JPH06293541A

JPH06293541A - 高水和活性物質、セメント用急結材およびコンクリートまたはモルタルの凝結、硬化を促進する方法

Info

Publication number: JPH06293541A
Application number: JP8092493A
Authority: JP
Inventors: Minoru Takehiro; 実武広; Shunichiro Uchida; 俊一郎宇智田; Seiichi Hashimoto; 誠一橋本; Tadakuni Arimoto; 忠邦有本; Ryukichi Okamura; 隆吉岡村
Original assignee: Onoda Cement Co Ltd
Current assignee: Taiheiyo Cement Corp
Priority date: 1993-04-07
Filing date: 1993-04-07
Publication date: 1994-10-21

Abstract

(57)【要約】【目的】本発明は、セメントペ−スト、モルタル、コン
クリ−トの凝結、硬化を著しく促進させ、しかも高い初
期強度および長期強度発現が期待できるセメント用急結
材を得ようとするものである。【構成】ＣａＯ−Ｎａ_２Ｏ−Ａｌ_２Ｏ_３系組成物
を溶融後急冷したもので、ＣａＯが１５〜６０重量％、
Ｎａ_２Ｏが５〜２０重量％、Ａｌ_２Ｏ_３が２０〜
８０重量％の高水和活性物質およびこの高水和活性物質
１００重量部に対し、石こう５〜３５重量部、石灰５〜
４０重量部、炭酸アルカリ５〜５０重量部、アルミン酸
ソ−ダ１０〜５０重量部の中の少なくとも一種を添加し
たことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、高水和活性物質、セ
メント用急結材およびこのセメント用急結材を用いてコ
ンクリ−トまたはモルタルの凝結、硬化を促進する方法
に関する。

【０００２】

【従来の技術】水和活性に優れた混和材をセメントに混
合することによって、セメントの硬化、凝結速度を調整
することが可能となり、これによりコンクリ−トやモル
タルの初期強度を著しく高めたり、凝結時間を極端に短
くすることが出来る。また、これを用いてトンネルの天
井部、橋台下などの天板にコンクリ−トやモルタルを吹
き付ける、いわゆる吹付け工法が広く行われている。

【０００３】このためのセメント用急結材として、従来
から様々なものが存在している。吹付工事に使用する流
動性コンクリ−トとして必要な特性は、付着性が良好で
跳ね返りが少ないこと、コンクリ−トの凝結が早く付着
後直ちに硬化すること、芯材となる鋼材を腐食させない
ことなどが上げられる。

【０００４】すでに公知の多くのセメント用急結材を大
別すると、水ガラスを主体とするもの、アルミン酸塩を
主体とするもの、か焼明ばん石を主体としたものなどが
ある。しかしながら、水ガラスを主体とするものは、硬
化後のコンクリ−トの強度が向上せず長期安定性が不十
分で、しかもアルカリ量も多くアルカリ公害を生じる恐
れがある。

【０００５】また、アルミン酸ソ−ダと炭酸ソ−ダとか
らなる急結材は、その添加量の変動により凝結時間、初
期強度が大きく変化し、品質が安定しないという問題点
が指摘されている。また、これは吸湿性が高く、アルカ
リ量も多く長期安定性にも問題があった。か焼明ばん石
を主体とするものは、付着性が低く初期強度発現性も低
い。

【０００６】また通常では特に問題を生じないが、厳冬
期に急結性能が低下するもの、硬化後の強度発現に特に
問題のあるセメント用急結材などもある。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】この発明は、セメント
ペ−スト、モルタル、コンクリ−トの凝結、硬化を著し
く促進させ、しかも高い初期強度および長期強度発現が
期待できる硬化促進材およびセメント用急結材を得よう
とするものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】この発明は、ＣａＯ−Ｎ
ａ_２Ｏ−Ａｌ_２Ｏ_３系組成物を溶融後急冷したも
ので、ＣａＯが１５〜６０重量％、Ｎａ_２Ｏが５〜２
０重量％、Ａｌ_２Ｏ_３が２０〜８０重量％よりなる
高水和活性物質（請求項１）、ＣａＯ−Ｎａ_２Ｏ−Ａｌ
_２Ｏ_３系組成物を溶融後急冷したもので、ＣａＯが
１５〜６０重量％、Ｎａ_２Ｏが５〜２０重量％、Ａｌ
_２Ｏ_３が２０〜８０重量％よりなる高水和活性物質
に石こう、石灰、炭酸アルカリ、アルミン酸ソ−ダおよ
び水酸化アルミニウムの中の少なくとも一種を添加した
セメント用急結材（請求項２）、ＣａＯ−Ｎａ_２Ｏ−
Ａｌ_２Ｏ_３系組成物を溶融後急冷したもので、Ｃａ
Ｏが１５〜６０重量％、Ｎａ_２Ｏが５〜２０重量％、
Ａｌ_２Ｏ_３が２０〜８０重量％の高水和活性物質の
１００重量部に対し、石こう５〜３５重量部、石灰５〜
４０重量部、炭酸アルカリ５〜５０重量部、アルミン酸
ソ−ダ１０〜５０重量部を添加したセメント用急結材
（請求項３）、ＣａＯ−Ｎａ_２Ｏ−Ａｌ_２Ｏ_３系組
成物を溶融後急冷したもので、ＣａＯが１５〜６０重量
％、Ｎａ_２Ｏが５〜２０重量％、Ａｌ_２Ｏ_３が２０
〜８０重量％の高水和活性物質の１００重量部に対し、
石こう５〜３５重量部、石灰５〜４０重量部、炭酸アル
カリ５〜５０重量部、アルミン酸ソ−ダ１０〜５０重量
部、水酸化アルミニウム２０重量部以下を添加したセメ
ント用急結材（請求項４）およびコンクリ−トまたはモ
ルタルを混練する際に、請求項２ないし４に記載したセ
メント用急結材のいずれかをセメントに対し２〜２５重
量％添加することを特徴とするコンクリ−トまたはモル
タルの凝結、硬化を促進する方法（請求項５）である。

【０００９】本願の第１の発明の高水和活性物質は、Ｃ
ａＯ−Ｎａ_２Ｏ−Ａｌ_２Ｏ_３系組成物でＣａＯが１
５〜６０重量％、Ｎａ_２Ｏが５〜２０重量％、Ａｌ_２
Ｏ_３が２０〜８０重量％よりなり、原料を溶融急冷す
ることにより得られる高水和活性物質である。原料は電
気炉などで完全に溶融され、その後室温まで一挙に急冷
された非晶質のものが好ましい。急冷速度は早いほど好
ましいが、結晶質が生成しない程度の急冷が好ましく、
３００〜１０００℃／秒程度の冷却が好ましい。ここで
得られるＣａＯ−Ｎａ_２Ｏ−Ａｌ_２Ｏ_３系組成物
は結晶質を含むもので、全体が非晶質となったものでも
よい。

【００１０】この水和活性物質は、後で説明するセメン
ト用急結材の主要成分として用いる他、同様にセメント
の凝結、硬化を促進する効果があり、セメントモルタル
およびコンクリ−トの速硬性混和材としての用途もあ
る。この場合のセメントへの添加量は、併用する他の添
加剤の種類および量によって異なるが１〜４０重量％
で、好ましくは５〜２５重量％である。

【００１１】ここに用いる高水和活性物質は、ＣａＯ−
Ａｌ_２Ｏ_３系にＮａ_２Ｏを添加して溶融し急冷し
たもので、その化学組成は、ＣａＯが１５〜６０重量
％、Ｎａ_２Ｏが５〜２０重量％、Ａｌ_２Ｏ_３が２
０〜８０重量％である。

【００１２】この組成物のＣａＯが１５重量％未満であ
ると溶融物の水和活性が低下し、またこれが６０重量％
を超えると生成する水和物が急結性を示さなくなる。Ｃ
ａＯのさらに好ましい範囲は２０〜６０重量％である。
また、Ａｌ_２Ｏ_３は２０重量％未満では水和生成物
の量が少なくなり、十分な急結性を示すことが出来な
い。これが８０重量％を超えると水和活性度が極端に低
下する。Ａｌ_２Ｏ_３のさらに好ましい範囲は３０〜７
０重量％である。Ｎａ_２Ｏは５〜２０重量％の範囲で
あるが、これが５重量％未満では水和活性度が低く、ま
たこれが２０重量％を超えると溶融時に粘性が極端に大
きくなり作業性が困難になる。Ｎａ_２Ｏのさらに好まし
い範囲は５〜１０％である。

【００１３】この発明の特筆すべき点は、ＣａＯ−Ａｌ
_２Ｏ_３にＮａ_２Ｏを添加して、急結性を得るのに
必要なＣａ^２＋，Ａｌ^３＋イオンの溶出が容易になるよ
うに材料設計したことであるが、そのためには、Ｃａ
Ｏ，Ａｌ_２Ｏ_３，Ｎａ_２Ｏを上記範囲に配合するこ
とが必要である。

【００１４】このＮａ_２Ｏ添加の高水和活性物質は、
後記実施例が示すように溶融アルミン酸カルシウムや焼
結アルミン酸カルシウムよりも水和活性が著しく顕著で
ある。しかしながら、これがセメント用急結材として使
用されるためには、さらに所定量の石こう、石灰、炭酸
アルカリ、アルミン酸ソ−ダなどの一種または二種以上
を添加することが必要である。本願の第２の発明のセメ
ント用急結材は、当該高水和活性物質と石こう、石灰、
炭酸アルカリ、アルミン酸ソ−ダ、水酸化アルミニウム
の中の少なくとも一種を配合したものである。

【００１５】請求項３の発明はここに添加する物質の量
を特定したものである。石こうは、エトリンガイドおよ
びモノサルフェ−ト水和物の生成のバランスを図るもの
であり、水不溶性のII型無水石こうが最も好ましい。そ
の添加量は使用温度によって異なるが、上記Ｎａ_２Ｏ
添加高水和活性物質１００重量部に対し５〜３５重量部
の範囲とする。使用温度が５〜１０℃では石こうの配合
比は５〜１０重量部が好ましい。低温度使用の場合、こ
れが５重量部未満或いは１０重量部以上となるとエトリ
ンガイドの生成量が低く強度発現性が低くなる恐れがあ
るので上記範囲が好ましい。使用温度が１０〜３０℃で
は、石こうは１０〜２０重量部、使用温度が３０℃以上
の場合は２０〜３５重量部でさらに良好な急結性を示
す。

【００１６】石灰は実質上８０％以上ＣａＯまたはＣａ
（ＯＨ）となり、エトリンガイドの生成量および生成速
度を制御する重要な役割を果たす。その配合比は、上記
高水和活性物質１００重量部に対し５〜４０重量部の範
囲とする。これが４０重量部を超えると強度発現性が低
下し、またこれが５重量部未満では十分な急結性を示さ
ない。石灰は生石灰を用いる場合は、硬焼としてＣａ
^２＋イオンの溶出を極力低下させたものが良好な性能を
示す。

【００１７】炭酸アルカリ金属塩は、炭酸リチウム、炭
酸ソ−ダ、炭酸カルシウムなどで、急結性を付与する場
合の補完的役割を果たす副材で、高水和活性物質１００
重量部に対し５〜５０重量部とする。これが５重量部未
満では、Ａｌ_２Ｏ_３イオンの溶出を増進することが
できず、十分な急結性を示さない。また、これが５０重
量部を超えると長期強度および耐久性が低下する。

【００１８】さらにアルミン酸ソ−ダを、Ｎａ_２Ｏ添
加のアルミン酸カルシウムの高水和活性物質１００重量
部に対し１０〜５０重量部配合する。これが１０重量部
未満では、急結性が著しく低下し、５０重量部を超える
と長期強度および耐久性が低下する。

【００１９】請求項４の発明は、請求項３の発明にさら
に水酸化アルミニウムを高水和活性物質１００重量部に
対し２５重量部以下配合したものである。

【００２０】この水酸化アルミニウムは、アルミン酸ソ
−ダの配合比が多い場合は可溶性アルミニウムが多く必
要としない。アルミン酸ソ−ダの配合比が１５重量部以
下のときは使用すると良好なな結果が得られる。また、
水酸化アルミニウムの配合比は、使用温度が２０℃以下
のときは１０〜２５重量部、２０℃以上のときは１０重
量部未満として使用すると好ましい。

【００２１】請求項５の発明は、コンクリ−トまたはモ
ルタルを混練する際に、請求項２ないし４に記載のセメ
ント用急結材のいずれかをセメントに対し２〜２５重量
％添加するものである。

【００２２】即ち、請求項２ないし４記載の急結材にい
ずれかを、セメントに予め混合しておかないで、コンク
リ−トまたはモルタルの混練に際して添加してコンクリ
−トまたはモルタルの凝結、硬化を促進する方法であ
る。この方法は通常、コンクリ−トまたはモルタルの吹
付けで行われるものであるが、この発明はこうした場合
に用いる急結材を請求項２ないし４に記載したもののい
ずれかを用い、かつセメントに対し２〜２５重量％添加
するというものである。これが２重量％未満では凝結、
硬化速度が遅く吹付け工事用としては十分でなく、また
これが２５重量％を超えるとコンクリ−トおよびモルタ
ルの耐久性および長期強度が低下して好ましくない。

【００２３】本発明の構成は以上の通りであるが、この
発明の最も特徴とするところは、Ｎａ_２Ｏ添加のアル
ミン酸カルシウムの溶融冷却物の使用である。即ち、こ
の発明は、凝集エネルギ−が高く強度発現に繋がるエト
リンガイドの生成量を早期に増加させるために、Ｎａ
_２Ｏを添加したアルミン酸カルシウムを用い、その水
和活性を付与するようにしたものである。

【００２４】

【作用】この発明は、ＣａＯ−Ａｌ_２Ｏ_３系にＮａ
_２Ｏを添加してアルミン酸カルシウムの水和活性を付
与するようにし、セメントの急結性を得るのに必要なＣ
ａ^２＋，Ａｌ^３＋イオンの溶出をコントロ−ルして優れ
た硬化促進作用を生じさせ、これによって急結性ととも
にさらに初期および長期強度発現性に優れたセメント用
急結材とし使用されるようにしたものである。

【００２５】

【実施例】

（実施例１〜１５、比較例１〜３）表１に示す各種Ｃａ
Ｏ−Ｎａ_２Ｏ−Ａｌ_２Ｏ_３組成物を、電気炉で１
８００℃で全溶融し、ついでこれを風冷し常温とした。
このものの水和発熱量を、（株）レスカ社製の６点式微
小熱量計により、注水直後よりの水和発熱速度および発
熱量を測定し、１時間までの積算水和発熱量を調べた。
結果を表１に示した。

【００２６】なお、表１にはＮａ_２Ｏ無添加のアルミ
ン酸カルシウムを比較例１〜３として示した。

【００２７】

【表１】表１から分かるように、この発明のＮａ_２Ｏ添加アル
ミン酸カルシウムは、Ｎａ_２Ｏ無添加のものに比べ、
１時間までの水和発熱量が非常に大きく水和活性が顕著
であることが認められる。

【００２８】（実施例１６〜４２、比較例４〜６）実施
例１〜１５で得られた各種ＣａＯ−Ｎａ_２Ｏ−Ａｌ
_２Ｏ_３組成物を用い、これに表２に示す割合で無水
石こう、生石灰、水酸化アルミニウム、炭酸ソ−ダを配
合して急結材とした。

【００２９】さらに、セメントを２６０ｇ、豊浦標準砂
５２０ｇ、上記急結材を１８．２ｇを混合した後、これ
を口径１０cm、高さ１５cmの円筒型ポリ容器に充填し、
これに水１６８ml( 水比６５％）を加え、直ちに１００
０r.p.m.の羽車付撹拌機で６〜８秒混練し、その後容器
の回りを叩いて表面を平滑にして静置した。

【００３０】上記の水を加えた時点より、表３に示す時
間の経過した時、これに1 ／40in^２のプロクタ−針が深
さ１in貫入するときの抵抗値（×40 pis）を測定した。

【００３１】また、このモルタルの圧縮強度を、上記方
法で硬化させ、１日、３日および２８日の強度を測定し
た。これらの結果を表３に示した。

【００３２】なお、表２および表３には、比較例１〜３
に示したＮａ_２Ｏ無添加のアルミン酸カルシウムを用
いたものを比較例４〜６として示した。

【００３３】

【表２】

【表３】表２および表３から分かるように、この発明の急結材を
用いたモルタルは凝結、硬化が極めて迅速なうえに、初
期および長期（２８日）の強度発現も比較例（２０℃）
とくらべ格段に良好である。さらに、５℃という厳しい
条件下でも、従来品が通常２分で強度発現しないことを
考えると良好な結果を示しているということが出来る。

【００３４】なお、この発明のセメント急結材の吸湿性
については以下のようにして試験したところ良好な結果
を得た。

【００３５】２０℃、相対湿度８０％の室内に１週間急
結材を放置した後に性能試験を実施したが、効果にほと
んど変化は認められなかった。

【００３６】

【効果】この発明の急結材は、以上の通り優れた急結性
を示すとともに、初期および長期の強度発現もよく、こ
れまでの問題点を解消した急結材ということが出来る。
そのため、これを従来のコンクリ−トまたはモルタルの
吹付に用いると、施工が確実に出来て、一層強固な構築
物を形成することができるようになった。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者有本忠邦千葉県佐倉市大作２丁目４番２号小野田セメント株式会社中央研究所内 (72)発明者岡村隆吉千葉県佐倉市大作２丁目４番２号小野田セメント株式会社中央研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ＣａＯ−Ｎａ_２Ｏ−Ａｌ_２Ｏ_３系
組成物を溶融後急冷したもので、ＣａＯが１５〜６０重
量％、Ｎａ_２Ｏが５〜２０重量％、Ａｌ_２Ｏ_３が２
０〜８０重量％よりなる高水和活性物質。
【請求項２】ＣａＯ−Ｎａ_２Ｏ−Ａｌ_２Ｏ_３系
組成物を溶融後急冷したもので、ＣａＯが１５〜６０重
量％、Ｎａ_２Ｏが５〜２０重量％、Ａｌ_２Ｏ_３が２
０〜８０重量％よりなる高水和活性物質に石こう、石
灰、炭酸アルカリ、アルミン酸ソ−ダおよび水酸化アル
ミニウムの中の少なくとも一種を添加したセメント用急
結材。
【請求項３】ＣａＯ−Ｎａ_２Ｏ−Ａｌ_２Ｏ_３系
組成物を溶融後急冷したもので、ＣａＯが１５〜６０重
量％、Ｎａ_２Ｏが５〜２０重量％、Ａｌ_２Ｏ_３が２
０〜８０重量％の高水和活性物質の１００重量部に対
し、石こう５〜３５重量部、石灰５〜４０重量部、炭酸
アルカリ５〜５０重量部、アルミン酸ソ−ダ１０〜５０
重量部を添加したセメント用急結材。
【請求項４】ＣａＯ−Ｎａ_２Ｏ−Ａｌ_２Ｏ_３系
組成物を溶融後急冷したもので、ＣａＯが１５〜６０重
量％、Ｎａ_２Ｏが５〜２０重量％、Ａｌ_２Ｏ_３が２
０〜８０重量％の高水和活性物質の１００重量部に対
し、石こう５〜３５重量部、石灰５〜４０重量部、炭酸
アルカリ５〜５０重量％、アルミン酸ソ−ダ１０〜５０
重量部、水酸化アルミニウム２０重量部以下添加したセ
メント用急結材。
【請求項５】コンクリ−トまたはモルタルを混練する
際に、請求項２ないし４に記載したセメント用急結材の
いずれかをセメントに対し２〜２５重量％添加すること
を特徴とするコンクリ−トまたはモルタルの凝結、硬化
を促進する方法。