(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ブレーン比表面積値が5,500cm2/g以上であり、かつ、CaO/Al2O3モル比が2.5〜4.5である3CaO・Al2O3を主成分とするCaO-Al2O3系熱処理物50〜95部、アルカリ炭酸塩５〜50部、及びアルカリ金属アルミン酸塩20部以下（０を含む）からなる急結性状に優れるセメント急結剤。
【請求項２】
CaO-Al2O3系熱処理物のブレーン比表面積値が6,000cm2/g以上であることを特徴とする請求項１記載のセメント急結剤。
【請求項３】
セメントと、請求項１又は２記載のセメント急結剤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、土木・建築業界において使用されるセメント急結剤及びセメント組成物に関する。
なお、本発明で使用する(部)や(％)は特に規定のない限り質量基準である。
【０００２】
【従来の技術とその課題】
これまでに、カルシウムアルミネートとアルカリ金属炭酸塩からなるものや、カルシウムアルミネート、アルカリ金属炭酸塩、及びアルカリ金属アルミン酸塩からなるものなど数多くのセメント急結剤が提案された(特開平02-38350号公報や、特公昭56-27457号公報、特公平07-68057号公報)。
しかしながら、これらの急結剤の急結性状は温度や使用材料との相性によっては充分でない場合があった。
そして、最近では、セメント急結剤に求められる性能は益々高まっており、従来のセメント急結剤よりも急結性状に優れるセメント急結剤の開発が待たれているのが実状である。
【０００３】
本発明者は、種々の検討を重ねた結果、カルシウムアルミネートの組成、粒度、さらには、カルシウムアルミネート、アルカリ金属炭酸塩、及びアルカリ金属アルミン酸塩の配合割合が特定の範囲にあるセメント急結剤が優れた急結性を示すことを知見し、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、ブレーン比表面積値が5,500cm2/g以上であり、かつ、CaO/Al2O3モル比が2.5〜4.5である3CaO・Al2O3を主成分とするCaO-Al2O3系熱処理物50〜95部とアルカリ炭酸塩５〜50部、及びアルミン酸塩20部以下（０を含む）からなる急結性状に優れるセメント急結剤であり、CaO-Al2O3系熱処理物のブレーン比表面積値が6,000cm2/g以上である該セメント急結剤であり、セメントと該セメント急結剤とを含有するセメント組成物である。
【０００５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明をさらに詳しく説明する。
【０００６】
本発明の3CaO・Al2O3(以下、C3Aという)を主成分とするCaO-Al2O3系熱処理物(以下、ＣＡ熱処理物という)のCaO/Al2O3モル比(以下、Ｃ／Ａという)は2.5〜4.5であることが必要であり、2.7〜3.5が好ましい。ＣＡ熱処理物のＣ／Ａがこの範囲外では優れた凝結性状が得られない場合がある。
ＣＡ熱処理物の粒度は、ブレーン比表面積値(以下、ブレーン値という)で5,500cm2/g以上であることが必要であり、6,000cm2/g以上が好ましい。5,500cm2/g未満では優れた急結性状が得られない場合がある。
ＣＡ熱処理物は、例えば、消石灰、生石灰、及び石灰石等のCaO原料や、ボーキサイトやアルミ残灰等のAl2O3原料等を熱処理してなるものである。
熱処理方法は特に限定されるものではないが、例えば、ロータリーキルンや電気炉等を使用する方法が挙げられる。
熱処理温度は特に限定されるものではないが、通常、1,250〜1,500℃程度が好ましく、1,300〜1,450℃程度がより好ましい。
また、工業原料を用いてＣＡ熱処理物を製造する際には、例えば、MgO、R2O（Na2O、K2O、及びLi2O）、TiO2、Fe2O3、B2O3、SiO2、P2O5、並びに、SO3などの不純物が存在し、その混入が予想されるが、これらの存在は、熱処理時、C3Aの生成反応を促す効果を持つものや、固溶してC3Aの水和活性を高める効果を持つものもあることから好ましい面もあり、本発明の目的を実質的に阻害しない範囲の量では問題にならない。
ＣＡ熱処理物はC3Aを主成分とするものであるが、不純物の存在等によって、C3A以外の化合物が副生しやすくなる。
具体的には、CaOをC、Al2O3をA、Fe2O3をF、R2O（Na2O、K2O、及びLi2O）をR、並びに、SiO2をＳとすると、C12A7やこれにハロゲンが固溶したC11A7・CaX2（Xはハロゲン）、C3Aにアルカリ金属が固溶したC14RA5、C4AFなどのカルシウムアルミノフェライト、アウインと称されるC3A3・CaSO4、C3SやC2Sなどのカルシウムシリケート、遊離石灰、並びに、遊離石灰が消化して生成する消石灰等が挙げられ、これら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問題にならない。
【０００７】
本発明のセメント急結剤は、ＣＡ熱処理物の他に、アルカリ金属炭酸塩を、さらに必要に応じて、これらに、アルカリ金属アルミン酸塩を併用するものである。
【０００８】
ここで、アルカリ金属炭酸塩(以下、炭酸アルカリという)とは特に限定されるものではなく、例えば、炭酸リチウム、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、重炭酸リチウム、重炭酸ナトリウム、及び重炭酸カリウムなどが挙げられる。
また、これら炭酸アルカリには、結晶水を有する含水塩や、結晶水を持たない無水塩が存在するが、いかなる炭酸塩も使用可能である。
【０００９】
また、アルカリ金属アルミン酸塩(以下、アルミン酸アルカリという)とは特に限定されるものではなく、例えば、アルミン酸ナトリウム、アルミン酸カリウム、及びアルミン酸リチウムなどが挙げられる。
また、これらアルミン酸アルカリには、結晶水を有する含水塩や、結晶水を持たない無水塩が存在するが、いかなるアルミン酸アルカリも使用可能である。
【００１０】
セメント急結剤が、ＣＡ熱処理物と炭酸アルカリからなる場合の配合割合は、ＣＡ熱処理物50〜95部に対して、炭酸アルカリは５〜50部であり、ＣＡ熱処理物60〜80部に対して、炭酸アルカリ20〜40部が好ましい。炭酸アルカリが５部未満では優れた急結性や初期強度発現性が得られない場合があり、50部を超えると優れた急結性が得られない場合や長期強度発現性が低下する場合がある。
また、セメント急結剤が、ＣＡ熱処理物、炭酸アルカリ、及びアルミン酸アルカリからなる場合の配合割合は、ＣＡ熱処理物50〜90部に対して、炭酸アルカリ５〜50部、アルミン酸アルカリ20部以下であり、ＣＡ熱処理物60〜80部に対して、炭酸アルカリ10〜30部、アルミン酸アルカリ５〜15部が好ましい。炭酸アルカリが５部未満では優れた急結性や初期強度発現性が得られない場合があり、50部を超えると優れた急結性が得られない場合や長期強度発現性が低下する場合がある。
また、アルミン酸アルカリが20部を超えると初期強度発現性が低下する場合がある。
【００１１】
本発明のセメント急結剤の使用量は、セメント100部に対して、５〜９部が好ましく、通常は７部程度で使用される。５部未満では充分な凝結促進効果が得られない場合があり、９部を超えてもさらなる効果の増進が期待できない。
【００１２】
ここでセメントとしては、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、シリカや高炉スラグなどのポゾラン物質を混合した各種混合セメント、及びアルミナセメントなどが挙げられるが、本発明の効果が顕著となることから、早強ポルトランドセメントや超早強ポルトランドセメントを使用することが好ましい。
【００１３】
水の使用量は特に限定されるものではなく、通常の使用範囲が使用される。具体的には、水／セメント比30〜70％が好ましく、40〜60％がより好ましい。30％未満では充分な作業性が得られない場合があり、70％を超えると充分な急結性状や強度発現性が得られない場合がある。
【００１４】
本発明のセメント急結剤又はセメント組成物製造時に使用する混合装置としては、既存のいかなる攪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使用可能である。
また、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。
【００１５】
本発明では、セメントとセメント急結剤の他に、砂や砂利等の骨材、補強繊維材、減水剤、高性能減水剤、及び高性能ＡＥ減水剤、シリカフューム、フライアッシュ微粉末、及び高炉スラグ微粉末等のシリカ質微粉末、石灰石微粉末、増粘剤、セメント膨張材、防錆剤、防凍剤、ベントナイトやモンモリロナイトなどの粘土鉱物、並びに、ゼオライト、ハイドロタルサイト、及びハイドロカルマイトなどのイオン交換体等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。
【００１６】
【実施例】
以下、実験例に基づいて本発明をさらに説明する。
【００１７】
実験例１
CaO原料とAl2O3原料を所定割合で配合し、混合・粉砕して原料を調製した。
次いで、電気炉を用いて1,450℃で３時間熱処理して表１に示す組成のＣＡ熱処理物を得た。
これらのＣＡ熱処理物をブレーン値6,000cm2/gに粉砕し、ＣＡ熱処理物70部、炭酸アルカリａ30部を配合してセメント急結剤を調製した。
セメントα100部、砂300部、及び水60部を混練してモルタルを調製した後、調製したセメント急結剤７部を添加して10秒間混練し混練物を作製し、その凝結時間を測定した。結果を表１に併記する。
また、比較のために、従来より結晶性のカルシウムアルミネートよりも急結性に優れるとされる非晶質のカルシウムアルミネート（Ａ−ＣＡ）をＣＡ熱処理物として使用して同様の実験を行った。結果を表１に併記する。
【００１８】
＜使用材料>
CaO原料   ：炭酸カルシウム、試薬１級
Al2O3原料  ：酸化アルミニウム、試薬１級
炭酸アルカリａ：炭酸ナトリウム、試薬１級
Ａ−ＣＡ  ：非晶質カルシウムアルミネート、CaO原料1.7モルとAl2O3原料１モルからなる粉末100部に対して、SiO2２部を加えて混合粉砕し、白金ルツボに入れて電気炉で1,600℃で溶融した後、急冷して合成、ブレーン値6,000cm2/g
セメントα：電気化学工業社製、普通ポルトランドセメント
砂        ：新潟県姫川産川砂、比重2.62
水        ：水道水
【００１９】
＜測定方法>
化学組成  ：JIS R 5202に準じて測定
鉱物組成  ：粉末Ｘ線回折法（XRD)によって同定
凝結時間  ：ASTM C 403に準じて、混練物を迅速に型枠に詰めプロクター貫入抵抗値を測定して凝結時間の始発と終結を測定
【００２０】
【表１】
0004877886.tif 000002
【００２１】
実験例２
表２に示すブレーン値の、Ｃ／Ａが3.0のＣＡ熱処理物を使用したこと以外は実験例１と同様に行った。結果を表２に併記する。
【００２２】
【表２】
0004877886.tif 000003
【００２３】
実験例３
ブレーン値が6,000cm2/gで、Ｃ／Ａが3.0のＣＡ熱処理物を使用し、表３に示すＣＡ熱処理物、炭酸アルカリａ、及びアルミン酸アルカリＡの配合割合を用いたこと以外は実験例１と同様に行った。結果を表３に併記する。
【００２４】
＜使用材料>
アルミン酸アルカリＡ：アルミン酸ナトリウム、試薬１級
【００２５】
【表３】
0004877886.tif 000004
【００２６】
実験例４
ブレーン値6,000cm2/gで、Ｃ／Ａが3.0のＣＡ熱処理物70部、炭酸アルカリ15部、及びアルミン酸アルカリ15部からなるセメント急結剤において、表４に示す炭酸アルカリとアルミン酸アルカリを使用したこと以外は実験例３と同様に行った。結果を表４に併記する。
【００２７】
＜使用材料>
炭酸アルカリｂ：炭酸カリウム、試薬１級
アルミン酸アルカリＢ：アルミン酸カリウム、試薬１級
【００２８】
【表４】
0004877886.tif 000005
【００２９】
実験例５
工業原料であるCaO原料とAl2O3原料を用いて表５に示す組成のＣＡ熱処理物をロータリーキルンにより1,400℃で焼成し、ブレーン値6,000cm2/gに粉砕した。
粉砕したＣＡ熱処理物70部、炭酸アルカリａ15部、及びアルミン酸アルカリＡ15部からなるセメント急結剤を使用し、実験例３と同様に行った。結果を表６に示す。
なお、比較のために、セメント急結剤として市販のセメント急結剤を用いて同様の実験を行った。結果を表６に併記する。
【００３０】
＜使用材料>
CaO原料   ：青海鉱山産、石灰石
Al2O3原料  ：中国産、ボーキサイト
市販品▲１▼  ：主成分、カルシウムアルミネート、炭酸アルカリ
市販品▲２▼  ：主成分、カルシウムアルミネート、炭酸アルカリ、及びアルミン酸アルカリ
市販品▲３▼  ：主成分、カルシウムアルミネート、炭酸アルカリ、及びアルミン酸アルカリ
【００３１】
【表５】
0004877886.tif 000006
【００３２】
【表６】
0004877886.tif 000007
【００３３】
実験例６
表７に示すセメントを用いたこと以外は実験例５と同様に行った。結果を表７に併記する。
【００３４】
＜使用材料>
セメントβ  ：電気化学工業社製、早強ポルトランドセメント
【００３５】
【表７】
0004877886.tif 000008
【００３６】
実験例７
セメントαと、表８に示すセメント急結剤を使用量したこと以外は実験例５と同様に行った。結果を表８に併記する。
【００３７】
【表８】
0004877886.tif 000009
【００３８】
【発明の効果】
本発明のセメント急結剤を使用することによって、急結性状に優れるセメント組成物が得られるなどの効果を奏する。