JP5888586B2

JP5888586B2 - セメント硬化体の製造方法

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Publication number: JP5888586B2
Application number: JP2011207615A
Authority: JP
Inventors: 佐々木　徹; 徹佐々木; 幸子林口; 大樹遠藤; 安藤　豊; 豊安藤
Original assignee: Sumitomo Osaka Cement Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Osaka Cement Co Ltd
Priority date: 2011-09-22
Filing date: 2011-09-22
Publication date: 2016-03-22
Anticipated expiration: 2031-09-22
Also published as: JP2013067536A

Description

本発明は、セメント硬化体の製造方法に関する。

道路等の舗装コンクリート、特に、供用中の道路の補修に用いられるコンクリートやモルタルには、早期に交通を再開する必要性から、打設後短期間に強度が十分に得られることが求められる。
施工後短時間でセメント硬化物の強度を得るためには、従来から、超早強ポルトランドセメントや、超速硬セメントなどを用いたセメント組成物が用いられている。

超速硬セメントを用いたセメント組成物は、比較的短時間で実用強度が得られるが、短時間で硬化することから、流動性の確保が難しく、工場などで生コンクリートを製造して工事現場まで運搬することができない。そのため、現場に生コンクリートを製造するための混練設備を設置する必要が生じてコストがかかる上に、製造できる生コンクリートの量が制限されるため大規模工事には適していない。

超早強ポルトランドセメントは、超速硬セメントよりも流動性は維持できるものの、所定の実用強度を得るためには施工後２４時間の養生が必要である。そのため、施工時間の短縮には限度があり、施工コストの低減にも限度がある。

前記のような超速硬性セメントや、超早強ポルトランドセメントを用いることなく、普通ポルトランドセメントや早強ポルトランドセメントに、例えば、硫酸リチウムなどの硬化促進剤を添加して短時間で実用強度を得られるセメント組成物を得ることが考えられている（特許文献１）。

また、流動性と短期間での実用強度とを確保するために、前記硬化促進剤とポリカルボン酸などを含む減水剤とを併用することが、特許文献２および３に記載されている。

特開２００２−８７８６７号公報特開２００４−２０８０号公報特開２００７−２９７２４２号公報

しかしながら、上記のような硬化促進剤および減水剤を添加しても、十分な流動性と短時間での実用強度とを得ることは困難であった。

本発明は、上記のような従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、流動性を比較的長く維持でき、且つ比較的短時間で実用強度が得られるセメント硬化体を低コストで製造することができるセメント硬化体の製造方法を提供することを課題とする。

セメント組成物は、ポルトランドセメントと、ポリカルボン酸系混和剤と、硝酸カルシウムおよび亜硝酸カルシウムの少なくとも一方とを含み、前記硝酸カルシウムと亜硝酸カルシウムとの合計量が、前記ポルトランドセメントに対して１．８〜２．７質量％であることを特徴としている。

本発明によれば、ポルトランドセメントとポリカルボン酸系混和剤とを含むセメント組成物において、硝酸カルシウムおよび亜硝酸カルシウムの少なくとも一方を含み、且つ硝酸カルシウムおよび亜硝酸カルシウムの合計量が前記ポルトランドセメントに対して１．８〜２．７質量％含まれるようにすることで、混練後の流動性を比較的長く維持しつつ、施工後には比較的短時間で実用強度を有するセメント硬化体を得ることができる。
よって、工場等で生コンクリート等のセメントペーストを製造し施工現場まで運搬することができるため作業効率が良いと同時に、比較的短時間で実用強度が得られるため作業時間が短時間であり、低コストでセメント硬化体を施工することができる。

本発明に係る道路の舗装用又は補修用のセメント硬化体の製造方法は、早強ポルトランドセメントに、該早強ポルトランドセメントに対して固形分換算で０．３〜１．０質量％になるように、混和剤としてメラミンスルホン酸系混和剤は添加せずにポリカルボン酸系混和剤を添加して混合し、該早強ポルトランドセメントと混和剤との混合物に水を添加して混練し、水の添加から３０分〜１２０分間の間に、硝酸カルシウムおよび亜硝酸カルシウムの少なくとも一方を、前記硝酸カルシウムと亜硝酸カルシウムとの合計量が前記早強ポルトランドセメントに対して１．８〜２．７質量％になるように添加することを特徴としている。

本発明のセメント硬化体の製造方法によれば、混練後の流動性を比較的長く維持しつつ、施工後には比較的短時間で実用強度を有するセメント硬化体を得ることができる。
よって、工場等で生コンクリート等のセメントペーストを製造し施工現場まで運搬することができると同時に、比較的短時間で実用強度が得られるため、作業時間の短縮ができ、比較的低コストでセメント硬化体を製造することができる。
尚、本発明でいう、水の添加から３０分〜１２０分間の間とは前記混合物に水を入れ始めた時間から３０分から１２０分間のことをいう。
すなわち、混合物に水を入れ始めた時間を０時間として、ここから３０分から１２０分間の間に前記硫酸カルシウムおよび亜硝酸カルシウムの少なくとも一方を添加する。

本発明においては、水／セメント比率が２５．０質量％以上４０．０質量％以下にすることが好ましい。

水／セメント比率を２５．０質量％以上４０．０質量％以下にすることで、より、短時間で実用強度を得やすくでき得る。

また、本発明においては、前記ポリカルボン酸系混和剤が、前記ポルトランドセメントに対して固形分換算で０．３〜１．０質量％含有されるように混合される。

前記のような量のポリカルボン酸系混和剤を混合することで、より流動性と硬化速度とのバランスをとることができる。
尚、本発明において、前記ポリカルボン酸系混和剤の含有量は固形分に換算した量である。

本発明によれば、施工時には比較的長時間流動性を維持することができ、且つ比較的短時間で強度が得られるセメント硬化体を低コストで製造することができる。

以下、本発明の実施形態について説明する。
本実施形態のセメント組成物は、ポルトランドセメントと、ポリカルボン酸系混和剤と、硝酸カルシウムおよび亜硝酸カルシウムの少なくとも一方とを含み、前記硝酸カルシウムと亜硝酸カルシウムとの合計量が、前記ポルトランドセメントに対して１．８〜２．７質量％である。

前記ポルトランドセメントとしては、施工性、強度発現性および経済性の観点から、ＪＩＳに規定されている早強ポルトランドセメントが用いられる。

前記ポリカルボン酸系混和剤としては、従来公知の種々のものを用いることができる。
例えば、炭素原子数が２〜１８のアルキレンオキシドを平均付加モル数で２〜３００付加したポリキシアルキレン鎖を有するポリアルキレングリコールモノ（メタ）アクリル酸エステル系単量体、不飽和カルボン酸系単量体、およびこれらの単量体と共重合可能な単量体からなる共重合体、あるいは、３−メチル−３−ブテン−１−オール等の特定の不飽和アルコールにエチレンオキシド等を付加したアルケニルエーテル系単量体、不飽和カルボン酸系単量体、およびこれらの単量体と共重合可能な単量体からなる共重合体などが挙げられる。

ポリカルボン酸系混和剤の市販品としては、ＢＡＳＦポゾリス社のレオビルドＳＰ８ＬＳ、同ＳＰ８Ｎ、同ＳＰ８Ｓ、同ＳＰ８ＳＶ、同ＳＰ８ＳＥ、同ＳＰ８ＳＢＳ、同ＳＰ８ＳＢＭ、同ＳＰ８ＳＢＬ、同ＳＰ８ＳＢＬＬ、同ＳＰ８ＨＶ、同ＳＰ８ＨＥ、花王社のマイティ３０００Ｓ、同３０００Ｈ、同３０００Ｖ、グレースケミカルズ社のダーレックススーパー１００ＰＨＸ、同１００ＰＨＷ、同１００ＰＥＣ、竹本油脂社のチューポールＨＰ−８、同ＨＰ−１１、同ＳＳＰ−１０４、日本シーカ社のシーカメント１１００ＮＴ、同２３００、及びフローリック社のフローリックＳＦ５００Ｓ、同ＳＦ５００Ｈ等が挙げられる。

前記ポリカルボン酸系混和剤は、前記セメントに対して、固形成分に換算して０．３〜１．０質量％含有される。かかる含有量の範囲内であれば、流動性の保持と、短時間での強度発現性を付与できるためである。

前記硝酸カルシウムは、試薬あるいは混和剤として用いられる公知のものを適宜使用することができる。硝酸カルシウムは粉末状あるいは水溶液の状態で添加することが好ましい。

前記亜硝酸カルシウムは、試薬あるいは混和剤として用いられる公知のものを適宜使用することができる。亜硝酸カルシウムは粉末状あるいは水溶液の状態で添加することが好ましい。

前記硝酸カルシウムおよび亜硝酸カルシウムのいずれか一方は、前記ポルトランドセメントに対して、硝酸カルシウム／亜硝酸カルシウムとしての濃度が１．８〜２．７質量％となるように添加される。

かかる量の範囲内であれば、短時間での強度発現性を付与できるためである。

また、硝酸カルシウムと亜硝酸カルシウムとを混合して用いる場合の両者の混合比率は、質量比で、０：１〜１．５：１、好ましくは０：１〜１：１の比率で混合することが好ましい。

かかる混合比で用いた場合は、比較的短時間での強度発現性を付与できるためである。

本実施形態のセメント組成物は、さらに骨材を含んでいても良い。
骨材としては、公知の細骨材もしくは粗骨材のうちのいずれか一方、または、両方とも含まれていても良い。
前記粗骨材としては、例えば、砕石、川砂利、天然軽量粗骨材（パーライト、ヒル石等）、副産軽量粗骨材、人工軽量粗骨材、再生骨材等が挙げられる。
前記細骨材としては、例えば、川砂、山砂、海砂、天然軽量細骨材（パーライト、ヒル石等）等の天然細骨材や砕砂、人工軽量細骨材、高炉スラグ細骨材等の人工細骨材、副産軽量細骨材等が挙げられる。

本実施形態のセメント組成物には、さらに凝結遅延剤、流動化剤などの公知の添加剤が添加されていてもよい。

次に、本実施形態のセメント硬化体の製造方法について説明する。
本実施形態のセメント硬化体の製造方法は、ポルトランドセメントと、ポリカルボン酸系混和剤とを混合した混合物に水を添加して混練し、水の添加から３０分〜１２０分間の間に硝酸カルシウムおよび亜硝酸カルシウムの少なくとも一方を、前記前記硝酸カルシウムと亜硝酸カルシウムとの合計量が前記ポルトランドセメントに対して１．６質量％以上５．０質量％以下になるように添加する。

具体的には、まず、前記ポルトランドセメントと前記ポリカルボン酸系混和剤と、必要に応じて細骨材および／または粗骨材とをミキサーなどの公知の混合装置を用いて混合して混合物を得る。

さらに、前記混合物に水を添加する。
添加する水の量は、例えば、セメント硬化体をコンクリートとして用いる場合には、Ｗ/Ｃ（水/セメント比率）＝２５〜４０質量％、セメント硬化体をモルタルとして用いる場合には、Ｗ/Ｃ（水/セメント比率）＝２５〜４０質量％となるような量であることが好ましい。
尚、前記水／セメント比率の水には、硝酸カルシウム、亜硝酸カルシウム、およびこれらの混合物を、水溶液として添加する場合には、これらの水溶液中の水も含む。

前記混合物に水の全量を添加し終えたら直ちに混練を開始する。
混練は、公知の混練装置、例えば、二軸強制ミキサーＮＤ５５型、太平洋機工社製を用いて温度２０℃で行なうことができる。

前記混合物に水を入れ始めた時間を０時間として、この水の添加開始から３０分から１２０分間の間に、前記亜硝酸カルシウム、硝酸カルシウム、または亜硝酸カルシウムと硝酸カルシウムの混合物のうちのいずれかを添加する。

前記亜硝酸カルシウム、硝酸カルシウム、または亜硝酸カルシウムと硝酸カルシウムの混合物のうちのいずれかを添加してからさらに０．５〜１．５分間混練することで、セメントペーストとしての混練物を得ることができる。

前記セメントペーストは、施工までの間、すなわち混練終了から施工までの間は流動性を維持できるため、通常のセメントペーストと同様に、セメント工場で混練してからアジテート車などを用いて施工現場まで運搬することが可能である。

現場まで運搬されたセメントペーストは道路など目的の施工場所に施工されてセメント硬化体が得られる。
かかるセメント硬化体は、施工後に比較的短時間で所定の実用強度を発現するため、道路の舗装工事、補修工事などに用いた場合には、交通を止める時間が短時間ですみ、かかる用途に適している。
また、施工時間が短く且つ現場における混練設備も不要であるため、短時間で実用強度が得られるセメント硬化体の施工作業を、低コストで行なえる。

以下、本発明の実施例について説明する。

＜使用材料＞
各実施例および比較例として使用するセメント組成物（コンクリート用）の材料を表１に示す。

前記材料のうち、セメント、細骨材、粗骨材が表２に示す質量比率になるように混合する。
水は、セメントに対する質量比で表３に示す各割合（Ｗ/Ｃ％）になるように調整する。
尚、ポリカルボン酸系混和剤ＡおよびＢ、メラミンスルホン酸系混和剤は固形成分に換算した場合のセメントに対する質量％が表３に示す各量になるように調整する。

＜製造方法＞
前記各材料を用いてセメント硬化体を製造する方法について説明する。
まず、セメントおよび細骨材を、混合装置（二軸強制ミキサーＮＤ５５型、太平洋機工社製）に入れ、２０℃、０．５分間混合する。
次に、前記混合物を混練装置（二軸強制ミキサーＮＤ５５型、太平洋機工社製）に入れて、分量の水およびポリカルボン酸系混和剤Ａ、Ｂ又はメラミンスルホン酸系混和剤を注入し混練する。
水を注水後、ただちに混練するが、水の注水開始時を０時間とした場合に３０分間それぞれ混練した後に、亜硝酸カルシウム、硝酸カルシウムをセメントに、それぞれ表３に示すようなセメントに対する含有量になるように添加する。
その後、さらに１．５分間混練して、各実施例および比較例のセメントペーストを得る。

＜スランプ試験＞
各実施例および比較例のセメントペーストの、混練終了直後、混練終了３０分経過後、および６０分経過後のスランプ試験をＪＩＳＡ１１０１に準拠して行なった結果を表３に示す。

＜曲げ強度試験＞
各実施例および比較例のセメントペーストを、ＪＩＳＡ１１３２に準拠して作製した供試体（セメント硬化体）を温度２０℃、湿度６０％の条件で１２時間放置した後の曲げ強度試験をＪＩＳＡ１１０６に準拠して行なった結果を表３に示す。

表３に示すように、各実施例では、各比較例に比べて、混練終了から６０分経過後のスランプ試験結果がいずれも４．５ｃｍ以上あり、且つ、１２時間経過後の曲げ強度が３．５Ｎ／ｍｍ²以上であった。

＜添加時間＞
実施例８のセメントペーストと比較例９のセメントペーストを用いて、それぞれ、亜硝酸カルシウム、硝酸カルシウムをセメントに添加する時間をそれぞれ表４に示すような時間に変化させた場合に、前記実施例、比較例と同様にスランプ試験および曲げ強度試験を行った結果を表４に示す。

表４に示すように、ポリカルボン酸系混和剤を用いた場合には、添加時間が３０分から１２０分間の場合に、特に６０分経過後のスランプ試験結果、１２時間経過後の曲げ強度試験結果ともに良好であったが、メラミンスルホン酸系混和剤を用いた場合には硝酸カルシウム、硝酸カルシウムをセメントに添加する時間を変化させても、特に違いはなく、いずれの場合でもポリカルボン酸系混和剤を用いた場合に比して低い結果となった。

Claims

早強ポルトランドセメントに、該早強ポルトランドセメントに対して固形分換算で０．３〜１．０質量％になるように、混和剤としてメラミンスルホン酸系混和剤は添加せずにポリカルボン酸系混和剤を添加して混合し、該早強ポルトランドセメントと混和剤との混合物に水を添加して混練し、水の添加から３０分〜１２０分間の間に、硝酸カルシウムおよび亜硝酸カルシウムの少なくとも一方を、前記硝酸カルシウムと亜硝酸カルシウムとの合計量が前記早強ポルトランドセメントに対して１．８〜２．７質量％になるように添加することを特徴とする道路の舗装用又は補修用のセメント硬化体の製造方法。
前記水を、水／セメント比率が２５．０質量％以上４０．０質量％以下になるように添加する請求項１に記載の道路の舗装用又は補修用のセメント硬化体の製造方法。