(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ブレーン比表面積が３０００ｃｍ２／ｇ以上のγ−２ＣａＯ・ＳｉＯ２と膨張物質の合計１００部中、γ−２ＣａＯ・ＳｉＯ２２０〜８０部と膨張物質８０〜２０部を含有してなるセメント混和材。
【請求項２】
膨張物質の遊離石灰量が４０％を超えることを特徴とする請求項１記載のセメント混和材。
【請求項３】
セメントと、請求項１〜２の何れか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】
セメントが高炉セメントであることを特徴とする請求項３記載のセメント組成物。
【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・建築業界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。
なお、本発明における部や％は特に規定しない限り質量基準で示す。
【０００２】
【従来の技術】
最近では、コンクリートの耐久性問題が大きくクローズアップされ、その信頼性が重要視されている。例えば、コンクリートのひび割れを低減して信頼性の高いコンクリートとするために、膨張材が利用されている。これは、ひび割れがコンクリートの劣化要因である中性化の影響を受けやすくするためである。ひび割れが低減できれば、中性化の影響を小さくすることができ、耐久的なコンクリート構造物の構築が可能となる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、これはあくまでも巨視的な欠陥の少ない健全なコンクリート構造物を構築するという意味であり、コンクリートそのものの炭酸ガスの透過性とは趣旨を異にしている。すなわち、炭酸ガスの透過はもっと微視的な空隙を介しても進行する。
したがって、巨視的な欠陥の少ない健全なコンクリート構造物とした上で、コンクリート躯体そのものも炭酸ガスが透過しにくいコンクリートにすることが望まれる。つまり、今日では、コンクリートに膨張性と共に中性化抑制効果を付与できるセメント混和材の開発が待たれている。
そこで、本発明者は種々検討を重ねた結果、γ−２ＣａＯ・ＳｉＯ2と膨張物質からなるセメント混和材が、膨張性と中性化抑制の双方を付与することを知見して本発明を完成するに至った。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
即ち、本発明は、ブレーン比表面積が３０００ｃｍ２／ｇ以上のγ−２ＣａＯ・ＳｉＯ２と膨張物質の合計１００部中、γ−２ＣａＯ・ＳｉＯ２２０〜８０部と膨張物質８０〜２０部を含有してなるセメント混和材であり、膨張物質の遊離石灰量が４０％を超えることを特徴とす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、さらに、セメントが高炉セメントであることを特徴とする該セメント組成物である。
【０００５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を詳細に説明する。
【０００６】
本発明で使用するγ−２ＣａＯ・ＳｉＯ2は、２ＣａＯ・ＳｉＯ2で表される化合物のうちで、低温相として知られるものであり、高温相であるα−２ＣａＯ・ＳｉＯ2やβ−２ＣａＯ・ＳｉＯ2とは異なるものである。これらは、いずれも２ＣａＯ・ＳｉＯ2で同じ化学組成を有するが、結晶構造は異なっている。通常、セメントクリンカ中に存在する２ＣａＯ・ＳｉＯ2はβ−２ＣａＯ・ＳｉＯ2である。β−２ＣａＯ・ＳｉＯ2は水硬性を有するが、本発明のγ−２ＣａＯ・ＳｉＯ2のような中性化抑制効果を示すものではない。
【０００７】
γ−２ＣａＯ・ＳｉＯ2のブレーン比表面積は、３０００〜８０００ｃｍ2／ｇが好ましく、４０００〜６０００ｃｍ2／ｇがより好ましい。ブレーン比表面積が３０００ｃｍ2／ｇ未満では、中性化抑制効果が充分に得られない場合がある。
【０００８】
本発明のγ−２ＣａＯ・ＳｉＯ2を工業的に製造する際に不純物が含まれるが、その存在は特に限定されるものではなく、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ならない。その具体例としては、例えば、Ａｌ2Ｏ3、ＭｇＯ、ＴｉＯ2、ＭｎＯ、Ｎａ2Ｏ、Ｓ、Ｃｒ2Ｏ3、Ｐ2Ｏ5及びＦｅ2Ｏ3等が挙げられる。
【０００９】
また、共存する化合物としては、γ−２ＣａＯ・ＳｉＯ2以外のダイカルシウムシリケートや、トライカルシウムシリケート３ＣａＯ・ＳｉＯ2、ランキナイト３ＣａＯ・２ＳｉＯ2、ワラストナイトＣａＯ・ＳｉＯ2等の２ＣａＯ・ＳｉＯ2以外のカルシウムシリケート、メルヴィナイト３ＣａＯ・ＭｇＯ・２ＳｉＯ2、アケルマナイト２ＣａＯ・ＭｇＯ・２ＳｉＯ2、モンチセライトＣａＯ・ＭｇＯ・ＳｉＯ2等のカルシウムマグネシウムシリケート、ゲーレナイト２ＣａＯ・Ａｌ2Ｏ3・ＳｉＯ2、アノーサイトＣａＯ・Ａｌ2Ｏ3・２ＳｉＯ2等のカルシウムアルミノシリケート、及びアケルマナイト２ＣａＯ・ＭｇＯ・２ＳｉＯ2とゲーレナイト２ＣａＯ・Ａｌ2Ｏ3・ＳｉＯ2の混晶であるメリライト、ＭｇＯ・ＳｉＯ2や２ＭｇＯ・ＳｉＯ2等のマグネシウムシリケート、遊離石灰、遊離マグネシア、カルシウムフェライト２ＣａＯ・Ｆｅ2Ｏ3、カルシウムアルミノフェライト４ＣａＯ・Ａｌ2Ｏ3・Ｆｅ2Ｏ3、リューサイト（Ｋ2Ｏ、Ｎａ2Ｏ）・Ａｌ2Ｏ3・ＳｉＯ2、スピネルＭｇＯ・Ａｌ2Ｏ3、マグネタイトＦｅ3Ｏ4等を含む場合がある。
【００１０】
本発明に係る膨張物質とは、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る。大別すると、ガス発泡物質系、セメント鉱物系がある。その具体例としては例えば、ガス発泡物質系では、アルミ粉、鉄粉、過酸化物質、炭素物質等が挙げられる。またセメント鉱物系では、エトリンガイト系や石灰系、並びに石灰−エトリンガイト複合系等の膨張材が挙げられる。本発明では、効果的な膨張性が付与できる観点から、セメント鉱物系を用いることが好ましい。
【００１１】
セメント鉱物系の膨張物質についてさらに詳細に説明する。セメント鉱物系の膨張物質としては、遊離石灰や遊離マグネシアを含むものが挙げられるが、長期安定性の観点から、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る。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、カルシウムアルミネート等の１種又は２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。
【００１２】
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「デンカＣＳＡ」、「デンカパワーＣＳＡ」、アサノ社製「アサノジプカル」、住友大阪セメント社製「サクス」、太平洋マテリアル社製「エクスパン」、「Ｎ-ＥＸ」、「ブライスター」等が挙げられる。
【００１３】
本発明におけるセメント混和材１００部中のγ−２ＣａＯ・ＳｉＯ2と膨張物質の配合割合は、用途によって異なり、特に限定されるものではないが、それぞれ２０〜８０部が好ましく、４０〜６０部がより好ましい。γ−２ＣａＯ・ＳｉＯ2が８０部をこえたり、膨張物質が２０部未満であると、十分な寸法安定性が得られない場合がある。逆に、γ−２ＣａＯ・ＳｉＯ2が２０部未満であったり、膨張物質が８０部を超えたりすると、中性化抑制効果が十分に得られない場合がある。
【００１４】
また、本発明のセメント混和材の使用量は、用途によって異なり、特に限定されるものではないが、通常、セメント組成物１００部中、５〜３０部が好ましく、１０〜２０部がより好ましい。５部未満では本発明の効果、即ち、中性化の抑制効果や寸法安定性が充分に付与できない場合があり、３０部を超えて使用しても更なる効果の増進が期待できない。
【００１５】
本発明で使用するセメントとしては、普通、早強、超早強、低熱及び中庸熱等の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、高炉水砕スラグ、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等が挙げられ、これらのうちの一種又は二種以上が使用可能である。
本発明のセメント混和材は、中性化され易く、ひび割れ抵抗性が低い高炉セメントに用いると特に有益である。
【００１６】
本発明のセメント組成物は、それぞれの材料を施工時に混合してもよいし、あらかじめ一部あるいは全部を混合しておいても差し支えない。
【００１７】
本発明のセメント組成物の粒度は、使用する目的・用途に依存するため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３０００〜８０００ｃｍ2／ｇが好ましく、４０００〜６０００ｃｍ2／ｇがより好ましい。３０００ｃｍ2／ｇ未満では強度発現性が十分に得られない場合があり、８０００ｃｍ2／ｇを超えると作業性が悪くなる場合がある。
【００１８】
本発明では、セメント、本混和材、砂や砂利等の骨材の他に、減水剤、ＡＥ減水剤、高性能減水剤及び高性能ＡＥ減水剤や、高炉水砕スラグ微粉末、高炉徐冷スラグ微粉末、石灰石微粉末、フライアッシュ及びシリカフューム等の混和材料や、急硬材、消泡剤、増粘剤、防錆剤、防凍剤、収縮低減剤、ポリマー、凝結調整剤及びベントナイト等の粘土鉱物、並びに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。
【００１９】
本発明において、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、あらかじめ一部を、あるいは全部を混合しておいても差し支えない。
【００２０】
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等の使用が可能である。
【００２１】
【実施例】
以下、本発明の実験例に基づいてさらに説明する。
【００２２】
実験例１
ブレーン比表面積４０００ｃｍ2／ｇのγ−２ＣａＯ・ＳｉＯ2５０部と、膨張物質Ａ５０部とを配合してセメント混和材を調製した。こ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部中のセメント混和材の使用量を表１に示すような割合で使用し、水／セメント組成物比５０％、セメント組成物と砂の割合が１対３のモルタルを調製した。
調製したモルタルの圧縮強度、長さ変化率及び中性化深さを測定した。比較のために、γ−２ＣａＯ・ＳｉＯ2の代わりに石灰石微粉末を用いた場合についても同様に行った。結果を表１に併記する。
【００２３】
＜使用材料＞
セメント（イ）：市販の普通ポルトランドセメント、ブレーン比表面積３２００ｃｍ2／ｇ、比重３．１５
γ−２ＣａＯ・ＳｉＯ2：試薬１級の炭酸カルシウム２モルと二酸化ケイ素１モルを配合して混合粉砕した後、電気炉で１４５０℃で３時間焼成し、炉外に取り出して自然放冷により冷却して合成した。この時ダスティングし、ブレーン比表面積１８００ｃｍ2／ｇまで粉化した。これを表１に示す粒度までさらに粉砕した。
石灰石微粉末：新潟県青海鉱山産石灰石の粉砕品、ブレーン比表面積４０００ｃｍ2／ｇ。
膨張物質Ａ：電気化学工業社製「デンカパワーＣＳＡ」、遊離石灰−水硬性化合物−無水セッコウ系、ブレーン比表面積２９００ｃｍ2／ｇ。遊離石灰量５０％
砂：ＪＩＳ標準砂（ＩＳＯ６７９準拠）
水：水道水
【００２４】
＜測定方法＞
ブレーン比表面積：ＪＩＳ  Ｒ  ５２０１に準じて測定。
圧縮強度：４×４×１６ｃｍ供試体を作製し、ＪＩＳ  Ｒ  ５２０１に準じて材齢２８日強度を測定。
長さ変化率：ＪＩＳ  Ａ  ６２０２に準じて、材齢２８日で測定。ただし、材齢１日で脱型し、材齢７日までは水中養生を行い、以後材齢２８日までは２０℃・相対湿度６０％の環境で気乾養生を行った。
中性化深さ：４×４×１６ｃｍ供試体を作製し、材齢２８日まで２０℃水中養生を施した後、３０℃・相対湿度６０％・炭酸ガス濃度５％の環境で促進中性化を行い、８週間後に供試体を輪切りし、断面にフェノールフタレインアルコール溶液を噴霧して中性化深さを確認。
【００２５】
【表１】
0004131795.tif 000002
【００２６】
表１から、本発明のセメント混和材を使用したセメント組成物は、優れた寸法安定性と中性化抑制効果を示すことが判る。
【００２７】
実験例２
γ−２ＣａＯ・ＳｉＯ2５０部と、膨張物質Ａ５０部とからなるセメント混和材をセメント組成物１００部中、１５部使用し、γ−２ＣａＯ・ＳｉＯ2の粒度を表２に示すように変えたこと以外は、実施例１と同様に行った。結果を表２に併記する。
【００２８】
【表２】
0004131795.tif 000003
【００２９】
表２から、本発明のセメント混和材の成分であるγ−２ＣａＯ・ＳｉＯ2の粒度を細かくすると優れた中性化抑制効果を示す傾向にあることが判る。
【００３０】
実験例３
ブレーン比表面積４０００ｃｍ2／ｇのγ−２ＣａＯ・ＳｉＯ2を使用し、表３に示すような膨張物質を使用してセメント混和材を調製し、セメント組成物１００部中、セメント混和材を１５部使用したこと以外は、実施例１と同様に行った。結果を表３に併記する。
【００３１】
＜使用材料＞
膨張物質Ｂ：電気化学工業社製「デンカＣＳＡ＃２０」、遊離石灰−水硬性化合物−無水セッコウ系、ブレーン比表面積２８００ｃｍ2／ｇ。遊離石灰量２０％
膨張物質Ｃ：太平洋マテリアル社製「エクスパン構造用」、遊離石灰−水硬性化合物−無水セッコウ系、ブレーン比表面積３５００ｃｍ2／ｇ。遊離石灰量３３％。
【００３２】
【表３】
0004131795.tif 000004
【００３３】
表３から、本発明のセメント混和材の成分である膨張物質の種類を変えても、優れた中性化抑制効果を示すことが判る。
【００３４】
実験例４
ブレーン比表面積４０００ｃｍ2／ｇのγ−２ＣａＯ・ＳｉＯ2５０部と膨張物質Ａ５０部からなるセメント混和材をセメント組成物１００部中、１５部使用し、セメントの種類を表４に示すように変えたこと以外は、実施例１と同様に行った。結果を表４に併記する。
【００３５】
＜使用材料＞
セメント（ロ）：市販の高炉セメントＢ種、ブレーン比表面積４０００ｃｍ2／ｇ、比重３．０６
セメント（ハ）：市販の高炉セメントＣ種、ブレーン比表面積４５００ｃｍ2／ｇ、比重２．９８
【００３６】
【表４】
0004131795.tif 000005
【００３７】
表４から、本発明のセメント混和材を使用したセメント組成物は、優れた寸法安定性と中性化抑制効果を示すことが判るが、特に高炉セメントに対して、著しい効果を示すことが判る。
【００３８】
【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、寸法安定性と中性化抑制効果を付与でき、特に高炉セメントに用いると有益である等の効果を奏する。