JP7474142B2

JP7474142B2 - セメント系硬化体の製造方法

Info

Publication number: JP7474142B2
Application number: JP2020119788A
Authority: JP
Inventors: 龍男新見
Original assignee: Tokuyama Corp
Current assignee: Tokuyama Corp
Priority date: 2020-07-13
Filing date: 2020-07-13
Publication date: 2024-04-24
Anticipated expiration: 2040-07-13
Also published as: JP2022016828A

Description

本発明は、セメント系結合材、骨材、水、白華防止剤を含む組成物を硬化させるセメント系硬化体の製造において、白華防止剤の使用量を削減できる製造方法に関する。詳しくは、添加材として活性炭を特定の範囲で使用することにより、製造されたセメント系硬化体における白華防止剤を少なくしても高い白華防止効果を得られる製造方法に関する。

セメント系硬化体の製造に用いられるセメントはクリンカーおよび石膏を主成分とする無機粉末であり、水と反応して硬化する性質を有する。セメントに水、細骨材および粗骨材を併せて混練したコンクリートは、社会資本の形成に欠かせない材料であり、適切に製造・管理することで耐荷性能や耐久性能に優れた構造材料となる。

一方、近年はコンクリートの美観や意匠性への関心が高まっている。例えば、インターロッキングブロック舗装ではブロックの色調や敷設した際のデザイン性や幾何パターンが重要とされており、機能だけでなく美観との調和が図られている。また、脱型後に表面の仕上げ工程を行わない打放しコンクリートは現代建築のデザインの一つとして広く用いられており、コンクリート特有の素材感や質感により構造物の美観の向上を図ることが出来る。

しかしながらセメント系硬化体は、硬化体中のカルシウムなどの遊離成分が硬化体内部に浸透した水とともに表面に溶出し、炭酸化して白色物質が生成する白華現象が美観上の問題となっていた。例えば、近年、都市部におけるヒートアイランド現象の対策として用いられる保水性舗装ブロックにおいては、保水能力を向上するために用いる保水材が原因で白華現象がより顕著となる。

このような白華現象を防止ないしは抑制するために、セメント系硬化体の原料とともに練り混ぜて使用する白華防止剤が提案されており（例えば、特許文献１、２参照）、いくつかは製品化もなされている。

特開平１１－６０３０１号公報特開２０１７－２１８３６４号公報

しかしながら白華防止剤を使用して白華を充分に抑制させるためには、その添加量が非常に多く必要であるのが通常であり、セメント系硬化体の製造コストが多大となることも問題とされていた。

従って本発明は、セメント系硬化体の白華の防止に用いる白華防止剤の使用量を低減させることの可能なセメント系硬化体の製造方法を提供するものである。

本発明者は、上記課題を解決すべく鋭意研究を行なった。そして、白華防止剤を用いたセメント系硬化体の製造において、添加材として活性炭を特定の範囲で用いることにより、白華防止剤の添加量が標準的な添加量より少ない場合でも白華を抑制できることを見出し、さらに検討を進めた結果、本発明を完成した。

即ち本発明は、骨材とセメント系結合材と水と白華防止剤と添加材を混合、硬化させるセメント系硬化体の製造方法において、さらに活性炭を、前記セメント系結合材に対して５～１４質量部、白華防止剤を、前記セメント系結合材に対して外割で０．２０質量％以上０．５０質量％以下配合することを特徴とするセメント系硬化体の製造方法である。

本発明によれば、添加材として活性炭を適正量使用することにより、白華防止剤のみで白華を防止することのできる添加量より少ない添加量で、セメント系硬化体の白華を抑制することが可能となる。

本発明におけるセメント系結合材とは、セメント系硬化体の製造時に配合される成分の内、セメントおよび無機粉体系混和材を指す。セメントを単独で使用しても、強度や耐久性など所定の性能が得られる範囲で混和材を適宜混和してもよい。

本発明で使用するセメントは、ＪＩＳ規格で規定されている公知のセメントを採用することが可能であり、具体的にはＪＩＳＲ５２１０「ポルトランドセメント」、ＪＩＳＲ５２１１「高炉セメント」、ＪＩＳＲ５２１２「シリカセメント」、ＪＩＳＲ５２１３「フライアッシュセメント」、ＪＩＳＲ５２１４「エコセメント」が該当する。

本発明で使用する無機粉体系混和材は、モルタル、コンクリート等セメント系混合物のフレッシュ性状、凝結、強度発現性や耐久性等の物性向上に寄与する公知の無機粉体を採用することが可能であり、具体的にはＪＩＳＲ５２１０「ポルトランドセメント」の少量混合成分に規定される無機粉末、ＪＩＳＡ６２０１「コンクリート用フライアッシュ」、ＪＩＳＡ６２０７「コンクリート用シリカフューム」、石灰石微粉末等が挙げられ、目開き１５０μｍのふるいを重量で２１％以上通過するものである。

上記セメントのなかでも、一般に白華現象が生じやすいエコセメントを用いたセメント系硬化体の製造の際に、本発明を適用することが好ましい。

本発明の最大の特徴は、一般的にセメント系硬化体に使用される水、セメント、骨材の他に、添加材として活性炭を用いることにある。一般に活性炭は高い吸着性能を有し、このような特定の材料を特定の範囲で使用することにより、製造されたセメント系硬化体の白華現象を、より少ない白華防止剤の使用量で抑制ないしは防止できる。

本発明で添加材として使用する活性炭は、公知の活性炭を用いることができる。具体的には、木材、ヤシ殻などの原料とし、水蒸気、二酸化炭素、燃焼ガスなどのガスと７００～１０００℃の温度で反応させるガス賦活により製造されたものであり、直径１０～２００Åの微細孔を有するとともに、４０～５０％程度の空隙率を有する。

本発明で添加材として使用する活性炭は、粗粒率が２．０～３．５であることが望ましい。粗粒率が２．０以上であると、比表面積が小さい活性炭が多いためにセメント系硬化体の吸水率が低下し、白華の発生の抑制効果が高い。また、粗粒率が３．５以下であると比表面積が大きい活性炭が多くなるために十分な吸着性能が得られ、白華現象がより起きにくい。好ましくは、２．５以上、３．０以下である。

本発明において、上記活性炭の使用量はセメントに対して５～１４質量部でなくてはならない。５質量部に満たないと、白華成分の吸着量が少ないために白華防止が充分に図れない。また、１４質量部を超えると多孔質である活性炭の影響によるセメント系硬化体の吸水性が増大し、白華現象が起きてしまう。好ましくは７質量部以上、１２質量部以下である。

本発明においてセメント系硬化体を製造するに際し、骨材（細骨材、粗骨材）としては、公知の骨材が制限なく使用できる。当該骨材としては、例えば砕石、砕砂などの天然骨材、ＪＩＳＡ５０１１に規定されるスラグ骨材、軽量骨材、保水材等を特に制限なく使用できる。セメント系硬化体の製造に際してこれら骨材を用いる際の使用量は、前記活性炭の使用量を前記範囲とし、この活性炭とその他の骨材の合計の使用量が所望の範囲に入るように使用すればよい。

なお、細骨材とは目開き１０ｍｍのふるいを全通し、目開き５ｍｍのふるいを重量で８５％以上通過する骨材であり、目開き１５０μｍふるいに重量で８０％以上残存するものであり、粗骨材とは５ｍｍふるいに重量で８５％以上とどまるものである。

本発明のセメント系硬化体の製造方法においては、白華防止剤の使用が必須である。当該白華防止剤を使用しない場合、前記活性炭を特定量使用しても十分な白華防止効果は得られない。当該白華防止剤とは一般に脂肪酸塩、界面活性剤、撥水剤や防水剤、有機化合物等の混合物から成る薬剤であり、セメント系硬化体の混練時に他の材料と同時に添加する混和剤の一種である。

当該白華防止剤の主成分となる脂肪酸塩を具体的に例示すると、ステアリン酸カルシウム、ステアリン酸マグネシウム、ステアリン酸アルミニウム、ステアリン酸カリウム、オレイン酸ナトリウム、ラウリン酸カルシウム、ミリスチン酸カルシウム、パルミチン酸カルシウム、ベヘニン酸カルシウム、オレイン酸カルシウムなどの高級脂肪酸塩が挙げられ、特にステアリン酸塩系の白華防止剤が一般的であり、ステアリン酸カルシウムを含む白華防止剤が最も好ましい。

本発明のセメント系硬化体の製造方法において、上記白華防止剤の使用量は特に限定されないが、白華防止効果を充分に得る点でセメント系結合材に対して０．２０質量％（外割：以下、全て同じ）以上用いることが好ましい。上限としては、高コストな白華防止剤の使用量を少なくするという目的から、一般的な添加量より少ない量であるセメント系結合材に対して０．５０質量％以下、特に０．３５質量％以下とすることが好ましい。

なお、白華防止剤の添加量が０．５０質量％を超えると、骨材種類に関わらず白華防止剤の効果により白華の抑制が可能となる傾向が強い。即ち、通常の白華防止剤の配合量は、セメント系結合材量の０．７５～２．０質量％程度の範囲、多くは１質量％前後であり、この程度の量を使用すれば通常は、活性炭を使用せずとも十分な白華防止効果を得られる。本発明はこれに対して活性炭を使用して白華防止剤の使用量を低減させ、よってコストを抑制するものである。

本発明において、セメント系硬化体の製造時における白華抑制剤の添加方法は、公知の方法が特に制限なく使用できる。例えば、あらかじめ水と混合してミキサーに投入する方法や、白華抑制剤を単独でミキサーに投入する方法が挙げられる。

本発明のセメント系硬化体の製造方法において使用する水は、モルタルやコンクリートの調製用として公知の水が特に制限なく使用できる。具体的には、工水、水道水等である。

本発明のセメント系硬化体の製造方法においては、上記した活性炭、骨材、セメント系結合材、水及び白華防止剤のほかに、本発明の効果を阻害しない範囲で、一般的にモルタルやコンクリートの調製に際して混合される公知の添加剤であるＡＥ減水剤、高性能減水剤、高性能ＡＥ減水剤、空気量調整剤、凝結促進剤を添加配合しても構わない。

本発明のセメント系硬化体において、水セメント比は一般的なモルタルやコンクリートで使用される範囲であれば特に制限されない。具体的には、水セメント比２０～６０％の範囲である。

本発明において、活性炭、骨材、セメント系結合材、水、白華防止剤及び必要に応じて配合するその他材料とを混合、硬化させるセメント系硬化体の製造方法は、生コンクリート工場やコンクリート二次製品工場における従来の製造方法が特に際限なく使用できる。

本発明において、セメント硬化体を混錬する際に使用するミキサーは一般的にモルタルやコンクリートを混錬するミキサーが制限なく使用できる。具体的には、パン型ミキサー、強制二軸ミキサー、傾動ミキサー、モルタルミキサー、ハンドミキサー等が挙げられる。

本発明において、活性炭と骨材とセメント系結合材と水と白華防止剤とを混合、硬化させた後のセメント系硬化体の養生方法は、生コンクリート工場やコンクリート二次製品工場における従来の養生方法が特に際限なく使用できる。具体的には、湿潤養生、水中養生、蒸気養生、オートクレープ養生、気中養生等が挙げられる。

本発明におけるセメント系硬化体は、上記した活性炭、骨材、セメント系結合材、水、白華防止剤及び必要に応じて配合するその他材料とを混合・硬化させたものであるが、一般的にはモルタルおよびコンクリートとされる。なおモルタルはセメント系結合材、水、細骨材、混和剤の混練物であり、コンクリートはセメント系結合材、水、細骨材、粗骨材、混和剤の混練物である。

以下、実施例により本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。

なお白華の評価は目視により行った。評価者は１０人とし、表１に示す判定基準に従った。即ち、白華が少ないと判断された場合を「〇」、やや発生したと判断された場合を「△」、著しく発生したと判断された場合を「×」とした。

ＪＩＳエコセメント、水、白華防止剤（富士ファインケミカル社：エフレックスＮＰ：ステアリン酸塩系）、標準砂、保水材および活性炭を表１に示す割合で配合し、２０℃環境においてホバートミキサーにより混練して４０×４０×１６０ｍｍのモルタルを作製した。

混練１日後に脱型し、温度２０℃、湿度６０％の環境において１４日間養生した。養生終了後は１００℃環境で２４時間乾燥し、モルタルの打ち込み面を上部にして側面にアルミ粘着テープでシールした後、温度５℃、湿度３０％環境でモルタルの半分の高さまで水に浸漬し、浸漬１４日後にモルタル上面における白華の発生の確認を行った。評価結果を合わせて表１に示す。

参考例１、２、３、４、５は、従来技術である白華防止剤のみでの白華防止を確認した実験結果であり、セメント（１００質量％）に対して０質量％、０．２５質量％、０．５０質量％、０．７５質量％、１．０質量％添加して作製したモルタルの白華試験結果である。白華防止剤の添加率０～０．５０質量％では全ての評価者で白華の発生が著しいと評価され、添加率０．７５質量％において白華の発生が少ないという評価は１０人中４人であった。添加率１．０質量％で全ての評価者が白華は少ないと評価した。このことより、白華防止剤のみでは、その添加量が０．７５質量％以下では白華現象の抑制は困難と言える。

比較例１、２は、セメント系結合材にエコセメントを、骨材の一部に添加材として活性炭を混合し、セメント系結合材に対する活性炭の使用量の比（活性炭／結合材）を質量比で９質量部あるいは１５質量部とし、白華抑制剤を添加しなかった場合の白華試験の結果である。全ての評価者が白華は多いと判断し、活性炭の使用のみでは白華が抑制されていないことがわかる。

実施例１は、セメント系結合材にエコセメントを、細骨材の一部に活性炭を、白華防止剤をセメントに対して０．２５質量％使用し、セメント系結合材に対する活性炭の使用量の比（活性炭／結合材）を質量比で９質量部とした場合の白華試験の結果である。結果として、１０人中の８人の評価者が白華は少ないと判断し、白華防止剤の添加量が少なくても白華が抑制されていることがわかる。

一方で、セメント系結合材に対する活性炭の使用量の比（活性炭／結合材）が質量比で１５質量部である比較例３では、白華の発生が少ないという評価は１０人中０人であり、活性炭を使用した場合において、活性炭／結合材が１４質量部より大きい場合は白華抑制効果が小さいことがわかる。

Claims

骨材とセメント系結合材と水と白華防止剤とを混合、硬化させるセメント系硬化体の製造方法において、さらに活性炭を、前記セメント系結合材１００質量部に対して５～１４質量部、白華防止剤を、前記セメント系結合材に対して外割で０．２０質量％以上０．５０質量％以下配合することを特徴とするセメント系硬化体の製造方法。
セメントがエコセメントである請求項１記載のセメント系硬化体の製造方法。
白華防止剤が、ステアリン酸塩系のものである請求項１又は２に記載のセメント系硬化体の製造方法。