JP2530745B2

JP2530745B2 - 耐硫酸塩性モルタル・コンクリ―トの配合方法

Info

Publication number: JP2530745B2
Application number: JP2123726A
Authority: JP
Inventors: 康訓松岡; 公隆宇治; 修一岡本; 英司大脇
Original assignee: Taisei Corp
Current assignee: Taisei Corp
Priority date: 1990-05-14
Filing date: 1990-05-14
Publication date: 1996-09-04
Anticipated expiration: 2011-09-04
Also published as: JPH0421554A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、特に高濃度の硫酸イオンを持つ環境条件下
でモルタル又はコンクリート（以下モルタル・コンクリ
ートという）を使用する場合の膨張特性および表面の耐
久性を改善する耐硫酸塩性モルタル・コンクリートの配
合方法に関する。

〔従来の技術〕

一般に、高濃度の硫酸イオンを持つ環境条件下では、
硫酸イオンによるモルタル・コンクリートの膨張や表面
の剥離などの劣化現象がみられる。この劣化現象は、例
えばセメント中に含まれるアルミネート成分が硫酸イオ
ンと反応して、硫酸カルシウムやカルシウムスルホアル
ミネート水和物、エトリンガイド（3CaO・Al₂O₃・3CaSO
₄・31〜32H₂O），モノサルフェート（3CaO・Al₂O₃・CaS
O₄・11〜12H₂O）等、を生成することにより発生する。
特にモルタル・コンクリートが硬化した後のエトリンガ
イトの生成は、その結晶の成長圧により顕著な劣化現象
を引き起こす。もっとも、モルタル・コンクリートが硬
化する前（正確には硬化する際）のエトリンガイトの生
成に関しては、その膨張性がむしろ有効に作用するので
あって、その点に着目し収縮低減コンクリート（膨張コ
ンクリート）などに利用されている。

上記のような硬化したモルタル・コンクリートの硫酸
イオンによる劣化現象に対応するため、従来は高濃度の
硫酸イオンを持つ環境条件下でモルタル・コンクリート
を使用する場合には、耐硫酸塩性セメントが使用されて
いた。

又、硫酸イオンが硬化したモルタル・コンクリートの
組織内部に侵入する速度を抑制することによりモルタル
・コンクリートの劣化速度を低減するために、セメント
に有機系混和剤を使用して硬化後のモルタル・コンクリ
ートの水密性を向上させるとか、高炉水砕スラグを混合
したりシリカヒュームを混合したセメントを用いてモル
タル・コンクリートの水密性や化学抵抗性を高めると
か、あるいは水セメント比，空気量，練り混ぜ方法，締
固め方法，養成方法，表面処理方法，骨材粒度などを制
御するなどの方法が行われている。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、従来の耐硫酸塩性セメントを使用した
モルタル・コンクリートでは高濃度の硫酸塩環境下で必
ずしも良好な結果が得られるとは限らないという問題が
あった。

また、上記従来の対応策は、耐硫酸塩性セメントを用
いる場合を除けば、いずれも硫酸イオンがモルタル・コ
ンクリート中に浸入する速度を抑制して単にモルタル・
コンクリートの劣化速度を低減させるに過ぎないもので
あり、浸入してしまった硫酸イオンに対しては化学抵抗
性がなく、根本的な劣化防止対策にはならないという問
題点があった。

そこで本発明は、こうした従来の問題点に着目してな
されたものであり、その目的とするところは、モルタル
・コンクリートの練り混ぜ時に一定量の硫酸カルシウム
化合物を添加することにより、結合材中のアルミネート
成分を予めカルシウムスルホアルミネート水和物にかえ
てしまい、その結晶の成長圧をモルタル・コンクリート
の硬化前に消耗させて硬化した後の硫酸イオンに対する
反応性を低減させる耐硫酸塩性モルタル・コンクリート
の配合方法を提供して上記従来の問題点を解決すること
にある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するため、本発明は、モルタル・コン
クリートに対し、その結合材中に含まれるアルミネート
成分をカルシウムスルホアルミネートとして消費できる
量の硫酸カルシウム化合物を予め添加して、前記モルタ
ル・コンクリートの硬化後に浸入する硫酸イオンと前記
アルミネート成分との反応を抑制する。

〔作用〕

モルタル・コンクリートが硬化する以前の練り混ぜ時
に添加した硫酸カルシウム化合物が、モルタル・コンク
リートの結合材であるセメントや高炉スラグ，フライア
ッシュ等に含まれるアルミネート成分と反応してカルシ
ウムスルホアルミネート水和物が生成する。この反応生
成物の結晶は硬化過程にあるモルタル・コンクリート中
で成長するのであって、硬化後のモルタル・コンクリー
ト内で成長して劣化現象を起こすことはない。

硬化後のモルタル・コンクリート内に硫酸イオンが浸
入しても、結合材中のアルミネート成分は既にカルシウ
ムスルホアルミネート水和物の生成反応で消費されてお
り、新たな反応は生じない。かくして、浸入した硫酸イ
オンによるモルタル・コンクリートの劣化が防止され
る。

本発明の配合方法によるモルタル・コンクリートは、
高濃度の硫酸イオンが存在する環境下で高強度を必要と
されない場合に好適に使用できる。

以下、更に詳細に説明する。

本発明の基本的な考え方は、モルタル・コンクリート
の結合材中のアルミネート成分をすべてカルシウムスル
ホアルミネート水和物であるエトリンガイトとして消費
するに足りる化学量論的な量の硫酸イオンを配合するこ
とにある。

具体的には、その硫酸イオン供給源として添加する硫
酸カルシウム化合物の添加量の算出方法について、二通
りの場合が考えられる。

第１の方法は、特に結合材としてポルトランドセメン
トのみを用いる場合に適応するものであり、結合材中の
アルミネート成分であるアルミン酸三カルシウム（3CaO
・Al₂O₃）をエトリンガイトとして消費する場合であ
る。

第２の方法は、特に結合材としてポルトランドセメン
ト以外に高炉スラグ，シリカヒューム，フライアッシュ
などを含む場合に適応するものであり、結合材中の全ア
ルミネート成分をエトリンガイトして消費する場合であ
る。

上記第１および第２の方法に基づく、硫酸カルシウム
化合物添加量の算出手順の例を次に示す。

（第１の方法）：先ず、添加する硫酸イオン量を算出する。

SO₄ ^2-（wt％）＝2.83×Al₂O₃−1.80×Fe₂O₃ ここに Al₂O₃:ポルトランドセメント中の含有率（wt％） Fe₂O₃;同上次いで、使用する硫酸カルシウム化合物の種類に応
じたポルトランドセメント使用量に対する添加量を算出
する（式中のSO₄ ^2-は上記で算出した値）。

ｉ）無水塩（CaSO₄）の場合 CaSO₄（wt％）＝1.42×SO₄ ^2- ii）0.5水和物（CaSO₄・1/2H₂O）の場合 CaSO₄・1/2H₂O（wt％）＝1.51×SO₄ ^2- iii）二水和物（CaSO₄・2H₂O）の場合 CaSO₄・2H₂O（wt％）＝1.79×SO₄ ^2- （第２の方法）：先ず、添加する硫酸イオン量を算出する。

SO₄ ^2-（wt％）＝2.83×Al₂O₃ ここに Al₂O₃;全結合材中の含有率（wt％）次いで、使用する硫酸カルシウム化合物に応じた全
結合材（ポルトランドセメントを含む）の使用量に対す
る添加量を算出する（式中のSO₄ ^2-は、第２の方法にお
けるで算出した値）。

ｉ）無水塩（CaSO₄）の場合 CaSO₄（wt％）＝1.42×SO₄ ^2- ii）0.5水和物（CaSO₄・1/2H₂O）の場合 CaSO₄・1/2H₂O（wt％）＝1.51×SO₄ ^2- iii）二水和物（CaSO₄・2H₂O）の場合 CaSO₄・2H₂O（wt％）＝1.79×SO₄ ^2- なお、上記の各式における係数（2.83,1.80,1.42,1.5
1,1.79）の算出は次による。

第１の方法 SO₄ ^2-（wt％）＝2.83×Al₂O₃−1.80×Fe₂O₃の場
合；ポルトラルドセメント中の3CaO・Al₂O₃の近似生成量
をＲ・Ｈ・Bogue（1929）の計算方式により次式で求め
る、 3CaO・Al₂O₃＝2.65×Al₂O₃−1.69×Fe₂O₃ 〔荒井康夫「セメントの材料化学」,p.113,大日本図書
（株）,1984年．〕。

組成3CaO・Al₂O₃・3CaSO₄・32H₂Oのエトリンガイド1m
olを生成するのに3molのSO₄ ^2-が必要であるから、 SO₄ ^2-＝（SO₄ ^2-のモル数×3/3CaO・Al₂O₃のモル数）×3
CaO・Al₂O₃の生成量＝（96.07×3/270.16）×｛（2.65×Al₂O₃−1.69×Fe₂O
₃）｝＝2.83×Al₂O₃−1.80×Fe₂O₃ ｉ）無水塩（CaSO₄）の場合 CaSO₄＝（無水塩のモル数/SO₄のモル数）×SO₄ ^2- ＝（136.15/96.07）×SO₄ ^2- ＝1.42×SO₄ ^2- ii）0.5水和物（CaSO₄・1/2H₂O）の場合 CaSO₄・1/2H₂O ＝（0.5水和物のモル数/SO₄のモル数）×SO₄ ^2- ＝（145.16/96.07）×SO₄ ^2- ＝1.51×SO₄ ^2- iii）二水和物（CaSO₄・2H₂O）の場合 CaSO₄・2H₂O（wt％）＝（二水和物のモル数/SO₄のモル数）×SO₄ ^2- ＝（172.19/96.07）×SO₄ ^2- ＝1.79×SO₄ ^2- 第２の方法 SO₄ ^2-（wt％）＝2.83×Al₂O₃の場合；エトリンガイトの組成が3CaO・Al₂O₃・3CaSO₄・32H₂Oで
あるので、Al₂O₃1molに対してSO₄が3mol必要であるか
ら、 SO₄ ^2-＝（SO₄のモル数×3/Al₂O₃のモル数）×Al₂O₃ ＝（96.07×3/101.92）×Al₂O₃ ＝2.83×Al₂O₃ 第１の方法に同じ〔実施例〕以下、本発明の配合方法により硫酸カルシウム化合物
を添加した場合を、硫酸カルシウム化合物を添加しない
場合と比較して説明する。

結合材の配合、及び硫酸カルシウム化合物の配合量の
異なる（無添加の場合を含む）ケース１〜ケース６の板
状の供試体を作製した。その配合を表１に示す。表１
中、無添加のケース１及びケース４は比較例であり、ケ
ース2,ケース3,ケース５及びケース６が実施例である。
硫酸カルシウム化合物は二水和物（CaSO・2H₂O）である
二水セッコウを用い、その添加量は上記「第１の方法」
及び「第２の方法」により算出している。

また結合材は普通ポルトランドセメントと高炉スラグ
とフライアッシュとを混合したもの（ケース１〜ケース
３）及び耐硫酸塩性ポルトランドセメントと高炉スラグ
とフライアッシュとを混合したもの（ケース４〜ケース
６）を用いている。なお、水と砂の混合比率は各ケース
とも同一にしている。

これらの供試体は、20℃の水中で所定期間の養生を行
った後、飽和硫酸ナトリウム溶液に１年間浸漬した。浸
漬１年経過後の各供試体の線膨張率（膨張量／元の長
さ）を測定して膨張性状を比較した結果を表１に併記し
て示す。

この結果から明らかなように、結合材中のアルミネー
ト成分に対し、本発明の算出方法により算出した量の硫
酸カルシウム化合物を添加することにより、高濃度硫酸
塩環境下（飽和硫酸ナトリウム溶液中）でのモルタル・
コンクリートの膨張を大幅に低減させることができる。

また、浸漬１年経過後の各供試体の表面劣化の状況を
目視観察したところ、比較例であるケース１及びケース
４（いずれも硫酸カルシウム化合物無添加）について顕
著な剥離と角部欠損が確認された。一方、硫酸カルシウ
ム化合物添加量が約５％である実施例のケース５につい
ては若干の角部欠損が認められたが、普通のポルトラン
ドセメントを使用した硫酸カルシウム化合物添加量が約
20％である実施例のケース２については極く僅かの剥離
しか認められない。耐硫酸塩ポルトランドセメントを使
用し硫酸カルシウム化合物添加量が約20％である実施例
のケース６と普通ポルトランドセメントを使用し硫酸カ
ルシウム化合物添加量が約30％である実施例のケース３
については殆ど剥離や欠損が認められなかった。

また、上記の結果から、高濃度硫酸塩環境下において
は、硫酸カルシウム化合物を添加しない耐硫酸塩セメン
トの単独使用（比較例のケース４）で必ずしも良好な結
果が得られるとはかぎらないことが分かる。

以上のことから、本発明にあっては、結合材中のアル
ミン酸三カルシウムをエトリンガイトとして消費するた
めの硫酸イオンの添加（第１の方法）、および結合材中
の全アルミネート成分をエトリンガイトとして消費する
ための硫酸イオンの添加（第２の方法）のいずれにおい
ても良好な結果が得られ、特に第２の方法によるものの
効果が大きいことが明白である。

〔発明の効果〕以上説明したように、本発明によれば、モルタル・コ
ンクリートに対し、結合材中に含まれるアルミネート成
分をカルシウムスルホアルミネートとして消費できる量
の硫酸カルシウム化合物を予め添加して、硬化後にモル
タル・コンクリートに浸入する硫酸イオンと前記アルミ
ネート成分との反応を抑制するものとしたため、結合材
中のアルミネート成分が予めカルシウムスルホアルミネ
ート水和物の生成に消費されることとなり、モルタル・
コンクリートが硬化した後の硫酸イオンによるモルタル
・コンクリートの劣化を防止できるという効果が得られ
る。

本発明の配合方法で得られるモルタル・コンクリート
は、高濃度の硫酸イオンが存在する環境下で使用され、
あまり高い強度は要求されない場合に好適に利用でき
る。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者大脇英司東京都新宿区西新宿１丁目25番１号大成建設株式会社内 (56)参考文献特開平１−103942（ＪＰ，Ａ) 特開昭53−85822（ＪＰ，Ａ)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】モルタル・コンクリートに対し、その結合
材中に含まれるアルミネート成分をカルシウムスルホア
ルミネートとして消費できる量の硫酸カルシウム化合物
を予め添加して、前記モルタル・コンクリートの硬化後
に浸入する硫酸イオンと前記アルミネート成分との反応
を抑制いることを特徴とする耐硫酸塩性モルタル・コン
クリートの配合方法。