JP2000281408A

JP2000281408A - セメント混和材及びセメント組成物

Info

Publication number: JP2000281408A
Application number: JP8913499A
Authority: JP
Inventors: Kenji Suzuki; 研志鈴木; Etsuro Sakai; 悦郎坂井; Seiki Daimon; 正機大門; Minoru Morioka; 実盛岡
Original assignee: Denki Kagaku Kogyo KK
Current assignee: Denka Co Ltd
Priority date: 1999-03-30
Filing date: 1999-03-30
Publication date: 2000-10-10

Abstract

(57)【要約】【課題】優れた注入性、材料分離抵抗性及び強度発現
性を有するセメント混和材及びセメント組成物を提供す
ること。【解決手段】 Li₂O含有量0.1〜1重量％未満、CaO／Al₂
O₃モル比1.5〜2.0のカルシウムアルミネート及び無機硫
酸塩を含有してなる、最大粒径が40μｍ以下のセメント
混和材であり、更に最大粒径が40μｍ以下のセメントと
該セメント混和材を含有してなるセメント組成物を構成
とする。

Description

【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
分野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】土木・建築分野において、止水や地盤安
定化を目的として、土壌の土粒子の間隙、土層の層境、
又は岩盤の亀裂箇所等に、注入材が広く使用されてい
る。しかしながら、通常、使用されている注入材は、水
／セメント比が大きいため、材料分離を生じ易く、凝結
・硬化が著しく遅延し、強度発現性に乏しいものであっ
た。これらの課題に対応するために、急硬性の注入材が
開発されている。本発明者らは、先に急硬性の注入材と
して、Li₂O含有量1〜15重量％のCaO−Al ₂O₃−Li₂O系物
質、無機硫酸塩、及び凝結調整剤を含有してなる、最大
粒径40μｍ以下のセメント混和材を提案した（特開平8-
310846号公報）。このセメント混和材を用いた注入材
は、材料分離抵抗性や強度発現性に優れるものであっ
た。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、原料で
あるLi₂Oは、工業用原料としては高価なものであり、一
般に普及し難いものであった。そこで、本発明者らは上
記の課題を解決すべく、鋭意検討を重ねた結果、１重量
％未満のLi₂Oを含有した、特定の組成範囲のカルシウム
アルミネートを用いたセメント混和材を使用することに
より、優れた注入性、材料分離抵抗性及び強度発現性を
有するセメント組成物とすることができる、との知見を
得て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、Li₂O含
有量0.1〜1重量%未満、CaO／Al₂O₃モル比1.5〜2.0のカ
ルシウムアルミネート及び無機硫酸塩を含有してなる、
最大粒径が40μｍ以下のセメント混和材であり、更に、
最大粒径が40μｍ以下のセメントと該セメント混和材を
含有してなるセメント組成物である。

【０００５】

【発明の実施の形態】以下、本発明を更に詳しく説明す
る。

【０００６】本発明のセメント混和材に使用される、カ
ルシウムアルミネートは、Li₂O含有量が0.1〜1重量％未
満であり、Li₂O含有量が0.25〜0.9重量%がより好まし
い。又、カルシウムアルミネート中のCaOとAl₂O₃の割合
は、CaO／Al₂O₃モル比（以下、C/Aモル比という）で1.5
〜2.0の範囲である。カルシウムアルミネートの組成が
前記の範囲にないと、本発明の効果である、優れた材料
分離抵抗性と強度発現性が得られない。

【０００７】本発明のカルシウムアルミネートとは、結
晶質又は非晶質の何れでもよく、CaO原料、Al₂O₃原料及
びLi₂O原料等の混合物を熱処理して得られる。原料とし
ては、特に限定されるものではないが、例えば、CaO原
料に消石灰や石灰石粉末等、Al₂O₃原料にボーキサイト
やアルミ残灰等、及びLi₂O原料にLi₂CO₃やLiOH等のリチ
ウム塩が、それぞれ使用される。熱処理の方法は、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ある。その熱処理条件（温
度、時間）は、材料組成により異なるが、通常、熱処理
温度は、1500〜1800℃程度である。熱処理物の冷却は、
水や高圧空気等による急冷法や、自然放冷による徐冷法
等何れの方法でもよい。又、他の成分或いは不純物とし
て、例えば、Na₂O、K₂O、MgO、TiO₂、Fe₂O₃、B₂O₃、SiO
₂、P₂O₅、SO₃及びF₂等の成分の混入が予想されるが、こ
れらは焼成物又は溶融物の融点を下げたり、活性を高め
たりする効果があり、好ましい面もあるため、本発明の
効果を実質的に阻害しない範囲であれば、問題にならな
い。

【０００８】カルシウムアルミネートの粒度は、最大粒
径が40μｍ以下であり、20μｍ以下がより好ましく、10
μｍ以下であれば更に好ましい。カルシウムアルミネー
トの最大粒径が40μｍを超えると本発明の効果である、
良好な注入性や材料分離抵抗性が得られない。又、比表
面積は、通常、ブレーン比表面積値で3000〜9000cm²/g
程度の範囲にあり、4000〜7000cm²/g程度が好ましい。3
000cm²/g未満では良好な注入性や材料分離抵抗性が得ら
れない場合があり、9000cm²/gを超えても更なる効果の
向上は期待できない。

【０００９】カルシウムアルミネートの配合量は、特に
限定されるものではないが、セメント混和材100重量部
中、30〜90重量部が好ましく、40〜70重量部がより好ま
しい。30重量部未満では十分な急硬性や耐久性が得られ
ない場合があり、90重量部を超えると十分な可使時間や
強度発現性が得られない場合がある。

【００１０】本発明の無機硫酸塩とは、セッコウ類、硫
酸アルミニウム、硫酸ナトリウム等のアルカリ金属硫酸
塩、亜硫酸アルカリ金属塩及び重亜硫酸アルカリ金属塩
等を総称するものであり、特に限定されるものではない
が、セッコウ類や硫酸アルミニウムを使用することが、
本発明の効果が大であることや経済性の面から好まし
い。セッコウ類とは、無水セッコウ、半水セッコウ及び
二水セッコウを総称するものであり、特に限定されるも
のではないが、無水セッコウを使用することが本発明の
効果が最も大きいことから好ましい。無水セッコウは、
例えば、天然に産出する天然無水セッコウの他、半水セ
ッコウや二水セッコウを熱処理して脱水したものや、工
業副産物として発生するもの等の使用が可能である。硫
酸アルミニウムは、無水塩及び含水塩が存在するが、経
済性の面から含水塩の使用が好ましい。硫酸アルミニウ
ムの含水塩は、20モル以下の範囲で結晶水を有している
が、如何なるものも使用可能である。

【００１１】無機硫酸塩の粒度は、最大粒径が40μｍ以
下であり、20μｍ以下がより好ましく、10μｍ以下が更
に好ましい。最大粒径が40μｍを超えると本発明の効果
である、良好な注入性や材料分離抵抗性が得られない。
又、比表面積は、通常、ブレーン比表面積値で3000〜90
00cm²/g程度の範囲にあり、4000〜7000cm²/g程度が好ま
しい。3000cm²/g未満では良好な注入性や材料分離抵抗
性が得られない場合があり、9000cm²/gを超えても更な
る効果の向上は期待できない。

【００１２】無機硫酸塩の配合量は、特に限定されるも
のではないが、セメント混和材100重量部中、10〜70重
量部が好ましく、30〜60重量部がより好ましい。10重量
部未満では十分な強度発現性が得られない場合があり、
70重量部を超えると長期の耐久性が悪化する場合があ
る。

【００１３】本発明のセメント混和材の粒度は、最大粒
径が40μｍ以下であり、20μｍ以下がより好ましく、10
μｍ以下が更に好ましい。セメント混和材の最大粒径
が、40μｍを超えると本発明の効果である、良好な注入
性や材料分離抵抗性が得られない。又、比表面積は、通
常、ブレーン比表面積値で3000〜9000cm²/g程度の範囲
にあり、4000〜7000cm²/g程度が好ましい。3000cm²/g未
満では良好な注入性や材料分離抵抗性が得られない場合
があり、9000cm²/gを超えても更なる効果の向上は期待
できない。

【００１４】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、セメントとセメント混和材
を含有してなるセメント組成物100重量部中、10〜50重
量部が好ましく、20〜30重量部がより好ましい。10重量
部未満では強度発現効果が十分でなく、50重量部を超え
て使用しても更なる効果の向上は期待できない。

【００１５】本発明のセメントとしては、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
と、これらポルトランドセメントに、シリカ、フライア
ッシュ及び高炉スラグ等のポゾラン物質を混合した各種
混合セメント、並びにアルミナセメント等が使用可能で
あり、これらセメントを粉砕し、その最大粒径を40μｍ
以下にしたものである。

【００１６】本発明のセメント混和材及びセメント組成
物の製造時に使用する混合装置としては、既存の如何な
る攪拌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、V型ミキサー、ヘンシェルミキサー及
びナウターミキサー等がある。又、混合方法としては、
それぞれの材料を施工時に別々に混合してもよいし、予
めその一部又は全部を混合しておいても差し支えない。

【００１７】水の配合量は、特に限定されるものではな
いが、水／セメント組成物比50〜500％の範囲が好まし
く、100〜400％がより好ましい。50％未満では十分な注
入性が得られない場合があり、500％を超えると十分な
強度発現性が得られない場合がある。

【００１８】本発明では、必要に応じて凝結遅延剤を併
用することが可能である。凝結遅延剤としては、例え
ば、クエン酸、酒石酸、グルコン酸、及びリンゴ酸等の
有機酸又はそれらの塩、りん酸又はその塩、アルカリ金
属炭酸塩、並びに、ホウ酸等が挙げられ、特に限定され
るものではないが、有機酸又はそれらの塩と、アルカリ
金属炭酸塩とを併用すると、強度発現性が良好となり好
ましい。凝結遅延剤の配合量は、使用する目的・用途に
依存するが、通常、セメント混和材100重量部に対し
て、0.5〜10重量部がより好ましい。0.5重量部未満では
十分な可使時間が得られない場合があり、10重量部を超
えて使用すると強度発現が低下する場合がある。

【００１９】本発明のセメント混和材及びセメント組成
物に、砂や砂利等の骨材の他、補強繊維材、セメント膨
張材、減水剤、高性能減水剤、高性能AE減水剤、増粘
剤、防錆剤や防凍剤、水酸化ナトリウム等の可溶性アル
カリ塩、酸化カルシウムや水酸化カルシウム等のカルシ
ウム化合物、ベントナイトやモンモリロナイト等の粘土
鉱物、ゼオライト、ハイドロタルサイト及びハイドロカ
ルマイト等のイオン交換体を、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。

【００２０】

【実施例】以下、実施例により本発明を詳細に説明す
る。

【００２１】実施例１ CaO原料、Al₂O₃原料及びアルカリ金属酸化物（以下、R₂
Oという）原料を所定の配合比で混合したものを、電気
炉で1600℃、30分間溶融した後、その溶融物を急冷して
得られたクリンカ−を振動式ボールミルで粉砕し、最大
粒径40μｍ、ブレーン比表面積値6500±200cm²/gに調製
し、表1に示す各種のカルシウムアルミネートとした。
カルシウムアルミネートの組成は、化学分析により測定
した。

【００２２】このカルシウムアルミネート50重量部と無
機硫酸塩ａ50重量部とを配合し、最大粒径40μｍ、ブレ
ーン比表面積値6500±200cm²/gのセメント混和材とし、
最大粒径40μｍに粉砕したセメントと混合してセメント
組成物を調製した。セメント組成物100重量部中、セメ
ント混和材を25重量部、凝結調整剤を0.5重量部配合
し、水／セメント組成物比300％としたものを、モルタ
ルミキサーで60秒間混練し、セメントペーストを調製し
た。このセメントペーストについて、20℃における圧縮
強度の測定及び材料分離抵抗性を評価するため、分離水
率の測定を行った。その結果を表１に示す。尚、比較の
ため、Li₂O以外のアルカリ金属酸化物を含むものについ
て、同様の試験を行った。＜使用材料> CaO原料：試薬１級炭酸カルシウム Al₂O₃原料：試薬１級酸化アルミニウム R₂O（Ａ）原料：試薬１級炭酸リチウム R₂O（Ｂ）原料：試薬１級炭酸ナトリウム R₂O（Ｃ）原料：試薬１級炭酸カリウムセメント：電気化学工業社製普通ポルトランドセメント
を振動式ボールミルで最大粒径40μｍに粉砕したもの。無機硫酸塩ａ：天然無水セッコウ、最大粒径40μｍ凝結遅延剤：炭酸カリウム75重量部とクエン酸25重量部
の混合物水：水道水＜測定方法＞粒子径：レーザー回折式粒度分布測定装置分離水率：ポリエチレン製のφ5ｃｍの袋に、高さ15ｃ
ｍまでセメントペーストを入れ、24時間後に分離した浮
き水の高さを測定し、（浮き水の高さ／15）×100から
分離水率（％）を算出した。圧縮強度：JIS A 1108に準じて測定した。

【００２３】

【表１】

【００２４】本発明のセメント混和材を配合したセメン
ト組成物は、良好な材料分離抵抗性と圧縮強度発現性を
示した。一方、Li₂Oを含有していない比較例（実験No.1
-1）、Li₂Oの含有量が多い比較例（実験No.1-7）、Na₂O
やK₂Oを含有した比較例（実験No.1-8,1-9）、及びC/Aモ
ル比が2.2のカルシウムアルミネートを用いた比較例
（実験No.1-10,1-13）では、材料分離抵抗性及び圧縮強
度発現性が著しく劣っている。

【００２５】実施例２実施例１の実験No.1-4のセメント混和材において、セメ
ント組成物100重量部中の配合量を表２に示すように変
えたこと以外は、実施例１と同様に行った。その結果を
表２に示す。

【００２６】

【表２】

【００２７】本発明のセメント混和材を配合したセメン
ト組成物は、良好な材料分離抵抗性と圧縮強度発現性を
示した。一方、セメント混和材を配合していない比較例
（実験No.2-1）では、材料分離抵抗性及び圧縮強度発現
性が著しく劣っている。

【００２８】実施例３実施例１の実験No.1-4のセメント混和材において、カル
シウムアルミネートと無機硫酸塩の種類と配合量を表３
に示すように変えたこと以外は、実施例１と同様に行っ
た。その結果を表３に示す。＜使用材料> 無機硫酸塩ａ：天然無水セッコウ、最大粒径40μｍ無機硫酸塩ｂ：試薬１級硫酸アルミニウム18水塩、最大
粒径40μｍ無機硫酸塩ｃ：試薬１級二水セッコウ、最大粒径40μｍ無機硫酸塩ｄ：試薬１級半水セッコウ、最大粒径40μｍ

【００２９】

【表３】

【００３０】本発明のセメント混和材を配合したセメン
ト組成物は、良好な材料分離抵抗性と圧縮強度発現性を
示した。一方、無機硫酸塩を配合していない比較例（実
験No.3-1）では、材料分離抵抗性及び圧縮強度発現性が
著しく劣っている。

【００３１】実施例４実施例１の実験No.1-4のセメント混和材において、最大
粒径を表４に示すように変え、圧縮強度、分離水率に加
え、注入浸透性を測定したこと以外は、実施例１と同様
に行った。その結果を表４に示す。＜測定方法> 注入浸透性：φ10×20cmの円筒の底に布を敷いて、比重
2.63、粒径0.3〜1.2mm、単位容積当たりの空隙率を示
す、間隙率43％の砂を下部より高さ15cm充填し、作製し
た注入用セメントペースト500ccを円筒の上部より注ぎ
込み、24時間後に脱型し、浸透深さを測定した。

【００３２】

【表４】

【００３３】本発明の最大粒径が40μｍ以下のセメント
混和材を含有したセメント組成物は、良好な注入浸透
性、材料分離抵抗性及び圧縮強度発現性を示した。一
方、セメント混和材の最大粒子径が50μｍの比較例（実
験No.4-1）では、材料分離抵抗性、圧縮強度発現性及び
注入浸透性が著しく劣っている。

【００３４】実施例５実施例１の実験No.1-4のセメント混和材において、最大
粒径を40μｍとし、セメントの最大粒径を表５に示すよ
うに変えたこと以外は、実施例４と同様に行った。その
結果を表５に示す。

【００３５】

【表５】

【００３６】本発明のセメント混和材及び最大粒径が40
μｍ以下のセメントを含有したセメント組成物は、良好
な注入浸透性、材料分離抵抗性及び圧縮強度発現性を示
した。一方、セメントの最大粒子径が50μｍの比較例
（実験No.5-1）では、材料分離抵抗性、圧縮強度発現性
及び注入浸透性が著しく劣っている。

【００３７】

【発明の効果】本発明のセメント混和材を使用すること
により、優れた注入性、材料分離抵抗性及び強度発現性
を有するセメント組成物が得られる。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】 Li₂O含有量0.1〜1重量%未満、CaO／Al₂O
₃モル比1.5〜2.0のカルシウムアルミネート及び無機硫
酸塩を含有してなる、最大粒径が40μｍ以下のセメント
混和材。
【請求項２】最大粒径が40μｍ以下のセメントと請求
項1記載のセメント混和材を含有してなるセメント組成
物。