特開 2024-139269 セメント系硬化体の製造方法

(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】P2024139269

(43)【公開日】2024-10-09

(54)【発明の名称】セメント系硬化体の製造方法

(51)【国際特許分類】

   C04B 28/02 20060101AFI20241002BHJP

   C04B 14/16 20060101ALI20241002BHJP

【ＦＩ】

C04B28/02

C04B14/16

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023050135

(22)【出願日】2023-03-27

(71)【出願人】

【識別番号】000003182

【氏名又は名称】株式会社トクヤマ

(72)【発明者】

【氏名】新見 龍男

【テーマコード（参考）】

4G112

【Ｆターム（参考）】

4G112PA07

(57)【要約】

【課題】 セメント系硬化体は遊離石灰分が表面に溶出して炭酸化することで白華が発生するが、その抑制のために使用する白華防止剤の使用量が多くなり、セメント系硬化体の製造コストが増加することが課題であった。本発明は、白華抑制のための白華防止剤の添加せずに白華を抑制するセメント系硬化体の製造方法を提供するものである。
【解決手段】 骨材とセメント系結合材と水を混合、硬化させるセメント系硬化体の製造方法において、セメント系結合材１００質量部に対して４０～１１０質量部の鹿沼土または２０～８０質量部の日向土を用いる。
【選択図】 なし

【特許請求の範囲】

【請求項1】

骨材とセメント系結合材と水とを混合、硬化させるセメント系硬化体の製造方法において、鹿沼土を、前記セメント系結合材１００質量部に対して４０～１１０質量部配合することを特徴とするセメント系硬化体の製造方法。

【請求項2】

骨材とセメント系結合材と水とを混合、硬化させるセメント系硬化体の製造方法において、日向土を、前記セメント系結合材１００質量部に対して２０～８０質量部配合することを特徴とするセメント系硬化体の製造方法。

【請求項3】

セメント系結合材がエコセメントである請求項１又は２記載のセメント系硬化体の製造方法。

【請求項4】

セメント系結合材、骨材を含む硬化性組成物であって、鹿沼土を前記セメント系結合材１００質量部に対して４０～１１０質量部含有することを特徴とする硬化性組成物。

【請求項5】

セメント系結合材、骨材を含む硬化性組成物であって、日向土を前記セメント系結合材１００質量部に対して２０～８０質量部含有することを特徴とする硬化性組成物。

【請求項6】

請求項４又は５記載の硬化性組成物の硬化体である、セメント系硬化体。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、セメント系結合材、骨材、水を含む組成物を硬化させるセメント系硬化体の製造において、白華防止効果を得られる製造方法に関する。詳しくは、添加材として鹿沼土または日向土を特定の範囲で使用することにより、製造されたセメント系硬化体において、白華防止剤を使用しなくても高い白華防止効果を得られる製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

セメント系硬化体の製造に用いられるセメントはクリンカーおよび石膏を主成分とする無機粉末であり、水と反応して硬化する性質を有する。セメントに水、細骨材および粗骨材を併せて混練したコンクリートは、社会資本の形成に欠かせない材料であり、適切に製造・管理することで耐荷性能や耐久性能に優れた構造材料となる。

【0003】

一方、近年はコンクリートの美観や意匠性への関心が高まっている。例えば、インターロッキングブロック舗装ではブロックの色調や敷設した際のデザイン性や幾何パターンが重要とされており、機能だけでなく美観との調和が図られている。また、脱型後に表面の仕上げ工程を行わない打放しコンクリートは現代建築のデザインの一つとして広く用いられており、コンクリート特有の素材感や質感により構造物の美観の向上を図ることが出来る。

【0004】

しかしながらセメント系硬化体は、硬化体中のカルシウムなどの遊離成分が硬化体内部に浸透した水とともに表面に溶出し、炭酸化して白色物質が生成する白華現象が美観上の問題となっていた。例えば、近年、都市部におけるヒートアイランド現象の対策として用いられる保水性舗装ブロックにおいては、保水能力を向上するために用いる保水材が原因で白華現象がより顕著となる。

【0005】

このような白華現象を防止ないしは抑制するために、セメント系硬化体の原料とともに練り混ぜて使用する白華防止剤が提案されており（例えば、特許文献１、２参照）、いくつかは製品化もなされている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開平１１－６０３０１号公報

【特許文献2】特開２０１７－２１８３６４号公報

【発明の開示】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

しかしながら白華防止剤を使用して白華を充分に抑制させるためには、その添加量が非常に多く必要であるのが通常であり、セメント系硬化体の製造コストが多大となることも問題とされていた。

【0008】

従って本発明は、セメント系硬化体の白華の防止に用いる白華防止剤を使用せずに白華の抑制が可能なセメント系硬化体の製造方法を提供するものである。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本発明者は、上記課題を解決すべく鋭意研究を行なった。そして、セメント系硬化体の製造において、添加材として鹿沼土または日向土を特定の範囲で用いることにより、白華防止剤を添加しなくても白華を抑制できることを見出し、さらに検討を進めた結果、本発明を完成した。

【0010】

即ち本発明は、骨材とセメント系結合材と水とを混合、硬化させるセメント系硬化体の製造方法において、前記セメント系結合材に対して鹿沼土を４～１１質量部配合することを特徴とするセメント系硬化体の製造方法である。
また第二の発明は、骨材とセメント系結合材と水とを混合、硬化させるセメント系硬化体の製造方法において、前記セメント系結合材に対して日向土を２～８質量部配合することを特徴とするセメント系硬化体の製造方法である。

【発明の効果】

【0011】

本発明によれば、添加材として鹿沼土または日向土を適正量使用することで、白華防止剤を使用しなくてもセメント系硬化体の白華を抑制することが可能となる。白華が抑制されるのは、鹿沼土及び日向土は弱酸性であり、これらを適正量使用することにより、得られるセメント系硬化体中のｐＨが低下するためであると推測される。

【発明を実施するための形態】

【0012】

本発明におけるセメント系結合材とは、セメント系硬化体の製造時に配合される成分の内、セメントおよび無機粉体系混和材を指す。セメントを単独で使用しても、強度や耐久性など所定の性能が得られる範囲で混和材を適宜混和してもよい。

【0013】

本発明で使用するセメントは、ＪＩＳ規格で規定されている公知のセメントを採用することが可能であり、具体的にはＪＩＳ Ｒ ５２１０「ポルトランドセメント」、ＪＩＳ Ｒ ５２１１「高炉セメント」、ＪＩＳ Ｒ ５２１２「シリカセメント」、ＪＩＳ Ｒ ５２１３「フライアッシュセメント」、ＪＩＳ Ｒ ５２１４「エコセメント」が該当する。

【0014】

本発明で使用する無機粉体系混和材は、モルタル、コンクリート等セメント系混合物のフレッシュ性状、凝結、強度発現性や耐久性等の物性向上に寄与する公知の無機粉体を採用することが可能であり、具体的にはＪＩＳ Ｒ ５２１０「ポルトランドセメント」の少量混合成分に規定される無機粉末、ＪＩＳ Ａ ６２０１「コンクリート用フライアッシュ」、ＪＩＳ Ａ ６２０７「コンクリート用シリカフューム」、石灰石微粉末等が挙げられ、目開き１５０μｍのふるいを重量で２１％以上通過するものである。

【0015】

上記セメントのなかでも、一般に白華現象が生じやすいエコセメントを用いたセメント系硬化体の製造の際に、本発明を適用することが好ましい。

【0016】

本発明の最大の特徴は、一般的にセメント系硬化体の製造に使用される水、セメント、骨材において、骨材の一部に添加材として鹿沼土または日向土を用いることにある。

【0017】

鹿沼土とは、栃木県鹿沼市付近で産出される軽石の総称であり、風化軽石、軽石粒、イモゴライト、岩片および空隙から構成されている。７０％以上の空隙率を有する多孔質材料であり、一般には農業や園芸に使用される。鹿沼土のｐＨは約４～５であり、弱酸性を示す性質を有する。

【0018】

日向土とは、宮崎県南部でとれる火山帯の噴出物が堆積した火山砂礫(かざんされき)の硬い軽石の一種であり、粒子には微細な空隙を含む。一般には農業や園芸に使用される。日向土のｐＨは約６であり、弱酸性を示す性質を有する。

【0019】

本発明で添加材として使用する鹿沼土または日向土は、公知の鹿沼土または日向土を用いることができる。具体的には、農業・園芸用に使用される鹿沼土または日向土である。

【0020】

このような特定の材料を特定の範囲で使用することにより、製造されたセメント系硬化体の白華現象を、白華防止剤を使用せずに抑制ないしは防止できる。

【0021】

本発明で添加材として使用する鹿沼土または日向土は、粒度の範囲が２．５ｍｍふるい残分１０％未満かつ１．２ｍｍふるい通過率が１５％未満であることが望ましい。本発明の製造方法で得られるセメント系硬化体をインターロッキングブロックとする場合、インターロッキングブロックはポーラスな構造のため、骨材間の空隙が強度に影響を及ぼすが、鹿沼土または日向土のふるい残分及びふるい通過率がこの範囲にあると、骨材間の空隙が少なく強度におよぼす影響が小さい。より好ましくは、２．５ｍｍふるい残分７％未満かつ１．２ｍｍふるい通過率が１２％未満である。

【0022】

本発明において、上記鹿沼土の使用量はセメント系結合材１００質量部に対して４０～１１０質量部でなくてはならない。４０質量部に満たないと、セメント系硬化体中のアルカリ性に及ぼす影響が小さく、ｐＨが低下しないためだと推測されるが、白華防止が充分に図れない。また、１１０質量部を超えると多孔質な鹿沼土が練り混ぜ水を取り込むために混練および成形ができない。

【0023】

本発明において、上記日向土の使用量はセメント系結合材１００質量部に対して２０～８０質量部でなくてはならない。２０質量部に満たないと、セメント系硬化体中のアルカリ性に及ぼす影響が小さく、ｐＨが低下しないためだと推測されるが、白華防止が充分に図れない。また、８０質量部を超えると多孔質な日向土が練り混ぜ水を取り込むために混練および成形ができない。

【0024】

本発明においてセメント系硬化体を製造するに際し、骨材（細骨材、粗骨材）としては、鹿沼土または日向土以外に公知の骨材が制限なく使用できる。当該骨材としては、例えば砕石、砕砂などの天然骨材、ＪＩＳ Ａ ５０１１に規定されるスラグ骨材、軽量骨材、保水材等を特に制限なく使用できる。セメント系硬化体の製造に際してこれら骨材を用いる際の使用量は、前記鹿沼土または日向土の使用量を前記範囲とし、この鹿沼土または日向土とその他の骨材の合計の使用量が所望の範囲に入るように使用すればよい。

【0025】

なお、細骨材とは目開き１０ｍｍのふるいを全通し、目開き５ｍｍのふるいを重量で８５％以上通過する骨材であり、目開き１５０μｍふるいに重量で８０％以上残存するものであり、粗骨材とは５ｍｍふるいに重量で８５％以上とどまるものである。

【0026】

本発明のセメント系硬化体の製造方法において使用する水は、モルタルやコンクリートの調製用として公知の水が特に制限なく使用できる。具体的には、工水、水道水等である。

【0027】

本発明のセメント系硬化体の製造方法においては、白華防止剤を使用しなくても白華の抑制は可能であるが、必要に応じて白華防止剤を使用してもよい。当該白華防止剤とは一般に脂肪酸塩、界面活性剤、撥水剤や防水剤、有機化合物等の混合物から成る薬剤であり、セメント系硬化体の混練時に他の材料と同時に添加する混和剤の一種である。

【0028】

当該白華防止剤の主成分となる脂肪酸塩を具体的に例示すると、ステアリン酸カルシウム、ステアリン酸マグネシウム、ステアリン酸アルミニウム、ステアリン酸カリウム、オレイン酸ナトリウム、ラウリン酸カルシウム、ミリスチン酸カルシウム、パルミチン酸カルシウム、ベヘニン酸カルシウム、オレイン酸カルシウムなどの高級脂肪酸塩が挙げられ、特にステアリン酸塩系の白華防止剤が一般的であり、ステアリン酸カルシウムを含む白華防止剤が最も好ましい。

【0029】

本発明のセメント系硬化体の製造方法においては、本発明の効果を阻害しない範囲で、さらに一般的にモルタルやコンクリートの調製に際して混合される公知の添加剤であるＡＥ減水剤、高性能減水剤、高性能ＡＥ減水剤、空気量調整剤、凝結促進剤を添加配合しても構わない。

【0030】

本発明のセメント系硬化体において、水セメント比は一般的なモルタルやコンクリートで使用される範囲であれば特に制限されない。具体的には、水セメント比２０～６０％の範囲である。

【0031】

本発明において、鹿沼土または日向土、骨材、セメント系結合材、水及び必要に応じて配合するその他材料とを混合、硬化させるセメント系硬化体の製造方法は、生コンクリート工場やコンクリート二次製品工場における従来の製造方法が特に際限なく使用できる。

【0032】

本発明において、セメント硬化体を混錬する際に使用するミキサーは一般的にモルタルやコンクリートを混錬するミキサーが制限なく使用できる。具体的には、パン型ミキサー、強制二軸ミキサー、傾動ミキサー、モルタルミキサー、ハンドミキサー等が挙げられる。

【0033】

本発明において、鹿沼土または日向土と骨材とセメント系結合材と水を混合、硬化させた後のセメント系硬化体の養生方法は、生コンクリート工場やコンクリート二次製品工場における従来の養生方法が特に際限なく使用できる。具体的には、湿潤養生、水中養生、蒸気養生、オートクレープ養生、気中養生等が挙げられる。

【0034】

本発明におけるセメント系硬化体は、上記した鹿沼土または日向土、骨材、セメント系結合材、水及び必要に応じて配合するその他材料とを混合・硬化させたものであるが、一般的にはモルタルおよびコンクリートとされる。なおモルタルはセメント系結合材、水、細骨材、混和剤の混練物であり、コンクリートはセメント系結合材、水、細骨材、粗骨材、混和剤の混練物である。

【実施例0035】

以下、実施例により本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。

【0036】

なお白華の評価は目視により行った。評価者は１０人とし、表１に示す判定基準に従った。即ち、白華が少ないと判断された場合を「〇」、やや発生したと判断された場合を「△」、著しく発生したと判断された場合を「×」とした。

【0037】

ＪＩＳエコセメント（ＥＣ）、水、標準砂、保水材（コマツマテーレ社：グリーンビズ）、鹿沼土または日向土、白華防止剤（富士ファインケミカル社：エフレックスＮＰ：ステアリン酸塩系）を表１に示す割合で配合し、２０℃環境においてホバートミキサーにより混練して４０×４０×１６０ｍｍのモルタルを作製した。なお、使用した鹿沼土は、目開き５ｍｍのふるい通過率が重量で９９％、目開き１５０μｍふるいの残存率が重量で９９％である。また、日向土は、目開き５ｍｍのふるい通過率が重量で１００％、目開き１５０μｍふるいの残存率が重量で９９％である。

【0038】

混練１日後に脱型し、温度２０℃、湿度６０％の環境において１４日間養生した。養生終了後は１００℃環境で２４時間乾燥し、モルタルの打ち込み面を上部にして側面にアルミ粘着テープでシールした後、温度５℃、湿度３０％環境でモルタルの半分の高さまで水に浸漬し、浸漬１４日後にモルタル上面における白華の発生の確認を行った。評価結果を合わせて表１に示す。

【0039】

【表1】

【0040】

参考例１、２、３、４、５は、従来技術である白華防止剤のみでの白華防止を確認した実験結果であり、エコセメント（１００質量％）に対して０質量％、０．２５質量％、０．５０質量％、０．７５質量％、１．０質量％添加して作製したモルタルの白華試験結果である。白華防止剤の添加率０～０．５０質量％では白華が少ないという評価者は１０人中０人であり、添加率０．７５質量％において白華の発生が少ないという評価は１０人中８人であった。添加率１．０質量％で全ての評価者が白華は少ないと評価した。このことより、白華防止剤のみでは、その添加量が０．７５質量％以下では白華現象の抑制は困難と言える。

【0041】

比較例１は、セメント系結合材にエコセメントを、骨材の一部に添加材として鹿沼土を混合し、セメント系結合材に対する鹿沼土の使用量の比（鹿沼土／結合材）を質量比で３０質量部とし、白華防止剤を添加しなかった場合の白華試験の結果である。全ての評価者が白華は多いと判断し、鹿沼土の使用のみでは白華が抑制されていないことがわかる。

【0042】

実施例１、２は、セメント系結合材にエコセメントを、骨材の一部に添加材として鹿沼土を混合し、セメント系結合材に対する鹿沼土の使用量の比（鹿沼土／結合材）を質量比で６０および９０質量部とし、白華防止剤を添加しなかった場合の白華試験の結果である。全ての評価者が白華は少ないと判断し、鹿沼土の使用により白華が抑制されていることがわかる。

【0043】

比較例２は、セメント系結合材にエコセメントを、骨材の一部に添加材として鹿沼土を混合し、セメント系結合材に対する鹿沼土の使用量の比（鹿沼土／結合材）を質量比で１２０質量部とし、白華防止剤を添加しなかった場合の白華試験の結果である。本配合では鹿沼土が練り混ぜ水を取り込むためにモルタルの混練が困難であった。

【0044】

実施例３、４は、セメント系結合材にエコセメントを、骨材の一部に添加材として日向土を混合し、セメント系結合材に対する日向土の使用量の比（日向土／結合材）を質量比で３０、６０質量部とし、白華防止剤を添加しなかった場合の白華試験の結果である。いずれもほとんどの評価者が白華は少ないと判断し、白華が抑制されていることがわかる。

【0045】

比較例３は、セメント系結合材にエコセメントを、骨材の一部に添加材として日向土を混合し、セメント系結合材に対する日向土の使用量の比（日向土／結合材）を質量比で９０質量部とし、白華防止剤を添加した場合の白華試験の結果である。本配合では日向土が練り混ぜ水を取り込むためにモルタルの混練が困難であった。