(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物質であって、珪酸率０．５未満で、膨張材１００部中、遊離石灰３０〜６０部、カルシウムアルミノフェライト１０〜４０部及び無水セッコウ１０〜４０部を含有する膨張材の単位量が１５〜１００ｋｇ／ｍ３であることを特徴とするセメント組成物。
【請求項２】
硬化体が初期材齢に拘束膨張試験方法で２５０×１０−６を超える膨張量を有することを特徴とする請求項１に記載のセメント組成物。
【請求項３】
セメント組成物に使用するセメントが低熱ポルトランドセメントである請求項１又は２に記載のセメント組成物。
【請求項４】
ＣａＯ原料、Ａｌ２Ｏ３原料、Ｆｅ２Ｏ３原料及びＣａＳＯ4原料を熱処理して得られる物質であって、珪酸率０．５未満で、膨張材１００部中、遊離石灰３０〜６０部、カルシウムアルミノフェライト１０〜４０部及び無水セッコウ１０〜４０部を含有する膨張材の単位量が１５〜１００ｋｇ／ｍ３であるセメント組成物を使用することを特徴とする、初期材齢の膨張量が拘束膨張試験方法で２５０×１０−６を超える硬化体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、初期養生時に大きな膨張量が得られ、長期間安定した膨張量が得られるセメント組成物に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、膨張材の使用量をコンクリート１ｍ3当たり３５〜８０Ｋｇと多くして、ヒューム管、鋼管ライニング、矢板及びボックスカルバート等のコンクリート二次製品にケミカルプレストレスを導入する方法や、膨張材の使用量をコンクリート１ｍ3当たり３０Ｋｇ程度と少なくして、壁、屋根スラブ及び床材等の一般建築物や、水槽やプール等の水理構造物、舗装、床版及びボックスカルバート等の一般構造物の拘束膨張量を１５０〜２５０×１０-6にして、乾燥収縮防止や硬化収縮の補償等をする方法が知られている。また最近では、一般構造物に拘束膨張量２５０×１０-6を超える膨張量でケミカルプレストレスを積極的に導入する方法が試みられている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、これらの方法では、初期養生時に安定した大きな膨張量が得られず、蒸気養生終了後や所定の型枠設置期間後も長期に亘り膨張が継続し、鉄筋拘束が弱い部分や、鉄筋の降伏点以上の膨張量で膨張する部分で、ひび割れや強度低下を生じる場合があり、高強度と高膨張の両方の性能を安定的に得るには、セメントを低熱セメントを選択する必要があった。
【０００４】
本発明者は、種々検討した結果、特定の膨張材を特定の配合で使用することによって、前記課題を解消できる知見を得て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物質であって、珪酸率０．５未満で、膨張材１００部中、遊離石灰３０〜６０部、カルシウムアルミノフェライト１０〜４０部及び無水セッコウ１０〜４０部を含有する膨張材の単位量が１５〜１００ｋｇ／ｍ３であることを特徴とするセメント組成物であり、硬化体が初期材齢に拘束膨張試験方法で２５０×１０−６を超える膨張量を有することを特徴とする該セメント組成物であり、セメント組成物に使用するセメントが低熱ポルトランドセメントである該セメント組成物であり、ＣａＯ原料、Ａｌ２Ｏ３原料、Ｆｅ２Ｏ３原料及びＣａＳＯ4原料を熱処理して得られる物質であって、珪酸率０．５未満で、膨張材１００部中、遊離石灰３０〜６０部、カルシウムアルミノフェライト１０〜４０部及び無水セッコウ１０〜４０部を含有する膨張材の単位量が１５〜１００ｋｇ／ｍ３であるセメント組成物を使用することを特徴とする、初期材齢の膨張量が拘束膨張試験方法で２５０×１０−６を超える硬化体の製造方法である。
ここで、セメント組成物とは、セメント、モルタル、コンクリートを総称するものである。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を詳細に説明する。
【０００７】
本発明の膨張材とは、ＣａＯ原料、Ａｌ2Ｏ3原料、Ｆｅ2Ｏ3原料及びＣａＳＯ4原料を熱処理して得られる物質であって、遊離石灰、カルシウムアルミノフェライ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、膨張材１００部中、遊離石灰は３０〜６０部が好ましく、４０〜５０部がより好ましい。カルシウムアルミノフェライトは１０〜４０部が好ましく、１５〜３５部がより好ましい。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。
なお、本発明で使用する配合割合を示す部は、質量単位を表す。
【０００８】
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、Ｃ6Ａ2Ｆ及びＣ6ＡＦ2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。以下、カルシウムアルミノフェライトをＣ4ＡＦと略記する。
【０００９】
本発明の膨張材を製造する際、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及び無水セッコウからなるクリンカーを合成して製造することが好ましい。遊離石灰、Ｃ4ＡＦ及び無水セッコウを別々に合成し、混合してセメント混和材を製造しても本発明の効果は得られない。即ち、ＣａＯ原料、Ａｌ2Ｏ3原料、Ｆｅ2Ｏ3原料を熱処理して、遊離石灰とＣ4ＡＦからなるクリンカーを合成し、これに無水セッコウを混合して製造した場合や、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からなるクリンカーを合成し、これに無水セッコウを混合して製造した場合等には本発明の効果は得られない。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及び無水セッコウからなるクリンカーを合成したかどうかは、例えば、粉砕物中の１００μｍ以上の粗粒子を顕微鏡観察（ＳＥＭ−ＥＤＳ）等を行い、その粒子中に遊離石灰、Ｃ4ＡＦ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判別できる。
【００１０】
原料の熱処理方法は、特に限定されるものではないが、電気炉やキルン等を用いて、１１００〜１６００℃の温度で焼成することが好ましく、１２００〜１５００℃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、Ａｌ2Ｏ3原料としては、ボーキサイトやアルミ残灰等が挙げられ、Ｆｅ2Ｏ3原料としては、銅カラミや市販の酸化鉄が挙げられ、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、フッ素、塩素等が挙げられ、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。
【００１２】
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。膨張材中の珪酸率が０．５を超えると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、膨張材中の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。
【００１３】
膨張材の粒度は特に限定されるものではないが、通常、２０００〜４０００ｃｍ2／ｇが好ましい。２０００ｃｍ2／ｇ未満では未反応物が長期間残存し、耐久性を低下させる場合があり、４０００ｃｍ2／ｇを超えると水和反応が早く、所定の膨張が得られない場合がある。
【００１４】
膨張材の使用量は、単位量として１５〜１００ｋｇ／ｍ3が好ましい。１５ｋｇ／ｍ3 未満では硬化体が初期材齢に２５０×１０-6以上の膨張量が得られず、１００ｋｇ／ｍ3を超えると膨張量が大きすぎて強度低下する場合がある。
【００１５】
本発明では、硬化体が初期材齢に拘束膨張試験方法で２５０×１０-6を超える膨張量を有することが好ましい。初期材齢の膨張量が２５０×１０-6未満では、硬化体が長期に亘って良好な安定性が得られない場合がある。ここで、硬化体とは、セメントペースト、モルタル、コンクリート等の硬化体を総称するものである。また、拘束膨張試験方法とは、ＪＩＳ  Ａ  ６２０２コンクリート用膨張材付属書２膨張コンクリートの拘束膨張及び収縮試験方法である。
【００１６】
本発明で使用するセメントには、普通、早強、超早強、低熱及び中庸熱のポルトランドセメントや、これらに高炉スラグ、フライアッシュ及びシリカを混合した混合セメント、並び石灰石微粉末等を混合したフィラ−セメントが使用可能である。
【００１７】
骨材は、川砂、陸砂、砕砂及び海砂等の細骨材や川砂利、砕石及び人工軽量骨材等の粗骨材が使用可能である。通常のコンクリートに使用できるものであれば特に限定されるものではない。
【００１８】
減水剤は、コンクリートの流動性を改善したり、単位水量を低減させるために使用するもので、高耐久性、高強度発現性及び高流動性のコンクリートを得ることが可能となる。減水剤の種類としては、高性能ＡＥ減水剤、高性能減水剤及びＡＥ減水剤等が使用可能である。具体的には、ナフタレンスルホン酸塩のホルマリン縮合物系、メラミンスルホン酸のホルマリン縮合物系、及びポリスチレンスルホン酸塩系、ヒドロキシポリアクリレート、αβ−不飽和ジカルボン酸とオレフィンの共重合体、ポリエチレングリコールモノアルケニルエーテルとマレイン酸系単量体、メタクリル酸単量体から導かれる共重合体、及びスチレン−アクリル酸エステル−マレイン酸系共重合体等のポリカルボン酸系、並びに変性リグニンスルホン酸化合物系等が挙げられ、一部架橋反応で高分子化したものを含み、これらのうちの一種又は二種以上の使用が可能である。これらのうち、ポリカルボン酸系減水剤、特に、分子中のオキシエチレン単位が１０〜６０モル存在するポリカルボン酸系減水剤が、低水セメント比でのフレシュコンクリートの作業性が良好であり好ましい。
【００１９】
減水剤の使用量は、セメントと膨張材の合計  １００部に対して、固形分換算で０．０１〜４部が好ましく、０．０５〜２部がより好ましい。０．０１部未満では所定の流動性が得にくく、４部を超えると分離や強度不足を生じる場合がある。
【００２０】
【実施例】
以下、本発明を実施例に基づいて説明する。
【００２１】
実施例１
セメントαと膨張材の合計単位量を５５０ｋｇ／ｍ3 とし、表１に示す量のセメントと膨張材、及びセメントと膨張材の合計１００部に対して、１４８部の細骨材と１５９部の粗骨材をミキサに投入し、１０秒間空練りし、その後、水２９部と表１に示す量の減水剤を投入し、９０秒間練り混ぜ、コンクリートを調製した。コンクリートのスランプは１２±２ｃｍ、空気量は２．０±０．５％、温度は２０℃であった。
調製したコンクリートを成形し、前置き５時間、昇温速度１５℃／Ｈ、６０℃で蒸気養生を行い、８時間後徐冷、材齢１日後に脱型し、２０℃の水中養生を行った。その硬化体の膨張量を測定した。結果を表１に併記する。表中の安定性の良とは、蒸気養生直後（初期材齢）の膨張量を基準とした６ヶ月後（長期材齢）の膨張量の比が１．３未満のことを言い、不良とは１．３を超えることを言う。
１．３以上では、長期に亘り膨張が継続し、硬化体にひび割れや強度低下が生じる場合がある。
【００２２】
＜使用材料＞
セメントα：普通ポルトランドセメント、市販品
膨張材Ａ：カルシウムサルホアルミネート系膨張材、市販品
膨張材Ｂ：カルシウムアルミノフェライト系膨張材 （本発明）、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級酸化第二鉄）及びＣａＳＯ4原料（試薬１級二水セッコウ）を配合し、混合粉砕した後、１３５０℃で熱処理して、遊離石灰部５０部、Ｃ4ＡＦ２５部、無水セッコウ２５部からなるクリンカーを合成し、ボールミルを用いて、ブレーン比表面積３５００±３００ｃｍ2／ｇに粉砕して膨張材を調製した。膨張材を粉末Ｘ線回折法（以下、ＸＲＤ）で同定し、構成化合物を調べた。
膨張材の化合物組成は、化学組成とＸＲＤの同定結果を基に計算により算出した。化学組成はＪＩＳ  Ｒ  ５２０２に準じて求めた。
減水剤Ａ：ポリアルキレン基と酸無水物基を有するポリカルボン酸系減水剤、市販品
細骨材：陸砂、５ｍｍ下、比重２．７０
粗骨材：砕石、Ｇｍａｘ２０ｍｍ、比重２．６０
【００２３】
＜測定方法＞
スランプ：ＪＩＳ  Ａ  １１０１に準じ測定
空気量：ＪＩＳ  Ａ  １１２８に準じて測定
膨張量：ＪＩＳ  Ａ  ６２０２  Ｂ法に準じ測定、直後は蒸気養生直後、６ヶ月後は、蒸気養生後に水中養生を行い６ヶ月後に測定
【００２４】
【表１】
0004563562.tif 000002
【００２５】
表１より、本発明の膨張材を単位量１５〜１００ｋｇ／ｍ3配合したセメント組成物を使用した硬化体は、初期材齢に２５０×１０-6を超える膨張量が得られ、しかも膨張量が長期に亘って安定していることが判る。
【００２６】
実施例２
セメントと膨張材の単位量を各々４８５ｋｇ／ｍ3と６５ｋｇ／ｍ3とし、表２に示すセメントの種類と、減水剤の種類と量を変えたこと以外は、実施例１と同様に行った。結果を表２に併記する。
【００２７】
＜使用材料＞
セメントβ：早強ポルトランドセメント、市販品
セメントγ：高炉Ｂ種ポルトランドセメント、市販品
セメントδ：低熱ポルトランドセメント、市販品
減水剤Ｂ：ナフタレンスルホン酸ホルマリン縮合物系減水剤、市販品
【００２８】
【表２】
0004563562.tif 000003
【００２９】
表２より、本発明のセメント組成物を使用した硬化体は、セメントの種類に依らず、初期材齢に大きな膨張量が得られ、しかも膨張量が長期に亘って安定していることが判る。
【００３０】
【発明の効果】
本発明のセメント組成物を使用した硬化体は、セメントの種類に依らず初期材齢に大きな膨張量が得られ、膨張量が長期に亘り安定し、膨張による強度低下やひび割れが無く、高ケミカルプレストレスと高強度を安定的に維持することが可能となる。