JP2000264694A

JP2000264694A - セメント混和用膨張性粉末組成物およびその製造方法

Info

Publication number: JP2000264694A
Application number: JP7179299A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Marui; 浩丸井; Koji Nishimuta; 幸治西牟田; Masao Sasajima; 昌男笹嶋
Original assignee: Taiheiyo Cement Corp
Current assignee: Taiheiyo Cement Corp
Priority date: 1999-03-17
Filing date: 1999-03-17
Publication date: 2000-09-26

Abstract

(57)【要約】【課題】粉体の形で膨張材と収縮低減剤の両者の機能
を併せ持ち、モルタルやコンクリートの硬化初期の過度
の膨張を抑制しつつ、長期にわたる収縮低減効果を備
え、ひび割れの生じ難い良質のモルタルあるいはコンク
リート成形体の形成を可能とするセメント混和用膨張性
粉末組成物およびその製造方法を提供する。【解決手段】無機系膨張材の粉末の表面に有機系収縮
低減剤をまぶし、全体がサラサラな粉末状の一剤のセメ
ント混和用膨張性粉末組成物とする。計量され、ベルト
コンベア１１上を搬送されてくる粉末状または塊の無機
系膨張材原料の表面に、スプレー装置１５により従来の
分散助剤の代わりに液状の有機系収縮低減剤をまぶす。
他の原料とともにこれらをホッパー１９を介して粉砕機
７に送り、全体がサラサラの粉末状になるまで混合粉砕
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本願発明は、初期から収縮補
償をして収縮ひび割れを防止したり、ケミカルプレスト
レスを与えるためのセメント混和材として用いられる無
機系膨張材と、中長期における収縮ひび割れを防止する
ためのセメント混和剤として用いられる有機系収縮低減
剤の両者の機能を兼ね備え、長期にわたって収縮低減効
果を維持可能なセメント混和用膨張性粉末組成物および
その製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】コンクリートは、硬化中にもわずかに収
縮するほか、硬化後、外気にあたると乾燥収縮し、その
収縮によってひび割れが生ずる。

【０００３】このような収縮を補償したり、収縮に起因
するひび割れの発生を低減する目的で、従来から主とし
て粉末状の無機系膨張材や、液状の有機系収縮低減剤が
用いられている。

【０００４】膨張材としては、例えば、石灰分と硫酸分
やアルミナ分を含み、セメントに適量混和してモルタル
あるいはコンクリートを作ると、水和の初期にエトリン
ガイト（３ＣａＯ・Ａｌ₂Ｏ₃・３ＣａＳＯ₄・３２Ｈ
₂Ｏ）と呼ばれる針状の結晶と水酸化カルシウム（Ｃａ
（ＯＨ）₂）の結晶を多量に生成し、その結晶の力でモ
ルタルあるいはコンクリートを膨張させるものがある。

【０００５】その他、遊離した酸化カルシウム（膨張性
ＣａＯ）を主成分とし、他にけい酸カルシウムおよびガ
ラス質相を含み、膨張性ＣａＯの水和によって生成する
水酸化カルシウム（Ｃａ（ＯＨ）₂）の結晶生成と結晶
圧を膨張源とするものなどがある。

【０００６】これらは、いずれも粉末状であり、適正な
粒度調整により、膨張材として安定的な性能が発揮され
る。使用量としては、建築用の場合で２０〜４０ｋｇ／
ｍ³程度、土木用の場合で３０〜６０ｋｇ／ｍ³程度用
いられるが、使用量が多過ぎると過大な膨張により圧縮
強度が低下する。

【０００７】有機系収縮低減剤としては、例えば、低級
アルコールのアルキレンオキシド付加物を成分とするも
のなどがあり、他の材料とともにミキサに投入して混練
したり、あるいは施工現場でアジテータ車に後添加して
使用する場合がある。いずれの場合も、混練水の一部と
して、４〜８ｋｇ／ｍ³程度の量が使用される場合が多
い。

【０００８】また、従来の無機系膨張材の製造方法とし
ては、石膏系、石灰系、セメント系、カルシウムサルホ
アルミネート系などの材料を原料とし、これらを混合粉
砕して粉状の膨張材を生産して行く場合、例えばジエチ
レングリコールなどを粉砕助剤として加え、粉砕工程に
おいて粉体どうしが凝集し、粉砕効率が低下するのを防
止している。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】モルタルやコンクリー
トを打設した場合、一般的に上記薬剤が無添加の場合、
図２の点線Ｃに示すように、初期にわずかに膨張し、材
令が進むに従い、徐々に乾燥収縮して行き、上述のよう
なひび割れの原因となる。

【００１０】これに対し、無機系膨張材を混和してモル
タルやコンクリートを作った場合、図２の実線Ａに示す
ように、初期に大きな膨張があり、徐々に収縮して行く
カーブを描き、初期の膨張により収縮が補償される。し
かし、この場合も膨張材を添加しない場合に比べると収
縮量が小さいものの、材令が進むに従い、徐々に収縮し
て行く。

【００１１】この収縮量を小さく抑える方法として、一
つには膨張材の量を増やすことが考えられるが、初期の
膨張量が大きくなることで、膨張ひび割れを起こすな
ど、コンクリートの強度、品質に悪影響が出る。また、
ポップアウト現象を起こしやすくなる。

【００１２】そのため、無機系の膨張材に加え、さらに
有機系の収縮低減剤を併用することで、初期の膨張量を
抑えつつ、長期にわたる収縮量を低減する試みが種々な
されており、これらの配合割合を調整することで、破線
Ｂのように、より理想に近い曲線が得られることが知ら
れている。

【００１３】しかしながら、現場で混和材としての粉末
状の膨張材と、薬剤的に用いられる混和剤としての液状
の有機系収縮低減剤の２種を同時に調合するのは、手間
がかかる他、現場作業が煩雑になるという問題がある。

【００１４】例えば、セメントなどと混合する前に、あ
らかじめ粉末状の無機系膨張材と有機系収縮低減剤を混
合して使用すると、塊ができてしまい、ミキサーによる
モルタルやコンクリートの混練において、両者がセメン
トに対し均一に分散しにくくなる。

【００１５】この他、粉末である無機系膨張材はセメン
トと空練りし、液体である有機系収縮低減剤は調合水に
混ぜて使用する場合もあるが、手間がかかり現場作業が
煩雑となる。

【００１６】また、無機系膨張材自体がセメントなどに
比べ湿気の影響を受けやすかったり、有機系収縮低減剤
が成分上、消防法の規制を受けて大量保管できなかった
りして、これらの管理に注意を要することもあり、単一
の粉体あるいは液体で膨張材と収縮低減剤の両者の機能
を併せ持ったものの開発が望まれていた。

【００１７】本願発明は、上述のような背景のもとにな
されたものであり、単一の粉体で膨張材と収縮低減剤の
両者の機能を併せ持つとともに、混合の不均一化等によ
って起こるポップアウト現象、部分的強度低下、異常凝
結硬化等の両者に起因して起こる欠点をなくすことで、
モルタルやコンクリートの硬化初期の過度の膨張を抑制
しつつ、長期にわたる収縮低減効果を備え、従来より簡
便な施工で収縮ひび割れの生じ難い良質のモルタルある
いはコンクリート成形体の形成を可能とすることを目的
としたものである。

【００１８】

【課題を解決するための手段】本願の請求項１に係るセ
メント混和用膨張性粉末組成物は、セメント混和用の無
機系水和膨張性粉末または無機系膨張材原料に、液状の
有機系収縮低減剤をまぶして粉末状の一剤となしたもの
である。

【００１９】また、本願の請求項２に係るセメント混和
用膨張性粉末組成物は、セメント混和用の無機系水和膨
張性粉末または無機系膨張材原料粉末の少なくとも一部
の粉末表面に、液状の有機系収縮低減剤を接着させて、
粉末状の一剤となしたものである。

【００２０】ここで言う無機系水和膨張性粉末とは、従
来の技術の項で述べたような石灰系、カルシウムサルホ
アルミネート系、石膏系（石膏系の中には硫酸ソーダ等
の硫酸塩も含む）、ＭｇＯ系などの市販の無機系膨張材
に限らず、その原料に相当する粉末、その他、同様に水
と反応して膨張し、膨張材またはその一部として機能し
得る粉末、全般を指す。また、無機系膨張材原料とは、
必ずしも粉末に限らず、粉砕前の粒、塊なども含む意味
である。

【００２１】液状の有機系収縮低減剤としては、従来の
技術の項で述べた低級アルコールのアルキレンオキシド
付加物の他、アミド化合物、変性アミド化合物、その他
各種界面活性剤等のセメントに対して収縮低減効果のあ
る薬剤や市販の有機系収縮低減剤が挙げられる。

【００２２】請求項１における無機系水和膨張性粉末ま
たは無機系膨張材原料に、液状の有機系収縮低減剤をま
ぶして粉末状となした状態というのは、無機系水和膨張
性粉末または無機系膨張材原料の表面の基と有機系収縮
低減剤中の基とが、一部反応して該表面に有機系収縮低
減剤が接着し、静電気により粉体どうしの凝集を抑制
し、全体としてサラサラの粉末を生成している状態など
を指す。

【００２３】また、請求項２における無機系水和膨張性
粉末または無機系膨張材原料粉末の少なくとも一部の粉
末表面に、液状の有機系収縮低減剤を接着させて、粉末
状となした状態というのは、粉末表面の基が有機系収縮
低減剤中の基の一部と反応して有機系収縮低減剤が接着
し、表面がコーティングされたような状態で同様に粉体
どうしの凝集を抑制し、全体としてサラサラの粉末を生
成している状態などを指し、膨張材原料についても粉末
の場合のみを対象としているが、請求項１と一部重複す
るものである。

【００２４】本願の請求項３に係るセメント混和用膨張
性粉末組成物は、水和膨張性原料を含有する無機系膨張
材原料の少なくとも一部と、液状の有機系収縮低減剤と
を混合あるいは混合粉砕して、全体を粉末状の一剤とし
たものである。

【００２５】請求項３は、請求項２と逆に原料などが粉
末に限定されず、粒状や塊状の原料を含む混合原料どう
しの粉砕を経て、全体が粉末状となる場合であり、やは
り請求項１、２と一部重複する概念として理解され得る
ものである。

【００２６】請求項４は、請求項１、２または３に係る
セメント混和用膨張性粉末組成物中における有機系収縮
低減剤あるいはその主剤の含有割合が１０〜２０％であ
る場合を限定したものである。

【００２７】本来、無機系膨張材や有機系収縮低減剤
は、用途、要求されるモルタルあるいはコンクリートの
強度、セメント量、骨材量、他の混和材および混和剤な
どとの関係で、配合設計され、試験を行って混和量が決
定されるものであるが、最も一般的な範囲として、無機
系膨張材については、前述したように建築用で２０〜４
０ｋｇ／ｍ³程度、土木用で３０〜６０ｋｇ／ｍ³程度
が適量の範囲と考えられ、これより少な過ぎると膨張材
としての機能が不十分となり、これより多過ぎると初期
の膨張量が大きくなり、強度や品質の低下の原因となる
場合がある。ただし、配筋その他の拘束を利用してケミ
カルストレスを与える場合には、さらに多量の膨張材を
使用することになる。

【００２８】一方、市販の液状の有機系収縮低減剤の混
和量は、通常４〜８ｋｇ／ｍ³程度であり、これも少な
過ぎると、その効果が不十分であり、多過ぎると不経済
である他、モルタルやコンクリートの品質を低下させる
場合もある。

【００２９】さらに、両者の機能を維持しつつ全体をサ
ラサラの粉末状とするためには、有機系収縮低減剤の使
用量が限定され、これらから、本願発明のセメント混和
用膨張性粉末組成物中における有機系収縮低減剤あるい
はその主剤の含有割合は、１０〜２０％が適当であると
考えられる。

【００３０】本願の請求項５は、請求項１、２、３また
は４記載のセメント混和用膨張性粉末組成物の製造方法
であって、粉砕される粉体の凝集を抑制し、粉砕効率を
上げるために添加される粉砕助剤的役割を持つものとし
て、セメント混和用の無機系膨張材原料の粉砕工程にお
いて、液状の有機系収縮低減剤またはその主剤を添加
し、前記無機系膨張材原料を混合粉砕し、有機系収縮低
減剤を含有する膨張性粉末組成物を製造することを特徴
とするものである。

【００３１】本願発明でいう粉砕工程とは、粉砕機への
輸送工程および粉砕機での粉砕過程を指す。従来の技術
の項で述べたように、従来の無機系膨張材の製造におい
て、原料を混合粉砕して粉状の膨張材を生産して行く場
合、ジエチレングリコールなどを粉砕助剤を用い、粉砕
過程において粉体どうしが凝集するのを防止している
が、本願発明ではセメント混和用膨張性粉末組成物の成
分となる有機系収縮低減剤そのものを、粉砕助剤的役割
を持つものとして用いることで、全く無駄のない形で全
体がサラサラの粉体となる膨張性粉末組成物を製造する
ことができる。

【００３２】また、従来の無機系膨張材の製造設備をほ
とんどそのまま流用することができ、その面でも経済的
である。

【００３３】

【発明の実施の形態】図１は、本願発明のセメント混和
用膨張性粉末組成物の製造方法の一実施形態における製
造フローを示したものである。

【００３４】本実施形態は、従来の石灰分、硫酸分、ア
ルミナ分等を原料とする膨張材の製造工程を利用したも
のである。通常の膨張材製造における概略的なフローと
しては、例えば無機系膨張材原料としてのカルシウムサ
ルホアルミネート、石膏およびセメントが、それぞれＣ
ＳＡタンク１、石膏タンク２、セメントタンク３に供給
され、これらの原料が各計量器４，５，６を経て、一括
して粉砕機（ロッドミル）７へ供され、粉砕されたもの
が分級機８あるいは振動篩などを経て製品として搬出さ
れる。

【００３５】以下、より具体的に説明すると、セメント
タンク３から計量器６（計量ベルトフィーダ）を経たセ
メントがベルトコンベア１１に供給され、同様に石膏タ
ンク２からスクリューコンベア１２、石膏抽出ロータリ
ーフィーダー１３、計量器５（計量ベルトフィーダー）
を経た石膏がベルトコンベア１１に供給される。

【００３６】このベルトコンベア１１上で、ドラム缶１
４に入った低級アルコールのアルキレンオキシド付加物
を主剤とする液状の有機系収縮低減剤を、スプレー装置
１５によって、ベルトコンベア１１上を搬送されるセメ
ントおよび石膏に一様にまぶす。添加量のコントロール
については、計量されてベルトコンベア上を搬送される
原料の量をもとに、必要な噴霧量が自動的に算出され、
飛散分などを考慮した形でスプレー装置１５からの噴出
量が自動制御される。ただし、本願発明における有機系
収縮低減剤の添加方法は、これに限定されるものではな
い。

【００３７】なお、通常の無機系膨張材の製造工程にお
いては、ジエチレングリコールなどの粉砕助剤がスプレ
ー装置１５からこれらの原料に吹き付けられ、粉砕過程
において、粉体どうしの凝集を抑制し、サラサラの粉末
を生成している。

【００３８】本願発明では、ジエチレングリコールなど
の代わりにまぶされた有機系収縮低減剤がこの粉砕助剤
的な役割を果たしていると考えることができる。このよ
うな有機系収縮低減剤としては、例えば、市販のテトラ
ガードＡＳ₂₁（三洋化成工業株式会社製造）など液状の
有機系収縮低減剤を使用することができるが、粉砕工程
において粉体の凝集を抑制するといった粉砕助剤的に機
能するものであれば、液状の有機系収縮低減剤の種類は
特に限定されない。

【００３９】有機系収縮低減剤をまぶしたセメントおよ
び石膏はスクリューコンベア１７に供給される。このス
クリューコンベア１７にはＣＳＡタンク１から計量器４
（計量ベルトフィーダー）、ベルトコンベア１６を経た
ＣＳＡも供給され、バケットエレベーター１８で上方に
搬送され、これらが一括してミル前ホッパー１９に供給
される。

【００４０】続いて、これらの原料がベルトフィーダー
２０、スクリューコンベア２１を通じて粉砕機７に送ら
れ、ここでこれらの原料の混合粉砕が行われる。混合粉
砕工程で一様に粉体となった有機系収縮剤成分を含有す
る膨張材は、バケットエレベーター２２などを通して分
級機８に送られ（分級機８の代わりに振動篩などを用い
ることもできる）、所定の粉末度以下のサラサラの粉体
は、製品搬送工程、出荷工程へと送られることになる。

【００４１】また、所定の粉末度以下に達しないもの
は、分級機８から戻りのスクリューコンベア２３を経
て、前述したスクリューコンベア１７で、新たに供給さ
れてくる原料と一緒に、再び粉砕機７に供給されること
になる。

【００４２】なお、以上述べた実施形態では、できるだ
け混合粉砕工程に入る前でのカルシウムサルホアルミネ
ートと有機系収縮低減剤の接触を避け、水和反応により
カルシウムサルホアルミネートによる膨張材としての機
能が低減しないようにしたものであるが、有機系収縮低
減剤を投入する位置は、上述したベルトコンベア１１上
に限らず、例えばミル前ホッパー１９の近傍、あるいは
粉砕機７でもよく、またカルシウムサルホアルミネート
の供給形態によってはカルシウムサルホアルミネートに
対して有機系収縮低減剤をまぶしたり、カルシウムサル
ホアルミネートの粉体表面をコーティングするような形
で有機系収縮低減剤を接着させてもよい。

【００４３】また、各原料の配合割合は、製品として要
求される性能、原料の種類、形態、製造設備等に応じ
て、種々の設計変更が可能であるが、上述した実施形態
のようにカルシウムサルホアルミネート系原料および石
膏系原料を主とする配合においては、一例としてこれら
無機系膨張材原料１００重量部に対し、有機系収縮低減
剤（テトラガードＡＳ₂₁）１５重量部（セメント混和用
膨張性粉末組成物中における有機系収縮低減剤の含有割
合が約１３％）配合した場合において、全体がサラサラ
な白い粉末状の一剤の形で、本願発明のセメント混和用
膨張性粉末組成物が得られており、ほぼ図２のＢ線に沿
った効果が確認されている。

【００４４】

【発明の効果】本願発明に係る膨張性粉末組成物は、
粉体としてセメントと混合するなど、従来の粉末状の膨
張材と同様に使用できるため、従来、現場において膨張
材と液状の有機系収縮低減剤とそれぞれ別個に混合して
いた手間が省け、現場での作業性がよい。

【００４５】あらかじめ膨張材と収縮低減剤が混合さ
れていることで、現場作業における分散性などのバラツ
キがなく、管理が容易で、高品質のモルタルあるいはコ
ンクリートの施工が可能である。

【００４６】膨張性粉末組成物のみを混合した場合に
比べ、初期のモルタルまたはコンクリートの膨張は同等
であるが、長期的な収縮が少ないため、長期に渡って収
縮ひび割れが生じ難い。

【００４７】本願発明に係る製造方法によれば、液状
の有機系収縮低減剤を膨張材製造工程における粉砕助剤
的役割を持つものとして、従来の膨張材製造設備をほぼ
そのまま利用することができ、経済的である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本願発明の一実施形態におけるセメント混和
用膨張性粉末組成物の製造フロー図である。

【図２】本願発明のセメント混和用膨張性粉末組成物
の効果を、従来の無機系膨張材を混入した場合、および
膨張材を混入しない場合と比較して概念的に示したグラ
フである。

【符号の説明】

１…ＣＳＡタンク、２…石膏タンク、３…セメントタン
ク、４，５，６…計量器、７…粉砕機、８…分級機、１
１…ベルトコンベア、１２…スクリューコンベア、１３
…ロータリーフィーダー、１４…ドラム缶、１５…スプ
レー装置、１６…ベルトコンベア、１７…スクリューコ
ンベア、１８…バケットエレベーター、１９…ミル前ホ
ッパー、２０…ベルトフィーダー、２１…スクリューコ
ンベア、２２…バケットエレベーター、２３…スクリュ
ーコンベア、

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者笹嶋昌男東京都千代田区西神田３丁目８番１号太平洋セメント株式会社内Ｆターム(参考） 4G012 MA00 MA02 MB06 MB12 MB23 MB33

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】セメント混和用の無機系水和膨張性粉末
または無機系膨張材原料に、液状の有機系収縮低減剤を
まぶして、粉末状の一剤となしたセメント混和用膨張性
粉末組成物。
【請求項２】セメント混和用の無機系水和膨張性粉末
または無機系膨張材原料粉末の少なくとも一部の粉末表
面に、液状の有機系収縮低減剤を接着させて、粉末状の
一剤となしたセメント混和用膨張性粉末組成物。
【請求項３】水和膨張性原料を含有する無機系膨張材
原料の少なくとも一部と、液状の有機系収縮低減剤とを
混合あるいは混合粉砕して、全体を粉末状の一剤とした
セメント混和用膨張性粉末組成物。
【請求項４】請求項１、２または３記載のセメント混
和用膨張性粉末組成物中における有機系収縮低減剤ある
いはその主剤の含有割合が１０〜２０％であるセメント
混和用膨張性粉末組成物。
【請求項５】セメント混和用の無機系膨張材原料の粉
砕工程において、液状の有機系収縮低減剤またはその主
剤を添加して、前記無機系膨張材原料を混合粉砕し、有
機系収縮低減剤を含有する膨張性粉末組成物を製造する
ことを特徴とするセメント混和用膨張性粉末組成物の製
造方法。