JP6983523B2 - セメント組成物 - Google Patents
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Description
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・SiO2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、SO3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、SO3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。
本発明の目的は、石炭灰を含むにもかかわらず、耐凍害性に優れたセメント組成物を提供することである。
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、水、石炭灰、セメント分散剤、およびAE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、107個以上である前記[1]に記載のセメント組成物。
[3] 前記[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。
[4] 前記[1]又は[2]に記載のセメント組成物を製造するための方法であって、上記セメント組成物において、凍結融解の繰り返し数が特定の値に達した場合における相対弾性係数の目標値として、特定の値を定める目標値設定工程と、上記相対弾性係数の目標値が達成されるように、上記AE剤の量を特定の値に定めるAE剤量設定工程と、上記AE剤の量として上記特定の値を採用して、上記セメント組成物を構成する各材料を混合して、上記セメント組成物を得る混合工程、を含むことを特徴とするセメント組成物の製造方法。
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。
セメントとして、フライアッシュセメントを用いる場合、フライアッシュセメントに含まれているフライアッシュは、本発明で用いる「石炭灰」に該当するものである。つまり、フライアッシュセメントに含まれているセメントのみが、本発明で用いる「セメント」に該当するものとする。また、フライアッシュセメントに含まれているフライアッシュの量は、本発明で用いる「セメント」の量に含めず、本発明で用いる「石炭灰」の量に含めるものとする。
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および強度発現性の観点からフライアッシュが好ましい。
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、セメント組成物の凍結融解抵抗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、さらに好ましくは200nm以下、特に好ましくは100nm以下である。該平均粒径が1μm以下であれば、セメント組成物の凍結融解抵抗性の向上効果がより大きくなる。
気泡の平均粒径の下限値は、特に限定されるものではないが、通常、10nmである。
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。
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。
セメント分散剤の例としては、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。
なお、本明細書中、セメント分散剤には、AE剤は含まれないものとする。
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、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質量部である。配合量が上記数値範囲内であれば、セメント組成物の流動性および強度発現性をより向上させることができる。
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、さらに好ましくは0.05〜0.4質量部、特に好ましくは0.1〜0.3質量部である。
本発明で用いる細骨材の例としては、特に限定されず、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の例としては、特に限定されず、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。
また、低コストで優れた耐凍害性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。
該方法によれば、AE剤の量を調整することで、所望の凍結融解抵抗性を有する(換言すると、相対動弾性係数が所望の値となる)セメント組成物の硬化体を得ることができる。
[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/cm3、強熱減量:4.94%
(3)細骨材;掛川産陸砂
(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:7.6×109(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):63.6nm、実測密度:1.02g/cm3、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 XD2」(液状)
上記材料を使用し、表1に示す配合に従ってモルタルを調製した。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、気泡含有水と高性能AE減水剤とAE剤との混合物(以下、「混合物A」ともいう。)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、「JIS R 5201(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、「JIS R 5201(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。
また、該モルタルの空気量を「JIS A 1116(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。
さらに、該モルタルの単位質量(kg/リットル)を測定した。
結果を表2に示す。
結果を表3、図1に示す。
混合物Aの代わりに、水と高性能AE減水剤との混合物を用いる以外は実施例1と同様にしてモルタルを調製した。
[比較例2]
混合物Aの代わりに、気泡含有水と高性能AE減水剤との混合物を用いる以外は実施例1と同様にしてモルタルを調製した。
[比較例3]
混合物Aの代わりに、水と高性能AE減水剤との混合物を用いる以外は実施例1と同様にしてモルタルを調製した。
[比較例4]
混合物Aの代わりに、気泡含有水と高性能AE減水剤との混合物を用いる以外は実施例1と同様にしてモルタルを調製した。
[比較例5]
混合物Aの代わりに、水と高性能AE減水剤とAE減水剤との混合物を用いる以外は実施例1と同様にしてモルタルを調製した。
比較例1〜5で得られたモルタルの各々について、実施例1と同様にして、モルタルフロー値、空気量および相対動弾性係数を測定した。
結果を表2〜3、図1に示す。
特に、実施例1と比較例5を比較すると、空気量は同程度(実施例1:8.1%、比較例5:7.8%)であるにもかかわらず、比較例5よりも、実施例1の相対動弾性係数の値が非常に大きく(特に、42サイクルにおける値を参照)、凍結融解抵抗性に優れていることがわかる。
なお、コンクリートは、骨材として細骨材および粗骨材を含むものである。AE剤は、コンクリートのモルタル部分(粗骨材以外の材料からなる部分)に対して作用すると考えられることから、上述した実施例(モルタル)の結果(凍結融解抵抗性に優れること)は、本発明のセメント組成物がコンクリートである場合にも、同様に得られるものである。
Claims (2)
- セメント、水、石炭灰、セメント分散剤、およびAE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、上記水1ミリリットル中の上記気泡の数が、10 9 〜1010個であり、上記水に含まれる気泡の全量(100体積%)中、粒径が10〜200nmの範囲内である気泡の割合が、90体積%以上であり、上記気泡の平均粒径(ただし、該平均粒径とは、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。)が100nm以下であり、
上記セメント100質量部に対して、上記石炭灰の配合量が、30〜100質量部であり、上記AE剤の配合量が、0.05〜0.4質量部であることを特徴とするセメント組成物。 - 請求項1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。
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