特開 2022-179954 水硬性材料

(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】P2022179954

(43)【公開日】2022-12-06

(54)【発明の名称】水硬性材料

(51)【国際特許分類】

   C04B 28/08 20060101AFI20221129BHJP

   C04B 22/08 20060101ALI20221129BHJP

   C04B 22/12 20060101ALI20221129BHJP

   C04B 22/10 20060101ALI20221129BHJP

   C04B 22/14 20060101ALI20221129BHJP

   C04B 7/153 20060101ALI20221129BHJP

【ＦＩ】

C04B28/08

C04B22/08 B

C04B22/12

C04B22/10

C04B22/14 A

C04B7/153

【審査請求】未請求

【請求項の数】3

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021086794

(22)【出願日】2021-05-24

【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第２項適用申請有り 令和３年４月３０日 「第７５回セメント技術大会講演要旨」 一般社団法人セメント協会において公開

(71)【出願人】

【識別番号】521297587

【氏名又は名称】ＵＢＥ三菱セメント株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100091904

【弁理士】

【氏名又は名称】成瀬 重雄

(72)【発明者】

【氏名】門田 浩史

(72)【発明者】

【氏名】下坂 建一

(72)【発明者】

【氏名】中川 昭人

(72)【発明者】

【氏名】吉田 友香

【テーマコード（参考）】

4G112

【Ｆターム（参考）】

4G112MB06

4G112MB08

4G112MB12

4G112PB07

4G112PB08

4G112PB09

4G112PB10

(57)【要約】

【課題】ポルトランドセメントの使用比率を減らして高炉スラグ粉末を使用しても、高い初期強度を有するモルタル及びコンクリートを製造可能な水硬性材料を提供する。
【解決手段】水硬性材料は、ポルトランドセメント、高炉スラグ粉末及び刺激剤を含んでいる。上記水硬性材料における上記高炉スラグ粉末の含有率は６０％を超えている。上記刺激剤は、亜硝酸カルシウム、塩化カルシウム、炭酸マグネシウム及び塩化マグネシウムのうちの１つ以上を含んでいる。上記刺激剤は、亜硝酸カルシウム、塩化カルシウム、炭酸マグネシウム、塩化マグネシウム及びチオ硫酸ナトリウムのうちの２つ以上を含んでいてもよい。上記水硬性材料に含まれる塩化物のモル数は、上記水硬性材料に含まれる酸化アルミニウムのモル数の２倍よりも小さいことが好ましい。
【選択図】なし

【特許請求の範囲】

【請求項1】

ポルトランドセメント、高炉スラグ粉末及び刺激剤を含む水硬性材料であって、
前記水硬性材料における前記高炉スラグ粉末の含有率が６０％を超えており、
前記刺激剤は、亜硝酸カルシウム、塩化カルシウム、炭酸マグネシウム及び塩化マグネシウムのうちの１つ以上を含むことを特徴とする水硬性材料。

【請求項2】

前記刺激剤は、亜硝酸カルシウム、塩化カルシウム、炭酸マグネシウム、塩化マグネシウム及びチオ硫酸ナトリウムのうちの２つ以上を含むことを特徴とする請求項１に記載の水硬性材料。

【請求項3】

前記水硬性材料に含まれる塩化物のモル数は、前記水硬性材料に含まれる酸化アルミニウムのモル数の２倍よりも小さいことを特徴とする請求項１又は２に記載の水硬性材料。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、モルタル及びコンクリートの材料として使用可能な水硬性材料に関するものである。

【背景技術】

【0002】

モルタル及びコンクリートの材料としては主にポルトランドセメントが使用されている。ポルトランドセメントを製造するためにはセメント焼成工程が必要である。そして、セメント焼成工程からは多量の二酸化炭素が排出される。このため、二酸化炭素排出量削減の観点から、モルタル及びコンクリートの材料としてのポルトランドセメントの使用比率を減らすことが好ましい。

【0003】

そこで、モルタル及びコンクリートの材料として、ポルトランドセメントの使用比率を減らし、下記特許文献１に記載のように高炉スラグ粉末、珪酸ナトリウム及び硫酸アルミニウムを使用することが考えられる。しかし、そのようにすると、高炉スラグ粉末を使用せずにポルトランドセメントを使用してモルタル及びコンクリートを製造する場合に比較して、蒸気養生などの高温養生をせずに製造されるモルタル及びコンクリートの初期強度が低下してしまう。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０２０－１８３３３８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

そこで、本発明者は、この点に関して種々の研究を進めた結果、高炉スラグ粉末と共に所定の刺激剤を使用することにより、常温である室温２０℃の環境下の養生においても高い初期強度を有するモルタル及びコンクリートを製造できるという知見を得た。本発明は、この知見に基づいてなされたものであり、ポルトランドセメントの使用比率を減らして高炉スラグ粉末を使用しても、高い初期強度を有するモルタル及びコンクリートを製造可能な水硬性材料を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の第一項目に係る水硬性材料は、ポルトランドセメント、高炉スラグ粉末及び刺激剤を含んでいる。前記水硬性材料における前記高炉スラグ粉末の含有率は６０％を超えている。前記刺激剤は、亜硝酸カルシウム、塩化カルシウム、炭酸マグネシウム及び塩化マグネシウムのうちの１つ以上を含んでいる。

【0007】

また、前記刺激剤は、亜硝酸カルシウム、塩化カルシウム、炭酸マグネシウム、塩化マグネシウム及びチオ硫酸ナトリウムのうちの２つ以上を含んでいてもよい。

【0008】

本発明の第一項目によれば、温度２０℃の環境下の養生において、刺激剤を含まずにポルトランドセメント及び高炉スラグ粉末からなる水硬性材料に比較して、高い初期強度を有するモルタル及びコンクリートを製造することができる。また、上記第一項目によれば、水硬性材料における高炉スラグ粉末の含有率が６０％を超えているため、その分だけポルトランドセメントの含有率が低くなって水硬性材料の製造工程からの二酸化炭素排出量を少なくすることができる。

【0009】

本発明の第二項目に係る水硬性材料においては、前記水硬性材料に含まれる塩化物のモル数が前記水硬性材料に含まれる酸化アルミニウムのモル数の２倍よりも小さいものとされている。

【0010】

本発明の第二項目によれば、水硬性材料と骨材と水との練り混ぜ時において、この水硬性材料に含まれる塩化物イオンの多くを酸化アルミニウムと反応させることができる。このため、この練り混ぜにより製造されるモルタル及びコンクリートに、難溶性の錯塩（例えばフリーデル氏塩、3CaO・Al₂O₃・CaCl₂・10H₂O）を生成することができる。これによって、鉄筋の腐食に悪影響を及ぼすモルタルやコンクリートに含まれる可溶性の塩化物イオンの量を少なくすることができる。そうすることでモルタル及びコンクリートに設置される鉄筋の腐食を抑制することができる。

【発明の効果】

【0011】

以上のように、本発明によれば、高炉スラグ粉末を含んでいる水硬性材料を使用して、高い初期強度を有するモルタル及びコンクリートを製造することができる。

【発明を実施するための形態】

【0012】

本発明の一実施形態に係る水硬性材料について説明する。本実施形態に係る水硬性材料は、この水硬性材料と骨材と水とを練り混ぜてモルタル又はコンクリートを製造するためのものである。この水硬性材料は、ポルトランドセメントと高炉スラグ粉末と刺激剤とを含んでいる。この水硬性材料における高炉スラグ粉末の含有率は６０％を超えている。この水硬性材料における刺激剤の含有率は1.5％以上6.5％以下であることが好ましい。

【0013】

この刺激剤としては、亜硝酸カルシウム、塩化カルシウム、炭酸マグネシウム及び塩化マグネシウムのうちの１つ以上を使用する。また、この刺激剤として、上述した４つの化合物それぞれとチオ硫酸ナトリウムとのうちの２つ以上を使用することもできる。

【0014】

上記モルタル又はコンクリートに設置される鉄筋の腐食を防止するためには、上記水硬性材料に含まれる塩化物のモル数が上記水硬性材料に含まれる酸化アルミニウムのモル数の２倍よりも小さいことが好ましい。

【0015】

次に、本発明の一実施形態に係る水硬性材料の実施例Ａ１～Ａ４、Ｂ１～Ｂ６及びその比較例Ａ１～Ａ５について説明する。全ての実施例及び比較例においては、水硬性材料450gと細骨材1350gと水225gとをJIS R 5201「セメント物理試験方法」に準じてホバートミキサーにより練り混ぜて混練物を作製した。

【0016】

そして、全ての実施例及び比較例において、上記混練物を内寸法４×４×１６cmの鋼製型枠を用いて成形し、温度２０℃、相対湿度６０％の室内で２４時間静置した。その後、成形した上記混練物を脱型して材齢３日又は材齢７日まで２０℃の室内で封かん養生した。これによりモルタルを得た。そして、このモルタルの圧縮強さをJIS R 5201「セメントの物理試験方法」に準じて測定した。

【0017】

なお、比較例Ａ１、実施例Ａ１、実施例Ａ４及び実施例Ｂ４においては、上述した水硬性材料450gと細骨材1350gと水225gとの練り混ぜ開始から０分経過後、１５分経過後及び３０分経過後それぞれにおいて、上記混練物のフロー値をフロー試験により測定した。フロー試験は、JIS R 5201「セメントの物理試験方法」に準じて行った。上記１５分経過後及び３０分経過後におけるフロー値の測定については、上記フロー試験を行う前に上記混練物をさじで１５秒間練り混ぜてから行った。

【0018】

そして、実施例Ａ１、Ａ４及びＢ４においては、上述した０分経過後、１５分経過後及び３０分経過後それぞれについてのフロー値比を算出した。このフロー値比とは、上述した練り混ぜ開始から所定時間経過後における、比較例Ａ１のフロー値に対する実施例Ａ１、Ａ４又はＢ４のフロー値の百分率である。

【0019】

表１は、全ての実施例及び比較例における上記水硬性材料の組成を示している。表１に示すように、比較例Ａ１においては、上記水硬性材料として、高炉セメント52.6％と高炉スラグ粉末追加分47.4％とを混合したものを使用した。それ以外の比較例及び全実施例においては、上記水硬性材料として、上記高炉セメント５０％と上記高炉スラグ粉末追加分４５％と刺激剤５％との混合物を使用した。なお、上記高炉セメントとは、ポルトランドセメントと高炉スラグ粉末との混合物である。表１において、高炉スラグ粉末合計含有率とは、上記水硬性材料における、上記高炉セメントに含まれる上記高炉スラグ粉末と上記高炉スラグ粉末追加分との合計含有率である。全ての実施例及び比較例における上記水硬性材料は、これら水硬性材料における上記高炉スラグ粉末合計含有率が６０％を超えているため、高炉セメントＣ種に相当する。

【0020】

【表1】

【0021】

また、全ての実施例及び比較例において使用した上記高炉セメントと上記高炉スラグ粉末追加分との化学組成を表２に示した。

【0022】

【表2】

【0023】

表３は、比較例Ａ１～Ａ５及び実施例Ａ１～Ａ４における上記刺激剤の種類、３日強度及び７日強度の関係を示している。表３において、「３日強度」の項目は、上記モルタルの材齢が３日である時点における上記モルタルの圧縮強さを示している。「７日強度」の項目は、上記モルタルの材齢が７日である時点における上記モルタルの圧縮強さを示している。なお、上述したように比較例Ａ１においては刺激剤を使用していないため、表３において比較例Ａ１の「刺激剤の種類」の項目には「無添加」と表記した。

【0024】

【表3】

【0025】

表３に示すように、実施例Ａ１～Ａ４においては、上記刺激剤を使用したことにより、３日強度及び７日強度が比較例Ａ１よりも大きくなった。一方、比較例Ａ２～Ａ５においては、上記刺激剤を使用したことにより、７日強度が比較例Ａ１よりも小さくなった。また、比較例Ａ３～Ａ５においては、上記刺激剤を使用したことにより、３日強度までもが比較例Ａ１よりも小さくなった。

【0026】

表４は、比較例Ａ１及び実施例Ｂ１～Ｂ６における上記刺激剤の種類、３日強度及び７日強度の関係を示している。表４に示す３日強度及び７日強度の定義は、表３に示す３日強度及び７日強度の定義とそれぞれ同一である。実施例Ｂ１～Ｂ６は、上記刺激剤として表４に示す２種類の化合物を2.5％ずつ使用した点において比較例Ａ２～Ａ５及び実施例Ａ１～Ａ４と異なっている。

【0027】

【表4】

【0028】

表４に示すように、実施例Ｂ１～Ｂ６においては、上記刺激剤を使用したことにより、３日強度及び７日強度が比較例Ａ１よりも大きくなった。

【0029】

表５は、実施例Ａ１、Ａ４及びＢ４について、上記練り混ぜ開始から０分経過後、１５分経過後及び３０分経過後における上記フロー値比を示している。表５に示すように、実施例Ａ１、Ａ４及びＢ４において、上記練り混ぜ開始から０分経過後、１５分経過後及び３０分経過後のいずれにおいても、上記フロー値比は１００％を超えた、すなわち、比較例Ａ１におけるフロー値を上回った。

【0030】

【表5】

【0031】

以上により、表３に示す実施例Ａ１～Ａ４及び比較例Ａ１～Ａ５から次の結論を導出することができる。ポルトランドセメント、高炉スラグ粉末及び刺激剤を含む水硬性材料において、この水硬性材料における高炉スラグ粉末の含有率が６０％を超えており、この刺激剤として亜硝酸カルシウム、塩化カルシウム、炭酸マグネシウム及び塩化マグネシウムのうちの１つ以上が含まれていると、この水硬性材料に刺激剤が含まれない場合に比較して、高い初期強度を有するモルタルを製造することができる。

【0032】

また、表４に示す実施例Ｂ１～Ｂ６及び比較例Ａ１から次の結論を導出することができる。この水硬性材料において、この刺激剤として上述した亜硝酸カルシウム、塩化カルシウム、炭酸マグネシウム及び塩化マグネシウムとチオ硫酸ナトリウムとのうちの２つ以上が含まれていても、この水硬性材料に刺激剤が含まれない場合に比較して、高い初期強度を有するモルタルを製造することができる。

【0033】

さらに、表５に示す実施例Ａ１、Ａ４及びＢ４から次の結論を導出することができる。この水硬性材料において、この刺激剤として亜硝酸カルシウムもしくは塩化マグネシウムまたは亜硝酸カルシウムと塩化マグネシウムとの混合物が含まれていると、この水硬性材料に刺激剤が含まれない場合に比較して、高い流動性を有するモルタルを製造することができる。

【0034】

表６は、実施例Ａ４における上記水硬性材料に含まれる酸化アルミニウムと塩化物のモル数を示している。表６に示すように、実施例Ａ４においては、上記水硬性材料に含まれる塩化物のモル数が上記水硬性材料に含まれる酸化アルミニウムのモル数の２倍よりも小さくなっている。このため、実施例Ａ４においては、上記水硬性材料と上記細骨材と上記水との練り混ぜにより、上記水硬性材料に含まれる塩化物の多くが酸化アルミニウムと反応したと考えられる。これにより、実施例Ａ４においては、上記モルタルにおける可溶性の塩化物イオン量が少なく、上記モルタルに設置される鉄筋の腐食を抑制することができると考えられる。

【0035】

【表6】

【0036】

以上のように、上記一実施形態によれば、刺激剤を含まずにセメント及び高炉スラグ粉末からなる水硬性材料に比較して、高い初期強度を有するモルタル及びコンクリートを製造することができる。また、上記一実施形態によれば、水硬性材料における高炉スラグ粉末の含有率が６０％を超えているため、その分だけポルトランドセメントの含有率が低くなって水硬性材料の製造工程からの二酸化炭素排出量を少なくすることができる。

【0037】

また、上記一実施形態において、水硬性材料に含まれる塩化物のモル数が当該水硬性材料に含まれる酸化アルミニウムのモル数の２倍よりも小さいと、この水硬性材料と骨材と水との練り混ぜ時において、この水硬性材料に含まれる塩化物イオンの多くを酸化アルミニウムと反応させ、難溶性の錯塩を生成させることができる。このため、この練り混ぜにより製造されるモルタル及びコンクリートにおける可溶性の塩化物イオンの量を少なくすることができる。そうすることで、これらモルタル及びコンクリートに設置される鉄筋の腐食を抑制することができる。

【0038】

さらに、上記一実施形態において、刺激剤として亜硝酸カルシウムもしくは塩化マグネシウムまたは亜硝酸カルシウムと塩化マグネシウムとの混合物を使用すると、刺激剤を使用しない場合に比較して、高い流動性を有するモルタル及びコンクリートを製造することができる。

【0039】

また、上記一実施形態によれば、２０℃での養生により得たモルタル及びコンクリートに高い初期強度を発現させることができる。このため、モルタル及びコンクリートの初期強度を発現させるためのオートクレーブ養生、蒸気養生又は加熱養生を行う必要がなくなる。つまり、モルタル及びコンクリートを得るための養生に要するエネルギーを節約することもできる。