JP2006315883A

JP2006315883A - モルタル組成物

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Publication number: JP2006315883A
Application number: JP2005137952A
Authority: JP
Inventors: Masayoshi Kobayashi; 政芳小林; Minoru Morioka; 実盛岡
Original assignee: Denki Kagaku Kogyo KK
Current assignee: Denka Co Ltd
Priority date: 2005-05-11
Filing date: 2005-05-11
Publication date: 2006-11-24
Anticipated expiration: 2025-05-11
Also published as: JP4593353B2

Abstract

【課題】優れた耐酸性とイオウ酸化細菌の活動を抑制する抗菌作用を併せ持ち、付着性やひび割れ抵抗性にも優れるモルタル組成物を提供する。
【解決手段】セメント、潜在水硬性物質、ポゾラン物質、及び骨材を含有するモルタル組成物であって、骨材の一部あるいは全部に非鉄精錬スラグ骨材を含有するモルタル組成物、セメント、潜在水硬性物質、及びポゾラン物質の合計100部中、セメントが20〜40部、潜在水硬性物質が20〜40部、ポゾラン物質が30〜50部である該モルタル組成物、潜在水硬性物質が高炉水砕スラグ微粉末である該モルタル組成物、ポゾラン物質がフライアッシュ、シリカフューム、パルプスラッジ焼却灰、下水汚泥焼却灰、及び廃ガラス粉末の一種又は二種以上を含有する該モルタル組成物、さらに、非鉄精錬スラグ骨材が、銅スラグ、亜鉛スラグ、及び鉛スラグの一種又は二種以上である該モルタル組成物を構成とする。
【選択図】なし

Description

本発明は、主に、土木・建築業界において使用されるモルタル組成物、殊に、耐酸性や抗菌・抗カビ性を有するモルタル組成物に関する。

なお、本発明における部や％は特に規定しない限り質量基準で示す。

今日では、より快適で安全かつ清潔な環境で生活するために、抗菌性や抗カビ性を有する材料の開発が強く求められている。
従来、抗菌性や抗カビ性を有する物質として、コレマナイト2CaO・3B₂O₃・5H₂Oを焼成した焼成コレマナイトの粉末が知られている（特許文献１参照）。
また、焼成コレマナイトの粉末をセメントに混和することによって、そのセメント硬化体に抗菌性や抗カビ性を付与できることも知られている（非特許文献１参照）。
しかしながら、この焼成コレマナイトは、セメントの凝結を著しく遅延するホウ酸成分を主成分とするため、多量に混和すると硬化不良を起すという課題があった。

一方、抗菌剤には、焼成コレマナイト以外にも多くのものが提案されているが、セメント硬化体中でその性能を発揮するかどうかについては不明な点が残されている現状にある。

近年、下水処理施設を中心に、コンクリート構造物の硫酸による劣化事例が増加している。このような背景を受けて、コンクリートの硫酸劣化に関する研究も以前にも増して多く見受けられるようになった。

下水処理施設で硫酸が生成する原因は、微生物の活動によることが知られている。
したがって、下水処理施設における酸性劣化の対策としては耐酸性の材料を使用することに加えて、抗菌剤の適用が有効とされている。
そして、耐酸性の水硬性材料と抗菌剤とを組合せることによって二重の対策をとることができ、硫酸劣化に抵抗性の高いモルタルやコンクリートの調製が可能になるものと考えられる。

耐酸性材料として、ポルトランドセメントとともに、高炉スラグ、フライアッシュ、又はシリカフュームなどを多量に混和したモルタルやコンクリートが提案されている（特許文献２参照）。
しかしながら、その耐酸性は未だに充分なレベルに到達していない現状にある。

一方、環境問題も顕在化しており、副産物の有効利用に関しても高い関心が寄せられているが、現在でも、利用率の低い副産物は多く存在する。そのひとつとして非鉄精錬スラグが挙げられる。
非鉄精錬スラグは、セメント・コンクリート分野で骨材としての利用が検討され、一部はＪＩＳも制定されているが、充分な普及には至っていない現状にある。

そこで、本発明者は、耐酸性とイオウ酸化細菌の活動を抑制する抗菌作用を併せ持つ材料の開発を目的として、種々努力を重ねた結果、特定のモルタル組成物を用いることにより、優れた耐酸性とイオウ酸化細菌の活動を抑制する抗菌作用を併せ持つ材料となること、また、付着性やひび割れ抵抗性にも優れることを知見し、本発明を完成するに至った。

特開２００２−０２０２１０号公報「コンクリート腐食菌に対する焼成コレマナイトの効果」、大河内正一他、無機マテリアル学会第１０６回学術講演会講演要旨集、pp54-55、2003 特開２０００−１２８６１８号公報

本発明は、優れた耐酸性とイオウ酸化細菌の活動を抑制する抗菌作用を併せ持ち、付着性やひび割れ抵抗性にも優れるセメント組成物を提供する。

本発明は、セメント、潜在水硬性物質、ポゾラン物質、及び骨材を含有するモルタル組成物であって、骨材の一部あるいは全部に非鉄精錬スラグ骨材を含有してなるモルタル組成物であり、セメント、潜在水硬性物質、及びポゾラン物質の合計100部中、セメントが20〜40部、潜在水硬性物質が20〜40部、ポゾラン物質が30〜50部である該モルタル組成物であり、潜在水硬性物質が、高炉水砕スラグ微粉末である該モルタル組成物であり、ポゾラン物質が、フライアッシュ、シリカフューム、パルプスラッジ焼却灰、下水汚泥焼却灰、及び廃ガラス粉末からなる群より選ばれた一種又は二種以上を含有してなる該モルタル組成物であり、非鉄精錬スラグ骨材が、銅スラグ、亜鉛スラグ、及び鉛スラグからなる群より選ばれた一種又は二種以上である該モルタル組成物である。

本発明のセメント組成物は、優れた耐酸性とイオウ酸化細菌の活動を抑制する抗菌作用を併せ持ち、付着性やひび割れ抵抗性にも優れるので土木・建築分野で広範に利用可能である。

以下、本発明を詳細に説明する。

本発明で使用するセメントとしては、普通、早強、超早強、低熱、及び中庸熱等の各種ポルトランドセメント、これらポルトランドセメントに、高炉スラグ、フライアッシュ、又はシリカを混合した各種混合セメント、また、石灰石粉末等や高炉徐冷スラグ微粉末を混合したフィラーセメント、廃棄物利用型セメント、いわゆるエコセメントなどが挙げられ、これらのうちの一種又は二種以上が使用可能である。
セメントの粉末度は特に限定されるものではないが、通常、ブレーン比表面積値（以下、ブレーン値という）で3,000〜6,000cm²/gの範囲にある。3,000cm²/g未満では強度発現性が充分でない場合があり、6,000cm²/gを超えると取り扱いが困難な場合がある。

本発明で使用する潜在水硬性物質とは、カルシウム化合物やアルカリ金属化合物が共存する際に、その刺激効果によって、潜在的な水硬性を発揮する物質を総称するものであり、その代表例としては、高炉水砕スラグ微粉末を挙げることができる。
高炉水砕スラグ微粉末は耐酸性を担うものである。
高炉水砕スラグ微粉末の粉末度は特に限定されるものではないが、通常、ブレーン値で3,000〜9,000cm²/g程度の範囲にある。

本発明で使用するポゾラン物質とは、カルシウム化合物と反応してカルシウムシリケート水和物を生成する物質を総称するものである。
ポゾラン物質は耐酸性を向上させる効果を助長する役割を担うものである。
ポゾラン物質は特に限定されるものではなく、その具体例としては、例えば、フライアッシュ、シリカフューム、パルプスラッジ焼却灰、下水汚泥焼却灰、及び廃ガラス粉末等が挙げられる。なかでも、フライアッシュやシリカフュームの使用が好ましい。
フライアッシュやシリカフュームの粉末度は特に限定されるものではないが、通常、フライアッシュは、ブレーン値で3,000〜9,000cm²/g程度の範囲にあり、シリカフュームは、ＢＥＴ比表面積で２〜20m²/g程度の範囲にある。

潜在水硬性物質とポゾラン物質とは、その反応機構が異なるため学術的には明確に区別されている。
つまり、潜在水硬性物質におけるカルシウム化合物やアルカリ金属化合物は、刺激剤として振る舞い、触媒的な役割を担うのに対して、ポゾラン物質におけるカルシウム化合物は、反応物として振る舞うため、ポゾラン物質がもつSiO₂分に見合う量のカルシウム分が必要となり、カルシウム分が不足するとポゾラン反応は停滞してしまう。

本発明では、潜在水硬性物質として高炉水砕スラグ微粉末を、ポゾラン物質としてフライアッシュとシリカフュームを選定し、これらを併用することが、耐酸性の面から好ましい。

本発明のモルタル組成物は、セメント、潜在水硬性物質、及びポゾラン物質からなるセメント組成物と、非鉄精錬スラグ骨材を含む骨材とから構成される。
セメント組成物における各材料の配合割合は特に限定されるものではないが、通常、セメント20〜40部が好ましく、25〜35部がより好ましい。また、潜在水硬性物質は20〜40部が好ましく、25〜35部がより好ましい。さらに、ポゾラン物質は30〜50部が好ましく、35部〜45部がより好ましい。セメントが20部未満では初期の強度発現性が乏しい場合があり、逆に、40部を超えると耐酸性が充分でない場合がある。また、潜在水硬性物質が20部未満では耐酸性が充分でない場合があり、逆に40部を超えると初期の強度発現性が悪くなったり、寸法安定性が悪くなる場合がある。さらに、ポゾラン物質が30部未満では耐酸性が充分でない場合があり、逆に50部を超えると初期の強度発現性が悪くなる場合がある。

本発明では、セメント組成物のほかに骨材を使用する。
骨材は非鉄精錬スラグを含有するものであり、骨材の一部あるいは全部が非鉄精錬スラグから構成される。骨材の一部を非鉄精錬スラグで構成する場合に、他の骨材は特に限定されるものではない。その具体例としては、例えば、ケイ砂系、石灰石系、高炉水砕スラグ系、及び再生骨材系等が挙げられる。本発明では、耐酸性等の面からケイ砂系骨材を選定することが好ましい。また、密度3.0g/cm³以上の重量骨材を使用することも可能である。

重量骨材の具体例としては、例えば、人工骨材として、高炉徐冷スラグ細骨材や電気炉酸化期スラグ系細骨材等が、また、天然骨材としては、橄欖岩（かんらん岩）系細骨材やエメリー鉱等が挙げられ、橄欖岩系細骨材としては、いわゆる、オリビンサンドがある。本発明では、これらのうちの一種又は二種以上を併用することが可能である。

本発明で使用する非鉄精錬スラグ骨材とは、骨材、主に細骨材として使用する、フェロニッケルスラグ、フェロクロムスラグ、銅スラグ、亜鉛スラグ、及び鉛スラグなどを総称するものである。
フェロニッケルスラグは、ニッケル鉱石からフェロニッケルを精錬採取する際に発生するスラグであり、フェロクロムスラグは、クロム鉱石からフェロクロムを精錬採取する際に発生するスラグであり、銅スラグは、銅鉱石等から銅を精錬採取する際に発生するスラグであり、亜鉛スラグは、亜鉛鉱石等から亜鉛を精錬採取する際に発生するスラグであり、鉛スラグは、硫化鉱石等から鉛を精錬採取する際に発生するスラグである。このうち、フェロニッケルスラグと銅スラグにはＪＩＳが制定されている（JIS A 5011）。
本発明では、これらのうち、銅スラグ、亜鉛スラグ、及び鉛スラグの使用が抗菌効果の面から好ましい。

非鉄精錬スラグ骨材の使用量は特に限定されるものではないが、骨材100部中、10〜100部が好ましく、25〜75部がより好ましい。10部未満では抗菌効果が得られない場合がある。

骨材の使用量は特に限定されるものではないが、通常、セメント組成物100部に対して、50〜300部が好ましく、100〜200部がより好ましい。50部未満では抗菌性や寸法安定性が充分でない場合があり、300部を超えてもさらなる効果の向上が期待できない。

本発明では、耐酸性のさらなる向上の面から、また、付着強度を改善する面からポリマーを併用することが好ましい。
ここで、ポリマーは特に限定されるものではない。
ポリマーは大別すると、水性ポリマーディスパージョン、水溶性ポリマー、液状ポリマー、及び再乳化型粉末樹脂の４種類となる。
その具体例としては、例えば、水性ポリマーディスパージョンとしては、天然ゴムラテックス、合成ゴムラテックス、樹脂エマルジョン、及び混合ディスパージョンが挙げられる。この中には、スチレンブタジエンゴム、クロロプレンゴム、メタクリル酸メチルブタジエンゴム、アクリロニトリルブタジエンゴム、ポリアクリル酸エステル、エチレン酢酸ビニル、スチレンアクリル酸エステル、ポリプロピオン酸ビニル、ポリプロピレン、エポキシ樹脂、アスファルト、パラフィン、混合ラテックス、及び混合エマルジョンなどが挙げられる。
水溶性ポリマーとしては、例えば、メチルセルロースヒドロキシプロピルメチルセルロース、ポリビニルアルコール、アクリル酸カルシウム、及びアクリル酸マグネシウムなどが挙げられる。
液状ポリマーとしては、例えば、不飽和ポリエステル樹脂やエポキシ樹脂等が挙げられる。
再乳化型粉末樹脂としては、例えば、スチレンブタジエンゴム、エチレン酢酸ビニル、酢酸ビニルビニルバーサテート、スチレンアクリル酸エステル、及びポリアクリル酸エステルなどが挙げられる。

ポリマーの使用量は特に限定されるものではないが、通常、セメント組成物100部に対して、固形分換算で、１〜10部が好ましく、３〜７部がより好ましい。１部未満では、付着強度の改善効果、物質遮断性、及びひび割れ抵抗性が充分に得られない場合があり、10部を超えて使用すると凝結遅延や初期強度発現性が悪くなる場合がある。

本発明では、繊維物質を併用することが、ひび割れ抵抗性の向上の面から好ましい。
ここで繊維物質は特に限定されるものではないが、その具体例としては、例えば、ビニロン繊維、セルロース繊維、及びアクリル繊維等の有機系繊維、炭素繊維、スチールファイバー、ワラストナイト繊維、及びガラス繊維等の無機系繊維等が挙げられる。本発明ではこれらのうちの一種又は二種以上の使用が可能である。
繊維物質の使用量は特に限定されるものではないが、通常、セメント組成物100部に対して、0.1〜３部が好ましく、0.3〜２部がより好ましい。0.1部未満ではひび割れ抵抗性が充分に得られない場合があり、３部を超えて使用してもさらなる効果の増進が期待できず、また、分散性が悪くなる場合がある。

本発明のセメント組成物の粒度は、使用する目的・用途に依存するため特に限定されるものではないが、通常、ブレーン値で3,000〜8,000cm²/gが好ましく、4,000〜6,000cm²/gがより好ましい。3,000cm²/g未満では強度発現性が充分に得られない場合があり、8,000cm²/gを超えると作業性が悪くなる場合がある。

本発明では、セメント、潜在水硬性物質、ポゾラン物質、骨材、ポリマー、及び繊維物質のほかに、石灰石微粉末、高炉徐冷スラグ微粉末、減水剤、ＡＥ減水剤、高性能減水剤、高性能ＡＥ減水剤、消泡剤、増粘剤、防錆剤、防凍剤、収縮低減剤、凝結調整剤、抗菌剤、ベントナイトなどの粘土鉱物、及びハイドロタルサイトなどのアニオン交換体等のうちの一種又は二種以上を、本発明の目的を実質的に阻害しない範囲で使用することが可能である。

本発明において、各材料の混合方法は特に限定されるものではなく、それぞれの材料を施工時に混合しても良いし、あらかじめ一部を、あるいは全部を混合しておいても差し支えない。

混合装置としては、既存のいかなる装置も使用可能であり、例えば、傾胴ミキサ、オムニミキサ、ヘンシェルミキサ、Ｖ型ミキサ、及びナウタミキサなどの使用が可能である。

実験例１
セメントα30部と、潜在水硬性物質30部と、表１に示すポゾラン物質40部を配合してセメント組成物を調製した。
次いで、JIS R 5201に準じてモルタルを調製し、モルタルのカビ抵抗性、圧縮強度、及び耐酸性の試験を行った。結果を表１に併記する。
なお、骨材100部中、50部を非鉄精錬スラグ骨材イで置換した骨材を、セメント組成物100部に対して、200部配合した。

＜使用材料＞
セメントα：市販の普通ポルトランドセメント、ブレーン値3,000cm²/g
潜在水硬性物質：市販の高炉水砕スラグ微粉末、ブレーン値4,000cm²/g
ポゾラン物質Ａ：市販のフライアッシュ、ブレーン値4,000cm²/g
ポゾラン物質Ｂ：市販のシリカフューム、ＢＥＴ比表面積15m²/g
ポゾラン物質Ｃ：市販のパルプスラッジ焼却灰、ブレーン値4,000cm²/g
ポゾラン物質Ｄ：市販の下水汚泥焼却灰、ブレーン値9,000cm²/g
ポゾラン物質Ｅ：市販の廃ガラス粉末、ブレーン値4,000cm²/g
ポゾラン物質Ｆ：ポゾラン物質Ａ75部とポゾラン物質Ｂ25部の混合物、ブレーン値9,000cm²/g
非鉄精錬スラグ骨材イ：市販の銅スラグの細骨材、密度3.46g/cm³
水：水道水
細骨材：JIS R 5201で使用する標準砂

＜測定方法＞
カビ抵抗性：縦30cm×横30cm×高さ３cmのモルタル硬化体を作製し、30℃、炭酸ガス濃度５％、及び相対湿度60％の条件で７日間炭酸化させた。このモルタル硬化体表面に、カビ種Ａ（クラドスポリウム・クラドスポリオイデス）とカビ種Ｂ（アスペルギルス・ニゲル）との胞子懸濁液を塗布し、４週間にわたってカビ抵抗性試験をJIS Z 2911に準じて行った。カビ抵抗性の「不可」は１／３を超える面積にわたってカビが発生した場合、「可」は１／３以下の面積にカビが発生した場合、「良」はカビの発生がない場合。
圧縮強度：モルタルを型枠に詰めて４cm×４cm×16cmの供試体を作成し、材齢28日の圧縮強度をJIS R 5201に準じて測定
強度比：促進コンバージョン試験、材齢28日まで20℃の水中養生を行った供試体を、50℃の温水中に28日間入れて促進コンバージョンを行った。促進コンバージョンを行う前の圧縮強度に対する促進コンバージョンを行った後の強度の比を相対値で表し評価
耐酸性：５％濃度の硫酸溶液に供試体を３ヶ月間浸漬し、供試体の外観の変化や重量減少から耐酸性を評価した。耐酸性の「不可」は外観の変化が著しく、かつ、重量変化率が±10％以上の場合、「可」は外観の変化が著しく、かつ、重量変化率が±（５％以上、10％未満）の場合、「良」は外観の変化が著しいか、あるいは、重量変化率が±（５％以上、10％未満）のいずれか一方を満たす場合、「優」は外観の変化と重量変化ともに上記条件に該当しない場合。

実験例２
表２に示すセメント30部、潜在水硬性物質30部、及びポゾラン物質Ｆ40部を配合してセメント組成物を調製したこと以外は実験例１と同様に行った。結果を表２に併記する。

＜使用材料＞
セメントβ：市販の早強ポルトランドセメント、ブレーン値5,000cm²/g
セメントγ：市販の低熱ポルトランドセメント、ブレーン値4,000cm²/g

実験例３
表３に示すセメントα、潜在水硬性物質、及びポゾラン物質Ｆを配合してセメント組成物を調製したこと以外は実験例１と同様に行った。結果を表３に併記する。

実験例４
セメントα30部、潜在水硬性物質30部、及びポゾラン物質Ｆ40部を配合してセメント組成物を調製し、骨材100部中、表４に示す非鉄精錬スラグ骨材を配合した骨材を、セメント組成物100部に対して、200部混合したこと以外は実験例１と同様に行った。結果を表４に併記する。

＜使用材料＞
非鉄精錬スラグ骨材ロ：市販のフェロニッケルスラグの細骨材、密度2.85g/cm³
非鉄精錬スラグ骨材ハ：市販のフェロクロムスラグの細骨材、密度3.20g/cm³
非鉄精錬スラグ骨材ニ：市販の亜鉛スラグの細骨材、密度3.30g/cm³
非鉄精錬スラグ骨材ホ：市販の鉛スラグの細骨材、密度3.35g/cm³
非鉄精錬スラグ骨材ヘ：非鉄精錬スラグ骨材イと非鉄精錬スラグ骨材ニの等量混合物、密度3.38g/cm³

実験例５
セメントα30部、潜在水硬性物質30部、及びポゾラン物質Ｆ40部を配合してセメント組成物を調製し、セメント組成物100部に対して、表５に示すポリマーを固形分換算で配合し、モルタルのカビ抵抗性、圧縮強度、付着強度、及び耐酸性の試験を行ったこと以外は実験例１と同様に行った。結果を表５に併記する。

＜使用材料＞
ポリマーα ：市販のスチレンブタジエンゴム系
ポリマーβ ：市販のポリアクリル酸エステル系
ポリマーγ ：市販のエチレン酢酸ビニル系
ポリマーδ ：市販の酢酸ビニルビニルバーサテート系

＜測定方法＞
付着試験：JIS A 1171に準じて、材齢28日の付着強度を測定

実験例６
セメントα30部、潜在水硬性物質30部、及びポゾラン物質Ｆ40部を配合してセメント組成物を調製し、セメント組成物100部に対して、表６に示す繊維物質を配合し、モルタルのカビ抵抗性、圧縮強度、耐酸性、及びひび割れ状況確認の試験を行ったこと以外は実験例１と同様に行った。結果を表６に併記する。

＜使用材料＞
繊維物質Ｉ：市販のビニロン繊維
繊維物質II：市販のアクリル繊維
繊維物質III：市販のセルロース繊維
繊維物質IV：市販のカーボン繊維

＜測定方法＞
ひび割れ状況：ひび割れ抵抗性試験、50cm×50cmのコンクリート板にモルタルを10mmの厚さで塗りつけ、温度20℃、相対湿度40％の環境で１日間放置し、ひび割れの発生具合を観察した。「優」はひび割れが全くない場合、「良」はひび割れが１本のみ発生した場合、「可」はひび割れが複数発生した場合。

本発明のセメント組成物は、優れた耐酸性とイオウ酸化細菌の活動を抑制する抗菌作用を併せ持ち、付着性やひび割れ抵抗性にも優れるため、土木や建築用途に適する。

Claims

セメント、潜在水硬性物質、ポゾラン物質、及び骨材を含有するモルタル組成物であって、骨材の一部あるいは全部に非鉄精錬スラグ骨材を含有してなるモルタル組成物。
セメント、潜在水硬性物質、及びポゾラン物質の合計100部中、セメントが20〜40部、潜在水硬性物質が20〜40部、ポゾラン物質が30〜50部である請求項１に記載のモルタル組成物。
潜在水硬性物質が、高炉水砕スラグ微粉末である請求項１又は請求項２に記載のモルタル組成物。
ポゾラン物質が、フライアッシュ、シリカフューム、パルプスラッジ焼却灰、下水汚泥焼却灰、及び廃ガラス粉末からなる群より選ばれた一種又は二種以上を含有してなる請求項１〜請求項３のうちのいずれか１項に記載のモルタル組成物。
非鉄精錬スラグ骨材が、銅スラグ、亜鉛スラグ、及び鉛スラグからなる群より選ばれた一種又は二種以上である請求項１〜請求項４のうちのいずれか１項に記載のモルタル組成物。