JP5467588B2 - セメント混和剤、モルタル又はコンクリートの製造方法及びモルタル又はコンクリート製品 - Google Patents

Description

本発明は、セメント混和剤、モルタル又はコンクリートの製造方法及びモルタル又はコンクリート製品にかかり、更に詳しくは、モルタルやコンクリートの強度向上に寄与すると共に中性化防止に寄与するセメント混和剤（以下、「混和剤」という）に関する。

土木或いは建築の分野においては、構造物などの構築の材料としてコンクリートが使用されている。コンクリートの強度は水セメント比によって左右され、この値が大きいほど強度、耐久性、水密性が劣るといわれている。従ってコンクリートの強度を向上させようとすれば水セメント比を小さくすればよい。

また、近年、コンクリートの耐久性問題、特にコンクリートの中性化が大きくクローズアップされている。コンクリートの中性化は、大気中の二酸化炭素がコンクリート内に侵入し、炭酸化反応を引き起こすことにより、本来アルカリ性であるコンクリートのｐＨを下げる現象である。

中性化はコンクリート表面より進行し、鉄筋などの鋼材位置に達すると、不動態被膜を破壊する。これにより鋼材を腐食させ、コンクリートのひび割れ・剥離を引き起こし、耐荷力など構造物の性能低下を生じる。また、ひび割れが発生したコンクリートはさらに二酸化炭素の侵入を促すため、中性化によるコンクリート構造物の劣化を加速させる。

従って、水セメント比の小さい密実なコンクリートは、コンクリートの強度を向上させると共にコンクリートの劣化因子である二酸化炭素の侵入を抑える効果がある。

しかし、水セメント比を小さくすればコンクリートやモルタルの流動性が悪くなり、打設作業効率の低下と強度のばらつきが大きくなるばかりか、建設時のコスト増を招く課題がある。

特許文献１には、高炉徐冷スラグ粉末とギ酸類とを含有してなり、コンクリートの強度発現と中性化抑制効果を奏するセメント混和材が開示されている。

特開２００３−２２１２６５

特許文献１に開示されている混和材の原料である高炉徐冷スラグは、高炉から生成する溶融スラグを空冷と適度の散水によって塊状化させたものであり、コンクリート用粗骨材やセメント原料等として使用されているが、塊状であるために必ずしも使い勝手がよいというものではない。

本発明者はコンクリートの強度発現と中性化抑制効果を奏する液状の混和剤を開発すべく研究を重ね、リグニンスルホン酸カルシウム、塩化カルシウム、亜硝酸カルシウムにヒドロキシエチルセルロースを加え、更にケイフッ化マグネシウムを加えることによって水セメント比を小さくしないでもコンクリートの強度発現と中性化抑制効果を奏することを知見し、本発明を完成するに至った。

（本発明の目的）
そこで本発明の目的は、モルタル又はコンクリートの強度発現と中性化抑制効果を奏する液状の混和剤を提供することにある。

上記課題を解決するために本発明が講じた手段は次のとおりである。
本発明は、リグニンスルホン酸カルシウム、塩化カルシウム、亜硝酸カルシウム、ヒドロキシエチルセルロース、ケイフッ化マグネシウム、水を含む混和剤である。

本発明は、リグニンスルホン酸カルシウム５〜２０重量部、塩化カルシウム１〜１０重量部、亜硝酸カルシウム１〜５重量部、ヒドロキシエチルセルロース３〜５重量部、ケイフッ化マグネシウム３〜５重量部、水８０〜９０重量部を含む混和剤である。

本発明は、前記混和剤を用いるモルタル又はコンクリートの製造方法である。

本発明は、前記混和剤を含むモルタル又はコンクリート製品である。

本発明によれば、モルタル又はコンクリートの強度発現と中性化抑制効果を奏する液状の混和剤が提供できる。
また、モルタル又はコンクリートの強度発現と中性化抑制効果を奏するコンクリートの製造方法が提供できる。
更には、モルタル又はコンクリートの強度発現と中性化抑制効果を奏するコンクリート製品が提供できる。

本発明で使用しているリグニンスルホン酸は、セメントの凝結を遅らせる遅延剤として知られている。塩化カルシウムは凝結、硬化を促進させる促進剤として使用されている他、コンクリートの吸水性または透水性を減ずる目的で使用される防水剤の主成分としても使用されている。

混和剤は、リグニンスルホン酸カルシウム５〜２０重量部、塩化カルシウム１〜１０重量部、亜硝酸カルシウム１〜５重量部、ヒドロキシエチルセルロース３〜５重量部、ケイフッ化マグネシウム３〜５重量部、水８０〜９０重量部を含む組成からなるのが好ましい。
これらの数値は数々の実験結果と経験則から導き出されたものである。

後述するように、ケイフッ化マグネシウムを配合しない混和剤でもＪＩＳ規格による配合のコンクリートよりも強度が向上する。しかし、ケイフッ化マグネシウムを配合することによって飛躍的に強度が向上する。その理由は今のところ明らかではない。

本発明で使用する水としては、井戸水、雨水、水道水等が使用されるが、混入物がない蒸留水が好ましい。

本発明の混和剤は、コンクリートの練り混ぜに使用する水（以下「混練水」という。）に希釈して使用することができるので使い勝手がよい。

本発明の混和剤は、セメントペースト、モルタル、またはコンクリートに使用できる。
本発明に係る混和剤の使用分野としては、主として土木・建築の分野である。

本発明にかかるモルタル又はコンクリートの製造方法は、本発明にかかる混和剤を用いる他は従来からあるモルタル又はコンクリートの製造方法に適用できるため、説明を省略する。

本発明にかかるモルタル又はコンクリート製品は、本発明にかかる混和剤を用いる他は従来からあるモルタル又はコンクリート製品に適用でき、その製造も従来の製造方法で製造できるために説明を省略する。

本発明を実施例に基づき詳細に説明する。

リグニンスルホン酸カルシウム ２０重量部
塩化カルシウム ６重量部
亜硝酸カルシウム ５重量部
ヒドロキシエチルセルロース ５重量部
ケイフッ化マグネシウム ５重量部
蒸留水 ８５重量部
を容器にいれ撹拌して液状の混和剤を得た。なお、配合の順序や撹拌速度などは特段限定するものではなく、常法で十分である。この混和剤の色は茶褐色であり、水よりやや粘性を有する。

試験例１ 強度試験(1)
実施例１で得られた混和剤のコンクリート強度発現性について、コンクリート強度試験用供試体（以下「供試体」という。）の圧縮強度試験を行った。
供試体は、実施例１で得られた混和剤を混練水に１００倍に希釈した混練水Ａ１６３リットルを調整し、一般的なＪＩＳ規格のコンクリート（標準配合）のセメント、骨材配合（１ｍ³）と混ぜ合わせ、材齢７日の供試体Ａを製造した。供試体Ａの寸法は、φ１０×２０ｃｍの円柱形である。

供試体Ａの配合
・セメント ２９６ｋｇ
・混練水Ａ １６３リットル
・細骨材 ７８０ｋｇ
・粗骨材 １０９４ｋｇ

比較のために二つの供試体を準備した。一つは一般的なＪＩＳ規格のコンクリート（標準配合）の配合（１ｍ³）で材齢７日、φ１０×２０ｃｍの円柱形の供試体Ｓである。

供試体Ｓの配合
・セメント ２９６ｋｇ
・水 １６３リットル
・細骨材 ７８０ｋｇ
・粗骨材 １０９４ｋｇ

他の一つは、実施例１の混和剤の組成からケイフッ化マグネシウムを除きその他は実施例１と同じ組成の混和剤を混練水に１００倍に希釈した混練水Ｂ１６３リットルを調整し、供試体Ａと同様の配合で供試体Ｂを製造した（混練水Ａを混練水Ｂに置換したものである。）。

試験はＪＩＳ Ａ １１３２ならびに圧縮強度万能試験機１００ｔ（島津製作所）等ＪＩＳに規定する試験方法で行い、供試体Ａは１回、供試体Ｂ，Ｓについては二回行った。
圧縮強度試験の結果を表１に示す。

表１から明らかなように、通常の混練水を使用した供試体Ｓの圧縮強度が１０．１Ｎ／mm²（平均）であるのに対して、混練水Ａを使用した供試体Ａの圧縮強度は３４．６Ｎ／mm² であり、略３倍の強度向上が発現できた。
なお、混練水Ｂを使用した供試体Ｂの圧縮強度は１２．６Ｎ／mm²（平均）であり、混練水Ａを使用した供試体Ａの圧縮強度より小さいが、通常の混練水を使用した供試体Ｓの圧縮強度よりも大きい。

試験例２ 強度試験(2)
活性汚泥法で廃水を処理する際に生じる余剰汚泥は、現在は投棄や堆肥化等で処理されているが、何れも問題がある。余剰汚泥をコンクリートの骨材として使用できれば、新たな処理方法となるが、その際に問題となるのは得られたコンクリートの強度である。

そこで、実施例１で得られた混和剤のコンクリート強度発現性について、汚泥を骨材の一部に使用した供試体の圧縮強度試験を行った。
混練水Ａを使用し、セメントや他の骨材と混ぜ合わせて材齢６日の供試体ａを製造した。供試体ａの寸法は、φ１０×２０ｃｍの円柱形である。
なお、汚泥は脱水し乾燥させたものを使用した。

供試体ａの配合
・セメント ６７２ｇ
・砂 ３０３ｇ
・砂利 ２０１８ｇ
・乾燥汚泥 ７２０ｇ
・混練水Ａ ３３０ｇ

比較のために二つの供試体を準備した。一つは供試体ａと同じ配合で、混練水Ａの代わりに通常の水を混練水として使用した、材齢７日、φ１０×２０ｃｍの円柱形の供試体ｓである。

他の一つは、供試体ａと同じ配合配合で、混練水Ａの代わりに混練水Ｂを使用した、材齢７日、φ１０×２０ｃｍの円柱形の供試体ｂである。
圧縮強度試験の結果を表２に示す。

表２から明らかなように、通常の混練水を使用した供試体ｓの圧縮強度が９．５５Ｎ／mm²であるのに対して、混練水Ａを使用した供試体ａの圧縮強度は２３．７Ｎ／mm² であり、略２倍以上の強度向上が発現できた。

なお、混練水Ｂを使用した供試体ｂの圧縮強度は１２．６Ｎ／mm²であり、混練水Ａを使用した供試体ａの圧縮強度より小さいが、通常の混練水を使用した供試体ｓの圧縮強度よりも大きい。従って、本発明にかかる混和剤を使用することによって、汚泥をコンクリートの骨材として使用できることがわかった。

試験例３ 中性化試験
中性化試験としては、コンクリートの供試体を自然条件下においてその中性化の進行状況を調べる方法、コンクリートの炭酸ガスによる促進試験等がある。

ここでは、実施例１の混和剤を５０倍に希釈した混練水を用いた供試体Ｃ及び比較のため標準配合（ＪＩＳ）された供試体Ｄの屋外暴露試験による中性化の進行状況試験を行った結果を示す。表３は供試体Ｃの配合表、表４は供試体Ｄの配合表である。

試験方法
（１）供試体
ＪＩＳ Ａ １１３２に規定された作成方法に拠って作製したφ１５×３０ｃｍ円柱供試体を用いた。
（２）養生方法
打設後２４時間して脱型した直後に搬入し、２８日間温度２０±２℃の恒温室中に設置された水槽中で水中養生した。

（３）試験時材齢
２８日養生後、屋外暴露試験を開始し、（材齢約９０日）、（材齢約１８０日）、（材齢約２７０日）、（材齢約３６０日）の材齢において中性化試験を実施した。
（４）中性化試験
供試体を屋外において中性化させる暴露試験を行った。屋外暴露試験は、出願人の住所地である熊本市にて実施した。
（５）コンクリートの中性化度の測定
コンクリートの中性化は、圧裂による供試体破断面にフェノールフタレイン溶液（１ｇを無水アルコール６５cm³に溶かして水を加え１００cm³とする）を噴霧器で塗布し、供試体断面撮影したものについて赤紫色に着色しない部分の面積を測定して平均中性化深さを求めた。

試験結果を表５に示す。

表５から明らかなように、材齢３６０日での中性化深さが、材齢２７０日での測定値よりも少なくなっている。中性化試験では、供試体を圧裂、あるいは切断してその破断面が新鮮な状態で行わねばならない。そのため、中性化度の測定に一度供されたものは、再び仕様することができない。よって、個体差によるばらつきが出てくる場合があるため注意が必要である。しかしながら、材齢２７０日における中性化深さの計測値を無効とみなすことができるならば、時間の経過とともに表層より中性化部が深部へと進行していくことが見て取れる。

これらを供試体の種類別にみると、用意した標準配合（ＪＩＳ）の供試体Ｄの方が中性化の進行が大きく、また供試体Ｃの方が、中性化の進行が遅い結果となっている。

以上の説明から明らかなように、屋外における暴露試験に供されたコンクリート供試体の中性化度測定結果より、本発明にかかる混和剤を使用したコンクリート供試体は、本発明にかかる混和剤を使用しない標準配合のコンクリートと比べて中性化の進行が遅れる傾向が見られ、本発明にかかる混和剤が中性化の抑制効果を持つ可能性があることが判明した。

なお、本明細書で使用している用語と表現は、あくまでも説明上のものであって、なんら限定的なものではなく、本明細書に記述された特徴およびその一部と等価の用語や表現を除外する意図はない。また、本発明の技術思想の範囲内で、種々の変形態様が可能であるということは言うまでもない。

Claims (4)

1. リグニンスルホン酸カルシウム、塩化カルシウム、亜硝酸カルシウム、ヒドロキシエチルセルロース、ケイフッ化マグネシウム、水を含むセメント混和剤。
2. リグニンスルホン酸カルシウム５〜２０重量部、塩化カルシウム１〜１０重量部、亜硝酸カルシウム１〜５重量部、ヒドロキシエチルセルロース３〜５重量部、ケイフッ化マグネシウム３〜５重量部、水８０〜９０重量部を含むセメント混和剤。
3. 請求項１または２のセメント混和剤を用いるモルタル又はコンクリートの製造方法。
4. 請求項１または２のセメント混和剤を含むモルタル又はコンクリート製品。