JP2008174429A - 遮塩性セメントモルタル・コンクリート及びその硬化体 - Google Patents

Abstract

【課題】コテ仕上げ可能な施工性を有し、化学的抵抗性に優れ高い遮塩性を示し、かつ、収縮が少なくひび割れ抵抗性を有するセメントモルタル・コンクリートを提供する。
【解決手段】アルミナセメント４０〜６５質量部及び高炉スラグ微粉末３５〜６０質量部を含有してなる結合材と、骨材と、高性能減水剤とを水／結合材比１８〜３０質量％で混練してなる遮塩性セメントモルタル・コンクリートである。高性能減水剤としてポリカルボン酸塩系高性能減水剤とナフタレンスルホン酸塩系高性能減水剤の２種類を用い、混練時にこれらを二段階で添加することが好ましく、また、結合材と骨材とポリカルボン酸塩系高性能減水剤と水とを混練し、その後、ナフタレンスルホン酸塩系高性能減水剤を加え混練することが好ましい。さらに、前記セメントモルタル・コンクリートを３５〜７５℃で加温養生してなる遮塩性セメントモルタル・コンクリート硬化体である。
【選択図】なし

Description

本発明は、主に土木、建築部門において化学的な環境条件の厳しい構造物などに使用される遮塩性セメントモルタル・コンクリート及びその硬化体に関する。

化学薬品を製造する工場、取扱う化学工場、さらに、様々な化学薬品や汚染物質等を取扱う下水施設や高度浄水処理等においては、化学劣化に対する抵抗性の高いコンクリートを用いて、構造物を構築することが求められている。
また、化学的に厳しい環境に置かれるコンクリートの補修、補強については、劣化部位を覆うように保護材を設置したり、さらに、修復後に表面に保護材を設置したりしている。このような補修、補強に用いる保護材として化学抵抗性の高い塗料やセメントを塗布したりして表面を保護することが行われているが、定期的に補修を施す必要があった。また、海岸部のコンクリート構造体など、塩害の恐れのある地域では高い遮塩性が求められている。

化学劣化に対する抵抗性が高いセメントとして、アルミナセメントが知られている。（特許文献１参照）
しかしながら、アルミナセメントはポルトランドセメントに比べ初期強度発現が速やかであるが、水和物の転移により長期強度が低下するという特性を有している。
そこで、アルミナセメントやスラグ組成物を含むセメントモルタル組成物を低水比で練上げ、３０℃以上の温度で養生する高強度モルタル硬化体の製造方法が提案されている。（特許文献２参照）
特開２００３−２６１３７２号公報 特開２００６−０６２９４６号公報

化学的な耐久性を要求される環境、例えば下水処理施設のような構造物や、塩害に曝される個所の補修・補強に関しては、化学的な抵抗性や高い遮塩性、高いひび割れ抵抗性が要求される。また、適用箇所が曲面状をした場合は、補修・補強は型枠の組み上げが困難であることから、コテ仕上げによるライニングが必要である。
セメントモルタル・コンクリートの化学的な抵抗性を向上させ、高い遮塩性能を付与するには水セメント比を低減することが必要であり、そのために高性能減水剤を添加する。
しかしながら、水セメントが極めて低い範囲では、高性能減水剤の減水効果は極めて敏感となりコテ仕上げ用モルタルとして減水剤添加量が適正量より少しでも多い場合にはダレが生じ、反対に少ない場合にはバサバサな状態となり、コテ仕上げに適正な施工性を確保することは困難を極める。

本発明は、前記課題を解決するためになされたものであり、コテ仕上げ可能な施工性を有し、化学的抵抗性に優れ高い遮塩性を示し、かつ、収縮が少なくひび割れ抵抗性を有するセメントモルタル・コンクリートを提供する。

すなわち、（１）アルミナセメント４０〜６５質量部及び高炉スラグ微粉末３５〜６０質量部を含有してなる結合材と、骨材と、高性能減水剤とを水／結合材比１８〜３０質量％で混練してなる遮塩性セメントモルタル・コンクリート、（２）さらに、増粘剤を加えた（１）の遮塩性セメントモルタル・コンクリート、（３）高性能減水剤としてポリカルボン酸塩系高性能減水剤とナフタレンスルホン酸塩系高性能減水剤の２種類を用い、混練時にこれらを二段階で添加してなる（１）又は（２）の遮塩性セメントモルタル・コンクリート、（４）結合材と骨材とポリカルボン酸塩系高性能減水剤と水とを混練し、その後、ナフタレンスルホン酸塩系高性能減水剤を加え混練してなる（３）の遮塩性セメントモルタル・コンクリート、（５）（１）〜（４）のいずれかのセメントモルタル・コンクリートを３５〜７５℃で加温養生してなる遮塩性セメントモルタル・コンクリート硬化体、である。

本発明のセメントモルタル・コンクリートによれば、コテ仕上げ可能な施工性を有し、化学的抵抗性に優れ高い遮塩性を示し、かつ、収縮が少なくひび割れ抵抗性を有することが可能となるなどの効果を奏する。

以下、本発明を詳細に説明する。
本発明で使用する部や％は、特に規定のない限り質量基準である。

本発明で使用するアルミナセメントは、特に限定されるものでなく、例えば、市販品では、電気化学工業株式会社製商品名「アルミナセメント１号」、「アルミナセメント２号」及び「ハイアルミナセメント」、ラファージュ社製商品名「セカール７１」や「セカール８０」等を用いることができる。
アルミナセメントの粒度は、特に限定されるものではないが、２５００ｃｍ^２／ｇ以上が好ましい。２５００ｃｍ^２／ｇ未満では十分な圧縮強度が得られない場合がある。

本発明で使用する高炉スラグ微粉末は、溶鉱炉で鉄鉱石から銑鋼を造る際に副生する溶融スラグを粉砕又は粉砕・分級して得られる微粉末であり、アルミノケイ酸塩を主成分とする微粉末であり、ＪＩＳ Ａ ６２０６に規定されるもの（コンクリート用高炉スラグ微粉末）が好ましい。スラグ粉の粒度は限定されるものではないが、ブレーン比表面積で２０００〜８０００ｃｍ^２／ｇの高炉スラグ微粉末が使用できる。２０００ｃｍ^２／ｇ未満だと水和物の転移抑制効果が十分でない場合があり、８０００ｃｍ^２／ｇを超えると適正な作業性が得られない場合がある。

本発明においてアルミナセメントと高炉スラグ微粉末とを含有してなる結合材中のアルミナセメントと高炉スラグ微粉末の割合は、アルミナセメントが４０〜６５部、高炉スラグが３５〜６０部の結合材が好ましく、より好ましくはアルミナセメントが５５〜６５部、高炉スラグが３５〜４５部の範囲である。結合材中アルミナセメントが６５部を超えると、水和物の転移により長期強度低下を招く危険性が高く、４０部未満だと十分な強度発現が得られない場合がある。

本発明で使用する高性能減水剤は、特に限定されるものではないが、ポリカルボン酸塩系高性能減水剤とナフタレンスルホン酸塩系高性能減水剤を併用することが好ましい。

ポリカルボン酸塩系高性能減水剤としては、減水性を有していれば特に限定されるものでなく、市販のものが使用できる。その形状も粉末状、液体状の何れでも使用可能である。
ポリカルボン酸塩系高性能減水剤の使用量は、アルミナセメントと高炉スラグ微粉末とを含有してなる結合材１００部に対して０．０１部〜１．５部が好ましく、０．０５部〜１．０部がより好ましい。０．０１部未満では減水効果が認められず、２部を超えると材料分離が発生する場合がある。

ナフタレンスルホン酸塩系高性能減水剤としては、減水性を有していれば特に限定されるものでなく、市販のものが使用できる。その形状も粉末状、液体状の何れでも使用可能であるが、添加が簡便なことから液体状のものが好ましい。
ナフタレンスルホン酸塩系高性能減水剤の使用量は、アルミナセメントと高炉スラグ微粉末とを含有してなる結合材１００部に対して、０．０５部〜２部が好ましく、０．１部〜１部がより好ましい。０．０１部未満ではスランプキル効果が不十分でコテ仕上げ時にダレが発生する場合がある。また、２部を超えるとスランプキル効果（セメントモルタル・コンクリートの流動性を失わせること）が強く働き、セメントモルタルが固くなり過ぎ、コテ仕上げが不可能な場合がある。

本発明において、高性能減水剤の使用方法は、結合材と骨材とポリカルボン酸塩系高性能減水剤と水とを練混ぜ、流動性が得られたモルタルに、ナフタレンスルホン酸塩系高性能減水剤を後添加することが好ましい。この方法により、高減水させたセメントモルタルをコテ仕上げの施工性を確保することができる。
水／結合材比の極めて低いセメントモルタル・コンクリートでは、高性能減水剤を添加し練混ぜを行う際、必要な流動性を確保するためにその高性能減水剤の添加量は水／結合材比が高いセメントモルタル・コンクリートに比べ多くなり、高性能減水剤の多少の増減により、セメントモルタル・コンクリートの流動性が極端に柔らかくなったり、または、固くなったりして高性能減水剤の効き方が敏感であることからコテ仕上げに適正な作業性を得ることは困難である。
そこで、初期にポリカルボン酸塩系高性能減水剤を用い流動性を付与させて、第二段階としてナフタレンスルホン酸塩系高性能減水剤を添加することで、両者の相性の悪さによりセメントモルタル・コンクリートの流動性を失わせ（スランプキル効果）、コテ仕上げに適正な施工性を確保するものである。

本発明で使用する骨材は、特に限定されるものではなく、砕砂、川砂、海砂、珪砂、石灰砂等の細骨材や粗骨材が使用可能であり、細骨材として珪砂は吸水率が小さく好ましい。
細骨材の使用量は、特に限定されるものでないが、結合材１００部に対して、５０〜３００部が好ましい。５０部未満では結合材量が多くなり不経済になる場合があり、３００部を超えるとコテ仕上げに適正な作業性が得られない場合がある。
粗骨材を配合しコンクリートとして使用する場合、その粗骨材の粒径はGmaxで２５ｍｍ以下が好ましく、より好ましくは２０ｍｍ以下であり、Gmaxが大きい場合にはコテ仕上時に表面が荒々しくなる場合がある。コンクリート中の細骨材と粗骨材の配合比は一般的表されるｓ／ａ(細骨材率)として４０〜６５％が好ましい。この範囲外だと、コテ仕上げに適正な作業性が得られない場合がある。

本発明で使用する水の量は、水／結合材比で１８〜３０％が好ましく、２０〜２５％がより好ましい。１８％未満では良好な作業性を確保することが困難であり、３０％を超えると、十分な化学抵抗性や遮塩性を確保することが困難である。

本発明では、例えば、セメントモルタル・コンクリートの練混ぜから６時間以内に加温養生をすることによって硬化体に膨張性を付与することが可能である。
加温養生の方法は、特に限定されるものでなく、蒸気養生、オートクレーブ養生、いずれも可能である。養生温度は３５〜７５℃が好ましく、４０〜５０℃がより好ましい。養生温度が３５℃未満の場合は、硬化体の収縮量が大きくなる場合があり、７５℃を超えると硬化体の遮塩性能が低下する場合がある。養生温度の保持時間は、特に限定されるものではないが、通常３〜６時間が好ましい。保持時間が３時間未満では硬化体の収縮量が大きくなる場合があり、６時間を超えて養生してもさらなる硬化体の収縮量の低減効果は見込めない。
本発明でセメントモルタル・コンクリートを練混ぜてから加温養生するまでの前置時間は、特に重要であり、１時間以上６時間以内が好ましく、２時間以上４時間以内がより好ましい。前置時間が短い場合には硬化体の遮塩性が十分でない場合があり、長過ぎる場合には硬化体の収縮量が大きくなる場合がある。昇温速度も重要であり、１０℃／ｈｒ以上が好ましく、１５℃／ｈｒ以上がより好ましい。昇温速度が遅いと硬化体の収縮量が大きくなる場合がある。

本発明のセメントモルタル・コンクリートをコンクリート駆体との付着性を向上するために、増粘剤を使用することが可能である。
増粘剤としてはポリビニールアルコール系、アクリル系、水溶性セルロース系増粘剤等が挙げられ、その種類は特に限定されるものではない。
増粘剤の使用量は、結合材１００部に対して０．１部以下が好ましい。０．１部を超えると増粘し過ぎて施工性が劣る場合がある。

本発明では、さらに、シリカフューム、フライアッシュ、消泡剤、ポリマー、収縮低減剤、凝結調節剤、ベントナイト等の粘土鉱物、並びに、ビニロン繊維、アクリル繊維、ガラス繊維、及び炭素繊維等の繊維状物質のうち一種又は二種以上を本発明の目的を阻害しない範囲で使用することが可能である。

本発明におけるアルミナセメント、高炉スラグ微粉末、骨材の混合方法は、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、予めその一部あるいは全量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、ヘンシルミキサ、Ｖ型ミキサ、及びナウターミキサ等が挙げられる。

以下、実施例で説明するが、これに限定されるものではない。

「実験例１」
アルミナセメントと高炉スラグ微粉末からなる結合材１００部に対して骨材１００部と高性能減水剤Ａ０．０５部を使用し、表１に示すアルミナセメント／高炉スラグ微粉末比で水／結合材比３０％にてモルタルを練混ぜた。さらに、結合材１００部に対して高性能減水剤Ｂ０．２５部を添加し練混ぜを行ない、２０℃環境下にて試験体を作製し材齢１日で脱型後、４０℃の水中養生を１３日間行った供試体の圧縮強度を測定した。

＜使用材料＞
アルミナセメント：デンカアルミナセメント１号、密度３．００ｇ／ｃｍ^３、ブレーン比表面積５０００ｃｍ^２／ｇ
高炉スラグ微粉末：高炉水砕スラグ、市販品、密度２．９０ｇ／ｃｍ^３、ブレーン比表面積４０００ｃｍ^２／ｇ
骨材：ＪＩＳ標準砂
水：水道水
高性能減水剤Ａ：ポリカルボン酸塩系高性能減水剤、市販品
高性能減水剤B：ナフタレンスルホン酸塩系高性能減水剤、市販品

＜試験方法＞
圧縮強度：ＪＩＳ Ｒ５２０１、強さ試験に準拠

表１より、本発明のモルタルは、十分な強度発現を有し、強度低下が無いことが分かる。

「実験例２」
アルミナセメント／高炉スラグ微粉末比を６０部／４０部とし、表２に示すように、高性能減水剤Ａの量と水／結合材比、骨材量を変えてモルタル練混ぜ、モルタルの流動性、コテ仕上げ性、及び圧縮強度と遮塩性（塩化物イオンの実効拡散係数、以下、塩分拡散係数と称す。）を測定したこと以外は実験例１と同様に行った。

＜試験方法＞
流動性：ＪＩＳ Ｒ５２０１、フロー試験に準拠
コテ仕上げ性：５０ｃｍ角のコンクリート板上に２５ｍｍ厚でモルタルをライニングした時のコテ仕上げの作業性を評価（良好◎、良○、不良△、不可×）
圧縮強度：ＪＩＳ Ｒ５２０１、強さ試験に準拠（材齢７日）
塩分拡散係数：ＪＳＣＥ−Ｇ５７１−２００３「電気泳動によるコンクリート中の塩化物イオンの実効拡散係数試験方法（案）」に準拠。ただし、供試体のサイズはφ１００ｍｍ×ｔ１５ｍｍを使用。

表２より、本発明のモルタルは、コテ仕上げ可能な施工性を有し、さらに、硬化体が高い遮塩性を有していることが分かる。

「実験例３」
水／結合材比を２０％、骨材１００部を使用し、表３に示すように、高性能減水剤Ａと高性能減水剤Ｂの量を変えたこと以外は実験例２と同様に行った。

表３より、本発明のモルタルは、コテ仕上げ可能な施工性を有し、さらに、硬化体が高い遮塩性を有していることが分かる。

「実験例４」
実験例２の実験No.2-3の練混ぜたモルタルについて、表４に示す前置時間、昇温速度、養生温度、保持時間で養生し供試体を作製し、材齢１日で脱型後、膨張量を測定したこと以外は実験例２と同様に行った。結果を表４に併記する。

＜試験方法＞
膨張量：ＪＩＳ Ａ ６２０２に準拠（材齢７日）

表４より、本発明のモルタルは、加温養生することにより、硬化体の遮塩性が高く、乾燥収縮が少なくなることが分かる。

「実験例５」
実験例２の実験No.2-3のモルタルに表５に示すように増粘剤を添加し、練混ぜた後、５０ｃｍ角のコンクリート板上に２５ｍｍ厚でモルタルをライニングした。さらに、前置４時間で、昇温速度１５℃／ｈｒで昇温し、４５℃で４時間養生し供試体を作製した。実験例２と同様に、練上り直後の流動性、コテ仕上げ性を測定し、さらに、材齢７日でモルタルとコンクリートの付着強度を測定した。

＜使用材料＞
増粘剤：水溶性セルロース系増粘剤（市販品）

＜試験方法＞
付着試験：建研式付着試験器を用い測定した。

表５より、本発明のモルタルは、コテ仕上げ性に優れ、コンクリートとの付着性が高いことが分かる。

「実験例６」
試験は２０℃環境下にて実施した。実験例２と同様に、アルミナセメント６０部と高炉スラグ微粉末４０部からなる結合材１００部に対して、骨材と高性能減水剤Ａ０．１０部、増粘剤０．０５部を使用し、水／結合材比２５％にてモルタル練混ぜた。さらに、結合材１００部に対して高性能減水剤Ｂ０．２５部を添加し練混ぜを行ない、前置４時間で、昇温速度１５℃／ｈｒで昇温し、４５℃で４時間養生し供試体を作製し、実験例２と同様に遮塩性、さらに、耐酸性を評価した。
なお、比較例として、高炉Ｂ種セメント１００部に対して、骨材１００部、高性能減水剤Ａ０．１０部、水／結合材比２５％で練混ぜ、２０℃養生を行ったモルタルを使用した。

＜試験方法＞
耐酸試験：東京都下水局施設管理部監修「コンクリート改修技術マニュアル」耐環境性（耐硫酸性）試験方法により質量変化率を測定。（東京都断面修復材要求性能：±１０％以内）

表６より、本発明のモルタルは、硬化体の遮塩性が高く、耐酸性に優れていることが分かる。

本発明のセメントモルタル・コンクリートによれば、コテ仕上げ可能な施工性を有し、化学的抵抗性に優れ高い遮塩性と耐酸性を示し、かつ、収縮が少なくひび割れ抵抗性を有することが可能となるため、土木・建築分野で幅広く適用できる。

Claims (5)

1. アルミナセメント４０〜６５質量部及び高炉スラグ微粉末３５〜６０質量部を含有してなる結合材と、骨材と、高性能減水剤とを、水／結合材比１８〜３０質量％で混練してなる遮塩性セメントモルタル・コンクリート。
2. さらに、増粘剤を加えた請求項１に記載の遮塩性セメントモルタル・コンクリート。
3. 高性能減水剤としてポリカルボン酸塩系高性能減水剤とナフタレンスルホン酸塩系高性能減水剤の２種類を用い、混練時にこれらを二段階で添加してなる請求項１又は２記載の遮塩性セメントモルタル・コンクリート。
4. 結合材と骨材とポリカルボン酸塩系高性能減水剤と水とを混練し、その後、ナフタレンスルホン酸塩系高性能減水剤を加え混練してなる請求項３記載の遮塩性セメントモルタル・コンクリート。
5. 請求項１〜４のいずれか１項記載の遮塩性セメントモルタル・コンクリートを３５〜７５℃で加温養生してなる遮塩性セメントモルタル・コンクリート硬化体。