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） （マスコミでも，セメントとコンクリートの違いが認識されず．） 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 • 普通ポルトランドセメント： ↓耐硫酸塩性 最も汎用性の高いセメント 耐硫酸塩 （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（太平洋セメントHP参照） • 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 C&Cエンサイクロペディア （セメント協会）より引用 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