示すように変えたこと以外は、実施例１と同様に行った。結果を表３に併記する。
【００３０】
＜使用材料＞
脂肪酸類ｂ：市販オレイン酸
脂肪酸類ｃ：市販ラウリン酸
脂肪酸類ｄ：市販ヤシ油
脂肪酸類ｅ：市販パーム油
脂肪酸類ｆ：市販牛脂
脂肪酸類ｇ：市販ステアリン酸ナトリウム
脂肪酸類ｈ：市販オレイン酸ナトリウム
脂肪酸類ｉ：脂肪酸類ａと脂肪酸類ｄの等量混合物
脂肪酸類ｊ：脂肪酸類ａと脂肪酸類ｄと脂肪酸類ｈの等量混合物
【００３１】
【表３】
0004571274.tif 000004
【００３２】
表３より、本発明のセメント混和材のように脂肪酸類を配合したものは、貯蔵期間が長くても膨張性能の低下が極めて少ないことが判る。
【００３３】
実施例３
実施例１の表１の膨張物質Ｄを９９．５部と脂肪酸類ａ０．５部からなるセメント混和材を使用し、セメント組成物１００部中の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１と同様に行った。結果を表４に併記する。
【００３４】
【表４】
0004571274.tif 000005
【００３５】
表４より、本発明のセメント混和材の使用量が増加するに従い、膨張性能が向上し、貯蔵期間が長くても膨張性能の低下が極めて少ないことが判る。
【００３６】
【発明の効果】
本発明のセメント混和材は、膨張性能に優れるばかりでなく、貯蔵安定性が良好であり、長期に亘って高い品質を保つことができる。