JP2010047426A - 耐凍害性改質剤及び耐凍害性モルタル又はコンクリートの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】水セメント比を高めることなく、良好な気泡を連行することができ、モルタル又はコンクリートの耐凍害性を確保することができる耐凍害性改質剤を提供する。
【解決手段】珪酸カルシウム系水和物を主成分とする多孔質の無機質粉末からなり、その表面がシリコーンオイルによって疎水化されていることを特徴とする耐凍害性改質剤であって、モルタル又はコンクリート原料中の細骨材の一部と置換して添加することにより、耐凍害性に優れたモルタル又はコンクリートが得られる。
【選択図】なし

Description

本発明は、コンクリートやモルタルの耐凍害性の改質剤に関し、特に低水セメント比の高強度コンクリートにも有効な耐凍害性改質剤に関する。

寒冷地においては、凍害によるモルタル又はコンクリートの劣化現象が重大な問題となっている。モルタル又はコンクリートの凍害は、モルタル又はコンクリート中の水分が凍結して氷に変化するとき体積が約９％膨張するのに伴い、まだ凍結していない水が移動し、そのとき生ずる静水圧がモルタル又はコンクリートの強度を劣化させ、更にモルタル又はコンクリートの引張強度を超えると破壊が生じるとされている。

従って、モルタル又はコンクリートの凍害を防止するためには、上記した水の移動による静水圧を緩和することが必要である。そのための解決策の一つとして、従来から、モルタル又はコンクリート中に４〜６％程度の空気量の気泡を連行することによって、水の移動による静水圧を緩和し、モルタル又はコンクリートの耐凍害性を高めることが行なわれてきた。

例えば特開２０００−９５５５１号公報には、ＡＥ剤と呼ばれる液体の空気連行剤を添加して、コンクリートの耐凍害性を改善することが記載されている。また、気泡は静水圧を緩和することが目的であるから、コンクリート中に均一に分散していることが好ましく、気泡と気泡の間隔を示す気泡間隔係数で２５０μｍ以下であることが、耐凍害性の確保において重要であることが知られている。

一方、モルタル又はコンクリートの耐久性に関しては、モルタル又はコンクリートを練り混ぜる際の混練水量が大きく影響することが知られている。混練水量はセメント量に対する水の比（水セメント比）で表され、耐久性の観点からは水セメント比が０.５〜０.６５の範囲若しくはそれ以下が好ましいとされる。これは、水セメント比が低いほど、セメントの水和によって形成される硬化体の組織が緻密化されるためである。

しかしながら、モルタル又はコンクリートの耐久性向上のため水セメント比を低下させることは、ＡＥ剤による空気連行効果を抑制する傾向にある。そのため、水セメント比の低下による耐久性の向上効果と、ＡＥ剤による凍害防止のための空気連行効果とが互いに矛盾する方向となることが問題となっていた。
特開２０００−９５５５１号公報

本発明は、上記した従来の問題点に鑑み、水セメント比を高めることなく、良好な気泡を連行することができ、モルタル又はコンクリートの耐凍害性を確保することが可能な耐凍害性改質剤を提供すること、及び、この耐凍害性改質剤を用いて耐凍害性に優れたモルタル又はコンクリートを製造する方法を提供することを目的とするものである。

上記目的を達成するため、本発明によって提供する耐凍害性改質剤は、モルタル又はコンクリートに耐凍害性を付与するためモルタル又はコンクリートの原料に添加して用いるものであって、珪酸カルシウム系水和物を主成分とする多孔質の無機質粉末からなり、その表面がシリコーンオイルによって疎水化されていることを特徴とする。

また、本発明は、上記した耐凍害性改質剤を、原料中の細骨材の一部と置換して、モルタル又はコンクリートの原料に添加することを特徴とする、耐凍害性に優れたモルタル又はコンクリートの製造方法を提供するものである。

本発明によれば、良好な空気連行性を有するモルタル又はコンクリートの耐凍害性改質剤を提供することができる。従って、本発明の耐凍害性改質剤を用いることにより、水セメント比を高めることなく、耐凍害性に優れた高強度のモルタル又はコンクリートを製造することができる。

本発明のモルタル又はコンクリートの耐凍害性改質剤は、珪酸カルシウム系水和物を主成分とする多孔質の無機質粉末からなり、その表面がシリコーンオイルにより疎水化されている。シリコーンオイルとしては、特に限定されるものではないが、ジメチルシリコーンオイル、アルキルアルコキシシリコーンオイル、アルキル変成シリコーンオイル等を好適に使用することができる。

また、珪酸カルシウム系水和物としては、例えば、トバモライトやゾノトライトなど、オートクレーブ中での水熱養生により合成されるものが挙げられる。特に、トバモライトはゾノトライトに比べて一層多孔質であり、無機質粉末内部にも微細な空隙を保有させることができるため、より効果的に気泡を連行できることから好ましい。

上記トバモライトの中でも、１.１ｎｍトバモライトが特に好ましい。１.１ｎｍトバモライトは、５ＣａＯ・６ＳｉＯ_２・５Ｈ_２Ｏの化学式を有し、粉末Ｘ線回折法ではＣｕＫα ２θ＝７.８°付近に（００２）面の底面反射を呈し、電子顕微鏡で観察すれば板状に成長した結晶であることが確認できるため、容易に見分けることができる。

本発明の耐凍害性改質剤を製造するには、珪石や珪砂等の粉末からなる珪酸質原料と、石灰やセメント等からなる石灰質原料とを混合し、水を加えて混練してスラリーとする。このスラリーに、更にシリコーンオイルと発泡剤を添加混合した後、飽和水蒸気圧下で水熱養生することにより、珪酸カルシウム系水和物を主成分とし、シリコーンオイルを含有する多孔質の無機質塊を得る。得られた無機質塊を粉砕することによって、本発明の耐凍害性改質剤が得られる。

更に具体的には、上記珪酸質原料と石灰質原料は、合成すべき珪酸カルシウム系水和物に応じて、例えば１.１ｎｍトバモライトの化学組成となるように混合する。また、発泡剤は、軽量気泡コンクリート（ＡＬＣ）の製造に通常使用されるものでよく、例えばアルミニウム（Ａｌ）粉などが挙げられる。発砲剤の添加によって、体積を膨張させることができ、より多くの空隙を形成できると同時に、得られた珪酸カルシウム系水和物を主成分とする無機質塊の粉砕を容易にする効果がある。

この珪酸質原料と石灰質原料のスラリーに、上記したジメチルシリコーンオイル、アルキルアルコキシシリコーンオイル、アルキル変成シリコーンオイル等のシリコーンオイルを添加混合する。シリコーンオイルの添加量は、特に限定するものではないが、多孔質の無機質粉末の表面をシリコーンオイルで疎水化できる量であれば良い。具体的には、シリコーンオイルの種類にもよるが、通常は固体原料全体の０.０２〜０.５重量％程度が好ましい。

このスラリーは、例えばＡＬＣ製造の場合と同様に、型枠などに流し込み、発泡硬化させる。その後、オートクレーブ等を用いて、１８０℃程度の飽和水蒸気圧下において水熱養生する。これによって、珪酸カルシウム系水和物を主成分とし、シリコーンオイルを含み且つ気泡が分散した多孔質の無機質塊が得られる。この多孔質の無機質塊を細かく粉砕することにより、本発明のモルタル又はコンクリートの耐凍害性改質剤とする。

また、本発明の耐凍害性改質剤として、シリコーンオイルを含有するＡＬＣを粉砕した粉末を利用することも可能である。従って、製造工場で発生したＡＬＣ屑材や建築現場から回収したＡＬＣ廃材であって、シリコーンオイルを含有するものを粉砕し、耐凍害性改質剤とすることもできる。ＡＬＣにシリコーンオイルを含有させることは、耐炭酸化性の付与を目的として実施されている（特開２００３−３２１２７９号公報参照）。

本発明の耐凍害性改質剤は、細骨材の一部と置換して、モルタル又はコンクリートの原料に添加する。モルタル又はコンクリート原料に添加した耐凍害性改質剤は、含有されているシリコーンオイルにより疎水化された粉末表面が撥水性を持つため、更には１.１ｎｍトバモライト等の結晶間の内部空隙にも気泡が存在するため、モルタル又はコンクリートに効果的に空気を連行して混入することができる。

その結果、得られるモルタル又はコンクリートは、内部に多くの気泡が均一に分散し、且つ気泡と気泡の間隔も２５０μｍ以下であって、耐凍害性に優れたものとなる。特に水セメント比が０.５〜０.６５程度と低い場合であっても、耐凍害性に優れたモルタル又はコンクリートを得ることができる。また、１.１ｎｍトバモライト等のトバモライトやゾノトライトはモルタル又はコンクリート中のセメント水和物と一部結合するため、モルタル又はコンクリートの強度低下も極めて少ない。

［耐凍害性改質剤の合成］
珪酸質原料として珪砂(ブレーン値７０００ｍ^２／ｇ)を用い、石灰質原料として市販のポルトランドセメントを使用した。両者の配合は、１.１ｎｍトバモライトの理論ＣａＯ／ＳｉＯ_２モル比である０.８３となるように、珪砂４０重量部に対しポルトランドセメント６０重量部とした。

これらの固体原料に対し０.６６重量％の水を添加して、ミキサーで混練した。この混練の過程で、アルキル変成シリコーンオイルを固体原料に対し０.５重量％となるように添加した。次いで、発泡剤のＡｌ粉末を固体原料に対し０.０９重量％添加し、混合してスラリーとした。

このスラリーを４０℃に調整し、型枠に流し込んで発泡、硬化させた。その後、オートクレーブ中にて、１８０℃、１０.５気圧、６時間の水熱養生を行った。得られた多孔質の無機質塊を粉砕し、粒径を１５０〜３００μｍに調整して、本発明の耐凍害性改質剤とした。この耐凍害性改質剤を粉末Ｘ線回折法で解析したところ、１.１ｎｍトバモライトの生成が確認された。

また、比較のために、シリコーンオイルを添加しなかった以外は上記実施例と同様にして、珪酸カルシウム系水和物を主成分とする多孔質の無機質粉末からなるが、シリコーンオイルを含有していない比較例の耐凍害性改質剤を得た。尚、比較例の耐凍害性改質剤を粉末Ｘ線回折法で解析したところ、１.１ｎｍトバモライトの生成が確認された。

［モルタルの製造］
上記本発明の耐凍害性改質剤、上記比較例の耐凍害性改質剤、若しくは市販のＡＥ剤（山栄化学株式会社製、商品名ヴィンソル）を用いて、下記表１に示す配合によりモルタルを製造した。モルタル原料として、セメントは普通ポルトランドセメント（密度３.１６ｇ／ｃｍ^３）を用い、細骨材は陸砂（表乾密度２.６９ｇ／ｃｍ^３）を使用した。また、水セメント比は全ての試料で０.５とした。尚、モルタルでの耐凍害性の評価はコンクリートでも再現されるため、実験でモルタルを使用することは広く行なわれている。

試料１は耐凍害性改質剤もＡＥ剤も使用していない通常のモルタルの比較例、試料２はＡＥ剤のみを使用した従来の耐凍害性モルタルの比較例である。試料３〜４は、上記した本発明の耐凍害性改質剤を添加した本発明例である。また、比較例の試料５〜６は、上記したシリコーンオイル（表１ではＳＯと略記）を含有していない比較例の耐凍害性改質剤を使用した比較例である。

［耐凍害性の評価］
上記のごとく製造した各モルタルについて、耐凍害性を評価して、その結果を下記表２にまとめて示した。耐凍害性の評価は、ＪＩＳ Ａ １１４８（コンクリートの凍結融解試験方法）のＡ法（水中凍結水中融解方法）に従い、相対動弾性係数を測定し、耐久性指数を求めた。耐久性指数が高いほど耐凍害性に優れると判断され、耐凍害性を確保するには耐久性指数６０以上であることが必要とされる。また、気泡量と気泡間隔係数は、ＪＩＳ Ａ １１２８による圧力法及びＡＳＴＭ Ｃ ４５７によるリニアトラバース法により測定した。

比較例の試料１は耐凍害性改質剤やＡＥ剤を添加していない通常のモルタルであり、耐久性指数は８と凍害に対して極めて弱いと判定された。比較例の試料２は、ＡＥ剤を標準量である０.０１重量％添加したモルタルであり、水セメント比が０.５と低いため気泡量は試料１と同程度に留まったが、気泡間隔係数を小さくすることができ、その結果耐久性指数は６３を確保できた。

これに対し、本発明例である試料３は、本発明の耐凍害性改質剤を細骨材の１０重量％と置換して添加した場合であり、気泡量は３.３％と比較例の試料１（通常のモルタル）に比べて増加し、且つ気泡間隔係数は２３０μｍであった。同じく試料４は、本発明の耐凍害性改質剤を細骨材の２０重量％と置換して添加した場合であって、気泡量は７.０％及び気泡間隔係数は２７０μｍと更に増加した。このため、本発明例の試料３〜４では、水セメント比が０.５と低くても、耐久性指数は６５〜７５と高く、十分に耐凍害性を有するものと判定された。

また、比較例である試料５〜６は、シリコーンオイルを含有していない比較例の耐凍害性改質剤を用い、細骨材の１０〜２０重量％と置換して添加したものである。比較例の試料１（通常のモルタル）に比べて、試料５は気泡量が若干増加したものの、気泡間隔係数が大きくなり、耐久性指数も２０と耐凍害性に劣る結果となった。試料６では気泡間隔係数が更に増大し、耐久性指数も一層低下する結果となった。

Claims (3)

1. モルタル又はコンクリートに耐凍害性を付与するためモルタル又はコンクリートの原料に添加して用いる耐凍害性改質剤であって、珪酸カルシウム系水和物を主成分とする多孔質の無機質粉末からなり、その表面がシリコーンオイルによって疎水化されていることを特徴とするモルタル又はコンクリートの耐凍害性改質剤。
2. 珪酸質原料と石灰質原料に水を加えて混練し、更にシリコーンオイルと発泡剤を添加混合した後、飽和水蒸気圧下で水熱養生し、得られた珪酸カルシウム系水和物を主成分とする多孔質の無機質塊を粉砕することを特徴とするモルタル又はコンクリートの耐凍害性改質剤の製造方法。
3. 請求項１に記載の耐凍害性改質剤を、細骨材の一部と置換してモルタル又はコンクリートの原料に添加することを特徴とする、耐凍害性に優れたモルタル又はコンクリートの製造方法。