JP5615661B2 - Cement admixture and cement composition - Google Patents
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Description
本発明は、主に、土木・建築業界で使用されるセメント混和材及びセメント組成物に関する。 The present invention mainly relates to a cement admixture and a cement composition used in the civil engineering and construction industries.
モルタルやコンクリートの耐久性について、この分野の技術者のみならず、一般の人々からも大きな関心が寄せられるようになっている。モルタルやコンクリートの劣化要因は多様である。その中のひとつ、骨材の品質に由来するアルカリシリカ反応、いわゆるアルカリ骨材反応はコンクリートの癌とも呼ばれ、有効な抑制方法が見いだされていないのが現状である。 With regard to the durability of mortar and concrete, not only engineers in this field but also the general public has come to receive great attention. There are various causes of deterioration of mortar and concrete. One of them, alkali-silica reaction derived from the quality of aggregate, so-called alkali-aggregate reaction, is also called concrete cancer, and no effective suppression method has been found.
アルカリシリカ反応を抑制する方法としては、アルカリ骨材反応抑制剤を添加する方法やコンクリートに含浸する方法、塗布する方法が提案されている(特許文献1〜特許文献5)。 As a method of suppressing the alkali silica reaction, a method of adding an alkali aggregate reaction inhibitor, a method of impregnating concrete, and a method of applying have been proposed (Patent Documents 1 to 5).
しかしながら、従来のアルカリ骨材反応抑制剤は効果が十分でない上に、コンクリートに混和するため、使用量が多く、経済性の観点から実用的ではなかった。 However, conventional alkali-aggregate reaction inhibitors are not practical and are not practical from the viewpoint of economic efficiency because they are mixed with concrete and used in large amounts.
また、コンクリート構造物の劣化要因の1つとして、塩化物イオンの存在によって鉄筋腐食が顕在化する塩害があり、その塩害を抑制するための方法として、コンクリート構造物に塩化物イオン浸透抵抗性を与える手法がある。 In addition, as one of the deterioration factors of concrete structures, there is salt damage in which rebar corrosion becomes obvious due to the presence of chloride ions, and as a method to suppress the salt damage, chloride ion penetration resistance is applied to concrete structures. There is a technique to give.
コンクリート硬化体の内部への塩化物イオン浸透を抑制し、塩化物イオン浸透抵抗性を与える方法としては、水/セメント比を小さくする方法が知られている(非特許文献1参照)。しかしながら、水/セメント比を小さくする方法では、施工性が損なわれるだけでなく、抜本的な対策とはならないという課題があった。
また、セメントコンクリートに早強性を付与し、かつ、鉄筋の腐食を防止するなどの目的で、CaO・2Al2O3とセッコウを主体とし、ブレーン比表面積値が8000cm2/gの微粉を含有するセメント混和材を使用する方法(特許文献6参照)や、CaO/Al2O3モル比が0.3〜0.7のカルシウムアルミネートを含有するセメント混和材を用いて塩化物イオン浸透抵抗性を向上させる方法(特許文献7参照)が提案されている。
As a method for suppressing chloride ion penetration into the inside of a hardened concrete and imparting chloride ion penetration resistance, a method of reducing the water / cement ratio is known (see Non-Patent Document 1). However, the method of reducing the water / cement ratio has a problem that not only the workability is impaired but also a drastic measure is not taken.
Also, for the purpose of imparting early strength to cement concrete and preventing corrosion of reinforcing bars, it contains CaO.2Al 2 O 3 and gypsum as the main component and contains fine powder with a Blaine specific surface area value of 8000 cm 2 / g. Chloride ion permeation resistance using a cement admixture containing a calcium aluminate having a CaO / Al 2 O 3 molar ratio of 0.3 to 0.7 (see Patent Document 6) A method for improving the performance (see Patent Document 7) has been proposed.
一方、シリカフュームやフライアッシュ等の活性シリカは比較的少ない添加量で初期強度を低下させないで塩素イオンの浸透抵抗性を向上させることができる。しかしながら、活性シリカを用いた場合でもポゾラン反応は長期にわたって起こるため、若材齢で海水に浸漬されると塩素イオンの浸透抵抗性が低下し、コンクリートが劣化するという課題があった。 On the other hand, activated silica such as silica fume and fly ash can improve the penetration resistance of chlorine ions without lowering the initial strength with a relatively small addition amount. However, even when activated silica is used, the pozzolanic reaction takes place over a long period of time. Therefore, when immersed in seawater at a young age, there is a problem that the resistance to penetration of chloride ions decreases and the concrete deteriorates.
さらに、鉄筋の防錆を目的として、亜硝酸塩や亜硝酸型ハイドロカルマイトを添加する方法も提案されている(特許文献8〜特許文献10参照)。しかしながら、亜硝酸塩は、防錆効果を発揮するものの、外部から侵入する塩化物イオンの遮蔽効果を発揮するものではなく、また、亜硝酸型ハイドロカルマイトは、防錆効果を発揮するものの、これを混和したセメント硬化体が多孔質になりやすく、むしろ、外部からの塩化物イオンの浸透を許容しやすいという課題を有していた。 Furthermore, a method of adding nitrite or nitrite-type hydrocalumite has been proposed for the purpose of rust prevention of reinforcing bars (see Patent Documents 8 to 10). However, although nitrite exhibits a rust prevention effect, it does not exert a shielding effect against chloride ions entering from the outside, and nitrite hydrocalumite exhibits a rust prevention effect. However, the hardened cement paste containing the material tends to be porous, but rather has a problem that it easily allows permeation of chloride ions from the outside.
本発明は、少ない添加率で効果的にアルカリシリカ反応を抑制できるため経済性に富み、また、塩害の抑制にも効果的であるセメント混和材及びセメント組成物を提供する。 The present invention provides a cement admixture and a cement composition that are highly economical because the alkali silica reaction can be effectively suppressed with a small addition rate, and that are also effective in suppressing salt damage.
すなわち、本発明は、(1)リチウムの含有量がLi 2 O換算で5%以上でNa 2 OとK 2 Oの含有量の合計が0.5%未満のEDI型、ABW型あるいはこれらの加熱処理物であるリチウム型ゼオライトと、CaO/Al 2 O 3 モル比0.15〜0.7でブレーン比表面積値2000〜7000cm 2 /gのカルシウムアルミネート化合物を含有してなり、カルシウムアルミネート化合物とリチウム型ゼオライトの合計100部中、カルシウムアルミネート化合物10〜90部、リチウム型ゼオライト10〜90部である、セメント混和材、(2)リチウム型ゼオライトがEDI型ゼオライトを400℃で加熱処理して得られた非晶質物質で、カルシウムアルミネート化合物のCaO/Al 2 O 3 モル比が0.5である、(1)のセメント混和材、(3)セメントと、(1)または(2)のセメント和材とを含有してなり、セメントとセメント混和材の合計100部中、セメント混和材が1〜15部であるセメント組成物、である。 The present invention provides: (1) the content of lithium is Li 2 O in terms of 5% or more Na 2 O and K 2 O content of total EDI type less than 0.5%, ABW type or of lithium zeolite is heat treated, Ri in CaO / Al 2 O 3 molar ratio 0.15 to 0.7 Na contain calcium aluminate compounds of the Blaine specific surface area value 2000~7000cm 2 / g, calcium aluminate Cement admixture of 10 to 90 parts of calcium aluminate compound and 10 to 90 parts of lithium zeolite in a total of 100 parts of nate compound and lithium zeolite , (2) Lithium type zeolite heats EDI zeolite at 400 ° C amorphous material obtained by treating, CaO / Al 2 O 3 molar ratio of calcium aluminate compounds is 0.5, (1) Cement admixture, and (3) cement and, (1) or and also contains the cement sum material (2), in total 100 parts of the cement and cement admixture, a cement admixture is 1-15 parts A cement composition.
本発明のセメント混和材及びセメント組成物は、少ない添加率で効果的にアルカリシリカ反応を抑制できるため経済性に富み、また、塩害の抑制にも効果的であるという効果を奏する。 The cement admixture and the cement composition of the present invention can effectively suppress the alkali-silica reaction with a small addition rate, and thus are economical and effective in suppressing salt damage.
以下、本発明を詳細に説明する。
なお、本発明における部や%は特に規定しない限り質量基準で示す。
Hereinafter, the present invention will be described in detail.
In the present invention, “parts” and “%” are based on mass unless otherwise specified.
リチウム型ゼオライトについて説明する。
リチウム型ゼオライトの中でも、Si/Al原子比が1であるリチウム型ゼオライトが、アルカリシリカ反応の抑制効果が大きいことから好ましい。Si/Al原子比が1であるリチウム型ゼオライトとしては、EDI型、ABW型及びLTA型が存在する。
このうち、EDI型とABW型はアロフェンやカオリナイトを原料とし、水酸化リチウム水溶液を100℃未満で作用させることにより簡便に合成できる。一方、LTAの合成は100℃を超える加圧条件下での水熱処理が必要であり、また、直接的にリチウムを含有するLTAを合成することが難しく、一般的には、ナトリウムを含有するA型ゼオライトを水熱合成により得た後、イオン交換反応によりリチウムを担持させることが行われている。このため、ナトリウムを完全にリチウムに置換することが難しく、LTAでは十分なアルカリシリカ反応の抑制効果が得られない場合もある。したがって、本発明では、EDI型とABW型を選定することが好ましい。
The lithium type zeolite will be described.
Among lithium-type zeolites, lithium-type zeolite having a Si / Al atomic ratio of 1 is preferable because the effect of suppressing the alkali silica reaction is large. As the lithium type zeolite having a Si / Al atomic ratio of 1, there are EDI type, ABW type and LTA type.
Of these, EDI type and ABW type can be synthesized easily by using allophane or kaolinite as a raw material and allowing an aqueous lithium hydroxide solution to act at less than 100 ° C. On the other hand, synthesis of LTA requires hydrothermal treatment under pressure conditions exceeding 100 ° C., and it is difficult to directly synthesize LTA containing lithium. Lithium is supported by an ion exchange reaction after obtaining a type zeolite by hydrothermal synthesis. For this reason, it is difficult to completely replace sodium with lithium, and LTA may not provide a sufficient alkaline silica reaction suppression effect. Therefore, in the present invention, it is preferable to select the EDI type and the ABW type.
リチウム型ゼオライトの合成方法としては、これまでに、シリカゾルとアルミナゾルとを出発原料とする方法(T.Matsumoto et al., Journal of the European Ceramic Society,26,pp.455−458, 2006)が知られている。また、アロフェンを原料として、水酸化リチウムと反応させる方法も知られている(興野雄亮ほか、無機マテリアル学会第112回学術講演会講演要旨集、pp.8−9、2006)。 As a method for synthesizing lithium-type zeolite, a method using silica sol and alumina sol as starting materials (T. Matsumoto et al., Journal of the European Ceramic Society, 26, pp. 455-458, 2006) is known. It has been. In addition, a method of reacting lithium hydroxide with allophane as a raw material is also known (Yusuke Okino et al., Abstracts of the 112th Academic Lecture Meeting of the Society of Inorganic Materials, pp. 8-9, 2006).
本発明では、いかなる方法で合成されたリチウム型ゼオライトも使用可能である。本発明のリチウム型ゼオライトには、リチウム型ゼオライトを加熱処理したものも含まれる。
加熱処理温度は、ゼオライトにより異なる。例えば、EDI型の場合は、200〜700℃であることが好ましい。リチウム含有EDI型ゼオライトを200〜700℃で加熱処理すると、非晶質物質に変化する。すなわち、200℃まではEDI型ゼオライトの結晶構造を保ち、200℃以上になると結晶から非晶質に変化する。そして、700℃までは非晶質の状態にあるが、700℃を超えると結晶化してユークリプタイトへと変化する。
ABW型の場合は300〜650℃が好ましい。リチウムを含有するABW型ゼオライトを300℃〜650℃で加熱処理すると、無水のABW型ゼオライトに変化する。すなわち、300℃まではABW型ゼオライトの結晶構造を保ち、300℃以上になると、全く異なる結晶構造に変化して無水のABW型ゼオライトになる。そして、650℃までは無水のABW型ゼオライトの状態にあるが、650℃を超えるとγ−ユークリプタイトへと変化する。そして、さらに加熱すると、900〜1000℃でβ−ユークリプタイトへと変化する。
加熱処理条件が上記の温度範囲にないと、十分なアルカリ−シリカ反応による膨張抑制効果や塩害抑制効果が得られない場合がある。
In the present invention, lithium-type zeolite synthesized by any method can be used. The lithium-type zeolite of the present invention includes those obtained by heat-treating lithium-type zeolite.
The heat treatment temperature varies depending on the zeolite. For example, in the case of EDI type, it is preferable that it is 200-700 degreeC. When the lithium-containing EDI-type zeolite is heat-treated at 200 to 700 ° C., it changes into an amorphous substance. That is, the crystal structure of the EDI-type zeolite is maintained up to 200 ° C., and the crystal changes from amorphous to 200 ° C. or more. And although it is in an amorphous state up to 700 ° C., when it exceeds 700 ° C., it crystallizes and changes to eucryptite.
In the case of the ABW type, 300 to 650 ° C. is preferable. When the ABW-type zeolite containing lithium is heat-treated at 300 ° C. to 650 ° C., it changes to an anhydrous ABW-type zeolite. That is, the crystal structure of the ABW type zeolite is maintained up to 300 ° C., and when the temperature exceeds 300 ° C., the crystal structure changes to a completely different crystal structure to become an anhydrous ABW type zeolite. And it is in the state of anhydrous ABW type zeolite up to 650 ° C., but when it exceeds 650 ° C., it changes to γ-eucryptite. And when it heats further, it changes to (beta) -eucryptite at 900-1000 degreeC.
If the heat treatment conditions are not within the above temperature range, there may be a case where a sufficient effect of suppressing expansion due to alkali-silica reaction or a salt damage suppressing effect cannot be obtained.
本発明で言う加熱処理とは、特に限定されるものではないが、通常、乾燥や焼成などの処理を行うことを意味する。その具体的方法としては、例えば、アロフェンを水酸化リチウム水溶液中で反応させてリチウム型ゼオライトを生成した後、乾燥操作の段階で、所定の加熱処理を行っても良いし、一度、200℃未満の条件で乾燥した後に、再度、所定の条件で熱処理を行っても良い。加熱処理の時間は、特に限定されるものではないが、5分から24時間程度が好ましく、10分から12時間がより好ましい。5分未満ではEDI型ゼオライトが非晶質物質に変化する反応や、ABW型ゼオライトが無水ABWに変化する反応が十分に進行しない場合があり、24時間を超えて熱処理してもエネルギーコストの無駄になる場合がある。
乾燥装置としては、特に限定されるものではなく、ドラムドライヤー、棚段乾燥機、筒型乾燥機、ロータリーキルン、電気炉などを使用することができる。
The heat treatment referred to in the present invention is not particularly limited, but usually means a treatment such as drying or baking. As a specific method, for example, after allophane is reacted in an aqueous lithium hydroxide solution to form a lithium-type zeolite, a predetermined heat treatment may be performed at the stage of the drying operation. After drying under the above conditions, heat treatment may be performed again under predetermined conditions. The time for the heat treatment is not particularly limited, but is preferably about 5 minutes to 24 hours, and more preferably 10 minutes to 12 hours. If the reaction time is less than 5 minutes, the reaction in which the EDI-type zeolite changes to an amorphous substance or the reaction in which the ABW-type zeolite changes to anhydrous ABW may not proceed sufficiently. It may become.
The drying device is not particularly limited, and a drum dryer, a shelf dryer, a cylindrical dryer, a rotary kiln, an electric furnace, or the like can be used.
本発明のリチウム型ゼオライトのリチウム含有量は、特に限定されるものではないが、通常、Li2O換算で5%以上が好ましく、7%以上がより好ましい。リチウム含有量は、Si/Alモル比が1となる理論値から担持できる最大量が13.5%と算出できる。リチウム含有量が5%未満では、十分なアルカリシリカ反応による膨張の抑制効果が得られない場合がある。 The lithium content of the lithium-type zeolite of the present invention is not particularly limited, but is usually preferably 5% or more and more preferably 7% or more in terms of Li 2 O. The maximum amount of lithium that can be supported can be calculated as 13.5% from the theoretical value at which the Si / Al molar ratio is 1. If the lithium content is less than 5%, there may be a case where a sufficient effect of suppressing expansion due to alkali silica reaction cannot be obtained.
本発明のリチウム型ゼオライトのナトリウムやカリウムの含有量は特に限定されるものではないが、通常、Na2OとK2Oの合計量が0.5%以下であることが好ましく、0.3%以下がより好ましい。Na2OとK2Oの合計量が0.5%を超えると、十分なアルカリ−シリカ反応による膨張の抑制効果が得られない場合がある。 The content of sodium or potassium in the lithium zeolite of the present invention is not particularly limited, but usually, the total amount of Na 2 O and K 2 O is preferably 0.5% or less, 0.3 % Or less is more preferable. When the total amount of Na 2 O and K 2 O exceeds 0.5%, there may be a case where a sufficient effect of suppressing expansion due to the alkali-silica reaction cannot be obtained.
本発明のリチウム型ゼオライトの比表面積は、一義的に決定されるものではなく、特に限定されるものではないが、通常、BET比表面積で2〜200m2/gの範囲にある。 The specific surface area of the lithium-type zeolite of the present invention is not uniquely determined and is not particularly limited, but is usually in the range of 2 to 200 m 2 / g in terms of BET specific surface area.
本発明で使用するカルシウムアルミネート化合物(以下、CA化合物という)とは、カルシアを含む原料と、アルミナを含む原料等を混合して、キルンでの焼成や電気炉での溶融等の熱処理をして得られる、CaOとAl2O3を主成分とする化合物を総称するものであり、CA化合物のCaO/Al2O3モル比は0.15〜0.7であり、0.4〜0.6が好ましい。CaO/Al2O3モル比が0.15未満では、塩化物イオンの遮蔽効果が充分に得られない場合があり、逆に、0.7を超えると急硬性が現れるようになり、可使時間が確保できない場合がある。CA化合物に、例えば、SiO2やR2O(Rはアルカリ金属)が含有していても、本発明の目的を損なわない限り使用可能である。 The calcium aluminate compound (hereinafter referred to as CA compound) used in the present invention is a mixture of calcia-containing raw material and alumina-containing raw material, and heat treatment such as firing in a kiln or melting in an electric furnace. In general, the compounds mainly composed of CaO and Al 2 O 3 are obtained, and the CA compound has a CaO / Al 2 O 3 molar ratio of 0.15 to 0.7, and 0.4 to 0. .6 is preferred. If the CaO / Al 2 O 3 molar ratio is less than 0.15, the chloride ion shielding effect may not be sufficiently obtained. Time may not be secured. Even if the CA compound contains, for example, SiO 2 or R 2 O (R is an alkali metal), it can be used as long as the object of the present invention is not impaired.
CA化合物の粉末度は、ブレーン比表面積値(以下、ブレーン値という)で2000〜7000cm2/gが好ましく、3000〜6000cm2/gがより好ましく、4000〜5000cm2/gが最も好ましい。CA化合物が粗粒では充分な塩化物イオンの遮蔽効果が得られない場合があり、7000cm2/gを超える微粉では急硬性が現れるようになり、可使時間が確保できない場合がある。 Fineness of CA compound, Blaine specific surface area value (hereinafter, referred to as Blaine value) is preferably 2000~7000cm 2 / g, the more preferred 3000~6000cm 2 / g, 4000~5000cm 2 / g being most preferred. If the CA compound is coarse, a sufficient chloride ion shielding effect may not be obtained, and if it is a fine powder exceeding 7000 cm 2 / g, rapid hardening will appear and the pot life may not be ensured.
セメント混和材中のリチウム型ゼオライトとCA化合物の配合割合は、特に限定されるものではないが、通常、リチウム型ゼオライトとCA化合物の合計100部中、リチウム型ゼオライト10〜90部が好ましく、20〜80部がより好ましい。CA化合物は10〜90部が好ましく、20〜80部がより好ましい。リチウム型ゼオライトやCA化合物の配合割合が前記範囲にないと、十分なアルカリシリカ反応の抑制効果や塩害抑制効果が得られない場合がある。 The blending ratio of the lithium zeolite and the CA compound in the cement admixture is not particularly limited, but usually 10 to 90 parts of the lithium zeolite is preferable in the total 100 parts of the lithium zeolite and the CA compound. ~ 80 parts are more preferred. The CA compound is preferably 10 to 90 parts, more preferably 20 to 80 parts. If the blending ratio of the lithium-type zeolite and the CA compound is not within the above range, there may be a case where a sufficient alkali silica reaction suppressing effect or salt damage suppressing effect cannot be obtained.
本発明のセメント混和材の使用量は、特に限定されるものではないが、通常、セメントとセメント混和材からなるセメント組成物100部中、1〜15部が好ましく、3〜10部がより好ましい。1部未満では、本発明の効果、すなわち、アルカリシリカ反応による膨張の抑制効果や塩害の抑制効果が十分に得られない場合があり、15部を超えてもさらなる効果の増進が期待できない。また、強度発現性が低下する場合がある。 Although the usage-amount of the cement admixture of this invention is not specifically limited, Usually, 1-15 parts are preferable in 100 parts of cement compositions which consist of a cement and a cement admixture, and 3-10 parts are more preferable. . If it is less than 1 part, the effect of the present invention, that is, the effect of suppressing expansion due to the alkali silica reaction or the effect of suppressing salt damage may not be sufficiently obtained, and if it exceeds 15 parts, further enhancement of the effect cannot be expected. In addition, strength development may be reduced.
セメントは、普通、早強、超早強、低熱、及び中庸熱などの各種ポルトランドセメントや、これらポルトランドセメントに、高炉スラグ、フライアッシュ、またはシリカを混合した各種混合セメント、石灰石粉末や高炉徐冷スラグ微粉末などを混合したフィラーセメント、ならびに、都市ゴミ焼却灰や下水汚泥焼却灰を原料として製造された環境調和型セメント(エコセメント)などのポルトランドセメントが挙げられ、これらのうちの1種又は2種以上が使用可能である。 Cement includes various types of Portland cement such as normal, early strength, ultra-early strength, low heat, and moderate heat, various mixed cements in which blast furnace slag, fly ash, or silica is mixed with these Portland cements, limestone powder and blast furnace slow cooling. Portland cement such as filler cement mixed with slag fine powder, etc., and environmentally friendly cement (eco-cement) manufactured using municipal waste incineration ash and sewage sludge incineration ash as raw materials. Two or more types can be used.
本発明のセメント混和材やセメント組成物はそれぞれの材料を施工時に混合しても良いし、あらかじめ一部あるいは全部を混合しておいても差し支えない。 The cement admixture and cement composition of the present invention may be mixed at the time of construction, or may be partially or wholly mixed in advance.
本発明では、砂などの細骨材、砂利などの粗骨材、急硬材、減水剤やAE減水剤や高性能減水剤や高性能AE減水剤、消泡剤、増粘剤、防錆剤、防凍剤、収縮低減剤、高分子エマルジョン、凝結調整剤、ベントナイトなどの粘土鉱物やハイドロタルサイトなどのアニオン交換体などの各種添加剤、高炉水砕スラグ微粉末や高炉徐冷スラグ微粉末や石灰石微粉末やフライアッシュやシリカフュームなどの混和材料などからなる群のうちの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併用することが可能である。 In the present invention, fine aggregate such as sand, coarse aggregate such as gravel, rapid hardwood, water reducing agent, AE water reducing agent, high performance water reducing agent, high performance AE water reducing agent, antifoaming agent, thickener, rust prevention Additives, anti-freezing agents, shrinkage reducing agents, polymer emulsions, setting modifiers, various additives such as bentonite and other clay minerals and anion exchangers such as hydrotalcite, ground granulated blast furnace slag and ground granulated blast furnace slag It is possible to use together 1 type, or 2 or more types of the group which consists of admixture materials, such as limestone fine powder, fly ash, and silica fume, in the range which does not inhibit the objective of this invention substantially.
「実験例1」
表1に示す各種のリチウム型ゼオライト50部と、各種のCA化合物50部を配合してセメント混和材を調製した。セメントとセメント混和材の合計100部中、セメント混和材を7部配合しセメント組成物を調製し、さらに、砂を225部、水を50部配合してモルタルを作製した。このモルタルを用いて、アルカリシリカ反応性試験を実施した。また、疑似海水に浸漬した際の塩化物イオンの浸透深さや、曲げ強度の測定も併せて行った。また、比較例として市販のアルカリシリカ反応抑制剤を同量使用した場合についても試験を行った。その結果を表1に示す。
"Experiment 1"
Cement admixtures were prepared by blending 50 parts of various lithium zeolites shown in Table 1 and 50 parts of various CA compounds. A cement composition was prepared by blending 7 parts of cement admixture in a total of 100 parts of cement and cement admixture. Further, 225 parts of sand and 50 parts of water were blended to prepare a mortar. Using this mortar, an alkali silica reactivity test was carried out. Moreover, the penetration depth of chloride ions when immersed in simulated seawater and the measurement of bending strength were also performed. Further, as a comparative example, a test was also conducted when the same amount of a commercially available alkali silica reaction inhibitor was used. The results are shown in Table 1.
<使用材料>
セメント:市販普通ポルトランドセメント
砂:サヌカイト質輝石安山岩、JIS A 1145(化学法)に準じて測定。溶解シリカ量が750mmol/l、アルカリ濃度減少量が200mmol/lで、無害でないものと判定する。
リチウム型ゼオライトA:リチウムを含有するEDI型ゼオライト(Li−EDI)、Li2O含有量7.1%、BET比表面積50m2/g。
リチウム型ゼオライトB:リチウムを含有するABW型ゼオライト(Li−ABW)、Li2O含有量9.0%、BET比表面積40m2/g。
リチウム型ゼオライトC:リチウムを含有するEDI型ゼオライト(Li−EDI)を400℃で加熱処理して得られた非晶質物質、Li2O含有量9.0%、BET比表面積30m2/g。
リチウム型ゼオライトD:リチウムを含有するABW型ゼオライト(Li−ABW)を400℃で加熱処理して得られた無水のLi−ABW、Li2O含有量10.8%、BET比表面積20m2/g。
市販のアルカリシリカ反応抑制剤(1):Ca型ゼオライト
市販のアルカリシリカ反応抑制剤(2):亜硝酸リチウム水溶液(濃度30%)
<Materials used>
Cement: Commercially available ordinary Portland cement sand: Measured according to sanucite pyroxene andesite, JIS A 1145 (chemical method). It is determined that the amount of dissolved silica is 750 mmol / l and the decrease in alkali concentration is 200 mmol / l, which is not harmless.
Lithium type zeolite A: EDI type zeolite containing lithium (Li-EDI), Li 2 O content 7.1%, BET specific surface area 50 m 2 / g.
Lithium type zeolite B: ABW type zeolite containing lithium (Li-ABW), Li 2 O content 9.0%, BET specific surface area 40 m 2 / g.
Lithium-type zeolite C: amorphous material obtained by heat-treating lithium-containing EDI-type zeolite (Li-EDI) at 400 ° C., Li 2 O content 9.0%, BET specific surface area 30 m 2 / g .
Lithium type zeolite D: anhydrous Li-ABW obtained by heat-treating lithium-containing ABW type zeolite (Li-ABW) at 400 ° C., Li 2 O content 10.8%, BET specific surface area 20 m 2 / g.
Commercially available alkaline silica reaction inhibitor (1): Ca-type zeolite Commercially available alkaline silica reaction inhibitor (2): Lithium nitrite aqueous solution (concentration 30%)
CA化合物イ:試薬1級の炭酸カルシウムと試薬1級の酸化アルミニウムを所定の割合で配合し、電気炉で1650℃焼成した後、徐冷して合成。CaO/Al2O3モル比0.1、ブレーン値4000cm2/g
CA化合物ロ:CA化合物Aと同様に合成、CaO/Al2O3モル比0.15、ブレーン値4000cm2/g
CA化合物ハ:試薬1級の炭酸カルシウムと試薬1級の酸化アルミニウムを所定の割合で配合し、電気炉で1550℃焼成した後、徐冷して合成。CaO/Al2O3モル比0.4、ブレーン値4000cm2/g
CA化合物ニ:CA化合物ハと同様に合成、CaO/Al2O3モル比0.5、ブレーン値4000cm2/g
CA化合物ホ:CA化合物ハと同様に合成、CaO/Al2O3モル比0.6、ブレーン値4000cm2/g
CA化合物ヘ:試薬1級の炭酸カルシウムと試薬1級の酸化アルミニウムを所定の割合で配合し、電気炉で1450℃焼成した後、徐冷して合成。CaO/Al2O3モル比0.7、ブレーン値4000cm2/g
CA化合物ト:CA化合物Fと同様に合成、CaO/Al2O3モル比0.9、ブレーン値4000cm2/g
膨張材:膨張物質、遊離石灰−カルシウムシリケート(3CaO・SiO2)−カルシウムアルミノフェライト(4CaO・Al2O3・Fe2O3)−カルシウムアルミネート(3CaO・Al2O3)−無水セッコウ系、遊離石灰含有量55%、カルシウムシリケート含有量25%、カルシウムアルミノフェライト含有量5%、カルシウムアルミネート含有量5%、無水セッコウ含有量10%、ブレーン値3000cm2/g、市販品
水:水道水
CA Compound A: Reagent grade 1 calcium carbonate and reagent grade 1 aluminum oxide are blended at a predetermined ratio, baked at 1650 ° C. in an electric furnace, and then slowly cooled to synthesize. CaO / Al 2 O 3 molar ratio 0.1, Blaine value 4000 cm 2 / g
CA compound B: synthesized in the same manner as CA compound A, CaO / Al 2 O 3 molar ratio 0.15, brane value 4000 cm 2 / g
CA compound C: Reagent grade 1 calcium carbonate and reagent grade 1 aluminum oxide are blended at a predetermined ratio, baked at 1550 ° C. in an electric furnace, and then slowly cooled to synthesize. CaO / Al 2 O 3 molar ratio 0.4, Blaine value 4000 cm 2 / g
CA compound D: synthesized in the same manner as CA compound C, CaO / Al 2 O 3 molar ratio 0.5, Blaine value 4000 cm 2 / g
CA compound e: synthesized in the same manner as CA compound C, CaO / Al 2 O 3 molar ratio 0.6, Blaine value 4000 cm 2 / g
CA compound: Reagent grade 1 calcium carbonate and reagent grade 1 aluminum oxide are blended at a predetermined ratio, baked at 1450 ° C. in an electric furnace, and then slowly cooled to synthesize. CaO / Al 2 O 3 molar ratio 0.7, Blaine value 4000 cm 2 / g
CA compound: synthesized in the same manner as CA compound F, CaO / Al 2 O 3 molar ratio 0.9, Blaine value 4000 cm 2 / g
Expandable material: expanded material, free lime - calcium silicate (3CaO · SiO 2) - Calcium aluminosilicate ferrite (4CaO · Al 2 O 3 · Fe 2 O 3) - Calcium aluminate (3CaO · Al 2 O 3) - anhydrous gypsum-based , Free lime content 55%, Calcium silicate content 25%, Calcium aluminoferrite content 5%, Calcium aluminate content 5%, Anhydrous gypsum content 10%, Blaine value 3000 cm 2 / g, Commercial water: Water water
<測定方法>
アルカリシリカ反応性試験(モルタルバー法):JIS A 1146に準じて測定。0.100%以上の膨張を示したものは、無害でないと判定する。
化学組成:JIS R 5201に準じて測定。
塩化物イオンの浸透深さ:材齢28日まで20℃の水中養生を行った後、疑似海水に供試体を4週間浸漬し、塩化物イオンの浸透深さを調べた。塩化物イオンの浸透深さは硝酸銀−フルオロセイン法にて確認した。
曲げ強度:JIS R 5201に準じて測定した。
<Measurement method>
Alkali-silica reactivity test (mortar bar method): Measured according to JIS A 1146. Those showing an expansion of 0.100% or more are judged not harmless.
Chemical composition: Measured according to JIS R 5201.
Chloride ion penetration depth: After performing water curing at 20 ° C. until the age of 28 days, the specimen was immersed in simulated seawater for 4 weeks, and the chloride ion penetration depth was examined. The penetration depth of chloride ions was confirmed by the silver nitrate-fluorescein method.
Bending strength: measured according to JIS R 5201.
<リチウム型ゼオライトの合成>
アロフェンと水酸化リチウムを原料として水中で反応させてリチウム型ゼオライトを合成した。この際、Li2O/Al2O3モル比を2.0とし、SiO2/Al2O3モル比は1.73とし、反応温度を60または90℃とし、反応時間を24時間とし、攪拌を行いながら反応させた。得られた合成物を固液分離後、60℃の温水で洗浄し、70℃で乾燥した。アロフェンは10kgを使用し、水酸化リチウムは水に溶解させて使用した。水酸化リチウムの溶液は100kgとした。合成物を粉末X線回折法(XRD)にて同定した結果、反応温度を60℃とした場合にはEDI型ゼオライトであった。また、反応温度が90℃の場合にはABW型ゼオライトであった。
<Synthesis of lithium-type zeolite>
Lithium-type zeolite was synthesized by reacting allophane and lithium hydroxide as raw materials in water. At this time, the Li 2 O / Al 2 O 3 molar ratio is 2.0, the SiO 2 / Al 2 O 3 molar ratio is 1.73, the reaction temperature is 60 or 90 ° C., the reaction time is 24 hours, The reaction was carried out with stirring. The obtained composite was separated into solid and liquid, washed with warm water at 60 ° C., and dried at 70 ° C. Allophane was used in an amount of 10 kg, and lithium hydroxide was dissolved in water. The lithium hydroxide solution was 100 kg. As a result of identifying the synthesized product by powder X-ray diffractometry (XRD), it was an EDI type zeolite when the reaction temperature was 60 ° C. When the reaction temperature was 90 ° C., it was ABW type zeolite.
<使用材料>
アロフェン:栃木県産のものを水ひ精製したもの、市販品、SiO2含有量33.6%、Al2O3含有量33.1%、Fe2O3含有量2.3%、CaO含有量0.4%、MgO含有量0.1%、Na2O含有量0.03%、K2O含有量0.02%、強熱減量30.1%
水酸化リチウム:市販品
水:水道水
<Materials used>
Allophane: water-purified product from Tochigi Prefecture, commercial product, SiO 2 content 33.6%, Al 2 O 3 content 33.1%, Fe 2 O 3 content 2.3%, CaO content Amount 0.4%, MgO content 0.1%, Na 2 O content 0.03%, K 2 O content 0.02%, ignition loss 30.1%
Lithium hydroxide: Commercial water: Tap water
表1から、本発明のセメント混和材を配合したモルタルの膨張率は、何れも0.100%以下を示し無害と判定され、本発明のセメント混和材を配合していない比較例のモルタルの膨張率は、0.100%を超え無害でないと判定される。また、本発明のセメント混和材を配合したモルタルは、塩化物イオン浸透深さが小さく、曲げ強度が高いことが分かる。 From Table 1, the expansion rate of the mortar blended with the cement admixture of the present invention is 0.100% or less, all judged to be harmless, and the expansion of the mortar of the comparative example not blended with the cement admixture of the present invention. The rate exceeds 0.100% and is determined not to be harmless. Moreover, it turns out that the mortar which mix | blended the cement admixture of this invention has a small chloride ion penetration depth and high bending strength.
「実験例2」
リチウム型ゼオライトCとCA化合物ニを使用し、セメント混和材中のリチウム型ゼオライトCとCA化合物の配合割合を表2に示すように変化したこと以外は実験例1と同様に行った。結果を表2に併記する。
"Experimental example 2"
The same procedure as in Experimental Example 1 was conducted except that lithium type zeolite C and CA compound D were used and the mixing ratio of lithium type zeolite C and CA compound in the cement admixture was changed as shown in Table 2. The results are also shown in Table 2.
表2より、本発明のセメント混和材を使用した場合には、アルカリシリカ反応による膨張が効果的に抑制されている。また、塩化物イオンの浸透も効果的に抑制されていることが分かる。 From Table 2, when the cement admixture of this invention is used, the expansion | swelling by alkali silica reaction is suppressed effectively. Moreover, it turns out that the penetration | invasion of a chloride ion is also suppressed effectively.
「実験例3」
セメント混和材として、リチウム型ゼオライトC50部とCA化合物ロ50部からなるセメント混和材を使用し、セメント組成物100部中のセメント混和材の使用量を表3に示すように変化したこと以外は実施例1と同様に行った。結果を表3に併記する。
"Experiment 3"
A cement admixture comprising 50 parts of lithium-type zeolite C and 50 parts of a CA compound was used as the cement admixture, and the amount of cement admixture used in 100 parts of the cement composition was changed as shown in Table 3. The same operation as in Example 1 was performed. The results are also shown in Table 3.
表3より、本発明のセメント混和材を使用した場合には、アルカリシリカ反応による膨張が効果的に抑制されている。また、塩化物イオンの浸透も効果的に抑制されていることが分かる。その効果は、セメント混和材の使用量が多いとより顕著となる。 From Table 3, when the cement admixture of this invention is used, the expansion | swelling by alkali silica reaction is suppressed effectively. Moreover, it turns out that the penetration | invasion of a chloride ion is also suppressed effectively. The effect becomes more remarkable when the amount of cement admixture used is large.
本発明のセメント混和材は、少ない添加率で効果的にアルカリシリカ反応を抑制できるため、経済性に富んでいる。さらに、塩害の抑制にも効果的である。したがって、土木、建築分野で広範に使用することができる。 Since the cement admixture of the present invention can effectively suppress the alkali silica reaction with a small addition rate, it is rich in economic efficiency. Furthermore, it is also effective in suppressing salt damage. Therefore, it can be widely used in the civil engineering and construction fields.
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