JP2009007189A - セメント混和材及びセメント組成物 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 亜炭と硝酸から生成したフミン酸、軽質マグネシア、及び珪酸質物質から得られる反応生成物と、シリカ質微粉末及び/又は無水セッコウとを含有してなるセメント混和材、珪酸質物質が砂岩である該セメント混和材、反応生成物の粒度が、600μm以下である該セメント混和材、シリカ質微粉末が、フライアッシュ、シリカフューム、ケイ藻土、及び溶融シリカを製造する際に発生するシリカダストからなる群より選ばれる一種又は二種以上である該セメント混和材、無水セッコウの粒度がブレーン比表面積値で4,000cm2/g以上である該セメント混和材、並びに、セメントと該セメント混和材とを含有してなるセメント組成物を構成とする。
【選択図】 なし
Description
コンクリート構造物の劣化要因の1つとして、ひび割れがある。ひび割れはコンクリートの信頼性を損なうものである。
ひび割れの発生原因は多様であるが、なかでも、マッシブなコンクリートに特有のひび割れとして、水和発熱に起因する温度ひび割れが挙げられる。
このように、低熱ポルトランドセメントは優れた性質を持ちながらも、セメントタイプであることから、サイロの増設といった新たな設備投資を必要とするという問題があった。
しかしながら、強度発現性が低下したり極端に凝結が遅延するという問題があった。
しかしながら、この混和材は、水和熱抑制効果の温度依存性が大きく、低温では水和熱抑制効果が顕著であるが、高温では水和熱抑制効果が乏しいという問題点があった。
しかしながら、デキストリンは低温では水和熱抑制効果が殆どなく、高温では極端に水和を遅延するという問題があった。
しかしながら、この混和材は、温度依存性が小さな水和熱抑制効果を有しているものの、強度発現性に乏しいものであった。
しかしながら、いまだに充分な性能を実現できていないのが実状であり、常温から高温領域にわたり幅広い温度環境下で温度ひび割れを効果的に抑制できるセメント混和材の開発が強く望まれている。
ニトロフミン酸は、例えば、亜炭、草炭等の腐食性物質を含有する若年炭の粉砕物と硝酸を反応させて得られるものである。
土壌改良剤としては、このニトロフミン酸や、これに、ドロマイト、マグネサイト、マグネシア、蛇紋岩、ケイ酸マグネシウム、及び水酸化マグネシウムなどの一種又は二種以上を加え反応させたニトロフミン酸マグネシウムが提案されている(特許文献9参照)。
しかしながら、これをセメント混和材として利用した際に、どのような効果を生むかについては全く知られていない。
この技術を高強度コンクリートに応用すれば、単位セメント量を低減できるため、その分だけ水和発熱量も低減できる。
しかしながら、高強度コンクリートの水和熱低減に対する要求は益々高まっており、さらなる水和熱低減が求められているのが現状である。
今日では作業環境の改善も大きな課題であり、粉塵の発生の少ない高強度混和材の開発も強く求められている。
また、硝酸としては、通常、濃度20〜50%のものを使用する。
軽質マグネシアは、生成したフミン酸を中和するもので、本発明では、その他、ドロマイト、マグネサイト、及び水酸化マグネシウムなども使用可能である。
珪酸質物質としては、珪石や砂岩等が挙げられるが、通常、砂岩を使用する。
亜炭や硝酸の使用割合は特に限定されるものではないが、通常、乾物換算の亜炭100部に対して、無水換算の硝酸40〜70部が好ましい。
軽質マグネシアと珪酸質物質の使用割合は特に限定されるものではないが、珪酸質物質として砂岩を使用する場合、通常、乾物換算の亜炭100部に対して、軽質マグネシア5〜30部で、砂岩10〜25部が好ましい。
中和生成物を、水等を使用し、造粒後、乾燥し反応生成物とする。
ここで、く溶性MgOとは、2%のクエン酸水溶液に溶解するMgOを意味し、水溶性MgOは、く溶性MgOのなかにはいる。
これは、数々の実験を通して見いだしたものである。その原因は定かではないが、反応生成物を製造する工程で加えられる軽質マグネシアや砂岩等の珪酸質物質との相互作用により、独自の複合材料が形成されているためと推察される。
また、これらの軽質マグネシアや砂岩等の珪酸質物質との複合化によって、化学成分の溶解性が異なることも考えられる。
シリカ質微粉末の粉末度は特に限定されるものではないが、通常、フライアッシュについては、ブレーン比表面積値(以下、ブレーン値という)で3,000〜9,000cm2/g程度であり、シリカヒュームについては、BET比表面積で10〜200m2/g程度であり、ケイ藻土については、BET比表面積で2〜20m2/g程度であり、シリカダストについては、BET比表面積で2〜100m2/g程度である。
本発明では、水和熱抑制効果の面から、また、強度発現性の面から、フッ酸製造の際に副生する無水セッコウを使用することが好ましい。
無水セッコウの粒度は特に限定されるものではないが、通常、ブレーン値で4,000〜8,000cm2/gが好ましく、6,000cm2/g前後がより好ましい。4,000cm2/g未満では強度発現性が充分でなくなるおそれがあり、8,000cm2/gを超えても、さらなる効果の増進が期待できない。また、強度発現性の面から、無水セッコウの平均粒径は、10μm以下が好ましい。
この理由は定かではないが、反応生成物が、シリカ質微粉末及び/又は無水セッコウの分散性を高め、コンクリート中に均一に分散させる効果をもたらすものと考えられる。
一方、反応生成物が40部を超え、シリカ質微粉末及び/又は無水セッコウが60部未満の場合には、水和熱の抑制効果が充分でなく、温度ひび割れの抑制効果が充分に得られなくなるおそれがある。また、強度発現性が悪くなるおそれもある。
セメント混和材の使用量を単位量で見た場合には、1m3あたり、10〜100kgが好ましく、20〜70kgがより好ましい。セメント混和材の使用量が10kg未満では、本発明の効果が充分に得られなくなるおそれがあり、100kgを超えてもさらなる効果の増進が期待できない。
ただし、本発明のセメント混和材を使用せずに単位セメント量を少なくすると、水和発熱は小さくできるものの所要の強度が得られないため、実用できない。
表1に示す単位セメント量、単位水量、及び単位セメント混和材量(以下、単位混和材量という)を用いてコンクリートを調製した。この際、s/aは48%で一定とし、コンクリートのスランプが18±1.5cmとなるように高性能減水剤を添加し、空気量3.0±1.5%とした。
調製したコンクリートの断熱温度上昇量と、材齢28日の圧縮強度を測定した。
また、大きなコンクリート構造物を作製してひび割れの発生状況を調べた。
なお、セメント混和材使用時の粉塵発生挙動も観察した。その結果を表1に併記する。
セメントα:市販の普通ポルトランドセメント、比重3.15
セメント混和材a:反応生成物イ20部と無水セッコウA80部との混合物
セメント混和材b:反応生成物イ20部と無水セッコウB80部との混合物
セメント混和材c:反応生成物イ20部と無水セッコウC80部との混合物
セメント混和材d:反応生成物イ20部と無水セッコウD80部との混合物
セメント混和材e:反応生成物イ20部とシリカ質微粉末E80部との混合物
セメント混和材f:反応生成物イ20部とシリカ質微粉末F80部との混合物
セメント混和材g:反応生成物イ20部とシリカ質微粉末G80部との混合物
セメント混和材h:反応生成物イ20部とシリカ質微粉末H80部との混合物
セメント混和材i:反応生成物イ20部とシリカ質微粉末I80部との混合物
セメント混和材j:反応生成物イ20部、無水セッコウB40部、及びシリカ質微粉末F40部の混合物
反応生成物イ:最大粒径600μm、フミン酸50%、く溶性MgOが11%、水溶性MgOが4%、SiO2が9%、Fe2O3が5%、Al2O3が5%、及び水分が20%、比重1.20
無水セッコウA:フッ酸製造時に副生する無水セッコウ、比重2.96、ブレーン値4,000cm2/gに粉砕、平均粒径12μm
無水セッコウB:フッ酸製造時に副生する無水セッコウ、比重2.96、ブレーン値6,000cm2/gに粉砕、平均粒径8μm
無水セッコウC:フッ酸製造時に副生する無水セッコウ、比重2.96、ブレーン値8,000cm2/gに粉砕、平均粒径4μm
無水セッコウD:天然無水セッコウ、比重2.96、ブレーン値5,000cm2/gに粉砕、平均粒径18μm
シリカ質微粉末E:シリカフューム、比重2.20、BET比表面積100m2/g、平均粒径0.2μm
シリカ質微粉末F:フライアッシュ、比重2.40、ブレーン値4,000cm2/g、平均粒径8μm
シリカ質微粉末G:ケイ藻土、比重2.30、BET比表面積20m2/g、平均粒径3μm
シリカ質微粉末H:溶融シリカを製造する際に発生するダスト、比重2.20、BET比表面積50m2/g、平均粒径1μm
シリカ質微粉末I:シリカ質微粉末Eとシリカ質微粉末Fの等量混合物、比重2.30
細骨材 :新潟県姫川産、比重2.62
粗骨材 :新潟県姫川産、比重2.64
高性能減水剤:ポリカルボン酸系高性能減水剤、市販品
水 :水道水
断熱温度上昇量:東京理工(株)社製の断熱温度上昇量測定装置を用いて、打設温度20℃の条件で測定
圧縮強度 :JIS A 1108に準じて測定
ひび割れの発生状況:厚さ1m、高さ2.5m、長さ10mの壁を作成した。型枠の存置期間は材齢7日までとし、ひび割れの発生状況を観察した。ひび割れが2本以上発生したか、もしくは、ひび割れ本数は1本だが、ひび割れ幅が0.2mm以上の場合を不可、ひび割れの本数は1本だが、ひび割れ幅が0.1mm以上、0.2mm未満の場合を可、ひび割れの本数が1本で、かつ、ひび割れ幅が0.05mm未満の場合を良、目視で観察できるひび割れがない場合を優とした。
粉塵の発生状況:セメント混和材の20kgを紙製の袋に詰め、解袋作業を行った際の粉塵の発生状況を確認した。粉塵の発生が著しい場合を不可、多少の粉塵は発生するが許容できる範囲の場合を可、粉塵の発生がほとんどない場合を良とした。
一方、本発明のセメント混和材を配合していない比較例では、本発明のコンクリートよりも断熱温度上昇量が大きく、圧縮強度が低い。
また、反応生成物とシリカ質微粉末及び/又は無水セッコウを組み合わせることによって、混和材の解袋作業時の粉塵が低減され、圧縮強度は向上し、断熱温度上昇量は小さくなり、ひび割れ抵抗性が向上することがわかる。
表2に示す単位セメント量、単位水量、及び単位混和材量を用いたこと以外は実験例1と同様に行った。結果を表2に示す。
一方、本発明のセメント混和材を配合していない比較例では、本発明のコンクリートよりも断熱温度上昇量が大きく、圧縮強度が低い。
表3に示す単位セメント量、単位水量、及び単位混和材量を用いたこと以外は実験例1と同様に行った。結果を表3に示す。
一方、本発明のセメント混和材を配合していない比較例では、いずれも、本発明のコンクリートよりも断熱温度上昇量が大きい。
表4に示す反応生成物20部、シリカ質微粉末F40部、及び無水セッコウB40部からなるセメント混和材を調製した。
調製したセメント混和材の単位量を30kg/m3とし、単位セメント量300kg/m3で、W/Cを45%と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。
市販のフミン酸:試薬、フミン酸
一方、本発明のセメント混和材を配合していない比較例では、いずれも本発明のコンクリートよりも断熱温度上昇量が大きく、圧縮強度が低い。
表5に示す反応生成物イとシリカ質微粉末Fからなるセメント混和材を使用したこと以外は実験例4と同様に行った。結果を表5に併記する。
反応生成物イと同じ化学成分で、表6に示す最大粒径の反応生成物10部、シリカ質微粉末F45部、及び無水セッコウB45部からなるセメント混和材を調製したこと以外は実験例4と同様に行った。結果を表6に併記する。
セメントβとセメント混和材jを使用し、表7に示す配合のコンクリートで実験したこと以外は実験例1と同様に行った。結果を表7に併記する。
セメントβ :市販の高炉セメントB種、比重3.06
一方、本発明のセメント混和材を配合していない比較例では、何れも本発明のコンクリートよりも断熱温度上昇量が大きいか、圧縮強度が低い。そして、普通セメントを用いる場合よりも高炉セメントを用いた場合に本発明の効果が顕著であることがわかる。
Claims (6)
- 亜炭と硝酸から生成したフミン酸、軽質マグネシア、及び珪酸質物質から得られる反応生成物と、シリカ質微粉末及び/又は無水セッコウとを含有してなるセメント混和材。
- 珪酸質物質が砂岩である請求項1に記載のセメント混和材。
- 反応生成物の粒度が、600μm以下である請求項1又は請求項2に記載のセメント混和材。
- シリカ質微粉末が、フライアッシュ、シリカフューム、ケイ藻土、及び溶融シリカを製造する際に発生するシリカダストからなる群より選ばれる一種又は二種以上である請求項1〜請求項3のうちのいずれか一項に記載のセメント混和材。
- 無水セッコウの粒度が、ブレーン比表面積値で4,000cm2/g以上である請求項1〜請求項4のうちのいずれか一項に記載のセメント混和材。
- セメントと、請求項1〜請求項5のうちのいずれか一項に記載のセメント混和材とを含有してなるセメント組成物。
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