Transcript セメントとは？
コンクリートとは？ セメントとは？ コンクリート工学研究室 岩城 一郎 コンクリートとは？ コンクリート 骨格材（骨材）をマトリックス（Matrix:母体となる材料）で結合し， 一体化したもの． 通常のコンクリート：マトリックスとしてセメントを用いたもの（セメ ントコンクリート） 他にアスファルトコンクリート，レジン（樹脂）コンクリート等 セメントコンクリート（以下，コンクリート） 全体の7割を占める骨材（細骨材，粗骨材）の隙間をセメント ペーストで満たす． セメントペーストで骨材を結びつけ，コンクリート全体を一体化 用語 セメントペースト：水+セメント モルタル：水+セメント+細骨材 コンクリート：水+セメント+細骨材+粗骨材+α（混和材料） （全国版のニュースですら，セメントとコンクリートの違いが認識さ れていない．） セメントの歴史 コンクリートの発達≒セメントの発達 セメントのようなもの：古代エジプト，ギリシャ・ローマ時 代から存在，主として石材と石材の接着用（5000年前 の中国でも発見） 1700年代中期 John Smeaton：水硬性（水と反応して 硬化する性質）石灰を発見→James Parker：ローマン セメントを発明 1824年：Joseph Aspdinが，ポルトランドセメントを発明 →特許（ポルトランドセメントの歴史：180年） 1875年：我が国でも製造開始→我が国のセメントの 歴史：130年（鉄筋コンクリート100年程度，プレストレス トコンクリート50年程度） ポルトランドセメントとは？ ポルトランドセメント：石灰石，粘土，その他を 焼成し，粉砕したもの． 石灰石（主成分：CaCO3）と粘土（主としてSi： シリカ，Al，H2O），若干の酸化鉄（セメントの 鉄分Feの補給，溶融点を下げる）を混合： 1450℃前後に焼成（半溶融状態）→クリン カー（石ころ状）を粉砕→粒度を調整→（この ままでは急結性を示すため，）緩結材として 3-4%の石こう（CaSO4）添加 セメント工場 実線：原料の流れ 点線：気体の流れ 予 熱 装 置 三浦尚著：土木材料学（改訂版），コロナ社 冷却機 1450℃ セメントの製造工程 （社）セメント協会HPより 生成化合物の種類 4種類 C3S（３CaO・SiO2：エーライトまたはアリット） C2S（2CaO・SiO2：ビーライトまたはベリット） C3A（３CaO・Al2O3：アルミネート相） C4AF（4CaO・Al2O3・Fe2O3：フェライト相） 表2.1参照 強度発現 水和熱，化学抵抗性，乾燥収縮→耐久性 ポルトランドセメントの種類 普通ポルトランドセメント 早強ポルトランドセメント 超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 （白色ポルトランドセメント） 表2.2，表2.3参照 ポルトランドセメントの種類 早強性← →低水和熱 超早強←早強←普通→中庸熱→低熱 ↓耐硫酸塩性 耐硫酸塩 普通ポルトランドセメント：最も汎用性の高いセメント （一般的な構造物，全体の約7割） 早強ポルトランドセメント：普通よりも早く強度が出るセメント （工場製品，寒冷地） 超早強ポルトランドセメント：早強よりもさらに早く強度が出るセメント （緊急工事用） 中庸熱ポルトランドセメント：普通に比べ，水和熱の発生を小さくしたセメント （ダム等マスコン） 低熱ポルトランドセメント：中庸熱よりもさらに発熱を抑制したセメント（マスコン） 耐硫酸塩ポルトランドセメント：硫酸塩に対する抵抗性を高めたセメント （硫酸塩を多く含む環境：海水，温泉，下水，工場廃水，化学工場等） （白色ポルトランドセメント：色が白いため，これに顔料を加えることにより種々 の色のコンクリートを作ることができる．） 混合セメント（1） 混合セメント ポルトランドセメントに他の材料を混合したセメント 高炉セメント 鉄鉱石から鉄を採取する際に発生する廃棄物（高炉スラグ） を急冷し，微粉砕したもの（高炉スラグ微粉末）を混合．置換 率によってA種からC種まで．主としてB種を使用（表2.4参照） 潜在水硬性：それ自身では水硬性をもたないが，セメントと水 との反応によって生じたCa(OH)2による刺激によって水和反 応を起こし，硬化する性質． 高炉セメントコンクリートの性質：初期強度は小さい（特に低 温下で顕著），長期強度は大きい（ただし，十分に水分を供 給した場合）．海水（塩化物，硫酸塩）に対する抵抗性が大き い．水密性が高い．緻密な細孔組織． シリカセメント 反応しやすいシリカ（SiO2）を含むポゾランをポルトランドセメ ントに混合したセメント 混合セメント（2） フライアッシュセメント 石炭火力発電所から発生する灰のうち，微細な粒 子を集塵機で集めたもの（フライアッシュ：ポゾラン の一種）を混合． ポゾラン反応：それ自身では水硬性を持たないが， セメントの水和反応で生じたCa(OH)2と水があると これらと反応し，硬化する．（一般に，潜在水硬性と は区別される） フライアッシュセメントの性質：初期強度は小さい， 長期強度は大きい．水密性，化学抵抗性が高い． フライアッシュの粒形は球状なため，一般にコンク リートの流動性がよくなる．（→悪い場合もある．未 燃炭素の影響） セメントに関する最近のトピックス セメント製造に伴う環境負荷：天然資源の消費，焼成に 伴う燃料の消費・CO2の排出 グリーン購入法の施行に伴う，混合セメント（高炉セメン ト，フライアッシュセメント）の需要拡大 エコセメント：都市ゴミ焼却灰，下水汚泥を主原料にした セメント．廃棄物問題を解決する一手段として，最近注 目．原料となる廃棄物の影響でセメントには約１％の塩 素が含まれるので，用途は鉄筋を使わないコンクリート 分野が主流→速硬エコセメント．最近では脱塩素技術が 進歩し、より通常のセメントに近いものも開発→普通エコ セメント http://www.taiheiyo-cement.co.jp/zero-hai/ecoc/index.html その他特殊セメント：超速硬セメント等 コンクリートはなぜ硬くなるか？ 水とセメントが水和反応（化学反応）し， 生成した物質（水和物）が隙間を埋めて 一体化するため． セメント 水 水和直後 数時間後 数日後～数年後 13 セメントの水和反応 三浦尚著：土木材料学 （改訂版），コロナ社 水和反応：セメント化合物（C3S，C2S，C3A，C4AF）が水（H2O）と反 応し，水和物（C-S-H，Ca(OH)2，エトリンガイト等）を生成 C-S-H：結晶質の低い水和物（ゲル）， Ca(OH)2：結晶質 セメントの物理的性質 密度：普通ポルトランドセメント（OPC）で約 3.15g/cm3 比表面積（粉末度）：OPCで約3000cm2/g 凝結：セメントペーストのこわばりの状態（流動性 が失われていく状態），始発と終結，始発前：まだ 固まらない状態，終結後：硬化 強さ：決められた砂（標準砂），配合（W/C＝0.5）， 方法により得られたモルタルの圧縮強度で評価