JP3953469B2 - 耐酸性コンクリート - Google Patents
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Description
本発明の耐酸性コンクリートは、好ましい態様として、前記の全量に対して10〜50重量%の範囲の高炉スラグ微粉末および/またはフライアッシュを含有してもよく、さらに、0〜10重量%の範囲のシリカフュームを含有してもよい。
(A)ポルトランドセメントは、(0.1〜0.6)Z、すなわち、全量の10〜60重量%、
(B)高炉フュームは、(0.1〜0.4)Z、すなわち、全量の10〜40重量%、
(C)高炉スラグ微粉末は、(0.1〜0.5)Z、すなわち、全量の10〜50重量%、
(D)フライアッシュは、(0.1〜0.5)Z、すなわち、全量の10〜50重量%、
(E)シリカフュームは、(0〜0.1)Z、すなわち全量の0〜10重量%
となる。
(2) 高炉フュームと高炉スラグ微粉末、フライアッシュおよび/またはシリカフュームは、それらが保有するポゾラン反応性によって生成する水酸化カルシウムを硬化体の毛管空隙を埋める緻密な珪酸塩水和物に消費してしまい、安定化させる。
(3) 石膏成分を含み初期反応性のよい反応性アルミナを含む高炉フュームは、水和反応初期においてそれ自体が安定なエトリンガイトになるのみならず、アルミン酸三カルシウム(C3A)も安定なエトリンガイトに変化させてこれを消費してしまい、後工程の硫酸侵食時にはこれによる有害な膨張崩壊が起こり得ないようにする。また、反応性は高炉フュームよりもやや小さいが反応性アルミナを含む高炉スラグ微粉末も十分量の石膏が存在する場合は同様な効果を奏する。
実施例で用いた材料の性状は以下のとおりである。
高炉フューム
用いた高炉フューム(以下、BFFと記すことがある)の化学組成を表1に示す。SEM(走査型電子顕微鏡)観察ではBFFは球状の粒形をしており粒径も7μm以下がほとんどであった。レーザー回折式粒度分布測定装置では、最大粒径は約20μm、平均粒径3.9μmで、1μm以下では10%程度しか含まれず、0.2μm以下はなかった。また、密度2.60g/cm3、比表面積21,000cm2/gであった。
使用したポルトランドセメント(普通ポルトランドセメント:以下、OPCと記すことがある)の化学組成を表2に示す。OPCは、密度3.16g/cm3、比表面積3200cm2/gであった。
高炉スラグ微粉末(以下、BFSと記すことがある)は、「JIS A 6206の高炉スラグ微粉末6000」に準ずるもので、密度が2.91g/cm3、比表面積6000cm2/gのものを使用した。また、シリカフューム(以下、SFと記すことがある)は、JSCE-D106-1995に準ずるもので、密度が2.19g/cm3、比表面積が2×105cm2/gのものを使用した。
細骨材は、嘉穂産の3号、4号、5号、6号および7号の破砕したけい砂で、これをそれぞれ1:1:1:1:0.5の比率に混合して、コンクリート用細骨材の粒度を満足するように調整したもの(粒度範囲:2.5〜0mm)を使用した。密度2.63g/cm3。
硫酸に対する耐性を調べるため一定濃度に保った希硫酸(pH1.5)に浸漬することにより促進劣化試験を行なった。モルタルの配合は、水結合材比を30%とし、高炉フューム(BFF)、シリカフューム(SF)、高炉スラグ微粉末(BFS)をそれぞれ単独で普通ポルトランドセメント(OPC)に混入した2成分系のものとOPCにBFFとを併用した3成分系のものとした。また、一般に耐硫酸性のあるといわれるナフタレンスルホン酸塩系とその比較用にポリカルボン酸塩系の高性能AE減水剤をそれぞれ5%添加した場合についても同様の試験を行なった。
本発明の耐酸性コンクリートの特性を更に評価するために透気性試験を行った。試験は、28日間20℃水中で養生した後、2週間20℃、50%の相対湿度の室内で乾燥させた後、コンクリート打設方向とは直角方向である水平方向に空気を透過させた場合の透気係数と圧縮強度との関係を測定したものである。
嫌気性の硫酸塩還元細菌が棲息して硫化物とくに硫化水素が生成するとともに、気中に発散された硫化水素を酸化する硫黄バクテリアが棲息する下水処理場にコンクリート供試体を暴露した。すなわち、九州の某政令指定都市の下水処理場の汚泥濃縮層の最も劣化の激しい部位である上部水路にFRP暴露棚を設けて、5種類の配合の供試体を暴露した。気中の供試体は結露水に曝されるようにした。
暴露試験の一部として、前養生2日行った後、濃縮汚泥槽の暴露棚に所定期間暴露した供試体について測定した力学試験の結果を表3に示す。前養生2日間は、本発明のモルタルを劣化した下水コンクリートの補修に本発明のモルタルを用いるために使用することを考慮して定めた。
暴露試験に供したコンクリートの供試体の微細組織を調べるために細孔径分布測定を行なった。測定には、島津製作所社製水銀圧入式ポロシチメーター(ポアサイザ9320)を使用した。試料は、各供試体を外側および内側の部位において5mm間隔で切断した後、5.0mmふるいを通過し2.5mmふるいに残留したものをアセトンに浸漬し、真空乾燥機を用いて水和停止したものを試験に供した。測定細孔径は約7〜290,000nmまでである。
H. F. W. Taylerによる劣化作用を受けない通常のセメント硬化体の研究成果によると(H. F. W. Tayler "Cement Chemistry, 2nd
Edition" (Thomas Telford, 1998), pp. 247-249)、キャピラリー空隙の半径がr=d/2=100nm以上のものは半径10〜100nmのものに比べて強度に及ぼす影響が大きく、10nm以下のものは強度には殆ど影響しないとされている。そこで、それぞれのコンクリート供試体について、細孔径20nm以下の緻密で健全な空隙と20nm以上の粗で脆弱な空隙の暴露試験による変化の様子を調べた。
以上の解析結果から、1B1は劣化の兆候が見られるが、本発明に従い高炉フュームを加えた2B1〜5B1は暴露期間91日では劣化していないことが判明した。
1.尾道下水道内に暴露したモルタル供試体(φ5cm×10cm円柱)の劣化性状
試験期間:平成13年3月24日から平成13年8月22日
使用材料:普通ポルトランドセメント、高炉フューム、高炉スラグ微粉末、シリカフューム、抗菌剤、アクリル樹脂(表面塗布用)
供試体:φ5×10cm円柱モルタル供試体
配合:普通ポルトランドセメント W/C=40%、混和剤混入率=0、0.9%(抗菌剤)、50%(高炉スラグ微粉末)、30%(高炉フューム)、塗布(アクリル樹脂、以下アクリルと略記)
養生:供試体打設後3日間
暴露条件:平成13年3月27日〜平成13年8月22日
普通ポルトランドセメントの30%を高炉フュームで置換したNo.4-1およびNo.4-2のモルタルは約6ヶ月暴露後において、原形をとどめて、モルタル表面は硬い状態であったが、高炉スラグ微粉末で普通ポルトランドセメントの50%を置換したNo.3-1およびNo.3-2のモルタルの場合は、表面は軟化していたが、内部は硬い状態だった。その軟化した部分を除去した後の質量は、約20%低下していた。普通ポルトランドセメント単身のNo.-1およびNo.1-2の場合も高炉スラグモルタルの場合と同様であった。シリカフュームで普通ポルトランドセメントの10%を置換したNo.6-2の場合は、原形をとどめておらず、バラバラになっていた。普通ポルトランドセメントだけのNo.1-1およびNo.1-2並びにNo.1-1にアクリルを塗布した供試体のNo.5-1の場合も外形を保つことなく著しい劣化損傷を受けていた。質量減少については、高炉フュームは極めて小さく、その他はこれよりも大きく、とくにシリカフュームの場合は、内部までバラバラで質量減少は50%以上であった。
図5は、水結合材比40%の配合について材齢3日で下水道中に3ヶ月及び5ヶ月暴露したモルタルの圧縮強度試験結果を示しているが、高炉フュームを30%用いた場合の圧縮強度は他の配合の場合より大きいが5ヶ月後には相当低下している。紙型枠に入れたまま暴露した場合はどの場合も強度低下は著しく小さくなっている。すなわち、硫酸を含んだ水分を遮断できれば、硫酸による劣化を防ぐことが出来るが、下水道コンクリートのように表面を高強度モルタルや樹脂系補修材でコーティングしただけではコンクリート内部からの水分の浸透を防止できないと劣化を防止できないことが明らかとなった。
高炉フュームを用いたモルタルの硫酸に対する抵抗性が大きかったのは、初期強度発現性が大きく、材齢初期に密実になるため、外部からの硫酸を含んだ水が浸透しにくくなるためと思われる。高炉フュームを用いた場合、初期強度発現性は大きいが材齢7日以降の強度増大が普通ポルトランドセメントや高炉スラグ微粉末またはシリカフュームを用いた場合より小さいため、長期においては、長期での硫酸アタックによる劣化が大きくなることが懸念される。従って、長期において強度が増大してくる高炉スラグ微粉末と初期強度の発現が大きい高炉フュームとの併用が有効であると思われる。
同時に高炉フューム(石膏入り)入りの場合は凝固途上のフレッシュ状態から固体として体積がまだ十分に安定しない若材齢まででは、C3Aやその他の反応性アルミナと石膏が反応してエトリンガイトを生成し、硬化体の体積安定性を確保するので、後で硫酸のアタックを受けても抵抗性が増大すると思われる。
Claims (4)
- ポルトランドセメントの一部が高炉フュームで置換された組成を有し、高炉スラグ微粉末、フライアッシュおよび/またはシリカフュームを含有することがあるコンクリートであって、ポルトランドセメント、高炉フューム、高炉スラグ微粉末(含有する場合)、フライアッシュ(含有する場合)およびシリカフューム(含有する場合)の全量に対して、ポルトランドセメントが10〜60重量%の範囲にあり、且つ、高炉フュームが10〜40重量%の範囲にあることを特徴とする、下水道に利用されるのに好適な耐硫酸性コンクリート。
- 前記全量に対して10〜50重量%の範囲の高炉スラグ微粉末を含有することを特徴とする請求項1に記載の耐硫酸性コンクリート。
- 前記全量に対して10〜50重量%の範囲のフライアッシュを含有することを特徴とする請求項1に記載の耐硫酸性コンクリート。
- 前記全量に対して0〜10重量%の範囲のシリカフュームを含有することを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の耐硫酸性コンクリート。
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