(57)【要約】【課題】  モルタルの粘性が高く、骨材や水の分離が少なく、硬化が早い、ドライアップの少ない、耐久性のあるセメント硬化体の提供が可能となるセメント組成物を提供する。【解決手段】  セメント、カルシウムアルミネ−トガラス及び／又はアルミノケイ酸カルシウムガラス、石膏、凝結遅延剤、コロイダルシリカ、並びに、水を含有してなるセメント組成物、コロイダルシリカが、セメント、カルシウムアルミネ−トガラス及び／又はアルミノケイ酸カルシウムガラス、並びに、石膏からなる急硬セメント100部に対して、0.1〜５部である該セメント組成物、セメント、カルシウムアルミネ−トガラス及び／又はアルミノケイ酸カルシウムガラス、並びに、石膏の配合割合が、セメント70〜95部、アルミノケイ酸カルシウムガラス及び／又はカルシウムアルミネ−トガラス1.5〜20部、並びに、石膏1.5〜18部である該セメント組成物を構成とする。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
セメント、カルシウムアルミネ−トガラス及び／又はアルミノケイ酸カルシウムガラス、石膏、凝結遅延剤、コロイダルシリカ、並びに、水を含有してなるセメント組成物。
【請求項２】
コロイダルシリカが、セメント、カルシウムアルミネ−トガラス及び／又はアルミノケイ酸カルシウムガラス、並びに、石膏からなる急硬セメント100部に対して、固形分換算で0.1〜５部である請求項１に記載のセメント組成物。
【請求項３】
セメント、カルシウムアルミネ−トガラス及び／又はアルミノケイ酸カルシウムガラス、並びに、石膏の配合割合が、セメント70〜95部、アルミノケイ酸カルシウムガラス及び／又はカルシウムアルミネ−トガラス1.5〜20部、並びに、石膏1.5〜18部である請求項１又は請求項２に記載のセメント組成物。
【請求項４】
セメント、カルシウムアルミネ−トガラス及び／又はアルミノケイ酸カルシウムガラス、並びに、石膏の配合割合が、セメント75〜90部、アルミノケイ酸カルシウムガラス及び／又はカルシウムアルミネ−トガラス３〜17部、並びに、石膏４〜16部である請求項１又は請求項２に記載のセメント組成物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コロイダルシリカを含有するセメント組成物に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、建築、土木分野では、モルタル又はコンクリ−トに急硬性を与えるものとして、カルシウムアルミネ−トガラス及び／又はアルミノケイ酸カルシウムガラスと、石膏と、凝結遅延剤とを組み合わせ、セメントに使用し、凝結遅延剤の種類や量により、目標の硬化時間の調整を行っている。
【０００３】
凝結遅延剤は急硬セメントの硬化時間を伸ばすことに使用され、急硬セメントの硬化時間を早めたい場合は、アルカリ金属アルミン酸塩を併用したり、ミョウバン類を併用したセメント混和材が提案されている（特許文献１、特許文献２参照）。
しかしながら、このセメント混和材は、アルカリ金属の併用により、アルカリ骨材反応の危惧があり、耐久性が劣る場合があるなどの課題があった。
【０００４】
一方、コロイダルシリカは、一般に、ＩＣ平坦化用研磨材、シリコンウエハー研磨材、及び各種コーテング用充填材に、また、合成ガラスの原料としてや、断熱性耐火物の吹付け施工にも使用されている。
【０００５】
また、建築、土木分野では、例えば、カルシウムフロロアルミネ−トと、コロイダルシリカを含む反応性シリカ質物質を主成分とするものを、耐磨耗性の向上に用いる水硬性組成物が提案されている（特許文献３参照）。
しかしながら、特許文献３には、コロイダルシリカを含む反応性シリカ質物質を使用することによって、セメント組成物の硬化時間を短くする効果について、全く記載がない。
【０００６】
さらに、希土類系硬磁性粉体が水硬性硬化体中に保持される、高強度を有する水硬性組成物ボンド磁石として、セメント、カルシウムアルミネ−ト化合物の水硬性組成物100重量部に、コロイダルシリカを１〜10重量部添加又は含浸させ、100℃以上で養生することが提案されている（特許文献４参照）。
しかしながら、特許文献４は、あくまでも、水硬性組成物ボンド磁石に関するものであって、コロイダルシリカを使用することによって、セメント組成物の硬化時間を短くする効果について、全く記載がない。
【０００７】
また、セメントを含まない、カルシウムアルミネ−ト、又はカルシウムアルミネ−トとスラグと、コロイダルシリカなどの溶液型シリカとを併用する地盤固結材が提案されている（特許文献５参照）。
しかしながら、この地盤固結材はセメントを含有しないもので、コロイダルシリカを使用することによって、セメント組成物の硬化時間を短くする効果について、全く記載がない。
【０００８】
【特許文献１】特開平０５−１３９８０４号公報
【特許文献２】特開平０５−０９７４９１号公報
【特許文献３】特開平０３−２３２７５２号公報
【特許文献４】再表０１／０８４５６３号パンフレット
【特許文献５】特開平２００２−６０７４８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
このように、従来から個々の材料は使用されているが、アルカリ骨材反応の危惧があり、また、通常の気温において、急硬セメントの硬化時間を短くできないなどの課題があった。
【００１０】
本発明者は、鋭意検討を重ねた結果、特定のセメント組成物を使用することにより、上記課題が解決できるという知見を得て本発明を完成するに至った。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、セメント、カルシウムアルミネ−トガラス及び／又はアルミノケイ酸カルシウムガラス、石膏、凝結遅延剤、コロイダルシリカ、並びに、水を含有してなるセメント組成物であり、コロイダルシリカが、セメント、カルシウムアルミネ−トガラス及び／又はアルミノケイ酸カルシウムガラス、並びに、石膏からなる急硬セメント100部に対して、0.1〜５部である該セメント組成物であり、セメント、カルシウムアルミネ−トガラス及び／又はアルミノケイ酸カルシウムガラス、並びに、石膏の配合割合が、セメント70〜95部、アルミノケイ酸カルシウムガラス及び／又はカルシウムアルミネ−トガラス1.5〜20部、並びに、石膏1.5〜18部である該セメント組成物であり、セメント75〜90部、アルミノケイ酸カルシウムガラス及び／又はカルシウムアルミネ−トガラス３〜17部、並びに、石膏４〜16部である該セメント組成物である。
【発明の効果】
【００１２】
本発明のセメント組成物を使用することにより、セメントコンクリートの粘性が高く、骨材や水の分離が少なく、硬化が早い、ドライアップの少ない、耐久性のあるセメント硬化体の提供が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明を詳しく説明する。
本発明で使用する部は特に規定のない限り質量基準である。
また、本発明におけるセメントコンクリートとは、モルタル又はコンクリートを総称するものである。
【００１４】
本発明で使用するセメントは、通常市販されている普通、早強、中庸熱、低熱、及び超早強等の各種ポルトランドセメント、これらのポルトランドセメントに、フライアッシュや高炉スラグなどを混合した各種混合セメント、並びに、エコセメントなどが挙げられ、これらを微粉末化して使用することも可能である。
【００１５】
本発明で使用するカルシウムアルミネ−トガラス（以下、ＣＡガラスという）は、カルシア（CaO）を含む原料と、アルミナ（Al2O3）を含む原料等を混合して、キルンでの焼成や、電気炉での溶融等の熱処理をして得られる、CaO、Al2O3を主たる成分とし、水和活性を有する物質の総称である。
ＣＡガラスは、例えば、熱処理をして得られた溶融体を圧縮空気や高圧水等により急冷することによって得られるガラス質である。
ＣＡガラス中のCaO、Al2O3の割合は特に限定されるものではないが、CaO 30〜70部、Al2O3 30〜70部が好ましく、CaO 30〜60部、Al2O3 40〜70部がより好ましい。CaOが30部未満、あるいは、Al2O3が70部を超えると急硬性が劣る場合があり、CaOが60部を超えるか、あるいは、Al2O3が30部未満では凝結遅延剤を多量に併用しても瞬結する場合がある。
また、ＣＡガラス中のガラス質は80％以上が、強度発現性が良好であることから好ましい。
【００１６】
本発明で使用するアルミノケイ酸カルシウムガラス（以下、ＣＡＳガラスという）は、カルシア（CaO）を含む原料、アルミナ（Al2O3）を含む原料、及びケイ酸（SiO2）を含む原料等を混合して、キルンでの焼成や、電気炉での溶融等の熱処理をして得られる、CaO、Al2O3、及びSiO2を主たる成分とし、水和活性を有する物質の総称である。
ＣＡＳガラスは、例えば、熱処理をして得られた溶融体を圧縮空気や高圧水等により急冷することによって得られるガラス質である。
ＣＡＳガラス中のCaO、Al2O3、及びSiO2の割合は特に限定されるものではないが、CaO 30〜60部、Al2O3 20〜60部、及びSiO2５〜25部が好ましく、CaO 30〜55部、Al2O3 30〜60部、及びSiO2 10〜20部がより好ましい。CaOが30部未満、あるいは、Al2O3が60部を超えると急硬性が劣る場合があり、CaOが60部を超えるか、あるいは、Al2O3が20部未満では凝結遅延剤を多量に併用しても瞬結する場合がある。また、SiO2が５部未満では長期的な強度の伸びが期待できない場合があり、25部を超えると初期強度が小さい場合がある。
また、ＣＡＳガラス中のガラス質は80％以上が、強度発現性が良好であることから好ましい。
【００１７】
ＣＡガラス、ＣＡＳガラスの粒度は、ブレーン比表面積値（以下、ブレーン値という）で3,000cm2/g以上が好ましく、4,000cm2/g以上がより好ましい。3,000cm2/g未満では急硬性や初期強度発現性が低下する場合がある。
ＣＡガラスとＣＡＳガラスの配合割合は特に限定されるものではないが、例えば、施工の作業時間を30分以上確保したい場合は、ＣＡガラスとＣＡＳガラスの合計100部に対して、ＣＡＳガラス50〜100部とし、施工の作業時間が30分以下で、高い初期強度が必要な場合は、ＣＡガラスとＣＡＳガラスの合計100部に対して、ＣＡガラスを50〜100部とすることが好ましい。
【００１８】
本発明で使用する石膏は、市販のいずれの石膏も使用できるが、強度発現性の面で、II型無水石膏及び／又は天然無水石膏の使用が好ましい。
石膏の粒度は、ブレーン値で3,000cm2/g以上が好ましく、4,000〜7,000cm2/gがより好ましい。3,000cm2/g未満では初期強度発現性が低下する場合がある。
石膏の使用量は、ＣＡガラス及び／又はＣＡＳガラスと、石膏とからなる急硬成分100部中、30〜80部が好ましく、35〜70部がより好ましい。30部未満では長期強度発現性が低下する場合があり、80部を超えると初期強度発現性が低下する場合がある。
【００１９】
急硬成分の使用量は、セメントと急硬成分からなる急硬セメント100部中、５〜30部が好ましく、10〜25部がより好ましい。５部未満では初期強度発現性が小さい場合があり、30部を超えると長期強度が小さい場合がある。
【００２０】
本発明で、セメント、ＣＡガラス及び／又はＣＡＳガラス、並びに、石膏の配合割合は、セメント70〜95部、ＣＡガラス及び／又はＣＡＳガラス1.5〜20部、並びに、石膏1.5〜18部が好ましく、セメント75〜90部、ＣＡガラス及び／又はＣＡＳガラス３〜17部、並びに、石膏４〜16部がより好ましい。
セメントが70部未満では長期強度発現性が小さい場合があり、95部を超えると初期強度発現性が小さい場合がある。また、ＣＡガラス及び／又はＣＡＳガラスが1.5部未満では初期強度発現性が小さい場合があり、20部を超えると長期強度が小さい場合がある。そして、石膏が1.5部未満では初期強度発現性が小さい場合があり、18部を超えると長期耐久性が劣る場合がある。
【００２１】
本発明で使用する凝結遅延剤は、施工時の作業性確保を可能とするものであり、通常は粉状で使用する。
凝結遅延剤としては、オキシカルボン酸又はその塩やアルカリ金属炭酸塩類等が挙げられる。これらの中では、硬化時間をコントロールでき、硬化後の強度発現性が良好な点で、オキシカルボン酸又はその塩とアルカリ金属炭酸塩類を併用することが好ましい。
【００２２】
オキシカルボン酸又はその塩とは、使用量と比例して凝結時間が長くなり、施工時の作業時間のコントロールがしやすく、凝結遅延剤を溶解させた場合に、カルシウム成分と錯塩とを形成し、析出しにくい、クエン酸、グルコン酸、酒石酸、及びリンゴ酸等のオキシカルボン酸又はこれらの塩の一種又は二種以上であり、その塩としては、ナトリウム塩やカリウム塩が好ましい。
【００２３】
アルカリ金属炭酸塩類としては、炭酸リチウム、炭酸ナトリウム、及び炭酸カリウムなどの炭酸塩や、炭酸水素ナトリウムや炭酸水素カリウムなどの重炭酸塩が挙げられ、これらのうち、硬化後の強度発現性が良好な面で、アルカリ金属炭酸塩が好ましく、炭酸カリウムがより好ましい。
【００２４】
オキシカルボン酸又はその塩とアルカリ金属炭酸塩類とを併用する場合のオキシカルボン酸又はその塩の使用量は、アルカリ金属炭酸塩類100部に対して、５〜200部が好ましく、10〜100部がより好ましい。５部未満では硬化時間をコントロールしにくく、施工がしにくい場合があり、200部を超えると強度発現性が低下する場合がある。
【００２５】
凝結遅延剤の使用量は、施工の作業時間、温度、及び凝結遅延剤の組成等により幅があるため、一義的に決定することは難しいが、本発明では、急硬セメント100部に対して、0.1〜５部が好ましく、0.3〜３部がより好ましい。0.1部未満では硬化時間が短くて施工しにくい場合があり、５部を超えると強度発現性が低下する場合がある。
【００２６】
本発明で使用するコロイダルシリカとは、粒径が10〜20ｍμｍ程度の微粒子である。ケイ酸化合物から不純物を除去して無水ケイ酸化合物のゾルとし、安定性を保持するために、ＰＨ９〜11、20〜40％濃度に調整されたものである。
コロイダルシリカは、凝集することなく、均一に分散できれば特に限定されるものではない。通常は、水に分散して使用する。
【００２７】
コロイダルシリカの使用量は、急硬セメント100部に対して、固形分換算で0.1〜５部が好ましく、0.3〜３部がより好ましい。0.1部未満では硬化反応を早める効果が得られない場合があり、５部を超えると硬化反応が早すぎ、急硬セメントと水の混合が不充分となる場合がある。
【００２８】
本発明では骨材を使用することが可能である。通常は、５mm以下の細骨材が使用される。
骨材としては、天然砂、珪砂、及び石灰砂等が挙げられ、また、モース硬度４以上の硬質陶器、硬質磁器、金属、天然又は人工のコランダム（鋼玉）、エメリー、正長石、溶融石英、黄玉、溶融アルミナ、及び溶融ジルコニアなどが挙げられ、モース硬度5.5以上のものも使用可能である。
骨材の使用量は、急硬セメント100部に対して、５〜300部が好ましく、10〜200部がより好ましい。５部未満では所定の強度が得にくく、耐力が得られない場合があり、300部を超えると施工がしにくく、所定の構造物が得られない場合がある。
【００２９】
本発明で使用する水は、セメントや急硬成分の水和を阻害しなければ特に限定されるものではない。通常は、水道水が使用される。
水・急硬セメント比（Ｗ／Ｐ）は、15〜300％が好ましく、20〜150％がより好ましい。15％未満ではセメントの粘性が大きくなり、作業性や施工性が低下する場合があり、300％を超えると分離が大きくなる場合がある。
なお、本発明では、コロイダルシリカ中の水もＷ／Ｐの水として計算する。
【００３０】
本発明では、さらに、セメントコンクリートのワーカビリティーを得るために減水剤を使用することが可能である。
【００３１】
減水剤とは、流動性を得るものであり、液体や粉体いずれも使用でき、具体的には、リグニンスルホン酸塩やその誘導体、高性能減水剤等が挙げられ、これらのうちの一種又は二種以上が使用可能である。水・急硬セメント比が小さい場合は、流動性が大きく、減水性が高い高性能減水剤の使用が好ましい。
【００３２】
高性能減水剤としては、ポリエチレングリコールなどのポリオール誘導体、芳香族スルホン酸系高性能減水剤、ポリカルボン酸系高性能減水剤、エチレングリコール鎖やスルホン酸基を含有するポリエーテル系高性能減水剤、メラミン系高性能減水剤、及びこれらの混合物等が挙げられる。これらの中では、凝結遅延効果、及び流動性が大きい点で、芳香族スルホン酸系、ポリカルボン酸系、及びポリエーテル系高性能減水剤が好ましい。
【００３３】
減水剤の使用量は、急硬セメント100部に対して、固形分換算で0.01〜３部が好ましく、0.1〜２部がより好ましい。0.01部未満ではセメントコンクリートの圧送性が小さく、所定のワカ−ビリテイ-が得られない場合があり、３部を超えるとセメントコンクリートの凝結が不良となり、初期強度発現性が小さい場合がある。
【００３４】
本発明における混合・混練は、セメント組成物の各成分が、短時間で均一に混合できれば特に限定されるものではない。
コロイダルシリカは、セメントコンクリートの打設直前に混合することも可能である。
【実施例】
【００３５】
以下、本発明を実験例にて詳細に説明するが、本発明はこれら実験例に限られるものではない。
【００３６】
実験例１
表１に示すセメント、ＣＡガラス、及び石膏と、セメント、ＣＡガラス、及び石膏からなる急硬セメント100部に対して、骨材200部と、表１に示す凝結遅延剤とコロイダルシリカとを使用し、JIS R 5201  セメントの物理試験方法に準拠して、練り混ぜ、供試体を作製した。
表１に示すコロイダルシリカは、水40部に均一に分散させた。
作製した供試体の硬化時間と圧縮強度を測定した。結果を表１に併記する。
【００３７】
＜使用材料＞
セメント  ：普通ポルトランドセメント、３種混合品、ブレーン値3,590cm2/g、密度3.15g/cm3
ＣＡガラス：CaO／Al2O3重量比＝49／51、ガラス化率100％、ブレーン値4,600cm2/g、密度2.92g/cm3
石膏      ：II型無水石膏の粉砕品、ブレーン値4,900cm2/g、密度2.92g/cm3
凝結遅延剤：クエン酸／炭酸カリウム重量比３／７の混合物
コロイダルシリカ：市販品、30％濃度、ＰＨ10.0、密度1.21g/cm3
骨材      ：姫川産、５mm下品、密度2.60g/cm3
水        ：水道水
【００３８】
＜測定方法＞
硬化時間  ：練り上がり温度が１℃上昇した接水からの時間（分）
圧縮強度  ：JIS R 5201セメントの物理試験方法に準じて測定
【００３９】
【表１】
2009073679.tif 000002
【００４０】
実験例２
表２に示す、セメント、ＣＡガラス、石膏、凝結遅延剤、及びコロイダルシリカ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。
【００４１】
【表２】
2009073679.tif 000003
【００４２】
実験例３
表３に示す、セメント、ＣＡガラス、石膏、凝結遅延剤、及びコロイダルシリカ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３に併記する。
【００４３】
【表３】
2009073679.tif 000004
【００４４】
実験例４
表４に示す、セメント、ＣＡガラス、石膏、凝結遅延剤、及びコロイダルシリカ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４に併記する。
【００４５】
【表４】
2009073679.tif 000005
【００４６】
実験例５
表５に示す、セメント、ＣＡＳガラス、石膏、凝結遅延剤、及びコロイダルシリカ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５に併記する。
【００４７】
＜使用材料＞
ＣＡＳガラス：CaO／Al2O3／SiO2＝50／45／10、ガラス化率100％、ブレーン値4,700cm2/g、密度2.95g/cm3
【００４８】
【表５】
2009073679.tif 000006
【００４９】
実験例６
表６に示すＣＡガラスとＣＡＳガラスと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６に併記する。
【００５０】
【表６】
2009073679.tif 000007
【００５１】
実験例７
表７に示すセメント、ＣＡガラス、石膏、凝結遅延剤、及びコロイダルシリカを使用し、これらと、急硬セメント100部に対して、細骨材194部と粗骨材263部をミキサに投入して、30秒間空練りし、その後、水40部と減水剤を添加し、90秒間、練り混ぜてコンクリートを調製した。
調製したコンクリートを用いて、圧縮強度を測定した。結果を表７に併記する。
【００５２】
＜使用材料＞
粗骨材    ：新潟県姫川産砕石、Gmax25mm、密度2.67g/cm3
減水剤    ：ナフタレンスルホン酸塩系高性能減水剤、市販品
【００５３】
＜測定方法＞
圧縮強度  ：JIS A 1108 コンクリートの圧縮試験方法に準じて測定
【００５４】
【表７】
2009073679.tif 000008
【産業上の利用可能性】
【００５５】
急硬セメントのコンクリ−ト、モルタル、ペーストの硬化を短くし、耐久性のあるセメント組成物として利用可能である。