JP4434330B2

JP4434330B2 - セメント

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Publication number: JP4434330B2
Application number: JP11328098A
Authority: JP
Inventors: 裕中島; 秀幸菅谷; 孝治後藤
Original assignee: Taiheiyo Cement Corp
Current assignee: Taiheiyo Cement Corp
Priority date: 1998-04-23
Filing date: 1998-04-23
Publication date: 2010-03-17
Anticipated expiration: 2018-04-23
Also published as: JPH11302045A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、セメントに関し、特に、セメント混練物の作業性を改良することができるセメントに関する。
【０００２】
【従来の技術】
セメントは、一般的に、セメントクリンカに数％の石膏を添加し粉砕して製造されている。さらに、混合セメントと称して、該セメントに高炉スラグ，シリカフュ−ムなどの混和材を添加し混合したセメントも製造されている。
それらのセメントは、通常、骨材，混練水のほかに減水剤，流動化剤などの混和剤を添加・混合して使用されている。
該混和剤は、例えば、施工時の作業性の確保、施工に伴う材料分離の抑制、硬化体の強度の改良などを目的として添加されるもので、現在では、セメント製品を製造する上で不可欠の材料である。
【０００３】
セメント製造時に添加される上記石膏は、通常、２水石膏である。
その２水石膏は、セメントクリンカに添加され粉砕されたさい、該クリンカの保有熱，粉砕に伴う摩擦熱などの熱やメカノケミカル作用によって、結晶水の一部又は大部分は脱水し、半水石膏，無水石膏などの形態に変化してセメントに含まれている。
【０００４】
上記石膏のうち、半水石膏は、混練水と接したとき急速に反応し始めるため、その多寡によってセメント混練物の性状(凝結、作業性など)に大きく影響することが知られている。
【０００５】
市販の普通・早強ポルトランドセメント及び高炉セメントＢ種の性状及び石膏の比率を表１に示す。
なお、各表を含め、この明細書において、
・[２水＋半水]は“(２水石膏のＳＯ₃)＋(半水石膏のＳＯ₃)”、
・[２水]は“２水石膏のＳＯ₃”、
・[半水]は“半水石膏のＳＯ₃”、
・[α型]は“α型半水石膏のＳＯ₃”、
・[β型]は“β型半水石膏のＳＯ₃”及び、
・[無水]は“無水石膏のＳＯ₃”
を示す。
【０００６】
【表１】

【０００７】
市販セメントに含まれる石膏の内訳(比率)は、概ね以下のとおりである。
・[２水＋半水]／全ＳＯ₃；６５〜９０重量％
・[半水]／[２水＋半水] ；３０〜１００重量％
・[α型]／[半水] ；０〜４５重量％
これらから、セメントに含まれている石膏の形態別の割合(ＳＯ₃換算)は、
・２水石膏；０〜６５重量％、
・半水石膏；２０〜９０重量％、及び、
・その他無水石膏(II型)など；１０〜３５重量％
である。
【０００８】
なお、セメント中の２水・半水石膏の分析方法について、例えば、
・特開平6−242035号公報には、熱分析用試料容器を用いて熱重量測定(以下“ＴＧ”又は“ＴＧ”の微分値を“ＤＴＧ”と略称する)、示差走査熱量測定(以下“ＤＳＣ”と略称する)を行い、得た曲線のピ−クを分離して定量する方法、が開示されている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
一般的に、市販セメントを混練水と混練した場合、品種による差異はあるが、作業性と分離抵抗性の両者を満足させるには限度があり、分離抵抗性を比較的良好にしようとすると、流動性は低く、しかも高い粘度のセメントペ−ストが製造される。
つまり、固液分離はしないが、作業性をやや犠牲にしてセメント混練物を製造していた。
【００１０】
その作業性を改良するために、石膏の形態やその割合を変更することも研究されたが、十分に解明されるには至らなかった。
その理由は、従来のセメントの分析では、前述したように、２水石膏及び半水石膏の定量ができる程度であったため、主成分である半水石膏を構成するα型・β型半水石膏の作用効果が正確に把握されていなかったことによる。
最近、α型・β型半水石膏の分別定量方法が開発されたが、未だα型・β型半水石膏の形態の相違が作業性にいかなる影響を与えるかは不明であった。
【００１１】
そのために、従来は、セメント混練物を製造するにあたって、流動化剤などの混和剤を添加・混練して作業性を改良する方法が取られていた。
しかし、該混和剤は、有機化合物(例、ナフタレンスルホン酸，ポリカルボン酸など)を主成分としているために、それを用いたことによってセメント製品の原料費が高価になる、という問題点を有していた。
【００１２】
本発明は、上記問題点を考慮してなされたものであって、その目的は、
セメント自体について分離抵抗性を維持すると共に、“流動性”及び“粘度”を改良し、良好な作業性を具備するセメント
を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記目的を達成するために、セメントに含まれる石膏(２水石膏，α型・β型半水石膏，無水石膏など)のうち、特に、２水石膏及びα型・β型半水石膏に着目し、それらの量的(比率)関係を特定することを特徴とし、これにより、
上記混和剤を用いることなく、セメント自体の性能を変えてセメント混練物の“流動性”及び“粘度”を改良し、もって、該混練物の作業性を向上させることのできるセメントを提供するものである。
【００１４】
すなわち、本発明は、
「２水石膏及び半水石膏を主とする石膏を含むセメントにおいて、
・前記セメントが、ポルトランドセメント、又は、ポルトランドセメントの１種に高炉スラグ，フライアッシュ，シリカヒューム，ポゾラン，白土，石灰石粉末の１種以上を混合してなる混合セメントであり、
・前記２水石膏及び半水石膏の合量に占める該半水石膏が５０重量％以上、かつ
・該半水石膏に占めるα型半水石膏が５０重量％以上である」(請求項１)
ことを要旨とする。
【００１５】
また、本発明は、
・石膏に占める２水石膏および半水石膏の合量が６０重量％以上である(請求項２)
ことを特徴とするものである。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を詳細に説明する。
本発明に係るセメントは、従来、混和剤に頼っていた作業性の向上を、セメントに含まれる石膏の構成成分の比率を特定することにより、セメント自体の改良を達成したものである。
上記「作業性」は、セメント混練物(ペ−スト，モルタル，コンクリ−トなど)の流動性及び粘度に密接に関連しているので、これらの特性をもって作業性を評価した。具体的には、高流動性、かつ、低粘度の場合、作業性が良好である。
【００１７】
本発明のセメントは、ポルトランドセメント（慣用のポルトランドセメントクリンカ，石膏などより製造される普通・早強・中庸熱ポルトランドセメント）、並びに、それらポルトランドセメントの１種に高炉スラグ，フライアッシュ，シリカヒュ−ム，ポゾラン，白土，石灰石粉末の１種又は２種以上を混合してなる混合セメントに適用する。なお、単に“石膏”と称する場合、２水石膏を意味することが多いが、本発明では、「２水・半水・無水石膏」を総称した意味に用いる。
【００１８】
通常、ポルトランドセメントには、前記したように、製造過程で添加された２水石膏(普通ポルトランドセメントのＳＯ₃は、１．５〜２．５重量％である)が被熱し、その一部又は大部分が脱水して２水石膏，半水石膏，無水石膏など各種形態のものが共存している。
該セメントに混和材を混合した混合セメントも同様である(なお、混和材の混合比率に応じてセメント中のＳＯ₃量は低減する)。
【００１９】
本発明に係るセメントは、上記のような各種形態の石膏を含み、[２水＋半水]を主とするものであって、
1) [半水]／[２水＋半水]が５０重量％以上、かつ、
2) [α型]／[半水]が５０重量％以上
の構成を有するものである。
【００２０】
本発明に係るセメントは、製造後のセメント中に含まれる石膏の構成が主に２水石膏及び半水石膏からなるものに適用する。
それらのＳＯ₃の合計量がセメント中の全ＳＯ₃量の６０重量％以上であるのが好ましい。
２水石膏及び半水石膏の合量の割合が少な過ぎる場合、上記 1)の[半水]／[２水＋半水]、及び、2)の[α型]／［半水]が規定内にあっても、絶対量が不足して好ましくない現象が生じる。例えば、作業性の低下だけでなく、分離抵抗性，凝結時間など他の特性も影響するので好ましくない。
なお、２水石膏及び半水石膏を除くＳＯ₃源は、作業性にほとんど影響しない無水石膏、クリンカ中の硫酸塩などである。
【００２１】
本発明は、前記[半水]／[２水＋半水]、及び、[α型]／［半水]の両法の比率を同時に満足していることが、特に重要である。
比率の一方が規定する範囲内、他方が範囲外のときは、作業性が低下するか、又は、分離抵抗性が低下する、という好ましくない現象が生じる。
以下、各比率について説明する。
【００２２】
本発明のセメントは、[２水＋半水]に占める[半水]の割合が５０重量％以上でなければならない。
５０重量％未満の場合、２水石膏の割合が多量になり、セメント混練物の流動性が向上し粘度が低下して好ましい反面、分離抵抗性が極端に低下し固液分離するために(例えば、表２、比較例１〜３参照)、施工に支障をきたすうえ(例、ポンプ圧送)、セメント製品の品質低下を招くので好ましくない。
好ましい[半水]／[２水＋半水]は、７０重量％以上であり、該比率が１００重量％の場合においても(換言すれば、２水石膏を含まない場合)、本発明のセメントは、所期の目的を達成することができる。
【００２３】
次に、α型・β型半水石膏について説明する。
本発明において、[半水]に占める[α型]の割合が５０重量％以上でなければならない。
５０重量％未満の場合、相対的にβ型半水石膏が過多になり、セメント混練物の分離抵抗性が良好な反面、流動性が低下し粘度が上昇し作業性が著しく低下するので好ましくない。
好ましい[α型]／[半水]は、７０重量％以上であり、該比率が１００重量％の場合においても(換言すれば、β型半水石膏を含まない場合)、本発明のセメントは、所期の目的を達成することができる。
【００２４】
セメントに含まれるα型・β型半水石膏の分別定量方法は、
・加熱処理により、α型・β型半水石膏がII型無水石膏に転化すること、
・その転化率がα型とβ型とで大きく相違すること、及び、
・２水石膏は、加熱されたさい、β型半水石膏を経由してII型無水石膏に転化すること、
を利用して定量することができる。
【００２５】
具体的には、次の要領で行う(注)。
セメントを２００℃、１６時間加熱処理し、室温で湿度３０％程度の条件下で恒量になるまで静置したのち、ＴＧ，ＤＳＣなどによって[半水石膏量Ａ]を定量する。
別途に、前述した慣用の方法にしたがって[２水石膏量Ｂ]及び[半水石膏量Ｃ]を定量する。
(注) 特願平9−366294号明細書参照。
【００２６】
上記[半水石膏量Ａ]，[２水石膏量Ｂ]及び[半水石膏量Ｃ]を用いて、セメントに含まれる半水石膏のII型無水石膏への[転化率Ｅ]を算出する。
次いで、該[転化率Ｅ]に相当する[α型半水石膏／β型半水石膏(重量比)]を検量線から求め、計算によりα型半水石膏量(重量％)及びβ型半水石膏量(重量％)が得られる。
【００２７】
【実施例】
以下、本発明を実施例に基づいて説明する。
ポルトランドセメントクリンカ粉砕物及び石膏粉末を混合して試製ポルトランドセメントを製造し、セメントペ−スト・モルタルの作業性に関する試験を行った。
【００２８】
使用した材料は、次のとおりである。
(1) セメントクリンカ粉砕物：
・普通ポルトランドセメントクリンカ粉砕物；
日本セメント（株）社製、ブレ−ン比表面積 3,300ｃｍ²／ｇ
・早強ポルトランドセメントクリンカ粉砕物；
日本セメント（株）社製、ブレ−ン比表面積 4,300ｃｍ²／ｇ
(2) 石膏：
・２水石膏；
(株)ノリタケカンパニ−社製、ブレ−ン比表面積 7,500ｃｍ²／ｇ
・α型半水石膏量；
(株)ノリタケカンパニ−社製、ブレ−ン比表面積 8,000ｃｍ²／ｇ
・β型半水石膏量；
(株)ノリタケカンパニ−社製、ブレ−ン比表面積 7,800ｃｍ²／ｇ
・II型無水石膏；
関東化学(株)社製、ブレ−ン比表面積 8,000ｃｍ²／ｇ
(3) 混和材：
・高炉スラグ粉末；
第一セメント（株）社製、ブレ−ン比表面積 8,000ｃｍ²／ｇ
(4) 混和剤
・減水剤；花王（株）社製、商品名「マイティ１５０」
【００２９】
(実施例１〜１３、比較例１〜６)
表２に示すように、上記普通ポルトランドセメントクリンカ粉砕物及び石膏を配合し、慣用方法で混合して「試製の普通ポルトランドセメント」を製造した。
【００３０】
次いで、
・試製の普通ポルトランドセメント；８００ｇ
・減水剤；９．６ｇ，及び、
・水；２５６ｇ
をJIS R 5201 8.1(3)「手練り用練り混ぜ器具」に規定されている練り鉢に投入し、２分間手で練り混ぜて、セメントペ−ストを製造した。
なお、JIS R 5201「セメントの物理試験方法」にしたがって測定した各セメントペ−ストの凝結(始発)時間は、２時間２０分程度で市販の普通ポルトランドセメントと殆ど同じであった。
【００３１】
該ペ−ストについて、次に示す流動性，粘度及び分離抵抗性を測定した。得られた結果を表２に併記した。
(1) 流動性：
ペ−ストをフロ−テ−ブル(注1)の中央に載置したフロ−コ−ン(注2)に流し込み表面を均した。練り混ぜ終了時から３分経過したのち、フロ−コ−ンを持ち上げ、ペ−ストを自由流動(フロ−)させた。
ペ−ストの静止を確認後、該フロ−テ−ブルを１回／秒の速度で１５回落下させ、さらに、自由流動(フロ−)させた。
ペ−ストの静止を確認したのち、広がったペ−ストの最大寸法と、それと直角方向に測定した寸法の平均値で表示した。
なお、該平均値が大きい程、流動性が高く好ましい。
(注1) ASTM C−124に規定されたもの。
(注2) JIS R 5201「セメントの物理試験方法」に規定されたもの。
【００３２】
(2) 粘度：
練り混ぜ終了時から３分経過後のペ−ストを回転式粘度計(注)を用いて、塑性粘度を測定した。
なお、粘度は、低いほど好ましい。
(注) 協和科学(株)社製。
【００３３】
(3) 分離抵抗性：
前記流動性の測定後のセメントペ−ストを固液分離しているか否かを目視観察して判断した。
固液分離していない該ペ−ストを「〇」、しているペ−ストを「×」として評価した。
【００３４】
【表２】

【００３５】
(実施例１４〜１９、比較例７〜１１)
表３に示すように、前記早強ポルトランドセメントクリンカ粉砕物及び石膏を配合し、慣用方法で混合して「試製の早強ポルトランドセメント」を製造した。
該早強ポルトランドセメントを用い前記実施例１〜１３で行った手順にしたがってセメントペ−ストを製造し、同じ特性について測定し、得た結果を同表に併記した。
なお、前記測定法によって測定した各セメントペ−ストの凝結(始発)時間は、２時間１０分程度で市販の早強ポルトランドセメントと殆ど同じであった。
【００３６】
【表３】

【００３７】
(実施例２０〜２９、比較例１２〜１７)
まず、前記普通ポルトランドセメントクリンカ粉砕物６０重量部、及び、前記高炉スラグ４０重量部の混合物を造った。
次いで、表４に示すように、該混合物及び石膏を配合し、慣用の方法で混合して「試製の高炉セメントＢ種」を製造した。
該高炉セメントＢ種を前記実施例１〜１３で行った手順にしたがって、セメントペ−ストを製造し、各特性を測定し、得た結果を同表に併記した。
なお、前記測定法によって測定した各セメントペ−ストの凝結(始発)時間は、４時間３０分程度で市販の高炉セメントＢ種と殆ど同じであった。
【００３８】
【表４】

【００３９】
前記各実施例及び比較例から、以下の事項が判明した。
1) 前記実施例１〜１３から、本発明の普通ポルトランドセメントは、
・流動性：４００ｍｍ以上，粘度：３０５ｍＰａ・ｓ以下を示し、かつ、分離も生じなかった。
それに比し比較例１〜６は、上記実施例に対して作業性，分離抵抗性のいずれかが好ましくなかった。
2) 前記実施例１４〜１９から、本発明の早強ポルトランドセメントは、
・流動性：２６５ｍｍ以上，粘度：３５６ｍＰａ・ｓ以下を示し、かつ、分離も生じなかった。
それに比し比較例７〜１１は、上記実施例に対して作業性，分離抵抗性のいずれかが好ましくなかった。
3) 前記実施例２０〜２９から、本発明の高炉セメントＢ種は、
・流動性：４００ｍｍ以上，粘度：３０４ｍＰａ・ｓ以下を示し、かつ、分離も生じなかった。
それに比し比較例１２〜１７は、上記実施例に対して作業性，分離抵抗性のいずれかが好ましくなかった。
【００４０】
また、本発明の普通・早強ポルトランドセメント及び高炉セメントＢ種を、対応する品種の市販のセメントと比較した場合、
・流動性は高く、かつ、粘度は低く作業性は、全てのセメントについて改良されていること、及び、
・分離抵抗性は、ほぼ同程度に維持されていること
が認められた。
【００４１】
(参考例１〜４)
試製の“普通ポルトランドセメント”を使用してモルタルを製造し、作業性などを調べた。
【００４２】
セメントは、参考例１，２が前記実施例５，７、参考例３，４が比較例４，６で使用したものを用いた。
配合は、砂／セメント比＝２，水／セメント比＝０．４，減水剤／セメント比＝０．０１２である。使用した砂は、豊浦標準砂：相馬珪砂(特４号)：相馬珪砂(３号)：相馬珪砂(８号)＝１：２：２：１(重量比)の混合砂である。
【００４３】
上記試製セメントおよび混合砂を３０秒間空練りし、減水剤を混合した混練水を添加し、低速で９０秒間練り混ぜたのち、３０秒間静止した。さらに、中速で６０秒間練り混ぜてモルタルを製造した。
該モルタルの特性について、実施例１〜１３と同様の測定を行い、得た結果を表５に記載した。
【００４４】
【表５】

【００４５】
上記参考例１〜４から、次のことが判明した。
本発明の普通ポルトランドセメントを用いてつくったモルタル(参考例１，２)は、
・作業性が改良されていること(流動性は高く、かつ、粘度は低い)、
それに比して、規定外の普通ポルトランドセメントを用いてつくったモルタル (参考例３，４)は、
・作業性が劣っていること(流動性は低く、かつ、粘度は高い)
が確認された。
分離抵抗性は、いずれもほぼ同程度であることが認められた。
【００４６】
【発明の効果】
本発明は、セメントに含まれる石膏(２水石膏，α型・β型半水石膏，無水石膏など)のうち、特に、２水石膏及びα型・β型半水石膏に着目し、それらの量的(比率)関係を特定することを特徴とし、これによって、
分離抵抗性を維持すると共に“流動性”及び“粘度”が改良され、従来のセメントに比して良好な作業性を発揮する、という効果を奏する。
また、本発明のセメントは、モルタル・コンクリ−トの原料として使用しても十分に該効果を発揮する。
【００４７】
その結果、高価な混和剤(有機化合物)を使用しなくとも、それを添加したと同等の作業性を有するセメント混練物を製造することができる。
また、該混練物を用いることにより、ポンプ圧送作業，鏝塗りなどの作業がスム−スになり、型枠への密充填が容易になり、セメント製品の高品質化に寄与する。

Claims

２水石膏及び半水石膏を主とする石膏を含むセメントにおいて、
前記セメントが、ポルトランドセメント、又は、ポルトランドセメントの１種に高炉スラグ，フライアッシュ，シリカヒューム，ポゾラン，白土，石灰石粉末の１種以上を混合してなる混合セメントであり、
前記２水石膏及び半水石膏の合量に占める該半水石膏が５０重量％以上、かつ、該半水石膏に占めるα型半水石膏が５０重量％以上である、
ことを特徴とするセメント。
上記石膏に占める２水石膏及び半水石膏の合量が６０重量％以上であることを特徴とする請求項１記載のセメント。