JP2000281408A - 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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JP2000281408A
JP2000281408A JP8913499A JP8913499A JP2000281408A JP 2000281408 A JP2000281408 A JP 2000281408A JP 8913499 A JP8913499 A JP 8913499A JP 8913499 A JP8913499 A JP 8913499A JP 2000281408 A JP2000281408 A JP 2000281408A
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Kenji Suzuki
研志 鈴木
Etsuro Sakai
悦郎 坂井
Seiki Daimon
正機 大門
Minoru Morioka
実 盛岡
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Denki Kagaku Kogyo KK
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    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B40/00Processes, in general, for influencing or modifying the properties of mortars, concrete or artificial stone compositions, e.g. their setting or hardening ability
    • C04B40/0028Aspects relating to the mixing step of the mortar preparation
    • C04B40/0039Premixtures of ingredients
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2103/00Function or property of ingredients for mortars, concrete or artificial stone
    • C04B2103/0004Compounds chosen for the nature of their cations
    • C04B2103/0006Alkali metal or inorganic ammonium compounds
    • C04B2103/0008Li

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  • Structural Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Curing Cements, Concrete, And Artificial Stone (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 優れた注入性、材料分離抵抗性及び強度発現
性を有するセメント混和材及びセメント組成物を提供す
ること。 【解決手段】 Li2O含有量0.1〜1重量%未満、CaO/Al2
O3モル比1.5〜2.0のカルシウムアルミネート及び無機硫
酸塩を含有してなる、最大粒径が40μm以下のセメント
混和材であり、更に最大粒径が40μm以下のセメントと
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】土木・建築分野において、止水や地盤安
定化を目的として、土壌の土粒子の間隙、土層の層境、
又は岩盤の亀裂箇所等に、注入材が広く使用されてい
る。しかしながら、通常、使用されている注入材は、水
/セメント比が大きいため、材料分離を生じ易く、凝結
・硬化が著しく遅延し、強度発現性に乏しいものであっ
た。これらの課題に対応するために、急硬性の注入材が
開発されている。本発明者らは、先に急硬性の注入材と
して、Li2O含有量1〜15重量%のCaO−Al 2O3−Li2O系物
質、無機硫酸塩、及び凝結調整剤を含有してなる、最大
粒径40μm以下のセメント混和材を提案した(特開平8-
310846号公報)。このセメント混和材を用いた注入材
は、材料分離抵抗性や強度発現性に優れるものであっ
た。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、原料で
あるLi2Oは、工業用原料としては高価なものであり、一
般に普及し難いものであった。そこで、本発明者らは上
記の課題を解決すべく、鋭意検討を重ねた結果、1重量
%未満のLi2Oを含有した、特定の組成範囲のカルシウム
アルミネートを用いたセメント混和材を使用することに
より、優れた注入性、材料分離抵抗性及び強度発現性を
有するセメント組成物とすることができる、との知見を
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、本発明は、Li2O含
有量0.1〜1重量%未満、CaO/Al2O3モル比1.5〜2.0のカ
ルシウムアルミネート及び無機硫酸塩を含有してなる、
最大粒径が40μm以下のセメント混和材であり、更に、
最大粒径が40μm以下の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。
【0005】
【発明の実施の形態】以下、本発明を更に詳しく説明す
る。
【0006】本発明のセメント混和材に使用される、カ
ルシウムアルミネートは、Li2O含有量が0.1〜1重量%未
満であり、Li2O含有量が0.25〜0.9重量%がより好まし
い。又、カルシウムアルミネート中のCaOとAl2O3の割合
は、CaO/Al2O3モル比(以下、C/Aモル比という)で1.5
〜2.0の範囲である。カルシウムアルミネートの組成が
前記の範囲にないと、本発明の効果である、優れた材料
分離抵抗性と強度発現性が得られない。
【0007】本発明のカルシウムアルミネートとは、結
晶質又は非晶質の何れでもよく、CaO原料、Al2O3原料及
びLi2O原料等の混合物を熱処理して得られる。原料とし
ては、特に限定されるものではないが、例えば、CaO原
料に消石灰や石灰石粉末等、Al2O3原料にボーキサイト
やアルミ残灰等、及びLi2O原料にLi2CO3やLiOH等のリチ
ウム塩が、それぞれ使用される。熱処理の方法は、特に
限定されるものではないが、例えば、ロータリーキルン
や電気炉等を使用する方法がある。その熱処理条件(温
度、時間)は、材料組成により異なるが、通常、熱処理
温度は、1500〜1800℃程度である。熱処理物の冷却は、
水や高圧空気等による急冷法や、自然放冷による徐冷法
等何れの方法でもよい。又、他の成分或いは不純物とし
て、例えば、Na2O、K2O、MgO、TiO2、Fe2O3、B2O3、SiO
2、P2O5、SO3及びF2等の成分の混入が予想されるが、こ
れらは焼成物又は溶融物の融点を下げたり、活性を高め
たりする効果があり、好ましい面もあるため、本発明の
効果を実質的に阻害しない範囲であれば、問題にならな
い。
【0008】カルシウムアルミネートの粒度は、最大粒
径が40μm以下であり、20μm以下がより好ましく、10
μm以下であれば更に好ましい。カルシウムアルミネー
トの最大粒径が40μmを超えると本発明の効果である、
良好な注入性や材料分離抵抗性が得られない。又、比表
面積は、通常、ブレーン比表面積値で3000〜9000cm2/g
程度の範囲にあり、4000〜7000cm2/g程度が好ましい。3
000cm2/g未満では良好な注入性や材料分離抵抗性が得ら
れない場合があり、9000cm2/gを超えても更なる効果の
向上は期待できない。
【0009】カルシウムアルミネートの配合量は、特に
限定されるものではないが、セメント混和材100重量部
中、30〜90重量部が好ましく、40〜70重量部がより好ま
しい。30重量部未満では十分な急硬性や耐久性が得られ
ない場合があり、90重量部を超えると十分な可使時間や
強度発現性が得られない場合がある。
【0010】本発明の無機硫酸塩とは、セッコウ類、硫
酸アルミニウム、硫酸ナトリウム等のアルカリ金属硫酸
塩、亜硫酸アルカリ金属塩及び重亜硫酸アルカリ金属塩
等を総称するものであり、特に限定されるものではない
が、セッコウ類や硫酸アルミニウムを使用することが、
本発明の効果が大であることや経済性の面から好まし
い。セッコウ類とは、無水セッコウ、半水セッコウ及び
二水セッコウを総称するものであり、特に限定されるも
のではないが、無水セッコウを使用することが本発明の
効果が最も大きいことから好ましい。無水セッコウは、
例えば、天然に産出する天然無水セッコウの他、半水セ
ッコウや二水セッコウを熱処理して脱水したものや、工
業副産物として発生するもの等の使用が可能である。硫
酸アルミニウムは、無水塩及び含水塩が存在するが、経
済性の面から含水塩の使用が好ましい。硫酸アルミニウ
ムの含水塩は、20モル以下の範囲で結晶水を有している
が、如何なるものも使用可能である。
【0011】無機硫酸塩の粒度は、最大粒径が40μm以
下であり、20μm以下がより好ましく、10μm以下が更
に好ましい。最大粒径が40μmを超えると本発明の効果
である、良好な注入性や材料分離抵抗性が得られない。
又、比表面積は、通常、ブレーン比表面積値で3000〜90
00cm2/g程度の範囲にあり、4000〜7000cm2/g程度が好ま
しい。3000cm2/g未満では良好な注入性や材料分離抵抗
性が得られない場合があり、9000cm2/gを超えても更な
る効果の向上は期待できない。
【0012】無機硫酸塩の配合量は、特に限定されるも
のではないが、セメント混和材100重量部中、10〜70重
量部が好ましく、30〜60重量部がより好ましい。10重量
部未満では十分な強度発現性が得られない場合があり、
70重量部を超えると長期の耐久性が悪化する場合があ
る。
【0013】本発明のセメント混和材の粒度は、最大粒
径が40μm以下であり、20μm以下がより好ましく、10
μm以下が更に好ましい。セメント混和材の最大粒径
が、40μmを超えると本発明の効果である、良好な注入
性や材料分離抵抗性が得られない。又、比表面積は、通
常、ブレーン比表面積値で3000〜9000cm2/g程度の範囲
にあり、4000〜7000cm2/g程度が好ましい。3000cm2/g未
満では良好な注入性や材料分離抵抗性が得られない場合
があり、9000cm2/gを超えても更なる効果の向上は期待
できない。
【0014】本発明のセメント混和材の配合量は、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
を含有してなるセメント組成物100重量部中、10〜50重
量部が好ましく、20〜30重量部がより好ましい。10重量
部未満では強度発現効果が十分でなく、50重量部を超え
て使用しても更なる効果の向上は期待できない。
【0015】本発明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
と、これらポルトランドセメントに、シリカ、フライア
ッシュ及び高炉スラグ等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可能で
あり、これらセメントを粉砕し、その最大粒径を40μm
以下にしたものである。
【0016】本発明のセメント混和材及びセメント組成
物の製造時に使用する混合装置としては、既存の如何な
る攪拌装置も使用可能であり、例えば、傾胴ミキサー、
オムニミキサー、V型ミキサー、ヘンシェルミキサー及
びナウターミキサー等がある。又、混合方法としては、
それぞれの材料を施工時に別々に混合してもよいし、予
めその一部又は全部を混合しておいても差し支えない。
【0017】水の配合量は、特に限定されるものではな
いが、水/セメント組成物比50〜500%の範囲が好まし
く、100〜400%がより好ましい。50%未満では十分な注
入性が得られない場合があり、500%を超えると十分な
強度発現性が得られない場合がある。
【0018】本発明では、必要に応じて凝結遅延剤を併
用することが可能である。凝結遅延剤としては、例え
ば、クエン酸、酒石酸、グルコン酸、及びリンゴ酸等の
有機酸又はそれらの塩、りん酸又はその塩、アルカリ金
属炭酸塩、並びに、ホウ酸等が挙げられ、特に限定され
るものではないが、有機酸又はそれらの塩と、アルカリ
金属炭酸塩とを併用すると、強度発現性が良好となり好
ましい。凝結遅延剤の配合量は、使用する目的・用途に
依存するが、通常、セメント混和材100重量部に対し
て、0.5〜10重量部がより好ましい。0.5重量部未満では
十分な可使時間が得られない場合があり、10重量部を超
えて使用すると強度発現が低下する場合がある。
【0019】本発明のセメント混和材及びセメント組成
物に、砂や砂利等の骨材の他、補強繊維材、セメント膨
張材、減水剤、高性能減水剤、高性能AE減水剤、増粘
剤、防錆剤や防凍剤、水酸化ナトリウム等の可溶性アル
カリ塩、酸化カルシウムや水酸化カルシウム等のカルシ
ウム化合物、ベントナイトやモンモリロナイト等の粘土
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。
【0020】
【実施例】以下、実施例により本発明を詳細に説明す
る。
【0021】実施例1 CaO原料、Al2O3原料及びアルカリ金属酸化物(以下、R2
Oという)原料を所定の配合比で混合したものを、電気
炉で1600℃、30分間溶融した後、その溶融物を急冷して
得られたクリンカ−を振動式ボールミルで粉砕し、最大
粒径40μm、ブレーン比表面積値6500±200cm2/gに調製
し、表1に示す各種のカルシウムアルミネートとした。
カルシウムアルミネートの組成は、化学分析により測定
した。
【0022】このカルシウムアルミネート50重量部と無
機硫酸塩a50重量部とを配合し、最大粒径40μm、ブレ
ーン比表面積値6500±200cm2/gのセメント混和材とし、
最大粒径40μmに粉砕したセメントと混合してセメント
組成物を調製した。セメント組成物100重量部中、セメ
ント混和材を25重量部、凝結調整剤を0.5重量部配合
し、水/セメント組成物比300%としたものを、モルタ
ルミキサーで60秒間混練し、セメントペーストを調製し
た。このセメントペーストについて、20℃における圧縮
強度の測定及び材料分離抵抗性を評価するため、分離水
率の測定を行った。その結果を表1に示す。尚、比較の
ため、Li2O以外のアルカリ金属酸化物を含むものについ
て、同様の試験を行った。 <使用材料> CaO原料:試薬1級炭酸カルシウム Al2O3原料:試薬1級酸化アルミニウム R2O(A)原料:試薬1級炭酸リチウム R2O(B)原料:試薬1級炭酸ナトリウム R2O(C)原料:試薬1級炭酸カリウム セメント:電気化学工業社製普通ポルトランドセメント
を振動式ボールミルで最大粒径40μmに粉砕したもの。 無機硫酸塩a:天然無水セッコウ、最大粒径40μm 凝結遅延剤:炭酸カリウム75重量部とクエン酸25重量部
の混合物 水:水道水 <測定方法> 粒子径:レーザー回折式粒度分布測定装置 分離水率:ポリエチレン製のφ5cmの袋に、高さ15c
mまでセメントペーストを入れ、24時間後に分離した浮
き水の高さを測定し、(浮き水の高さ/15)×100から
分離水率(%)を算出した。 圧縮強度:JIS A 1108に準じて測定した。
【0023】
【表1】
【0024】本発明のセメント混和材を配合したセメン
ト組成物は、良好な材料分離抵抗性と圧縮強度発現性を
示した。一方、Li2Oを含有していない比較例(実験No.1
-1)、Li2Oの含有量が多い比較例(実験No.1-7)、Na2O
やK2Oを含有した比較例(実験No.1-8,1-9)、及びC/Aモ
ル比が2.2のカルシウムアルミネートを用いた比較例
(実験No.1-10,1-13)では、材料分離抵抗性及び圧縮強
度発現性が著しく劣っている。
【0025】実施例2 実施例1の実験No.1-4のセメント混和材において、セメ
ント組成物100重量部中の配合量を表2に示すように変
えたこと以外は、実施例1と同様に行った。その結果を
表2に示す。
【0026】
【表2】
【0027】本発明のセメント混和材を配合したセメン
ト組成物は、良好な材料分離抵抗性と圧縮強度発現性を
示した。一方、セメント混和材を配合していない比較例
(実験No.2-1)では、材料分離抵抗性及び圧縮強度発現
性が著しく劣っている。
【0028】実施例3 実施例1の実験No.1-4のセメント混和材において、カル
シウムアルミネートと無機硫酸塩の種類と配合量を表3
に示すように変えたこと以外は、実施例1と同様に行っ
た。その結果を表3に示す。 <使用材料> 無機硫酸塩a:天然無水セッコウ、最大粒径40μm 無機硫酸塩b:試薬1級硫酸アルミニウム18水塩、最大
粒径40μm 無機硫酸塩c:試薬1級二水セッコウ、最大粒径40μm 無機硫酸塩d:試薬1級半水セッコウ、最大粒径40μm
【0029】
【表3】
【0030】本発明のセメント混和材を配合したセメン
ト組成物は、良好な材料分離抵抗性と圧縮強度発現性を
示した。一方、無機硫酸塩を配合していない比較例(実
験No.3-1)では、材料分離抵抗性及び圧縮強度発現性が
著しく劣っている。
【0031】実施例4 実施例1の実験No.1-4のセメント混和材において、最大
粒径を表4に示すように変え、圧縮強度、分離水率に加
え、注入浸透性を測定したこと以外は、実施例1と同様
に行った。その結果を表4に示す。 <測定方法> 注入浸透性:φ10×20cmの円筒の底に布を敷いて、比重
2.63、粒径0.3〜1.2mm、単位容積当たりの空隙率を示
す、間隙率43%の砂を下部より高さ15cm充填し、作製し
た注入用セメントペースト500ccを円筒の上部より注ぎ
込み、24時間後に脱型し、浸透深さを測定した。
【0032】
【表4】
【0033】本発明の最大粒径が40μm以下のセメント
混和材を含有したセメント組成物は、良好な注入浸透
性、材料分離抵抗性及び圧縮強度発現性を示した。一
方、セメント混和材の最大粒子径が50μmの比較例(実
験No.4-1)では、材料分離抵抗性、圧縮強度発現性及び
注入浸透性が著しく劣っている。
【0034】実施例5 実施例1の実験No.1-4のセメント混和材において、最大
粒径を40μmとし、セメントの最大粒径を表5に示すよ
うに変えたこと以外は、実施例4と同様に行った。その
結果を表5に示す。
【0035】
【表5】
【0036】本発明のセメント混和材及び最大粒径が40
μm以下のセメントを含有したセメント組成物は、良好
な注入浸透性、材料分離抵抗性及び圧縮強度発現性を示
した。一方、セメントの最大粒子径が50μmの比較例
(実験No.5-1)では、材料分離抵抗性、圧縮強度発現性
及び注入浸透性が著しく劣っている。
【0037】
【発明の効果】本発明のセメント混和材を使用すること
により、優れた注入性、材料分離抵抗性及び強度発現性
を有するセメント組成物が得られる。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 Li2O含有量0.1〜1重量%未満、CaO/Al2O
    3モル比1.5〜2.0のカルシウムアルミネート及び無機硫
    酸塩を含有してなる、最大粒径が40μm以下のセメント
    混和材。
  2. 【請求項2】 最大粒径が40μm以下のセメントと請求
    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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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013189557A (ja) * 2012-03-14 2013-09-26 Denki Kagaku Kogyo Kk 充填材およびその製造方法と充填工法

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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