current status of belite rich cement

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高 ビー ライ ト系 セ メ ン トの現 状 春* 低 発 熱,高 流 動,高 強 度 な ど,最 近 の コ ン ク リー トの 高 性 能 化 に 対す る社 会 的 な要 求 か ら,本 来 低 発 熱 セ メ ン トとして開発 されてきた高 ビーライ ト系 セメ ン トが,高 強度 ・高流動 コンク リー トあるいは低発熱 ・高強度 コンク リー ト 用 の セ メ ン トと して 注 目 され,既 にF.=60~80N/mm2の 高 強 度 コ ンク リー トに適 用 さ れ て き て い る・ 本 稿 で は ・ 現 在 市販 さ れ て い る高 ビー ラ イ ト系 セ メ ン トの構 成 化 合 物 組 成 と粉 末 度 の 現 状 を 紹 介 し,次 に 高流 動 性 お よ び高 強 度 性 の メ カ ニ ズ ム を,そ れ ぞれ 高 性 能AE減 水剤の不均一吸着および各構成鉱物の水和反応の観点から概説 した・また・高ビーラ イ ト系 セ メ ン トを 用 い た コ ンク リー トの特 徴 的 な物 性 につ いて も現 状 で の 結 果 の 紹 介 を行 った 。 キー ワー ド:高 ビー ライ ト系 セメ ン ト,高流動,高 性能AE減 水剤,不 均一 吸着,立 体 障害反 発,高 強度 水和反 応,微 細 空 隙,遷 移 帯,高 温 養 生,粘 度,ポ ンプ圧 送,自 己 収 縮 1.は じめ 近年,セ メ ン ト中の ビーライ ト含有量 が中庸熱 ボル ト ラ ン ドセメ ン トよ り多 い高 ビー ライ ト系セメ ン トが注 目 され,低 熱 コ ンク リー トや高流動 ・高強度 コンクリー ト に実 用 化 され て きて い る。 高 ビー ライ ト系 セ メ ン トの歴 史 を紐 解 く と,米 国 のASTM規 格 にTypeIVと して 規 定 されている低熱 ボル トラ ン ドセ メ ン トに源流を求める こ と が で き る。 我 が 国 で も,1938年 に塚原ダムの建設 で一度使用 されて いる1)。ただ し,長期強度 は大 きい も の の,初 期 の 強度 発 現 性 が劣 る た め,あ ま り普 及 せ ず, 我が 国で は1953年に中庸熱 セメ ン トと してJIS化され た経緯がある。 しか し,1970年 代の二度にわたるオイルショックを 契機 に,エ ーライ トよ りも焼成温度 が低 く,さ らに脱炭 酸 反 応 に必 要 な 熱 量 の 少 な い ビー ライ トが,省 エ ネ ル ギ ー の観 点 か ら脚 光 を 浴 び,ビ ー ライ ト含 有 量 の高 い セ メ ン トに 関す る 開発 研 究 が ドイ ツお よび 米 国 を 中心 に再 び活 性 化 した2)。 我 が 国 で は,1980年 代 の 明 石 海 峡 大 橋 な ど の 巨大 な マスコンクリー ト用の低発熱セメントの開発において, ク リンカ ー 自体 の改 良 に よ る セ メ ン トの 低 発 熱 化 が セ メ ン トメーカーに要請 され,高 ビーライ ト系セ メン トの研 究 ・開 発 が 開 始 され た3)。 また,同 じ時期に,コ ンクリー ト構造物の高層化 も求 め られ,コ ンク リー トの高強度 化 も社 会的 に要請 され た。 しか し,高強度 コンク リー トは単位 セメ ン ト量が多 いため,普 通 ボル トラン ドセ メン トを用 いた場合,水 和 による発熱が大きくな り,温度ひび割れや長期強度の伸 びの低下等の問題点が生 じ,これを打破するために,低 発熱 の高 ビーライ ト系 セメ ン トを高強度 コンク リー トに 適 用 しよ う とす る研 究 が な され た 。 そ の結 果,高 ビー ラ イ ト系 セ メ ン トに高性能AE減 水 剤 が 有 効 に作 用 し, 流動性および長期強度に優れていることが判明し4),混 合材を使用することなく高流動 ・高強度コンクリー トを 製 造 で き る点 で 再 評 価 され5)~7),現 在 で は ・F・=80N/ Mm2級 まで の 高 強 度 コ ン ク リー トの 実 施 工 に適 用 さ れ て きて い る8)~11)。 本 稿 で は,現 在 市 販 さ れ て い る高 ビー ライ ト系 セ メ ン トの種 類の 現 状 を 紹 介 し,次 に,最 近 の 研 究 成 果 に基 づ き高 ビー ライ ト系 セ メ ン トの高 流 動 性 と高 強 度 性 の メカ ニズムの概要について述べる。また,高 ビーライ ト系セ メ ン トを用 いたコ ンク リー トの特徴 的な物性 につ いて も 概説 したい。 2.高 ビー ラ イ ト系 セ メ ン トの 種類 の現 状 高 ビーライ ト系 セメ ン トとは,化 合物構成面か らみ た 通称であり,まだ正確な定義はないが,本稿ではビーラ イ ト含有量 が40%以上 と中庸熱 ボル トラ ン ドセ メ ン ト よ り多 く,水和熱 を低減 したセ メン トと定義す る。 吉 田 ら6)に よれ ば,ビ ーライ トセ メ ン トは1活 性 ビー ライ トセ メ ン ト,2ビ ー ライ トセメ ン トお よび3変 形 ビー ライ トセ メ ン トに大 き く分 類 され る。 活 性 ビー ラ イ トセ メ ン トは,Na,K,P等の不純 物 イオ ンを添 加 し て,ビ ー ライ トを β一C・Sよりも水和活性 が高 い高温安 定 変 態 の α一C2S,α'-C2Sと した セ メ ン トで あ る 。 ビー ライ トセメン トは β一C・Sを主体 としたセメン トであ り,ク リ ンカ ー構 成 鉱 物 組 成 比 や セ メ ン ト粉 末 度 の 調 整 によ り流動性 を高め,同 じ流動性 を得 るコ ンク リー トの 水 セ メ ン ト比 を低 下 させ 初 期 強度 を得 よ うとす る もの で あ る。 一方 ,変形 ビーライ トセ メン トは,ク リンカー中に水 和 反 応 速 度 の 速 い ア ウ イ ン(3CaO・3Al203・CaSO4) やCl1A7・CaF2等 を含む もので,エ トリンガイ トや カ *な ・と よ は る/秩 父小野田㈱ 中央 研 究 所 開 発 第5グ ループ リー ダー(正 会員) 16 コンク リー ト工学

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高 ビ ー ラ イ ト 系 セ メ ン ト の 現 状

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    1)JISR5201 2)JISR5203 ( )

    Current Status of Belite Rich Cement

    By Toyoharu Nawa

    Concrete Journal, Vol. 34, No. 12, pp. 16-25, Dec. 1996

    Synopsis Recent remarkable changes in construction environment are demanding improved technology for pro-

    duction of high performance concrete with low heat, far greater workability and high strength. With these points

    as background, belite rich cements which were first developed as a low heat cement, are being applied to high

    strength and highly flowable concrete and/or low heat and high strength concrete with a design strength F, in the range of 60 to 80 N/mm2, and their effectiveness is being recognized. This paper outlines the current status of be-

    lite rich cement in terms of its type, and discusses its action mechanisms for fluidity and strength development

    from the viewpoints of selectively nonuniform absorption of AE and highrange water reducing agent and the hy-

    dration reaction of the cement compounds, respectively. Finally, the typical properties of concrete made with belite

    rich cement are introduced and compared with ordinary Portland cement.

    Keywords : belite rich cement, high fluidity, AE and highrange water reducing agent, selectively nonuniform

    absorption, steric repulsion, high strength, hydration reaction, porosity, transition zone, high tem-

    perature curing, viscosity, concrete pumping, autogenous shrinkage

    Vol.34, No.12, 1996.12 17

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    Vo1.34, No.12, 1996.12 19

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    Vo1.34, No.12, 1996.12 23

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    1) : ,

    ,Vol.17,No.451,PP.1319,19922) : ,

    , ,pp.7177,19933) :

    , , ,Vo1.31,No.9,PP.1827,1993

    4) : ,

    ,Vo1.15,No.1,pp.143148,19935) :

    ,

    ,Vol.15,No.1,pp.221226,19936) :

    , ,Vo1.16,No.1,pp.277282,1994

    7) : ,2 , ,pp.207212,1994

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    , ,pp.171176,1994

    9) :

    Fc=600kgf/cm2 RC , ,Vol.34,No.9,pp.3139,1996

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    , 50 ,pp.11541155,1995

    11)

    : ,

    ,No.42,pp.3540,199412)

    :

    ,49 ,pp.336341,1995

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    2 , ,pp.223224,1995

    14) : , ,1990

    15) :

    ,

    ,Vol.12,No.1,pp.2530,199016) :

    , , ,pp.3742,1996

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    , 38,pp.122125,1984

    18) : , ,Vo1.4,No.1,pp.91102,1993

    19) i :

    AE , ,No.49,pp.2629,1995

    20) :

    , ,Vol.16,No.1,pp.335340,1994

    21) :

    21K 9)

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    24

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    ,Vol.16,No.1,PP.341346,199422) : AE ,

    ,Vol.34,No.5,pp.2332,199623) : , ,198524) : ,

    ,198225) :

    ,,No.433/V-5,pp139147,1991

    26) :

    , , ,No.45,PP.5257,1991

    27) :

    : ,No.45,PP5863,1991

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    , ,No.48,pp.6469,199429) :

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    , ,No.49,PP.216221,1995

    CANMET/NRC/ACI

    Two-Day CANMET/NRC/ACI Int. Workshop on Developments in Repair Materials

    and Strategies for the Rehabilitation of Infrastructure and Buildings

    :199725 6

    :Tronto(Canada)

    :CANMET,NRC,ACI

    :Session1 & Session2

    Maintenance and Deterioration

    Session 3 & Session 4

    Advances in Repair Strategies and Tech-

    niques

    Session 5 & Session 6

    Advances in Repair Materials

    Session 7 & Session 8

    Protection and Prevention Strategies

    :US$375(1997115 US$475)

    :NoelP.Mailvaganam

    Repair Technologies and Strategies Group Institute for Research in Construction, NRC

    Ottawa, ON, CANADA Tel : (613) 993-9713 ; Fax : (613) 954-5984

    Vo1.34, No.12, 1996.12 25