Low heat cement

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、大型コンクリート構造物の建設に適する、材齢７日までの初期材齢での強度発現性にすぐれた低発熱型セメントに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、大型コンクリート構造物の建設工事には中庸熱ポルトランドセメントや高炉セメントが使用されてきた。 しかし近年、工事の大型化や施工速度の向上に伴い、より低発熱性で初期強度の高いコンクリートの要求が高まっている。 従来使用されてきたセメントは、普通ポルトランドセメントと比べれば、発生する水和熱が小さくコンクリートの温度上昇が低いが、このような用途に対しては充分な性能とはいえなかった。 そのため、より水和熱の小さいセメントが開発されてきている。

【０００３】水和熱の小さいセメントの一つとして、ポルトランドセメントに高炉スラグ微粉末やフライアッシュを混合した混合型低発熱セメントが知られている。 この種のセメントを用いれば、従来のセメントを用いた場合よりもコンクリートの断熱温度上昇を１０℃程度以上も低くすることが可能である。 しかし、混合型セメントを用いたコンクリートは、実質的にコンクリートの単位容積あたりのセメント量が少ないことに起因する問題があり、たとえば中性化速度が大きいということなどが指摘されている。

【０００４】これに対して、単位容積あたりのセメント量を低減せずにコンクリートの温度上昇を低くする方法として、セメントクリンカに含有される鉱物の中で水和熱が小さい２ＣａＯ・ＳｉＯ _２ （ビーライトと呼ばれる）の割合を中庸熱ポルトランドセメントより大きくした高ビーライト型低発熱セメントが注目され、一部において使用されつつある。 高ビーライト型低発熱セメントは、コンクリートの断熱温度上昇が前述の混合型低発熱セメントと同等であり、また中性化速度が小さく、さらに長期材齢での強度発現が良いという優れた性質を有する。 反面、ビーライトは水和反応速度が小さいため、高ビーライト型低発熱セメントは強度発現が遅く初期材齢での強度が不充分という問題がある。 特に、環境温度が低い条件ではその傾向が顕著である。 そのため高ビーライト型低発熱セメントを用いたコンクリートを打設すると、特に低温時においては自立するのに充分な強度を発揮するまでに時間がかかり、工期が長引いたり、側圧に耐えるように型枠の剛性を高めたりする必要があるといった問題があった。

【０００５】セメントを構成する鉱物の中で、２ＣａＯ
・ＳｉＯ _２は前述のように水和反応が遅く、かつ反応熱が小さいことが特徴である。 一方、３ＣａＯ・ＳｉＯ _２
は水和にともなう反応熱は大きいが反応が早く、特に初期材齢での強度発現性に寄与することが知られている。
また、３ＣａＯ・Ａｌ _２ Ｏ _３も水和反応熱が大きいことも知られている。

【０００６】そこで、高ビーライト型低発熱セメントや中庸熱ポルトランドセメントでは３ＣａＯ・ＳｉＯ _２および３ＣａＯ・Ａｌ _２ Ｏ _３の割合を低くして製造される。 そのため、これらのセメントは、前述のように初期材齢での強度発現性が低いという特徴を併せ持つこととなる。 初期材齢での強度発現性を向上するには、セメントの粉末度を上げその表面積を大きくして反応を進めるという方法がある。 しかしセメントを細かくするとコンクリートの流動性が低下するという問題もあり限度がある。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】そこで本発明者らは、
従来の中庸熱ポルトランドセメントより低い発熱性を有し、しかも、材齢７日までの初期強度発現が従来の高ビーライト型セメントより著しく改善されて中庸熱ポルトランドセメント並みであるセメントを得るべく、低発熱性に重要な２ＣａＯ・ＳｉＯ _２を主体としたセメントと初期強度発現性を支配する３ＣａＯ・ＳｉＯ _２を主体としたセメントの混合割合、鉱物組成および細かさについて鋭意研究した結果、本発明を完成するに至った。

【０００８】

【課題を解決するための手段】すなわち本発明は、２Ｃ
ａＯ・ＳｉＯ _２の含有率が５０％以上の高ビーライト型セメント６０〜９０％と、３ＣａＯ・ＳｉＯ _２の含有率が５０％以上の高ビーライト型セメント４０〜１０％の混合物からなる低発熱型セメントであり、好ましくは、
該低発熱型セメントにおいて２ＣａＯ・ＳｉＯ _２の総量が４０％以上で、かつ３ＣａＯ・Ａｌ _２ Ｏ _３の総量が５
％以下であるものや３ＣａＯ・ＳｉＯ _２の含有率が５０
％以上の高エーライト型セメントの細かさがブレーン比表面積で４０００ｃｍ ^２ ／ｇ以上であるものであり、より好ましくは、これらのすべてを満たすものである。

【０００９】以下、本発明を詳細に説明する。 本発明でいうところの、計算される２ＣａＯ・ＳｉＯ _２ 、３Ｃａ
Ｏ・ＳｉＯ _２および３ＣａＯ・Ａｌ _２ Ｏ _３の含有率とは、化学分析値よりセメント化学の分野でボーグ式とよばれる計算式より求められる値である（たとえば、大門正機編訳'セメントの化学'内田老鶴圃（１９８９），
ｐ１１）。 高ビーライト型セメントに含有される２Ｃａ
Ｏ・ＳｉＯ _２の割合を５０％以上としたのは、低発熱性という本発明の目的を維持するためには混合後のセメントの主成分を２ＣａＯ・ＳｉＯ _２とするためである。

【００１０】高ビーライト型セメントの割合が６０％未満では、混合後に含有される２ＣａＯ・ＳｉＯ _２の割合が少なくなり、逆に３ＣａＯ・ＳｉＯ _２の割合が高くなって低発熱性とはならない。 一方、高ビーライト型セメントの割合が９０％を越えると、高エーライト型セメントの割合が小さすぎ、初期材齢の強度発現が低下する。
また、本発明の低発熱型セメントの組成は、２ＣａＯ・
ＳｉＯ _２の含有率が４０％以上、かつ３ＣａＯ・Ａｌ _２
Ｏ _３の含有率が５％以下の場合、水和熱が著しく低くなりもっとも望ましい。

【００１１】高エーライト型セメントの細かさは、ＪＩ
Ｓ Ｒ ５２０１「セメントの物理試験方法」で定められたブレーン空気透過装置で測定される比表面積で、４
０００ｃｍ ^２ ／ｇ以上であることが望ましく、さらには４０００〜６０００ｃｍ ^２ ／ｇであることがより望ましい。 高ビーライト型セメントの細かさが比表面積で４０
００ｃｍ ^２ ／ｇに満たない場合は、単一のクリンカで鉱物組成を調整して粉砕してセメントを製造する場合に比べて、あえて別々にセメントを製造して混合するほどの効果は得られない。 高エーライト型セメントを比表面積で４０００ｃｍ ^２ ／ｇ以上の細かさに粉砕すると、３Ｃ
ａＯ・ＳｉＯ _２の微細な粒子が多くなり、この水和が進むことで初期強度が向上する。 高エーライト型セメントの細かさは４０００ｃｍ ^２ ／ｇ以上であれば良いが製造コストの面から比表面積は６０００ｃｍ ^２ ／ｇ以下が実用的である。

【００１２】高ビーライト型セメントの細かさは特に限定するものではないが、製造のしやすさ、流動性の維持、強度発現性などの観点から、３０００〜３５００ｃ
ｍ ^２ ／ｇ程度が実用的である。 高ビーライト型セメントは、通常のセメント製造の工程で原料の割合を管理することで容易に製造される。

【００１３】一方、高エーライト型セメントも同様に通常のセメント製造工程でも得られるが、これに相当するセメントとして普通ポルトランドセメント、早強ポルトランドセメントおよび耐硫酸塩ポルトランドセメントがあり、これの細かさを調整して利用することが可能である。 特に早強ポルトランドセメントは比表面積が４５０
０ｃｍ ^２ ／ｇ程度あり、そのまま使用できて本発明に好ましい。 また本発明のセメントは、被粉砕性、流動性または保水力の向上などを目的として、高炉スラグ、フライアッシュ、シリカフューム、石灰石フィラーなどの微粉末を添加することも可能である。 ただし、本発明の目的の重要な要素である初期材齢での強度発現性の向上という観点からいえば、自ずからその割合は限定され、１
０％程度が上限である。

【００１４】本発明のセメントを得る方法として、高ビーライト型セメントと高エーライト型セメントを混合（あるいは混合粉砕）する方法があるが、この他、相当するクリンカをそれぞれ粉砕し混合時（あるいは混合粉砕時）にせっこうを添加する方法や一方のクリンカ粉砕時に必要なせっこうを添加し、その後もう一方のクリンカ粉砕物と混合（あるいは混合粉砕）する方法でもよく、いずれも本発明の範囲に含まれる。 ２種のセメントを混合する方法においては混合方法は特定されない。 また、混合後輸送して使用しても、混練時に２種類のセメントを混合して使用してもその効果は影響されない。 なお、せっこうの割合は特に限定しないが、セメントの異常凝結を防止する上で通常のセメントと同程度の量が必要であり、セメント中のＳＯ _３に換算して２〜３％程度が標準である。 次に、本発明のセメントの性能を実施例で説明する。

【００１５】

【実施例】表１に、使用した高ビーライト型セメント（ＢＣと略記する）、早強ポルトランドセメント（ＨＣ
と略記する）、普通ポルトランドセメント（ＮＣと略記する）、中庸熱ポルトランドセメント（ＭＣと略記する）（いずれも日本セメント（株）製）の鉱物組成と比表面積を示す。

【００１６】

【表１】

_３ Ｓ：３ＣａＯ・ＳｉＯ

_２ ，Ｃ

_２ Ｓ：２ＣａＯ・ＳｉＯ

_２ ，Ｃ

_３ Ａ：３ＣａＯ・Ａｌ

_２ Ｏ

_３

【００１７】 実施例１高ビーライト型セメント（ＢＣ）と早強ポルトランドセメント（ＨＣ）との割合を変えて混合し、そのセメントの圧縮強さと水和熱を測定した。 圧縮強さは、日本セメント技術協会の「セメントの強さ試験方法改正案方法Ｉ
Ｉ」に準拠して、水／セメント＝０．５、砂／セメント＝３．０のモルタルで測定した。 水和熱は、ＪＩＳ Ｒ
５２０３「セメントの水和熱測定方法（溶解熱法）」
に従って測定した。 試験温度は２０℃である。 表２に、
混合セメントの鉱物組成と測定結果を示す。 また、比較例として中庸熱ポルトランドセメント（ＭＣ）単味、高ビーライト型セメント（ＢＣ）単味、本発明の範囲をはずれたものについても併せて示す。

【００１８】

【表２】

ｉＯ

_２の含有率の高い早強ポルトランドセメントを混合することで、長期材齢での水和熱をあまり上昇させずに初期材齢の強度発現性を向上できることがわかる。

【００１９】 実施例２早強ポルトランドセメント（ＨＣ）と普通ポルトランドセメント（ＮＣ）を、ボールミルで粉砕し、細かさの異なるセメントを試製した。 この試製セメントと高ビーライト型セメント（ＢＣ）とを混合し、圧縮強さと水和熱を測定し、セメントの種類および細かさの影響を調べた。 なお、早強ポルトランドセメント（ＨＣ）の場合と普通ポルトランドセメント（ＮＣ）の場合では、混合後の鉱物組成がほぼ同じとなるように割合を変えた。 すなわち、早強ポルトランドセメント（ＨＣ）を混合した場合は、高ビーライト型セメント（ＢＣ）：早強ポルトランドセメント（ＨＣ）＝８０：２０、普通ポルトランドセメント（ＮＣ）を混合した場合は、高ビーライト型セメント（ＢＣ）：普通ポルトランドセメント（ＮＣ）＝
７３：２７である。 圧縮強さと水和熱の測定は実施例１
と同じ方法である。 表３に、混合セメントの鉱物組成、
早強または普通ポルトランドセメントの比表面積および測定結果を示す。

【００２０】

【表３】

【００２１】 実施例３本発明になる、表２の実施例１−３のセメントを用いて、コンクリートの圧縮強度および断熱温度上昇を測定した。 比較として表１に示した高ビーライト型セメント（ＢＣ）および中庸熱ポルトランドセメント（ＭＣ）についても測定した。 コンクリートの圧縮強度は、ＪＩＳ
Ａ １１３２に従って直径１０ｃｍ、高さ２０ｃｍの円柱供試体を作成し所定の材齢まで２０℃の水中で養生して測定した。 断熱温度上昇は、空気循環式断熱温度上昇試験装置を用いて測定した。 表４に、コンクリートの配合を示す。 粗骨材は青梅産砕石（比重２．６４，粗粒率６．８５，最大寸法２０ｍｍ）を、細骨材は富士川産川砂と木更津産山砂の混合砂（比重２．６０，粗粒率２．８４）を用いた。 空気量およびスランプは、リグニンスルホン酸系ＡＥ減水剤の添加率で調節した。

【００２２】

【表４】

２０℃での圧縮強度および断熱温度上昇の終局値を表５

に、５℃での圧縮強度および断熱温度上昇の終局値を表６に示す。

【００２３】

【表５】

【００２４】

【表６】

【００２５】

【発明の効果】以上、詳述した本発明の低発熱型セメントは従来の中庸熱ポルトランドセメントより低い発熱性を有し、しかも材齢７日までの初期強度発現が従来の高ビーライト型セメントより著しく改善され、中庸熱ポルトランドセメント並みのセメントである。 したがって、
本発明のセメントは大型コンクリート構造物の施工や低温環境下での施工など巾広く対応できるので実用的価値が高い。