超速硬セメント組成物、超速硬セメントコンクリート組成物、及び超速硬セメントコンクリート
【課題】 初期材齢で高い曲げ強度を発現するばかりでなく、圧縮強度も高めた超速硬セメントコンクリートが得られる、超速硬セメント組成物、超速硬セメントコンクリート組成物を提供する。
【解決手段】 セメント、CaO/Al2O3モル比が0.75〜1.5のカルシウムアルミネート、無水セッコウ、水酸化カルシウム、引張強度が1,000N/mm2以上の鋼繊維、炭酸リチウム、炭酸リチウム以外のアルカリ炭酸塩、及び有機酸を含有してなる超速硬セメント組成物、鋼繊維の平均径が0.1〜1.5mmである、及び／又は鋼繊維の長さが３〜40mmである該超速硬セメント組成物、該超速硬セメント組成物と骨材とを含有してなる超速硬セメントコンクリート組成物、並びに、該超速硬セメントコンクリート組成物と水を含有してなる超速硬セメコンクリートを構成とする。
【解決手段】 セメント、CaO/Al2O3モル比が0.75〜1.5のカルシウムアルミネート、無水セッコウ、水酸化カルシウム、引張強度が1,000N/mm2以上の鋼繊維、炭酸リチウム、炭酸リチウム以外のアルカリ炭酸塩、及び有機酸を含有してなる超速硬セメント組成物、鋼繊維の平均径が0.1〜1.5mmである、及び／又は鋼繊維の長さが３〜40mmである該超速硬セメント組成物、該超速硬セメント組成物と骨材とを含有してなる超速硬セメントコンクリート組成物、並びに、該超速硬セメントコンクリート組成物と水を含有してなる超速硬セメコンクリートを構成とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主に、土木・建築業界において使用される超速硬セメント組成物、超速硬セメントコンクリート組成物、及び超速硬セメントコンクリートに関する。
【背景技術】
【０００２】
超速硬モルタルや超速硬コンクリートなど超速硬セメントコンクリートは、合理化施工には欠かすことのできない材料である。超速硬モルタルは様々なものが提案されている（特許文献１〜特許文献４参照）。
超速硬モルタルは、材齢３時間で所要の圧縮強度を発現するため、圧縮応力を担う役割を果たす用途への展開が図られている。
【０００３】
しかしながら、従来の超速硬セメントコンクリートは、高い曲げ強度を発現するものではなかった。そのため、曲げ体力を必要とする部材への利用が制限されるものであった。具体的には、曲げ強度で10N/mm2以上を必要とする用途への利用はできないものであった。
【０００４】
近年では、超速硬セメントコンクリートに対する要求は益々高まっており、従来の超速硬セメントコンクリートにはない、高い曲げ強度を発現する材料の開発が強く求められている現状にある。
【０００５】
一方、高い曲げ強度を発現する材料としては、高強度セメントコンクリートが挙げられる。
しかしながら、これら高強度セメントコンクリートは、初期材齢で高い強度を発現するものではなく、必然的に、初期材齢で高い曲げ強度を発現するものではなかった。
【０００６】
そこで、本発明者は、前記課題を解決すべく、種々の努力を重ねた結果、初期材齢で高い曲げ強度を発現するばかりでなく、圧縮強度も高めた超速硬セメントコンクリートが得られることを知見し、本発明を完成するに至った。
【０００７】
【特許文献１】特開平０３−０１２３５０号公報
【特許文献２】特開平０１−２３０４５５号公報
【特許文献３】特開平１１−０２１１６０号公報
【特許文献４】特開平１１−１３９８５９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、初期材齢で高い曲げ強度を発現するばかりでなく、圧縮強度も高めた超速硬セメントコンクリートが得られる、超速硬セメント組成物を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、セメント、CaO/Al2O3モル比が0.75〜1.5のカルシウムアルミネート、無水セッコウ、水酸化カルシウム、引張強度が1,000N/mm2以上の鋼繊維、炭酸リチウム、炭酸リチウム以外のアルカリ炭酸塩、及び有機酸を含有してなる超速硬セメント組成物であり、セメント、CaO/Al2O3モル比が0.75〜1.5のカルシウムアルミネート、無水セッコウ、及び水酸化カルシウムからなる結合材、引張強度が1,000N/mm2以上の鋼繊維、炭酸リチウム、炭酸リチウム以外のアルカリ炭酸塩、並びに、有機酸を含有してなる超速硬セメント組成物であり、鋼繊維の平均径が0.1〜1.5mmである該超速硬セメント組成物であり、鋼繊維の長さが３〜40mmである該超速硬セメント組成物であり、セメント、CaO/Al2O3モル比が0.75〜1.5のカルシウムアルミネート、無水セッコウ、及び水酸化カルシウムの合計100部に対して、炭酸リチウム0.3〜２部、炭酸リチウム以外のアルカリ炭酸塩0.1〜１部、及び有機酸0.1〜0.5部である該超速硬セメント組成物であり、無水セッコウが酸性無水セッコウである該超速硬セメント組成物であり、該超速硬セメント組成物と骨材とを含有してなる超速硬セメントコンクリート組成物であり、該超速硬セメントコンクリート組成物と水を含有してなる超速硬セメコンクリートである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明は、初期材齢で高い曲げ強度を発現するばかりでなく、圧縮強度も高めた超速硬セメントコンクリートが得られる、超速硬セメント組成物を提供する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明を詳細に説明する。
なお、本発明における部や％は特に規定しない限り質量基準で示す。
また、本発明におけるセメントコンクリートとは、セメントペースト、モルタル、又はコンクリートを総称するものである。
【００１２】
本発明で使用するセメントとしては、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、これらポルトランドセメントに、高炉スラグ、フライアッシュ、又はシリカを混合した各種混合セメント、また、これらポルトランドセメントに、石灰石粉末や高炉徐冷スラグ微粉末を混合したフィラーセメント、各種の産業廃棄物を主原料として製造される環境調和型セメント、いわゆるエコセメントなどが挙げられ、これらのうちの一種又は二種以上が使用可能である。本発明では、初期強度発現性の面から、また、材料分離抵抗性の面から、早強ポルトランドセメントを使用することが好ましい。
【００１３】
本発明で使用するカルシウムアルミネートは、CaOとAl2O3を主成分とする化合物を総称するものであり、その具体例としては、例えば、CaO・2Al2O3、CaO・Al2O3、12CaO・7Al2O3、11CaO・7Al2O3・CaF2、及び3CaO・3Al2O3・CaSO4などと表される結晶性のカルシウムアルミネートや、CaOとAl2O3成分を主成分とする非晶質の化合物が挙げられる。
カルシウムアルミネート（以下、ＣＡという）のCaO/Al2O3モル比は、0.75〜1.5が好ましく、0.9〜1.2がより好ましい。0.75未満では充分な初期強度発現性が得られない場合があり、逆に、CaO/Al2O3モル比が1.5を超えると充分な流動性や可使時間が得られない場合がある。
【００１４】
ＣＡを得る方法としては、CaO原料とAl2O3原料等をロータリーキルンや電気炉等によって熱処理して得る方法が挙げられる。
ＣＡを製造する際のCaO原料としては、例えば、石灰石や貝殻等の炭酸カルシウム、消石灰等の水酸化カルシウム、あるいは、生石灰等の酸化カルシウムを挙げることができる。
また、Al2O3原料としては、例えば、ボーキサイトやアルミ残灰と呼ばれる産業副産物のほか、アルミニウム粉等が挙げられる。
【００１５】
ＣＡを工業的に得る場合、不純物が含まれることがある。その具体例としては、例えば、SiO2、Fe2O3、MgO、TiO2、MnO、Na2O、K2O、Li2O、S、P2O5、及びFなどが挙げられる。これらの不純物の存在は本発明の目的を実質的に阻害しない範囲では特に問題とはならない。具体的には、これらの不純物の合計が10％以下の範囲では特に問題とはならない。
【００１６】
また、化合物としては、4CaO・Al2O3・Fe2O3、6CaO・2Al2O3・Fe2O3、6CaO・Al2O3・2Fe2O3などのカルシウムアルミノフェライト、2CaO・Fe2O3やCaO・Fe2O3などのカルシウムフェライト、ゲーレナイト2CaO・Al2O3・SiO2、アノーサイトCaO・Al2O3・2SiO2などのカルシウムアルミノシリケート、メルビナイト3CaO・MgO・2SiO2、アケルマナイト2CaO・MgO・2SiO2、モンチセライトCaO・MgO・SiO2などのカルシウムマグネシウムシリケート、トライカルシウムシリケート3CaO・SiO2、ダイカルシウムシリケート2CaO・SiO2、ランキナイト3CaO・2SiO2、ワラストナイトCaO・SiO2などのカルシウムシリケート、カルシウムチタネートCaO・TiO2、遊離石灰、リューサイト（K2O、Na2O）・Al2O3・SiO2などを含む場合がある。本発明ではこれらの結晶質又は非晶質が混在していても良い。
【００１７】
ＣＡの粒度は特に限定されるものではないが、通常、ブレーン比表面積値（以下、ブレーン値という）で3,000〜9,000cm2/gが好ましく、4,000〜8,000cm2/gがより好ましい。3,000cm2/g未満では初期強度発現性が充分でない場合があり、9,000cm2/gを超えると流動性や可使時間の確保が困難になる場合がある。
【００１８】
本発明で使用する無水セッコウは特に限定されるものではないが、II型の無水セッコウを使用することが好ましく、なかでも、ｐＨが4.5以下の酸性無水セッコウを使用することが、可使時間の確保のしやすさと、その後の強度増進が良好なことから好ましい。
ここで、無水セッコウのｐＨとは、純水100ccに無水セッコウ１ｇを入れて撹拌した際の上澄液のｐＨを意味する。
無水セッコウの粒度は、ブレーン値で3,000〜9,000cm2/gが好ましく、4,000〜8,000cm2/gがより好ましい。3,000cm2/g未満では寸法安定性が悪くなる場合があり、9,000cm2/gを超えるものは流動性の確保が困難になる場合がある。
【００１９】
本発明で使用する水酸化カルシウムは特に限定されるものではない。Ca(OH)2と表される化合物を総称するものである。その不純物も環境に有害なものを含まなければ特に限定されるものではない。
水酸化カルシウムのCa(OH)2含有量は、80％以上が好ましく、90％以上がより好ましい。80％未満では初期強度発現性が低下する場合がある。不純物としては、炭酸カルシウムや酸化カルシウムを含む場合がある。
水酸化カルシウムの比表面積は特に限定されるものではないが、通常、ＢＥＴ比表面積で20m2/g以下が好ましく、15m2/g以下がより好ましい。水酸化カルシウムのＢＥＴ比表面積が20m2/gを超えると、流動性が悪くなったり、可使時間の確保が困難になる場合がある。
【００２０】
本発明の超速硬セメント組成物における各材料の配合割合は、セメント、CaO/Al2O3モル比が0.75〜1.5のＣＡ、無水セッコウ、及び水酸化カルシウムの合計100部中、セメントが35〜50部、CaO/Al2O3モル比が0.75〜1.5のＣＡが20〜40部、無水セッコウが10〜25部、水酸化カルシウムが１〜10部であることが好ましい。
【００２１】
セメントが35部未満では、可使時間の確保が困難になる場合や長期耐久性が得られにくい場合があり、50部を超えると優れた初期強度発現性が得られない場合がある。
【００２２】
また、CaO/Al2O3モル比が0.75〜1.5のＣＡが20部未満では優れた初期強度発現性が得られない場合があり、40部を超えると可使時間の確保が困難になる場合や長期耐久性が得られにくい場合がある。
【００２３】
さらに、無水セッコウが10部未満では可使時間の確保が困難になる場合があり、25部を超えると優れた初期強度発現性が得られない場合や過膨張が生じる場合がある。
【００２４】
そして、水酸化カルシウムが１部未満では充分な初期強度発現性が得られない場合や、材料分離抵抗性が得られない場合があり、10部を超えると初期強度や長期強度の発現性が悪くなる場合があり、また、練り混ぜ水量が増加する傾向や流動化剤を多く必要とする場合があり、その結果、品質の安定性を確保することが困難になる場合がある。
【００２５】
本発明で使用する鋼繊維の引張強度は1,000N/mm2以上であり、1,500N/mm2以上が好ましく、2,000N/mm2以上がより好ましい。引張強度が1,000N/mm2未満では曲げ強度の飛躍的な向上や、圧縮強度の向上効果が期待できない場合がある。
鋼繊維の密度は７〜10g/cm3が好ましい。
鋼繊維の平均径は、0.1〜1.5mmが好ましく、0.1〜1.1mmがより好ましい。平均径がこの範囲外では、曲げ強度の飛躍的な向上や、圧縮強度の向上効果が期待できない。
鋼繊維の繊維長は、３〜40mmが好ましく、５〜30mmがより好ましい。３mm未満では曲げ強度の飛躍的な向上が期待できない場合があり、40mmを超えると分散性が悪くなり、曲げ強度の飛躍的な向上が期待できない場合がある。
本発明では、二種類以上の繊維長の鋼繊維を組み合わせて使用することが可能であり、曲げ強度の飛躍的な向上や、安定的に高い曲げ強度を得る面から、二種類以上の繊維長の鋼繊維を組み合わせて使用することが好ましい。
鋼繊維としては、普通炭素鋼やステンレスなどの金属繊維が挙げられ、ステンレス繊維を用いることが、曲げ強度の飛躍的な向上や、長期耐久性の面から好ましい。
ステンレス繊維としては、表面にめっきやその他の防食処理が施されているものを使用することが可能である。
鋼繊維の形状としては、成形加工されていないスレート型でも有効であるが、波型加工やインデント加工の他、繊維両端部に曲げ加工等の引き抜け防止加工が施された繊維を使用することも可能である。
さらに、繊維の断面形状についても、円形のみならず、三日月型や長方形型等の繊維も有効である。
鋼繊維の使用量は特に限定されるものではないが、練り上げたセメントコンクリート中、容量換算で、0.1〜5.0容量％が好ましく、0.3〜３容量％がより好ましい。0.1容量％未満では、曲げ強度の飛躍的な向上や、安定的に高い曲げ強度を得ることができない場合があり、５容量％を超えると、練り混ぜが困難となり、繊維の分散が不充分となり、改悪傾向となる場合がある。
【００２６】
本発明では、ＣＡの硬化を促進し、短時間での強度発現性を実現するために炭酸リチウムを使用する。炭酸リチウム以外のリチウム塩も、ＣＡの硬化を促進することは知られているが、炭酸リチウム以外のリチウム塩を使用すると、まず、流動化することができず、また、可使時間も確保できない場合がある。
炭酸リチウムの使用量は、セメント、CaO/Al2O3モル比が0.75〜1.5のＣＡ、無水セッコウ、及び水酸化カルシウムからなる結合材100部に対して、0.3〜２部が好ましい。0.3部未満では、初期強度発現性が得られない。即ち、初期材齢で高い曲げ強度を発現することができない場合があり、２部を超えて使用してもさらなる効果の増進が期待できす、むしろ、強度発現性が改悪方向に向く場合がある。
【００２７】
本発明では、流動化や可使時間の確保のために、炭酸リチウム以外のアルカリ炭酸塩を使用する。
本発明で使用する炭酸リチウム以外のアルカリ炭酸塩（以下、炭酸アルカリという）は特に限定されるものではないが、その具体例としては、例えば、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、重炭酸ナトリウム、及び重炭酸カリウムなど挙げられ、本発明では、炭酸アンモニウムや重炭酸アンモニウムも炭酸アルカリとして使用可能である。
炭酸アルカリの使用量は、結合材100部に対して、0.1〜１部が好ましい。0.1部未満では、流動性や充分な可使時間が確保できない場合があり、１部を超えると凝結遅延が強くなり、初期材齢で高い曲げ強度を発現することができない場合がある。
【００２８】
また、本発明では、流動化や可使時間の確保のため、炭酸アルカリとともに有機酸を使用する。
本発明で使用する有機酸は特に限定されるものではないが、その具体例としては、例えば、クエン酸、酒石酸、リンゴ酸、グルコン酸、及びコハク酸等のオキシカルボン酸又はそれらのナトリウム、カリウム、カルシウム、マグネシウム、アンモニウム、及びアルミニウム塩等が挙げられ、本発明では、これらのうちの一種又は二種以上が使用可能である。そのうち、クエン酸やその塩が好ましい。
有機酸の使用量は、結合材100に対して、0.1〜0.5部が好ましい。0.1部未満では、流動性や充分な可使時間が得られない場合があり、0.5部を超えると凝結遅延が強くなり、初期材齢で高い曲げ強度を発現することができない場合がある。
【００２９】
本発明では、セメントコンクリートの練り混ぜを容易にし、各材料の分散を助けるとともに、練りあがったセメントコンクリートの流動性を付与するために流動化剤を使用することが可能である。
流動化剤は特に限定されるものではないが、その具体例としては、例えば、ナフタレン系としては、エヌエムビー社製商品名「レオビルドSP-9シリーズ」、花王社製商品名「マイティ2000シリーズ」、及び日本製紙社製商品名「サンフローHS-100」などが挙げられ、また、メラミン系としては、日本シーカ社製商品名「シーカメント1000シリーズ」や日本製紙社製商品名「サンフローHS-40」などが挙げられる。さらに、アミノスルホン酸系としては、フローリック社製商品名「FP-200シリーズ」などが挙げられ、ポリカルボン酸系としては、エヌエムビー社製商品名「レオビルドSP-8シリーズ」、グレースケミカルズ社製商品名「ダーレックススーパー100PHX」、及び竹本油脂社製商品名「チューポールHP-8シリーズ」や「チューポールHP-11シリーズ」などが挙げられる。本発明ではこれら流動化剤のうちの一種又は二種以上が使用可能である。
【００３０】
流動化剤には粉末状のものも存在する。具体的には、ポリアルキルアリルスルホン酸塩の縮合物としては、第一工業製薬社製商品名「セルフロー110P」や出光石油化学社製商品名「IPC」などが、また、ナフタレンスルホン酸塩の縮合物としては、花王社製商品名「マイティ100」や三洋化成工業社製商品名「三洋レベロンP」などが、メラミン系のものとしては、シーカ社製「シーカメントFF」などが、さらに、ポリカルボン酸系としては、例えば、三菱化学社製商品名「クインフロー750」や花王社製商品名「CAD9000P」などが挙げられる。
流動化剤の使用量は特に限定されるものではないが、通常、結合材100部に対して、固形分換算で0.1〜1.5部が好ましい。0.1部未満では流動性が充分でない場合があり、1.5部を超えると材料分離を起す場合がある。
【００３１】
本発明では、発熱量や寸法変化の低減や耐久性の確保のため骨材を使用する。
本発明で使用する細骨材の具体例としては、例えば、ケイ砂系、石灰石系、高炉水砕スラグ系、及び再生骨材系等に分類される。本発明では、品質安定性等の面からケイ砂系又は石灰系の細骨材を選定することが好ましい。
細骨材の使用量は、セメント、CaO/Al2O3モル比が0.75〜1.5のカルシウムアルミネート、無水セッコウ、及び水酸化カルシウムの合計100部に対して、50〜200部が好ましく、100〜150部がより好ましい。50部未満では、発熱量が大きすぎて作業性が困難な場合がある。また、収縮が大きくなり、ひび割れが生じやすい場合もある。逆に、200部を超えると優れた流動性や初期強度発現性が得られない場合がある。
さらに、発熱量や寸法変化の低減や耐久性を確保するために粗骨材を配合することが可能である。
粗骨材の具体例としては、例えば、豆砂利、玉砂利、砕石、及び再生骨材等が使用可能である。
粗骨材の配合割合は、単位量で250〜1,000kg/m3が好ましく、500〜750kg/m3がより好ましい。250kg/m3未満では発熱量の低減効果の増大が期待できない場合があり、1,000kg/m3を超えるとコンクリートが荒々しくなり、ワーカビリティーが悪くなったり、強度不足を生じる場合がある。
【００３２】
本発明で使用する水の量は、使用する目的・用途や各材料の配合割合によって変化するため特に限定されるものではないが、通常、水結合材比で20〜60％が好ましく、30〜50％がより好ましい。水結合材比が20％未満では流動性を得ることが難しい場合や、発熱量が極めて大きくなる場合があり、60％を超えると強度発現性を確保することが困難な場合がある。
【００３３】
本発明では、セメント、CaO/Al2O3モル比が0.75〜1.5のカルシウムアルミネート、無水セッコウ、及び水酸化カルシウム、引張強度が1,000N/mm2以上の鋼繊維、炭酸リチウム、炭酸アルカリ、及び有機酸とともに、強度発現性の改善や耐酸性の向上、可使時間の確保に加えて、寸法安定性を良好にするためにシリカ質微粉末を併用することが可能である。
【００３４】
シリカ質微粉末とは、高炉水砕スラグ微粉末、フライアッシュ、及びシリカヒュームなどの潜在水硬性物質やポゾラン物質を挙げることができる。本発明では、シリカフュームの使用が好ましく、なかでも酸性シリカフュームの使用がより好ましい。
酸性シリカフュームとは、シリカフューム１ｇを純粋100ccに入れて攪拌した時の上澄み液のｐＨが5.0以下の酸性を示すものを言う。
シリカ質物質の粉末度は特に限定されるものではないが、通常、高炉水砕スラグ微粉末やフライアッシュは、ブレーン値で3,000〜9,000cm2/g程度の範囲にあり、シリカヒュームは、ＢＥＴ比表面積で２〜20万m2/g程度の範囲にある。
シリカ質微粉末の使用量は、ＣＡと無水セッコウからなる急硬成分100部に対して、５〜100部が好ましく、10〜50部がより好ましい。５部未満では強度発現性の改善や耐酸性の向上、可使時間の確保に加えて、寸法安定性を良好にするなどの効果が得られない場合があり、100部を超えると流動性が得られにくい場合があり、また、初期の強度発現性が改悪される場合もある。
【００３５】
本発明では、石灰石微粉末、高炉徐冷スラグ微粉末、下水汚泥焼却灰やその溶融スラグ、都市ゴミ焼却灰やその溶融スラグ、パルプスラッジ焼却灰等の混和材料、消泡剤、増粘剤、防錆剤、防凍剤、収縮低減剤、ガス発泡物質、ポリマー、ベントナイトなどの粘土鉱物、並びに、ハイドロタルサイトなどのアニオン交換体等のうちの一種又は二種以上を、本発明の目的を実質的に阻害しない範囲で使用することが可能である。
【００３６】
本発明において、各材料の混合方法は特に限定されるものではなく、それぞれの材料を施工時に混合しても良いし、あらかじめ一部を、あるいは全部を混合しておいても差し支えない。
【００３７】
混合装置としては、既存のいかなる装置も使用可能であり、例えば、傾胴ミキサ、オムニミキサ、ヘンシェルミキサ、Ｖ型ミキサ、及びナウタミキサなどの使用が可能である。
【実施例】
【００３８】
以下、本発明の実験例に基づいて、本発明をさらに説明する。
【００３９】
実験例１
セメント45部、表１に示すＣＡ30部、無水セッコウ20部、水酸化カルシウム５部からなる結合材100部に対して、炭酸リチウム１部、炭酸アルカリａ0.3部、有機酸α0.2部、及び細骨材150部を配合し、水／結合材比43％となるように水を加えて練混ぜ、モルタルを調製した。
このモルタルに、練り上がりモルタル中、２容量％になるよう鋼繊維Ａを添加して超速硬モルタルを調製した。
調製した超速硬モルタルの硬化時間、圧縮強度、及び曲げ強度を測定した。結果を表１に併記する。
【００４０】
＜使用材料＞
セメント ：市販の普通ポルトランドセメント、ブレーン値4,500cm2/g、密度3.15g/cm3
ＣＡイ ：CaO/Al2O3モル比0.75、結晶質、主成分CaO・Al2O3とCaO・2Al2O3、ブレーン値5,000cm2/g、密度3.02g/cm3
ＣＡロ ：CaO/Al2O3モル比0.75、結晶質、主成分CaO・Al2O3、ブレーン値5,000cm2/g、密度2.99g/cm3
ＣＡハ ：CaO/Al2O3モル比1.0、結晶質、主成分CaO・Al2O3、ブレーン値5,000cm2/g、密度2.97g/cm3
ＣＡニ ：CaO/Al2O3モル比1.2、結晶質、主成分CaO・Al2O3、ブレーン値5,000cm2/g、密度2.96g/cm3
ＣＡホ ：CaO/Al2O3モル比1.50、結晶質、主成分CaO・Al2O3と12CaO・7Al2O3、ブレーン値5,000cm2/g、密度2.95g/cm3
ＣＡヘ ：CaO/Al2O3モル比1.00、非晶質、ＣＡハに試薬１級のシリカを５％添加して、1,650℃で溶融後、急冷して合成、ブレーン値5,000cm2/g、密度2.95g/cm3
ＣＡト ：CaO/Al2O3モル比1.50、非晶質、ＣＡホに試薬１級のシリカを３％添加して、1,650℃で溶融後、急冷して合成、ブレーン値5,000cm2/g、密度2.93g/cm3
無水セッコウ：II型無水セッコウ、ｐＨ3.0、ブレーン値5,000cm2/g、密度2.97g/cm3
水酸化カルシウム：市販品、ＢＥＴ比表面積値10m2/g
炭酸リチウム：試薬１級
鋼繊維Ａ ：引張強度2,000N/mm2、平均径0.2mm、繊維長20mm、密度8.5g/cm3
炭酸アルカリａ：炭酸カリウム、試薬１級
有機酸α ：試薬１級のクエン酸
細骨材 ：石灰砂、４mm下品、粗粒率2.73、密度2.60g/cm3
水 ：水道水
【００４１】
＜測定方法＞
硬化時間 ：JIS A 1147に準じて凝結時間を測定し、凝結の終結時間を硬化時間とした。
圧縮強度 ：モルタルを型枠に詰めて４cm×４cm×16cmの成形体を作成し、各材齢の圧縮強度をJIS R 5201に準じて測定した。
曲げ強度：モルタルを型枠に詰めて４cm×４cm×16cmの成形体を作成し、各材齢の曲げ強度をJIS R 5201に準じて測定した。
【００４２】
【表１】
【００４３】
実験例２
ＣＡハを使用し、表２に示す鋼繊維を使用したこと以外は実験例１と同様に行った。
なお、比較のため、鋼繊維の代わりに、ビニロンファイバーを用いた場合についても同様に行った。結果を表２に併記する。
【００４４】
＜使用材料＞
鋼繊維Ｂ ：引張強度 500N/mm2、平均径0.2mm、繊維長20mm、密度8.5g/cm3
鋼繊維Ｃ ：引張強度1,000N/mm2、平均径0.2mm、繊維長20mm、密度8.5g/cm3
鋼繊維Ｄ ：引張強度1,500N/mm2、平均径0.2mm、繊維長20mm、密度8.5g/cm3
繊維Ｘ ：ビニロンファイバー、引張強度1,300N/mm2、平均径14μｍ、繊維長６mm、集束タイプ、密度1.3g/cm3、市販品
【００４５】
【表２】
【００４６】
実験例３
ＣＡハを使用し、表３に示す鋼繊維を使用したこと以外は実験例１と同様に行った。
結果を表３に併記する。
【００４７】
＜使用材料＞
鋼繊維Ｅ ：引張強度1,500N/mm2、平均径0.1mm、繊維長20mm、密度8.5g/cm3
鋼繊維Ｆ ：引張強度1,500N/mm2、平均径0.3mm、繊維長20mm、密度8.5g/cm3
鋼繊維Ｇ ：引張強度1,500N/mm2、平均径0.5mm、繊維長20mm、密度8.5g/cm3
鋼繊維Ｈ ：引張強度1,500N/mm2、平均径0.7mm、繊維長20mm、密度8.5g/cm3
鋼繊維Ｉ ：引張強度1,500N/mm2、平均径0.9mm、繊維長20mm、密度8.5g/cm3
鋼繊維Ｊ ：引張強度1,500N/mm2、平均径1.1mm、繊維長20mm、密度8.5g/cm3
鋼繊維Ｋ ：引張強度1,500N/mm2、平均径1.3mm、繊維長20mm、密度8.5g/cm3
鋼繊維Ｌ ：引張強度1,500N/mm2、平均径1.5mm、繊維長20mm、密度8.5g/cm3
鋼繊維Ｍ ：引張強度2,000N/mm2、平均径0.2mm、繊維長３mm、密度8.5g/cm3
鋼繊維Ｎ ：引張強度2,000N/mm2、平均径0.2mm、繊維長５mm、密度8.5g/cm3
鋼繊維Ｏ ：引張強度2,000N/mm2、平均径0.2mm、繊維長10mm、密度8.5g/cm3
鋼繊維Ｐ ：引張強度2,000N/mm2、平均径0.2mm、繊維長30mm、密度8.5g/cm3
鋼繊維Ｑ ：引張強度2,000N/mm2、平均径0.2mm、繊維長40mm、密度8.5g/cm3
【００４８】
【表３】
【００４９】
実験例４
ＣＡハを使用し、表４に示すセメント、ＣＡ、無水セッコウ、及び水酸化カルシウムを使用したこと以外は実験例１と同様に行った。結果を表４に併記する。
【００５０】
【表４】
【００５１】
実験例５
セメント45部、ＣＡハ30部、無水セッコウ20部、及び水酸化カルシウム５部からなる結合材100部に対して、表５に示す炭酸リチウム、炭酸アルカリａ0.3部、及び有機酸α0.2部を使用したこと以外は実験例１と同様に行った。結果を表５に併記する。
【００５２】
【表５】
【００５３】
実験例６
結合材100部に対して、炭酸リチウム1.0部、表６に示す炭酸アルカリ、及び有機酸α0.2部を使用したこと以外は実験例５と同様に行った。結果を表６に併記する。
【００５４】
＜使用材料＞
炭酸アルカリｂ：炭酸ナトリウム、試薬１級
炭酸アルカリｃ：重炭酸ナトリウム、試薬１級
【００５５】
【表６】
【００５６】
実験例７
結合材100部に対して、炭酸リチウム1.0部、炭酸アルカリａ0.3部、及び表７に示す有機酸を使用したこと以外は実験例５と同様に行った。結果を表７に併記する。
【００５７】
＜使用材料＞
有機酸β ：酒石酸、試薬１級
有機酸γ ：グルコン酸ナトリウム、試薬１級
【００５８】
【表７】
【００５９】
実験例８
ＣＡハを使用し、結合材100部に対して表８に示す細骨材を使用したこと以外は実験例１と同様に行った。結果を表８に併記する。
【００６０】
【表８】
【００６１】
実験例９
セメント45部、ＣＡＢ30部、無水セッコウ20部、水酸化カルシウム５部からなる結合材100部を使用し、結合材100部に対して、炭酸リチウム１部、炭酸アルカリａ0.3部、有機酸α0.2部、及び細骨材150部を配合し、水／結合材比37％となるように水を加えて練混ぜ、モルタルを調製した。
調製したモルタルに、練り上がりモルタル中、２容量％になるよう鋼繊維Ａを添加して超速硬モルタルを調製し、表９に示す粗骨材を配合して超速硬コンクリートを調製した。
調製した超速硬コンクリートの硬化時間、圧縮強度、及び曲げ強度を測定した。結果を表９に併記する。
【００６２】
＜使用材料＞
粗骨材 ：市販の砕石、ケイ石系、Gmax15mm、密度2.65g/cm3
【００６３】
＜測定方法＞
硬化時間 ：JIS A 1147に準じて凝結時間を測定し、凝結の終結時間を硬化時間とした。
圧縮強度 ：JIS A 1108に準じて測定した。
曲げ強度 ：JIS A 1106に準じて測定した。
【００６４】
【表９】
【産業上の利用可能性】
【００６５】
本発明の超速硬セメント組成物は、初期材齢で高い曲げ強度を発現するばかりでなく、圧縮強度も高めた超速硬セメントコンクリートが得られるため、土木・建築分野及び建材用途に広範に利用できる。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主に、土木・建築業界において使用される超速硬セメント組成物、超速硬セメントコンクリート組成物、及び超速硬セメントコンクリートに関する。
【背景技術】
【０００２】
超速硬モルタルや超速硬コンクリートなど超速硬セメントコンクリートは、合理化施工には欠かすことのできない材料である。超速硬モルタルは様々なものが提案されている（特許文献１〜特許文献４参照）。
超速硬モルタルは、材齢３時間で所要の圧縮強度を発現するため、圧縮応力を担う役割を果たす用途への展開が図られている。
【０００３】
しかしながら、従来の超速硬セメントコンクリートは、高い曲げ強度を発現するものではなかった。そのため、曲げ体力を必要とする部材への利用が制限されるものであった。具体的には、曲げ強度で10N/mm2以上を必要とする用途への利用はできないものであった。
【０００４】
近年では、超速硬セメントコンクリートに対する要求は益々高まっており、従来の超速硬セメントコンクリートにはない、高い曲げ強度を発現する材料の開発が強く求められている現状にある。
【０００５】
一方、高い曲げ強度を発現する材料としては、高強度セメントコンクリートが挙げられる。
しかしながら、これら高強度セメントコンクリートは、初期材齢で高い強度を発現するものではなく、必然的に、初期材齢で高い曲げ強度を発現するものではなかった。
【０００６】
そこで、本発明者は、前記課題を解決すべく、種々の努力を重ねた結果、初期材齢で高い曲げ強度を発現するばかりでなく、圧縮強度も高めた超速硬セメントコンクリートが得られることを知見し、本発明を完成するに至った。
【０００７】
【特許文献１】特開平０３−０１２３５０号公報
【特許文献２】特開平０１−２３０４５５号公報
【特許文献３】特開平１１−０２１１６０号公報
【特許文献４】特開平１１−１３９８５９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、初期材齢で高い曲げ強度を発現するばかりでなく、圧縮強度も高めた超速硬セメントコンクリートが得られる、超速硬セメント組成物を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、セメント、CaO/Al2O3モル比が0.75〜1.5のカルシウムアルミネート、無水セッコウ、水酸化カルシウム、引張強度が1,000N/mm2以上の鋼繊維、炭酸リチウム、炭酸リチウム以外のアルカリ炭酸塩、及び有機酸を含有してなる超速硬セメント組成物であり、セメント、CaO/Al2O3モル比が0.75〜1.5のカルシウムアルミネート、無水セッコウ、及び水酸化カルシウムからなる結合材、引張強度が1,000N/mm2以上の鋼繊維、炭酸リチウム、炭酸リチウム以外のアルカリ炭酸塩、並びに、有機酸を含有してなる超速硬セメント組成物であり、鋼繊維の平均径が0.1〜1.5mmである該超速硬セメント組成物であり、鋼繊維の長さが３〜40mmである該超速硬セメント組成物であり、セメント、CaO/Al2O3モル比が0.75〜1.5のカルシウムアルミネート、無水セッコウ、及び水酸化カルシウムの合計100部に対して、炭酸リチウム0.3〜２部、炭酸リチウム以外のアルカリ炭酸塩0.1〜１部、及び有機酸0.1〜0.5部である該超速硬セメント組成物であり、無水セッコウが酸性無水セッコウである該超速硬セメント組成物であり、該超速硬セメント組成物と骨材とを含有してなる超速硬セメントコンクリート組成物であり、該超速硬セメントコンクリート組成物と水を含有してなる超速硬セメコンクリートである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明は、初期材齢で高い曲げ強度を発現するばかりでなく、圧縮強度も高めた超速硬セメントコンクリートが得られる、超速硬セメント組成物を提供する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明を詳細に説明する。
なお、本発明における部や％は特に規定しない限り質量基準で示す。
また、本発明におけるセメントコンクリートとは、セメントペースト、モルタル、又はコンクリートを総称するものである。
【００１２】
本発明で使用するセメントとしては、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、これらポルトランドセメントに、高炉スラグ、フライアッシュ、又はシリカを混合した各種混合セメント、また、これらポルトランドセメントに、石灰石粉末や高炉徐冷スラグ微粉末を混合したフィラーセメント、各種の産業廃棄物を主原料として製造される環境調和型セメント、いわゆるエコセメントなどが挙げられ、これらのうちの一種又は二種以上が使用可能である。本発明では、初期強度発現性の面から、また、材料分離抵抗性の面から、早強ポルトランドセメントを使用することが好ましい。
【００１３】
本発明で使用するカルシウムアルミネートは、CaOとAl2O3を主成分とする化合物を総称するものであり、その具体例としては、例えば、CaO・2Al2O3、CaO・Al2O3、12CaO・7Al2O3、11CaO・7Al2O3・CaF2、及び3CaO・3Al2O3・CaSO4などと表される結晶性のカルシウムアルミネートや、CaOとAl2O3成分を主成分とする非晶質の化合物が挙げられる。
カルシウムアルミネート（以下、ＣＡという）のCaO/Al2O3モル比は、0.75〜1.5が好ましく、0.9〜1.2がより好ましい。0.75未満では充分な初期強度発現性が得られない場合があり、逆に、CaO/Al2O3モル比が1.5を超えると充分な流動性や可使時間が得られない場合がある。
【００１４】
ＣＡを得る方法としては、CaO原料とAl2O3原料等をロータリーキルンや電気炉等によって熱処理して得る方法が挙げられる。
ＣＡを製造する際のCaO原料としては、例えば、石灰石や貝殻等の炭酸カルシウム、消石灰等の水酸化カルシウム、あるいは、生石灰等の酸化カルシウムを挙げることができる。
また、Al2O3原料としては、例えば、ボーキサイトやアルミ残灰と呼ばれる産業副産物のほか、アルミニウム粉等が挙げられる。
【００１５】
ＣＡを工業的に得る場合、不純物が含まれることがある。その具体例としては、例えば、SiO2、Fe2O3、MgO、TiO2、MnO、Na2O、K2O、Li2O、S、P2O5、及びFなどが挙げられる。これらの不純物の存在は本発明の目的を実質的に阻害しない範囲では特に問題とはならない。具体的には、これらの不純物の合計が10％以下の範囲では特に問題とはならない。
【００１６】
また、化合物としては、4CaO・Al2O3・Fe2O3、6CaO・2Al2O3・Fe2O3、6CaO・Al2O3・2Fe2O3などのカルシウムアルミノフェライト、2CaO・Fe2O3やCaO・Fe2O3などのカルシウムフェライト、ゲーレナイト2CaO・Al2O3・SiO2、アノーサイトCaO・Al2O3・2SiO2などのカルシウムアルミノシリケート、メルビナイト3CaO・MgO・2SiO2、アケルマナイト2CaO・MgO・2SiO2、モンチセライトCaO・MgO・SiO2などのカルシウムマグネシウムシリケート、トライカルシウムシリケート3CaO・SiO2、ダイカルシウムシリケート2CaO・SiO2、ランキナイト3CaO・2SiO2、ワラストナイトCaO・SiO2などのカルシウムシリケート、カルシウムチタネートCaO・TiO2、遊離石灰、リューサイト（K2O、Na2O）・Al2O3・SiO2などを含む場合がある。本発明ではこれらの結晶質又は非晶質が混在していても良い。
【００１７】
ＣＡの粒度は特に限定されるものではないが、通常、ブレーン比表面積値（以下、ブレーン値という）で3,000〜9,000cm2/gが好ましく、4,000〜8,000cm2/gがより好ましい。3,000cm2/g未満では初期強度発現性が充分でない場合があり、9,000cm2/gを超えると流動性や可使時間の確保が困難になる場合がある。
【００１８】
本発明で使用する無水セッコウは特に限定されるものではないが、II型の無水セッコウを使用することが好ましく、なかでも、ｐＨが4.5以下の酸性無水セッコウを使用することが、可使時間の確保のしやすさと、その後の強度増進が良好なことから好ましい。
ここで、無水セッコウのｐＨとは、純水100ccに無水セッコウ１ｇを入れて撹拌した際の上澄液のｐＨを意味する。
無水セッコウの粒度は、ブレーン値で3,000〜9,000cm2/gが好ましく、4,000〜8,000cm2/gがより好ましい。3,000cm2/g未満では寸法安定性が悪くなる場合があり、9,000cm2/gを超えるものは流動性の確保が困難になる場合がある。
【００１９】
本発明で使用する水酸化カルシウムは特に限定されるものではない。Ca(OH)2と表される化合物を総称するものである。その不純物も環境に有害なものを含まなければ特に限定されるものではない。
水酸化カルシウムのCa(OH)2含有量は、80％以上が好ましく、90％以上がより好ましい。80％未満では初期強度発現性が低下する場合がある。不純物としては、炭酸カルシウムや酸化カルシウムを含む場合がある。
水酸化カルシウムの比表面積は特に限定されるものではないが、通常、ＢＥＴ比表面積で20m2/g以下が好ましく、15m2/g以下がより好ましい。水酸化カルシウムのＢＥＴ比表面積が20m2/gを超えると、流動性が悪くなったり、可使時間の確保が困難になる場合がある。
【００２０】
本発明の超速硬セメント組成物における各材料の配合割合は、セメント、CaO/Al2O3モル比が0.75〜1.5のＣＡ、無水セッコウ、及び水酸化カルシウムの合計100部中、セメントが35〜50部、CaO/Al2O3モル比が0.75〜1.5のＣＡが20〜40部、無水セッコウが10〜25部、水酸化カルシウムが１〜10部であることが好ましい。
【００２１】
セメントが35部未満では、可使時間の確保が困難になる場合や長期耐久性が得られにくい場合があり、50部を超えると優れた初期強度発現性が得られない場合がある。
【００２２】
また、CaO/Al2O3モル比が0.75〜1.5のＣＡが20部未満では優れた初期強度発現性が得られない場合があり、40部を超えると可使時間の確保が困難になる場合や長期耐久性が得られにくい場合がある。
【００２３】
さらに、無水セッコウが10部未満では可使時間の確保が困難になる場合があり、25部を超えると優れた初期強度発現性が得られない場合や過膨張が生じる場合がある。
【００２４】
そして、水酸化カルシウムが１部未満では充分な初期強度発現性が得られない場合や、材料分離抵抗性が得られない場合があり、10部を超えると初期強度や長期強度の発現性が悪くなる場合があり、また、練り混ぜ水量が増加する傾向や流動化剤を多く必要とする場合があり、その結果、品質の安定性を確保することが困難になる場合がある。
【００２５】
本発明で使用する鋼繊維の引張強度は1,000N/mm2以上であり、1,500N/mm2以上が好ましく、2,000N/mm2以上がより好ましい。引張強度が1,000N/mm2未満では曲げ強度の飛躍的な向上や、圧縮強度の向上効果が期待できない場合がある。
鋼繊維の密度は７〜10g/cm3が好ましい。
鋼繊維の平均径は、0.1〜1.5mmが好ましく、0.1〜1.1mmがより好ましい。平均径がこの範囲外では、曲げ強度の飛躍的な向上や、圧縮強度の向上効果が期待できない。
鋼繊維の繊維長は、３〜40mmが好ましく、５〜30mmがより好ましい。３mm未満では曲げ強度の飛躍的な向上が期待できない場合があり、40mmを超えると分散性が悪くなり、曲げ強度の飛躍的な向上が期待できない場合がある。
本発明では、二種類以上の繊維長の鋼繊維を組み合わせて使用することが可能であり、曲げ強度の飛躍的な向上や、安定的に高い曲げ強度を得る面から、二種類以上の繊維長の鋼繊維を組み合わせて使用することが好ましい。
鋼繊維としては、普通炭素鋼やステンレスなどの金属繊維が挙げられ、ステンレス繊維を用いることが、曲げ強度の飛躍的な向上や、長期耐久性の面から好ましい。
ステンレス繊維としては、表面にめっきやその他の防食処理が施されているものを使用することが可能である。
鋼繊維の形状としては、成形加工されていないスレート型でも有効であるが、波型加工やインデント加工の他、繊維両端部に曲げ加工等の引き抜け防止加工が施された繊維を使用することも可能である。
さらに、繊維の断面形状についても、円形のみならず、三日月型や長方形型等の繊維も有効である。
鋼繊維の使用量は特に限定されるものではないが、練り上げたセメントコンクリート中、容量換算で、0.1〜5.0容量％が好ましく、0.3〜３容量％がより好ましい。0.1容量％未満では、曲げ強度の飛躍的な向上や、安定的に高い曲げ強度を得ることができない場合があり、５容量％を超えると、練り混ぜが困難となり、繊維の分散が不充分となり、改悪傾向となる場合がある。
【００２６】
本発明では、ＣＡの硬化を促進し、短時間での強度発現性を実現するために炭酸リチウムを使用する。炭酸リチウム以外のリチウム塩も、ＣＡの硬化を促進することは知られているが、炭酸リチウム以外のリチウム塩を使用すると、まず、流動化することができず、また、可使時間も確保できない場合がある。
炭酸リチウムの使用量は、セメント、CaO/Al2O3モル比が0.75〜1.5のＣＡ、無水セッコウ、及び水酸化カルシウムからなる結合材100部に対して、0.3〜２部が好ましい。0.3部未満では、初期強度発現性が得られない。即ち、初期材齢で高い曲げ強度を発現することができない場合があり、２部を超えて使用してもさらなる効果の増進が期待できす、むしろ、強度発現性が改悪方向に向く場合がある。
【００２７】
本発明では、流動化や可使時間の確保のために、炭酸リチウム以外のアルカリ炭酸塩を使用する。
本発明で使用する炭酸リチウム以外のアルカリ炭酸塩（以下、炭酸アルカリという）は特に限定されるものではないが、その具体例としては、例えば、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、重炭酸ナトリウム、及び重炭酸カリウムなど挙げられ、本発明では、炭酸アンモニウムや重炭酸アンモニウムも炭酸アルカリとして使用可能である。
炭酸アルカリの使用量は、結合材100部に対して、0.1〜１部が好ましい。0.1部未満では、流動性や充分な可使時間が確保できない場合があり、１部を超えると凝結遅延が強くなり、初期材齢で高い曲げ強度を発現することができない場合がある。
【００２８】
また、本発明では、流動化や可使時間の確保のため、炭酸アルカリとともに有機酸を使用する。
本発明で使用する有機酸は特に限定されるものではないが、その具体例としては、例えば、クエン酸、酒石酸、リンゴ酸、グルコン酸、及びコハク酸等のオキシカルボン酸又はそれらのナトリウム、カリウム、カルシウム、マグネシウム、アンモニウム、及びアルミニウム塩等が挙げられ、本発明では、これらのうちの一種又は二種以上が使用可能である。そのうち、クエン酸やその塩が好ましい。
有機酸の使用量は、結合材100に対して、0.1〜0.5部が好ましい。0.1部未満では、流動性や充分な可使時間が得られない場合があり、0.5部を超えると凝結遅延が強くなり、初期材齢で高い曲げ強度を発現することができない場合がある。
【００２９】
本発明では、セメントコンクリートの練り混ぜを容易にし、各材料の分散を助けるとともに、練りあがったセメントコンクリートの流動性を付与するために流動化剤を使用することが可能である。
流動化剤は特に限定されるものではないが、その具体例としては、例えば、ナフタレン系としては、エヌエムビー社製商品名「レオビルドSP-9シリーズ」、花王社製商品名「マイティ2000シリーズ」、及び日本製紙社製商品名「サンフローHS-100」などが挙げられ、また、メラミン系としては、日本シーカ社製商品名「シーカメント1000シリーズ」や日本製紙社製商品名「サンフローHS-40」などが挙げられる。さらに、アミノスルホン酸系としては、フローリック社製商品名「FP-200シリーズ」などが挙げられ、ポリカルボン酸系としては、エヌエムビー社製商品名「レオビルドSP-8シリーズ」、グレースケミカルズ社製商品名「ダーレックススーパー100PHX」、及び竹本油脂社製商品名「チューポールHP-8シリーズ」や「チューポールHP-11シリーズ」などが挙げられる。本発明ではこれら流動化剤のうちの一種又は二種以上が使用可能である。
【００３０】
流動化剤には粉末状のものも存在する。具体的には、ポリアルキルアリルスルホン酸塩の縮合物としては、第一工業製薬社製商品名「セルフロー110P」や出光石油化学社製商品名「IPC」などが、また、ナフタレンスルホン酸塩の縮合物としては、花王社製商品名「マイティ100」や三洋化成工業社製商品名「三洋レベロンP」などが、メラミン系のものとしては、シーカ社製「シーカメントFF」などが、さらに、ポリカルボン酸系としては、例えば、三菱化学社製商品名「クインフロー750」や花王社製商品名「CAD9000P」などが挙げられる。
流動化剤の使用量は特に限定されるものではないが、通常、結合材100部に対して、固形分換算で0.1〜1.5部が好ましい。0.1部未満では流動性が充分でない場合があり、1.5部を超えると材料分離を起す場合がある。
【００３１】
本発明では、発熱量や寸法変化の低減や耐久性の確保のため骨材を使用する。
本発明で使用する細骨材の具体例としては、例えば、ケイ砂系、石灰石系、高炉水砕スラグ系、及び再生骨材系等に分類される。本発明では、品質安定性等の面からケイ砂系又は石灰系の細骨材を選定することが好ましい。
細骨材の使用量は、セメント、CaO/Al2O3モル比が0.75〜1.5のカルシウムアルミネート、無水セッコウ、及び水酸化カルシウムの合計100部に対して、50〜200部が好ましく、100〜150部がより好ましい。50部未満では、発熱量が大きすぎて作業性が困難な場合がある。また、収縮が大きくなり、ひび割れが生じやすい場合もある。逆に、200部を超えると優れた流動性や初期強度発現性が得られない場合がある。
さらに、発熱量や寸法変化の低減や耐久性を確保するために粗骨材を配合することが可能である。
粗骨材の具体例としては、例えば、豆砂利、玉砂利、砕石、及び再生骨材等が使用可能である。
粗骨材の配合割合は、単位量で250〜1,000kg/m3が好ましく、500〜750kg/m3がより好ましい。250kg/m3未満では発熱量の低減効果の増大が期待できない場合があり、1,000kg/m3を超えるとコンクリートが荒々しくなり、ワーカビリティーが悪くなったり、強度不足を生じる場合がある。
【００３２】
本発明で使用する水の量は、使用する目的・用途や各材料の配合割合によって変化するため特に限定されるものではないが、通常、水結合材比で20〜60％が好ましく、30〜50％がより好ましい。水結合材比が20％未満では流動性を得ることが難しい場合や、発熱量が極めて大きくなる場合があり、60％を超えると強度発現性を確保することが困難な場合がある。
【００３３】
本発明では、セメント、CaO/Al2O3モル比が0.75〜1.5のカルシウムアルミネート、無水セッコウ、及び水酸化カルシウム、引張強度が1,000N/mm2以上の鋼繊維、炭酸リチウム、炭酸アルカリ、及び有機酸とともに、強度発現性の改善や耐酸性の向上、可使時間の確保に加えて、寸法安定性を良好にするためにシリカ質微粉末を併用することが可能である。
【００３４】
シリカ質微粉末とは、高炉水砕スラグ微粉末、フライアッシュ、及びシリカヒュームなどの潜在水硬性物質やポゾラン物質を挙げることができる。本発明では、シリカフュームの使用が好ましく、なかでも酸性シリカフュームの使用がより好ましい。
酸性シリカフュームとは、シリカフューム１ｇを純粋100ccに入れて攪拌した時の上澄み液のｐＨが5.0以下の酸性を示すものを言う。
シリカ質物質の粉末度は特に限定されるものではないが、通常、高炉水砕スラグ微粉末やフライアッシュは、ブレーン値で3,000〜9,000cm2/g程度の範囲にあり、シリカヒュームは、ＢＥＴ比表面積で２〜20万m2/g程度の範囲にある。
シリカ質微粉末の使用量は、ＣＡと無水セッコウからなる急硬成分100部に対して、５〜100部が好ましく、10〜50部がより好ましい。５部未満では強度発現性の改善や耐酸性の向上、可使時間の確保に加えて、寸法安定性を良好にするなどの効果が得られない場合があり、100部を超えると流動性が得られにくい場合があり、また、初期の強度発現性が改悪される場合もある。
【００３５】
本発明では、石灰石微粉末、高炉徐冷スラグ微粉末、下水汚泥焼却灰やその溶融スラグ、都市ゴミ焼却灰やその溶融スラグ、パルプスラッジ焼却灰等の混和材料、消泡剤、増粘剤、防錆剤、防凍剤、収縮低減剤、ガス発泡物質、ポリマー、ベントナイトなどの粘土鉱物、並びに、ハイドロタルサイトなどのアニオン交換体等のうちの一種又は二種以上を、本発明の目的を実質的に阻害しない範囲で使用することが可能である。
【００３６】
本発明において、各材料の混合方法は特に限定されるものではなく、それぞれの材料を施工時に混合しても良いし、あらかじめ一部を、あるいは全部を混合しておいても差し支えない。
【００３７】
混合装置としては、既存のいかなる装置も使用可能であり、例えば、傾胴ミキサ、オムニミキサ、ヘンシェルミキサ、Ｖ型ミキサ、及びナウタミキサなどの使用が可能である。
【実施例】
【００３８】
以下、本発明の実験例に基づいて、本発明をさらに説明する。
【００３９】
実験例１
セメント45部、表１に示すＣＡ30部、無水セッコウ20部、水酸化カルシウム５部からなる結合材100部に対して、炭酸リチウム１部、炭酸アルカリａ0.3部、有機酸α0.2部、及び細骨材150部を配合し、水／結合材比43％となるように水を加えて練混ぜ、モルタルを調製した。
このモルタルに、練り上がりモルタル中、２容量％になるよう鋼繊維Ａを添加して超速硬モルタルを調製した。
調製した超速硬モルタルの硬化時間、圧縮強度、及び曲げ強度を測定した。結果を表１に併記する。
【００４０】
＜使用材料＞
セメント ：市販の普通ポルトランドセメント、ブレーン値4,500cm2/g、密度3.15g/cm3
ＣＡイ ：CaO/Al2O3モル比0.75、結晶質、主成分CaO・Al2O3とCaO・2Al2O3、ブレーン値5,000cm2/g、密度3.02g/cm3
ＣＡロ ：CaO/Al2O3モル比0.75、結晶質、主成分CaO・Al2O3、ブレーン値5,000cm2/g、密度2.99g/cm3
ＣＡハ ：CaO/Al2O3モル比1.0、結晶質、主成分CaO・Al2O3、ブレーン値5,000cm2/g、密度2.97g/cm3
ＣＡニ ：CaO/Al2O3モル比1.2、結晶質、主成分CaO・Al2O3、ブレーン値5,000cm2/g、密度2.96g/cm3
ＣＡホ ：CaO/Al2O3モル比1.50、結晶質、主成分CaO・Al2O3と12CaO・7Al2O3、ブレーン値5,000cm2/g、密度2.95g/cm3
ＣＡヘ ：CaO/Al2O3モル比1.00、非晶質、ＣＡハに試薬１級のシリカを５％添加して、1,650℃で溶融後、急冷して合成、ブレーン値5,000cm2/g、密度2.95g/cm3
ＣＡト ：CaO/Al2O3モル比1.50、非晶質、ＣＡホに試薬１級のシリカを３％添加して、1,650℃で溶融後、急冷して合成、ブレーン値5,000cm2/g、密度2.93g/cm3
無水セッコウ：II型無水セッコウ、ｐＨ3.0、ブレーン値5,000cm2/g、密度2.97g/cm3
水酸化カルシウム：市販品、ＢＥＴ比表面積値10m2/g
炭酸リチウム：試薬１級
鋼繊維Ａ ：引張強度2,000N/mm2、平均径0.2mm、繊維長20mm、密度8.5g/cm3
炭酸アルカリａ：炭酸カリウム、試薬１級
有機酸α ：試薬１級のクエン酸
細骨材 ：石灰砂、４mm下品、粗粒率2.73、密度2.60g/cm3
水 ：水道水
【００４１】
＜測定方法＞
硬化時間 ：JIS A 1147に準じて凝結時間を測定し、凝結の終結時間を硬化時間とした。
圧縮強度 ：モルタルを型枠に詰めて４cm×４cm×16cmの成形体を作成し、各材齢の圧縮強度をJIS R 5201に準じて測定した。
曲げ強度：モルタルを型枠に詰めて４cm×４cm×16cmの成形体を作成し、各材齢の曲げ強度をJIS R 5201に準じて測定した。
【００４２】
【表１】
【００４３】
実験例２
ＣＡハを使用し、表２に示す鋼繊維を使用したこと以外は実験例１と同様に行った。
なお、比較のため、鋼繊維の代わりに、ビニロンファイバーを用いた場合についても同様に行った。結果を表２に併記する。
【００４４】
＜使用材料＞
鋼繊維Ｂ ：引張強度 500N/mm2、平均径0.2mm、繊維長20mm、密度8.5g/cm3
鋼繊維Ｃ ：引張強度1,000N/mm2、平均径0.2mm、繊維長20mm、密度8.5g/cm3
鋼繊維Ｄ ：引張強度1,500N/mm2、平均径0.2mm、繊維長20mm、密度8.5g/cm3
繊維Ｘ ：ビニロンファイバー、引張強度1,300N/mm2、平均径14μｍ、繊維長６mm、集束タイプ、密度1.3g/cm3、市販品
【００４５】
【表２】
【００４６】
実験例３
ＣＡハを使用し、表３に示す鋼繊維を使用したこと以外は実験例１と同様に行った。
結果を表３に併記する。
【００４７】
＜使用材料＞
鋼繊維Ｅ ：引張強度1,500N/mm2、平均径0.1mm、繊維長20mm、密度8.5g/cm3
鋼繊維Ｆ ：引張強度1,500N/mm2、平均径0.3mm、繊維長20mm、密度8.5g/cm3
鋼繊維Ｇ ：引張強度1,500N/mm2、平均径0.5mm、繊維長20mm、密度8.5g/cm3
鋼繊維Ｈ ：引張強度1,500N/mm2、平均径0.7mm、繊維長20mm、密度8.5g/cm3
鋼繊維Ｉ ：引張強度1,500N/mm2、平均径0.9mm、繊維長20mm、密度8.5g/cm3
鋼繊維Ｊ ：引張強度1,500N/mm2、平均径1.1mm、繊維長20mm、密度8.5g/cm3
鋼繊維Ｋ ：引張強度1,500N/mm2、平均径1.3mm、繊維長20mm、密度8.5g/cm3
鋼繊維Ｌ ：引張強度1,500N/mm2、平均径1.5mm、繊維長20mm、密度8.5g/cm3
鋼繊維Ｍ ：引張強度2,000N/mm2、平均径0.2mm、繊維長３mm、密度8.5g/cm3
鋼繊維Ｎ ：引張強度2,000N/mm2、平均径0.2mm、繊維長５mm、密度8.5g/cm3
鋼繊維Ｏ ：引張強度2,000N/mm2、平均径0.2mm、繊維長10mm、密度8.5g/cm3
鋼繊維Ｐ ：引張強度2,000N/mm2、平均径0.2mm、繊維長30mm、密度8.5g/cm3
鋼繊維Ｑ ：引張強度2,000N/mm2、平均径0.2mm、繊維長40mm、密度8.5g/cm3
【００４８】
【表３】
【００４９】
実験例４
ＣＡハを使用し、表４に示すセメント、ＣＡ、無水セッコウ、及び水酸化カルシウムを使用したこと以外は実験例１と同様に行った。結果を表４に併記する。
【００５０】
【表４】
【００５１】
実験例５
セメント45部、ＣＡハ30部、無水セッコウ20部、及び水酸化カルシウム５部からなる結合材100部に対して、表５に示す炭酸リチウム、炭酸アルカリａ0.3部、及び有機酸α0.2部を使用したこと以外は実験例１と同様に行った。結果を表５に併記する。
【００５２】
【表５】
【００５３】
実験例６
結合材100部に対して、炭酸リチウム1.0部、表６に示す炭酸アルカリ、及び有機酸α0.2部を使用したこと以外は実験例５と同様に行った。結果を表６に併記する。
【００５４】
＜使用材料＞
炭酸アルカリｂ：炭酸ナトリウム、試薬１級
炭酸アルカリｃ：重炭酸ナトリウム、試薬１級
【００５５】
【表６】
【００５６】
実験例７
結合材100部に対して、炭酸リチウム1.0部、炭酸アルカリａ0.3部、及び表７に示す有機酸を使用したこと以外は実験例５と同様に行った。結果を表７に併記する。
【００５７】
＜使用材料＞
有機酸β ：酒石酸、試薬１級
有機酸γ ：グルコン酸ナトリウム、試薬１級
【００５８】
【表７】
【００５９】
実験例８
ＣＡハを使用し、結合材100部に対して表８に示す細骨材を使用したこと以外は実験例１と同様に行った。結果を表８に併記する。
【００６０】
【表８】
【００６１】
実験例９
セメント45部、ＣＡＢ30部、無水セッコウ20部、水酸化カルシウム５部からなる結合材100部を使用し、結合材100部に対して、炭酸リチウム１部、炭酸アルカリａ0.3部、有機酸α0.2部、及び細骨材150部を配合し、水／結合材比37％となるように水を加えて練混ぜ、モルタルを調製した。
調製したモルタルに、練り上がりモルタル中、２容量％になるよう鋼繊維Ａを添加して超速硬モルタルを調製し、表９に示す粗骨材を配合して超速硬コンクリートを調製した。
調製した超速硬コンクリートの硬化時間、圧縮強度、及び曲げ強度を測定した。結果を表９に併記する。
【００６２】
＜使用材料＞
粗骨材 ：市販の砕石、ケイ石系、Gmax15mm、密度2.65g/cm3
【００６３】
＜測定方法＞
硬化時間 ：JIS A 1147に準じて凝結時間を測定し、凝結の終結時間を硬化時間とした。
圧縮強度 ：JIS A 1108に準じて測定した。
曲げ強度 ：JIS A 1106に準じて測定した。
【００６４】
【表９】
【産業上の利用可能性】
【００６５】
本発明の超速硬セメント組成物は、初期材齢で高い曲げ強度を発現するばかりでなく、圧縮強度も高めた超速硬セメントコンクリートが得られるため、土木・建築分野及び建材用途に広範に利用できる。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
セメント、CaO/Al2O3モル比が0.75〜1.5のカルシウムアルミネート、無水セッコウ、水酸化カルシウム、引張強度が1,000N/mm2以上の鋼繊維、炭酸リチウム、炭酸リチウム以外のアルカリ炭酸塩、及び有機酸を含有してなる超速硬セメント組成物。
【請求項２】
セメント、CaO/Al2O3モル比が0.75〜1.5のカルシウムアルミネート、無水セッコウ、及び水酸化カルシウムからなる結合材、引張強度が1,000N/mm2以上の鋼繊維、炭酸リチウム、炭酸リチウム以外のアルカリ炭酸塩、並びに、有機酸を含有してなる超速硬セメント組成物。
【請求項３】
鋼繊維の平均径が0.1〜1.5mmである請求項１又は請求項２に記載の超速硬セメント組成物。
【請求項４】
鋼繊維の長さが３〜40mmである請求項１〜請求項３のうちのいずれか一項に記載の超速硬セメント組成物。
【請求項５】
セメント、CaO/Al2O3モル比が0.75〜1.5のカルシウムアルミネート、無水セッコウ、及び水酸化カルシウムの合計100部に対して、炭酸リチウム0.3〜２部、炭酸リチウム以外のアルカリ炭酸塩0.1〜１部、及び有機酸0.1〜0.5部である請求項１〜請求項４のうちのいずれか一項に記載の超速硬セメント組成物。
【請求項６】
無水セッコウが酸性無水セッコウである請求項１〜請求項５記載のうちのいずれか一項に記載の超速硬セメント組成物。
【請求項７】
請求項１〜請求項６のうちのいずれか一項に記載の超速硬セメント組成物と骨材とを含有してなる超速硬セメントコンクリート組成物。
【請求項８】
請求項７に記載の超速硬セメントコンクリート組成物と水を含有してなる超速硬セメコンクリート。
【請求項１】
セメント、CaO/Al2O3モル比が0.75〜1.5のカルシウムアルミネート、無水セッコウ、水酸化カルシウム、引張強度が1,000N/mm2以上の鋼繊維、炭酸リチウム、炭酸リチウム以外のアルカリ炭酸塩、及び有機酸を含有してなる超速硬セメント組成物。
【請求項２】
セメント、CaO/Al2O3モル比が0.75〜1.5のカルシウムアルミネート、無水セッコウ、及び水酸化カルシウムからなる結合材、引張強度が1,000N/mm2以上の鋼繊維、炭酸リチウム、炭酸リチウム以外のアルカリ炭酸塩、並びに、有機酸を含有してなる超速硬セメント組成物。
【請求項３】
鋼繊維の平均径が0.1〜1.5mmである請求項１又は請求項２に記載の超速硬セメント組成物。
【請求項４】
鋼繊維の長さが３〜40mmである請求項１〜請求項３のうちのいずれか一項に記載の超速硬セメント組成物。
【請求項５】
セメント、CaO/Al2O3モル比が0.75〜1.5のカルシウムアルミネート、無水セッコウ、及び水酸化カルシウムの合計100部に対して、炭酸リチウム0.3〜２部、炭酸リチウム以外のアルカリ炭酸塩0.1〜１部、及び有機酸0.1〜0.5部である請求項１〜請求項４のうちのいずれか一項に記載の超速硬セメント組成物。
【請求項６】
無水セッコウが酸性無水セッコウである請求項１〜請求項５記載のうちのいずれか一項に記載の超速硬セメント組成物。
【請求項７】
請求項１〜請求項６のうちのいずれか一項に記載の超速硬セメント組成物と骨材とを含有してなる超速硬セメントコンクリート組成物。
【請求項８】
請求項７に記載の超速硬セメントコンクリート組成物と水を含有してなる超速硬セメコンクリート。
【公開番号】特開２００７−３２０８３５（Ｐ２００７−３２０８３５Ａ）
【公開日】平成１９年１２月１３日（２００７．１２．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−１５５７７６（Ｐ２００６−１５５７７６）
【出願日】平成１８年６月５日（２００６．６．５）
【出願人】（０００００３２９６）電気化学工業株式会社 (1,539)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年１２月１３日（２００７．１２．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年６月５日（２００６．６．５）
【出願人】（０００００３２９６）電気化学工業株式会社 (1,539)
【Ｆターム（参考）】
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