JP4647767B2

JP4647767B2 - 水硬性組成物及びそのペースト、モルタル、コンクリート

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Publication number: JP4647767B2
Application number: JP2000326667A
Authority: JP
Inventors: 康貴黒木; 俊之佐伯; 義徳長井
Original assignee: Taiheiyo Materials Corp
Current assignee: Taiheiyo Materials Corp
Priority date: 2000-10-26
Filing date: 2000-10-26
Publication date: 2011-03-09
Anticipated expiration: 2020-10-26
Also published as: JP2002137954A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、耐酸性、施工性、強度発現性に優れた水硬性組成物、ペースト、モルタル及びコンクリートに関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般にモルタル、コンクリートに耐薬品性、耐硫酸塩性、耐海水性を付与させる場合は高炉セメント、高炉スラグを使用することが多い。すなわち、高炉スラグの潜在水硬性を利用して硬化体の水密性を向上させることにより、塩素イオン、硫酸イオンの浸透を低減させるのである。また、高炉スラグ中のアルミニウム化合物が、浸透してくる塩素イオン、硫酸イオンと反応し、エトリンガイト、フリーデル氏塩の形で固定し、それ以上の浸透を防止することは従来より知られている。また、フライアッシュ、シリカフューム等のポゾラン反応物質を混和することにより水酸化カルシウム量を低減させ、硫酸イオン存在下での劣化を防ぐ方策も一般的に知られている。
【０００３】
しかし、下水処理施設のように常時pH１〜３程度の硫酸雰囲気にさらされている環境ではこれらの方策では不十分である。下水処理施設、化成品工場等では酸により劣化したコンクリートを補修した際の防食塗装は、エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂、ビニルエステル樹脂等で行っている。
【０００４】
防食塗料を施工する場合、塗装面は適当な乾燥状態であることが必要である。
そのため、施工期間中降雨があると施工はできなくなる。また、塗装面にピンホール、巣穴等があると防食塗装は非常に時間のかかる煩雑な作業となる。現在、下水処理施設のコンクリート構造物の補修工事ではこのような防食塗装が標準仕様になっている。
【０００５】
下水処理施設のようにpH１〜３程度の硫酸雰囲気に常時さらされるような環境では、コンクリート、モルタルは表層部の水酸化カルシウムが硫酸イオンと反応し２水石膏を生成、更に場合によりアルミン酸三カルシウムと反応してエトリンガイトを生成し膨張破壊を起こす。そのため、耐硫酸塩性、耐海水性等を付与させる混和材料として一般に広く利用されている高炉スラグをポルトランドセメントに混和したモルタルが補修材料として考案されているが完全なものとは言えない。
【０００６】
また、水ガラス、珪酸塩化合物を利用したモルタルが以前から耐酸モルタルとして多数考案されているが、硬化体はシリカゲルを生成するため耐酸性に優れる反面、脱水縮合を起こし収縮が大きく耐水性にも問題がある。また、水ガラスを使用するため粘性が通常のモルタルよりも高く施工性に問題がある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、耐酸性、施工性、強度発現性に優れた水硬性組成物、ペースト、モルタル及びコンクリートを得ることである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
そこで本発明者は、アルミナセメント及びスラグ微粉末に加えて特定粒径のフライアッシュを特定量配合すれば、塩酸や硫酸など酸に対する耐酸性、コテ作業性や吹付け作業性などの施工性、強度発現性に優れた水硬性組成物、ペースト、モルタル及びコンクリートを得ることができること、更にこれにアルカリ金属塩を配合すれば初期強度が向上することを見出し、本発明を完成した。
【０００９】
すなわち、本発明は、（Ａ）アルミナセメント４０〜９０重量部、（Ｂ）スラグ微粉末１〜４０重量部及び（Ｃ）最大粒径７０μm以下のフライアッシュ１〜３０重量部を含有する水硬性組成物；並びにこれを用いたペースト、モルタル又はコンクリートを提供するものである。
また、本発明は、（Ａ）アルミナセメント４０〜９０重量部、（Ｂ）スラグ微粉末１〜４０重量部、（Ｃ）最大粒径７０μm以下のフライアッシュ１〜３０重量部及び（Ｄ）アルカリ金属塩０．１〜６重量部を含有する水硬性組成物；並びにこれを用いたペースト、モルタル又はコンクリートを提供するものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明に用いられるアルミナセメント（Ａ）としては、特に限定するものではなく市販のもの、例えば、ラファージュ社製「セカール５１ＢＴＦ」、「セカール７１」、「セカール８０」、「シマンフォンデュ」、「カルコートＲＧ」；太平洋セメント社製「アサノアルミナセメント１号」、「アサノアルミナセメント２号」；電気化学工業社製「アルミナセメント１号」、「アルミナセメント２号」、「ハイアルミナセメント」等が挙げられる。（Ａ）成分の含有量は４０〜９０重量部である。４０重量部未満では早期の強度発現性と耐酸性が失われる。９０重量部を超えると施工性（コテ作業性及びポンプ圧送性）が悪化する。
【００１１】
スラグ微粉末（Ｂ）としては、下水汚泥、都市ゴミ等の廃棄物の焼却物に必要により粘土、石灰等の１種又は２種以上を配合したものを高温で溶融し急冷して得られたスラグ（下水汚泥溶融スラグ、都市ゴミ焼却灰溶融スラグ等）、高炉スラグ、転炉スラグ、脱リンスラグ等のスラグ微粉末を１種又は２種以上配合したものを用いることができる。（Ｂ）成分のＣａＯ／ＳｉＯ₂のモル比は、施工性及び耐酸性の点で０．２０以上が好ましく、更に好ましくは０．３０以上であり、特に好ましくは０．５０以上である。（Ｂ）成分の粉末度は、施工性及び耐酸性の点で比表面積で好ましくは２０００〜１２０００cm²／ｇ、より好ましくは３０００〜１００００cm²／ｇ、特に好ましくは４０００〜１００００cm²／ｇである。
【００１２】
（Ｂ）成分の含有量は、１〜４０重量部であり、好ましくは１０〜３０重量部である。１重量部未満では施工性と耐酸性が悪化し、４０重量部を超えると強度発現性が十分でなくなり、耐酸性が悪化する。
【００１３】
フライアッシュ（Ｃ）としては火力発電所などで発生するフライアッシュを用いることができる。（Ｃ）成分の粒度は、最大粒径７０μm以下であり、好ましくは２０μm残留率が１０重量％以下であり、更に好ましくは、２０μm残留率が５重量％以下である。最大粒径７０μmを超えたフライアッシュを用いると同程度の軟度にするための水量が多くなり、強度及び耐酸性が悪化する。
【００１４】
（Ｃ）成分の含有量は、１〜３０重量部であり、好ましくは４〜２０重量部である。３０重量部を超えると強度発現性と耐酸性は悪化し、１重量部未満では施工性、特にコテ作業性が悪化する。
【００１５】
また、本発明水硬性組成物は、上記（Ａ）〜（Ｃ）成分に加えて、アルカリ金属塩（Ｄ）を配合することにより、初期強度が向上する。当該アルカリ金属塩（Ｄ）としては、アルカリ金属炭酸塩、アルカリ金属炭酸水素塩、アルカリ金属水酸化物等が挙げられる。アルカリ金属炭酸塩としてはＬｉ₂ＣＯ₃、Ｋ₂ＣＯ₃、Ｎａ₂ＣＯ₃等が挙げられ、アルカリ金属炭酸水素塩としてはＬｉＨＣＯ₃、ＫＨＣＯ₃、ＮａＨＣＯ₃等が挙げられ、アルカリ金属水酸化物としてはＬｉＯＨ、ＫＯＨ、ＮａＯＨ等が挙げられる。
【００１６】
（Ｄ）成分の含有量は初期強度の発現性と施工性のバランスの点から０．１〜６重量部が好ましく、より好ましくは０．１〜２重量部である。
【００１７】
本発明の水硬性組成物には、上記（Ａ）〜（Ｄ）成分に加えて、本発明の効果を損ねない範囲で、石膏、シリカヒューム、減水剤等の分散剤、保水剤、セメント用ポリマー、増粘剤、防錆剤、有機繊維、収縮低減剤、発泡剤、消泡剤、防水剤、凝結調整剤、膨張材、フィラー等の各種混和材（剤）の１種又は２種以上を配合してもよい。
【００１８】
本発明の水硬性組成物を用いれば、耐酸性、施工性及び強度発現性に優れたペースト、モルタル及びコンクリートを得ることができる。かかるペースト、モルタル、コンクリートの調製にあたっては、骨材、水、種々の混和材（剤）を配合することができる。ここで、骨材としては、用途に応じて細骨材及び粗骨材を用いることができる。細骨材の含有量は特に限定されるものではないが、（Ａ）〜（Ｄ）成分１００重量部に対して６０〜４００重量部の範囲で適宜決定すれば良い。含有量が６０重量部未満では、乾燥収縮によるひび割れが発生する恐れがある。４００重量部を超えると施工性、強度発現性が悪化し耐酸性も悪くなる。また、骨材の最大粒径と粒度は用途に合わせて決定すれば良い。モルタルの場合、１回の施工厚さが１５〜３０mmであれば、最大粒径は２．５〜３．０mmが好ましく、１回の施工厚さが５〜１５mmであれば、０．６mm程度で良い。１回の施工厚さが５mm未満の場合は、最大粒径は０．１５〜０．３mmが好ましく施工厚さに合わせて決定すれば良い。
【００１９】
本発明のモルタル等に、水道水、海水、地下水、河川等の水を用いることができるが、アルミナセメント等の硬化に悪影響を及ぼす成分を含んでいないものが好ましく、「ＪＩＳＡ５３０８付属書９レディーミクストコンクリートの練混ぜに用いる水」に適合する水を用いるのが好ましいが、混和材（剤）に含まれる水を用いることも可能である。水量は、特に限定するものではなく用途に合った範囲で決定すれば良いが、モルタル等に含まれる（Ａ）〜（Ｄ）成分１００重量部に対し２５〜５０重量部が耐酸性及び施工性の点で好ましい。２５重量部未満では練混ぜが困難であり施工性が悪化する。５０重量部を超えると耐酸性が悪化し、材料分離や乾燥収縮によるひび割れも発生し易くなる。
【００２０】
本発明の耐酸性モルタル等には、モルタルやコンクリート等で一般に用いられる、減水剤等の分散剤、保水剤、セメント用ポリマー、増粘剤、防錆剤、有機繊維、収縮低減剤、発泡剤、消泡剤、防水剤、凝結調整剤、膨張材、フィラー等の各種混和材（剤）を１種又は２種以上用いることもできる。
【００２１】
本発明水硬性組成物における耐酸性は、以下の機序により発現すると考えられる。すなわち、アルミナセメントの水和により生成された水酸化アルミニウムが硬化体表層部で硫酸イオンあるいは塩素イオン等と反応し、硫酸アルミニウム、塩化アルミニウム等となって固定され、それ以上の浸透を防止する。また、アルミナセメントにより強度発現性に優れ早期に密実な硬化体を形成するとともにスラグ微粉末の水和反応により生成されるＣ−Ｓ−Ｈゲルにより水密性は更に向上する。その結果、硫酸イオン、塩素イオン等は浸透が困難になると考えられる。本発明においては、これに特定粒径のフライアッシュが配合されたことにより、コテ作業性や吹付け作業性などの施工性が向上するとともに耐酸性と強度発現性が更に向上すると考えられる。
【００２２】
本発明のペースト、モルタル及びコンクリートは優れた耐酸性を有するため、耐酸性付与が必要な物の製造、特に建造物の施工に有用であり、目的とする建造物等の製造物のコンクリートやモルタル部の全体を本発明のコンクリートやモルタルで製造（施工）してもよいが、その一部、特に表面に必要な厚さの本発明のペースト、モルタル又はコンクリートからなる層を設ければその建造物等の製造物に充分な耐酸性を付与することができる。
また、既存のペースト製、モルタル製又はコンクリート製製造物（建造物、コンクリート二次製品等）の一部、特にその表面に本発明のペースト、モルタル又はコンクリートからなる層を設ければその製造物（建造物）に充分な耐酸性を付与することができる。また、酸で侵食されたペースト製、モルタル製又はコンクリート製製造物（建造物等）の侵食された部分を除去し、その部分に本発明のペースト、モルタル又はコンクリートからなる層を設けて、耐酸性を増すように補修することも可能である。
硬化した通常のペースト、モルタル又はコンクリートの表面に本発明のペースト、モルタル又はコンクリートからなる層を設ける前に、接着性向上やドライアウト防止等の目的で、その表面に天然ゴム、スチレン・ブタジエン共重合体、アクリロニトリル・ブタジエン共重合体、メチルメタクリレート・ブタジエン共重合体、ポリプロピレン、ポリクロロプレン、オールアクリル共重合体、スチレン・アクリル共重合体、酢酸ビニル・アクリル共重合体、エチレン・酢酸ビニル共重合体、エチレン・酢酸ビニル・塩化ビニル共重合体、酢酸ビニルビニルバーサテート共重合体、アスファルト、ゴムアスファルト、パラフィン、不飽和ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂等の有機高分子材料、珪酸塩、シリコーン、アルコキシシラン及びシラン等のエマルションもしくは溶液を塗布又は散布等して含浸させた方が良い。
【００２３】
【実施例】
次に実施例を挙げて本発明を更に詳細に説明するが、本発明は何らこれに限定されるものではない。
【００２４】
実施例
表１記載の水硬性組成物に水、細骨材及び減水剤を用いてペースト及びモルタルを製造し、それらの特性を評価した。得られた結果を表２〜表４に示す。
【００２５】
（１）フレッシュ性状の確認
ＪＩＳＲ５２０１により２０℃の恒温室で練上がり直後のフロー値を測定した。そして３０分間隔でフロー値を測定し、初期値−２０mm以上を保持した時間を可使時間とした。
【００２６】
（２）強度試験
ＪＩＳＲ５２０１により２０℃の恒温室で４×４×１６cmの供試体を作製し、材齢１、２８日で圧縮強度を測定した。供試体の養生条件は２４時間湿空養生（２０℃，９０％ＲＨ以上）を行った後所定材齢まで２０℃の水中で養生を行った。
【００２７】
（３）耐酸性試験
φ７．５×１５cmの供試体を用い、２０℃の５wt％塩酸溶液又は５wt％硫酸溶液にそれぞれ３０日間浸漬し、酸の浸透深さと重量変化を測定した。なお、試験液は７日毎に全量交換した。
＜試験体の作製＞
φ７．５×１５cmの型枠を用い２０℃の恒温室で成形した。供試体は２４時間湿空養生（２０℃，９０％ＲＨ以上）を行った後、２０℃の水中で２７日間養生し試験に用いた。試験体は各溶液について３本作製した。
＜初期値の測定＞
２８日間試験前の養生を行った後、試験体の重量を測定し、試験体高さ方向の中央を含みその上下１．５cm間隔で直径５箇所ノギスで測定しその平均値を試験体直径の初期値とした。
＜酸の浸透深さの測定＞
２０℃の５wt％塩酸溶液又は５wt％硫酸溶液にそれぞれ３０日間浸漬し、酸の浸透深さを測定した。浸透深さの測定は試験終了後の供試体を切断し、フェノールフタレインの非呈色域を浸透深さとした。すなわち、酸の浸透深さは次式により求めた。
【００２８】
【数１】

【００２９】
酸の浸透深さはフェノールフタレインの呈色域を試験体高さ方向の中央を含みその上下１．５cm間隔で５箇所測定し、（ａ）式により求められた数値の平均値とした。
＜重量変化率＞
２０℃の５wt％塩酸溶液又は５wt％硫酸溶液にそれぞれ３０日間浸漬し、水道水で１分間試験体全面を洗浄した後、重量を測定した。重量変化率は次式により求めた。
【００３０】
【数２】

【００３１】
（４）コテ作業性の確認
コンクリート擁壁の垂直面へ左官ゴテで塗り付け、コテ作業性とひび割れ発生の有無を確認した。評価方法は次のようにした。
＜コテ作業性の評価方法＞
◎：コテへの付着が少なく、コテ伸びも良い。
○：コテへの付着が認められるが、塗り付けは可能。
×：コテへの強い付着によりコンクリート面への塗り付けが困難。
＜厚付性の評価方法＞
◎：塗布厚さ２cmに塗り付けてもダレない。
○：塗布厚さ１cmに塗り付けてもダレないが、塗布厚さ２cmに塗り付けるとダレが生じる。
×：塗布厚さ１cmに塗り付けてもダレが生じる。
【００３２】
（５）吹付け性状の確認
コンクリート擁壁の垂直部に本発明のモルタルを５分間連続して吹付け、吹付け性状、ポンプ圧送性等の確認を行った。試験に使用した施工装置及び吹付け性状の評価は次の通りである。
＜施工装置＞
（１）モルタルポンプ：スクイズ式２００Ｖ３相３．７kw
（２）エアーコンプレッサー：２００Ｖ３相０．７５kw
（３）圧送ホース：内径４０mm ホース長２０ｍ
（４）スプレーガン：ノズル口径１８mm
＜ポンプ圧送性の確認＞
◎：ホース内圧の極度な上昇無く、順調に吹付けができた。
○：ホース内圧の極度な上昇有るが、順調に吹付けができた。
×：ホース内圧が上昇し、ホースにモルタルが詰まってしまった。
＜付着性の確認＞
◎：吹付け厚さ２cmに吹付けてもダレない。
○：吹付け厚さ１cmに吹付けてもダレないが、吹付け厚さ２cmに吹付けるとダレが生じる。
×：吹付け厚さ１cmに吹付けてもダレが生じる。又は吹付けが行えない。
【００３３】
【表１】

【００３４】
＜表１中の使用材料＞
（１）アルミナセメントセカール５１ＢＴＦ（ラファージュ社）
（２）スラグ微粉末
１）スラグ微粉末１混合スラグ：ＣａＯ／ＳｉＯ₂モル比０．８０比表面積６０００cm²／ｇ
下水溶融スラグ（ＣａＯ／ＳｉＯ₂モル比０．５４）と高炉スラグ（ＣａＯ／ＳｉＯ₂モル比１．３６）をＣａＯ／ＳｉＯ₂モル比０．８０比表面積６０００cm²／ｇになるようにボールミルで混合粉砕した。
２）スラグ微粉末２高炉スラグ：ＣａＯ／ＳｉＯ₂モル比１．３４比表面積１５０００cm²／ｇ
３）スラグ微粉末３高炉スラグ：ＣａＯ／ＳｉＯ₂モル比１．３６比表面積８０００cm²／ｇ
４）スラグ微粉末４下水溶融スラグ：ＣａＯ／ＳｉＯ₂モル比０．２１比表面積４５００cm²／ｇ
５）スラグ微粉末５下水溶融スラグ：ＣａＯ／ＳｉＯ₂モル比０．５１比表面積２５００cm²／ｇ
（３）フライアッシュ１最大粒径３６μm 平均粒径６．４μm ２０μm残留率４．４％
（４）フライアッシュ２最大粒径１４７μm 平均粒径１９．３μm ２０μm残留率５０．５％

（６）水ガラス１号５８珪酸ソーダ１号（日本化学工業（株））
（７）細骨材混合珪砂粗粒率２．５９
（８）減水剤ナフタレン系減水剤：マイティ１００（花王（株））
【００３５】
【表２】

【００３６】
【表３】

【００３７】
【表４】

【００３８】
表１〜表４から明らかなように、本発明の水硬性組成物を用いたペースト、モルタル及びコンクリートは、優れた耐酸性、強度を有するだけでなくコテ作業性、吹付け作業性などの施工性においても極めて良好である。
【００３９】
【発明の効果】
本発明の耐酸性モルタル等は、施工性、耐酸性、耐久性、強度発現性に優れる。従って、本発明の耐酸性モルタル等を下水処理施設、化成品工場の排水ピット等の耐酸性、耐久性が要求される場所へ施工することにより通常必要とされる防食塗装を省略することができる。また、下水汚泥溶融スラグ、都市ゴミスラグ等の廃棄物溶融スラグを使用することも可能であるので、産業廃棄物のリサイクルにも役立つ。

Claims

（Ａ）アルミナセメント：４０〜９０重量部、
（Ｂ）スラグ微粉末：１〜４０重量部、及び
（Ｃ）最大粒径７０μｍ以下のフライアッシュ：１〜３０重量部
を含有する、コテ作業又は吹付け作業用水硬性組成物。
（Ａ）アルミナセメント：４０〜９０重量部、
（Ｂ）スラグ微粉末：１〜４０重量部、
（Ｃ）最大粒径７０μｍ以下のフライアッシュ：１〜３０重量部、及び
（Ｄ）アルカリ金属塩：０．１〜６重量部
を含有する、コテ作業又は吹付け作業用水硬性組成物。
成分（Ｂ）が、比表面積３０００〜８０００ｃｍ²／ｇのスラグ微粉末である請求項１又は２記載のコテ作業又は吹付け作業用水硬性組成物。
請求項１〜３のいずれか１項記載のコテ作業又は吹付け作業用水硬性組成物を用いて得られたペースト、モルタル又はコンクリート。
表面に請求項４記載のペースト、モルタル又はコンクリートからなる層を有するペースト、モルタル又はコンクリート。