JP2018016494A - 塩害対策用コンクリート組成物 - Google Patents

Abstract

【課題】水、セメント、細骨材、及び粗骨材を含み、且つ塩分吸着剤が、セメントの重量に対して３又は略３重量％の添加率で配合されている塩害対策用コンクリート組成物を提供する。【解決手段】塩害対策用コンクリート組成物は、水、セメント、細骨材、及び粗骨材を含み、且つ塩分吸着剤が、セメントの重量に対して３又は略３重量％の添加率で配合されている。塩分吸着剤は、好ましくは、層間に亜硝酸イオンを含むカルシウム・アルミニウム複合酸化物となっている。層間に亜硝酸イオンを含むカルシウム・アルミニウム複合酸化物は、正（＋）に帯電させた層状構造を持ち、塩化物イオン（Ｃｌ-）を吸着して、予め保持させた亜硝酸イオン（ＮＯ2-）を放出する。これによって塩分吸着剤は、鉄筋及びその周囲のコンクリートの塩分を低減し、鉄筋の腐食を長期間にわたって抑制することを可能にする。【選択図】なし

Description

本発明は、塩害対策用コンクリート組成物に関し、特に鉄筋の発錆を抑制する塩害対策用コンクリート組成物に関する。

鉄筋コンクリート中に配設された鉄筋は、コンクリートのアルカリ成分によって腐食（発錆）が抑制された状態となっているが、例えば海岸近くに建設された鉄筋コンクリート製の構造物や、融雪剤が供給される鉄筋コンクリート製の床盤等では、海水や融雪剤等に含まれる塩分がコンクリートの表面より内部に侵入し、鉄筋を腐食させることによって、コンクリートにひび割れを生じさせると共に、これらの鉄筋コンクリート構造物の耐荷力を低下させることになる。

このため、防錆剤として、例えば亜硝酸塩をフレッシュコンクリートに添加することで、コンクリートが硬化した後、鉄筋コンクリート中に配設された鉄筋の発錆が進行するのを抑制できるようにしたコンクリート組成物が開発されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００５−１０４７８８号公報

塩分吸着剤による塩害対策工法「ＳＳＩ工法（登録商標）」２０１３年１０月、株式会社ジェイアール総研エンジニアリング発行

しかしながら、特許文献１のコンクリート組成物によれば、亜硝酸塩による防錆剤は、セメントに対して強い硬化促進作用を有しているため、亜硝酸塩を添加した後に、コンクリートは急速に硬化して、所望の流動性を備えるフレッシュコンクリートとして施工可能な時間が短くなる。このため、特許文献１では、コンクリート組成物に特殊なセメント混和剤を含有させる必要がある。また、亜硝酸塩による防錆剤は、コンクリート中の鉄筋の腐食を抑制する働きがあるが、コンクリート中に残存した塩化物イオンは存在したままとなるため、防錆処理がなされた部分の再劣化を生じる要因となり易い。

一方、鉄筋コンクリート構造物の塩害対策工法として、ポリマーセメント系をベースとして塩分吸着剤を配合した補修材料を用いて、鉄筋コンクリート構造物を補修する工法が知られている（例えば、非特許文献１参照）。塩分吸着剤を配合した補修材料による塩害対策工法では、例えば鉄筋コンクリート構造物の劣化した部分を除去して、腐食した部分の鉄筋を露出させた後に、露出させた鉄筋を覆って劣化した部分に補修材料を塗着させることによって、鉄筋コンクリート構造物を補修するようになっている。補修材料に含まれる塩分吸着剤は、例えば層間に亜硝酸イオンを含むカルシウム・アルミニウム複合酸化物からなっており、海水や融雪剤から供給される塩化物イオンを吸着することによって放出される亜硫酸イオンは、鉄筋を腐食させにくい状態に改善する。また、塩分吸着剤は、除去しきれなかった残存錆に残留した塩分さえも吸着・無害化できるため、発錆の進行を効果的に抑制できると共に、塩化物イオンを吸着すると同時に亜硝酸イオンを放出するため、鉄筋の周囲を、腐食させ易い状態から防錆させ易い状態となるように改善して、鉄筋の腐食を抑制する効果を高めることが可能になる。

塩分吸着剤を配合した補修材料を用いた上述の塩害対策工法は、鉄筋コンクリート中に配設された鉄筋が腐食した後に腐食した部分の鉄筋を補修する工法であり、腐食した部分の鉄筋を覆うかぶり部分のコンクリートをはつり取ったり、鉄筋をケレンしたりする作業に多くの手間を要することになる。このため、フレッシュコンクリートを打設した直後から、鉄筋の周囲のコンクリートを防錆させ易い状態となるように改善して、鉄筋を発錆し難くする技術の開発が望まれている。

本発明は、例えば特殊なセメント混和剤を含有させることなく、フレッシュコンクリートを打設した直後から、鉄筋の周囲のコンクリートを防錆させ易い状態となるように改善して、鉄筋が発錆するのを効果的に抑制することのできる塩害対策用コンクリート組成物を提供することを目的とする。

本発明は、水、セメント、細骨材、及び粗骨材を含み、且つ塩分吸着剤が、セメントの重量に対して３又は略３重量％の添加率で配合されている塩害対策用コンクリート組成物を提供することにより、上記目的を達成したものである。

そして、本発明の塩害対策用コンクリート組成物は、前記塩分吸着剤が、層間に亜硝酸イオンを含むカルシウム・アルミニウム複合酸化物であることが好ましい。

また、本発明の塩害対策用コンクリート組成物は、前記セメントが、普通ポルトランドセメントであることが好ましい。

さらに、本発明の塩害対策用コンクリート組成物は、混和剤としてＡＥ減水剤を含んでいることが好ましい。

本発明の塩害対策用コンクリート組成物によれば、フレッシュコンクリートを打設した直後から、鉄筋の周囲のコンクリートを防錆させ易い状態となるように改善して、鉄筋が発錆するのを効果的に抑制することができる。

実施例１及び比較例１〜３の供試体の構成を説明する、（ａ）は上面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は（ａ）を左側から見た端面図である。 自然電位の測定結果を示すチャートである。 鉄筋の腐食面積率と、吸着剤添加率との関係を示すチャートである。

本発明の好ましい一実施形態に係る塩害対策用コンクリート組成物は、鉄筋コンクリート構造物として、例えば寒冷地において、海岸近くに建設される高速道路の路面部分を構成するコンクリート製の床版や、路面部分の側縁部分に沿って配置されるコンクリート製の壁高欄を形成するための、まだ固まらない流動状態のフレッシュコンクリートとして用いられる。本実施形態では、寒冷地の海岸近くに建設された高速道路は、例えば海水による飛来塩分や、冬季に路面に散布される凍結防止剤に含まれる塩分の影響によって、鉄筋コンクリート中に配設された鉄筋は、腐食（発錆）し易い環境下にあるが、本実施形態の塩害対策用コンクリート組成物を用いることで、このような環境下においても、フレッシュコンクリートを打設した直後から、鉄筋が発錆するのを効果的に抑制することで、鉄筋が腐食した部分を補修する工事を要することなく、鉄筋コンクリート構造物の品質を長期間にわたって保持することが可能になる。

そして、本実施形態の塩害対策用コンクリート組成物は、水、セメント、細骨材、及び粗骨材を含み、且つ塩分吸着剤が、セメントの重量に対して３又は略３重量％の添加率で配合されている。ここで、塩分吸着剤が配合される、セメントの重量に対する添加率（重量％）である３又は略３重量％の添加率は、３重量％の添加率の他、当業者にとって３重量％の添加率と同等の配合量と判定される、ある程度の幅を持った添加率を含むものであり、具体的には、好ましくは例えば±０．５％の幅をもった添加率である、２．５〜３．５重量％の添加率を意味する。

また、本実施形態では、塩分吸着剤は、好ましくは、層間に亜硝酸イオンを含むカルシウム・アルミニウム複合酸化物となっている。ここで、塩分吸着剤である、層間に亜硝酸イオンを含むカルシウム・アルミニウム複合酸化物は、正（＋）に帯電させた層状構造を持ち、塩化物イオン（Ｃｌ^-）を吸着して、予め保持させた亜硝酸イオン（ＮＯ₂ ^-）を放出する。これによって塩分吸着剤は、鉄筋及びその周囲のコンクリートの塩化物イオンを低減し、鉄筋の腐食を長期間にわたって抑制することを可能にする。このような塩分吸着剤である層間に亜硝酸イオンを含むカルシウム・アルミニウム複合酸化物として、商品名「ソルカット」（日本化学工業株式会社製）を用いることができる。

本実施形態では、塩害対策用コンクリート組成物に配合される水は、水道水等の、コンクリート組成物に配合される水として公知のものを、適宜選択して用いることができる。

塩害対策用コンクリート組成物に配合されるセメントは、普通ポルトランドセメント、早強ポルトランドセメント、中庸熱ポルトランドセメント等のポルトランドセメント、高炉セメント、シリカセメント、フライアッシュセメント等の混合セメント、アルミナセメント等の特殊セメント等の、コンクリート組成物に配合されるセメントとして公知のものを、適宜選択して用いることができる。

塩害対策用コンクリート組成物に配合される細骨材は、山砂、川砂、高炉スラグ細骨材等の、コンクリート組成物に配合される細骨材として公知のものを、適宜選択して用いることができる。

塩害対策用コンクリート組成物に配合される粗骨材は、山砂利、川砂利、砕石、高炉スラグ粗骨材等の、コンクリート組成物に配合される粗骨材として公知のものを、適宜選択して用いることができる。

また、本実施形態では、塩害対策用コンクリート組成物に、種々の混和剤を配合することができ、混和剤として、ＡＥ減水剤を含むようにすることが好ましい。塩害対策用コンクリート組成物に、ＡＥ減水剤を配合することにより、フレッシュコンクリートのワーカビリティを向上させて、より多くの塩分吸着剤を添加できるようにすることが可能になる。

そして、本実施形態では、塩害対策用コンクリート組成物に、塩分吸着剤が、セメントの重量に対して３又は略３重量％の添加率で配合されている。

塩分吸着剤のセメントの重量に対する配合量（重量％）が少な過ぎると、塩分吸着剤を添加しない場合と同程度の防錆効果しか得られなくなるという不利益を生じることになる。塩分吸着剤のセメントの重量に対する配合量（重量％）が多すぎると、スランプロスが大きくなって、フレッシュコンクリートのワーカビリティを損なうことになるという不利益を生じることになる。塩分吸着剤が、セメントの重量に対して３又は略３重量％の添加率で配合されていることにより、充分な防錆効果が得られると共に、所望のフレッシュコンクリートのワーカビリティを確保することができるという利点が得られることになる。

そして、上述の構成を備える本実施形態の塩害対策用コンクリート組成物によれば、特殊なセメント混和剤を含有させることなく、フレッシュコンクリートを打設した直後から、鉄筋の周囲のコンクリートを防錆させ易い状態となるように改善して、鉄筋が発錆するのを効果的に抑制することが可能になる。

すなわち、本実施形態の塩害対策用コンクリート組成物によれば、塩分吸着剤として、好ましくは層間に亜硝酸イオンを含むカルシウム・アルミニウム複合酸化物がセメントの重量に対して３又は略３重量％の添加率でフレッシュコンクリートに配合されているので、塩化物イオンが吸着されることによって亜硫酸イオンが放出されることで、鉄筋の周囲のコンクリートが鉄筋を腐食させにくい状態となるように改善されることにより、フレッシュコンクリートを打設した直後から、鉄筋が発錆するのを効果的に抑制することが可能になって、鉄筋が腐食した部分を補修する工事を要することなく、鉄筋コンクリート構造物の品質を長期間にわたって保持することが可能になる。

また、塩分吸着剤が配合されることで、その硬化促進機能によって、まだ固まらないフレッシュコンクリートの流動性を低下させて、施工性（ワーカビリティ）を損なうことが考えられるが、本実施形態の塩害対策用コンクリート組成物によれば、塩分吸着剤の配合量がセメントの重量に対して３又は略３重量％の添加率となっているので、特殊なセメント混和剤を含有しなくても、フレッシュコンクリートの流動性を過度に低下させることなく、所望のスタンプ値を保持して、例えばコンクリートを施工現場で混練りして、混練り後に短時間で打設することにより、例えば鉄筋コンクリートの厚さがそれ程大きくないコンクリート製の床版やコンクリート製の壁高欄を、施工性（ワーカビリティ）を損なうことなく、効率良く形成することが可能になる。

なお、本発明は上記の実施形態に限定されることなく種々の変更が可能である。例えば、塩分吸着剤は、層間に亜硝酸イオンを含むカルシウム・アルミニウム複合酸化物である必要は必ずしもなく、その他の種々の亜硝酸イオンを含む塩分吸着剤であっても良い。

以下、実施例により、本発明の塩害対策用コンクリート組成物をさらに詳細に説明するが、本発明は、以下の実施例の記載によって何ら制限されるものではない。

〔実施例１の供試体、及び比較例１〜３の供試体〕
図１（ａ）〜（ｃ）に示す形状を備える実施例１の供試体、及び比較例１〜３の供試体を形成した。これらの供試体は、長さ３８０ｍｍの異形鉄筋（Ｄ１３，ＳＤ２９５Ａ）を、上面側の暴露面に近接させて暴露面の中央部分に１本配した、１００×１００×３００ｍｍの直方体形状の試験体となっている。鉄筋の暴露面からのかぶりは１０ｍｍとなっており、鉄筋の一端を自然電位想定用対極として１００ｍｍの長さで露出させた。各供試体を構成するコンクリートは、表１に示す配合の、水セメント比６５％のコンクリートとなっており、塩分吸着剤の添加率がセメントの重量に対して０％のものを比較例１の供試体、２％のものを比較例２の供試体、３％のものを実施例１の供試体、５％のものを比較例３の供試体とした。各供試体は、２８日標準養生の後に、暴露面以外の５面を遮塩用エポキシ樹脂（エポタールＮＢ２０：日本ペイント(株)製）で被覆した。

〔暴露試験〕
海水の飛沫による飛来塩分が供給される環境にある暴露場において、高さ１ｍの架台の上に、実施例１の供試体及び比較例１〜３の供試体を、暴露面を上面側に配置して設置した。ドライガーゼ法により測定された暴露場の飛来塩分量は、１．２〜２．０ｍｇ/ｄｍ²/ｄａｙであった。自然電位の測定は、０．５年/回程度の間隔で行なった。鉄筋腐食判定において、点錆が生じている状態である−２５０ｍＶより卑な状態になれば暴露試験を終了し、鉄筋の腐食状態の目視観察を行うこととした。

自然電位の測定結果を図２に示す。測定は、供試体暴露面に約３０分散水・湿布後、銅−硫酸銅電極を用いて行った。自然電位の側点は、図１（ａ）の暴露面の鉄筋の直上で、５０ｍｍ間隔の５点とした。自然電位は、５側点の平均値を、同時に測定した表層部の含水率で補正（自然電位補正法）して求めた。暴露試験開始時の自然電位は、全ての供試体において−１８０ｍＶ程度であった。暴露開始から８３０日（約２．３年）経過時において、実施例１及び比較例３の供試体は、自然電位がー１００ｍＶ程度で、鉄筋の腐食がない状態にあるが、比較例１及び比較例２の供試体は、自然電位がー２５０ｍＶよりも卑となり、鉄筋の表面に点錆が生じている状態と判定された。自然電位の測定結果から、比較例１及び比較例２の供試体は鉄筋に腐食が生じている状態と判定されため、暴露試験を終了し、各々の供試体を回収した．

回収した各々の供試体を割裂し、取り出した鉄筋について目視観察を行なった。取り出した鉄筋の目視観察より、実施例１及び比較例３の供試体の鉄筋の表面には、腐食が全く見られなかったのに対し、自然電位がー２５０ｍＶよりも卑な状態となった比較例１及び比較例２の供試体では、鉄筋のかぶり側の表面に腐食が見られた。

各々の供試体の鉄筋の腐食の程度を相対的に比較するために、鉄筋の表面に占める腐食部分の割合を腐食面積率として求めた。腐食面積率と塩分吸着剤の添加率との関係を図３に示す。図３に示す腐食面積率と塩分吸着剤の添加率との関係によれば、塩分吸着剤の添加率が大きい程、腐食面積率が小さくなる傾向にあることが判明する。また、自然電位の測定による鉄筋の腐食の判定結果と、目視観察による鉄筋の腐食の状態とは、略一致する結果となった。さらに、コンクリート中の鉄筋の腐食状態は、塩分吸着剤の添加率の違いによって異なり、添加率が大きい程、腐食を抑制する効果があり、特に塩分吸着剤の添加率が、セメントの重量に対して３又は略３重量％以上の添加率で配合されていると、鉄筋が発錆するのを効果的に抑制できることが判明する。

〔スランプ試験〕
塩分吸着剤が配合された複数種類のフレッシュコンクリートについて、スランプ試験を行って、これらのフレッシュコンクリートの施工性（ワーカビリチー）を評価した。試験対象のフレッシュコンクリートとして、表１に示す配合の、比較例１の供試体に用いた塩分吸着剤の添加率が０重量％のコンクリート、実施例１の供試体に用いた塩分吸着剤の添加率が３．０重量％のコンクリート、及び比較例３の供試体に用いた塩分吸着剤の添加率が５．０重量％のコンクリートに加えて、塩分吸着剤の添加率がセメントの重量に対して０．５重量％のコンクリート、及び塩分吸着剤の添加率がセメントの重量に対して１．０重量％のコンクリートの、５種類のコンクリートを用いて、スランプ値の塩分吸着剤による影響について試験した。試験結果を表１に示す。

表１に示す試験結果によれば、レディーミクストコンクリート（フレッシュコンクリート）を施工現場で受け入れる際に許容されるスランプ値の判断基準は、設計スランプ値が８ｃｍ以上１８ｃｍ以下の場合に、±２．５ｃｍ以内となっており、設計スランプ値を例えば１２ｃｍとすると、経過時間０分での許容されるスランプ値は、９．５ｃｍ〜１４．５ｃｍであれば、施工現場で受け入れ可能と判断される。このようなことから、所望の施工性（ワーカビリチー）を得るためには、フレッシュコンクリートの塩分吸着剤の添加率を、セメントの重量に対して３又は略３重量％以下として、塩分吸着剤を配合するのが望ましいことが判明する。

Claims (4)

1. 水、セメント、細骨材、及び粗骨材を含み、且つ塩分吸着剤が、セメントの重量に対して３又は略３重量％の添加率で配合されている塩害対策用コンクリート組成物。
2. 前記塩分吸着剤が、層間に亜硝酸イオンを含むカルシウム・アルミニウム複合酸化物である請求項１記載の塩害対策用コンクリート組成物。
3. 前記セメントが、普通ポルトランドセメントである請求項１又は２記載の塩害対策用コンクリート組成物。
4. 混和剤としてＡＥ減水剤を含む請求項１〜３のいずれか１項記載の塩害対策用コンクリート組成物。