JP2001342052A

JP2001342052A - 耐酸性コンクリート

Info

Publication number: JP2001342052A
Application number: JP2000157878A
Authority: JP
Inventors: Yasuyuki Ishida; 泰之石田; Masaki Ishimori; 正樹石森; Takeshi Sugiyama; 武杉山; Tomohiro Nitta; 智博新田
Original assignee: Taiheiyo Cement Corp; Teihyu Corp
Current assignee: Taiheiyo Cement Corp; Teihyu Corp
Priority date: 2000-05-29
Filing date: 2000-05-29
Publication date: 2001-12-11

Abstract

(57)【要約】【解決手段】、(a)ＣａＯ／ＳｉＯ₂モル比０．１〜
１．２の溶融スラグ粉末１０〜８５重量％、(b)アル
カリ珪酸塩を固形分で５〜４０重量％、(c)アルミナセ
メント５〜５０重量％、及び(d)高炉スラグ２〜４
０重量％を含有するセメント組成物と、(e)骨材、並び
に水を混合し、蒸気養生することにより得られる耐酸性
コンクリート。【効果】フレッシュコンクリートの粘性が低く、成形
性に優れるとともに、外観も良好で、短い蒸気養生時間
でより高い強度が得られ、生産性も向上する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、成形性が良好で、
生産性に優れた耐酸性コンクリートに関する。

【０００２】

【従来の技術】近年の下水道の整備により、その普及率
の増加とともに、下水処理場に集まる下水汚泥は年々増
加する傾向にあり、特に下水道の普及率が高い大都市で
は、下水汚泥や都市ゴミも多量となるため、焼却減容化
して埋め立て処分を行なう場合、将来継続的に使用可能
な埋立地の確保が難しい現状である。更に、下水汚泥や
都市ゴミの焼却灰には多量の重金属が含まれており、こ
れらをそのまま埋め立て処分した場合には、重金属の溶
出など環境汚染の問題も発生するおそれがある。

【０００３】このような問題に対し、これらを溶融スラ
グ化して下水汚泥溶融スラグ（以下、下水スラグとい
う）や、都市ゴミ溶融スラグ（以下、都市ゴミスラグと
いう）にする方法は、容積が焼却灰の約半分になること
や、重金属をスラグのガラス質中に固定化するため、こ
れからの処理方法として有望視されている。しかし、こ
れら下水スラグや都市ゴミスラグは、流通量の確保が難
しいことや、コスト等の問題から、路盤材や煉瓦の原料
として一部が利用されている以外は、大部分が埋め立て
処分されているのが現状であり、その有効利用が望まれ
ている。

【０００４】これら溶融スラグを利用する方法として、
粉末化した下水スラグや都市ゴミスラグと、水ガラス及
び骨材を用いた耐酸性コンクリート（特開平10-218644
号）が提案されている。この耐酸性コンクリートは、非
常に粘性のあるコンクリートであるため、必要なワーカ
ビリティーを確保するために添加水を過剰気味に加える
必要があるが、この過剰の添加水が、養生後の硬化体内
部に残存し、強度低下の原因になるという問題があっ
た。一方、製品として必要な強度を得るために、添加水
を減らして粘性のあるコンクリートを用いて成形する
と、流し込み製品ではコンクリート投入時に空気を巻き
込み、製品の外面に気泡跡が残り、美観が悪くなること
がある。気泡跡は修正作業が必要になり、この煩雑な作
業によりコスト高となったり、修正作業でコテ仕上げを
行なう場合には、コテにコンクリートが付着し易く、コ
テ仕上げし難いという問題があった。さらに、型枠内に
コンクリートを投入するためのホッパーからコンクリー
トが落ち難く、１本あたりの製造時間が長くなる。ま
た、コンクリートの型枠内への投入にスクリューフィー
ダーを用いる場合、粘性によって途中で閉塞するおそれ
があるため、製造設備が限定されたり、新たな設備投資
が必要になる。

【０００５】また、遠心成形管を製造する場合、普通セ
メントを用いたコンクリートでは遠心力を利用してコン
クリート中の水分を分離させ、型枠回転中に鋼製の棒や
ゴム製のヘラを用いてその水分を除去し、管内面の仕上
げを行なっている。しかし、前記耐酸性コンクリートで
は、アルカリ珪酸塩が水溶液で存在しているため、遠心
力により、水分以外にアルカリ珪酸塩もノロに含まれ、
除去できずに型枠の回転を止めると内面にだれを生じて
しまう。また、ノロを除去する場合でも、鋼製の棒やゴ
ム製のヘラがノロに取られてしまい、除去することが困
難である。更に、前記耐酸性コンクリートは蒸気養生に
より強度を発現するが、目的の強度を得るためには８０
℃以上で８時間以上の養生が必要であり、コスト高にな
るという問題もあった。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】従って、本発明の目的
は、フレッシュコンクリートの粘性が低く、成形性が良
好で、生産性の向上した耐酸性コンクリートを提供する
ことにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】かかる実情において、本
発明者らは、鋭意研究を行なった結果、溶融スラグ粉
末、アルカリ珪酸塩、アルミナセメント及び高炉スラグ
を特定の割合で含有するセメント組成物を用い、蒸気養
生を行なえば、耐酸性でありながら、フレッシュコンク
リートの粘性が低く、成形性に優れるとともに、外観も
良好で、短い蒸気養生時間でより高い強度が得られ、生
産性も向上することを見出し、本発明を完成した。

【０００８】すなわち、本発明は、(a)ＣａＯ／ＳｉＯ₂
モル比０．１〜１．２の溶融スラグ粉末１０〜８５重
量％、(b)アルカリ珪酸塩を固形分で５〜４０重量％、
(c)アルミナセメント５〜５０重量％、及び(d)高炉ス
ラグ２〜４０重量％を含有するセメント組成物と、
(e)骨材、並びに水を混合し、蒸気養生することにより
得られる耐酸性コンクリートを提供するものである。

【０００９】

【発明の実施の形態】本発明で用いられるセメント組成
物に含有される成分(a)の溶融スラグ粉末は、下水汚
泥、都市ゴミ等の焼却物、粘土、石灰石などを高温で溶
融した後、急冷して得られるスラグを粉末状に粉砕した
ものである。これらのうち、下水汚泥溶融スラグ、都市
ゴミ溶融スラグ等の廃棄物溶融スラグが、経済性及び廃
棄物の有効利用の点で好ましい。また、成分(a)の溶融
スラグ粉末は、ＣａＯ／ＳｉＯ₂のモル比が０．１〜
１．２、好ましくは０．１〜０．６のものである。モル
比が０．１未満では、組成物の反応性が低く、十分な初
期強度を発現する耐久性のある硬化体が得られず、１．
２を超えると、硬化体の耐酸性が不十分となる。

【００１０】また、溶融スラグ粉末の粉末度は、比表面
積が、２０００〜１５０００cm²／ｇ、特に３０００〜
１５０００cm²／ｇ、更に４０００〜１５０００cm²／ｇ
であるのが、硬化体の強度発現性の点から好ましい。な
お、本発明において、比表面積は、ブレーン法（ＪＩＳ
Ｒ５２０１）により測定された値である。成分(a)
の溶融スラグ粉末は、セメント組成物中に１０〜８５重
量％、好ましくは２５〜６０重量％配合される。１０重
量％未満では耐酸性が低下し、８５重量％を超えるとコ
ンクリートの粘性が高くなる。

【００１１】成分(b)のアルカリ珪酸塩としては、特に
制限されず、例えばＪＩＳ規格により規定される水ガラ
ス１号、２号、３号のほか、これ以外の市販品等も使用
できる。アルカリ珪酸塩は１種又は２種以上を組み合せ
て用いることができ、セメント組成物中に固形分換算で
５〜４０重量％、好ましくは２０〜３０重量％配合され
る。５重量％未満では、十分な耐酸性が得られず、４０
重量％を超えると、粘性が大きくなりすぎ、成形性が悪
くなる。

【００１２】成分(c)のアルミナセメントとしては、特
に制限されないが、ＣａＯ・Ａｌ₂Ｏ ₃の含有率が高いも
のが好ましい。例えばセカール５１ＢＴＦ（ラファージ
ュ社製）、アルミナセメント１号（電気化学工業社製）
等の市販品を好適に使用することができる。アルミナセ
メントは、セメント組成物中に５〜５０重量％、好まし
くは１０〜４５重量％配合される。５重量％未満では十
分な圧縮強度が得られず、５０重量％を超えると十分な
耐酸性が得られない。

【００１３】成分(d)の高炉スラグとしては、特に制限
されないが、粉末度が、比表面積で４０００cm²／ｇ以
上のものが好ましい。高炉スラグは、セメント組成物中
に２〜４０重量％、好ましくは５〜２０重量％配合され
る。２重量％未満では十分な早期強度が得られず、４０
重量％を超えると、十分な耐酸性が得られない。

【００１４】本発明においては、成分(a)の溶融スラグ
と(d)の高炉スラグを併用することにより、蒸気養生に
おいて良好な強度を発現する硬化体が得られる。高炉ス
ラグの割合を増加させることにより早強性が得られる
が、十分な耐酸性をも得るためには、高炉スラグ中のＣ
ａＯ／ＳｉＯ₂のモル比が、成分(a)と同様であるのが好
ましく、成分(a)と(d)の混合物のＣａＯ／ＳｉＯ₂モル
比が１．２以下、特に０．８以下、更に０．６以下であ
るのが好ましい。また、(c)アルミナセメントと(d)高炉
スラグの合計量は、７〜７５重量％、特に１５〜５０重
量％であるのが、作業性と耐酸性が良好であるので好ま
しい。

【００１５】本発明で用いるセメント組成物には、更に
(f)アルカリ金属塩類を配合することができる。このア
ルカリ金属塩類は、成分(b)のアルカリ珪酸塩中の−Ｓ
ｉ−Ｏ−Ｓｉ−の鎖を切断して粘性を低下させ、作業性
を改善するとともに、溶融スラグを刺激して硬化を促進
する作用を有する。かかるアルカリ金属塩類としては、
例えばメタ珪酸ソーダ、オルソ珪酸ソーダ、粉末珪酸ソ
ーダ１号、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化
リチウム等が挙げられ、特にメタ珪酸ソーダ、オルソ珪
酸ソーダ、水酸化ナトリウムが好ましい。アルカリ金属
塩類は、１種又は２種以上を組み合せて用いることがで
き、セメント組成物中に１〜３０重量％、特に１〜１０
重量％配合するのが、粘性が低下するとともに、十分な
強度が得られるので好ましい。また、アルカリ金属塩類
を配合する場合には、成分(c)、(d)及び(f)の合計が１
１〜７５重量％、特に１６〜６０重量％であるのが好ま
しい。

【００１６】本発明で用いる(e)骨材としては、耐酸性
を有するものであれば特に制限されず、例えば石英質岩
石、安山岩、玄武岩、陶磁器破砕物等が挙げられる。ま
た、粒状又は塊状の廃棄物溶融スラグを骨材として用い
ることもできる。骨材としては、細骨材と粗骨材を組み
合せて用いるのが好ましく、また、骨材は、前記セメン
ト組成物に対して２００〜８００重量％、特に４００〜
６００重量％の割合で用いるのが好ましい。

【００１７】本発明においては、これらセメント組成
物、骨材及び水を混合し、成形した後、蒸気養生するこ
とにより耐酸性コンクリートを製造する。水は、セメン
ト組成物に対して２５〜６０重量％、特に３０〜４５重
量％の割合で用いるのが好ましい。また、蒸気養生は、
４０〜９０℃で２時間以上行なうのが好ましく、特に５
０〜８０℃、更に６５〜８０℃で２〜８時間、更に２〜
５時間行なうのが好ましい。

【００１８】本発明の耐酸性コンクリートの成形方法は
特に制限されず、例えば遠心力成形、振動成形、流し込
み成形、加圧成形、押出し成形、即時脱型成形等の従来
用いられている方法のいずれをも使用することができ
る。

【００１９】本発明の耐酸性コンクリートは、管、側
溝、マンホール、ボックスカルバート、共同溝、セグメ
ント、ブロック、漁礁、平板、ます、擁壁、貯留槽、す
て型枠、フリューム等の製品とすることができる。ま
た、これらの製品においては、構成部材の少なくとも一
部に耐酸性コンクリートを使用することができる。例え
ば、下水道の腐食は主に細菌により管内に硫酸が発生し
て管内部のコンクリートが腐食するため、管の内面のみ
に耐酸性コンクリートを使用し、他の部分には普通コン
クリートを使用したり、強酸性温泉等では常に土壌が強
酸性であるため、雨水排水製品等には土壌と接触する製
品の外側に耐酸性コンクリートを用い、内側に普通コン
クリートを使用するのも有効である。

【００２０】

【発明の効果】本発明の耐酸性コンクリートは、耐酸性
でありながら、フレッシュコンクリートの粘性が低く、
成形性に優れるとともに、外観も良好で、短い蒸気養生
時間でより高い強度が得られ、生産性も向上したもので
ある。

【００２１】

【実施例】次に、実施例を挙げて本発明を更に詳細に説
明するが、本発明はこれらにより何ら制限されるもので
はない。

【００２２】実施例１〜１０、比較例１〜４表１〜４に示す組成の成分を混合し、これらに所定の強
度及び作業性が得られる程度の水を加え、すなわち総粉
体重量に対する水重量比を、実施例１〜４ではそれぞれ
３３重量％、実施例５は４０重量％、実施例６は３４重
量％、実施例７は３３重量％、実施例８は３４重量％、
実施例９は３３重量％、実施例１０は４０重量％とし、
パン型ミキサーにて混合した。なお、同様に水添加量
を、比較例１では３２重量％、比較例２では３８重量
％、比較例３では３２重量％、比較例４では４６．７重
量％となるようにした。これらを以下に示す方法で成形
及び蒸気養生を行い、耐酸性コンクリートを製造した。
なお、以下において用いた下水汚泥溶融スラグ粉末は、
ＣａＯ／ＳｉＯ₂のモル比が０．４６で、比表面積が５
０００cm²／ｇのものであり；水ガラスは、水ガラス１
号と水ガラス３号の８０：２０の混合物であり、表中に
はアルカリ珪酸塩の固形分量で示した；アルミナセメン
トはラファージュ社製セカールＢＴＦ５１であり；高炉
スラグは比表面積が８０００cm²／ｇのものであり；骨
材は、茨城県笠間市産砕砂及び砕石であり；減水剤は、
ナフタリンスルホン酸ホルマリン高縮合物塩（マイティ
１５０、花王社製）である。

【００２３】（実施例１〜４及び比較例１）φ４００mm
の外圧管と同じ内径及び管厚となる内径４００mm、有効
長５００mm、管厚３５mmの型枠を用い、遠心成形によ
り、供試管を製造した。遠心成形は、遠心力加速度５ｇ
（初速）にて回転する型枠中に材料を投入し、遠心力加
速度１５ｇ（中速）になるまで型枠回転速度を上昇させ
た後、３分間その加速度を保持し、更に遠心力加速度を
３５ｇ（高速）まで上昇させ、１０分間その加速度を保
持する。その後、内面に分離したノロを柄のついたゴム
ベラでかき出し、以下の方法により、ノロの状態と成形
性を評価した。その後、最高温度８０℃の槽中で８時間
蒸気養生を行ない、耐酸性コンクリート管を得た。得ら
れたコンクリート管について、外圧強度及び曲げ強度を
測定した。結果を表１に併せて示す。

【００２４】（評価方法）（１）内面ノロ：ノロをゴムベラでかき出したときの状
態を評価し、容易にかき出せるものを「○」、かき出せ
るがやや困難なものを「△」、かき出すのが困難なもの
を「×」として示した。また、型枠の回転を止めたとき
に管内面にだれが発生しないものを「○」、だれが発生
したものを「×」として示した。（２）成形性：型枠へのコンクリート投入から遠心成形
終了までの時間を成形時間とし、ストップウオッチを使
用して時間を計測した。（３）強度の測定：外圧強度は、ＪＩＳＡ５３０３
に準じて外圧試験を行なって求めた。曲げ強度は、外圧
強度から管底部に作用する曲げ強度を算出した。

【００２５】

【表１】

【００２６】表１の結果より、本発明の耐酸性コンクリ
ート管はいずれも、成形時間が短縮し、内面のノロの状
態も改善され、成形性に優れるとともに、外圧強度及び
曲げ強度も大きいものであった。

【００２７】（実施例５〜６及び比較例２）高周波バイ
ブレーターを２基取り付けた内径３００mm、有効長６０
０mm、管厚４０mmの小型マンホール直壁型枠に、振動を
かけながら、流し込み成形した。その際に、成形性の指
標として、スランプ値と成形時間を評価した。次いで、
最高温度８０℃の槽中で８時間蒸気養生を行ない、耐酸
性マンホールを得た。得られたマンホールについて、圧
縮強度と外面の気泡率を評価した。結果を表２に併せて
示す。

【００２８】（評価方法）（１）成形性：ＪＩＳＡ１１０１に従い、コンクリ
ートの練り上がり直後にスランプ値を測定し、型枠への
コンクリート投入からコンクリートが型枠に充満され加
振を止めるまでの時間を成形時間とし、ストップウオッ
チを使用して時間を計測した。（２）圧縮強度の測定：ＪＩＳＡ１１０８に従い、
圧縮強度を測定した。（３）気泡率：マンホールの外面をデジタルカメラにて
撮影した画像から、外面に生じた気泡の面積を求め、気
泡の面積を全体の面積で割った値を気泡率とした。

【００２９】

【表２】

【００３０】表２の結果より、本発明の耐酸性マンホー
ルはいずれも、成形性に優れるとともに、圧縮強度も大
きいものであった。また、気泡率が低く、外観が良好で
あった。

【００３１】（実施例７〜８及び比較例３）φ１０×２
０cmの円柱供試体を製造し、表３に示す温度及び保持時
間で、蒸気養生を行なった。得られたコンクリートにつ
いて、ＪＩＳＡ１１０８に準じて、圧縮強度を測定
した。結果を表３に併せて示す。

【００３２】

【表３】

【００３３】表３の結果より、実施例７及び８では、短
時間の養生時間でより高い強度の耐酸性コンクリートが
得られ、生産性に優れていた。

【００３４】（実施例９〜１０及び比較例４）φ１０×
２０cmの円柱供試体を製造し、最高温度８０℃で８時間
蒸気養生を行なった。得られたコンクリートを水中に７
日間浸漬させた後、重量を測定し、次いで５重量％硫酸
水溶液中に浸漬した。３ケ月後にコンクリートの重量を
測定し、浸漬前の重量との変化率を求めた。結果を表４
に併せて示す。

【００３５】

【表４】

【００３６】表４の結果より、本発明の耐酸性コンクリ
ートはいずれも、重量変化率が少なく、外観の変化もな
く、耐酸性に優れていた。

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Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】 (a)ＣａＯ／ＳｉＯ₂モル比０．１〜１．
２の溶融スラグ粉末１０〜８５重量％、(b)アルカリ珪
酸塩を固形分で５〜４０重量％、(c)アルミナセメント
５〜５０重量％、及び(d)高炉スラグ２〜４０重量％
を含有するセメント組成物と、(e)骨材、並びに水を混
合し、蒸気養生することにより得られる耐酸性コンクリ
ート。
【請求項２】セメント組成物が、更に(f)アルカリ金
属塩類１〜３０重量％を含有するものである請求項１
記載の耐酸性コンクリート。
【請求項３】蒸気養生を、４０〜９０℃で２時間以上
行なう請求項１又は２記載の耐酸性コンクリート。
【請求項４】構成する部材の少なくとも一部が、請求
項１〜３のいずれか１項記載の耐酸性コンクリートであ
る耐酸性コンクリート製品。