(57)【要約】【課題】  セメント系ペースト、モルタル又はコンクリート等のセメント系組成物に速硬性を付与するために用いる混和材であって、少なくとも他の混和成分を併用せずとも、速硬性に実質支障を及ぼさずに、早期強度を含めた強度発現性の低下を起こすことなく、少なくとも他の混和成分を併用せずとも、速硬性に実質支障を及ぼさずに、長い可使時間の確保も容易に行うことができる速硬混和材を提供する。【解決手段】  二水石膏で表面が被覆されてなる無水石膏からなる石膏とカルシウムアルミネートを有効成分とする速硬混和材。【選択図】    なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
二水石膏で表面が被覆されてなる無水石膏からなる石膏とカルシウムアルミネートを有効成分とする速硬混和材。
【請求項２】
更に、凝結遅延剤を含有する請求項２記載の速硬混和材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、セメント系ペースト、モルタル又はコンクリート等のセメント系組成物に、速硬性を付与するために用いる速硬混和材に関する。
【背景技術】
【０００２】
水硬性無機物質としてのセメントに注水すれば、水酸化カルシウムが生成する。セメントにカルシウムアルミネートと石膏を混和し、注水すれば、形成された水酸化カルシウムが更に反応して鉱物相としてエトリンガイトを生成する。エトリンガイトは強い速硬性を付与させることができる物質で、カルシウムアルミネートと石膏を用い、水と共に反応さして生成される。ここで、速硬混和材等に用いられる石膏は、コストが低く、また半水石膏や二水石膏よりも高い強度発現性が得られることから、通常は無水石膏が使用されている。しかし、カルシウムアルミネートと無水石膏を用いた速硬性のセメント系組成物は凝結始発時間がかなり早く、可使時間が短いといった問題があった。施工上可使時間を確保したい場合もあり、この場合、凝結遅延剤を併用し、その量を増やすに連れ可使時間を長く確保できることも知られている。（例えば、特許文献１参照。）しかし、凝結遅延剤の増加は強度低下を起こし易く、過度の増加は速硬性の喪失や硬化不良の原因にもなる。
【０００３】
一方、速硬成分として無水石膏の代わりに、二水石膏を使用することも知られている。（例えば、特許文献２参照。）二水石膏は、可使時間を長くすることには適しているものの、早期強度発現性は無水石膏や半水石膏に比べて低くなり易い。更に、カルシウムアルミネートと併用する石膏として、無水石膏と二水石膏の混合粉末を用い、両者の長所を反映させようとする試みもあるが（例えば、特許文献３参照。）、両方の石膏を大量に使用するか他の凝結調整剤や硬化促進剤を併用しない限り、早期強度発現性の低下を防ぎ、長い可使時間を確保することは困難であり、また大量の石膏成分の配合はセメント系組成物に過度の膨張を引き起こす虞もあるので限界があった。
【特許文献１】特開平７−２１５７５１号公報
【特許文献２】特開平２−２３３５４３号公報
【特許文献３】特開２００５−７５７１９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、少なくとも他の混和成分を併用せずとも、速硬性に実質支障を及ぼさずに、早期強度を含めた強度発現性の低下を起こすことなく、長い可使時間の確保も容易に行うことができる速硬混和材を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明者は、課題解決のため鋭意検討を重ねた結果、セメント系組成物に速硬性を付与する混和材として、表面が二水石膏で被覆された無水石膏からなる石膏をカルシウムアルミネートと併用すれば、注水後の水和反応が注水直後から一定時間は穏やかに進行するため、可使時間の確保が行い易く、石膏表面を形成する二水石膏が当該水和反応に費やされた時点で、無水石膏が反応主体となって急速にエトリンガイト生成反応が進行し、速硬作用が増進され、且つ高い早期強度発現性が得られたことから本発明を完成するに至った。
【０００６】
即ち、本発明は、二水石膏で表面が被覆されてなる無水石膏からなる石膏とカルシウムアルミネートを有効成分とする速硬混和材である。
【０００７】
また、本発明は、前記速硬混和材が凝結遅延剤を含有する速硬混和材である。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、少なくとも速硬性付与物質たるエトリンガイト相を反応生成するのに直接必要な成分からなる速硬混和材でも、長い可使時間を確保できる作用を有し、しかも可使時間の調整が比較的容易にでき、また可使時間経過後は急速に硬化が進み、高い早期強度発現性を呈することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明の速硬混和材は、セメント系ペースト、モルタル又はコンクリート等のセメント系組成物に、速硬性を付与するために混和使用する混和材であり、少なくとも次に記す特定の石膏とカルシウムアルミネートを含有し、これを有効成分とするものである。
【００１０】
本発明の速硬混和材に使用する石膏は、表面が二水石膏で被覆された無水石膏とする。具体的には、無水石膏粒子の表面が二水石膏の層で覆われたもので、石膏粒子としては、表層が二水石膏で、内部が無水石膏の構造を呈するものである。二水石膏で無水石膏を覆う状態は、無水石膏の全表面が覆われていることが望ましいが、表面の一部分が二水石膏で覆われていない粒子が存在しても、使用する全石膏粒子表面の概ね９０％以上が二水石膏であれば良い。使用する全石膏粒子表面のおよそ１０％以上が無水石膏となるものでは、長い可使時間の確保が困難となることもあるので好ましくない。また、無水石膏を覆う二水石膏被覆層の厚さは、特に制限されないが、該被覆層の厚さが直接可使時間の長短に影響を及ぼすため、調整されることが望ましく、一般に該被覆量が増せば可使時間も長くなる。被覆層の量、即ち石膏粒に含まれる二水石膏と無水石膏の割合は、無水石膏１００質量部に対し、二水石膏１〜２０質量部が好ましい。二水石膏１質量部未満では可使時間の確保が困難になることがあるので適当ではなく、また２０質量部を超えると、速硬性や早期強度発現性が低迷するので適当ではない。
【００１１】
また、本発明で使用する石膏粒子の大きさは特に制限されないが、表層を形成する二水石膏の溶解速度を十分確保させる上で、ブレーン比表面積が３０００〜２００００ｃｍ2／ｇとするのが好ましい。ブレーン比表面積が３０００ｃｍ2／ｇ未満では溶解速度が十分確保できないことがあるため適当ではなく、また、ブレーン比表面積が２００００ｃｍ2／ｇを超えると、二水石膏で無水石膏表面を実質均一に被覆する操作が困難となるので適当ではない。尚、使用する石膏は、本発明の効果を実質喪失しない限り、半水石膏が含まれているものも使用できる。好ましくは石膏中の半水石膏の含有率は約１０質量％以下とする。約１０質量％を超えると、可使時間の調整が行い難くなるので適当ではない。
【００１２】
無水石膏への二水石膏の被覆方法は、本発明では特に限定されない。例えば無水石膏粒を核にし、二水石膏を公知の造粒手法で造粒被覆することもできる。造粒手法では無水石膏よりも微粉化された二水石膏を用いる必要があるが、被覆もれなく確実に被覆粒が得やすい方法である。より簡易な被覆方法として例えば、無水石膏に水を添加し、混合すれば、水と反応した無水石膏表面が二水石膏になり、表層二水石膏で内部無水石膏の石膏粒を得ることができる。この場合、無水石膏に対し水がより均一に添加でき、反応も平均化され易いことから水を噴霧添加しながら混合することが推奨される。混合に用いる混合装置は特に限定されず、例えばヘンシェルミキサ、レーディゲミキサ、リボンミキサ等の粉末を混合するための装置を挙げることができる。
【００１３】
本発明の速硬混和材に使用するカルシウムアルミネートは、ＣａＯとＡｌ2Ｏ3を主要化学成分とする化合物、固溶体、ガラス質若しくはこれらの何れかが混合した物の総称であって、多少とも水和活性を有するものなら限定されず、例えば、化学成分としての鉱物組成が１２ＣａＯ・７Ａｌ2Ｏ3、ＣａＯ・Ａｌ2Ｏ3、３ＣａＯ・Ａｌ2Ｏ3、１１ＣａＯ・７Ａｌ2Ｏ3・ＣａＦ2、４ＣａＯ・３Ａｌ2Ｏ3・ＳＯ3などのものを挙げることができ、これらの２種以上が共存するものでも良く、アルミナセメントであっても良い。また、使用するカルシウムアルミネートは、ブレーン比表面積が３０００〜１００００ｃｍ2／ｇとするのが好ましい。より好ましくは、ブレーン比表面積が４０００〜９０００ｃｍ2／ｇとする。ブレーン比表面積が３０００ｃｍ2／ｇ未満では速硬性が十分発揮されないことがあるので適当ではなく、また、ブレーン比表面積が１００００ｃｍ2／ｇを超えると反応活性が高くなり過ぎて可使時間の確保が困難となることがあるので適当ではない。
【００１４】
本発明の速硬混和材に使用する前記石膏とカルシウムアルミネートの配合量は、カルシウムアルミネート１００質量部に対し、石膏３０〜１５０質量部が好ましい。石膏が３０質量部未満では速硬性の低下や早期強度発現性が低下することがあるため適当ではなく、石膏が１５０質量部を超えるとセメント系組成物が過度に膨張することがあるため適当ではない。
【００１５】
また、本発明の速硬混和材は前記石膏とカルシウムアルミネートに加えて、更に凝結遅延剤を含むものであることが好ましい。凝結遅延剤を含有することによって、より長い可使時間を確保することができる。凝結遅延剤としてはモルタルやコンクリートに使用できるものであれば何れのものでも良く、例えば、クエン酸、酒石酸、グルコン酸、ヘプトン酸等のオキシカルボン酸又はその塩、リン酸塩、硼酸又はその塩を挙げることができる。凝結遅延剤の配合量は、前記石膏とカルシウムアルミネートの合計量１００質量部に対し、０．０５〜２．０質量部が好ましく、０．０５質量部未満では配合効果が殆ど得られないので適当ではなく、２．０質量部を超えると早期強度発現性が低下するので適当ではない。
【００１６】
また、本発明の速硬混和材は、前記石膏とカルシウムアルミネート及び凝結遅延剤以外にも、本発明の効果を実質喪失させない範囲で、他の成分を含有するものであっても良い。
【００１７】
また、本発明の速硬混和材は、セメントペースト、モルタル、コンクリート等のセメント系組成物に混和使用するときの混和量は、セメント１００質量部に対し、本速硬混和材を１０〜１００質量部混和させることが好ましい。１０質量部未満では速硬作用が付与され難いため適当ではなく、１００質量部を超えると可使時間の確保が困難となることがあるため適当ではない。また、本発明の速硬混和材は、モルタルやコンクリートで使用することができる他の混和材・剤と併用してセメント系組成物に混和使用することもできる。概ね併用可能な混和材・剤として、例えば減水剤、高性能減水剤、高性能ＡＥ減水剤、ＡＥ減水剤、分散剤、流動化剤、シリカフューム、石炭灰、高炉スラグ、樹脂エマルジョン、膨張材、収縮低減剤、空気連行剤、起泡剤、発泡剤、防錆剤、繊維、顔料、防水剤、撥水剤、消泡剤、分離防止剤、増粘剤、白華防止剤、抗菌剤等が挙げられる。
【実施例】
【００１８】
以下、実施例により本発明を具体的に詳しく説明する。
【００１９】
［実施例１］  内容積１００リットルのレディゲミキサ中にＩＩ型無水石膏（ブレーン比表面積４０００ｃｍ2／ｇ、市販品）５０Ｋｇを入れ、水５００ｇを噴霧しながら混合を３分間行った。これを密封容器入れ、２０±１℃の恒温室に１週間保管した。保管後の石膏のブレーン比表面積を測定した結果、４０００ｃｍ2／ｇであった。また保管後の石膏を粉末エックス線により定性分析した結果、無水石膏と二水石膏が存在した。また該石膏中の二水石膏含有量を熱重量分析により測定した結果、４．６質量％であった。この石膏２５Ｋｇとアルミナセメント（ブレーン比表面積４０００ｃｍ2／ｇ、太平洋マテリアル株式会社製）２５Ｋｇをレーディゲミキサで約３分間乾式混合し、混和材を作製した。作製した混和材４００ｇと普通ポルトランドセメント（太平洋セメント株式会社製）６００ｇ及び水４００ｇを容量２リットルのビーカーに投入し、ハンドミキサで約１分間混練し、セメントペーストを作製した。作製直後のセメントペーストをＪＩＳ  Ｒ  ５２０１に規定された凝結用セメントペースト容器に充填し、２０±１℃の室内に３時間放置した。放置直後充填物の硬化状態を指触で調べ、その表面を指で１０秒間押し続け、窪み、変形及び亀裂が生じていなく、かつ指に充填物が付着しなかったものを硬化性「良好」と判断し、それ以外は全て硬化性「不良」と判断し、速硬性の評価とした。本例で作製した混和材を用いたセメントペーストでは、速硬性は「良好」の評価結果となった。また、可使時間の指標の評価として、ＪＩＳ  Ｒ  ５２０１「セメントの物理試験方法」で規定された凝結試験の方法に準じて、作製したセメントペーストの凝結始発時間を測定した。その結果、凝結始発時間は１０分であった。
【００２０】
［実施例２］  実施例１と同様の方法で調整した石膏２５Ｋｇと実施例１と同じアルミナセメント２５Ｋｇ及びクエン酸５００ｇをレーディゲミキサで約３分間乾式混合し、混和材を作製した。作製した混和材４０４ｇと普通ポルトランドセメント（太平洋セメント株式会社製）６００ｇ及び水４００ｇを容量２リットルのビーカーに投入し、ハンドミキサで約１分間混練し、セメントペーストを作製した。作製直後のセメントペーストを実施例１と同じ方法で速硬性の評価を行った。本例で作製した混和材を用いたセメントペーストでは、速硬性は、「良好」の評価結果となった。また、作製したセメントペーストの凝結始発時間を実施例１と同様の方法で測定した結果、凝結始発時間は６５分であった。
【００２１】
［比較例１］  ＩＩ型無水石膏（ブレーン比表面積４０００ｃｍ2／ｇ、市販品）２５Ｋｇとアルミナセメント（ブレーン比表面積４０００ｃｍ2／ｇ、太平洋マテリアル株式会社製）２５Ｋｇをレーディゲミキサで約３分間乾式混合し、混和材を作製した。作製した混和材４００ｇと普通ポルトランドセメント（太平洋セメント株式会社製）６００ｇ及び水４００ｇを容量２リットルのビーカーに投入し、ハンドミキサで約１分間混練し、セメントペーストを作製した。作製直後のセメントペーストを実施例１と同じ方法で速硬性の評価を行った。本例で作製した混和材を用いたセメントペーストでは、速硬性は「良好」の評価結果となった。また、作製したセメントペーストの凝結始発時間を実施例１と同様の方法で測定した結果、凝結始発時間は４分であった。
【００２２】
［比較例２］  ＩＩ型無水石膏（ブレーン比表面積４０００ｃｍ2／ｇ、市販品）２５Ｋｇとアルミナセメント（ブレーン比表面積４０００ｃｍ2／ｇ、太平洋マテリアル株式会社製）２５Ｋｇ及びクエン酸４ｇをレーディゲミキサで約３分間乾式混合し、混和材を作製した。作製した混和材４０４ｇと普通ポルトランドセメント（太平洋セメント株式会社製）６００ｇ及び水４００ｇを容量２リットルのビーカーに投入し、ハンドミキサで約１分間混練し、セメントペーストを作製した。作製直後のセメントペーストを実施例１と同じ方法で速硬性の評価を行った。本例で作製した混和材を用いたセメントペーストでは、速硬性は「良好」の評価結果となった。また、作製したセメントペーストの凝結始発時間を実施例１と同様の方法で測定した結果、凝結始発時間は３５分であった。
【００２３】
［比較例３］  ＩＩ型無水石膏（ブレーン比表面積４０００ｃｍ2／ｇ、市販品）２５Ｋｇとアルミナセメント（ブレーン比表面積４０００ｃｍ2／ｇ、太平洋マテリアル株式会社製）２５Ｋｇ及びクエン酸３７５０ｇをレーディゲミキサで約３分間乾式混合し、混和材を作製した。作製した混和材４３０ｇと普通ポルトランドセメント（太平洋セメント株式会社製）６００ｇ及び水４００ｇを容量２リットルのビーカーに投入し、ハンドミキサで約１分間混練し、セメントペーストを作製した。作製直後のセメントペーストを実施例１と同じ方法で速硬性の評価を行った。本例で作製した混和材を用いたセメントペーストでは、速硬性は「不良」の評価結果となった。また、作製したセメントペーストの凝結始発時間を実施例１と同様の方法で測定した結果、凝結始発時間は７２分であった。
【００２４】
［比較例４］  二水石膏（ブレーン比表面積４０００ｃｍ2／ｇ、市販品）２５Ｋｇとアルミナセメント（ブレーン比表面積４０００ｃｍ2／ｇ、太平洋マテリアル株式会社製）２５Ｋｇをレーディゲミキサで約３分間乾式混合し、混和材を作製した。作製した混和材４００ｇと普通ポルトランドセメント（太平洋セメント株式会社製）６００ｇ及び水４００ｇを容量２リットルのビーカーに投入し、ハンドミキサで約１分間混練し、セメントペーストを作製した。作製直後のセメントペーストを実施例１と同じ方法で速硬性の評価を行った。本例で作製した混和材を用いたセメントペーストでは、速硬性は「不良」の評価結果となった。また、作製したセメントペーストの凝結始発時間を実施例１と同様の方法で測定した結果、凝結始発時間は１０分であった。
【００２５】
［比較例５］  ＩＩ型無水石膏（ブレーン比表面積４０００ｃｍ2／ｇ、市販品）１２．５Ｋｇと二水石膏（ブレーン比表面積４０００ｃｍ2／ｇ、市販品）１２．５Ｋｇとアルミナセメント（ブレーン比表面積４０００ｃｍ2／ｇ、太平洋マテリアル株式会社製）２５Ｋｇをレーディゲミキサで約３分間乾式混合し、混和材を作製した。作製した混和材４００ｇと普通ポルトランドセメント（太平洋セメント株式会社製）６００ｇ及び水４００ｇを容量２リットルのビーカーに投入し、ハンドミキサで約１分間混練し、セメントペーストを作製した。作製直後のセメントペーストを実施例１と同じ方法で速硬性の評価を行った。本例で作製した混和材を用いたセメントペーストでは、速硬性は「不良」の評価結果となった。また、作製したセメントペーストの凝結始発時間を実施例１と同様の方法で測定した結果、凝結始発時間は５分であった。