專利名稱：混凝土混合劑、砂漿混合劑以及混合水泥的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在混凝土中添加的混凝土混合劑。具體地說，本發(fā)明涉及在水的存在下，混合硅酸鹽和酸后使之固化而成的混凝土混合劑及其制造方法。另外，還涉及使用該混凝土混合劑的混凝土。而且，還涉及使用該混凝土混合劑的混凝土構(gòu)造物的構(gòu)筑方法以及混凝土制品的制造方法。
另外，本發(fā)明還涉及在砂漿中添加的砂漿混合劑及其制造方法。另外，還涉及使用該砂漿混合劑的砂漿以及砂漿制品的制造方法。而且，本發(fā)明還涉及混合水泥。
背景技術(shù)：
混凝土壓縮強(qiáng)度高，易于成型，而且廉價(jià)，因此自古以來在建筑領(lǐng)域被廣泛使用。近年來，特別是由于構(gòu)造物的大型化、多樣化，因而進(jìn)行了大量進(jìn)一步提高混凝土壓縮強(qiáng)度的研究。作為用于增加混凝土強(qiáng)度的一種方法，報(bào)道了添加各種混合材料的方法。這一點(diǎn)不僅混凝土，而且對(duì)于砂漿也同樣。
在特開昭61-155237號(hào)公報(bào)(美國(guó)專利第4892586號(hào))中，公開了一種筑壩混凝土的制造方法，其特征在于含有有機(jī)酸類和快速凝固性(急結(jié)性)無機(jī)鹽。記載了通過含有有機(jī)酸類和快速凝固性無機(jī)鹽，可以增大強(qiáng)度，而不增加放熱量，適用于澆注筑壩混凝土等大量混凝土的用途。作為其中使用的有機(jī)酸類，可以例舉各種羧酸，枸櫞酸或富馬酸等，作為快速凝固性無機(jī)鹽，可以例舉堿金屬鹽，例如碳酸鈉或硅酸鈉等。在該公報(bào)的實(shí)施例中具體確認(rèn)了壓縮強(qiáng)度的提高。
另外，在特開2001-294461號(hào)公報(bào)中，記載了一種混凝土改質(zhì)劑，在水玻璃中配合多元羧酸或其衍生物而成。該混凝土改質(zhì)劑以溶液的狀態(tài)涂敷在固化后的混凝土表面。記載了這樣可以防止或抑制混凝土的中性化或出現(xiàn)裂縫等導(dǎo)致的劣化。
發(fā)明所要解決的課題混凝土機(jī)械特性的最大特點(diǎn)在于壓縮強(qiáng)度大，拉伸強(qiáng)度、斷裂強(qiáng)度和彎曲強(qiáng)度小。通常，即使可以提高混凝土的壓縮強(qiáng)度，但由于其拉伸強(qiáng)度達(dá)到極限，因而難以將其增加。因此，在建筑混凝土構(gòu)造物的現(xiàn)場(chǎng)，存在拉伸強(qiáng)度不足導(dǎo)致發(fā)生裂縫的嚴(yán)重問題。
對(duì)于混凝土來說，拉伸強(qiáng)度與壓縮強(qiáng)度相比要小，因而為了確保安全，目前的狀況是忽視混凝土的拉伸強(qiáng)度，另外使用對(duì)抗拉伸力的增強(qiáng)材料進(jìn)行強(qiáng)度設(shè)計(jì)。作為這種增強(qiáng)材料，例如鋼筋或PC(預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土)用鋼材，作為使用它們的構(gòu)造物整體可以確保受力。但是，如上所述，由于構(gòu)造物的大型化、多樣化，因而為了確保混凝土構(gòu)造物的受力，使用的鋼材量增多，不可避免地配置過密的鋼筋。此時(shí)，在模板中澆筑流動(dòng)狀態(tài)的混凝土?xí)r，混凝土的蔓延變得不充分，或者配置鋼筋作業(yè)本身變得復(fù)雜，成為成本上升的原因。
混凝土由于澆筑后的水合反應(yīng)放熱，導(dǎo)致溫度上升，在冷卻時(shí)發(fā)生收縮。收縮時(shí)，只要處于混凝土兩端被約束的狀態(tài)，即可產(chǎn)生拉伸應(yīng)力，經(jīng)常誘發(fā)裂縫。因此，即使在進(jìn)行水合反應(yīng)的材齡比較短的時(shí)期，提高混凝土的拉伸強(qiáng)度也很重要。另外，剛澆筑后的混凝土呈潤(rùn)濕狀態(tài)，當(dāng)其暴露于外部空氣中時(shí)，通過干燥進(jìn)行收縮。為了對(duì)應(yīng)長(zhǎng)期干燥等的收縮，提高混凝土的拉伸強(qiáng)度也很重要。
為了提高混凝土的拉伸強(qiáng)度，已知配合石棉或玻璃纖維等無機(jī)纖維或合成纖維構(gòu)成的短纖維增強(qiáng)材料的方法，但是在妨礙流動(dòng)性的場(chǎng)合或配合的增強(qiáng)材料的分散性不充分而成塊的場(chǎng)合，成為成本上升的主要原因，因此只能在有限的用途中使用。
按照上述特開昭61-155237號(hào)公報(bào)中記載的方法，雖然通過在混凝土中添加混合劑強(qiáng)度上升，但是僅壓縮強(qiáng)度提高，沒有涉及拉伸強(qiáng)度的記載。另外，特開2001-294461號(hào)公報(bào)中記載的方法是在固化后的混凝土表面涂敷改質(zhì)劑的方法，雖然可以防止裂縫等混凝土劣化的進(jìn)行，但是不能積極地提高拉伸強(qiáng)度。
本發(fā)明是為了解決上述課題而提出的，提供通過添加在混凝土中可以提高拉伸強(qiáng)度的混合劑及其制造方法。同時(shí)，提供使用該混凝土混合劑的混凝土、混凝土構(gòu)造物的構(gòu)筑方法以及混凝土制品的制造方法。
另外，上述混凝土中的課題在砂漿中也同樣作為課題存在。本發(fā)明也是為了解決這些課題而提出的。本發(fā)明提供通過添加在砂漿中可以提高拉伸強(qiáng)度的混合劑及其制造方法。同時(shí)，提供使用該砂漿混合劑的砂漿以及砂漿制品的制造方法。而且，本發(fā)明還提供適合用于這種混凝土或砂漿的混合水泥。
解決課題的方法上述課題通過提供在水存在下混合硅酸鹽和酸后使之固化而成的混凝土混合劑實(shí)現(xiàn)。也就是說，本發(fā)明的混凝土混合劑通過在水存在的條件下混合硅酸鹽和酸后使之固化而成。通過添加這種混合劑，使固化后的混凝土的拉伸強(qiáng)度上升的原因未必明確，但認(rèn)為是以下說明的機(jī)理。
水泥的水合反應(yīng)機(jī)理復(fù)雜，目前也并不是完全清楚，代表性的水合反應(yīng)的模型化學(xué)式例如下述式(1)所示。另外，式(1)中使用的數(shù)值是作例證的，在實(shí)際的反應(yīng)中，應(yīng)該理解為具有寬度的數(shù)值。另外，其中沒有記載的化合物也可以參與水合反應(yīng)。
(1)這樣，水合反應(yīng)的結(jié)果形成以硅酸鈣水合物[xCaO·SiO2·yH2O](通常x為1.5～2.0的數(shù)值，y取范圍再稍寬一些的數(shù)值)和氫氧化鈣[Ca(OH)2]為主的水合反應(yīng)產(chǎn)物。其中，在完全固化的硅酸鹽水泥中，硅酸鈣水合物通常是占一半以上體積的主要成分。該硅酸鈣水合物呈纖維狀或網(wǎng)眼狀形態(tài)，可以通過范得瓦(van der Waals)力進(jìn)行牢固地連接。另一方面，由于氫氧化鈣是六角形棱柱狀的表面積小的晶體，因而不但范得瓦力小，而且由于結(jié)晶方向性，易于斷裂，在連接強(qiáng)度方面的作用小。
在混凝土中，強(qiáng)度最弱且易于因拉伸應(yīng)力產(chǎn)生裂縫的部位主要是在粗骨料和砂漿的界面形成的所謂遷移帶。在模板中澆筑混凝土?xí)r，作為流散的結(jié)果，在尺寸大的骨料或鋼筋的周圍，特別是下側(cè)形成水膜，產(chǎn)生水分相對(duì)于水泥的比例大的區(qū)域即遷移帶。在該遷移帶，氫氧化鈣的比例與砂漿部分相比變大，認(rèn)為這是使遷移帶的強(qiáng)度降低，進(jìn)而使混凝土的拉伸強(qiáng)度降低的主要原因之一。
推測(cè)本發(fā)明的混凝土混和劑對(duì)通過下述反應(yīng)將存在于該遷移帶的氫氧化鈣轉(zhuǎn)變?yōu)槔喂痰墓杷徕}水合物發(fā)揮作用。下述式(2)表示硅酸鈉與氫氧化鈣的反應(yīng)中形成硅酸鈣水合物的一個(gè)實(shí)例的模型化學(xué)式。
(2)實(shí)際混凝土中的化學(xué)反應(yīng)并不是這種定量的反應(yīng)，與上述式(1)的情況相同，上述式(2)中的數(shù)值應(yīng)該理解為具有一定范圍。
但是，將混和硅酸鹽、酸和水而成的水溶液直接添加到流動(dòng)狀態(tài)的混凝土中，在添加時(shí)，混凝土的流動(dòng)性降低，將混凝土澆筑到模板中變得困難。認(rèn)為這是因?yàn)樯鲜?2)式的反應(yīng)在混凝土中過快地進(jìn)行。
認(rèn)為本發(fā)明的混凝土混和劑在澆筑時(shí)維持混凝土的流動(dòng)性，同時(shí)在澆筑后的固化時(shí)，可以于遷移帶部分進(jìn)行上述(2)式的反應(yīng)。通過添加在水存在下混和硅酸鹽和酸后使之固化而成的物質(zhì)，在添加至混凝土中時(shí)不阻礙流動(dòng)性，然后在進(jìn)行水合反應(yīng)時(shí)，進(jìn)行上述(2)式的反應(yīng)，因而可以將硅酸鹽成分供給遷移帶部分。
經(jīng)本發(fā)明人確認(rèn)，實(shí)際上在水存在下混和硅酸鹽和酸后使之干燥固化得到的物質(zhì)與簡(jiǎn)單地將硅酸鹽干燥固化得到的物質(zhì)不同，在水中的溶解性大幅降低，顯示需長(zhǎng)時(shí)間才能溶解在水中的性質(zhì)。認(rèn)為其中由于原硅酸或正硅酸等硅酸類是非常弱的酸，因此通過與比其強(qiáng)的酸(例如羧酸)反應(yīng)，可以進(jìn)行酸堿反應(yīng)(中和反應(yīng))，使弱酸(硅酸)游離，形成更強(qiáng)的酸的鹽。
根據(jù)如上所述推測(cè)的機(jī)理，通過在水存在下混和硅酸鹽和酸后使之固化而成的混凝土混和劑，可以解決本發(fā)明的課題。在本發(fā)明的混凝土混和劑中，上述硅酸鹽優(yōu)選為硅酸鈉，上述酸優(yōu)選為羧酸。該混凝土混和劑優(yōu)選為粉狀體或粒狀體。另外，上述課題也可以通過提供含有硅酸鹽和酸的反應(yīng)產(chǎn)物的粉狀體或粒狀體構(gòu)成的混凝土混和劑解決。
另外，上述課題也可以通過提供在水溶液中混和硅酸鹽和酸，由混和后的水溶液除去水分使之固化的混凝土混和劑的制造方法實(shí)現(xiàn)。
本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式是含有上述混凝土混和劑、水泥、骨料和水的混凝土。另外，將含有水泥、骨料、上述混凝土混和劑和水的流動(dòng)狀態(tài)的混凝土澆筑在模板中使之固化的混凝土構(gòu)造物的構(gòu)筑方法也是優(yōu)選的實(shí)施方式。此時(shí)，優(yōu)選在含有水泥、骨料和水的流動(dòng)狀態(tài)的混凝土中后添加上述混凝土混和劑，然后澆筑到模板中。而且，將含有水泥、骨料、上述混凝土混和劑和水的流動(dòng)狀態(tài)的混凝土澆筑到模板中使之固化的混凝土制品的制造方法也是優(yōu)選的實(shí)施方式。此時(shí)，也優(yōu)選在含有水泥、骨料和水的流動(dòng)狀態(tài)的混凝土中后添加上述混凝土混和劑，然后澆筑到模板中。
上述課題也可以通過提供在水存在下混和硅酸鹽和酸后使之固化而成的砂漿混和劑實(shí)現(xiàn)。也可以通過提供含有硅酸鹽和酸的反應(yīng)產(chǎn)物的粉狀體或粒狀體構(gòu)成的砂漿混和劑解決。另外，也可以通過提供在水溶液中混和硅酸鹽和酸，由混和后的水溶液除去水分使之固化而成的砂漿混和劑的制造方法實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式是含有上述砂漿混和劑、水泥、細(xì)骨料和水的砂漿。將含有水泥、細(xì)骨料、上述砂漿混和劑和水的流動(dòng)狀態(tài)的砂漿成型，使之固化而成的砂漿制品的制造方法也是優(yōu)選的實(shí)施方式。
另外，上述課題也可以通過提供將在水存在下混和硅酸鹽和酸后使之固化而成的粉狀體或粒狀體混和在水泥中得到的混和水泥實(shí)現(xiàn)。另外，也可以通過將含有硅酸鹽和酸的反應(yīng)產(chǎn)物的粉狀體或粒狀體混和在水泥中得到的混和水泥實(shí)現(xiàn)。此時(shí)，優(yōu)選上述粉狀體或粒狀體的含水率為10重量％以上。


圖1是表示實(shí)施例4的混凝土細(xì)孔分布的圖。
圖2是表示比較例1的混凝土細(xì)孔分布的圖。
圖3是實(shí)施例4的混凝土的斷面照片。
圖4是比較例1的混凝土的斷面照片。
圖5是表示斷裂拉伸強(qiáng)度隨時(shí)間變化的曲線。
圖6是表示壓縮強(qiáng)度隨時(shí)間變化的曲線。
圖7是表示壓縮強(qiáng)度和斷裂拉伸強(qiáng)度的關(guān)系的曲線。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的混凝土混和劑通過在水存在下混和硅酸鹽和酸后使之固化形成。
本發(fā)明中使用的硅酸鹽沒有特別限定。其陽(yáng)離子不限于金屬離子，也可以是銨離子，但優(yōu)選金屬離子。金屬離子中，優(yōu)選堿金屬離子，從得到原料的容易程度或成本等方面出發(fā)，更優(yōu)選鈉離子。另外，本發(fā)明中使用的硅酸鹽的陰離子也沒有特別限定，不僅可以是原硅酸陰離子[SiO44-]或正硅酸陰離子[SiO32-]等陰離子，也可以是多個(gè)硅酸[SiO2]單元連接形成陰離子而成的物質(zhì)。
作為具體的化合物，例如原硅酸鈉、原硅酸鉀、原硅酸鋰、正硅酸鈉、正硅酸鉀、正硅酸鋰、水玻璃等。
其中，本發(fā)明中優(yōu)選使用的是水玻璃。水玻璃是堿金屬的硅酸鹽的水溶液，是多個(gè)硅酸[SiO2]單元連接形成陰離子而成的物質(zhì)。其中使用的堿金屬有時(shí)為鉀，但通常為鈉。硅酸鈉的場(chǎng)合，固態(tài)成分的通式用Na2O·nSiO2表示。
硅酸鹽中的金屬原子和硅原子數(shù)的比[金屬/硅]優(yōu)選為0.1～2的范圍。上述比[金屬/硅]低于0.1時(shí)，水溶性降低，有在水的存在下和羧酸混和變得困難的顧慮。更優(yōu)選為0.2以上，進(jìn)一步優(yōu)選為0.3以上。反之，比[金屬/硅]超過2時(shí)，硅酸鹽的水溶性過高，有混凝土的流動(dòng)性惡化的顧慮。更優(yōu)選為1.5以下，進(jìn)一步優(yōu)選為1以下。
另外，本發(fā)明中與硅酸鹽混和的酸的種類也沒有特別限定，可以是硫酸或磷酸等無機(jī)酸，也可以是羧酸等有機(jī)酸。其中，優(yōu)選使用羧酸。使用的羧酸沒有特別限定，可以使用甲酸、乙酸、丙酸等一元羧酸；乙醇酸、乳酸、葡糖酸等羥基一元羧酸；草酸、丙二酸、琥珀酸、庚二酸、己二酸、戊二酸、馬來酸、富馬酸、鄰苯二甲酸、對(duì)苯二甲酸等多元羧酸；蘋果酸、枸櫞酸等羥基多元羧酸；丙烯酸聚合物、馬來酸酐聚合物等多元羧酸聚合物等。其中，優(yōu)選揮發(fā)性低且水溶性良好的羥基羧酸或多元羧酸，更優(yōu)選多元羧酸。優(yōu)選馬來酸、富馬酸等不飽和多元羧酸。
在本發(fā)明的混凝土混和劑中使用硅酸的金屬鹽和羧酸時(shí)，硅酸鹽中的金屬原子數(shù)和上述羧酸中的羧基數(shù)的比[金屬/羧基]優(yōu)選為1～200。比[金屬/羧基]低于1時(shí)，硅酸成分變得不溶于水，在水存在下混和硅酸鹽和羧酸時(shí)，有產(chǎn)生不溶物不能均勻混和的顧慮。更優(yōu)選為2以上，進(jìn)一步優(yōu)選為5以上，最優(yōu)選為10以上。反之，比[金屬/羧基]超過200時(shí)，硅酸鹽的水溶性過高，有混凝土的流動(dòng)性惡化的顧慮。更優(yōu)選為100以下，進(jìn)一步優(yōu)選為50以下。
在水存在下混和上述硅酸鹽和酸，制造本發(fā)明的混凝土混和劑。通過在水存在下混和，在形成硅酸鹽的陽(yáng)離子和酸之間進(jìn)行中和反應(yīng)(形成鹽)，可以適當(dāng)降低硅酸鹽的水溶性?；旌蜁r(shí)存在的水的量相對(duì)于硅酸鹽和酸的合計(jì)重量100重量份而言，優(yōu)選為1重量份以上，更優(yōu)選為10重量份以上，進(jìn)一步優(yōu)選為100重量份以上?；旌头椒]有特別限定，只要可以在流動(dòng)狀態(tài)下將這些成分混和即可，但優(yōu)選在水溶液的狀態(tài)下混和攪拌硅酸鹽和酸的方法。例如，在水玻璃中添加羧酸或其水溶液進(jìn)行攪拌的方法等。為了易于攪拌，優(yōu)選升高溫度進(jìn)行混和。
本發(fā)明的混凝土混和劑如上所述混和后，使之固化進(jìn)行制造?？梢酝ㄟ^除去水分使之固化，也可以通過冷卻使之固化。其中，優(yōu)選在混和硅酸鹽和酸后由水溶液除去水分使之固化的方法。除去水分的方法沒有特別限定，可以在室溫下放置使水分揮發(fā)，也可以進(jìn)行加熱使水分揮發(fā)。除去水分后的含水率優(yōu)選為50重量％以下。含水率更優(yōu)選為40重量％以下，進(jìn)一步優(yōu)選為30重量％以下。本發(fā)明混凝土混和劑即使是固體狀態(tài)，也可以在其內(nèi)部含有相當(dāng)量的水分。另外，如下所述，在制造預(yù)先配合于水泥中而成的混和水泥時(shí)，優(yōu)選進(jìn)一步降低含水率。另外，其中所說的含水率是采用JIS K0101-16.2中記載的方法測(cè)定得到的數(shù)值。
另外，本發(fā)明的混凝土混和劑是含有硅酸鹽和酸的反應(yīng)產(chǎn)物的粉狀體或粒狀體構(gòu)成的混凝土混和劑。其中所說的反應(yīng)產(chǎn)物是通過使弱酸(硅酸)游離形成更強(qiáng)酸的鹽的酸堿反應(yīng)(中和反應(yīng))得到的產(chǎn)物。本發(fā)明的混凝土混和劑通過含有這種反應(yīng)產(chǎn)物，可以發(fā)揮本發(fā)明的效果。如上所述，優(yōu)選通過在水的存在下混和硅酸鹽和酸后使之固化的方法進(jìn)行制造，不限于這樣制造得到的物質(zhì)，只要作為結(jié)果含有反應(yīng)產(chǎn)物即可。另外，含有這種反應(yīng)產(chǎn)物的粉狀體或粒狀體，可以用作后述的砂漿混和劑，也可以用作混和水泥的原料。
本發(fā)明的混凝土混和劑優(yōu)選為粉狀體或粒狀體。制成粉狀體或粒狀體的方法沒有特別限定，例如使之固化后粉碎的方法，或者使液滴固化的方法。另外，也可以在使之固化的中間階段制成粉狀體或粒狀體。粉狀體或粒狀體的場(chǎng)合的粒子大小沒有特別限定，優(yōu)選不以微粉末，例如粒徑小于100μm的粒子為主要構(gòu)成粒子，反之，也不優(yōu)選以粗大粒子，例如粒徑超過10mm的粒子為主要構(gòu)成粒子。
粒徑過小時(shí)，在混凝土中添加本發(fā)明的混凝土混和劑時(shí)，混凝土的流動(dòng)性有降低的顧慮。反之，粒徑過大時(shí)，固化的混凝土有變得不均勻的顧慮。另外，粒徑過小，粒徑過大，均有拉伸強(qiáng)度的改善效果減小的傾向，通過使用一定范圍粒徑的粒子，拉伸強(qiáng)度的改善效果變大。其理由尚不明確，但認(rèn)為原因在于通過適當(dāng)?shù)牧Ｗ哟笮?，可以與混凝土澆筑后水合反應(yīng)的進(jìn)行恰好同步地將硅酸鹽成分適當(dāng)?shù)毓┙o遷移帶部分。
適當(dāng)?shù)牧礁鶕?jù)混凝土混和劑的化學(xué)組成或含水率進(jìn)行變化，另外，也根據(jù)在混凝土中添加的方法進(jìn)行變化，因此，應(yīng)當(dāng)適當(dāng)調(diào)整。優(yōu)選粒徑小的粒子不要過多，例如不能通過1.25mm網(wǎng)眼的粒子優(yōu)選為50重量％以上，更優(yōu)選為80重量％以上。反之，優(yōu)選粒徑大的粒子也不要過多，能通過2.5mm網(wǎng)眼的粒子優(yōu)選為50重量％以上，更優(yōu)選為80重量％以上。另外，上述網(wǎng)眼的大小規(guī)定在JIS Z8801中。
本發(fā)明中得到的混凝土含有水泥、骨料、水和上述混凝土混合劑。其中所說的混凝土包含澆筑前流動(dòng)狀態(tài)的混凝土(新鮮的混凝土，fresh concrete)和澆筑后固化了的混凝土兩方面。
此時(shí)，使用的水泥只要是含有硅酸鈣的水硬性水泥即可，可以使用硅酸鹽水泥、高爐水泥等。
本發(fā)明的混凝土配合骨料。如上所述，推測(cè)本發(fā)明的混凝土混合劑主要在粗骨料和砂漿的界面即遷移帶提高粘結(jié)強(qiáng)度，因此在配合了骨料的混凝土中進(jìn)行添加有重要意義。使用的骨料沒有特別限定，除由天然礦物得到的骨料以外，也可以使用以高爐爐渣、飛塵、廢棄混凝土等為原料的骨料或人工骨料等。骨料的配合量相對(duì)于水泥100重量份而言，優(yōu)選為300～1200重量份，更優(yōu)選為500～800重量份。
骨料的大小沒有限定，可以使用細(xì)骨料(通過5mm網(wǎng)眼的骨料，通常不能通過75μm網(wǎng)眼)和粗骨料(不能5mm網(wǎng)眼的骨料，通常達(dá)到200mm左右)中的任意一種，也可以兩者并用。尺寸越大的骨料越容易在其周圍形成遷移帶部分，因而在配合了粗骨料的混凝土中使用本發(fā)明的混凝土混和劑的實(shí)際利益大。粗骨料的配合量相對(duì)于水泥100重量份而言，優(yōu)選為100～800重量份，更優(yōu)選為150～500重量份。除粗骨料以外，優(yōu)選還含有細(xì)骨料，其配合量相對(duì)于水泥100重量份而言，優(yōu)選為100～800重量份，更優(yōu)選為150～500重量份。
在本發(fā)明的混凝土中配合的水的量相對(duì)于水泥100重量份而言，優(yōu)選為20～75重量份，更優(yōu)選為30～60重量份。
本發(fā)明的混凝土除水泥、骨料和水以外，還添加上述混凝土混和劑。其添加量相對(duì)于水泥100重量份而言，優(yōu)選為0.1～20重量份。添加量低于0.1重量份時(shí)，有拉伸強(qiáng)度的改善效果變得不充分的顧慮。添加量更優(yōu)選為0.5重量份以上，進(jìn)一步優(yōu)選為1重量份以上。添加量超過20重量份時(shí)，混凝土的流動(dòng)性有降低的顧慮，而且拉伸強(qiáng)度的改善效果也有降低的顧慮。添加量更優(yōu)選為10重量份以下，進(jìn)一步優(yōu)選為5重量份以下。
在不阻礙本發(fā)明效果的范圍內(nèi)，也可以在混凝土中配合上述以外的成分。根據(jù)用途或要求性能，可以配合減水劑、加氣劑(AE劑)、流動(dòng)化劑、凝結(jié)延遲劑等公知的添加劑。另外，根據(jù)用途，也優(yōu)選配合石棉或玻璃纖維等無機(jī)纖維或合成纖維構(gòu)成的短纖維增強(qiáng)材料。
制造本發(fā)明的混凝土的方法沒有特別限定。可以同時(shí)配合上述材料進(jìn)行混練，也可以依次添加進(jìn)行配合。例如，可以在備用混和混凝土(生混凝土)的車間一并混練進(jìn)行制造。但是，為了良好地保持澆筑前的流動(dòng)狀態(tài)，優(yōu)選在含有水泥、骨料和水的流動(dòng)狀態(tài)的混凝土中后添加本發(fā)明的混凝土混和劑。這樣，良好地保持了澆筑時(shí)混凝土的流動(dòng)性，同時(shí)易于提高固化后混凝土的拉伸強(qiáng)度。具體地說，例如優(yōu)選用混凝土混和車將在備用混和混凝土車間制造得到的備用混和混凝土運(yùn)送到施工現(xiàn)場(chǎng)，在施工現(xiàn)場(chǎng)，將本發(fā)明的混凝土混和劑投入到該混合物中，混練后快速澆筑的方法。另外，如后所述，也可以將在水存在下混和硅酸鹽和酸后使之固化而成的粉狀體或粒狀體混和在水泥中，將得到的混和水泥用作原料，在其中配合骨料和水。
將這樣得到的本發(fā)明的混凝土以流動(dòng)狀態(tài)澆筑在模板中，然后使之固化。由于固化后的混凝土拉伸強(qiáng)度高，因此，與以往的混凝土構(gòu)造物相比，可以減少用于增強(qiáng)的鋼材的用量。另一方面，在配設(shè)了鋼材的模板中，特別是在復(fù)雜地配設(shè)了鋼筋的模板中進(jìn)行澆筑時(shí)，實(shí)施本發(fā)明的實(shí)際利益也大。這是因?yàn)橥ㄟ^添加本發(fā)明的混凝土混和劑，可以強(qiáng)化在鋼筋下側(cè)產(chǎn)生的來源于滲化的脆折點(diǎn)。
本發(fā)明的混凝土可以用于構(gòu)筑各種構(gòu)造物。使用本發(fā)明混凝土得到的混凝土構(gòu)造物拉伸強(qiáng)度高，因此對(duì)于易于因外力或溫度應(yīng)力等產(chǎn)生拉伸應(yīng)力的部件或易受疲勞影響的部件，可以特別有效地使用。另外，構(gòu)筑具有復(fù)雜形狀的構(gòu)造物時(shí)，也可以有效使用。作為具體的用途，例如路面、橋墩、隧道等道路、鐵路設(shè)施；港口設(shè)施；機(jī)場(chǎng)設(shè)施；擋土墻或堤岸等江河、海岸設(shè)施；原子發(fā)電廠或火力發(fā)電廠等能源設(shè)施；水壩或水道等水處理實(shí)施；一般建筑物等。
本發(fā)明的混凝土也可以用于制造各種混凝土制品(混凝土二次制品)。此時(shí)，可以在工廠大量生產(chǎn)同一形狀的制品。將本發(fā)明的混凝土澆筑在模板中后，使之固化，可以制造混凝土制品。由于可以在工廠內(nèi)生產(chǎn)，因此也可以采用擠出成型、擠壓成型、加壓成型、振動(dòng)成型、滾筒碾壓成型、離心力成型等各種成型方法。使用本發(fā)明混凝土得到的混凝土制品拉伸強(qiáng)度高，因此作為易于受到外力或溫度應(yīng)力等產(chǎn)生的拉伸應(yīng)力的制品或易于受到疲勞影響的制品有用。另外，作為復(fù)雜形狀的制品或薄壁制品等也有用。作為具體的混凝土制品，例如塊、管、柱、樁、擋土墻、溝槽等。
以上說明了混凝土混和劑及其制造方法和用途。下面說明砂漿混和劑。砂漿是指不含粗骨料的混凝土，通常以水泥、細(xì)骨料(砂)和水為主要原料。
本發(fā)明的砂漿混和劑通過在水存在下混和硅酸鹽和酸后使之固化而成。作為本發(fā)明的砂漿混和劑使用與上述混凝土混和劑相同的物質(zhì)。
本發(fā)明中得到的砂漿含有水泥、細(xì)骨料、水和上述砂漿混和劑。其中所說的砂漿包括固化前流動(dòng)狀態(tài)的砂漿和固化了的砂漿兩者。其中使用的水泥可以使用與上述混凝土中使用的水泥相同的物質(zhì)。
本發(fā)明的砂漿配合細(xì)骨料，不配合粗骨料。如上所述，在本發(fā)明的混凝土混和劑中，推測(cè)粗骨料和砂漿界面即遷移帶的粘結(jié)強(qiáng)度的提高是拉伸強(qiáng)度提高的主要原因。由于本發(fā)明的砂漿也提高拉伸強(qiáng)度，因而在細(xì)骨料和水泥灰漿的界面，粘結(jié)強(qiáng)度同樣也提高。
細(xì)骨料是通過5mm網(wǎng)眼的物質(zhì)，通常不能通過75μm網(wǎng)眼。本發(fā)明的砂漿中使用的細(xì)骨料沒有特別限定，除砂等由天然礦物得到的細(xì)骨料以外，也可以使用以高爐爐渣、飛塵、廢棄混凝土等為原料的細(xì)骨料或人工骨料等。細(xì)骨料的配合量相對(duì)于水泥100重量份而言，優(yōu)選為100～800重量份，更優(yōu)選為150～500重量份。
本發(fā)明的砂漿中配合的水的量相對(duì)于水泥100重量份而言，優(yōu)選為20～75重量份，更優(yōu)選為30～60重量份。本發(fā)明的砂漿中添加的上述砂漿混和劑的添加量相對(duì)于水泥100重量份而言，優(yōu)選為0.1～20重量份。添加量低于0.1重量份時(shí)，拉伸強(qiáng)度的改善效果有變得不充分的顧慮。添加量更優(yōu)選為0.5重量份以上，進(jìn)一步優(yōu)選為1重量份以上。添加量超過20重量份時(shí)，固化前的砂漿的流動(dòng)性有降低的顧慮，而且拉伸強(qiáng)度的改善效果有降低的顧慮。添加量更優(yōu)選為10重量份以下，進(jìn)一步優(yōu)選為5重量份以下。
在不阻礙本發(fā)明效果的范圍內(nèi)，在砂漿中可以配合上述以外的成分。根據(jù)用途或要求性能，可以配合減水劑、加氣劑(AE劑)、流動(dòng)化劑、凝結(jié)延遲劑、膨脹劑、加速凝結(jié)劑等公知的添加劑。另外，根據(jù)用途，也優(yōu)選配合石棉或玻璃纖維等無機(jī)纖維或合成纖維構(gòu)成的短纖維增強(qiáng)材料。
制造本發(fā)明砂漿的方法沒有特別限定?？梢酝瑫r(shí)配合上述材料進(jìn)行混練，也可以依次添加進(jìn)行配合。另外，如后所述，也可以將在水存在下混和硅酸鹽和酸后使之固化而成的粉狀體或粒狀體混和在水泥中，將得到的混和水泥用作原料，在其中配合細(xì)骨料和水。
將這樣得到的流動(dòng)狀態(tài)的砂漿成型后，使之固化，可以制造砂漿制品。成型方法沒有特別限定，可以注入模板中后使之固化，也可以采用擠出成型、擠壓成型、加壓成型、振動(dòng)成型、滾筒碾壓成型、離心力成型等各種成型方法。另外，也可以對(duì)基材噴涂或涂覆流動(dòng)狀態(tài)的砂漿。
使用本發(fā)明砂漿得到的砂漿制品拉伸強(qiáng)度高，因此作為易于受到外力或溫度應(yīng)力等產(chǎn)生的拉伸應(yīng)力的制品或易于受到疲勞影響的制品有用。另外，作為復(fù)雜形狀的制品或薄壁制品等也有用。作為具體的砂漿制品，例如塊、管、擋土墻、邊石、溝槽、模板等。
以上說明了混凝土混和劑和砂漿混和劑。下面說明本發(fā)明的另一實(shí)施方式即混和水泥。本發(fā)明的混和水泥是將在水存在下混和硅酸鹽和酸后使之固化而成的粉狀體或粒狀體混和在水泥中得到的混和水泥。
作為本發(fā)明混和水泥中使用的上述粉狀體或粒狀體，可以使用用作上述混凝土混和劑或砂漿混和劑的粉狀體或粒狀體。但是，由于必須在與水泥混和的狀態(tài)下長(zhǎng)時(shí)間防止水泥的結(jié)塊或風(fēng)化，因而更優(yōu)選含水率低。因此，優(yōu)選的含水率為20重量％以下，更優(yōu)選為10重量％以下，進(jìn)一步優(yōu)選為5重量％以下，最優(yōu)選為1重量％以下。
本發(fā)明的混和水泥中的水泥和上述粉狀體或粒狀體的配合比例，相對(duì)于水泥100重量份而言，優(yōu)選為0.1～20重量份。添加量低于0.1重量份時(shí)，拉伸強(qiáng)度的改善效果有變得不充分的顧慮。添加量更優(yōu)選為0.5重量份以上，進(jìn)一步優(yōu)選為1重量份以上。添加量超過20重量份時(shí)，固化前的混凝土或砂漿的流動(dòng)性有降低的顧慮，而且拉伸強(qiáng)度的改善效果也有降低的顧慮。添加量更優(yōu)選為10重量份以下，進(jìn)一步優(yōu)選為5重量份以下。另外，其中使用的水泥可以使用與上述混凝土或砂漿中使用的水泥相同的物質(zhì)。
這樣得到的混和水泥，優(yōu)選用作混凝土或砂漿的原料。由于在水泥中預(yù)先配合了適當(dāng)量的上述粉狀體或粒狀體，因此與普通水泥同樣只與水和骨料等進(jìn)行混練即可，原料的配合操作容易。另外，作為混和水泥，可以使之與通常的水泥同樣地流通，在建筑現(xiàn)場(chǎng)或工廠等，能夠容易地制造提高了拉伸強(qiáng)度的混凝土或砂漿。
實(shí)施例下面，使用實(shí)施例更詳細(xì)地說明本發(fā)明。
實(shí)施例1(混和劑A和B的制造)在加入了水溫60℃的水15kg的容器中投入富馬酸120g，進(jìn)行攪拌使之溶解。接著，一邊繼續(xù)攪拌，一邊加入東曹產(chǎn)業(yè)(株)制水玻璃“JIS3號(hào)硅酸鈉”25kg。此時(shí)，在加入了水玻璃的部分，粘度暫時(shí)大幅上升，但通過攪拌，整體被勻質(zhì)化。反復(fù)進(jìn)行該操作，加入全部水玻璃，配制整體均勻、沒有不溶物的水溶液。
另外，其中使用的水玻璃含有氧化鈉(Na2O∶MW＝61.98)成分9～10重量％，含有二氧化硅(SiO2∶MW＝60.09)成分28～30重量％。采用中間值，含有氧化鈉成分9.5重量％、二氧化硅成分29重量％時(shí)，比[金屬/硅]的值為0.64。另外，鈉原子數(shù)和2元酸即富馬酸(C4H4O4∶MW＝116.07)中的羧基之比[金屬/羧基]的數(shù)值為37。
使得到的水溶液流入塑料制托盤成5mm厚，在常溫下放置3天，蒸發(fā)水分使之固化。這樣得到的固化物為含水凝膠狀，具有一定的柔軟性。將該固化物裝入2.5mm網(wǎng)眼的篩中，用棒從網(wǎng)眼間擠出。將擠出的粒子在乙烯片材上展開，用風(fēng)扇吹50℃的溫風(fēng)24小時(shí)，進(jìn)行干燥。干燥后，將相互膠聯(lián)的粒子分離，然后置于2.5mm網(wǎng)眼的篩上。將通過篩的粒子作為本實(shí)施例中使用的混和劑A，將殘留在篩上的粒子作為本實(shí)施例中使用的混和劑B。將混和劑A置于1.25mm網(wǎng)眼的篩上時(shí)，約10重量％通過篩，約90重量％殘留在篩上。另外，在混和劑B中含有最大尺寸7mm的粒子。
根據(jù)JIS K0101-16.2測(cè)定這樣得到的混和劑A和B的含水率，為25.5重量％。由于該混和劑A和B具有吸濕性，因此與干燥劑一起保存在聚乙烯袋中，在混和到備用混和混凝土中時(shí)或者與細(xì)骨料和砂混和制造砂漿時(shí)，每次由其中取出使用。
實(shí)施例2(混和劑C的制造)在實(shí)施例1中，使用枸櫞酸1440g代替使用富馬酸120g，除此以外與實(shí)施例1同樣配制水溶液。鈉原子數(shù)和3元酸即枸櫞酸(C6H8O7∶MW＝192.13)中的羧基之比[金屬/羧基]的數(shù)值為3.4。
將得到的水溶液與實(shí)施例1同樣固化、干燥。干燥后，將相互膠聯(lián)的粒子分離，然后置于2.5mm網(wǎng)眼的篩上，將通過篩的粒子作為本實(shí)施例中使用的混和劑C。將混和劑C置于1.25mm網(wǎng)眼的篩上時(shí)，約10重量％通過篩，約90重量％殘留在篩上。根據(jù)JIS K0101-16.2測(cè)定這樣得到的混和劑C的含水率，為30重量％。由于該混和劑C具有吸濕性，因此與實(shí)施例1同樣進(jìn)行保存使用。
實(shí)施例3(混合劑D的制造)將實(shí)施例1制造得到的混合劑A投入煎鍋，在燃?xì)饧訜崞魃霞訜?。通過加熱，混合劑中的水分蒸發(fā)，因而混合劑粒子膨脹，5分鐘后認(rèn)為這種膨脹消失，停止加熱。冷卻后，將相互膠聯(lián)的粒子分離，然后置于2.5mm網(wǎng)眼的篩上。將通過篩的粒子作為本實(shí)施例中使用的混和劑D。將混和劑D置于1.25mm網(wǎng)眼的篩上時(shí)，約10重量％通過篩，約90重量％殘留在篩上。
根據(jù)JIS K0101-16.2測(cè)定這樣得到的混和劑D的含水率，為0重量％。由于該混和劑D具有吸濕性，因此與實(shí)施例1同樣進(jìn)行保存使用。另外，由于混合劑D不含水分，因此即使對(duì)水泥預(yù)先配合混合劑，也不會(huì)發(fā)生結(jié)塊或風(fēng)化，可長(zhǎng)期保存，也可以作為混合水泥進(jìn)行流通。
實(shí)施例4(添加混合劑A的混凝土的制造、評(píng)價(jià))作為基礎(chǔ)混凝土使用的備用混合混凝土使用以下原料。
1)水泥宇部興產(chǎn)(株)制普通硅酸鹽水泥，密度3.16g/cm3，鈉含量(Na2O換算值)0.68重量％2)粗骨料葛生產(chǎn)碎石(2005)，粒的大小為5～20mm，實(shí)積率60.0％，表面干燥時(shí)的密度2.70g/cm3，吸水率0.89重量％3)細(xì)骨料1葛生產(chǎn)碎砂，粒的大小為5mm以下，粗粒率3.20，表面干燥時(shí)的密度2.63g/cm3，吸水率1.22重量％4)細(xì)骨料2佐原產(chǎn)陸砂，粒的大小為1.2mm，粗粒率1.80，表面干燥時(shí)的密度2.58g/cm3，吸水率2.16重量％5)AE減水劑Grace Chemicals(株)制“Darlex WRDA”上述各成分的配比如下所述。括號(hào)內(nèi)的數(shù)值是相對(duì)于水泥100重量份的配合量比。本基礎(chǔ)混凝土的流度值為8cm。
水泥 283kg/m3(100重量份)水162kg/m3(57重量份)粗骨料1058kg/m3(374重量份)細(xì)骨料1 491kg/m3(173重量份)細(xì)骨料2 321kg/m3(113重量份)AE減水劑 1.698kg/m3(0.6重量份)在上述基礎(chǔ)混凝土中添加實(shí)施例1中得到的混合劑A，使之相對(duì)于水泥100重量份為2.5重量份，用強(qiáng)制混練混合器攪拌30秒后，流入直徑100mm、高200mm的圓柱狀模板中，制成混凝土試樣。準(zhǔn)備數(shù)個(gè)這樣的試樣，在20℃的空氣中養(yǎng)護(hù)。對(duì)于本實(shí)施例4和下面說明的實(shí)施例5、實(shí)施例6以及比較例1，使用同一批基礎(chǔ)混凝土，在同一天制作樣品，在相同的環(huán)境下養(yǎng)護(hù)。
對(duì)材齡7天、28天和91天的試樣進(jìn)行強(qiáng)度測(cè)定試驗(yàn)。壓縮強(qiáng)度試驗(yàn)根據(jù)JIS A1108-1999進(jìn)行測(cè)定，斷裂拉伸強(qiáng)度試驗(yàn)根據(jù)JIS A1113-1999進(jìn)行測(cè)定。此時(shí)，對(duì)于各試驗(yàn)測(cè)定3個(gè)試樣(n＝3)，求其平均值。得到的拉伸強(qiáng)度、壓縮強(qiáng)度和α值歸納于表1中。其中，α值是下述式(3)表示的數(shù)值，是表示拉伸強(qiáng)度和壓縮強(qiáng)度相互關(guān)系的數(shù)值。
(拉伸強(qiáng)度)＝α×(壓縮強(qiáng)度)2/3根據(jù)JSCE-G502-1999，用壓縮計(jì)對(duì)材齡28天的試樣測(cè)定壓縮側(cè)彈性系數(shù)。彈性系數(shù)為約30000N/mm2，顯示壓縮應(yīng)力最大值時(shí)的應(yīng)變?yōu)榧s0.002。另外，切下材齡91天的試樣，用孔度計(jì)測(cè)定細(xì)孔分布，其結(jié)果如圖1所示。在斷裂拉伸強(qiáng)度試驗(yàn)中斷裂的材齡28天的試樣的斷面照片如圖3所示。
實(shí)施例5(添加混合劑B的混凝土的制造、評(píng)價(jià))在實(shí)施例4中，使用實(shí)施例1中得到的混合劑B 2.5重量份以代替使用混合劑A 2.5重量份，除此以外，與實(shí)施例4同樣制作混凝土試樣。對(duì)材齡7天和28天的試樣進(jìn)行與實(shí)施例4同樣的強(qiáng)度測(cè)定試驗(yàn)。得到的拉伸強(qiáng)度、壓縮強(qiáng)度和α值歸納于表1中。對(duì)于材齡28天的試樣，與實(shí)施例4同樣測(cè)定壓縮側(cè)彈性系數(shù)。彈性系數(shù)為約29000N/mm2，顯示壓縮應(yīng)力最大值時(shí)的應(yīng)變?yōu)榧s0.002。
實(shí)施例6(添加混合劑A和混合劑B的混凝土的制造、評(píng)價(jià))在實(shí)施例4中，添加實(shí)施例1中得到的混合劑A 2.5重量份和混合劑B 2.5重量份(合計(jì)添加混合劑5重量份)，以代替使用混合劑A2.5重量份，除此以外，與實(shí)施例4同樣制作混凝土試樣。對(duì)材齡7天和28天的試樣進(jìn)行與實(shí)施例4同樣的強(qiáng)度測(cè)定試驗(yàn)。得到的拉伸強(qiáng)度、壓縮強(qiáng)度和α值歸納于表1中。
比較例1(不添加混合劑的混凝土的制造、評(píng)價(jià))在實(shí)施例4中，不使用混合劑A，只將基礎(chǔ)混凝土流入模板中，制成混凝土試樣，以后與實(shí)施例4相同進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。對(duì)材齡7天、28天和91天的試樣進(jìn)行與實(shí)施例4同樣的強(qiáng)度測(cè)定試驗(yàn)。得到的拉伸強(qiáng)度、壓縮強(qiáng)度和α值歸納于表1中。對(duì)于材齡28天的試樣，與實(shí)施例4同樣測(cè)定壓縮側(cè)彈性系數(shù)。彈性系數(shù)為約26000N/mm2，顯示壓縮應(yīng)力最大值時(shí)的應(yīng)變?yōu)榧s0.002。另外，切下材齡91天的試樣，用孔度計(jì)測(cè)定細(xì)孔分布，其結(jié)果如圖2所示。在斷裂拉伸強(qiáng)度試驗(yàn)中斷裂的材齡28天的試樣的斷面照片如圖4所示。
比較例2(添加固化前水溶液的混凝土的制造)與實(shí)施例1相同，混合富馬酸水溶液和水玻璃，進(jìn)行攪拌，使之溶解。不使這樣得到的水溶液固化，添加至實(shí)施例4使用的基礎(chǔ)混凝土中。添加量相對(duì)于100重量份而言為5重量份。結(jié)果，由添加后開始，混凝土的流動(dòng)性顯著降低，難以流入模板中。
表1

比較例1未添加混合劑實(shí)施例4添加混合劑A 2.5重量份實(shí)施例5添加混合劑B 2.5重量份實(shí)施例6添加混合劑A和B各2.5重量份*1)拉伸強(qiáng)度＝α×(壓縮強(qiáng)度)2/3*2)以比較例1為1.00時(shí)的比率實(shí)施例4～6和比較例1的結(jié)果分析上述實(shí)施例中得到的斷裂拉伸強(qiáng)度隨時(shí)間的變化如圖5所示，壓縮強(qiáng)度隨時(shí)間的變化如圖6所示。實(shí)施例4(添加混合劑A)與比較例1(基礎(chǔ)混凝土)相比，在材齡第7天，拉伸強(qiáng)度接近60％，在材齡第28天和第91天，拉伸強(qiáng)度接近40％，拉伸強(qiáng)度提高。與此相對(duì)，壓縮強(qiáng)度的上升停留于10～20％的程度。另外，添加粒子大小比混合劑A大的混合劑B的實(shí)施例5，與實(shí)施例4相比，拉伸強(qiáng)度的升高小。與實(shí)施例4和5相比，混凝土混合劑的添加量達(dá)到2倍量的實(shí)施例6，強(qiáng)度的提高效果小。
對(duì)于實(shí)施例4(添加混合劑A)和比較例1(基礎(chǔ)混凝土)得到的材齡7天、28天、91天的各強(qiáng)度數(shù)據(jù)，以壓縮強(qiáng)度為橫軸，以斷裂拉伸強(qiáng)度為縱軸作圖，其結(jié)果如圖7所示。
結(jié)果，在式(3)中，實(shí)施例4得到的強(qiáng)度數(shù)據(jù)近似α為0.31的曲線，比較例1得到的強(qiáng)度數(shù)據(jù)近似α為0.23的曲線。
也就是說，添加了混合劑A的實(shí)施例4與基礎(chǔ)混凝土相比，α值提高約35％，可以得知由同一壓縮強(qiáng)度推定的拉伸強(qiáng)度也提高35％。這樣，與壓縮強(qiáng)度的提高相比，拉伸強(qiáng)度的提高顯著，在這一點(diǎn)，本發(fā)明的混凝土顯示杰出的特征。
對(duì)于實(shí)施例4(添加混合劑A)、實(shí)施例5(添加混合劑B)和比較例1(基礎(chǔ)混凝土)，測(cè)定材齡28天的試樣的壓縮側(cè)彈性系數(shù)，在所有的試樣中均以約0.002的應(yīng)變顯示最大壓縮應(yīng)力，確認(rèn)其應(yīng)力值也沒有大的差別。也就是說，確認(rèn)通過添加本發(fā)明的混合劑，盡管壓縮側(cè)彈性系數(shù)有一些增大，但是壓縮行為沒有大的變化。
另外，對(duì)于實(shí)施例4(添加混合劑A)和比較例1(基礎(chǔ)混凝土)得到的混凝土，用孔度計(jì)測(cè)定細(xì)孔分布，其結(jié)果分別如圖1和圖2所示。確認(rèn)通過添加本發(fā)明的混合劑，有0.5～10μm的細(xì)孔減少，0.01～0.1μm的細(xì)孔增加的趨勢(shì)。
另外，實(shí)施例4(添加混合劑A)和比較例1(基礎(chǔ)混凝土)得到的混凝土的拉伸試驗(yàn)中的斷面照片分別如圖3和圖4所示。由圖4可知，對(duì)于基礎(chǔ)混凝土，在粗骨料和砂漿的界面斷裂的部分多，顯示遷移帶為脆折點(diǎn)。與此相對(duì)，如圖3所示，添加了本發(fā)明混合劑的場(chǎng)合，粗骨料斷裂的部分多，遷移帶部分的粘結(jié)強(qiáng)度大幅改善。
實(shí)施例7(添加混合劑C的混凝土的制造、評(píng)價(jià))作為基礎(chǔ)混凝土使用的備用混合混凝土使用以下原料。
1)水泥太平洋水泥(株)制普通硅酸鹽水泥，密度3.16g/cm3，鈉含量(Na2O換算值)0.58重量％2)粗骨料1八王子產(chǎn)碎石5號(hào)，粒的大小為5～20mm，粗粒率7.04，表面干燥時(shí)的密度2.67g/cm3，吸水率0.55重量％3)粗骨料2八王子產(chǎn)碎石6號(hào)，粒的大小為2.5～10mm，粗粒率5.88，表面干燥時(shí)的密度2.67g/cm3，吸水率0.69重量％4)細(xì)骨料君津產(chǎn)山砂，粒的大小為5mm以下，粗粒率2.64，表面干燥時(shí)的密度2.60g/cm3，吸水率2.23重量％上述各成分的配比如下所述。括號(hào)內(nèi)的數(shù)值是相對(duì)于水泥100重量份的配合量比。本基礎(chǔ)混凝土的流度值為8cm。
水泥 320.0kg/m3(100重量份)水 176.0kg/m3(55重量份)粗骨料1564.3kg/m3(176重量份)粗骨料2376.2kg/m3(118重量份)細(xì)骨料 842.2kg/m3(263重量份)在上述基礎(chǔ)混凝土中添加實(shí)施例2得到的混合劑C，使之相對(duì)于水泥100重量份為2重量份，除此以外，與實(shí)施例4同樣制作混凝土試樣。準(zhǔn)備多個(gè)該試樣，在15℃的空氣中養(yǎng)護(hù)。對(duì)于本實(shí)施例7和下面說明的比較例3，使用同一批混凝土，在同一天制作樣品，在相同的環(huán)境下養(yǎng)護(hù)。對(duì)材齡7天和28天的試樣進(jìn)行與實(shí)施例4同樣的強(qiáng)度測(cè)定試驗(yàn)。得到的拉伸強(qiáng)度、壓縮強(qiáng)度和α值歸納于表2中。
比較例3(未添加混合劑的混凝土的制造、評(píng)價(jià))在實(shí)施例7中，不使用混合劑C，只將基礎(chǔ)混凝土流入模板中，制成混凝土試樣，以后與實(shí)施例7同樣進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。對(duì)材齡7天和28天的試樣進(jìn)行與實(shí)施例4同樣的強(qiáng)度測(cè)定試驗(yàn)。得到的拉伸強(qiáng)度、壓縮強(qiáng)度和α值歸納于表2中。
表2

比較例3未添加混合劑實(shí)施例7添加混合劑C 2重量份*1)拉伸強(qiáng)度＝α×(壓縮強(qiáng)度)2/3*3)以比較例3為1.00時(shí)的比率由表2可知，添加了混合劑C的實(shí)施例7的混凝土與未添加混合劑的比較例3的混凝土相比，拉伸強(qiáng)度明顯提高。另一方面，實(shí)施例7的混凝土的壓縮強(qiáng)度和比較例3的混凝土相比，有一些降低。也就是說，與壓縮強(qiáng)度相比，只有拉伸強(qiáng)度選擇性地提高，這點(diǎn)通過α值的增加也可以看出。該試驗(yàn)結(jié)果與使用富馬酸作為混合劑原料中的羧酸的實(shí)施例4～6的結(jié)果相同，可知即使使用枸櫞酸作為羧酸，也可以得到本發(fā)明的效果。
實(shí)施例8(添加混合劑D的混凝土的制造、評(píng)價(jià))作為基礎(chǔ)混凝土使用的備用混合混凝土與實(shí)施例7的規(guī)格相同。在該基礎(chǔ)混凝土中添加實(shí)施例3中得到的混合劑D，使之相對(duì)于水泥100重量份為1重量份，除此以外，與實(shí)施例4同樣制作混凝土試樣。準(zhǔn)備多個(gè)該試樣，在20℃的空氣中養(yǎng)護(hù)。對(duì)于本實(shí)施例8和下面說明的比較例4，使用同一批混凝土，在同一天制作樣品，在相同的環(huán)境下養(yǎng)護(hù)。對(duì)材齡7天和28天的試樣進(jìn)行與實(shí)施例4同樣的強(qiáng)度測(cè)定試驗(yàn)。得到的拉伸強(qiáng)度、壓縮強(qiáng)度和α值歸納于表3中。
比較例4(未添加混合劑的混凝土的制造、評(píng)價(jià))
在實(shí)施例8中，不使用混合劑D，只將基礎(chǔ)混凝土流入模板中，制成混凝土試樣，以后與實(shí)施例8同樣進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。對(duì)材齡7天和28天的試樣進(jìn)行與實(shí)施例4同樣的強(qiáng)度測(cè)定試驗(yàn)。得到的拉伸強(qiáng)度、壓縮強(qiáng)度和α值歸納于表3中。
表3

比較例4未添加混合劑實(shí)施例8添加混合劑D 1重量份*1)拉伸強(qiáng)度＝α×(壓縮強(qiáng)度)2/3*4)以比較例4為1.00時(shí)的比率由表3可知，添加了混合劑D的實(shí)施例8的混凝土與未添加混合劑的比較例4的混凝土相比，拉伸強(qiáng)度提高。實(shí)施例8的混合劑的配比量相對(duì)于水泥100重量份而言為少量，只有1重量份，盡管如此，拉伸強(qiáng)度也明顯提高。另一方面，實(shí)施例8的混凝土的壓縮強(qiáng)度與比較例4的混凝土相比，有一些降低。也就是說，在這種情況下，與壓縮強(qiáng)度相比，只有拉伸強(qiáng)度選擇性地提高，這點(diǎn)通過α值的增加也可以看出。由此可知，即使使用含水率低的物質(zhì)作為混合劑，另外即使添加少量，拉伸強(qiáng)度也提高。
實(shí)施例9(添加混合劑A的砂漿的制造、評(píng)價(jià))本實(shí)施例使用下述原料。
1)水泥太平洋水泥(株)制普通硅酸鹽水泥，密度3.16g/cm3，鈉含量(Na2O換算值)0.58重量％
2)細(xì)骨料君津產(chǎn)山砂，粒的大小為5mm以下，粗粒率2.64，表面干燥時(shí)的密度2.60g/cm3，吸水率2.23重量％首先將上述水泥、細(xì)骨料和水用強(qiáng)制混練混合器攪拌1分鐘后，后添加實(shí)施例1得到的混合劑A，再攪拌30秒。配比如下所述。括號(hào)內(nèi)的數(shù)值是相對(duì)于水泥100重量份的配合量比。
水泥 320.0kg/m3(100重量份)水176.0kg/m3(55重量份)細(xì)骨料842.2kg/m3(263重量份)混合劑A 6.4kg/m3(2重量份)攪拌后，流入直徑50mm、高100mm的圓柱狀模板中，制成砂漿試樣。該試樣形態(tài)以JSCE-F506-1999為基準(zhǔn)。準(zhǔn)備多個(gè)該試樣，在20℃的空氣中養(yǎng)護(hù)。對(duì)于本實(shí)施例9和下面說明的比較例5，在同一天制作樣品，在相同的環(huán)境下養(yǎng)護(hù)。對(duì)材齡7天和28天的試樣進(jìn)行與實(shí)施例4同樣的強(qiáng)度測(cè)定試驗(yàn)。得到的拉伸強(qiáng)度、壓縮強(qiáng)度和α值歸納于表4中。
比較例5(未添加混合劑的砂漿的制造、評(píng)價(jià))在實(shí)施例9中，不使用混合劑A，只配合水泥、水和細(xì)骨料，除此以外，與實(shí)施例9同樣，制作砂漿試樣，與實(shí)施例9同樣進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。對(duì)材齡7天和28天的試樣進(jìn)行與實(shí)施例4同樣的強(qiáng)度測(cè)定試驗(yàn)。得到的拉伸強(qiáng)度、壓縮強(qiáng)度和α值歸納于表4中。
表4

比較例5未添加混合劑實(shí)施例9添加混合劑A 2重量份*1)拉伸強(qiáng)度＝α×(壓縮強(qiáng)度)2/3*5)以比較例5為1.00時(shí)的比率由表4可知，相對(duì)于水泥100重量份添加了混合劑A 2重量份的實(shí)施例9的砂漿與未添加混合劑的比較例5的砂漿相比，拉伸強(qiáng)度提高。其提高的程度與相對(duì)于水泥100重量份添加混合劑A 2.5重量份的實(shí)施例4的混凝土中的提高程度相比要小。通過添加本發(fā)明混合劑引起的拉伸強(qiáng)度上升的效果與砂漿相比，混凝土大。但是，即使對(duì)于砂漿，拉伸強(qiáng)度也明顯升高，盡管粗骨料表面的粘結(jié)強(qiáng)度沒有提高，但在細(xì)骨料的表面，粘結(jié)強(qiáng)度提高。另一方面，實(shí)施例9的砂漿的壓縮強(qiáng)度與比較例4的砂漿相比，有一些降低。即使在砂漿的場(chǎng)合下，也與混凝土的場(chǎng)合相同，與壓縮強(qiáng)度相比，只有拉伸強(qiáng)度選擇性地提高，這點(diǎn)通過α值的增加也可以看出。也就是說，在砂漿中添加本發(fā)明的混合劑，也可以提高其拉伸強(qiáng)度。
發(fā)明效果如上所述，添加了本發(fā)明混凝土混合劑的混凝土，與壓縮強(qiáng)度相比，拉伸強(qiáng)度大幅上升，可以減少混凝土構(gòu)造體中的裂縫或者降低鋼材用量。該混凝土混合劑僅添加到流動(dòng)狀態(tài)的混凝土中即可，而且也可以維持混凝土的流動(dòng)性。由此，可以提供對(duì)于大型化、多樣化的各種混凝土構(gòu)造物來說適合使用的混凝土。另外，也可以提供對(duì)于各種混凝土制品來說適合使用的混凝土。
另外，添加了本發(fā)明砂漿混合劑的砂漿，與壓縮強(qiáng)度相比，拉伸強(qiáng)度也大幅提高，適合用于易受外力或溫度應(yīng)力等導(dǎo)致的拉伸應(yīng)力的制品或易于受到疲勞影響的制品。另外，對(duì)于復(fù)雜形狀的制品或薄壁制品等也有用，可以提供多樣的砂漿制品。而且，本發(fā)明的混合水泥對(duì)于制造拉伸強(qiáng)度優(yōu)良的混凝土或砂漿也有用。
權(quán)利要求
1.一種混凝土混合劑，在水存在下混合硅酸鹽和酸后使之固化而成。
2.如權(quán)利要求1所述的混凝土混合劑，上述硅酸鹽是硅酸鈉。
3.如權(quán)利要求1或2所述的混凝土混合劑，上述酸為羧酸。
4.如權(quán)利要求1～3中任意一項(xiàng)所述的混凝土混合劑，為粉狀體或粒狀體。
5.一種混凝土混合劑，包括含有硅酸鹽和酸的反應(yīng)產(chǎn)物的粉狀體或粒狀體。
6.一種混凝土混合劑的制造方法，在水溶液中混合硅酸鹽和酸，由混合后的水溶液除去水分，使之固化。
7.一種混凝土，含有權(quán)利要求1～5中任意一項(xiàng)所述的混凝土混合劑、水泥、骨料和水。
8.一種混凝土構(gòu)造物的構(gòu)筑方法，將含有水泥、骨料、權(quán)利要求1～5中任意一項(xiàng)所述的混凝土混合劑和水的流動(dòng)狀態(tài)的混凝土澆筑到模板中，使之固化。
9.如權(quán)利要求8所述的混凝土構(gòu)造物的構(gòu)筑方法，在含有水泥、骨料和水的流動(dòng)狀態(tài)的混凝土中，后添加上述混凝土混合劑，然后澆筑到模板中。
10.一種混凝土制品的制造方法，將含有水泥、骨料、權(quán)利要求1～5中任意一項(xiàng)所述的混凝土混合劑和水的流動(dòng)狀態(tài)的混凝土澆筑到模板中，使之固化。
11.如權(quán)利要求10所述的混凝土制品的制造方法，在含有水泥、骨料和水的流動(dòng)狀態(tài)的混凝土中，后添加上述混凝土混合劑，然后澆筑到模板中。
12.一種砂漿混合劑，在水存在下混合硅酸鹽和酸后使之固化而成。
13.一種砂漿混合劑，包括含有硅酸鹽和酸的反應(yīng)產(chǎn)物的粉狀體或粒狀體。
14.一種砂漿混合劑的制造方法，在水溶液中混合硅酸鹽和酸，由混合后的水溶液除去水分，使之固化。
15.一種砂漿，含有權(quán)利要求12或13所述的砂漿混合劑、水泥、細(xì)骨料和水。
16.一種砂漿制品的制造方法，將含有水泥、細(xì)骨料、權(quán)利要求12或13所述的砂漿混合劑和水的流動(dòng)狀態(tài)的砂漿成型，使之固化。
17.一種混合水泥，在水泥中混合在水存在下混合硅酸鹽和酸后使之固化而成的粉狀體或粒狀體。
18.一種混合水泥，在水泥中混合含有硅酸鹽和酸的反應(yīng)產(chǎn)物的粉狀體或粒狀體。
19.權(quán)利要求17或18所述的混合水泥，上述粉狀體或粒狀體的含水率為10重量％以下。
全文摘要
一種混凝土混合劑或砂漿混合劑，其在水存在下混合硅酸鹽和酸后使之固化而成。此時(shí)，上述硅酸鹽優(yōu)選為硅酸鈉，上述酸優(yōu)選為羧酸。含有上述混合劑、水泥、骨料和水的混凝土或砂漿由于拉伸強(qiáng)度高，因而適合用于各種混凝土構(gòu)造物、混凝土制品或砂漿制品。由此，可以提供能夠提高混凝土或砂漿拉伸強(qiáng)度的混合劑。
文檔編號(hào)C04B40/00GK1454862SQ03108530
公開日2003年11月12日 申請(qǐng)日期2003年3月26日 優(yōu)先權(quán)日2002年3月26日
發(fā)明者鈴木基行, 笠井和弘, 寺澤正人, 西浦和幸, 安藤尚, 川村稔彥 申請(qǐng)人:鈴木基行, 飛島建設(shè)株式會(huì)社, 株式會(huì)社阿斯頓