JP5541776B2

JP5541776B2 - 自己治癒性セメント混和材及びセメント組成物

Info

Publication number: JP5541776B2
Application number: JP2009285005A
Authority: JP
Inventors: 茂富岡; 隆行樋口
Original assignee: Denki Kagaku Kogyo KK
Current assignee: Denka Co Ltd
Priority date: 2009-12-16
Filing date: 2009-12-16
Publication date: 2014-07-09
Anticipated expiration: 2029-12-16
Also published as: JP2011126729A

Description

本発明は、主に、土木分野、建築分野に使用するセメントコンクリートの防水性を促進するセメント混和材及びセメント組成物に関する。
なお、本発明でいうセメントコンクリートとはモルタル、コンクリートを総称するものである。

従来、セメントコンクリートの防水性を促進させる方法としては、水／セメント比をできる限り小さくするため、ＪＩＳＡ６２０４「コンクリート用化学混和剤」で規定されているように、減水剤や高性能減水剤を使用することが一般的に普及している。

一方、水／セメント比の低減によらず、例えば、カルシウムサルホアルミネート化合物と活性シリカ質物質とを含有してなる混和材、カルシウムサルホアルミネート類と潜在水硬性物質とを有効成分とする防水材を使用してセメントコンクリートの防水性を高める方法が提案されている（特許文献１、２参照）。また、撥水剤を充填材（骨材）に被覆すること（特許文献３参照）や、撥水剤をセメントコンクリート硬化体の表面に塗布することが行われている（特許文献４参照）。しかしながら、撥水剤をセメントに混合することは行われていない。

特開平２−８８４５１号公報特許第２８９９０６６号公報特開平１−３１７１４０号公報特開平２００４−２３１４８８号公報

本発明は、コンクリートの防水性を増進させる、自己治癒性セメント混和材及びセメント組成物を提供する。

本発明は、（１）ステアリン酸カルシウムである撥水剤とブレーン比表面積値で２５００ｃｍ^２／ｇ以上の３ＣａＯ・３Ａｌ_２Ｏ_３・ＣａＳＯ_４のアウインであるカルシウムサルホアルミネートとブレーン比表面積値で３０００ｃｍ^２／ｇ以上のフライアッシュであるシリカ粉末とを含有してなり、カルシウムサルホアルミネートとシリカ粉末の合計１００部中、カルシウムサルホアルミネート３０〜７０部に対してシリカ粉末３０〜７０部であり、撥水剤がカルシウムサルホアルミネートとシリカ粉末の合計１００部に対して３〜８部である、自己治癒性セメント混和材、（２）撥水剤とカルシウムサルホアルミネートとシリカ粉末を混合又は混合粉砕したものである（１）の自己治癒性セメント混和材、（３）セメントと、（１）又は（２）の自己治癒性セメント混和材とを含有してなり、セメントとセメント混和材とからなるセメント組成物１００部中、自己治癒性セメント混和材が２〜６部である、セメント組成物、である。

本発明の自己治癒性セメント混和材及びセメント組成物を使用することにより、セメントコンクリートの防水性が向上する。

コンクリート試験体の側面図コンクリート試験体の断面図（１）コンクリート試験体の断面図（２）配筋の外観図割裂試験体の断面図割裂試験体の側面図（図１〜６の数値の単位はｍｍ）

１：コンクリート試験体
２：注水孔（水圧０．２ｋｇ／ｃｍ^２）
３：フープ鉄筋（φ６ｍｍ）
４：ストレート鉄筋（φ６ｍｍ）
５：割裂時のひび割れ位置
６：ひび割れにより注水した時の透水位置
７：割裂時の載荷点
８：ひび割れの止水面

以下、本発明を詳細に説明する。
本発明における部や％は特に限定のない限り質量基準である。

本発明で使用される撥水剤は、粉体を包み込み撥水するものであれば使用可能であり特に限定されるものではないが、例えば、流動パラフィン、スクワラン、パラフィン、ワセリン等炭化水素類、ミツロウ、ホホバ油、カルナバロウ等のロウ類、トリイソステアリン酸グリセリル、トリオクタン酸グリセリル、等のトリグリセリド、ミリスチン酸イソセチル、パルミチン酸セチル等エステル油、セタノール、ステアリルアルコール等の高級アルコール類、オリーブ油、ヒマシ油等の植物油類、ステアリン酸、ステアリン酸カルシウム、ステアリン酸ナトリウム、ミリスチン酸、イソステアリン酸等脂肪酸類が挙げられる。その中で特に脂肪酸類を用いることが好ましい。撥水性による保護被膜は粉体を包み込むことによって練り混ぜ時に水との接触を防止し、これにより反応を抑制する。この保護被膜は、ひび割れ部分を長時間通る水により破壊され、粉体粒子の表面が露出し、反応が開始する。

本発明で使用するカルシウムサルホアルミネート（以下、ＣＳアルミネートという）とは、例えば、石灰等の石灰質原料、セッコウなどの硫酸塩原料、及びボーキサイトなどのアルミナ原料等を原料として、キルンなどを用いて、１５００℃程度で焼成し、粉砕して製造されるものである。
ＣＳアルミネートは、特に限定されるものではないが、例えば、ＣａＯ：Ａｌ_２Ｏ_３：ＣａＳＯ_４のモル比で３：３：１の割合で原料配合し、焼成し、及び粉砕したものがある。これは、アウイン（３ＣａＯ・３Ａｌ_２Ｏ_３・ＣａＳＯ_４）と呼ばれている。また、市販のアウインを含有する膨張材（例えば、電気化学工業（株）製、商品名デンカＣＳＡ＃２０）を使用することができる。
ＣＳアルミネートのブレーン比表面積値（以下、ブレーン値という）は２５００ｃｍ^２／ｇ以上が好ましく、３０００ｃｍ^２／ｇ以上がより好ましい。２０００ｃｍ^２／ｇ未満では防水性の増進が期待できない場合がある。

本発明で使用するシリカ粉末とは、シリカ質を主成分とし潜在水硬性を有する物質の粉末を総称するものであり、特に限定されるものではないが、例えば、シリカフューム、シリカダスト、珪藻土、珪藻白土、フライアッシュ、及び高炉スラグ等の粉末が挙げられ、本発明ではこれらのうちの一種又は二種以上を使用することが可能である。
シリカ粉末の粒度はブレーン値で３０００ｃｍ^２／ｇ以上であり、４０００ｃｍ^２／ｇ以上が好ましく、６０００ｃｍ^２／ｇ以上がより好ましい。３０００ｃｍ^２／ｇ未満では十分な防水性の増進が得られない場合がある。

本発明のセメント混和材中の各成分の使用量は、特に限定されるものではないが、セメント混和材が撥水剤とＣＳアルミネートからなる場合は、防水性増進の観点から、撥水剤の使用量はＣＳアルミネート１００部に対して０．５〜７部が好ましく、１〜５部がより好ましい。また、撥水剤とシリカ粉末からなる場合は、シリカ粉末１００部に対して０．５〜７部が好ましく、１〜５部がより好ましい。さらに、撥水剤とＣＳアルミネート２０〜８０部及びシリカ粉末２０〜８０部からなる場合は、ＣＳアルミネート及びシリカ粉末１００部に対して０．５〜７部が好ましく、１〜５部がより好ましい。０．５部未満では十分な防水性の増進が得られない場合があり、７部を超えても防水性の増進が期待できない場合がある。

セメント混和材の使用量は、特に限定されるものではないが、セメント混和材が撥水剤とＣＳアルミネートとなる場合は、防水増進の観点から、セメントとセメント混和材とからなるセメント組成物１００部中、３〜７部が好ましく、４〜６部がより好ましい。また、セメント混和材が撥水剤とシリカ粉末からなる場合は、セメントとセメント混和材とからなるセメント組成物１００部中、３〜７部が好ましく、４〜６部がより好ましい。３部未満では防水性の増進が得られない場合があり、７部を超えても防水性の増進が期待できない。さらに、セメント混和材が撥水剤とＣＳアルミネートとシリカ粉末からなる場合は、セメントとセメント混和材とからなるセメント組成物１００部中、１〜５部が好ましく、２〜４部がより好ましい。１部未満では防水性の増進が得られない場合があり、５部を超えても防水性の増進が期待できない。

本発明で使用するセメントは、特に限定されるものではなく、通常のセメントが使用可能であり、具体的には、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、これらポルトランドセメントに、高炉スラグ、フライアッシュ、又はシリカを混合した各種混合セメントや、石灰石粉末や高炉徐冷スラグ微粉末を混合したフィラーセメント、廃棄物利用型セメント、いわゆるエコセメント等が挙げられ、これらのうちの一種又は二種以上が併用可能である。

本発明では、セメント、セメント混和材の他に、砂、砂利等の骨材、さらに、減水剤、ＡＥ減水剤、高性能減水剤、高性能ＡＥ減水剤、ＡＥ剤、増粘剤等のうちの一種又は二種以上を本発明の目的を阻害しない範囲で併用することが可能である。

本発明のセメント混和材の成分は、混合又は混合粉砕されるが、その方法は特に限定されるものではない。混合装置としては、例えば、傾胴ミキサ、オムニミキサ、Ｖ型ミキサ、ヘンシェルミキサ、及びナウタミキサ等が使用可能である。混合粉砕装置としては、例えば、ボールミル、振動ミル等がある。
また、セメント組成物の混合装置としては、既存のいかなる撹拌装置も使用可能であり、例えば、強制二軸ミキサ、傾胴ミキサ、オムニミキサ等が使用可能である。

以下、実施例により本発明を詳細に説明する。

＜使用材料＞
撥水剤Ａ：ステアリン酸カルシウム（試薬）
撥水剤Ｂ：ステアリン酸ナトリウム（試薬）
ＣＳアルミネート：結晶質の３ＣａＯ・３Ａｌ_２Ｏ_３・ＣａＳＯ_４（アウイン）、
強熱減量１．０％、ブレーン値３５００ｃｍ^２／ｇ
シリカ粉末：フライアッシュ（東北発電工業社製）ブレーン値３９５０ｃｍ^２／ｇ
セメント：普通ポルトランドセメント、市販品、比重３．１６
細骨材：新潟県姫川産天然砂、密度２．６２
粗骨材：新潟県姫川産砕石、最大寸法２０ｍｍ、密度２．６４
減水剤：スーパー３００Ｋ−１０２（グレースケミカルズ社製）

「実験例１」
撥水剤Ａ、ＢとＣＳアルミネートを表１に示す配合で混合して調製したセメント混和材を、セメントとセメント混和材とからなるセメント組成物１００部中、セメント混和材を３部配合してセメント組成物を調製した。コンクリート中の各種材料の単位量をセメント組成物３３０ｋｇ／ｍ^３、砂８１６ｋｇ／ｍ^３、砂利９６９ｋｇ／ｍ^３、水１７６ｋｇ／ｍ^３、減水剤２．６４ｋｇ／ｍ^３とした。作製したコンクリートについて透水試験を実施した。
なお、撥水剤とＣＳアルミネートを混合粉砕した場合についても試験を行った（実験No.1-7）。結果を表１に併記する。

＜コンクリートの作製と透水試験の方法＞
（１）練混ぜ装置は、５０リットル二軸強制ミキサを使用。
（２）材料投入は、砂、砂利、セメント、セメント混和材を同時に投入し、空練り３０秒を行い、その後、水、減水剤を投入し、９０秒練り混ぜる。
（３）試験体作製は、φ１５０ｍｍ×３００ｍｍ型枠を使用し中央部にφ２ｃｍの鋼棒をセットし、硬化後に抜き取る（図１、２）。
（４）型詰はテーブルバイブレーターを用いて１層詰めを行う。
（５）試験体寸法は図３、４に示す鉄筋を配筋したφ１５０ｍｍ×１５０ｍｍとする。
（６）透水試験は、図１、２に示すコンクリート試験体を図５の載荷点７に示す割裂試験（ＪＩＳＡ１１１３に準じた）の要領で試験体に図５、６に示す５の位置にひび割れ幅０．２ｍｍを発生させる。
（７）ひび割れ幅はπ型ゲージを使用し調整した。円周側のひび割れ（図６の６）から透水するように試験体端部上下のひび割れ（図５の５）と図６の８の片方の穴（図２の８）は接着剤を使用し塞ぐ。
（８）２０ｋＰａ（０．２ｋｇ／ｃｍ^２）の水圧をかけて透水量を測定する。
（９）材齢２８〜２９日のコンクリートの透水試験開始後の２４時間の透水量（Ａ）を、材齢１〜２日のコンクリートの透水試験開始後の２４時間の透水量（Ｂ）で除した数値を漏水率とする。漏水率（％）＝（Ａ）／（Ｂ）×１００

「実験例２」
撥水剤Ａ、Ｂとシリカ粉末を表２に示すように配合して調製したセメント混和材を使用したこと以外は実験例１と同様に実施した。結果を表２に併記する。

「実験例３」
撥水剤Ａ、ＢとＣＳアルミネートとシリカ粉末を表３に示すように配合して調製したセメント混和材を使用したこと以外は実験例１と同様に実施した。結果を表３に併記する。

「実験例４」
撥水剤ＡとＣＳアルミネートとシリカ粉末を表４に示すように配合して調製したセメント混和材を使用したこと以外は実験例１と同様に実施した。結果を表４に併記する。

「実験例５」
ＣＳアルミネート１００部に対して、撥水剤Ａを３部に配合して調製したセメント混和材をセメントとセメント混和材とからなるセメント組成物１００部中、表５に示すセメント混和材の量を配合したこと以外は実験例１と同様に実施した。結果を表５に併記する。

「実験例６」
シリカ粉末１００部に対して、撥水剤Ａを３部に配合して調製したセメント混和材をセメントとセメント混和材とからなるセメント組成物１００部中、表６に示すセメント混和材の量を配合したこと以外は実験例１と同様に実施した。結果を表６に併記する。

「実験例７」
ＣＳアルミネート５０部とシリカ粉末５０部の合計１００部に対して、撥水剤Ａを３部に配合して調製したセメント混和材をセメントとセメント混和材とからなるセメント組成物１００部中、表７に示すセメント混和材の量を配合したこと以外は実験例と同様に実施した。結果を表７に併記する。

本発明の自己治癒性セメント混和材及びセメント組成物を使用することにより、セメントコンクリートの防水性が向上するので、土木、建築分野において幅広く適用できる。

Claims

ステアリン酸カルシウムである撥水剤とブレーン比表面積値で２５００ｃｍ^２／ｇ以上の３ＣａＯ・３Ａｌ_２Ｏ_３・ＣａＳＯ_４のアウインであるカルシウムサルホアルミネートとブレーン比表面積値で３０００ｃｍ^２／ｇ以上のフライアッシュであるシリカ粉末とを含有してなり、カルシウムサルホアルミネートとシリカ粉末の合計１００部中、カルシウムサルホアルミネート３０〜７０部に対してシリカ粉末３０〜７０部であり、撥水剤がカルシウムサルホアルミネートとシリカ粉末の合計１００部に対して３〜８部である、自己治癒性セメント混和材。
撥水剤とカルシウムサルホアルミネートとシリカ粉末を混合又は混合粉砕したものである請求項１に記載の自己治癒性セメント混和材。
セメントと、請求項１又は２の自己治癒性セメント混和材とを含有してなり、セメントとセメント混和材とからなるセメント組成物１００部中、自己治癒性セメント混和材が２〜６部である、セメント組成物。