JP7782965B2 - hydraulic material - Google Patents
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Description
特許法第３０条第２項適用 令和３年４月３０日 「第７５回セメント技術大会講演要旨」 一般社団法人セメント協会において公開Article 30, Paragraph 2 of the Patent Act applied April 30, 2021 "Abstract of the Lecture at the 75th Cement Technology Conference" published by the Japan Cement Association
本発明は、モルタル及びコンクリートの材料として使用可能な水硬性材料に関するものである。 The present invention relates to a hydraulic material that can be used as a material for mortar and concrete.
モルタル及びコンクリートの材料としては主にポルトランドセメントが使用されている。ポルトランドセメントを製造するためにはセメント焼成工程が必要である。そして、セメント焼成工程からは多量の二酸化炭素が排出される。このため、二酸化炭素排出量削減の観点から、モルタル及びコンクリートの材料としてのポルトランドセメントの使用比率を減らすことが好ましい。 Portland cement is the main material used in mortar and concrete. A cement firing process is required to produce Portland cement, which releases a large amount of carbon dioxide. Therefore, from the perspective of reducing carbon dioxide emissions, it is preferable to reduce the proportion of Portland cement used as a material in mortar and concrete.
そこで、モルタル及びコンクリートの材料として、ポルトランドセメントの使用比率を減らし、下記特許文献１に記載のように高炉スラグ粉末、珪酸ナトリウム及び硫酸アルミニウムを使用することも考えられる。しかし、そのようにすると、高炉スラグ粉末を使用せずにポルトランドセメントを使用してモルタル及びコンクリートを製造する場合に比較して、蒸気養生などの高温養生をせずに製造されるモルタル及びコンクリートの初期強度が低下してしまう。 As a result, it is possible to reduce the proportion of Portland cement used as a material for mortar and concrete, and instead use blast furnace slag powder, sodium silicate, and aluminum sulfate, as described in Patent Document 1 below. However, doing so would result in a decrease in the initial strength of mortar and concrete produced without high-temperature curing such as steam curing, compared to when mortar and concrete are produced using Portland cement without blast furnace slag powder.
そこで、本発明者は、この点に関して種々の研究を進めた結果、高炉スラグ粉末と共に所定の刺激剤を使用することにより、常温である室温２０℃の環境下の養生においても高い初期強度を有するモルタル及びコンクリートを製造できるという知見を得た。本発明は、この知見に基づいてなされたものであり、ポルトランドセメントの使用比率を減らして高炉スラグ粉末を使用しても、高い初期強度を有するモルタル及びコンクリートを製造可能な水硬性材料を提供することを目的とする。 As a result of extensive research into this issue, the inventor discovered that by using a specific stimulant along with blast furnace slag powder, it is possible to produce mortar and concrete with high early strength even when cured at room temperature (20°C). The present invention was made based on this discovery, and aims to provide a hydraulic material that can be used to produce mortar and concrete with high early strength even when using blast furnace slag powder with a reduced proportion of Portland cement.
本発明の第一項目に係る水硬性材料は、ポルトランドセメント、高炉スラグ粉末及び刺激剤を含んでいる。前記水硬性材料における前記高炉スラグ粉末の含有率は、３０％を超えていて６０％以下とされている。前記刺激剤は、亜硝酸カルシウム又は／及び塩化マグネシウムを含んでいる。 The hydraulic material according to the first aspect of the present invention contains Portland cement, blast furnace slag powder, and a stimulant. The content of the blast furnace slag powder in the hydraulic material is greater than 30% and less than 60%. The stimulant contains calcium nitrite and/or magnesium chloride.
本発明の第一項目によれば、温度２０℃の環境下の養生において、刺激剤を含まずにポルトランドセメント及び高炉スラグ粉末からなる水硬性材料に比較して、高い初期強度を有するモルタル及びコンクリートを製造することができる。また、上記第一項目によれば、水硬性材料における高炉スラグ粉末の含有率が３０％を超えているため、その分だけポルトランドセメントの含有率が低くなって水硬性材料の製造工程からの二酸化炭素排出量を少なくすることができる。 According to the first aspect of the present invention, when cured in an environment at a temperature of 20°C, mortar and concrete can be produced that have higher early strength than hydraulic materials made from Portland cement and blast furnace slag powder without containing any stimulants. Furthermore, according to the first aspect, because the blast furnace slag powder content in the hydraulic material exceeds 30%, the Portland cement content is correspondingly lower, thereby reducing carbon dioxide emissions from the hydraulic material manufacturing process.
本発明の第二項目に係る水硬性材料においては、前記水硬性材料に含まれる塩化物のモル数が前記水硬性材料に含まれる酸化アルミニウムのモル数の２倍よりも小さいものとされている。 In the hydraulic material according to the second aspect of the present invention, the number of moles of chloride contained in the hydraulic material is less than twice the number of moles of aluminum oxide contained in the hydraulic material.
本発明の第二項目によれば、水硬性材料と骨材と水との練り混ぜ時において、この水硬性材料に含まれる塩化物イオンの多くを酸化アルミニウムと反応させることができる。このため、この練り混ぜにより製造されるモルタル及びコンクリートに、難溶性の錯塩（例えばフリーデル氏塩、3CaO・Al2O3・CaCl2・10H2O）を生成することができる。これによって、鉄筋の腐食に悪影響を及ぼすモルタルやコンクリートに含まれる可溶性の塩化物イオンの量を少なくすることができる。そうすることでモルタル及びコンクリートに設置される鉄筋の腐食を抑制することができる。 According to the second aspect of the present invention, when mixing a hydraulic material, aggregate, and water, it is possible to cause many of the chloride ions contained in the hydraulic material to react with aluminum oxide. This allows for the formation of a sparingly soluble complex salt (e.g., Friedel's salt, 3CaO · Al2O3 · CaCl2 · 10H2O ) in the mortar and concrete produced by this mixing. This reduces the amount of soluble chloride ions contained in the mortar and concrete, which adversely affect the corrosion of rebar. This in turn inhibits the corrosion of rebar placed in the mortar and concrete.
以上のように、本発明によれば、高炉スラグ粉末を含んでいる水硬性材料を使用して、高い初期強度を有するモルタル及びコンクリートを製造することができる。 As described above, according to the present invention, mortar and concrete with high early strength can be produced using hydraulic materials containing blast furnace slag powder.
本発明の一実施形態に係る水硬性材料について説明する。本実施形態に係る水硬性材料は、この水硬性材料と骨材と水とを練り混ぜてモルタル又はコンクリートを製造するためのものである。この水硬性材料は、ポルトランドセメントと高炉スラグ粉末と刺激剤とを含んでいる。この水硬性材料における高炉スラグ粉末の含有率は３０％を超えていて６０％以下とされている。この水硬性材料における刺激剤の含有率は1.5％以上6.5％以下であることが好ましい。この刺激剤としては、亜硝酸カルシウムもしくは塩化マグネシウム、または、亜硝酸カルシウムと塩化マグネシウムとの混合物を使用する。 This section describes a hydraulic material according to one embodiment of the present invention. The hydraulic material according to this embodiment is intended to be mixed with aggregate and water to produce mortar or concrete. The hydraulic material contains Portland cement, blast furnace slag powder, and a stimulant. The blast furnace slag powder content in this hydraulic material is greater than 30% and less than 60%. The stimulant content in this hydraulic material is preferably between 1.5% and 6.5%. Calcium nitrite or magnesium chloride, or a mixture of calcium nitrite and magnesium chloride, is used as the stimulant.
上記モルタル又はコンクリートに設置される鉄筋の腐食を防止するためには、上記水硬性材料に含まれる塩化物のモル数が上記水硬性材料に含まれる酸化アルミニウムのモル数の２倍よりも小さいことが好ましい。 To prevent corrosion of reinforcing bars placed in the mortar or concrete, it is preferable that the number of moles of chloride contained in the hydraulic material be less than twice the number of moles of aluminum oxide contained in the hydraulic material.
次に、本発明の一実施形態に係る水硬性材料の実施例１～３及びその比較例１～７について説明する。全ての実施例及び比較例においては、水硬性材料450gと細骨材1350gと水225gとをJIS R 5201「セメント物理試験方法」に準じてホバートミキサーにより練り混ぜて混練物を作製した。 Next, we will explain Examples 1-3 and Comparative Examples 1-7 of a hydraulic material according to one embodiment of the present invention. In all Examples and Comparative Examples, 450 g of hydraulic material, 1,350 g of fine aggregate, and 225 g of water were mixed in a Hobart mixer in accordance with JIS R 5201 "Physical Testing Methods for Cement" to produce a mixture.
そして、全ての実施例及び比較例において、上記混練物を内寸法４×４×１６cmの鋼製型枠を用いて成形し、温度２０℃、相対湿度６０％の室内で２４時間静置した。その後、成形した上記混練物を脱型して材齢３日又は材齢７日まで２０℃の室内で封かん養生した。これによりモルタルを得た。そして、このモルタルの圧縮強さをJIS R 5201「セメントの物理試験方法」に準じて測定した。 In all examples and comparative examples, the above mixture was molded using a steel mold with internal dimensions of 4 x 4 x 16 cm and left to stand for 24 hours in a room at a temperature of 20°C and a relative humidity of 60%. The molded mixture was then removed from the mold and sealed and cured in a room at 20°C until it reached an age of 3 days or 7 days. This yielded mortar. The compressive strength of this mortar was then measured in accordance with JIS R 5201, "Physical Testing Methods for Cement."
表１は、全ての実施例及び比較例における上記水硬性材料の組成を示している。表１に示すように、比較例１においては、上記水硬性材料として高炉セメントを単独で使用した。比較例２～７及び実施例１～３においては、上記水硬性材料として上記高炉セメント９５％と刺激剤５％との混合物を使用した。ただし、実施例３においては、上記刺激剤として亜硝酸カルシウム2.5％と塩化マグネシウム2.5％とを混合して使用した。なお、上記高炉セメントとは、ポルトランドセメントと高炉スラグ粉末との混合物である。表１において、高炉スラグ粉末含有率とは、上記水硬性材料における、上記高炉セメントに含まれる上記高炉スラグ粉末の含有率である。全ての実施例及び比較例における上記水硬性材料は、これら水硬性材料における上記高炉スラグ粉末含有率が３０％を超えていて６０％以下であるため、高炉セメントＢ種に相当する。 Table 1 shows the composition of the hydraulic material in all examples and comparative examples. As shown in Table 1, in Comparative Example 1, blast furnace cement alone was used as the hydraulic material. In Comparative Examples 2 to 7 and Examples 1 to 3, a mixture of 95% blast furnace cement and 5% stimulant was used as the hydraulic material. However, in Example 3, a mixture of 2.5% calcium nitrite and 2.5% magnesium chloride was used as the stimulant. The blast furnace cement is a mixture of Portland cement and blast furnace slag powder. In Table 1, the blast furnace slag powder content refers to the content of the blast furnace slag powder contained in the blast furnace cement in the hydraulic material. The hydraulic materials in all examples and comparative examples correspond to blast furnace cement type B because the blast furnace slag powder content in these hydraulic materials is greater than 30% and less than 60%.
また、全ての実施例及び比較例において使用した上記高炉セメントの化学組成を表２に示した。 The chemical composition of the blast furnace cement used in all examples and comparative examples is shown in Table 2.
表３は、全ての実施例及び比較例における上記刺激剤の種類、３日強度及び７日強度の関係を示している。表３において、「３日強度」の項目は、上記モルタルの材齢が３日である時点における上記モルタルの圧縮強さを示している。「７日強度」の項目は、上記モルタルの材齢が７日である時点における上記モルタルの圧縮強さを示している。なお、上述したように比較例１においては上記刺激剤を使用していないため、表３において比較例１の「刺激剤の種類」の項目には「無添加」と表記した。 Table 3 shows the relationship between the type of stimulant, 3-day strength, and 7-day strength for all examples and comparative examples. In Table 3, the "3-day strength" column indicates the compressive strength of the mortar when the mortar is 3 days old. The "7-day strength" column indicates the compressive strength of the mortar when the mortar is 7 days old. As mentioned above, no stimulant was used in Comparative Example 1, and therefore, in Table 3, the "Type of stimulant" column for Comparative Example 1 is marked as "No addition."
表３に示すように、実施例１～３においては、上記刺激剤を使用したことにより、３日強度及び７日強度が比較例１よりも大きくなった。一方、比較例２～７においては、上記刺激剤を使用したことにより、７日強度が比較例１よりも小さくなった。さらに、比較例３～７においては、上記刺激剤を使用したことにより、３日強度までもが比較例１よりも小さくなった。 As shown in Table 3, in Examples 1 to 3, the use of the above stimulants resulted in greater 3-day and 7-day strengths than in Comparative Example 1. On the other hand, in Comparative Examples 2 to 7, the use of the above stimulants resulted in lower 7-day strengths than in Comparative Example 1. Furthermore, in Comparative Examples 3 to 7, the use of the above stimulants resulted in lower 3-day strengths than in Comparative Example 1.
以上により、表３に示す全ての実施例及び比較例から次の結論を導出することができる。ポルトランドセメント、高炉スラグ粉末及び刺激剤を含む水硬性材料において、この水硬性材料における高炉スラグ粉末の含有率が３０％を超えていて６０％以下であり、この刺激剤として亜硝酸カルシウム又は／及び塩化マグネシウムが含まれていると、この水硬性材料に刺激剤が含まれない場合に比較して、高い初期強度を有するモルタルを製造することができる。 From the above, the following conclusion can be drawn from all of the examples and comparative examples shown in Table 3: In a hydraulic material containing Portland cement, blast furnace slag powder, and a stimulant, if the blast furnace slag powder content in this hydraulic material is greater than 30% and less than 60%, and calcium nitrite and/or magnesium chloride are included as stimulants, it is possible to produce mortar with higher early strength than when the hydraulic material does not include a stimulant.
表４は、実施例２における上記水硬性材料に含まれる酸化アルミニウムと塩化物のモル数を示している。表４に示すように、実施例２においては、上記水硬性材料に含まれる塩化物のモル数が上記水硬性材料に含まれる酸化アルミニウムのモル数の２倍よりも小さくなっている。このため、実施例２においては、上記水硬性材料と上記細骨材と上記水との練り混ぜにより、上記水硬性材料に含まれる塩化物の多くが酸化アルミニウムと反応したと考えられる。これにより、実施例２においては、上記モルタルにおける可溶性の塩化物イオン量が少なく、上記モルタルに設置される鉄筋の腐食を抑制することができると考えられる。 Table 4 shows the moles of aluminum oxide and chloride contained in the hydraulic material in Example 2. As shown in Table 4, in Example 2, the moles of chloride contained in the hydraulic material is less than twice the moles of aluminum oxide contained in the hydraulic material. Therefore, in Example 2, it is believed that by mixing the hydraulic material, the fine aggregate, and the water, much of the chloride contained in the hydraulic material reacted with aluminum oxide. As a result, in Example 2, the amount of soluble chloride ions in the mortar is low, which is believed to be able to inhibit corrosion of the reinforcing steel placed in the mortar.
以上のように、上記一実施形態によれば、刺激剤を含まずにポルトランドセメント及び高炉スラグ粉末からなる水硬性材料に比較して、高い初期強度を有するモルタル及びコンクリートを製造することができる。また、上記一実施形態によれば、水硬性材料における高炉スラグ粉末の含有率が３０％を超えているため、その分だけポルトランドセメントの含有率が低くなって水硬性材料の製造工程からの二酸化炭素排出量を少なくすることができる。 As described above, according to the above embodiment, it is possible to produce mortar and concrete with higher early strength than hydraulic materials made from Portland cement and blast furnace slag powder without containing stimulants. Furthermore, according to the above embodiment, the blast furnace slag powder content in the hydraulic material exceeds 30%, which reduces the Portland cement content accordingly, thereby reducing carbon dioxide emissions from the hydraulic material manufacturing process.
また、上記一実施形態において、水硬性材料に含まれる塩化物のモル数が当該水硬性材料に含まれる酸化アルミニウムのモル数の２倍よりも小さいと、この水硬性材料と骨材と水との練り混ぜ時において、この水硬性材料に含まれる塩化物イオンの多くを酸化アルミニウムと反応させ、難溶性の錯塩を生成させることができる。このため、この練り混ぜにより製造されるモルタル及びコンクリートにおける可溶性の塩化物イオンの量を少なくすることができる。そうすることで、これらモルタル及びコンクリートに設置される鉄筋の腐食を抑制することができる。 Furthermore, in the above embodiment, if the number of moles of chloride contained in the hydraulic material is less than twice the number of moles of aluminum oxide contained in the hydraulic material, when the hydraulic material, aggregate, and water are mixed, many of the chloride ions contained in the hydraulic material can react with the aluminum oxide to produce a sparingly soluble complex salt. This reduces the amount of soluble chloride ions in the mortar and concrete produced by this mixing. This makes it possible to inhibit corrosion of the reinforcing bars placed in the mortar and concrete.
さらに、上記一実施形態によれば、２０℃での養生により得たモルタル及びコンクリートに高い初期強度を発現させることができる。このため、モルタル及びコンクリートの初期強度を発現させるためのオートクレーブ養生、蒸気養生又は加熱養生を行う必要がなくなる。つまり、モルタル及びコンクリートを得るための養生に要するエネルギーを節約することもできる。 Furthermore, according to the above embodiment, the mortar and concrete obtained by curing at 20°C can develop high early strength. This eliminates the need for autoclave curing, steam curing, or heat curing to develop the early strength of the mortar and concrete. In other words, it is possible to save the energy required for curing to obtain the mortar and concrete.
Claims (1)
前記水硬性材料における前記高炉スラグ粉末の含有率が３０％を超えていて６０％以下であり、
前記水硬性材料における前記刺激剤の含有率が１．５％以上６．５％以下であり、
前記刺激剤は亜硝酸カルシウムと塩化マグネシウムとの混合物であることを特徴とする水硬性材料。 A hydraulic material comprising Portland cement, blast furnace slag powder and a stimulant,
The content of the blast furnace slag powder in the hydraulic material is more than 30% and not more than 60%;
The content of the stimulant in the hydraulic material is 1.5% or more and 6.5% or less,
A hydraulic material characterized in that the stimulant is a mixture of calcium nitrite and magnesium chloride.
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