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公開番号2024065153
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-05-15
出願番号2022173895
出願日2022-10-31
発明の名称セメント組成物
出願人太平洋セメント株式会社
代理人個人,個人,個人
主分類C04B 28/02 20060101AFI20240508BHJP(セメント;コンクリート;人造石;セラミックス;耐火物)
要約【課題】アルカリシリカ反応が抑制されるとともに、強度発現性に優れ、かつ、廃ガラスの有効利用を図ることができるセメント組成物を提供する。
【解決手段】セメントと、以下の(1)～(4)の条件を満たすホウケイ酸ガラス粉末を含むセメント組成物。
(1) 平均粒径が0.1～30μmであること
(2) SiO₂の含有率が40質量%以上であること
(3) 全アルカリ量が5.0質量%以下であること
(4) B₂O₃の含有率が15.0質量%以上であること
上記ホウケイ酸ガラス粉末は、好ましくは以下の(5)の条件を満たす。
(5) B₂O₃の含有率とSiO₂の含有率の質量比(B₂O₃の含有率/SiO₂の含有率)が、0.23～0.60であること
【選択図】なし
特許請求の範囲【請求項１】
セメントと、以下の（１）～（４）の条件を満たすホウケイ酸ガラス粉末を含むことを特徴とするセメント組成物。
（１）平均粒径が０．１～３０μｍであること
（２）ＳｉＯ
２
の含有率が４０質量％以上であること
（３）全アルカリ量が５．０質量％以下であること
（４）Ｂ
２
Ｏ
３
の含有率が１５．０質量％以上であること
続きを表示（約 730 文字）【請求項２】
上記ホウケイ酸ガラス粉末が、以下の（５）の条件を満たす請求項１に記載のセメント組成物。
（５）Ｂ
２
Ｏ
３
の含有率とＳｉＯ
２
の含有率の質量比（Ｂ
２
Ｏ
３
の含有率／ＳｉＯ
２
の含有率）が、０．２３～０．６０であること
【請求項３】
上記ホウケイ酸ガラス粉末が、以下の（６）の条件を満たす請求項１又は２に記載のセメント組成物。
（６）最大内接円中心法（ＭＩＣ）を用いて算出した円の中心に対する、最大外接円の半径（Ｄｉ）と最大内接円の半径（Ｄｃ）の比の平方根（√（Ｄｉ）／（Ｄｃ））」の平均値が０．８０以下であること
【請求項４】
上記セメントと上記ホウケイ酸ガラス粉末の合計１００質量％中の上記ホウケイ酸ガラス粉末の割合が１～４０質量％である請求項１又は２に記載のセメント組成物。
【請求項５】
上記セメントの全アルカリ量が０．３～１．０質量％である請求項１又は２に記載のセメント組成物。
【請求項６】
さらに、水を含む請求項１又は２に記載のセメント組成物。
【請求項７】
さらに、セメント混和剤を含む請求項１又は２に記載のセメント組成物。
【請求項８】
「ＪＩＳＡ１１４６：２０１７骨材のアルカリシリカ反応性試験方法（モルタルバー法）」に準拠して測定した材齢２６週における膨張量が、－５００×１０
－６
～５００×１０
－６
である請求項１又は２に記載のセメント組成物。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、セメント組成物に関する。
続きを表示（約 4,400 文字）【背景技術】
【０００２】
モルタル、コンクリート等のセメント組成物は、硬化後に、セメント組成物に含まれる骨材中のシリカ（ＳｉＯ
２
）とアルカリの反応（いわゆるアルカリシリカ反応）によって生じた生成物が吸水して異常に膨張することで、セメント組成物の硬化体にひび割れが生じるという問題がある。
アルカリシリカ反応によるセメント質硬化体の膨張を抑制することができるセメント組成物として、特許文献１には、ＪＩＳ－Ａ１１４５に規定する骨材のアルカリシリカ反応性試験方法により無害でないと判定される骨材の粉砕物を含むセメント添加材を含有するセメント組成物であって、前記粉砕物のブレーン比表面積が、６０００～１００００ｃｍ
２
／ｇであり、前記粉砕物が結晶質の粉体であり、前記セメント組成物中の前記セメント添加材の配合量（セメント内割）が３～２０質量％であることを特徴とするセメント組成物が記載されている。
一方、廃ガラスの有効利用を図ることができる技術として、アルカリ含有ガラス粉末からアルカリ成分の一部またはすべてを除去したものであって、アルカリ含有量が３重量％以下であり、かつ平均粒子径が１～２０μｍであることを特徴とするセメント用混和材が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特許第４５６７４７３号公報
特開２００４－３５２１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
セメント組成物のアルカリシリカ反応を抑制する方法として、フライアッシュ又は高炉スラグ微粉末を混和材として用いる方法が知られている。
しかし、混和材としてフライアッシュ又は高炉スラグ微粉末を用いた場合、セメント組成物の硬化体の初期強度が低下したり、セメント組成物中のフライアッシュ等の混和材の配合割合が大きくなると、硬化体の収縮量が大きくなる等の問題がある。また、フライアッシュ及び高炉スラグ微粉末は、今後、供給量や品質が不安定になる可能性が考えられる。
本発明の目的は、アルカリシリカ反応が抑制されるとともに、強度発現性に優れ、かつ、廃ガラスの有効利用を図ることができるセメント組成物を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明者は、上記課題を解決するために鋭意検討した結果、セメントと、平均粒径が０．１～３０μｍ、ＳｉＯ
２
の含有率が４０質量％以上、全アルカリ量が５．０質量％以下、かつ、Ｂ
２
Ｏ
３
の含有率が１５．０質量％以上であるホウケイ酸ガラス粉末を含むセメント組成物によれば、上記目的を達成できることを見出し、本発明を完成した。
すなわち、本発明は、以下の［１］～［８］を提供するものである。
［１］セメントと、以下の（１）～（４）の条件を満たすホウケイ酸ガラス粉末を含むことを特徴とするセメント組成物。
（１）平均粒径が０．１～３０μｍであること
（２）ＳｉＯ
２
の含有率が４０質量％以上であること
（３）全アルカリ量が５．０質量％以下であること
（４）Ｂ
２
Ｏ
３
の含有率が１５．０質量％以上であること
［２］上記ホウケイ酸ガラス粉末が、以下の（５）の条件を満たす前記［１］に記載のセメント組成物。
（５）Ｂ
２
Ｏ
３
の含有率とＳｉＯ
２
の含有率の質量比（Ｂ
２
Ｏ
３
の含有率／ＳｉＯ
２
の含有率）が、０．２３～０．６０であること
［３］上記ホウケイ酸ガラス粉末が、以下の（６）の条件を満たす前記［１］又は［２］に記載のセメント組成物。
（６）最大内接円中心法（ＭＩＣ）を用いて算出した円の中心に対する、最大外接円の半径（Ｄｉ）と最大内接円の半径（Ｄｃ）の比の平方根（√（Ｄｉ）／（Ｄｃ））」の平均値が０．８０以下であること
［４］上記セメントと上記ホウケイ酸ガラス粉末の合計１００質量％中の上記ホウケイ酸ガラス粉末の割合が１～４０質量％である前記［１］～［３］のいずれかに記載のセメント組成物。
［５］上記セメントの全アルカリ量が０．３～１．０質量％である前記［１］～［４］のいずれかに記載のセメント組成物。
［６］さらに、水を含む前記［１］～［５］のいずれかに記載のセメント組成物。
［７］さらに、セメント混和剤を含む前記［１］～［６］のいずれかに記載のセメント組成物。
［８］「ＪＩＳＡ１１４６：２０１７骨材のアルカリシリカ反応性試験方法（モルタルバー法）」に準拠して測定した材齢２６週における膨張量が、－５００×１０
－６
～５００×１０
－６
である前記［１］～［７］のいずれかに記載のセメント組成物。
【発明の効果】
【０００６】
本発明のセメント組成物は、アルカリシリカ反応が抑制されるとともに、強度発現性に優れたものである。また、本発明のセメント組成物によれば、廃ガラスの有効利用を図ることができる。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
本発明のセメント組成物は、セメントと、以下の（１）～（４）の条件を満たすホウケイ酸ガラス粉末を含むものである。
（１）平均粒径が０．１～３０μｍであること
（２）ＳｉＯ
２
の含有率が４０質量％以上であること
（３）全アルカリ量が５．０質量％以下であること
（４）Ｂ
２
Ｏ
３
の含有率が１５．０質量％以上であること
なお、本明細書中、「セメント組成物」とは、水を含まない粉粒状の組成物（粉状物、粒状物、又は、粉状物と粒状物の混合物）、又は、水を含む組成物（ペースト、モルタル、又はコンクリート）である。また、「セメント組成物」とは、水を含む硬化前の流動性を有する形態および硬化後の形態を包含するものである。
以下、詳しく説明する。
セメント組成物に含まれるセメントの例としては、普通ポルトランドセメント、早強ポルトランドセメント、中庸熱ポルトランドセメント、低熱ポルトランドセメント、耐硫酸塩ポルトランドセメント等の各種ポルトランドセメントや、高炉セメント、フライアッシュセメント、シリカセメント等の混合セメントや、エコセメントや、白色セメントや、超速硬セメント等が挙げられる。
中でも、入手の容易性や強度発現性等の観点から、各種ポルトランドセメントが好ましく、普通ポルトランドセメントがより好ましい。
【０００８】
セメントのブレーン比表面積は、好ましくは２，０００～６，０００ｃｍ
２
／ｇ、より好ましくは２，５００～５，０００ｃｍ
２
／ｇ、特に好ましくは３，０００～４，０００ｃｍ
２
／ｇである。上記ブレーン比表面積が２，０００ｃｍ
２
／ｇ以上であれば、セメント組成物の強度発現性がより向上する。上記ブレーン比表面積が６，０００ｃｍ
２
／ｇ以下のセメントは、より容易に入手可能である。
セメントの全アルカリ量（Ｒ
２
Ｏ）は、好ましくは０．３～１．０質量％、より好ましくは０．４～０．８質量％、特に好ましくは０．５～０．６質量％である。一般的に、セメントの全アルカリ量が大きくなると、該セメントを含むセメント組成物はアルカリシリカ反応の起こりやすいものとなる。本発明のセメント組成物は、上記全アルカリ量が０．３質量％以上であっても、アルカリシリカ反応が起こりにくいものである。また、上記全アルカリ量が１．０質量％以下であれば、セメントを含むセメント組成物のアルカリシリカ反応をより起こりにくくすることができる。
なお、全アルカリ量は、セメントの酸化ナトリウム（Ｎａ
２
Ｏ）、及び、酸化カリウム（Ｋ
２
Ｏ）の含有率（単位：質量％）から、以下の式（１）を用いて算出することができる。
全アルカリ量＝Ｎａ
２
Ｏ＋０．６５８Ｋ
２
Ｏ・・・（１）
【０００９】
ホウケイ酸ガラス粉末の平均粒径（平均粒度）は、０．１～３０μｍ、好ましくは０．５～２０μｍ、より好ましくは１．０～１５μｍ、さらに好ましくは２．０～１０μｍ、特に好ましくは３．０～６．０μｍである。上記平均粒径が０．１μｍ未満であるホウケイ酸ガラス粉末の入手や製造は困難である。上記平均粒径が３０μｍを超える場合、セメント組成物のアルカリシリカ反応の抑制効果、及び、強度発現性が低下する。
なお、本明細書において、「平均粒径」とは、５０％体積累積粒径（メディアン径；Ｄ５０ともいう）である。該平均粒径は、レーザー回折散乱粒度分布測定装置を用いて、または「ＪＩＳＺ８８１５－１９９４（ふるい分け試験方法通則）」に準拠したふるい分け法を用いて、体積累積分布を作成することで得ることができる。なお、ガラス粉末を構成する各々のガラス粒子は、その断面が円形であることを問わないものである。
なお、ホウケイ酸ガラス粉末の粒度分布は、ブロードであってもシャープであってもよい。
【００１０】
ホウケイ酸ガラス粉末中のＳｉＯ
２
の含有率は、４０質量％以上、好ましくは４２～９０質量％、より好ましくは５０～８５質量％、特に好ましくは６０～８０質量％である。上記含有率が４０質量％未満であると、セメント組成物のアルカリシリカ反応の抑制効果、及び、強度発現性が低下する。
ホウケイ酸ガラス粉末の全アルカリ量は、５．０質量％以下、好ましくは０．３～４．０質量％、より好ましくは０．５～３．０質量％、特に好ましくは１．０～２．０質量％である。上記全アルカリ量が５．０質量％を超えると、アルカリシリカ反応を抑制する効果が低下する。
（【００１１】以降は省略されています）

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