JP5178554B2 - セメント組成物 - Google Patents
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Description
このような微細な形状を有するセメント質硬化体を作製するためには、硬化前には高い流動性を有しかつ硬化後には高い機械的強度を発現しうるセメント組成物を調製することが求められる。
このような高流動性及び高強度のセメント組成物の一例として、ポルトランドセメントを50〜100℃の温度で水蒸気処理して、該セメントの強熱減量を0.5〜2.5重量%増加させてなる高流動性セメント組成物が、提案されている(特許文献1)。
このセメント組成物は、極めて流動性が優れ、高強度で、減水剤の使用量も低減することができる。
この水硬性組成物は、硬化前には、流動性及び材料分離抵抗性に優れ、自己充填性を有するとともに、硬化後には、150MPa以上の圧縮強度と25MPa以上の曲げ強度を有する。
また、上述の特許文献2にも記載されているように、現在、100MPa以上の圧縮強度及び高い流動性を有するセメント質硬化体を作製するために、混和材としてポゾラン質微粉末(特に、シリカフューム)を用いることが、一般に行われている。しかし、シリカフュームは、諸外国からの輸入物であり、品質やコストの変動が生じ易いという問題がある。そのため、シリカフューム等のポゾラン質微粉末及び他の特殊な材料を用いずに、100MPa程度以上の圧縮強度及び高い流動性を発現しうるセメント組成物を調製することができれば、高強度のセメント組成物の安定的な供給という点で望ましい。
そこで、本発明は、シリカフューム等のポゾラン質微粉末を用いずに、硬化前には高い流動性を有しかつ硬化後には高い機械的強度を発現しうるセメント組成物を提供することを目的とする。
[1] セメントクリンカ粉砕物と、石膏と、細骨材と、水と、減水剤とを含み、かつ、ポゾラン質微粉末を含まないセメント組成物であって、上記水(W)と上記セメントクリンカ粉砕物(C)との質量比(W/C)が0.28以下であり、「JIS R 5201(セメントの物理試験方法)11.フロー試験」に記載される方法において、15回の落下運動を行わないで測定したフロー値が210mm以上であり、材齢28日の圧縮強度が90MPa以上であり、上記セメントクリンカ粉砕物の粒度構成は、5μm未満の粒子の割合が8〜20質量%、5μm以上、10μm未満の粒子の割合が13〜28質量%、10μm以上、15μm未満の粒子の割合が4〜13質量%、15μm以上、30μm未満の粒子の割合が20〜28質量%、30μm以上、45μm未満の粒子の割合が9〜25質量%、45μm以上、100μm未満の粒子の割合が7〜28質量%、100μm以上の粒子の割合が5質量%以下であり、上記セメントクリンカ粉砕物は、低熱ポルトランドセメントと中庸熱ポルトランドセメントのいずれか一方または両方を調製するためのセメントクリンカ粉砕物を含むことを特徴とするセメント組成物。
[2] 上記セメントクリンカ粉砕物は、ブレーン比表面積が1,000〜1,500cm2/gであるセメントクリンカ粉砕物(C1)と、ブレーン比表面積が5,000〜6,000cm2/gであるセメントクリンカ粉砕物(C2)を、質量比(C1/C2)が4/6〜6/4となるように含む上記[1]に記載のセメント組成物。
[3]上記セメントクリンカ粉砕物は、ビーライト(C2S)の割合が20〜70質量%で、かつ、アルミネート相(C3A)の割合が0.5〜5質量%のものである上記[1]又は[2]に記載のセメント組成物。
また、本発明のセメント組成物は、減水剤の配合量が少量であっても、水量の削減による高い機械的強度と、高い流動性を両立させることができる。
[セメントクリンカ粉砕物]
本発明で用いるセメントクリンカ粉砕物は、流動性の向上の観点から、以下の粒度構成を有するものである。
5μm未満の粒子の割合は、8〜20質量%、好ましくは9〜18質量%である。
5μm以上、10μm未満の粒子の割合は、13〜28質量%、好ましくは15〜26質量%である。
10μm以上、15μm未満の粒子の割合は、4〜13質量%、好ましくは5〜12質量%である。
15μm以上、30μm未満の粒子の割合は、20〜28質量%、好ましくは21〜27質量%である。
30μm以上、45μm未満の粒子の割合は、9〜25質量%、好ましくは10〜24質量%である。
45μm以上、100μm未満の粒子の割合は、7〜28質量%、好ましくは8〜26質量%である。
100μm以上の粒子の割合は、5質量%以下、好ましくは3質量%以下、より好ましくは2質量%以下である。
ビーライト(C2S)の割合は、好ましくは20〜70質量%、より好ましくは23〜65質量%、特に好ましくは26〜62質量%である。
アルミネート相(C3A)の割合は、好ましくは0.5〜5質量%、より好ましくは1〜4質量%、特に好ましくは1.5〜3.5質量%である
フェライト相(C4AF)の割合は、好ましくは5〜15質量%である。
残部は、エーライト(C3S)である。
ここで、低熱ポルトランドセメントを調製するためのセメントクリンカ粉砕物(以下、低熱用クリンカ粉砕物ともいう。)とは、低熱ポルトランドセメントから石膏を除いたものをいう。また、中庸熱ポルトランドセメントを調製するためのセメントクリンカ粉砕物(以下、中庸熱用クリンカ粉砕物ともいう。)とは、中庸熱ポルトランドセメントから石膏を除いたものをいう。
なお、本発明では、低熱用クリンカ粉砕物または中庸熱用クリンカ粉砕物に加えて、普通ポルトランドセメントを調製するためのセメントクリンカ粉砕物(以下、普通用クリンカ粉砕物ともいう。)を用いることもできる。
低熱用クリンカ粉砕物と中庸熱用クリンカ粉砕物を併用する場合のように、種類の異なる2種のクリンカ粉砕物を用いる場合、2種のクリンカ粉砕物の一方を前記のセメントクリンカ粉砕物(C1)に定め、かつ、他方を前記のセメントクリンカ粉砕物(C2)に定めればよい。
本発明で用いる石膏の好ましい例としては、二水石膏、半水石膏が挙げられる。これらの石膏は、一種を単独で用いてもよいし、二種を併用してもよい。
石膏の配合量は、セメントクリンカ粉砕物100質量部に対して、SO3換算値で、好ましくは1.5〜5質量部、より好ましくは1.7〜3.5質量部である。
本発明で用いる細骨材としては、川砂、陸砂、海砂、砕砂、珪砂、又はこれらの混合物を使用することができる。
本発明で用いる細骨材は、機械的強度の観点から、粒径が2mm以下であることが好ましい。ここで、細骨材の「粒径」とは、85%重量累積粒径である。
本発明においては、最大粒径が2mm以下の細骨材が、より好ましく、最大粒径が1.5mm以下の細骨材が、特に好ましい。
細骨材(S)とセメントクリンカ粉砕物(C)との質量比(S/C)は、好ましくは0.6〜1.4、より好ましくは0.7〜1.3、特に好ましくは0.8〜1.2である。該質量比が0.6未満では、硬化初期(凝結段階)の自己収縮が大きくなるうえ、水和熱も大きくなるので、好ましくない。該質量比が1.4を超えると、硬化後の機械的特性(特に、曲げ強度)が低下するので、好ましくない。
本発明においては、細骨材に加えて、粗骨材を配合することができる。粗骨材の配合量は、セメントクリンカ粉砕物100質量部に対して、流動性の観点から、好ましくは30質量部以下、より好ましくは20質量部以下、特に好ましくは10質量部以下である。
本発明において、水(W)とセメントクリンカ粉砕物(C)との質量比(W/C)は、好ましくは0.28以下、より好ましくは0.15〜0.28、さらに好ましくは0.16〜0.27、特に好ましくは0.17〜0.26である。該質量比が0.28を超えると、硬化後の機械的強度(例えば、圧縮強度)が低下する。なお、該質量比が0.15未満では、良好な流動性が得られないことがある。
減水剤としては、リグニン系、ナフタレンスルホン酸系、メラミン系、またはポリカルボン酸系等の、減水剤、AE減水剤、高性能減水剤、または高性能AE減水剤を使用することができる。中でも、ポリカルボン酸系の高性能減水剤または高性能AE減水剤は、セメント組成物の機械的強度及び流動性の観点から、好ましく用いられる。
減水剤の配合量は、セメントクリンカ粉砕物100質量部に対して、固形分換算で、好ましくは0.1〜3.0質量部、より好ましくは0.3〜2.0質量部、特に好ましくは0.3〜1.5質量部である。該配合量が0.1質量部未満では、混練が困難になるとともに、セメント組成物の流動性が低下する。該配合量が3.0質量部を超えると、セメント組成物の硬化後の機械的強度(例えば、圧縮強度)が低下する。なお、減水剤は、液状と粉末状のいずれでもよい。
[ポゾラン質微粉末]
本発明のセメント組成物は、ポゾラン質微粉末を含まないものである。
ポゾラン質微粉末の例としては、シリカフューム、シリカダスト、フライアッシュ、スラグ、火山灰、シリカゾル、沈降シリカが挙げられる。
なお、本発明の好ましい形態の一例として、無機粉末としてセメントクリンカ粉砕物及び石膏のみを用いるものが挙げられる。
本発明のセメント組成物は、以下の物性を有するものである。
「JIS R 5201(セメントの物理試験方法)11.フロー試験」に記載される方法において、15回の落下運動を行わないで測定したフロー値(以下、0打ちフローともいう。)は、210mm以上、好ましくは230mm以上、さらに好ましくは260mm以上、特に好ましくは290mm以上である。
材齢28日の圧縮強度(温度:20℃)は、90MPa以上、好ましくは100MPa以上、さらに好ましくは110MPa以上、特に好ましくは120MPa以上である。
セメント組成物の調製方法は、特に限定されるものではなく、例えば、次の(1)〜(3)のいずれかの方法を採用することができる。
(1)水、減水剤以外の材料を予め混合して、プレミックス材を調製した後、プレミックス材、水、減水剤をミキサに投入し、混練する方法
(2)水以外の材料(ただし、減水剤は、粉末状のものを使用する。)を予め混合して、プレミックス材を調製した後、プレミックス材、水をミキサに投入し、混練する方法
(3)各材料を個別にミキサに投入し、混練する方法
前記(1)〜(3)の混練に用いるミキサは、通常のコンクリートの混練に用いられるどのタイプのものでもよく、例えば、揺動型ミキサ、パンタイプミキサ、二軸練りミキサ等が用いられる。
セメント組成物の成形方法は、特に限定されるものではなく、流し込み成形等の任意の方法を採用することができる。また、養生方法も、特に限定されるものではなく、気中養生、蒸気養生、オートクレーブ養生等を行なうことができる。
[使用材料]
使用材料として、以下のものを用いた。
なお、下記の(1)〜(6)のクリンカ粉砕物の粒度構成を、下記の表1に示す。
(1)低熱用クリンカ粉砕物A
ブレーン比表面積が1,200cm2/gの低熱用クリンカ粉砕物と、ブレーン比表面積が5,600cm2/gの低熱用クリンカ粉砕物を、質量比が1:1となるように混合して、ブレーン比表面積が2,900cm2/gの低熱用クリンカ粉砕物Aを得た。
(2)中庸熱用クリンカ粉砕物B
ブレーン比表面積が1,200cm2/gの中庸熱用クリンカ粉砕物と、ブレーン比表面積が5,600cm2/gの中庸熱用クリンカ粉砕物を、質量比が1:1となるように混合して、ブレーン比表面積が3,100cm2/gの中庸熱用クリンカ粉砕物をB得た。
(3)普通用クリンカ粉砕物C
ブレーン比表面積が1,200cm2/gの普通用クリンカ粉砕物と、ブレーン比表面積が5,600cm2/gの普通用クリンカ粉砕物を、質量比が1:1となるように混合して、ブレーン比表面積が3,200cm2/gの普通用クリンカ粉砕物Cを得た。
(4)低熱用クリンカ粉砕物D
1種のみからなる低熱用クリンカ粉砕物として、ブレーン比表面積が3,600cm2/gの低熱用クリンカ粉砕物Dを用いた。
(5)中庸熱用クリンカ粉砕物E
1種のみからなる中庸熱用クリンカ粉砕物として、ブレーン比表面積が3,600cm2/gの中庸熱用クリンカ粉砕物Eを用いた。
(6)普通用クリンカ粉砕物F
1種のみからなる普通用クリンカ粉砕物として、ブレーン比表面積が3,200cm2/gの普通用クリンカ粉砕物Fを用いた。
クリンカ粉砕物100質量部に対してSO3換算値で2.5質量部の二水石膏を用いた。
(8)細骨材
クリンカ粉砕物100質量部に対して100質量部の珪砂(最大粒径:0.6mm以下)を用いた。
(9)水
下記の表2に示す水(W)とセメントクリンカ粉砕物(C)との質量比(W/C)となるように、水を配合した。
(10)減水剤
セメントクリンカ粉砕物100質量部に対して、下記の表2に示す配合量のポリカルボン酸系高性能AE減水剤(製品名:レオビルド「SP8HU」、製造元:BASF pozzolith社)を用いた。
(11)消泡剤
セメントクリンカ粉砕物100質量部に対して0.04質量部の配合量の消泡剤(製品名:マイクロエア 404、製造元:BASF pozzolith社)を用いた。
表2に示す配合量で各材料を一括してホバートミキサーに投入して混合し、セメント組成物を得た後、以下のようにしてセメント組成物の物性を評価した。
(1)0打ちフロー値
「JIS R 5201(セメントの物理試験方法)11.フロー試験」に記載される方法において、15回の落下運動を行わないでフロー値を測定した。
(2)圧縮強度
セメント組成物を直径50mm、長さ100mmの内部空間を有する型枠内に流し込み、20℃で48時間、湿空養生した後、20℃で水中養生して、セメント組成物からなる硬化体を得た。材齢28日の圧縮強度を、「JIS A 1108(コンクリートの圧縮強度試験方法)」に準じて測定した。
Claims (3)
- セメントクリンカ粉砕物と、石膏と、細骨材と、水と、減水剤とを含み、かつ、ポゾラン質微粉末を含まないセメント組成物であって、
上記水(W)と上記セメントクリンカ粉砕物(C)との質量比(W/C)が0.28以下であり、「JIS R 5201(セメントの物理試験方法)11.フロー試験」に記載される方法において、15回の落下運動を行わないで測定したフロー値が210mm以上であり、材齢28日の圧縮強度が90MPa以上であり、
上記セメントクリンカ粉砕物の粒度構成は、5μm未満の粒子の割合が8〜20質量%、5μm以上、10μm未満の粒子の割合が13〜28質量%、10μm以上、15μm未満の粒子の割合が4〜13質量%、15μm以上、30μm未満の粒子の割合が20〜28質量%、30μm以上、45μm未満の粒子の割合が9〜25質量%、45μm以上、100μm未満の粒子の割合が7〜28質量%、100μm以上の粒子の割合が5質量%以下であり、
上記セメントクリンカ粉砕物は、低熱ポルトランドセメントと中庸熱ポルトランドセメントのいずれか一方または両方を調製するためのセメントクリンカ粉砕物を含むことを特徴とするセメント組成物。 - 上記セメントクリンカ粉砕物は、ブレーン比表面積が1,000〜1,500cm2/gであるセメントクリンカ粉砕物(C1)と、ブレーン比表面積が5,000〜6,000cm2/gであるセメントクリンカ粉砕物(C2)を、質量比(C1/C2)が4/6〜6/4となるように含む請求項1に記載のセメント組成物。
- 上記セメントクリンカ粉砕物は、ビーライト(C2S)の割合が20〜70質量%で、かつ、アルミネート相(C3A)の割合が0.5〜5質量%のものである請求項1又は2に記載のセメント組成物。
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