JP4395017B2 - フライアッシュの膨張抑制剤、水硬性組成物、それを用いたフライアッシュ硬化体、及びその製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、主に、土木・建築業界において使用されるフライアッシュの膨張抑制剤、水硬性組成物、それを用いたフライアッシュ硬化体、及びその製造方法に関する。
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。
フライアッシュは、火力発電所の微粉炭燃焼の際に発生する産業副産物であり、石炭灰と称されるものも含め、それ自体、水硬性はないが、セメントなどのアルカリ成分と徐々に反応して硬化する潜在水硬性を持つポゾランの一種である。
そして、フライアッシュを主成分としたフライアッシュ硬化体が知られている（特許文献１〜特許文献５等）。このフライアッシュ硬化体は、漁礁ブロックなど海洋分野で使用されるフライアッシュ硬化体等に利用されている。
そして、フライアッシュを主成分としたフライアッシュ硬化体が知られている（特許文献１〜特許文献５等）。このフライアッシュ硬化体は、漁礁ブロックなど海洋分野で使用されるフライアッシュ硬化体等に利用されている。
このフライアッシュ硬化体は、産業副産物であるフライアッシュを主成分とし、少量のセメントと、塩化物系の促進剤あるいは海水を配合し、水粉体比で20％程度の少ない水で調製されるものである。
このような配合で調製されたフライアッシュ硬化体は、フライアッシュを主成分とするにもかかわらず、実用強度を発現する。このため、フライアッシュの有効利用の観点から大きな期待が寄せられている。
このような配合で調製されたフライアッシュ硬化体は、フライアッシュを主成分とするにもかかわらず、実用強度を発現する。このため、フライアッシュの有効利用の観点から大きな期待が寄せられている。
フライアッシュには様々な素性のものが存在する。
例えば、フライアッシュにはＪＩＳも制定されており、この中で、Ｉ種からIV種までの種別がなされている。
一方、フライアッシュには前記ＪＩＳに適合しないものも多く存在する。ＪＩＳ適合品はコンクリート分野への適用が広く見込まれているが、ＪＩＳ外品は未だに充分な用途が見出されておらず、廃棄処分されている場合も多く見受けられている。
例えば、フライアッシュにはＪＩＳも制定されており、この中で、Ｉ種からIV種までの種別がなされている。
一方、フライアッシュには前記ＪＩＳに適合しないものも多く存在する。ＪＩＳ適合品はコンクリート分野への適用が広く見込まれているが、ＪＩＳ外品は未だに充分な用途が見出されておらず、廃棄処分されている場合も多く見受けられている。
殊に、遊離石灰を多く含むフライアッシュは、遊離石灰が著しい膨張性を呈するため、その用途は全く見出されていないのが現状である。
そして、例えば、遊離石灰含有量の多いフライアッシュを用いて硬化体を製造すると、膨張破壊を起してしまうという課題があった。
そして、例えば、遊離石灰含有量の多いフライアッシュを用いて硬化体を製造すると、膨張破壊を起してしまうという課題があった。
今日では、ＪＩＳ外品を用いてフライアッシュ硬化体の製造を試みる研究が活発に行われるようになっており、遊離石灰含有量の高いフライアッシュを用いても膨張破壊を起さないような技術の開発が強く求められている。
そこで、本発明者は、前記課題を解決すべく、種々の努力を重ねた結果、特定の物質がフライアッシュの膨張抑制剤となり得ることを見出し、これを用いることで、遊離石灰含有量の多いフライアッシュを用いても膨張破壊を起さないフライアッシュ硬化体が得られることを知見し、本発明を完成するに至った。
本発明は、遊離石灰含有量の多いフライアッシュの膨張を効果的に抑制することが可能なフライアッシュの膨張抑制剤を、水硬性組成物を、そして、それを用いたフライアッシュ硬化体、及びその製造方法を提供する。
本発明は、塩酸及び／又は硝酸を含有してなり、フライアッシュ100部に対して、0.1〜５部の塩酸及び／又は硝酸を使用するフライアッシュの膨張抑制剤であり、遊離石灰含有量が２％以上のフライアッシュに使用する該フライアッシュの膨張抑制剤であり、フライアッシュ、刺激剤、及び該フライアッシュの膨張抑制剤を含有してなる水硬性組成物であり、フライアッシュ100部に対して、刺激剤１〜20部、該フライアッシュの膨張抑制剤0.1〜５部を含有してなる該水硬性組成物であり、該水硬性組成物と、水／水硬性組成物比が20〜30％の水とを混練してなるフライアッシュ硬化体であり、該水硬性組成物と水とを混練し、振動締め固めしながら型枠に充填し、成形するフライアッシュ硬化体の製造方法であり、混練に使用する水に海水を用いる該フライアッシュ硬化体の製造方法であり、さらに、蒸気養生を行う該フライアッシュ硬化体の製造方法である。
本発明のフライアッシュは、フライアッシュ、石炭灰、ボトムアッシュなどと称されるものを総称するものであり、特に限定されるものではない。
本発明のフライアッシュの膨張抑制剤は、特に、遊離石灰含有量の多いフライアッシュと併用する場合に有効である。
ここで、遊離石灰とは、化合物や非晶質物質を形成していない酸化カルシウム(free-lime)を意味する。遊離石灰はＪＩＳで定量方法が規定されており、その方法に準じて遊離石灰量を求めることが可能である。
遊離石灰含有量が２％以上のフライアッシュは著しい膨張性を示すため、本発明では、殊に、遊離石灰含有量が２％以上のフライアッシュを使用することが好ましい。
フライアッシュの粒度は特に限定されるものではないが、通常、ブレーン比表面積値（以下、ブレーン値という）2,000〜8,000cm2/gが好ましく、3,000〜6,000cm2/gがより好ましい。2,000cm2/g未満では強度発現性が充分でない場合があり、8,000cm2/gを超えると取り扱いが困難になる場合がある。
本発明のフライアッシュの膨張抑制剤は、特に、遊離石灰含有量の多いフライアッシュと併用する場合に有効である。
ここで、遊離石灰とは、化合物や非晶質物質を形成していない酸化カルシウム(free-lime)を意味する。遊離石灰はＪＩＳで定量方法が規定されており、その方法に準じて遊離石灰量を求めることが可能である。
遊離石灰含有量が２％以上のフライアッシュは著しい膨張性を示すため、本発明では、殊に、遊離石灰含有量が２％以上のフライアッシュを使用することが好ましい。
フライアッシュの粒度は特に限定されるものではないが、通常、ブレーン比表面積値（以下、ブレーン値という）2,000〜8,000cm2/gが好ましく、3,000〜6,000cm2/gがより好ましい。2,000cm2/g未満では強度発現性が充分でない場合があり、8,000cm2/gを超えると取り扱いが困難になる場合がある。
本発明では、膨張抑制の観点から塩酸及び／又は硝酸（以下、鉱酸という）を使用する。
鉱酸の濃度は特に限定されるものではない。ただし、通常、鉱酸は混練水の一部に置換して使用するため、あまり薄いと、要求強度を満たすための混練水量を超えてしまう場合がある。
鉱酸の使用量は、遊離石灰含有量が、例えば、２％以上と高いフライアッシュ100部に対して、0.1〜５部であり、0.5〜３部が好ましい。0.1部未満ではフライアッシュの膨張抑制効果が充分でない場合があり、５部を超えて使用しても、さらなる効果の増進が期待できず、不経済である。
鉱酸の濃度は特に限定されるものではない。ただし、通常、鉱酸は混練水の一部に置換して使用するため、あまり薄いと、要求強度を満たすための混練水量を超えてしまう場合がある。
鉱酸の使用量は、遊離石灰含有量が、例えば、２％以上と高いフライアッシュ100部に対して、0.1〜５部であり、0.5〜３部が好ましい。0.1部未満ではフライアッシュの膨張抑制効果が充分でない場合があり、５部を超えて使用しても、さらなる効果の増進が期待できず、不経済である。
本発明の刺激剤とは、フライアッシュのポゾラン反応を誘発する物質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、水酸化カルシウムや水酸化ナトリウムなどのアルカリ性物質のほか、各種セメントをはじめCa含有物質が使用可能である。
ここで、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、都市ゴミ焼却灰や下水汚泥焼却灰などを原料として製造された廃棄物利用セメント、いわゆるエコセメント（Ｒ）、並びに、石灰石粉末や高炉徐冷スラグ微粉末等を混合した各種フィラー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。中でも、高炉セメントを使用することが、膨張抑制の観点から好ましく、特に、高炉スラグ配合量が多い、高炉セメントＢ種や高炉セメントＣ種がより好ましい。
刺激剤の使用量は特に限定されるものではないが、通常、遊離石灰含有量の多いフライアッシュ100部に対して、１〜20部が好ましく、３〜15部がより好ましい。１部未満では、強度発現性が良好とならない場合があり、20部を超えて配合することは、フライアッシュを多量に利用するという本発明の目的から外れるので好ましくない。また、初期強度を確保しやすい反面、長期強度の伸びが小さくなる傾向もある。
刺激剤の使用量は特に限定されるものではないが、通常、遊離石灰含有量の多いフライアッシュ100部に対して、１〜20部が好ましく、３〜15部がより好ましい。１部未満では、強度発現性が良好とならない場合があり、20部を超えて配合することは、フライアッシュを多量に利用するという本発明の目的から外れるので好ましくない。また、初期強度を確保しやすい反面、長期強度の伸びが小さくなる傾向もある。
水の使用量は特に限定されるものではないが、通常、水と、遊離石灰含有量が２％以上のフライアッシュ、刺激剤、及びフライアッシュの膨張抑制剤を含有してなる水硬性組成物の比である、水／水硬性組成物比で20〜30％の範囲が好ましく、20〜25％がより好ましい。水／水硬性組成物比が20％未満では型枠への充填性を得ることが難しく、逆に30％を超えると強度発現性を確保することが困難である。
また、本発明では、水は真水のほかに、海水を利用することができ、強度発現性の観点から、また、漁礁ブロックなどの海洋で利用するフライアッシュ硬化体を製造するにあたり、現場での製造が可能となる観点から海水を利用することがむしろ好ましい。
また、本発明では、水は真水のほかに、海水を利用することができ、強度発現性の観点から、また、漁礁ブロックなどの海洋で利用するフライアッシュ硬化体を製造するにあたり、現場での製造が可能となる観点から海水を利用することがむしろ好ましい。
本発明では、さらに、石灰石微粉末、高炉徐冷スラグ微粉末、下水汚泥焼却灰やその溶融スラグ、都市ゴミ焼却灰やその溶融スラグ、及びパルプスラッジ焼却灰等の混和材料、減水剤、ＡＥ減水剤、高性能減水剤、高性能ＡＥ減水剤、消泡剤、増粘剤、防錆剤、防凍剤、収縮低減剤、ポリマー、各種の繊維物質、凝結調整剤、ベントナイト等の粘土鉱物、並びに、ハイドロタルサイトなどのアニオン交換体等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使用することが可能である。
本発明において、各材料の混合方法は特に限定されるものではなく、それぞれの材料を施工時に混合しても良いし、あらかじめ一部を、あるいは全部を混合しておいても差し支えない。
本発明の水硬性組成物と水の混練方法は特に限定されるものではないが、水／水硬性組成物比が小さいことより、水と水硬性組成物を攪拌機で混合した後、振動機によって強い振動を与えながら型枠に充填させることが好ましい。この方法により、水硬性材料と混練水のなじみが良好となり、充分に攪拌したものと同等の混合効果が得られる。
水硬性組成物と水の混練物を型枠に充填した後の養生方法は特に限定されるものではないが、蒸気養生を行うことが初期強度発現性を良好にして生産性を高める観点から好ましい。
蒸気養生条件は特に限定されるものではないが、所定の前置き時間を確保した後、10〜30℃/hrの昇温速度で蒸気をかけ、最高到達温度は50〜90℃の範囲が好ましく、最高到達温度での保持時間は、１〜12時間が好ましい。各条件が前記範囲にないと、蒸気養生による初期強度発現性を良好にして生産性を高める効果が得られない場合や、得られるフライアッシュ硬化体の品質が悪くなる場合がある。
蒸気養生条件は特に限定されるものではないが、所定の前置き時間を確保した後、10〜30℃/hrの昇温速度で蒸気をかけ、最高到達温度は50〜90℃の範囲が好ましく、最高到達温度での保持時間は、１〜12時間が好ましい。各条件が前記範囲にないと、蒸気養生による初期強度発現性を良好にして生産性を高める効果が得られない場合や、得られるフライアッシュ硬化体の品質が悪くなる場合がある。
本発明により、遊離石灰含有量の多いフライアッシュの膨張を効果的に抑制することが可能となる。
表１に示すフライアッシュ100部に対して、刺激剤ａ10部、鉱酸イ１部を配合して水硬性組成物を調製した。
調製した水硬性組成物100部に対して、海水20部を配合して練り混ぜ、振動させながら型枠に充填した。型枠に充填してから２時間後より蒸気養生を行った。
蒸気養生条件は、昇温速度15℃/hr、最高到達温度65℃、最高到達温度での保持時間は４時間とした。圧縮強度と膨張率を測定した。比較のために、硝酸塩類イを使用しなかった場合についても同様に行った。結果を表１に併記する。
調製した水硬性組成物100部に対して、海水20部を配合して練り混ぜ、振動させながら型枠に充填した。型枠に充填してから２時間後より蒸気養生を行った。
蒸気養生条件は、昇温速度15℃/hr、最高到達温度65℃、最高到達温度での保持時間は４時間とした。圧縮強度と膨張率を測定した。比較のために、硝酸塩類イを使用しなかった場合についても同様に行った。結果を表１に併記する。
＜使用材料＞
フライアッシュＡ：遊離石灰含有量２％、ブレーン比表面積4,000cm2/g
フライアッシュＢ：遊離石灰含有量５％、ブレーン比表面積4,000cm2/g
フライアッシュＣ：遊離石灰含有量８％、ブレーン比表面積4,000cm2/g
刺激剤ａ ：普通ポルトランドセメント
鉱酸イ ：硝酸
海水 ：新潟県青海町姫川漁港から汲んだもの
フライアッシュＡ：遊離石灰含有量２％、ブレーン比表面積4,000cm2/g
フライアッシュＢ：遊離石灰含有量５％、ブレーン比表面積4,000cm2/g
フライアッシュＣ：遊離石灰含有量８％、ブレーン比表面積4,000cm2/g
刺激剤ａ ：普通ポルトランドセメント
鉱酸イ ：硝酸
海水 ：新潟県青海町姫川漁港から汲んだもの
＜測定方法＞
圧縮強度 ：５cmφ×10cmの円筒供試体を作製して測定
膨張率 ：５cmφ×10cmの円筒供試体を作製し、上面に白マジックで失透させたガラス板を置き、レーザーセンサーにて上面の浮き沈みを計測して膨張率を測定、膨張反応が収束した材齢５日の膨張率で表示
圧縮強度 ：５cmφ×10cmの円筒供試体を作製して測定
膨張率 ：５cmφ×10cmの円筒供試体を作製し、上面に白マジックで失透させたガラス板を置き、レーザーセンサーにて上面の浮き沈みを計測して膨張率を測定、膨張反応が収束した材齢５日の膨張率で表示
フライアッシュＣを使用し、フライアッシュＣ100部に対して、表２に示す鉱酸を使用したこと以外は実施例１と同様に行った。結果を表２に併記する。
＜使用材料＞
鉱酸ロ ：塩酸
鉱酸ハ ：硫酸
鉱酸ニ ：鉱酸イと鉱酸ロの等量混合物
鉱酸ロ ：塩酸
鉱酸ハ ：硫酸
鉱酸ニ ：鉱酸イと鉱酸ロの等量混合物
フライアッシュＣを使用し、表３に示す刺激剤を使用したこと以外は実施例１と同様に行った。結果を表３に併記する。
＜使用材料＞
刺激剤ｂ ：水酸化カルシウム
刺激剤ｃ ：高炉セメントＢ種
刺激剤ｄ ：高炉セメントＣ種
刺激剤ｂ ：水酸化カルシウム
刺激剤ｃ ：高炉セメントＢ種
刺激剤ｄ ：高炉セメントＣ種
本発明のフライアッシュ膨張抑制剤は、例えば、２％以上などと遊離石灰含有量の高いフライアッシュの膨張を効果的に抑制することができるので、遊離石灰含有量の高いフライアッシュを用いても、膨張を示さない、品質の高いフライアッシュ硬化体を製造可能な水硬性組成物を得ることができる。このため、遊離石灰含有量の高いフライアシュの有効利用にもつながり、フライアッシュ硬化体やその製造方法に広範に適用でき、漁礁ブロックなどの海洋で利用されるフライアッシュ硬化体に適する。
Claims (8)
- 塩酸及び／又は硝酸を含有してなり、フライアッシュ１００部に対して０．１〜５部の塩酸及び／又は硝酸を使用することを特徴とするフライアッシュの膨張抑制剤。
- 遊離石灰含有量が２％以上のフライアッシュに使用することを特徴とする請求項１に記載のフライアッシュ膨張抑制剤。
- フライアッシュ、刺激剤、及び請求項１又は請求項２に記載のフライアッシュの膨張抑
制剤を含有してなる水硬性組成物。 - フライアッシュ100部に対して、刺激剤１〜20部、フライアッシュの膨張抑制剤0.1〜５
部を含有してなる請求項３に記載の水硬性組成物。 - 請求項３又は請求項４に記載の水硬性組成物と、水／水硬性組成物比が20〜30％の水と
を混練してなるフライアッシュ硬化体。 - 請求項３又は請求項４に記載の水硬性組成物と水とを混練し、振動締め固めをしながら
型枠に充填し、成形することを特徴とするフライアッシュ硬化体の製造方法。 - 混練に使用する水に海水を用いることを特徴とする請求項６に記載のフライアッシュ硬
化体の製造方法。 - さらに、蒸気養生を行うことを特徴とする請求項６又は請求項７に記載のフライアッシ
ュ硬化体の製造方法。
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| JP2006016278A JP2006016278A (ja) | 2006-01-19 |
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