JP3579559B2 - 炭酸化セメント、セメント硬化体及びその製法 - Google Patents
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Description
【発明が属する技術分野】
本発明は、主として土木・建築分野において使用され、高強度、特に高曲げ強度が得られる炭酸化建材用セメント、セメント硬化体及びその製法に関する。
【0002】
【従来の技術】
セメントペースト、モルタル或いはコンクリート等を硬化したセメント硬化体は、圧縮強度に比べて曲げ強度が小さいという課題があった。特に建材として使用される大型の板材は、横持ちに耐えるためにはかなりの曲げ強度を必要とし、運搬や施工中に端部や角部が欠けないための強度を必要する。
従来、例えばカーテンウォールやコンクリート製埋設型枠などの曲げ強度が要求されるセメント硬化体を製造するためには、蒸気養生やオートクレーブ養生などの加温養生を行ったり、水/セメント比を著しく低減して硬化させるといった方法を用いてセメントの硬化体の高強度化を図っていた。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、加温養生を行う方法はセメントにマイクロクラックが入り易く、大きな圧縮強度が得られる場合であっても、曲げ強度の向上は顕著でないという課題があった。
また、水/セメント比を低減する方法、具体的には、水/セメント比を35%以下にする方法では作業性が悪く、型枠への充填性が乏しく実用的でなく、また得られたセメント硬化体の比重も大きく、運搬や取扱いに労力を要し実用性に問題があった。
【0004】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記課題を解決することを目的とし、その構成は、ビーライト(γ型を除く、以下、単にビーライトと記載したものは全てγ型ビーライトを除くビーライトとする)を38重量%以上含有してなる炭酸化建材用セメントであり、該セメントを配合したセメント混練物を成形し、少なくとも脱型可能な硬さに達した後、炭酸化したセメント硬化体であり、水/セメント比が40%以上で混練し、該セメントを配合したセメント混練物を成形し、少なくとも脱型可能な硬さに達した後、炭酸ガス濃度1%以上の雰囲気下で炭酸化するセメント硬化体の製法である。
【0005】
本発明は、ビーライト含有率の高いセメント硬化体が、高炭酸ガス濃度の雰囲気下においた場合に炭酸ガスの浸透性に優れ、炭酸化により高強度の硬化体、特に曲げ強度の高い硬化体が得られる事実を見出して完成したものである。
本発明によれば、ビーライト含有率の高いセメントを、比較的高い水/セメント比で混練し、作業性のよい状態で成形し、少なくとも脱型できる程度の硬さに達した後、炭酸化を行うことにより高強度の硬化体が得られる。
【0006】
【発明の実施の形態】
本発明におけるビーライトとはポルトランドセメントの主要鉱物成分の一つであり、2CaO・SiO2 (C2 S)として表現されるものであり、α型、α’型及びβ型などの結晶型があるが、そのいずれも使用可能である。
更に、2CaO・SiO2 の他に、Al2 O3 、Fe2 O3 、MgO、Na2 O、K2 O、TiO2 、MnO、ZnO、CuO等の酸化物が不純物として固溶している場合があるが、このような他の鉱物と固溶したビーライトも本発明のビーライトに包含する。
本発明のセメントはビーライト含有量が38〜60重量%、好ましくは45〜55重量%である。38重量%未満では炭酸化が困難で著しい強度増強が期待できず、60重量%を越えると炭酸化は可能であるが、炭酸化しても充分な強度が得られない場合がある。
【0007】
このようなセメントとしては、例えば、市販のビーライトセメントや各種セメントにビーライトセメントを混合したセメント等が挙げられる。
各種セメントとしては、普通セメント、早強セメント、超早強セメント等の各種ポルトランドセメントが挙げられる。またこれらのポルトランドセメントに、高炉スラグ、フライアッシュ或いはシリカを配合した各種混合セメント、中庸熱セメント等が挙げられる。
【0008】
通常のポルトランドセメントには、ビーライトのほかにエーライト:3CaO・SiO2 (C3 S)、アルミネート:3CaO・Al2 O3 (C3 A)、フェライト:4CaO・Al2 O3 ・Fe2 O3 (C4 AF)等のセメント鉱物が含まれている。本発明のセメントとしては、これらの含有量を特に限定しないが、通常はエーライトが40重量%以下であり、アルミネートとフェライトは10重量%以下である。
また、セメントにはSO3 量換算で1〜5重量%程度の石こう類が添加されている。
【0009】
セメントの粒度は特に限定されるものではないが、ブレーン値で2000〜8000cm2 /gであり、3000〜6000cm2 /gが好ましい。2000cm2 /g未満では充分な強度発現性が得られず、8000cm2 /gを越えるように粉砕することはコスト高になるので好ましくない。
【0010】
セメントに砂や砂利等の骨材、目的に応じて各種の添加剤を配合し、混練して所定の形状に成形する。この際の水/セメント比は40〜60%、好ましくは45〜55%である。40%未満では本発明の効果が得られず、60%を越えると深くまで炭酸化されても炭酸化が強度の増大につながらない場合がある。
養生方法は特に限定されないが、通常の常温養生の他に蒸気養生等の加温養生等も可能であり、炭酸化と同時に行うこともできる。
養生期間は水/セメント比、セメント中のビーライトの含有量、硬化体用混練物の配合比、養生条件などにより異なるが、加温養生の場合は2〜24時間程度であり、常温養生の場合は3〜28日程度である。
【0011】
本発明においては、セメント硬化体を炭酸化することが必要である。
セメント硬化体の炭酸化とは、(1)式に示すように、セメントの水和反応により生成した水酸化カルシウム:Ca(OH)2 と、浸透してきた炭酸ガス:CO2 とが反応して炭酸カルシウム:CaCO3 と水になる反応である。この時、セメント硬化体が高アルカリ性から中性側に移行するので、硬化体の切断面にフェノールフタレイン水溶液を噴霧して呈色状況を観察することにより容易に炭酸化を確認することができる。
Ca(OH)2 + CO2 → CaCO3 + H2 O …… (1)
【0012】
炭酸化条件は、空気中より炭酸ガス濃度が高い雰囲気中、例えば、炭酸ガス濃度1〜30%、好ましくは5〜10%の雰囲気中で養生する。また、炭酸ガスの高圧容器中で炭酸化することが生産性向上の面から有効である。
炭酸化の程度は、セメント硬化体の全体にわたって炭酸化されている必要はなく、例えば、セメント硬化体の表面から2〜3mm炭酸化されていれば、本発明の効果、すなわち曲げ強度の著しい向上が認められる。セメント硬化体の全体にわたって炭酸化された場合は一層この効果が顕著になる。一般には、炭酸化は無筋のセメント硬化体に施すことが効果的である。
【0013】
炭酸化にあたり、加温養生することが生産性向上の面から好ましい。蒸気養生やオートクレーブ養生等により30〜180℃、好ましくは40〜160℃に加温する。30℃未満では生産性が不十分であり、180℃を越えると温度応力によりマイクロクラックが多く入り、耐久力が悪化する場合がある。
炭酸化時の養生期間は、一般には、温度が同一ならセメント硬化時の養生期間とほぼ同程度である。
本発明の硬化体は、カーテンウォールやコンクリート製埋設型枠、ALC等のコンクリート二次製品に好ましく使用される。特に、一辺の長さが90cm以上、好ましくは90cm×180cm以上の板状製品において、横持ち運搬や取付け等の取扱いに際して端部や角部が欠けたり、不十分な強度、特に曲げ強度に起因するトラブルを解消することができる。
【0014】
【実施例】
以下の実施例及び比較例に用いた材料は次の通りである。
セメントA:電気化学工業社製普通ポルトランドセメント、(ビーライト含有量27重量%)
セメントB:セメントA69重量部とセメントE31重量部の混合品、(ビーライト含有量35重量%)
セメントC:セメントA/セメントEの等量混合品、(ビーライト含有量40重量%)
セメントD:セメントE75重量部と高炉スラグ25重量部の混合品、(ビーライト含有量40重量%)
セメントE:秩父小野田社製ビーライトセメント、(ビーライト含有量53重量%)
セメントF:電気化学工業社製ビーライトセメント、(ビーライト含有量60重量%)
高炉スラグ:第一セメント社製
砂 :ISO 679に準拠
水 :水道水
【0015】
以下の実施例及び比較例に用いた測定方法は次の通りである。
1.中性化深さ:供試体表面を垂直に割裂したモルタル断面に、フェノールフタレインの1%水溶液を塗布し、赤色に呈色しなかった部分の表面からの深さを測定した。4点の平均値をとった。
2.曲げ強度 :4×4×16cmの供試体を作製し、JIS A 1106に準じて測定した。
【0016】
実施例1
ビーライト40重量%以上を含有するセメントを用い、水/セメント比50%、セメント/砂比が1/2のモルタルを調整し、20℃、相対湿度80%の試験室内で8時間養生を行った後、昇温速度15℃/時間、最高温度50℃、保持時間4時間の条件で蒸気養生を施し、材令24時間で脱型して供試体を作製した。
この供試体を、炭酸ガス濃度5%、温度40℃、相対湿度60%の環境で材令7日まで養生する促進炭酸化養生を行い、中性化深さと曲げ強度を測定し、その結果を表1に記載した。
比較例として、促進炭酸化養生に代えて、20℃の水中で材令7日まで養生する水中養生を行った。また、促進炭酸化養生を行っても、使用したセメントのビーライト含有量が35重量%以下の場合も比較例とした。これらの結果を表1に併記した。
【0017】
【表1】
【0018】
実施例2
セメントEを使用し、表2に示す水/セメント比で調製したモルタルを使用して促進炭酸化養生を行った以外は実施例1と同様に養生し、試験を行った。その結果を表2に記載した。
【0019】
【表2】
【0020】
実施例3
セメントEを使用し、表3に示す期間炭酸化養生を行った以外は実施例1と同様にして硬化体を得た。実施例1と同様の試験を行い、その結果を表3に併記した。
【0021】
【表3】
【0022】
【発明の効果】
本発明の炭酸化建材用セメントを使用して得られたセメント硬化体は、既存のコンクリート二次製品の生産工程に炭酸化工程を加えることで、圧縮強度は勿論のこと特に曲げ強度が高い二次製品を得ることができる。本発明に係る製品は搬送時や施工時に角が欠けることがなく、カーテンウォールやコンクリート製埋設型枠、更にはALC等のコンクリート二次製品に好適である。
Claims (4)
- ビーライト(γ型を除く)を38重量%以上含有してなる炭酸化建材用セメント。
- セメントとして、ビーライト(γ型を除く)を38重量%以上含有してなる炭酸化建材用セメントを使用した混練物を成形し、少なくとも脱型可能な硬さに達した後、炭酸化したセメント硬化体。
- セメントとして、ビーライト(γ型を除く)を38重量%以上含有してなる炭酸化建材用セメントを使用した混練物を成形し、少なくとも脱型可能な硬さに達した後、炭酸ガス1%以上の雰囲気下で炭酸化することを特徴とするセメント硬化体の製法。
- セメントを硬化する際の、水/セメント比が40%以上であることを特徴とする請求項3記載のセメント硬化体の製法。
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