JP2004210551A

JP2004210551A - 膨張性クリンカー鉱物及びこれを含む膨張性組成物

Info

Publication number: JP2004210551A
Application number: JP2002378547A
Authority: JP
Inventors: Hitoshi Watanabe; 斉渡邉; Shinya Satake; 紳也佐竹
Original assignee: Taiheiyo Materials Corp
Current assignee: Taiheiyo Materials Corp
Priority date: 2002-12-26
Filing date: 2002-12-26
Publication date: 2004-07-29

Abstract

【課題】セメントと共存させて水を加えた場合、セメント硬化開始以降も水和活性と膨張性を安定して発現することができる膨張性クリンカー鉱物、及びコンクリートやモルタルに大量に配合使用しなくてもコンクリートやモルタルの強度低下を起こすことなくその硬化及び乾燥収縮を適度に抑制できる膨張性組成物を提供する。
【解決手段】アリット、無水石膏、遊離生石灰を生成相として含有し、無水石膏の含有量が０．５〜１０重量％、遊離生石灰の含有量が６５〜８０重量％であることを特徴とする膨張性クリンカー鉱物。
【選択図】なし

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、水和反応により膨張性を発現する膨張性クリンカー鉱物及び主にモルタルやコンクリートに配合使用される膨張性組成物に関する。
【０００２】
【従来の技術とその問題点】
一般に、コンクリートやモルタルは硬化時や硬化後の乾燥時に収縮し、この収縮はひびや亀裂発生の原因となる。これを防ぐため膨張材を配合し、過度の収縮を抑制することが行なわれている。コンクリートやモルタルで使用されている膨張材は、膨張成分として生石灰結晶を主体とするものとカルシウムサルホアルミネート結晶を主体とするものがある。このうち生石灰結晶は水和活性が極めて高く、セメントが硬化する前に水和反応が完了するので、その高い膨張性能をそのままコンクリートやモルタルの収縮抑制に反映させることは困難である。生石灰の水和反応時期をセメント硬化時期に近い時期に調整できれば収縮抑制効果が十分得られる。そのような方策として、炭酸カルシウムなどの石灰類と他の無機物質との混合物を焼成し、ＣａＯ成分の一部を他の無機物質と反応させて新たな生成相を形成させるのに用い、残りのＣａＯ成分を遊離生石灰として焼成クリンカー中に生成させることによって生石灰の水和反応時期を調整でき、収縮抑制効果が得られることが知られている。（例えば特許文献１〜３参照）。一方で、膨張成分の水和反応時期の遅延化や反応時間の長期化は、硬化時にも膨張圧が加わり続けることによって強度低下や膨張亀裂を起こすことがある。このため、クリンカー鉱物中の生石灰成分を結晶質とし、生石灰結晶粒を内包するような状態でアリット結晶（３ＣａＯ・ＳｉＯ₂）を析出させると、アリットによって高い早期強度発現作用を付与でき、またクリンカー粉砕物とした場合でも生石灰結晶粒が粉末表面に露出する割合が低減するので生石灰の水和反応が短期に完了しつくすことはなく、その結果、コンクリートやモルタルの強度を十分維持しつつ収縮抑制を図ることができることが知られている。（例えば特許文献４参照）。
【０００３】
しかしながら、生石灰結晶粒の内包割合を高めるにはより高温で反応させるのが有利であるが、その場合、生石灰結晶やアリット結晶の結晶成長が進み易く、結晶成長が進むに連れ水和反応性が低下し、コンクリートやモルタルに大量に配合しない限り収縮低減に十分な効果をもたらすほどの膨張作用が得難くなる。一方で、結晶成長制御を焼成条件の詳細な調整によって行なうことは容易で無く、結晶成長を抑制するため焼成温度を低下させるとアリット結晶の生成量が急減し、強度発現性が低下する。
【０００４】
【特許文献１】
特公昭４３−９４４８号公報
【特許文献２】
特公昭６２−６１５４８号公報
【特許文献３】
特開２００１−３１６１４７号公報
【特許文献４】
特公昭５６−２３９３６号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、前記問題点の解決、即ち、セメントと共存させて水を加えた場合、セメント硬化開始以降も水和活性と膨張性を安定して発現することができる膨張性クリンカー鉱物、及びコンクリートやモルタルに大量に配合使用しなくてもコンクリートやモルタルの強度低下や膨張亀裂を起こすことなくその硬化及び乾燥収縮を適度に抑制できる膨張性組成物を提供することを課題とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は前記課題に対し鋭意検討した結果、アリット、無水石膏、遊離生石灰を生成相として含むクリンカー鉱物の遊離生石灰及び無水石膏を特定の含有量にすることによって、セメントに添加して水を加えた場合でも、クリンカー鉱物の水和反応がセメントの水和反応と時間的な差異を殆ど生じることなく進行し、セメント硬化開始以降も水和活性と膨張性を安定して発現することができたこと。また、このクリンカー鉱物と特定の水硬性成分を配合してなる膨張性組成物は、比較的少量の配合でもコンクリートやモルタルの強度を十分維持しつつその収縮を抑制できたことから本発明を完成するに至った。
【０００７】
即ち、本発明は次の（１）〜（２）で表す膨張性クリンカー鉱物及び（３）で表す膨張性組成物である。（１）アリット、無水石膏、遊離生石灰を生成相として含有し、無水石膏の含有量が０．５〜１０重量％、遊離生石灰の含有量が６５〜８０重量％であることを特徴とする膨張性クリンカー鉱物。（２）遊離生石灰の１５〜６０体積％がアリット結晶に内包されている前記（１）の膨張性クリンカー鉱物。（３）前記（１）又は（２）の膨張性クリンカー鉱物と石膏類を含有してなる膨張性組成物。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明の膨張性クリンカー鉱物は、遊離生石灰、アリット及び無水石膏が生成相として存在する。本クリンカー鉱物の主たる膨張作用は遊離生石灰の水和によってもたらされる。本クリンカー鉱物中の遊離生石灰含有量は６５〜８０重量％とし、好ましくは７０〜７５重量％とする。６５重量％未満ではモルタルやコンクリートの収縮抑制に十分寄与するほどの膨張量が得られ難いため好ましくなく、また８０重量％を超えると急激な膨張を示すので好ましくない。
【０００９】
また、本クリンカー鉱物中の遊離生石灰の存在状態として一部の生石灰結晶粒がアリット結晶中に内包された状態が好ましい。このような状態にすることによってセメントの水和反応との時期的整合性をより的確に達成し易くなり、また発現する膨張量を仔細に調整できるためモルタルやコンクリートの形状寸法安定性を図ることができる。本発明では、遊離生石灰のうちアリット結晶中に内包される生石灰結晶粒の割合は、１５〜６０体積％とする。１５体積％より低いとモルタルやコンクリートの収縮抑制効果は見られるものの形状寸法安定性を図ることが困難となるので好ましくなく、６０体積％を超えると水和反応活性が低減し、また膨張発現性が遅延するので好ましくない。
【００１０】
また本クリンカー鉱物中に生成する無水石膏（ＣａＳＯ₄）は実質的に結晶質であり、通常はＩＩ型無水石膏の構造を示す。この無水石膏も水和によって膨張性を有するが、水和反応は生石灰よりも遅れて完結する。また生石灰及びアリットと共存生成することによって特に生石灰粒の粒成長を抑制する作用がある。本クリンカー鉱物中の無水石膏含有量は０．５〜１０重量％とし、好ましくは３〜５重量％とする。０．５重量％未満では生石灰結晶粒が粒成長し易く、反応活性が低下するので好ましくない。また１０重量％を超えると膨張発現性が過度に長期化するため好ましくない。
【００１１】
また本クリンカー鉱物中に生成するアリットは高い早期強度発現作用を有す他、生石灰の過度の水和活性を抑制するのに寄与する。本クリンカー鉱物中のアリット含有量は、前記規定の生石灰及び無水石膏の含有量の残部或いは残部の一部とする。アリット（３ＣａＯ・ＳｉＯ₂）は実質的に結晶構造で存在するが、生石灰結晶を内包することができる。
【００１２】
本発明の膨張性クリンカー鉱物は、アリット、遊離生石灰及び無水石膏以外の生成相の存在も、所望の性状に支障を及ぼさない範囲で許容される。許容可能性のある生成相としては、例えばアーウィン、フェライト等を挙げることができる他、製造原料等に由来する不可避不純物を含む相やこれがアリットや生石灰などの主生成相に固溶していても良い。
【００１３】
本発明の膨張性クリンカー鉱物の製造方法は特に限定されず、また製造原料も特に限定されない。一例を示すと、前記の各生成相含有量を考慮して所定の配合割合にした石灰石、石膏類及び珪石からなる混合粉を、焼成炉で約１２００〜１４５０℃で加熱した後、炉外急冷すれば得ることができる。ここで石膏類としては無水石膏、半水石膏、二水石膏の他、天然石膏や所謂化学石膏と称されるものの何れであっても良い。また混合粉には、例えば炭酸カルシウム、化学成分でＣａＯやＳｉＯ₂を主体とする無機粉末、セメント焼成ダスト、粘土鉱物等を本膨張性クリンカー鉱物の性状に支障を及ぼさない範囲で加えても良い。
【００１４】
また、本発明の膨張性組成物は、前記膨張性クリンカー鉱物に少なくとも石膏類及びセメントを配合させたものである。該膨張性組成物はモルタルやコンクリートの混和材として使用するのに適した形態にする場合、前記膨張性クリンカー鉱物１００重量部に対し、石膏類５〜１００重量部を配合するのが好ましく、更に１５０重量部以下のセメントを配合するのがより好ましい。この場合、石膏類が５重量部未満では強度発現性が低下することがあるので好ましくなく、１００重量部を超えると凝結遅延を起こしたり、膨張発現性の遅れから寸法安定性に欠くことがあるので好ましくない。またセメントが１５０重量部を超えると膨張量が低下するので好ましくない。使用する石膏類は無水石膏、半水石膏、二水石膏の他、天然石膏や所謂化学石膏と称されるものの何れであっても良い。またセメントは、水硬性のセメントである限り何れのものでも使用できる。
【００１５】
更に、本発明の膨張性組成物は、前記以外の成分を所望の性状に支障を及ぼさない範囲で適宜配合することができる。このような成分として、例えばフライアッシュやシリカフューム等のポゾラン反応物質やセメントに配合使用できる混和材・剤等を挙げることができる。尚、本発明の膨張性組成物は、モルタルやコンクリートの混和用に限ったものではなく、例えば土木・建築工事用資材としてのグラウト、地盤注入材、静的破砕剤等へも適用可能である。
【００１６】
【実施例】
以下、実施例により本発明を具体的に説明する。
［クリンカー鉱物の作製］石灰石粉末（中心粒径約２５μｍ；重安石灰株式会社製）、ＩＩ型無水石膏（比表面積約７０００ｃｍ²／ｇ；セントラル硝子株式会社製）及び珪石粉末（比表面積３９００ｃｍ²／ｇ；宇部サンド工業株式会社製）を乾式混合し、混合粉を電気炉で約１３５０℃で３０分焼成した後、炉外急冷し、生成相が表１に記す含有量のクリンカー鉱物を作製した。尚、生成相の確認及びクリンカー鉱物中の各生成相の含有量は、蛍光Ｘ線及び粉末Ｘ線回折で調べ、またアリット結晶中に内包される生石灰量（体積割合）はクリンカー鉱物切断面の顕微鏡写真から当該写真面上の生石灰粒を直径として、一定面積内に於ける内包及び非内包生石灰粒の体積を換算して求めた。
【００１７】
【表１】

【００１８】
［クリンカー鉱物含有モルタル試験体の特性評価］作製した各クリンカー鉱物を平均粒径約１５μｍとなるよう粉砕し、この粉砕物５０ｇにＩＩ型無水石膏（比表面積約７０００ｃｍ²／ｇ；セントラル硝子株式会社製）２０ｇと普通ポルトランドセメント（太平洋セメント株式会社製）９３０ｇを乾式混合した。この混合物にＪＩＳ標準砂３０００ｇと水（水道水）５００ｇを加え、ホバートミキサーで約１分間混練してモルタルを調整した。このモルタルから４．０×４．０×１６．０ｃｍの角柱試験体を作製し、ＪＩＳＡ６２０２に準拠した方法で材齢７日及び２８日の圧縮強度を測定した。また同様に作製した４．０×４．０×１６．０ｃｍの角柱試験体の材齢１日、３日、７日及び２８日の膨張率をＪＩＳＡ６２０２に準拠した方法で測定した。各測定結果を表２に表す。
【００１９】
【表２】

【００２０】
［コンクリート試験体の特性評価］表１の本発明品３のクリンカー鉱物の粉砕物（平均粒径約１５μｍ）、ＩＩ型無水石膏（比表面積約７０００ｃｍ²／ｇ；セントラル硝子株式会社製）、普通ポルトランドセメント（太平洋セメント株式会社製）、粗骨材（栃木県岩瀬産砕石；表乾比重２．６３）、細骨材（静岡県小笠産陸砂；表乾比重２．６０）及び水（水道水）を表３に記す配合量となるようコンクリートミキサーに一括投入し、約３分間混練し、１０×１０×４０ｃｍのコンクリート試験体を作製した。各コンクリート試験体について、材齢１日、３日及び７日の膨張率をＪＩＳＡ６２０２に準拠した方法で測定し、材齢７日及び２８日の圧縮強度をＪＩＳＡ１１０８に準拠した方法で測定した。また、比較例１として、市販の遊離ＣａＯを膨張主成分とする膨張材（品名「太平洋エクスパン構造用」、太平洋マテリアル株式会社製）を使用し、更に比較例２としてカルシウムサルホアルミネートを膨張主成分とする膨張材（品名「ＣＳＡ＃２０」、電気化学工業株式会社製）を使用し、それぞれ表３に記す配合量となるよう前記と同様の方法で作製したコンクリート試験体の膨張率及び圧縮強度も測定した。測定結果を表３に併せて記す。
【００２１】
【表３】

【００２２】
【発明の効果】
本発明の膨張性クリンカー鉱物はセメントと差異が極めて少ない反応時間の経過を辿ることに加えて高い強度発現性も有すため、これを含む本発明の膨張性組成物は比較的少量の配合でモルタルやコンクリートなどの硬化や乾燥時の収縮を適度に抑制し、強度低下無く亀裂やひび割れの発生を確実に防ぐことができ、また形状寸法の安定化も図ることが容易である。

Claims

アリット、無水石膏、遊離生石灰を生成相として含有し、無水石膏の含有量が０．５〜１０重量％、遊離生石灰の含有量が６５〜８０重量％であることを特徴とする膨張性クリンカー鉱物。
遊離生石灰の１５〜６０体積％がアリット結晶に内包されている請求項１記載の膨張性クリンカー鉱物。
請求項１又は２の膨張性クリンカー鉱物と石膏類を含有してなる膨張性組成物。