JP4003947B2 - Electrochemical treatment of ready-mixed concrete - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、コンクリートの電気化学的な処理方法、特に未だ固まらないレディーミクストコンクリート中のアンモニウムイオンを除去し、コンクリート構造物からのアンモニアの発生を抑制する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術と課題】
美術館や博物館などでは新設のコンクリート構造物に収納された油絵、染色品、絹類などの文化財の変色が問題となっている。この原因としてコンクリートから発生するアンモニアガスが指摘され、コンクリートの原料であるセメント、骨材、水などに含まれる窒素化合物が関連していることが確認されている（例えば、非特許文献１参照）。
【０００３】
アンモニアはコンクリート構造物完成初期に発生するため、建物の竣工後６ケ月から１年間にわたり放置する、いわゆる「木枯らし期間」を設け、アンモニアの発散が収まるのを待ってから文化財を収納する措置が取られている。しかしながら、この「木枯らし期間」中の時間的損失が大きいことからアンモニアガスの発生を抑制する方法が種々検討されている。
【０００４】
最も一般的な方法として、早強セメント、及び加熱処理した骨材及び水を使用したコンクリートが提案されている（例えば、特許文献１参照）。普通セメントには重量の５％以下の範囲内で、窒素分を含んだ高炉水砕スラグや石灰石微粉末等の混合材が認められているが、早強セメントには混合材が使用されていない。また、骨材や水も加熱処理により窒素分が除去されるため、アンモニアガス発生量の少ないコンクリートを調製することが可能になる。しかしながら、骨材や水の加熱には多大な労力とコストがかかるため経済的でない。しかも完全にアンモニアガスの発生を抑制するのは難しいという課題があった。
【０００５】
また、コンクリートの表面にアンモニアを吸収する特殊シートを貼り付ける工法が提案されている（例えば、非特許文献２参照）。しかしながら、この方法は積極的にアンモニアガスの発生を促していないため、ガスの吸収に時間がかかり、更に完全に除去できないという課題がある。
【０００６】
更に、空調機にアンモニア吸着材を取り付ける方法も検討されている（例えば、非特許文献３参照）。しかしながら、この方法も、シートによる方法同様、アンモニアガスの吸収に時間がかかり、また完全に除去できないという課題を有している。
【０００７】
又、コンクリートの耐久性の観点からアルカリ骨材反応が問題となっている。
アルカリ骨材反応とは、コンクリート材料として用いる骨材の中に、例えばＡＳＴＭ Ｃ ２９５に示されているクリストバライト、トリジマイト、微小石英、微小雲母、シリカ成分等の反応性鉱物を多く含有する反応性骨材とセメント中に含まれるナトリウムやカリウム等のアルカリ成分が反応し、体積膨張を起こす現象であり、アルカリ−シリカ反応とも呼ばれている。
【０００８】
このアルカリ骨材反応を抑制する方法としては、反応性骨材を使用しないこと、低アルカリ型セメントを使用すること、或いはアルカリ骨材反応抑制効果のある高炉セメントＢ種やＣ種等の混合セメントを用いるなどの方法が実施されている。しかしながら、日本の骨材事情は厳しく、無害でない骨材を使用することも多い。
【０００９】
そこで、本発明者らは前記課題に対し種々検討を重ねた結果、未硬化のレディーミクストコンクリートからアンモニウムイオンを除去し、同時にナトリウムイオンも除去し、短時間でアンモニアフリー、アルカリフリーのコンクリートが調製可能であることを見出し本発明を完成するに至った。
【００１０】
【特許文献１】
特開平１０−２８７４６２号公報
【非特許文献１】
岸谷孝一、黒坂五馬著、「コンクリートから出る空中遊離物質が他の物質に及ぼす影響」日本建築学会関東支部研究報告集、１９７６年、ｐ．３５７−３６０
【非特許文献２】
三谷一房、岩波洋ほか著、「美術館、博物館におけるアンモニア抑制工法の開発」大林組技術研究所報Ｎｏ．５３、１９９６年、ｐ．９９−１０４
【非特許文献３】
小塩良次、松田弘一ほか著、「美術空調設備、第９回空気清浄とコンタミネーションコントロール研究大会」平成２年５月、ｐ．１１７−１２０
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記課題を解決することを目的とし、その構成は、練混ぜ後の固まっていない凝結遅延剤を含有するレディーミクストコンクリート中に、少なくとも２つの電極を挿入し、少なくとも１つを陽極、少なくとも１つを陰極とし、陰極の周囲に電解質溶液を保持することができる保持材を配置して通電し、レディーミクストコンクリート中のアルカリ物質を除去することを特徴とする。
【００１２】
すなわち、本発明は混り混ぜられて打設する以前の未だ流動性を有するコンクリートに、少なくとも１つの陽極と少なくとも１つの陰極を挿入し、短時間で陰極に集まるアンモニウムイオンをアンモニアガスとして放出するものである。未硬化のレディーミクストコンクリートは自由水が多く、高電流も加え易く、短時間でイオンの移動を完了させることができる。
また、電極の周囲に電解質溶液を保持することができる保持材を配置しておくと、保持材中にナトリウム、カリウム等のイオンが集まり、電極と共に保持材を除去するとアルカリもフリーなレディーミクストコンクリートを得ることができる。しかしながら、処理中にコンクリートの凝結が開始されるおそれがあるため、予めレディーミクストコンクリートに凝結遅延剤を含有させておくことが好ましい。
【００１３】
【発明の実施の形態】
電極とは、鉄をはじめとして導電性を示すものであれば特に限定されるものではないが、本発明では電気的腐食に対し抵抗性の高いものが好ましい。具体的には、チタン、チタン合金、白金及び金、又はこれらでメッキされた金属： 炭素繊維、炭素棒等の炭素： 及び体積電気抵抗率が１０3 Ω・ｃｍ以下の導電性を有する有機高分子等である。
なお、通常のコンクリートの体積電気抵抗率は１０3 〜１０4 Ω・ｃｍ程度であるので、導電性を有する有機高分子材料としてはその値以下、すなわち１０3 Ω・ｃｍ以下であり、１０2 Ω・ｃｍ以下が好ましく、１０Ω・ｃｍ以下がより好ましい。
【００１４】
本発明では陽極及び陰極は１個に限定されるものでなく、中央を陽極、両端を陰極としたり、複数の陽極及び陰極を交互に配置する等の方法がある。
陽極と陰極の間に流す電流はコンクリート断面積あたり０．１〜２０Ａ／ｍ2 であり、好ましくは５〜１５Ａ／ｍ2 である。０．１Ａ／ｍ2 未満では電気化学的処理効果がほとんど認められず、２０Ａ／ｍ2 を超えると電極が電食するおそれがある。
【００１５】
本発明では、電極、特に陰極の周囲にカチオンを保持できる柔軟な保持材を配置し、電気化学的手法によって陰極周辺に集めたカチオンを吸収させ、通電後取り外すことによって、再びコンクリート内へ浸透するのを防止することができる。アンモニウムイオンは保持材がなくともアンモニアガスとして揮散する。
本発明で使用する保持材とは、カチオンを保持できるものであれば特に限定はなく、ウレタンゴム、シリコンゴム、水膨潤性ゴム、自己融着性ゴム等のゴム質材料、及び発泡ウレタン、発泡ポリエチレン、発泡ポリスチレン等の発泡材料が挙げられる。
【００１６】
本発明では、コンクリートの電気化学的処理の目標が達成された段階で、電極や保持材を取外し、コンクリートを運搬、打設する。
コンクリートの電気化学的処理を行い、打設する時間を通じてコンクリートの凝結を防ぎ、フレッシュコンクリートの状態に維持する必要がある。その間、凝結遅延剤を添加することが好ましい。
凝結遅延剤としては、グルコン酸、クエン酸、酒石酸のようなオキシカルボン酸系化合物又はその塩、グルコース、ショ糖、乳糖のような糖類、アミノトリメチレンホスホン酸のようなアミノホスホン酸系化合物及びその塩、リグニンスルホン酸又はその塩系の化合物で促進作用を有しないもの、ケイフッ化物等が挙げられる。
通電処理後は凝結促進剤を混合してコンクリートの硬化を促進してもよい。
【００１７】
【実施例】
以下、実施例を挙げて本発明を具体的に説明する。
実施例１
セメント ３３０ ｋｇ／ｍ3
単位水量 １８０ ｋｇ／ｍ3
細骨材 ７５６ ｋｇ／ｍ3
粗骨材 ９８９ ｋｇ／ｍ3
減水剤 １．１ｋｇ／ｍ3
遅延剤 ０．３ｋｇ／ｍ3
【００１８】
上記の配合でコンクリート１ｍ3 を調製し、１ｍ×１ｍ×１ｍのホッパーに流し込んだ。このホッパーの両端に１ｍ×１ｍのチタンメッシュ電極を配設し、一方を陽極、一方を陰極として、コンクリート１ｍ2 あたり５Ａを１時間、２時間及び３時間通電した。チタンメッシュはエルテックインターナショナルコーポレーション社製、商品名「エルガードメッシュ」を用いた。
通電終了後、コンクリートを型枠に流し込み、１週間養生した後、１０ｃｍ×１０ｃｍ×１０ｃｍのコンクリートブロックをコンクリート壁から採取して供試体としてアンモニアの発生速度を測定し、表１に示した。
なお、比較例として通電を実施しない以外は実施例１と同様にして打設し、養生し、コンクリートブロックを採取し、供試体としてアンモニアの発生速度を測定し、表１に併記した。
表１より、実施例においてはアンモニアの発生速度が激減していることが判明した。
【００１９】
コンクリートブロックから採取した供試体から発生するアンモニアガスの発生速度の測定は、下記の方法で行った。
すなわち、ブロックを入れたデシケータ内に一端から清浄化されたアンモニアを含有しない空気を連続的に流入させ、同時に他端からデシケータ中の空気を連続的に排出させ、その排出空気をアンモニア捕集用インピジャー中の純水に導入させ、純水中のアンモニウムイオン量をイオンクロマトグラフィーによって経時的に測定した。
【００２０】
＜使用材料＞
セメント： 市販普通ポルトランドセメント
細骨材 ： 新潟県姫川産 川砂 比重２．６２
粗骨材 ： 新潟県姫川産 砂利 比重２．６４
減水剤 ： 市販ＡＥ減水剤
遅延剤 ： クエン酸
水 ： 水道水
【００２１】
【表１】
実施例２
コンクリート断面積あたりに通電する電流を表２に示すように変化させた以外は実施例１と同様の試験を行い、その結果を表２に示した。
なお、アンモニア発生速度の測定は通電２時間でのみ実施した。
【００２３】
【表２】
実施例３
電気化学的処理後のアルカリ量が、アルカリ骨材反応に与える影響について、モルタルバー法に準じて試験を行った。
セメント６００ｇ、反応性骨材１３５０ｇ、水＋水酸化ナトリウム水溶液３００ｍｌをモルタルミキサーで充分に練り混ぜた。このフレッシュモルタルをホッパーに流し込み、このホッパーの両端にチタンメッシュ電極を配設し、一方を陽極、他方を陰極としてコンクリート断面積１ｍ2 あたり５Ａを２時間通電した。なお、陰極には電極とフレッシュモルタルとの間に飽和水酸化カルシウム水溶液を含浸させた発泡ポリスチレンを保持材として介在させた。
【００２５】
反応性骨材には安山岩と粘板岩を用いた。また、水酸化ナトリウム水溶液の濃度はコンクリート中の全アルカリがＮａ2 Ｏ当量で１．２％となるように添加した。通電終了後、縦４０×横４０×長さ１６０ｍｍの３連型枠に詰め、試験体とし、温度２０℃、湿度８０％の室内で２４時間養生を行った。その後脱型し、直ちに第１回目の長さ測定を行い、基長とした。次いでこれら試験体を温度４０℃湿度９５％の状態で６ケ月間保管した後に膨張率の測定を行い、３本の平均値をとり、その結果を表３に示した。
なお、比較例として通電を行わなかった以外は実施例３と同様にして試験を行い、その結果を表３に併記した。
【００２６】
【表３】
骨材として安山岩を使用し、保持材の種類を表４に示すように変化させたこと以外は実施例３と同様にして試験を行った。その結果を表４に併記した。
【００２８】
【表４】
【発明の効果】
本発明により、レディーミクストコンクリートの状態での短時間の通電で、アンモニウムイオンを除去して、アンモニアガスの発生しない新設のコンクリート構造物を提供することができ、又、アルカリ骨材反応も抑制することができる。[0001]
[Technical field to which the invention belongs]
The present invention relates to an electrochemical treatment method for concrete, and more particularly, to a method for removing ammonia ions from ready-mixed concrete that has not yet hardened and suppressing generation of ammonia from the concrete structure.
[0002]
[Prior art and issues]
In art museums and museums, discoloration of cultural properties such as oil paintings, dyed goods and silk housed in new concrete structures is a problem. As a cause of this, ammonia gas generated from concrete is pointed out, and it has been confirmed that nitrogen compounds contained in cement, aggregate, water, etc., which are raw materials of concrete, are related (for example, see Non-Patent Document 1). .
[0003]
Ammonia is generated in the early stage of the concrete structure, so there is a so-called “tree withering period” that is left for 6 months after the completion of the building, and there is a measure to store cultural assets after waiting for the release of ammonia to settle. Has been taken. However, various methods for suppressing the generation of ammonia gas have been studied because of the large time loss during this “tree withering period”.
[0004]
As the most general method, early-strength cement, and concrete using heat-treated aggregate and water have been proposed (see, for example, Patent Document 1). Ordinary cement contains a mixture of nitrogen-containing blast furnace granulated slag and fine limestone powder within 5% or less of the weight, but early-strength cement does not use any mixture. . In addition, since the nitrogen content of aggregate and water is also removed by heat treatment, it is possible to prepare concrete with a small amount of ammonia gas generation. However, heating of aggregate and water is not economical because it takes a lot of labor and cost. Moreover, there is a problem that it is difficult to completely suppress the generation of ammonia gas.
[0005]
Moreover, the construction method which affixes the special sheet | seat which absorbs ammonia on the surface of concrete is proposed (for example, refer nonpatent literature 2). However, since this method does not actively promote the generation of ammonia gas, there is a problem that it takes time to absorb the gas and it cannot be completely removed.
[0006]
Furthermore, a method of attaching an ammonia adsorbent to an air conditioner has been studied (for example, see Non-Patent Document 3). However, this method also has the problem that it takes time to absorb ammonia gas and cannot be completely removed, like the sheet method.
[0007]
In addition, alkali aggregate reaction is a problem from the viewpoint of durability of concrete.
Alkali-aggregate reaction is a reactive bone containing a large amount of reactive minerals such as cristobalite, tridymite, micro-quartz, micro-mica, and silica components shown in ASTM C 295, among aggregates used as concrete materials. It is a phenomenon in which alkali components such as sodium and potassium contained in the material and cement react to cause volume expansion, which is also called an alkali-silica reaction.
[0008]
As a method for suppressing the alkali aggregate reaction, a reactive aggregate is not used, a low alkali type cement is used, or a mixed cement such as B type or C type blast furnace cement having an alkali aggregate reaction suppression effect. A method such as using is performed. However, the aggregate situation in Japan is severe, and non-harmful aggregates are often used.
[0009]
Therefore, as a result of repeated studies on the above problems, the present inventors have removed ammonium ions from uncured ready-mixed concrete, and at the same time, removed sodium ions, so that ammonia-free and alkali-free concrete can be prepared in a short time. The inventors have found that this is possible and have completed the present invention.
[0010]
[Patent Document 1]
JP-A-10-287462 [Non-patent Document 1]
Kishiya Koichi, Kurosaka Goma, "Effects of airborne free materials from concrete on other materials" Kanto Branch, Architectural Institute of Japan, 1976, p. 357-360
[Non-Patent Document 2]
Mitani Kazufumi, Iwanami Hiroshi et al., “Development of ammonia suppression method in art museums, museums” 53, 1996, p. 99-104
[Non-Patent Document 3]
Ryoji Oshio, Koichi Matsuda et al., “Art Air Conditioning Equipment, 9th Air Cleaning and Contamination Control Research Conference”, May 1990, p. 117-120
[0011]
[Means for Solving the Problems]
An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems, and the constitution thereof is such that at least two electrodes are inserted into a ready-mixed concrete containing a set retarder that is not hardened after mixing, and at least one is an anode, At least one of the cathodes is used as a cathode, and a holding material capable of holding the electrolyte solution is arranged around the cathode and energized to remove alkaline substances in the ready-mixed concrete.
[0012]
That is, according to the present invention, at least one anode and at least one cathode are inserted into concrete that is still fluid before being mixed and cast, and ammonium ions collected at the cathode are released as ammonia gas in a short time. Is. Uncured ready-mixed concrete has a lot of free water, it is easy to apply a high current, and the movement of ions can be completed in a short time.
Also, if a holding material that can hold the electrolyte solution is placed around the electrode, ions such as sodium and potassium gather in the holding material, and when the holding material is removed together with the electrode, ready mixed concrete is free of alkali. Can be obtained. However, since there is a possibility that the setting of the concrete may start during the treatment, it is preferable to add a setting retarder to the ready-mixed concrete in advance.
[0013]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The electrode is not particularly limited as long as it exhibits conductivity including iron, but in the present invention, an electrode having high resistance to electrical corrosion is preferable. Specifically, titanium, titanium alloy, platinum and gold, or metal plated with these: carbon such as carbon fiber and carbon rod: and organic high conductivity having a volume resistivity of 10 3 Ω · cm or less Such as molecules.
Since usually the volume electrical resistivity of concrete is 10 3 ~10 4 Ω · cm or so, the value or less as the organic polymer material having conductivity, i.e. less 10 3 Ω · cm, 10 2 Ω · cm or less is preferable, and 10 Ω · cm or less is more preferable.
[0014]
In the present invention, the number of anodes and cathodes is not limited to one, and there are methods such as an anode at the center and cathodes at both ends, or a plurality of anodes and cathodes arranged alternately.
Current flowing between the anode and the cathode are concrete cross-sectional area per 0.1~20A / m 2, preferably 5~15A / m 2. If it is less than 0.1 A / m 2 , the electrochemical treatment effect is hardly recognized, and if it exceeds 20 A / m 2 , the electrode may be eroded.
[0015]
In the present invention, a flexible holding material that can hold cations around the electrode, particularly the cathode, is arranged, the cations collected around the cathode are absorbed by an electrochemical method, and are removed after energization to penetrate into the concrete again. Can be prevented. Ammonium ions are volatilized as ammonia gas without a holding material.
The holding material used in the present invention is not particularly limited as long as it can hold a cation. Rubber materials such as urethane rubber, silicon rubber, water-swellable rubber, self-bonding rubber, and urethane foam, foam Examples thereof include foam materials such as polyethylene and expanded polystyrene.
[0016]
In the present invention, at the stage where the electrochemical treatment target of concrete is achieved, the electrodes and the holding material are removed, and the concrete is transported and placed.
It is necessary to perform the electrochemical treatment of the concrete, prevent the concrete from condensing throughout the time of placing, and maintain the state of fresh concrete. Meanwhile, it is preferable to add a setting retarder.
As the setting retarder, oxycarboxylic acid compounds such as gluconic acid, citric acid and tartaric acid or salts thereof, sugars such as glucose, sucrose and lactose, aminophosphonic acid compounds such as aminotrimethylenephosphonic acid and Examples thereof include salts thereof, lignin sulfonic acid or salts thereof, which do not have a promoting action, and silicofluoride.
After the energization treatment, a setting accelerator may be mixed to promote hardening of the concrete.
[0017]
【Example】
Hereinafter, the present invention will be specifically described with reference to examples.
Example 1
Cement 330 kg / m 3
Unit water volume 180 kg / m 3
Fine aggregate 756 kg / m 3
Coarse aggregate 989 kg / m 3
Water reducing agent 1.1kg / m 3
Retarder 0.3kg / m 3
[0018]
1 m 3 of concrete was prepared with the above composition and poured into a 1 m × 1 m × 1 m hopper. Titanium mesh electrodes of 1 m × 1 m were disposed at both ends of this hopper, and one was used as an anode and the other as a cathode, and 5 A per 1 m 2 of concrete was energized for 1, 2, and 3 hours. The titanium mesh used was a product name “Elgard Mesh” manufactured by Eltech International Corporation.
After the energization was completed, the concrete was poured into a mold, and after curing for one week, a 10 cm × 10 cm × 10 cm concrete block was taken from the concrete wall, and the ammonia generation rate was measured as a test piece.
As a comparative example, except that no energization was carried out, it was placed and cured in the same manner as in Example 1, a concrete block was collected, and the ammonia generation rate was measured as a specimen, which is also shown in Table 1.
From Table 1, it was found that the generation rate of ammonia was drastically reduced in the examples.
[0019]
Measurement of the generation rate of ammonia gas generated from the specimen collected from the concrete block was performed by the following method.
In other words, the air containing no ammonia that has been cleaned from one end is continuously flowed into the desiccator containing the block, and at the same time, the air in the desiccator is continuously discharged from the other end, and the discharged air is used for ammonia collection. It was introduced into pure water in the impinger, and the amount of ammonium ions in the pure water was measured over time by ion chromatography.
[0020]
<Materials used>
Cement: Commercial ordinary Portland cement fine aggregate: River sand from Himekawa, Niigata Prefecture Specific gravity 2.62
Coarse aggregate: Gravel from Himekawa, Niigata Prefecture 2.64 specific gravity
Water reducing agent: Commercially available AE water reducing agent retarder: Citric acid water: Tap water [0021]
[Table 1]
Example 2
The same test as in Example 1 was performed except that the current applied per concrete cross-sectional area was changed as shown in Table 2, and the results are shown in Table 2.
The measurement of the ammonia generation rate was carried out only after 2 hours of energization.
[0023]
[Table 2]
Example 3
The influence of the alkali amount after the electrochemical treatment on the alkali-aggregate reaction was tested according to the mortar bar method.
600 g of cement, 1350 g of reactive aggregate, and 300 ml of water + sodium hydroxide aqueous solution were sufficiently mixed with a mortar mixer. This fresh mortar was poured into a hopper, titanium mesh electrodes were disposed at both ends of the hopper, and 5 A per 1 m 2 of the concrete cross-sectional area was energized for 2 hours using one as an anode and the other as a cathode. The cathode was provided with a foamed polystyrene impregnated with a saturated calcium hydroxide aqueous solution between the electrode and fresh mortar as a holding material.
[0025]
Andesite and slate were used as reactive aggregates. The concentration of the sodium hydroxide aqueous solution was added so that the total alkali in the concrete was 1.2% in terms of Na 2 O equivalent. After the energization was completed, the test piece was packed in a triple frame of 40 × 40 × 160 mm in length and cured for 24 hours in a room at a temperature of 20 ° C. and a humidity of 80%. Thereafter, the mold was removed, and the first length measurement was immediately performed to obtain the base length. Next, these specimens were stored at a temperature of 40 ° C. and a humidity of 95% for 6 months, and then the expansion coefficient was measured. The average value of the three samples was taken.
As a comparative example, tests were conducted in the same manner as in Example 3 except that no current was supplied. The results are also shown in Table 3.
[0026]
[Table 3]
The test was conducted in the same manner as in Example 3 except that andesite was used as the aggregate and the type of the holding material was changed as shown in Table 4. The results are also shown in Table 4.
[0028]
[Table 4]
【The invention's effect】
According to the present invention, it is possible to provide a new concrete structure that does not generate ammonia gas by removing ammonium ions by a short time energization in a ready-mixed concrete state, and also suppresses alkali aggregate reaction. be able to.
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