JP4593383B2

JP4593383B2 - 防食性複合体およびその製法

Info

Publication number: JP4593383B2
Application number: JP2005183174A
Authority: JP
Inventors: 実盛岡
Original assignee: Denki Kagaku Kogyo KK
Current assignee: Denka Co Ltd
Priority date: 2005-06-23
Filing date: 2005-06-23
Publication date: 2010-12-08
Anticipated expiration: 2025-06-23
Also published as: JP2007001801A

Description

本発明は、主に、土木・建築分野において使用される防食性複合体、特に、下水道処理施設などに使用される防食性を有するモルタルやコンクリートに関する。

なお、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。

近年、下水処理施設を中心に、コンクリート構造物の硫酸による劣化事例が増加している。このような背景を受けて、コンクリートの硫酸劣化に関する研究も以前にも増して多く見受けられるようになった。硫酸劣化の対策としては、耐酸性に優れる樹脂を塗膜する方法や、耐酸性のモルタルで断面修復する方法が採用されている。
耐酸モルタルとして、ポルトランドセメントとともに、高炉スラグやフライアッシュ、シリカフュームなどを多量に混和したモルタルが提案されている（特許文献１）。
また、ひび割れを防止するために収縮低減剤が開発されている。収縮低減剤の使用方法としては、セメントに混和する方法やセメントコンクリートの硬化後塗布する方法が知られており、水硬性組成物、水、および収縮低減剤を混練したものを、硬化したコンクリート表面に施工し、その後、蒸発抑制被覆層を形成する方法も提案されている(非特許文献１、特許文献２)。さらに、コンクリート表面に散布や塗布し、コンクリート表面を被覆する、エチレン−酢ビ共重合エマルジョンを含有する養生用封緘剤も提案されている(特許文献３)。

特開2000-128618号公報特開2002-193686号公報特公昭62-000116号公報膨張材と収縮低減剤、コンクリート工学、Vol.24、 No.2、1986、p.56〜62

本発明者は、防食性複合体について種々検討を重ねた結果、ポルトランドセメント、潜在水硬性物質、およびポゾラン物質を含有するセメント組成物を用いたモルタルまたはコンクリートの表面に収縮低減剤をコーティングすることにより、優れた耐酸性とひび割れ抵抗性を併せ持ち、塗膜層の腫れや剥れのない防食性複合体が得られることを知見し、本発明を完成するに至った。

すなわち、本発明は、（１）ポルトランドセメント、高炉水砕スラグ微粉末である潜在水硬性物質、およびフライアッシュ、シリカフュームのうちの少なくとも１種であるポゾラン物質からなるセメント組成物において、ポルトランドセメント、潜在水硬性物質、およびポゾラン物質の合計１００部中、ポルトランドセメントが２０〜４０部、潜在水硬性物質が２０〜４０部、ポゾラン物質が３０〜５０部であるモルタルまたはコンクリートの表面に収縮低減剤を２００〜５００ｇ／ｍ ^２コーティングした防食性複合体（２）モルタルまたはコンクリートの硬化前の表面に収縮低減剤をコーティングする（１）の防食性複合体の製法、である。

本発明の防食性複合体は、優れた耐酸性とひび割れ抵抗性を併せ持ち、腫れや剥れもないなどの効果を奏する。

本発明のポルトランドセメントとは、普通、早強、超早強、低熱、および中庸熱など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、石灰石粉末などや高炉徐冷スラグ微粉末を混合したフィラーセメント、廃棄物利用型セメント、いわゆるエコセメントなどが挙げられ、これらのうちの１種または２種以上が併用可能である。
ポルトランドセメントの粒度は、特に限定されるものではないが、通常、ブレーン比表面積で３０００〜６０００ｃｍ^２／ｇの範囲にある。３０００ｃｍ^２／ｇ未満では強度発現性が充分でない場合があり、６０００ｃｍ^２／ｇを超えると取り扱いが困難な場合がある。

本発明の潜在水硬性物質とは、カルシウム化合物やアルカリ金属化合物が共存する際に、その刺激効果によって、潜在的な水硬性を発揮する物質を総称するものである。その代表例としては、高炉水砕スラグを挙げることができる。高炉水砕スラグ微粉末は、耐酸性を担う。
高炉水砕スラグ微粉末の粉末度は、特に限定されるものではないが、通常、ブレーン比表面積で３０００〜９０００ｃｍ^２／ｇ程度の範囲にある。

本発明では、高炉水砕スラグ微粉末に代表される潜在水硬性物質に、ポゾラン物質を併用する。本発明のポゾラン物質とは、カルシウム化合物と反応してカルシウムシリケート水和物を生成する物質を総称するものである。ポゾラン物質は耐酸性を向上させる効果を助長する役割を担う。
ポゾラン物質は特に限定されるものではなく、その具体例としては、例えば、フライアッシュ、シリカフューム、パルプスラッジ焼却灰、下水汚泥焼却灰、廃ガラス粉末などが挙げられる。中でも、フライアッシュやシリカフュームの使用が好ましい。
フライアッシュおよびシリカフュームの粉末度は、特に限定されるものではないが、通常、フライアッシュについては、ブレーン比表面積で３０００〜９０００ｃｍ^２／ｇ程度の範囲にあり、シリカフュームについては、ＢＥＴ比表面積で２〜２０ｍ^２／ｇ程度の範囲にある。

潜在水硬性物質とポゾラン物質は、その反応機構が異なるため、学術的には明確に区別されている。つまり、潜在水硬性物質におけるカルシウム化合物やアルカリ金属化合物は刺激剤として振る舞い、触媒的な役割を担うのに対して、ポゾラン物質におけるカルシウム化合物は、反応物として振る舞うため、ポゾラン物質がもつＳｉＯ_２分に見合う量のカルシウム分が必要となり、カルシウム分が不足するとポゾラン反応は停滞してしまうことになる。

本発明では、潜在水硬性物質として高炉水砕スラグ微粉末を、ポゾラン物質として、フライアッシュとシリカフュームを選定し、これらを併用することが、耐酸性の観点から好ましい。

本発明のモルタルまたはコンクリートとは、ポルトランドセメント、潜在水硬性物質、およびポゾラン物質からなるセメント組成物と、通常使用されている砂、砂利などの細骨材や粗骨材、非鉄精錬スラグ骨材を含む骨材などから構成される。
セメント組成物における各材料の配合割合は、特に限定されるものではないが、通常、ポルトランドセメント、潜在水硬性物質、およびポゾラン物質の合計１００部中、ポルトランドセメント２０〜４０部が好ましく、２５〜３５部がより好ましい。潜在水硬性物質は２０〜４０部が好ましく、２５〜３５部がより好ましい。ポゾラン物質は３０〜５０部が好ましく、３５部〜４５部がより好ましい。ポルトランドセメントが２０部未満では、初期の強度発現性が乏しい場合があり、逆に、４０部を超えると耐酸性が充分でない場合がある。潜在水硬性物質が２０部未満であると、耐酸性が充分でない場合がり、逆に４０部を超えると初期の強度発現性が悪くなり、寸法安定性が悪くなる場合がある。ポゾラン物質が３０部未満であると耐酸性が十分でない場合があり、５０部を超えると、初期の強度発現性が悪くなる場合がある。

本発明の収縮低減剤とは、乾燥収縮防止や硬化収縮の補償などの用途に使用されているもので、ノニオン系界面活性剤の一種であって、液体や粉体で、セメント硬化体中の細孔にある水に溶解して、蒸発するときの水の表面張力を低下させる働きがあるものである。収縮低減剤の基本構造は、ポリオキシアルキレン重合物を有し、末端に低級アルコール、フェノール、及びアミノ結合物を付加したものである。
具体的には、ポリプロピレングリコール、エチレンオキシドメタノール付加物エチレンオキシド・プロピレンオキシドブロック重合物、エチレンオキシド・プロピレンオキシドランダム重合物、グリコールのシクロアルキル基付加物、グリコールの両端にメチル基を付加した付加物、グリコールのフェニル基付加物、グリコールにメチルフェニル基を付加したブロック重合物、グリコールの両端にエチレンオキサイドメタノールを付加した付加物、およびグリコールにジメチルアミンを付加した付加物などが使用可能である。

収縮低減剤のコーティングは、打設したモルタルやコンクリ−トの硬化前に行なうことが好ましい。
収縮低減剤の水の希釈倍率は１０倍以下が好ましく、１０倍を超えるとひび割れ防止効果が得られない場合がある。
収縮低減剤のコーティング方法は、モルタルやコンクリート表面に均一に分散する方法であれば特に限定されるものではなく、撒布したり、塗布したり、吹付けたりすることが可能であり、施工面積により、噴霧器、噴霧機、およびじょうろなどを用いる方法がある。

収縮低減剤の使用量は、特に限定されるものではないが、１ｍ^２当たり、原液換算で１００〜５００ｇの範囲で使用することが好ましく、１５０〜４００ｇがより好ましい。１００ｇ未満ではひび割れ抵抗性の向上効果や耐酸性向上効果が十分でなく、５００ｇを超えてもさらなる効果の向上が期待できない。

本発明では、モルタルやコンクリートにポリマーを配合することが、耐酸性の向上の観点から、また、付着強度の向上の観点から好ましい。
本発明で言うポリマーとは、特に限定されるものではない。ポリマーは大別すると、水性ポリマーディスパージョン、水溶性ポリマー、液状ポリマー、再乳化型粉末樹脂の４種類となる。その具体例としては、例えば、水性ポリマーディスパージョンとしては、天然ゴムラテックス、合成ゴムラテックス、樹脂エマルジョン、混合ディスパージョンが分類される。この中には、スチレンブタジエンゴム、クロロプレンゴム、メタクリル酸メチルブタジエンゴム、アクリロニトリル・ブタジエンゴム、ポリアクリル酸エステル、エチレン酢酸ビニル、スチレンアクリル酸エステル、ポリプロピオン酸ビニル、ポリプロピレン、エポキシ樹脂、アスファルト、パラフィン、混合ラテックス、混合エマルジョンなどが挙げられる。水溶性ポリマーとしては、例えば、メチルセルロース、ヒドロキシプロピルメチルセルロース、ポリビニルアルコール、アクリル酸カルシウム、アクリル酸マグネシウムなどが挙げられる。液状ポリマーとしては、例えば、不飽和ポリエステル樹脂やエポキシ樹脂などが挙げられる。再乳化型粉末樹脂としては、例えば、スチレンブタジエンゴム、エチレン酢酸ビニル、酢酸ビニルビニルバーサテート、スチレンアクリル酸エステル、ポリアクリル酸エステルなどが挙げられる。

ポリマーの使用量は、特に限定されるものではないが、通常、セメント組成物１００部に対して、固形分換算で、１〜１０部が好ましく、３〜７部がより好ましい。１部未満では、付着強度の改善効果、物質遮断性およびひび割れ抵抗性が充分に得られない場合があり、１０部を超えて使用すると、凝結遅延や初期強度発現性が悪くなる場合がある。

本発明では、モルタルやコンクリートに繊維質物質を配合することがひび割れ抵抗性を向上させる観点から好ましい。
本発明で言う繊維質物質とは、特に限定されるものではないが、その具体例としては、例えば、ビニロン繊維、セルロース繊維、アクリル繊維などの有機系繊維、炭素繊維、スチールファイバー、ワラストナイト繊維、ガラス繊維などの無機系繊維などが挙げられる。本発明ではこれらのうちの１種または２種以上が使用可能である。

繊維質物質の使用量は、特に限定されるものではないが、通常、セメント組成物１００部に対して、０．１〜３部が好ましく、０．３〜２部がより好ましい。０．１部未満では、ひび割れ抵抗性が十分に得られない倍があり、３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、分散性が悪くなる場合がある。

本発明のセメント組成物の粒度は、使用する目的・用途に依存するため特に限定されるものではないが、通常、ブレーン比表面積で３０００〜８０００ｃｍ^２／ｇが好ましく、４０００〜６０００ｃｍ^２／ｇがより好ましい。３０００ｃｍ^２／ｇ未満では強度発現性が十分に得られない場合があり、８０００ｃｍ^２／ｇを超えると作業性が悪くなる場合がある。

本発明では、石灰石微粉末、高炉徐冷スラグ微粉末、などの混和材料、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、凝結調整剤、ベントナイトなどの粘土鉱物、ならびに、ハイドロタルサイトなどのアニオン交換体などのうちの１種または２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。

混合装置としては、既存のいかなる装置も使用可能であり、例えば、傾胴ミキサ、オムニミキサ、ヘンシェルミキサ、Ｖ型ミキサ、およびナウタミキサなどの使用が可能である。

以下、実施例で詳細に説明する。

ポルトランドセメント３０部と潜在水硬性物質３０部と表１に示す各種のポゾラン物質４０部とを配合してセメント組成物を調製した。次いで、ＪＩＳＲ５２０１に準じてモルタルを調製し、表面に収縮低減剤イまたは収縮低減剤ロを１ｍ^２当たり２００ｇの割合で塗布した。この硬化体のひび割れ抵抗性の確認やモルタルの腫れや剥れの観察および耐酸性試験を行った。なお、比較のために、収縮低減剤を表面に塗布するのではなく、モルタルに混和して用い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＞
ポルトランドセメント：市販の普通ポルトランドセメント、ブレーン比表面積３０００ｃｍ^２／ｇ
潜在水硬性物質：市販の高炉水砕スラグ微粉末、ブレーン比表面積４０００ｃｍ^２／ｇ
ポゾラン物質Ａ：市販のフライアッシュ、ブレーン比表面積４０００ｃｍ^２／ｇ
ポゾラン物質Ｂ：市販のシリカフューム、ＢＥＴ比表面積１５ｍ^２／ｇ
ポゾラン物質Ｃ：市販のパルプスラッジ焼却灰、ブレーン比表面積４０００ｃｍ^２／ｇ
ポゾラン物質Ｄ：市販の下水汚泥焼却灰、ブレーン比表面積９０００ｃｍ^２／ｇ
ポゾラン物質Ｅ：市販の廃ガラス粉末、ブレーン比表面積４０００ｃｍ^２／ｇ
ポゾラン物質Ｆ：ポゾラン物質Ａ７５部とポゾラン物質Ｂ２５部の混合物、ブレーン比表面積９０００ｃｍ^２／ｇ
収縮低減剤イ：低分子量エチレンオキサイドとプロピレンオキサイドの共重合物を成分とする市販品
乾燥収縮低減剤ロ：低級アルコールのアルキレン付加物を成分とする市販品
水：水道水
細骨材：ＪＩＳＲ５２０１で使用する標準砂

＜測定方法＞
ひび割れ抵抗性試験：５０ｃｍ×５０ｃｍのコンクリート板にモルタルを１０ｍｍの厚さで塗りつけ、温度２０℃、相対湿度４０％の環境で1日間放置し、ひび割れの発生具合を観察した。◎はひび割れが全くなし。○はひび割れ幅０．０５ｍｍ以下のひび割れが１本のみ発生。−はひび割れが１本であるがひび割れ幅が０．０５ｍｍを超えた場合、△はひび割れが２本発生。×はひび割れが３本以上発生。
耐酸性：７％濃度の硫酸溶液に供試体を３ヶ月間浸漬し、供試体の外観の変化や質量減少から耐酸性を評価した。×は外観の変化が著しく、かつ、質量変化率が±５％以上の場合、△は外観の変化が著しいか、あるいは、質量変化率が±５％以上のいずれか一方を満たす場合、○は外観の変化と質量変化ともに上記条件に該当しない場合とした。
腫れ・剥れの観察：上記耐酸性試験後において、目に見えて腫れが認められ、かつ、硬化体表面に剥れが発生した場合は×、腫れまたは剥れのいずれかが認められた場合は△、いずれも認められず健全な状態であった場合を○とした。

表１より、本発明の防食性複合体は、優れた耐酸性とひび割れ抵抗性をもち、腫れや剥がれがないことがわかる。

ポルトランドセメントと潜在水硬性物質とポゾラン物質Ｆを表２に示すように配合してセメント組成物を調製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。

表２より、本発明の防食性複合体は、優れた耐酸性とひび割れ抵抗性をもち、腫れや剥がれがないことがわかる。

実施例１の実験No.1-6において、収縮低減剤の使用量を表３に示すように変え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。

表３より、本発明の防食性複合体は、優れた耐酸性とひび割れ抵抗性をもち、腫れや剥がれがないことがわかる。

実施例１の実験No.1-6において、セメント組成物１００部に対して、表４に示すようにポリマーを固形分換算で配合してセメント組成物としたこと以外は実施例１と同様に行った。なお、付着試験も行った。結果を表４に併記する。

＜使用材料＞
ポリマーα：市販のスチレンブタジエンゴム系
ポリマーβ：市販のポリアクリル酸エステル系
ポリマーγ：市販のエチレン酢酸ビニル系
ポリマーΔ：市販の酢酸ビニルビニルバーサテート系

＜測定方法＞
付着試験：ＪＩＳＡ１１７１に準じて、材齢２８日の付着強度を測定した。

表４より、本発明の防食性複合体は、優れた耐酸性とひび割れ抵抗性をもち、腫れや剥がれがなく、さらに、付着性が高いことがわかる。

実施例１の実験No.1-6において、セメント組成物１００部に対して、表５に示すように繊維質物質を配合したこと以外は実施例１と同様に行った。結果を表５に併記する。

＜使用材料＞
繊維質物質（１）：市販のビニロン繊維、長さ６ｍｍ、径２００μｍ
繊維質物質（２）：市販のアクリル繊維、長さ６ｍｍ、径２００μｍ
繊維質物質（３）：市販のセルロース繊維、長さ２００μｍ、径３０μｍ
繊維質物質（４）：市販のカーボン繊維、長さ６ｍｍ、径２００μｍ
繊維質物質（５）：市販のワラストナイト繊維、長さ６００μｍ、径４０μｍ

表５より、本発明の防食性複合体は、優れた耐酸性とひび割れ抵抗性をもち、腫れや剥がれがないことがわかる。

本発明の防食性複合体は、優れた耐酸性とひび割れ抵抗性を併せ持ち、腫れや剥れもない。さらに、付着性を高めることもできる。そのため、土木および建築分野、特に、下水道処理施設などに使用される防食性を有するモルタルやコンクリートに適する。

Claims

ポルトランドセメント、高炉水砕スラグ微粉末である潜在水硬性物質、およびフライアッシュ、シリカフュームのうちの少なくとも１種であるポゾラン物質からなるセメント組成物において、ポルトランドセメント、潜在水硬性物質、およびポゾラン物質の合計１００部中、ポルトランドセメントが２０〜４０部、潜在水硬性物質が２０〜４０部、ポゾラン物質が３０〜５０部であるモルタルまたはコンクリートの表面に収縮低減剤を２００〜５００ｇ／ｍ ^２コーティングした防食性複合体。
モルタルまたはコンクリートの硬化前の表面に収縮低減剤をコーティングすることを特徴とする請求項１に記載の防食性複合体の製法。