JP3970201B2

JP3970201B2 - セメント組成物、コーティング材料、及びそれを用いた遮塩方法

Info

Publication number: JP3970201B2
Application number: JP2003112683A
Authority: JP
Inventors: 実盛岡; 圭介中村; 悦郎坂井
Original assignee: Denki Kagaku Kogyo KK
Current assignee: Denka Co Ltd
Priority date: 2003-04-17
Filing date: 2003-04-17
Publication date: 2007-09-05
Anticipated expiration: 2023-04-17
Also published as: JP2004315303A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、主に、土木・建築業界等において使用されるセメント組成物、コーティング材料、及びそれを用いた遮塩方法、特に、耐硫酸塩性、耐海水性、及び低アルカリ性のセメント組成物、それを用いて調製されたコーティング材料、並びに、それを用いた遮塩方法に関する。
なお、本発明における部や％は特に規定しない限り質量基準で示す。
また、本発明におけるセメント・コンクリートとは、セメントペースト、モルタル、及びコンクリートを総称するものである。
【０００２】
【従来の技術とその課題】
最近では環境問題が大きく取り上げられ、各種の産業から副生する副産物の有効利用が以前にも増して重要視されている。
例えば、製紙業界の副産物であるパルプスラッジ焼却灰の有効利用に関し、ポルトランドセメントにパルプスラッジ焼却灰を混和して使用する方法が提案されている(特許文献１、特許文献２参照)。
しかしながら、パルプスラッジ焼却灰には塩素分が約１％程度含有されているため、鉄筋の腐食を誘発するという課題があり、現状では実用化されていないのが実状である。
【０００３】
一方、ポルトランドセメントとは異なる水硬性材料として、カルシウムアルミネートが知られている。
このカルシウムアルミネートを使用する代表例がアルミナセメントである。カルシウムアルミネートを主成分とするアルミナセメントは、水和硬化が速く、耐海水性や耐酸性に優れるといった特徴があるため、緊急補修用や護岸構造物等に用いられることもあるが、水和物が経時的に密度の大きいものに変化して収縮(コンバージョンという)するため、長期的に著しい強度低下を起こすという課題があった。
【０００４】
このような課題を解消する方法としては、高炉水砕スラグ、フライアッシュ、又はシリカフュームなどを混和することが知られている(特許文献３、特許文献４参照)。
しかしながら、高炉水砕スラグ、フライアッシュ、又はシリカフュームはすでに用途が多く見出されており、特殊用途への展開が積極的になされることは現状ではあまりない。
【０００５】
【特許文献１】
特開平０７−０６９６９４号公報
【特許文献２】
特開２００２−３２１９５２号公報
【特許文献３】
特開昭６０−１８０９４５号公報
【特許文献４】
特開平０１−１４１８４４号公報
【０００６】
本発明者は、鋭意努力を重ねた結果、カルシウムアルミネートとパルプスラッジ焼却灰を併用することにより、パルプスラッジが含む塩素による発錆も起こらず、また、カルシウムアルミネートのコンバージョンも起こらないことを、さらに、カルシウムアルミネートとパルプスラッジ焼却灰をコーティング材料としてポルトランドセメントを用いて硬化したセメント・コンクリート硬化体の表面にコーティングすることで、セメント・コンクリート構造物への遮塩効果が得られ、塩化物イオンによる鉄筋の発錆を抑制することができることを知見し、そして、未だに有効利用方法が見出されていないパルプスラッジ焼却灰の有効利用とカルシウムアルミネートの長期強度低下を共に解消できることを知見し、本発明を完成するに至った。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
即ち、本発明は、カルシウムアルミネート９５〜４０部とブレーン比表面積値で 3,000 〜 10,000cm ² /g のパルプスラッジ焼却灰５〜６０部を含有してなるセメント組成物であり、カルシウムアルミネート、パルプスラッジ焼却灰、及び潜在水硬性物質からなるセメント組成物１００部中、カルシウムアルミネート３０〜９０部、ブレーン比表面積値で 3,000 〜 10,000cm ² /g のパルプスラッジ焼却灰５〜５０部、高炉水砕スラグ微粉末、フライアッシュ、及びシリカフュームより選ばれる一種又は二種以上の潜在水硬性物質５０部以下を含有してなるセメント組成物であり、該セメント組成物を用いて調製したペースト又はモルタルを含有するコーティング材料であり、さらに、該コーティング材料をポルトランドセメントを用いたセメント・コンクリート硬化体表面にコーティングすることを特徴とする遮塩方法である。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を詳細に説明する。
【０００９】
本発明で使用するカルシウムアルミネート(以下、ＣＡという)とは、CaOとAl2O3を主体とする化合物を総称するものであり、特に限定されるものではない。その具体例としては、例えば、CaO・2Al2O3、CaO・Al2O3、12CaO・7Al2O3、11CaO・7Al2O3・CaF2、及び3CaO・Al2O3などが挙げられ、非晶質のＣＡも使用可能である。
これらのＣＡを工業的に製造する場合の原料としては、CaO原料としては、例えば、石灰石や貝殻等の炭酸カルシウム、消石灰等の水酸化カルシウム、あるいは生石灰等の酸化カルシウムなどを挙げることができる。また、Al2O3原料としては、例えば、ボーキサイト、アルミドロス、及びアルミ残灰等を挙げることができる。
これらのＣＡを工業的に得る場合、例えば、Li2O、Na2O、K2O、MgO、TiO2、MnO、Fe₂O₃、B2O3、SiO2、P2O5、及びSなどの不純物が含まれることがある。
また、不純物化合物として、4CaO・Al2O3・Fe2O3、6CaO・2Al2O3・Fe2O3、及び6CaO・Al2O3・2Fe2O3などのカルシウムアルミノフェライト、2CaO・Fe2O3やCaO・Fe2O3などのカルシウムフェライト、ゲーレナイト2CaO・Al2O3・SiO2、及びアノーサイトCaO・Al2O3・2SiO2などのカルシウムアルミノシリケート、メルビナイト3CaO・MgO・2SiO2、アケルマナイト2CaO・MgO・2SiO2、及びモンチセライトCaO・MgO・SiO2などのカルシウムマグネシウムシリケート、トライカルシウムシリケート3CaO・SiO2、ダイカルシウムシリケート2CaO・SiO2、ランキナイト3CaO・2SiO2、及びワラストナイトCaO・SiO2などのカルシウムシリケート、遊離石灰、並びに、リューサイト(K2O、Na2O)・Al2O3・SiO2などを含む場合がある。本発明ではこれらの結晶質又は非晶質が、本発明の目的を損なわない範囲内であれば、混在していても使用可能である。
さらに、本発明では、ＣＡとして、市販のアルミナセメントを利用することが可能である。
【００１０】
本発明で使用するパルプスラッジ焼却灰(以下、ＰＳ灰という)とは、製紙の製造過程で発生するパルプスラッジを焼却処分した際に発生する副産物を総称するものであり、特に限定されるものではない。
ＰＳ灰の化学成分としては、例えば、強熱減量、CaO、Al2O3、及びSiO2を主成分とし、その他の微量成分を含んでいる。微量成分としては、Na2O、K2O、MgO、TiO2、SO3、及び塩素等が挙げられる。
ＰＳ灰の粒度は特に限定されるものではないが、ブレーン比表面積値(以下、ブレーン値という)で3,000〜10,000cm²/gが好ましく、4,000〜8,000cm²/gがより好ましい。3,000cm²/g未満ではコンバージョンによる長期的な強度低下の抑制効果が充分でない場合があり、10,000cm²/gを超えると混練水が多く必要とするため強度発現性や作業性が悪くなる場合がある。
【００１１】
本発明では、ＰＳ灰とともに、高炉水砕スラグ微粉末、フライアッシュ、及びシリカフュームより選ばれる一種又は二種以上(以下、潜在水硬性物質という)を併用することが可能である。
高炉水砕スラグ微粉末は製鉄業界から発生する副産物であり、フライアッシュは火力発電所から発生する副産物であり、シリカフュームはフェロシリコン、電融ジルコニア、及び金属シリコンの製造時に発生する副産物である。これらはいずれもJIS規格で規定されており、本発明ではいかなるものも使用可能である。
本発明の潜在水硬性物質の粒度は、その種類や素性によって大きく異なるため一義的に決定されるものではなく、また、特に限定されるものでもないが、ブレーン値で3,000〜200,000cm^２/gが好ましく、4,000〜150,000cm^２/gがより好ましい。3,000cm^２/g未満では強度発現性が充分に得られない場合があり、200,000cm^２/gを超えると作業性が悪くなる場合がある。
【００１２】
本発明のセメント組成物やコーティング材料中の各成分の配合割合は特に限定されるものではないが、ＣＡ、ＰＳ灰、及び潜在水硬性物質からなるセメント組成物100部中、ＣＡは30〜90部が好ましく、50〜80部がより好ましい。また、ＰＳ灰は５〜50部が好ましく、10〜30部がより好ましい。さらに、潜在水硬性物質は50部以下が好ましく、10〜40部がより好ましい。ＣＡが30部未満では初期強度発現性が充分でない場合があり、90部を超えるとコンバージョンによる長期強度の低下が見られる場合がある。また、ＰＳ灰が５部未満ではコンバージョン防止効果が得られない場合があり、50部を超えると初期強度発現性が悪くなり、また、混練水が増加する傾向にある。さらに、潜在水硬性物質はＰＳ灰と併用することでコンバージョンによる長期的な強度低下を防止する効果をより助長し、また、中期から長期の強度発現性のバランスに優れるセメント組成物となる面から50部以下が好ましい。50部を超えると初期強度発現性が悪くなる場合がある。
【００１３】
本発明のセメント組成物の粒度は、特に限定されるものではないが、ブレーン値で3,000〜10,000cm^２/gが好ましく、4,000〜8,000cm^２/gがより好ましい。3,000cm^２/g未満では強度発現性が充分に得られない場合があり、10,000cm^２/gを超えると作業性が悪くなる場合がある。
【００１４】
本発明のセメント組成物は、それを水と練り混ぜたペーストとして、あるいは、フィラーや細骨材を配合したモルタルとして、コーティング材料として利用することも可能であり、ひび割れ防止や炭酸化による多孔化防止の観点から、フィラーや細骨材を配合することが好ましい。
【００１５】
ここで、フィラーや細骨材は特に限定されるものではないが、その具体例として、例えば、ケイ石系の細骨材やその粉末、石灰石系の骨材やその粉末、高炉徐冷スラグやその粉末、α型ワラストナイトやその粉末、さらには、γ-2CaO・SiO₂(γ-C2S)を主体とする粉粒状物等を用いることができる。これらのうち、高炉徐冷スラグやその粉末、α型ワラストナイトやその粉末、さらには、γ-C2Sを主体とする粉粒状物の一種又は二種以上を選定することが好ましい。
ここで、細骨材とは、土木学会基準をほぼ満たす粒度分布をもつ骨材を意味し、フィラーとは実質的に水硬性を持たない粉末状の物質で、粒度がブレーン値で1,000cm^２/g以上のものを意味する。
【００１６】
本発明で使用する水の使用量は、目的や用途によって一義的に決定されるものではなく、特に限定されるものではないが、通常、水／セメント組成物比で、25〜60％が好ましく、30〜50％がより好ましい。25％未満では混練が不充分となったり作業性が悪くなる場合があり、60％を超えるとコンバージョンによる長期的な強度低下が充分に抑制できない場合や、これをコーティング材料として用いた構造物への遮塩効果が充分でない場合がある。
【００１７】
本発明では、従来のポルトランドセメントで調製されたセメント・コンクリート硬化体の表面に塗って使用することが可能である。
このように、本発明のコーティング材料でセメント・コンクリート硬化体表面をコーティングすることによって、セメント・コンクリート内部への塩化物イオンの浸透抑制や、耐酸性を著しく改善することができる。
【００１８】
本発明で使用するポルトランドセメントとしては、普通、早強、超早強、低熱、及び中庸熱等の各種ポルトランドセメント、これらポルトランドセメントに、高炉スラグ、フライアッシュ、又はシリカを混合した各種混合セメント、また、石灰石粉末等を混合したフィラーセメント、並びに、都市ゴミ焼却灰や下水汚泥焼却灰を原料として製造された環境調和型セメント、いわゆるエコセメントなどが挙げられ、これらのうちの一種又は二種以上が使用可能である。
【００１９】
本発明のセメント組成物やコーティング材料はそれぞれの材料を施工時に混合してもよいし、あらかじめ一部あるいは全部を混合しておいても差し支えない。
【００２０】
コーティング方法は特に限定されるものではないが、通常、コテ塗りや吹付け施工等により、セメント・コンクリート硬化体表面にコーティングすることが可能である。
コーティングは下地コンクリートとの付着が重要であるため、吹付け施工によって、コーティングすることが好ましい。
【００２１】
【実施例】
以下、本発明の実験例に基づいてさらに説明する。
【００２２】
実験例１
ＣＡ、ＰＳ灰、及び潜在水硬性物質を表１に示すような割合で配合してセメント組成物を調製した。
このセメント組成物を用いて、JIS R 5201に準じてモルタルを調製し、圧縮強さ、塩化物浸透深さ、耐酸性、及び可溶性塩分を測定した。
なお、比較のために、ＣＡに代えて普通ポルトランドセメント(OPC)を用いた場合についても同様に行った。結果を表１に併記する。
【００２３】
＜使用材料＞
ＣＡ：市販のアルミナセメント、比重3.00、ブレーン値5,000cm2/g
ＰＳ灰：製紙業界からの副産物、比重2.28、ブレーン値6,800cm²/g
潜在水硬性物質Ａ：高炉水砕スラグ、比重2.90、ブレーン値4,000cm²/g
潜在水硬性物質Ｂ：フライアッシュ、比重2,40、ブレーン値4,000cm²/g
潜在水硬性物質Ｃ：シリカフューム、比重2,20、ブレーン値150,000cm²/g
ＯＰＣ：普通ポルトランドセメント、市販品の３種混合品、比重3.15、ブレーン値3,000cm²/g
【００２４】
＜測定方法＞
圧縮強さ：JIS R 5201に準じて測定
塩化物浸透深さ：材齢28日のモルタル供試体を擬似海水に12週間浸漬し、硬化体断面にフルオロセインを噴霧し、次いで硝酸銀を噴霧した。茶灰色に変化しなかった部分の深さを４点ノギスで測定し、塩化物浸透深さとした。
耐酸性：材齢28日のモルタル供試体をpH0.5の硫酸溶液に４週間浸漬し、目視によって外観を評価
可溶性塩分：塩化物イオンの溶脱量として、JCI-SC4-1987「硬化コンクリート中に含まれる塩分の分析方法」に準拠し、可溶性塩分を測定した。ただし、温水は用いず、20℃の純水を使用した。硬化体からの塩化物イオンの溶脱量
【００２５】
【表１】

【００２６】
実験例２
ＣＡ60部、ＰＳ灰20部、及び潜在水硬性物質Ａ20部からなるセメント組成物100部に対して、表２に示すフィラーを配合し、水／セメント組成物比45％で練り混ぜてコーティング材料とし、これをコンクリート硬化体表面に厚さ５mm程度塗りつけてコーティングした。
この硬化体を用いて、塩化物浸透深さと耐酸性を評価した。
なお、コーティングしたコンクリート硬化体は、普通ポルトランドセメントを用いて、水／セメント比60％で調製したものを使用した。
【００２７】
＜使用材料＞
フィラーａ：高炉徐冷スラグ粉砕品、比重3.00、ブレーン値4,000cm²/g
フィラーｂ：α型ワラストナイト、石灰石とシリカ質を配合して、1,450℃で焼成して合成、粉砕品、比重2.93、ブレーン値4,000cm2/g
フィラーｃ：γ-C2S、石灰石とシリカ質を配合して、1,450℃で焼成して合成、ダスティング直後品、比重2.97、ブレーン値1,800cm²/g
【００２８】
＜測定方法＞
塩化物浸透深さ：材齢１日以後、材齢７日までの６日間水中養生を行い、その後、擬似海水に24週間浸漬した。硬化体断面にフルオロセインを噴霧し、次いで硝酸銀を噴霧した。茶灰色に変化しなかった部分の深さを４点ノギスで測定し、塩化物浸透深さを測定した。
【００２９】
【表２】

【００３０】
【発明の効果】
本発明のセメント組成物を使用することにより、初期強度から長期にわたる強度発現性、耐塩化物浸透性、及び耐酸性に優れるセメント硬化体が得られ、可溶性塩分が少ないため、鉄筋の発錆への影響も小さくなるという効果を奏する。
また、本発明のコーティング材料でセメント・コンクリート硬化体表面をコーティングすることによって、コンクリート内部への塩化物イオンの浸透速度を著しく小さくでき、腐食にもでき、セメント・コンクリートへの塩化物イオンの浸透抑制や、耐酸性を著しく改善することができるなどの効果を奏する。

Claims

カルシウムアルミネート９５〜４０部とブレーン比表面積値で 3,000 〜 10,000cm ² /g のパルプスラッジ焼却灰５〜６０部を含有してなるセメント組成物。
カルシウムアルミネート、パルプスラッジ焼却灰、及び潜在水硬性物質からなるセメント組成物１００部中、カルシウムアルミネート３０〜９０部、ブレーン比表面積値で 3,000 〜 10,000cm ² /g のパルプスラッジ焼却灰５〜５０部、高炉水砕スラグ微粉末、フライアッシュ、及びシリカフュームより選ばれる一種又は二種以上の潜在水硬性物質５０部以下を含有してなるセメント組成物。
請求項１又は請求項２に記載のセメント組成物を用いて調製したペースト又はモルタルを含有するコーティング材料。
請求項３に記載のコーティング材料を、ポルトランドセメントを用いて硬化したセメント・コンクリート硬化体表面にコーティングすることを特徴とする遮塩方法。