JPH01226759A - 舗装用低収縮セメント - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は特に舗装用コンクリートに使用した場合、著し
い低収縮性と、加えて短期日での良好な強度発現性を示
すコンクリート舗装用低収縮セメントに関するもので、
一般車道、一般歩道、高速道、農道、空港、駐車場、工
場構内等のコンクリート舗装に使用される。

〔従来技術とその問題点〕

（１）アスファルト舗装 近年我国で普及の著しいアスファルト舗装は即時交通開
放が可能であること、施工能率が高い等の長所があるが
、たわみ性であるため下層の路盤が受持つ荷重負担が大
きく構造的に不安定であること、又高気温下の流動性及
び寒冷地でのスパイクタイヤやタイヤチェーン使用によ
るすりヘリによってわだち掘れやアスファルト粉塵の発
生が避けられない等の短所がある。

（２）従来のコンクリート舗装と使用されるセメント 前記アスファルト舗装に対し、コンクリート舗装はコン
クリート版自体の剛性によって荷重が分散され、路盤の
局所的負担が比較的小さくなるため構造的には安定して
いる。又わだち掘れに対する抵抗性も優れており長期間
の供用に適した舗装である。しかし施工後十分に強度が
発現するまで２〜４週間程度の養生期間を必要とするた
め早期の交通開放ができない等に加えて、乾燥収縮が原
因となってコンクリート版にひびわれを生じて美観を損
なうばかりでなく車の走行性を悪くしている。このひび
われの発生を軽減するため５〜１０ｍ位の間隔で収縮目
地を設けているが、その間隙に雨水が路盤まで浸透して
、ボンピング現象によって路盤の支持力が局所的に失わ
れる等の弊害が生じ易い。この問題に対しては目地をア
スファルト系材料等で充填する方法が採用されているが
施工上の煩雑さを伴う上に、目地そのものも車の乗り心
地を悪くしている。

一方、従来のコンクリート舗装用としては主にポルトラ
ンドセメント、高炉セメント及びフライアッシュセメン
トが使用されてきた。

ＪＩＳに規定されるポルトランドセメント及び混合セメ
ントの平均的乾燥収縮率は、セメント協会法（ＣＡＪＳ
　Ｈ−１１）によれば普通ポルトランドセメント１３〜
１５Ｘ１０−’、早強ポルトランドセメント１１〜１２
Ｘ１０−’、中庸熱ポルトランドセメント１１〜１３Ｘ
１０−’、８種高炉セメント１４〜１６ｘｌＯ−’、８
種フライアッシュセメント１２〜ｔ３ｘｉｏ−’、（以
上ＲＨ４４％、２０℃、１３週）と大きく、従来の道路
用セメントとしていずれも乾燥収縮きれつの発生を回避
することができない。

〔発明の目的〕

近年、従来の舗装用コンクリート配合よりも著しく水セ
メント比を減少した、所謂、スランプゼロのコンクリー
トを用いたローラ転圧コンクリート舗装が採用されはじ
めてきた。この工法によると、例えば施工後１〜７日程
度で道路を供用でき工事期間が著しく短縮できるように
なった。しかし、コンクリート舗装は本来露出面積が大
きいため、乾燥収縮を受は易い上に、この工法が転圧工
法という特殊性のため、施工時に収縮目地を設けること
ができないことからも、特に乾燥収縮が小さく、かつ短
期の強度発現性も良好なセメントが要求されており、そ
の早期開発が強く望まれている。この現状を鑑み、従来
になく低収縮性と短期での強度発現性に優れる舗装用セ
メントを供給することにより、良質で経済的なコンクリ
ート舗装を提供しようとするものである。

〔問題点を解決するための手段〕

そこで、本発明者らは、乾燥収縮が小さく、短期の強度
発現性にも優れたコンクリート舗装用セメントを開発す
るために鋭意研究を行った結果、セメント中の石こうの
４０重世％以上が無水硫酸カルシウム、即ち無水石こう
であり、かつセメント中のＳＯｌが３．０〜６．０重量
％であって、更に重要なことは、有機質系収縮低減剤を
同時に極めて少量である０、２〜１．０重量％を含有す
るセメントが好ましいことを見出した。

更に、本発明の詳細な説明すると、石こうとしては、例
えば、無水石こう単独又は無水石こう２水石こうや半水
石こうとの混合物が使用できるが、いずれにしても石こ
う中の無水石こうが４０重量％時以上存在することが必
要である。この無水石こうが４０重量％未満であると収
縮低減効果が小さくなり好ましくない。又、石こうの適
正添加量は、ポルトランドセメントの種類、高炉スラグ
又はフライアッシュの添加量によって異なるが、セメン
ト中の８０３基準で３．０〜６．０重量％である。

石こうの添加量がＳ０３基準で３．０重量％未満では期
待するほどの収縮低減効果かえられず、又、６．０重量
％を超えると遅れ異常膨張が生じたり強度が低下するた
め好ましくない。

本発明において使用される無水石こうは天然硬石こうあ
るいは化学工業副生品のいずれでもよく、セメント製造
時にタリン力−と同時粉砕しても、ブレーン比表面積２
５００〜９０００　ｃｍ／ｇの粉末をセメントに混合し
てもよい。又、予め、セメント製造時に添加する有機賞
収縮低減剤は市販されている低級アルコールアルキレン
オキシド付加物系（商品名テトラガード）、ポリエーテ
ル系（商品名ヒビタン）、あるいはグリコールエーテル
系（商品名ヒビガード）等のいずれでもよいが、高価で
ある上に、セメントに対して通常３〜５重量％の多量を
使用しないと効果的でないため、普及の障害となってい
る。本発明では、無水石こうと併用することにより、単
なる単独使用では、はとんど効果の認められない極めて
少量でもその効果を十分発現できるとこを見出した。

ペースクリンカーとしては、各種のポルトランドセメン
トクリンカ−が使用できる。

通常の場合、普通ポルトランドセメント（又はクリンカ
ー）に無水石こう単独又は無水石こうと２水石こうや半
水石こうとの混合物（以下石こう）を好ましくはＳＯ３
基準３．５〜６．０重量％になるように添加したものが
使用できるが、施工条件（特に温度、湿度等の気象条件
）によっては早強ポルトランドセメント（又はクリンカ
ー）又は中庸熱ポルトランドセメント（又はクリンカー
）に石こうを添加したセメントを使い分けることが望ま
しい。即ち、特に乾燥収縮の面からは好ましいのは、セ
メントＳ　Ｏｓ基準３．０〜４．０重世％なるように石
こうを添加した中庸熱ポルトランドセメント、乾燥収縮
に加え初期強度の面からは好ましくはセメントＳ０３基
準で３．５〜６．０重量％となるように石こうを添加し
た早強ポルトランドセメントをベースとする。

又、本発明にかかるセメントは、普通又は早強ボルトラ
ンドセメントクリンカ−使用時に高炉スラグ及びフライ
アッシュの添加も可能である。即ち、高炉スラグを添加
する場合、高炉スラグ量は５〜６０重量％、石こう添加
量はセメント中のＳ０３基準３．５〜６．０重量％とす
るのが好ましい。

又、フライアッシュを添加する場合、フライアッシュ量
は５〜３０重世％、石こう添加量はセメント中のＳ　０
３基準３．０〜５．０重量％とするのが好ましい。Ｓ　
Ｏ３量においてこの範囲を外れると乾燥収縮の低減効果
が小さくなるか遅れ異常膨張が生じ、又、高炉スラグと
フライアッシュ量においては、この上限範囲を外れると
初期強度の発現が遅くなるため好ましくない。

〔作用機構〕

本発明の特徴とするところは、セメントクリンカ−中の
Ｃ３Ａと水和反応して、その多くが初期材令でエトリン
ガイト（Ｃ３Ａ　・３ＣａＳＯｔ　・３２Ｈ２０）とし
て安定化するに足る量の石こうと極めて少量の有機質収
縮低減剤０．２〜１．０重量％を併用するところにある
。セメントの種類によりＣ，Ａ量は異なるので、各々に
適正な石こう添加量が存在する。

例えば現在、我国で製造されている中庸熱ポルトランド
セメントのＣｊ　Ａ量は約４重量％以下であるから、こ
れが全てエトリンガイトとしてセメント硬化体中に安定
化するに必要な無水石こう重量は約６重量％、即ちセメ
ントＳＯ３として約３．５重量％が適正値となる。

普通ポルトランドセメントと早強ポルトランドセメント
のＣ：ｌＡ量は７〜１０重量％と多いが、この場合化学
量論的に全がエトリンガイトとじて安定化するに必要と
計算される石こうを添加すると、施工後長期にわたり未
反応の石こうが残存して、徐々に大きい針状のエトリン
ガイトを生成するため、硬化体組織を破壊するほどの膨
張圧を発生してクラックの原因となる。従って研究を重
ねた結果、普通ポルトランドセメントと早強ポルトラン
ドセメントの場合適正ＳＯ３量としては３．５〜６．０
重量％とじた。高炉スラグ及びフライアッシュを添加し
た混合セメントについても適正ＳＣｈ量としてそれぞれ
３．５〜６．０重量％、３．０〜５．０重量％を得た。

ここで石こうとして無水石こうを使用した理由は、水へ
の溶解速度が他の石こうより遅いために粗大なエトリン
ガイトが生成し、径の大きい毛細管を形成し易い上にエ
トリンガイト自身が結晶水として多量の水を捕捉する性
質が乾燥収縮低減作用において有機賞収縮低減剤効果と
相乗する現象を利用したものである。

セメント硬化体の乾燥収縮には、幾つかの機構が提唱さ
れている。実用上重要な中高湿度域の収縮は、硬化セメ
ントペースト中の空隙において未反応状態で存在する凝
縮水の界面張力に起因した毛細管張力による変形と考え
られている。

毛細管張力（ｑ）は凝縮水の表面張力（γ）と毛細管両
端の水面における全曲率半径（ｒｌ　＋ｒｚ）の逆数の
和との積としてあられされる（０式）％式％） ここで全ての空隙の作用は個々の空隙作用の和であられ
されると仮定すると、硬化体の変形に及ぼす毛細管張力
による内部応力（σｃｐ）は残留する凝縮水分量（Ｗｅ
）と毛細管張力（ｑ）の積であられされる（■弐） σｃｐ＝Ｗｅ−ｑ　　・・・　■ したがって硬化体中に発生する内部応力、即ち乾燥収縮
応力（σｃｐ）を小さくするには、残留水分！（Ｗｅ）
と毛細管張力（ｑ）の双方を同時に低減できれば大きな
効果が期待でき、本発明はこれを可能としたものである
。

有機質収縮低減剤は、凝縮水の表面張力（Ｔ）を小さく
する作用により毛細管張力（ｑ）ひいては乾燥収縮応力
（σｃｐ）を小さくすると言われている。したがってそ
の効果は０式の凝縮水の表面張力（γ）のみに及ぶに過
ぎない。ここで、既述のようにセメントのＳＯ３を無水
石こうによって適度に増量することによって粗いエトリ
ンガイトが生成することにより水和組織に大きい径の毛
細管が形成し、■の全曲率半径（ｒ）が大きくなって毛
細管張力（ｑ）を下げさせる効果を有する。

更に無水石こうの添加は、０式の残留水分量（−ｅ）を
少なくせしめる効果と、その結果凝縮水中の収縮低減剤
濃度が高められることにより表面張力（Ｔ）ひいては毛
細管張力（ｑ）を下げ、乾燥収縮応力（σｃｐ）を−層
小さくする方向に働く。

その理由はエトリンガイトは非常に多くの結晶水を保有
するためその生成は残留凝縮水を消化する方向に作用し
、又その結晶水中に有機質収縮低減剤をとり込まないこ
とによる。

以上のようにセメントｕ成物として無水石こうを使用し
、セメントの種類により含有量の異なるＣ）Ａと水和反
応して適量のエトリンガイトを硬化体中に安定生成する
に足る量のセメントＳ０３を確保し、更に有機質収縮低
減剤を、通常の単独使用ではほとんど効果の認められな
いほどの少量だけ併用することにより乾燥収縮が従来の
セメントに比し約４０〜８０％と極めて小さく、早期の
強度発現性も良好な舗装用低収縮セメントを提供するこ
とができる。

〔実施例〕

次に、実施例により、本発明をさらに詳細に説明する。

普通ポルトランドセメントクリンカー、中庸熱ポルトラ
ンドセメントクリンカー、早強ポルトランドセメントク
リンカ−１２水石こう　（Ｓｏ。

４５．１％）、■型態水石こう（Ｓｏ、５７．８％）、
フライアッシュ、高炉スラグ、有機質収縮低減剤（アル
キレンオキシド系、商品名　テトラガードＡＳ２０）を
所定量混合し、第１表に示したセメントを調製した。

（１）実施例１〜７、比較例１〜７ ＣＡＪＳ　Ｈ−１１−１９８１＜セメント協会標準試験
方法）に準拠し、モルタル供試体の乾燥収縮率を測定し
た。この場合、■成型後２４時間で脱型し、直ちに基長
を測定し、以後２０℃、Ｒ，）１．６０％の恒温恒温室
で養生し、及び■成型後２４時間で脱型したのち２０℃
の水中で６日間養生後基長を測定し、以後２０℃、Ｒ，
８，６０％の恒温恒温室で養生の二つの方法により乾燥
収縮試験を行った。これらの結果を第２表に示す。

（２）　　実施例８〜１４、比較例８〜１１ＡＳＴＭ　
Ｃ１０９−８６に準拠し、モルタル供試体の乾燥収縮率
を測定した。この場合、■成型後２４時間で脱型し、直
ちに基長を測定し、以後２０℃、Ｒ，８，６０％の恒温
恒温室で養生し、及び■成型後２４時間で脱型したのち
２０℃の水中で６日間養生後基長を測定し、以後２０℃
、Ｒ，＋＋、　６０％の恒温恒温室で養生の二つの方法
により乾燥収縮試験を行った。これらの結果を第２表に
示す。

（３）実施例１５〜２１ ０−ラ転圧コンクリート配合として、単位セメント［２
６５ｋｇ／　ｎ（、単位水１７９ｋｇ／ｎ？、細骨材率
４７．２％、ＡＥ減水剤（ＣＸ０．２５％）のコンクリ
ートを混練したのち、型枠（圧縮強度試験用φ１０１０
Ｘ２０、乾燥収縮試験用１０Ｘ１０Ｘｌ０Ｘ４０に入れ
、電動ハンマで締固めを行った。

圧縮強度用供試体は、成型１日後脱型し標準養生を行っ
た。又、乾燥収縮試験用供試体は、成型後１日で脱型・
基長し、以後２０℃、Ｒ，８，６０％の恒温恒温室で養
生し、乾燥収縮率を測定した。乾燥収縮試験結果および
圧縮強度試験結果を第３表に示す。

［発明の効果］ 以上の実施例かられかるように、本発明によれば、セメ
ント組成物として無水石こうを使用し、セメントの種類
により含有量の異なるＣ３Ａと水和反応して適量のエト
リンガイドを硬化体中に安定生成するに足る量のセメン
トＳＯ３を確保し、更に通常の単独使用では殆んど効果
の認められないほどの少量だけ有機質収縮低減剤を併用
することにより乾燥収縮が従来のセメントに比し約４０
〜８０％と極めて小さく、ローラ転圧舗装用コンクリー
ト配合では、理論的に収縮ひびわれを生じないとされて
いる乾燥収縮率４Ｘ１０−’以下を達成でき、早期の強
度発現性も良好な舗装用低収縮セメントを従供すること
ができる。

その結果、本発明のセメントで道路等を施工した場合、
乾燥収縮が著しく小さいのでスパンの大きいコンクリー
ト版にすることが可能となり、目地はほとんど不要とな
る。よって車輌の走行性は良好になり、交通騒音源も減
り、ボンピング現象も減少し、そのうえ強度発現も早い
ため、交通開放が打設後数日内にも可能となる等本発明
によるメリットは多い。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）水硬性セメント中の石こうの４０重量％以上が無
   水石こうであり、かつセメント中のＳＯ＿３が３．０〜
   ６．０重量％及び有機質系収縮低減剤が０．２〜１．０
   重量％であることを特徴とする舗装用低収縮セメント。
2. （２）水硬性セメントが普通、早強又は中庸熱ポルトラ
   ンドセメントクリンカー及び石こうからなる請求項（１
   ）記載の舗装用低収縮セメント。
3. （３）水硬性セメントが普通又は早強ポルトランドセメ
   ントクリンカー、高炉スラグ及び石こうからなり、高炉
   スラグが５〜６０重量％、かつセメント中のＳＯ＿３が
   ３．５〜６．０重量％である請求項（１）記載の舗装用
   低収縮セメント。
4. （４）水硬性セメントが普通又は早強ポルトランドセメ
   ントクリンカー、フライアッシュ及び石こうからなり、
   フライアッシュが５〜３０重量％、かつセメント中のＳ
   Ｏ＿３が３．０〜５．０重量％である請求項（１）記載
   の舗装用低収縮セメント。