(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2022156478
(43)【公開日】2022-10-14
(54)【発明の名称】セメント組成物、及び、セメント組成物の製造方法
(51)【国際特許分類】
C04B 28/02 20060101AFI20221006BHJP
C04B 22/08 20060101ALI20221006BHJP
C04B 22/14 20060101ALI20221006BHJP
C04B 22/06 20060101ALI20221006BHJP
【FI】
C04B28/02
C04B22/08 A
C04B22/14 B
C04B22/06 Z
【審査請求】未請求
【請求項の数】4
【出願形態】OL
(21)【出願番号】P 2021060195
(22)【出願日】2021-03-31
(71)【出願人】
【識別番号】000183266
【氏名又は名称】住友大阪セメント株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110002734
【氏名又は名称】特許業務法人藤本パートナーズ
(72)【発明者】
【氏名】三浦 真司
【テーマコード(参考)】
4G112
【Fターム(参考)】
4G112MA00
4G112MB00
4G112MB23
4G112PB03
4G112PB05
4G112PB11
(57)【要約】
【課題】短時間でコンクリート組成物の自立性を発現させることができると共に、作業中に優れた流動性を確保することができるセメント組成物、及び、セメント組成物の製造方法を提供することを課題とする。
【解決手段】本発明に係るセメント組成物は、ベースセメントと、混和剤と、を含むセメント組成物であって、前記混和剤が、カルシウムシリケート系硬化促進剤と、超速硬セメントと、を含み、前記カルシウムシリケート系硬化促進剤及び前記超速硬セメントの合計含有量に対する、前記カルシウムシリケート系硬化促進剤の含有量の質量比は、0.25以上0.50以下であり、前記カルシウムシリケート系硬化促進剤及び前記超速硬セメントの合計含有量が、前記ベースセメントに対して、0.75質量%以上4.50質量%以下である。
【選択図】なし
【特許請求の範囲】
【請求項1】
ベースセメントと、混和剤と、を含むセメント組成物であって、
前記混和剤が、カルシウムシリケート系硬化促進剤と、超速硬セメントと、を含み、
前記カルシウムシリケート系硬化促進剤及び前記超速硬セメントの合計含有量に対する、前記カルシウムシリケート系硬化促進剤の含有量の質量比は、0.25以上0.50以下であり、
前記カルシウムシリケート系硬化促進剤及び前記超速硬セメントの合計含有量が、前記ベースセメントに対して、0.75質量%以上4.50質量%以下である、セメント組成物。
【請求項2】
前記カルシウムシリケート系硬化促進剤及び前記超速硬セメントの合計含有量が、前記ベースセメントに対して、0.75質量%以上3.00質量%以下である、請求項1に記載のセメント組成物。
【請求項3】
前記カルシウムシリケート系硬化促進剤のSiに対するCaのモル比(Ca/Si)が、1.20以上1.50以下である、請求項1又は2に記載のセメント組成物。
【請求項4】
請求項1~3のいずれか一項に記載のセメント組成物の製造方法であって、
ベースセメントと、水と、を混練して混練物を得る混練工程と、
前記混練物に、カルシウムシリケート系硬化促進剤及び超速硬セメントを添加して練り混ぜる混和工程と、
を含む、セメント組成物の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、セメント組成物、及び、該セメント組成物の製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
コンクリート工事において使用されるコンクリート組成物は、型枠へ充填された後、徐々に流動性を失い、自立性を発現する。通常、自立性の発現には長時間を要することから、仕上げ作業の遅延、所定の勾配に仕上げ難いといった種々の問題が存在する。このため、型枠充填後におけるコンクリート組成物の自立性の発現を早める技術が求められている。
【0003】
コンクリート組成物の自立性の発現を早める技術としては、例えば、自立性の発現を促す混和剤をコンクリート組成物に混和する方法が検討されている。例えば、特許文献1には、カルシウムアルミネート系鉱物材料(CaO-Al2O3-SO3系急硬材等)と、硫酸アルカリ及び炭酸アルカリを含有するアルカリ塩と、からなる混和剤が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかしながら、上記のようなカルシウムアルミネート系鉱物材料を含有する混和剤は、コンクリート組成物への混和直後に該コンクリート組成物の流動性を低下させるため、型枠充填時の充填不良が発生する虞がある。
【0006】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、短時間でコンクリート組成物の自立性を発現させることができると共に、作業中に優れた流動性を確保することができるセメント組成物、及び、セメント組成物の製造方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本発明に係るセメント組成物は、ベースセメントと、混和剤と、を含むセメント組成物であって、前記混和剤が、カルシウムシリケート系硬化促進剤と、超速硬セメントと、を含み、前記カルシウムシリケート系硬化促進剤及び前記超速硬セメントの合計含有量に対する、前記カルシウムシリケート系硬化促進剤の含有量の質量比は、0.25以上0.50以下であり、前記カルシウムシリケート系硬化促進剤及び前記超速硬セメントの合計含有量が、前記ベースセメントに対して、0.75質量%以上4.50質量%以下である。
【0008】
前記セメント組成物は、斯かる構成により、短時間でコンクリート組成物の自立性を発現させることができると共に、作業中に優れた流動性を確保することができる。
【0009】
本発明に係るセメント組成物は、前記カルシウムシリケート系硬化促進剤及び前記超速硬セメントの合計含有量が、前記ベースセメントに対して、0.75質量%以上3.00質量%以下であってもよい。
【0010】
前記セメント組成物は、斯かる構成により、短時間でコンクリート組成物の自立性を発現させることができると共に、作業中により優れた流動性を確保することができる。
【0011】
本発明に係るセメント組成物は、前記カルシウムシリケート系硬化促進剤のSiに対するCaのモル比(Ca/Si)が、1.20以上1.50以下であってもよい。
【0012】
前記セメント組成物は、斯かる構成により、より短時間でコンクリート組成物の自立性を発現させることができると共に、作業中により優れた流動性を確保することができる。
【0013】
本発明に係るセメント組成物の製造方法は、上述のセメント組成物を製造する方法であって、ベースセメントと、水と、を混練して混練物を得る混練工程と、前記混練物に、カルシウムシリケート系硬化促進剤及び超速硬セメントを添加して練り混ぜる混和工程と、を含む。
【0014】
前記セメント組成物の製造方法は、斯かる構成により、短時間でコンクリート組成物の自立性を発現させることができると共に、作業中に優れた流動性を確保することができるセメント組成物を得ることができる。
【発明の効果】
【0015】
本発明によれば、短時間でコンクリート組成物の自立性を発現させることができると共に、作業中に優れた流動性を確保することができるセメント組成物、及び、セメント組成物の製造方法を提供することができる。
【発明を実施するための形態】
【0016】
以下、本実施形態に係るセメント組成物、及び、該セメント組成物の製造方法について説明する。
【0017】
<セメント組成物>
本実施形態に係るセメント組成物は、ベースセメントと、混和剤と、を含む。また、混和剤は、カルシウムシリケート系硬化促進剤と、超速硬セメントと、を含む。
【0018】
前記ベースセメントとしては、特に限定されるものではなく、例えば、JIS R 5210で規定される普通ポルトランドセメント、早強ポルトランドセメント、超早強ポルトランドセメント、中庸熱ポルトランドセメント、低熱ポルトランドセメント、耐硫酸塩ポルトランドセメント、白色ポルトランドセメント等のポルトランドセメント、アルミナセメント等が挙げられる。また、前記ポルトランドセメントにフライアッシュ、高炉スラグ等を混合した各種混合セメントも使用することができる。なお、ベースセメントは、1種を単独で用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。
【0019】
前記ベースセメントの含有量は、特に限定されるものではなく、例えば、セメント組成物の単位体積に対する質量割合が200kg/m3以上1000kg/m3以下とすることができる。ベースセメントが2種以上含まれる場合、前記含有量はベースセメントの合計含有量である。
【0020】
前記カルシウムシリケート系硬化促進剤は、カルシウムシリケート水和物を含有する。カルシウムシリケート水和物としては、カルシウムシリケート非晶質水和物、及びゾノトライト、トバモライト、ジャイロライト、オーケナイト等のカルシウムシリケート結晶質水和物が挙げられる。これらは、1種を単独で用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。また、カルシウムシリケート系硬化促進剤は、硫酸水素ナトリウム、硫酸カルシウム等の硫酸塩をさらに含んでいてもよい。
【0021】
前記カルシウムシリケート系硬化促進剤における、Siに対するCaのモル比(Ca/Si)は、1.20以上1.50以下であることが好ましい。なお、前記Siに対するCaのモル比は、エネルギー分散型蛍光X線分析装置を用いて、FP法により求めることができる。
【0022】
前記超速硬セメントは、セメントと、硫酸カルシウムと、カルシウムアルミネートと、を含む。前記超速硬セメントは、JIS R 5201に準じて測定された硬化時間(終結時間)が1分~60分である。また、前記超速硬セメントは、注水後3時間で5N/mm2以上の圧縮強度を発現するものである。
【0023】
前記セメントとしては、例えば、普通ポルトランドセメント、早強ポルトランドセメント、超早強ポルトランドセメント、中庸熱ポルトランドセメント、低熱ポルトランドセメント等のポルトランドセメントが挙げられる。これらは1種を単独で用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。
【0024】
前記セメントの含有量は、例えば、超速硬セメントの総質量に対して、10質量%以上70質量%以下とすることができる。なお、前記セメントが2種以上含まれる場合、前記含有量は前記セメントの合計含有量である。
【0025】
前記硫酸カルシウムとしては、例えば、無水石膏、半水石膏、二水石膏等が挙げられる。これらは1種を単独で用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。
【0026】
前記硫酸カルシウムの含有量は、例えば、超速硬セメントの総質量に対して、0.5質量%以上40質量%以下とすることができる。なお、前記硫酸カルシウムが2種以上含まれる場合、前記含有量は前記硫酸カルシウムの合計含有量である。
【0027】
前記カルシウムアルミネートとしては、例えば、C11A7・CaX2、C3A、CA、C2AS、C3A3・CaSO4、C12A7、C6AF2、C4AF(CはCaO、AはAl2O3、SはSiO2、FはFe2O3、Xはハロゲン元素を表す。但し、CaSO4のSは硫黄を表す。)、又は、非晶質カルシウムアルミネートからなる群より選ばれた1種を主成分とするものが挙げられる。前記カルシウムアルミネートは、1種を単独で(単相として)用いてもよいし、2種以上を(混合相として)用いてもよい。
【0028】
前記カルシウムアルミネートの含有量は、例えば、超速硬セメントの総質量に対して、20質量%以上70質量%以下とすることができる。なお、前記カルシウムアルミネートが2種以上含まれる場合、前記含有量は前記カルシウムアルミネートの合計含有量である。
【0029】
前記カルシウムシリケート系硬化促進剤及び前記超速硬セメントの合計含有量に対する、前記カルシウムシリケート系硬化促進剤の含有量の質量比は、0.25以上0.50以下であり、0.30以上0.50以下であることが好ましい。また、前記カルシウムシリケート系硬化促進剤及び前記超速硬セメントの合計含有量は、前記ベースセメントに対して、0.75質量%以上4.50質量%以下であり、0.75質量%以上3.00質量%以下であることが好ましい。
【0030】
本実施形態に係るセメント組成物は、前記カルシウムシリケート系硬化促進剤及び前記超速硬セメント以外のその他の混和剤を含んでいてもよい。その他の混和剤としては、例えば、AE剤、AE減水剤、高性能AE減水剤、高性能減水剤、流動化剤、流動性保持剤、分離低減剤、凝結遅延剤(例えば、酒石酸等)、凝結促進剤(例えば、硫酸アルミニウム等)、急結剤、収縮低減剤、起泡剤、発泡剤、防水剤、消泡剤等が挙げられる。これらの中でも、作業中により優れた流動性を確保する観点から、流動性保持剤が好ましい。前記流動性保持剤は、JIS A 6204:2011に規定される減水剤標準形(I種)に適合するものであって、コンクリート組成物の凝結時間を大きく遅らせることなく、スランプおよびスランプフローを長時間保持させることができる。なお、その他の混和剤は、1種を単独で用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。
【0031】
その他の混和剤の含有量は、例えば、前記ベースセメントに対して0.0質量%を超え、5.0質量%以下とすることができる。なお、その他の混和剤が2種以上含まれる場合、前記含有量はその他の混和剤の合計含有量である。
【0032】
本実施形態に係るセメント組成物は、さらに、混和材を含んでいてもよい。混和材としては、例えば、フライアッシュ、セメントキルンダスト、高炉フューム、高炉水砕スラグ微粉末、高炉除冷スラグ微粉末、転炉スラグ微粉末、半水石膏、膨張材、石灰石微粉末、生石灰微粉末、ドロマイト微粉末等の無機質微粉末、ナトリウム型ベントナイト、カルシウム型ベントナイト、アタパルジャイト、セピオライト、活性白土、酸性白土、アロフェン、イモゴライト、シラス(火山灰)、シラスバルーン、カオリナイト、メタカオリン(焼成粘土)、合成ゼオライト、人造ゼオライト、人工ゼオライト、モルデナイト、クリノプチロライト等の無機物系フィラーが挙げられる。混和材は、1種を単独で用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。
【0033】
本実施形態に係るセメント組成物は、さらに、水(W)を含んでいてもよい。水(W)としては、特に限定されるものではなく、例えば、水道水、工業用水、回収水、地下水、河川水、雨水等を使用することができる。
【0034】
本実施形態に係るセメント組成物は、前記混和剤が、カルシウムシリケート系硬化促進剤と、超速硬セメントと、を含み、前記カルシウムシリケート系硬化促進剤及び前記超速硬セメントの合計含有量に対する、前記カルシウムシリケート系硬化促進剤の含有量の質量比は、0.25以上0.50以下であり、前記カルシウムシリケート系硬化促進剤及び前記超速硬セメントの合計含有量が、前記ベースセメントに対して、0.75質量%以上4.50質量%以下であることにより、短時間でコンクリート組成物の自立性を発現させることができると共に、作業中に優れた流動性を確保することができる。
【0035】
本実施形態に係るセメント組成物は、前記カルシウムシリケート系硬化促進剤及び前記超速硬セメントの合計含有量が、前記ベースセメントに対して、0.75質量%以上3.00質量%以下であることにより、短時間でコンクリート組成物の自立性を発現させることができると共に、作業中により優れた流動性を確保することができる。
【0036】
本実施形態に係るセメント組成物は、本発明に係るセメント組成物は、前記カルシウムシリケート系硬化促進剤のSiに対するCaのモル比(Ca/Si)が、1.20以上1.50以下であることにより、より短時間でコンクリート組成物の自立性を発現させることができると共に、作業中により優れた流動性を確保することができる。
【0037】
本実施形態に係るセメント組成物は、さらに細骨材を添加して、モルタル組成物としてもよい。また、本実施形態に係るセメント組成物は、さらに細骨材及び粗骨材を添加して、コンクリート組成物としてもよい。
【0038】
前記細骨材としては、例えば、JIS A 5308附属書Aレディミクストコンクリート用骨材で規定される山砂、川砂、陸砂、海砂、砕砂、石灰石砕砂等の天然由来の砂、高炉スラグ、電気炉酸化スラグ、フェロニッケルスラグ等のスラグ由来の砂、再生骨材、人工軽量骨材、回収骨材等が挙げられる。なお、これらの細骨材は、1種を単独で用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。
【0039】
前記粗骨材としては、特に限定されるものではなく、例えば、川砂利、山砂利、海砂利等の天然骨材、砂岩、硬質砂岩、硬質石灰岩、玄武岩、安山岩等の砕石等の人工骨材、再生骨材等が挙げられる。粗骨材は、1種を単独で用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。
【0040】
<セメント組成物の製造方法>
本実施形態に係るセメント組成物の製造方法は、ベースセメントと、水と、を混練して混練物を得る混練工程と、前記混練物に、カルシウムシリケート系硬化促進剤及び超速硬セメントを添加して練り混ぜる混和工程と、を含む。
【0041】
前記混練工程は、ベースセメントと、水と、を混練して混練物を得る。各材料を混練する方法としては、特に限定されるものではなく、従来公知の方法を用いることができる。ベースセメントと水との水セメント比(W/C)は、例えば、20質量%以上65質量%以下とすることができる。
【0042】
前記混和工程は、前記混練物にカルシウムシリケート系硬化促進剤及び超速硬セメントを添加して練り混ぜる。カルシウムシリケート系硬化促進剤及び超速硬セメントは、予め混合したものを前記混練物に添加してもよいし、混合せずにそれぞれ添加してもよい。混合せずにそれぞれ添加する場合には、カルシウムシリケート系硬化促進剤及び超速硬セメントを同時に添加することが好ましい。これにより、短時間でコンクリート組成物の自立性を発現させることができると共に、作業中に優れた流動性を確保することができる。
【0043】
練り混ぜる方法としては、特に限定されるものではなく、従来公知の方法を用いることができる。また、練り混ぜる温度は、特に限定されるものではなく、例えば、5℃以上35℃以下で行うことができる。
【0044】
本実施形態に係るセメント組成物の製造方法は、ベースセメントと、水と、を混練して混練物を得る混練工程と、前記混練物に、カルシウムシリケート系硬化促進剤及び超速硬セメントを添加して練り混ぜる混和工程と、を含むことにより、短時間でコンクリート組成物の自立性を発現させることができると共に、作業中に優れた流動性を確保することができるセメント組成物を得ることができる。
【実施例0045】
以下、本発明の実施例について説明するが、本発明は、以下の実施例に限定されるものではない。
【0046】
<モルタル組成物の作製>
表1、表3、及び表4に示す配合で各実施例及び各比較例のモルタル組成物を作製した。具体的には、まず練混ぜミキサ(JIS R 5201で規定される機械練り用練混ぜ機)で細骨材とベースセメントを15秒空練りし、その後水とその他の混和剤を添加して60秒練り混ぜた。次に、かき落としを行い、60秒練り混ぜて、ベースモルタルを練り上げた。そして、ベースモルタルの練上りから30分経過後に、表3及び表4に示す配合でカルシウムシリケート系硬化促進剤及び超速硬セメントをベースモルタルに添加し、120秒練り混ぜてモルタル組成物を得た。作製したモルタル組成物について、流動性、及び自立性について評価を行った。
【0047】
<コンクリート組成物の作製>
表2及び表5に示す配合で各実施例及び各比較例のコンクリート組成物を作製した。具体的には、まず練混ぜミキサ(公称容量50L強制練りパン型ミキサ)で粗骨材、細骨材、及びベースセメントを15秒空練りし、その後水とその他の混和剤を添加して60秒練り混ぜた。次に、かき落としを行い、60秒練り混ぜて、ベースコンクリートを練り上げた。そして、ベースコンクリートの練上りから30分経過後に、表5に示す配合でカルシウムシリケート系硬化促進剤及び超速硬セメントをベースコンクリートに添加し、30秒練り混ぜてコンクリート組成物を得た。作製したコンクリート組成物について、流動性、及び自立性について評価を行った。なお、表2におけるs/aは、JIS A 0203に規定される細骨材率を表す。
【0048】
表1、表2、表3、表4、及び表5に示す各成分の詳細を以下に示す。
水(W):上水道水
ベースセメント(C):普通ポルトランドセメント(住友大阪セメント社製)
細骨材(S):山砂(静岡県掛川市産)
粗骨材(G):砕石2005、硬質砂岩(茨城県岩瀬町産)
その他の混和剤(SP):マスターグレニウムSP8SV X2、高性能AE減水剤(ポゾリス ソリューションズ社製)
その他の混和剤(SR):マスターシェア350 X2、流動性保持剤(ポゾリス ソリューションズ社製)
その他の混和剤(AE):マスターエア202、AE剤(ポゾリス ソリューションズ社製)
カルシウムシリケート系硬化促進剤(A剤):HyCon S 3200F(BASFジャパン社製))
超速硬セメント(B剤):ライオンシスイ(住友大阪セメント社製)
【0049】
<流動性の評価>
各実施例及び各比較例のモルタル組成物について、JIS A 1171に規定されたスランプコーンを用いて、ミニスランプフローを測定した。ミニスランプフローの測定は、ベースモルタルの練上りから、5分後、25分後、35分後、60分後、及び90分後に行った。測定値を表3及び表4に示す。流動性は、目標値(31.5±5cm)を基準として評価した。具体的には、練上がり後の各経過時間におけるミニスランプフローの測定値が目標値の範囲内である場合に、施工に必要な流動性を有すると判断した。
【0050】
各実施例及び各比較例のコンクリート組成物について、JIS A 1101に規定されたスランプコーンを用いて、スランプフローを測定した。スランプフローの測定は、ベースコンクリートの練上りから、5分後、25分後、35分後、60分後、及び90分後に行った。測定値を表5に示す。流動性は、目標値(60.0±10cm)を基準として評価した。具体的には、練上がり後の各経過時間におけるスランプフローの測定値が目標値の範囲内である場合に、施工に必要な流動性を有すると判断した。
【0051】
<自立性の評価>
各実施例及び各比較例のモルタル組成物について、JIS A 1171に規定されたスランプコーンを用いたミニスランプが5cmに至る時間を測定し、自立時間とした。続いて、カルシウムシリケート系硬化促進剤及び超速硬セメントを含まない比較例1の自立時間から、各実施例及び比較例2~5の自立時間をそれぞれ引いた値を短縮時間(自立時間の短縮性能)とした。自立性は、目標値(60分以上)を基準として評価した。具体的には、短縮時間が60分以上である場合に、短時間で自立性を発現することができると判断した。自立時間の測定値、及び短縮時間を表3及び表4に示す。
【0052】
各実施例及び各比較例のコンクリート組成物について、JIS A 1101に規定されたスランプコーンを用いたスランプが5cmに至る時間を測定し、自立時間とした。続いて、カルシウムシリケート系硬化促進剤及び超速硬セメントを含まない比較例6の自立時間から、各実施例の自立時間をそれぞれ引いた値を短縮時間(自立時間の短縮性能)とした。自立性は、目標値(60分以上)を基準として評価した。具体的には、短縮時間が60分以上である場合に、短時間で自立性を発現することができると判断した。自立時間の測定値、及び短縮時間を表5に示す。
【0053】
【0054】
【0055】
【0056】
【0057】
【0058】
表3及び表4の結果から分かるように、各実施例のモルタル組成物は、ベースモルタルの練上り後のいずれの経過時間においても、ミニスランプフローの測定値が目標値の範囲内であり、施工に必要な流動性を有することが認められる。また、各実施例のモルタル組成物は、カルシウムシリケート系硬化促進剤及び超速硬セメントを含まない比較例1のモルタル組成物と比べて自立時間が60分以上短縮しており、短時間で自立性が発現していることが認められる。
【0059】
表5の結果から分かるように、各実施例のコンクリート組成物は、ベースコンクリートの練上り後のいずれの経過時間においても、スランプフローの測定値が目標値の範囲内であり、施工に必要な流動性を有することが認められる。また、各実施例のコンクリート組成物は、カルシウムシリケート系硬化促進剤及び超速硬セメントを含まない比較例6のコンクリート組成物と比べて自立時間が60分以上短縮しており、短時間で自立性が発現していることが認められる。よって、本発明の構成要件をすべて満たすセメント組成物は、短時間でコンクリート組成物の自立性を発現させることができると共に、作業中に優れた流動性を確保することができる。