(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｃ２Ｓ含有量が５０〜７０重量％であるポルトランドセメントと、ブレーン比表面積が６０００〜８０００ｃｍ２／ｇである高炉水砕スラグと、二水せっこう及び／又は無水せっこうとを配合してなるスラグセメントであって、ポルトランドセメントと高炉水砕スラグの配合比率（重量基準）が３０／７０であり、全セメントに対するＳＯ３含有率が２〜３重量％であり、ＪＩＳ  Ｒ  ５２０３に基づく２８日材齢までの水和セメントの水和熱が２５０Ｊ／ｇ以下であり、ＪＩＳ  Ｒ  ５２０１に基づく２８日材齢のモルタルの圧縮強度が３５Ｎ／ｍｍ２以上であり、かつ、前記水和熱／圧縮強度の値が６．５（Ｊ／ｇ）／（Ｎ／ｍｍ２）以下であることを特徴とする初期強度発現型低発熱スラグセメント。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は水和発熱を抑制した低発熱スラグセメントに関し、特に、低発熱性と強度発現性を兼ね備えた初期強度発現型低発熱スラグセメントに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ダムや橋脚等のマスコンクリートでは、セメントの水和に伴う発熱によりコンクリートに熱応力が発生し、これが極端な場合にはひび割れを生じる。マスコンクリート構造物のスケールが巨大化するに従い、この問題が深刻化している。
【０００３】
この問題に対応して、高ビーライト系ポルトランドセメントや高ビーライト系混合セメント等の種々の低発熱セメントが開発されているが、これらの低発熱セメントは、発熱量の低下に伴い初期強度の発現性も低下するという問題がある。セメントの発熱と強度発現は、どちちらも水和反応によりもたらされるものであるから、発熱量と強度には相関があり、一般に、発熱量／強度の値はほぼ一定であると考えられている。
【０００４】
高ビーライト系ポルトランドセメントでは、ビーライトの水和熱がその他のクリンカー成分の水和熱と比べて極めて小さいことから、発熱量が低い割りには強度発現性に優れていると考えられる。しかしながら、実際には、ビーライトの水和反応は他のクリンカー成分と比べて非常に遅く、９１日材齢では期待する強度が得られるものの、２８日材齢では水和反応が不十分であって強度発現性が低く発熱量／初期強度の値は、通常のセメントに比べて大きな差は認められない。
【０００５】
これに対し、特開平６−２８７０４６号公報、特公平７−７４０８６号公報には、ビーライト（Ｃ2 Ｓ）を大量に含むクリンカーを用いた低発熱セメントが開示されている。しかしながら、これらはビーライトを７５％以上も含む特殊なものであり、このようなクリンカーは工業的に製造しにくいという問題がある。また、特開平２−２８７０４６号公報にも同様な低発熱セメントが開示されているが、高炉水砕スラグの配合比率が高く、初期強度発現性に問題がある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
したがって、本発明の目的は、従来の高ビーライト系ポルトランドセメントや高ビーライト系混合セメント等の低発熱セメントに比較して同等以上の低発熱性を有するとともに２８日材齢までの初期強度の発現性も著しく改善された初期強度発現型低発熱スラグセメントを提供することにある。
【０００７】
【問題を解決するための手段】
本発明者らは、かかる課題を解決すべく鋭意研究を行った結果、Ｃ２Ｓを５０〜７０重量％含有するポルトランドセメントに、ブレーン比表面積が６０００〜８０００ｃｍ２／ｇである高炉水砕スラグを配合することにより、２８日材齢までの発熱量／強度の値が従来のセメントより顕著に低くなることを見出し、本発明を完成した。
すなわち、本発明は、Ｃ２Ｓ含有量が５０〜７０重量％であるポルトランドセメントと、ブレーン比表面積が６０００〜８０００ｃｍ２／ｇである高炉水砕スラグと、二水せっこう及び／又は無水せっこうとを配合してなるスラグセメントであって、ポルトランドセメントと高炉水砕スラグの配合比率（重量基準）が３０／７０であり、全セメントに対するＳＯ３含有率が２〜３重量％であり、ＪＩＳ  Ｒ  ５２０３に基づく２８日材齢までの水和セメントの水和熱が２５０Ｊ／ｇ以下であり、ＪＩＳ  Ｒ  ５２０１に基づく２８日材齢のモルタルの圧縮強度が３５Ｎ／ｍｍ２以上であり、かつ、前記水和熱／圧縮強度の値が６．５（Ｊ／ｇ）／（Ｎ／ｍｍ２）以下であることを特徴とする初期強度発現型低発熱スラグセメントである。
【０００８】
【発明の実施態様】
以下、本発明の初期強度発現型低発熱スラグセメント（以下、本発明セメントという）について詳細に説明する。本発明でＣ2 Ｓとは、ポルトランドセメントの主成分のうち２ＣａＯ・ＳｉＯ2 の組成を有するものであり、ビーライトとも呼ばれる水和熱の低い水硬性成分である。ポルトランドセメントのＣ2 Ｓ含有量が４０重量％未満では低発熱性が達成できず、７０重量％を超えると製造コストが高くなって経済性が損なわれる。このポルトランドセメントは、Ｃ2 Ｓ含有量が４０〜７０重量％のポルトランドセメントクリンカーを原料として製造することもできるし、Ｃ2 Ｓ含有量が４０重量％より高いポルトランドセメントと低いポルトランドセメントを所定割合で混合して製造することもできる。
【０００９】
また、本発明で高炉水砕スラグとは、製鉄所の高炉から発生する溶融状スラグを水砕、急冷したものであり、ガラス質の含有量が高く、潜在水硬性を有するものである。通常の高炉セメントに用いられる高炉水砕スラグはブレーン比表面積が４０００ｃｍ2 ／ｇ程度に微粉砕したものであるが、本発明セメントにはブレーン比表面積が５０００〜８０００ｃｍ2 ／ｇに微粉砕した高炉水砕スラグを用いる。高炉水砕スラグの粉末度がブレーン比表面積で５０００ｃｍ2 ／ｇ未満では強度発現性が不十分であり、８０００ｃｍ2 ／ｇを超えると製造コストが高くなって経済性が損なわれる。
【００１０】
本発明セメントにおいて、ポルトランドセメントと高炉水砕スラグの配合比率は、重量基準で５０／５０〜３０／７０である。高炉水砕スラグの配合比率がこれより低下すると、強度発現性は高くなるが水和熱が減少しない。また、ポルトランドセメントの配合比率がこれより低くなると、水和熱は減少するが強度発現性が改善されない。
【００１１】
さらに、本発明セメントには、ポルトランドセメントと高炉水砕スラグからなるスラグセメントに、調製した全セメントに対するＳＯ3 含有率が２〜３重量％になるように、二水せっこう及び／又は無水せっこうを配合する。せっこうの配合比率がＳＯ3 換算で２重量％未満では凝結の調整が困難であり、３重量％を超えると残存せっこうによる長期強度の低下を招くことになり、好ましくない。
【００１２】
本発明セメントに、必要に応じて、水和反応を抑制する公知の凝結遅延剤、例えば、オキシカルボン酸、リグニンスルホン酸、グルコン酸及びこれらの塩から選ばれた１種又は２種以上を配合してもよい。また、本発明セメントにその他の微量添加剤を配合してもよいが、炭酸カルシウムは配合しないか配合しても１％以下とするのがよい。
【００１３】
本発明セメントは、特定された成分とその配合比率に加えて、本発明セメント及びこれから調製したモルタルの物性が特定範囲にあるものである。すなわち、ＪＩＳ  Ｒ  ５２０３（１９９５改正）試験に基づく２８日材齢までの水和セメントペーストの水和熱が２５０Ｊ／ｇ以下で、２８日材齢のモルタルの圧縮強度が３５Ｎ／ｍｍ2 以上であり、かつ、前記水和熱／圧縮強度の値が６．５（Ｊ／ｇ）／（Ｎ／ｍｍ2 ）以下であることを要する。なお、２８日材齢までの水和セメントペーストの水和熱とは、ＪＩＳ  Ｒ  ５２０３に基づく試験方法により、水／セメント比４０％のセメントペーストを２０℃で２８日間養生したのちの水和セメントと、未水和セメントとをそれぞれ酸に溶解し、その際の溶解熱を測定し、ヘッスの法則に基づいて、その差により求める。すなわち、未水和セメントの溶解熱Ｔｃと水和セメントの溶解熱Ｔｗを測定し、Ｔｃ−Ｔｗを２８日材齢までの水和熱とする。本発明では、セメントに水を加えて成型した翌日を材齢１日目として、２８日材齢までの期間中に発生した熱量の総和をいう。また、２８日材齢のモルタルの圧縮強度とは、ＪＩＳ  Ｒ  ５２０１（１９８７年改正）に基づく試験方法により測定したものである。
【００１４】
【実施例】
以下、実施例により本発明を更に詳細に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
【００１５】
実施例１〜３及び参考例１〜５
Ｃ2Ｓ含有量が２０重量％の普通ポルトランドセメントと、Ｃ2Ｓ含有量が６０重量％の高ビーライト系ポルトランドセメント（市販品）を所定の割合で混合して、Ｃ2Ｓ含有量が異なる高ビーライト系ポルトランドセメントを調製した。このポルトランドセメントに、ブレーン比表面積が６０００ｃｍ2 ／ｇと、７０００ｃｍ2 ／ｇになるように微粉砕した高炉水砕スラグと、二水せっこうを所定の配合比率で混合して、スラグセメントを製造した。スラグセメントの配合比率を表１に掲げる。表１において、ＰＣはポルトランドセメントを、スラグは高炉水砕スラグを表す。また、ＳＯ3 含有率は外割である。
【００１６】
【表１】
0003802601.tif 000002
【００１７】
表１の本発明セメントを用いて調製した２８日材齢のモルタルについて、ＪＩＳ  Ｒ  ５２０１に従い圧縮強度試験を、また、ＪＩＳ  Ｒ  ５２０３に従い２８日材齢までの水和熱試験を行った。試験結果を表２に掲げる。
【００１８】
【表２】
0003802601.tif 000003
【００１９】
表２から明らかなとおり、本発明セメントは、２８日材齢までの水和熱量が２５０Ｊ／ｇ以下で、モルタルの圧縮強度が３５Ｎ／ｍｍ2 以上であり、かつ、水和熱／圧縮強度の値が６．５Ｊｍｍ2 ／ｇＮ以下となっており、２８日材齢までの水和熱が低い割にはモルタルの圧縮強度が高いという従来の低発熱セメントにない特性を示している。
【００２０】
参考例６
参考例３のスラグセメントに、凝結遅延剤としてオキシカルボン酸を０．４重量％添加したものを用いて、コンクリート断熱温度上昇試験を行った。コンクリートの配合は、単位セメント量を２６０ｋｇ／ｍ3 、細骨材率（Ｓ／ａ）を４１％、スランプが８ｃｍになるように水／セメント比（Ｗ／Ｃ）を０．５５に調整した。この練り上がりコンクリートを上部直径４０ｃｍ、下部直径３０ｃｍ、高さ４０ｃｍの円錐柱型断熱容器に投入し、マルイ株式会社製の空気循環式断熱温度上昇試験装置に設置して、供試体中心にセットした熱電対により温度の経時変化を測定した。投入時の練り上がり温度と、投入後１４日経過して平衡に達している最高到達温度の差を断熱温度上昇値として求めたところ、断熱温度上昇値は２７℃であった。また、凝結遅延剤を使用しない場合の断熱温度上昇値は３０℃であった。
【００２１】
比較例１〜１１
実施例と同様に、所定のＣ2 Ｓ含有量のポルトランドセメントを調製し、このポルトランドセメントに、ブレーン比表面積が４０００ｃｍ2 ／ｇと、６０００ｃｍ2 ／ｇになるように微粉砕した高炉水砕スラグと、二水せっこうを所定の配合比率で混合して、比較例セメントを製造した。また、実施例と同様に、比較例セメントの水和熱試験及びこれから調製したモルタルについて試験を行った。比較例セメントの配合比率を表３に、試験結果を表４に掲げる。表３において、ＰＣはポルトランドセメントを、スラグは高炉水砕スラグを表す。また、ＳＯ3 含有率は外割である。
【００２２】
【表３】
0003802601.tif 000004
【００２３】
【表４】
0003802601.tif 000005
【００２４】
表４に掲げた比較例の試験結果には、２８日材齢までの水和熱が２５０Ｊ／ｇ以下又はモルタルの圧縮強度が３５Ｎ／ｍｍ2 以上のどちらかだけを満たしているものはあるが、両方を同時に満たしているものはなく、前記水和熱／圧縮強度については６．５（Ｊ／ｇ）／（Ｎ／ｍｍ2 ）以下を満たすものは皆無である。比較例１〜３ではセメント中のＣ2 Ｓ量が少ないので、２８日材齢までの水和熱が高い。比較例４では高炉水砕スラグを全く配合していない高ビーライトポルトランドセメントの試験結果を示しているが、圧縮強度が非常に低く、前記水和熱／圧縮強度の値が最高値を示した。比較例５〜７では高炉水砕スラグの配合量が低いため、２８日材齢までの水和熱が高い。比較例８〜１１では高炉水砕スラグの粉末度が低いので、モルタルの圧縮強度が低い。モルタルの圧縮強度を高めるために高炉水砕スラグの配合量を減らすと、比較例７のように２８日材齢までの水和熱が高くなり、ポルトランドセメント中のＣ2 Ｓ量を減らしても、比較例３のように２８日材齢までの水和熱が高くなることがわかる。
【００２５】
【発明の効果】
本発明による高粉末度の高炉水砕スラグと特定の高ビーライト系ポルトランドセメントを用いたスラグ系セメントは、従来の高ビーライト系ポルトランドセメントや高ビーライト系混合セメントの欠点である、初期強度の発現性を大幅に改善し、低発熱特性もさらに伸長させることができる。また、本発明のスラグ系セメントに凝結遅延剤を添加すると、さらに、断熱温度上昇を低下させることが可能である。