JP2023151136A

JP2023151136A - 遮塩性水硬性組成物、モルタル組成物及びモルタル硬化体

Info

Publication number: JP2023151136A
Application number: JP2022060583A
Authority: JP
Inventors: 友樹片桐; Tomoki Katagiri; 靖彦戸田; Yasuhiko Toda; 誠貫田; Makoto Nukita; 義則中嶋; Yoshinori Nakajima
Original assignee: Ube Construction Materials Co Ltd
Current assignee: Ube Construction Materials Co Ltd
Priority date: 2022-03-31
Filing date: 2022-03-31
Publication date: 2023-10-16

Abstract

【課題】遮塩性が高く、塩害による劣化をより有効に抑制できる遮塩性水硬性組成物を提供すること。【解決手段】遮塩性が高く、塩害による劣化をより有効に抑制できる水硬性組成物であって、ポルトランドセメント、アルミナセメント、及び石膏の３成分の含有量を、それぞれ当該３成分の合計量に対する質量百分率として、ポルトランドセメント０質量％を超えて９０質量％未満、アルミナセメント０質量％を超えて８０質量％未満、及び石膏１０質量％を超えて４０質量％未満を含み、前記アルミナセメントのＣａＯ／Ａl２Ｏ３モル比が０．７を超えることを特徴とする遮塩性水硬性組成物。【選択図】なし

Description

本発明は、遮塩性水硬性組成物、モルタル組成物及びモルタル硬化体に関する。

従来、コンクリート構造物等に含まれる鉄筋などの鋼材が塩化物イオンにより腐食を受けてコンクリート構造物が劣化する塩害が問題となっている。塩害は、海水等の塩化物イオンを含む環境水、又は塩分の飛来、あるいは寒冷地や山間部で使用する凍結防止剤により引き起こされることが多い。塩害で劣化したコンクリート構造物は、補修後も除去しきれなかった塩化物イオンや外部からの新たな塩化物イオンの浸入による再劣化を抑制することが必要であり、塩分吸着剤を含む塩害補修用断面修復材や塩化物イオン浸透抵抗性があるカルシウムアルミネートを含有してなるセメント混和材が知られている。（特許文献１及び２）。

特開２０１３－２２７２１０号公報特開２００５－１０４８２８号公報

しかしながら、塩分吸着剤には毒性が懸念される亜硝酸イオンが担持されているため、保管や施工時に周辺環境に配慮する必要があり、高価であるという問題点がある。また、カルシウムアルミネートを含有してなるセメント混和材は、ＣａＯ／Ａｌ_２Ｏ_３モル比が０．３未満では、塩化物イオン浸透抵抗性が充分に得られない場合がありコストも高く、０．３以上０．７以下では塩化物イオン浸透抵抗性は改善されるものの低コスト化は困難であった。一方、塩化物イオンの浸透抑制効果の向上やコスト低減のためにＣａＯ／Ａｌ_２Ｏ_３モル比が０．７を超えるカルシウムアルミネートを用いると急硬性が現れるようになり、可使時間が確保できない場合や塩化物イオンの浸透抑制効果が充分に得られない場合があった。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、遮塩性が高く、塩害による劣化をより有効に抑制できる遮塩性水硬性組成物、及び当該遮塩性水硬性組成物から得られるモルタル組成物及びモルタル硬化体を提供することを目的とする。

本発明の水硬性組成物は、遮塩性水硬性組成物であって、ポルトランドセメント、アルミナセメント、及び石膏の３成分の含有量を、それぞれ当該３成分の合計量に対する質量百分率として、ポルトランドセメント０質量％を超えて９０質量％未満、アルミナセメント０質量％を超えて８０質量％未満、及び石膏１０質量％を超えて４０質量％未満を含み、前記アルミナセメントのＣａＯ／Ａl_２Ｏ_３モル比が０．７を超える。

上記遮塩性水硬性組成物が、更に樹脂繊維を含んでよい。

上記遮塩性水硬性組成物の塩化物イオンの実効拡散係数が、０．２０ｃｍ^２／年以下であってよい。

本発明のモルタル組成物は、上記遮塩性水硬性組成物と水とを含有する組成物である。

本発明のモルタル硬化体は、上記モルタル組成物の硬化物を含有する。

本発明によれば、遮塩性が高く、塩害による劣化をより有効に抑制できる遮塩性水硬性組成物、モルタル組成物及びモルタル硬化体を提供することができる。

本発明の一実施形態に係る遮塩性水硬性組成物は、ポルトランドセメント、アルミナセメント、及び石膏の３成分の含有量を、それぞれ当該３成分の合計量に対する質量百分率として、ポルトランドセメントの含有量が０質量％を超えて９０質量％未満であり、アルミナセメントの含有量が０質量％を超えて８０質量％未満であり、石膏の含有量が１０質量％を超えて４０質量％未満であり、アルミナセメントのＣａＯ／Ａl_２Ｏ_３モル比が０．７を超える。当該遮塩性水硬性組成物は、塩化物イオンの実効拡散係数が低く、遮塩性に優れる。例えば、本実施形態の遮塩性水硬性組成物は、塩化物イオンの実効拡散係数が０．２０ｃｍ^２／年以下であってよく、０．１５ｃｍ^２／年以下であってよい。なお、本明細書では、ポルトランドセメント、アルミナセメント、及び石膏の３成分を水硬性成分と呼び、これら３成分の合計量を水硬性成分の総量と呼ぶ。

遮塩性水硬性組成物におけるポルトランドセメントの含有量は、更に遮塩性を向上する観点から、水硬性成分の総量に対して、５質量％を超えて７０質量％未満であってよく、１０質量％を超えて６０質量％未満であってよく、１５質量％を超えて５０質量％未満であってよい。

遮塩性水硬性組成物におけるアルミナセメントの含有量は、更に遮塩性を向上する観点から、水硬性成分の総量に対して、５質量％を超えて７５質量％未満であってよく、２０質量％を超えて７０質量％未満であってよく、３０質量％を超えて６５質量％未満であってよい。

遮塩性水硬性組成物における石膏の含有量は、更に遮塩性を向上する観点から、水硬性成分の総量に対して、１２質量％を超えて３７質量％未満であってよく、１３質量％を超えて３３質量％未満であってよく、１５質量％を超えて３０質量％未満であってよい。

このような遮塩性水硬性組成物から形成したモルタル組成物及びモルタル硬化体が遮塩性に優れるメカニズムについては、必ずしも明らかとなっているわけではないが、本発明者らは、以下のように考えている。まず、本実施形態の遮塩性水硬性組成物から形成したモルタル硬化体には、水和物の生成により緻密な組織からなるため、塩化物イオンを透過しにくい。さらに、透過した塩化物イオンも、フリーデル氏塩Ｃ_３Ａ・ＣａＣｌ_２・１０Ｈ_２Ｏとして固定化される。このようにして、緻密な硬化体によって外部からモルタル硬化体内に塩化物イオンが浸入しづらく、浸入した塩化物イオンも化学的に吸着されるため、遮塩性に優れると考えられる。

ポルトランドセメントとしては、普通ポルトランドセメント、早強ポルトランドセメント、超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、低熱ポルトランドセメント、白色ポルトランドセメントなどが挙げられ、いずれの市販品も使用することができる。これらのうちの一種又は二種以上を用いることができる。入手が容易であり、さらにコストの観点から、普通ポルトランドセメント又は早強ポルトランドセメントを用いることが好ましい。

ポルトランドセメントのブレーン比表面積は、好ましくは２５００～６０００ｃｍ^２／ｇであり、より好ましくは３０００～５５００ｃｍ^２／ｇであり、更に好ましくは３３００～５０００ｃｍ^２／ｇである。ポルトランドセメントのブレーン比表面積は、ＪＩＳＲ５２０１：２０１５に準じて求めることができる。ポルトランドセメントのブレーン比表面積が上記の好ましい範囲であることにより、水和反応が好適に進行し、優れた遮塩性が得られる。

アルミナセメントとしては、鉱物組成の異なるものが数種知られ市販されているが、いずれも主成分はモノカルシウムアルミネート（ＣＡ）であり、市販品についてはその種類によらず使用することができる。アルミナセメントの主成分は、カルシウムアルミネートである。アルミナセメントの主成分として好ましく用いられるカルシウムアルミネートとしては、例えば、ＣＡ、Ｃ_１２Ａ_７、Ｃ_４ＡＦ、Ｃ_２ＡＳ等が挙げられる。アルミナセメントは、これらのカルシウムアルミネートのうちの一種のみを含んでいてもよいし、複数種類のカルシウムアルミネートを含んでいてもよい。

アルミナセメントは、遮塩性及び速硬性の観点から、その組成がＣａＯ／Ａl_２Ｏ_３モル比で０．７を超えるものが好ましく、０．８～２．８の範囲にあるものがより好ましく、１．０～２．５の範囲にあるものが更に好ましい。

アルミナセメントのブレーン比表面積は、好ましくは２０００～６０００ｃｍ^２／ｇであり、より好ましくは２３００～５０００ｃｍ^２／ｇであり、更に好ましくは２５００～４０００ｃｍ^２／ｇである。アルミナセメントのブレーン比表面積は、ＪＩＳＲ２５２１－１９９５に準じて求めることができる。アルミナセメントのブレーン比表面積が上記の好ましい範囲であることにより、水和反応が好適に進行し、遮塩性がさらに向上する。

石膏としては、例えば、二水石膏、半水石膏及び無水石膏が挙げられ、排煙脱硫やフッ酸製造工程等で副産される石膏、又は天然に産出される石膏のいずれも使用することができる。石膏は、モルタル組成物と水とを混練して得られるモルタル硬化体が硬化した後の寸法安定性を保持する成分として機能するものである。

石膏のブレーン比表面積は、好ましくは２０００～８０００ｃｍ^２／ｇであり、より好ましくは２５００～７０００ｃｍ^２／ｇであり、更に好ましくは３０００～６０００ｃｍ^２／ｇである。なお、石膏のブレーン比表面積は、ＪＩＳＲ５２０１：２０１５に準じて求めることができる。

遮塩性水硬性組成物には細骨材を含んでいてもよい。好ましく用いられる細骨材としては、例えば、珪砂、川砂、陸砂、海砂、砕砂等の砂類等が挙げられ、その種類を問わず、一種の細骨材のみを含んでいてもよいし、複数種類の細骨材を含んでいてもよい。

細骨材の含有量は、水硬性成分１００質量％に対して、好ましくは５０～３００質量％であり、より好ましくは５５～２７０質量％であり、更に好ましくは６０～２５０質量％である。細骨材の含有量を上記範囲とすることにより、遮塩性及び強度を一層向上することができる。

遮塩性水硬性組成物には、水を配合してもよい。水を配合した遮塩性水硬性組成物をモルタル組成物と呼ぶ。

遮塩性水硬性組成物は、高炉スラグ、石灰石、消石灰、フライアッシュ、シリカフューム、膨張材、流動化剤、減水剤、遅延剤、促進剤、収縮低減剤、樹脂粉末、増粘剤、消泡剤などのうちの一種又は二種以上を、本発明の目的を実質的に阻害しない範囲で含んでいてもよい。

遮塩性水硬性組成物は、樹脂繊維を含んでいてもよい。樹脂繊維を含有させることにより、硬化時のクラックの発生を抑制できるとともに施工性が向上する。

樹脂繊維としては、例えば、ポリエチレン、エチレン・酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）、ポリプロピレンなどのポリオレフィン；ポリエステル、ポリアミド、ポリビニルアルコール、ビニロン及びポリ塩化ビニル等の樹脂成分を含む繊維等が挙げられる。遮塩性水硬性組成物は、１種の樹脂繊維のみを含んでいてもよいし、複数種類の樹脂繊維を含んでいてもよい。

樹脂繊維の繊維長は、混合時のハンドリング性や組成物中での分散性向上、及びモルタル硬化体の特性向上の観点から、好ましくは０．５ｍｍ～１５．０ｍｍであり、より好ましくは１．０ｍｍ～１２．０ｍｍであり、さらに好ましくは２．０ｍｍ～８．０ｍｍである。

樹脂繊維の含有量は、水硬性成分の総量１００質量％に対し、好ましくは０．０１質量％～３質量％であり、より好ましくは０．０３質量％～２質量％であり、さらに好ましくは０．０５質量％～１質量％である。

樹脂繊維の繊維長及び含有量を上述の範囲に調整することにより、遮塩性や耐久性を損なわずにモルタル硬化体の耐クラック性をさらに向上することができる。

本実施形態の遮塩性水硬性組成物は、塩害対策用途に使用でき、断面修復材として有用である。また、本実施形態の遮塩性水硬性組成物は、例えば、プレキャスト製品の接合部充填材、目地材、グラウト材など、モルタル硬化体及び当該モルタル硬化体に少なくとも一部が埋め込まれた鋼材とを有する構造体において使用することもできる。

本実施形態の遮塩性水硬性組成物を使用した補修方法としては、特に限定されないが、例えば、鋼材を含むセメント系構造体における劣化や損傷したセメント系硬化体を除去する工程と、当該セメント系硬化体が除去された空間に上記遮塩性水硬性組成物を塗工や注入する工程と、当該遮塩性水硬性組成物が硬化する工程と、を備えてもよい。

（遮塩性水硬性組成物の製造）
表１に記載の割合でポルトランドセメント、アルミナセメント及び石膏を配合して遮塩性水硬性組成物とし、遮塩性水硬性組成物１００質量％に対して細骨材１１３質量％、樹脂繊維０．４質量％を加えて調製した粉体に水粉体比１３％（水１３０ｇ／粉体１０００ｇ）で水を加えて、混練してモルタルを調製した。
なお、使用した各成分は、以下のとおりである。
ポルトランドセメント：ポルトランドセメント
宇部三菱セメント社製、ブレーン比表面積４５００ｃｍ^２／ｇ
アルミナセメント：イメリス社製、ブレーン比表面積３１００ｃｍ^２／ｇ、
ＣａＯ／Ａl_２Ｏ_３モル比１．７７
石膏：ブレーン比表面積４１４０ｃｍ^２／ｇ
樹脂繊維：ポリアミド樹脂系、繊維長５ｍｍ
細骨材：粒径２ｍｍ以下の珪砂

（塩化物イオンの実効拡散係数の測定）
実施例１～３及び比較例１～６の水硬性モルタル組成物について、日本土木学会編コンクリート標準示方書ＪＳＣＥ－Ｇ５７１－２０１３「電気泳動によるコンクリート中の塩化物イオンの実効拡散係数試験方法（案）」に準拠して塩化物イオンの電気泳動試験を行い、水硬性モルタル硬化体の塩化物イオンの実効拡散係数（ｃｍ^２／年）を求めた。結果を表１に示す。

Claims

ポルトランドセメント、アルミナセメント、及び石膏の３成分の含有量を、それぞれ当該３成分の合計量に対する質量百分率として、ポルトランドセメント０質量％を超えて９０質量％未満、アルミナセメント０質量％を超えて８０質量％未満、及び石膏１０質量％を超えて４０質量％未満を含み、前記アルミナセメントのＣａＯ／Ａl_２Ｏ_３モル比が０．７を超えることを特徴とする遮塩性水硬性組成物。
更に樹脂繊維を含むことを特徴とする、請求項１に記載の遮塩性水硬性組成物。
塩化物イオンの実効拡散係数が０．２０ｃｍ^２／年以下である請求項１又は請求項２に記載の遮塩性水硬性組成物。
請求項１～３のいずれか一項の遮塩性水硬性組成物と水とを含有するモルタル組成物。
請求項４に記載のモルタル組成物の硬化物を含有するモルタル硬化体。