JP5068906B2

JP5068906B2 - セメント混和材、セメント組成物、及びそれを用いてなるセメントコンクリート

Info

Publication number: JP5068906B2
Application number: JP2001293536A
Authority: JP
Inventors: 実盛岡; 克一宮口; 隆行樋口; 健太郎白井
Original assignee: Denki Kagaku Kogyo KK
Current assignee: Denka Co Ltd
Priority date: 2001-09-26
Filing date: 2001-09-26
Publication date: 2012-11-07
Anticipated expiration: 2021-09-26
Also published as: JP2003095717A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、主に、土木・建築業界において使用されるセメント混和材、セメント組成物、及びそれを用いてなるセメントコンクリートに関する。
本発明でいうセメントコンクリートは、セメントペースト、モルタル、及びコンクリートを総称するものである。
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。
【０００２】
【従来の技術とその課題】
最近では、コンクリートの耐久性問題が大きくクローズアップされ、コンクリートが信頼されにくくなっている。
コンクリートの劣化要因には中性化や塩害等があるが、これらは相反する要求性能である。
即ち、塩害はコンクリート中の水酸化カルシウム量が多いほど影響を受けやすく、中性化は水酸化カルシウム量が少ないほど影響を受けやすいためである。
塩害の影響を受けにくいコンクリートを得るためには、高炉スラグ、フライアッシュ、及びシリカフュームなどの潜在水硬性物質を多量に混和して、セメントの水和から生成する水酸化カルシウムを消費させて、水酸化カルシウム量の少ないコンクリートとすることが有効である。
【０００３】
一方、中性化は水酸化カルシウムが大気中の二酸化炭素と反応して炭酸化されることにより引き起こされる現象である。
したがって、水酸化カルシウム生成量の多いコンクリートほど影響を受けにくいとされている。
今日では塩害と中性化を同時に効果的に抑制する技術の開発が強く求められている。
【０００４】
本発明者は種々検討を重ねた結果、水硬性を持たない高炉徐冷スラグの粉末が、中性化抑制効果を有することを見出し、特定のセメント混和材が、塩害抑制と中性化抑制の双方を付与することを知見して本発明を完成するに至った。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
即ち、本発明は、潜在水硬性物質とブレーン比表面積３，０００ｃｍ^２／ｇ以上でガラス化率30％以下の高炉徐冷スラグ粉末とを含有してなり、潜在水硬性物質と高炉徐冷スラグ粉末の合計１００部中、潜在水硬性物質２０〜８０部、高炉徐冷スラグ粉末８０〜２０部であるセメント混和材であり、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であり、該セメント組成物を用いてなるセメントコンクリートである。
【０００６】
本発明で使用する潜在水硬性物質(以下、ポゾランという)とは、それ自体では水硬性をもたないが、適当な刺激剤を添加することにより、水硬性を示すようになる性質を持つものであれば特に限定されるものではなく、いかなるものでも使用可能である。その具体例としては、例えば、高炉水砕スラグ微粉末、フライアッシュ、シリカフューム、及び珪藻土等が挙げられ、本発明ではこれらのうちの一種又は二種以上が使用可能である。
【０００７】
本発明で使用する高炉徐冷スラグ粉末(以下、ＣＦＳという)は徐冷されて結晶化した高炉スラグの粉末である。
ＣＦＳは、通常、ドライピット、あるいは、畑と呼ばれる冷却ヤードに溶融スラグを流し込み、自然放冷と適度の散水により冷却され、結晶質の塊状スラグとして得られる。
ＣＦＳの成分は高炉水砕スラグと同様の組成を有しており、具体的には、SiO₂、CaO、Al₂O₃、及びMgOなどを主要な化学成分とし、その他微量成分として、Na₂O、K₂O、Fe₂O₃、MnO、TiO₂、S、Cr₂O₃、及びP₂O₅などを含有する。
この化学成分の割合は特に限定されるものではないが、通常、主成分であるSiO₂は25〜45％、CaOは30〜50％、Al₂O₃は10〜20％、及びMgOは３〜10％程度であり、
微量成分であるNa₂O、K₂O、Fe₂O₃、MnO、TiO₂、及びSなどは各々２％以下である。
ＣＦＳのブレーン比表面積(以下、ブレーン値という)は3,000cm²/g以上が好ましく、4,000cm²/g以上がより好ましく、5,000cm²/g以上が最も好ましい。ブレーン値が3,000cm²/g以下では顕著な中性化抑制効果が得られない場合がある。また、ブレーン値は、大きすぎると混練水量が多くなり、強度発現性や耐久性が悪くなる場合があり、8,000cm²/g以下が好ましい。
また、ＣＦＳの平均粒径は、40μｍ以下が好ましく、30μｍ以下がより好ましく、５〜20μｍが最も好ましい。ＣＦＳの平均粒径は、特別な粉砕機の使用や分球を施さないかぎり、前記ブレーン値とほぼ対応するものである。
ＣＦＳのガラス化率は30％以下が好ましく、10％以下がより好ましい。ガラス化率が30％を超えると水和熱が大きくなる場合がある。
ガラス化率(Ｘ)は、Ｘ(％)＝(１−Ｓ／Ｓ₀)×100として求められる。ここで、Ｓは粉末Ｘ線回折法により求められるＣＦＳ中の主要な結晶性化合物であるメリライト(ゲーレナイト2CaO・Al₂O₃・SiO₂とアケルマナイト2CaO・MgO・2SiO₂の固溶体)のメインピークの面積であり、Ｓ₀はＣＦＳを1,000℃で３時間加熱し、その後、５℃／分の冷却速度で冷却したもののメリライトのメインピークの面積を表す。
【０００８】
本発明におけるセメント混和材中のポゾランとＣＦＳの配合割合は特に限定されるものではないが、通常、ポゾラン20〜80部、ＣＦＳ80〜20部が好ましく、ポゾラン30〜70部、ＣＦＳ70〜30部がより好ましい。ポゾランが20部未満で、ＣＦＳが80部を超えると、塩害に対する抵抗性である耐塩化物浸透性が不充分となる場合があり、また、ポゾランが80部を超え、ＣＦＳが20部未満では、中性化抑制効果が不充分になる場合がある。
【０００９】
本発明のセメント混和材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3,000〜15,000cm²/gが好ましく、4,000〜9,000cm²/gがより好ましい。3000cm²/g未満では本発明の効果が充分に得られない場合があり、15,000cm²/gを超えてもさらなる効果の増進が期待できない。
セメント混和材の使用量は特に限定されるものではない。
セメント混和材は、ポゾランとＣＦＳとを含有するものであるが、中性化抑制効果や耐塩化物浸透性は、セメントコンクリートの圧縮強度と深い関連があり、強度が高いほど、中性化されにくく、耐塩化物浸透性も良好となることから、ポゾランとＣＦＳをセメントコンクリートに使用する場合、セメントとポゾランとを混合して結合材とすること、即ち、ポゾランは結合材としてセメントと置換して配合することが好ましく、また、ＣＦＳは骨材と置換して骨材として配合することが好ましく、特に、細骨材と置換して配合することがより好ましい。
ポゾランの使用量は、通常、結合材100部中、10〜80部が好ましく、30〜70部がより好ましい。10部未満では耐塩化物浸透性が充分でなく、80部を超えると中性化抵抗性が悪くなる場合がある。
また、ＣＦＳは、通常、骨材とＣＦＳの合計100部中、10部以上使用され、骨材の全量をＣＦＳで置換することも可能である。
本発明のセメント混和材のポゾランは結合材としてセメントと置換して配合することで、また、ＣＦＳを骨材と置換して配合することで、本発明のセメント混和材を混和しないセメントコンクリートと比べて圧縮強度をそれほど大きく変えることがなく、設計強度に対する中性化抑制効果や耐塩化物浸透性が明瞭に判別できることになる。
【００１０】
本発明で使用するセメントとしては、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、これらポルトランドセメントに、高炉水砕スラグ、フライアッシュ、又はシリカを混合した各種混合セメント、また、石灰石粉末等を混合したフィラーセメントなどが挙げられ、これらのうちの一種又は二種以上が使用可能である。
【００１１】
本発明のセメント組成物はそれぞれの材料を施工時に混合してもよいし、あらかじめ一部あるいは全部を混合しておいても差し支えない。
本発明のセメント組成物の粒度は、使用する目的・用途に依存するため特に限定されるものではないが、通常、ブレーン値で3,000〜8,000cm²/gが好ましく、4,000〜6,000cm²/gがより好ましい。3,000cm²/g未満では強度発現性が充分に得られない場合があり、8,000cm²/gを超えると作業性が悪くなる場合がある。
【００１２】
本発明では、セメント、セメント混和材、砂や砂利等の骨材の他に、従来コンクリートに用いられてきた石灰石微粉末等の混和材料、減水剤、ＡＥ減水剤、高性能減水剤、高性能ＡＥ減水剤、消泡剤、増粘剤、防錆剤、防凍剤、高分子エマルジョン、収縮低減剤、凝結調整剤、ベントナイトなどの粘土鉱物、ハイドロタルサイトなどのアニオン交換体、膨張材、並びに、急硬材等のうちの一種又は二種以上を、本発明の目的を実質的に阻害しない範囲で使用することが可能である。
【００１３】
本発明において、各材料の混合方法は特に限定されるものではなく、それぞれの材料を施工時に混合しても良いし、あらかじめ一部を、あるいは全部を混合しておいても差し支えない。
混合装置としては、既存のいかなる装置も使用可能であり、例えば、傾胴ミキサ、オムニミキサ、ヘンシェルミキサ、Ｖ型ミキサ、及びナウタミキサなどの使用が可能である。
【００１４】
【実施例】
以下、本発明を実験例に基づいてさらに説明する。
【００１５】
実験例１
表１に示すセメント、ポゾランＡ、ＣＳＦイ、及び細骨材αを使用し、セメントとポゾランからなる結合材と、ＣＦＳイと細骨材からなる骨材の比である結合材・骨材比が１対２、水結合材比が50％のモルタルを調製し、圧縮強度、塩分浸透深さ、及び中性化抵抗性を測定した。結果を表１に併記する。
【００１６】
＜使用材料＞
セメント：普通ポルトランドセメント、ブレーン値3,200cm²/g、比重3.15
ポゾランＡ：高炉水砕スラグ微粉末、ブレーン値6,000cm²/g、ガラス化率95％、比重2.90
ＣＦＳイ：ブレーン値3,000cm²/g、ガラス化率５％、比重3.00
石灰石微粉末：新潟県青海鉱山産石灰石の粉砕品、ブレーン値6,000cm²/g、比重2.70
細骨材α ：砂、JIS標準砂（ISO679準拠）
水：水道水
【００１７】
＜測定方法＞
圧縮強度：４×４×16cmの供試体を作製し、JIS R 5201に準じて材齢28日強度を測定。
塩分浸透深さ：４×４×16cmの供試体を作製し、材齢28日まで20℃水中養生を施した後、５％食塩水に供試体を24時間浸漬し、40℃で24時間乾燥する工程を１サイクルとする促進試験を50サイクルにわたって行った。この供試体を輪切りにして断面に硝酸銀水溶液を塗布して塩分浸透深さを確認、耐塩化物浸透性の評価。
中性化深さ：４×４×16cmの供試体を作製し、材齢28日まで20℃水中養生を施した後、30℃・相対湿度60％・炭酸ガス濃度５％の環境で促進中性化を行い、８週間後に供試体を輪切りし、断面にフェノールフタレインアルコール溶液を塗布して中性化深さを確認。
【００１８】
【表１】

【００１９】
実験例２
単位セメント量150kg/m³、単位ポゾラン量150kg/m³、単位ＣＦＳ量150kg/m³、水結合材比55％、s/a＝42％、及び空気量4.5±1.5％のコンクリートを調製し、圧縮強度、塩分浸透深さ、及び中性化深さを測定した。結果を表２に併記する。
なお、ポゾランは結合材として配合し、ＣＦＳは表２に示すものを用い、細骨材に置換して配合した。
また、中性化に対する抵抗性を検討するために、同一配合の場合にＣＦＳと圧縮強度が同等となる石灰石微粉末を混和した場合についても同様の実験を行った。結果を表２に併記する。
【００２０】
＜使用材料＞
ＣＦＳｂ：ブレーン値4,000cm²/g、ガラス化率５％、比重3.00
ＣＦＳｃ：ブレーン値4,500cm²/g、ガラス化率５％、比重3.00
ＣＦＳｄ：ブレーン値5,000cm²/g、ガラス化率５％、比重3.00
ＣＦＳｅ：ブレーン値6,000cm²/g、ガラス化率５％、比重3.00
ＣＦＳｆ：ブレーン値6,000cm²/g、ガラス化率30％、比重2.96
ＣＦＳｇ：５mm下に調整、ガラス化率５％、比重3.00
細骨材β ：砂、新潟県姫川産、比重2.62
粗骨材：砂利、新潟県姫川産、砕石、比重2.64
高性能ＡＥ減水剤：ポリカルボン酸系、市販品
【００２１】
＜測定方法＞
圧縮強度：10φ×20cmの供試体を作製し、JIS A 1108に準じて材齢28日強度を測定。ただし、脱型は材齢７日に行い、以後20℃の水中養生を行った。
塩分浸透深さ：10φ×20cmの供試体を作製し、材齢28日まで20℃水中養生を施した後、新潟県青海町の浜辺に供試体を暴露し、６ヶ月後に回収した。この際、供試体が潮の満ち引きによって海水に漬かったり乾燥したりするような場所を選定した。この供試体を輪切りにして断面に硝酸銀水溶液を塗布して塩分浸透深さを確認。
中性化深さ：10φ×20cm供試体を作製し、材齢28日まで20℃水中養生を施した後、30℃・相対湿度60％・炭酸ガス濃度５％の環境で促進中性化を行い、６ヶ月後に供試体を輪切りし、断面にフェノールフタレインアルコール溶液を塗布して中性化深さを確認。
【００２２】
【表２】

【００２３】
実験例３
ポゾランの種類と単位量、ならびにＣＦＳの単位量を表３に示すように変化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。
【００２４】
＜使用材料＞
ポゾランＢ：フライアッシュ、ブレーン値4,500cm²/g、比重2.40
ポゾランＣ：シリカフューム、ブレーン値135,000cm²/g、比重2.20
【００２５】
【表３】

【００２６】
【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、耐塩化物浸透性と中性化抑制効果を付与できるセメント組成物とすることができるなどの効果を奏する。

Claims

潜在水硬性物質とブレーン比表面積３，０００ｃｍ^２／ｇ以上でガラス化率30％以下の高炉徐冷スラグ粉末とを含有してなり、潜在水硬性物質と高炉徐冷スラグ粉末の合計１００部中、潜在水硬性物質２０〜８０部、高炉徐冷スラグ粉末８０〜２０部であるセメント混和材。
セメントと請求項１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。
請求項２記載のセメント組成物を用いてなるセメントコンクリート。