JP6320878B2

JP6320878B2 - 低温環境用セメント組成物

Info

Publication number: JP6320878B2
Application number: JP2014172619A
Authority: JP
Inventors: 山本　拓也; 拓也山本; 龍一郎久我; 隆之早川; 宙平尾
Original assignee: Taiheiyo Cement Corp
Current assignee: Taiheiyo Cement Corp
Priority date: 2014-03-25
Filing date: 2014-08-27
Publication date: 2018-05-09
Anticipated expiration: 2034-08-27
Also published as: JP2015193517A

Description

本発明は、低温環境下でも強度発現性に優れたセメント組成物に関する。

震災復旧工事や自然災害に対する防災工事等では、早期の完工が求められている。また、寒冷地域では、冬季の建設活動の停滞が、地域経済全体に悪影響を及ぼしている。かかる背景から、震災復旧工事が急がれる東北地方等の寒冷地域において、年間を通じたコンクリート工事（通年施工）の重要性が増している。
低温環境におけるコンクリート工事では、寒中コンクリート（日平均気温が４℃以下）としての施工、すなわち、凝結硬化の初期に凍結させないこと、凍結融解作用への抵抗性を有すること、工事中の予想荷重に対して十分な強度を有することが必要となる（土木学会編コンクリート標準示方書（施工編））。
これら寒中コンクリートとしての要求品質は、通常、本来要求されるコンクリートの品質、例えば、マスコンクリートでは低発熱性等に追加されることになる。
このように、高度な品質が要求され、低温環境で施工されるコンクリートを提供するための基礎技術として、低温環境でポルトランドセメントの強度発現性を良好にする技術が求められている。

そこで、低温環境下で強度発現性に優れたセメント組成物がいくつか提案されている。
例えば、特許文献１に記載のセメント組成物は、早強ポルトランドセメントに、無水石膏、硫酸アルミニウム、アルミン酸塩、および硝酸塩類を含有してなる組成物である。しかし、特許文献１のセメント組成物は、アルミン酸塩、および硝酸塩類等の比較的高価な薬剤を必須の構成材料として含み、また基材となるポルトランドセメントは、３ＣａＯ・ＳｉＯ_２の含有率が６０質量％以上（早強ポルトランドセメントに相当する。）であるため、マスコンクリート等の水和発熱の抑制が必要なコンクリートには不向きである。

特開平０８−５９３１９号公報

したがって、本発明は、各種ポルトランドセメントが有している品質特性はそのままで、低温環境下での強度発現性が良好な低温環境用セメント組成物を安価に提供することを目的とする。

そこで、本発明者は前記目的を達成するため鋭意検討した結果、以下の発明は前記目的を達成できることを見い出し、本発明を完成させた。すなわち、本発明は下記の構成を有する低温環境用セメント組成物である。
［１］中庸熱ポルトランドセメント１００質量部に対し、炭酸カルシウムの含有率が９８質量％以上である石灰石細骨材を２００〜４００質量部含む、低温環境用セメント組成物（ただし、該セメント組成物はセメントクリンカ由来以外のカルシウムアルミネート類を含まない。）。

本発明の低温環境用セメント組成物は、低温環境下でも強度発現性が高い。

本発明の低温環境用セメント組成物は、前記のとおり、ポルトランドセメントおよび石灰石細骨材を少なくとも含む組成物である。以下、本発明について各構成成分に分けて説明する。

１．ポルトランドセメント
本発明で用いるポルトランドセメントは、特に制限されず、普通ポルトランドセメント、早強ポルトランドセメント、超早強ポルトランドセメント、中庸熱ポルトランドセメント、低熱ポルトランドセメント、耐硫酸塩ポルトランドセメント、白色ポルトランドセメント、およびエコセメント等から選ばれる１種以上が挙げられる。これらの中でも、後掲の表７、表８、および表１２に示すように、強度発現性がより高いことから、好ましくは中庸熱ポルトランドセメントおよび低熱ポルトランドセメント等の低発熱型ポルトランドセメントである。

２．石灰石細骨材
本発明で用いる石灰石細骨材は、好ましくは炭酸カルシウムを９０質量％以上含むものである。炭酸カルシウムの含有率が９０質量％以上である石灰石細骨材を用いた低温環境用セメント組成物は強度発現性が高い。該含有率は、より好ましく９５質量％以上、さらに好ましくは９８質量％以上である。ここで、石灰石の炭酸カルシウム（ＣａＣＯ_３）の含有率は、下記（１）式によってＣａＯの化学分析値から換算する。
ＣａＣＯ_３＝ＣａＯ×１００．０９／５６．０８・・・（１）
ただし、式中の化学式は該化学式が示す物質の含有率（質量％）を表す。

３．低温環境用セメント組成物の配合
本発明の低温環境用セメント組成物は、ポルトランドセメント１００質量部に対し、好ましくは石灰石細骨材を１００〜５００質量部含む組成物である。該含有量が１００未満では、低温環境下での強度発現性が低下し、５００質量部を超えると、単位セメント量が少なくなり強度発現性が低下する。該含有量は、より好ましくは１５０〜４５０質量部、さらに好ましくは２００〜４００質量部である。
なお、本発明の低温環境用セメント組成物は、日平均気温が１０℃以下、好ましくは７℃以下、より好ましくは４℃以下の低温環境下で用いるセメント組成物である。

前記低温環境用セメント組成物の混練に用いる水は、強度や流動性等の物性に悪影響を与えないものであればよく、ＪＩＳＡ５３０８「レディーミクストコンクリート付属書Ｃ」に規定する、上水道水、上水道水以外の水、および回収水からなる群より選ばれる１種以上が挙げられる。
また、前記低温環境用セメント組成物は、粗骨材を含むことができる。該粗骨材は、特に制限されず、例えば、砂利、砕石、スラグ粗骨材、軽量粗骨材からなる群から選ばれる１種以上が挙げられる。これらの粗骨材は、天然骨材のほか再生骨材も用いることができる。
さらに、本発明の低温環境用セメント組成物には、高性能ＡＥ減水剤、高性能減水剤、減水剤、ＡＥ剤、遅延剤等の混和剤を用いることができる。

以下、本発明を実施例により説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されない。
１．使用材料
（１）セメント
（i）普通ポルトランドセメント（太平洋セメント社製）
（ii）中庸熱ポルトランドセメント（太平洋セメント社製）
（iii）低熱ポルトランドセメント（太平洋セメント社製）
（iv）高炉セメントＢ種（太平洋セメント社製）
これらのセメントの化学組成を表１に示し、ＸＲＤ−リートベルト解析による鉱物組成を表２に示す。なお、表１、表２、および表９において、普通ポルトランドセメントは「普通」、中庸熱ポルトランドセメントは「中庸熱」、低熱ポルトランドセメントは「低熱」、高炉セメントＢ種は「高炉」とそれぞれ記す。

（２）細骨材および粗骨材
細骨材は下記（i）〜（iv）の４銘柄を使用し、粗骨材は下記（v）の１銘柄を使用した。ただし、石灰石砕砂については、微粉分によるセメント硬化体の強度増強効果を無くすために、ＪＩＳＡ１１０３「骨材の微粒分量試験方法付属書（参考）練混ぜ機を用いた細骨材の微粒分量試験方法」に準拠して洗い作業を行い、微粉分を除去して使用した。
（i）硅砂（セメント強さ試験用標準砂、一般社団法人セメント協会）
（ii）石灰石砕砂（大分県津久見産、炭酸カルシウムの含有率９９．２質量％）
（iii）山砂（静岡県掛川産）
（iv）安山岩砕砂（山梨県甲州産）
（v）硬質砂岩（茨城県桜川産、密度２．６４ｇ／ｃｍ^３）
前記細骨材の化学組成を表３に、ＸＲＤによる相対的な鉱物組成を表４に示す。また、細骨材のふるい分け試験と微粒分量の試験の結果を表５に示す。

（３）混和材
（i）ＡＥ減水剤：ポゾリスＮｏ．７０（登録商標、ＢＡＳＦジャパン社製）
（ii）ＡＥ剤：マスターエア３０３Ａ（登録商標、ＢＡＳＦジャパン社製）

２．モルタルの圧縮強さ試験
（１）試験方法
前記ポルトランドセメント１００質量部に対し、前記細骨材を３００質量部用いて、ＪＩＳＲ５２０１「セメントの物理試験方法」に準拠してモルタルを混練しモルタル供試体を作製した。次に、該供試体を水中養生して、前記ＪＩＳに準拠して、材齢７日と材齢２８日におけるモルタル供試体の圧縮強さを測定した。なお、前記モルタルの混練から水中養生までは、２０℃と５℃の２種類の温度条件下で行った。
前記測定して得られた圧縮強さ、材齢７日および材齢２８日における、下記（２）式で表される圧縮強さ比と、材齢７日および材齢２８日における、下記（３）式で表される圧縮強さ比／圧縮強さ比を、普通ポルトランドセメントモルタルについては表６に示し、中庸熱ポルトランドセメントモルタルについては表７に示し、低熱ポルトランドセメントモルタルについては表８に示す。
圧縮強さ比（％）＝１００×（５℃の条件での圧縮強さ）／（２０℃の条件での圧縮強さ）・・・（２）
圧縮強さ比／圧縮強さ比＝細骨材が安山岩砕砂以外の細骨材の場合の圧縮強さ比／細骨材が安山岩砕砂の場合の圧縮強さ比・・・（３）
天然骨材の枯渇により、実際の工事で用いられる細骨材は砕砂であるため、前記圧縮強さ比／圧縮強さ比の分母は、細骨材が安山岩砕砂の場合の圧縮強さ比を採用した。

（２）モルタルの圧縮強さの試験結果について
表６〜８の圧縮強さ比／圧縮強さ比の列に示すように、いずれのセメントにおいても、細骨材に石灰石砕砂を用いた場合は、他の細骨材と比べ低温（５℃）環境下における強度発現性が、最高で２．０倍も高い。特に、短期材齢（７日）に比べて、長期材齢（２８日）における強度の伸びが大きい傾向にある。したがって、本発明の低温環境用セメント組成物は、そこに含まれるセメントが、普通ポルトランドセメント、中庸熱ポルトランドセメント、および低熱ポルトランドセメント等の、物理・化学的特性（強度発現性、水和熱、および流動性等）が大きく異なるセメントであっても、セメントの種類に依らず、低温環境下における強度発現性が高いことが分かる。特に、セメントとして中庸熱ポルトランドセメントや低熱ポルトランドセメントを含む本発明の低温環境用セメント組成物のモルタルは、安山岩砕砂を用いたモルタルに比べ、材齢２８日では１．４〜２．０倍も高い。

３．コンクリートのフレッシュ性状試験および圧縮強度試験
（１）コンクリートの配合
コンクリートに用いたセメント、細骨材、および粗骨材の組合せを表９に示し、コンクリートの配合を表１０に示す。

（２）試験方法
(i）コンクリートの練混ぜ方法
該練混ぜは、ＪＩＳＡ１１３８「試験室におけるコンクリートの作り方」に準拠した。具体的には、コンクリートの練混ぜにはパン型強制練りミキサ（容量５０リットル）を使用し、セメント、細骨材、粗骨材を２０秒間空練りした後、水、ＡＥ減水剤およびＡＥ剤を投入して６０秒間混練し、コンクリートを掻き落とした後、再び６０秒間混練した。
(ii）フレッシュ性状試験
前記コンクリートの練り混ぜ後、ＪＩＳＡ１１０１「コンクリートのスランプ試験方法」、ＪＩＳＡ１１２８「フレッシュコンクリートの空気量の圧力による試験方法−空気室圧力方法」、およびＪＩＳＡ１１５６「フレッシュコンクリートの温度測定方法」に準拠して、コンクリートのフレッシュ性状であるスランプ、空気量、および温度を測定した。その結果を表１１に示す。

(ii）圧縮強度試験
前記フレッシュ性状試験の後、コンクリートをφ１０×２０ｃｍの型枠に充填し、相対湿度８０％の条件下で１日間保管した後に脱型した。脱型後、材齢３日、材齢７日、および材齢２８日まで水中養生を行った。次に、ＪＩＳＡ１１０８「コンクリートの圧縮強度試験方法」に準拠して、前記水中養生した材齢３日、材齢７日、および材齢２８日のコンクリート供試体の圧縮強度を測定した。なお、前記コンクリートの混練から水中養生までは、２０℃と５℃の２種類の温度条件下で行った。
得られた圧縮強度、圧縮強度比、圧縮強度比／圧縮強度比を表１２に示す。なお、圧縮強度比は、前記（２）式中の圧縮強さを圧縮強度に代えて算出した。また、圧縮強度比／圧縮強度比は、同種のセメントを用いたコンクリートにおいて、細骨材として安山岩砕砂を用いた圧縮強度比を１とした場合の石灰石砕砂を用いた圧縮強度比の比である。

（３）試験結果について
表１１に示すように、ＡＥ減水剤を同量（２５ｋｇ／ｍ^３）用いた場合、コンクリートのスランプは、安山岩砕砂を用いたコンクリートと比べ石灰石砕砂を用いたコンクリートの方が、セメントの種類に依らず大きい。したがって、石灰石砕砂を用いたコンクリートは流動性が高いといえる。
また、表１２に示すように、低熱ポルトランドセメントと石灰石砕砂を用いたコンクリートの材齢２８日における圧縮強度比／圧縮強度比は１．８であり、細骨材に安山岩砕石を用いたコンクリートに比べ低温（５℃）環境下における強度発現性が高い。ただし、この低温（５℃）環境下において強度発現性の向上効果は、ポルトランドセメントと異なり高炉セメントには認められない。

Claims

中庸熱ポルトランドセメント１００質量部に対し、炭酸カルシウムの含有率が９８質量％以上である石灰石細骨材を２００〜４００質量部含む、低温環境用セメント組成物（ただし、該セメント組成物はセメントクリンカ由来以外のカルシウムアルミネート類を含まない。）。