JP2017007892A

JP2017007892A - 低炭素中性化抑制モルタル組成物及び低炭素中性化抑制モルタル硬化体の製造方法

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Publication number: JP2017007892A
Application number: JP2015124605A
Authority: JP
Inventors: 剛朗石田; Takeaki Ishida; 大和　功一郎; Koichiro Yamato; 功一郎大和; 晃希綿屋; Koki Wataya
Original assignee: Ube Industries Ltd
Current assignee: Ube Corp
Priority date: 2015-06-22
Filing date: 2015-06-22
Publication date: 2017-01-12
Anticipated expiration: 2035-06-22
Also published as: JP6582599B2

Abstract

【課題】中性化を抑制するとともに圧縮強度に優れる、低炭素中性化抑制モルタル組成物を提供する。【解決手段】無機質微粉末、石膏、細骨材及び練混ぜ水を含み、無機質微粉末はセメントと高炉スラグ微粉末とからなり、セメントと高炉スラグ微粉末の質量比（セメント：高炉スラグ）が１０：９０〜３０：７０であり、石膏の量が無機質微粉末１００質量部に対して６〜１０質量部であり、練混ぜ水のｐＨが１０〜１４及びＣａイオン濃度が１００〜５０００ｍｇ／Ｌである低炭素中性化抑制モルタル組成物。練混ぜ水のＮａイオン濃度が１０〜５００ｍｇ／Ｌ及びＫａイオン濃度が１０〜５００ｍｇ／Ｌであり、更に、ＳＯ４イオン濃度が１０〜５０００ｍｇ／Ｌ及びＣｌイオン濃度が１〜１００ｍｇ／Ｌである、低炭素中性化抑制モルタル組成物。【選択図】なし

Description

本発明は、中性化を抑制するとともに圧縮強度に優れる、低炭素中性化抑制モルタル組成物に関する。本発明はまた、その低炭素中性化抑制モルタル組成物を使用する、低炭素中性化抑制モルタル硬化体の製造方法に関する。

近年、地球温暖化抑制の観点から、建設材料分野においても低炭素化の要請が高まりつつある。基幹建設材料であるコンクリートは、水と、セメントと、混和材と、細骨材と、粗骨材等を練り混ぜて製造されるが、セメントはその製造時に他の材料よりも多くの二酸化炭素を排出することから、低炭素化を図る際、セメントの一部を混和材で置換する方法が一般的である。

しかしながら、低炭素化を図り混和材の置換量を多くすると、セメント量が減少することから、セメント硬化体（コンクリートおよびモルタル）の強度は、一般的には低下する。また、一般的に混和材の使用は中性化に対する抵抗性を低下させる。これは、混和材中に含まれるＣａ量がセメントに比べ少ないことに起因しており、Ｃａ量が少ないと中性化に対抗する主要因の水和物であるＣａ（ＯＨ）_２量が少なくなるためである。

高炉スラグ微粉末は高炉水砕スラグを粉砕することによって得られ、潜在水硬性を有し、一般的によく用いられる混和材である。同様に混和材としてよく用いられているフライアッシュに比べ、強度発現に優れるが、多量に置換した場合などには、強度低下を生じる。

高炉スラグ微粉末の反応を促進する刺激剤としては、石膏がよく用いられている。非特許文献１では、高炉スラグ微粉末／（セメント＋高炉スラグ微粉末）の比が２８．９〜７９．２％の範囲において、石膏／（セメント＋高炉スラグ微粉末）の比が０．０〜１１．１％の範囲で石膏を添加しており、前養生期間が短い場合（３日水中養生）にのみ中性化抑制に石膏添加が有効であるとしている。一方、非特許文献２は、高炉スラグ微粉末／（セメント＋高炉スラグ微粉末）の比が４７．４〜５０．０％において、石膏／（セメント＋高炉スラグ微粉末）の比が０．０〜５．３％の範囲で石膏を添加しており、石膏添加によって強度発現性は向上するが、中性化に関しては逆に促進させる傾向があるとしている。また、非特許文献３では、高炉スラグ微粉末／（セメント＋高炉スラグ微粉末）の比が６６．５％程度において、石膏／（セメント＋高炉スラグ微粉末）の比が０．０〜１１．１％の範囲で石膏を添加しており、石膏添加によって初期強度の増進と、長期強度増進の抑制が見られるが、中性化速度は速くなるとしている。

坂井悦郎、大門正機、鯉渕清、近田孝夫、「化学組成や粉末度の異なる高炉セメント硬化体の炭酸化」、コンクリート工学年次論文報告集、Ｖｏｌ.１８、Ｎｏ.１、ｐｐ.７３５−７４０、１９９６盛岡実、二階堂泰之、久保田賢、浅賀喜与志、「各種刺激剤を混和した高炉スラグセメント硬化体の中性化」、コンクリート工学年次論文報告集、Ｖｏｌ.１８、Ｎｏ.１、ｐｐ.７４１−７４６、１９９６和地正浩、金井亮、辻大二郎、井上和政、三井健郎、米澤敏男、「高炉スラグ微粉末高含有セメントを用いたコンクリートの基礎物性に関する研究」、竹中技術研究報告、Ｎｏ.６７、ｐｐ.１−６、２０１１

前述のように、低炭素化を図り、セメントを高炉スラグ微粉末で多量置換した場合、強度が低下するとともに、中性化に対する抵抗性が低下する。刺激剤として石膏を用いた場合においても、特に初期強度改善には効果があるが、中性化に関しては逆に促進してしまう例も見られる。

そこで、本発明は、中性化を抑制するとともに圧縮強度に優れる、低炭素中性化抑制モルタル組成物を提供することを目的とする。

本発明者らは、上記目的を達成すべく鋭意検討した結果、石膏と、上澄水などに代表されるＣａイオン等を含む高ｐＨ溶液を併用することにより、上記目的を達成することができることを知見した。

即ち、本発明は、以下に関する。
（１）無機質微粉末、石膏、細骨材及び練混ぜ水を含む低炭素中性化抑制モルタルであって、無機質微粉末はセメントと高炉スラグ微粉末とからなり、前記セメントと前記高炉スラグ微粉末の質量比（セメント：高炉スラグ）が１０：９０〜３０：７０であり、前記石膏の量が前記無機質微粉末１００質量部に対して６〜１０質量部であり、前記練混ぜ水のｐＨが１０〜１４及びＣａイオン濃度が１００〜５０００ｍｇ／Ｌであることを特徴とする低炭素中性化抑制モルタル組成物。低炭素化のために、高炉スラグ微粉末を多量に使用しても、石膏と、上澄水などに代表されるＣａイオン等を含む高ｐＨ溶液を併用することにより、中性化抑制と強度増進が可能となる。

（２）前記練混ぜ水のＮａイオン濃度が１０〜５００ｍｇ／Ｌ及びＫａイオン濃度が１０〜５００ｍｇ／Ｌである、上記（１）に記載の低炭素中性化抑制モルタル組成物。

（３）前記練混ぜ水のＳＯ_４イオン濃度が１０〜５０００ｍｇ／Ｌ及びＣｌイオン濃度が１〜１００ｍｇ／Ｌである、上記（１）または（２）に記載の低炭素中性化抑制モルタル組成物。

（４）前記無機質微粉末１００質量部に対して、更に水酸化カルシウムを１〜１０質量部含む、上記（１）〜（３）のいずれかに記載の低炭素中性化抑制モルタル組成物。水酸化カルシウムを併用することにより、更に中性化を抑制することができる。

（５）無機質微粉末と石膏と細骨材と練混ぜ水とを混合し前記低炭素中性化抑制モルタル組成物を調製する工程と、前記低炭素中性化抑制モルタルを養生する工程とを含む、低炭素中性化抑制モルタル硬化体の製造方法。

（６）前記養生において、１〜１０週間水中養生後する工程と、１〜１０週間気中養生後する工程とを含む、上記（５）に記載の低炭素中性化抑制モルタル硬化体の製造方法。

＜低炭素中性化抑制モルタル組成物＞
本発明の低炭素中性化抑制モルタル組成物は、無機質微粉末、石膏、細骨材及び練混ぜ水を含む。無機質微粉末は、セメントと高炉スラグ微粉末とからなる。

本発明で使用するセメントとしては、ＪＩＳで規定されるポルトランドセメントや混合セメントを挙げることができる。具体的には、普通ポルトランドセメント、早強ポルトランドセメント、超早強ポルトランドセメント、中庸熱ポルトランドセメント、低熱ポルトランドセメント、耐硫酸塩ポルトランドセメント、及びそれらの低アルカリ型ポルトランドセメント、さらに高炉セメント、フライアッシュセメント、シリカセメント等を挙げることができる。

高炉スラグとは鉄鋼の精錬の際に副産物として生成されるもので、本発明では微粉砕された高炉スラグ微粉末が使用される。本発明の高炉スラグ微粉末は、好ましくは高炉水砕スラグを微粉砕することによって得られる。高炉スラグ微粉末中、ＣａＯ量４０〜４５質量％、ＳｉＯ_２量３０〜３５質量％、Ａｌ_２Ｏ_３量１０〜１８質量％、ＳＯ_３量１．５〜２．０質量％の範囲にある高炉スラグを使用することが好ましい。高炉スラグ微粉末のブレーン表面積は、４０００〜４９００が好ましく、４２００〜４９００がより好ましく、４４００〜４９００がさらに好ましい。

本発明では、前記セメントと前記高炉スラグ微粉末の質量比（セメント：高炉スラグ）は、１０：９０〜３０：７０であり、好ましくは１３：８７〜２７：７３であり、より好ましくは１６：８４〜２４：７６である。

本発明の低炭素中性化抑制モルタル組成物では、前記石膏の量は、前記無機質微粉末１００質量部に対して６〜１０質量部であり、好ましくは６〜９質量部であり、より好ましくは６〜８質量部である。本発明で使用する石膏は、無水石膏が好ましい。

本発明で使用される練混ぜ水は、上澄水などに代表される、Ｃａイオンを含む高ｐＨ溶液である。

本発明では、前記練混ぜ水のｐＨが１０〜１４であり、好ましくはｐＨ１０．５〜１４であり、より好ましくはｐＨ１１〜１４である。

本発明では、前記練混ぜ水のＣａイオン濃度が１００〜５０００ｍｇ／Ｌであり、好ましくは１２０〜４０００ｍｇ／Ｌであり、より好ましくは１４０〜３０００ｍｇ／Ｌである。

前記練混ぜ水は、そのＮａイオン濃度が１０〜５００ｍｇ／Ｌであることが好ましく、１５〜４８０ｍｇ／Ｌであることがより好ましく、２０〜４６０ｍｇ／Ｌであることがさらに好ましい。また、前記練混ぜ水は、そのＫａイオン濃度が１０〜５００ｍｇ／Ｌであることが好ましく、１５〜４８０ｍｇ／Ｌであることがより好ましく、２０〜４６０ｍｇ／Ｌであることがさらに好ましい。

前記練混ぜ水は、そのＳＯ_４イオン濃度が１０〜５０００ｍｇ／Ｌであることが好ましく、１５〜４０００ｍｇ／Ｌであることがより好ましく、２０〜３０００ｍｇ／Ｌであることがさらに好ましい。前記練混ぜ水は、そのＣｌイオン濃度が１〜１００ｍｇ／Ｌであることが好ましく、５〜８０ｍｇ／Ｌであることがより好ましく、１０〜６０ｍｇ／Ｌであることがさらに好ましい。

前記練混ぜ水の量は、前記無機質微粉末１００質量部に対して、２０〜７０質量部が好ましく、２２〜６８質量部がより好ましく、２４〜６６質量部がさらに好ましい。

レディーミクストコンクリ−ト工場で、洗浄によって発生する洗浄排水から骨材を除いた水を回収水といい、そのうち、セメントから溶出する水酸化カルシウムなどを含むアルカリ性の高い水を上澄水という。本発明では、上記ｐＨ及びＣａイオン濃度等を満たす上澄水を使用することが好ましい。

本発明の低炭素中性化抑制モルタル組成物は、前記無機質微粉末１００質量部に対して、更に水酸化カルシウム（練混ぜ水に含まれる水酸化カルシウムを除く）を１〜１０質量部含むことが好ましく、より好ましくは２〜９質量部含み、さらに好ましくは３〜８質量部含む。水酸化カルシウムを更に含むことにより、更に中性化を抑制することができる。

本発明で使用する細骨材としては、川砂、陸砂、海砂、砕砂、高炉スラグ細骨材、石灰石細骨材等を使用することができる。細骨材は、１種を単独で用いても、２種以上を併用してもよい。耐硫酸性モルタル組成物中に含まれる細骨材は、前記無機質微粉末１００質量部に対して、好ましくは１５０〜４００質量部、より好ましくは１６０〜３８０質量部、さらに好ましくは１７０〜３６０質量部である。

また、本発明の低炭素中性化抑制モルタル組成物には、フレッシュ性状を調整するためリグニン系、ナフタレン系、ポリオール系、ポリカルボン酸系等の化合物であるＡＥ剤、ＡＥ減水剤、高性能減水剤、高性能ＡＥ減水剤、中性能減水剤、高機能減水剤、多機能減水剤等の化学混和剤や、増粘剤、消泡剤、空気量調整剤、硬化促進剤、硬化遅延剤、鉄筋防錆剤等の公知の添加剤を添加することができる。

本発明の低炭素中性化抑制モルタル組成物は、無機質微粉末と石膏と細骨材と練混ぜ水とを混合することで製造することができる。混練に先立ち各成分を予め混合しておくことも可能であるが、セメントに練混ぜ水を加えて混練する際に、高炉スラグ微粉末、石膏、細骨材ならびにその他任意の混和剤および添加剤を加えて調製することが好ましい。このように本発明の低炭素中性化抑制モルタル組成物は、簡便な方法によって調製することが可能であり、通常のモルタル硬化体を形成する施設等において、容易かつ安価に調製することができる。

本発明の低炭素中性化抑制モルタル組成物に、さらに粗骨材を含んで、低炭素中性化抑制コンクリート組成物を得ることができる。本発明で使用する粗骨材としては、砂利、砕石、高炉スラグ粗骨材、石灰石粗骨材等を使用することができる。粗骨材は、前記無機質微粉末１００質量部に対して、好ましくは１５０〜４００質量部、より好ましくは１６０〜３８０質量部、さらに好ましくは１７０〜３６０質量部である。粗骨材の配合量が上記範囲内であれば、良好なフレッシュ性状を得ることができる。

＜低炭素中性化抑制モルタル硬化体の製造方法＞
本発明はまた、低炭素中性化抑制モルタル硬化体の製造方法に関する。本発明の低炭素中性化抑制モルタル硬化体の製造方法は、無機質微粉末と石膏と細骨材と練混ぜ水とを混合し上記低炭素中性化抑制モルタル組成物を調製する工程と、上記低炭素中性化抑制モルタル組成物を養生する工程とを含む。

低炭素中性化抑制モルタル組成物を調製する方法は、上記低炭素中性化抑制モルタル組成物の製造方法のとおりである。

低炭素中性化抑制モルタル組成物を養生する工程は、１〜１０週間水中養生する工程と、１〜１０週間気中養生する工程とを含むことが好ましい。水中養生と気中養生の順序は、先に水中養生を行い、その後気中養生を行うことが好ましい。水中養生の期間は、１〜１０週間、好ましくは２〜８週間、より好ましくは３〜６週間である。水中養生の温度は、好ましくは１０〜３０℃、より好ましくは１２〜２８℃、さらに好ましくは１４〜２６℃である。気中養生の期間は、１〜１０週間、好ましくは１〜８週間、より好ましくは１〜６週間である。気中養生の温度は、好ましくは１０〜３０℃、より好ましくは１２〜２８℃、さらに好ましくは１４〜２６℃である。気中養生の湿度は、好ましくは５０〜１００％、より好ましくは５２〜１００％、さらに好ましくは５４〜１００％である。

養生工程は、上記水中養生や気中養生の他に、蒸気養生や加熱養生を含んでいてもよい。

本発明の低炭素モルタル組成物は、低炭素モルタルとして、モルタルやコンクリートに使用することができる。

以下、実施例及び比較例を挙げて本発明を詳細に説明する。なお、本発明はこれらの例によって限定されるものではない。

［１．使用材料］
以下に示す材料を使用した。
（１）セメント
・普通ポルトランドセメント（密度３．１６ｇ／ｃｍ^３、宇部三菱セメント株式会社製）
・早強ポルトランドセメント（密度３．１４ｇ／ｃｍ^３、宇部三菱セメント株式会社製）
（２）混和材
・高炉スラグ微粉末（密度２．９０ｇ／ｃｍ^３、ＣａＯ量４１．９質量％、ＳｉＯ_２量３１．６質量％、Ａｌ_２Ｏ_３量１４．０質量％、ＳＯ_３量１．７質量％、ブレーン比表面積４７６０ｃｍ^２／ｇ、ＪＩＳＡ６２０６高炉スラグ微粉末４０００相当、宇部興産株式会社製）
なお、ブレーン比表面積は、ＪＩＳＡ６２０６「コンクリート用高炉スラグ微粉末」に準拠して測定した値である。
・無水石膏（密度２．９７ｇ／ｃｍ^３、常陸化工株式会社製）
・水酸化カルシウム（密度２．２１ｇ／ｃｍ^３、試薬特級、和光純薬工業株式会社製）
（３）細骨材
・海砂（密度２．５７ｇ／ｃｍ^３、粗粒率２．９７、福岡県産）
・砕砂（密度２．６８ｇ／ｃｍ^３、粗粒率２．７１、硬質砂岩、福岡県産）
（４）化学混和剤
・商品名：シーカメント１１００ＮＴ、高性能ＡＥ減水剤、日本シーカ株式会社製
・商品名：マイクロエア４０４、空気量調整剤、ＢＡＳＦジャパン株式会社製
（５）練混ぜ水
・上水道水
・飽和水酸化カルシウム溶液（上水道水と水酸化カルシウム（密度２．２１ｇ／ｃｍ^３、試薬特級、和光純薬工業株式会社製、２０℃における溶解度：０．１６ｇ）を使用して作製）
・模擬上澄水（普通ポルトランドセメント（密度３．１６ｇ／ｃｍ^３、宇部三菱セメント株式会社製）と上水道水を使用して作製、ｐＨ１２．１、Ｃａイオン濃度１２７０ｍｇ／Ｌ、Ｎａイオン濃度１８２ｍｇ／Ｌ、Ｋａイオン濃度４０４ｍｇ／Ｌ、ＳＯ_４イオン濃度１７９０ｍｇ／Ｌ、Ｃｌイオン濃度２５ｍｇ／Ｌ）

［２．モルタル組成物の配合］
前記材料を用いた、Ｎｏ.１〜１０のモルタル組成物の配合について、配合の概要を表１に、１ｍ^３あたりの単位量を表２に示す。なお、比較例１、２、４、５及び７においては、練混ぜ水として上水道水を使用し、比較例３においては練混ぜ水として飽和水酸化カルシウム溶液を使用し、比較例６及び８、ならびに実施例１及び２においては練混ぜ水として模擬上澄水を使用した。

表中において、普通ポルトランドセメントはＮ、早強ポルトランドセメントはＨ、高炉スラグ微粉末はＢＦＳ、無水石膏は石膏、水酸化カルシウムはＣＨ、単位水量はＷ、単位セメント量はＣと表記した。なお、表１及び表２のＷは化学混和剤を含めた値である。

配合Ｎｏ．１〜１０において、セメントと高炉スラグ微粉末の質量比は２０：８０で一定であり、また、水／結合材（セメント＋高炉スラグ微粉末）の質量比は４５％で一定である。

細骨材のうち、海砂と砕砂の体積比は４：６とした。無水石膏及び水酸化カルシウム（粉末）に関しては、結合材（セメント＋高炉スラグ微粉末）に対する所定の質量比（％）に値する量を、細骨材に対して置換した。

飽和水酸化カルシウム溶液は、２０℃の環境下にて、上水道水１００ｇあたり０．１６ｇの水酸化カルシウムを完全に溶解させて作製した。

模擬上澄水は、２０℃の環境下にて、普通ポルトランドセメントと上水道水を質量比１：４で混合し、ハンドミキサで十分に攪拌し、密封して２４時間以上静置した後に、上澄水のみを採取して作製した。

［３．モルタルの調製及び試験方法］
（１）モルタルの練り混ぜ
表２に示した配合Ｎｏ．１〜１０のモルタルの練り混ぜは、ＪＩＳＲ５２０１に準じて次の手順で行った。すなわち、ホバートミキサ内に、細骨材、セメント、高炉スラグ微粉末、石膏及びその他混和材を投入して３０秒間空練りした後、予め化学混和剤を溶かした練り混ぜ水を加えて低速で３０秒間練り混ぜ、掻き落としを行った後、高速で６０秒間練り混ぜた。
（２）モルタルの空気量
配合Ｎｏ．１〜１０について、空気量を測定した。この結果を表３に示す。なお、空気量は６．０〜９．０％とした。
（３）モルタル供試体の養生
モルタル供試体の養生に関しては、４週間の水中養生後に、２０℃、Ｒ．Ｈ．６０％の恒温室で２週間の気中養生を行った。
（４）圧縮強度試験
ＪＩＳＡ１１０８に準じて行い、材齢２８日での圧縮強度を測定した。
（５）促進中性化試験
ＪＩＳＡ１１５３に準じて行い、中性化深さを測定した。

［４．試験結果］
圧縮強度及び中性化深さの測定結果を表３に示す。

［５．評価］
表３より、促進期間１、４及び１２週での中性化深さを比較すると、比較例に比べて実施例の中性化深さは小さい値となっており、実施例は中性化に対する抵抗性に優れる。特に実施例２のように、無水石膏と水酸化カルシウム（粉末）と模擬上澄水を併用した配合の場合に、モルタル組織が緻密化しているためか、中性化深さはより小さい値となっている。
表３より、材齢２８日での圧縮強度を比較すると、比較例に比べて実施例の圧縮強度は大きな値となっており、実施例は圧縮強度に優れる。中性化深さと同様に、モルタル組織が緻密化しているためと考えられる。

本発明の低炭素モルタル組成物は、中性化を抑制するとともに圧縮強度に優れるので、低炭素モルタル及びコンクリートの性能改善において利用価値が高い。

Claims

無機質微粉末、石膏、細骨材及び練混ぜ水を含み、
前記無機質微粉末はセメントと高炉スラグ微粉末とからなり、
前記セメントと前記高炉スラグ微粉末の質量比（セメント：高炉スラグ）が１０：９０〜３０：７０であり、
前記石膏の量が前記無機質微粉末１００質量部に対して６〜１０質量部であり、
前記練混ぜ水のｐＨが１０〜１４及びＣａイオン濃度が１００〜５０００ｍｇ／Ｌであることを特徴とする低炭素中性化抑制モルタル組成物。
前記練混ぜ水のＮａイオン濃度が１０〜５００ｍｇ／Ｌ及びＫａイオン濃度が１０〜５００ｍｇ／Ｌである、請求項１記載の低炭素中性化抑制モルタル組成物。
前記練混ぜ水のＳＯ_４イオン濃度が１０〜５０００ｍｇ／Ｌ及びＣｌイオン濃度が１〜１００ｍｇ／Ｌである、請求項１又は２記載の低炭素中性化抑制モルタル組成物。
前記無機質微粉末１００質量部に対して、更に水酸化カルシウムを１〜１０質量部含む、請求項１〜３の何れか１項記載の低炭素中性化抑制モルタル組成物。
無機質微粉末と石膏と細骨材と練混ぜ水とを混合し請求項１〜４の何れか１項記載の低炭素中性化抑制モルタル組成物を調製する工程と、
前記低炭素中性化抑制モルタル組成物を養生する工程とを含む、低炭素中性化抑制モルタル硬化体の製造方法。
前記養生は、１〜１０週間水中養生する工程と、１〜１０週間気中養生する工程とを含む、請求項５記載の低炭素中性化抑制モルタル硬化体の製造方法。