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JP7709334B2 - Rapid hardening admixture and rapid hardening cement composition - Google Patents
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JP7709334B2 - Rapid hardening admixture and rapid hardening cement composition - Google Patents

Rapid hardening admixture and rapid hardening cement composition

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JP7709334B2 JP2021134144A JP2021134144A JP7709334B2 JP 7709334 B2 JP7709334 B2 JP 7709334B2 JP 2021134144 A JP2021134144 A JP 2021134144A JP 2021134144 A JP2021134144 A JP 2021134144A JP 7709334 B2 JP7709334 B2 JP 7709334B2
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Description

本発明は、土木分野、建築分野等で用いられる急硬性混和材及び急硬性セメント組成物に関する。 The present invention relates to a rapid-hardening admixture and a rapid-hardening cement composition for use in the fields of civil engineering, construction, etc.

近年コンクリート構造物が供される環境は多様化しており、構造物のライフサイクルコストの観点から種々の環境に対応可能な高耐久なコンクリートが求められてきている。 In recent years, the environments in which concrete structures are used have become more diverse, and from the perspective of the life cycle cost of structures, there is a demand for highly durable concrete that can withstand a variety of environments.

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。中性化は水酸化カルシウムが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劣化現象である。 Carbonation is one of the main causes of the deterioration of concrete's durability. Carbonation is a deterioration phenomenon caused by calcium hydroxide reacting with carbon dioxide in the air and becoming carbonated.

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り、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、コンクリート構造物の耐久性を損なう原因の1つとなる点である。 The problem with neutralizing concrete is rusting of the reinforcing bars used as reinforcing materials in reinforced concrete structures. The expansion pressure caused by rusting can damage the adhesion between the reinforcing bars and the concrete, causing cracks in the concrete and being one of the causes of the loss of durability of concrete structures.

また、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ことが予想される。 In addition, concrete structures constructed during Japan's period of rapid economic growth are now in need of repair due to deterioration such as carbonation, and the number of areas requiring repairs is expected to continue to increase in the future.

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、劣化部分をはつりとって、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ず、補修個所に使用するコンクリートは、早期劣化が起こらぬよう高耐久なものが望まれる。 When deteriorated concrete has progressed to the point of cracking due to neutralization, repair methods include chipping off the deteriorated areas, removing the rust from the reinforcing bars, and then pouring the concrete again. It is desirable to use highly durable concrete in the repair areas to prevent premature deterioration.

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(例えば、特許文献1参照)。 For such repairs, a method has been proposed in which a cement composition consisting of cement and a polymer is used to improve adhesion and crack resistance to the repair surface and slow the progression of carbonation (see, for example, Patent Document 1).

しかし、近年では鉄筋コンクリート構造物の鉄筋腐食に関しては雨掛かり等の水分の浸透が鉄筋腐食に大きく影響を与えることが明らかになってきており、中性化抑制効果のみならず、中性化したコンクリートにおける水分浸透抵抗性が重要となってきている。 However, in recent years, it has become clear that the penetration of moisture from rain, etc., has a significant impact on the corrosion of rebars in reinforced concrete structures, and therefore not only the carbonation inhibition effect but also the resistance of carbonized concrete to moisture penetration has become important.

また、幹線道路等の補修では、交通渋滞を緩和するために、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、さらには中性化後の水分浸透抵抗性を兼ね備えた混和材の開発が望まれていた。 In addition, when repairing major roads, etc., there is a strong desire to complete construction as soon as possible to alleviate traffic congestion, and materials with rapid hardening properties are required. For these reasons, there has been a demand for the development of an admixture that combines rapid hardening, carbonation inhibition effects, and resistance to water penetration after carbonation.

特開平5-24899号公報Japanese Patent Application Publication No. 5-24899

本発明は上記のような状況下、急硬性と中性化抑制効果、さらには中性化後の水分浸透抵抗性を兼ね備えた急硬性混和材及び該混和材を用いた急硬性セメント組成物を提供することを課題とする。 Under the circumstances described above, the objective of the present invention is to provide a rapid-hardening admixture that combines rapid hardening, carbonation inhibition effects, and resistance to water penetration after carbonation, and a rapid-hardening cement composition that uses the admixture.

上記問題解決のために鋭意研究を重ねた結果、所定の割合でLiを含有する非水硬性化合物と急硬成分を併用させることによって、短時間での強度発現性と該非水硬性組成物の炭酸化に伴う緻密化によって、中性化抑制効果、さらには中性化後の水分浸透抵抗性をも発揮させる技術を開発するに至った。本発明の要旨は、以下のとおりである。
[1]γ-2CaO・SiO、3CaO・2SiO、α-CaO・SiO、及びカルシウムマグネシウムシリケートからなる群から選ばれる1種又は2種以上の非水硬性化合物を含むセメント混和材であって、前記非水硬性化合物中にLiを含有し、該Liの含有率が酸化物換算で0.001~1.0質量%であるセメント混和材とアルカリ金属塩及び/又はアルカリ土類金属塩とを含有してなる急硬性混和材。
[2]前記セメント混和材100質量部中の化学組成として、LiOを0.001~1.0質量部、CaOを45~70質量部、SiOを29~54質量部、Alを0~10質量部含む上記[1]に記載の急硬性混和材。
[3]前記アルカリ金属塩及びアルカリ土類金属塩が、それぞれ亜硝酸塩及び/又は硝酸塩である上記[1]又は[2]に記載の急硬性混和材。
[4]さらに、硬化調整剤を含有し、該硬化調整剤が無機炭酸塩、有機酸および該有機酸の塩からなる群から選ばれる1種または2種以上である上記[1]~[3]のいずれかに記載の急硬性混和材。
[5]セメントと、上記[1]~[4]のいずれかに記載の急硬性混和材とを含有してなる急硬性セメント組成物。
As a result of intensive research to solve the above problems, we have developed a technology that combines a non-hydraulic compound containing Li in a specific ratio with a rapid hardening component, which exhibits strength development in a short period of time, carbonation inhibition effect due to densification of the non-hydraulic composition as it is carbonized, and furthermore, resistance to moisture penetration after carbonation. The gist of the present invention is as follows.
[1] A cement admixture containing one or more non-hydraulic compounds selected from the group consisting of γ-2CaO.SiO 2 , 3CaO.2SiO 2 , α-CaO.SiO 2 , and calcium magnesium silicate, wherein the non-hydraulic compound contains Li, and the Li content is 0.001 to 1.0 mass % in terms of oxide. A rapid hardening admixture containing an alkali metal salt and/or an alkaline earth metal salt.
[2] The rapid hardening admixture according to [1] above, which contains, as a chemical composition in 100 parts by mass of the cement admixture, 0.001 to 1.0 parts by mass of Li 2 O, 45 to 70 parts by mass of CaO, 29 to 54 parts by mass of SiO 2 , and 0 to 10 parts by mass of Al 2 O 3 .
[3] The rapid-hardening admixture according to [1] or [2] above, wherein the alkali metal salt and the alkaline earth metal salt are nitrites and/or nitrates, respectively.
[4] The rapid hardening admixture according to any one of [1] to [3] above, further comprising a hardening regulator, the hardening regulator being one or more selected from the group consisting of inorganic carbonates, organic acids and salts of the organic acids.
[5] A rapid-hardening cement composition comprising cement and the rapid-hardening admixture according to any one of [1] to [4] above.

本発明の急硬性混和材、及び急硬性セメント組成物を使用することにより、急硬性と中性化抑制効果、さらには中性化後の水分浸透抵抗性を兼ね備えた混和材及び該混和材を用いたセメント組成物を提供することができる。 By using the rapid-hardening admixture and rapid-hardening cement composition of the present invention, it is possible to provide an admixture and a cement composition using the admixture that combine rapid hardening, carbonation inhibition effects, and water penetration resistance after carbonation.

以下、本発明の詳細を記載する。
なお、本明細書における部や%は特に規定しない限り質量基準である。
The present invention will now be described in detail.
In this specification, parts and percentages are by weight unless otherwise specified.

[急硬性混和材]
本発明の急硬性混和材は、セメント混和材とアルカリ金属塩及び/又はアルカリ土類金属塩とを含有してなる。
[Rapid hardening admixture]
The rapid hardening admixture of the present invention comprises a cement admixture and an alkali metal salt and/or an alkaline earth metal salt.

<セメント混和材>
本実施形態に係るセメント混和材は、γ-2CaO・SiO、3CaO・2SiO、α-CaO・SiO、及びカルシウムマグネシウムシリケートからなる群から選ばれる1種又は2種以上の非水硬性化合物を含む。
また、本実施形態に係るセメント混和材は、さらに非水硬性化合物中にLiを含有し、その含有率が酸化物換算で0.001~1.0%であることを特徴とする。この所定量のLiにより、C-S-H(ケイ酸カルシウム水和物)の炭酸化のうち、炭酸カルシウムの1種であるバテライトの生成が促進されると推定され、炭酸(塩)化養生によってより緻密な硬化状態が得られやすくなると考えられる。
Liの含有率としては、上記効果を奏しやすいとの観点から、酸化物換算で0.001~1.0%であり、0.005~1.0%であることが好ましく、0.010~0.90%であることがより好ましく、0.015~0.80%であることがさらに好ましい。Liの含有率が酸化物換算で0.001%未満であると炭酸化促進効果が得られない。一方、1.0%を超えるとコストが高くなってしまう。なお、酸化物換算のLiの含有率は、実施例に記載の方法にて測定することができる。
ここで、「非水硬性化合物中にLiを含有」しているとは、非水硬性化合物中に化学組成としてLiOを含む(ICP発光分光分析で存在を確認できる)が、X線回折測定ではLiOが同定されない(LiOの明確なピークが見られない)状態をいい、単に、非水硬性化合物とLi化合物とが物理的に混合された状態ではないことをいう。このような状態は、それぞれの原料を混合して1,000℃以上の高温での熱処理をすることで得られる。以下、各成分等について説明する。
<Cement admixture>
The cement admixture according to this embodiment contains one or more non-hydraulic compounds selected from the group consisting of γ-2CaO.SiO 2 , 3CaO.2SiO 2 , α-CaO.SiO 2 , and calcium magnesium silicate.
The cement admixture according to this embodiment is characterized in that the non-hydraulic compound further contains Li, and the content of Li is 0.001 to 1.0% in terms of oxide. It is presumed that this predetermined amount of Li promotes the production of vaterite, a type of calcium carbonate, during the carbonation of C-S-H (calcium silicate hydrate), and it is believed that a denser hardened state can be easily obtained by carbonation (salt) curing.
From the viewpoint of easily achieving the above-mentioned effect, the Li content is 0.001 to 1.0% in terms of oxide, preferably 0.005 to 1.0%, more preferably 0.010 to 0.90%, and even more preferably 0.015 to 0.80%. If the Li content is less than 0.001% in terms of oxide, the carbonation promotion effect cannot be obtained. On the other hand, if it exceeds 1.0%, the cost becomes high. The Li content in terms of oxide can be measured by the method described in the examples.
Here, "Li is contained in the nonhydraulic compound" means that the nonhydraulic compound contains Li2O as a chemical composition (its presence can be confirmed by ICP atomic emission spectroscopy), but Li2O is not identified by X-ray diffraction measurement (no clear peak for Li2O is observed), and it means that the nonhydraulic compound and the Li compound are not simply physically mixed together. This state can be obtained by mixing the respective raw materials and subjecting them to a heat treatment at a high temperature of 1,000°C or higher. Each component will be explained below.

(γ-2CaO・SiO
γ-2CaO・SiOとは、2CaO・SiOで表される化合物のうちで、低温相として知られるものであり、高温相であるα-2CaO・SiOやα’-2CaO・SiO、β-2CaO・SiOとは全く異なるものである。これらはいずれも、2CaO・SiOで表されるが、結晶構造や密度は異なっている。
(γ-2CaO・SiO 2 )
γ- 2CaO.SiO2 is known as a low-temperature phase among the compounds expressed as 2CaO.SiO2 , and is completely different from the high-temperature phases α-2CaO.SiO2, α'- 2CaO.SiO2 , and β - 2CaO.SiO2 . Although all of these are expressed as 2CaO.SiO2 , their crystal structures and densities are different.

(3CaO・2SiO
3CaO・2SiOとは、偽ケイ灰石にCaOを含有する鉱物でランキナイトと呼ばれる。水和活性は無く化学的に安定な鉱物であるが、炭酸(塩)化促進効果が大きい。
(3CaO・2SiO 2 )
3CaO.2SiO2 is a mineral called rankinite, which is a pseudowollastonite containing CaO. It is a chemically stable mineral with no hydration activity, but has a large effect of promoting carbonation (salt).

(α-CaO・SiO
α-CaO・SiO(α型ワラストナイト)とは、CaO・SiOで表される化合物のうちで、高温相として知られるものであり、低温相であるβ-CaO・SiOとは全く異なるものである。これらはいずれも、CaO・SiOで表されるが、結晶構造や密度は異なっている。
(α-CaO・SiO 2 )
α-CaO.SiO 2 (α-type wollastonite) is known as a high-temperature phase among the compounds expressed as CaO.SiO 2 , and is completely different from the low-temperature phase β-CaO.SiO 2. Although both are expressed as CaO.SiO 2 , they have different crystal structures and densities.

天然に産出するワラストナイトは低温相のβ-CaO・SiOである。β-CaO・SiOは針状結晶を有し、ワラストナイト繊維等のような無機繊維質物質として利用されてはいるが、本実施形態に係るα-CaO・SiOのような炭酸(塩)化促進効果はない。 Naturally occurring wollastonite is a low-temperature phase of β- CaO.SiO2 . β- CaO.SiO2 has needle-shaped crystals and is used as an inorganic fibrous material such as wollastonite fiber, but it does not have the carbonation (salt) promoting effect of α- CaO.SiO2 according to this embodiment.

(カルシムマグネシウムシリケート)
カルシムマグネシウムシリケートとは、CaO-MgO-SiO系化合物を総称するものであるが、本実施形態では、3CaO・MgO・2SiO(CMS)で表されるメルヴィナイト(Merwinite)であることが好ましく、メルヴィナイトによれば大きい炭酸(塩)化促進効果が達成される。
(Calcium Magnesium Silicate)
Calcium magnesium silicate is a general term for CaO-MgO- SiO2 compounds, but in this embodiment, merwinite represented by 3CaO.MgO.2SiO2 ( C3MS2 ) is preferred, as merwinite achieves a large carbonation ( salt ) promotion effect.

上記のような非水硬性化合物は1種でも2種以上でもよく、当該非水硬性化合物中のLiの含有率は前述の通りであるが、非水硬性化合物が2種以上である場合、Liの含有率は、2種以上の非水硬性化合物の合計に対する該Liの酸化物換算での含有率をいう。 The above non-hydraulic compounds may be one type or two or more types, and the Li content in the non-hydraulic compounds is as described above. However, when there are two or more types of non-hydraulic compounds, the Li content refers to the Li oxide content relative to the total of the two or more types of non-hydraulic compounds.

上記の非水硬性化合物の中でも、特にγ-2CaO・SiOは、製造時にダスティングと呼ばれる粉化現象をともなうため他化合物に比べて粉砕に要するエネルギーが少ないこと、長期にわたって炭酸(塩)化促進効果が大きいこと、一方、低水結合材比で高炉セメントと組み合わせた場合には中性化抑制効果が非常に大きい点で好ましい。 Among the above non-hydraulic compounds, γ- 2CaO.SiO2 is particularly preferred because it requires less energy to grind than other compounds due to the powdering phenomenon called dusting that occurs during production, it has a large effect of promoting carbonation (salt) over a long period of time, and when combined with blast furnace cement at a low water-binder ratio, it has a very large effect of inhibiting carbonation.

本実施形態に係る非水硬性化合物は、CaO原料、SiO原料、MgO原料及びLi原料を所定のモル比で配合して1000℃以上の高温で熱処理することによって得られる。
CaO原料としては、例えば、石灰石などの炭酸カルシウム、消石灰などの水酸化カルシウム、アセチレン副生消石灰などの副生消石灰、廃コンクリート塊から発生する微粉末、などが挙げられる。熱処理時の非エネルギー由来のCO排出量の削減からも、副生消石灰、廃コンクリート塊から発生する微粉末、都市ゴミ焼却灰や下水汚泥焼却灰など、CaOを含む産業副産物から選ばれる1種又は2種以上を利用できる。中でも他の産業副産物に比べて不純物量が少ない副生消石灰の使用がさらに好ましい。
SiO原料としては、例えば、ケイ石や粘土、さらには、シリカフュームやフライアッシュに代表されるような産業副産物として発生する様々なシリカ質ダストなどが挙げられる。
MgO原料としては、例えば、水酸化マグネシウムや塩基性炭酸マグネシウム、ドロマイトなどを挙げることができる。また、Li原料としては、炭酸リチウムなどを挙げることができる。なお、CaO原料、SiO原料、MgO原料にLiが含まれる場合は、Li原料を新たに加える必要はない。
The non-hydraulic compound according to this embodiment is obtained by mixing a CaO raw material, a SiO2 raw material, a MgO raw material, and a Li raw material in a predetermined molar ratio and subjecting the mixture to a heat treatment at a high temperature of 1000°C or higher.
Examples of CaO raw materials include calcium carbonate such as limestone, calcium hydroxide such as slaked lime, by-product slaked lime such as acetylene by-product slaked lime, fine powder generated from waste concrete mass, etc. In order to reduce non-energy-derived CO2 emissions during heat treatment, one or more types selected from industrial by-products containing CaO, such as by-product slaked lime, fine powder generated from waste concrete mass, municipal waste incineration ash, and sewage sludge incineration ash, can be used. Among these, the use of by-product slaked lime, which has a lower amount of impurities than other industrial by-products, is more preferable.
Examples of SiO2 raw materials include silica stone, clay, and various siliceous dusts generated as industrial by-products, such as silica fume and fly ash.
Examples of the MgO raw material include magnesium hydroxide, basic magnesium carbonate, and dolomite. Examples of the Li raw material include lithium carbonate. If the CaO raw material, SiO2 raw material, and MgO raw material contain Li, it is not necessary to add the Li raw material.

副生消石灰としては、カルシウムカーバイド法によるアセチレンガスの製造工程で副生される副生消石灰(アセチレンガス製造方法の違いで、湿式品と乾式品がある)、カルシウムカーバイド電気炉の湿式集塵工程で捕獲されるダスト中に含まれる副生消石灰といったアセチレン副生消石灰等が挙げられる。副生消石灰は、例えば、水酸化カルシウムが65~95%(好ましくは、70~90%)で、その他に、炭酸カルシウムを1~10%、酸化鉄を0.1~6.0%(好ましくは、0.1~3.0%)含む。これらの割合は蛍光X線測定、及び示差熱重量分析(TG-DTA)で求まる質量減量分(Ca(OH):405℃~515℃付近、CaCO:650℃~765℃付近)にて確認することができる。レーザー回折・散乱法で測定する体積平均粒子径は、50~100μm程度である。さらに、JIS K 0068「化学製品の水分測定方法」中、乾燥減量法で測定される水分率は、10%以下であることが好ましい。また、CaS、A1、及びCaC・CaSなどイオウ化合物を含んでもよいが、2%以下であることが好ましい。 Examples of by-product slaked lime include acetylene by-product slaked lime such as by-product slaked lime produced in the acetylene gas production process by the calcium carbide method (wet type and dry type depending on the acetylene gas production method), by-product slaked lime contained in dust captured in the wet dust collection process of a calcium carbide electric furnace, etc. By-product slaked lime contains, for example, 65 to 95% (preferably 70 to 90%) calcium hydroxide, 1 to 10% calcium carbonate, and 0.1 to 6.0% (preferably 0.1 to 3.0%) iron oxide. These proportions can be confirmed by fluorescent X-ray measurement and mass loss determined by differential thermogravimetric analysis (TG-DTA) (Ca(OH) 2 : around 405°C to 515°C, CaCO 3 : around 650°C to 765°C). The volume average particle size measured by the laser diffraction/scattering method is about 50 to 100 μm. Furthermore, the moisture content measured by the loss on drying method in JIS K 0068 "Method for measuring moisture content of chemical products" is preferably 10% or less. In addition, sulfur compounds such as CaS, Al 2 S 3 , and CaC 2 ·CaS may be contained, but it is preferable that the content is 2% or less.

既述の1,000℃以上の高温での熱処理は、特に限定されるものではないが、例えば、ロータリーキルンや電気炉などによって行うことができる。その熱処理温度は、一義的に定められるものではないが、通常、1,000~1,800℃程度の範囲で行われ、1,200~1,600℃程度の範囲で行われることが多い。 The heat treatment at high temperatures of 1,000°C or higher mentioned above is not particularly limited, but can be carried out, for example, in a rotary kiln or electric furnace. The heat treatment temperature is not uniquely determined, but is usually carried out in the range of about 1,000 to 1,800°C, and often in the range of about 1,200 to 1,600°C.

本実施形態は、既述の非水硬性化合物を含む産業副産物を用いることもできる。この際には不純物が共存する。このような産業副産物として、製鋼スラグ等が挙げられる。 In this embodiment, industrial by-products containing the non-hydraulic compounds described above can also be used. In this case, impurities will coexist. Examples of such industrial by-products include steel slag.

CaO原料、SiO原料、MgO原料には不純物を含む場合があるが、本発明の効果を阻害しない範囲内では特に問題とはならない。不純物の具体例としては、例えば、Al、Fe、TiO、MnO、NaO、KO、S、P、F、B、塩素などが挙げられる。また、共存する化合物としては、遊離酸化カルシウム、水酸化カルシウム、カルシウムアルミネート、カルシウムアルミノシリケート、カルシウムフェライトやカルシウムアルミノフェライト、カルシウムフォスフェート、カルシウムボレート、マグネシウムシリケート、リューサイト(KO、NaO)・Al・SiO、スピネルMgO・Al、マグネタイトFe、前述のCaS、A1、及びCaC・CaSなどのイオウ化合物などが挙げられる。 The CaO raw material, SiO2 raw material, and MgO raw material may contain impurities, but these do not pose any particular problem as long as they do not impair the effects of the present invention. Specific examples of impurities include Al2O3 , Fe2O3 , TiO2 , MnO , Na2O , K2O , S, P2O5 , F , B2O3 , and chlorine. Coexisting compounds include free calcium oxide, calcium hydroxide, calcium aluminate, calcium aluminosilicate, calcium ferrite, calcium aluminoferrite, calcium phosphate, calcium borate, magnesium silicate, leucite (K 2 O, Na 2 O).Al 2 O 3.SiO 2 , spinel MgO.Al 2 O 3 , magnetite Fe 3 O 4 , and sulfur compounds such as the above-mentioned CaS, Al 2 S 3 , and CaC 2.CaS .

これらの不純物のうち、非水硬性化合物中のS(硫黄)の含有率は酸化物(SO)換算で1.0%以下であることが好ましく、0.7%以下であることがより好ましく、さらに0.5%以下であることが好ましい。1.0%以下であることで、十分な炭酸(塩)化促進効果が得られ、また、凝結や硬化性状を適切な範囲にすることができる。酸化物(SO)換算でのSの含有率は、蛍光X線測定により測定することができる。なお、非水硬性化合物中のS(硫黄)は、酸化物換算で2%程度であれば存在していてもよい。 Of these impurities, the content of S (sulfur) in the non-hydraulic compound is preferably 1.0% or less, more preferably 0.7% or less, and even more preferably 0.5% or less, calculated as oxide (SO 3 ). By having the content be 1.0% or less, a sufficient carbonation (salt) promotion effect can be obtained, and the setting and hardening properties can be kept within an appropriate range. The content of S in terms of oxide (SO 3 ) can be measured by fluorescent X-ray measurement. Note that S (sulfur) may be present in the non-hydraulic compound at about 2% calculated as oxide.

また、本セメント混和材においてはその効果をより発現しやすくする観点から、化学組成として、セメント混和材100部中、LiOを0.001~1.0部、CaOを45~70部、SiOを29~54部、Alを0~10部含むことが好ましい。LiOの含有率は後述の実施例に記載の方法により測定することができる。また、CaO、SiO、Alは蛍光X線により測定することができる。
化学組成としては、セメント混和材100部中、LiOは0.002~0.5部、CaOは60~70部、SiOは30~45部、Alは0.5~5部含むことがより好ましい。さらに、化学組成として、セメント混和材100部中、LiO、CaO、SiO、及びAlの合計は、90部以上であることが好ましく、95~100部であることがより好ましい。
In addition, in order to make the cement admixture more likely to exhibit its effects, the chemical composition preferably contains 0.001 to 1.0 part of Li 2 O, 45 to 70 parts of CaO, 29 to 54 parts of SiO 2 , and 0 to 10 parts of Al 2 O 3 per 100 parts of the cement admixture. The Li 2 O content can be measured by the method described in the examples below. CaO, SiO 2 , and Al 2 O 3 can be measured by fluorescent X-rays.
As a chemical composition, it is more preferable that, in 100 parts of the cement admixture, Li 2 O is 0.002 to 0.5 parts, CaO is 60 to 70 parts, SiO 2 is 30 to 45 parts, and Al 2 O 3 is 0.5 to 5 parts. Furthermore, as a chemical composition, in 100 parts of the cement admixture, the total of Li 2 O, CaO, SiO 2 , and Al 2 O 3 is preferably 90 parts or more, and more preferably 95 to 100 parts.

本混和材中の非水硬性化合物を定量する方法として、粉末X線回折法によるリートベルト法等が挙げられる。 Methods for quantifying the non-hydraulic compounds in this admixture include the Rietveld method using powder X-ray diffraction.

本セメント混和材のブレーン比表面積は特に限定されるものではないが、1,500cm/g以上が好ましく、また上限は8,000cm/g以下が好ましい。なかでも、2,000~6,000cm/gがより好ましく、4,000~6,000cm/gが最も好ましい。ブレーン比表面積が1,500cm/g以上であることで、良好な材料分離抵抗性が得られ、炭酸(塩)化促進効果が十分になる。また、8,000cm/g以下であることで粉砕する際の粉砕動力が大きくならず経済的であり、また、風化が抑制され品質の経時的な劣化を抑えることができる。 The Blaine specific surface area of the present cement admixture is not particularly limited, but is preferably 1,500 cm 2 /g or more, and the upper limit is preferably 8,000 cm 2 /g or less. Of these, 2,000 to 6,000 cm 2 /g is more preferable, and 4,000 to 6,000 cm 2 /g is most preferable. With a Blaine specific surface area of 1,500 cm 2 /g or more, good material separation resistance is obtained, and the carbonation (salt) promotion effect is sufficient. Furthermore, with a Blaine specific surface area of 8,000 cm 2 /g or less, the grinding power required for grinding is not large, which is economical, and weathering is suppressed, thereby suppressing deterioration of quality over time.

<アルカリ金属塩及び/又はアルカリ土類金属塩>
本発明で使用し得るアルカリ金属塩及びアルカリ土類金属塩としては、特に限定されず、亜硝酸塩、硝酸塩、硫酸塩、炭酸塩、酢酸塩等が挙げられ、これらのうち、亜硝酸塩又は硝酸塩であることが好ましい。
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れば、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。
<Alkali Metal Salt and/or Alkaline Earth Metal Salt>
The alkali metal salts and alkaline earth metal salts that can be used in the present invention are not particularly limited and include nitrites, nitrates, sulfates, carbonates, acetates, etc., of which nitrites and nitrates are preferred.
The nitrites and/or nitrates (hereinafter referred to as "nitrates") used in the present invention are not particularly limited so long as they impart rapid hardening properties when mixed with cement. Specific examples include alkali metal salts or alkaline earth metal salts of nitrites and nitrates, and of these, the use of lithium salts, sodium salts, potassium salts, and calcium salts is economically preferred.
In the present invention, one or more of these can be used, but lithium salts and calcium salts are more preferred since they do not promote the alkali-aggregate reaction. In particular, when lithium nitrite is used, the rapid hardening property is most remarkable and therefore it is most preferred.

アルカリ金属塩及び/又はアルカリ土類金属塩の使用量は、特に限定されないが、急硬性混和材100部中、5~70部が好ましく、20~50部がより好ましい。5部以上であると十分な急硬性が得られ、70部以下であるとコンクリートの流動性が損なわれず、施工の点で有利となる。 The amount of alkali metal salt and/or alkaline earth metal salt used is not particularly limited, but is preferably 5 to 70 parts, more preferably 20 to 50 parts, per 100 parts of the rapid-hardening admixture. If it is 5 parts or more, sufficient rapid hardening is obtained, and if it is 70 parts or less, the fluidity of the concrete is not impaired, which is advantageous in terms of construction.

<硬化調整剤>
本発明の急硬性混和材は硬化調整剤を含んでいてもよい。
硬化調整剤としては、特に限定されないが、無機炭酸塩、有機酸および該有機酸の塩からなる群から選ばれる1種または2種以上であることが好ましい。
例えば、無機炭酸塩としては、アルカリ金属の炭酸塩や重炭酸塩等が挙げられ、有機酸としては、クエン酸、酒石酸、グルコン酸、リンゴ酸等のオキシカルボン酸やこれらのアルカリ金属塩、アルカリ土類金属塩、アルミニウム塩、アンモニウム塩等が挙げられる。
<Cure regulator>
The rapid hardening admixture of the present invention may contain a hardening regulator.
The hardening regulator is not particularly limited, but is preferably one or more selected from the group consisting of inorganic carbonates, organic acids and salts of the organic acids.
For example, inorganic carbonates include alkali metal carbonates and bicarbonates, and organic acids include oxycarboxylic acids such as citric acid, tartaric acid, gluconic acid, and malic acid, as well as alkali metal salts, alkaline earth metal salts, aluminum salts, and ammonium salts thereof.

硬化調整剤の配合量は特に限定されるものではないが、通常、急硬性混和材100部に対して5部以内で用いることが好ましく、2部以内で用いることがより好ましく、0.1部~1部の範囲で用いられることが特に好ましい。。硬化調整剤が不足すると可使時間が短くなることがあり、硬化調整剤を過剰に配合すると強度発現性が十分でない場合がある。 The amount of hardening regulator to be used is not particularly limited, but it is usually preferable to use 5 parts or less per 100 parts of the rapid-hardening admixture, more preferably 2 parts or less, and particularly preferably 0.1 to 1 part. . If the hardening regulator is insufficient, the pot life may be shortened, and if too much is added, the strength expression may be insufficient.

<遅延剤>
本発明の急硬性混和材は遅延剤を含んでいてもよい。
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、凝結調整剤ということもできる。遅延剤としては、有機物と無機物のいずれも使用可能である。
<Retarder>
The rapid hardening admixture of the present invention may contain a retarder.
The retarder used in the present invention is not particularly limited, but it is used to adjust the setting of cement and not to impair the fluidity of concrete during construction, and can also be called a setting regulator. Both organic and inorganic retarders can be used.

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。
カルボン酸としては、飽和又は不飽和のカルボン酸であり、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。
Specific examples of the organic substance that can be used include organic acids such as carboxylic acids, oxymonocarboxylic acids, oxypolycarboxylic acids, and polycarboxylic acids, or salts thereof.
The carboxylic acid may be a saturated or unsaturated carboxylic acid, such as oxalic acid, malonic acid, succinic acid, glutaric acid, adipic acid, maleic acid, fumaric acid, and heptanoic acid, and the oxymonocarboxylic acid may be heptonic acid, gluconic acid, and glycolic acid.

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、アクリル酸や無水マレイン酸などの共縮合物が挙げられる。 Examples of oxypolycarboxylic acids include malic acid, tartaric acid, and citric acid, and examples of polycarboxylic acids include co-condensates of acrylic acid and maleic anhydride.

さらには、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塩、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。 Furthermore, salts of the above organic acids can also be used, such as alkali metal salts of lithium, sodium, potassium, etc., alkaline earth metal salts of magnesium, calcium, etc., and salts of zinc, copper, aluminum, ammonium, etc.

無機物の具体例としては、リン酸、フッ化水素酸、ホウ酸などの無機酸、リン酸塩、酸化亜鉛、酸化鉛、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。 Specific examples of inorganic substances that can be used include inorganic acids such as phosphoric acid, hydrofluoric acid, and boric acid, phosphates, zinc oxide, lead oxide, silicofluorides such as magnesium silicofluoride and sodium silicofluoride, and fluorine-containing minerals such as cryolite and calcium fluoroaluminate.

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。 In the present invention, one or more of these can be used, but it is particularly preferable to use citric acid or its salts, gluconic acid or its salts, and tartaric acid or its salts, etc.

遅延剤の使用量は、特に限定されないが、急硬性混和材100部中、0.1~10部が好ましく、0.3~5部がより好ましい。 The amount of retarder used is not particularly limited, but is preferably 0.1 to 10 parts, more preferably 0.3 to 5 parts, per 100 parts of the rapid hardening admixture.

[急硬性セメント組成物]
本発明における急硬性セメント組成物は、セメントと上述の急硬性混和材とを含有してなる。
本発明の急硬性セメント組成物中の急硬性混和材の使用量は、特に限定されるものではないが、通常、セメントと急硬性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部以上であると本発明の効果が十分に得られ、20部以下であると、長期強度発現性が損なわれない。
[Rapid hardening cement composition]
The rapid-hardening cement composition of the present invention comprises cement and the above-mentioned rapid-hardening admixture.
The amount of the rapid-hardening admixture used in the rapid-hardening cement composition of the present invention is not particularly limited, but is usually preferably 3 to 20 parts, more preferably 7 to 15 parts, per 100 parts of the cement composition consisting of cement and the rapid-hardening admixture. When it is 3 parts or more, the effect of the present invention can be sufficiently obtained, and when it is 20 parts or less, the long-term strength development is not impaired.

<セメント>
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。
<Cement>
The cement used in the present invention is not particularly limited, but it is preferable to use a cement containing Portland cement, and examples thereof include various Portland cements such as ordinary, early strength, extra early strength, low heat, and medium heat Portland cements, various mixed cements in which granulated blast furnace slag, fly ash, or silica is mixed with any of these Portland cements, and limestone filler cements in which limestone powder or the like is mixed with Portland cement.

また、本発明では、セメント及び本発明の急硬性混和材からなる急硬性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。 In addition, in the present invention, it is also possible to mix fine aggregate with the rapid-hardening cement composition consisting of cement and the rapid-hardening admixture of the present invention. The type of fine aggregate is not particularly limited, but examples that can be used include lime sand, silica sand, river sand, sea sand, mountain sand, crushed sand, etc., and the maximum particle size is preferably 5 mm or less, more preferably 2.5 mm or less.

本発明では、本発明の急硬性混和材及び急硬性セメント組成物に、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、ベントナイトや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。 In the present invention, in addition to aggregates such as sand and gravel, one or more of the following may be used in the rapid hardening admixture and rapid hardening cement composition of the present invention, including water reducing agents, air-entraining water reducing agents, high-performance water reducing agents, high-performance air-entraining water reducing agents, defoamers, thickeners, rust inhibitors, antifreeze agents, expansion agents, shrinkage reducing agents, polymer emulsions, clay minerals such as bentonite and zeolite, and ion exchangers such as hydrotalcite, within a range that does not substantially impair the object of the present invention.

本発明における水の使用量は、急硬性セメント組成物100部に対して水を20~60部とすることが好ましい。水が20部以上であると、十分な流動性が得られ、60部以下であると、十分な強度が担保される。 In the present invention, the amount of water used is preferably 20 to 60 parts per 100 parts of the rapid hardening cement composition. If the amount of water is 20 parts or more, sufficient fluidity is obtained, and if the amount is 60 parts or less, sufficient strength is ensured.

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。 In the present invention, the method of mixing each material is not particularly limited, and each material may be mixed at the time of construction, or some or all of the materials may be mixed in advance. Any existing device can be used as a mixer, such as a tilting mixer, omni mixer, Henschel mixer, V-type mixer, and Nauta mixer.

実験例1
(1)セメント混和材の作製
下記のようにしてセメント混和材1~15を作製した。
Experimental Example 1
(1) Preparation of Cement Admixtures Cement admixtures 1 to 15 were prepared as follows.

(1-1)セメント混和材1~3(Li含有γ-2CaO・SiO
試薬1級の炭酸カルシウムと試薬1級の二酸化ケイ素とをモル比2:1で混合し、さらに混合物に対してLiの含有率が酸化物(LiO)換算で、表1の記載(内割置換)となるように試薬1級の炭酸リチウムを混合し、1,400℃で2時間熱処理し、室温まで放置して、ブレーン比表面積が4,000cm/gのセメント混和材1~3を作製した。
(1-1) Cement admixtures 1 to 3 (Li-containing γ-2CaO/SiO 2 )
First-grade reagent calcium carbonate and first-grade reagent silicon dioxide were mixed in a molar ratio of 2:1, and then first-grade reagent lithium carbonate was mixed in so that the Li content of the mixture, calculated as oxide (Li 2 O), was as shown in Table 1 (internal substitution).The mixture was then heat-treated at 1,400°C for 2 hours and allowed to cool to room temperature to produce cement admixtures 1 to 3 with Blaine specific surface areas of 4,000 cm 2 /g.

(1-2)セメント混和材4~6(Li含有3CaO・2SiO
試薬1級の炭酸カルシウムと試薬1級の二酸化ケイ素とをモル比3:2で混合し、さらに混合物に対してLiの含有率が酸化物(LiO)換算で表1の記載(内割置換)となるように試薬1級の炭酸リチウムを混合し、1,400℃で2時間熱処理し、室温まで放置して、ブレーン比表面積が4,000cm/gのセメント混和材4~6を作製した。
(1-2) Cement admixture 4-6 (Li-containing 3CaO.2SiO 2 )
First-grade reagent calcium carbonate and first-grade reagent silicon dioxide were mixed in a molar ratio of 3:2, and then first-grade reagent lithium carbonate was mixed in so that the Li content of the mixture, converted into oxide (Li 2 O), was as shown in Table 1 (internal substitution).The mixture was then heat-treated at 1,400°C for 2 hours and allowed to cool to room temperature to produce cement admixtures 4 to 6 with Blaine specific surface areas of 4,000 cm 2 /g.

(1-3)セメント混和材7~9(Li含有α-CaO・SiO
試薬1級の炭酸カルシウムと試薬1級の二酸化ケイ素とを1:1のモル比で混合し、さらに混合物に対してLiの含有率が酸化物(LiO)換算で表1の記載(内割置換)となるように試薬1級の炭酸リチウムを混合し、1,500℃で2時間熱処理し、室温まで放置して、ブレーン比表面積が4,000cm/gのセメント混和材7~9を作製した。
(1-3) Cement admixtures 7 to 9 (Li-containing α-CaO/SiO 2 )
First-grade reagent calcium carbonate and first-grade reagent silicon dioxide were mixed in a 1:1 molar ratio, and then first-grade reagent lithium carbonate was mixed in so that the Li content of the mixture, converted into oxide (Li 2 O), was as shown in Table 1 (internal substitution).The mixture was then heat-treated at 1,500°C for 2 hours and allowed to cool to room temperature to produce cement admixtures 7 to 9 with Blaine specific surface areas of 4,000 cm 2 /g.

(1-4)セメント混和材10~12(Li含有3CaO・MgO・2SiO
試薬1級の炭酸カルシウムと試薬1級の酸化マグネシウムと試薬1級の二酸化ケイ素とを3:1:2のモル比で混合し、さらに混合物に対してLiの含有率が酸化物(LiO)換算で表1の記載(内割置換)となるように試薬1級の炭酸リチウムを混合し、1,400℃で2時間熱処理し、室温まで放置して、ブレーン比表面積が4,000cm/gのセメント混和材10~12を作製した。
(1-4) Cement admixture 10 to 12 (Li-containing 3CaO·MgO·2SiO 2 )
First-grade reagent calcium carbonate, first-grade reagent magnesium oxide, and first-grade reagent silicon dioxide were mixed in a molar ratio of 3:1:2, and then first-grade reagent lithium carbonate was mixed in so that the Li content of the mixture, converted into oxide (Li 2 O), was as shown in Table 1 (internal substitution).The mixture was then heat-treated at 1,400°C for 2 hours and allowed to cool to room temperature to produce cement admixtures 10 to 12 with Blaine specific surface areas of 4,000 cm 2 /g.

(1-5)セメント混和材13(β-2CaO・SiO
試薬1級の炭酸カルシウムと試薬1級の二酸化ケイ素とをモル比2:1で混合し、1,400℃で2時間熱処理し、室温まで放置して、粉砕してXRDでγ-2CaO・SiOのピークが確認されなくなるまで同様の熱処理を繰り返した。β-2CaO・SiOのみのピークが確認された後、ブレーン比表面積が4,000cm/gのセメント混和材13を作製した。
(1-5) Cement admixture 13 (β-2CaO.SiO 2 )
First-grade reagent calcium carbonate and first-grade reagent silicon dioxide were mixed in a molar ratio of 2:1, heat-treated at 1,400°C for 2 hours, allowed to cool to room temperature, pulverized, and the same heat treatment was repeated until the peak of γ-2CaO·SiO2 was no longer observed by XRD. After the peak of only β-2CaO· SiO2 was observed, a cement admixture 13 with a Blaine specific surface area of 4,000 cm2 /g was produced.

(1-6)セメント混和材14(γ-2CaO・SiO
試薬1級の炭酸カルシウムと試薬1級の二酸化ケイ素とをモル比2:1で混合し、1,400℃で2時間熱処理し、室温まで放置して、ブレーン比表面積が4,000cm/gのγ-2CaO・SiOを作製した。
(1-6) Cement admixture 14 (γ-2CaO.SiO 2 )
Reagent grade calcium carbonate and reagent grade silicon dioxide were mixed in a molar ratio of 2:1, heat-treated at 1,400°C for 2 hours, and allowed to cool to room temperature to produce γ-2CaO·SiO2 with a Blaine specific surface area of 4,000 cm2 /g.

(1-7)セメント混和材15(LiO+γ-2CaO・SiO
試薬1級の炭酸カルシウムと試薬1級の二酸化ケイ素とをモル比2:1で混合し、1,400℃で2時間熱処理し、室温まで放置して、ブレーン比表面積が4,000cm/gのγ-2CaO・SiOを作製した。
また、試薬1級の炭酸リチウムを1,400℃で2時間熱処理し、室温まで放置してLiO粉末を作製した。
LiOが0.1%(内割置換)となるようにLiO粉末(試薬1級の炭酸リチウムを1,400℃で2時間熱処理したもの)を、上記γ-2CaO・SiOに対して内割混合して、セメント混和材を作製した。
(1-7) Cement admixture 15 (Li 2 O + γ-2CaO.SiO 2 )
Reagent grade calcium carbonate and reagent grade silicon dioxide were mixed in a molar ratio of 2:1, heat-treated at 1,400°C for 2 hours, and allowed to cool to room temperature to produce γ-2CaO·SiO2 with a Blaine specific surface area of 4,000 cm2 /g.
Also, first-grade reagent lithium carbonate was heat-treated at 1,400° C. for 2 hours and allowed to stand until it cooled to room temperature to prepare Li 2 O powder.
Li 2 O powder (first-grade lithium carbonate heat-treated at 1,400° C. for 2 hours) was mixed with the above γ-2CaO.SiO 2 so that the Li 2 O content was 0.1% (internal substitution) to prepare a cement admixture.

なお、各セメント混和材における酸化物換算のLi含有率は、ICP発光分光分析装置(日立ハイテクサイエンス社製、VISTA-PRO)によって測定した。そして、SPEX社XSTC-22 ICP用混合液を希釈して用いた絶対検量線法から、仕込み量と同量のLi含有率であることを確認している。なお、測定条件は下記のとおりである。
・Li測定波長:670.783nm
・BG補正:フィッティングカーブ法
・検量線用標準溶液:SPEX社XSTC-22 ICP用混合液を希釈して使用検量線範囲:0-5mg/L(0mg/L,0.1mg/L,0.5mg/L,1mg/L,5mg/Lの5点検量線)
・絶対検量線法で定量
The oxide-equivalent Li content of each cement admixture was measured by an ICP optical emission spectrometer (VISTA-PRO, manufactured by Hitachi High-Tech Science Corporation). It was confirmed that the Li content was the same as the amount of the feed amount by the absolute calibration curve method using a diluted ICP mixture solution of SPEX XSTC-22. The measurement conditions were as follows.
・Li measurement wavelength: 670.783nm
・BG correction: Fitting curve method ・Standard solution for calibration curve: SPEX XSTC-22 ICP mixed solution diluted and used Calibration curve range: 0-5 mg/L (5-point calibration curve of 0 mg/L, 0.1 mg/L, 0.5 mg/L, 1 mg/L, 5 mg/L)
・Quantitative analysis using absolute calibration curve method

(2)混和材の炭酸化反応率評価
各混和材5gを蒸発皿に秤量し、JIS A 1153に準じて7日間、炭酸化養生(室温20℃、相対湿度60%、5%-CO濃度)した。7日間の炭酸化養生後、示差熱重量分析(NETZSCH社製、2020SA型)を用いて、試料重量50±2mg、室温から1,000℃まで昇温速度10℃/分、窒素フロー環境下で熱重量分析(TG)を行った。CaCO生成量(炭酸化反応率)は、TG曲線における650℃~765℃付近の減量分をCaCOの脱炭酸による減量として各試料の炭酸化反応率を次式より算出した。結果を表1に示す。
炭酸化反応率(%)=[ΔmCaCO3/(m-m1,000)]×100.09/44.01×100
(ΔmCaCO3:炭酸カルシウムの脱炭酸量(mg)、m:測定に用いた試料量(mg)、m1,000:1,000℃までの質量減少量(mg))
(2) Carbonation reaction rate evaluation of admixtures 5 g of each admixture was weighed into an evaporating dish and carbonation cured for 7 days in accordance with JIS A 1153 (room temperature 20 ° C, relative humidity 60%, 5% -CO2 concentration). After 7 days of carbonation curing, a differential thermogravimetric analysis (TG) was performed using a differential thermogravimetric analyzer (NETZSCH, 2020SA type) with a sample weight of 50 ± 2 mg, a heating rate of 10 ° C / min from room temperature to 1,000 ° C, and a nitrogen flow environment. The amount of CaCO 3 produced (carbonation reaction rate) was calculated from the following formula, with the weight loss near 650 ° C to 765 ° C in the TG curve being the weight loss due to decarbonation of CaCO 3. The results are shown in Table 1.
Carbonation reaction rate (%) = [ ΔmCaCO3 /( m0 - m1,000 )] x 100.09/44.01 x 100
( ΔmCaCO3 : amount of decarbonated calcium carbonate (mg), m0 : amount of sample used in measurement (mg), m1,000 : amount of mass reduction up to 1,000°C (mg))

(3)XRD測定によるバテライト量の測定
上記7日間の炭酸化養生後の混和材について、粉末X線回折(リガク社製、SmartLab)によってバテライト量を測定した。セメント混和材に酸化アルミニウムや酸化マグネシウム等の内部標準物質を所定量添加し、めのう乳鉢で充分混合したのち、粉末X線回折測定を実施した。測定結果を定量ソフトで解析し、バテライト含有量を求めた。定量ソフトには、リガク社製の「SmartlabStudio II」を用いた。結果を表1に示す。
(3) Measurement of vaterite content by XRD measurement The vaterite content of the admixture after the 7-day carbonation curing was measured by powder X-ray diffraction (Rigaku Corporation, SmartLab). A predetermined amount of an internal standard substance such as aluminum oxide or magnesium oxide was added to the cement admixture, and the mixture was thoroughly mixed in an agate mortar, after which powder X-ray diffraction measurement was performed. The measurement results were analyzed using quantitative software to determine the vaterite content. The quantitative software used was "Smartlab Studio II" manufactured by Rigaku Corporation. The results are shown in Table 1.

実験例2(実験No.2-1~2-31)
表1に示すセメント混和材を70部、亜硝酸リチウム30部を混合して急硬性混和材とした。さらに、表2の配合の該急硬性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2に併記する。
Experimental Example 2 (Experiments No. 2-1 to 2-31)
A rapid hardening admixture was prepared by mixing 70 parts of the cement admixture shown in Table 1 with 30 parts of lithium nitrite. Furthermore, a cement composition was prepared using the rapid hardening admixture in the formulation of Table 2 and the remainder was 100 parts as cement, with a water/cement composition ratio of 50% and a cement composition/sand ratio of 1/3, and the compressive strength and carbonation depth at ages of 1 day and 28 days were measured. The results are shown in Table 2.

<使用材料>
セメント:市販品、普通ポルトランドセメント
硝酸塩類:市販品、亜硝酸リチウム
遅延剤: 市販品、クエン酸
水:水道水
細骨材:ISO679準拠、標準砂
<Materials used>
Cement: Commercially available, ordinary Portland cement Nitrates: Commercially available, lithium nitrite Retarder: Commercially available, citric acid Water: Tap water Fine aggregate: ISO 679 compliant, standard sand

<測定方法>
・圧縮強度:4×4×16cmの供試体を作製し、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。打設温度は20℃とした。
・中性化深さ:4×4×16cmの供試体を作製し、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。
<Measurement method>
Compressive strength: A 4 x 4 x 16 cm test specimen was prepared, and the strength was measured at 1 day and 28 days according to JIS A 1108. The casting temperature was 20°C.
Carbonation depth: 4 x 4 x 16 cm test specimens were prepared and aged in water at 20°C for 28 days, after which accelerated carbonation was carried out in an environment of 30°C, relative humidity of 60%, and carbon dioxide concentration of 10%. After 6 months, the test specimens were cut into slices, and a phenolphthalein solution was applied to the cross sections to measure the carbonation depth from the surface to the colored part, and the carbonation inhibition effect was evaluated.

実験例3(実験No.3-1~3-9)
表3に示す混和材種を70部、亜硝酸リチウム30部を配合し、これに表3に示す種類と量の遅延剤を配合して急硬性混和材を調製した。次いで、該急硬性混和材10部とセメント90部からなる組成物を用いて流動保持率を評価した。結果を表3に示す。なお、その他の評価項目については前記実施例と同様である。
・流動保持率:環境温度20℃でのフロー値の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30分経過後のフロー値から算出した。
流動保持率 =(30分後経過後のフロー値/練直後のフロー値)×100
Experimental Example 3 (Experiment No. 3-1 to 3-9)
A rapid hardening admixture was prepared by mixing 70 parts of the admixture type shown in Table 3 with 30 parts of lithium nitrite, and mixing the retarder of the type and amount shown in Table 3. Next, the fluidity retention rate was evaluated using a composition consisting of 10 parts of the rapid hardening admixture and 90 parts of cement. The results are shown in Table 3. The other evaluation items were the same as those in the previous examples.
Fluidity retention: Evaluated by the change in flow value over time at an environmental temperature of 20° C. Based on the flow test of JIS R 5201, it was calculated from the flow values immediately after kneading and after 30 minutes had elapsed.
Fluidity retention rate = (flow value after 30 minutes/flow value immediately after kneading) x 100

<使用材料>
遅延剤A:市販品、クエン酸
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(質量比)の混合物
<Materials used>
Retarder A: Commercially available product, citric acid retarder B: Commercially available product, gluconic acid retarder C: Commercially available product, sodium gluconate retarder D: Commercially available product, tartaric acid retarder E: A mixture of retarder A and retarder D in a 1:1 ratio (by weight)

実験例4(実験No.4-1~4-10)
上記急硬性混和材を添加したコンクリートにおける中性化有無による物質(水分)移動抵抗性について評価を実施した。なお中性化した試験体は完全に中性化したものを使用している。
Experimental Example 4 (Experiment No. 4-1 to 4-10)
The concrete containing the above rapid hardening admixture was evaluated for its resistance to material (moisture) movement depending on whether it was neutralized or not. Note that the test specimens used were completely neutralized.

表4に示す急硬性混和材を用いて、普通セメントと急硬性混和材からなるセメント組成物100部中、急硬性セメント混和材を表4に示す使用量となるように配合し、JIS R 5201に準じてモルタルΦ100×200mmの円柱試験体を作製した。試験体側面をアルミテープでシールし、上下面を開放した。吸水方法は試験体下面1cmまでを水浴に浸漬させ、浸漬後24時間で割裂し、水分の浸透深さをノギスを用いて計測した。結果を表4に示す。 Using the rapid-hardening admixtures shown in Table 4, 100 parts of cement composition consisting of normal cement and rapid-hardening admixtures were mixed in the amounts shown in Table 4 to prepare cylindrical mortar specimens of Φ100 x 200 mm in accordance with JIS R 5201. The sides of the specimens were sealed with aluminum tape, and the top and bottom were left open. The specimens were immersed in a water bath up to 1 cm below the bottom, and split after 24 hours of immersion. The depth of water penetration was measured using calipers. The results are shown in Table 4.

表1の結果から、本発明の急硬性混和材は炭酸化反応率が高く、バテライトの生成量が高いことがわかる。
また、表2の結果から、これら本発明の急硬性混和材を用いて調製したモルタルは、圧縮強度が高く、中性化深さが小さいことがわかる。すなわち、本発明の急硬性混和材を用いることで、短時間での強度発現性と良好な耐中性化性を示すことがわかる。
これに対し、比較例として提示したセメント混和材13~15では、圧縮強度が小さく、中性化深さが深いことがわかる。
また、表3の結果から、遅延剤を添加することで、流動保持率が良好となることがわかる。
さらに、表4の結果から、本発明の急硬性混和材を用いた急硬性セメント組成物は、水分浸透深さが浅く、優れた水分浸透抵抗性を兼ね備えることがわかる。
From the results in Table 1, it is understood that the rapid hardening admixture of the present invention has a high carbonation reaction rate and a high production amount of vaterite.
In addition, it is understood from the results of Table 2 that the mortar prepared using these rapid hardening admixtures of the present invention has high compressive strength and small carbonation depth. In other words, it is understood that the use of the rapid hardening admixture of the present invention exhibits strength development in a short time and good carbonation resistance.
In contrast, the cement admixtures 13 to 15 presented as comparative examples have low compressive strength and deep carbonation depth.
Furthermore, the results in Table 3 show that the fluidity retention rate is improved by adding a retarder.
Furthermore, it can be seen from the results in Table 4 that the rapid-hardening cement composition using the rapid-hardening admixture of the present invention has a shallow water penetration depth and excellent water penetration resistance.

本発明の急硬性混和材および急硬性セメント組成物によれば、短期強度の発現を達成することができ、かつ優れた中性化抑制効果を示すことができる。さらに、中性化後の水分浸透抵抗性にも優れることから、土木又は建築におけるコンクリート材料、特に補修材として好適である。 The rapid hardening admixture and rapid hardening cement composition of the present invention can achieve short-term strength and exhibit excellent carbonation inhibition effects. Furthermore, they also have excellent resistance to moisture penetration after carbonation, making them suitable as concrete materials in civil engineering or construction, particularly as repair materials.

Claims (5)

γ-2CaO・SiO、3CaO・2SiO、α-CaO・SiO、及びカルシウムマグネシウムシリケートからなる群から選ばれる1種又は2種以上の非水硬性化合物を含むセメント混和材であって、前記非水硬性化合物中にLiを含有し、該Liの含有率が酸化物換算で0.001~1.0質量%であるセメント混和材とアルカリ金属塩及び/又はアルカリ土類金属塩とを含有してなり、非水硬性化合物中に化学組成として含むLiOはICP発光分光分析で存在を確認できるが、X線回折測定ではLiOが同定されない、急硬性混和材。 A cement admixture containing one or more non-hydraulic compounds selected from the group consisting of γ-2CaO.SiO 2 , 3CaO.2SiO 2 , α-CaO.SiO 2 , and calcium magnesium silicate, wherein the non-hydraulic compound contains Li, the Li content being 0.001 to 1.0 mass% in terms of oxide, and an alkali metal salt and/or an alkaline earth metal salt, wherein the presence of Li 2 O contained as a chemical composition in the non-hydraulic compound can be confirmed by ICP emission spectrometry, but Li 2 O cannot be identified by X-ray diffraction measurement. 前記セメント混和材(ただし、非水硬性化合物とLi化合物とが物理的に混合された状態のセメント混和材を除く)100質量部中の化学組成として、LiOを0.001~1.0質量部、CaOを45~70質量部、SiOを29~54質量部、Alを0~10質量部含む請求項1に記載の急硬性混和材。 The rapid hardening admixture according to claim 1, wherein the chemical composition of 100 parts by mass of the cement admixture (excluding cement admixtures in a state in which a non-hydraulic compound and a Li compound are physically mixed) is 0.001 to 1.0 parts by mass of Li 2 O, 45 to 70 parts by mass of CaO, 29 to 54 parts by mass of SiO 2 , and 0 to 10 parts by mass of Al 2 O 3 . 前記アルカリ金属塩及びアルカリ土類金属塩が、それぞれ亜硝酸塩及び/又は硝酸塩である請求項1又は2に記載の急硬性混和材。 The rapid hardening admixture according to claim 1 or 2, wherein the alkali metal salt and the alkaline earth metal salt are nitrites and/or nitrates, respectively. さらに、硬化調整剤を含有し、該硬化調整剤が無機炭酸塩、有機酸および該有機酸の塩からなる群から選ばれる1種または2種以上である請求項1~3のいずれか1項に記載の急硬性混和材。 The rapid hardening admixture according to any one of claims 1 to 3 further contains a hardening regulator, and the hardening regulator is one or more selected from the group consisting of inorganic carbonates, organic acids, and salts of the organic acids. セメントと、請求項1~4のいずれか1項に記載の急硬性混和材とを含有してなる急硬性セメント組成物。 A rapid hardening cement composition comprising cement and the rapid hardening admixture according to any one of claims 1 to 4.
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