(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＣａＯ原料とＣａＳＯ4原料を含む配合物を熱処理して生成する遊離石灰と無水セッコウを有効成分とする鉱物からなり、無水セッコウが遊離石灰と無水セッコウの合計１００部中１０〜５０部である膨張材と、収縮低減剤を含有してなり、膨張材と収縮低減剤の合計１００部中、膨張材が５０〜８０部、収縮低減剤が２０〜５０部である、スラリー化したセメント混和剤。
【請求項２】
セメントと、請求項１に記載のセメント混和剤とを含有してなるセメント組成物。
【請求項３】
ＣａＯ原料とＣａＳＯ4原料を含む配合物を熱処理して生成する遊離石灰と無水セッコウを有効成分とする鉱物からなり、無水セッコウが遊離石灰と無水セッコウの合計１００部中１０〜５０部である膨張材と、収縮低減剤とを、膨張材と収縮低減剤の合計１００部中、膨張材が５０〜８０部、収縮低減剤が２０〜５０部となるように配合してスラリー化することを特徴とするセメント混和剤の製造方法。
【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剤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、美観等の観点から重要であり、これらを改善する効果のあるセメント混和材、すなわち、セメント系膨張材の更なる技術の進展が望まれている。従来より、セメント・コンクリートに膨張性を与えるセメント混和材としては、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）等があった。
一方、近年ではコンクリートの高性能化を目的として、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。
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を総称するものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、これらの高性能なコンクリートでは、膨張材の効果が十分に発揮されないことが指摘されている。現在では膨張材の混和率が低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のが実状である。
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移行が検討されており、これまでやや軽視されていた耐久性についても明確な性能規定が定められるものと考えられる。すなわち、ひび割れの耐久性に対する影響の定量化がなされるため、ひび割れの低減は重要な課題となるが、ひび割れ低減に効果のあるセメント系膨張材を広範に利用するためには、使用量を少なくして経済的負担を小さくすることが不可欠である。
一方、前記の膨張材は粉体であり、これを使用する際には、生コンプラントに荷揚げし、解袋投入作業を行わなければならない。この作業はいわゆる３Ｋ（きつい、汚い、危険）作業であり、作業員の高齢化や人手不足が進む時代の流れにあって、深刻な問題となっているのが現状である。膨張材がスラリー化できれば、生コンプラントに既に設置してある計量設備を利用できるので、３Ｋ作業は大幅に軽減できる。これまでにセメント混和材を水でスラリー化する試みもなされてきたが、セメント混和材は水硬性物質であり、長い時間練り置いておくことができない。そのため、現場で撹拌装置を準備しなければならないデメリットや、出荷トラブルが発生した場合には調製したスラリーを廃棄しなければならないなどの大きな問題を有していた。
また、膨張材は初期材齢で膨張ひずみを付与して収縮を補償する性質を有するが、その後の乾燥収縮挙動は、膨張材を混和しないものとあまり変わらないという問題もあった。
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、特定の膨張材を収縮低減剤でスラリー化することにより、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。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
すなわち、本発明は、ＣａＯ原料とＣａＳＯ4原料を含む配合物を熱処理して生成する遊離石灰と無水セッコウを有効成分とする鉱物からなり、かつ、該鉱物中の成分割合は、無水セッコウが、遊離石灰と無水セッコウの合計１００部中１０〜５０部である膨張材と、収縮低減剤を含有してなり、膨張材と収縮低減剤の合計１００部中、膨張材が５０〜８０部、収縮低減剤が２０〜５０部である、スラリー化したセメント混和剤であり、さらに、セメントと、該セメント混和剤とを含有してなるセメント組成物である。また、ＣａＯ原料とＣａＳＯ4原料を含む配合物を熱処理して生成する遊離石灰と無水セッコウを有効成分とする鉱物からなり、無水セッコウが遊離石灰と無水セッコウの合計１００部中１０〜５０部である膨張材と、収縮低減剤とを、膨張材と収縮低減剤の合計１００部中、膨張材が５０〜８０部、収縮低減剤が２０〜５０部となるように配合してスラリー化することを特徴とするセメント混和剤の製造方法である。
なお、本発明で使用する配合割合や添加量を表す部、％は、質量単位である。
【０００５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明をさらに詳細に説明する。
本発明の膨張材は、ＣａＯ原料とＣａＳＯ4原料を含む配合物を熱処理して生成する遊離石灰と無水セッコウを有効成分とする鉱物からなり、かつ、該鉱物中の割合は、無水セッコウが遊離石灰と無水セッコウの合計１００部中１０〜５０部である。本発明の膨張材のＣａＯ原料とＣａＳＯ4原料との配合割合は、生成物である遊離石灰と無水セッコウの合計１００部中、無水セッコウが１０〜５０部となるように配合することが好ましく、２０〜４０部となるように配合することがより好ましい。無水セッコウが１０部未満では、例えば、材齢１日までに急激な膨張性を示し、その膨張材を用いたセメント硬化体にクラックが発生したり、強度発現性が低下する場合があり、無水セッコウが５０部を超える量では、膨張性能が低下する傾向がある。
【０００６】
本発明の膨張材を製造する際、ＣａＯ原料とＣａＳＯ4原料を含む配合物を熱処理して、遊離石灰と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することが望ましい。また、遊離石灰と無水セッコウを別々に合成し、それらを混合することによっても本発明の膨張材と同じ組成のものを合成することが可能であるが、本発明の効果、すなわち、優れた膨張性能が得られる観点から、ＣａＯ原料とＣａＳＯ4原料を含む配合物を熱処理して、遊離石灰、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することが好ましい。
【０００７】
ＣａＯ原料とＣａＳＯ4原料を配合したものを熱処理して、遊離石灰と無水セッコウとからなるクリンカーを合成し、これを粉砕して製造されたものか否かを確認する方法としては、例えば、膨張材の粗粒子、具体的には１００μｍよりも大きな粒子を顕微鏡等により観察して組成分析を行い、粒子中に遊離石灰と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容易に判別できる。
【０００８】
本発明の膨張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はなく、１６００℃を超えると無水セッコウが分解する場合がある。
原料の混合方法は特に限定されるものではなく、通常の方法が可能である。
膨張材を製造する熱処理方法としては、特に限定されるものではなく、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る。
【０００９】
ＣａＯ原料としては、石灰石や消石灰等が挙げられ、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。原料中に存在する、ＳｉＯ2、Ｆｅ2Ｏ3、ＣａＦ2、ＭｇＯ、ＴｉＯ2等の不純物は、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。
【００１０】
本発明の膨張材の粒度は、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。膨張材の粒度が１５００ｃｍ2／ｇ未満では、長期耐久性が悪くなる場合があり、９０００ｃｍ2／ｇを超えると十分な膨張性能が得られない場合がある。
【００１１】
本発明の膨張材の使用量は、特に限定されるものではないが、通常、セメントと膨張材からなるセメント組成物１００部中、３〜１２部が好ましく、５〜９部がより好ましい。３部未満では十分な膨張性能が得られない場合があり、１２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。
【００１２】
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、並びに石灰石微粉末等を混合したフィラーセメント等がある。
【００１３】
本発明に係る収縮低減剤とは、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。主成分で大別すると、低級アルコールアルキレンオキシド付加物、アルコール系、グリコールエーテル・アミノアルコール誘導体系、ポリエーテル系、低分子量アルキレンオキシド共重合体系等が挙げられる。
収縮低減剤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「エスケーガード」、エフ・ピー・ケー社製「ヒビガード」、竹本油脂社製「ヒビタン」、太平洋セメント社製「テトラガード」等が挙げられる。
【００１４】
本発明のセメント混和剤中の膨張材と収縮低減剤の配合割合は、特に限定されるものではないが、通常、膨張材と収縮低減剤の合計１００部中、膨張材は５０〜８０部が好ましく、６０〜７５部がより好ましい。また、収縮低減剤は２０〜５０部が好ましく、２５〜４０部がより好ましい。収縮低減剤が５０部を超えたり、膨張材が５０部未満であると、材料分離が生じてセメント混和剤が不均一になる恐れがある。収縮低減剤が２０部未満であったり、膨張材が８０部を超えると、セメント混和剤の粘性が強くなり取り扱いが困難になる恐れがある。
【００１５】
本発明のセメント混和剤及びセメント組成物は、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、高分子エマルジョン及び凝結促進剤、凝結遅延剤、並びにセメント急硬剤、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、ホウ酸及びその塩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。
【００１６】
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、ある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が挙げられる。
【００１７】
【実施例】
以下、実施例により本発明を詳細に説明する。
【００１８】
実施例１
ＣａＯ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、ボールミルを用いて、ブレーン比表面積３３００±２００ｃｍ2／ｇに粉砕して膨張材を製造した。膨張材の化合物組成は、化学組成を基に計算により算出した。
化学組成はＪＩＳ  Ｒ  ５２０２に準じて求めた。
表１に示す膨張材７５部と、収縮低減剤Ａ２５部とを混練してセメント混和剤を調製した。調製したセメント混和剤を撹拌しながら１時間練り置いた後、セメントと膨張材からなるセメント組成物１００部に対して、膨張材が６部となるようにセメント混和剤を使用し、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て、長さ変化率の測定を行った。
なお、比較のため市販の膨張材を用いた場合についても同様の実験を行った。
また、収縮低減剤は水の一部とみなし、混練水量を調整した。結果を表１に併記する。
【００１９】
＜使用材料＞
ＣａＯ原料：試薬１級、炭酸カルシウム
ＣａＳＯ4原料：試薬１級、二水セッコウ
収縮低減剤Ａ：電気化学工業社製「エスケーガード」、低分子量アルキレンオキシド共重合体系
砂：ＪＩＳ標準砂（ＩＳＯ６７９準拠）
市販品イ：市販のカルシウムサルホアルミネート系膨張材、無水セッコウ含有量４０％、ブレーン比表面積２９４０ｃｍ2／ｇ
市販品ロ：市販の石灰系膨張材、無水セッコウ含有量３５％、ブレーン比表面積３８９０ｃｍ2／ｇ
【００２０】
＜測定方法＞
長さ変化率：ＪＩＳ  Ａ  ６２０２に準じて測定。
【００２１】
【表１】
0004937465.tif 000002
【００２２】
表１より、本発明のセメント混和剤である膨張材と収縮低減剤を混練しスラリー化して練り置いても、モルタルは優れた膨張性能を示し、収縮率が少ないことが判る。
【００２３】
実施例２
実施例１の膨張材Ｅを使用し、収縮低減剤の種類と使用量を表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。
なお、比較のため、収縮低減剤の代わりに水を用いた場合と、市販の膨張材イを用いた場合についても同様の実験を行った。結果を表２に併記する。
【００２４】
＜使用材料＞
収縮低減剤Ｂ：エフ・ピー・ケー社製「ヒビガード」、グリコールエーテル・アミノアルコール誘導体系
収縮低減剤Ｃ：太平洋セメント社製「テトラガード」、低級アルコールのアルキレンオキシド付加物系
水：水道水
【００２５】
【表２】
0004937465.tif 000003
【００２６】
表２より、本発明のセメント混和剤である膨張材と収縮低減剤を混練りしスラリー化し練り置いても、モルタルは優れた膨張性能を示し、収縮率が少ないことが判る。
【００２７】
【発明の効果】
本発明のセメント混和剤である膨張材と収縮低減剤を混練りしスラリー化し練り置いても、優れた膨張性能と収縮低減効果を奏するセメント組成物が得られる。また、スラリー化することによって、解袋作業等の３Ｋ作業を大幅に低減することが出きる。