JP4441355B2

JP4441355B2 - 耐酸性コンクリート製品

Info

Publication number: JP4441355B2
Application number: JP2004224245A
Authority: JP
Inventors: 文雄三品; 敏一橋本; 雄一須賀; 則彦澤邊; 義信平野; 宏二大西
Original assignee: Japan Sewage Works Agency; Ube Industries Ltd
Current assignee: Japan Sewage Works Agency; Ube Corp
Priority date: 2004-07-30
Filing date: 2004-07-30
Publication date: 2010-03-31
Anticipated expiration: 2024-07-30
Also published as: JP2006044959A

Description

本発明は、耐酸性コンクリート製品に関し、特に、ヒューム管と呼ばれるコンクリート円筒管や、コンクリート溝型成形体、ボックスカルーバートなどの下水道を構成するコンクリート製品であって、特に耐酸性が強化されたコンクリート製品に関する。

下水道を構成するヒューム管などのコンクリート製品は、土壌の様々な化学特性条件や内部を流通する下水の様々な化学特性条件に日常的にさらされ、時間の経過と共にその表面の腐食が進行する傾向がある。なかでも、温泉地などの酸性土壌地帯に埋設されるコンクリート製品あるいは内部に酸性の強い下水を通すコンクリート製品の表面は、継続的に硫酸イオンや亜硫酸イオンの接触下に置かれるため、その腐食の進行は極めて早い。このため、酸性条件下にさらされる環境条件に設置されるコンクリート製品の表面に耐酸性層を形成して耐酸性コンクリート製品を得る試みは以前より行なわれており、そのような耐酸性層の材料や構成については、様々な提案がなされている。

特許文献１には、従来から知られている耐酸性コンクリート製品の例として、ＦＲＰやエポキシ樹脂等の樹脂を被覆した耐酸性コンクリート製品、あるいは抗菌剤を添加したコンクリート製品などの公知技術が記載されている。これらのコンクリート製品について、前者は、被覆層の剥離による耐酸性の低下の問題があること、そして後者は抗菌作用はあるものの、耐酸性自体は不充分であることが指摘されている。そして、特許文献１には、上記の従来技術の問題点を解決する方法として、コンクリート製品の表面に、ポリマー層を介して、廃棄物溶融スラグを含有しＣａＯ／ＳｉＯ₂モル比が１．２以下のスラグ組成物、ケイ酸アルカリ及び骨材からなる耐酸性層を付設する方法が提案されている。
特開２００１−８８１１４号公報

本発明は、新規な耐酸性コンクリート製品、特に、ヒューム管と呼ばれるコンクリート円筒管やコンクリート溝型成形体、ボックスカルーバートなどの下水道を構成するコンクリート製品であって、特に耐酸性が強化されたコンクリート製品を提供することをその課題とする。

本発明は、コンクリート成形体、そして該コンクリート成形体の表面に形成されたアルミナセメント、アルミナセメントクリンカ骨材、および製鋼ダストを含有する耐酸性セメント組成物の硬化層とからなる耐酸性コンクリート製品にある。

本発明の耐酸性コンクリート製品の好ましい態様を次に記載する。
（１）耐酸性セメント組成物のアルミナセメント／アルミナセメントクリンカ骨材の質量比が、０．３〜２．５の範囲にある。
（２）耐酸性セメント組成物中の製鋼ダストの含有量が、アルミナセメント１００質量部に対して、１〜３０質量部の範囲にある。
（３）耐酸性セメント組成物中の製鋼ダストが、３．０〜５．２の範囲の比重を持ち、且つＦｅ₂Ｏ₃を５０質量％以上含むものである。
（４）耐酸性セメント組成物の硬化層が、コンクリート成形体の表面が湿潤状態にある内に、水性耐酸性セメント組成物を塗設したのち、乾燥硬化させることにより、コンクリート成形体の表面と一体化されたものである。
（５）コンクリート成形体がコンクリート円筒管である。
（６）耐酸性セメント組成物の硬化層がコンクリート円筒管の内面に付設されている。

本発明の耐酸性コンクリート製品における耐酸性層は、コンクリート成形体との親和性に優れ、かつ優れた耐酸性を示す。従って、本発明の耐酸性層を表面に備えたコンクリート成形体は、酸性土壌環境に埋設される場合、あるいは強酸性の下水を案内する目的で用いられる配管あるいは排水溝などである場合等のように、厳しい酸性雰囲気に日常的に接触する条件で用いられるコンクリート製品として特に有効である。

まず、本発明の耐酸性コンクリート製品の耐酸性層を形成するために用いる耐酸性セメント組成物について説明する。

本発明で用いる耐酸性セメント組成物の水硬性成分として、耐酸性に優れたアルミナセメントを使用する。アルミナセメントは、鉱物組成の異なるものが数種知られていて、市販もされている。アルミナセメントの主成分はモノカルシウムアルミネート（ＣＡ）であって、何れの市販のアルミナセメントも使用することが出来るが、モノカルシウムアルミネート含有量が５０質量％以上のものを使用することが好ましい。

本発明で用いる耐酸性セメント組成物の主骨材成分としては、アルミナセメントクリンカ骨材を使用する。アルミナセメントクリンカ骨材は、アルミナセメントと鉱物組成が基本的に同じであって、耐酸性に優れ、アルミナセメントとの結合性も非常に良好である。また、水和反応が継続して起こることから、アルミナセメント水和物の転移の抑制、耐腐食性の持続効果を向上させる。アルミナセメントクリンカ骨材は、アルミナセメント／アルミナセメントクリンカ骨材の質量比は、０．３〜２．５の範囲、さらに０．５〜２．４、特に０．６〜２．３となるようにすることが好ましい。アルミナセメントクリンカ骨材の量が少なすぎると、強度の発現が不充分になりやすく、一方、その量が多すぎると、収縮やクラックが発生しやすくなり、またモルタル塗着作業の作業性が低下する傾向がある。

アルミナセメントクリンカ骨材は、粒径が１５０μｍ〜４ｍｍの範囲にあることが好ましく、また、吹き付け、鏝塗り作業性を著しく低下させないためには、粒径２．５ｍｍ以下のものを使用するのが好ましい。ここで言う粒径は、例えば１５０μｍ〜４ｍｍは、目開き１５０μｍと４ｍｍの二種の篩を用いて捕捉される粒分を言う。

耐酸性セメント組成物を構成する材料として、製鉄所の製鋼工程で発生する製鋼ダストを使用することが本発明の特徴の一つである。製鋼ダストは、最多成分であるＦｅ₂Ｏ₃の他にＳｉ、ＭｇＦｅ₂Ｏ₃等を含む無機質粉体であり、１〜５０μｍの球状物質を多量に含む。この製鋼ダストを添加することにより、セメント組成物の硬化体表面が緻密になり接着性が向上する。その製鋼ダストの使用量は、アルミナセメント１００質量部に対して１〜３０質量部、さらに２〜２０重量部、特に２〜１０重量部とするのが好ましい。１質量部よりも少ないと、添加効果が充分に発生しにくく、３０質量部よりも多いと、耐酸性が低下する場合がある。

製鋼ダストは、その発生源により、Ｆｅ₂Ｏ₃含有量が５０質量％以下のものから、１００質量％に近いものまで組成の異なるものが存在するが、コンクリート成形体表面への接着性の向上効果を考慮すると、Ｆｅ₂Ｏ₃含有量の多いものの使用が好ましく、Ｆｅ₂Ｏ₃含有量が５０質量％以上のものが特に好ましい結果をもたらす。製鋼ダストの比重は、主としてＦｅ₂Ｏ₃含有量に依存しており、大きいものは５．２程度まで変化するが、添加効果からは、比重が３．０以上のものの使用が好ましい。

本発明で用いる耐酸性セメント組成物は、アルミナセメント、アルミナセメントクリンカ骨材、そして製鋼ダストの存在だけで十分な耐酸性、接着性を示すモルタル組成物を与えることから、この必須三成分のみを含む組成物とすることでも、十分目的を達することができるが、セメントモルタル調製の際に一般的に使用される減水剤、増粘剤、凝結調整剤、セメント混和用ポリマー等の市販混和剤の一種または二種以上を添加するのが好ましい。また、繊維を加えてもよい。

減水剤の添加は、低い水／セメント比においても高い流動性を確保する効果が在り、また増粘剤は高い流動性下に於ける材料分離の抑制に効果を示す。凝結調整剤は、施工時の可使時間及び強度発現をコントロールする効果があり、セメント混和用ポリマーは、下地コンクリートとの接着性を高める効果を有している。また、繊維は、耐クラック性を向上させる効果を有している。

混和剤を添加する場合、その添加量はアルミナセメント１００質量部に対して１０質量部以下とする。添加量が多すぎると初期強度発現にマイナス要因として働くだけでなく、高価な混和剤の浪費となるため、不経済である。

繊維の添加量は、アルミナセメント１００質量部に対して１０質量部以下とする。過剰な添加量は強度の低下に繋がると共に、下地コンクリートからの剥離の要因となる。

本発明で用いる耐酸性セメント組成物には、高炉スラグを添加することが出来る。高炉スラグは、それの持つ潜在水硬性による硬化体強度を向上させる効果と共に、アルミナセメントクリンカ骨材同様、アルミナセメント水和物の転移に起因する強度低下を抑制する効果を有する、化学的反応性、特に耐酸性に優れた添加物である。

高炉スラグは、セメント混和材として一般的なものであり、市販されている。セメント混和材として市販されている高炉スラグは、何れも問題なく使用できるが、ＪＩＳ−Ａ−６２０６（コンクリート用高炉スラグ微粉末）の規格に適合するものが好ましい。また、その粉末度は、混和材用として市販されている物であれば特に制限されないが、２０００〜１００００ｃｍ²／ｇのブレーン比表面積を有する微粉末を使用するのが、添加効果の充分な発現性の面から好ましい。高炉スラグの過度の添加は、逆に強度発現性の低下を引き起こしやすいことから、その量は、アルミナセメント１００質量部当たり１００質量部以下とするのが好ましく、１０〜５０質量部の添加がさらに好ましい。

本発明で用いるの耐酸性セメント組成物には、更に、川砂、海砂、山砂等のシリカ質骨材を添加することができる。シリカ質骨材の添加は、耐腐食性に余り影響を与えることなくコストダウンに繋がる。ただし、添加量が多すぎると耐腐食性の低下を招く。

本発明で用いる水性耐酸性セメント組成物（モルタル組成物）では、水／セメント比を０．２〜０．６とするのが好ましい。水／セメント比が高すぎると強度発現性が不十分となり、一方低すぎると流動性が低すぎ、作業特性が低下するだけでなく、強度特性に劣る硬化体を与える場合がある。

上記のモルタル組成物は、一般のモルタル同様、本発明で用いる耐酸性セメント組成物の各粉末材料を混合したものに所定量の水を加え、一般的な混練機を用いて混練して調製することができる。

調製後のモルタル組成物は、ヒューム管やコンクリート構造物などのコンクリート成形体の表面に塗着させ、その後に乾燥することにより硬化させる工程を利用して使用される。塗着施工は、モルタルの施工に一般的に用いられている、コテ塗りまたは吹付けで行なうことが出来る。吹付けで塗着させる場合には、モルタルポンプを用いて圧送するが、予めセメントノロを通し、圧送ホースとの摩擦を低減させておくのが好ましい。

本発明の耐酸性コンクリート製品の代表例の一つである耐酸性ヒューム管の構造例を図１に示す。図１において、耐酸性コンクリート製品１は、ヒューム管２の内側壁に耐酸性硬化層３が形成された構成にある。

次に、本発明で用いるコンクリート成形体について説明する。本発明の耐酸性コンクリート製品の対象となるコンクリート成形体の形状、材料そして使用目的については特に限定はないが、特に、ヒューム管と呼ばれるコンクリート円筒管や、コンクリート溝型成形体、ボックスカルーバートなどの下水道を構成するコンクリート成形体とが好ましい対象となる。

コンクリート成形体の表面への耐酸性層の形成方法については、特に限定はない。ただし、コンクリート成形体表面への耐酸性層の好ましい付設方法は、コンクリート成形体の表面が湿潤状態にある内（すなわち、コンクリート成形体の製造工程の最終段階で、その成形体が充分に乾燥する前）に、その湿潤状態にあるコンクリート成形体表面に水性耐酸性セメント組成物（モルタル組成物）を塗設したのち、乾燥硬化させる操作によることが好ましく、この方法により、コンクリート成形体の表面に耐酸性硬化層が一体化された状態で付設されている耐酸性コンクリート製品を得ることができる。なお、耐酸性硬化層の厚みについては、目的の耐酸性コンクリート製品の想定される使用条件を考慮して決めることができるが、通常は、３ｍｍ以上であり、１０〜２０ｍｍとすることが好ましい。

以下では、具体的例を挙げて、本発明を更に詳しく説明する。
［実施例１〜４、比較例１〜３］
（１）使用材料
１）アルミナセメント：ラファージュ社製（ブレーン比表面積３２００ｃｍ²／ｇ、モノカルシウムアルミネート含有率５３質量％）
２）アルミナセメントクリンカ骨材：アルミナ含有率４０％、粒径２．５ｍｍ以下
３）製鋼ダスト：Ｆｅ₂Ｏ₃含有量：５８質量％、比重：３．９
４）高炉スラグ：ブレーン比表面積４５００ｃｍ²／ｇ
５）有機質混和剤：酢酸ビニル・べオバ共重合系樹脂粉末、メチルセルロース系増粘剤、ポリエチレングリコール基含有ポリエーテル系減水剤（Melflux PP100F）、ビニロン繊維、クエン酸ナトリウム
６）シリカ質骨材：粒度４ｍｍ以下の山砂

（２）セメントモルタル調製、試験サンプルの作製
上記原料成分と水とを第１表に示される量にて、ホバート社製モルタルミキサーで３分間混合してセメントモルタルを得た。

（３）試験サンプルの作成
得られたモルタルを直径７．５ｃｍ×高さ１５ｃｍの円柱形鋼製型枠を用いて二層成形し、２０℃−相対湿度６５％の大気中に静置した。２４時間経過後脱型し、２０℃の水中に２８日間浸漬を行い、試験サンプルとした。

（４）接着試験
得られたセメントモルタルをコンクリート板に塗りつけ、材齢２８日後に接着試験を実施した。

（５）セメントモルタルの耐酸性試験
セメントモルタルを塗着し、硬化させたコンクリート成形体の耐酸性の評価は、東京都下水道局施設監理部発行「コンクリート改修技術マニュアル（汚泥処理施設編、平成１２年１０月）」に従って、５％硫酸浸漬試験により重量変化率（％）と硫酸浸透深さ（ｍｍ）を測定して行なった。
結果を第１表に示す。

第１表
────────────────────────────────────
セメント組成物組成
アルミナアルミナ製鋼シリカ高炉接着強度重量変化率
セメント骨材^* ダスト質骨材スラグ (N/mm²) （硫酸浸透深さ）
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規格値 ≧１．５ ±１０以内
（＜３．０）
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実施例
１３０６８１００１．３＋０．９（０．５）
２４０５４５００１．９＋０．６（１．２）
３４０３５４０２０１．８＋０．３（０．９）
４４０３６２１５６１．７０（２．０）
────────────────────────────────────
比較例
１４０６０００００．６＋１．２（０．０）
２４０５５００６０．７＋１．３（０．１）
３４０^* ０４５９００．９ −４３（６．０）
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注：アルミナ骨材＝アルミナセメントクリンカ骨材
セメント組成物には全て１質量％の有機質混和剤が含まれている。
比較例３では、アルミナセメントの代わりにポルトランドセメントを用いている。
水量は、セメント組成物１００質量部に対して、実施例１乃至４および比較例１と２では１６．８質量部であり、比較例３では１８．８質量部である。

（６）評価結果
第１表に示されているように、本発明の組成の耐酸性セメントモルタル組成物を用いた場合には、５％硫酸浸積後の重量変化率、硫酸浸透深さ共に規格値を満足する程度に小さく、一方、コンクリート成形体に対する接着強度は規格値を満足するか、あるいは規格値に近い値となる。

［実施例５、６］
下記の組成のセメントモルタル組成物を調製した。
（１）実施例５用のセメントモルタル組成物（厚付け用）
アルミナセメント４００質量部
アルミナクリンカ（平均粒径：２．５ｍｍ）４００質量部
珪砂６号１５０質量部
高炉スラグ６０質量部
製鋼ダスト（ヘマタイト）１５質量部
粉末樹脂（エチレン・酢酸ビニル樹脂）８質量部
消泡剤０．０５質量部
減水剤０．２質量部
水／固形分１４．５質量％

（２）実施例６用のセメントモルタル組成物（薄付け用）
アルミナセメント４００質量部
アルミナクリンカ（平均粒径：１．０ｍｍ）４００質量部
珪砂６号１５０質量部
高炉スラグ６０質量部
製鋼ダスト（ヘマタイト）１５質量部
粉末樹脂（エチレン・酢酸ビニル樹脂）８質量部
消泡剤１質量部
減水剤０．５質量部
水／固形分１５．０質量％

（３）試験方法
湾曲した試験用コンクリート成形体片（９０ｍｍ×７５ｍｍ×３０ｍｍ）の凹部側表面にセメントモルタル組成物を塗設して乾燥硬化させ、他の五面（凸部側表面と四つの側面）には防食塗料を塗布乾燥した。セメントモルタル組成物の硬化層が形成されていない裏側の表面と側面とには、エポキシ樹脂塗料の塗膜を形成して防食処理を施した。
上記の方法により得られたセメントモルタル組成物硬化層を備えた試験サンプルを硫酸水溶液（５％硫酸水溶液、温度２０℃、日本下水道事業団防食指針（案）に準拠）に浸漬し、一週間経過毎に四週間経過後まで、試験サンプルの質量変化を測定して、試験サンプルの硫酸による腐食の進行を調べた。その結果を下記の第２表に記載する。

第２表
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質量変化率（質量％）
１週間経過２週間経過３週間経過４週間経過
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実施例５＋０．１９＋０．０２ −０．２４ −０．７４
実施例６＋０．１１＋０．０９ −０．３１ −０．９７
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第２表の結果から明らかなように、本発明の耐酸性硬化層が付設されたコンクリート成形体は、硫酸雰囲気と長時間接触させても腐食が少なく、従って、優れた耐酸性を示す。

本発明の耐酸性コンクリート製品の代表例の一つである耐酸性ヒューム管の構造例を示す。

符号の説明

１耐酸性コンクリート製品
２ヒューム管
３耐酸性硬化層

Claims

コンクリート成形体、そして該コンクリート成形体の表面に形成されたアルミナセメント、アルミナセメントクリンカ骨材、および製鋼ダストを含有する耐酸性セメント組成物の硬化層とからなる耐酸性コンクリート製品。
耐酸性セメント組成物のアルミナセメント／アルミナセメントクリンカ骨材の質量比が、０．３〜２．５の範囲にある請求項１に記載の耐酸性コンクリート製品。
耐酸性セメント組成物中の製鋼ダストの含有量が、アルミナセメント１００質量部に対して、１〜３０質量部の範囲にある請求項１もしくは２に記載の耐酸性コンクリート製品。
耐酸性セメント組成物中の製鋼ダストが、３．０〜５．２の範囲の比重を持ち、且つＦｅ₂Ｏ₃を５０質量％以上含むものである請求項１乃至３のうちのいずれかの項に記載の耐酸性コンクリート製品。
耐酸性セメント組成物の硬化層が、コンクリート成形体の表面が湿潤状態にある内に、水性耐酸性セメント組成物を塗設したのち乾燥硬化させることにより、コンクリート成形体の表面と一体化して形成されてる請求項１乃至４のうちのいずれかの項に記載の耐酸性コンクリート製品。
コンクリート成形体がコンクリート円筒管である請求項１乃至５のうちのいずれかの項に記載の耐酸性コンクリート製品。
耐酸性セメント組成物の硬化層がコンクリート円筒管の内面に付設されている請求項６に記載の耐酸性コンクリート製品。