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JP3289854B2 - セメント混和材及びセメント組成物 - Google Patents

セメント混和材及びセメント組成物

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JP3289854B2
JP3289854B2 JP24167093A JP24167093A JP3289854B2 JP 3289854 B2 JP3289854 B2 JP 3289854B2 JP 24167093 A JP24167093 A JP 24167093A JP 24167093 A JP24167093 A JP 24167093A JP 3289854 B2 JP3289854 B2 JP 3289854B2
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JP
Japan
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cement
weight
caso
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cao
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実 盛岡
泰之 二階堂
敏夫 三原
嘉久 松永
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Denka Co Ltd
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Denki Kagaku Kogyo KK
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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
定性や強度発現性が低下する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】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。
【0007】
【課題を解決するための手段】即ち、本発明は、CaO原
料とCaSO4原料を配合し、熱処理してなり、生成物中のC
aSO4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−トとを配
合してなるセメント混和材であり、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。
【0008】以下、本発明をさらに詳しく説明する。
【0009】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、生
成物中のCaSO4が、CaOとCaSO4の合計100重量部中10〜50
重量部である。
【0010】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、また、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、M
gO、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。
【0011】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
することが好ましく、20〜40重量部となるように配合す
ることがより好ましい。CaSO 4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。
【0012】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、原料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、1,100〜1,600℃程度が好ましい。
【0013】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。
【0014】本発明の膨張物質を製造する熱処理方法
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】本発明の膨張物質の粉末度は、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、8,000cm2/g
を越えると、膨張性が十分に発揮されない場合がある。
【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。
【0017】原料の溶融温度は、不純物によって変化す
るため、特に限定されるものではないが、通常、1,500
〜1,700℃が好ましい。
【0018】非晶質カルシウムアルミネ−ト中のCaO含
有量は、35〜45重量%が好ましく、38〜42重量%がより
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、45重量%を越えると、非晶質カルシウムア
ルミネ−トを用いたセメント混練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、通常、ブレーン値で1,
500〜6,000cm2/gが好ましい。1,500cm2/g未満では十分
な膨張性が得られない場合があり、6,000cm2/gを越える
と、作業性が悪化する場合がある。
【0019】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。
【0020】本発明のセメント混和材は、CaO100重量部
に対して、CaSO410〜50重量部である膨張物質と、非晶
質カルシウムアルミネ−トとを配合してなるものであ
り、特に混合セメントに対して効果的な膨張性を付与す
るものであって、膨張物質と非晶質カルシウムアルミネ
−トを併用することによって、組成物中の遊離のCaOが
混合セメント中の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。また、CaO原料とCaSO4原料の配合割合
や、膨張物質と非晶質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。
【0021】本発明のセメント混和材の粉末度は、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、8,000
cm2/gを越えると、膨張性が十分に発揮されない場合が
ある。本発明の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。
【0022】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、これ
らポルトランドセメントに、高炉スラグやフライアッシ
ュなどのポゾラン物質を混合した各種混合セメント、並
びに、アルミナセメント等が使用が可能である。特に、
混合セメントにおいてその特徴が顕著である。
【0023】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。
【0024】本発明のセメント混和材の混合セメントに
対する膨張性改良の理由は定かではないが、本発明の膨
張物質と非晶質カルシウムアルミネ−トとを共存させる
ことにより、膨張物質の水和反応と、マトリックスであ
るセメントの水和反応とのタイミングのずれを防止する
とともに、混合セメント中のポゾラン物質に消費される
カルシウムイオンを、非晶質カルシウムアルミネ−トが
補うものと推定される。
【0025】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、減水剤、高性能減水剤、
AE剤、AE減水剤、高性能AE減水剤、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。
【0026】本発明のセメント混和材は、その膨張物質
の原料であるCaO原料とCaSO4原料の混合割合と、膨張物
質と非晶質カルシウムアルミネ−トとの配合割合を調節
することにより、使用するセメントや、使用目的に合わ
せて膨張性状を調整することが可能である。
【0027】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。
【0028】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。
【0029】
【実施例】以下実施例により本発明を詳細に説明する。
【0030】実施例1 生成物中のCaOとCaSO4が表1に示す割合になるようにCa
O原料とCaSO4原料を配合し、1,200℃で2時間、電気炉
を用いて焼成し、CaSO4含有量の異なった各種の膨張物
質のクリンカーを得た。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。このクリンカーを、ブレーン値が3,000
±200cm2/gになるように粉砕し、膨張物質を調整した。
また、CaO原料と、Al2O3原料とを使用し、電気炉を用
い、1,650℃で溶融し、急冷し、非晶質カルシウムアル
ミネートクリンカーを合成した。得られた非晶質カルシ
ウムアルミネートクリンカーを粉砕し、非晶質カルシウ
ムアルミネート(A−CA)を調整した。調整した膨張物
質100重量部に対して、A−CAを50重量部配合してセ
メント混和材とし、セメント100重量部に対して、セメ
ント混和材7重量部配合し、水/セメント比=60%、セ
メント/砂比=1/2とし、20℃、湿度80%で気中養生
を行い、モルタルの膨張率を測定した。結果を表1に併
記する。
【0031】<使用材料> CaO原料 :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 A−CAイ:CaO含有量40重量%、ブレーン値3,740cm2/
g セメント:電気化学工業社製普通ポルトランドセメント 砂 :豊浦産標準砂 市販品A: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B:電気化学工業社製膨張材商品名「CAS#20」、ブ
レ−ン値2,950cm2/g 水 :水道水
【0032】<試験方法> 膨張量 :JIS A 6202 (B法)に準じた。
【0033】
【表1】
【0034】実施例2 CaOとCaSO4の合計100重量部中、CaSO4含有量30重量部の
膨張物質を用いて表2に示すようにA−CAの種類や量
を変化してセメント混和材としたこと以外は実施例1と
同様に行った。結果を表2に示す。
【0035】<使用材料> A−CAロ:CaO含有量35重量%、ブレーン値3,150cm2/
g A−CAハ:CaO含有量45重量%、ブレーン値3,090cm2/
g
【0036】
【表2】
【0037】実施例3 CaOとCaSO4の合計100重量部中、CaSO4含有量50重量部の
膨張物質を用いてセメント混和材とし、セメント100重
量部に対して、表3に示すようにセメント混和材量を変
化し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】
【表3】
【0039】実施例4 セメントとして高炉セメントB種を用いたこと以外は実
施例1と同様に行った。結果を表4に示す。
【0040】<使用材料> セメント:宇部興産社製高炉セメントB種
【0041】
【表4】
【0042】実施例5 セメントとして高炉セメントB種を用いたこと以外は実
施例2と同様に行った。結果を表5に示す。
【0043】
【表5】
【0044】実施例6 セメントとして高炉セメントB種を用いたこと以外は実
施例3と同様に行った。結果を表6に示す。
【0045】
【表6】
【0046】
【発明の効果】実施例から明らかなように、本発明のセ
メント混和材及びセメント組成物は、混合セメントに関
して、良好な膨張性を発現する。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭49−78731(JP,A) 特開 昭48−78228(JP,A) 特開 昭54−43935(JP,A) 特開 昭48−1024(JP,A) 特開 昭51−37121(JP,A) 特開 昭58−49651(JP,A) 特開 昭49−33924(JP,A) 特開 平7−232944(JP,A) 特公 昭50−13816(JP,B1) 特公 昭52−41285(JP,B1) 特公 昭48−9448(JP,B1) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C04B 22/06 - 22/16

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 CaO原料とCaSO4原料を配合し、熱処理し
    てなり、生成物中の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−トとを配合してなるセメント混和材。
  2. 【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。
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