JP2006298737A - Special mineral water for manufacturing heat resistant, fire resistant and reinforced concrete and its manufacturing method - Google Patents
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Description
本発明は、高温で加熱しても爆裂を防止することができる耐熱・耐火・強化コンクリートを製造するための特殊ミネラル水及びその製造方法に関するものである。 The present invention relates to a special mineral water for producing heat-resistant / fire-resistant / reinforced concrete capable of preventing explosion even when heated at a high temperature, and a method for producing the same.
耐火性を有するコンクリートを製造する従来のセメントとして、アルミナセメント、リン酸セメント、マグネシアセメントなどが知られている。 Alumina cement, phosphate cement, magnesia cement and the like are known as conventional cements for producing concrete having fire resistance.
アルミナセメントは、アルミニウムの原料であるボーキサイトと石灰石を主原料としたセメントである。このアルミナセメントは、例えば特許文献1に記載されているように、超微粉末状のアルミナ質を添加して製造するセメントであり、焼却炉など、現在の耐火性コンクリートとして最も多く使用されている。 Alumina cement is a cement mainly made of bauxite and limestone, which are aluminum raw materials. For example, as described in Patent Document 1, this alumina cement is a cement produced by adding ultrafine powdery alumina, and is most often used as a current refractory concrete such as an incinerator. .
リン酸セメントは、特許文献2に示されるように、リン酸類の金属塩やホウ酸の金属塩を添加した水硬性のセメントである。このリン酸セメントは、例えば、主に耐火ボードに使用するリン酸セメントフォームとして用いられている。 As disclosed in Patent Document 2, the phosphate cement is a hydraulic cement to which a metal salt of phosphoric acid or a metal salt of boric acid is added. This phosphate cement is used, for example, as a phosphate cement foam mainly used for fireproof boards.
一方、マグネシアセメントは、焼成した酸化マグネシウムに塩化物を加えて硬化させた気硬性のセメントである。特許文献3に記載されたマグネシアセメントは、耐火被覆材の中に添加して使用するもので、吸熱材兼結合材として用いられている。
各特許文献に記載された耐火セメントには、それぞれ次のような課題があった。例えば、アルミナセメントは、超微粉末状のアルミナ質を添加するものなので、セメント自体が極めて高価にならざるを得ない。現在この耐火性能や強化性能を高めるために、a−アルミナ粉体を用いる技術も開発されているが、このような性能を高めるために、より高価なセメントになっている。 The refractory cements described in each patent document have the following problems. For example, alumina cement is a material to which an ultrafine powdery alumina material is added, so the cement itself must be very expensive. Currently, a technique using a-alumina powder has been developed in order to improve the fire resistance and strengthening performance. However, in order to improve such a performance, the cement becomes more expensive.
一方、リン酸セメントやマグネシアセメントでは、耐火性能を高めることは可能でも、強度に課題を残している。その為、これらの耐火セメントをコンクリートとして使用する場合は、何等かの別部材からなる補強材と共に使用するか、あるいは、鋼材の表面を被覆する耐火被覆材などとして使用されることが多いものであった。このように、リン酸セメントやマグネシアセメントは、耐熱・耐火コンクリートとして使用することは可能でも、強化コンクリートとして使用することは不可能であった。 On the other hand, with phosphate cement and magnesia cement, it is possible to improve fire resistance, but there is still a problem in strength. Therefore, when these refractory cements are used as concrete, they are often used together with any other reinforcing material, or as refractory coatings that cover the surface of steel. there were. As described above, phosphate cement and magnesia cement can be used as heat and refractory concrete, but cannot be used as reinforced concrete.
更に、一般に使用されているポルトランドセメントを利用したコンクリートや強化コンクリートは、内部に多くの水分を含んでいることから、高温になった場合に爆裂する恐れがあった。特に強化コンクリートは、多くの水分を含有しているので、摂氏400度〜500度に加熱すると、極めて危険な爆裂現象が生じることが知られている。また、ポルトランドセメントを利用したコンクリートでは、およそ摂氏800度程度でクラックが入り、これ以上の温度で爆裂する危険がある。また、熱した状態で水を掛けるとコンクリートが崩れ落ちる恐れもある。したがって、コンクリート構築物の火災では、消火活動に支障を来たしているのが現状である。 Furthermore, since concrete and reinforced concrete using Portland cement generally used contain a lot of moisture, there is a risk of explosion when the temperature becomes high. In particular, reinforced concrete contains a lot of moisture, and it is known that an extremely dangerous explosion occurs when heated to 400 to 500 degrees Celsius. Moreover, in concrete using Portland cement, there is a risk of cracking at about 800 degrees Celsius and explosion at a temperature higher than this. Moreover, there is a risk that the concrete will collapse if it is poured with water. Therefore, the current situation is that fires in concrete structures are hindering fire fighting activities.
発明者は、一般に使用されているポルトランドセメントを利用したコンクリート製造において、製造の際に使用する混練水に特定のアルカリ成分を含有したアルカリ水を用いることで耐爆裂性が向上することを新たに見いだした。本発明は、上述の課題を解消すべく創出されたもので、通常のポルトランドセメントを用い安価な製造が可能な耐熱・耐火・強化コンクリート製造に用いる特殊ミネラル水及びその製造方法の提供を目的としたものである。 The inventor newly improved that explosion resistance is improved by using alkaline water containing a specific alkaline component in kneaded water used in production in concrete production using commonly used Portland cement. I found it. The present invention was created to solve the above-mentioned problems, and aims to provide a special mineral water used for producing heat-resistant, fire-resistant and reinforced concrete that can be produced at low cost using ordinary Portland cement and a method for producing the same. It is a thing.
本発明の第1の手段は、耐熱・耐火・強化コンクリート製造に用いる水において、Caイオンを200〜1000ppm、Feイオンを3〜30ppm、Mgイオンを10から150ppm、Naイオンを10〜90ppm含有し、かつ二酸化炭素を0.001〜0.05mol/kg含有させることにある。 The first means of the present invention contains 200 to 1000 ppm of Ca ions, 3 to 30 ppm of Fe ions, 10 to 150 ppm of Mg ions, and 10 to 90 ppm of Na ions in water used for heat-resistant / fireproof / reinforced concrete production. In addition, carbon dioxide is contained in an amount of 0.001 to 0.05 mol / kg.
第2の手段は、堆積アラゴナイトをクエン酸水で溶解した後、酸化第二鉄を投入し、十分に撹拌させた後ドライアイスを投入して二酸化炭素溶解量を調整する特殊ミネラル水の製造方法にある。 The second means is a method for producing special mineral water in which deposited aragonite is dissolved with citric acid water, ferric oxide is added, and after sufficiently stirring, dry ice is added to adjust the amount of dissolved carbon dioxide. It is in.
本発明によると、混練水にアルカリ成分と容存二酸化炭素を含有させたミネラル水を使用することで、極めて耐熱・耐火性に優れた強化コンクリートを提供することに成功したものである。このような特殊な強化コンクリートが実現できたのは、数多くの実験によるものであるが、発明者によると、分子が超微粒子に衝突するブラウン運動により急速にポゾラン反応が進行したことによると推定される。 According to the present invention, it has succeeded in providing reinforced concrete having extremely excellent heat resistance and fire resistance by using mineral water containing an alkaline component and dilute carbon dioxide in kneaded water. Such special reinforced concrete has been realized by many experiments, but according to the inventors, it is presumed that the pozzolanic reaction rapidly progressed due to Brownian motion in which molecules collide with ultrafine particles. The
本発明の強化コンクリートは、通常のポルトランドセメント、砂を特殊ミネラル水で混練され自然乾燥したものなので、一般のコンクリート工場にて、通常の撹拌を主体とする製造方法で製造可能になる。しかも、従来のアルミナセメントを使用したコンクリートの如き特殊で高価な材料を要しないので低価格で製造することができる。 Since the reinforced concrete of the present invention is obtained by kneading ordinary Portland cement and sand with special mineral water and naturally drying, it can be produced by a production method mainly using ordinary stirring in a general concrete factory. In addition, since a special and expensive material such as conventional concrete using alumina cement is not required, it can be manufactured at a low cost.
更に、耐熱・耐火性に優れた本発明強化コンクリートによると、例えば焼却炉、溶鉱炉、窯業窯等の高熱炉用の耐熱コンクリートとして使用可能である。また、トンネル、地下鉄、科学工場、花火製造工場、タイヤ製造工場、火力発電所、原子力発電所等の防火壁や構築物用の耐火及び外断熱コンクリートとして使用することができる。 Furthermore, according to the reinforced concrete of the present invention excellent in heat resistance and fire resistance, it can be used as heat resistant concrete for high temperature furnaces such as incinerators, blast furnaces, ceramic kilns and the like. Moreover, it can be used as fireproof and external insulation concrete for fire walls and structures of tunnels, subways, science factories, fireworks manufacturing factories, tire manufacturing factories, thermal power plants, nuclear power plants and the like.
このように、本発明の特殊アルカリ水をコンクリート製造に用いると、コンクリートの耐熱性・耐火性・強度が優れると共に、製造コストが安くて済むといった優れた効果を奏するものである。 As described above, when the special alkaline water of the present invention is used for concrete production, the concrete has excellent effects such as excellent heat resistance, fire resistance and strength of the concrete and low production cost.
本発明の最良の形態は、Caイオンを200〜1000ppm、Feイオンを3〜30ppm、Mgイオンを10から150ppm、Naイオンを10〜90ppm含有し、かつ二酸化炭素を0.001〜0.05mol/kg含有させた特殊ミネラル水をコンクリート製造時の混連水として用いることにある。このミネラル水の製造方法として、堆積アラゴナイトをクエン酸水で溶解した後、酸化第二鉄を投入し、十分に撹拌させた後ドライアイスを投入して二酸化炭素溶解量を調整する方法を用いることで、安価で安定した特殊ミネラル水の製造が達成される。 The best mode of the present invention contains Ca ions of 200 to 1000 ppm, Fe ions of 3 to 30 ppm, Mg ions of 10 to 150 ppm, Na ions of 10 to 90 ppm, and carbon dioxide of 0.001 to 0.05 mol / Special mineral water containing kg is used as mixed water at the time of concrete production. As a method for producing this mineral water, use a method in which deposited aragonite is dissolved in citric acid water, and then ferric oxide is added, and after sufficiently stirring, dry ice is added to adjust the amount of dissolved carbon dioxide. Thus, the production of inexpensive and stable special mineral water is achieved.
本発明特殊ミネラル水は、通常のセメントと砂で耐熱性・耐火性・強度に優れたコンクリート混連水として使用するもので、特に、堆積アラゴナイトをクエン酸水で溶解した後、酸化第二鉄を投入し、十分に撹拌させた後ドライアイスを投入して二酸化炭素溶解量を調整する製造方法によって作られたものである。 The special mineral water of the present invention is used as a concrete mixed water excellent in heat resistance, fire resistance, and strength with ordinary cement and sand, and in particular, after depositing aragonite with citric acid water, ferric oxide And the mixture is sufficiently stirred, and then dry ice is added to adjust the amount of carbon dioxide dissolved.
本発明のコンクリート材料を混練するミネラル水の具体的な製造方法の1例を次に示す。20リットルの水にクエン酸30g〜60gを混合してPH2〜3に調整し、次にこの水の中に、堆積アラゴナイトを長時間浸漬せしめ、PH6.5〜7になるように調整する。実験では、1カ月程度でPH6.5〜7のミネラル水が得られている。アラゴナイト500g〜800gを浸漬した。更に、酸化第二鉄を混入させ十分に撹拌し、その後ドライアイスを投入し容存二酸化炭素量を調整する。 An example of a specific method for producing mineral water for kneading the concrete material of the present invention is shown below. 30 g to 60 g of citric acid is mixed with 20 liters of water to adjust the pH to 2-3, and then the deposited aragonite is immersed in this water for a long time to adjust the pH to 6.5 to 7. In the experiment, mineral water having a pH of 6.5 to 7 is obtained in about one month. Aragonite 500g-800g was immersed. Further, ferric oxide is mixed and stirred sufficiently, and then dry ice is added to adjust the amount of carbon dioxide.
堆積アラゴナイト量、酸化第二鉄量およびドライアイス量を適切に調整することで、Caイオンを200〜1000ppm、Feイオンを3〜30ppm、Mgイオンを10から150ppm、Naイオンを10〜90ppm含有し、かつ二酸化炭素を0.001〜0.05mol/kg含有させた特殊ミネラル水が得られる。 By appropriately adjusting the amount of deposited aragonite, ferric oxide and dry ice, it contains 200 to 1000 ppm of Ca ions, 3 to 30 ppm of Fe ions, 10 to 150 ppm of Mg ions, and 10 to 90 ppm of Na ions. And the special mineral water which contained 0.001-0.05 mol / kg of carbon dioxide is obtained.
セメントに一般に使用されているポルトランドセメントを用い、砂と本発明の特殊アルカリ水で混連した後、型枠又は現場に流し込み、自然乾燥にて硬化させると、極めて耐熱・耐火性に優れた強化コンクリートとなる。
ものである。Portland cement, which is generally used for cement, is mixed with sand and the special alkaline water of the present invention, then poured into a formwork or on-site, and cured by natural drying, strengthening with extremely excellent heat resistance and fire resistance It becomes concrete.
Is.
実験では、本発明コンクリートにて、およそ100×80×7mm程度のブロックを成形し、この片面に摂氏約3000度のアセチレンガスバーナーにておよそ5分間加熱した。この結果、加熱面におよそ2mm程度の凹みが生じ、その表面に飴色状の硝子化したものが確認されたが、爆裂は全く生じなかった。しかも、加熱面の反対面には、全く変化が見られなかった。 In the experiment, a block of about 100 × 80 × 7 mm was formed from the concrete of the present invention, and this surface was heated with an acetylene gas burner of about 3000 degrees Celsius for about 5 minutes. As a result, a dent of about 2 mm was formed on the heating surface, and an amber-colored glass was confirmed on the surface, but no explosion occurred. Moreover, no change was observed on the opposite surface of the heating surface.
また、他の実験で、厚さ50mmの本発明コンクリートを摂氏1800度のガスバーナで2〜3時間加熱しても全く爆裂が生じず、加熱面の反対面の温度は、およそ摂氏250度にて推移した。尚、厚さ50mmの本発明コンクリートの強度は少なくとも37ニュートン(370kg)以上あることが確認されている。 In another experiment, the concrete of the present invention having a thickness of 50 mm was heated with a gas burner at 1800 degrees Celsius for 2 to 3 hours, and no explosion occurred. The temperature on the opposite side of the heated surface was about 250 degrees Celsius. It changed. It is confirmed that the concrete of the present invention having a thickness of 50 mm has a strength of at least 37 Newton (370 kg) or more.
更に別の実験では、本発明コンクリートを摂氏1000度のガスバーナで加熱した直後に、水道水の中へ戻しても全くクラックは生じず、爆裂もなかった。したがって、本発明コンクリート製の構築物が火災にあっても、安全な消火活動が可能になるものである。 In yet another experiment, immediately after heating the concrete of the present invention with a gas burner at 1000 degrees Celsius, no cracks occurred and no explosion occurred even if it was returned to tap water. Therefore, even if the concrete structure of the present invention is in a fire, a safe fire extinguishing activity is possible.
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