JP2002121054A

JP2002121054A - セメント混和材及びセメント組成物

Info

Publication number: JP2002121054A
Application number: JP2000308708A
Authority: JP
Inventors: Yasuhiro Nakajima; 康宏中島; Minoru Morioka; 実盛岡; Takayuki Higuchi; 隆行樋口; Hiroyuki Ohashi; 寛之大橋; Mitsuo Takahashi; 光男高橋
Original assignee: Denki Kagaku Kogyo KK
Current assignee: Denka Co Ltd
Priority date: 2000-10-10
Filing date: 2000-10-10
Publication date: 2002-04-23

Abstract

(57)【要約】【課題】コンクリートのスランプ保持性が良好で、強
度発現を阻害しないセメント混和材、及びそれを含有し
なるセメント組成物を提供すること。【解決手段】ＣａＯ原料、Ａｌ₂Ｏ₃原料、Ｆｅ₂Ｏ₃原
料、ＳｉＯ₂原料及びＣａＳＯ₄原料を熱処理して得られ
る物質であって、遊離石灰と、無水セッコウと、カルシ
ウムアルミノフェライト、カルシウムフェライト、アウ
イン及びカルシウムシリケートから選ばれる１種又は２
種以上とを含有する膨張物質１００部中、遊離石灰３５
〜６０部と、フッ素化合物及び/又は可溶性ケイ酸塩と
を含有してなるセメント混和材であり、セメント混和材
１００部中、フッ素化合物及び/又は可溶性ケイ酸塩
０．０１〜１０部を含有することを特徴とする該セメン
ト混和材であり、セメントと、該セメント混和材とを含
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、フロー保持性やスランプ保持性
の良好となる、セメント混和材及びセメント組成物に関
する。なお、本発明でいうコンクリートとは、セメント
ペースト、セメントモルタル、及びセメントコンクリ−
トを総称するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、コンクリートに要求される性能
は、益々高まっており、その中でも耐久性の向上が大き
な課題となっている。この課題を解決する手段の１つと
して、膨張材をコンクリートに混合して使用することに
より、温度応力、乾燥収縮、自己収縮等によって発生す
るひび割れを低減させる方法が挙げられる。また、膨張
材を用いて、躯体にケミカルプレストレスを導入し、曲
げ耐力を高める手法もとられている。最近では、膨張性
を付与するセメント混和材に要求される性能は益々高ま
ってきている。即ち、混和率が少なくても優れた膨張性
能を付与できるセメント混和材の開発が待たれているの
が実状である。膨張材の使用箇所としては、壁、屋根ス
ラブ及び床等の一般建築物や、水密性の向上を目的とし
た水槽やプール等の水理構造物、舗装や床板（マットス
ラブ、デッキスラブ）等の一般土木構造物、あるいはヒ
ューム管、鋼管ライニング、ボックスカルバート等のコ
ンクリート二次製品等が挙げられる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】このように、膨張材を
使用したコンクリートの使用用途は多岐に亘っている
が、普通コンクリートと同様のフレッシュ性状が求めら
れるようになってきており、フレッシュ性状の中でも、
施工性の観点から、特に重要視されるのがスランプ保持
性である。近年、JIS A 6204「コンクリート用化学混和
剤」で規定されているような減水剤や高性能ＡＥ減水剤
等を使用することにより、単位水量を抑えつつ、水／セ
メント比を低減したコンクリートが多く製造される傾向
にあり、そのようなコンクリートにおいては、スランプ
保持性の低下が、より顕著になる課題があった。特に、
夏場においては、著しくスランプ保持性が低下する場合
があった。建築工事標準仕様書（JASS 5）では、外気温
２５℃以上におけるコンクリートの練り混ぜから、打込
み終了までの時間の限度を９０分間としており、この時
間内では、コンクリートの良好なスランプ保持性が必要
である。一方、従来より、膨張材にホウ酸類を添加する
ことで、コンクリートのスランプ保持性を改善する方法
が提案されている（特開平10-226549号公報）。しかし
ながら、この方法では、高ビーライトセメントと使用し
た場合で有効であり、他の種類のセメントと使用した場
合に対しては、明確な効果が認められないという課題が
あった。また、スランプ保持性が良好となる添加剤は、
強度発現を阻害する場合がある。本発明者は、前記課題
を解決すべく、種々検討を重ねた結果、特定のセメント
混和材を使用することによって、前記課題が解消できる
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、ＣａＯ原料、Ａｌ
₂Ｏ₃原料、Ｆｅ₂Ｏ₃原料、ＳｉＯ₂原料及びＣａＳＯ₄原
料を熱処理して得られる物質であって、遊離石灰と、無
水セッコウと、カルシウムアルミノフェライト、カルシ
ウムフェライト、アウイン及びカルシウムシリケートか
ら選ばれる１種又は２種以上とを含有する膨張物質１０
０部中、遊離石灰３５〜６０部と、フッ素化合物及び/
又は可溶性ケイ酸塩とを含有してなるセメント混和材で
あり、セメント混和材１００部中、フッ素化合物及び/
又は可溶性ケイ酸塩０．０１〜１０部を含有することを
特徴とする該セメント混和材であり、セメントと、該セ
メント混和材とを含有してなるセメント組成物である。
なお、本発明で使用する配合割合を示す部は質量単位で
ある。

【０００５】

【発明の実施の形態】以下、本発明をさらに詳しく説明
する。

【０００６】本発明における膨張物質は、遊離石灰と、
無水セッコウと、カルシウムアルミノフェライト、カル
シウムフェライト、アウイン及びカルシウムシリケート
から選ばれる１種又は２種以上（以下、水硬性化合物と
いう）とを含有してなるものであり、膨張物質１００部
中、遊離石灰は３５〜６０部が好ましく、４０〜５５部
がより好ましい。また、水硬性化合物は１０〜４０部が
好ましく、１５〜３０部がより好ましい。さらに、無水
セッコウは１０〜４０部が好ましく、２０〜３５部がよ
り好ましい。水硬性化合物中におけるカルシウムアルミ
ノフェライト、カルシウムフェライト、アウイン及びカ
ルシウムシリケートの割合は、特に限定されるものでは
ない。

【０００７】本発明の膨張物質には不純物が存在する。
その具体例としては、ＭｇＯ、ＴｉＯ ₂、Ｐ₂Ｏ₅、Ｎａ₂
Ｏ、Ｋ₂Ｏ、塩素等が挙げられるが、本発明の目的を実
質的に阻害しない範囲では特に問題とはならない。

【０００８】本発明の水硬性化合物について、以下説明
する。本発明のカルシウムアルミノフェライトとは、Ｃ
ａＯ−Ａｌ₂Ｏ₃−Ｆｅ₂Ｏ₃系化合物を総称するものであ
り、特に限定されるものではないが、一般的に、ＣａＯ
をC、Ａｌ₂Ｏ₃をＡ、Ｆｅ₂Ｏ₃をＦとすると、Ｃ₄ＡＦや
Ｃ₆Ａ₂Ｆと表せる化合物等が挙げられる。通常は、Ｃ₄
ＡＦとして存在していると考えられ、本発明では、カル
シウムアルミノフェライトを以下、Ｃ₄ＡＦとする。本
発明のカルシウムフェライトとは、ＣａＯ−Ｆｅ₂Ｏ₃系
化合物を総称するものであり、特に限定されるものでは
ないが、一般的に、ＣａＯをＣ、Ｆｅ₂Ｏ₃をＦとする
と、Ｃ₂ＦやＣＦ等の化合物がよく知られている。本発
明では、膨張性能が良好となることから、Ｃ₂Ｆを使用
することが好ましい。本発明では、カルシウムフェライ
トを以下、Ｃ₂Ｆとする。本発明のアウインとは、３Ｃ
ａＯ・３Ａｌ₂Ｏ₃・ＣａＳＯ₄で表される化合物を示す
ものである。本発明のカルシウムシリケートとは、Ｃａ
Ｏ−ＳｉＯ₂系化合物を総称するものであり、特に限定
されるものでないが、一般的に、ＣａＯをＣ、ＳｉＯ₂
をＳとすると、Ｃ₃ＳやＣ₂Ｓ等の化合物が知られてい
る。

【０００９】本発明で使用するフッ素化合物とは、特に
限定されるものでなく、その化合物はＸＦ、ＸＦ₂、Ｘ₂
ＳｉＦ₆及びＸＳｉＦ₆等の形で表され、ＸはＬｉ、Ｎａ
及びＫ等のアルカリ金属、ＭｇやＣａ等のアルカリ土類
金属、並びにアンモニウム塩も含まれ、Ｈ₂Ｏを含んだ
水和物でもよい。使用形態は限定されず、粉末や水溶液
で使用することができる。

【００１０】本発明で使用する可溶性ケイ酸塩とは、特
に限定されるものでなく、その具体例としては、アルカ
リ金属のケイ酸塩が挙げられる。例えばＲ₂Ｏ・ｙＳｉ
Ｏ₂の形で表される。式中のＲはＬｉ、Ｎａ、Ｋ等のア
ルカリ金属が挙げられ、ｙは０．１〜４で表される。使
用形態は限定されず、粉末や水溶液で使用することがで
きる。経済性の面から、ケイ酸ナトリウムを使用するこ
とが好ましい。

【００１１】本発明のセメント混和材を製造する際、Ｃ
ａＯ原料、Ａｌ₂Ｏ₃原料、Ｆｅ₂Ｏ₃原料、ＳｉＯ₂原料
及びＣａＳＯ₄原料を熱処理して、遊離石灰、水硬性化
合物及び無水セッコウからなるクリンカーを合成してこ
れを粉砕して製造される。遊離石灰、水硬性化合物及び
無水セッコウを別々に合成し、これらを混合したもので
は、本発明のような効果は得られない。ＣａＯ原料、
Ａｌ₂Ｏ₃原料、Ｆｅ₂Ｏ₃原料、ＳｉＯ₂原料及びＣａＳ
Ｏ₄原料を熱処理して、遊離石灰、水硬性化合物及び無
水セッコウからなるクリンカーを合成してこれを粉砕し
て製造されたものか否かを確認する方法としては、例え
ば、セメント混和材の粗粒子、具体的には１００μｍよ
りも大きな粒子を顕微鏡等により観察して組成分析を行
い、粒子中に遊離石灰、水硬性化合物及び無水セッコウ
が混在していることを確認することによって容易に判別
できる。

【００１２】本発明のセメント混和材を製造する際の熱
処理温度であるが、１１００〜１６００℃の範囲が好ま
しく、１２００〜１５００℃の範囲がより好ましい。具
体的には、１１００℃未満では、得られたセメント混和
材の膨張性能が十分でなく、１６００℃を超えると無水
セッコウが分解する場合がある。

【００１３】ＣａＯ原料としては、石灰石や消石灰等が
挙げられ、Ａｌ₂Ｏ₃原料としてはボーキサイトやアルミ
残灰等が、Ｆｅ₂Ｏ₃原料としては銅カラミや鉄粉及び市
販の酸化鉄等が、ＳｉＯ₂原料としては、珪石や粘土等
が、さらに、ＣａＳＯ₄原料としては二水セッコウ、半
水セッコウ及び無水セッコウ等が挙げられる。

【００１４】本発明のセメント混和材中のフッ素化合物
及び可溶性ケイ酸塩の配合割合は、特に限定されるもの
ではないが、セメント混和材１００部中、０．０１〜１
０部が好ましく、１〜３部がより好ましい。フッ素化合
物及び可溶性ケイ酸塩の配合割合が、この範囲外では、
本発明の効果である優れたスランプ保持性の得られない
場合がある。具体的には、０．０１部未満では、優れた
スランプ保持性の得られない場合があり、１０部を超え
ると、スランプの保持性は良好となっても、硬化不良を
起こす場合がある。

【００１５】本発明の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、セメントと、セメント混和
材からなるセメント組成物１００部中、セメント混和材
３〜１２部が好ましく、５〜９部がより好ましい。本発
明のセメント混和材の使用量がこの範囲外では、本発明
の効果、すなわち、優れたスランプ保持性、および膨張
性能の得られない場合がある。具体的には、３部未満で
は、優れた膨張性能の得られない場合があり、１２部を
超えて使用すると、強度発現が低下する場合がある。

【００１６】本発明のセメント組成物とは、JIS R 5210
に規定される各種ポルトランドセメント、JIS R 5211、
JIS R 5212及びJIS R 5213に規定される各種混合セメン
ト、JISに規定された以上の混和材混和率にて作製した
高炉セメント、フライアッシュセメント及びシリカセメ
ント、石灰石粉末等を混合したフィラーセメント、並び
にアルミナセメント等のうちの１種又は２種以上と本発
明のセメント混和材とを併用したものであり、該セメン
ト組成物を使用することにより、スランプ保持性を良好
とすることが可能である。本発明のセメント組成物は、
そのままセメントペーストとして使用することはもちろ
ん、骨材と混合して、セメントモルタルやセメントコン
クリートとしても使用可能である。

【００１７】本発明では、セメントやセメント混和材に
砂や砂利等の骨材の他、凝結促進剤、凝結遅延剤、減水
剤、ＡＥ減水剤、高性能ＡＥ減水剤、ＡＥ剤、増粘剤、
セメント急硬材、防錆剤、高分子エマルジョン、ベント
ナイトやモンモリロナイト等の粘土鉱物、無機リン酸塩
等のうちの１種又は２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。

【００１８】本発明のセメント混和材を製造する際に使
用する混合装置としては、既存のいかなる撹拌装置も使
用可能であり、例えば、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、あらかじめ一部を、あるいは全部
を混合しておいても差し支えない。混合順序は特に限定
されるものでない。

【００１９】

【実施例】以下、実験例により本発明を詳細に説明す
る。

【００２０】実施例１ＣａＯ原料、Ａｌ₂Ｏ₃原料、Ｆｅ₂Ｏ₃原料、ＳｉＯ₂原
料及びＣａＳＯ₄原料を配合して、１４００℃で熱処理
することによって、表１に示す種々の組成（各成分の合
計１００部中の割合）のクリンカーを製造し、粉砕して
ブレーン比表面積３５００±２００ｃｍ²／ｇの膨張物
質を調製した。該膨張物質とケイフッ化ナトリウムから
なるセメント混和材１００部中、ケイフッ化ナトリウム
を１．５部混合しセメント混和材を調製した。セメント
とセメント混和材からなるセメント組成物１００部中、
セメント混和材７部を混合してセメント組成物とした。

【００２１】単位セメント組成物量３３０ｋｇ／ｍ³、
単位水量１６５ｋｇ／ｍ³、ｓ／ａ＝４８％のコンクリ
ート配合で練り上がり量が４０リットルとなるようにコ
ンクリートを調製し、材令７日の長さ変化率を測定し
た。また、比較のため、遊離石灰、Ｃ₄ＡＦ及び無水セ
ッコウを別々に合成して混合したもの（膨張物質Ｕ）
や、市販の膨張材、についても同様に試験した。結
果を表１に併記する。

【００２２】＜使用材料＞セメントα：市販普通ポルトランドセメントＣａＯ原料：試薬１級炭酸カルシウムＡｌ₂Ｏ₃原料：試薬１級アルミナＦｅ₂Ｏ₃原料：試薬１級酸化第二鉄ＳｉＯ₂原料：試薬１級酸化珪素ＣａＳＯ₄原料：試薬１級二水セッコウ。遊離石灰：ＣａＯ原料を１３５０℃で３時間焼成し合成
したもの。Ｃ₄ＡＦ：ＣａＯ原料４モル、Ａｌ₂Ｏ₃原料１モル、Ｆ
ｅ₂Ｏ₃原料１モルを混合し、１３５０℃で３時間焼成し
合成したもの。無水セッコウ：ＣａＳＯ₄原料を１３５０℃で３時間焼
成し合成したもの。砂：新潟県姫川産、比重2.62、FM値2.86 砂利：新潟県姫川産、比重2.63 水：水道水減水剤：高性能AE減水剤、ポリカルボン酸系 e:ケイフッ化ナトリウム、試薬１級膨張材：市販カルシウムサルホアルミネート系膨張材膨張材：市販石灰系膨張材

【００２３】＜測定方法＞長さ変化率：JIS A 6202 Bに準じて測定

【００２４】

【表１】

【００２５】表１から明らかなように、本発明のセメン
ト混和材を使用したコンクリートは、比較例と比べ、い
ずれも優れた膨張性能を示した。

【００２６】実施例２実施例１と同様にコンクリートを調製し、スランプとス
ランプの保持率を測定した。その結果を表２に示す。

【００２７】＜測定方法＞スランプ：JIS A 1101に準じて練り上がり後、０、２
０、４０、６０分にて測定（コンクリートの環境温度３０℃におけるスランプの経
時変化）スランプ保持率：（一定時間後のスランプ/練り上がり
直後のスランプ）×１００（％）

【００２８】

【表２】

【００２９】表２から明らかなように、本発明のセメン
ト混和材を使用したコンクリートは、いずれも良好なス
ランプ保持性が認められた。

【００３０】実施例３表１に示す膨張物質Ｄに対して、表３に示す量のケイフ
ッ化ナトリウム、ホウ酸を混合したセメント混和材を使
用したこと以外は、実施例２と同様に行った。結果を表
３に併記する。

【００３１】＜測定方法＞圧縮強度：JIS A 1132に準じて、材令１、７日にて測定

【００３２】＜使用材料＞ホウ酸：試薬１級

【００３３】

【表３】表３から明らかなように、本発明のケイフッ化ナトリウ
ムを配合したセメント混和材を使用することにより、コ
ンクリートのスランプ保持性が良好で、強度発現を阻害
していない。

【００３４】実施例４表４に示すように、添加剤としてセメント混和材１００
部中、フッ素化合物及び可溶性ケイ酸塩を１．５部混合
したこと以外は、実施例３と同様に行った。結果を表４
に併記する。

【００３５】＜使用材料＞ a:フッ化ナトリウム、試薬１級 b:フッ化カルシウム、試薬１級 c:メタケイ酸ナトリウム、試薬１級 d:市販工業用珪酸カリウム e:ケイフッ化ナトリウム、試薬１級 f:ケイフッ化カルシウム、試薬１級 g:ケイフッ化アンモニウム、試薬１級 h:a５０部とc５０部の混合物 i:a４０部とc３０部とe３０部の混合物

【００３６】

【表４】

【００３７】表４から明らかなように、本発明のフッ素
化合物及び可溶性ケイ酸塩を配合したセメント混和材を
使用することにより、コンクリートのスランプ保持性が
良好となる。

【００３８】実施例５セメント混和材１００部中、ケイフッ化ナトリウムを
１．５部混合したセメント混和材をセメント組成物１０
０部中、表５に示す量を使用したこと以外は、実施例３
と同様に行った。結果を表５に併記する。

【００３９】

【表５】

【００４０】表５から明らかなように、本発明のセメン
ト混和材を使用することにより、コンクリートのスラン
プ保持性が良好で、強度発現を阻害していない。

【００４１】実施例６セメント混和材１００部中、ケイフッ化ナトリウムを
１．５部混合し、表６に示すセメントを使用したこと以
外は、実施例３と同様に行った。結果を表６に併記す
る。

【００４２】＜使用材料＞セメントβ：市販低熱ポルトランドセメントセメントγ：市販早強ポルトランドセメント

【００４３】

【表６】

【００４４】表６から明らかなように、本発明のセメン
ト混和材を使用することにより、いずれの種類のセメン
トでもコンクリートのスランプ保持性が良好となる。

【００４５】

【発明の効果】本発明の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、コンクリートの膨張性能が
優れ、スランプ保持性が良好で、しかも強度発現を阻害
しないことが可能となる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考） // Ｃ０４Ｂ 103:60 Ｃ０４Ｂ 103:60 111:34 111:34 (72)発明者大橋寛之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 (72)発明者高橋光男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Ｆターム(参考） 4G012 MB08 MB12 MB25

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ＣａＯ原料、Ａｌ₂Ｏ₃原料、Ｆｅ₂Ｏ₃原
料、ＳｉＯ₂原料及びＣａＳＯ₄原料を熱処理して得られ
る物質であって、遊離石灰と、無水セッコウと、カルシ
ウムアルミノフェライト、カルシウムフェライト、アウ
イン及びカルシウムシリケートから選ばれる１種又は２
種以上とを含有する膨張物質１００部中、遊離石灰３５
〜６０部と、フッ素化合物及び/又は可溶性ケイ酸塩と
を含有してなるセメント混和材。
【請求項２】セメント混和材１００部中、フッ素化合
物及び/又は可溶性ケイ酸塩０．０１〜１０部を含有す
ることを特徴とする請求項１に記載のセメント混和材。
【請求項３】セメントと、請求項１又は２に記載のセ
メント混和材とを含有してなるセメント組成物。