JPH07101761A

JPH07101761A - セメント混和材及びセメント組成物

Info

Publication number: JPH07101761A
Application number: JP5244437A
Authority: JP
Inventors: Minoru Morioka; 実盛岡; Minoru Shirasawa; 実白沢; Toshio Mihara; 敏夫三原; Yoshihisa Matsunaga; 嘉久松永
Original assignee: Denki Kagaku Kogyo KK
Current assignee: Denka Co Ltd
Priority date: 1993-09-30
Filing date: 1993-09-30
Publication date: 1995-04-18
Anticipated expiration: 2017-06-10
Also published as: JP3289855B2

Abstract

(57)【要約】【目的】土木・建築業界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を提供すること。【構成】 CaO原料とCaSO₄原料を含む配合物を熱処理し
て生成する、CaOとCaSO₄を有効成分とする鉱物からな
り、かつ、該鉱物中の成分割合は、CaSO₄が、CaOとCaSO
₄の合計100重量部中10〜50重量部である膨張物質と、非
晶質カルシウムアルミネ−ト、潜在水硬性物質、増粘
剤、及び減水剤とを配合してなるセメント混和材、並び
に、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。【効果】本発明のセメント混和材を使用することによ
り、寸法安定性や強度発現性に優れた締め固め不要コン
クリ−トが得られるなどの効果を奏する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、主に、土木・建築業界
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】

【従来の技術とその課題】セメントは、安価で、大規模
な構造物を構築することが可能なため、欠くことのでき
ない材料である。しかし、セメントには、収縮するとい
う欠点があり、この収縮を防止する目的でセメント膨張
材が数多く提案されている。

【０００３】セメント膨張材は、膨張性水和物であるエ
トリンガイトやCa(OH)₂を生成させる石灰含有系セメン
ト膨張材、鉄粉やアルミニウム粉などの金属粉系セメン
ト膨張材、及びマグネシア系セメント膨張材の３つに大
別され、我が国においては、安価であること等から石灰
系セメント膨張材が主流となっている。

【０００４】従来、石灰系セメント膨張材として、CaO
源とSiO₂源を熱処理し、遊離石灰(f-CaO)と、セメント
鉱物である3CaO・SiO₂(C₃S)を主成分とするf-CaO−C₃S系
セメント膨張材が知られている(特公昭53−13650号公
報)。しかしながら、このセメント膨張材は、ポゾラン
物質を混合した混合セメントに使用した場合、膨張量が
低下するばかりでなく、膨張発現性が遅くなり、寸法安
定性や強度発現性に悪影響をおよぼすという課題があっ
た。

【０００５】一方、カルシウムアルミネートは、単独
で、あるいは、セッコウと組み合わせてセメント急硬材
として使用されている(特公昭54-17771号公報)。

【０００６】また、近年、現場作業員の確保の困難性や
大規模施工の増加から、施工の省力化を目的として、増
粘剤や減水剤を多量に配合し、かつ、フライアッシュや
高炉スラグ等の潜在水硬性物質をセメントと置換した、
締め固めの不要な、または、微振動で締め固めのできる
コンクリ−ト配合組成物が提案されている(特開平3−45
522号公報、特開平3−237049号公報等)。しかしなが
ら、これらのコンクリ−ト配合組成物は、収縮量が大き
く、寸法安定性が乏しいという課題があった。

【０００７】本発明者は、前記課題を解決すべく、種々
努力を重ねた結果、特定のセメント混和材を使用するこ
とにより前記課題が解決できるとの知見を得て本発明を
完成するに至った。

【０００８】

【課題を解決するための手段】即ち、本発明は、CaO原
料とCaSO₄原料を含む配合物を熱処理して生成する、CaO
とCaSO₄を有効成分とする鉱物からなり、かつ、該鉱物
中の成分割合は、CaSO₄が、CaOとCaSO₄の合計100重量部
中10〜50重量部である膨張物質と、非晶質カルシウムア
ルミネ−ト、潜在水硬性物質、増粘剤、及び減水剤とを
配合してなるセメント混和材、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。

【０００９】以下、本発明をさらに詳しく説明する。

【００１０】本発明に係るセメント混和材の膨張物質
は、CaO原料とCaSO₄原料を配合し、熱処理してなり、Ca
OとCaSO₄の合計100重量部中、CaSO₄が10〜50重量部であ
る。

【００１１】膨張物質の原料は、純度やコストにより、
任意に選択されうるものであり、特に限定されるもので
はないが、例えば、CaO原料として、石灰石や消石灰な
どのCaCO₃質やCa(OH)₂質などが、CaSO₄原料として、無
水セッコウ、半水セッコウ、及び二水セッコウ等が挙げ
られる。原料中に存在するSiO₂、Fe₂O₃、CaF₂、MgO、及
びTiO₂等の不純物は、本発明の目的を実質的に阻害しな
い範囲では特に限定されるものではない。

【００１２】本発明の膨張物質のCaO原料とCaSO₄原料と
の配合割合は、生成物である膨張物質のCaOとCaSO₄の合
計100重量部中、CaSO₄が10〜50重量部となるように配合
すること好ましい。CaSO₄が10重量部未満では、例え
ば、材令１日までに急激な膨張性を示し、その膨張物質
を用いたセメント硬化体にクラックが発生したり、強度
発現性が低下する場合があり、CaSO₄が50重量部を越え
る量では、膨張性が低下する傾向がある。

【００１３】本発明では、原料の配合割合や不純物の含
有量により、セッコウの脱硫酸分解温度が大きく変化す
るため、焼成時の焼成温度は特に限定されるものではな
いが、通常、焼成温度は1,100〜1,600℃程度が好まし
い。

【００１４】原料の混合方法は特に限定されるものでは
なく、通常の方法が可能である。本発明の膨張物質を製
造する熱処理方法としては特に限定されるものではな
く、例えば、ロ−タリ−キルンによる焼成や電炉による
溶融などいずれの方法も可能である。

【００１５】膨張物質の粒度は、使用する目的や用途に
依存するため、特に限定されるものではないが、通常、
ブレ−ン値で1,500〜8,000cm²/gが好ましい。1,500未満
では、強度発現性やセメント組成物の流動性に悪影響を
およぼす恐れがあり、8,000cm²/gを越えると、膨張性が
充分に発揮されない場合がある。膨張物質の配合割合
は、使用する目的により異なり、特に制限されるもので
はないが、通常、膨張物質と、後述する非晶質カルシウ
ムアルミネ−ト、潜在水硬性物質、及びセメントからな
る結合材100重量部に対して、３〜12重量部が好まし
く、５〜７重量部がより好ましい。３重量部未満では膨
張性が充分ではなく、12重量部を越えると異常膨張を起
こすおそれがある。

【００１６】本発明に係る非晶質カルシウムアルミネー
トは、CaO原料とAl₂O₃原料の混合物を溶融し、急冷して
得られたクリンカーを粉砕することにより得られる。原
料の溶融温度は、不純物によって変化するが、通常、1,
500〜1,700℃が好ましい。非晶質カルシウムアルミネ−
トのCaO含有量は、35〜55重量％が好ましい。35重量％
未満では、膨張性が不十分になるおそれがあり、55重量
％を越えるとこの非晶質カルシウムアルミネ−トを用い
たセメント組成物の流動性が損なわれ、作業性が損なわ
れるおそれがある。非晶質カルシウムアルミネートの粉
末度は、使用目的によって異なり、特に限定されるもの
ではないが、ブレーン値で2,000以上が好ましい。2,000
cm²/g未満では膨張性が低下するおそれがある。

【００１７】非晶質カルシウムアルミネ−トの配合量
は、膨張物質100重量部に対して、10〜100重量部が好ま
しく、20〜50重量部がより好ましい。10重量部未満で
は、それを用いたセメント硬化体にクラックが入りやす
く、100重量部を越えると、膨張性が不十分となる傾向
がある。また、非晶質カルシウムアルミネ−トの配合量
は、通常、膨張物質、非晶質カルシウムアルミネ−ト、
及び後述する潜在水硬性物質とセメントからなる結合材
100重量部に対して、３〜７重量部が好ましい。３重量
部未満では、膨張発現時期が遅延し、異常膨張を起こす
場合があり、７重量部を越えると、流動性が損なわれ、
作業性に悪影響を及ぼす恐れがある。

【００１８】本発明に係る潜在水硬性物質は、セメント
と併用することによって、流動性、材料分離抵抗性、並
びに、密実性を向上させるものであり、具体的には、シ
リカヒュ−ム、フライアッシュ、及び高炉スラグ微粉末
等のポゾラン物質等が挙げられる。潜在水硬性物質の粉
末度は、特に限定されるものではないが、ブレ−ン値で
4,000cm²/g以上が好ましい。4,000cm²/g未満では流動性
や材料分離抵抗性が不十分となる場合がある。潜在水硬
性物質の使用量は、セメントと潜在水硬性物質の合計10
0重量部に対して、10〜70重量部が好ましい。10重量部
未満では、セメント組成物の流動性や材料分離抵抗性が
充分でなく、70重量部を越えると、流動性が極端に低下
する傾向がある。

【００１９】ここで、セメントとしては、普通、早強、
超早強、及び中庸熱等の各種ポルトランドセメント、ア
ルミナセメント等が挙げられる。

【００２０】本発明に係る増粘剤は、流動性を保持する
ためや材料分離を抑制するために使用されるもので、具
体的には、メチルセルロ−ス系、ポリエチレングリコ−
ル系、エチレンオキサイド系、ポリアクリルアマイド等
のアクリル系、及びポリビニルアルコ−ル系等の水溶性
高分子の増粘剤が挙げられるが、すでに、水中不分離性
混和剤として市販されているものを使用することも可能
である。

【００２１】ここで、水中不分離性混和剤としては、例
えば、メチルセルロ−ス系として、信越化学工業社製商
品名「アスカクリ−ン」、竹本油脂社製商品名「アクアセ
ッタ−」、及び電気化学工業社製商品名「デンカスタビコ
ンＡ」等が挙げられ、アクリル系として、三共化成工業
社製商品名「シ−ベタ−」や東亜合成化学社製商品名「ア
ロンシ−クリ−トＷ」等が挙げられる。

【００２２】これら増粘剤の使用量は、メ−カ−の指定
量を用いることが可能であるが、通常コンクリ−ト１m³
当たり、0.01〜２kg程度が好ましく、目的や使用状況に
よって使用量を適宜変化することが好ましい。

【００２３】本発明に係る減水剤は、特に限定されるも
のではないが、高性能減水剤、高性能ＡＥ減水剤、及び
流動化剤等の使用が好ましい。高性能減水剤、高性能Ａ
Ｅ減水剤、及び流動化剤は、大別して、ナフタリン系、
メラミン系、ポリカルボン酸系、及びアミノスルホン酸
系等に分類される。その代表例としては、ナフタリン系
として、花王社製商品名「マイティ2000WH」等、電気化学
工業社製商品名「デンカFT-500」や「デンカFT-80」などが
挙げられ、メラミン系として、昭和電工社製商品名「メ
ルメントF-10」や日本シ−カ社製商品名「シ−カメント10
00Ｈ」などが挙げられ、ポリカルボン酸系として、デン
カグレ−ス社製商品名「ダーレックススーパ−100PHX」や
「ダ−レックスス−パ−200」、及びエヌエムビ−社製商
品名「レオビルドSP-8HS」などが挙げられ、アミノスルホ
ン酸系として、藤沢薬品工業社製商品名「パリックFP-10
0U」等が挙げられる。その他、日本ゼオン社、神戸材料
社、山陽国策パルプ社、竹本油脂社、福井化学工業社、
及び第一工業製薬社等各社より同様の減水剤が市販され
ている。これらの減水剤の使用量は、メ−カ−の指定の
範囲で充分ではあるが、ナフタリン系やメラミン系は、
セメント、潜在水硬性物質、膨張物質、及び非晶質カル
シウムアルミネートからなる結合材100重量部に対し
て、１〜４重量部、ポリカルボン酸系やアミノスルホン
酸系は１〜２重量部が好ましいが、特に限定されるもの
ではない。

【００２４】本発明のセメント混和材は、膨張物質、非
晶質カルシウムアルミネ−ト、潜在水硬性物質、増粘
剤、及び減水剤を主成分として、効果的な膨張性を付与
するものであって、膨張物質に非晶質カルシウムアルミ
ネートを組み合わせることによって、組成物中の遊離の
CaOがポゾラン物質に消費されて膨張量が低下すること
を抑制し、強度発現時期が遅延するのを防止するもので
あり、非晶質カルシウムアルミネートを共存させること
によって、エトリンガイトを効果的に生成させるもので
ある。

【００２５】また、CaO原料とCaSO₄原料の配合割合や、
膨張物質とカルシウムアルミネートとの混合割合を調節
することにより、セメント混和材の膨張量と膨張時期を
使用するセメントの種類に応じ調節することが可能であ
る。

【００２６】本発明のセメント混和材の粒度は、使用す
る目的や用途に依存し、特に限定されないが、通常、ブ
レ−ン値で1,500〜8,000cm²/gが好ましい。1,500cm²/g
未満では、強度発現性が低下するおそれがあり、8,000c
m²/gを越えると、膨張性が十分に発揮されない場合があ
る。セメント混和材の使用量は、使用する目的により異
なるが、通常、セメント100重量部に対して、３〜15重
量部が好ましく、５〜10重量部がより好ましい。３重量
部未満では膨張性が十分ではなく、12重量部を越える
と、異常膨張を起こす可能性がある。

【００２７】本発明で使用する水の量は、通常のモルタ
ル又はコンクリートで使用される量が使用でき、特に限
定されるものではない。

【００２８】本発明では、セメント混和材の他に、砂や
砂利などの骨材、凝結遅延剤、セメント急硬材、防錆
剤、防凍剤、高分子エマルジョン、ベントナイトやモン
モリロナイトなどの粘土鉱物、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、
硫酸アルミニウムや硫酸ナトリウムなどの無機硫酸塩、
無機リン酸塩、並びに、ホウ酸等からなる群より選ばれ
た一種又は二種以上を、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。

【００２９】本発明のセメント混和材やセメント組成物
の混合・混練方法は特に限定されるものではなく、通常
の方法で十分である。本発明のセメント混和材とセメン
トなどの混合装置としては、既存の撹拌装置が使用可能
であり、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
−等が利用可能である。また、混合は、それぞれの材料
を施工時に混合してもよいし、あらかじめ一部若しくは
全部を混合しておいても差し支えない。本発明のセメン
ト混和材を用いたセメント硬化体の養生方法は特に限定
されるものではなく、一般に行われる、常温・常圧養
生、蒸気養生、高温高圧、及び加圧養生等のいずれの方
法も使用可能である。

【００３０】

【実施例】以下、実施例により本発明を詳細に説明す
る。

【００３１】実施例１ CaO原料とCaSO₄原料を、生成物中のCaCO₃とCaSO₄の割合
が所定の割合になるように配合し、ロータリーキルンを
用いて1,400℃で焼成し膨張物質のクリンカーを作成
し、ブレーン値が3,000±200cm²/gになるように粉砕し
て膨張物質を調整した。膨張物質のCaOとCaSO₄の重量比
は、化学分析値から求めた。CaSO₄は化学分析のSO₃値か
ら換算し、CaOはトータルCaOからCaSO₄中のCaOを差し引
いた値である。また、CaO原料とAl₂O₃原料を配合し、電
気炉を用い、1,650℃で溶融し、急冷して得た非晶質カ
ルシウムアルミネートクリンカーを粉砕して非晶質カル
シウムアルミネート(Ａ−ＣＡ)を得た。セメントと潜在
水硬性物質の合計100重量部に対して、潜在水硬性物質
を30重量部、セメント、膨張物質、非晶質カルシウムア
ルミネ−ト、及び潜在水硬性物質からなる結合材100重
量部に対して、膨張物質７重量部、非晶質カルシウムア
ルミネ−ト５重量部使用して、コンクリ−ト中の結合材
の単位量を460kg/m³とし、その他の材料の単位量を、水
158.1kg/m³、細骨材889kg/m³、粗骨材741kg/m³、増粘剤
20g/m³、減水剤6.9kg/m³、及びＡＥ剤23g/m³としたコン
クリ−トを調整した。このコンクリ−トの膨張率と、流
動性の指標となるスランプフロ−値とVF値を測定した。
結果を表１に併記する。

【００３２】＜使用材料＞ CaO原料：CaCO₃、電気化学工業社青海鉱山産石灰石 CaSO₄原料：弗酸発生副生無水セッコウ Al₂O₃原料：市販ボーキサイト膨張物質ａ：膨張物質中のCaSO₄量10重量％膨張物質ｂ：膨張物質中のCaSO₄量30重量％膨張物質ｃ：膨張物質中のCaSO₄量50重量％膨張物質ｄ：膨張物質中のCaSO₄量60重量％膨張物質ｅ：膨張物質中のCaO量100重量％市販品α：小野田セメント社膨張材商品名「エクスパン」
ブレーン値3,100cm²/g 市販品β：電気化学工業社製膨張材商品名「CSA#20」、ブ
レ−ン値2,950cm²/g Ａ−ＣＡイ：CaO含有量40重量％、ブレ−ン値3,120cm²/
g 潜在水硬性物質Ａ：東北発電工業社製フライアッシュ増粘剤：信越化学工業社製メチルセルロ−ス減水剤：デンカグレ−ス社製商品名「ダ−レックスス
−パ−100PHX」、主成分ポリカルボン酸系ＡＥ剤：デンカグレ−ス社製商品名「AEA-S 」、主成分
スルホン酸炭化水素系セメント：電気化学工業社製普通ポルトランドセメント細骨材：新潟県姫川産、比重2.63、FM2.74 粗骨材：新潟県姫川産、比重2.67、FM6.94 水：水道水

【００３３】＜試験方法＞膨張率：JIS A 6202（Ｂ法）に準じて測定した。スランプフロ−値：財団法人、沿岸開発技術センタ−及
び漁港漁村建設技術研究所発行、水中不分離性コンクリ
−ト・マニュアル、付録１「水中不分離性コンクリ−ト
の試験、スランプフロ−試験」に従い、コンクリ−トの
広がりを直角方向に２点測定した。ＶＦ値：土木学会制定案のＶ．Ｆ．コンシストメ−タ
−を用い、無振動でセメント組成物をシリンダ−下部の
孔から流出させ、流動が停止した時点での円筒容器内の
セメント組成物上面の下がりを測定し、これをＶＦ値と
した。充填性：無振動でのコンクリ−トの充填性について判
定。平断面が50×50cmで、高さ40cmの透明アクリル製容
器の中に、16mmφの鉄筋を縦と横のピッチを50mmとし
て、水平方向に互いに平行して縦７段、横８列にして合
計56本配筋し、容器内の片側に配筋しない空間を設け
て、この空間にコンクリ−トを充填して、配筋部への充
填性を、充填完了までの時間で×、○、及び◎と判定し
た。×は15秒以上、○は10秒以内、及び◎は７秒以内で
充填完了を示す。

【００３４】

【表１】

【００３５】実施例２セメント、潜在水硬性物質、膨張物質、及び非晶質カル
シウムアルミネ−トからなる結合材100重量部に対し
て、膨張物質ｂの量を表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。結果を表２に併記する。

【００３６】

【表２】

【００３７】実施例３膨張物質ｂを使用し、セメント、潜在水硬性物質、膨張
物質、及び非晶質カルシウムアルミネ−トからなる結合
材100重量部に対して、非晶質カルシウムアルミネ−ト
の種類と量を表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。結果を表３に併記する。

【００３８】＜使用材料＞Ａ−ＣＡロ：CaO含有量35重量％、ブレ−ン値3,150cm²/
g Ａ−ＣＡハ：CaO含有量45重量％、ブレ−ン値3,090cm²/
g

【００３９】

【表３】

【００４０】実施例４膨張物質ｂを用い、セメントと潜在水硬性物質の合計10
0重量部に対して、表４に示すように、潜在水硬性物質
の種類と量を変えたこと以外は実施例１と同様に行っ
た。結果を表４に併記する。

【００４１】＜使用材料＞潜在水硬性物質Ｂ：高炉スラグ、ブレ−ン値4,200cm²/g

【００４２】

【表４】

【００４３】

【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、寸法安定性や強度発現性に優れた締め固め不要
コンクリ−トが得られる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者松永嘉久新潟県西頸城郡青海町大字青海2209番地電気化学工業株式会社青海工場内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】 CaO原料とCaSO₄原料を含む配合物を熱処
理して生成する、CaOとCaSO₄を有効成分とする鉱物から
なり、かつ、該鉱物中の成分割合は、CaSO₄が、CaOとCa
SO₄の合計100重量部中10〜50重量部である膨張物質と、
非晶質カルシウムアルミネ−ト、潜在水硬性物質、増粘
剤、及び減水剤とを配合してなるセメント混和材。
【請求項２】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。