JP7047634B2 - モルタル・コンクリート用混和材、これを含むセメント組成物、モルタル組成物及びコンクリート組成物、並びに、モルタル硬化物及びコンクリート硬化物の製造方法 - Google Patents
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Description
本実施形態に係るモルタル・コンクリート用混和材は、実施例の欄において詳細に説明する評価試験に基づくものである。本実施形態に係るモルタル・コンクリート用混和材は、以下の(A)~(E)の材料を含む。
(A)早強ポルトランドセメント
(B)半水石膏及び無水石膏の少なくとも一方の石膏
(C)珪酸ナトリウム
(D)硫酸アルミニウム
(E)シリカフューム
混和材の全質量を基準として、(A)早強ポルトランドセメントの含有率が0質量%超45質量%以下であり、(B)上記石膏の含有率が30質量%以上65質量%以下であり、(C)珪酸ナトリウムの含有率が0質量%超10質量%未満であり、(D)硫酸アルミニウムの含有率が0質量%超10質量%未満であり、(E)シリカフュームの含有率が20質量%以上70質量%以下である。
0.643×A+0.19×B+3.132×C-16.7518×D+0.6809×E+1.1142×B×D+5.2≧12…(1)
0<A≦9.0…(2)
6.0≦B≦13…(3)
0<C<2…(4)
0<D<2…(5)
4.0≦E≦14…(6)
早期強度発現性向上の観点から、混和材は早強ポルトランドセメントを更に含むことが好ましい。早強ポルトランドセメントは、普通ポルトランドセメントと比較して、初期強度の発現性に優れるC3Sの含有率が比較的高く、ブレーン比表面積が大きいセメントである。早強ポルトランドセメントを混和材の一成分とすることで、少量使用であっても脱型強度向上への優れた効果が期待できるため、他の成分の使用量を低減できるとともに、モルタル又はセメントの流動性の経時的な変化への影響を十分に抑制できる。
石膏は、半水石膏及び無水石膏のいずれであってもよく、これらを併用してもよい。これらの石膏を混和材の成分とすることで、脱型強度を向上することができる。石膏(半水石膏及び無水石膏の合計量)の含有率は、混和材の全質量を基準で、30質量%以上65質量%以下(6≦B≦13)であり、好ましくは30質量%以上50質量%(6≦B≦10)であり、より好ましくは30質量%以上40質量%以下(6≦B≦8)である。石膏の含有率がこの範囲であることで、残存石膏による遅れ膨脹破壊のリスクを回避して脱型強度の向上を図ることができる。なお、括弧内に記載のAの範囲は上記(A)~(D)の四つの材料の合計質量20kgを基準としたものである。以下、括弧内のB,C,Dの範囲についても同様である。
珪酸ナトリウム(「ケイ酸ソーダ」とも称される。)は、モルタル組成物等に急結作用を付与するため、その水溶液(水ガラス)が使用されることはあるが、モルタル又はコンクリート用の混和材としては通常使用されない。すなわち、モルタル又はコンクリートに珪酸ナトリウムを多量に配合すると、モルタル又はコンクリート中のアルカリ総量が著しく増加することから、アルカリシリカ反応発生の懸念が高まる。このため、モルタル・コンクリート用混和材の一成分として使用することは通常想定されていない。しかし、本発明者らの後述の評価試験によれば、添加量が少量であれば、脱型強度の改善に非常に効果的である。
硫酸アルミニウムは、凝結促進効果があり、多量の使用によって練混ぜ後の流動性の保持が困難となる場合がある。流動性が著しく低下した状態で型枠への打込みを行った場合には、未充填部が生じる等によって、強度の低下や製品の美観性が損なわれる等の問題につながる場合がある。よって、硫酸アルミニウムは早期強度の付与に効果が得られる範囲内で添加量はなるべく少量とすることが好ましい。
シリカフュームは、金属シリコン、フェロシリコン、電融ジルコニア等を製造する際に発生する排ガス中のダストを集塵して得られる副産物であり、主成分は、アルカリ溶液中で溶解する非晶質のSiO2である。シリカフュームは、モルタル組成物及びコンクリート組成物の流動性を向上させるとともに、これらの硬化物の圧縮強度を向上させる。これに加え、シリカフュームは、ポゾラン反応の発生により、OH-の減少やアルカリイオンの移動速度の低下による、アルカリシリカ反応の抑制効果があり、珪酸ナトリウムと併用することで、アルカリシリカ反応に対するリスクの低減を図ることができる。
実施形態に係るセメント組成物は、普通ポルトランドセメントと、上記混和材とを含み、普通ポルトランドセメント100質量部に対して上記混和材の含有量が4~8質量部である。このセメント組成物等によれば、普通ポルトランドセメント100質量部に対して4~8質量部の上記混和材を添加することで、蒸気養生において一般に適用される温度の養生条件で早期に離型強度を得ることができる。この混和材の添加量は、従来の混和材の添加量と同等レベルであり、実機プラントでの作業に適した量である。
評価試験に供するモルタル又はコンクリートを作製するため、表1及び表2に示す材料を準備した。
表3に示したモルタル配合によって、表2に示した候補材料を配合したモルタルの流動性及び養生後の圧縮強度について評価を行った。20℃の恒温室内で30分前置き養生を行った後、昇温過程を設けず、65℃に温度設定された槽内で3時間にわたって蒸気養生を行った。なお、表3に示すモルタル配合は、表4に示すコンクリート配合のスクリーニング配合に相当する。
珪酸ナトリウム、硫酸アルミニウム及び無水石膏の使用量に上限を設けた上で、表2に示す各材料との最適な組合せを検討することが望ましいと判断した。そこで、表3に示すモルタル配合に対して、総量20kg/m3となる各種組合せの混和材をこれに添加し、15打フローと脱型強度を確認した。なお、高性能AE減水剤は、無添加の場合と15打フローが同等となるように添加量を調整した。試験結果を表6に示す。
0.643×A+0.19×B+3.132×C-16.7518×D+0.6809×E+1.1142×B×D+5.2≧12…(1)
0<A≦9.0…(2)
6.0≦B≦13…(3)
0<C<2…(4)
0<D<2…(5)
4.0≦E≦14…(6)
No.0、22、23の混和材について、OH-溶出量を測定した。OH-溶出量は各試験例の混和材を添加して練混ぜたペースト試料15gを30℃の温水300mLに加え、3時間攪拌した後、吸引ろ過して得たろ過溶液のOH-量をイオンクロマトグラフィーを使用して測定した。表7に示す結果から、珪酸ナトリウムとシリカフュームを併用することで、珪酸ナトリウムの配合に起因するOH-溶出量の増加を抑制できることがわかった。
石膏を無水と半水とした場合の比較を行った結果を表8に示す。減水剤の添加率は、練混ぜ後の0打フロー、15打フローが一定となるように調整し、脱型強度の比較を行った。無水石膏については、特に銘柄の影響が認められず、流動性と脱型強度はほぼ同等であった。また、半水石膏はブレーン比表面積が9000cm2/gを超えるが、本検討の使用範囲では流動性に大きな影響は認められなかった。石膏種類の比較の結果によれば、その影響は大きくないと判断される。なお、石膏のブレーン比表面積は、小さすぎると未水和粒子が残存して遅れ膨脹が生じる可能性があるため、3000cm2/g以上が好ましいと判断される。
珪酸ナトリウムの銘柄が異なった場合の比較を行った。減水剤の添加率は、練混ぜ後の0打フロー、15打フローが一定となるように調整し、脱型強度の比較を行った。評価結果を表9に示す。珪酸ナトリウムa及びbについては、特に銘柄の影響は認められなかった。ただし、珪酸ナトリウムc号を使用した場合には、脱型強度がやや低くなる傾向が認められた。これは、珪酸ナトリウムのSiO2/Na2Oが影響していると考えられる。12N/mm2程度の強度を得るためには、SiO2/Na2Oが2.0~2.5の珪酸ナトリウム(珪酸ナトリウムa又はb)を使用することが好ましいと判断される。
Claims (11)
- モルタル・コンクリート用混和材であって、
早強ポルトランドセメントと、
半水石膏及び無水石膏の少なくとも一方の石膏と、
珪酸ナトリウムと、
硫酸アルミニウムと、
シリカフュームと、
を含み、
当該混和材の全質量を基準として、早強ポルトランドセメントの含有率が0質量%超45質量%以下であり、前記石膏の含有率が30質量%以上65質量%以下であり、珪酸ナトリウムの含有率が0質量%超10質量%未満であり、硫酸アルミニウムの含有率が0質量%超10質量%未満であり、シリカフュームの含有率が20質量%以上60質量%以下である、モルタル・コンクリート用混和材。 - 珪酸ナトリウムが粉末状であるとともに、SiO2/Na2Oが1~3である、請求項1に記載の混和材。
- 前記石膏のブレーン比表面積が3000cm2/g以上である、請求項1又は2に記載の混和材。
- 硫酸アルミニウムが粉末状であるとともに、平均粒径が30μm以下であり且つ比表面積が3~6m2/gである、請求項1~3のいずれか一項に記載の混和材。
- シリカフュームが粉末状であるとともに、平均粒径が1.5μm以下であり且つ比表面積が15m2/g以上である、請求項1~4のいずれか一項に記載の混和材。
- 前記早強ポルトランドセメント、石膏、珪酸ナトリウム、硫酸アルミニウム及びシリカフュームの合計質量20kgを基準として、
前記早強ポルトランドセメントの含有量をAkg/20kg、
前記石膏の含有量をBkg/20kg、
前記珪酸ナトリウムの含有量をCkg/20kg、
硫酸アルミニウムの含有量をDkg/20kg、
シリカフュームの含有量をEkg/20kgとしたとき、
以下の(1)~(6)の不等式で表される全ての条件を満たす、請求項1~5のいずれか一項に記載の混和材。
0.643×A+0.19×B+3.132×C-16.7518×D+0.6809×E+1.1142×B×D+5.2≧12…(1)
0<A≦9.0…(2)
6.0≦B≦13…(3)
0<C<2…(4)
0<D<2…(5)
4.0≦E≦12…(6) - 普通ポルトランドセメントと、
請求項1~6のいずれか一項に記載の混和材と、
を含み、
普通ポルトランドセメント100質量部に対し、前記混和材の含有量が4~8質量部であるセメント組成物。 - 普通ポルトランドセメントと、
請求項1~6のいずれか一項に記載の混和材と、
細骨材と、
水と、
を含み、
普通ポルトランドセメント100質量部に対し、前記混和材の含有量が4~8質量部であり、細骨材の含有量が150~250質量部であり、
水セメント比が40~65質量%である、モルタル組成物。 - 普通ポルトランドセメントと、
請求項1~6のいずれか一項に記載の混和材と、
細骨材と、
粗骨材と、
水と、
を含み、
普通ポルトランドセメント100質量部に対し、前記混和材の含有量が4~8質量部であり、細骨材の含有量が150~300質量部であり、粗骨材の含有量が200~400質量部であり、
水セメント比が40~65質量%である、コンクリート組成物。 - 温度50~70℃、養生時間3~4時間の条件で請求項8に記載のモルタル組成物を蒸気養生する工程を含む、モルタル硬化物の製造方法。
- 温度50~70℃、養生時間3~4時間の条件で請求項9に記載のコンクリート組成物を蒸気養生する工程を含む、コンクリート硬化物の製造方法。
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