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技術 セメント混和材及びセメント組成物

出願人 デンカ株式会社
発明者 中島康宏盛岡実樋口隆行石田積
出願日 2002年7月19日 (17年7ヶ月経過) 出願番号 2002-210960
公開日 2004年2月19日 (16年0ヶ月経過) 公開番号 2004-051421
状態 特許登録済
技術分野 セメント、コンクリート、人造石、その養正 セメント、コンクリート、人造石、その養生
主要キーワード コンクリート補修材 経済成長 ライフサイクルコスト 劣化部分 メリライト モンチセライト 劣化因子 非水硬性
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この項目の情報は公開日時点(2004年2月19日)のものです。
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課題

解決手段

γ−C2Sと、亜硝酸塩及び/又は硝酸塩を含有してなるセメント混和材及びセメント組成物。本発明のセメント混和材及びセメント組成物は有効成分の1つとして非水硬性のγ−C2S(γ型の2CaO・SiO2)を含有し、急硬性及び中性化抑制効果を示す。本発明のセメント組成物は、土木建築業界におけるコンクリート補修材料として、特に短期間で硬化する必要があって中性化を受けやすい用途に適する。

概要

背景

概要

急硬性及び中性化抑制効果があるセメント混和材及びセメント組成物を提供する。γ−C2Sと、亜硝酸塩及び/又は硝酸塩を含有してなるセメント混和材及びセメント組成物。本発明のセメント混和材及びセメント組成物は有効成分の1つとして非水硬性のγ−C2S(γ型の2CaO・SiO2)を含有し、急硬性及び中性化抑制効果を示す。本発明のセメント組成物は、土木建築業界におけるコンクリート補修材料として、特に短期間で硬化する必要があって中性化を受けやすい用途に適する。 なし

目的

効果

実績

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0件
牽制数
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請求項1

γ−C2Sと、亜硝酸塩及び/又は硝酸塩からなるセメント混和材

請求項2

γ−C2S又はγ−C2Sを含有する物質ブレーン比表面積値が2,000cm2/g以上であることを特徴とする請求項1記載のセメント混和材。

請求項3

遅延剤を含有してなる請求項1または請求項2記載のセメント混和材。

請求項4

セメント及び請求項1〜請求項3のうちの1項に記載のセメント混和剤からなるセメント組成物

--

0001

本発明は、主に、土木建築業界において使用されるセメント混和材及びセメント組成物に関する。本発明でのコンクリートとは、セメントペーストモルタル、及びコンクリートを総称するものである。なお、本発明で使用する部、%は質量単位を表す。

0002

【従来技術とその課題】
コンクリートは大きな構造物を安価に構築することができる優れた材料である。しかし、近年コンクリートが使用される環境が多様化したため、種々の環境における種々の劣化因子に対する耐久性が求められてきている。

0003

コンクリートの耐久性を低下させる重要な原因の1つとして中性化が挙げられる。中性化による劣化は大部分の環境下で起こり得るものである。すなわち、中性化は水酸化カルシウム大気中の二酸化炭素と反応して炭酸化されることにより引き起こされる現象である。

0004

コンクリートの中性化によって問題となるのは、特に鉄筋コンクリート構造物において補強材として用いられている鉄筋の錆である。錆が生じる時の膨張圧によって、鉄筋とコンクリートの密着性が損なわれ、コンクリートにひび割れが発生し、コンクリートの強度低下を招く原因の1つとなることがある。

0005

日本の高度経済成長期に構築されたコンクリート構造物は、現在、中性化等の劣化に対する補修が必要となってきており、今後、補修が必要な個所は益々増加すると予想される。

0006

劣化したコンクリートの補修方法としては、中性化により、ひび割れにまで進行した場合、劣化部分はつりとって、鉄筋の錆を除去した後、再度コンクリートを打設するといった補修方法を施さなければならないが、補修個所に使用するコンクリートは、ライフサイクルコストの観点から、中性化抵抗性又は中性化抑制効果が大きいことが望まれる。

0007

このような補修では、セメント及びポリマーからなるセメント組成物を用い、補修面への付着性及び耐ひび割れ性を向上させ、中性化の進行を遅らせる方法が提案されているが(特開平5−24899号公報等)、該セメント組成物は中性化抑制効果を持たないことから、一度補修した後のコンクリートの中性化を再発防止するまでに至っていない。

0008

また、幹線道路等の補修では、交通渋滞緩和するために、早期の工事終了が強く望まれており、急硬性を有する材料が必要とされている。
このような理由から、急硬性と中性化抑制効果を併せ持つ、補修材料用の混和材の開発が待たれていた。

技術分野

0009

本発明者らは、以上の状況を鑑み、特定のセメント混和材又は特定のセメント組成物を使用することにより、中性化抑制効果及び急硬性をコンクリートに付与できるとの知見を得て本発明を完成するに至った。

課題を解決するための手段

0010

すなわち、本発明は、γ−C2Sと、亜硝酸塩及び/又は硝酸塩からなるセメント混和材であり、γ−C2S又はγ−C2Sを含有する物質ブレーン比表面積値が2,000cm2/g以上であることを特徴とする該セメント混和材であり、遅延剤を含有してなる該セメント混和材であり、セメント及び該セメント混和剤からなるセメント組成物である。

0011

以下、本発明を詳細に説明する。

0012

本発明のγ−C2Sは、炭酸カルシウム等のCaO原料珪石等のSiO2原料とを混合して熱処理して得られる非水硬性化合物であり、化学式は2CaO・SiO2 である。この化合物には水硬性を有するα型やβ型などの複数の多形が存在し、本願発明のγ−C2Sはγ型と呼ばれるものである。

0013

熱処理温度は特に限定されないが、通常、1,200〜1,800℃程度である。冷却方法も特に限定されるものではない。急冷することは好ましくないが、特別な徐冷が必要というわけではなく、自然放冷で十分である。

0014

不純物の存在も特に限定されるものではなく、β型のC2SやトライカルシウムシリケートC3S、並びにランキナイトC3S2やワラストナイトCSなどが混在していても良い。

0015

γ−C2Sを含有する物質として、上述のような合成品の他に、各種のスラグを用いても良い。その具体例としては、例えば、転炉スラグ電気炉還元期スラグステンレススラグ溶銑予備処理スラグなどが挙げられる。

0016

ただし、これら転炉スラグ、電気炉還元期スラグ、ステンレススラグ、溶銑予備処理スラグであっても、γ−C2Sを含有していないものについては本発明の効果が得られないので、本発明のγ−C2Sを含有する物質として適さない。

0017

γ−C2Sを含有する物質としては、合成品のγ−C2S、転炉スラグ、ステンレススラグ、溶銑予備処理スラグが安価に入手可能であり、好ましい。

0018

これらのスラグの成分としてはSiO2、CaO、Al2O3、及びMgO等を主要な化学成分とし、その他、TiO2、MnO、Na2O、S、P2O5、及びFe2O3等が挙げられる。

0019

また、化合物としては、γ−C2Sを主体とし、トライカルシウムシリケート3CaO・SiO2、ランキナイト3CaO・2SiO2、及びワラストナイトCaO・SiO2などのカルシウムシリケート、2CaO・Fe2O3などのカルシウムフェライト、12CaO・7Al2O3などのカルシウムアルミネート類ゲーレナイト2CaO・Al2O3・SiO2とアケルマナイト2CaO・MgO・2SiO2の混晶である、いわゆるメリライトを主成分とし、メルビナイト3CaO・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アノーサイトCaO・Al2O3・2SiO2、リューサイト(K2O、Na2O)・Al2O3・SiO2、スピネルMgO・Al2O3、マグネタイトFe3O4、並びに、硫化カルシウムCaS、硫化鉄FeSなどの硫化物等を含む場合がある。

0020

本発明のγ−C2S又はγ−C2Sを含有する物質の使用量は、特に限定されないが、セメント混和材100部中、30〜95部が好ましく、50〜80部がより好ましい。30部未満では中性化抑制効果が得られない場合があり、95部を超えると優れた急硬性が得られない場合がある。

0021

γ−C2S又はγ−C2Sを含有する物質の粒度は、特に制限されないが、ブレーン比表面積値で2,000cm2/g以上が好ましく、3,500cm2/g〜8,000cm2/gがより好ましく、4,000cm2/g〜7,000cm2/gが最も好ましい。ブレーン比表面積値が2,000cm2/g未満では、中性化抑制効果が十分でなく、また、材料分離抵抗性が得られない。また、8,000cm2/gを超えると過剰な粉砕動力が必要となりコスト増の原因となる。

0022

本発明で使用する亜硝酸塩及び/又は硝酸塩(以下、硝酸塩類という)は、セメントと混和することで、急硬性を付与するものであり、特に限定されないが、具体的には、亜硝酸塩や硝酸塩のアルカリ金属塩又はアルカリ土類金属塩が挙げられ、そのうち、リチウム塩ナトリウム塩カリウム塩、及びカルシウム塩の使用が経済的に好ましい。本発明では、これらのうちの1種又は2種以上が使用可能であるが、リチウム塩及びカルシウム塩が、アルカリ骨材反応を助長しない点からより好ましく、特に、亜硝酸リチウムを用いた場合、急硬性が最も顕著であり、最も好ましい。

0023

硝酸塩類の使用量は、特に限定されないが、セメント混和材100部中、5〜70部が好ましく、20〜50部がより好ましい。5部未満では所定の急硬性が得られない場合があり、60部を超えるとコンクリートの流動性が急速に失われて施工が困難になる場合がある。

0024

本発明で使用する遅延剤とは、特に限定されないが、セメントの凝結を調整し、施工中のコンクリートの流動性を損なわせないためのものであり、有機物無機物のいずれも使用可能である。

0025

有機物の具体例としては、カルボン酸オキシモノカルボン酸オキシ多価カルボン酸、及びポリカルボン酸又はそれらの塩等の有機酸の使用が可能である。

0026

具体的には、カルボン酸としては、飽和又は不飽和のカルボン酸の、蓚酸マロン酸コハク酸グルタル酸アジピン酸マレイン酸フマール酸、及びヘプタン酸等が挙げられ、オキシモノカルボン酸としては、ヘプトン酸、グルコン酸、及びグリコール酸等が挙げられる。

0027

また、オキシ多価カルボン酸としては、リンゴ酸酒石酸、及びクエン酸等が挙げられ、ポリカルボン酸としては、アクリル酸無水マレイン酸などの共縮合物が挙げられる。

0028

また、上記の有機酸の塩も使用可能であり、たとえばリチウムナトリウム、及びカリウム等のアルカリ金属マグネシウム、及びカルシウム等のアルカリ土類金属塩、並びに、亜鉛、銅、アルミニウム、並びにアンモニウム等の塩等が挙げられる。

0029

無機物の具体例としては、リン酸フッ化水素酸などの無機酸、リン酸塩酸化亜鉛酸化鉛ホウ酸、及び珪フッ化マグネシウム、ケイフッ化ナトリウム等の珪フッ化物、並びに、氷晶石やカルシウムフロロアルミネート等のフッ素含有鉱物等が使用できる。

0030

本発明では、これらのうちの1種又は2種以上が使用可能であるが、特に、クエン酸又はその塩、グルコン酸又はその塩、及び、酒石酸又はその塩等を使用することが好ましい。

0031

遅延剤の使用量は、特に限定されないが、セメント混和材100部中、0.1〜10部が好ましく、0.3〜5部がより好ましい。

0032

本発明のセメント混和材の使用量は、特に限定されるものではないが、通常、セメントとセメント混和材からなるセメント組成物100部に対して、3〜20部が好ましく、7〜15部がより好ましい。3部未満では本発明の効果が十分に得られない場合があり、20部を超えて使用すると、長期強度発現性が損なわれる場合がある。

0033

本発明で使用するセメントは特に限定されないが、ポルトランドセメントを含有するセメントを用いることが好ましく、たとえば普通、早強、超早強、低熱、または中庸熱など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水砕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、あるいは、ポルトランドセメントに石灰石粉末などを混合した石灰石フィラーセメントなどが挙げられる。

0034

また、本発明では、セメント及び本発明のセメント混和材からなるセメント組成物に細骨材を混合することも可能であり、細骨材の種類は特に限定されないが、例えば、石灰砂、珪砂川砂海砂山砂砕砂等が使用でき、最大粒径は、5mm以下が好ましく、2.5mm以下がより好ましい。

0035

本発明では、本発明のセメント混和材及びセメント組成物に、砂、砂利等の骨材の他に、減水剤AE減水剤高性能減水剤高性能AE減水剤消泡剤増粘剤防錆剤防凍剤膨張材収縮低減剤高分子エマルジョン凝結調整剤ベントナイトゼオライト等の粘土鉱物ハイドロタルサイト等のイオン交換体等のうちの1種又は2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

本発明における水の使用量は、セメント100部に対して水を20〜60部とすることが好ましい。水が20部未満では流動性が不足する場合があり、60部を超えると強度不足の原因となるおそれがある。

0037

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。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ーミキサ等の使用が可能である。

0038

【実施例】
以下、本発明の実験例に基づいて説明する。

0039

実験例1
ブレーン比表面積値4,000cm2/gに粉砕したγ−C2Sを70部、硝酸塩類ア30部、及びγ−C2Sと硝酸塩類アの合計100部に遅延剤Aを0.5部混合してセメント混和材として混合した。さらに、表1の配合の該セメント混和材及び残部をセメントとして100部としたセメント組成物を用い、水/セメント組成物比=50%、セメント組成物/砂比=1/3のモルタルを調製して、材齢1日及び28日の圧縮強度、並びに中性化深さを測定した。結果を表1に併記する。

0040

使用材料
セメント :市販品、普通ポルトランドセメント
γ−C2S :試薬の炭酸カルシウム2モル二酸化ケイ素1モルを混合粉砕した原料を電気炉で1500℃で3時間焼成した後、炉外に取り出して冷却して合成。γ−C2Sは粉化ダスティング)してブレーン比表面積値1,800cm2/gの粗粉となり、粗粉を粉砕してブレーン比表面積値4,000cm2/gの粉末とした。
硝酸塩類ア:市販品、亜硝酸リチウム
遅延剤A :市販品、クエン酸
水    :水道水
細骨材  :ISO679準拠、標準砂

0041

測定方法
圧縮強度 :4×4×16cm供試体を作製し、JIS A 1108に準じて材齢1日及び材齢28日の強度を測定した。打設温度20℃。
中性化深さ:4×4×16cm供試体を作製し、20℃水中にて材齢28日まで養生した後、30℃、相対湿度60%、炭酸ガス濃度10%の環境下で促進中性化した。6ヵ月後に供試体を輪切りにし、フェノールフタレイン溶液を断面に塗布し、表面から着色部までの中性化深さを測定し、中性化抑制効果を評価した。

0042

【表1】

0043

実験例2
表2に示す量のγ−C2S、表2に示す種類と量の硝酸塩類、及びγ−C2Sと硝酸塩類ア100部に対して遅延剤A0.5部混合したセメント混和材を混合し、セメント90部及び該セメント混和材10部からなるセメント組成物100部中としたこと以外は、実験例1と同様に試験した。結果を表2に併記する。

0044

<使用材料>
硝酸塩類イ:市販品、亜硝酸カリウム
硝酸塩類ウ:市販品、硝酸リチウム
硝酸塩類エ:硝酸塩類アと硝酸塩類イの1:1混合物

0045

【表2】

0046

実験例3
γ−C2S70部、硝酸塩類ア30部、及び表3に示す種類と量の遅延剤からなるセメント混和材を混合し、セメント90部及び該セメント混和材10部からなるセメント組成物を用いて流動保持率を評価したこと以外は、実験例1と同様に試験した。結果を表3に併記する。

0047

<使用材料>
遅延剤B:市販品、グルコン酸
遅延剤C:市販品、グルコン酸ナトリウム
遅延剤D:市販品、酒石酸
遅延剤E:遅延剤Aと遅延剤Dの1:1の混合物

0048

試験方法
流動保持率:環境温度20℃でのフロー値経時変化にて評価した。JIS R 5201のフロー試験に準拠し、練り直後と60分経過後のフロー値から算出した。

0049

【数1】

0050

【表3】
注:遅延剤の使用量は、γ−C2Sと硝酸塩類アの合計を100部としたときの部。

0051

実験例4
実験例1で作製したγ−C2Sを粉砕して表4に示すブレーン比表面積値のγ−C2S粉末を作製し、セメント90部及びセメント混和材10部からなるセメント組成物を使用したこと以外は実験例1と同様に試験した。結果を表4に併記する。

発明を実施するための最良の形態

0052

【表4】

発明の効果

0053

本発明のセメント混和剤、及びセメント組成物を使用することにより、コンクリートの優れた初期強度発現性や中性化の抑制効果等の効果を奏するものであり、土木又は建築におけるコンクリート材料に適する。

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