JP2000504301A - セメント組成物 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、ａ）１０〜３５重量％のセメント、とりわけポルトランドセメント、ｂ）１を上回るＳｉＯ₂ ／ＣａＯの比を有し、１．５重量％を超える量のアルカリ酸化物（Ｎａ₂ ＯとＫ₂ Ｏ）を含む燃えがら（例えば、廃焼却スラグ）の少なくとも部分的な還元によって得られた合成ポゾランの６５〜９０重量％、 ｃ）合成ポゾランの正の表面電位を低下させる活性剤、例えば、アニオン系活性剤又はアニオン系界面活性剤、とりわけスルホネート、を含んでなるセメント組成物に関する。

Description

【発明の詳細な説明】 セメント組成物 本発明は、 ａ）１０〜３５重量％のセメント、とりわけポルトランドセメント、 ｂ）ｌを上回るＳｉＯ₂ ／ＣａＯの比を有し、１．５重量％を超える量のアル カリ酸化物（Ｎａ₂ ＯとＫ₂ Ｏ）を含む燃えがら（例えば、廃焼却スラグ）の少 なくとも部分的な還元によって得られた合成ポゾランの６５〜９０重量％、 ｃ）合成ポゾランの正の表面電位を低下させる活性剤、例えば、アニオン系活 性剤又はアニオン系界面活性剤、とりわけスルホネート、 を含んでなるセメント組成物に関する。 セメントの特にポルトランドセメントに加えて多量又は少量の増量材やフィラ ーを含むセメント組成物が知られている。また、天然ポゾラン又は合成ポゾラン とともに増量材としてカーボネートを併用したセメントも既に提案されており、 このような増量材やフィラーの大半は、単に所望の強度値の点から制限されてい る。このような混合物は、場合により、沈降による偏析が生じることがあり、と りわけフライアッシュ、砂、又は高炉スラグにあてはまる。沈降による偏析の恐 れは、とりわけ低い表面電荷を有する場合にあり、ここで、ポゾラン、フライア ッシュ、微細シリカ、及び高炉スラグは、一般に、わずかに低い表面電荷から明 らかに負の表面電荷を有する。明らかな負の表面電荷を有するポゾランは、特に アルカリ性の範囲で、セメントとの良好な混和性に卓越している。非常な負の表 面電荷を示す微細シリカ粉末についても同じことが言える。これまでの検討から 、それぞれに測定された負の表面電荷は、極めて明確にｐＨの関数であることが 実証されており、ここで、測定した全ｐＨ範囲にわたってほぼ一定を維持する低 い表面電荷は、フライアッシュと高炉スラグについてのみ測定されている。 ７０〜３５重量％のセメント、３０〜６５重量％の潜在的水硬化性物質、及び ０．０５〜１重量％の分散剤（例えば、リグニンスルホネート）を含んでなる粗 及び／又は微細グレインフラックス含有コンクリートの製造に使用される混合物 がドイツ特許出願第３１０５０５４号公開明細書より公知である。ドイツ特許出 願第３１０５０５４号公開明細書において、合成ポゾランの量を増すと強度値の 低下が測定されている。 合成ポゾランの、とりわけ１を上回るＳｉＯ₂ ／ＣａＯの比を有して１．５重 量％を超える量のアルカリ酸化物（Ｎａ₂ ＯとＫ₂ Ｏ）を含む燃えがら（例えば 、廃焼却スラグ）の少なくとも部分的な還元によって得られたものが、正の表面 電荷を特徴的に有する。このため、このような合成ポゾランの混合は、一般に、 高い強度特性をもたらさず、とりわけ早期強度をもたらさない。しかも、凝集物 が混じったセメントの生成のため、乏しい作業性を示す。予想されるように、こ のようなセメント混合物は、したがって、他の増量材やフィラーを含むポルトラ ンドセメント又はセメント組成物について測定された早期強度の値において非常 な欠点がある。 驚くべきことに、 ａ）１０〜３５重量％のセメント、とりわけポルトランドセメント ｂ）１を上回るＳｉＯ₂ ／ＣａＯの比を有し、１．５重量％を超える量のアル カリ酸化物（Ｎａ₂ ＯとＫ₂ Ｏ）を含む燃えがら（例 えば、廃焼却スラグ）の少なくとも部分的な還元によって得られた合成ポゾラン の６５〜９０重量％、 を含むセメント組成物が、早期強度値に関し、例えば、アニオン系活性剤又はア ニオン系界面活性剤のような合成ポゾランの正の表面電位を低下させる活性剤が 付加的に添加されるならば、公知の最良の標準セメントと同等ばかりでなく、そ れらよりもさらに優れた値まで向上できることが新たに見出された。とりわけ酸 性スラグで見られるような高いアルカリ酸化物含有率は、ナトリウムやカリウム イオンによる表面電荷を生じ、その材料が割合に高い密度又はわずかな粒子間隙 を有することを必要とするポゾランの水和を生じる。活性剤が全く存在しなけれ ば、正の表面電荷は、粒子の反発とそれによる低い充填密度を生じ、このため、 硬化を妨げ又は阻止し、強度の増加への寄与を妨害する。本発明においては、こ のような表面電荷は、上記の活性剤によって相殺され、ポゾラン粒子がもはや相 互に反発せず、割合に高い密度にすることができ、全体として硬化を促進する。 セメント組成物中にこのようなスラグ又は合成ポゾランが割合に高い比率であっ たとしても、優れた早期強度値と顕著な最終強度値が得られる。 この効果は、本発明で提案するように、セメント部分が最大で３５重量％に制 限されていれば顕著になる。この予想外の知見は、４０〜７０重量％のＳｉＯ₂ を含む酸性ポゾラン中の高いＮａ₂ ＯとＫ₂ Ｏの含有率によって具体化される。 このような量のＮａ₂ ＯとＫ₂ Ｏは、ＳｉＯ₂ のポゾラン反応の触媒となるが、 ここで、過度に高いＣａＯ又はセメントの比率は、アルカリ土類活性の低下を招 き、これは、Ｃａ（ＯＨ）₂ の解離とそれによるセメントの硬化が、ポゾランの アルカリ性化合物の水和によって得られる多量のＯＨイオンによって抑制される ためである。 特に有利な仕方において、本セメント組成物は１〜３重量％の量で活性剤を含 む。好ましくは、本発明によるセメント組成物の中にポゾランが６５〜７０重量 ％の量で含まれることができ、このような多量のポゾランにもかかわらず、優れ た強度特性が予想外に見出されている。 特に簡単な態様において、例えば、リグニンスルホネートやナフタレンスルホ ネートのような有機スルホネートからなる群より選択された活性剤が、１．０〜 ２．０重量％、好ましくは１．５重量％の量で添加されることができる。 特に高い最終強度は、さらに好ましい態様にしたがって、ポゾランが３０００ 〜６０００ｃｍ² ／ｇの細かさまで粉砕される場合に得ることができる。 アニオン系活性剤又はアニオン系界面活性剤の添加は、原理的に、セメント組 成物の調製の際に既に行われていてもよい。あるいは、特に簡単な仕方として、 アニオン系活性剤又はアニオン系界面活性剤が、コンクリート又はモルタルの調 製の際に水と一緒に添加される仕方でもよい。 活性剤の作用は、高いアルカリ酸化物の含有率を有する合成ポゾランには顕著 であり、ここで、好ましくは、Ｎａ₂ ＯとＫ₂ Ｏが２重量％を超えるものの合成 ポゾランが選択される。 次に、本発明を、強度測定値と図に示した使用材料の特性を用いてより詳しく 説明する。 図において、標準ポルトランドセメントのｍＰａ・ｍＶの単位の表面電荷ＥＳ Ａが、１０〜１１．５のｐＨ範囲にわたって示されている。この図より、この標 準セメントは問題のｐＨ範囲の全体で実質的に一定した低い負の表面電荷を有す ることが分かる。 図２は、廃焼却スラグから得られた２．５重量％を超えるＮａ₂ ＯとＫ₂ Ｏを有する合成ポゾランの表面電荷を示し、これから、問題の９．５〜 １２のｐＨ範囲にわたって表面電荷がわずかに正で実質的に一定であることが分 かる。 下記の表において、基準とする標準セメント、２つの実験的セメント組成物、 及び本発明のセメント組成物について１日、２日、及び２８日後に測定した圧縮 強度を比較している。基準とするセメントについてＩ欄に示した値は、良好な早 期強度と良好な最終強度を特徴とする。 実験的セメントＬＺＩ（II欄）は、６０重量％の基準セメントと、それに粉砕 しながら添加した４０重量％の石灰からなった。増量材のこのケースにおける結 果は、良好な早期強度値であるが最終強度が顕著に低下した。 実験的セメントＬＺ２（III欄）は、Ｉ欄に示した３０重量％の基準セメント と、廃焼却スラグの部分的還元によって得られた７０重量％のポゾランスラグか らなった。選択したポゾランは、全量に対して７０重量％の量で添加し、１を上 回るＳｉＯ₂ ／ＣａＯの比と１．５重量％を超える量のアルカリ酸化物を有した 。この仕方において得られた値は、このようなポゾランスラグを添加すると早期 強度が顕著に低下することを示す。 IV欄において、III欄の実験的セメントＬＺ２に、全量に対して１．５重量％ の量でナフタレンスルホネートを添加し、それによって、早期強度の顕著な改良 と最終強度のかなりの増加が予想外に得られた。 下記の表のIV欄は、鉄酸化物を含有し、このため部分的にのみ還元された分析 Ａの組成を有する合成ポゾランの強度値を示す。分析Ｂのより強く還元されてこ のため鉄酸化物を含まないポゾランを用いると、約１０％高い早期強度が、実質 的に同じ最終強度で得られ る。 混合セメントの製造に使用したクリンカーは、下記の組成を有した。ブレーン 数は５６００ｃｍ² ／ｇ（ブレーン）。 強熱減量 ２．０重量％ ＳｉＯ₂ ２０．４重量％ Ａｌ₂ Ｏ₃ ５．０重量％ Ｆｅ₂ Ｏ₃ ２．６重量％ ＣａＯ ６３．２重量％ ＭｇＯ ２．１重量％ ＳＯ₃ ３．０重量％ Ｋ₂ Ｏ １．１重量％ Ｎａ₂ Ｏ ０．１３重量％ ＴｉＯ₂ ０．２９重量％ Ｃｒ₂ Ｏ₃ ０．００９６重量％ Ｍｎ₂ Ｏ₃ ０．０４重量％ Ｐ₂ Ｏ₅ ０．０９重量％ Ｃｌ ０．０１重量％ 合計 ９９．９７重量％ 分析Ａ： 鉄酸化物含有ポゾラン （ブレーン数＝５６００ｃｍ² ／ｇ、且つ２０μｍスクリーン上に１２％保持） ＳｉＯ₂ ４３．６重量％ Ａｌ₂ Ｏ₃ １３．７重量％ Ｆｅ₂ Ｏ₃ １２．４重量％ ＣａＯ １９．１重量％ ＭｇＯ ２．６重量％ ＳＯ³ ０．１７重量％ Ｋ₂ Ｏ ０．８４重量％ Ｎａ₂ Ｏ ２．８重量％ ＴｉＯ₂ １．７重量％ Ｃｒ₂ Ｏ₃ ０．７６重量％ Ｍｎ₂ Ｏ₃ ０． ４７重量％ Ｐ₂ Ｏ₅ ０．３３重量％ Ｃｌ ０．０３重量％ Ｃｕ，Ｚｎ 残 余 合計 １００重量％ 分析Ｂ： 強度に還元されたポゾラン （ブレーン数＝５４００ｃｍ² ／ｇ、且つ２０μｍスクリーン上に１６％保持） ＳｉＯ₂ ５１重量％ Ａｌ₂ Ｏ₃ １６重量％ ＣａＯ ２２重量％ ＭｇＯ ３重量％ ＳＯ₃ ０．２重量％ Ｋ₂ Ｏ １重量％ Ｎａ₂ Ｏ ３．５重量％ ＴｉＯ₂ ２重量％ 合計 ９８．７０重量％表 １日、２日、及び28日後の圧縮強度W/Z＝水／バインダーの比

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．ａ）１０〜３５重量％のセメント、とりわけポルトランドセメント、 ｂ）１を上回るＳｉＯ₂ ／ＣａＯの比を有し、１．５重量％を超える量の アルカリ酸化物（Ｎａ₂ ＯとＫ₂ Ｏ）を含む燃えがら（例えば、廃焼却スラグ） の少なくとも部分的な還元によって得られた合成ポゾランの６５〜９０重量％、 ｃ）合成ポゾランの正の表面電位を低下させる活性剤、例えば、アニオン 系活性剤又はアニオン系界面活性剤、とりわけスルホネート、 を含んでなるセメント組成物。 ２．活性剤が１〜３重量％の量で添加されることを特徴とする請求項１に記載 のセメント組成物。 ３．ポゾランが６５〜７０重量％の量で添加されることを特徴とする請求項１ 又は２に記載のセメント組成物。 ４．リグニンスルホネート又はナフタレンスルホネートが１．０〜２．０重量 ％、好ましくは１．５重量％の量で添加されることを特徴とする請求項１、２又 は３に記載のセメント組成物。 ５．ポゾランが３０００〜６０００ｃｍ² ／ｇの細かさまで粉砕されることを 特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のセメント組成物。 ６．アニオン系活性剤又はアニオン系界面活性剤が、コンクリート又はモルタ ルの調製の際に水と一緒に添加される、又はセメント混合の際に既に添加される ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のセメント組成物。 ７．ポゾランのＮａ₂ ＯとＫ₂ Ｏの含有率が２重量％を超えて選 択されることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載のセメント組成物 。