JP2003292362A

JP2003292362A - 耐硫酸性セメント組成物

Info

Publication number: JP2003292362A
Application number: JP2003079617A
Authority: JP
Inventors: Osamu Asagami; 修浅上; Hideaki Igarashi; 秀明五十嵐
Original assignee: Ube Industries Ltd
Current assignee: Ube Corp
Priority date: 2003-03-24
Filing date: 2003-03-24
Publication date: 2003-10-15

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明は、セメント組成物の製造
時またはセメント組成物を使っての施工時に特別な工程
や大きなコスト負担を必要としない、耐硫酸性の向上し
た硬化体を与える耐硫酸性セメント組成物の提供を目的
とする。【解決手段】本発明は、置換基としてスルホン
酸のアルカリ金属塩を有する水溶性有機化合物を、セメ
ント１００重量部に対して０．５〜４重量部含む耐硫酸
性セメント組成物が、上記課題を解決するセメント組成
物となることを見出した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、下水道、温泉地等
の、硫酸根による腐食が問題になる箇所での使用に適し
た、および、耐酸性雨性が向上された耐硫酸性セメント
組成物に関する。

【０００２】

【従来の技術】下水道、温泉地等の硫酸を含む環境に晒
される箇所においては従来から、硫酸または硫酸塩によ
るセメント硬化体の腐食が問題になっていたが、近年に
おける酸性雨による腐食は単に下水道、温泉地等の限定
された箇所での問題に留まらず、セメントを使用した構
造体全体の問題となっている。セメント組成物は硫酸に
接触すると、難溶性石膏を形成すると共に、ケイ酸、ア
ルミナ等が溶解して、シリカやアルミナゲルを生成す
る。硫酸のセメントに対するこの作用は、当然、酸の濃
度に依存する。ｐＨが２より大である（硫酸濃度０．１
％以下）軽度の場合には、炭酸ガス、硫酸塩または低濃
度の酸による腐食に対する場合と同様に、セメント組成
物を緻密化させることが腐食物質の内部への浸透を抑制
する点から効果があり、高性能ＡＥ減水剤等の使用によ
り作業性を確保しながら水セメント比を低下させること
により耐食性を向上させることが出来るが、重度の場合
には対応が難しく、例えば、ｐＨが２以下と非常に低く
なると、セメント組成物に酸に対する抵抗性を期待する
ことは困難であると言われている。ｐＨが２以下（硫酸
濃度０．１％以上）における酸による劣化防止法とし
て、セメント組成物にポリマーを複合させたポリマーセ
メントや、セメント組成物表面を耐食性材料（例えば、
エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂）で被覆し、化
学的腐食性物質とセメント組成物の接触を防止する防食
被覆（ライニング）材が用いられている。しかし、ポリ
マーセメントや防食被覆材は高価であるだけでなく、製
造時または施工時に特殊な工程が入るため汎用的なもの
ではなく、また、耐硫酸性であることが好ましくとも、
そこまで費用を掛けて耐硫酸性を向上させる必要のない
場合もある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、従来
技術のこうした問題点を解決することにある。すなわ
ち、本発明は、セメント組成物製造時またはセメント組
成物を使っての施工時に特別な工程や大きなコスト負担
を必要とせずに、耐硫酸性の向上した硬化体を与えるセ
メント組成物の提供を目的とする。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明は、置換基として
スルホン酸のアルカリ金属塩を有する水溶性有機化合物
を、セメント１００重量部に対して０．５〜４重量部含
むセメント組成物に関する。以下に本発明を詳しく説明
する。

【０００５】セメント組成物からセメント製品を製作す
る際、高い作業性を確保しながら水セメント比を低減す
る手段として、減水剤を添加することは従来良く行なわ
れている方法である。減水剤はそれを構成する主有機物
成分の違いにより種々のものが存在するが、ナフタレン
スルホン酸塩、メラミンスルホン酸塩等のスルホン酸塩
を置換基として有する水溶性有機化合物もその中の一つ
である。しかし、この場合の水溶性有機化合物の添加目
的は、水セメント比を小さくした場合におけるセメント
を含むスラリーの流動性を確保することにあることか
ら、その添加量は、当然、その目的を達成するのに必要
な最少量とされ、セメント１００重量部当たり、固形成
分基準で１重量部以下の添加が一般的に行なわれてい
る。例えば、花王社からマイティ１５０の商品名で市販
されている減水剤はナフタレンスルホン酸塩を主有機物
成分とするものであるが、セメント成分１００重量部あ
たりの添加量は水溶液基準で０．６〜２．４重量部とす
るようにマニュアルに記載されている。マイティ１５０
は、ナフタレンスルホン酸を主成分とする固形物成分を
大凡４０重量％含む水溶液であり、従って、固形物成分
基準での添加量はセメント成分１００重量部あたり
０．２４〜０．９６重量部となる。

【０００６】固形成分基準で量った減水剤の添加量をセ
メント１００重量部あたり１重量部以下とするのは、過
剰添加では硬化の遅延を招くことがあるからでもある
が、必要最少量以上添加しても流動性の向上は頭打ちに
なり、流動性確保の面からはメリットがないのに経済的
にマイナス要因となるのが大きな要因である。すなわ
ち、流動性確保の点から要求される必要最少量より過剰
に添加することによりもたらされる利益が認識されてい
なかったのである。本発明者等は、スルホン酸塩を置換
基として有する水溶性有機化合物を成分とする減水剤の
添加量を、流動性確保を目的として一般に行なわれてい
る量より大きくすることにより、硬化後の耐硫酸性が大
幅に改善されたセメント組成物が得られることを知見
し、本発明に至った。

【０００７】スルホン酸塩を置換基として有する水溶性
有機物の添加によってもたらされるこの耐硫酸性改善の
機構は、この物質の減水剤としての働き、すなわち、水
セメント比低減による硬化体組織の緻密化だけでは説明
できず、本来耐硫酸性を有しているナフタレンスルホン
酸あるいは含窒素スルホン酸のアルカリ金属塩が、セメ
ント粒子表面に被覆層を形成して硬化体の耐硫酸性が向
上すると推定される。

【０００８】スルホン酸塩を置換基として有する水溶性
有機物として本発明で使用する化合物としては、ナフタ
レンスルホン酸、リグニンスルホン酸、メラミンスルホ
ン酸、含窒素スルホン酸等の各スルホン酸のアルカリ金
属塩を挙げることが出来るが、中でも、ナフタレンスル
ホン酸のアルカリ金属塩は、セメントの凝結、硬化を阻
害することが少ないため、凝結促進剤の併用が不要とな
り好ましい。これ等のスルホン酸塩は、一般にナトリウ
ム塩として水溶液、または粉体の形態で市販されている
が、それをそのまま使用することができる。

【０００９】置換基としてスルホン酸のアルカリ金属塩
を有する水溶性有機物の添加量は、セメント１００重量
部に対して０．５〜４重量部、好ましくは、１．０〜
３．５重量部、更に好ましくは、１．７〜３．２重量部
とするのが良い。尚、ここで言う添加量とは、水溶液の
形態で市販されている添加剤全体の量を指すのではな
く、その中に含まれ、水を除去した後に残る、スルホン
酸のアルカリ金属塩を置換基として有する有機物を主成
分とする固形成分の重量を言う。添加量が０．５重量部
より少ないと、減水剤としての機能は有するが、耐硫酸
性向上の効果は小さく、４重量部より大であると、コス
ト的に不利になるだけでなく、セメントの硬化の遅延を
招き好ましくない。

【００１０】本発明で使用されるセメントとしては、ポ
ルトランドセメント、普通セメント、中庸熱セメント、
耐硫酸塩セメント、高炉セメント、フライアッシュセメ
ント等を挙げることが出来る。

【００１１】セメントに、スルホン酸のアルカリ金属塩
を置換基として有する水溶性有機物を添加したものに更
に炭酸カルシウムを添加することにより、耐硫酸性が更
に向上されたセメント組成物を得ることが出来る。炭酸
カルシウムは、硬化体が硫酸根と接触した際にエトリン
ガイトが生成するのを抑制するだけでなく、硬化体組織
を緻密化させることにより、耐硫酸性を向上させるもの
と推定される。本発明で使用する炭酸カルシウムは純粋
なものでなくとも炭酸カルシウムを主成分とするもの、
例えば工業用純度のものが使用できる。また、天然の鉱
物を粉砕して製造した石灰石粉末、石灰石骨材、もしく
は石灰石を一度焼成し炭酸ガスと反応させて製造した所
謂軽質炭酸カルシウムも使用できる。炭酸カルシウム
は、１μｍ〜１ｍｍの粒径を有する粉末として使用する
のが好ましい。

【００１２】炭酸カルシウムの添加量は、セメント１０
０重量部に対して３０〜１００重量部とするのが好まし
い。３０重量部より少ないと耐硫酸性向上の効果が小さ
く、１００重量部より多く添加しても、添加量に見合っ
た耐硫酸性の改善効果の増進はほとんど認められず、逆
に、セメント硬化体の強度が低下しマイナス要因となる
場合があるからである。

【００１３】本発明のセメント組成物の調製は、混練に
先立ち各成分を予め混合して置くこともできるが、水、
骨材およびその他混和剤を加えて混練する際に各成分を
添加する方法が最も好ましい方法である。

【００１４】また、本発明の耐硫酸性セメント組成物
は、基本成分であるベースセメント、置換基としてスル
ホン酸のアルカリ金属塩を有する水溶性有機化合物、炭
酸カルシウムおよび水に加えて、砂や砂利等の骨材、硬
化促進剤、硬化遅延剤、鉄筋防錆剤等、公知の添加剤を
添加しても何等問題を生じず、ペースト、モルタル、コ
ンクリートの材料として、従来公知の施行法で使用する
ことができる。具体的適用例としては、コンクリート
管、コンクリートＵ字溝、コンクリートパイル等のコ
ンクリート製品の他、建築物、構築物およびそれ等の表
面に塗布する防食被覆層等を挙げることが出来る。

【００１５】

【発明の実施の形態】

【実施例】以下に例を挙げて本発明を更に詳しく説明す
る。（１）原料各例の実施に当たっては以下の原料を使用した。セメント：普通ポルトランドセメント、耐硫酸塩セメン
ト、フライアッシュセメント、高炉セメントＢ種［何
れも宇部興産社製］石灰石粉：ブレーン比表面積６４００ｃｍ²／ｇ軽質炭酸カルシウム：平均粒径１〜３μｍ［米庄石灰工
業社製］水溶性有機物：ナフタレンスルホン酸塩［商品名：マイ
ティ１５０、花王社製］、含窒素スルホン酸塩［商品
名：ポールファインＭＦ、竹本油脂社製］、カルボキシ
ル基含有ポリエーテル商品名：マイティ３０００Ｈ、花
王社製］、ポリカルボン酸エーテル［商品名：レオビル
ドＳＰ８Ｓ、ＮＭＢ社製］何れも、セメントに対する減水剤として水溶液の形態で
市販されているものをそのまま添加した。骨材：豊浦標準砂ＪＩＳＲ５２０１対応品

【００１６】（２）セメントモルタルの調製セメントに、豊浦標準砂、水、および所定量の水溶性有
機物を混合してセメントモルタルを調製した。セメント
と豊浦標準砂の重量比は１：２とした。水セメント比は
例毎に異なるので、必要に応じて表示した。（３）セメントペーストの調製セメントに、水、および所定量の水溶性有機物を混合し
てセメントペーストを調製した。水セメント比はＷ／Ｃ
＝０．３である。

【００１７】（４）養生縦４ｃｍ×横４ｃｍ×長さ１６ｃｍの型枠に上記（２）
または（３）の方法で調製したセメントモルタルまたは
セメントペーストを流し込み、先ず、２０℃の恒温室で
一昼夜気中養生した。一昼夜気中養生後の試料は、養生
条件を各種変化させて追加の養生を行なった。追加の養
生条件は例毎に異なるので、必要に応じて記載した。（５）耐硫酸性の評価養生終了後サンプルについての耐硫酸性の評価は、ＪＩ
Ｓ原案の「コンクリート溶液浸漬による耐薬品性試験方
法」に則って行なった。すなわち、養生終了後のセメン
トモルタルまたはセメントペーストを２％（ｐＨ約０．
７）または５％（ｐＨ約０．３）硫酸水溶液に浸漬
し、１３週間経過後に硫酸水溶液から取り出した。取り
出したモルタルまたはセメントペーストを切断し、明か
に変色していない部分の長さを測定し、初期長さである
４ｃｍから、変色していない部分の長さを減じたものを
２で除して、腐食深さを算出した。耐硫酸性指数は、次
式に示すように、水溶性有機物添加時の腐食深さの、水
溶性有機物無添加時の腐食深さに対する比の値の逆数と
して算出した。耐硫酸性指数＝有機物無添加時の腐食深さ／有機物添加
時の腐食深さ

【００１８】実施例１〜９および比較例１〜４先ず、セメントとして耐硫酸塩ポルトランドセメント、
水溶性有機物としてナフタレンスルホン酸塩［花王社製
のマイティ１５０］を選んで調製したモルタルについて
有機物添加量の影響を検討した。水セメント比はＷ／Ｃ
＝０．５（重量比）であり、追加養生は２０℃の水中で
材齢２８日まで行なった。溶液に浸漬した場２％硫酸
合の耐硫酸性評価結果を表１に示す。表１の結果か
ら、セメント１００重量部に対するナフタレンスルホン
酸塩の添加量が固形成分換算で０．４重量部を超える
と、耐硫酸性を示す耐硫酸性指数が２倍以上に向上する
ことが分かる。

【００１９】

【表１】

【００２０】実施例１０、１１および比較例５ここでは、耐硫酸塩ポルトランドセメントに水溶性有機
物としてナフタレンスルホン酸塩［花王社製のマイティ
１５０］を所定量添加・混合して調製したモルタルにつ
いて、試験硫酸溶液濃度を５％に上げた場合の例を示
す。水セメント比はＷ／Ｃ＝０．５（重量比）であり、
追加養生は、蒸気養生（６５℃、５時間）及びそれに続
く水中養生（２０℃、７日間）の条件で行なった。耐硫
酸性評価結果を表２に示す。ナフタレンスルホン酸塩を
添加することにより、硫酸濃度が５％と高い状態下で
も、耐硫酸性指数が２倍に向上していることが分かる。

【００２１】

【表２】

【００２２】実施例１２〜１４および比較例６〜８ここ
では、製品形態をモルタルからセメントペーストに変
え、且つセメント種を変えた場合の例を示す。検討した
セメントは、耐硫酸塩ポルトランドセメント、フライア
ッシュセメントＢ種および、高炉セメントＢ種の３種で
あり、水溶性有機物としてナフタレンスルホン酸塩［花
王社製のマイティ１５０］を使用した。水セメント比は
Ｗ／Ｃ＝０．３（重量比）であり、蒸気養生（６５℃、
５時間）及びそれに続く水中養生（２０℃、７日間）に
よる追加養生を行ない、耐硫酸性試験は５％硫酸溶液で
行なった。結果を表３に示す。製品形態がセメントペー
ストの場合においても、セメント種を問わず、ナフタレ
ンスルホン酸塩の添加により、耐硫酸性指数は無添加の
場合の約２倍に向上することが分かる。

【００２３】

【表３】

【００２４】実施例１５〜２４および比較例９、１０こ
こでは、ナフタレンスルホン酸塩に加えて更に炭酸カル
シウムを加えた場合の例を示す。検討したセメント種は
耐硫酸塩ポルトランドセメントと普通ポルトランドセメ
ントの二種である。セメント１００重量部に対してナフ
タレンスルホン酸塩［花王社製のマイティ１５０］０．
９６重量部（固形物換算）及び所定量の炭酸カルシウム
分を添加してモルタルを調製した。水セメント比はＷ／
Ｃ＝０．４５（重量比）であり、蒸気養生（６５℃、５
時間）及びそれに続く水中養生（２０℃、７日間）によ
る追加養生を行ない、耐硫酸性試験は５％硫酸溶液で行
なった。結果を表４に示す。ナフタレンスルホン酸塩に
加え、セメント成分１００重量部に対し３０重量部以上
の炭酸カルシウムを添加することにより、炭酸カルシウ
ムの種類を問わず、炭酸カルシウム無添加の場合に比べ
て耐硫酸性指数は２倍以上に向上し、ナフタレンスルホ
ン酸塩および炭酸カルシウムを共に含まない場合の４倍
以上に向上することが分かる。

【００２５】

【表４】

【００２６】実施例１９、２５および比較例９、１１ここでは添加有機物の種類を変えた場合の例を示す。耐
硫酸塩ポルトランドセメント１００重量部に、表５に示
す水溶性有機物の水溶液を２．４重量部（水溶液とし
て）加えてモルタルを調製した。水セメント比はＷ／Ｃ
＝０．４５（重量比）であり、蒸気養生（６５℃、５時
間）及びそれに続く水中養生（２０℃、７日間）による
追加養生を行ない、耐硫酸性試験は５％硫酸溶液で行な
った。結果を表５に示す。分子内にスルホン酸塩を置換
基として有する、ナフタレンスルホン酸塩および含窒素
スルホン酸塩が耐硫酸性向上効果を有しているのに対
し、スルホン酸塩を有していない減水剤は、耐硫酸性向
上にマイナスの効果を示すことが分かる。

【００２７】

【表５】

【００２８】

【発明の効果】本発明によるセメント組成物は、耐硫酸
性に優れたセメント製品の製造を可能にするだけでな
く、セメントにスルホン酸塩を置換基として有する水溶
性有機化合物を添加する簡便な方法により調製可能であ
り、通常のセメント製品を製造する施設において容易且
つ安価に調製することができる。従って、本発明による
セメント組成物は、温泉地、下水道施設等の、硫酸塩に
晒される可能性の高い箇所において使用されるセメント
製品への適用は勿論、近年問題になっている酸性雨にも
高い耐久性を示すことから、一般のセメント製品用とし
ての利用価値も大である。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】置換基としてスルホン酸のアルカリ金属塩
を有する水溶性有機化合物を、セメント１００重量部に
対して０．５〜４重量部含む耐硫酸性セメント組成物。
【請求項２】置換基としてスルホン酸のアルカリ金属塩
を含む水溶性有機化合物の含有量がセメント１００重量
部に対して１．０〜３．５重量部である、請求項１に記
載の耐硫酸性セメント組成物。
【請求項３】置換基としてスルホン酸のアルカリ金属塩
を含む水溶性有機化合物がナフタレンスルホン酸のアル
カリ金属塩である、請求項１または２に記載の耐硫酸性
セメント組成物。
【請求項４】請求項１から３の何れかに記載のセメント
組成物に、更に炭酸カルシウム粉末をセメント１００重
量部に対して３０〜１００重量部添加して成る耐硫酸性
セメント組成物。