JP2007320833A - 超速硬セメント組成物、超速硬セメントコンクリート組成物、及び超速硬セメントコンクリート - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 3CaO・SiO2固溶体と11CaO・7Al2O3・CaF2を含有するクリンカー、無水セッコウ、アルミノケイ酸カルシウムガラス、高炉水砕スラグ微粉末、高性能減水剤、凝結調整剤、及び引張強度が1,000N/mm2以上の鋼繊維を含有してなる超速硬セメント組成物、鋼繊維の平均径が0.1〜1.5mm、鋼繊維の繊維長が3〜40mmである該超速硬セメント組成物、該超速硬セメント組成物と骨材とを含有してなる超速硬セメントコンクリート組成物、並びに、該超速硬セメントコンクリート組成物と水を含有してなる超速硬セメントコンクリートを構成とする。
【選択図】 なし
Description
超速硬モルタルは、材齢3時間で所要の圧縮強度を発現するため、圧縮応力を担う役割を果たす用途への展開が図られている。
しかしながら、これら高強度セメントコンクリートは、初期材齢で高い強度を発現するものではなく、必然的に、初期材齢で高い曲げ強度を発現するものではなかった。
なお、本発明における部や%は特に規定しない限り質量基準で示す。
また、本発明におけるセメントコンクリートとは、セメントペースト、モルタル、又はコンクリートを総称するものである。
本発明で使用する水硬性材料は、例えば、クリンカー原料を、1,200〜1,600℃で焼成して、3CaO・SiO2固溶体と11CaO・7Al2O3・CaF2とを主体とするクリンカーを合成し、粉砕した後に無水セッコウを加えて調製することが可能である。
3CaO・SiO2固溶体と11CaO・7Al2O3・CaF2を主体とするクリンカーは、3CaO・SiO2固溶体や11CaO・7Al2O3・CaF2のほかに、微量の2CaO・SiO2固溶体やカルシウムアルミノフェライトを含有している。
クリンカー原料としては、生石灰、消石灰、及び石灰石等のCaO質原料、アルミナ、ボーキサイト、アルミ灰、ダイアスポア、長石、及び粘土等のAl2O3質原料、珪石、珪砂、白土、及び珪藻土等のSiO2質原料、並びに、ホタル石、氷晶石、フッ化カルシウム、フッ化ナトリウム、及びフッ化アルミニウムなどのF質原料が使用可能であり、その他、下水汚泥焼却灰、一般廃棄物、及び産業廃棄物も使用可能である。
なお、本発明では、3CaO・SiO2固溶体と11CaO・7Al2O3・CaF2とをそれぞれ別々に合成して混合したものでは、優れた短期強度発現性等の本発明の効果は得られない。
3CaO・SiO2固溶体や11CaO・7Al2O3・CaF2の鉱物の生成は、粉末X線回折装置を用いて判定することが可能である。
また、各鉱物の定量はX線回折リートベルト法によって行うことが可能であり、その定量ソフトには、例えば、Sietronics社の「SIROQUANT」を使用することが可能である。
水硬性材料中の無水セッコウの含有量は1〜30部が好ましい。1部未満では所定の流動性を確保することが困難となる場合があり、30部を超えると強度発現性が低下する場合がある。
本発明では、水硬性材料として、市販の「ジェットセメント」が使用が可能である。
CAS製造用原料としては、Ca0質原料、Al2O3質原料、及びSiO2質原料が挙げられる。
CaO質原料としては、生石灰、消石灰、及び石灰石等が、また、Al2O3質原料としては、アルミナ、ボーキサイト、ダイアスポア、長石、及び粘土等が、さらには、SiO2質原料としては、珪砂、白土、及び珪藻土等が使用可能である。また、比較的安価な高炉スラグに、Ca0質原料とAl2O3質原料を補って使用することも可能である。
CASは、上記Ca0質原料、Al2O3質原料、及びSiO2質原料を所定の割合で配合し、直接通電式溶融炉や高周波炉等を用いて溶融し、得られた溶融体を圧縮空気や高圧水により吹き飛ばす方法、あるいは、水中に流し込む方法等により製造される。また、ロータリーキルンで溶融し、急冷することによって製造することも可能である。
また、CASのガラス化率は90%以上が好ましく、95%以上がより好ましい。90%未満では短時間強度が低くなる場合がある。
ガラス化率の測定は、例えば、X線回折リートベルト法によって可能であり、通常、ブレーン値5,000cm2/g程度に粉砕した試料に、酸化アルミニウムを内部標準物質として、試料100部中、20〜30部程度配合し、めのう乳鉢で充分混合後、粉末X線回折測定を実施する。測定結果をSietronics社の定量ソフト「SIROQUANT」で解析し、ガラス化率を求めた。
また、CASの粉末度は、ブレーン値で、4,000〜8,000cm2/gが好ましく、5,000〜7,000cm2/gがより好ましい。4,000cm2/g未満では短期強度の発現性が充分でない場合があり、8,000cm2/gを超えると流動性の保持時間が充分でなくなる場合がある。
急硬材中の無水セッコウの使用量は、CAS100部に対して、75〜125部が好ましく、90〜110部がより好ましい。75部未満では強度発現性が充分でなくなる場合があり、125部を超えると寸法変化が大きくなって長期耐久性が悪くなる場合がある。
スラグ粉としては特に限定されるものではないが、通常、JIS A 6206-1997に定められている「コンクリート用高炉スラグ微粉末」が使用可能である。
スラグ粉の粉末度は特に限定されるものではなく、ブレーン値で3,000〜10,000cm2/gである。
なお、本発明では、ポリカルボン酸系高性能減水剤と共に、メラミン系高性能減水剤を併用することがより好ましい。ポリカルボン酸系高性能減水剤とメラミン系高性能減水剤を併用することにより、材料分離抵抗性の向上が図れるほか、ポリカルボン酸系高性能減水剤の使用に由来する泡の発生を抑制することが可能である。メラミン系高性能減水剤の具体例としては、例えば、日本シーカ社製商品名「シーカメントFFパウダー」などを挙げることができる。
高性能減水剤の使用量は特に限定されるものではないが、通常、水硬性材料、急硬材、及びスラグ粉を含有してなる結合材100部に対して、固形分換算で0.2〜2部が好ましい。0.2部未満では流動性が充分でなく、充填されない場合があり、2部を超えると材料分離を生じる場合がある。
凝結調節剤の使用量は特に限定されるものではないが、通常、結合材100部に対して、0.05〜1部が好ましく、0.1〜0.3部がより好ましい。0.05部未満では流動性の保持時間が充分でない場合があり、1部を超えると強度発現性が充分でない場合がある。
鋼繊維の密度は7〜10g/cm3が好ましい。
鋼繊維の平均径は、0.1〜1.5mmが好ましく、0.1〜1.1mmがより好ましい。平均径がこの範囲外では、曲げ強度の飛躍的な向上や、圧縮強度の向上効果が期待できない。
鋼繊維の繊維長は、3〜40mmが好ましく、5〜30mmがより好ましい。3mm未満では曲げ強度の飛躍的な向上が期待できない場合があり、40mmを超えても分散性が悪くなり、曲げ強度の飛躍的な向上が期待できない場合がある。
本発明では、二種類以上の繊維長の鋼繊維を組み合わせて使用することが可能であり、曲げ強度の飛躍的な向上や、安定的に高い曲げ強度を得る面から、二種類以上の繊維長の鋼繊維を組み合わせて使用することが好ましい。
鋼繊維としては、普通炭素鋼やステンレスなどの金属繊維が挙げられ、ステンレス繊維をもちいることが、曲げ強度の飛躍的な向上や、長期耐久性の面から好ましい。
ステンレス繊維としては、表面にめっきやその他の防食処理が施されているものを使用することができる。
鋼繊維の形状としては、成形加工されていないスレート型でも有効であるが、波型加工やインデント加工の他、繊維両端部に曲げ加工等の引き抜け防止加工が施された繊維を使用することも可能である。
さらに、繊維の断面形状についても、円形のみならず、三日月型や長方形型等の繊維も有効である。
鋼繊維の使用量は特に限定されるものではないが、練り上げたモルタル中、容量換算で、0.1〜5.0容量%が好ましく、0.3〜3容量%がより好ましい。0.1容量%未満では、曲げ強度の飛躍的な向上や、安定的に高い曲げ強度を得ることができない場合があり、5容量%を超えると、練り混ぜが困難となり、繊維の分散が不充分となり、改悪傾向となる場合がある。
硝酸塩類の使用量は特に限定されるものではないが、通常、結合材100部に対して、0.1〜3部が好ましく、0.3〜2部がより好ましい。0.1部未満では流動性を保持する効果が充分でない場合があり、3部を超えると材料分離を生じる場合がある。
本発明で使用する水酸化カルシウムは特に限定されるものではない。Ca(OH)2と表される化合物を総称するものである。その不純物も環境に有害なものを含まなければ特に限定されるものではない。
水酸化カルシウムは、Ca(OH)2含有量で80%以上が好ましく、90%以上がより好ましい。不純物としては、炭酸カルシウムや酸化カルシウムを含む場合がある。80%未満では低温環境下における初期強度の増進効果が充分でない場合がある。
水酸化カルシウムの比表面積は特に限定されるものではないが、通常、BET比表面積で20m2/g以下が好ましく、15m2/g以下がより好ましい。水酸化カルシウムのBET比表面積が20m2/gを超えると、流動性が悪くなったり、可使時間の確保が困難になる場合がある。
水酸化カルシウムの使用量は、結合材100部に対して、1〜10部が好ましく、3〜7部がより好ましい。1部未満では低温環境下における初期強度の増進効果が充分でない場合があり、10部を超えると流動性が悪くなったり、可使時間の確保が困難になる場合がある
本発明で使用する細骨材の具体例としては、例えば、ケイ砂系、石灰石系、高炉水砕スラグ系、再生骨材系等に分類される。本発明では、品質安定性等の面からケイ砂系を選定することが好ましい。
細骨材の配合割合は、結合材100部に対して、50〜200部が好ましく、100〜150部がより好ましい。50部未満では、発熱量が大きすぎて作業が困難となる場合がある。また、収縮が大きくなり、ひび割れが生じやすい場合もある。逆に、200部を超えると優れた流動性や初期強度発現性が得られない場合がある。
さらに、発熱量や寸法変化の低減や耐久性を確保するために粗骨材を配合することが可能である。
粗骨材の具体例としては、例えば、豆砂利、玉砂利、砕石、及び再生骨材等が使用可能である。
粗骨材の配合割合は、単位量で250〜1,000kg/m3が好ましく、500〜750kg/m3がより好ましい。250kg/m3未満では発熱量の低減効果の増大が期待できない場合があり、1,000kg/m3を超えるとコンクリートのワーカビリティーが悪くなったり、強度不足を生じる場合がある。
酸性シリカフュームとは、シリカフューム1gを純水100ccに入れて攪拌したときの上澄み液のpHが5.0以下の酸性を示すものを言う。
シリカ質物質の粉末度は特に限定されるものではないが、通常、フライアッシュはブレーン値で3,000〜9,000cm2/g程度の範囲にあり、シリカヒュームはBET比表面積で2〜20万m2/g程度の範囲にある。
シリカ質微粉末の使用量は、結合材100部に対して、1〜15部が好ましく、3〜10部がより好ましい。1部未満では、強度発現性の改善や耐酸性の向上、可使時間の確保に加えて、寸法安定性を良好にするなどの効果が得られない場合があり、逆に、15部を超えると、流動性が得られにくく、また、初期の強度発現性が改悪される場合もある。
表1に示す水硬性材料、急硬材、及びスラグ粉を配合した結合材100部に対して、高性能減水剤0.5部、凝結調節剤0.1部、及び細骨材を150部配合し、水/結合材比43%となるように水を加えて練混ぜ、モルタルを調製した。
このモルタルに、練り上がりモルタル中、2容量%になるよう鋼繊維Aを添加して超速硬モルタルを調製した。
調製した超速硬モルタルの硬化時間、圧縮強度、及び曲げ強度を測定した。結果を表1に併記する。
なお、各材料の配合から物性測定までの試験温度は20℃で実施した。
また、比較のため水硬性材料の代わりに普通ポルトランドセメントを用い、材料分離を防止するため水/結合材比を36%とし同様に行った。
水硬性材料:住友大阪セメント社製商品名「ジェットセメント」、3CaO・SiO2固溶体と11CaO・7Al2O3・CaF2を含有するクリンカーと無水セッコウを含有、密度3.06g/cm3、ブレーン値5,500cm2/g
急硬材 :CaO 46%、Al2O3 36%、及びSiO2 13%、ガラス化率98%、ブレーン値6,000cm2/gのCASと、ブレーン値6,000cm2/gの無水セッコウの等量混合物、ブレーン値6,000cm2/g
スラグ粉 :高炉水砕スラグ、市販品、密度2.90g/cm3、ブレーン値4,000cm2/g
高性能減水剤A:市販のポリカルボン酸系高性能減水剤70部と、市販のメラミン系高性能減水剤30部の混合物
凝結調節剤:無水クエン酸、試薬1級
鋼繊維A :引張強度2,000N/mm2、平均径0.2mm、繊維長20mm、密度8.5g/cm3
細骨材 :石灰砂の0.6mm下品と、1.2mm〜0.6mm品の等量混合物、密度2.71g/cm3
水 :水道水
普通ポルトランドセメント:市販品、密度3.14g/cm3、ブレーン値3,000cm2/g
硬化時間 :JIS A 1147に準じて凝結時間を測定し、凝結の終結時間を硬化時間とした。
圧縮強度 :モルタルを型枠に詰めて4cm×4cm×16cmの成形体を作成し、各材齢の圧縮強度をJIS R 5201に準じて測定した。
曲げ強度 :モルタルを型枠に詰めて4cm×4cm×16cmの成形体を作成し、各材齢の曲げ強度をJIS R 5201に準じて測定した。
水硬性材料65部、急硬材20部、及びスラグ粉15部からなる結合材を使用し、表2に示す鋼繊維を使用したこと以外は実験例1と同様に行った。
なお、比較のため、鋼繊維の代わりに、ビニロンファイバーを用いた場合についても同様に行った。結果を表2に併記する。
鋼繊維B :引張強度 500N/mm2、平均径0.2mm、繊維長20mm、密度8.5g/cm3
鋼繊維C :引張強度1,000N/mm2、平均径0.2mm、繊維長20mm、密度8.5g/cm3
鋼繊維D :引張強度1,500N/mm2、平均径0.2mm、繊維長20mm、密度8.5g/cm3
繊維X :ビニロンファイバー、引張強度1,800N/mm2、平均径14μm、繊維長6mm、集束タイプ、市販品
表3に示す鋼繊維を使用したこと以外は実験例2と同様に行った。結果を表3に併記する。
鋼繊維E :引張強度1,500N/mm2、平均径0.1mm、繊維長20mm、密度8.5g/cm3
鋼繊維F :引張強度1,500N/mm2、平均径0.3mm、繊維長20mm、密度8.5g/cm3
鋼繊維G :引張強度1,500N/mm2、平均径0.5mm、繊維長20mm、密度8.5g/cm3
鋼繊維H :引張強度1,500N/mm2、平均径0.7mm、繊維長20mm、密度8.5g/cm3
鋼繊維I :引張強度1,500N/mm2、平均径0.9mm、繊維長20mm、密度8.5g/cm3
鋼繊維J :引張強度1,500N/mm2、平均径1.1mm、繊維長20mm、密度8.5g/cm3
鋼繊維K :引張強度1,500N/mm2、平均径1.3mm、繊維長20mm、密度8.5g/cm3
鋼繊維L :引張強度1,500N/mm2、平均径1.5mm、繊維長20mm、密度8.5g/cm3
鋼繊維M :引張強度2,000N/mm2、平均径0.2mm、繊維長3mm、密度8.5g/cm3
鋼繊維N :引張強度2,000N/mm2、平均径0.2mm、繊維長5mm、密度8.5g/cm3
鋼繊維O :引張強度2,000N/mm2、平均径0.2mm、繊維長10mm、密度8.5g/cm3
鋼繊維P :引張強度2,000N/mm2、平均径0.2mm、繊維長30mm、密度8.5g/cm3
鋼繊維Q :引張強度2,000N/mm2、平均径0.2mm、繊維長40mm、密度8.5g/cm3
水硬性材料65部、急硬材20部、及びスラグ粉15部からなる結合材を使用し、結合材100部に対して、表4に示す硝酸塩類を使用したこと以外は実験例1と同様に行った。結果を表4に併記する。
硝酸塩類イ:亜硝酸カルシウム、試薬1級
硝酸塩類ロ:硝酸カルシウム、試薬1級
硝酸塩類ハ:硝酸塩類イと硝酸塩類ロの等量混合物
水硬性材料65部、急硬材20部、及びスラグ粉15部からなる結合材を使用し、結合材100部に対して、表5に示す水酸化カルシウムを使用し、試験温度を20℃に加えて、低温条件の10℃でも実施し、水酸化カルシウムの低温での強度改善効果を確認したこと以外は実験例1と同様に行った。結果を表5に併記する。
水酸化カルシウム:市販の消石灰、密度2.25g/cm3、BET比表面積5m2/g
水硬性材料65部、急硬材20部、及びスラグ粉15部からなる結合材を使用し、結合材100部に対して、表6に示す細骨材使用したこと以外は実験例1と同様に行った。結果を表6に併記する。
水硬性材料65部、急硬材20部、及びスラグ粉15部からなる結合材を使用し、結合材100部に対して、高性能減水剤0.5部、凝結調節剤0.1部、及び細骨材150部を配合し、水/結合材
比43%となるように水を加えて練混ぜ、モルタルを調製した。
調製したモルタルに、練り上がりモルタル中、2容量%になるよう鋼繊維Aを添加して超速硬モルタルを調製し、表7に示す粗骨材を配合して超速硬コンクリートを調製した。
調製した超速硬コンクリートの硬化時間、圧縮強度、及び曲げ強度を測定した。結果を表7に併記する。
粗骨材 :市販の砕石、ケイ石系、Gmax15mm、密度2.65g/cm3
硬化時間 :JIS A 1147に準じて凝結時間を測定し、凝結の終結時間を硬化時間とした。
圧縮強度 :JIS A 1108に準じて測定した。
曲げ強度 :JIS A 1106に準じて測定した。
Claims (9)
- 3CaO・SiO2固溶体と11CaO・7Al2O3・CaF2を含有するクリンカー、無水セッコウ、アルミノケイ酸カルシウムガラス、高炉水砕スラグ微粉末、高性能減水剤、凝結調整剤、及び引張強度が1,000N/mm2以上の鋼繊維を含有してなる超速硬セメント組成物。
- 3CaO・SiO2固溶体と11CaO・7Al2O3・CaF2を含有するクリンカーと無水セッコウを含有してなる水硬性材料、アルミノケイ酸カルシウムガラスと無水セッコウを含有してなる急硬材、高炉水砕スラグ微粉末、高性能減水剤、凝結調整剤、並びに、引張強度が1,000N/mm2以上の鋼繊維を含有してなる超速硬セメント組成物。
- 鋼繊維の平均径が0.1〜1.5mmである請求項1又は請求項2に記載の超速硬セメント組成物。
- 鋼繊維の繊維長が3〜40mmである請求項1〜請求項3のうちのいずれか一項に記載の超速硬セメント組成物。
- 水硬性材料、急硬材、及び高炉水砕スラグ微粉末からなる結合材100部中、水硬性材料が50〜75部、急硬材が10〜25部、及び高炉水砕スラグ微粉末が5〜25部である請求項2〜請求項4のうちのいずれか一項に記載の超速硬セメント組成物。
- 亜硝酸カルシウム及び/又は硝酸カルシウムを含有してなる請求項1〜請求項5のうちのいずれか一項に記載の超速硬セメント組成物。
- 水酸化カルシウムを含有してなる請求項1〜請求項6のうちのいずれか一項に記載の超速硬セメント組成物。
- 請求項1〜7に記載の超速硬セメント組成物と骨材とを含有してなる超速硬セメントコンクリート組成物。
- 請求項8に記載の超速硬セメントコンクリート組成物と水を含有してなる超速硬セメントコンクリート。
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