JP4519480B2 - 耐酸性セメント組成物 - Google Patents

Description

本発明は、耐酸性セメント組成物とその硬化体に関し、詳細には、耐久性、耐酸性に優れた、ペースト、モルタル、またはコンクリートなどの耐酸性セメント組成物とその硬化体に関する。

土木構造物や建築物に使用するセメント硬化体への耐酸性付与に関しては、種々の取り組みがなされている。薬品を取り扱う工場の床、化成品工場の排水ピット等は言うまでもなく、下水道施設にあっても汚泥から発生する硫化水素ガスは硫酸を生成し、下水管を腐食させる問題を抱えている。また、昨今の酸性雨あるいは、酸性の強い火山灰等による屋外コンクリート構造物に対する腐食対策も問題になりつつあり、社会資本施設の保全の観点からも注目を集めている。

従来、耐酸性に優れるセメントとしては、ＪＩＳ規格の耐硫酸塩セメントやアルミナセメントあるいはアルカリスラグセメント等が挙げられるが、この他にも特許文献１には、スラグ微粉末とフライアッシュとを併用したアルミナセメントが開示されており、また、特許文献２では、石炭系や石油系のか焼コークスをモルタルやコンクリートに配合することにより耐酸性が付与できることを開示しており、これらを使用したモルタルやコンクリートが耐酸性対策として使用されてきている。しかし、耐硫酸塩セメントは、生産量も少ない上に高価である。また、アルミナセメントは、水和反応によって酸に溶けやすいＣａ(ＯＨ)_２が生成されないため、耐酸性に優れているものの、長期材齢では、転移現象により強度が低下する性質を有している。

また、アルカリスラグセメントを用いた場合はＣａ(ＯＨ)_２を生成しないことと、構造が緻密であることから普通ポルトランドセメントより耐酸性に優れる性質を有している。しかし、ポルトランドセメントに比べてアルカリ性が高いため、使用にあたっては保護具の着用が必要であるばかりでなく、アルカリ骨材反応に対する十分な配慮が必要である。さらには、ポルトランドセメントに高炉スラグを配合した高炉セメントも耐薬品性に優れるとして、一般的に耐酸性を要求される場合に使用されてきているものの、普通ポルトランドセメントとの比較の上で優れている程度であり、耐酸性の要求を十分に満たすには至っていない。

一方、セメントコンクリート製の電信柱のように遠心成型等により高強度を得ることにより表面の緻密化を図り、耐酸性を向上させる方法も広く用いられているが、一般の現場打設によるモルタルやコンクリート部位には適用が困難な方法である。さらにまた、要求されるその耐酸性に応じてポリマー系の耐酸性材料でコンクリート製品をライニングあるいはコーティングするなどの技術も一般化されているものの、これらは施工時の作業性や経済性の点から広く用いられるには至っていない。

他方、耐薬品性に優れる材料で安価なものにアスファルトが挙げられるが、アスファルトは、粘弾性体であるため、大きな荷重、長期間にわたってのクリープあるいは、高温等により、容易に変形する性質を有しているため、アスファルト単体では、長期間にわたって荷重を支える部位には使用することはできない。
特開２００２−１３７９５４号公報 特開平１０−１３９５１８号公報

本発明は、上記の従来技術が有する種々の問題点に鑑み、十分な強度を保持しつつ耐酸性にも優れた硬化体を製造することができ、しかも安価で取り扱い性にも優れた耐酸性組成物と、その硬化体を提供することを課題とする。

本発明者らは、上記のような問題点を解決するため鋭意研究を行った結果、セメントとアスファルト乳剤とを特定の配合割合で併用し、セメントアスファルト複合体を形成することによって、セメントによる強度の保持とアスファルトによる耐酸性とを兼ね備えた、優れた硬化体を製造することができることを見出して本発明を完成した。

すなわち、本発明は、セメントとアスファルト乳剤とを含み、セメントとアスファルト乳剤との質量配合比Ｃ／Ｅ＝(セメント/アスファルト乳剤）が０．４５〜１．２、好ましくは０．５〜１．０の範囲にあり、かつアスファルト乳剤の配合割合が３５質量％以上、好ましくは４０質量％以上である耐酸性セメント組成物、及び、その硬化体を提供することによって上記の課題を解決するものである。

本発明の耐酸性セメント組成物の形態としては、セメントとアスファルト乳剤とを混合しただけのセメントペーストであって良いことは勿論、砂などの細骨材を混ぜたセメントモルタルであっても、さらには、小石等の骨材を混ぜたセメントコンクリートであっても良い。

本発明の耐酸性セメント組成物は、セメントとアスファルト乳剤とを所定の配合割合で含んでいるので、硬化後の強度並びに耐酸性に優れることは勿論、既存のコンクリート壁などの表面への付着力にも優れ、例えば下水管内面被覆材として使用することもできるという利点を有している。さらには、セメントとアスファルト乳剤とを使用しているので、安価である上に、施工時に特段の危険を伴うこともなく、取り扱いが容易であるという利点も備えている。

本発明の耐酸性セメント組成物は、セメントとアスファルト乳剤とを含み、セメントとアスファルト乳剤との質量配合比Ｃ／Ｅ＝（セメント/アスファルト乳剤）が０．４５〜１．２の範囲、好ましくは０．５〜１．０の範囲にあり、かつアスファルト乳剤の配合割合が３５質量％以上、好ましくは４０質量％以上である耐酸性セメント組成物である。Ｃ／Ｅの値が０．４５未満では、良好な耐酸性が得られない上に、硬化後の強度が十分でなく、耐久性のある硬化体が得られなくなるという不都合がある。一方、Ｃ／Ｅの値が１．２超になると、セメントとアスファルト乳剤とを含む耐酸性セメント組成物が塑性状若しくは粉体状となり、施工性に劣る上に、良好な耐酸性が得られなくなり好ましくない。また、アスファルト乳剤の配合割合が３５質量％未満になると、アスファルト乳剤の配合量としては不十分となり、良好な耐酸性が得られなくなるという不都合がある。

本発明で使用するセメントとしては、アスファルト乳剤中の水分と反応して硬化し、良好な強度と耐酸性を備えた硬化体を形成することができるものであれば、どのようなセメントを使用しても良く、例えば、ポルトランドセメント、高炉セメント、シリカセメント、フライアッシュセメントなどが挙げられる。ただし、より良好な強度と耐酸性を備えた硬化体を作製するという観点からは、普通ポルトランドセメント若しくは高炉セメントが好ましく、中でも、高炉セメントがより好ましく、高炉セメントの中では高炉セメントＣ種が最も好ましい。

また、本発明で使用するアスファルト乳剤としては、同時に配合されるセメントと反応し、セメントを良好に硬化させることができるものであれば、どのようなアスファルト乳剤を使用しても良く、ノニオン系、アニオン系、カチオン系のいずれのアスファルト乳剤であっても良い。ただ、セメントと良く混合し、良好な施工性を確保するという観点からは、ノニオン系又はアニオン系のアスファルト乳剤が好ましく、より好ましくはノニオン系のアスファルト乳剤を使用するのが好い。アスファルト乳剤中の蒸発残留分の量に特に制限はないけれども、例えば本発明の耐酸性セメント組成物のコンクリート壁面等への良好な付着性を保持するという観点からは、蒸発残留分が５０質量％以上のアスファルト乳剤を使用するのが好ましい。

本発明の耐酸性セメント組成物には、必要に応じて、砂、スクリーニングス、砕石ダスト、シリカサンド、人工骨材等の細骨材や、砕石、砂利等の粗骨材、さらには、スクリーニングスのフィラー分、石粉、焼却炉灰、クレー、タルク、フライアッシュ、カーボンブラックなどのフィラーを加えることができる。Ｃ／Ｅの値が０．４５〜１．２、好ましくは０．５〜１．０の範囲にあり、アスファルト乳剤の配合割合が３５質量％以上、好ましくは４０質量％以上という条件を満足する限り、配合する骨材やフィラーの量に特に制限はない。

本発明の耐酸性セメント組成物には、更に、必要に応じて、レジンや、ポリオキシエーテルなどの非イオン性界面活性剤等、通常、耐酸性対策に使用される添加剤を加えても良い。

以下、実験を基に、本発明を詳細に説明する。

〈実験１：配合割合の耐酸性に及ぼす影響〉
セメントとアスファルト乳剤との配合割合が耐酸性に及ぼす影響を調べるために、以下の実験を行った。すなわち、セメントとしては普通ポルトランドセメント（比重：３．１５、粉末度：３，２８０ｃｍ^２／ｇ）を使用し、アスファルト乳剤としてはノニオン系アスファルト乳剤（蒸発残留分：５８％、蒸発残留分針入度：２１１）を使用し、細骨材にあたる砂としては豊浦標準砂（比重：２．６３、粒径：０．１〜０．３ｍｍ）を使用し、表１に示す各配合割合で混合し、供試体組成物とした。併行して、ＪＩＳ Ｒ ５２０１に示される配合（セメント１質量部、標準砂３質量部、水セメント比０．５）のセメントモルタルを作製し、対照とした。

混合した供試体組成物及び対照組成物を、直径８０ｍｍ、高さ１００ｍｍの型枠に打ち込み、打ち込み直後のコンシステンシーを、ＪＩＳ Ｋ ２２２０に規定するグリース貫入試験によって調べた。グリース貫入試験の判定は、打ち込み直後の組成物の性状が液状のものを「◎」、スラリー状のものを「○」、塑性状で貫入しないものを「△」、粉末状のものを「×」として表１中に示した。

続いて、ＪＩＳ Ｒ ５２０１に準拠して、４０ｍｍ×４０ｍｍ×１６０ｍｍの型枠内に、供試体組成物及び対照組成物のそれぞれを、組成物が流動性のあるものである場合には流し込み、流動性のないものの場合には２層（２回）に分けて１層（１回）ごとに１５回つき棒で突いて成形し、供試体を作製した。作製した供試体を、空中、室温で２８日間養生し、その後、硫酸５％水溶液（液温２０℃）に８週間浸漬した後、外観の変化を肉眼で観察した。外観の評価は、比較的表面性状が良好なものを「○」、変色が激しいか、供試体表面に亀裂や浮きが観察されるものを「×」、酸浸漬中に破壊してしまったものを「××」として表１中に示した。

表１の結果から見て取れるように、セメントとアスファルト乳剤の配合比Ｃ／Ｅが、０．４３を上回り、１．２５を下回る範囲にあり、かつ、アスファルト乳剤の配合割合が３０質量％を上回る供試体組成物から作製された供試体は、耐酸性外観試験において良好な結果を示し、優れた耐酸性を備えていることが分かった。また、本実験において優れた耐酸性を備えた供試体を作製することができると評価された供試体組成物は、グリース貫入試験においても、その殆どが液状若しくはスラリー状というコンシステンシーを示し、施工性の面でもなんら問題がない。これらの結果から、優れた耐酸性を備えた硬化体を作製することができる耐酸性セメント組成物の配合としては、セメントとアスファルト乳剤の配合比Ｃ／Ｅが、０．４５〜１．２の範囲、好ましくは０．５〜１．０の範囲にあり、かつ、アスファルト乳剤の配合割合が３５質量％以上、好ましくは４０質量％以上であることが分かった。

〈実験２：吸水率及び圧縮強度試験１〉
セメントとして、実験１に用いたのと同じ普通ポルトランドセメントを用い、アスファルト乳剤として、ノニオン系アスファルト乳剤（蒸発残留分：５７．９％、蒸発残留分針入度：６０〜８０）を用い、細骨材に相当する砂として、海砂（密度：２．６２ｇ／ｃｍ^３、粒径：０．６〜０．０７４ｍｍ）を用い、表２に示す各配合で供試体組成物を作製し、直径５ｃｍの円筒形の型枠に打ち込んで、直径５ｃｍ、高さ５ｃｍの円柱状の供試体を、各配合あたり４個ずつ作製した。なお、表２に示す試料番号４、１３、２０、２７、３２の配合は、表１における対応する番号の配合と同じであり、いずれも、実験１において耐酸性に優れた供試体を作製することができると評価された配合である。また、試料番号３２−１は、試料番号３２の配合に、一般に耐酸性効果を示す添加剤として使用されているレジン（レジン Ｕ−１）を、アスファルト乳剤に対し１０質量％添加したものである。併行して、ＪＩＳ Ｒ ５２０１に示される配合（セメント１質量部、標準砂３質量部、水セメント比０．５）のセメントモルタルを作製し、同様に型枠に打ち込み供試体を作製して対照とした。

作製した各供試体及び対照供試体を、７日間空中で養生し、各配合における供試体２個を圧縮強度試験（変位速度３ｍｍ／ｍｉｎ）に供した。残る各配合２個ずつの供試体を、硫酸５％水溶液（液温２０℃）に８週間浸漬し、酸中養生した。酸中養生前後の重量を測定し、その重量変化分を酸中浸漬前の重量で割り、１００を掛けて、吸水率（％）を求めた。また、酸中養生後に圧縮強度試験を行った。結果は、各測定値の平均値を、表２に示した。なお、吸水率に関しては、対照のセメントモルタルを用いて作製した対照供試体は、硫酸水溶液に浸漬中に重量が減少するため、表２においては、具体的な数値は示さず、単に「マイナス」として示した。

表２に示すように、本発明の耐酸性セメント組成物を用いて作製した供試体においては、硫酸水溶液に浸漬することによって供試体の重量が増し、吸水していることが分かる。これは、本発明の耐酸性セメント組成物を用いて作製した供試体は、空中養生７日程度では、未水和のセメントが多数存在し、これらが水和することによって供試体重量が増加しているためと考えられる。圧縮強度は、酸中養生によって低下するものの、その低下の程度は、対照のセメントモルタルに比べて小さく、本発明の耐酸性セメント組成物を用いて作製した供試体が耐酸性に優れたものであることが確認された。また、試料番号３２−１についての結果は、一般に耐酸性効果を示す添加剤として使用されているレジンを添加すると、吸水率が低下し、酸中養生による圧縮強度の低下は抑制され、耐酸性向上に効果があることを示している。なお、アスファルト乳剤混合物は一般に、水浸すると乳剤が再乳化する傾向を示すが、本実験の経過を観察して、そのような現象は認められなかった。

〈実験３：吸水率及び圧縮強度試験２〉
普通ポルトランドセメントの代わりに、高炉セメントＣ種を用いた以外は実験２と同様にして、吸水率及び圧縮強度試験を行った。各供試体の配合並びに結果を表３に示す。

表３に示すように、セメントとして、普通ポルトランドセメントに代えて高炉セメントＣ種を用いると、吸水率が約５０％程度低下するとともに、空中養生後の圧縮強度も増加した。しかも、酸中養生前後において圧縮強度が同等若しくは増加するという結果が得られ、本発明の耐酸性セメント組成物に使用するセメントとして、高炉セメントＣ種が極めて優れた耐酸性を発揮することが分かった。

〈実験４：付着強度試験〉
実験２におけると同様の材料を用い、表４に示す各配合で供試体組成物を作製した。表４における各試料番号の配合は、表１における対応する番号の配合と同じであり、いずれも、実験１において耐酸性に優れた供試体を作製することができると評価された配合である。供試体組成物について、ＪＩＳ Ａ ６９０９に準拠して、コンクリート壁面に対する付着強度を試験した。養生は空中養生と水中養生の２種類とした。付着強度の測定は、打ち込みから４週間後に行った。結果を表４に示す。

表４の結果から明らかなように、水中養生後の付着強度の方が空中養生後の付着強度よりも大きい傾向にあり、いずれも１ＭＰａ前後の付着強度を示していることから、本発明の耐酸性セメント組成物のコンクリート壁面に対する付着強度は十分であり、例えば、下水管内面被覆に適用しても何らの支障もないとの結論が得られた。

以上のように、本発明の耐酸性セメント組成物によれば、耐酸性に優れた硬化体を作製することができるので、例えば、薬品を取り扱う工場の床や化成品工場の排水ピット等はいうまでもなく、下水道設備を含め、耐酸性が要求される種々の場所に適用して優れた作用効果を発揮するものである。しかも、本発明の耐酸性セメント組成物は、一般に液状若しくはスラリー状であるので、施工が容易であり、かつ、付着性にも優れているので、広い範囲に適用が可能である。さらには、アルミナセメントやアルカリセメント等の特殊なセメントを使用しないでも優れた耐酸性が得られるので、安価である上に取り扱いが容易であり、その産業界に与える影響には多大のものがある。

Claims (4)

1. セメントとアスファルト乳剤とを含み、セメントとアスファルト乳剤との質量配合比Ｃ／Ｅ＝（セメント／アスファルト乳剤）が０．４５〜１．２の範囲にあり、かつアスファルト乳剤の配合割合が３５質量％以上であるとともに、セメントが高炉セメントＣ種である耐酸性セメント組成物。
2. アスファルト乳剤の蒸発残留分が５０質量％以上である請求項１記載の耐酸性セメント組成物。
3. 骨材を含む請求項１又は２記載の耐酸性セメント組成物。
4. 請求項１〜３のいずれかに記載の耐酸性セメント組成物が硬化してなる耐酸性硬化体。