JP2019099439A - Cement composition - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、セメント組成物に関する。 The present invention relates to cement compositions.
セメント、モルタル、コンクリート等の建材材料は、木材等と比較すると構成する材料に起因して耐熱性及び耐火性に優れている。そのため、コンクリート構造物（例えば、鉄筋コンクリート（ＲＣ）床版又はボックスカルバートの中床版等の床版、壁、天井部）は、木材等の構造物に比べて火災による被害が少ない傾向にある。 Building materials such as cement, mortar, concrete, etc. are superior in heat resistance and fire resistance due to the constituent materials as compared to wood and the like. Therefore, concrete structures (for example, floor slabs such as reinforced concrete (RC) floor slabs or inner floor slabs of box culverts, walls, and ceilings) tend to be less damaged by fire than structures such as wood.
一方、コンクリート構造物が火災に強い傾向にあることは確かだが、火災のような急激な高温加熱を受けると熱膨張等によるひび割れや強度低下等が生じる恐れが知られている。このような問題を解決するため、例えば特許文献１には、有機繊維及び鋼繊維を含む耐火性コンクリートが提案されている。 On the other hand, it is known that concrete structures tend to be resistant to fires, but it is known that cracking or reduction in strength due to thermal expansion or the like may occur when subjected to rapid high-temperature heating such as fires. In order to solve such a problem, for example, Patent Document 1 proposes a fire resistant concrete containing organic fibers and steel fibers.
しかしながら、特許文献１に記載の耐火性コンクリートは２種類の繊維により、コンクリートの爆裂現象を抑制しているものであり、コンクリート自体の強度低下を阻止できるかどうかについては不明であった。したがって、加熱によってコンクリート自体の強度低下を起こしにくく、また繊維の有無によらない材料選択の自由度の高い建材材料が望まれている。 However, the fireproof concrete described in Patent Document 1 suppresses the blasting phenomenon of the concrete by two types of fibers, and it was unclear whether or not the strength reduction of the concrete itself can be prevented. Therefore, it is difficult to cause the strength of the concrete itself to be reduced by heating, and a building material having a high degree of freedom in material selection regardless of the presence or absence of fibers is desired.
本発明は、高温加熱を受けた後の圧縮強度の低下が十分に抑制されたセメント組成物を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a cement composition in which a decrease in compressive strength after being subjected to high temperature heating is sufficiently suppressed.
本発明者は、上記課題について鋭意検討を重ねた結果、セメント組成物におけるＡｌ２Ｏ３とＳＯ３の含有量の比率を調整することで、高温加熱を受けた後でも圧縮強度が低下しにくいセメント組成物が得られることを見出した。 As a result of intensive studies on the above problems, the present inventors adjust the ratio of the content of Al 2 O 3 to SO 3 in the cement composition, so that the compressive strength does not easily decrease even after high temperature heating. It has been found that a cement composition is obtained.
すなわち、本発明は、例えば以下の［１］〜［５］に関する。
［１］化学成分としてＡｌ２Ｏ３及びＳＯ３を有し、［ＳＯ３］／［Ａｌ２Ｏ３］のモル比が０．４〜１．０５である、セメント組成物。
［２］Ａｌ２Ｏ３の量とＳＯ３の量との合計が、セメント組成物の総質量を基準として６．０〜２０質量％である、［１］のセメント組成物。
［３］Ａｌ２Ｏ３の量が、セメント組成物の総質量を基準として３〜１４質量％である、［１］又は［２］のセメント組成物。
［４］ＳＯ３の量が、セメント組成物の総質量を基準として２．８〜６．８質量％である、［１］〜［３］のいずれかのセメント組成物。
［５］セメント組成物の硬化体を２００℃で６時間加熱した際、加熱前後の強度変化率（加熱後の圧縮強度／加熱前の圧縮強度）が０．６以上である、［１］〜［４］のいずれかのセメント組成物。
That is, the present invention relates to, for example, the following [1] to [5].
[1] A cement composition having Al 2 O 3 and SO 3 as chemical components and having a molar ratio of [SO 3 ] / [Al 2 O 3 ] of 0.4 to 1.05.
[2] The cement composition of [1], wherein the total of the amount of Al 2 O 3 and the amount of SO 3 is 6.0 to 20% by mass based on the total mass of the cement composition.
[3] The cement composition of [1] or [2], wherein the amount of Al 2 O 3 is 3 to 14% by mass based on the total mass of the cement composition.
[4] The cement composition according to any one of [1] to [3], wherein the amount of SO 3 is 2.8 to 6.8 mass% based on the total mass of the cement composition.
[5] When the hardened body of the cement composition is heated at 200 ° C. for 6 hours, the rate of change in strength before and after heating (the compressive strength after heating / the compressive strength before heating) is 0.6 or more, [1] The cement composition of any of [4].
本発明によれば、高温加熱を受けた後の圧縮強度の低下が十分に抑制されたセメント組成物を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the cement composition in which the fall of the compressive strength after receiving high temperature heating was fully suppressed can be provided.
以下、本発明の実施形態について詳細に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。 Hereinafter, although an embodiment of the present invention is described in detail, the present invention is not limited to this.
本実施形態のセメント組成物は、化学成分としてＡｌ２Ｏ３及びＳＯ３を有する。 The cement composition of the present embodiment has Al 2 O 3 and SO 3 as chemical components.
セメント組成物の化学成分は、ＪＩＳ Ｒ ５２０２：２０１５「セメントの化学分析方法」、ＪＩＳ Ｒ ５２０４：２００２「セメントの蛍光Ｘ線分析方法」等に準拠した方法、粉末プレス法により調製したブリケット試料を用いた蛍光Ｘ線分析方法等により測定できる。 The chemical composition of the cement composition is a method according to JIS R 5202: 2015 “Method for chemical analysis of cement”, JIS R 5204: 2002 “Method for fluorescent X-ray analysis of cement” etc., briquette samples prepared by powder pressing method It can measure by the fluorescent X-ray analysis method etc. which were used.
セメント組成物に含まれる［ＳＯ３］／［Ａｌ２Ｏ３］のモル比は、０．４〜１．０５であり、０．５〜０．９であることが好ましく、０．５〜０．８５であることがより好ましい。［ＳＯ３］／［Ａｌ２Ｏ３］のモル比が上記範囲内であれば、セメント組成物の硬化体は、高温加熱を受けても圧縮強度が低下しにくい。 The molar ratio of [SO 3 ] / [Al 2 O 3 ] contained in the cement composition is 0.4 to 1.05, preferably 0.5 to 0.9, and 0.5 to 0 More preferably, it is .85. If the molar ratio of [SO 3 ] / [Al 2 O 3 ] is within the above range, the hardened body of the cement composition is unlikely to lower its compressive strength even when it is heated at high temperature.
セメント組成物に含まれるＡｌ２Ｏ３の量は、セメント組成物の総質量を基準として３〜１４質量％であることが好ましく、４〜１１質量％であることがより好ましく、４〜１０質量％であることが更に好ましい。Ａｌ２Ｏ３の量が上記範囲内であれば、セメント組成物の硬化体は、高温加熱を受けても圧縮強度が低下しにくい。 The amount of Al 2 O 3 contained in the cement composition is preferably 3 to 14% by mass, more preferably 4 to 11% by mass, based on the total mass of the cement composition, and 4 to 10% by mass. More preferably, it is%. When the amount of Al 2 O 3 is within the above range, the hardened body of the cement composition is less likely to lower the compressive strength even when subjected to high temperature heating.
セメント組成物に含まれるＳＯ３の量は、セメント組成物の総質量を基準として２．８〜６．８質量％であることが好ましく、３〜６．５質量％であることがより好ましく、３〜４．５質量％であることが更に好ましい。ＳＯ３の量が上記範囲内であれば、セメント組成物の硬化体は、高温加熱を受けても圧縮強度が低下しにくい。 The amount of SO 3 contained in the cement composition is preferably 2.8 to 6.8 mass%, more preferably 3 to 6.5 mass%, based on the total mass of the cement composition. More preferably, it is 3 to 4.5% by mass. If the amount of SO 3 is within the above range, the hardened body of the cement composition is less likely to lower the compressive strength even when subjected to high temperature heating.
セメント組成物に含まれるＡｌ２Ｏ３の量とＳＯ３の量との合計は、セメント組成物の総質量を基準として６〜２０質量％であることが好ましく、６〜１６質量％であることがより好ましく、７〜１４．５質量％であることが更に好ましい。Ａｌ２Ｏ３の量とＳＯ３の量との合計が上記範囲内であれば、セメント組成物の硬化体は、高温加熱を受けても圧縮強度が低下しにくい。 The total of the amount of Al 2 O 3 and the amount of SO 3 contained in the cement composition is preferably 6 to 20% by mass and 6 to 16% by mass based on the total mass of the cement composition Is more preferable, and 7 to 14.5% by mass is more preferable. If the sum of the amount of Al 2 O 3 and the amount of SO 3 is within the above range, the hardened body of the cement composition is less likely to lower the compressive strength even when subjected to high temperature heating.
セメント組成物の化学成分は、使用する構成材料の種類とその含有量によって調整することができる。Ａｌ２Ｏ３を多く含む構成材料としては、例えば、カルシウムアルミネート、カルシウムアルミノフェライト、カルシウムサルホアルミネート、アルミノシリケート、アルミナセメント、フライアッシュ等が挙げられる。ＳＯ３を多く含む構成材料としては、例えば、石膏（無水石膏、二水石膏、半水石膏等）、芒硝（硫酸ナトリウム）、アルカリ金属硫酸塩、アルカリ土類金属硫酸塩等が挙げられる。 The chemical composition of the cement composition can be adjusted according to the type of component used and its content. Examples of the constituent material containing a large amount of Al 2 O 3 include calcium aluminate, calcium aluminoferrite, calcium sulfoaluminate, aluminosilicate, alumina cement, fly ash and the like. Examples of the constituent material containing a large amount of SO 3 include gypsum (anhydrous gypsum, gypsum dihydrate, hemihydrate gypsum, etc.), sodium sulfate (sodium sulfate), alkali metal sulfates, alkaline earth metal sulfates and the like.
セメント組成物に用いることができる水硬性セメントは、種々のものを使用することができ、例えば、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、エコセメント、速硬性セメント等が挙げられる。水硬性セメントは、一種を単独で用いてもよく、二種以上を併せて用いてもよい。
速硬性セメントは、カルシウムアルミネート類を有効成分として含有するものがあり、１１ＣａＯ・７Ａｌ２Ｏ３・ＣａＸ２（Ｘはハロゲン原子を示す）又は３ＣａＯ・３Ａｌ２Ｏ３・ＣａＳＯ４（アウイン）を有効成分として含有するものも含まれる。
また、カルシウムアルミネート類と石膏等の無機塩類とを配合して調製された速硬性混和材を、ポルトランドセメントに添加したものも速硬性セメントとして用いることができる。カルシウムアルミネート類は結晶質又は非晶質のいずれであってもよいし、結晶質と非晶質の混合体であってもよい。
A variety of hydraulic cements can be used for the cement composition, for example, various portland cements such as normal, early strong, ultra early strong, low heat and moderate heat, eco cement, quick setting cement Etc. A hydraulic cement may be used individually by 1 type, and may be used in combination of 2 or more types.
Some quick-hardening cements contain calcium aluminates as an active ingredient, and 11CaO · 7Al 2 O 3 · CaX 2 (X represents a halogen atom) or 3CaO · 3Al 2 O 3 · CaSO 4 (auin) What contains as an active ingredient is also included.
Further, a rapid-hardening admixture prepared by blending calcium aluminates and inorganic salts such as gypsum and added to portland cement can also be used as a rapid-hardening cement. The calcium aluminates may be either crystalline or amorphous, or may be a mixture of crystalline and amorphous.
セメント組成物に用いることができる減水剤は、例えば、高性能減水剤、高性能ＡＥ減水剤、ＡＥ減水剤及び流動化剤が挙げられる。このような減水剤としては、ＪＩＳ Ａ ６２０４：２０１１「コンクリート用化学混和剤」に規定される減水剤が挙げられる。減水剤としては、例えば、ポリカルボン酸系減水剤、ナフタレンスルホン酸系減水剤、リグニンスルホン酸系減水剤、メラミン系減水剤、アクリル系減水剤が挙げられる。減水剤は、一種を単独で用いてもよく、二種以上を併せて用いてもよい。 Water-reducing agents that can be used for cement compositions include, for example, high-performance water-reducing agents, high-performance AE water-reducing agents, AE water-reducing agents, and fluidizers. As such a water reducing agent, the water reducing agent prescribed | regulated to JIS A 6204: 2011 "chemical admixture for concrete" is mentioned. Examples of water reducing agents include polycarboxylic acid-based water reducing agents, naphthalene sulfonic acid-based water reducing agents, lignin sulfonic acid-based water reducing agents, melamine-based water reducing agents, and acrylic water-reducing agents. A water reducing agent may be used individually by 1 type, and may be used in combination of 2 or more types.
セメント組成物に用いることができる凝結遅延剤は、例えば、クエン酸、グルコン酸、リンゴ酸、酒石酸等の有機酸又はその塩；ホウ酸、ホウ酸ナトリウム等のホウ酸塩、リン酸塩、アルカリ金属炭酸塩、アルカリ金属重炭酸塩等の無機塩；糖類が挙げられる。凝結遅延剤は、一種を単独で用いてもよく、二種以上を併せて用いてもよい。 The setting retarder which can be used for the cement composition is, for example, an organic acid such as citric acid, gluconic acid, malic acid, tartaric acid or a salt thereof; boric acid, borates such as sodium borate, phosphate, alkali Inorganic salts such as metal carbonates and alkali metal bicarbonates; and saccharides. The setting retarder may be used alone or in combination of two or more.
セメント組成物に用いることができる膨張材は、コンクリート用膨張材として一般に使用されているＪＩＳ適合の膨張材（ＪＩＳ Ａ ６２０２：２００８）であれば、何れの膨張材でもかまわない。膨張材としては、例えば、遊離生石灰を主成分とする膨張材（生石灰系膨張材）、アウインを主成分とする膨張材（エトリンガイト系膨張材）等が挙げられる。 The expansive material that can be used for the cement composition may be any expansive material according to JIS that is generally used as an expansive material for concrete (JIS A 6202: 2008). Examples of the expansive material include expansive materials (free lime based expansive materials) mainly composed of free quicklime, expansive materials mainly composed of auin (ethoringite based expansive materials), and the like.
本実施形態のセメント組成物は、本発明の効果を喪失させない範囲で各種混和材（剤）を含んでもよい。混和材（剤）としては、例えば、消泡剤、防水剤、防錆剤、収縮低減剤、増粘剤、保水剤、顔料、撥水剤、白華防止剤、繊維、各種ポリマー等が挙げられる。 The cement composition of the present embodiment may contain various admixtures (agents) as long as the effects of the present invention are not lost. Examples of admixtures (agents) include antifoaming agents, waterproofing agents, rustproofing agents, shrinkage reducing agents, thickeners, water holding agents, pigments, water repellents, anti-whitening agents, fibers, various polymers, etc. Be
本実施形態のセメント組成物は、骨材を添加してモルタルやコンクリートとして調製することもできる。骨材は、特に限定されるものではなく、通常のモルタル、コンクリート等の製造に使用される細骨材及び粗骨材をいずれも使用することができる。細骨材及び粗骨材としては、例えば川砂、海砂、山砂、砕砂、人工細骨材、スラグ細骨材、再生細骨材、珪砂、川砂利、陸砂利、砕石、人工粗骨材、スラグ粗骨材、再生粗骨材等が挙げられる。 The cement composition of the present embodiment can also be prepared as mortar or concrete by adding aggregate. The aggregate is not particularly limited, and any of fine aggregate and coarse aggregate which are used for producing ordinary mortar, concrete and the like can be used. As fine aggregate and coarse aggregate, for example, river sand, sea sand, mountain sand, crushed sand, artificial fine aggregate, slag fine aggregate, regenerated fine aggregate, silica sand, river gravel, land gravel, crushed stone, artificial coarse aggregate And slag coarse aggregate, regenerated coarse aggregate and the like.
本実施形態のセメント組成物は、上記の各成分を混合して製造される。混合方法は特に制限されるものではなく、例えば、傾動ミキサ、パン型ミキサ、２軸ミキサ、グラウトミキサ、ホバートミキサ、オムニミキサなど汎用的なミキサを用いることができる。モルタルやコンクリートを調製する際にも、これらの混合方法を用いることができる。 The cement composition of the present embodiment is produced by mixing the above-described components. The mixing method is not particularly limited, and, for example, general-purpose mixers such as tilting mixers, pan-type mixers, 2-axis mixers, grout mixers, Hobart mixers, and omni mixers can be used. These mixing methods can also be used when preparing mortar and concrete.
本実施形態のセメント組成物は、硬化体を２００℃で６時間加熱した際、加熱前後の強度変化率（加熱後の圧縮強度／加熱前の圧縮強度）が０．６以上であることが好ましく、０．８以上であることがより好ましく、０．９以上であることが更に好ましい。強度変化率の上限は特になく、例えば、２．０以下であってもよい。強度変化率が上記範囲内であれば、セメント組成物の硬化体は高温加熱を受けても劣化しにくく、耐熱性に優れる傾向にある。圧縮強度は、土木学会基準ＪＳＣＥ−Ｇ ５０５−２０１０「円柱供試体を用いたモルタルまたはセメントペーストの圧縮強度試験方法（案）」に準じて測定することができる。圧縮強度の測定に用いる供試体の材齢は特に限定されるものではない。 In the cement composition of the present embodiment, when the hardened body is heated at 200 ° C. for 6 hours, the rate of change in strength before and after heating (the compressive strength after heating / the compressive strength before heating) is preferably 0.6 or more And 0.8 or more are more preferable, and 0.9 or more is more preferable. The upper limit of the rate of change in strength is not particularly limited, and may be 2.0 or less, for example. When the rate of change in strength is within the above range, the cured product of the cement composition is unlikely to deteriorate even when subjected to high temperature heating, and tends to be excellent in heat resistance. The compressive strength can be measured in accordance with JSCE-G 505-2010 “Test method for compressive strength of mortar or cement paste using cylindrical specimen (draft)” according to the Japan Society of Civil Engineers. The age of the specimen used to measure the compressive strength is not particularly limited.
本実施形態のセメント組成物は、高温加熱を受ける前と比較して高温加熱を受けた後においても圧縮強度が低下しにくく、耐熱性を有するものとなる。また、セメント組成物中のＳＯ３とＡｌ２Ｏ３のモル比を調整すればよく、特定の材料を必要とすることもないため、目的・用途に応じて比較的自由に材料を選択することができる。このようなセメント組成物は、通常のコンクリートの用途に加え、熱変化が起こりやすい箇所の補修・補強等にも用いることができる。 The cement composition of the present embodiment is resistant to a decrease in compressive strength even after being subjected to high temperature heating as compared to before receiving high temperature heating, and has heat resistance. In addition, the molar ratio of SO 3 to Al 2 O 3 in the cement composition may be adjusted, and a specific material is not required, so the material can be selected relatively freely according to the purpose and application. Can. Such a cement composition can be used for repair, reinforcement, etc. of a portion where heat change is likely to occur, in addition to the use of ordinary concrete.
以下、実施例を挙げて本発明を詳細に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be described in detail by way of examples, but the present invention is not limited thereto.
［セメント組成物の調製］
水硬性セメント、速硬性混和材、減水剤、膨張剤、凝結遅延剤及び骨材をそれぞれ異なる割合で混合し、サンプル１〜６を調製した。
[Preparation of cement composition]
The hydraulic cement, the quick-hardening admixture, the water reducing agent, the expansion agent, the setting retarder and the aggregate were mixed in different proportions to prepare samples 1 to 6, respectively.
［化学成分の分析］
各サンプルは、８８μｍ篩による篩分けした粉末を用いて、粉末プレス法によりブリケット試料を調製した。各ブリケット試料を用いて蛍光Ｘ線測定を行い、ファンダメンタル・パラメーター法による半定量（オーダー）分析を行った。
[Analysis of chemical composition]
Each sample prepared the briquette sample by the powder press method using the powder sifted by the 88 micrometer sieve. Fluorescent X-ray measurement was performed using each briquette sample, and semiquantitative (order) analysis was performed by the fundamental parameter method.
［評価方法］
強度変化率については、以下の方法で評価した。評価結果を表２に示す。
材齢７日におけるセメント硬化体の供試体を作製した。供試体は作製翌日に脱型した後、材齢日まで気中で養生した。養生は常に２０℃の恒温槽内で行った。加熱処理する供試体は、２００℃の乾燥機にいれて６時間加熱した後、取り出して室温まで冷却させた。
加熱処理前と後の供試体をそれぞれ、土木学会基準ＪＳＣＥ−Ｇ ５０５−２０１０「円柱供試体を用いたモルタルまたはセメントペーストの圧縮強度試験方法（案）」に準じて、圧縮強度を測定した。加熱処理前後の圧縮強度を比較することで強度変化率を算出した。なお、加熱処理前の各供試体の圧縮強度は、全て２５Ｎ／ｍｍ２を満足するものであった。
[Evaluation method]
The rate of change in strength was evaluated by the following method. The evaluation results are shown in Table 2.
A specimen of hardened cement at 7 days of age was prepared. The specimen was demolded on the next day of preparation and then cured in air until the material age. Curing was always performed in a thermostat at 20 ° C. The sample to be heat-treated was placed in a dryer at 200 ° C. and heated for 6 hours, then taken out and cooled to room temperature.
The compressive strength of each of the test pieces before and after the heat treatment was measured according to JSCE-G 505-2010 “Test method for compressive strength of mortar or cement paste using cylindrical test piece (draft)”. The rate of change in strength was calculated by comparing compression strengths before and after heat treatment. In addition, the compressive strength of each specimen before heat processing was all satisfy | filling 25 N / mm < 2 >.
Claims (5)
［ＳＯ３］／［Ａｌ２Ｏ３］のモル比が０．４〜１．０５である、セメント組成物。 With Al 2 O 3 and SO 3 as chemical components,
[SO 3] / molar ratio of [Al 2 O 3] is 0.4 to 1.05, a cement composition.
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