JP7058913B2

JP7058913B2 - 速硬性セメント組成物及び速硬性モルタル

Info

Publication number: JP7058913B2
Application number: JP2018064773A
Authority: JP
Inventors: 浩平高山
Original assignee: Taiheiyo Materials Corp
Current assignee: Taiheiyo Materials Corp
Priority date: 2018-03-29
Filing date: 2018-03-29
Publication date: 2022-04-25
Anticipated expiration: 2038-03-29
Also published as: JP2019172531A

Description

本発明は、速硬性セメント組成物及び速硬性モルタルに関する。

流動性の高いモルタルは、土木構造物、建築構造物等の構築若しくは補修、又は機械の設置のための基礎作製等のために用いられている。このようなモルタルには、セメント、細骨材及び混和材料を予め乾式混合したプレミックスタイプのセメント組成物が用いられることも多い。このセメント組成物は、所定量の水を加え、グラウトミキサやハンドミキサ等のミキサで混練することで、簡単に、流動性に優れ材料分離が起こり難い品質の安定したモルタルが得られるという点が優れている。

また、セメント組成物は現場で簡単にモルタルを調製することができるため、コンクリートミキサー車が入ることができない狭小部等の施工箇所では、コンクリートの代替物としても用いられている。このようなセメント組成物として、例えば、特許文献１には特定の粒子径の骨材を一定量含むプレミックスグラウト組成物が記載されている。

特開２０１５－１２７２８５号公報

ところで、コンクリートの代替物として用いることもできるセメント組成物は、その施工用途・場所によって速硬性が必要となる場合もある。しかしながら、このようなセメント組成物において速硬性を高めるために凝結促進成分を添加すると、速硬性は高まる一方で良好な流動性及び材料分離抵抗性の両立が困難になるという課題があった。そのため、流動性及び材料分離抵抗性に優れ、更に速硬性を有する新たなセメント組成物が求められている。

したがって、本発明は、流動性及び材料分離抵抗性に優れ、且つ速やかに硬化する速硬性セメント組成物及び速硬性モルタルを提供することを目的とする。

本発明者は、上記課題について鋭意検討した結果、速硬成分であるカルシウムアルミネート類を使用し、且つ特定の粗粒率及び実積率を有する骨材を用いることで、速硬性を確保しつつ流動性及び材料分離抵抗性を兼ね備える速硬性セメント組成物及び速硬性モルタルが得られることを見出した。

すなわち、本発明は、例えば以下のとおりである。
［１］セメント、カルシウムアルミネート類及び石膏類からなる結合材と、粒径が２ｍｍ以下である第一の骨材と、粒径が２ｍｍ超１０ｍｍ以下であり、且つ、実積率が６０～８０％である第二の骨材とを含む、速硬性セメント組成物。
［２］第一の骨材及び第二の骨材の合計の含有量が、結合材１００質量部に対して１１０～２１０質量部である、［１］の速硬性セメント組成物。
［３］第一の骨材及び第二の骨材の質量の合計に対する第二の骨材の質量割合（［第二の骨材の質量］／［（第一の骨材の質量）＋（第二の骨材の質量）］）が０．１～０．９である、［１］又は［２］の速硬性セメント組成物。
［４］カルシウムアルミネート類の含有率が、結合材全質量を基準として１０～４０質量％である、［１］～［３］のいずれかの速硬性セメント組成物。
［５］減水剤を更に含む、［１］～［４］のいずれかの速硬性セメント組成物。
［６］［１］～［５］のいずれかの速硬性セメント組成物と、水とを含み、水の含有量が、結合材１００質量部に対して２０～５０質量部である、速硬性モルタル。

本発明によれば、流動性及び材料分離抵抗性に優れ、且つ速やかに硬化する速硬性セメント組成物及び速硬性モルタルを提供することができる。

以下、本発明の実施形態について詳細に説明する。

本実施形態の速硬性セメント組成物は、セメント、カルシウムアルミネート類及び石膏類からなる結合材と、粒径が２ｍｍ以下である第一の骨材と、粒径が２ｍｍ超１０ｍｍ以下であり、且つ、実積率が６０～８０％である第二の骨材とを含む。

本実施形態に係る結合材は、セメント、カルシウムアルミネート類及び石膏類の三成分からなる。

セメントは種々のものを使用することができ、例えば、普通、早強、超早強、低熱及び中庸熱等の各種ポルトランドセメント、エコセメント、速硬性セメント等が挙げられる。セメントは、一種を単独で用いてもよく、二種以上を併せて用いてもよい。

セメントの含有率は、結合材全質量を基準として３５～８５質量％であることが好ましく、４５～８１質量％であることがより好ましく、５３～７８質量％であることが更に好ましい。

カルシウムアルミネート類としては、ＣａＯをＣ、Ａｌ_２Ｏ_３をＡ、Ｎａ_２ＯをＮ、及びＦｅ_２Ｏ_３をＦとして表したとき、Ｃ_３Ａ、Ｃ_２Ａ、Ｃ_１２Ａ_７、ＣＡ、又はＣＡ_２等と表示される鉱物組成を有するカルシウムアルミネート、Ｃ_４ＡＦ等と表示されるカルシウムアルミノフェライト、カルシウムアルミネートにハロゲンが固溶又は置換したＣ_３Ａ_３・ＣａＦ_２やＣ_１１Ａ_７・ＣａＦ_２等と表示されるカルシウムフロロアルミネートを含むカルシウムハロアルミネート、Ｃ_８ＮＡ_３やＣ_３Ｎ_２Ａ_５等と表示されるカルシウムナトリウムアルミネート、カルシウムリチウムアルミネート、アルミナセメント、並びにＣ_３Ａ_３・ＣａＳＯ_４等と表示されるカルシウムサルホアルミネートを総称するものである。このカルシウムアルミネート類は、結晶質のもの、非結晶質のもの、非晶質及び結晶質が混在したもののいずれも使用可能である。カルシウムアルミネート類は、一種を単独で用いてもよく、二種以上を併せて用いてもよい。カルシウムアルミネート類の粉末度は、初期強度発現性をより向上させるという観点から、ブレーン比表面積で３０００ｃｍ^２／ｇ以上であることが好ましく、５０００ｃｍ^２／ｇ以上であることがより好ましい。カルシウムアルミネート類の粉末度は、ブレーン比表面積で８０００ｃｍ^２／ｇ以下であることが好ましい。

カルシウムアルミネート類の含有率は、結合材全質量を基準として１０～４０質量％であることが好ましく、１２～３７質量％であることがより好ましく、１４～３５質量％であることが更に好ましい。カルシウムアルミネート類の含有率が上記範囲内であれば、硬化をより促進し、適切な可使時間に調整しやすく、初期強度発現性も更に向上する。

石膏類としては、例えば、無水石膏、半水石膏、二水石膏が挙げられる。石膏類としては、強度発現性を更に向上させるという観点から、無水石膏が好ましい。石膏類は、一種を単独で用いてもよく、二種以上を併せて用いてもよい。

石膏類の含有率は、結合材全質量を基準として１０～３５質量％であることが好ましく、１１～３０質量％であることがより好ましく、１３～２７質量％であることが更に好ましい。石膏類の含有率が上記範囲内であれば、硬化をより促進し、適切な可使時間に調整しやすく、初期強度発現性も更に向上する。

第一の骨材は、粒径が２ｍｍ以下の骨材である。第一の骨材としては、例えば、珪砂、砕砂、寒水石、石灰石砂、スラグ骨材等が挙げられる。第一の骨材は、これらの中から、粗い骨材を含まない粒度に調整した珪砂、石灰石等の骨材を用いることが好ましい。第一の骨材は、一種を単独で用いてもよく、二種以上を併せて用いてもよい。
本明細書において、粒径が２ｍｍ以下の骨材とは、骨材をふるい分けした際に２ｍｍふるいを通過するものを指す。

第一の骨材の粒度は特に限定されるものではなく、適宜調整することができる。第一の骨材は、ＪＩＳＡ１１０２：２０１４「骨材のふるい分け試験方法」により規定される粗粒率からその粒度を考慮することができる。モルタル時において、より良好な流動性が得られやすく、ブリーディングを抑制しやすいという観点から、第一の骨材の粗粒率は、１～４であることが好ましく、１．５～３．８であることがより好ましく、２～３．５であることが更に好ましい。

第一の骨材の含有量は、結合材１００質量部に対して２５～１８５質量部であることが好ましく、６０～１５０質量部であることがより好ましく、７０～１３０質量部であることが更に好ましく、７５～１２５質量部であることが特に好ましい。第一の骨材の含有量が上記範囲内であれば、モルタル時において、より良好な流動性が得られやすく、材料分離を抑制しやすい。

第二の骨材は、粒径が２ｍｍ超１０ｍｍ以下であり、且つ、実積率が６０～８０％である。第二の骨材としては、モルタル時の良好な流動性を維持しやすく、分離を抑制したまま収縮量や発熱量を更に低減できるという観点から、例えば、川砂、川砂利、豆砂利、玉砂利が好ましい。第二の骨材は、一種を単独で用いてもよく、二種以上を併せて用いてもよい。
本明細書において、粒径が２ｍｍ超１０ｍｍ以下の骨材とは、骨材をふるい分けした際に１０ｍｍふるいを通過し、２ｍｍふるいに残留するものを指す。

第二の骨材の粗粒率は、３．５～６であることが好ましく、４～６であることがより好ましく、４．５～５．５であることが更に好ましい。第二の骨材の粗粒率が、上記範囲内であれば、モルタル時において、より良好な流動性及び材料分離抵抗性が得られやすい。第二の骨材は、ＪＩＳＡ１１０２：２０１４「骨材のふるい分け試験方法」により規定される粗粒率からその粒度を考慮することができる。

第二の骨材の実積率は、６０～８０％である。第二の骨材の実積率が上記範囲外であると、流動性の低下や、材料が分離しやすくなる。モルタル時において、より良好な流動性及び材料分離抵抗性が得られやすいという観点から、第二の骨材の実積率は、６２～７５％であることが好ましく、６４～７０％であることがより好ましい。第二の骨材の実積率は、ＪＩＳＡ１１０４：２００６「骨材の単位容積質量及び実積率試験方法」により規定される方法から算出することができる。

第二の骨材の含有量は、結合材１００質量部に対して１５～１８５質量部であることが好ましく、２５～１３０質量部であることがより好ましく、４０～１１０質量部であることが更に好ましく、５０～１００質量部であることが特に好ましい。第二の骨材の含有量が上記範囲内であれば、モルタル時において、より良好な流動性及び材料分離抵抗性が得られやすい。

第一の骨材及び第二の骨材の質量の合計に対する第二の骨材の質量割合（［第二の骨材の質量］／［（第一の骨材の質量）＋（第二の骨材の質量）］）は０．１～０．９であることが好ましく、０．１５～０．７であることがより好ましく、０．２～０．５８であることが更に好ましい。第一の骨材及び第二の骨材の質量の合計に対する第二の骨材の質量割合が上記範囲内であれば、モルタルにおいて、より良好な流動性及び材料分離抵抗性が得られやすい。

第一の骨材及び第二の骨材の合計の含有量は、結合材１００質量部に対して１１０～２１０質量部であることが好ましく、１３０～１９０質量部であることがより好ましく、１４０～１８０質量部であることが更に好ましい。第一の骨材及び第二の骨材の合計の含有量が上記範囲内であると、モルタルにおいて、より良好な流動性及び材料分離抵抗性が得られやすい。

本実施形態の速硬性セメント組成物は、アルカリ金属炭酸塩を含んでもよい。アルカリ金属炭酸塩は、アルカリ金属（水素原子を除く周期表第一族元素）の炭酸塩又は重炭酸塩であれば特に限定されるものではない。アルカリ金属炭酸塩としては、強度発現性を更に促進させるという観点から、炭酸リチウム、炭酸ナトリウム、炭酸カリウムが好ましい。アルカリ金属炭酸塩は、一種を単独で用いてもよく、二種以上を併せて用いてもよい。

アルカリ金属炭酸塩の含有量は、結合材１００質量部に対して０．１～３質量部であることが好ましく、０．２～２質量部であることがより好ましく、０．３～１．５質量部であることが更に好ましい。アルカリ金属炭酸塩の含有量が上記範囲内であれば、より一層強度発現性に優れる傾向にある。

本実施形態の速硬性セメント組成物は減水剤を含んでもよい。減水剤は、高性能減水剤、高性能ＡＥ減水剤、ＡＥ減水剤及び流動化剤を含む。このような減水剤としては、ＪＩＳＡ６２０４：２０１１「コンクリート用化学混和剤」に規定される減水剤が挙げられる。減水剤としては、例えば、ポリカルボン酸系減水剤、ナフタレンスルホン酸系減水剤、リグニンスルホン酸系減水剤、メラミン系減水剤、アクリル系減水剤が挙げられる。これらの中では、リグニンスルホン酸系減水剤及びナフタレンスルホン酸系減水剤が好ましい。減水剤は、一種を単独で用いてもよく、二種以上を併せて用いてもよい。

減水剤の含有量は、結合材１００質量部に対して０．０５～１．５質量部であることが好ましく、０．１～１質量部であることがより好ましく、０．１５～０．５質量部であることが更に好ましい。減水剤の含有量が上記範囲内であれば、モルタルとした際により良好な流動性が得られやすく、硬化時の強度発現性もより向上しやすい。

本実施形態の速硬性セメント組成物は、凝結遅延剤を含んでもよい。凝結遅延剤としては、例えば、クエン酸、グルコン酸、リンゴ酸、酒石酸等の有機酸又はその塩；ホウ酸、ホウ酸ナトリウム等のホウ酸塩、リン酸塩、アルカリ金属炭酸塩、アルカリ金属重炭酸塩等の無機塩；糖類が挙げられる。これらの中でも、クエン酸、クエン酸塩、酒石酸、酒石酸塩及びアルカリ金属炭酸塩が好ましい。凝結遅延剤は、粉体であってもよく、液状体（例えば、水溶液、エマルジョン、懸濁液の形態）であってもよい。凝結遅延剤は、一種を単独で用いてもよく、二種以上を併せて用いてもよい。

凝結遅延剤の含有量は、結合材１００質量部に対して０．０２～２質量部であることが好ましく、０．０５～１質量部であることがより好ましく、０．０７～０．５質量部であることが更に好ましい。凝結遅延剤の含有量が上記範囲内であれば、可使時間を更に確保しやすく、初期強度発現性が低下しにくい傾向にある。

本実施形態の速硬性セメント組成物には、本発明の効果が損なわれない範囲で各種混和剤（材）を配合してもよい。混和剤（材）としては、例えば、膨張剤、発泡剤、消泡剤、防水剤、防錆剤、収縮低減剤、増粘剤、保水剤、顔料、撥水剤、白華防止剤、繊維が挙げられる。

本実施形態の速硬性セメント組成物は、通常用いられる混練器具により上記した各成分を混合することで調製でき、その器具は特に限定されるものではない。混練器具としては、例えば、モルタルミキサ、ハンドミキサ、傾胴ミキサ、二軸ミキサ等が挙げられる。

本実施形態の速硬性セメント組成物は、水と混合して速硬性モルタルとして調製することができ、その水の含有量は用途に応じて適宜調整すればよい。水の含有量は、結合材１００質量部に対し、２０～５０質量部であることが好ましく、２５～４５質量部であることがより好ましく、３０～４０質量部であることが最も好ましい。水の含有量が上記範囲内であれば、より流動性を確保しやすく、材料分離の発生、硬化体の収縮の増加及び初期強度発現性の低下を抑制しやすい。

本実施形態の速硬性モルタルの調製は、通常の速硬性セメント組成物と同様の混練器具を使用することができ、特に限定されるものではない。混練器具としては、例えば上述したものを用いることができる。

本実施形態の速硬性セメント組成物及び速硬性モルタルは、流動性及び材料分離抵抗性に優れ、且つ速やかに硬化するものとなる。そのため、このような速硬性セメント組成物及び速硬性モルタルは、土木構造物、建築構造物等の構築若しくは補修、又は機械の設置のための基礎作製等に用いることができる。また、本実施形態の速硬性セメント組成物は水以外の材料を予め混合したプレミックスタイプとして調製することもできる。そのため、本実施形態の速硬性セメント組成物及び速硬性モルタルは、コンクリートミキサー車が入ることができない狭小部や小規模なコンクリート打設箇所であっても、現場で調製してコンクリートの代替物として充填に用いることができ、且つ速やかに硬化することから工期短縮を図ることができる。

以下、実施例を挙げて本発明を詳細に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。なお、実施例１及び８は、参考例とする。

実施例で用いる材料は以下のとおりである。
セメント：普通ポルトランドセメント
カルシウムアルミネート類：アルミナセメント
石膏類：無水石膏
骨材Ａ：珪砂及び石灰石砂の混合骨材、粒径２ｍｍ以下、粗粒率２．８
骨材Ｂ：川砂、粒径２ｍｍ超１０ｍｍ以下、粗粒率５．０、実積率６６％
減水剤：ナフタレン系減水剤
アルカリ金属炭酸塩：炭酸リチウム
凝結遅延剤：クエン酸

［速硬性セメント組成物の配合設計］
セメント、カルシウムアルミネート類及び石膏類からなる結合材１００質量部に対して、骨材Ａ、骨材Ｂを表１及び表２に示す割合とし、減水剤を０．２７質量部とし、アルカリ金属炭酸塩を０．４質量部とし、凝結遅延剤を０．１６質量部として配合設計した。ただし、比較例３のみ凝結遅延剤を含まない配合とした。

［速硬性モルタルの作製］
表１又は表２で配合設計した速硬性セメント組成物６ｋｇに表１又は表２に示した割合の水を加え、ハンドミキサ（回転数１０００ｒｐｍ、羽根直径１００ｍｍブレード）及び金属製円筒容器（容量１５Ｌ）を用いて２０℃環境下で９０秒練混ぜ、速硬性モルタルを作製した。

［評価方法］
各項目については、以下の方法で評価した。評価結果を表１及び表２に示す。
・流動性評価
ＪＩＳＲ５２０１：２０１５「セメントの物理試験方法」１２．フロー試験に準じて、２０℃環境下で速硬性モルタルのフロー値（０打）を測定した。
・不分離性試験
混練した速硬性モルタルを円筒容器の中で１分間静置し、そのときの状況を目視により確認して分離状況を評価した。円筒容器の底に骨材が沈下したものを×、わずかにブリーディングが発生したものを○、骨材の分離やブリーディングが見られなかったものを◎として評価した。
・硬化時間
速硬性モルタル２０００ｍＬをポリエチレン袋に入れて封をし、そのまま静置した。静置後、ポリエチレン袋の上から速硬性モルタルを指で押し、速硬性モルタルが変形しなくなった時の時間を硬化時間とした。

表１及び表２より、特定の粗粒率及び実積率を有する骨材Ｂを用いた実施例では、骨材Ｂを用いない比較例１に比べて流動性及び分離抵抗性を両立することができ、結合材としてセメントのみを使用している比較例３と比べて、流動性及び分離抵抗性を確保しつつ、より早い時間で硬化した。

Claims

セメント、カルシウムアルミネート類及び石膏類からなる結合材と、粒径が２ｍｍ以下である第一の骨材と、粒径が２ｍｍ超１０ｍｍ以下であり、且つ、実積率が６０～８０％である第二の骨材とを含み、
前記第一の骨材及び前記第二の骨材の合計の含有量が、前記結合材１００質量部に対して１４０～２１０質量部であり、
前記第一の骨材及び前記第二の骨材の質量の合計に対する前記第二の骨材の質量割合（［第二の骨材の質量］／［（第一の骨材の質量）＋（第二の骨材の質量）］）が０．１～０．５８である、速硬性セメント組成物。
前記カルシウムアルミネート類の含有率が、前記結合材全質量を基準として１０～４０質量％である、請求項１に記載の速硬性セメント組成物。
減水剤を更に含む、請求項１又は２に記載の速硬性セメント組成物。
アルカリ金属炭酸塩を更に含む、請求項１～３のいずれか一項に記載の速硬性セメント組成物。
請求項１～４のいずれか一項に記載の速硬性セメント組成物と、水とを含み、
前記水の含有量が、前記結合材１００質量部に対して２０～５０質量部である、速硬性モルタル。