JP2015083767A - 凍結・ソルトスケーリング抑制方法及び凍結・ソルトスケーリング抑制剤 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】セメント硬化体表面の凍結及び塩による剥離劣化を抑制するための凍結・ソルトスケーリング抑制方法であって、ナトリウム塩、カリウム塩及びカルシウム塩からなる群より選択される少なくとも1種類を含みマグネシウムを含まない凍結防止剤と、マグネシウム、鉄及びアルミニウムからなる群より選択される少なくとも1種類からなる金属を含みアルカリ水溶液と反応して前記金属の水酸化物となる水溶性金属塩と、を前記セメント硬化体表面に散布し、前記セメント硬化体表面と該セメント硬化体表面に付着する氷との間に前記金属の水酸化物からなる被膜を形成させることを特徴とする凍結・ソルトスケーリング抑制方法である。
【選択図】図1
Description
本発明の凍結防止剤(以下、単に「凍結防止剤」という)は、ナトリウム塩、カリウム塩及びカルシウム塩からなる群より選択される少なくとも1種類を含んでおり、セメント硬化体表面に付着する氷の凝固点を降下させて溶解しやすくする役割を有する。凍結防止剤の具体例としては、塩化ナトリウム、塩化カリウム、塩化カルシウム、酢酸ナトリウム、酢酸ナトリウム、酢酸カリウム、酢酸カルシウムからなる群より選択される1種類を挙げることができる。これらのうち、凝固点降下が大きく(凝固点が低く)、かつ比較的安価である塩化ナトリウムや塩化カルシウムが好ましい。また、塩化ナトリウムとしては、比較的安価な岩塩系が好ましい。
本発明の水溶性金属塩(以下、単に「水溶性金属塩」という)は、マグネシウム、鉄及びアルミニウムからなる群より選択される少なくとも1種類からなる金属を含み、アルカリ水溶液と反応して金属の水酸化物となる塩である。後述するように、水溶性金属塩は、セメント硬化体表面でアルカリ水溶液と反応して金属の酸化物からなる被膜を形成することで、ソルトスケーリングを抑制する役割を有する。マグネシウムを含む水溶性金属塩としては、具体的には、塩化マグネシウム、硫酸マグネシウム、酢酸マグネシウム、硝酸マグネシウムからなる群より選択される1種類以上を挙げることができる。また、鉄を含む水溶性金属塩としては、具体的には、塩化鉄(II)、塩化鉄(III)、硫酸鉄(II)、硫酸鉄(III)、酢酸鉄(II)、硝酸鉄(II)、硝酸鉄(III)からなる群より選択される1種類以上を挙げることができる。また、アルミニウムを含む水溶性金属塩としては、具体的には、塩化アルミニウム・無水物、塩化アルミニウム・6水和物、硫酸アルミニウム・16水和物、酢酸アルミニウムからなる群より選択される1種類以上を挙げることができる。なお、本発明の水溶性金属塩には、無水物だけでなく水和物も含む。
散布工程では、上記の凍結防止剤と水溶性金属塩とをセメント硬化体の表面に散布する。凍結防止剤と水溶性金属塩は、水溶液の状態で散布してもよいが、セメント硬化体の表面にとどまって凍結防止効果を持続的に発揮することから粉末の状態で散布することが好ましい。また、凍結防止剤と水溶性金属塩は、別々に散布してもよいが、ソルトスケーリング抑制効果を発揮しやすいことから同時に散布することが好ましい。さらに、後述するように、取扱い性、長期保存性が良好であることから、両者を予め混合して粉末状で散布することが好ましい。
セメント硬化体表面に水溶性金属塩を散布すると、セメント硬化体表面とこれに付着した氷との間に、金属の水酸化物からなる被膜が形成される。本発明の水溶性金属塩は、アルカリ水溶液と反応して金属の水酸化物を形成するが、セメント硬化体表面には氷から融解した水が付着しており、セメント硬化体自体は石灰成分を含んでいてアルカリ性であるため、アルカリ水溶液がセメント硬化体の表面層に浸潤した状態となっている。セメント硬化体表面に散布された水溶性金属塩がこのアルカリ水溶液と反応すると、セメント硬化体の表面に金属の水酸化物からなるゲル状の被膜が形成される。この被膜は、セメント硬化体表面と氷との界面で緩衝層として機能し、セメント硬化体と氷との間の熱膨張係数の差異による応力を緩和することで、応力差により生じる表面層の剥離、すなわちソルトスケーリングを抑制していると推測される。なお、金属の水酸化物は、金属がマグネシウムの場合は水酸化マグネシウム、鉄の場合は水酸化鉄である。
上述した散布工程では、凍結防止剤と水溶性金属塩とを予め混合した凍結・ソルトスケーリング抑制剤を使用することもできる。以下、本発明の凍結・ソルトスケーリング抑制剤(単に「凍結・ソルトスケーリング抑制剤」という)について説明する。
凍結防止剤として塩化カルシウム、水溶性金属塩として塩化マグネシウムを用いた例について説明する。
凍結防止剤として塩化カルシウム(関東化学株式会社製 塩化カルシウム)、水溶性金属塩として塩化マグネシウム(和光純薬工業株式会社製 塩化マグネシウム六水和物)を使用した。溶液100mlに対し、塩化カルシウム0.316g、水溶性金属塩として塩化マグネシウム5.940gを用いて1分間混合して、凍結・ソルトスケーリング抑制剤を作成した(実施例1−1)。また、塩化マグネシウムの添加量を変えて、表1に示す実施例1−2〜1−5の凍結・ソルトスケーリング抑制剤を作成した。また、塩化マグネシウムを添加せず塩化カルシウムのみのサンプルも作成した(比較例1)。
(b)試験用供試体(モルタル)の作成
セメント(普通ポルトランドセメント、密度:3.15g/cm3)と細骨材(盛岡市黒川産砕砂、粗粒率:2.89、表乾密度:2.80g/cm3)と水とを、水セメント比が0.5、砂セメント比が2.5となるように混合した。細骨材は、2.5mmふるい下で表乾状態のものを使用した。AE剤は使用せず、4×4×16cmのJISモルタル供試体を作成し、材齢28日まで水中養生を行った後、ダイヤモンドカッターを用いて1辺が8mmとなるように切断し、これを試験片とした。
試験片1組3粒(約4g)を、容量100mlのポリプロピレン容器に入れ、溶液と試料の質量比を10:1として、濃度3%の凍結・ソルトスケーリング抑制剤溶液に浸漬させ、ふたをして凍結溶解試験を行った。容器に入れた供試体を−20℃の冷凍庫内で12時間、15℃の室内で12時間の凍結融解を10回繰り返した。繰り返しサイクルの後、容器を取り出し、ろ紙(5B)にて試料を分離し、純水で洗浄した。分離した試料は40℃にて乾燥し、試料を2.5mmふるいで分級した。ふるい上に残った試料の質量の残存量によりスケーリング抵抗性を定量的に評価した。1回の測定には上記試料を3組使用し、試験前質量より質量残存率は3組のうち中央値を使用した。また、スケーリング耐久性試験(SDI)は、“小山田哲也ら、「スケーリング劣化を考慮した新しい凍結融解試験法の検討」、コンクリート工学年次論文集、2011年、vol.33、pp.935−940”に記載の方法により評価した。各サンプル及びその測定結果を表1に示す。なお、添加量は、凍結防止剤と水溶性金属塩の合計量を100質量%としたときの値である。
凍結防止剤として酢酸カルシウム、水溶性金属塩として酢酸マグネシウムを用いた例について説明する。
実施例1の(a)において、塩化カルシウムに代えて塩化ナトリウム(財団法人塩事業センター製 食塩)、塩化マグネシウムに代えて塩化鉄(関東化学株式会社製 塩化鉄(塩化鉄(II)四水和物)を使用し、塩化ナトリウムと塩化鉄の添加量が質量比で1:1(塩化鉄の添加量:50質量%)とした以外は同様にして、凍結・ソルトスケーリング抑制剤を作成した。実施例1(b)、(c)と同様の共試体・試験方法でSDIを測定した。その結果、SDI値は86であった。
実施例1の(a)において、塩化カルシウムに代えて実施例3の塩化ナトリウム、塩化マグネシウムに代えて塩化アルミニウム(関東化学株式会社 塩化アルミニウム(III)六水和物)を使用し、塩化ナトリウムと塩化アルミニウムの添加量が質量比で1:1(塩化アルミニウムの添加量:50質量%)とした以外は同様にして、凍結・ソルトスケーリング抑制剤を作成した。実施例1(b)、(c)と同様の共試体・試験方法でSDIを測定した。その結果、SDI値は78であった。
実施例1の(a)において、塩化カルシウムに代えて実施例3の塩化ナトリウムを使用し、塩化ナトリウムと塩化マグネシウムの割合(質量比)を種々に変更した以外は同様にして、凍結・ソルトスケーリング抑制剤を作成した。実施例1(b)、(c)と同様の共試体・試験方法でSDIを測定した。その結果を表3に示す。
実施例1の(a)において、塩化カルシウムに代えて塩化カリウムを使用し、塩化カリウムと塩化マグネシウムの割合(質量比)を種々に変更した以外は同様にして、凍結・ソルトスケーリング抑制剤を作成した。実施例1(b)、(c)と同様の共試体・試験方法でSDIを測定した。その結果を表4に示す。
Claims (7)
- セメント硬化体表面の凍結及び塩による剥離劣化を抑制するための凍結・ソルトスケーリング抑制方法であって、
ナトリウム塩、カリウム塩及びカルシウム塩からなる群より選択される少なくとも1種類を含みマグネシウムを含まない凍結防止剤と、マグネシウム、鉄及びアルミニウムからなる群より選択される少なくとも1種類からなる金属を含みアルカリ水溶液と反応して前記金属の水酸化物となる水溶性金属塩と、を前記セメント硬化体表面に散布し、
前記セメント硬化体表面と該セメント硬化体表面に付着する氷との間に前記金属の水酸化物からなる被膜を形成させることを特徴とする凍結・ソルトスケーリング抑制方法。 - 前記凍結防止剤及び前記水溶性金属塩の合計量に対する前記水溶性金属塩の散布量が10〜90質量%の範囲内であることを特徴とする請求項1に記載の凍結・ソルトスケーリング抑制方法。
- 前記水溶性金属塩が、塩化マグネシウム、硫酸マグネシウム、酢酸マグネシウム及び硝酸マグネシウムからなる群より選択される1種類以上であることを特徴とする請求項1又は2に記載の凍結・ソルトスケーリング抑制方法。
- 前記水溶性金属塩と前記凍結防止剤とを予め混合して粉末状で散布することを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の凍結・ソルトスケーリング抑制方法。
- セメント硬化体表面の凍結及び塩による剥離劣化を抑制するための凍結・ソルトスケーリング抑制剤であって、
ナトリウム塩、カリウム塩及びカルシウム塩からなる群より選択される少なくとも1種類を含みマグネシウムを含まない凍結防止剤と、
マグネシウム、鉄及びアルミニウムからなる群より選択される少なくとも1種類からなる金属を含みアルカリ水溶液と反応して前記金属の水酸化物となる水溶性金属塩と、を含有し、粉末状であることを特徴とする凍結・ソルトスケーリング抑制剤。 - 前記凍結防止剤及び前記水溶性金属塩の合計量に対する前記水溶性金属塩の含有量が10〜90質量%の範囲内であることを特徴とする請求項5に記載の凍結・ソルトスケーリング抑制剤。
- 前記水溶性金属塩が、塩化マグネシウム、硫酸マグネシウム、酢酸マグネシウム及び硝酸マグネシウムからなる群より選択される1種類以上であることを特徴とする請求項5又は6に記載の凍結・ソルトスケーリング抑制剤。
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