JP2009227558A

JP2009227558A - 自己修復性高強度水和硬化物

Info

Publication number: JP2009227558A
Application number: JP2008078650A
Authority: JP
Inventors: Yuichi Kotabe; 裕一小田部
Original assignee: Sumitomo Osaka Cement Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Osaka Cement Co Ltd
Priority date: 2008-03-25
Filing date: 2008-03-25
Publication date: 2009-10-08

Abstract

【課題】ひび割れに沿って外部から供給される水分と、硬化後の水和硬化物中に残存する未反応のセメント及びシリカフュームの反応が再開することで、外的な補修を施さずに硬化後の水和硬化物のひび割れを自己修復することができる高強度水和硬化物を提供する。
【解決手段】セメント７５〜８５質量部及びシリカフューム２５〜１５質量部からなる結合材１００質量部に対し、水１２〜３０質量部を含有する自己修復性高強度水和硬化物である。
【選択図】なし

Description

本発明は、シリカフュームを含有する高強度水和硬化物に関し、より詳しくは、構造物の長期耐久性を確保するため、能動的にひび割れを修復できる自己修復性高強度水和硬化物に関する。

コンクリートは、圧縮に対する耐力は大きい一方で引張に対する耐力は小さいため、コンクリートに引張応力が作用したり、温度変化や乾燥によって体積変化が生じるとひび割れが生じ易いといった欠点がある。特に、高強度コンクリートは、単位セメント量（もしくは単位結合材量）が多く、セメント（もしくは結合材）の水和熱による温度応力や自己収縮に起因したひび割れの発生が懸念される。
鉄筋コンクリート構造物にひび割れが発生すると、美観を損なうばかりでなく、大気中の炭酸ガスや雨水等がひび割れ面からコンクリート内部に浸透し、埋設された鉄筋を腐食させ、構造的な欠陥の原因ともなり得る。そのため、過度なひび割れの発生に対しては、防水工、止水工などの補修が行われてきた。
しかしながら、このようなひび割れの補修は、コンクリートの材料単価に比べると遥かに高いコストが係り、鉄筋コンクリート構造物の維持管理費を増大させるという問題がある。

本発明は、このような状況下で、ひび割れに沿って外部から供給される水分と、硬化後の水和硬化物中に残存する未反応のセメント及びシリカフュームの反応が再開することで、外的な補修を施さずに硬化後の水和硬化物のひび割れを自己修復することができる高強度水和硬化物を提供することを目的とする。

本発明者らは、前記目的を達成するために鋭意研究を重ねた結果、セメント、シリカフューム及び水を特定の配合比で含有する自己修復性高強度水和硬化物によりその目的を達成し得ることを見出し、この知見に基づいて本発明を完成にするに至った。
すなわち、本発明は、セメント７５〜８５質量部及びシリカフューム２５〜１５質量部からなる結合材１００質量部に対し、水１２〜３０質量部を含有する自己修復性高強度水和硬化物を提供するものである。

本発明によれば、ひび割れに沿って外部から供給される水分と、硬化後の水和硬化物中に残存する未反応のセメント及びシリカフュームの反応が再開することで、外的な補修を施さずに硬化後の水和硬化物のひび割れを自己修復することができる高強度水和硬化物を提供することができる。

本発明の自己修復性高強度水和硬化物は、シリカフュームを含有する高強度水和硬化物であって、セメント７５〜８５質量部及びシリカフューム２５〜１５質量部、好ましくはセメント７５〜８０質量部及びシリカフューム２５〜２０質量部からなる結合材１００質量部に対し、水１２〜３０質量部を含有し、好ましくは水１５〜２５質量部を含有する。

本発明の自己修復性高強度水和硬化物に用いられるセメントは、例えば、普通、中庸熱、低熱、早強、超早強、耐硫酸塩など、ＪＩＳＲ５２１０で規定された各種ポルトランドセメントであり、ＪＩＳＲ５２１０に規定された低熱ポルトランドセメントが最も好ましい。

本発明におけるシリカフュームは、シリカ質を主成分とする超微粒子材料であり、ＪＩＳＡ６２０７に規定される「コンクリート用シリカフューム」、あるいはそれに準じた品質のものである。このようなシリカフュームとしては、例えば、シリコン、含シリコン合金、フェロシリコン等の製造時に副生される非晶質二酸化珪素を主成分とする粒径約０．１〜０．３μｍの球状超微粒子材料が挙げられる。
本発明の自己修復性高強度水和硬化物に用いられる水は特に限定されず、水道水でよい。

本発明で用いられるセメントが完全水和するための理論水量としては、物理的な吸着水も含めると、セメント１００質量部に対して水４０質量部を要する。本発明が提供する自己修復性高強度水和硬化物の水結合材比は３０質量％以下であるため、水和硬化物中の結合材の一部は、硬化後も未反応のまま残存する。更に、シリカフュームは、ポルトランドセメントの水和によって生成される水酸化カルシウムを刺激剤として反応するため、ポルトランドセメントをシリカフュームに置換する割合を大きくするとシリカフュームは完全に反応しきれない。シリカフュームが完全に反応する置換率は１５％程度と言われている。したがって、本発明が提供する自己修復性高強度水和硬化物のシリカフューム置換率は１５〜２５％であるため、水和硬化物硬化体中には未反応シリカフュームが残存する。

水和硬化物は元来止水性を有する材料であり、ひび割れのない健全な状態では外部からの水はほとんど浸透しない。まして、水結合材比を小さくすると水和硬化物硬化体組織が緻密になり、より止水性は増していく。したがって、水結合材比を小さくした水和硬化物硬化体中で未反応のまま残存したポルトランドセメントやシリカフュームは水分の供給が絶たれた状態では、再び水和反応が開始されることはない。
しかし、本発明の自己修復性高強度水和硬化物硬化体にひび割れが発生するとそれに沿って外部から水が浸透し、未反応として残存していたポルトランドセメントの水和が再開する。更には、ポルトランドセメントの水和再開によって水酸化カルシウムの供給が始まると、未反応として残存していたシリカフュームも反応を再開する。これらの反応による水和物がひび割れ部に析出し、ひび割れの自己修復をもたらす。

本発明の自己修復性高強度水和硬化物には、所望によりさらに細骨材を含有させることもできる。細骨材としては、例えば、通常のモルタルやコンクリートに使用されている山砂、陸砂、海砂、川砂、砕砂、高炉スラグ細骨材、フェロニッケルスラグ細骨材、銅スラグ細骨材や電気炉酸化スラグ等が挙げられる。上記細骨材は、ＪＩＳＡ１１０３「骨材の微粒分量試験方法」の方法により求められる微粒分量が５質量％以下であるものが好ましく、さらに好ましくは、３質量％以下である。
また、本発明の自己修復性高強度水和硬化物には、所望によりさらに粗骨材を含有させることもできる。粗骨材としては、例えば、川砂利、山砂利、陸砂利、海砂利、砕石、高炉スラグ粗骨材、電気炉酸化スラグ等が挙げられる。
使用する細骨材や粗骨材は、ともに所要強度を満足できる品質を持ったものを選定する。

さらに、本発明の自己修復性高強度水和硬化物には、所望により減水剤を含有させることができる。この減水剤としては、高性能減水剤や、ポリカルボン酸塩系減水剤である高性能ＡＥ減水剤が挙げられる。高性能減水剤とは、ポリアルキルアリルスルホン酸塩系やメラミンホルマリン樹脂スルホン酸塩系のいずれかを主成分とするものである。

ポリアルキルアリルスルホン酸塩系高性能減水剤としては、メチルナフタレンスルホン酸ホルマリン縮合物、ナフタレンスルホン酸ホルマリン縮合物、及びアントラセンスルホン酸ホルマリン縮合物等が挙げられ、市販品としては電気化学工業（株）社製商品名「ＦＴ−５００」とそのシリーズ、花王（株）社製商品名「マイティ−１００（粉末）」や「マイティ−１５０」とそのシリーズ、第一工業製薬（株）社製商品名「セルフロー１１０Ｐ（粉末）」、竹本油脂（株）社製商品名「ポールファイン５１０Ｎ」などが挙げられる。メラミンホルマリン樹脂スルホン酸塩系高性能減水剤には、グレースケミカルズ社製商品名「ＦＴ−３Ｓ」、昭和電工（株）社製商品名「モルマスターＦ−１０（粉末）」や「モルマスターＦ−２０（粉末）」が挙げられる。
ポリカルボン酸塩系高性能ＡＥ減水剤としては、（株）エヌエムビー社製商品名「レオビルドＳＰ８」シリーズ、（株）フローリック社製商品名「フローリックＳＦ５００」シリーズ、竹本油脂（株）社製商品名「チュポールＨＰ８，１１」シリーズ、グレースケミカルズ（株）社製商品名「ダーレックススーパー１００，２００，３００，１０００」シリーズ、及び花王（株）社製「マイティ２１ＷＨ，３０００Ｓ」などが挙げられ、その他の市販品も使用される。
高性能減水剤や高性能ＡＥ減水剤の使用量は、前記セメント、シリカフューム及び水、並びに、必要に応じて配合される細骨材や粗骨材の合計１００質量部に対し、通常１．０〜３．０質量部程度である。

実施例
普通ポルトランドセメント４８０質量部、シリカフューム１２０質量部、細骨材として陸砂７８１質量部及び粗骨材として砕石８７４質量部を、二軸強制練りミキサに投入し、３０秒間攪拌したのち、さらに水１５０質量部を投入して３分間練り混ぜ、コンクリートを調製した。コンクリートの組成を第１表に示す。
次に、このようにして得られたコンクリートから、１００ｍｍ×１００ｍｍ×１２０ｍｍの供試体を作製した。供試体作製から６ヶ月後に、割裂引張荷重を与えて幅０．１７〜０．２３ｍｍのひび割れを導入した。

上述のようにしてひび割れを導入した供試体に対して、下記の透水試験を行った。
（透水試験）
ひび割れ導入から7日後に、供試体上部のひび割れ部にコンプレッサーによって０．０１Ｍｐａの透水圧をかけ、単位時間あたりの供試体下部への透水量を測定した。その後、ひび割れ導入から２８、５６、９１日後にも、同様にして透水量を測定した。透水量はひび割れ幅に影響されるため、透水量をひび割れ面積で除した透水速度を算出した。ひび割れ導入から７〜９１日後の透水速度を第２表に示す。
また、透水圧を０．０２及び０．０３Ｍｐａとした場合の透水速度もそれぞれ測定し、結果を第２表に示した。

比較例１、２
第1表に示す組成でコンクリートを調製した以外は、実施例と同様にして透水試験を行った。結果を第２表に示す。

第２表に示すように、比較例１及び２においては、通水による供試体中のひび割れの目詰まりに起因すると考えられる透水速度のある程度の減少が確認できるが、実施例のコンクリートでは、透水量の減少が著しく、透水開始から３ヶ月後には透水速度が０となった。つまり、ひび割れ部が充填され、完全な止水性を示したことが確認できる。

本発明の自己修復性高強度水和硬化物は、構造物の建築等の様々な用途に用いられる。

Claims

セメント７５〜８５質量部及びシリカフューム２５〜１５質量部からなる結合材１００質量部に対し、水１２〜３０質量部を含有することを特徴とする自己修復性高強度水和硬化物。