JP6813339B2

JP6813339B2 - セメント組成物

Info

Publication number: JP6813339B2
Application number: JP2016218679A
Authority: JP
Inventors: 隆人野崎; 真弥城出; 康秀肥後
Original assignee: Taiheiyo Cement Corp
Current assignee: Taiheiyo Cement Corp
Priority date: 2016-11-09
Filing date: 2016-11-09
Publication date: 2021-01-13
Anticipated expiration: 2036-11-09
Also published as: JP2018076201A

Description

本発明は、セメント組成物に関する。

従来、セメント混和材として、石炭灰が知られている。
石炭灰を用いたセメントとして、例えば、特許文献１には、（Ａ）水硬率（Ｈ．Ｍ．）が２．１０〜２．３０、ケイ酸率（Ｓ．Ｍ．）が１．８０〜２．４８、鉄率（Ｉ．Ｍ．）が１．３〜２．６であり、かつ、焼成物１００質量％中の３ＣａＯ・ＳｉＯ_２の割合が、ボーグ式による計算値で７０．０質量％以下である焼成物の粉砕物と、石膏を含むセメントであって、該セメント１００質量％中の石膏の割合が、ＳＯ_３換算で１．２質量％以上であり、かつ、該セメント中の二水石膏及び半水石膏の合計量に対する半水石膏の割合が、ＳＯ_３換算で３０質量％以上であるセメントと、（Ｂ）高炉スラグ微粉末及び石炭灰の少なくともいずれか一方を含むセメント混合材、を含むことを特徴とする混合セメントが記載されている。

特開２０１５−１０００９号公報

モルタルやコンクリート等を構成するセメント組成物に石炭灰が含まれる場合、該石炭灰中のカーボン（石炭灰中に残存している未燃炭素）が、モルタルやコンクリート等の表面に浮き上がることで、該表面がまだら状となり、外観が悪化する場合がある。
そこで、本発明の目的は、モルタルやコンクリート等の表面に、カーボン（石炭灰中に残存している未燃炭素）が浮き上がることによる、モルタルやコンクリートの外観の悪化を起こりにくくすることができるセメント組成物を提供することである。

本発明者は、上記課題を解決するために鋭意検討した結果、セメント、石炭灰および水を含むセメント組成物であって、上記水が、１μｍ以下の粒径を有する気泡を含むセメント組成物によれば、上記目的を達成できることを見出し、本発明を完成した。
すなわち、本発明は、以下の［１］〜［４］を提供するものである。
［１］セメント、石炭灰および水を含むセメント組成物であって、上記水が、１μｍ以下の粒径を有する気泡を含むことを特徴とするセメント組成物。
［２］上記水１ミリリットル中の上記気泡の数が、１０^７個以上である前記［１］に記載のセメント組成物。
［３］上記セメント組成物が、セメント分散剤を含む前記［１］又は［２］に記載のセメント組成物。
［４］前記［１］〜［３］のいずれかに記載のセメント組成物の硬化体からなる表面形成部分を含む構造物。

本発明のセメント組成物によれば、モルタルやコンクリート等の表面に、カーボン（石炭灰中に残存している未燃炭素）が浮き上がることによる、モルタルやコンクリートの外観の悪化を起こりにくくすることができる。

本発明のセメント組成物は、セメント、石炭灰および水を含むセメント組成物であって、上記水が、１μｍ以下の粒径を有する気泡を含むものである。
本発明で用いられるセメントは、特に限定されるものではなく、例えば、普通ポルトランドセメント、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等の各種ポルトランドセメントや、高炉セメント、フライアッシュセメント等の混合セメントや、エコセメント等を使用することができる。
本発明で用いられる石炭灰としては、フライアッシュ、クリンカアッシュ等が挙げられる。中でも、セメント組成物の流動性や強度発現性等の観点からフライアッシュが好ましい。

本発明で用いられる水は、１μｍ以下の粒径を有する気泡を含むものである。なお、１μｍ以下の粒径を有する気泡は、ウルトラファインバブルまたはナノバブルと称されている。
気泡の粒径は、１μｍ（１，０００ｎｍ）以下、好ましくは７００ｎｍ以下、より好ましくは５００ｎｍ以下、さらに好ましくは３００ｎｍ以下、特に好ましくは２００ｎｍ以下である。該粒径が１μｍを超えると、カーボンの浮き上がりを抑制する効果が低下する。また、セメント組成物の流動性の向上効果が小さくなる。
本発明で用いられる水は、気泡の全量（１００体積％）中、好ましくは、粒径が１０〜１，０００ｎｍの範囲内である気泡を８０体積％以上（好ましくは９０体積％以上）含むものであり、より好ましくは、粒径が１０〜７００ｎｍの範囲内である気泡を８０体積％以上（好ましくは９０体積％以上）含むものであり、さらに好ましくは、粒径が１０〜５００ｎｍの範囲内である気泡を８０体積％以上（好ましくは９０体積％以上）含むものであり、さらに好ましくは、粒径が１０〜３００ｎｍの範囲内である気泡を８０体積％以上（好ましくは９０体積％以上）含むものであり、特に好ましくは、粒径が１０〜２００ｎｍの範囲内である気泡を８０体積％以上（好ましくは９０体積％以上）含むものである。
気泡の平均粒径は、好ましくは１μｍ以下、より好ましくは７００ｎｍ以下、さらに好ましくは５００ｎｍ以下、さらに好ましくは３００ｎｍ以下、特に好ましくは２００ｎｍ以下である。該平均粒径が１μｍ以下であれば、セメント組成物の流動性の向上効果がより大きくなる。
なお、本明細書中、気泡の平均粒径とは、市販のナノ粒子解析装置を用いて、トラッキング法により得られる値をいう。

上記水１ミリリットル中の上記気泡（１μｍ以下の粒径を有するもの）の数は、好ましくは１０^７個以上、より好ましくは１０^８個以上、さらに好ましくは１０^９個以上、特に好ましくは５×１０^９個以上である。該数が１０^７個以上であれば、カーボンの浮き上がりを抑制する効果がより向上する。また、セメント組成物の流動性や凍結融解抵抗性がより向上する。該数の上限は特に限定されるものではないが、気泡形成の容易性の観点から、好ましくは１０^１１個以下、より好ましくは１０^１０個以下である。
気泡を構成する気体の種類としては、特に限定するものではなく、例えば、空気、酸素、窒素等が挙げられる。中でも、汎用性の観点から、空気が好ましい。

セメント１００質量部に対する石炭灰の配合量は、好ましくは１００質量部以下、より好ましくは８０質量部以下、さらに好ましくは７０質量部以下、特に好ましくは６０質量部以下である。該配合量が１００質量部以下であれば、カーボンの浮き上がりをより抑制することができる。該配合量は、石炭灰の有効利用という観点からは、好ましくは１０質量部以上、より好ましくは２０質量部以上、特に好ましくは３０質量部以上である。

本発明のセメント組成物において、水の配合量は特に限定されるものではなく、モルタルやコンクリート等のセメント組成物における一般的な配合量であればよい。例えば、水の配合量は、水とセメントの質量比（水／セメント）の値として、好ましくは０．３〜０．８、より好ましくは０．４〜０．７となる量である。該比が０．３以上であれば、セメント組成物のワーカビリティが向上する。該比が０．８以下であれば、セメント組成物の強度（例えば、モルタル圧縮強さ）が向上する。

本発明のセメント組成物は、分散作用によりセメント組成物の流動性や強度（例えば、モルタル圧縮強さ）を向上させる観点から、セメント分散剤を含むことが好ましい。
セメント分散剤としては、例えば、減水剤、ＡＥ減水剤、高性能減水剤、高性能ＡＥ減水剤、及び流動化剤等が挙げられる。これらは１種を単独で用いてもよく、２種以上を組み合わせて用いてもよい。
セメント１００質量部に対するセメント分散剤の配合量（複数の種類を用いる場合、合計量）は、液状の場合の値として、好ましくは０．０２〜５質量部、より好ましくは０．０４〜３質量部、さらに好ましくは０．１〜２．５質量部、特に好ましくは０．２〜２質量部であり、また、粉状等の固体の場合の値として、好ましくは０．００１〜２．５質量部、より好ましくは０．００２〜１質量部、さらに好ましくは０．０１〜０．９質量部、特に好ましくは０．０５〜０．８質量部である。

また、本発明のセメント組成物は、微細な空気泡を連行することにより、セメント組成物のワーカビリティや凍結融解抵抗性を向上させる観点から、ＡＥ剤を含むことが好ましい。
セメント１００質量部に対するＡＥ剤（通常、液状）の配合量は、好ましくは０．０００２〜１質量部、より好ましくは０．００２〜０．８質量部、さらに好ましくは０．０１〜０．６質量部、特に好ましくは０．０５〜０．４質量部である。

本発明のセメント組成物は、必要に応じて他の材料を含むことができる。他の材料としては、細骨材や、粗骨材や、高炉スラグ微粉末等の各種混和材等が挙げられる。
本発明で用いる細骨材としては、特に限定されず、例えば、川砂、山砂、陸砂、海砂、砕砂、珪砂、スラグ細骨材、軽量細骨材、またはこれらの混合物等が挙げられる。
細骨材の配合量は特に限定されず、コンクリート等における一般的な配合量であればよい。例えば、セメント１００質量部に対する細骨材の配合量は、好ましくは５０〜７００質量部、より好ましくは１００〜６００質量部である。該配合量が上記範囲内であれば、セメント組成物のワーカビリティーや成形のし易さが向上する。
本発明で用いる粗骨材としては、特に限定されず、例えば、川砂利、山砂利、陸砂利、海砂利、砕石、スラグ粗骨材、軽量粗骨材、又はこれらの混合物等が挙げられる。
粗骨材の配合量は特に限定されず、コンクリート等における一般的な配合量であればよい。例えば、ポルトランドセメント１００質量部に対する粗骨材の配合量は、好ましくは１００〜７００質量部、より好ましくは２００〜６００質量部である。

本発明のセメント組成物は、表面に石炭灰が浮き上がりにくいものであることから、該セメント組成物の硬化体からなる構造物の外観の悪化を防ぐことができる。
また、低コストで優れた外観の構造体を得る観点から、該構造体の表面形成部分（表層）のみを、本発明のセメント組成物の硬化体からなるものにしてもよい。この場合、表面形成部分の厚みは、特に限定されるものではないが、例えば、３〜３０ｃｍ（好ましくは５〜２０ｃｍ）である。
また、本発明のセメント組成物は、通常の水（１μｍ以下の粒径を有する気泡を含まない水）を用いた場合に比べて、凍結融解抵抗性に優れている。

以下、本発明を実施例により具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
［使用材料］
（１）セメント；普通ポルトランドセメント（太平洋セメント社製）
（２）石炭灰；密度：２．１１ｇ／ｃｍ^３、強熱減量：４．９％
（３）細骨材；陸砂
（４）気泡含有水；ウルトラファインバブル水（ナノクス社製、表１中、「ＵＦＢ水」と略して記載する。）、溶存気泡量：７．６×１０^９（７６億）個／ｍｌ、気泡の全量（１００体積％）中の、１０〜２００ｎｍの粒径を有する気泡の割合：９０体積％以上、気泡の平均粒径（ナノ粒子解析装置を用いてトラッキング法により測定した値）：６８ｎｍ、実測密度：１．０２ｇ／ｃｍ^３、気泡を構成する気体が空気であるもの
（５）水；水道水
（６）ＡＥ剤；ＢＡＳＦジャパン社製、商品名「マスターエア３０３Ａ」（液状）
（７）高性能ＡＥ減水剤；ＢＡＳＦジャパン社製、商品名「マスターグレニウムＳＰ８ＳＶ」（液状）

［実施例１〜２］
上記材料を使用し、表１に示す配合に従ってモルタルを作製した。具体的には、セメント、石炭灰、および細骨材をホバートミキサーに投入して３０秒間空練りした後、さらに、高性能ＡＥ減水剤を溶解した気泡含有水を投入して１２０秒間混練し、モルタルを調製した。
該モルタルのモルタルフロー値（０打）を、「ＪＩＳＲ５２０１（セメントの物理試験方法）１１．フロー試験」に記載の方法に準拠して、１５回の落下運動を行わずに測定した。
また、該モルタルのモルタルフロー値（１５打）を、「ＪＩＳＲ５２０１（セメントの物理試験方法）１１．フロー試験」に記載の方法に準拠して測定した。
さらに、該モルタルの空気量を「ＪＩＳＡ１１１６（フレッシュコンクリートの単位容積質量試験方法及び空気量の質量による試験方法（質量方法））」に準拠して測定した。
結果を表２に示す。

上記モルタルを４０×４０×１６０ｍｍの型枠内に収容した後、「ＪＩＳＲ５２０１（セメントの物理試験方法」」に規定されているテーブルバイブレーターを用いて振動を１２０秒間加え、次いで、２０℃、相対湿度９０％以上の環境下で３日間養生して、モルタル成形体を得た。得られたモルタル成形体の表面におけるカーボンの浮きの程度を画像解析により評価した。
画像解析による評価は、上記モルタル成形体を脱型して、該モルタル成形体の表面をデジタルカメラで撮影し、得られた画像について、モルタル成形体の表面の中心部付近を画像処理ソフト（マイクロソフト社製、商品名「ＰｉｃｔｕｒｅＭａｎａｇｅｒ」）を用いて、５１２×２５６ピクセルの画像サイズでトリミングし、次いで、画像処理ソフト（ナノシステム社製、商品名「ＮａｎｏＨｕｎｔｅｒＮＳ２Ｋ−Ｐｒｏ」）を用いて、トリミングした画像をグレースケールの画像に変換した後、閾値を１７５以上２５５以下とする条件で、該画像を、白色部と黒色部からなるモノクロ２値の画像に変換して、黒色部の画素数を該画像全体の画素数で徐することで、モルタル成形体の表面におけるカーボンの浮きの程度を示す値（表３中、「カーボンの浮き評価値」と示す。）を算出することで行った。該値が小さいほど、カーボンの浮きの程度が小さいことを意味している。
また、上記モルタルを４０×４０×１６０ｍｍの型枠に打設して、２４時間後に脱型を行った。次いで、所定の材齢までは２０℃の水中（恒温室における水の中）において封緘養生を行うことで、供試体（モルタル成形体）を作製した。該供試体の材齢７日、２８日各時におけるモルタル圧縮強さを「ＪＩＳＲ５２０１（セメントの物理試験方法）」に準拠して測定した。
結果を表３に示す。

［実施例３］
セメント、石炭灰、および細骨材をホバートミキサーに投入して３０秒間空練りした後、さらに、高性能ＡＥ減水剤とＡＥ剤とを溶解した気泡含有水を投入して１２０秒間混練する以外は、実施例１と同様にして、モルタルを調製した。
実施例１と同様にして、モルタルフロー値の測定等を行った。
［比較例１〜２］
気泡含有水の代わりに、水を使用する以外は、実施例１と同様にして、モルタルを調製した。
実施例１と同様にして、モルタルフロー値の測定等を行った。
［比較例３］
気泡含有水の代わりに、水を使用する以外は、実施例３と同様にして、モルタルを調製した。
実施例１と同様にして、モルタルフロー値の測定等を行った。
結果を表２〜３に示す。

表２から、実施例１と比較例１、および、実施例３と比較例３を、各々比較すると、本発明のセメント組成物（実施例１、３）は、通常の水を使用したセメント組成物（比較例１、３）よりもモルタルフロー値が大きく、流動性に優れていることがわかる。
また、実施例２と比較例２を比較すると、本発明のセメント組成物（実施例２）は、通常の水を使用したセメント組成物（比較例２）よりも空気量が大きいことがわかる。
表３において、実施例１〜３と比較例１〜３のカーボンの浮き評価値から、本発明のセメント組成物（実施例１〜３）は、通常の水を使用したセメント組成物（比較例１〜３）よりも、カーボンの浮きの程度が小さいことがわかる。
また、実施例１〜３と比較例１〜３を各々比較すると、本発明のセメント組成物と、通常の水を使用したセメント組成物（比較例１〜３）のモルタル圧縮強さは同等であることがわかる。

Claims

セメント、石炭灰、水、およびセメント分散剤を含むセメント組成物であって、上記水が、１μｍ以下の粒径を有する気泡を含み、
上記セメント１００質量部に対する上記石炭灰の配合量が５０〜１００質量部であり、
上記水は、気泡の全量（１００体積％）中、粒径が１０〜２００ｎｍの範囲内である気泡を８０体積％以上含むものであり、
上記水１ミリリットル中の１μｍ以下の粒径を有する気泡の数が、１０ ^７個以上であることを特徴とするセメント組成物。
上記セメント分散剤が、高性能ＡＥ減水剤である請求項１に記載のセメント組成物。
請求項１又は２に記載のセメント組成物の硬化体からなる表面形成部分を含む構造物。