JP4409328B2

JP4409328B2 - 自己崩壊型セメント組成物とそのコンクリート製品

Info

Publication number: JP4409328B2
Application number: JP2004098242A
Authority: JP
Inventors: 志翔林; 隆栩木
Original assignee: Taiheiyo Cement Corp
Current assignee: Taiheiyo Cement Corp
Priority date: 2004-03-30
Filing date: 2004-03-30
Publication date: 2010-02-03
Anticipated expiration: 2024-03-30
Also published as: JP2005281070A

Description

本発明は自己崩壊型セメント組成物とそのコンクリート製品に関する。より詳しくは、遅延型膨張材を含有させることによって使用期間後に自己崩壊できるようにし、また崩壊時期を制御することができるようにした自己崩壊型セメント組成物とそのコンクリート製品に関する。

最近、コンクリート製品に対するニーズが多様化している。例えば、護岸ブロック等の自然型環境製品においては、植物の根が張るまで強度を保ち、植生が繁茂した後にはコンクリートが強度低下して自然崩壊してもよい製品が求められている。このような自己崩壊型コンクリート製品として、生分解性高分子を用いた自己分解型コンクリート製品、アルカリ骨材反応を利用した自己破壊型コンクリート製品（特許文献１）、鋼材を埋め込んで海水による鋼材の腐食によって生じる内部膨張力を利用した自己崩壊型コンクリート製品（特許文献２）などが提案されている。しかし、これらのコンクリート製品はいずれも崩壊作用が自然の分解や腐食に依存しているために崩壊時期を自由に制御することができないと云う問題があった。

一方、コンクリート内部に膨張材を含有させる技術が従来から知られている。膨張材を含有させる理由は、コンクリートにケミカルブレストレスを導入させる目的やコンクリートの収縮補償の目的で用いられており、従って、初期の膨張が求められるため、膨張材の水和反応が速く、材齢７日以内でほとんど反応して膨張してしまう。そのため、コンクリート製品としての使用目的が終わった後、例えば１年後に膨張させて自己崩壊させる目的で使用することができない。
持開２００２−２９１３５９号公報特開昭５２−８１２８０号公報

本発明は従来の上記課題を解決したものであり、従来用いられている膨張材よりも反応速度の遅い遅延型膨張材を使用することによって使用期間後に自己崩壊できるようにした自己崩壊型セメント組成物とその製品を提供することを目的とする。また、その膨張材の反応速度を制御することによって崩壊時期を制御できるようにした自己崩壊型セメント組成物とその製品を提供することも目的とする。

本発明によれば以下の自己崩壊型セメント組成物とそのコンクリート製品等が提供される。
（１）セメント組成物中に緩行性膨張作用を有する遅延型膨張材を含有させたことを特徴とする自己崩壊型セメント組成物。
（２）緩行性膨張作用を有する遅延型膨張材がマグネシア系遅延型膨張材である上記(1)の自己崩壊型セメント組成物。
（３）緩行性膨張作用を有する遅延型膨張材が１２００℃以上の高温で焼成した重焼マグネシアである上記(1)または(2)の自己崩壊型セメント組成物。
（４）上記(1)〜(3)の何れかに記載する自己崩壊型セメント組成物によって形成された自己崩壊型コンクリート製品。
（５）上記(1)〜(3)の何れかに記載する自己崩壊型セメント組成物によって形成されたコンクリート製品であって、連続気孔を有し、該連続気孔に培地を充填してなる植栽用の自己崩壊型コンクリート製品。
（６）上記(1)〜(3)の何れかに記載する自己崩壊型セメント組成物によって形成されたコンクリート製品であって、表面に開口するポット状凹所を有し、該ポット状凹所に培地を充填してなる植栽用の自己崩壊型コンクリート製品。
（７）上記(1)〜(6)の何れかに記載する自己崩壊型セメント組成物ないし自己崩壊型コンクリート製品によって形成され、水中に設置され、または地中の湿潤な箇所に埋設されることを特徴とする自己崩壊型水中構造体。

〔具体的な説明〕
本発明の自己崩壊型セメント組成物は、セメント組成物中に緩行性膨張作用を有する遅延型膨張材を含有させたことを特徴とする自己崩壊型セメント組成物である。本発明に用いる遅延型膨張材は、例えばマグネシア系遅延型膨張材であり、具体的な一例としては１２００℃以上の高温で焼成された重焼マグネシアである。

コンクリート用膨張材として従来は生石灰を主成分とした石灰系と、カルシウムサルホアルミネート（ＣＳＡ）を主成分にしたＣＳＡ系膨張材が知られている。しかし、従来の石灰系膨張材およびＣＳＡ系膨張材は何れも材齢７日程度で膨張がほぼ完了するので、長期間経過後に膨張作用を発揮させる遅延型膨張材としては使用できない。この従来の膨張材の反応時期を遅らせる手法としては、(イ)上記膨張材の焼成温度を上げて焼き締まることによって化学活性を低下させる方法、(ロ)上記膨張材の粒子を大きくし、比表面積を小さくすることによって水和反応を遅らせる方法、(ハ)上記膨張材の表面に水に徐々に溶ける物質をコーディングする方法などが挙げられる。

本発明に用いる遅延型膨張材は、上記(イ)(ロ)(ハ)の何れの手法によって反応時期を遅くしたものでもよいが、従来の石灰系膨張材およびＣＳＡ系膨張材とは異なるマグネシアを主成分とした膨張材（マグネシア系膨張材と云う）を用いることによって顕著な効果を得ることができる。

一般にマグネシアは主に炭酸マグネシウムまたは水酸化マグネシウムを８００℃〜９００℃で焼成して得られる軽焼マグネシアと、これより高温、例えば１５００℃以上の高温で焼成して得られる重焼マグネシア（一般に過焼マグネシアまたは死焼マグネシアとも云う）とがある。軽焼マグネシアは活性が比較的大きいために比較的初期の反応に適し、重焼マグネシアは活性が小さく、従って反応が遅いので本発明の遅延型膨張材に適する。本発明の試験例によれば、マグネシアの焼成温度が１２００℃以上であれば十分に遅い膨張性（これを緩行性膨張作用と云う）を得ることができる。この結果に基づき本発明では１２００℃以上の温度で焼成したものを重焼マグネシアと云う。なお、焼成温度が１６５０℃を上回ると緩効性膨張作用は大差なく、むしろ焼成コストが嵩むので、実用上、１２００℃以上〜１６５０℃で焼成した重焼マグネシアが好ましい。

本発明においては、膨張材の主成分であるマグネシアの焼成温度、あるいは粉砕時の粒度を調整することによって化学活性すなわち膨張時期をコントロールすることができる。また、セメント組成物ないしコンクリート製品中の膨張材の含有量を調整することによって膨張量、すなわち自己崩壊カをコントロールすることができる。

遅延型膨張剤を含有する本発明のセメント組成物は、水硬性セメントに遅延型膨張材と水、および必要に応じて骨材と混和剤を配合したものであり、モルタルあるいはコンクリートの何れでもよく、セメントを主体する組成物であれば良い。なお、セメントやその他の材料の配合量等は制限されない。

本発明の自己崩壊型セメント組成物によって形成されたコンクリート製品であって、その使用目的が終了すると自然に自己崩壊する自己崩壊型コンクリート製品は、仮設構造物やコンクリートの仮接合などに有用である。

本発明の自己崩壊型セメント組成物によって形成されたコンクリート製品であって、連続気孔を有するものは、この連続気孔に土壌や肥料などの培地を充填することによって植栽用コンクリート製品を得ることができる。また、本発明の自己崩壊型セメント組成物によって形成されたコンクリート製品であって、表面に開口するポット状凹所を有するものは、このポット状凹所に土壌や肥料などの培地を充填することによって植栽用のコンクリート製品を得ることができる。これらのコンクリート製品は何れも所定期間を経過すると遅延型膨張材の作用によってひび割れなどを生じて自己崩壊するので、周囲の環境に容易に適合することができる。

また、本発明の自己崩壊型セメント組成物ないし自己崩壊型コンクリート製品によって形成した水中構造体、または地中の湿潤な箇所に埋設される構造体は、水中や地中に設置後、所定期間を経過すると遅延型膨張材の作用によってひび割れなどを生じて自己崩壊するので、使用後の水中や地中での撤去作業が不要であり、水中または地中での仮設構造体などに有用である。

本発明の自己崩壊型セメント組成物およびそのコンクリート製品は、以上のように緩行性膨張作用を有する遅延型膨張材、好ましくは重焼マグネシアを主成分とする遅延型膨張材を含有することを特徴とするものであり、長期間経過後に緩行性膨張作用によってセメント組成物ないしコンクリート製品にひび割れなどを生じて自己崩壊する。この膨張時期は、鉄材の腐食や高分子化合物の生分解などのように自然環境に依存する従来の自己崩壊作用とは異なり、例えば膨張材の主成分であるマグネシアの焼成温度や粉砕時の粒度、膨張材の量などによるので、これらを調整することによって崩壊時期を制御することができる。

以下、本発明を実施例によって具体的に示す。

本発明において遅延型膨張材として用いるマグネシアについて、その焼成温度の相違による崩壊性の変化を試験した。試験体は、ブレーン比表面積２０００±２００cm²/ｇのマグネシアを膨張材として用い、配合量をＷ／(Ｃ＋ＭｇＯ)＝２７.２％、ＭｇＯ／(Ｃ＋ＭｇＯ)＝１０％〔Ｗ：水量、Ｃ：セメント量、ＭｇＯ：MgO量〕とし、JIS R 5201（セメントの物理試験方法）に準拠してパットを作製した。この試験体について煮沸による促進養生試験とオートクレーブによる促進養生試験とをおのおの行い、試験体の状態変化を調べた。煮沸試験は昇温３０分で１００℃に９０分保持し、オートクレーブ試験は昇温１２０分で１８０℃に１８０分保持した。この結果を表１に示した。

表１に示すように、８００〜１０００℃で焼成した軽焼マグネシアは煮沸試験およびオートクレーブ試験では何れも状態変化は少ない。一方、１２００℃以上の温度で焼成した重焼マグネシアは、煮沸試験では状態変化を生じないが、オートクレーブ試験では何れも崩壊した。これは、軽焼マグネシアは反応性が比較的高いので初期に反応してしまい、従って促進養生試験では状態変化が少なくなり、一方、重焼マグネシアは初期には殆ど反応せず、従って促進養生試験において大きな膨張性を発揮することを示している。

遅延型膨張材として用いるマグネシアの焼成温度、粒度、混入量を変化させて、それを使用したモルタルの膨張率、ひび割れ及び崩壊の有無について試験した。表２に示す配合のモルタルを用い、JIS R 5201（セメントの物理試験方法）に準拠して試験体（寸法40×40×160mm）を作製し、この試験体についておのおの６０℃熱水養生、およびオートクレーブ養生（昇温60分、最高温度120℃保持３時間）を行った。各所定材齢ごとに、JIS A 1129（モルタル及びコンクリートの長さ変化試験方法）に準拠して長さを測定し、外観を観察した。その結果を表３に示す。なお、マグネシアの粒度は粉体（ブレーン比表面積2000±200cm²/ｇ）と顆粒（直径0.3〜0.6mm）の２種類を用いた。

表３に示すように、８００〜１０００℃で焼成したマグネシアをセメントモルタルに混入した試験体はいずれの養生方法においてもほとんど膨張が認められなかった。これはセメントモルタルが硬化する前にＭｇＯ成分がすべて反応してしまったため、硬化後のモルタルの長さ変化に影響を与えないと考えられる。

一方、１２００〜１５００℃で焼成したマグネシアを用いた試験体は、焼成温度が高くなるにつれ、促進養生（オートクレーブ養生、６０℃熱水養生）したものは膨張量が増加し、１４５０℃で焼成したものは膨張最大となり、これより高温の１５００℃で焼成したものは膨張量が幾分低下する。これは、１２００℃よりも焼成温度が高くなるにつれ、焼き締りが進み、化学活性がだんだん小さくなり、常温の水中で反応できる高活性成分が少なくなる一方で常温の水中で反応しない活性が極めて低い成分が多くなり、促進養生を行うことによりこの未反応の成分がしだいに反応し始めて膨張したものである。なお、焼成温度が１５００℃を超えると活性が極めて低い成分が増え始めるので、促進養生しても反応しないものが残り、膨張量が頭打ちとなる。従って、好ましい焼成温度は１２００〜１６００℃であり、最も望ましい焼成温度は１４００〜１５００℃である。焼成温度１６００℃を超えると、活性が極めて低い成分が多くなり、また焼成炉の耐火材料も高価なものとなり、焼成エネルギーのコストも嵩むので適当ではない。

遅延型膨張材として用いるマグネシアについて、顆粒と粉体を比較すると、１３００℃以上で焼成したマグネシアは、粉体よりも顆粒のほうが膨張量が大きい。また、顆粒のマグネシアを用いたものは膨張率４％前後で崩壊し始めるが、粉体のマグネシアを用いたものは膨張率が５％以上でも崩壊しないものがある。

１４５０℃で焼成したマグネシアを用いた６０℃熱水浸漬試験の結果を図１に示す。概ね膨張率が６％を上回ると崩壊を生じるので、この膨張率に達する日数に基づいて崩壊時期を把握することができる。この例では、崩壊時期は、粉体のマグネシアを５％混入したものは２９日後、１０％混入したものは１３日後、顆粒のマグネシアを５％混入したものは２３日後、１０％混入したものは９日後である。このように、遅延型膨張材の使用量と粒度を調整することによって崩壊時期を一定の範囲で調整することが可能である。

また、マグネシアが粉体（ブレーン比表面積2000±200cm²/ｇ）と顆粒（直径0.3〜0.6mm）とでは、顆粒のほうが膨張力が集中し、破壊力が大きくなるので早期に崩壊し、粒度を小さくすると水との反応は大きくなるが、膨張力が分散されるため破壊力は小さくなるので崩壊時期が遅くなることがわかる。以上のことから、崩壊時期はマグネシアの焼成温度、粒度、および混入量の３要素に基づいて決定され、この３要素を調整することによって崩壊時期を任意に制御できることがわかる。

実施例２の６０℃熱水浸漬試験の結果を示すグラフ。

Claims

予め、１２００℃以上の高温で焼成した重焼マグネシアであるマグネシア系遅延型膨張材を含有させ、水中又は湿潤箇所に埋設するコンクリートに用いることを特徴とする自己崩壊型セメント組成物。
請求項１の自己崩壊型セメント組成物を含ませて、所定期間経過後に自己崩壊させることを特徴とするコンクリート製品。
前記コンクリート製品が、連続気孔を有し、該連続気孔に培地を充填して植栽用とすることを特徴とする請求項２記載のコンクリート製品。
前記コンクリート製品が、表面に開口するポット状凹所を有し、該ポット状凹所に培地を充填して植栽用とすることを特徴とする請求項２又は３記載のコンクリート製品。
予め、１２００℃以上の高温で焼成した重焼マグネシアであるマグネシア系遅延型膨張材を含有させたセメント組成物を、水中又は湿潤箇所に埋設するコンクリート製品に含ませて、前記コンクリート製品を所定期間後に崩壊させることを特徴とするコンクリート製品の崩壊方法。