JP2018172267A - 塩害防止用混和材及びそれを用いたセメント組成物 - Google Patents
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Abstract
Description
また、亜硝酸カルシウムが防錆剤として提案されている(例えば、特許文献2参照)が、亜硝酸カルシウムは鉄筋に作用するため、モルタル・コンクリートそのものを緻密化するわけではない。また、亜硝酸カルシウムはセメントの凝結促進剤でもあるため、流動性の低下や可使時間の低下を招くことがある。その他にも、塩化物イオンのトラップ剤としてCaO/Al2O3モル比が0.15〜0.7のカルシウムアルミネートを含む材料が提案されている(例えば、特許文献3参照)が、カルシウムアルミネートは高温で焼成する必要があるため、コストが高くなる。また、カルシウムアルミネートは微粉砕を行うことが困難である。一方、混和剤ではなく、コンクリート表面に塗布することで耐久性を付与する材料も開発されている(例えば、特許文献4参照)が、この方法は材料を表面全体に塗布するため、作業に大変手間がかかり、作業効率も低く労務コストが高くなり易い。
[2]前記非晶質アルミノシリケートが、0.1μm以上50μm以下の粒子含有量が90体積%以上、かつ粒子径0.1μm以上7μm以下の粒子の含有割合が50体積%以上である前記[1]の塩害防止用混和材。
[3]前記非晶質アルミノシリケートが、0.1μm以上7μm以下の粒子の含有割合が50体積%以上、かつ7μm以上50μm以下の粒子の含有量が15〜50体積%である前記[1]又は[2]の塩害防止用混和材。
[4]前記非晶質アルミノシリケートのBET比表面積が8〜20m2/gである前記[1]〜[3]のいずれかの塩害防止用混和材。
[5]前記非晶質アルミノシリケート中のマグネシウムのMgO換算含有量が0.3質量%以下である前記[1]〜[4]のいずれかの塩害防止用混和材。
[6]石膏及び/又はカルシウムアルミネートをさらに含む、前記[1]〜[5]のいずれかの塩害防止用混和材。
[7]セメント及び前記[1]〜[6]のいずれかの塩害防止用混和材からなる結合材を含むセメント組成物であって、前記非晶質アルミノシリケートの混和量が結合材の総質量を基準として、内割で3〜15質量%である、セメント組成物。
本発明の塩害防止用混和材は、特定の不純物を制限し、かつ特定の粒度構成を有する非晶質アルミノシリケートを有効成分とする。非晶質アルミノシリケートはメタカオリンとも称されるもので、カオリナイトの脱水中間体であり、構造的に不安定なため、反応活性が高く、特に潜在水硬性を具備する。このような高い反応活性があるため、モルタル・コンクリート中においてアルミノシリケート中のアルミ成分により、塩化物イオン存在下でフリーデル氏塩を生成し、化学的に塩化物イオンを捕捉することができる。
非晶質のアルミノシリケートである。非晶質アルミノシリケートは前記のような含水珪酸塩鉱物結晶のカオリナイトの脱水した中間体であるため、結晶構造は破壊されている。非晶質アルミノシリケートは完全に非晶質でなくてもよいが、反応活性が低下しにくく、塩化物イオン浸透抵抗性も低下しにくいという観点から、好ましくはガラス化率で90質量%以上のものであり、より好ましくは95質量%以上のものである。
化学成分としてAl2O3を40〜50質量%とSiO2を45〜55質量%含むアルミノシリケートである。本発明に係る非晶質アルミノシリケートは結晶水や構造水を含まない。
SiO2含有量が55質量%を超えるものでは、水和反応活性が低下するため、強固で機械的耐久性のあるモルタル・コンクリートが得られ難いので好ましくない。また、Al2O3含有量が40質量%未満だと、塩化物イオンの吸着量が少なくなるので好ましくない。さらにAl2O3含有量が50質量%を超える非晶質アルミノシリケートは製造過程で結晶質Al2O3が生成し易くなり、反応活性の高い非晶質体の割合が減少する虞があるので好ましくない。
好ましいAl2O3含有量は41〜48質量%であり、より好ましくは42〜48質量%である。また、好ましいSiO2含有量は46〜54質量%であり、より好ましくは48〜54質量%である。
非晶質アルミノシリケートにおける鉄のFe2O3換算含有量が3.0質量%を超えるものでは、アルミネート水和物の生成速度が低下するため好ましくない。非晶質アルミノシリケートにおける鉄のFe2O3換算含有量は、アルミネート水和物の生成速度をより一層促進するという観点から、2.5質量%以下であることが好ましく、2.0質量%以下であることがより好ましい。
非晶質アルミノシリケートの中には不純物として鉄が含まれるが、鉄は反応の阻害要因となるため非晶質中のネットワークの一部に存在することは望ましくない。また非晶質アルミノシリケートの中にはマグネシウム含有量も少ないことが好ましい。
非晶質アルミノシリケートの粒度構成は、粒子径0.1μm以上7μm以下の粒子の含有割合が50体積%以上である。この範囲の粒子が50体積%未満だと、反応活性が低下し、塩化物イオンの浸透抵抗性が低下する虞が高まるので好ましくない。
好ましくは、0.1μm以上50μm以下の粒子含有量が90体積%以上かつ粒子径0.1μm以上7μm以下の粒子の含有割合が50体積%以上のものであり、より好ましくは、0.1μm以上7μm以下の粒子の含有割合が50体積%以上かつ7μm以上50μm以下の粒子の含有量が15〜50体積%のものであり、さらに好ましくは、0.1μm以上7μm以下の粒子の含有割合が60〜85体積%かつ7μm以上50μm以下の粒子の含有量が15〜40体積%のものである。非晶質アルミノシリケートの粒度構成が上記範囲内であれば、塩化物イオンなどの浸透をさらに抑制できる傾向にある。
7μm以下のような粒径の小さい非晶質アルミノシリケートを多く用いることで反応性が向上し、より多くの塩化物イオンをトラップできると考えられる。さらにフィラー効果によりモルタル・コンクリートを緻密化し、塩化物イオンなどが浸透し難くなり、耐久性が全体的(物理的・化学的)に一層向上する。ここで粒子径範囲の粒子含有量は、非晶質アルミノシリケートの体積基準である。
非晶質アルミノシリケートの粒度構成の測定方法は特に限定されるものではなく、一般的な方法を用いることができる。粒度構成の測定方法としては、例えば、レーザー回折・散乱法を利用した粒度分布測定装置を用いることができる。粒度分布測定装置を用いる場合、湿式及び乾式のいずれの方式も利用することができる。
非晶質アルミノシリケートのBET比表面積がこの範囲であれば、反応活性がより高く、また流動性がさらに良好で、施工性に支障をきたしにくい。
原料は、700〜1100℃で5〜60分間焼成することが好ましい。このような焼成条件であれば、非晶質アルミノシリケートの粒度をより細かく調整しやすい。
塩害防止用混和材に石膏類を配合することで、モルタルが硬化した際、塩化物イオンなどの浸透抵抗性に加えて硬化体の収縮を抑制する効果を付与できる。
塩害防止用混和材にカルシウムアルミネート類を配合することで、モルタルの硬化をさらに促進し、塩化物イオンなどの浸透抵抗性をより一層向上させることができる。
本発明の一実施形態としては、セメント及び塩害防止用混和材からなる結合材を含むセメント組成物(プレミクス製品)が挙げられ、このような態様において塩害防止用混和材を利用することもできる。
[試験方法]
化学組成:蛍光X線装置を用いてオーダー分析にて実施
粒径:レーザー回折・散乱法(株式会社セイシン企業:LMS−300)により湿式測定した。
塩化物イオン浸透深さ:
塩化物イオン浸透深さ測定用のモルタル試験体(W/C=50質量% S/C=3とし、混和材はセメントに内割)はφ5×10cmとし、材齢1日までは湿空箱内で養生した。また材齢1日にて脱型後、材齢7日まで水中(約20℃)養生し、10質量%の食塩水に13週間浸漬させ作成した。
試験体を割裂した断面に、約20℃の室内で、フルオレセインナトリウム水溶液(0.1質量%)及び硝酸銀水溶液(0.1N)を吹きかけ、発色しない部分を塩化物イオンの浸透深さとした。
A:メタカオリン カオリンを900℃にて30分焼成し製造したメタカオリンをボールミルにて粉砕し、所定の粒度とした。
BET比表面積:A−1=10.0m2/g,A−2=13.5m2/g,A−3=6.0m2/g
B:メタカオリン(市販品)BET比表面積:11.5m2/g
C:メタカオリン(市販品)BET比表面積:13.5m2/g
D:メタカオリン(市販品)BET比表面積:12.0m2/g
E:フライアッシュ(市販品)ブレーン比表面積:3200cm2/g
F:シリカヒューム(市販品)BET比表面積:22m2/g
表1に示す。
[試験方法]
化学組成、粒径、塩化物イオン浸透深さは、実験例1と同様の方法で測定した。
表2に示す。
Claims (7)
- 化学成分としてAl2O3を40〜50質量%とSiO2を45〜55質量%含み、鉄のFe2O3換算含有量が3.0質量%以下であり、かつ粒子径0.1μm以上7μm以下の粒子の含有割合が50体積%以上である非晶質アルミノシリケートを有効成分とする塩害防止用混和材。
- 前記非晶質アルミノシリケートが、0.1μm以上50μm以下の粒子含有量が90体積%以上、かつ粒子径0.1μm以上7μm以下の粒子の含有割合が50体積%以上である請求項1記載の塩害防止用混和材。
- 前記非晶質アルミノシリケートが、0.1μm以上7μm以下の粒子の含有割合が50体積%以上、かつ7μm以上50μm以下の粒子の含有量が15〜50体積%である請求項1又は2記載の塩害防止用混和材。
- 前記非晶質アルミノシリケートのBET比表面積が8〜20m2/gである請求項1〜3のいずれか1項記載の塩害防止用混和材。
- 前記非晶質アルミノシリケート中のマグネシウムのMgO換算含有量が0.3質量%以下である請求項1〜4のいずれか1項記載の塩害防止用混和材。
- 石膏類及び/又はカルシウムアルミネート類をさらに含む、請求項1〜5のいずれか1項記載の塩害防止用混和材。
- セメント及び請求項1〜6のいずれか1項記載の塩害防止用混和材からなる結合材を含むセメント組成物であって、
前記非晶質アルミノシリケートの混和量が、前記結合材の総質量を基準として、内割で3〜15質量%である、セメント組成物。
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