(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
CaO原料、Al2O3原料、Fe2O3原料、及びCaSO4原料を熱処理し、遊離石灰、カルシウムアルミノフェライト、及び無水セッコウからなるクリンカーを合成し、これを粉砕してなり、遊離石灰、カルシウムアルミノフェライト、及び無水セッコウを構成化合物とし、遊離石灰が30〜60％、カルシウムアルミノフェライトが10〜40％、及び無水セッコウが10〜40％である膨張物質と、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。
【請求項２】
脂肪酸及び／又はそれらの塩類が、セメント混和材100重量部中、0.005〜５重量部である請求項１記載のセメント混和材。
【請求項３】
セメントと、請求項１又は請求項２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４】
セメント混和材が、セメント組成物100重量部中、３〜12重量部である請求項３記載のセメント組成物。
【請求項５】
セメントと、CaO原料、Al2O3原料、Fe2O3原料、及びCaSO4原料を熱処理し、遊離石灰、カルシウムアルミノフェライト、及び無水セッコウからなるクリンカーを合成し、これを粉砕してなり、遊離石灰、カルシウムアルミノフェライト、及び無水セッコウを構成化合物とし、遊離石灰が30〜60％、カルシウムアルミノフェライトが10〜40％、及び無水セッコウが10〜40％である膨張物質と、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が問題視されている。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のが実状である。
【０００４】
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するという課題を有していた。これは、水濡れや破袋に起因する風化が大きな原因である。しかし、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。
【０００５】
【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。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
即ち、本発明は、CaO原料、Al2O3原料、Fe2O3原料、及びCaSO4原料を熱処理し、遊離石灰、カルシウムアルミノフェライト、及び無水セッコウからなるクリンカーを合成し、これを粉砕してなり、遊離石灰、カルシウムアルミノフェライト、及び無水セッコウを構成化合物とし、遊離石灰が30〜60％、カルシウムアルミノフェライトが10〜40％、及び無水セッコウが10〜40％である膨張物質と、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であり、脂肪酸及び／又はそれらの塩類が、セメント混和材100重量部中、0.005〜５重量部であ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、セメント混和材が、セメント組成物100重量部中、３〜12重量部である該セメント組成物であり、セメントと、CaO原料、Al2O3原料、Fe2O3原料、及びCaSO4原料を熱処理し、遊離石灰、カルシウムアルミノフェライト、及び無水セッコウからなるクリンカーを合成し、これを粉砕してなり、遊離石灰、カルシウムアルミノフェライト、及び無水セッコウを構成化合物とし、遊離石灰が30〜60％、カルシウムアルミノフェライトが10〜40％、及び無水セッコウが10〜40％である膨張物質と、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組成物である。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を詳細に説明する。
【０００８】
本発明の膨張物質は、遊離石灰、カルシウムアルミノフェライト及び無水セッコウを主要な構成化合物としており、その配合割合については、特に限定されるものではないが、遊離石灰は３０〜６０％が好ましく、４０〜５０％がより好ましい。カルシウムアルミノフェライトは１０〜４０％が好ましく、１５〜３０％がより好ましい。無水セッコウは１０〜４０％が好ましく、２０〜３５％がより好ましい。膨張物質中の各化合物の組成割合が前記の範囲にないと、優れた膨張特性の得られない場合がある。ここで、％は重量百分率を示す。
【０００９】
本発明のカルシウムアルミノフェライトとは、ＣａＯ−Ａｌ2Ｏ3−Ｆｅ2Ｏ3系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、一般的に、ＣａＯをＣ、Ａｌ2Ｏ3をＡ、Ｆｅ2Ｏ3をＦとすると、Ｃ4ＡＦやＣ6Ａ2Ｆ等の化合物がよく知られている。通常は、Ｃ4ＡＦとして存在していると考えられ、本発明では、カルシウムアルミノフェライトを以下、Ｃ4ＡＦという。
【００１０】
本発明のセメント混和材を製造する際、ＣａＯ原料、Ａｌ2Ｏ3原料、Ｆｅ2Ｏ3原料及びＣａＳＯ4原料を熱処理して、遊離石灰、Ｃ4ＡＦ及び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される。遊離石灰、Ｃ4ＡＦ及び無水セッコウを別々に合成し、これらを混合したものでは、本発明のような効果は得られない。ＣａＯ原料、Ａｌ2Ｏ3原料、Ｆｅ2Ｏ3原料及びＣａＳＯ4原料を熱処理して、遊離石灰、Ｃ4ＡＦ及び無水セッコウからなるクリンカーを合成したかどうかは、例えば、粉砕物中の１００μｍ以上の粗粒子を顕微鏡観察等を行い、その粒子中に遊離石灰、Ｃ4ＡＦ及び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判別できる。
【００１１】
本発明のセメント混和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なく、１６００℃を超えると無水セッコウが分解する場合がある。
【００１２】
ＣａＯ原料としては、石灰石や消石灰等が挙げられ、Ａｌ2Ｏ3原料としては、ボーキサイトやアルミ残灰等が挙げられ、Ｆｅ2Ｏ3原料としては、銅カラミや鉄粉及び市販の酸化鉄等が挙げられ、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。これら原料中には、各種の不純物が存在し、その具体例としては、ＳｉＯ2、ＭｇＯ、ＴｉＯ2、Ｐ2Ｏ5、Ｎａ2Ｏ、Ｋ2Ｏ等が挙げられ、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が、これらのうちで、特に、ＳｉＯ2は珪酸率で０．５未満の範囲であることが好ましい。珪酸率が０．５以上では優れた膨張性能が得られない場合がある。本発明でいう珪酸率とは、セメント混和材中のＳｉＯ2量、Ａｌ2Ｏ3量及びＦｅ2Ｏ3量より次式から算出される。
珪酸率＝ＳｉＯ2／（Ａｌ2Ｏ3＋Ｆｅ2Ｏ3）
【００１３】
又、セメント混和材中のＳｉＯ2量は、５．０％以下が好ましく、３．０％以下がより好ましい。具体的には、５．０％を超えると優れた膨張性能が得られない場合がある。
【００１４】
本発明の脂肪酸とは、一般に、ＲＣＯＯＨ（Ｒは飽和又は不飽和の炭化水素基）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（以下、脂肪酸類という）。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が、ステアリン酸を用いた場合が最も好ましい。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
本発明に係わるセメントとは、JIS R 5210に規定される各種ポルトランドセメント、JIS R 5211、JIS R 5212、JIS R 5213に規定される各種混合セメント、JISに規定された範囲以上に混和材を混合して作製した高炉セメント、フライアッシュセメント及びシリカセメント、石灰石粉末等を混合したフィラーセメント、並びに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。
【００１９】
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。
【００２０】
本発明において、膨張物質と脂肪酸類は予め配合するが、それ以外の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。
【００２１】
【実施例】
以下、実施例により本発明を詳細に説明する。
【００２２】
実施例１
試薬特級のＣａＯ原料、Ａｌ2Ｏ3原料、Ｆｅ2Ｏ3原料及び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って、表１に示す様々な組成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て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重量部使用し、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って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、Ｃ4ＡＦ及び無水セッコウが主要な構成化合物とすることを確認した。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。膨張率の測定結果を表２に示した。
【００２３】
＜使用材料＞
脂肪酸類Ａ：市販のステアリン酸
セメントα：市販普通ポルトランドセメント
水：水道水
砂：ISO679準拠、標準砂
ＣａＯ原料：試薬特級炭酸カルシウム
Ｆｅ2Ｏ3原料：試薬１級酸化鉄
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：最初に遊離石灰含有量を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、次いで、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。
【００２４】
【表１】
0003853118.tif 000002
【００２５】
【表２】
0003853118.tif 000003
【００２６】
本発明のセメント混和材を配合したモルタルは、比較例の遊離石灰、Ｃ4ＡＦ及び無水セッコウを別々に合成し混合して調製したセメント混和材を配合したモルタルと比べ、製造直後及び長期間保管した後も優れた膨張性能を示した。
【００２７】
実施例２
工業原料であるＣａＯ原料、Ａｌ2Ｏ3原料、Ｆｅ2Ｏ3原料及び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３に示す組成のクリンカーを製造したこと以外は、実施例１と同様に行った。表４に化学組成から算出した化合物組成を示し、膨張率の測定結果を表５に示す。比較のため、市販品についても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用いた。
【００２８】
＜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
Ｆｅ2Ｏ3原料：工業用酸化鉄。
ＣａＳＯ4原料：タイ産天然無水セッコウ
膨張材Ａ：市販カルシウムアルミネート系膨張材
膨張材Ｂ：市販生石灰系膨張材
【００２９】
【表３】
0003853118.tif 000004
【００３０】
【表４】
0003853118.tif 000005
【００３１】
【表５】
0003853118.tif 000006
【００３２】
本発明のセメント混和材を配合したモルタルは、市販のカルシウムサルホアルミネート系膨張材及び生石灰系膨張材を配合したモルタルと比べ、製造直後及び長期間保管した後も優れた膨張性能を示した。
【００３３】
実施例３
実施例２の本発明の膨張物質を使用し、脂肪酸類の種類とセメント混和材中の配合割合を表６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６に示す。
＜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
【００３４】
【表６】
0003853118.tif 000007
【００３５】
本発明のセメント混和材を配合したモルタルは、脂肪酸類を配合していない比較例のモルタルと比べ、長期間保管した後も優れた膨張性能を示した。
【００３６】
実施例４
実施例２の本発明の膨張物質９９．５重量部と脂肪酸類Ａ  ０．５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。
【００３７】
【表７】
0003853118.tif 000008
【００３８】
本発明のセメント混和材を配合したモルタルは、本発明のセメント混和材を配合していないモルタルと比べ、製造直後及び長期間保管した後も優れた膨張性能を示した。
【００３９】
【発明の効果】
本発明のセメント混和材及びセメント組成物は、膨張性能に優れるばかりでなく、貯蔵安定性が良好であり、長期に亘って高い品質を保つことができる等の利点を有する。