JP2020152634A - 水硬性組成物 - Google Patents
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Abstract
Description
硬化体は、大気中に放置しておくと、内部に侵入した二酸化炭素が水酸化カルシウムなどのカルシウム塩と反応して炭酸カルシウムを生成して、細孔溶液が強アルカリ性から中性へと変性する、いわゆる「中性化」が進行する。中性化は、大気と接触する硬化体表面から進行する。セメントを用いて鉄筋コンクリート構造物を構築する場合、中性化が鉄筋コンクリート構造物内部の鉄筋近くまで進行すると、鉄筋を被覆する不動態皮膜を破壊し、鉄筋腐食の一因となる。そして、鉄筋が、腐食前と比べて膨張することにより、硬化体のひび割れ、破壊等を引き起こし、また、腐食により鉄筋の断面欠損が生じ、鉄筋コンクリート構造物の強度が低下する。
しかし、環境配慮型セメントを使用した硬化体や環境配慮型コンクリートは、ポルトランドセメントの使用量が少なく、ポルトランドセメントのみをセメントとして使用した硬化体やコンクリートと比較して中性化が進行しやすいという問題がある。例えば、特許文献1に示される環境配慮型セメントは、高炉セメントを硬化するのに必要な反応刺激剤の選定により、中性化の抑制が可能となったとしているが、この環境配慮型セメントの中性化の速度は、ポルトランドセメントのみをセメントとして使用した硬化体の中性化速度と比較して大きい。
1.セメントと、硝酸塩化合物からなる中性化抑制剤とを含むことを特徴とする水硬性組成物。
2.全粉体量に対して、前記中性化抑制剤を硝酸イオン(NO3 −、式量62)に換算して0.8質量%以上5.0質量%以下含むことを特徴とする1.に記載の水硬性組成物。
3.全粉体中におけるポルトランドセメントの配合率が80質量%以下であることを特徴とする1.または2.に記載の水硬性組成物。
4.前記セメントが、高炉セメント、フライアッシュセメント、環境配慮型セメントのいずれかであることを特徴とする1.〜3.のいずれかに記載の水硬性組成物。
5.前記中性化抑制剤が、硝酸カルシウム、硝酸マグネシウム、硝酸ナトリウム、硝酸アンモニウム、硝酸カリウムのいずれか1種以上を含むことを特徴とする1.〜4.のいずれかに記載の水硬性組成物。
6.1.〜5.のいずれかに記載の水硬性組成物からなる硬化体。
7.硝酸塩化合物からなる中性化抑制剤。
8.セメントを含む水硬性組成物に、硝酸塩化合物からなる中性化抑制剤を含有させることを特徴とする硬化体の中性化抑制方法。
本発明の水硬性組成物は、様々なセメント、および、セメントと混和材の混合物に対して中性化抑制効果を示す。本発明の水硬性組成物におけるセメントとしては、中性化反応が進行しやすい全粉体中におけるポルトランドセメントの配合率が80質量%以下であるセメントや、高炉セメント、フライアッシュセメント、環境配慮型セメントに好適に用いることができる。
本発明の水硬性組成物は、セメントと、硝酸塩化合物からなる中性化抑制剤とを含む。
本発明の水硬性組成物は、セメントと硝酸塩化合物からなる中性化抑制剤を含めばよく、ここに混和材を含むことができる。ここで、本明細書においては、セメントと混和材とを合わせて粉体と称し、その合計量を全粉体量と称す。
本発明の水硬性組成物は、セメントと中性化抑制剤、あるいは、セメントと混和材と中性化抑制剤の他に、AE剤、減水剤、AE減水剤、高性能減水剤、高性能AE減水剤、遅延剤、発泡剤、防水剤、着色剤、耐寒剤、早強剤、増粘剤等の化学混和剤や、砂利、砂、海砂、砕石、砕砂、各種スラグ骨材、重量骨材、軽量骨材、再生骨材等の細骨材および粗骨材や、ビニロン繊維、ポリプロピレン繊維、ガラス繊維、鋼繊維、炭素繊維等の添加材や、水道水、河川水、湖沼水、地下水、レディーミクストコンクリート工場における回収水、化学混和剤に含まれる水、中性化抑制剤に含まれる結晶水等の水を含むことができる。
本発明の水硬性組成物が含有するセメントとしては、水と反応を起こして硬化する水硬性粉体を特に限定されることなく用いることができる。例えば、JISで規定されているセメントである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、シリカセメント、エコセメントを挙げることができる。また、環境配慮型セメントを用いることもできる。これらの中で、中性化が進行しやすい全粉体中におけるポルトランドセメントの配合率が80質量%以下であるセメントや、高炉セメント、フライアッシュセメント、および、環境配慮型セメントが好適である。
スラグ、フライアッシュ、シリカフューム、二水セッコウ、半水セッコウ、無水セッコウ、石灰石微粉末、消石灰、膨張材、シリカ質混合材は、JISで規定されているセメントや環境配慮型セメントの混合物や少量混合物であるが、セメントを用いてモルタルやコンクリートを作る際の混和材としても使用できる。
本発明の水硬性組成物は、硝酸塩化合物からなる中性化抑制剤を含む。硝酸塩化合物としては、水硬性組成物に配合可能なものを特に制限することなく用いることができ、例えば、硝酸カルシウム、硝酸マグネシウム、硝酸ナトリウム、硝酸カリウム、硝酸アンモニウム、硝酸アルミニウム等を用いることができる。また、本発明の効果を妨げない限り、硝酸塩化合物以外からなる中性化抑制剤を併用することができる。
コンクリートは、現場練りコンクリート、レディーミクストコンクリート、およびコンクリートブロック、ボックスカルバート、シールドトンネル用セグメントなどのコンクリート製品に用いることができる。
全粉体量に対し高炉スラグが77.2質量%である環境配慮型セメントを、中性化抑制剤である硝酸カルシウムを異なる濃度で溶解した水溶液を用いて硬化した。材料のうち、高炉スラグはJIS A 6206、膨張材はJIS A 6202、消石灰はJIS R 9001、石灰石微粉末はJIS A 5008を満足するものであり、硝酸カルシウムは、関東化学株式会社製の特級試薬(硝酸カルシウム四水和物(Ca(NO3)2・4H2O))を使用した。
高炉スラグ(セッコウ入り) :株式会社デイ・シイ製、商品名:セラメントA(無水
セッコウ添加品:SO3換算量=2.1%)
膨張材 :太平洋マテリアル株式会社製、商品名:エクスパン
消石灰 :奥多摩工業株式会社製、商品名:特号消石灰
石灰石微粉末 :宮城石灰工業株式会社製
硝酸カルシウム四水和物 :関東化学株式会社製、特級試薬
所定の期間経過後に、供試体を割裂し、断面に濃度が1%のフェノールフタレインのアルコール溶液を噴霧し、呈色しない範囲を中性化が進行した範囲として、促進中性化深さを測定した。結果を図1に示す。中性化は中性化期間の平方根に比例して進行することが知られており、中性化期間の平方根に対する促進中性化深さの変化の関係を直線で近似(線形近似)したときの、直線の傾きを中性化速度とすることができる。すなわち、中性化速度は促進中性化期間の平方根の変化に対する中性化深さの変化の割合を示したものである。
上記、実施例2について、硝酸カルシウムの代わりに硝酸カルシウムを含むコンクリート用化学混和剤(BASFジャパン社製、商品名:マスターセットFZP99、硝酸イオン含有量:24質量%)を全粉体量に対して8.3質量%(硝酸イオン換算で2.0質量%)用いたペーストに、細骨材と粗骨材を加えてコンクリートを作製した。この配合物を実施例3とする。また、この実施例3から硝酸カルシウムを含むコンクリート用化学混和剤を取り除いた配合物を比較例3とする。実施例3および比較例3には、細骨材としてJIS A 5308附属書Aに準拠した密度2.63g/cm3の砕砂、粗骨材としてGmaxが20mmであるJIS A 5005に準拠した砕石を使用し、細骨材率を43%とし、水粉体比を0.36とした。
内法が100×100×400mmの型枠に実施例3と比較例3をそれぞれ打設して供試体を作製した。材齢3日で脱型し、材齢28日まで20℃の水中で養生した。その後、材齢56日まで20℃、60%RHの環境で保管した後、100×400mmの側面の1面を除いてアルミニウム製の接着テープで被覆した。被覆後、20℃、60%RH、CO2濃度5%の環境に静置して、促進中性化試験を行った。
所定の促進試験期間経過後に、供試体を破断し、断面に濃度が1%のフェノールフタレインのアルコール溶液を噴霧して、中性化深さを測定した。結果を図2に示す。
各種のセメントまたはセメントと混和材の混合物に対して、下記に示す材料を表3〜9に示す質量比で配合し、セメントペーストを作製した。なお、材料のうち、普通ポルトランドセメントおよび早強ポルトランドセメントはJIS R 5210、高炉セメントはJIS R 5211、高炉スラグはJIS A 6206、シリカフュームはJIS A 6207、フライアッシュはJIS A 6201、無水セッコウはJIS R 9151を満足するものとした。硝酸カルシウムは、関東化学株式会社製の特級試薬(硝酸カルシウム四水和物(Ca(NO3)2・4H2O))を使用し、硝酸カルシウム四水和物に含まれる結晶水は、表3〜9においては水として計上した。硝酸カルシウムは、水硬性組成物を硬化させるために加える水に予め溶解して、水硬性組成物に加えた。
普通ポルトランドセメント :太平洋セメント株式会社製
早強ポルトランドセメント :太平洋セメント株式会社製
高炉スラグ(セッコウなし):株式会社デイ・シイ製、商品名:セラメント
高炉スラグ(セッコウ入り):株式会社デイ・シイ製、商品名:セラメントA(無水セッ
コウ添加、添加量はSO3に換算して2.1%)
シリカフューム :株式会社デイ・シイ製
フライアッシュ :株式会社テクノ中部製、II種
無水セッコウ :株式会社デイ・シイ製
硝酸カルシウム :関東化学株式会社製、特級試薬、四水和物
促進中性化期間28日までの結果から、中性化速度を算出し、それぞれについて、対応する中性化抑制剤を添加していない比較例(「実施例」の後に添えられる数字と同じ数字が後に添えられた「比較例」を指し、対応する実施例と比較例の組合せは同一の表に示される。例えば、実施例4には比較例4が対応し、その組合せは表3に示される)に対する中性化速度比を求めた。各水硬性組成物について、比較例および対応する実施例の中性化速度と、求めた中性化速度比を表10に示す。
比較例1の配合に対し、硝酸マグネシウム(六水和物)、硝酸アンモニウム、硝酸ナトリウム、硝酸カリウムを、表11に示す配合比で添加し、セメントペーストとした。これらの硝酸塩は全て関東化学社製の特級試薬を使用した。
中性化期間28日までの結果から、中性化速度係数を算出した。硝酸イオンに換算した中性化抑制剤の量と中性化速度係数との関係を求めた。実施例11〜14の中性化速度係数の、中性化抑制剤を添加していない比較例1の中性化速度係数に対する比率を図4に示す。
種々のセメントにおいて、硝酸塩化合物からなる中性化抑制剤により、中性化の進行を抑制できることが確かめられた。また、中性化抑制剤の配合量を増やすことにより、中性化の進行をより抑えられることが確かめられた。
ペースト、モルタル、コンクリート中の粉体の構成を変更しても、中性化抑制剤により中性化深さを小さくすることができた。すなわち、本発明の中性化抑制剤は、様々な種類、配合のセメントペースト、モルタル、コンクリートに対して、中性化の進行を抑制できることが確かめられた。
Claims (8)
- セメントと、硝酸塩化合物からなる中性化抑制剤とを含むことを特徴とする水硬性組成物。
- 全粉体量に対して、前記中性化抑制剤を硝酸イオン(NO3 −、式量62)に換算して0.8質量%以上5.0質量%以下含むことを特徴とする請求項1に記載の水硬性組成物
。 - 全粉体中におけるポルトランドセメントの配合率が80質量%以下であることを特徴とする請求項1または2に記載の水硬性組成物。
- 前記セメントが、高炉セメント、フライアッシュセメント、環境配慮型セメントのいずれかであることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の水硬性組成物。
- 前記中性化抑制剤が、硝酸カルシウム、硝酸マグネシウム、硝酸ナトリウム、硝酸アンモニウム、硝酸カリウムのいずれか1種以上を含むことを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の水硬性組成物。
- 請求項1〜5のいずれかに記載の水硬性組成物からなる硬化体。
- 硝酸塩化合物からなる中性化抑制剤。
- セメントを含む水硬性組成物に、硝酸塩化合物からなる中性化抑制剤を含有させることを特徴とする硬化体の中性化抑制方法。
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