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JP2023049714A - Cement composition, repairing method using the same, and concrete structure - Google Patents

Cement composition, repairing method using the same, and concrete structure Download PDF

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JP2023049714A JP2021159629A JP2021159629A JP2023049714A JP 2023049714 A JP2023049714 A JP 2023049714A JP 2021159629 A JP2021159629 A JP 2021159629A JP 2021159629 A JP2021159629 A JP 2021159629A JP 2023049714 A JP2023049714 A JP 2023049714A
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Abstract

To provide a cement composition having high acid tolerance, initial cracking resistance, high adhesiveness, and fluidity retention.SOLUTION: A cement composition includes calcium aluminate and pozzolan, where the calcium aluminate includes SO3, ZrO2, and P2O5 as a chemical component, the total amount of SO3, ZrO2, and P2O5 is 0.05 mass% or more and 2.0 mass% or less with respect to 100 pts.mass of the calcium aluminate, and the content of the P2O5 (P2O5/(SO3+ZrO2+P2O5)) is 10 mass% or more and 45 mass% or less.SELECTED DRAWING: None

Description

本発明は、主に、土木・建築分野において使用するセメント組成物及びそれを用いた補修方法、並びに、コンクリート構造物に関する。 The present invention mainly relates to a cement composition used in the civil engineering and construction fields, a repair method using the same, and a concrete structure.

近年、下水処理施設を中心に、コンクリート構造物の硫酸による劣化事例が増加しているため、コンクリートの硫酸劣化に関する研究も以前にも増して多く見受けられるようになった。下水処理施設で硫酸が生成する原因として、微生物の活動によることが知られており、酸性劣化の対策として耐酸性の材料を使用することに加えて、抗菌剤の適用等が検討されている。 In recent years, cases of deterioration of concrete structures due to sulfuric acid have been increasing, mainly in sewage treatment facilities, and research on sulfuric acid deterioration of concrete has become more common than ever before. It is known that the activity of microorganisms is the cause of the generation of sulfuric acid in sewage treatment facilities, and in addition to the use of acid-resistant materials as countermeasures against acid deterioration, the application of antibacterial agents, etc. is being studied.

耐酸性材料としては、ポルトランドセメントに高炉スラグやフライアッシュ、シリカフューム等を多量に混和したモルタルやコンクリート(特許文献1参照)、アルミナセメントを使用したモルタルやコンクリートが提案されている(特許文献2、特許文献3参照)。しかしながら、初期にひび割れが発生したり、流動性が低下する課題もあった。 As acid-resistant materials, mortar and concrete in which a large amount of blast furnace slag, fly ash, silica fume, etc. are mixed with Portland cement (see Patent Document 1), and mortar and concrete using alumina cement have been proposed (Patent Document 2, See Patent Document 3). However, there were also problems such as the occurrence of cracks in the initial stage and the decrease in fluidity.

特開2000-128618号公報JP-A-2000-128618 特開昭60-180945号公報JP-A-60-180945 特開平01-141844号公報JP-A-01-141844

本発明は、優れた耐酸性と初期ひび割れ抵抗性、流動保持性を有するセメント組成物及びそれを用いた補修方法、並びに、コンクリート構造物を提供する。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention provides a cement composition having excellent acid resistance, initial crack resistance and fluid retention, a repair method using the same, and a concrete structure.

上記課題に鑑み鋭意検討の結果、本発明者らは、所定の化学組成を有するアルミン酸カルシウムとポゾランを含むセメント組成物により、当該課題を解決できることを見出した。すなわち、本発明は下記のとおりである。 As a result of intensive studies in view of the above problems, the present inventors found that the problems can be solved by a cement composition containing calcium aluminate and pozzolan having a predetermined chemical composition. That is, the present invention is as follows.

[1] アルミン酸カルシウム及びポゾランを含有してなるセメント組成物であって、前記アルミン酸カルシウムが化学成分としてSOとZrOとPを含有し、前記アルミン酸カルシウム100質量部に対してSOとZrOとPの合計量が0.05質量%以上2.0質量%以下であり、前記Pの含有量(P/(SO+ZrO+P))が10質量%以上45質量%以下である、セメント組成物。
[2] 前記ポゾランが高炉水砕スラグ微粉末である[1]に記載のセメント組成物。
[3] 前記アルミン酸カルシウムのCaO/Alモル比が、0.5以上2.0以下である[1]又は[2]に記載のセメント組成物。
[4] さらに、セメント用ポリマーを含有する[1]~[3]のいずれかに記載のセメント組成物。
[5] さらに、骨材を含有する[1]~[4]のいずれかに記載のセメント組成物。
[6] [1]~[5]のいずれかに記載されたセメント組成物を用いて補修したコンクリート構造物。
[7] [1]~[5]のいずれかに記載されたセメント組成物を用いた補修方法。
[1] A cement composition containing calcium aluminate and pozzolan, wherein the calcium aluminate contains SO3 , ZrO2 and P2O5 as chemical components, and 100 parts by mass of the calcium aluminate contains On the other hand, the total amount of SO3, ZrO2 and P2O5 is 0.05 % by mass or more and 2.0% by mass or less, and the content of P2O5 (P2O5 / ( SO3 + ZrO2 +P 2 O 5 )) is 10% by mass or more and 45% by mass or less.
[2] The cement composition according to [1], wherein the pozzolan is ground granulated blast furnace slag.
[3] The cement composition according to [1] or [2], wherein the calcium aluminate has a CaO/Al 2 O 3 molar ratio of 0.5 or more and 2.0 or less.
[4] The cement composition according to any one of [1] to [3], further comprising a polymer for cement.
[5] The cement composition according to any one of [1] to [4], further comprising an aggregate.
[6] A concrete structure repaired using the cement composition described in any one of [1] to [5].
[7] A repair method using the cement composition according to any one of [1] to [5].

本発明によれば、優れた耐酸性と初期ひび割れ抵抗性、流動保持性を有するセメント組成物及びそれを用いた補修方法が得られる。 INDUSTRIAL APPLICABILITY According to the present invention, a cement composition having excellent acid resistance, initial crack resistance, and fluid retention, and a repair method using the same can be obtained.

以下、本発明を詳細に説明する。なお、本明細書における部や%は特に規定しない限り質量基準で示す。また、本発明で言うコンクリートとは、セメントペースト、モルタル、コンクリートを総称するものである。 The present invention will be described in detail below. Parts and percentages in this specification are shown on a mass basis unless otherwise specified. Moreover, the concrete mentioned in the present invention is a general term for cement paste, mortar and concrete.

[セメント組成物]
本発明に係るセメント組成物は、アルミン酸カルシウム及びポゾランを含有してなる。
本発明で使用するアルミン酸カルシウムは、カルシア原料とアルミナ原料などを混合して、キルンで焼成し、あるいは、電気炉で溶融し冷却して得られるCaOとAlとを主成分とする水和活性を有する物質の総称であり、結晶質、又は非晶質のいずれであっても使用可能である。硬化時間が早く、初期強度発現性が高い材料である。
[Cement composition]
The cement composition according to the present invention contains calcium aluminate and pozzolan.
Calcium aluminate used in the present invention is mainly composed of CaO and Al 2 O 3 obtained by mixing a calcia raw material and an alumina raw material, etc., firing in a kiln, or melting and cooling in an electric furnace. It is a general term for substances having hydration activity, and can be used either crystalline or amorphous. It is a material that cures quickly and exhibits high initial strength.

本発明に係るアルミン酸カルシウム中には、化学成分としてSOとZrOとPを含有する。
アルミン酸カルシウム中に化学成分としてSOとZrOとPを含有するものである。アルミン酸カルシウム中のSOは0.01質量%以上0.9質量%以下であることが好ましく、0.03質量%以上0.25質量%以下であることがより好ましい。ZrOは0.01質量%以上0.7質量%以下であることが好ましく、0.03質量%以上0.25質量%以下であることがより好ましい。Pは0.01質量%以上0.6質量%以下であることが好ましく、0.03質量%以上0.5質量%以下であることがより好ましい。
The calcium aluminate according to the present invention contains SO3 , ZrO2 and P2O5 as chemical components.
It contains SO3 , ZrO2 and P2O5 as chemical components in calcium aluminate. SO 3 in calcium aluminate is preferably 0.01 mass % or more and 0.9 mass % or less, more preferably 0.03 mass % or more and 0.25 mass % or less. ZrO 2 is preferably 0.01 mass % or more and 0.7 mass % or less, more preferably 0.03 mass % or more and 0.25 mass % or less. P 2 O 5 is preferably 0.01% by mass or more and 0.6% by mass or less, more preferably 0.03% by mass or more and 0.5% by mass or less.

なお、「アルミン酸カルシウムが化学成分としてSOとZrOとPを含有する」とは、X線回折測定でSO、ZrO、及びPのそれぞれを同定できるほどのピークは観察されないが、蛍光X線測定でそれぞれの含有量を測定できる状態をいい、構造的には、アルミン酸カルシウム中にSO、ZrO、及びPのそれぞれが固溶しているような状態と推察される。 Note that "calcium aluminate contains SO3 , ZrO2 , and P2O5 as chemical components" means that SO3 , ZrO2 , and P2O5 are each identified by X-ray diffraction measurement . Although no peak is observed , it refers to a state in which each content can be measured by fluorescent X-ray measurement . It is presumed that

本発明に係るアルミン酸カルシウムは、優れた耐酸性と初期ひび割れ抵抗性、流動保持性を有する観点から、SOとZrOとPの合計量の量は0.05質量%以上2.0質量%以下となっており、0.07質量%以上1.7質量%以下であることが好ましく、0.1質量%以上1.5質量%以下であることがより好ましい。 In the calcium aluminate according to the present invention, the total amount of SO3 , ZrO2 and P2O5 is 0.05% by mass or more from the viewpoint of having excellent acid resistance, initial crack resistance, and fluidity retention. 0% by mass or less, preferably 0.07% by mass or more and 1.7% by mass or less, and more preferably 0.1% by mass or more and 1.5% by mass or less.

さらに、初期ひび割れ抵抗性、流動保持性を有する観点からPの含有量(P/(SO+ZrO+P))は10質量%以上45質量%以下であり、12質量%以上43質量%以下であることが好ましく、15質量%以上40質量%以下であることがより好ましい。また、SO、ZrO、Pの量は、蛍光X線回折法(XRF)で測定することができる。 Furthermore, the content of P 2 O 5 (P 2 O 5 /(SO 3 +ZrO 2 +P 2 O 5 )) is 10% by mass or more and 45% by mass or less from the viewpoint of having initial crack resistance and fluidity retention, It is preferably 12% by mass or more and 43% by mass or less, more preferably 15% by mass or more and 40% by mass or less. Also, the amounts of SO 3 , ZrO 2 and P 2 O 5 can be measured by X-ray fluorescence diffraction (XRF).

流動性の保持効果が高く、練り混ぜ抵抗性が低く、強度発現性が高く、ひび割れを抑える観点からSOとZrOとPの合計量は0.05質量%以上2.0質量%以下であり、0.07質量%以上1.7質量%以下であることが好ましく、0.1質量%以上1.5質量%以下であることがより好ましい。 The total amount of SO 3 , ZrO 2 and P 2 O 5 is 0.05% by mass or more and 2.0% by mass from the viewpoint of high fluidity retention effect, low kneading resistance, high strength development, and suppression of cracking. %, preferably 0.07% by mass or more and 1.7% by mass or less, and more preferably 0.1% by mass or more and 1.5% by mass or less.

アルミン酸カルシウム100質量部に対してSOとZrOとPの合計量を0.05質量%以上2.0質量%以下としたり、Pの含有量(P/(SO+ZrO+P))を10質量%以上45質量%以下としたりするには、例えば、原料中のそれぞれの含有量を測定しておき、所望の合計量となるように、SO、ZrO、及びPをそれぞれ含む原料の混合量を調整すればよい。 The total amount of SO3 , ZrO2 and P2O5 with respect to 100 parts by mass of calcium aluminate is 0.05% by mass or more and 2.0% by mass or less , or the content of P2O5 ( P2O5 /(SO 3 +ZrO 2 +P 2 O 5 )) is 10% by mass or more and 45% by mass or less, for example, each content in the raw material is measured, and the desired total amount is obtained. , SO 3 , ZrO 2 , and P 2 O 5 may be adjusted.

アルミン酸カルシウムのなかでも、CaOとAlとのモル比(CaO/Alモル比)は、0.5以上2.0以下であることが好ましく、0.7以上1.8以下であることがより好ましい。モル比が上記範囲内であることで、硬化時間をより短縮して初期強度発現性を高めることができる。
CaOとAlとのモル比を上記範囲とするには、例えば、アルミン酸カルシウムを作製する際の原料配合を調整すればよい。
Among calcium aluminates, the molar ratio between CaO and Al 2 O 3 (CaO/Al 2 O 3 molar ratio) is preferably 0.5 or more and 2.0 or less, more preferably 0.7 or more and 1.8. The following are more preferable. When the molar ratio is within the above range, the curing time can be further shortened and the initial strength development can be enhanced.
In order to make the molar ratio of CaO and Al 2 O 3 within the above range, for example, the blending of raw materials when producing calcium aluminate may be adjusted.

アルミン酸カルシウムを工業的に得る場合、不純物が含まれることがある。その具体例としては、例えば、SiO、Fe、MgO、TiO、MnO、NaO、KO、SrO、Cr、Nb、Ga、Y、ThO、NiO、SeO、LiO、RbO、As、ZnO、S、Cl及びF等が挙げられる。これらの不純物の存在は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。具体的には、これらの不純物の合計が10%以下の範囲では特に問題とはならない。 When obtaining calcium aluminate industrially, it may contain impurities. Specific examples thereof include SiO 2 , Fe 2 O 3 , MgO, TiO 2 , MnO, Na 2 O, K 2 O, SrO, Cr 2 O 3 , Nb 2 O 5 , Ga 2 O 3 and Y 2 . O3 , ThO2 , NiO , SeO2 , Li2O , Rb2O , As2O3 , ZnO, S, Cl, F and the like. The presence of these impurities poses no particular problem as long as they do not substantially hinder the object of the present invention. Specifically, if the total content of these impurities is 10% or less, there is no particular problem.

また、不純物化合物としては、4CaO・Al・Fe、6CaO・2Al・Fe、6CaO・Al・2Fe等のカルシウムアルミノフェライト、2CaO・FeやCaO・Fe等のカルシウムフェライト、ゲーレナイト2CaO・Al・SiO、アノーサイトCaO・Al・2SiO等のカルシウムアルミノシリケート、メルビナイト3CaO・MgO・2SiO、アケルマナイト2CaO・MgO・2SiO、モンチセライトCaO・MgO・SiO等のカルシウムマグネシウムシリケート、トライカルシウムシリケート3CaO・SiO、ダイカルシウムシリケート2CaO・SiO、ランキナイト3CaO・2SiO、ワラストナイトCaO・SiO等のカルシウムシリケート、カルシウムチタネートCaO・TiO、カルシウムアルネート3CaO・Al、遊離石灰、リューサイト(KO、NaO)・Al・SiO等を含む場合がある。本発明ではこれらの結晶質または非晶質が混在していても良い。 As the impurity compound, calcium aluminoferrite such as 4CaO.Al 2 O 3 .Fe 2 O 3 , 6CaO.2Al 2 O 3 .Fe 2 O 3 , 6CaO.Al 2 O 3.2Fe 2 O 3 , 2CaO. Calcium ferrites such as Fe2O3 and CaO.Fe2O3 , galenite 2CaO.Al2O3.SiO2 , anorthite CaO.Al2O3.2SiO2 and other calcium aluminosilicates, merbinite 3CaO.MgO.2SiO 2 , Akermanite 2CaO.MgO.2SiO2 , calcium magnesium silicate such as monticelite CaO.MgO.SiO2, tricalcium silicate 3CaO.SiO2 , dicalcium silicate 2CaO.SiO2, lankinite 3CaO.2SiO2 , wollastonite Calcium silicate such as CaO.SiO2 , calcium titanate CaO.TiO2 , calcium alnate 3CaO.Al2O3 , free lime, leucite ( K2O , Na2O ) .Al2O3.SiO2 , etc. may contain. In the present invention, these crystalline or amorphous materials may be mixed.

本発明に係るアルミン酸カルシウムの粒度は、特に限定されるものではないが、ブレーン比表面積で3000~9000cm/gの範囲にあることが好ましく、4000~8000cm/g程度のものがより好ましい。3000cm/g以上であることで、充分な強度発現性が得られやすくなり、9000cm/g以下であることで取り扱いを良好にすることができる。
ブレーン比表面積は、JIS R 5201(セメントの物理試験方法)に準拠して求められる。
The particle size of the calcium aluminate according to the present invention is not particularly limited, but the Blaine specific surface area is preferably in the range of 3000 to 9000 cm 2 /g, more preferably in the range of about 4000 to 8000 cm 2 /g. . When it is 3,000 cm 2 /g or more, sufficient strength development can be easily obtained, and when it is 9,000 cm 2 /g or less, handling can be improved.
The Blaine specific surface area is determined according to JIS R 5201 (physical test method for cement).

本発明に係るポゾランとは、アルミン酸カルシウムのコンバージョンによる強度低下を防止する効果や耐酸性を向上させる効果を助長する役割を担う。ポゾランは、特に限定されるものではなく、高炉水砕スラグ微粉末、フライアッシュ、シリカフューム、パルプスラッジ焼却灰、下水汚泥焼却灰、廃ガラス粉末等が挙げられ、これらの1種または2種以上を使用することができる。なかでも、高炉水砕スラグ微粉末の使用が好ましい。 The pozzolan according to the present invention plays a role of promoting the effect of preventing a decrease in strength due to conversion of calcium aluminate and the effect of improving acid resistance. Pozzolans are not particularly limited, and include ground granulated blast furnace slag, fly ash, silica fume, pulp sludge incineration ash, sewage sludge incineration ash, and waste glass powder. can be used. Among them, it is preferable to use ground granulated blast furnace slag.

高炉水砕スラグ微粉末の粉末度は、特に限定されるものではないが、通常、ブレーン比表面積で3000~9000cm/g程度の範囲にある。フライアッシュとシリカヒュームの粉末度は、特に限定されるものではないが、通常、フライアッシュについては、ブレーン比表面積で3000~9000cm/g程度の範囲にあり、シリカヒュームについては、BET比表面積で2~20m/g程度の範囲にある。 The fineness of the ground granulated blast furnace slag is not particularly limited, but is usually in the range of about 3000 to 9000 cm 2 /g in Blaine specific surface area. The fineness of fly ash and silica fume is not particularly limited, but usually fly ash has a Blaine specific surface area of about 3000 to 9000 cm 2 /g, and silica fume has a BET specific surface area of about 3000 to 9000 cm 2 /g. is in the range of about 2 to 20 m 2 /g.

本発明において、アルミン酸カルシウムとポゾランの配合割合は、特に限定されるものではないが、アルミン酸カルシウムとポゾランからなる結合材100部中、アルミン酸カルシウム30~80部が好ましく、40~70部がより好ましい。ポゾランは、20~70部が好ましく、30~60部がより好ましい。 In the present invention, the mixing ratio of calcium aluminate and pozzolan is not particularly limited. is more preferred. The pozzolan is preferably 20 to 70 parts, more preferably 30 to 60 parts.

アルミン酸カルシウムが30部以上であったり、ポゾランが70部以下であると、優れた耐酸性と初期ひび割れ抵抗性、流動保持性を十分な状態としやすくなる。また、アルミン酸カルシウムが80部以下であったり、ポゾランが20部以上であると、コンバージョンによる強度低下が発生せず、十分な耐酸性が得られやすくなる。 When the amount of calcium aluminate is 30 parts or more and the amount of pozzolan is 70 parts or less, it becomes easier to achieve excellent acid resistance, resistance to initial cracking, and fluid retention. Further, when the amount of calcium aluminate is 80 parts or less and the amount of pozzolan is 20 parts or more, a reduction in strength due to conversion does not occur, and sufficient acid resistance can be easily obtained.

本発明のセメント組成物においては、セメント用ポリマーをさらに含有することが好ましい。セメント用ポリマー(以下、ポリマーという)とは、水性ポリマーディスパージョン、再乳化形粉末樹脂、水溶性ポリマー、液状ポリマー等が挙げられるが、特に限定されるものではない。水性ポリマーディスパージョンとしては、天然ゴムラテックスやアクリルゴム、スチレン・ブタジエンゴム(SBR)、クロロプレンゴム(CR)等の合成ゴムラテックスやエチレン・酢酸ビニル共重合体(EVA)、ポリアクリル酸エステル(PAE)などの樹脂エマルジョン等が挙げられる。ポリマーの形態としては、再乳化粉末タイプや液体タイプなどがある。これらはモルタルと既存コンクリートとの付着性の向上、耐久性の向上のために使用される。 The cement composition of the present invention preferably further contains a polymer for cement. Polymers for cement (hereinafter referred to as polymers) include, but are not limited to, aqueous polymer dispersions, re-emulsified powder resins, water-soluble polymers, and liquid polymers. Aqueous polymer dispersions include synthetic rubber latex such as natural rubber latex, acrylic rubber, styrene-butadiene rubber (SBR), chloroprene rubber (CR), ethylene-vinyl acetate copolymer (EVA), and polyacrylate (PAE). ) and other resin emulsions. Forms of the polymer include re-emulsified powder type and liquid type. These are used to improve adhesion and durability between mortar and existing concrete.

ポリマーの使用量は、アルミン酸カルシウムとポゾランからなる結合材100部に対して、固形分換算で1~15部が好ましく、3~10部がより好ましい。1部以上であることで既存コンクリートなどとの高い付着性、耐久性の向上が期待できる。15部以下であることで、その効果の向上を期待しながら、経済性を維持できる。 The amount of the polymer to be used is preferably 1 to 15 parts, more preferably 3 to 10 parts in terms of solid content, per 100 parts of the binder composed of calcium aluminate and pozzolan. If it is 1 part or more, high adhesion to existing concrete and the like and improvement in durability can be expected. When the content is 15 parts or less, economic efficiency can be maintained while an improvement in the effect is expected.

ポリマーの混合方法は、特に限定されるものではないが、粉体の場合、予めセメントと混合、若しくは混練り時に他の材料と同時投入するか、水に懸濁または溶解することなどが挙げられ、液体の場合は、混練り時に他の材料と同時投入するか、水に混合して使用する方法などがある。 The method of mixing the polymer is not particularly limited, but in the case of powder, it may be mixed with cement in advance, mixed with other materials at the time of kneading, or suspended or dissolved in water. In the case of a liquid, there is a method of simultaneously adding it with other materials during kneading, or a method of mixing it with water and using it.

本発明のセメント組成物においては、骨材をさらに含有することが好ましい。
本発明で使用する骨材としては、通常のセメントモルタルやコンクリートに使用するものと同様の細骨材や粗骨材が使用可能である。即ち、川砂、川砂利、山砂、山砂利、砕石、砕砂、石灰石骨材、石灰砂、けい砂、色砂、人口骨材、高炉スラグ骨材、海砂、海砂利、人工軽量骨材、及び重量骨材等が使用可能であり、これらを組み合わせることも可能である。特に、流動性の保持効果が高く、練り混ぜ抵抗性が低い効果を目的とした用途では、シリカ質のけい砂や石灰石骨材や石灰砂の使用が好ましい。
The cement composition of the present invention preferably further contains aggregate.
As aggregates used in the present invention, fine aggregates and coarse aggregates similar to those used in ordinary cement mortar and concrete can be used. River sand, river gravel, mountain sand, mountain gravel, crushed stone, crushed sand, limestone aggregate, lime sand, silica sand, colored sand, artificial aggregate, blast furnace slag aggregate, sea sand, sea gravel, artificial lightweight aggregate, and heavy aggregates can be used, and a combination thereof is also possible. In particular, silica sand, limestone aggregate, and lime sand are preferably used in applications where the effect of maintaining fluidity is high and the effect of low kneading resistance is intended.

骨材の配合割合は、アルミン酸カルシウムとポゾランからなる結合材100部に対して、0部以上1000 部以下が好ましく、50部以上400部以下がより好ましい。0部以上であることで初期ひび割れ抵抗性、流動保持性を有することができる。1000部以下であることで優れた耐酸性と初期ひび割れ抵抗性、流動保持性を有することができる。 The blending ratio of the aggregate is preferably 0 to 1000 parts, more preferably 50 to 400 parts, per 100 parts of the binder composed of calcium aluminate and pozzolan. When it is 0 part or more, it is possible to have initial crack resistance and fluid retention. When the amount is 1000 parts or less, excellent acid resistance, initial crack resistance, and fluid retention can be obtained.

本発明のセメント組成物の粒度は、使用する目的・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、ブレーン比表面積で3000~8000cm/gが好ましく、4000~6000cm/gがより好ましい。3000cm/g以上とすることで強度発現性が十分に得られ、8000cm/g以下であることで良好な作業性を示すことができる。 The particle size of the cement composition of the present invention is not particularly limited because it depends on the purpose and application of use, but usually the Blaine specific surface area is preferably 3000 to 8000 cm 2 /g, more preferably 4000 to 6000 cm 2 /g. more preferred. When it is 3000 cm 2 /g or more, sufficient strength development is obtained, and when it is 8000 cm 2 /g or less, good workability can be exhibited.

本発明では、公知のセメントを併用しても良い。公知のセメントとしては、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、またはシリカを混合した各種混合セメント、また、白色セメント、微粉セメントや石灰石粉末等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1種または2種以上が併用可能である。 In the present invention, known cement may be used in combination. As well-known cements, various Portland cements such as normal, high early strength, ultra high early strength, low heat, and moderate heat, various mixed cements obtained by mixing these Portland cements with blast furnace slag, fly ash, or silica, and white cement , filler cement mixed with fine cement, limestone powder, etc., fine powder of slow-cooled blast furnace slag, waste-utilizing cement, so-called eco-cement, etc., and one or more of these can be used in combination.

本発明では、砂や砂利等の骨材の他に、石灰石微粉末、高炉徐冷スラグ微粉末などの混和材料、減水剤、AE減水剤、高性能減水剤、高性能AE減水剤、ガス発砲物質、消泡剤、増粘剤、防錆剤、防凍剤、収縮低減剤、凝結調整剤、繊維、ベントナイト等の粘土鉱物、並びに、ハイドロタルサイト等のアニオン交換体等のうちの1種または2種以上を、本発明の目的を実質的に阻害しない範囲で使用することが可能である。 In the present invention, in addition to aggregates such as sand and gravel, admixture materials such as fine powder of limestone and fine powder of slow-cooled blast furnace slag, water reducing agents, AE water reducing agents, high performance water reducing agents, high performance AE water reducing agents, and gas foaming substances, antifoaming agents, thickeners, rust inhibitors, antifreeze agents, shrinkage reducing agents, setting modifiers, fibers, clay minerals such as bentonite, and anion exchangers such as hydrotalcite, etc. or Two or more kinds can be used as long as the object of the present invention is not substantially impaired.

本発明において、各材料の混合方法は特に限定されるものではなく、それぞれの材料を施工時に混合しても良いし、予め一部を、あるいは全部を混合しておいても差し支えない。
混合装置としては、既存の如何なる装置も使用可能であり、例えば、傾胴ミキサ、オムニミキサ、ヘンシェルミキサ、V型ミキサ、及びナウタミキサ等の使用が可能である。
In the present invention, the method of mixing each material is not particularly limited, and each material may be mixed at the time of construction, or may be partially or wholly mixed in advance.
As a mixing device, any existing device can be used, for example, a tilting mixer, an omni mixer, a Henschel mixer, a V-type mixer, and a Nauta mixer can be used.

[補修方法、コンクリート構造物]
本発明に係る補修方法は、既述の本発明のセメント組成物を用いた補修方法である。
当該補修方法としては、例えば、コンクリートの劣化した箇所をはつり取った後、断面修復する工事が挙げられる。断面修復を行う劣化したコンクリ-トは様々で、大きな面積を修復するものもあれば、部分的な小さい面積を修復するものもあり、修復面積や、修復材を施工する量で補修工法が選定される。比較的大きな面積であれば、吹き付け工法あるいは、グラウト材を注入する場合が多い。また、壁面や部材厚がある場合は、型枠を組みグラウト材を注入する。一方、修復面積が小さい場合は、コテ塗りで行うこととなる。部分的な断面修復を行う場合、面積は小さいが、修復材の塗り厚が厚い場合が多く、何層にも分けて塗り重ねる方法が用いられる。いずれの工法にも本発明のセメント組成物は使用できるが、なかでも、コテ塗り工法が好適である。
[Repair method, concrete structure]
The repair method according to the present invention is a repair method using the above-described cement composition of the present invention.
As the repair method, for example, there is a construction of repairing the cross section after removing the deteriorated portion of the concrete. There are various types of degraded concrete for cross-section repair, some repair large areas, others repair partial small areas, and the repair method is selected according to the repair area and the amount of repair material applied. be done. If the area is relatively large, the spraying method or grouting material is often used. In addition, if there is a wall or member thickness, a formwork is assembled and grout material is injected. On the other hand, if the area to be repaired is small, it will be done with a trowel. When partially repairing a cross section, although the area is small, the coating thickness of the repairing material is often thick, and a method of applying multiple layers is used. Although the cement composition of the present invention can be used in any construction method, the trowel coating method is particularly suitable.

以上のような補修方法により、既述の本発明のセメント組成物を用いて補修したコンクリート構造物が得られる。 By the repair method as described above, a concrete structure repaired using the cement composition of the present invention is obtained.

以下、実施例で詳細に説明するが、これに限定されるものではない。 Examples will be described in detail below, but the present invention is not limited to these examples.

[実験例1]
(アルミン酸カルシウムの作製)
下記表1に示すCaO/Alモル比となるように炭酸カルシウムと酸化アルミニウムを混合し、さらに、溶融後のSO、ZrO、及びPが表1に示す割合となるように、SO原料(石膏)、ZrO原料(酸化ジルコニウム)、P原料(リン酸カルシウム)を添加し、1,500℃で焼成してクリンカを合成し、ボールミルを用いてブレーン比表面積で3,000cm/gに粉砕して、各種のアルミン酸カルシウムを作製した。
[Experimental example 1]
(Preparation of calcium aluminate)
Calcium carbonate and aluminum oxide are mixed so that the CaO/Al 2 O 3 molar ratio shown in Table 1 below is obtained, and SO 3 , ZrO 2 and P 2 O 5 after melting have the ratio shown in Table 1. SO3 raw material (gypsum), ZrO2 raw material (zirconium oxide), P2O5 raw material (calcium phosphate) are added , calcined at 1,500 ° C to synthesize clinker, and the Blaine specific surface area is measured using a ball mill. and pulverized to 3,000 cm 2 /g to prepare various calcium aluminates.

(セメント組成物の作製)
表1に示すアルミン酸カルシウムとポゾランの種類と量を表1に示すように配合し、セメント組成物を調合した。次いで、セメント組成物100質量部(アルミン酸カルシウムとポゾランからなる結合材100部)に対して細骨材を200質量部、減水剤を0.03質量部混和し、モルタルを調製し、流動保持性、耐酸性評価、ひび割れ促進試験の評価を行った。なお、比較のために、アルミン酸カルシウムの替わりに普通ポルトランドセメントを用いた場合についても同様に行った。結果を表1に併記する。
(Preparation of cement composition)
The types and amounts of calcium aluminate and pozzolan shown in Table 1 were blended as shown in Table 1 to prepare a cement composition. Next, 200 parts by mass of fine aggregate and 0.03 parts by mass of water reducing agent are mixed with 100 parts by mass of cement composition (100 parts by mass of binder consisting of calcium aluminate and pozzolan) to prepare mortar and maintain fluidity. Performance, acid resistance evaluation, and crack acceleration test were evaluated. For comparison, the same procedure was carried out using ordinary Portland cement instead of calcium aluminate. The results are also shown in Table 1.

<使用材料>
ポゾラン(A):高炉水砕スラグ微粉末、ブレーン比表面積6000cm/g、市販品
ポゾラン(B):フライアッシュ、ブレーン比表面積4300cm/g、市販品
ポゾラン(C):ポゾランAとポゾランBの等量混合物
ポゾラン(D):シリカフューム、BET比表面積で10m/g、市販品
普通ポルトランドセメント(OPCと略記):市販品
水:水道水
細骨材:珪砂N50号、日瓢礦業社製
減水剤:メラミンスルホン酸系粉末減水剤
<Materials used>
Pozzolan (A): ground granulated blast furnace slag, Blaine specific surface area 6000 cm 2 /g, commercially available product Pozzolan (B): fly ash, Blaine specific surface area 4300 cm 2 /g, commercial product Pozzolan (C): Pozzolan A and Pozzolan B Pozzolane (D): Silica fume, BET specific surface area of 10 m 2 /g, commercial product Ordinary Portland cement (abbreviated as OPC): Commercial product Water: Tap water Fine aggregate: Silica sand N50, manufactured by Nihon Gyogyo Water reducing agent: Melamine sulfonic acid powder water reducing agent

<試験方法>
・流動保持性:JIS R 5201に準じて測定し、練り混ぜ直後のフロー値から20分後のフロー値を引き、流動性保持効果を確認した。
流動性保持効果=練り混ぜ直後のフロー値-20分後のフロー値
・耐酸性評価:材齢28日まで20℃の水中養生を行った供試体を5%濃度の硫酸溶液に3ヶ月間浸漬し、供試体の外観の変化や質量減少から耐酸性を評価した。
評価基準は、×は外観の変化が著しく、かつ、質量変化率が±5%以上の場合、△は外観の変化が著しいか、あるいは、質量変化率が±5%以上のいずれか一方を満たす場合、○は外観の変化と質量変化ともに上記条件に該当しない場合とした。
・ひび割れ試験:横30cm×縦30cm×厚さ6cmのコンクリート平板に厚み1cmとなるように打設した。打設完了した試験体は、20℃、湿度60%の恒温恒湿室内にて送風機を用いて風速3m/秒の風をあてた状態で12時間後のひび割れ長さを測定した。
<Test method>
- Fluidity retention: Measured according to JIS R 5201, and the flow value after 20 minutes was subtracted from the flow value immediately after kneading to confirm the fluidity retention effect.
Fluidity retention effect = Flow value immediately after kneading - Flow value after 20 minutes ・Acid resistance evaluation: A specimen cured in water at 20 ° C until the material age of 28 days was immersed in a 5% concentration sulfuric acid solution for 3 months. Then, the acid resistance was evaluated from the change in appearance and weight loss of the specimen.
The evaluation criteria are: × if the appearance changes significantly and the mass change rate is ± 5% or more, and △ if the appearance changes significantly or the mass change rate is ± 5% or more. In the case of ◯, both the change in appearance and the change in mass did not meet the above conditions.
· Crack test: A concrete flat plate of 30 cm wide × 30 cm long × 6 cm thick was cast so as to have a thickness of 1 cm. The crack length was measured after 12 hours in a constant temperature and humidity room at 20° C. and 60% humidity with an air blower blowing the test piece with a wind speed of 3 m/sec.

Figure 2023049714000001
Figure 2023049714000001

表1から、本発明のセメント組成物は、優れた流動性保持効果、耐酸性と初期ひび割れ抵抗性に優れることが分かる。 From Table 1, it can be seen that the cement composition of the present invention is excellent in fluidity retention effect, acid resistance and initial crack resistance.

[実験例2]
実験例1のNo.1-3のアルミン酸カルシウム(1)60部とポゾラン(A)40部とを配合した結合材100部に対して、表2に示すようにポリマーを固形分換算で配合し、流動性保持、耐酸性評価に加え付着試験を実施し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。
[Experimental example 2]
Experimental Example 1 No. To 100 parts of the binder containing 60 parts of calcium aluminate (1) and 40 parts of pozzolan (A) of 1-3, a polymer was blended in terms of solid content as shown in Table 2 to maintain fluidity. The same procedure as in Example 1 was conducted except that an adhesion test was conducted in addition to the evaluation of acid resistance. The results are also shown in Table 2.

<使用材料>
ポリマー(A):市販のアクリルゴム(固形分45%)
ポリマー(B):市販のスチレン・ブタジエンゴム(固形分45%)
ポリマー(C):市販のポリアクリル酸エステル、再乳化粉末タイプ
<Materials used>
Polymer (A): commercial acrylic rubber (45% solids)
Polymer (B): commercially available styrene-butadiene rubber (45% solids)
Polymer (C): Commercially available polyacrylate, re-emulsified powder type

Figure 2023049714000002
Figure 2023049714000002

表2から、本発明のセメント組成物は、ポリマーを配合しても流動性保持効果は変わらず、付着強度が向上し、耐酸性に優れることが分かる。 From Table 2, it can be seen that the cement composition of the present invention does not change the fluidity retention effect even when the polymer is blended, the adhesive strength is improved, and the acid resistance is excellent.

[実験例3]
硫酸で腐食したコンクリートの下水道管の劣化部をはつり、本発明のセメント組成物(実験例2のNo.2-3のモルタル)を使用して、コテ塗りで補修した。補修後1年を経過したが特に異常は見られなかった。
本発明のセメント組成物及びそれを用いた補修方法により、コンクリート構造物の耐久性のある補修が可能であることが分かる。
[Experimental example 3]
The deteriorated portion of the concrete sewage pipe corroded by sulfuric acid was removed and repaired by troweling using the cement composition of the present invention (mortar of No. 2-3 in Experimental Example 2). One year passed after the repair, but no particular abnormality was observed.
It can be seen that the cement composition of the present invention and the repair method using the same enable durable repair of concrete structures.

本発明のセメント組成物及びそれを用いた補修方法は、優れた耐酸性と初期ひび割れ抵抗性、流動性保持を有するので、下水処理施設等の土木及び建築分野で幅広く適用することができる。 The cement composition and the repair method using the same of the present invention have excellent acid resistance, initial crack resistance, and fluidity retention, and therefore can be widely applied in the civil engineering and construction fields such as sewage treatment facilities.

Claims (7)

アルミン酸カルシウム及びポゾランを含有してなるセメント組成物であって、
前記アルミン酸カルシウムが化学成分としてSOとZrOとPを含有し、
前記アルミン酸カルシウム100質量部に対してSOとZrOとPの合計量が0.05質量%以上2.0質量%以下であり、
前記Pの含有量(P/(SO+ZrO+P))が10質量%以上45質量%以下である、セメント組成物。
A cement composition comprising calcium aluminate and pozzolan,
The calcium aluminate contains SO3 , ZrO2 and P2O5 as chemical components,
The total amount of SO 3 , ZrO 2 and P 2 O 5 is 0.05% by mass or more and 2.0% by mass or less with respect to 100 parts by mass of the calcium aluminate,
The cement composition, wherein the P 2 O 5 content (P 2 O 5 /(SO 3 +ZrO 2 +P 2 O 5 )) is 10% by mass or more and 45% by mass or less.
前記ポゾランが高炉水砕スラグ微粉末である請求項1に記載のセメント組成物。 2. The cement composition according to claim 1, wherein said pozzolan is ground granulated blast furnace slag. 前記アルミン酸カルシウムのCaO/Alモル比が、0.5以上2.0以下である請求項1又は2に記載のセメント組成物。 The cement composition according to claim 1 or 2, wherein the calcium aluminate has a CaO/ Al2O3 molar ratio of 0.5 or more and 2.0 or less. さらに、セメント用ポリマーを含有する請求項1~3のいずれか1項に記載のセメント組成物。 4. The cement composition according to any one of claims 1 to 3, further comprising a polymer for cement. さらに、骨材を含有する請求項1~4のいずれか1項に記載のセメント組成物。 5. The cement composition according to any one of claims 1 to 4, further comprising an aggregate. 請求項1~5のいずれか1項に記載されたセメント組成物を用いて補修したコンクリート構造物。 A concrete structure repaired using the cement composition according to any one of claims 1 to 5. 請求項1~5のいずれか1項に記載されたセメント組成物を用いた補修方法。


A repair method using the cement composition according to any one of claims 1 to 5.


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