(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
水硬性物質、ブレーン比表面積値が4,000〜8,000cm2/gでガラス化率が30％以下で非硫酸態イオウ量が0.7％以上の高炉徐冷スラグ粉末、遊離石灰含有量が40％を超える遊離石灰−アウイン−C４AF−無水セッコウ系である膨張物質、流動化剤、及びガス発泡物質を含有してなるセメント組成物において、水硬性物質と高炉徐冷スラグからなる粉体100部中、水硬性物質50〜95部で、高炉徐冷スラグ粉末5〜50部であり、水硬性材料、高炉徐冷スラグ、及び膨張物質からなる粉体100部中、膨張物質１〜10部である自己充填用のセメント組成物。
【請求項２】
水硬性物質が早強セメントを含有することを特徴とする請求項１に記載の自己充填用のセメント組成物。
【請求項３】
骨材と、請求項１又は２に記載の自己充填用のセメント組成物とを含有してなるモルタル。
【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自己充填用のセメント組成物及びモルタルに関する。
なお、本発明で言うモルタルとはセメントペーストをも含有するものである。
【０００２】
【従来の技術とその課題】
最近では、自己充填材料に要求される性能は益々高まってきている。
自己充填材料の要求物性としては、▲１▼沈下がないこと、▲２▼流動性が良好でその保持性が優れること、及び▲３▼ブリージングがないことなどが挙げられ、これら全ての要求性能を満足することが求められ、これまでに、自己充填用のモルタルは数多く提案されている(特開平03-199285号公報、特開平07-237950号公報等)。
しかしながら、流動性の保持性能に関しては、未だ充分とは言えず、さらなる改良が望まれている。
【０００３】
一方、自己充填材料は、単位粉体量が多いのが特徴である。
自己充填材料中の粉体は、通常、セメントや潜在水硬性物質等の水硬性物質で構成されている。したがって、強度発現性には優れるが、その反面、過剰強度となる場合が多く、さらに、過剰な水和熱や自己収縮も大きいという課題を有するものであった。
【０００４】
また、六価クロム、カドミウム、及び鉛等の有害重金属の溶出に関しても、材料による抜本的な対策が強く求められている。
硬化したセメント硬化体からは環境基準を上回るような有害重金属の溶出はほとんど認められないが、まだ固まらない状態のセメントペーストやモルタルからは環境基準を上回る有害重金属の溶出が認められる場合もある。
しかしながら、セメント系材料からの有害重金属溶出に対する材料面からの効果的な対策は皆無に等しいのが実状である。
【０００５】
本発明者は、これらの課題を解決すべく種々の検討を重ねた結果、特定の自己充填用のセメント組成物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。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
即ち、本発明は、水硬性物質、ブレーン比表面積値が4,000〜8,000cm2/gでガラス化率が30％以下で非硫酸態イオウ量が0.7％以上の高炉徐冷スラグ粉末、遊離石灰含有量が40％を超える遊離石灰−アウイン−C４AF−無水セッコウ系である膨張物質、流動化剤、及びガス発泡物質を含有してなるセメント組成物において、水硬性物質と高炉徐冷スラグからなる粉体100部中、水硬性物質50〜95部で、高炉徐冷スラグ粉末5〜50部であり、水硬性材料、高炉徐冷スラグ、及び膨張物質からなる粉体100部中、膨張物質１〜10部である自己充填用のセメント組成物であり、さらに、水硬性物質が早強セメントを含有する該セメント組成物であり、骨材と該セメント組成物とを含有してなるモルタルである。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を更に詳細に説明する。
【０００８】
本発明の水硬性物質とは、水と水和反応して硬化する性質を有する物質を総称するものであり、特に限定されるものではなく、ポルトランドセメントや潜在水硬性物質等が挙げられる。
その具体例としては、例えば、普通、早強、超早強、低熱、及び中庸熱等各種ポルトランドセメント、これらポルトランドセメントに、高炉スラグ、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、並びに、石灰石粉末等を混合したフィラーセメントなどが挙げられる。
なお、ここで言うシリカとは、シリカフュームやシリカダストなどが挙げられる。
水硬性物質のブレーン比表面積(以下、ブレーン値という)は特に限定されるものではないが、通常、3,000〜8,000cm2/gが好ましく、3,500〜7,000cm2/gがより好ましい。3,000cm2/g未満では材料分離抵抗性が充分でない場合があり、8,000cm2/gを超えると自己収縮が大きくなる場合がある。
【０００９】
本発明で使用する高炉徐冷スラグ粉末(以下、徐冷スラグ粉という)は徐冷されて結晶化した高炉スラグの粉末である。
徐冷スラグ粉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などを主要な化学成分とし、その他の成分として、TiO2、MnO、Na2O、S、P2O5、及びFe2O3などの微量成分が挙げられる。
また、化合物としては、ゲーレナイト2CaO・Al2O3・SiO2とアケルマナイト2CaO・MgO・2SiO2の混晶である、いわゆるメリライトを主成分とし、その他、ダイカルシウムシリケート2CaO・SiO2、ランキナイト3CaO・2SiO2、及びワラストナイトCaO・SiO2などのカルシウムシリケート、メルビナイト3CaO・MgO・2SiO2やモンチセライトCaO・MgO・SiO2などのカルシウムマグネシウムシリケート、アノーサイトCaO・Al2O3・2SiO2、リューサイト(K2O、Na2O)・Al2O3・SiO2、スピネルMgO・Al2O3、マグネタイトFe3O4、並びに、硫化カルシウムCaSや硫化鉄FeSなどの硫化物等を含む場合がある。
【００１０】
徐冷スラグ粉の粉末度は特に規定されるものではないが、ブレーン比表面積(以下、ブレーン値という)で、4,000cm2/g以上が好ましく、5,000cm2/g以上がより好ましく、6,000cm2/g以上が最も好ましい。4,000cm2/g未満では、本発明の効果、即ち、材料分離抵抗性が充分でなく、ブリーディングが発生する場合がある。
【００１１】
徐冷スラグ粉のガラス化率は、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、本発明の効果、即ち、流動性の保持性能や六価クロム還元性能が充分に得られない場合がある。
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粉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の混晶)のメインピークの面積であり、Ｓ0は徐冷スラグ粉を1,000℃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。
【００１２】
本発明では、徐冷スラグ粉のうち、例えば、硫化物、多硫化物、イオウ、チオ硫酸、及び亜硫酸等のように非硫酸態イオウとして存在するイオウ(以下、単に非硫酸態イオウという)を0.5％以上含むものを用いることが、本発明の効果が顕著であることから好ましい。非硫酸態イオウが0.5％未満では、本発明の効果、即ち、流動性の保持性能や六価クロム還元性能が充分に得られない場合がある。非硫酸態イオウは0.5％以上が好ましく、0.7％以上がより好ましく、0.9％以上が最も好ましい。
非硫酸態イオウ量は、全イオウ量、単体イオウ量、硫化物態イオウ量、チオ硫酸態イオウ量、及び硫酸態イオウ量(三酸化イオウ)を、山口と小野の方法により定量することによって、また、硫酸態イオウ量(三酸化イオウ)と硫化物態イオウ量については、JIS R 5202に定められた方法により定量することによっても求められる(「高炉スラグ中硫黄の状態分析」、山口直治、小野昭紘、製鉄研究、第301号、pp.37-40、1980参照)。
【００１３】
本発明では、水硬性物質と徐冷スラグ粉の配合割合は特に限定されるものではないが、水硬性物質と徐冷スラグ粉からなる粉体100部中、水硬性物質50〜95部で、徐冷スラグ粉５〜50部が好ましく、水硬性物質60〜80部で、徐冷スラグ粉20〜40部がより好ましい。水硬性物質が50部未満で、徐冷スラグ粉が50部を超えると、強度発現性が極度に悪くなる場合があり、水硬性物質が95部を超えたり、徐冷スラグ粉が５部未満では、流動性の保持性能や有害重金属の低減効果が不充分であったり、水和発熱量や自己収縮が大きくなる場合がある。
【００１４】
本発明で使用する流動化剤とは、例えば、ポリアルキルアリルスルホン酸塩の縮合物、ナフタレンスルホン酸塩の縮合物、ポリカルボン酸塩等が挙げられる。
具体的には、ポリアルキルアリルスルホン酸塩の縮合物としては、第一工業製薬社製商品名「セルフロー110P」や出光石油化学社製商品名「IPC」などが、また、ナフタレンスルホン酸塩の縮合物としては、花王社製商品名「マイティ100」や三洋化成工業社製商品名「三洋レベロンP」などが、そして、ポリカルボン酸塩としては、三菱化成社製商品名「クインフロー750」や花王社製商品名「CAD9000P」などが挙げられる。
これらの流動化剤は全て粉末状で使用することができ、本発明ではこれらのうちの一種又は二種以上が使用可能である。
流動化剤の使用量は、水硬性材料と徐冷スラグ粉からなる粉体100部に対して、0.5〜３部が好ましく、１〜２部がより好ましい。0.5部未満では流動化が充分でなく、自己充填性が不充分となる場合があり、３部を超えて使用すると、材料分離を生じる場合がある。
【００１５】
本発明では、水硬性物質、徐冷スラグ粉、及び流動化剤のほかに、ガス発泡物質を併用する。
ガス発泡物質とは特に限定されるものではないが、水と混練した際に気体を発生する物質を総称するものであり、この作用により自己充填材の沈下現象を防止し、構造物との一体化を図る目的で使用される。
その具体例としては、例えば、アルミ粉や鉄粉、過酸化物質、炭素物質等が挙げられ、これらのうちで、アルミ粉を使用することが経済性の面から好ましい。
アルミ粉の使用量は特に限定されるものではないが、通常、自己充填用のセメント組成物100部に対して、0.00001〜0.1部が好ましい。また、鉄粉の使用量は、0.1〜5部程度が好ましく、過酸化物質の使用量は、0.0001〜1部程度が好ましく、炭素物質の使用量は、１〜20部程度が好ましい。
【００１６】
本発明では、水硬性物質、徐冷スラグ粉、流動化剤、及びガス発泡物質のほかに、自己収縮や乾燥収縮の補償に有効である膨張物質を併用することが好ましい。
膨張物質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り、その具体例としては、遊離石灰や遊離マグネシアを含むものが挙げられるが、長期安定性の面から、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、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、及びカルシウムアルミネートなどの一種又は二種以上が挙げられる。このような膨張物質としては、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、電気化学工業社製商品名「デンカＣＳＡ」や同商品名「デンカパワーＣＳＡ」、アサノ社製商品名「アサノジプカル」、住友大阪セメント社製商品名「サクス」、並びに、太平洋マテリアル社製商品名「エクスパン」、同商品名「Ｎ-ＥＸ」、及び同商品名「ブライスター」などが挙げられる。
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、ブレーン値で2,500〜6,000cm2/gが好ましく、3,000〜5,000cm2/gがより好ましい。膨張物質の粒度が2,500cm2/g未満では長期耐久性が悪くなる場合があり、6,000cm2/gを超えると充分な収縮補償効果が得られない場合がある。
膨張物質の使用量は特に限定されるものではないが、水硬性材料、徐冷スラグ粉、及び膨張物質からなる粉体100部中、１〜10部程度の範囲で使用でき、３〜７部がより好ましい。１部未満では寸法安定性の付与効果が充分でなく、10部を超えて使用すると過膨張となる場合がある。
【００１７】
本発明では、材料分離を抑止する面から増粘剤を併用することが好ましい。
【００１８】
本発明では、水硬性物質、徐冷スラグ粉、流動化剤、ガス発泡物質、膨張物質、及び増粘剤のほかに、デキストリンなどの水和熱抑制剤、消泡剤、防錆剤、防凍剤、収縮低減剤、ポリマー、凝結調整剤、セメント急硬材、ベントナイトなどの粘土鉱物、並びに、ハイドロタルサイトなど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。
【００１９】
本発明では、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、及びナウタミキサなどが挙げられる。
【００２０】
一般的には、上述の自己充填用のセメント組成物と細骨材からなるモルタルとして使用することが多い。
【００２１】
本発明では、細骨材の種類は特に限定されるものではないが、通常、ケイ石系、石灰石系、及びJIS A 5011に規定される高炉スラグ細骨材が使用可能である。
本発明の自己充填用のセメント組成物と細骨材の割合は特に限定されるものではないが、通常、自己充填用のセメント組成物100部に対して、細骨材50〜300部が好ましく、100〜200部がより好ましい。細骨材が50部未満では寸法変化が大きくなる場合があり、300部を超えると流動性が悪くなる場合がある。
【００２２】
【実施例】
以下、実験例により本発明を詳細に説明する。
【００２３】
実験例１
水硬性物質と徐冷スラグ粉からなる粉体100部中、表１に示す水硬性物質と徐冷スラグ粉(スラグ)とを使用し、粉体100部に対して、流動化剤1.2部とガス発泡物質0.0015部を配合してセメント組成物とし、水／セメント組成物比＝32％、セメント組成物／細骨材比＝１／１のモルタルを調製し、初期膨張、Ｊロート流下値、寸法変化率、断熱温度上昇量、及び六価クロム溶出量を測定した。結果を表１に併記する。
なお、比較のために、徐冷スラグ粉の代わりに高炉水砕スラグ粉末や石灰石粉末を用いた場合の結果も併記した。
【００２４】
＜使用材料＞
水硬性物質：電気化学工業社製早強ポルトランドセメント、比重3.14、ブレーン値4,500cm2/g
スラグＡ  ：徐冷スラグ粉の粉砕品、比重3.00、ブレーン値6,000cm2/g、ガラス化率５％、非硫酸態イオウ量0.9％
スラグＢ  ：スラグＡをエイジングさせ非硫酸態イオウ量を0.7％にしたもの、比重3.00、ブレーン値6,000cm2/g、ガラス化率５％
スラグＣ  ：スラグＡをエイジングさせ非硫酸態イオウ量を0.5％にしたもの、比重3.00、ブレーン値6,000cm2/g、ガラス化率５％
スラグＤ  ：高炉水砕スラグの粉砕品、比重2.90、ブレーン値6,000cm2/g、ガラス化率97％、非硫酸態イオウ量0.6％
石灰石粉末：青海鉱山産石灰石の粉砕品、比重2.71、ブレーン値6,000cm2/g
流動化剤  ：主成分ポリアルキルアリルスルホン酸塩の縮合物
ガス発泡物質：アルミ粉、市販品
細骨材    ：新潟県青海鉱山産石灰石を粉砕した石灰砂、比重2.71
【００２５】
＜測定方法＞
初期膨張  ：土木学会「膨張コンクリートの設計施工指針（案）」、付録２．「膨張材を用いた充填モルタルの施工要領（案）」を示す付属書「膨張材を用いた充填モルタルの膨張率測定方法」に従い測定した初期膨張率、＋は膨張側、−は収縮側
Ｊロート流下値：コンシステンシーの経時変化測定、土木学会標準示方書(JSCE-F541)のＪロート(Ｊ14ロート)によるコンシステンシーの測定に準じて測定寸法変化率：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：東京理工社製の空気循環式の断熱温度上昇測定装置を用いて測定。ただし、モルタルの練り上がり温度は20±2℃
六価クロム溶出量：環境庁告示第４６号法に従って、硬化後の供試体からの溶出量とともに、まだ固まらないモルタルからの溶出量も測定。ただし、まだ固まらないモルタルからの溶出量は、モルタル50ｇを純水500ccに入れて攪拌し、固液分離後に液相中の六価クロム濃度を測定
【００２６】
【表１】
0004497777.tif 000002
【００２７】
実験例２
水硬性物質と徐冷スラグ粉からなる粉体100部中、水硬性物質70部、表２に示すブレーン値のスラグＡ30部を配合したこと以外は実験例１と同様に行った。結果を表２に併記する。
【００２８】
【表２】
0004497777.tif 000003
【００２９】
実験例３
水硬性物質70部と徐冷スラグ粉30部からなる粉体100部に対して、表３に示す膨張物質を配合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。  ただし、膨張物質は水硬性物質に置換して配合した。
【００３０】
＜使用材料＞
膨張物質イ：遊離石灰−水硬性化合物−無水セッコウ系、遊離石灰49％、アウイン含有量10％、C4AF含有量10％、無水セッコウ含有量30％、比重3.20、ブレーン値2,900cm2/g
膨張物質ロ：遊離石灰−水硬性化合物−無水セッコウ系、遊離石灰19％、アウイン含有量30％、無水セッコウ含有量40％、比重2.90、ブレーン値2,800cm2/g
膨張物質ハ：遊離石灰−水硬性化合物−無水セッコウ系、遊離石灰33％、エーライト含有量25％、無水セッコウ含有量27％、比重3.00、ブレーン値3,800cm2/g
【００３１】
【表３】
0004497777.tif 000004
【００３２】
【発明の効果】
本発明の自己充填用のセメント組成物を使用することにより、優れた寸法安定性、流動性の保持性能を有し、水和発熱量や自己収縮も小さく、さらに有害重金属の溶出量も著しく低減されたセメント組成物が得られるなどの効果を奏する。