特許 6965136 超速硬セメントを用いるモルタル又はコンクリートの施工方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6965136

(24)【登録日】2021年10月22日

(45)【発行日】2021年11月10日

(54)【発明の名称】超速硬セメントを用いるモルタル又はコンクリートの施工方法

(51)【国際特許分類】

   B28C 7/04 20060101AFI20211028BHJP

   C04B 7/345 20060101ALI20211028BHJP

   C04B 22/10 20060101ALI20211028BHJP

   C04B 22/14 20060101ALI20211028BHJP

   E04G 21/02 20060101ALI20211028BHJP

   C04B 28/02 20060101ALI20211028BHJP

【ＦＩ】

   B28C7/04

   C04B7/345

   C04B22/10

   C04B22/14 A

   E04G21/02 101

   C04B28/02

【請求項の数】2

【全頁数】13

(21)【出願番号】特願2017-235716(P2017-235716)

(22)【出願日】2017年12月8日

(65)【公開番号】特開2019-99444(P2019-99444A)

(43)【公開日】2019年6月24日

【審査請求日】2020年8月28日

(73)【特許権者】

【識別番号】000000240

【氏名又は名称】太平洋セメント株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000084

【氏名又は名称】特許業務法人アルガ特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】▲高▼田 修平

(72)【発明者】

【氏名】小川 洋二

(72)【発明者】

【氏名】前堀 伸平

(72)【発明者】

【氏名】石井 祐輔

【審査官】 小川 武

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１０−１５０１０５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−０５１８１０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１７−１８６２３８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−１４０２９３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−３３５６２０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−１３６８８５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−０６２８８８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１５−１２４１４０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 中国特許出願公開第１０４９６１３７２（ＣＮ，Ａ）

【文献】 特開平１１−０７７６６０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特許第２９３８００６（ＪＰ，Ｂ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｃ０４Ｂ２／００−３２／０２，

Ｃ０４Ｂ４０／００−４０／０６，

Ｃ０４Ｂ１０３／００−１１１／９４

Ｂ２８Ｃ １／００−９／０４

Ｅ０４Ｇ ２１／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

硬化促進剤を含有する超速硬セメントを用いるモルタル又はコンクリートの施工方法であって、施工現場の施工時の気温を測定し、当該施工現場の気温により超速硬セメント中の硬化促進剤を変化させる施工方法であり、超速硬セメントがアーウィン系超速硬セメント又はカルシウムフルオロアルミネート系超速硬セメントであり、
（１）気温１３℃未満の施工現場では、硬化促進剤として、（ａ）硫酸ナトリウムもしくは硫酸カリウム単独、又は（ａ）硫酸ナトリウムもしくは硫酸カリウムと（ｂ）炭酸リチウムを（ａ）／（ｂ）質量比１以上で併用した超速硬セメントを使用し、
（２）気温１３℃超２５℃以下の施工現場では、硬化促進剤として、（ａ）硫酸ナトリウムもしくは硫酸カリウムと（ｂ）炭酸リチウムを（ａ）／（ｂ）質量比０．５〜２で併用した超速硬セメントを使用し、
（３）気温２５℃超の施工現場では、硬化促進剤として、（ｂ）炭酸リチウムを単独使用した超速硬セメントを使用することを特徴とする施工方法。

【請求項2】

硬化促進剤の合計使用量が、気温１３℃未満の施工現場では超速硬セメント１００質量部に対して０．３〜２質量部、気温１３℃超２５℃以下の施工現場では超速硬セメント１００質量部に対して０．５〜２質量部、気温２５℃超の施工現場では超速硬セメント１００質量部に対して０．４〜２質量部である請求項１記載の施工方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、超速硬セメントを用いるモルタル又はコンクリートの施工方法に関する。

【背景技術】

【0002】

コンクリート製品の早期脱型、補修工事、緊急工事、一般工事の工期短縮等の目的で、早期に強度発現が得られる超速硬セメントが使用されている。この超速硬セメントは、本来速硬性を有するが、さらに早期強度を向上させ、可使時間と流動性を確保するため、硬化促進剤として炭酸リチウム、硫酸ナトリウム等が使用されている（特許文献１、２）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０００−２３３９５９号公報

【特許文献2】特開２００６−３３５６２０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、従来の超速硬セメントの早期強度発現性は、環境温度に影響を受け、寒冷地と高温地では早期強度発現性が相違するため、施工性に問題があることが判明した。また、硬化促進剤として広く用いられている炭酸リチウムの供給源は南米や中国に限られており、近年電池材料としての需要が増加し、入手が困難になるとともに価格が高騰している。
従って、本発明の課題は、炭酸リチウムの使用量を低減し、かつ環境温度に応じた最適な超速硬セメント使用モルタル又はコンクリートの施工方法を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0005】

そこで本発明者は、環境温度変化に対応した最適な早期強度発現性及び炭酸リチウムの使用量低減について種々検討した結果、施工地（施工現場）の環境温度により炭酸リチウム及び硫酸ナトリウムの使用量を変化させれば、環境温度の変化に対応した最適な施工条件が得られることを見出し、本発明を完成した。

【0006】

すなわち、本発明は、次の〔１〕〜〔５〕を提供するものである。

【0007】

〔１〕硬化促進剤を含有する超速硬セメントを用いるモルタル又はコンクリートの施工方法であって、
（１）気温１３℃未満の施工地では、硬化促進剤として、（ａ）硫酸ナトリウムもしくは硫酸カリウム単独、又は（ａ）硫酸ナトリウムもしくは硫酸カリウムと（ｂ）炭酸リチウムを（ａ）／（ｂ）質量比１以上で併用した超速硬セメントを使用し、
（２）気温１３℃超２５℃以下の施工地では、硬化促進剤として、（ａ）硫酸ナトリウムもしくは硫酸カリウムと（ｂ）炭酸リチウムを（ａ）／（ｂ）質量比０．５〜２で併用した超速硬セメントを使用し、
（３）気温２５℃超の施工地では、硬化促進剤として、（ｂ）炭酸リチウムを単独使用した超速硬セメントを使用することを特徴とする施工方法。
〔２〕硬化促進剤の合計使用量が、ポルトランドセメント１００質量部に対して０．５〜２質量部である〔１〕記載の施工方法。
〔３〕超速硬セメントが、アーウィン系超速硬セメント又はカルシウムフルオロアルミネート系超速硬セメントである〔１〕又は〔２〕記載の施工方法。
〔４〕硬化促進剤として、（ａ）硫酸ナトリウムもしくは硫酸カリウムを単独で含有、又は（ａ）硫酸ナトリウムもしくは硫酸カリウムと（ｂ）炭酸リチウムを（ａ）／（ｂ）質量比１以上で併用したことを特徴とする気温１３℃未満施工地用超速硬セメント。
〔５〕硬化促進剤として、（ａ）硫酸ナトリウムもしくは硫酸カリウムと（ｂ）炭酸リチウムを（ａ）／（ｂ）質量比０．５〜２で併用したことを特徴とする気温１３℃超２５℃以下の施工地用超速硬セメント。

【発明の効果】

【0008】

本発明の施工方法によれば、施工地の気温の変化に対応した最適な超速硬性セメントを用いたモルタル又はコンクリートの施工を行うことができ、また炭酸リチウムの使用量を低減できる。

【発明を実施するための形態】

【0009】

本発明の超速硬セメントを用いるモルタル又はコンクリートの施工方法は、施工環境温度によって超速硬セメント中の硬化促進剤を変化させる施工方法であり、次の条件を特徴とする。
（１）気温１３℃未満の施工地では、硬化促進剤として、（ａ）硫酸ナトリウムもしくは硫酸カリウム単独、又は（ａ）硫酸ナトリウムもしくは硫酸カリウムと（ｂ）炭酸リチウムを（ａ）／（ｂ）質量比１以上で併用した超速硬セメントを使用する。
（２）気温１３℃超２５℃以下の施工地では、硬化促進剤として、（ａ）硫酸ナトリウムもしくは硫酸カリウムと（ｂ）炭酸リチウムを（ａ）／（ｂ）質量比０．５〜２で併用した超速硬セメントを使用する。
（３）気温２５℃超の施工地では、硬化促進剤として、（ｂ）炭酸リチウムを単独使用した超速硬セメントを使用する。

【0010】

本発明の施工方法に用いるセメントは、硬化促進剤を含有する超速硬セメントである。超速硬セメントとしては、アーウィン系超速硬セメント、カルシウムフルオロアルミネート系超速硬セメント、カルシウムサルフォアルミネート系超速硬セメント、カルシウムアルミネート系超速硬セメントが挙げられる。このうち、アーウィン系超速硬セメント又はカルシウムフルオロアルミネート系超速硬セメントが好ましく、アーウィン系超速硬セメントがより好ましい。
ここで、カルシウムフルオロアルミネート系超速硬セメントは、Ｃ₁₁Ａ₇・ＣａＦ₂（１１ＣａＯ・７Ａｌ₂Ｏ₃・ＣａＦ₂）を主要成分とする化合物、固溶体、ガラス質性物質又はこれらの混合物を速硬性成分とするセメントである。またアーウィン系超速硬性セメントは、アーウィン（３ＣａＯ・３Ａｌ₂Ｏ₃・ＣａＳＯ₄）を主要成分とする化合物、固溶体、ガラス質性物質又はこれらの混合物を速硬性成分とするセメントである。また、超速硬セメントには、さらに石膏、高性能減水剤、凝結遅延剤、消石灰、粉砕助剤を配合することができる。

【0011】

本発明で用いられるモルタルは、前記超速硬セメントに骨材を配合したものであり、コンクリートは前記超速硬セメントに骨材を配合して硬化させたものである。骨材としては、細骨材及び／又は粗骨材が用いられる。細骨材としては、川砂、海砂、山砂、砕砂又はこれらの混合物が挙げられ、粗骨材としては、川砂利、海砂利、砕石又はこれらの混合物が挙げられる。これらのモルタル又はコンクリートの施工方法は、通常通りに超速硬セメントと水と骨材を混練後、施工箇所に吹付けや充填後養生することにより行なわれる。

【0012】

本発明施工方法において、気温１３℃未満の施工地、すなわち寒冷地では、硬化促進剤として、（ａ）硫酸ナトリウムもしくは硫酸カリウムを単独で配合するか、又は（ａ）硫酸ナトリウムもしくは硫酸カリウムと（ｂ）炭酸リチウムを（ａ）／（ｂ）質量比１以上で併用した超速硬セメントを使用する。この超速硬セメントは、気温１３℃未満の施工地用超速硬セメントとして有用である。
気温１３℃未満の施工地の試験は、５℃環境でモルタル、コンクリートのモルタルフロー値、スランプ値、３時間圧縮強度を測定することにより行うことができる。

【0013】

気温１３℃未満の環境では、炭酸リチウムを単独で配合する場合に比べて、（ａ）硫酸ナトリウム又は硫酸カリウム単独で配合するか、あるいは（ａ）硫酸ナトリウム又は硫酸カリウムと（ｂ）炭酸リチウムとを併用し、その配合質量比〔（ａ）／（ｂ）〕が１以上の場合に、早期強度発現性が顕著に向上し、炭酸リチウムの削減がより図られる。ここで、硫酸ナトリウム及び硫酸カリウムのうち、硫酸カリウムが経済的な面で好ましい。早期強度発現性は、コンクリートの材齢３時間の圧縮強さが２４Ｍｐａ以上になることにより確認できる。
このうち、（ａ）硫酸ナトリウム又は硫酸カリウムと（ｂ）炭酸リチウムとを併用し、（ａ）／（ｂ）が１以上である場合が好ましく、（ａ）／（ｂ）が１〜５であるのがより好ましく、（ａ）／（ｂ）が１〜２であるのがさらに好ましい。また、炭酸リチウムが最も削減されるので、硫酸ナトリウム又は硫酸カリウム単独で配合するのが特に好ましい。
炭酸リチウムを単独で使用していた場合に、硫酸ナトリウムや硫酸カリウムを置換するときの置換量は、炭酸リチウムの削減量に対して０．３倍以上の硫酸ナトリウムや硫酸カリウムを添加するのが好ましく、０．５倍以上添加するのがより好ましい。

【0014】

ここで、硬化促進剤の合計使用量は、超速硬セメント１００質量部に対して０．３〜２質量部が好ましく、０．４〜１.５質量部がより好ましく、０．５〜１質量部がさらに好ましい。

【0015】

本発明の施工方法において、気温１３℃超２５℃以下の施工地、すなわち普通の環境では、硬化促進剤として、（ａ）硫酸ナトリウムもしくは硫酸カリウムと、（ｂ）炭酸リチウムとを（ａ）／（ｂ）質量比０．５〜２で併用した超速硬セメントを使用する。この超速硬セメントは、気温１３℃超２５℃以下の施工地用超速硬セメントとして有用である。

【0016】

気温１３℃超２５℃以下の環境では、炭酸リチウムを単独で配合する場合に比べて、（ａ）硫酸ナトリウム又は硫酸カリウムと（ｂ）炭酸リチウムとを併用し、その配合質量比〔（ａ）／（ｂ）〕が０．５〜２の場合に、早期強度発現性が顕著に向上する。配合質量比が２を超えると流動性が低下する恐れがある。配合質量比が０．５未満では炭酸リチウムの削減量が小さい。配合質量比が２を超えると流動性が低下する恐れがある。ここで、硫酸ナトリウム及び硫酸カリウムのうち、硫酸カリウムが経済的な面で好ましい。早期強度発現性は、材齢３時間の圧縮強さが２４Ｍｐａ以上になることにより確認できる。
このうち、（ａ）硫酸ナトリウム又は硫酸カリウムと（ｂ）炭酸リチウムとを併用し、（ａ）／（ｂ）が０．５〜２である場合が好ましく、（ａ）／（ｂ）が０．６〜１．５であるのがより好ましく、（ａ）／（ｂ）が０．８〜１．２であるのがさらに好ましい。
炭酸リチウムを単独で使用していた場合に、硫酸ナトリウムや硫酸カリウムを置換するときの置換量は、炭酸リチウムの削減量に対して１倍以上の硫酸ナトリウムや硫酸カリウムを添加するのが好ましく、１．５倍以上添加するのがより好ましい。
気温１３℃超２５℃以下の施工地の試験は、２０℃環境でモルタル、コンクリート、モルタルフロー値、スランプ値、３時間圧縮強度を測定することにより行うことができる。

【0017】

ここで、硬化促進剤の合計使用量は、超速硬セメント１００質量部に対して０．５〜２質量部が好ましく、０．７〜１．５質量部がより好ましく、０．８〜１．２質量部がさらに好ましい。

【0018】

本発明の施工方法において、気温２５℃超の施工地では、硬化促進剤として、（ｂ）炭酸リチウムを単独使用した超速硬セメントを使用する。ここで、炭酸リチウムの配合量は、超速硬セメント１００質量部に対して０．４〜２質量部が好ましく、０．５〜１．５質量部がより好ましく、０．７〜１．２質量部がさらに好ましい。
気温２５℃超の施工地の試験は、３０℃環境でモルタル、コンクリート、モルタルフロー値、スランプ値、３時間圧縮強度を測定することにより行うことができる。

【0019】

本発明の施工方法においては、水／セメント比３５％〜５５％の範囲で混練し、施工することができる。施工箇所としては、高速道路等の床版上面増厚補強や舗装コンクリートの断面補修が挙げられる。
硫酸ナトリウム、硫酸カリウム、及び炭酸リチウムは、速硬セメントを製造する際に原料と混合粉砕したり、速硬セメントに混合したり、コンクリートの練混ぜ時に混合したり、コンクリートの練混ぜ水に水溶しておくなど、最終的にコンクリートに混合されればよい。

【実施例】

【0020】

（１）スーパージェットセメント（太平洋セメント社）の組成

【0021】

アーウィンクリンカーの製造
II型無水石膏、ボーキサイト、および石灰石を、表１に示す化学組成になるように混合して、約１３５０℃で焼成して、クリンカーを製造した。

【0022】

【表1】

【0023】

アーウィン系速硬セメントの製造
アーウィンクリンカー１００質量部に対し、早強ポルトランドセメントクリンカー１２５質量部、無水石膏２５質量部、混合した後、粉砕し、ブレーン比表面積が４７６０ｃｍ²／ｇの速硬性セメントを作製した。

【0024】

（２）ジェットセメント（住友大阪セメント社）の組成
すでに炭酸リチウムが混合された住友大阪セメント社製ジェットセメント（カルシウムフルオロアルミネート系）を使用した。

【0025】

（３）モルタル試験
水０．２７５ｋｇ、超速硬セメント０．７２１２ｋｇ、結城産細骨材１．２８３８ｋｇ、高性能減水剤（商品名マイテイ１５０［登録商標］、花王社製）を速硬性セメント１００質量部に対し、５℃試験でＣ×０．７５％、２０℃試験でＣ×１．９％、および凝結遅延剤（クエン酸、試薬１級、関東化学社製、及びヘプトン酸、試薬１級、関東化学社製の等量混合）を速硬性セメント１００質量部に対し、５℃試験でＣ×０．４５％、２０℃試験でＣ×０．７％、さらに表３〜５に示す硬化促進剤を、ホバートミキサ１Ｌで、３分間混練して、ＪＩＳ−Ｒ５２０１(セメントの物理試験方法)に従い練り上がり直後と３０分フローを測定した。
別途、φ１０、高さ２０ｃｍの型枠に打設した。さらに、注水から３時間後（材齢３時間）に脱型して、脱型直後に、該供試体の圧縮強度を測定した。

【0026】

（４）コンクリート試験
配合を表２に示す

【0027】

【表2】

【0028】

（練り方、試験法）
次に、水４．５ｋｇ、超速硬セメント１２．０ｋｇ、結城産細骨材２１．３６ｋｇ、桜川産硬質砂岩砕石（５号、６号）各１６．８９ｋｇ、高性能減水剤（商品名マイテイ１５０［登録商標］、花王社製）、および凝結遅延剤（クエン酸、試薬１級、関東化学社製、及びヘプトン酸、試薬１級、関東化学社製の等量混合）を表６〜８に示す量、さらに表６〜８に示す硬化促進剤を、パン型ミキサ５５Ｌで、３分間混練して、練り上がり直後と１０分、２０分、３０分、４０分スランプをＪＩＳ−Ａ１１０１(コンクリートのスランプ試験方法)に従い測定した。目標とするスランプは５℃において練り上がり直後で１２ｃｍ±２．５ｃｍ、３０分経過後１〜３ｃｍ、２０℃および３０℃においては、練り上がり直後で１２ｃｍ±２．５ｃｍ、４０分経過後１〜３ｃｍとした。
別途、φ１０、高さ２０ｃｍの型枠に打設した。さらに、注水から３時間後（材齢３時間）に脱型して、脱型直後に、該供試体の圧縮強度を測定した。目標とする圧縮強度は、財団法人高速道路調査会上面増厚工法設計施工マニュアル、高速道路各社の設計基準、等を安全率も含めて全て満足するよう、３時間で２４Ｎ／ｍｍ²とした。

【0029】

結果を表３〜表８に示す。

【0030】

【表3】

【0031】

【表4】

【0032】

【表5】

【0033】

【表6】

【0034】

【表7】

【0035】

【表8】

【0036】

表３に示すモルタル試験により硫酸ナトリウム又は硫酸カリウムを添加すると、早期強度発現性が向上し、炭酸リチウムに代わる添加剤は、硫酸ナトリウム又は硫酸カリウムであり、以外の塩ではかえって強度が低下していた。表４より、カルシウムフルオロアルミネート系速硬セメントにおいても、硫酸ナトリウムを添加すると、早期強度発現性が向上することが確認された。また、表５より２０℃環境においても、早期強度発現性が向上することが確認された。

【0037】

実際に構造物に使用されるコンクリートにおいては、表６より５℃環境では、炭酸リチウム単独よりも硫酸ナトリウム単独のほうが早期強度発現性に優れていた。また、炭酸リチウムの全量まで硫酸ナトリウムを置換可能であり、添加量もより少量で流動性と可使時間、強度を満足するコンクリートを得ることができた。
表７より２０℃環境においても、早期強度発現性が向上することが確認された。
（ｂ）炭酸リチウム単独に比べて（ａ）硫酸ナトリウムを添加すると早期強度発現性が向上した。その配合比（ａ）／（ｂ）は１〜２で良好であった。また、炭酸リチウムを硫酸ナトリウムに置換する場合は、炭酸リチウムの削減量よりも同量以上の硫酸ナトリウムを添加することで流動性と強度を満足するコンクリートを得ることができた。

【0038】

表８より、３０℃環境では、炭酸ナトリウム単独に比べて、硫酸ナトリウム単独の場合が早期強度発現性に優れているが、減水剤の添加量を調整しても可使時間を満足するコンクリートを得ることができなかった。