(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、セメント混和材１００重量部中、３０〜６０重量部の遊離石灰、１０〜４０重量部のカルシウムアルミノフェライト及び１０〜４０重量部のセッコウ類を含有してなるセメント混和材。
【請求項２】
珪酸率が０．５未満であることを特徴とする請求項１に記載のセメント混和材。
【請求項３】
セメントと、請求項１又は２に記載のセメント混和材とを含有してなるセメント組成物。
【請求項４】
請求項１又は２に記載のセメント混和材が、セメント組成物１００重量部中、３〜１２重量部であることを特徴とする請求項３に記載のセメント組成物。
【請求項５】
セメントと、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、セメント混和材１００重量部中、３０〜６０重量部の遊離石灰、１０〜４０重量部のカルシウムアルミノフェライト及び１０〜４０重量部のセッコウ類を含有してなるセメント混和材とを含有してなるセメント組成物。
【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・建築分野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・コンクリートのひび割れ低減や曲げ耐力の向上は、コンクリート構造物の信頼性、耐久性、美観等の観点から最も重要であり、これらを改善するためセメント系膨張材の開発が行われてきたが、更なる技術の進展が望まれている。セメント系膨張材としては、例えば、遊離石灰−アウイン−無水セッコウ系膨張材（特公昭42-21840号公報）や遊離石灰−カルシウムシリケート−無水セッコウ系膨張材（特公昭53-31170号公報）等が知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
近年、コンクリートの高性能化を目的に、高流動コンクリートや高強度コンクリートの開発が盛んに行われているものの、これら高性能コンクリートにおいては、セメント系膨張材の効果が十分に発揮されない点が指摘され、膨張材の混和率が小さくても大きな膨張性を付与できる、膨張性能の優れた膨張材の開発が待たれている。
【０００４】
又、最近では従来の仕様規定型の設計体系から、性能規定型の設計体系への移行が検討されており、これまでやや軽視されていたコンクリートの耐久性についても明確な性能規定が定められる方向にある。即ち、ひび割れに対する耐久性について、その影響を定量化することが検討されているため、ひび割れの低減は一層重要な課題となってきている。従って、使用量が少なく、経済的負担が小さく、ひび割れ低減に効果のある優れた膨張性能を有するセメント系膨張材が不可欠である。
【０００５】
本発明者らは、これらの課題を解決すべく種々の検討を重ねた結果、特定のセメント混和材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、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、セメント混和材１００重量部中、３０〜６０重量部の遊離石灰、１０〜４０重量部のカルシウムアルミノフェライト及び１０〜４０重量部のセッコウ類を含有してなるセメント混和材であり、珪酸率が０．５未満であることを特徴とする該セメント混和材であり、更にセメントと、該セメント混和材とを含有してなるセメント組成物であり、該セメント混和材が、セメント組成物１００重量部中、３〜１２重量部であることを特徴とする該セメント組成物であり、セメントと、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、セメント混和材１００重量部中、３０〜６０重量部の遊離石灰、１０〜４０重量部のカルシウムアルミノフェライト及び１０〜４０重量部のセッコウ類を含有してなるセメント混和材とを含有してなるセメント組成物である。
【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】
本発明のセメント混和材は、遊離石灰、カルシウムアルミノフェライト及びセッコウ類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重量部中、遊離石灰は３０〜６０重量部であり、４０〜５０重量部が好ましい。カルシウムアルミノフェライトは１０〜４０重量部であり、１５〜３５重量部が好ましい。さらに、セッコウ類は１０〜４０重量部であり、２０〜３５重量部が好ましい。セメント混和材中の各化合物の組成割合が前記範囲を外れると、優れた膨張性能が得られない場合がある。
【０００９】
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、ＣａＯをＣ、Ａｌ2Ｏ3をＡ、Ｆｅ2Ｏ3をＦと略記すると、Ｃ4ＡＦやＣ6Ａ2Ｆと表せる化合物等が挙げられる。通常はＣ4ＡＦとして存在していると考えられ、本発明では、カルシウムアルミノフェライトを以下、Ｃ4ＡＦという。
【００１０】
本発明のセメント混和材は、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これを粉砕して製造される。遊離石灰、Ｃ4ＡＦ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、本発明のような効果は得られない。
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。
【００１１】
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。
【００１２】
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、鉄粉及び市販の酸化鉄等が挙げられ、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、各種の不純物が存在し、その具体例としては、ＳｉＯ2、ＭｇＯ、ＴｉＯ2、Ｐ2Ｏ5、Ｎａ2Ｏ及び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、セメント混和材中の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）
【００１３】
又、本発明のセメント混和材中のＳｉＯ2量は、５．０重量％以下が好ましく、３．０重量％以下がより好ましい。５．０重量％を超えると優れた膨張性能が得られない場合がある。
【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1500〜9000cm2/gが好ましく、2500〜4000cm2/gがより好ましい。セメント混和材の粒度がブレーン比表面積で1500cm2/g未満では、長期耐久性が悪くなる場合があり、9000cm2/gを超えると充分な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配合量は、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重量部中、３〜１２重量部が好ましく、５〜９重量部がより好ましい。３重量部未満では、充分な膨張性能が得られない場合があり、１２重量部を超えて使用すると長期耐久性が悪くなる場合がある。
【００１６】
本発明のセメントとしては、普通セメント、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と、これらセメントに、高炉スラグ、フライアッシュ及び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等がある。
【００１７】
本発明では、本発明のセメント混和材及びセメント組成物に、砂や砂利等の骨材の他、減水剤、高性能減水剤、ＡＥ減水剤、高性能ＡＥ減水剤、流動化剤、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及び凝結調整剤、並びにセメント急硬材、ベントナイト等の粘土鉱物及びハイドロタルサイト等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。
【００１８】
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、予めその一部、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、傾胴ミキサー、オムニミキサー、ヘンシェルミキサー、Ｖ型ミキサー及びナウターミキサー等が挙げられる。
【００１９】
【実施例】
以下、実施例により本発明を詳細に説明する。
【００２０】
実施例１
ＣａＯ原料、Ａｌ2Ｏ3原料、Ｆｅ2Ｏ3原料及びＣａＳＯ4原料を配合し、混合粉砕した後、電気炉を用いて、１３５０℃で３時間熱処理して表１に示すような組成のクリンカーを合成し、ボールミルでブレーン比表面積3500±300cm2/gに粉砕して、セメント混和材を調製した。セメント混和材を粉末Ｘ線回折法で同定したところ、遊離石灰、Ｃ4ＡＦ及び無水セッコウを含有していた。セメント混和材の化合物組成は、化学組成を基に計算により算出した。化学組成はJIS R 5201に準じて求めた。セメントと、セメント混和材からなるセメント組成物１００重量部中、セメント混和材を８重量部使用し、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、膨張率の測定を行った。尚、比較のため、遊離石灰、Ｃ4ＡＦ及び無水セッコウを別々に合成した後、混合粉砕し、実験No.1-4と同じ化合物組成となるように配合したセメント混和材についても、同様の実験を行った。その結果を表１に示す。
【００２１】
＜使用材料＞
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級二水セッコウ。
遊離石灰：ＣａＯ原料を１３５０℃で３時間熱処理して合成。
Ｃ4ＡＦ：ＣａＯ原料４モル、Ａｌ2Ｏ3原料１モル及びＦｅ2Ｏ3原料１モルの割合で配合した原料を混合粉砕した後、１３５０℃で３時間熱処理して合成。
無水セッコウ：試薬１級の二水セッコウを１３５０℃で３時間焼成して得た無水セッコウ。
砂：JIS標準砂（ISO679準拠）。
＜測定方法＞
膨張率：JIS A 6202(B)に準じて測定。
【００２２】
【表１】
0003960718.tif 000002
【００２３】
本発明のセメント混和材を配合したモルタルは、比較例の遊離石灰、Ｃ4ＡＦ及び無水セッコウを別々に合成し混合して調製したセメント混和材を配合したモルタルと比べ、優れた膨張性能を示した。
【００２４】
実施例２
ＣａＯ原料、Ａｌ2Ｏ3原料、Ｆｅ2Ｏ3原料、ＣａＳＯ4原料及びＳｉＯ2原料を配合し、混合粉砕した後、電気炉を用いて、１３５０℃で熱処理して表２に示すように珪酸率の異なる種々の組成のクリンカーを合成し、ボールミルでブレーン比表面積3500±300cm2/gに粉砕して、セメント混和材を調製したこと以外は、実施例１と同様に行った。その結果を表２に示す。
【００２５】
＜使用材料＞
ＳｉＯ2原料：試薬１級二酸化珪素。
【００２６】
【表２】
0003960718.tif 000003
【００２７】
本発明のＳｉＯ2量５重量％以下、珪酸率０．５未満のセメント混和材を配合したモルタルは、何れも優れた膨張性能を示した。
【００２８】
実施例３
工業原料であるＣａＯ原料、Ａｌ2Ｏ3原料、Ｆｅ2Ｏ3原料及びＣａＳＯ4原料を配合し、ロータリーキルンを用いて、１４００℃で焼成して表３に示すような組成のクリンカーを合成し、ボールミルでブレーン比表面積3500±300cm2/gに粉砕してセメント混和材を調製したこと以外は、実施例１と同様に行った。化学組成を基に算出した化合物組成を表４に示す。比較のため、市販の膨張材についても膨張率の測定を行った。その結果を表５に示す。
【００２９】
＜使用材料＞
ＣａＯ原料：新潟県青海鉱山産石灰石。
Ａｌ2Ｏ3原料：中国産ボーキサイト。
Ｆｅ2Ｏ3原料：鉄粉。
ＣａＳＯ4原料：排煙脱硫二水セッコウ。
膨張材Ａ：市販カルシウムサルホアルミネート系膨張材、ブレーン比表面積2940cm2/g。
膨張材Ｂ：市販生石灰系膨張材、ブレーン比表面積3610cm2/g。
【００３０】
【表３】
0003960718.tif 000004
【００３１】
【表４】
0003960718.tif 000005
【００３２】
【表５】
0003960718.tif 000006
【００３３】
本発明のセメント混和材を配合したモルタルは、市販のカルシウムサルホアルミネート系膨張材及び生石灰系膨張材を配合したモルタルと比べ、優れた膨張性能を示した。
【００３４】
実施例４
実験No.3-1のセメント混和材を使用し、セメントと、セメント混和材からなるセメント組成物１００重量部中のセメント混和材の配合量を変えたこと以外は、実施例１と同様に行った。その結果を表６に示す。
【００３５】
【表６】
0003960718.tif 000007
【００３６】
本発明のセメント混和材を配合したモルタルは、本発明のセメント混和材を配合していないモルタルと比べ、優れた膨張性能を示した。
【００３７】
【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り、優れた膨張性能を有するセメント組成物が得られる。