(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
遊離石灰、カルシウムフェライト、及び無水セッコウを構成化合物とする膨張物質であって、膨張物質100重量部中、遊離石灰が30〜60重量部、カルシウムフェライトが10〜40重量部、及び無水セッコウが10〜40重量部である膨張物質と、冷水可溶分70〜100％のデキストリンとを含有してなるセメント混和材。
【請求項２】
デキストリンが冷水可溶分70〜100％のデキストリンであって、膨張物質100重量部に対して、0.05〜５重量部である請求項１記載のセメント混和材。
【請求項３】
セメントと、請求項１又は請求項２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】
セメント混和材が、セメント組成物100重量部中、３〜12重量部である請求項３記載のセメント組成物。
【請求項５】
セメントと、遊離石灰、カルシウムフェライト、及び無水セッコウを構成化合物とする膨張物質であって、膨張物質100重量部中、遊離石灰が30〜60重量部、カルシウムフェライトが10〜40重量部、及び無水セッコウが10〜40重量部である膨張物質と、冷水可溶分70〜100％のデキストリン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、コンクリートのフレッシュ性状が良好となる、セメント混和材及びセメント組成物に関する。ここで、コンクリートとは、セメントペースト、モルタル、及びコンクリ−トを総称するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、コンクリートに要求される性能は、益々高まっており、その中でも耐久性の向上が大きな課題となっている。この課題を解決する手段の１つとして、膨張材をコンクリートに混和して使用することにより、温度応力、乾燥収縮、自己収縮などによって発生するひび割れを低減させる方法が挙げられる。また、膨張材を用いて、コンクリートの躯体にケミカルプレストレスを導入し、曲げ耐力を高める手法もとられている。膨張材の用途としては、壁、屋根スラブ、及び床などの一般建築物や、水密性の向上を目的とした水槽やプールなどの水理構造物、舗装や床板（マットスラブ、デッキスラブ）などの一般土木構造物、あるいは、ヒューム管、鋼管ライニング、ボックスカルバートなどのコンクリート二次製品が挙げられる。
【０００３】
このように、膨張材を使用したコンクリートの用途は多岐にわたっており、コンクリート物性も普通コンクリートと同様のフレッシュ性状が求められるようになってきている。フレッシュ性状の中でも、施工性の観点から、特に重要視されるのがスランプ保持性である。JIS A 6204「コンクリート用化学混和剤」で規定されている減水剤や高性能AE減水剤などを使用することにより、単位水量を抑え、水／セメント比を低減したコンクリートが多く製造される傾向にあり、そのようなコンクリートにおいては、スランプ保持性の低下がより顕著になる課題があった。特に、夏場においては、著しくスランプ保持性が低下する傾向にあり、建築工事標準仕様書（JASS 5）では、外気温２５℃以上におけるコンクリートの練り混ぜから、打込み終了までの時間の限度を９０分間としており、この時間内では、コンクリートの良好なスランプ保持性が必要である。
【０００４】
一方、膨張材にホウ酸類を添加することで、コンクリートのスランプ保持性を改善する方法が提案されている（特開平10-226549号公報）。しかしながら、この方法では、高ビーライトセメントに使用した場合は有効であるが、他の種類のセメントに使用した場合には、明確な効果が認められないという課題があった。
また、膨張材にデキストリンを組み合わせ、水和熱を抑制する方法（特開平7-232944号公報）が提案されている。しかしながら、この方法は、冷水可溶分６５％以下のデキストリンを用いたもので、水和熱を抑制する効果は得られるが、スランプ保持性の改善に関しては、明確な効果が認められないという課題があった。さらに、３５℃を超えるような、高温環境下で施工した場合、デキストリンの冷水可溶分が大幅に上昇し、凝結遅延を引き起こす場合があるという課題があった。
【０００５】
【発明が解決しようとしている課題】
本発明者らは、これら前記課題を解決すべく、種々検討を重ねた結果、特定のセメント混和材を使用することによって、コンクリートのスランプ保持性が良好となり、かつ、膨張性能、強度発現を阻害しないとの知見を得て、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】
すなわち、本発明は、遊離石灰、カルシウムフェライト、及び無水セッコウを構成化合物とする膨張物質であって、膨張物質100重量部中、遊離石灰が30〜60重量部、カルシウムフェライトが10〜40重量部、及び無水セッコウが10〜40重量部である膨張物質と、冷水可溶分70〜100％のデキストリンとを含有してなるセメント混和材であり、デキストリンが冷水可溶分70〜100％のデキストリンであって、膨張物質100重量部に対して、0.05〜５重量部である該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るセメント組成物であり、セメント混和材が、セメント組成物100重量部中、３〜12重量部である該セメント組成物であり、セメントと、遊離石灰、カルシウムフェライト、及び無水セッコウを構成化合物とする膨張物質であって、膨張物質100重量部中、遊離石灰が30〜60重量部、カルシウムフェライトが10〜40重量部、及び無水セッコウが10〜40重量部である膨張物質と、冷水可溶分70〜100％のデキストリンとを含有してなるセメント組成物である。
【０００７】
以下、本発明をさらに詳しく説明する。
【０００８】
本発明の膨張物質とは、遊離石灰、カルシウムフェライト、及び無水セッコウを含有してなるものであり、その配合割合は特に限定されるものではないが、膨張物質１００重量部中、遊離石灰は３０〜６０重量部が好ましく、４０〜５０重量部がより好ましい。また、カルシウムフェライトは１０〜４０重量部が好ましく、１５〜３０重量部がより好ましい。さらに、無水セッコウは１０〜４０重量部が好ましく、２０〜３５重量部がより好ましい。これらの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フェライトとは、ＣａＯ−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、一般に、ＣａＯをＣ、Ａｌ2Ｏ3をＡ、Ｆｅ2Ｏ3をＦとすると、Ｃ2ＦやＣＦなどの化合物などが知られている。本発明では、膨張性能が良好なＣ2Ｆを使用することが好ましく、以下、カルシウムフェライトをＣ2Ｆという。
【００１０】
本発明の膨張物質の製造方法は、特に限定されるものではなく、ＣａＯ原料、Ｆe2Ｏ3原料、及びＣａＳＯ4原料を熱処理して、遊離石灰、Ｃ2Ｆ、及び無水セッコウからなるクリンカーを合成し、粉砕することによって製造することもできるし、遊離石灰、Ｃ2Ｆ、及び無水セッコウを別々に合成しこれらを混合して製造することもできるが、本発明では、ＣａＯ原料、Ｆe2Ｏ3原料、及びＣａＳＯ4原料を熱処理して製造した方が好ましい。ＣａＯ原料、Ｆe2Ｏ3原料、及びＣａＳＯ4原料を熱処理して、遊離石灰、Ｃ2Ｆ、及び無水セッコウからなるクリンカーを合成して粉砕することによって製造されたものかどうかを確認する方法としては、例えば、１００μmよりも大きな粒子を顕微鏡観察し、粒子中に遊離石灰、Ｃ2Ｆ、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】
ＣａＯ原料としては、石灰石や消石灰などが挙げられ、Ｆe2Ｏ3原料としては、銅カラミ、鉄粉や市販の酸化鉄などが挙げられ、ＣａＳＯ4原料としては、二水セッコウ、半水セッコウ、及び無水セッコウなどが挙げられる。これら原料中に存在する不純物として、ＳｉＯ2、ＭｇＯ、ＴｉＯ2、Ｐ2Ｏ5、Ｎａ2Ｏ、Ｋ2０などがあるが、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】
熱処理方法としては、ロータリーキルンや電気炉などを使用することによって行うことができ、熱処理温度は１１００〜１６００℃程度の範囲が好ましく、１２００〜１５００℃程度がより好ましい。１１００℃未満では、得られた膨張物質の膨張性能が十分でない場合があり、１６００℃を超えると揮散するＳＯｘが多くなるばかりでなく、優れた膨張性能が得られない場合がある。
【００１３】
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。
【００１４】
本発明のデキストリンとは、一般に化工澱粉とも呼ばれ、通常、澱粉を加水分解して得られる。その中でも、希酸を加え、分解して得られた酸焙焼デキストリンが最も一般的である。ただし、酸浸漬法で得られるもの、澱粉の酵素分解で得られるマルトデキストリン、無酸焙焼で得られるブリティシュガム、あるいは、澱粉に水を加えたものを加熱したり、アルカリや濃厚な塩類の溶液を加えてアルファー化したものを急速に脱水乾燥して得られるアルファー化澱粉など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併用することが可能である。
【００１５】
デキストリンの冷水可溶分とは、デキストリンを温度21℃の蒸留水に溶解した量を意味するものであり、具体的には試料デキストリン10ｇを200mlのメスフラスコに入れ、21℃の蒸留水150mlを加え、撹拌せずに温度21±１℃に１時間保持した後、ろ別して、そのろ液を蒸発乾固して得られたデキストリンを試料デキストリンに対する重量割合で示したものである。
本発明のデキストリンの冷水可溶分は、70〜100％であり、91〜99％の範囲が好ましい。冷水可溶分70％未満では、優れたスランプ保持性が得られない場合がある。
【００１６】
本発明のセメント混和材におけるデキストリンの配合割合は、特に限定されるものではないが、膨張物質１００重量部に対して、０．０５〜５重量部が好ましく、１〜３重量部がより好ましい。デキストリンの配合割合が、この範囲外では、本発明の効果、すなわち、優れたスランプ保持性が得られない場合がある。具体的には、０．０５重量部未満では、優れたスランプ保持性が得られない場合があり、５重量部を超えると、スランプの保持性は良好となっても、硬化不良を起こす場合がある。
【００１７】
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、セメントと、セメント混和材からなる合計１００重量部中、セメント混和材３〜１２重量部が好ましく、５〜９重量部がより好ましい。本発明のセメント混和材の配合量がこの範囲を外れると、本発明の効果、すなわち、優れたスランプ保持性が得られない場合がある。３重量部未満では、優れたスランプ保持性の得られない場合があり、１２重量部を超えて使用すると、強度発現性が低下する場合がある。
【００１８】
本発明のセメント組成物とは、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、及び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一種または二種以上と、本発明のセメント混和材とを併用したものである。該セメント組成物を使用することにより、コンクリートのスランプ保持性を良好とすることが可能である。本発明のセメント組成物は、そのままセメントペーストとして使用することはもちろん、骨材と混合して、モルタルやコンクリートとしても使用可能である。
【００１９】
本発明では、セメント混和材やセメント組成物に、砂や砂利などの骨材の他に、凝結促進剤、凝結遅延剤、減水剤、ＡＥ減水剤、高性能ＡＥ減水剤、ＡＥ剤、増粘剤、セメント急硬材、防錆剤、高分子エマルジョン、ベントナイトやモンモリロナイト等の粘土鉱物、並びに、無機リン酸塩など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併用することが可能である。
【００２０】
本発明のセメント混和材やセメント組成物を製造する際に使用する混合装置としては、既存のいかなる撹拌装置も使用可能であり、例えば、傾胴ミキサ−、オムニミキサ−、Ｖ型ミキサ−、ヘンシェルミキサ−、及びナウタ−ミキサ−などが利用可能である。混合は、それぞれの材料を施工時に混合してもよいし、あらかじめ一部を、あるいは全部を混合しておいても差し支えない。混合順序は特に限定されるものでない。
【００２１】
【実施例】
以下、実施例により本発明を詳細に説明する。
【００２２】
実施例１
ＣａＯ原料、Ｆｅ2Ｏ3原料、及びＣａＳＯ4原料を配合して、１４００℃で熱処理することによって、表１に示す種々の組成の膨張物質を製造し、粉砕してブレーン比表面積３５００±２００ｃｍ2／ｇとした。また、遊離石灰、Ｃ2Ｆ、及び無水セッコウを別々に合成し、これらを混合して膨張物質を製造し、同様に粉砕した。
該膨張物質１００重量部に対し、デキストリンＡを１．５重量部混合したセメント混和材７重量部をセメント１００重量部中に内割りで配合してセメント組成物とした。単位セメント組成物量３３０ｋｇ／ｍ3、単位水量１６５ｋｇ／ｍ3、ｓ／ａ＝４８％のコンクリート配合で練り上がり量が４０リットルとなるように調製したコンクリートについて、材令７日の膨張率測定とスランプ保持率の測定を行った。なお、減水剤は、セメント組成物に対して１．０％（液状）を混練水と置換して添加した。その結果を表２に示す。
また、膨張物質を使用しない比較例の実験No.1-1では、セメント１００重量部中に内割りでデキストリンＡを０．１重量部配合し、実験No.1-2〜1-14におけるセメント組成物中のデキストリンの割合と同じにした。
【００２３】
＜使用材料＞
ＣａＯ原料：新潟県青海鉱山産石灰石
Ｆｅ2Ｏ3原料：鉄粉
ＣａＳＯ4原料：排煙脱硫二水セッコウ
遊離石灰：ＣａＯ原料を１３５０℃で３時間熱処理して合成
Ｃ2Ｆ：ＣａＯ原料２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
セメントα：市販普通ポルトランドセメント
砂：新潟県姫川産、比重２．６２、ＦＭ値２．８６
砂利：新潟県姫川産、比重２．６３
水：水道水
デキストリンＡ：冷水可溶分９７％
減水剤：市販高性能AE減水剤、ポリカルボン酸系
【００２４】
＜測定方法＞
膨張率：JIS A 6202(B)に準じて測定
スランプ：JIS A 1101に準じて練り上がり後、０、２０、４０、６０分にて測定（コンクリートの環境温度３０℃におけるスランプの経時変化）
スランプ保持率：（一定時間後のスランプ／練り上がり直後のスランプ）×１００（％）
【００２５】
【表１】
0003883343.tif 000002
【００２６】
【表２】
0003883343.tif 000003
【００２７】
表２から、本発明のセメント混和材を使用したコンクリートは、いずれも良好な膨張性能とスランプ保持性を示している。膨張材を配合していないプレーンにデキストリンを配合した系（実験No.1-1）においても、スランプ保持性は改良されるが、膨張物質とデキストリンを併用することにより、その効果はより顕著になることを示している。
【００２８】
実施例２
膨張物質Ｄ１００重量部に対して、表３に示す量のデキストリンＡを配合し、圧縮強度を測定したこと以外は、実施例１と同様に行った。その結果を表３に示す。
【００２９】
＜測定方法＞
圧縮強度：JIS A 1132に準じて、材令３、７日にて測定
【００３０】
【表３】
0003883343.tif 000004
【００３１】
表３から、本発明のセメント混和材を使用することにより、比較例のデキストリンを配合していないものやホウ酸を配合したものと比べ、スランプ保持性が良好であり、デキストリンの配合量が多い場合でも強度発現を阻害していないことが示される。
【００３２】
実施例３
膨張物質Ｄ１００重量部に対して、表４に示すデキストリンを１．５重量部配合したこと以外は、実施例２と同様に行った。その結果を表４に示す。
【００３３】
＜使用材料＞
デキストリンＢ：冷水可溶分６５％
デキストリンＣ：冷水可溶分７０％
デキストリンＤ：冷水可溶分９１％
デキストリンＥ：冷水可溶分９９％
デキストリンＦ：冷水可溶分１００％
【００３４】
【表４】
0003883343.tif 000005
【００３５】
表４から、冷水可溶分７０〜１００％の範囲のデキストリンを配合することにより、スランプ保持性が良好となり、デキストリンの冷水可溶分が７０％未満では、良好なスランプ保持性が得られないことが示される。
【００３６】
実施例４
膨張物質Ｄ１００重量部に対して、デキストリンＡを１．５重量部配合したセメント混和材とセメントからなるセメント組成物１００重量部中、表５に示す量のセメント混和材を配合したこと以外は、実施例２と同様に行った。その結果を表５に示す。
【００３７】
【表５】
0003883343.tif 000006
【００３８】
表５から、本発明のセメント混和材を使用することにより、スランプ保持性が良好となり、セメント混和材の配合量が多い場合でも、強度発現を阻害していないことが示される。
【００３９】
実施例５
膨張物質Ｄ１００重量部に対して、デキストリンＡを１．５重量部含有し、表６に示すセメントを使用したこと以外は、実施例２と同様に行った。その結果を表６に示す。
【００４０】
＜使用材料＞
セメントβ：市販低熱ポルトランドセメント
セメントγ：市販早強ポルトランドセメント
【００４１】
【表６】
0003883343.tif 000007
【００４２】
表６から、いずれの種類のセメントでも、本発明のセメント混和材を使用することにより、スランプ保持性が良好であり、強度発現を阻害していないことが示される。
【００４３】
【発明の効果】
本発明のセメント混和材及びセメント組成物を使用することにより、コンクリートのスランプ保持性が良好となり、かつ、膨張性能と強度発現を阻害しないことが可能となる。