JP2018002509A

JP2018002509A - セメント系硬化物の中性化抑制および塩化物イオン浸透抑制方法

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Publication number: JP2018002509A
Application number: JP2016128752A
Authority: JP
Inventors: 信和二戸; Nobukazu Futado; 秀一長橋; Shuichi Nagahashi
Original assignee: DC Co Ltd
Current assignee: DC Co Ltd
Priority date: 2016-06-29
Filing date: 2016-06-29
Publication date: 2018-01-11
Anticipated expiration: 2036-06-29
Also published as: JP6755730B2

Abstract

【課題】鉄筋コンクリート構造物などの鋼材を内包するコンクリート構造物におけるセメント系硬化物の中性化や塩害の問題について、中性化抑制と塩化物イオン浸透抑制の双方に有効な方法を提供する。【解決手段】ポルトランドセメントや高炉セメントなどのセメントを主体とする水硬性組成物に、予めアルギン酸ナトリウムまたはアルギン酸カリウムなどのアルギン酸塩を加え、これに水や骨材など混合して水和反応させることで、硬化後の硬化物の中性化や塩化物イオン浸透を抑制する。【選択図】なし

Description

本発明は、セメント系硬化物の中性化抑制および塩化物イオン浸透抑制方法に関するものである。主な適用対象としては、コンクリートの中性化や塩害による鉄筋等の腐食に起因してコンクリートが劣化する恐れのある道路・トンネル・橋梁などのコンクリート構造物が挙げられる。

セメントの中性化抑制に関する従来技術としては、例えば以下の特許文献１〜４記載の発明がある。

特許文献１には、ポルトランドセメント１０〜３０質量％と高炉スラグ微粉末７０〜９０質量％からなる結合材１００質量部にハイドロキシアパタイトを０．５〜１５質量％含む低炭素中性化抑制モルタルの開示がある。

特許文献２には、結合材が普通ポルトランドセメントを４５質量％〜６５質量％と、高炉スラグ微粉末を２５質量％〜５５質量％と、フライアッシュを１０質量％以下含むことを特徴とする混合セメントの開示がある。

特許文献３には、ポルトランドセメント、高炉セメント、フライアッシュセメント、消石灰の中から選んだ１種または２種以上と、製鋼スラグと、高炉スラグ微粉末とを含有して、鉄筋が耐候性を有する炭素鋼であることを特徴とする耐中性化性および耐塩害性に優れた鉄筋を有する水和硬化体の開示がある。

特許文献４には、γ−２ＣａＯ・ＳｉＯ₂、α−ＣａＯ・ＳｉＯ₂、及びカルシウムマグネシウムシリケートからなる群から選ばれる少なくとも１種又は２種以上の非水硬性化合物を含有することを特徴とするセメント混和材が開示されている。

混和材を使用した塩化物イオン浸透抑制に関する従来技術としては、例えば以下の特許文献５、６記載の発明がある。

特許文献５には、珪酸質系鉱物質微粉末、炭酸リチウム、及び、膨張材または早強ポルトランドセメントからなるコンクリート用塩化物イオン浸透抑制無機混和材の開示がある。

特許文献６には、高炉スラグ粉末７０〜９３質量％、石灰・石膏複合物２〜２０質量％、およびポルトランド系セメント５〜２８質量％からなるセメント系結合材を蒸気養生したことを特徴とする、耐塩害セメント硬化体の開示がある。

この他、本願の出願人は、特許文献７において、グラウト材、軽量ブロック、断面修復材、吹付け材などに適した水硬結合材として、セメントと、該セメントに対し０．０１〜３．０質量％のアルギン酸塩からなるチクソトロピー性水硬結合材を開示している。

特開２０１５−２２１７３５号公報特開２０１５−２０２９７８号公報特開２００７−２６９５５７号公報国際公開第０３／０１６２３４号特開２０１５−０８９８６０号公報特開２０１５−０６３４２０号公報特開２０１４−０６２０１４号公報

中性化の問題は、コンクリートの中性化が進むと鉄筋コンクリートなどのコンクリート中の鋼材の腐食に起因してコンクリートのひび割れや剥離が生じ、コンクリート構造物が劣化するというものである。特に、高炉セメントを用いた場合に中性化の問題が生じやすく、上述の特許文献１〜４は主にコンクリートの中性化抑制を図ったものである。

また、コンクリートに侵入した塩分中の塩化物イオンが鉄筋を腐食させ、膨張が生じ、コンクリートにひび割れを生じさせる塩害については、逆に高炉セメントを用いた場合より、普通ポルトランドセメントを用いた場合に影響が大きい。上述の特許文献５、６は、主に塩害に関し塩化物イオン浸透抑制を図ったものである。

このように、中性化抑制および塩化物イオン浸透抑制に関し、種々の研究がなされているものの、従来、セメント系硬化物の中性化抑制と塩化物イオン浸透抑制を両立させたものがない。

本発明は上述のような背景のもとに開発されたものであり、鋼材を内包するコンクリート構造物等における中性化や塩害の問題について、中性化抑制と塩化物イオン浸透抑制の双方に有効な方法を提供することを目的としている。

本発明のセメント系硬化物の中性化抑制および塩化物イオン浸透抑制方法は、セメントを主体とする水硬性組成物（以下、本願の説明においては、単に「セメント系水硬性組成物」と呼ぶ）に予めアルギン酸塩を加えた状態で水和反応させることで、硬化後の硬化物の中性化抑制機能および塩化物イオン浸透抑制機能を改善することを特徴とするものである。

すなわち、本発明はセメント系水硬性組成物にアルギン酸塩を加えることで、水和反応による硬化物の中性化抑制と塩化物イオン浸透抑制が両立することを見出し、これを発明として完成させたものである。

セメント系水硬性組成物の主体となるセメントは、主として普通ポルトランドセメントや高炉セメントを対象としているが、これらに限定されるものではなく、硬化物としてのコンクリートの中性化や塩害が問題となるセメント系水硬性組成物に広く適用可能である。

アルギン酸塩としては、市販の粉末状のアルギン酸ナトリウムやアルギン酸カリウムなどを用いることができる。

アルギン酸ナトリウムやアルギン酸カリウムは、セメント系組成物に粉体の状態で混合し、これに所定量の水と適宜、混和剤や骨材、混和材を加えて混合し、必要な養生を行ってコンクリートなどの硬化物となる。
アルギン酸塩の添加量は、セメント系水硬性組成物に対し、内割で０．５〜４．０重量％程度が好ましい。より好ましくは内割で１．０〜３．０重量％である。

０．５重量％でもアルギン酸塩を加えない場合に比べ、中性化抑制および塩化物イオン浸透抑制に顕著な効果が見られるが、１．０重量％以上において効果がより顕著となる。２．０重量％あるいは３．０重量％以上加えた場合も中性化抑制および塩化物イオン浸透抑制の効果は若干増えるものの横ばいの傾向であり、混和量が大きくなった場合に強度または流動性に影響する可能性がある。

本発明は、硬化物における中性化抑制および塩化物イオン浸透抑制が目的であるため、主な適用対象は、これらが問題となる道路・トンネル・橋梁などのコンクリート構造物を構成する鉄筋コンクリート構造体、鉄骨鉄筋コンクリート構造体、鉄骨コンクリート構造体である。その他、鋼材を内包するモルタル構造体なども適用対象となり得る。

本発明を中性化や塩害が問題となるコンクリート構造物を構成するコンクリート構造体に適用することにより、中性化抑制および塩化物イオン浸透抑制が同時に可能となる。

アルギン酸塩をセメント系水硬性組成物に混合するだけでよいため、材料面でも、調合、撹拌混合といった作業面でも低コストで中性化抑制と塩化物イオン浸透抑制の効果が得られる。

以下、本発明の効果を確認するために行った試験について説明する。

〔試験１〕
試験１に使用したセメント系水硬性組成物は、普通ポルトランドセメント６０重量％に、高炉スラグ微粉末４０重量％を添加した結合材（高炉セメントＢ種に相当）である。これにアルギン酸として、アルギン酸ナトリウム（株式会社キミカ製キミカアルギンＩ−３）を混合した。

４ｃｍ×４ｃｍ×１６ｃｍに成型した水結合材比５０％のセメントペーストの硬化体を、ＪＩＳＡ１１５３：２０１２「コンクリートの促進中性化試験方法」に準拠した方法で促進中性化をした試料の中性化深さを測定した。
試験結果を以下の表１、表２に示す。

表１、表２から、アルギン酸（アルギン酸ナトリウム）を添加しなかった試料No.１と比較し、アルギン酸をそれぞれ０．５％、１．０％、２．０％添加（結合材に対する内割の重量％）した試料No.２〜４では、中性化進行が大幅に抑制されたことが分かる。

また、試料No.２と試料No.３との対比では、アルギン酸が０．５％を増やすことで中性化抑制がさらに大きく改善された。アルギン酸をさらに１．０％を増やした試料No.４と試料No.３の対比ではさらに中性化抑制効果が増しているが、アルギン酸を増やすことによる改善効果の増分は徐々に横ばいとなる傾向が見られる。

〔試験２〕
試験２に使用したセメント系水硬性組成物は、普通ポルトランドセメント８０重量％に、高炉スラグ微粉末２０重量％を添加した結合材（高炉セメントＡ種に相当）である。これにアルギン酸として、アルギン酸ナトリウム（株式会社キミカ製キミカアルギンＩ−３）を混合した。

直径５ｃｍ高さ１０ｃｍに成型した水結合材比５０％のセメントペーストの硬化体を水中養生２８日後に、土木学会基準ＪＳＣＥ−Ｇ５７２−２０１３「浸漬によるコンクリート中の塩化物イオンの見掛けの拡散係数試験方法（案）」に準拠した方法で浸漬した。浸漬してから１年後に浸漬面から１ｃｍまで、浸透面から２〜３ｃｍ、浸透面から４〜５ｃｍの供試体をＪＩＳＡ１１５４：２０１２「硬化コンクリート中に含まれる塩化物イオンの試験方法」に準拠して塩化物イオン濃度を測定した。
試験結果を以下の表３に示す。

表３から、アルギン酸（アルギン酸ナトリウム）を添加しなかった試料No.５と比較し、アルギン酸をそれぞれ０．５％、１．０％添加（結合材に対する内割の重量％）した試料No.６、No.７では、表面からの深さ２〜３ｃｍ、４〜５ｃｍと深くなるにつれ、塩化物イオンの浸透が大幅に抑制されたことが分かる。

〔試験３〕
普通ポルトランドセメントに、アルギン酸ナトリウム（株式会社キミカ製キミカアルギンＩ−３）を混合した。

試験２と同様の方法で、直径５ｃｍ高さ１０ｃｍに成型した水結合材比５０％のセメントペーストの硬化体を水中養生２８日後に、土木学会基準ＪＳＣＥ−Ｇ５７２−２０１３「浸漬によるコンクリート中の塩化物イオンの見掛けの拡散係数試験方法（案）」に準拠した方法で浸漬した。浸漬してから１年後に浸漬面から１ｃｍまで、浸透面から２〜３ｃｍ、浸透面から４〜５ｃｍの供試体をＪＩＳＡ１１５４：２０１２「硬化コンクリート中に含まれる塩化物イオンの試験方法」に準拠して塩化物イオン濃度を測定した。
試験結果を以下の表４に示す。

表４から、アルギン酸（アルギン酸ナトリウム）を添加しなかった試料No.８と比較し、アルギン酸をそれぞれ０．５％、１．０％、２．０％、４．０％添加（結合材に対する内割の重量％）した試料No.９、No.１０、No.１１、No.１２では、表面からの深さ２〜３ｃｍ、４〜５ｃｍと深くなるにつれ、塩化物イオンの浸透が大幅に抑制されたことが分かる。

表面からの深さ４〜５ｃｍにおける塩化物イオン濃度変化は、アルギン酸が１．０％から４．０％のときより０％から１．０％の方が大きい。したがって、アルギン酸の添加量１．０％まで拡散係数が大きく減少するが、１．０％を超えると横ばいになる傾向がみられる。

Claims

セメントを主体とする水硬性組成物に予めアルギン酸塩を加えた状態で水和反応させることで、硬化後の硬化物の中性化抑制機能および塩化物イオン浸透抑制機能を改善することを特徴とするセメント系硬化物の中性化抑制および塩化物イオン浸透抑制方法。
請求項１記載のセメント系硬化物の中性化抑制および塩化物イオン浸透抑制方法において、前記セメントが普通ポルトランドセメントまたは高炉セメントであることを特徴とするセメント系硬化物の中性化抑制および塩化物イオン浸透抑制方法。
請求項１または２記載のセメント系硬化物の中性化抑制および塩化物イオン浸透抑制方法において、前記アルギン酸塩がアルギン酸ナトリウムまたはアルギン酸カリウムであることを特徴とするセメント系硬化物の中性化抑制および塩化物イオン浸透抑制方法。
請求項１〜３のいずれか一項に記載のセメント系硬化物の中性化抑制および塩化物イオン浸透抑制方法において、前記硬化物が構造物を構成する鉄筋コンクリート構造体、鉄骨鉄筋コンクリート構造体、または鉄骨コンクリート構造体であることを特徴とするセメント系硬化物の中性化抑制および塩化物イオン浸透抑制方法。