(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
遊離石灰、アウイン及び無水セッコウを主要な構成化合物とし、CaO、Al2O3及びSO3の３成分からなる化学組成の百分率において、CaOが57.6〜78.0重量％、Al2O3が５〜15重量％、SO3が15.7〜27.4重量％であり、全成分の化学組成の百分率において、MgOが２重量％未満である膨張物質と、ギ酸、酢酸又はそれらの塩を除く脂肪酸及び／又はそれらの塩類とを含有してなり、セメント混和材100重量部中、膨張物質が95〜99.995重量部、ギ酸、酢酸又はそれらの塩を除く脂肪酸及び／又はそれらの塩類が0.005〜５重量部であるセメント混和材。
【請求項２】
遊離石灰を30重量％以上含有してな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】
遊離石灰を30〜60重量％含有してな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４】
無水セッコウを40重量％以下含有してなることを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載のセメント混和材。
【請求項５】
無水セッコウを21〜40重量％含有してなることを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載のセメント混和材。
【請求項６】
セメントと、請求項１乃至５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７】
セメントと、遊離石灰、アウイン及び無水セッコウを主要な構成化合物とし、CaO、Al2O3及びSO3の３成分からなる化学組成の百分率において、CaOが57.6〜78.0重量％、Al2O3が５〜15重量％、SO3が15.7〜27.4重量％であり、全成分の化学組成の百分率において、MgOが２重量％未満である膨張物質と、ギ酸、酢酸又はそれらの塩を除く脂肪酸及び／又はそれらの塩類とを含有してなるセメント混和材とを含有してなり、セメント混和材100重量部中、膨張物質が95〜99.995重量部、ギ酸、酢酸又はそれらの塩を除く脂肪酸及び／又はそれらの塩類が0.005〜５重量部であるセメント組成物。
【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。
【０００２】
【従来の技術】
セメントは安価でしかも、大きなコンクリート構造物を任意の形に造れる優れた材料である。更に、セメント混和材を併用することによって、構造物の強度や耐久性を向上させることが可能である。此までにセメント混和材は数多く提案されているが、最も使用されているものとしては、コンクリートに膨張性を付与するセメント混和材がある。ここで、コンクリートとは、セメント、モルタル及びコンクリート等のセメント硬化体を総称するものである。
【０００３】
コンクリート構造物に膨張性を付与するセメント混和材としては、例えば、ＣａＯ-Ａｌ2Ｏ３-ＳＯ3系化合物を有効成分とするものが知られている(特公昭42-21840号公報，特公昭42-19473号公報，特公昭53-16007号公報等)。しかしながら、従来のＣａＯ-Ａｌ2Ｏ３-ＳＯ3系化合物を有効成分とするセメント混和材は、ＳＯ３含有量が高く、製造時に大気中に放出されるＳＯＸが問題視され、最近では、膨張性を付与するセメント混和材に要求される性能は益々高まってきており、混和率が少なくても優れた膨張性能を付与できるセメント混和材の開発が待たれている。又、従来の膨張性を付与するセメント混和材は、貯蔵によって膨張性能が大きく低下し易く、水濡れや破袋等に起因する風化や、比較的貯蔵状態が良好であっても、貯蔵期間が６ヶ月程度になると膨張性能は低下してしまうという課題があった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明者らは、このような状況を鑑み、前記課題を解消すべく種々検討した結果、特定の膨張物質と脂肪酸及び／又はそれらの塩類を配合することによって、膨張性能に優れ、しかも貯蔵安定性も良好なセメント混和材とすることが可能であることを知見し、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、遊離石灰、アウイン及び無水セッコウを主要な構成化合物とし、CaO、Al2O3及びSO3の３成分からなる化学組成の百分率において、CaOが57.6〜78.0重量％、Al2O3が５〜15重量％、SO3が15.7〜27.4重量％であり、全成分の化学組成の百分率において、MgOが２重量％未満である膨張物質と、ギ酸、酢酸又はそれらの塩を除く脂肪酸及び／又はそれらの塩類とを含有してなり、セメント混和材100重量部中、膨張物質が95〜99.995重量部、ギ酸、酢酸又はそれらの塩を除く脂肪酸及び／又はそれらの塩類が0.005〜５重量部であるセメント混和材であり、遊離石灰を30重量％以上含有してなる該セメント混和材であり、遊離石灰を30〜60重量％含有してなる該セメント混和材であり、無水セッコウを40重量％以下含有してなる該セメント混和材であり、無水セッコウを21〜40重量％含有してな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、セメントと、遊離石灰、アウイン及び無水セッコウを主要な構成化合物とし、CaO、Al2O3及びSO3の３成分からなる化学組成の百分率において、CaOが57.6〜78.0重量％、Al2O3が５〜15重量％、SO3が15.7〜27.4重量％であり、全成分の化学組成の百分率において、MgOが２重量％未満である膨張物質と、ギ酸、酢酸又はそれらの塩を除く脂肪酸及び／又はそれらの塩類とを含有してなり、セメント混和材100重量部中、膨張物質が95〜99.995重量部、ギ酸、酢酸又はそれらの塩を除く脂肪酸及び／又はそれらの塩類が0.005〜５重量部であ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。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を更に詳細に説明する。
【０００７】
本発明の膨張物質は、遊離石灰、アウイン及び無水セッコウを主要な構成化合物とし、ＣａＯ、Ａｌ2Ｏ3及びＳＯ3の３成分からなる化学組成の百分率において、ＣａＯが５７重量％以上、Ａｌ2Ｏ3が５〜１５重量％、ＳＯ3が２８重量％以下であり、全成分の化学組成の百分率において、ＭｇＯが２重量％未満であることを特徴としている。ＣａＯは６０〜８０重量％がより好ましく、６５〜７５重量％が更に好ましい。ＳＯ3は１０〜２５重量％がより好ましく、１５〜２０重量％が更に好ましい。ＭｇＯ量は２重量％未満であり、１．５重量％以下がより好ましい。ＭｇＯ量が２重量％以上になると、長期耐久性が悪くなる恐れがある。
【０００８】
本発明の膨張物質の構成化合物は、遊離石灰、アウイン及び無水セッコウを主要構成化合物としている。アウインとは、3CaO・3Al２O３・CaSO４で表される化合物を意味するものである。本発明では、遊離石灰含有量は30重量％以上が好ましく、30〜60重量％がより好ましい。遊離石灰含有量が30重量％未満では優れた膨張性能が得られない場合がある。又、無水セッコウ含有量は40重量％以下が好ましく、21〜40重量％がより好ましい。無水セッコウ含有量が40重量％を超えると、製造時に発生する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。
【０００９】
本発明の膨張物質は、ＣａＯ原料、Ａｌ2Ｏ3原料、ＣａＳＯ4原料及びＭｇＯ原料を配合して熱処理することによって製造できる。ＣａＯ原料としては、石灰石や消石灰などが挙げられ、Ａｌ2Ｏ3原料としては、ボーキサイトやアルミ残灰などが挙げられ、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。また、ＭｇＯ原料としては、ドロマイトやブルーサイトが挙げられる。熱処理方法としては、ロータリーキルンや電気炉等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、１２００〜１４００℃程度がより好ましい。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。
【００１０】
本発明において、膨張物質中の不純物の存在は、その総量が本発明の目的を実質的に阻害しない範囲、例えば、１０重量％程度以下であることが好ましい。不純物の具体例としては、ＳｉＯ2、フッ素化合物、塩素化合物、ＴｉＯ2、Ｎａ2Ｏ、Ｋ2Ｏ、Ｆｅ2Ｏ3、ＭｇＯ、Ｂ2Ｏ3、Ｐ2Ｏ5等が挙げられる。これらの中で特に、ＭｇＯは２．０重量％未満であり、ＳｉＯ2量は５重量％以下が好ましく、３重量％以下がより好ましい。ＳｉＯ2量が５重量％を超えると、本発明の効果、即ち、優れた膨張性能が得られない場合がある。
【００１１】
本発明の脂肪酸とは、一般に、ＲＣＯＯＨ（Ｒは飽和または不飽和の炭化水素）で表される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、その具体例としては、例えば、ラウリン酸、ミリスチン酸、ステアリン酸、オレイン酸、ベヘニン酸、パルミチン酸等が挙げられる。又、本発明では、これら脂肪酸の塩類も使用可能であり、その具体例としては、ナトリウム塩、カリウム塩、カルシウム塩、マグネシウム塩、アルミニウム塩等が挙げられる。更に、脂肪酸は天然油脂として入手することもでき、その具体例としては、例えば、大豆油、ヤシ油、パーム油、オリーブ油、アマニ油、綿実油、ナタネ油、キリ油、ヒマシ油、牛脂、スクワラン、ラノリン、硬化油等が挙げられる。本発明ではこれらのうちの１種又は２種以上が使用可能である（以下、脂肪酸類という）。
【００１２】
セメント混和材中の膨張物質と脂肪酸類の配合割合は、特に限定されるものではないが、通常、膨張物質はセメント混和材１００重量部中、９５〜９９．９９５重量部が好ましく、９９〜９９．９５重量部がより好ましい。９５重量部未満では、強度発現性が悪くなる場合があり、９９．９９５重量部を超えると貯蔵安定性が悪くなる場合がある。脂肪酸類の配合割合は、０．００５〜５重量部が好ましく、０．０５〜１重量部がより好ましい。０．００５重量部未満では、貯蔵安定性が悪くなる場合があり、５重量部を超えると強度発現性が悪くなる場合がある。
【００１３】
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１５００〜６０００ｃｍ2／ｇが好ましく、２５００〜４０００ｃｍ2／ｇがより好ましい。１５００ｃｍ2／ｇ未満では、強度発現性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重量部未満では本発明の効果が十分に得られない場合があり、１２重量部を超えて使用すると、強度発現性が悪くなる場合がある。
【００１５】
本発明に係るセメントとしては、普通、早強、超早強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、並びに低熱セメント、石灰石粉末等を混合したフィラーセメント及びアルミナセメント等が挙げられ、これらのうちの１種又は２種以上が使用可能である。
【００１６】
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、砂利等の骨材の他、減水剤、AE減水剤、高性能減水剤、高性能AE減水剤、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、凝結調整剤、セメント急硬材、ベントナイトやゼオライト等の粘土鉱物、ハイドロタルサイト等のイオン交換体等のうちの１種又は２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。
【００１７】
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、予め一部、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の使用が可能である。
【００１８】
【実施例】
以下、実施例により本発明を詳細に説明する。
【００１９】
実施例１
試薬特級のＣａＯ原料、Ａｌ2Ｏ3原料、ＣａＳＯ4原料を配合して、電気炉を用いて、１３５０℃で２時間熱処理することにより、表１に示すＡ〜Ｊの膨張物質を製造し、各膨張物質９９．５重量部と、脂肪酸Ａ０．５重量部とを混合粉砕してブレーン比表面積３５００±２００ｃｍ2／ｇのセメント混和材を調製した。
セメント混和材の貯蔵安定性を確認するために、セメント混和材を紙袋に入れミシン縫いで閉袋した状態で、温度２０℃、相対湿度８０％の試験室内で貯蔵した。更に、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７重量部配合し、水／セメント組成物比＝５０％、砂／セメント組成物比＝１／３のモルタルを調製して膨張率の測定を行い、セメント混和材の貯蔵期間と膨張率の関係を確認することにより、セメント混和材の貯蔵安定性を評価した。
尚、セメント混和材を粉末Ｘ線回折法（ＸＲＤ）により同定し、遊離石灰、アウイン及び無水セッコウが主要な構成化合物であることを確認した。又、化学組成は化学分析により求め、化合物組成は化学分析の結果より、計算によって算出した。化学組成より算出した化合物組成を表２に示し、膨張率の測定結果を表３に示す。
【００２０】
＜使用材料＞
脂肪酸類Ａ：市販ステアリン酸
セメントα：市販普通ポルトランドセメント
水：水道水
砂：標準砂（ISO679準拠）
ＣａＯ原料：試薬特級炭酸カルシウム
Ａｌ2Ｏ3原料：試薬特級酸化アルミニウム
ＣａＳＯ4原料：試薬特級無水セッコウ
＜測定方法＞
化学分析：JIS R 5202に準じて測定。
化合物組成：遊離石灰含有量をJIS R 5202に準じて測定し、それ以外の化合物については計算によって求めた。即ち、Ｆｅ2Ｏ3量からＣ4ＡＦ量を算出し、全Ａｌ2Ｏ3量からＣ4ＡＦに含有されるＡｌ2Ｏ3量を差し引いて、残りのＡｌ2Ｏ3量からアウイン量を算出した。次いで、全ＳＯ3量からアウインに含有されるＳＯ3量を差し引いて、残りのＳＯ3量から無水セッコウ量を算出した。
膨張率：JIS A 6202 Bに準じて測定。
【００２１】
【表１】
0004386503.tif 000002
【００２２】
【表２】
0004386503.tif 000003
【００２３】
【表３】
0004386503.tif 000004
【００２４】
本発明のセメント混和材は、膨張性能に優れ、しかも貯蔵安定性も良好であることが示されている。
【００２５】
実施例２
工業原料のＣａＯ原料、Ａｌ2Ｏ3原料、ＣａＳＯ4原料を配合して、ロータリーキルンを用いて、１４００℃で熱処理することによって、表４に示すａ〜ｊの膨張物質を製造したこと以外は、実施例１と同様に行った。表５に化学組成から算出した化合物組成を示す。又、各膨張物質９９．５重量部と、脂肪酸Ａ０．５重量部とを混合粉砕してブレーン比表面積３５００±２００ｃｍ2／ｇのセメント混和材を調製し、それらを配合したモルタルの膨張率の測定結果を表６に示す。比較のため、市販のセメント混和材について同様の実験を行ったが、市販品は脂肪酸類Ａを配合せずにそのまま使用した。
【００２６】
＜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
ＣａＳＯ4原料：タイ産天然無水セッコウ
市販品：遊離石灰、アウイン及び無水セッコウを主要な構成化合物とするセメント混和材
【００２７】
【表４】
0004386503.tif 000005
【００２８】
【表５】
0004386503.tif 000006
【００２９】
【表６】
0004386503.tif 000007
【００３０】
本発明のセメント混和材は、膨張性能に優れ、しかも貯蔵安定性も良好であることが示されている。
【００３１】
実施例３
脂肪酸類の種類と膨張物質ｃの配合割合を表７に示すように変えたこと以外は、実施例２と同様に行った。その結果を表７に示す。
【００３２】
＜使用材料＞
脂肪酸類Ｂ：市販オレイン酸
脂肪酸類Ｃ：市販ラウリン酸
脂肪酸類Ｄ：市販ヤシ油
脂肪酸類Ｅ：市販パーム油
脂肪酸類Ｆ：市販牛脂
脂肪酸類Ｇ：市販ステアリン酸ナトリウム
脂肪酸類Ｈ：市販オレイン酸ナトリウム
脂肪酸類Ｉ：脂肪酸類Ａと脂肪酸類Ｄの等重量混合物
脂肪酸類Ｊ：脂肪酸類Ａと脂肪酸類Ｄと脂肪酸類Ｈの等重量混合物
【００３３】
【表７】
0004386503.tif 000008
【００３４】
本発明のセメント混和材は、脂肪酸類を使用しない比較例と比べ、膨張性能に優れ、しかも貯蔵安定性も良好であることが示されている。
【００３５】
実施例４
膨張物質ｃ９９重量部と脂肪酸類Ａ１重量部からなるセメント混和材を使用し、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表８に示すように変えたこと以外は、実施例２と同様に行った。その結果を表８に示す。
【００３６】
【表８】
0004386503.tif 000009
【００３７】
本発明のセメント混和材を配合したモルタルは、配合しない比較例のモルタルと比べ、膨張性能に優れ、しかも貯蔵安定性も良好であることが示されている。
【００３８】
実施例５
膨張物質ｃを使用し、セメントの種類を表９に示すように変えたこと以外は、実施例２と同様に行った。その結果を表９に示す。尚、比較のため、市販のセメント混和材についても同様の実験を行ったが、市販品の配合量は、セメント組成物１００重量部中、１２重量部とした。
【００３９】
＜使用材料＞
セメントβ：市販高炉セメントＢ種
セメントγ：市販低熱ポルトランドセメント
【００４０】
【表９】
0004386503.tif 000010
【００４１】
本発明のセメント混和材を配合したモルタルは、市販のセメント混和材を配合した比較例のモルタルと比べ、膨張性能に優れ、しかも貯蔵安定性も良好であることが示されている。
【００４２】
実施例６
工業原料のＣａＯ原料、Ａｌ2Ｏ3原料、ＣａＳＯ4原料及びＭｇＯ原料を配合して、ロータリーキルンを用いて、１４００℃で熱処理することにより、表１０に示すようなＭｇＯ含有量の異なる膨張物質（イ、ロ、ハ）を製造し、各膨張物質９９．５重量部と脂肪酸類Ａ０．５重量部とを配合して混合粉砕し、ブレーン比表面積３５００±２００ｃｍ2／ｇのセメント混和材を調製した。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９重量部配合し、水／セメント組成物比＝２５％、砂／セメント組成物比＝１／２のモルタルを調製して、モルタルの長期安定性を観察した。但し、市販の高性能減水剤をセメント組成物に対して１．２％使用した。又、モルタルの養生は、材齢１日で脱型し、６ヶ月間２０℃水中養生とした。その結果を表１１に示す。
【００４３】
＜使用材料＞
ＭｇＯ原料：中国産ドロマイト
高性能減水剤：市販ポリカルボン酸系
【００４４】
【表１０】
0004386503.tif 000011
【００４５】
【表１１】
0004386503.tif 000012
【００４６】
本発明のセメント混和材を配合したモルタルは、安定した膨張性能を示しているが、ＭｇＯ含有量の多いセメント混和材を配合した比較例のモルタルは、クラックや膨張破壊を生じている。
【００４７】
【発明の効果】
本発明のセメント混和材は、膨張性能に優れるばかりでなく、貯蔵安定性が良好なため長期に亘って高品質を保つことが可能となり、膨張性能の確保が容易になる。更に本発明のセメント混和材は、従来のセメント混和材と比較してＳＯ3含有量が少ないので、製造時に発生するＳＯX量を低減できる等の利点を有する。