JP2013047153A - 中性化抑制型早強セメント組成物 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】ボーグ式による計算値の鉱物組成がC3S>70%かつC2S<5%で、L.S.D.が1を超え、遊離石灰量が0.5〜7.5重量%である高活性セメントクリンカに石膏をSO3換算で1.5〜4.0重量%添加してなる高活性セメント60〜97重量%と、高炉スラグ、無水石膏、石灰石微粉末、ポゾラン物質のうちの一種以上からなる無機混和材3〜40重量%とからなることを特徴とする中性化抑制型早強セメント組成物。
【選択図】 なし
Description
好ましい形態の一つとして、高炉スラグ−石灰石微粉末系がある。この系は、収縮や発熱も抑制したい、コストを抑えたい場合等に用いるとよい。産業副産物である高炉スラグの有効活用も図れる。この系では前記無機混和材が高炉スラグと石灰石微粉末からなり、前記中性化抑制型早強セメント組成物中、前記高炉スラグの含有量が2〜39重量%、前記石灰石微粉末の含有量が1〜10重量%である。
好ましい形態の他の一つとして、高炉スラグ−石灰石微粉末−無水石膏系がある。この系は上記高炉スラグ−石灰石微粉末系に無水石膏を加えたものである。無水石膏を加えることによってエトリンガイトの生成が増えるので、低温環境下での初期強度発現性を更に高めることができる。
ものである。
好ましい形態の他の一つとして、高炉スラグ−ポゾラン物質−石灰石微粉末−無水石膏系がある。この系は上記高炉スラグ−石灰石微粉末−無水石膏系にポゾラン物質を加えたものである。
好ましい形態の他の一つとして、ポゾラン物質系がある。この系はポゾラン物質単味からなる最も単純な系である。この系は、水和熱を抑制しつつ安価に高強度製品を得たいときに用いるとよい。
好ましい形態の他の一つとして、高炉スラグ−ポゾラン物質系がある。この系は上記ポゾラン物質系に高炉スラグを加えたものである。この系は、高炉スラグの有効利用を図りつつ安価に高強度を得たいときに用いるとよい。ポゾラン物質としてシリカフュームを用いる場合は高炉スラグを加えることによって流動性や長期強度の伸びの向上、コスト低減ができる。
好ましい形態の他の一つとして、高炉スラグ−ポゾラン物質−無水石膏系がある。この系は上記高炉スラグ−ポゾラン物質系に無水石膏を加えたものである。この系は、高強度の加熱養生製品、高強度の即脱製品を得たいときに用いるとよい。
各材料の供給面、経済面等から、上記系以外の系の無機混和材にすることもできる。例えば、高炉スラグ−無水石膏系、ポゾラン物質−無水石膏系等である。これらの系においても各材料の含有量の好ましい範囲は上記範囲と同程度である。
A.高活性セメント
本願発明で用いる高活性セメントは、本願発明に先立ち本願発明者らが先に開発したものであり、先に開発した高活性セメントクリンカに石膏を添加してなるものである。短期強度発現性、中〜長期発現性のいずれも良く、中性化抑制に対して有効である。
(1)鉱物組成
本願発明で用いる高活性セメントクリンカは、鉱物組成がボーグ式による計算値で、C3S>70%、C2S<5%であり、残りがカルシウムアルミネート系を主体とした間隙相である。
C3S(%)=(4.07×CaO%)−(7.60×SiO2%)−(6.7×Al2O3%)−(1.43×Fe2O3%)−(2.85×SO3%)
C2S(%)=(2.8×SiO2%)−(0.754×C3S%)
C3A(%)=(2.65×Al2O3%)−(1.69×Fe2O3%)
C4AF(%)=3.04×Fe2O3%
本願発明で用いる高活性セメントクリンカ中の硫酸分は、SO3換算で1重量%未満が好ましい。1重量%以上だと排ガス中にSOX(硫黄酸化物)が発生したり、プレヒータ内部で固結物が生成して閉塞する場合があるので好ましくない。
本願発明で用いる高活性セメントクリンカでは、C3Sの水和活性をより高くするために、発熱量を大きくして練り上がり温度を高くするための遊離石灰をクリンカ中に含ませることは好ましい。その量は、0.5〜7.5重量%である。0.5重量%未満では十分な効果が得られない。7.5重量%を超えると膨張を起こしたり、流動性の低下を生じたりするので好ましくない。
(4)製造方法
上記高活性セメントクリンカの製造は、従来の早強ポルトランドセメントクリンカの製造と特に大きく変わることはなく、所定のセメント焼成原料をC3S>70%、C2S<5%、遊離石灰量が0.5〜7.5重量%で、なるべく硫酸分がSO3換算で1重量%未満となるセメントクリンカが得られるように調合し調合原料をセメントキルン等で焼成して製造する。
従来からクリンカ主原料として使用されている石灰石、粘土、珪石、鉄原料等が従来と同様にして使える。この他、再利用のあまり進んでいない、カルシウム分をCaO換算で20重量%以上を含むカルシウムリッチな産業廃棄物を利用することが好ましい。
焼成後に目的の化学組成・鉱物組成のクリンカが得られるよう調合設計され、これに基づき上記各セメントクリンカ焼成原料が計量され原料ミルでの混合粉砕やブレンディングサイロでの混合が行われる。
本願発明で用いる高活性セメントクリンカは、上記原料調合によるセメント焼成原料を、セメント焼成キルンにより、従来の早強ポルトランドセメントクリンカ焼成と同様にして焼成することにより得られる。少量の焼成であれば電気炉焼成でもよい。
本願発明で用いる高活性セメントは、上記高活性セメントクリンカに石膏をSO3換算で1.5〜4.0重量%となるよう添加し、粉砕助剤とともに仕上ミル等で混合粉砕されて得られる。工程や装置は従来のセメント製造における仕上工程と同じである。石膏と粉砕助剤も従来のセメント製造で使用されているものと同じである。
(a)高炉スラグ
高炉スラグは、製鉄所の高炉で銑鉄を造るときに発生する副産物で、高炉から銑鉄と共に約1500℃の溶融状態で取出された後、水冷固化された砂状の非晶質体を粉砕したもので、アルカリ刺激剤により水和反応を起こす潜在水硬性を有するものである。従来から高炉セメントやセメント混和材に使用されているものでブレーン値が1500cm2/g以上のものであれば品質は特に限定されないが、JIS A 6206:1997「コンクリート用高炉スラグ微粉末」に適合するものが好ましい。高炉スラグは流動性の確保、水和熱抑制、長期強度の伸び、遮塩性等に寄与する。
石灰石微粉末は、炭酸カルシウムからなり純度は通常入手可能な石灰石であれば問題なく使用できる。従来からセメント、セメント組成物、セメント混和材に使用されているものであれば、供給面、経済面からも好ましい。石灰石微粉末は、石灰石を粉砕し必要に応じて分級することによって製造されるが、ブレーン比表面積は2000〜10000cm2/gが好ましい。2000cm2/g未満では石灰石微粉末の添加効果が得られない。1000cm2/gを超えると含有量によっては流動性が悪くなるとともにコスト高にもなる。石灰石微粉末は流動性の確保、短期強度の伸び、収縮抑制に寄与する。
無水石膏としては、天然無水石膏、フッ酸無水石膏、天然2水石膏や副産2水石膏或いは廃石膏ボードから回収した2水石膏を焼成して製造した無水石膏等があるが、無水石膏を90%以上含有している石膏であれば、すべて使用できる。また、無水石膏の粉末度は、特に限定しないが、ブレーン値で3000〜8000cm2 /g、好ましくは4000〜6000cm2 /gである。無水石膏は主として短期強度改善に寄与するが流動性の確保、収縮抑制にも働く。
ポゾラン物質とは水の存在下でCa(OH)2またはCaイオンと反応して新たな水和物を生成する反応特性(ポゾラン反応特性)を有するSiO2やAl2O3に富む無機物質を言い、シリカフューム、メタカオリン、活性シリカ粉、珪藻土、籾殻灰、活性白土、フライアッシュ微粉、フライアッシュ粗粉などが挙げられる。(上記高炉スラグもポゾラン物質の一種と見れなくもないが、本願発明で言うポゾラン物質には高炉スラグは含まれない。)
[配合例]
本願発明の中性化抑制型早強セメント組成物は、上記高活性セメントに上記高炉スラグと上記石灰石微粉末と上記無水石膏と上記ポゾラン物質のうちの一種以上からなる無機混和材を混和してなる。
(イ)高炉スラグ−石灰石微粉末系
高炉スラグ−石灰石微粉末系における好適な配合は、中性化抑制型早強セメント組成物中、前記高炉スラグの含有量が2〜39重量%、前記石灰石微粉末の含有量が1〜10重量%である。このような配合にするのは前述の通りである。
高炉スラグ−石灰石微粉末−無水石膏系における好適な配合は、中性化抑制型早強セメント組成物中、前記高炉スラグの含有量が1〜38重量%、前記石灰石微粉末の含有量が1〜10重量%、前記無水石膏の含有量が1〜5重量%である。このような配合にするのは前述の通りである。
高炉スラグ−石灰石微粉末−無水石膏−ポゾラン物質系における好適な材料と配合は、中性化抑制型早強セメント組成物中、前記高炉スラグの含有量が1〜38重量%、前記ポゾラン物質であるフライアッシュの含有量が1〜38重量%、前記石灰石微粉末の含有量が0.5〜5重量%、前記無水石膏の含有量が0.5〜5重量%である。このような材料と配合にするのは前述の通りである。
ポゾラン物質系における好適な材料と配合は、中性化抑制型早強セメント組成物中、前記ポゾラン物質であるシリカフュームの含有量が3〜15重量%である。このような材料と配合にするのは前述の通りである。
高炉スラグ−ポゾラン物質系における好適な材料と配合は、中性化抑制型早強セメント組成物中、前記高炉スラグの含有量が1〜38重量%、前記ポゾラン物質であるシリカフュームの含有量が2〜15重量%である。このような材料と配合にするのは前述の通りである。
高炉スラグ−ポゾラン物質−無水石膏系における好適な材料と配合は、中性化抑制型早強セメント組成物中、前記高炉スラグの含有量が1〜37重量%、前記ポゾラン物質であるシリカフュームの含有量が1〜15重量%、前記無水石膏の含有量が1〜9重量%である。このような材料と配合にするのは前述の通りである。
[中性化抑制型早強セメント組成物の製造]
本願発明の中性化抑制型早強セメント組成物の製造は、従来の混合セメントを製造する混合設備を適宜用いればよい。また、生コンクリート工場などでコンクリート製造時に高活性セメントと無機系混和材とを別計量により製造してもよい。
[中性化抑制型早強セメント組成物の性能確認試験]
本願発明は、前述の通り、強度発現性、特に低温環境下での短期強度発現性に優れ、中性化抑制効果もある中性化抑制型早強セメント組成物を提供することを目的とする。
(1)セメント
1)高活性セメント
石灰石、粘土等の工業原料を所定の成分となるように調整したセメント焼成原料を1450℃で焼成することによりC3Sが72%かつC2Sが1%で、L.S.D.が1.02であり、遊離石灰量が2.5重量%である高活性セメントクリンカを製造し、これに二水石膏をSO3換算で3.0重量%添加して試製高活性セメントを得た。製造は原料工程から仕上工程まですべてセメント工場の実機を用いた。
2)普通ポルトランドセメント(太平洋セメント社製;比較用)
1)高炉スラグ微粉末(デイ・シイ社のセラメント;ブレーン値4470cm2/g)
2)石灰石微粉末(秩父太平洋社製;ブレーン値10240cm2/g)
3)無水石膏(デイ・シイ社製;ブレーン値3840cm2/g)
4)ポゾラン物質
・フライアッシュ(電源開発社製)
・シリカフューム(エジプト産)
5)砂
・JIS R 5201「セメントの物理試験」に準拠した標準砂
本願発明の中性化抑制型早強セメント組成物及び比較例でのセメント組成物の各配合を表1に示す。
モルタルの調合と練混ぜは、JIS R 5201「セメントの物理試験方法」に記載されるモルタルの調合と練混ぜ方法に準じて行った。なお、セメント組成物は全体をセメントとみなして調合した。
上記方法により作製したモルタルをJIS A 1153「コンクリートの促進中性化試験方法」に準拠して促進中性化を行い、促進中性化深さを測定した。測定材令は、1週、4週、8週とした。
上記方法により作製したモルタルによる4×4×16cmのモルタル供試体を用い、JIS R 5201「セメントの物理試験方法」に記載される圧縮強度試験方法に準じて行った。但し、試験材令は、3日、7日、28日とした。また、試験材令までの養生は、10℃と20℃の2通りの養生温度で行った。
促進中性化試験の結果を表2に示す。また、圧縮強度試験の結果を表3に示す。
Claims (7)
- ボーグ式による計算値の鉱物組成がC3S>70%かつC2S<5%で、L.S.D.が1を超え、遊離石灰量が0.5〜7.5重量%である高活性セメントクリンカに石膏をSO3換算で1.5〜4.0重量%添加してなる高活性セメント60〜97重量%と、高炉スラグ、無水石膏、石灰石微粉末、ポゾラン物質のうちの一種以上からなる無機混和材3〜40重量%とからなることを特徴とする中性化抑制型早強セメント組成物。
- 前記無機混和材が高炉スラグと石灰石微粉末からなり、前記中性化抑制型早強セメント組成物中、前記高炉スラグの含有量が2〜39重量%、前記石灰石微粉末の含有量が1〜10重量%であることを特徴とする請求項1に記載の中性化抑制型早強セメント組成物。
- 前記無機混和材が高炉スラグと石灰石微粉末と無水石膏からなり、前記中性化抑制型早強セメント組成物中、前記高炉スラグの含有量が1〜38重量%、前記石灰石微粉末の含有量が1〜10重量%、前記無水石膏の含有量が1〜5重量%であることを特徴とする請求項1に記載の中性化抑制型早強セメント組成物。
- 前記無機混和材が高炉スラグとポゾラン物質と石灰石微粉末と無水石膏からなり、前記中性化抑制型早強セメント組成物中、前記高炉スラグの含有量が1〜38重量%、前記ポゾラン物質であるフライアッシュの含有量が1〜38重量%、前記石灰石微粉末の含有量が0.5〜5重量%、前記無水石膏の含有量が0.5〜5重量%であることを特徴とする請求項1に記載の中性化抑制型早強セメント組成物。
- 前記無機混和材がポゾラン物質からなり、前記中性化抑制型早強セメント組成物中、前記ポゾラン物質であるシリカフュームの含有量が3〜15重量%であることを特徴とする請求項1に記載の中性化抑制型早強セメント組成物。
- 前記無機混和材が高炉スラグとポゾラン物質からなり、前記中性化抑制型早強セメント組成物中、前記高炉スラグの含有量が1〜38重量%、前記ポゾラン物質であるシリカフュームの含有量が2〜15重量%であることを特徴とする請求項1に記載の中性化抑制型早強セメント組成物。
- 前記無機混和材が高炉スラグとポゾラン物質と無水石膏からなり、前記中性化抑制型早強セメント組成物中、前記高炉スラグの含有量が1〜37重量%、前記ポゾラン物質であるシリカフュームの含有量が1〜15重量%、前記無水石膏の含有量が1〜9重量%であることを特徴とする請求項1に記載の中性化抑制型早強セメント組成物。
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