JP2004059396A

JP2004059396A - モルタル・コンクリート

Info

Publication number: JP2004059396A
Application number: JP2002222717A
Authority: JP
Inventors: Yoshinori Nagai; 長井　義徳; Toshiyuki Saeki; 佐伯　俊之; Akinori Hamanaka; 浜中　昭徳
Original assignee: Taiheiyo Materials Corp
Current assignee: Taiheiyo Materials Corp
Priority date: 2002-07-31
Filing date: 2002-07-31
Publication date: 2004-02-26

Abstract

【課題】高い耐酸性、とりわけ強力な硫酸抵抗性を有し、且つ高い強度発現性を有するモルタル・コンクリートを提供する。
【解決手段】セメント、粒径１００μｍ以下のスラグ粉末及びガラス化率１０％以下のスラグ骨材を含有してなるモルタル・コンクリート、又は、該スラグ骨材が徐冷スラグからなるモルタル・コンクリート、又は、該モルタル・コンクリート中のスラグ粉末が急冷スラグからなるモルタル・コンクリートの何れかであって、セメント、粒径１００μｍ以下のスラグ粉末及びガラス化率１０％以下のスラグ骨材を含有してなるモルタル・コンクリート。
【選択図】　　なし

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、海水、腐食液、酸性液などに対する長期安定性を必要とする建設物、構築物、製品等に適したモルタル・コンクリートに関する。
【０００２】
【従来の技術とその問題点】
化学的に過酷な環境下、例えば湧水、温泉、海水、各種排水、化学溶液、或いは酸化雰囲気等と直接接触する建設・構築物や製品にセメント系材料が使用されることがある。最も汎用に使用されているポルトランドセメント類は、アルカリに対しては強力な抵抗性を備えているものの、酸性環境下での耐久性は乏しい。とりわけ、ｐＨ１〜３の硫酸酸性液と接触する建設・構築部材の場合、ポルトランドセメントが主成分のモルタル・コンクリートでは、表層部の水酸化カルシウムが硫酸イオンと反応して二水石膏を生成し、更にアルミン酸三カルシウムとも反応してエトリンガイトを生成することがある。このような化合物の生成は体積増加を伴うため、モルタル・コンクリートの深部まで生成反応が進むと過度の膨張を起し、やがては硬化体の破壊をもたらす。防食ライニングを施すことで、硫酸酸性液とセメント系材質との直接接触を避けることも可能であるが、よほど入念に施工されない限り表面に微細なピンホールが発生し易く、その部分から酸が浸透すると膨張破壊に繋がる。
【０００３】
このため、下水処理施設のような特に硫酸抵抗性を必要とする建設物等に使用するセメントは、水和反応においてＣａＯ−ＳｉＯ_２−Ｈ_２Ｏ系化合物生成割合を増すことによって水酸化カルシウムの生成割合をできるだけ少なくしたセメントが必要になる。この種の市販品では高炉急冷スラグ微粉を潜在水硬性物質として含むスラグセメントがあるが、水和反応で生成する水酸化カルシウムの量は硫酸抵抗性を十分付与されるまでは低減できていない。硫酸抵抗性を強化するためスラグ微粉含有割合を高めると、硬化時の収縮率が増大してひび割れが発生し易くなったり、強度低下をきたす。硫酸抵抗性を始めとする耐酸性を向上させかつ強度低下を抑制する方策として、特公平０３−０６１６２４号公報には高炉急冷スラグ微粉の大量使用と併せて、骨材に高炉急冷スラグからなる骨材を使用することで高耐久のモルタル・コンクリートが得られることが開示されている。しかるに、高炉急冷スラグは一般には製鋼過程で生じたスラグを融点近傍の高温下から急冷するため、その構造は主に非晶質となり、強度的には高くはなく、高強度のモルタル・コンクリート硬化物が得難い。また、急冷時の急激な体積収縮による微細クラック発生等の影響で総じて脆い。その脆さ故にセメント等との混合操作時に骨材が粉砕・摩砕され易く、細粒骨材含有量が増加すると収縮量の増大を引き起し、寸法安定性に欠けたり、硬化体に亀裂が入り易い。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、耐酸性、とりわけ強力な硫酸抵抗性を有し、且つ高い強度発現性を有するモルタル・コンクリートを提供することを課題とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、前記課題の解決に対し、スラグは高い耐酸性を備えているものの、一般に急冷スラグは主としてガラス構造のため強度的にも低く、また脆いことから、できるだけガラス構造を避け強度的に高い結晶質主体のスラグを骨材に用い、一方で一定粒径以下の反応活性が高いスラグを結合相形成成分に使用することで、高い耐酸性と強度発現性を有する強固なモルタル・コンクリート硬化体が得られたことから、本発明を完成するに至った。
【０００６】
即ち、本発明は、次の（１）〜（３）で表されるモルタル・コンクリートである。（１）セメント、粒径１００μｍ以下のスラグ粉末及びガラス化率１０％以下のスラグ骨材を含有してなるモルタル・コンクリート。（２）スラグ骨材が徐冷スラグからなることを特徴とする前記（１）のモルタル・コンクリート。（３）スラグ粉末が急冷スラグからなることを特徴とする前記（１）又は（２）のモルタル・コンクリート。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明のモルタル・コンクリートは、骨材等の分散相形成成分と該分散相を結合するセメント等の水硬性物質等を主体とする結合相形成成分からなる。
【０００８】
本発明のモルタル・コンクリートに必須含有されるセメントは何れのセメントでも使用でき、例えば各種のポルトランドセメントや混合セメント、シリカセメント、高炉セメント、アルミナセメント、耐硫酸塩セメントなどを挙げることができる。このうち、高炉セメント、アルミナセメント、耐硫酸塩セメントは、特に酸に対する抵抗性が他のセメントよりも高いので、より過酷な環境下で使用するには好ましい。
【０００９】
また、本発明のモルタル・コンクリートに必須含有される粒径１００μｍ以下のスラグ粉末の種類は特に限定されず、例えば高炉スラグ、転炉スラグ、脱燐スラグ、脱ケイスラグ、脱硫スラグ等を挙げることができる。また、該スラグ粉末は、好ましくは反応活性が高いことから急冷スラグの粉末の使用が推奨される。本発明ではこのようなスラグ粉末は主にモルタル・コンクリート硬化体の結合相形成成分として用いるため、粒径１００μｍを超えるスラグ粉末は反応活性が低く、水和反応の進行が緩慢になるので好ましくない。また十分な反応活性を確保する上で、粒径１００μｍ以下であって比表面積が３０００ｃｍ^２／ｇ以上の粉末を使用するのが特に望ましい。本発明のモルタル・コンクリートにおける粒径１００μｍ以下のスラグ粉末の配合量は前記セメント１００重量部に対し、２０〜１００重量部とする。スラグ粉末の配合量が２０重量部未満では硬化体結合相の耐酸性の向上が乏しくなり、また１００重量部を超えると硬化体強度が低下することがあるので何れも好ましくない。
【００１０】
また、本発明のモルタル・コンクリートは、ガラス化率１０％以下のスラグ骨材を必須含有する。本発明で骨材として使用できるスラグ種は耐酸性を備えているスラグであれば何れの種類でも良く、例えば高炉スラグ、転炉スラグ、脱燐スラグ、脱ケイスラグ、脱硫スラグ等を用いることができる。望ましくは本発明で使用する前記粒径１００μｍ以下のスラグ粉末と同様の種類とすれば骨材−結合相間の化学的ギャップを低減できるため、より強固な硬化体が得られる可能性がある。本発明で使用するスラグ骨材をガラス化率１０％以下のスラグからなる骨材とするのは、ガラス化率１０％を超えるスラグは強度が低く、また概して脆く、そのようなスラグを骨材を使用したモルタル・コンクリート硬化体の強度発現性も、建造物や構築物に広く使用されている珪砂、石灰岩、砂岩、玄武岩などの天然骨材を用いた場合よりも低くなるので好ましくない。スラグ骨材の強度はガラス化率を低くするほど高まる。また、本発明で用いる骨材の粒径は、一般に細骨材及び／又は粗骨材として用いられている粒径に相当する範囲から、本発明のモルタル・コンクリートの適用対象に応じて適宜選定すれば良いが、好ましくは粒径０．１５ｍｍ以上、特にモルタルの場合では粒径０．１５〜２．５ｍｍとする。本発明のモルタル・コンクリートの骨材配合量は、セメント１００重量部に対し、１００〜７００重量部が好ましく、前記のような骨材粒径のモルタルでは１００〜３００重量部が特に好ましい。
【００１１】
一般にスラグとして広く入用可能なものは、溶融状態に加熱された高温炉から炉外に取り出されて放置急冷されたものか、製鋼業で発生する高炉スラグでは主に水冷による急冷処理を施されたものであるため、常温でもガラス状態を保ち、少なくともガラス化率１０％以下のものは極めて得難い。従って、本発明ではスラグ種によらず急冷スラグを骨材に使用することは適さない。ガラス化率１０％以下のスラグを得る好適な方法は、融点近傍温度から徐冷を行えば良い。高温で溶融状態のスラグは、徐冷過程中に晶質化が起り、徐冷条件によっては常温下でほぼ完全に結晶構造のスラグを得ることができる。尚、本発明では、他成分が固溶するものであっても、原結晶構造が実質的に維持されている固溶体、例えば粉末Ｘ線回折で結晶の場合とほぼ同程度の回折ピークを酷似した回折角度で検出可能な固溶体は、ガラス状態とは見なさない。また、ガラス化率は、粉末Ｘ線回折の全相結晶質スラグの場合の最高強度を呈した回折角度でのピーク面積ＳＯ、対象スラグの同角度のピーク面積ＳＩとすると、ガラス化率（％）＝１００×（ＳＩ／ＳＯ）で略算できる。本発明で骨材に使用するスラグは、徐冷で得る際も、特殊な方法・条件にしなくとも、一般的な徐冷操作で容易に得ることができる。徐冷条件はスラグ種等によって適宜選定すれば良い。一例を挙げれば、全相結晶質スラグを得る場合、溶融温度近傍の約１１００℃から約８００℃の間の冷却速度を概ね５０℃／時以下にし、約８００℃未満の領域では、例えば炉外取り出しによる自然放冷を行なえば良い。
【００１２】
本発明のモルタル・コンクリートは、ガラス化率１０％以下のスラグ骨材以外の骨材であっても、該骨材に近いかそれ以上の耐酸性と強度を有する骨材であれば、含有骨材全体の概ね５０体積％を超えない範囲で含まれていても良い。
【００１３】
また本発明のモルタル・コンクリートは、硬化体の強度発現性や耐酸性状に特段の支障を及ぼさない限り、前記成分以外の成分を含有することは制限されない。含有可能な成分としては、例えば硫酸カルシウムやポゾラン物質などの水硬性物質、水硬性物質以外でも、例えば凝結促進、硬化促進、硬化遅延、減水、増粘、保水、消泡等の性状を付与できるモルタル・コンクリートに使用可能な混和剤、更には例えば金属や高分子や炭素などの材質からなる繊維、顔料、増量材、発泡材、ゼオライト等の粘土鉱物などのモルタル・コンクリートで使用可能な混和材を挙げることができる。
【００１４】
本発明のモルタル・コンクリートの配合各成分の混合・混練方法は限定されず、例えば混合・混練機に使用全成分を水と共に一括投入しても、任意の順に投入しても良く、混合・混練機も限定されず、例えばスキ型ミキサ、プローシェアミキサ、リボンミキサ、噴射式ミキサ、左官ミキサ、強制ミキサ、連続ミキサ等が使用できる。また、水の配合量も用途に応じて選定すれば良いが、好ましくはセメント等の水硬性物質１００重量部に対し、３０〜６０重量部にすると強度発現性のより高い硬化体が得らる。
【００１５】
本発明のモルタル・コンクリートは、その施工や製品製造にあたっての制約は特には受けず、用途に応じた方法を概ね自在に選択することができる。一例としてモルタルとして適応可能な施工方法を示すと、鏝による左官施工、スネークポンプ、スクィーズポンプ又はプランジャーポンプによる吹付け施工、グラウト施工などで行なうことができる。
【００１６】
【実施例】
以下、実施例により本発明を説明する。
［使用材料］　次のＡ〜Ｈで記した材料を用い、モルタルベースの混練物及びその硬化体を作製した。
Ａ：普通ポルトランドセメント（太平洋セメント（株）製）
Ｂ：ブレーン比表面積約８０００ｃｍ^２／ｇの急冷高炉スラグ微粉末（商品名「ファインセラメント」；第一セメント（株）製）
Ｃ：ガラス化率１％未満の徐冷高炉スラグ骨材（Ｆ．Ｍ．＝２．５、住金鹿島鉱化（株）製）
Ｄ：ガラス化率９８％の急冷高炉スラグ骨材（Ｆ．Ｍ．＝２．５、住金鹿島鉱化（株）製）
Ｅ：珪砂骨材（Ｆ．Ｍ．＝２．５、山形県産）
Ｆ：膨張剤（商品名「太平洋エクスパン」；太平洋マテリアル（株）製）
Ｇ：保水剤（商品名「９０ＳＨ−４０００」；信越化学工業（株）製）
Ｈ：高性能減水剤（商品名「マイティー１００」；花王（株）製）
【００１７】
［混練物の作製］　前記Ａ〜Ｈと水を表１に表す配合量となるよう、ホバートミキサーにほぼ同時に一括投入し、２０℃で混合・混練を約５分間行い、混練物を作製した。併行して、これと同じ混合・混練操作を同様の配合物に対し行なった際の、混合・混練による骨材の摩耗・摩砕による骨材粒径の変化を、混合・混練操作前の粒径と混合・混練操作後の粒径を、使用骨材の約１重量％相当の骨材について調べた結果、Ｃの骨材については平均１．５％の粒径減少があったのに対し、Ｄの骨材では平均４９％の粒径減少、またＥの骨材では平均３％の粒径減少となった。
【００１８】
【表１】

【００１９】
［硬化体の性状評価］　前記混練物から、ＪＩＳ　Ｒ　５２０１に準拠した方法で圧縮強度測定用の硬化供試体を作製し、当該供試体の材齢２８日の一軸圧縮強度を測定した。また、前記混練物から同様の方法で作製した硬化体の寸法変化率を、ＪＩＳ　Ａ　１１２９に準拠した方法によって減少率として算出した。
【００２０】
更に、前記混練物から作製した硬化体の硫酸抵抗性を次の手順で測定した。まず、ＪＩＳ　Ａ　１１３２に示す方法で、直径７．５ｃｍ、高さ１５ｃｍの円柱状に作製した試験体を材齢２８日まで水中養生した後、該試験体の直径（Ｄ０）を測定した。次いでこの試験体をｐＨ０．４±０．１に調整した硫酸溶液４．４リットルに浸漬させ、該硫酸溶液を１週間毎に全量交換し、４週間の連続浸漬を行なった。浸漬後の試験体は水洗した後、ダイヤモンドカッターで端面から長手方向７．５ｃｍの箇所で断面を切断した。乾燥させた切断面にフェノールフタレイン１％アルコール溶液を噴霧して赤色を呈した部分の直径（Ｄ１）を測定し、次式から算出した硫酸浸透深さをもって硫酸抵抗性を評価した。
硫酸浸透深さ＝（Ｄ０−Ｄ１）／２
硫酸浸透深さが浅いものほど高い硫酸抵抗性を有する。以上の結果を表２に表す。
【００２１】
【表２】

【００２２】
【発明の効果】
本発明によるモルタル・コンクリートは、高酸性の液、とりわけ高濃度の硫酸に対する抵抗性に突出すると共に高い強度発現性も有し、また混合混練操作による骨材の破砕・摩砕も抑制できるため骨材粒径変化に起因した硬化後の形状寸法の変動も抑えることができる。このため本発明によるモルタル・コンクリートは、下水処理施設、食品工場、化学薬品工場などの建設施設或いは耐食管などへの利用に特に適したものとなる。

Claims

セメント、粒径１００μｍ以下のスラグ粉末及びガラス化率１０％以下のスラグ骨材を含有してなるモルタル・コンクリート。
スラグ骨材が徐冷スラグからなることを特徴とする請求項１記載のモルタル・コンクリート。
スラグ粉末が急冷スラグからなることを特徴とする請求項１又は２に記載のモルタル・コンクリート。