JPH0421554A

JPH0421554A - 耐硫酸塩性モルタル・コンクリートの配合方法

Info

Publication number: JPH0421554A
Application number: JP12372690A
Authority: JP
Inventors: Yasunori Matsuoka; 康訓松岡; Kimitaka Uji; 公隆宇治; Shuichi Okamoto; 修一岡本; Eiji Owaki; 英司大脇
Original assignee: Taisei Corp
Current assignee: Taisei Corp
Priority date: 1990-05-14
Filing date: 1990-05-14
Publication date: 1992-01-24
Anticipated expiration: 2011-09-04
Also published as: JP2530745B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野］本発明は、特に高濃度の硫酸イオンを持つ環境条件下で
モルタル又はコンクリート（以下モルタル・コンクリー
トという）を使用する場合の膨張特性および表面の耐久
性を改善する耐硫酸塩性モルタル・コンクリートの配合
方法に関する。

〔従来の技術］一般に、高濃度の硫酸イオンを持つ環境条件下では、硫
酸イオンによるモルタル・コンクリートの膨張や表面の
剥離などの劣化現象がみられる。

この劣化現象は、例えばセメント中に含まれるアルミネ
ート成分が硫酸イオンと反応して、硫酸カルシウムやカ
ルシウムスルホアルミネート水和物、エトリンガイト　
（３ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３・３ＣａＳＯ４・３１〜３２Ｈ
２Ｏ）、　　モノサルフェート（３ＣａＯＨＡｌｚＯｉ
　・Ｃａ５Ｏ４Ｈ１１〜１２８２０）等、を生成するこ
とにより発生する。

特ニモルタル・コンクリートが硬化した後のエトリンガ
イトの生成は、その結晶の成長圧により顕著な劣化現象
を引き起こす。もっとも、モルタル・コンクリートが硬
化する前（正確には硬化する際）のエトリンガイトの生
成に関しては、その膨張性がむしろ有効に作用するので
あって、その点に着目し収縮低減コンクリート（膨張コ
ンクリート）などに利用されている。

上記のような硬化したモルタル・コンクリートの硫酸イ
オンによる劣化現象に対応するため、従来は高濃度の硫
酸イオンを持つ環境条件下でモルタル・コンクリートを
使用する場合には、耐硫酸塩性セメントが使用されてい
た。

又、硫酸イオンが硬化したモルタル・コンクリ−トの組
織内部に侵入する速度を抑制することによりモルタル・
コンクリートの劣化速度を低減するために、セメントに
有機系混和剤を使用して硬化後のモルタル・コンクリー
トの水密性を向上させるとか、高炉水砕スラグを混合し
たりシリカヒユームを混合したセメントを用いてモルタ
ル・コンクリートの水密性や化学抵抗性を高めるとか、
あるいは水セメント比、空気量、練り混ぜ方法。

締固め方法、養生方法２表面処理方法、骨材粒度などを
制御するなどの方法が行われている。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、従来の耐硫酸塩性セメントを使用したモ
ルタル・コンクリートでは高濃度の硫酸塩環境下で必ず
しも良好な結果が得られるとは限らないという問題があ
った。

また、上記従来の対応策は、耐硫酸塩性セメントを用い
る場合を除けば、いずれも硫酸イオンがモルタル・コン
クリート中に浸入する速度を抑制して単にモルタル・コ
ンクリートの劣化速度を低減させるに過ぎないものであ
り、浸入してしまった硫酸イオンに対しては化学抵抗性
がなく、根本的な劣化防止対策にはならないという問題
点があった。

そこで本発明は、こうした従来の問題点に着目してなさ
れたものであり、その目的とするところは、モルタル・
コンクリートの練り混ぜ時に一定量の硫酸カルシウム化
合物を添加することにより、結合材中のアルミネート成
分を予めカルシウムスルホアルミネート水和物にかえて
しまい、その結晶の成長圧をモルタル・コンクリートの
硬化前に消耗させて硬化した後の硫酸イオンに対する反
応性を低減させる耐硫酸塩性モルタル・コンクリートの
配合方法を提供して上記従来の問題点を解決することに
ある。

〔課題を解決するための手段］上記目的を達成するため、本発明は、モルタル・コンク
リートに対し、結合材中に含まれるアルミネート成分を
カルシウムスルホアルミネートとして消費できる量の硫
酸カルシウム化合物を添加して配合する。

〔作用］モルタル・コンクリートが硬化する以前の練り混ぜ時に
添加した硫酸カルシウム化合物が、モルタル・コンクリ
ートの結合材であるセメントや高炉スラグ１　フライア
ッシュ等に含まれるアルミネート成分と反応してカルシ
ウムスルホアルミネート水和物が生成する。この反応生
成物の結晶は硬化過程にあるモルタル・コンクリート中
で成長するのであって、硬化後のモルタル・コンクリー
ト内で成長して劣化現象を起こすことはない。

硬化後のモルタル・コンクリート内に硫酸イオンが浸入
しても、結合材中のアルミネート成分は既にカルシウム
スルホアルミネート水和物の生成反応で消費されており
、新たな反応は生しない。

かくして、浸入した硫酸イオンによるモルタル・コンク
リートの劣化が防止される。

本発明の配合方法によるモルタル・コンクリートは、高
濃度の硫酸イオンが存在する環境下で高強度を必要とさ
れない場合に好適に使用できる。

以下、更に詳細に説明する。

本発明の基本的な考え方は、モルタル・コンクリートの
結合材中のアルミネート成分をすべてカルシウムスルホ
アルミネート水和物であるエトリンガイトとして消費す
るに足りる化学量論的な量の硫酸イオンを配合すること
にある。

具体的には、その硫酸イオン供給源として添加する硫酸
カルシウム化合物の添加量の算出方法について、二通り
の場合が考えられる。

第１の方法は、特に結合材としてポルトランドセメント
のみを用いる場合に適応するものであり、結合材中のア
ルミネート成分であるアルミン酸三カルシウム（３Ｃａ
Ｏ・八１２０３）をエトリンガイトとして消費する場合
である。

第２の方法は、特に結合材としてポルトランドセメント
以外に高炉スラグ、シリカヒユーム、フライアッシュな
どを含む場合に適応するものであり、結合材中の全アル
ミネート成分をエトリンガイトとして消費する場合であ
る。

上記第１および第２の方法に基づく、硫酸カルシウム化
合物添加量の算出手順の例を次に示す。

（第１の方法）： ■　先ず、添加する硫酸イオン量を算出する。

ＳＯ，”　（ｗｔＸ）＝２．８３ＸＡｌｚＯｚ　　１．
８０ＸＦｅｚ０３ここに　Ａ１□０３；ポルトランドセ
メント中の含有率（ｗｔＸ）Ｆｅ４０３；　　　同　　　上 ■　次いで、使用する硫酸カルシウム化合物の種類に応
じたポルトランドセメント使用量に対する添加量を算出
する（式中の３０４′−は上記■で算出した値）。

ｉ）無水塩（ＣａＳＯ４）の場合Ｃａ５Ｏ４（ｗｔＸ）＝１．４２ｘｓｏ、”１ｉ）０．
５水和物（ＣａＳＯ４・１／２ＨｚＯ）の場合ＣａＳＯ
４’　１／２ＨｚＯ（ｗｔＸ）＝１．５１ＸＳＯ４”ｉ
ｊ）二水和物（ＣａＳＯｎ　・２ＨｚＯ）の場合ＣａＳ
Ｏ４・２８ｚＯ（ｗｔＸ）＝１．７９ＸＳ０．２（第２
の方法）： ■　先ず、添加する硫酸イオン量を算出する。

ＳＯ４”　（ｉｎｔχ）＝２．８３ＸＡＩ□０゜ここに
　Ａ１１ｂ３；全結合材中の含有率（ｗｔＸ）■　次い
で、使用する硫酸カルシウム化合物に応じた全結合材（
ポルトランドセメントを含む）の使用量に対する添加量
を算出する（式中の８０４′−は第２の方法における■
で算出した値）。

ｉ）無水塩（ＣａＳＯ４）の場合Ｃａ５Ｏ４（ｕｔχ）＝１．４２ＸＳＯ４”１ｉ）０．
５水和物（ＣａＳＯ４・１／２８ｚＯ）の場合ＣａＳＯ
４・１／２ＨｚＯ（ｗｔＸ）＝１．５１ＸＳＯ４”ｉｊ
）二水和物（ＣａＳＯ４・２ＨｚＯ）の場合Ｃａ５Ｏｎ
　・２Ｈ２０（ｗｔＺ）　−１，７９ＸＳＯ４”なお、
上記の各式における係数（２，８３，１，８０，１゜４
２．１．５１，１．７９）の算出は次による。

第１の方法 ■　Ｓｏ、”　（ｗｔＸ）−２，８３ＸＡ１２０３−１
．８０ＸＦｅｚ０３の場合；ポルトランドセメント中の３ＣａＯ・Ａｌｚ（ｈの近似
生成量をＲ−Ｈ−Ｂ　ｏ　ｇ　ｕ　ｅ　（１９２９）の
計算方式により次式で求める、３ＣａＯ・ＡｌｚＯｈ＝２．６５Ｘ屓２０：Ｉ　−１，
６９ＸＦｅｚ０３〔荒井康夫［セメントの材料化学Ｊ　
、　ｐ、１１３．大日本図書■、　１９８４年、］。

組成３ＣａＯＨＡｌ２Ｏ３’　３ＣａＳＯ４・３２ＬＯ
のエトリンガイト１ｍｏｌを生成するのに３ｍｏｌの５
０４′−が必要であるから、Ｓ０４”−＝　（５０４”−のモル数Ｘ　３　／　３Ｃ
ａＯ・Ａｌｚ（ｈのモル数）　Ｘ３ＣａＯ−Ａ１２０３
の生成量＝　（９６，０７Ｘ３／２７０．１６）　Ｘ　
（（２，６５ＸＡ１２０３−１゜５９ＸＦｅｚ０３）　
）＝２．８３ＸＡＩｚＯｉ　−１，８０ＸＦｅｚＯ：＋■ ｌ）無水塩（ＣａＳ０４）の場合Ｃａ５Ｏ，−（無水塩のモル数／Ｓ０４のモル数）×５
０４′ ＝　（１３６，１５／９６．０７）　ＸＳ０．２−＝１
．４２ＸＳＯ４”− １ｉ）０．５水和物（ＣａＳＯ４・１／２ＨｚＯ）の場
合Ｃａ５Ｏａ　・１／２ＨｚＯ＝　（０，５水和物のモ
ル数／Ｓ０４のモル数）　ｘｓｏ４” ＝　（１４５，１６／９６．０７）　ＸＳＯ，”−１，
５１ＸＳＯ４” ■）二水和物（ＣａＳＯ，・２Ｈ２０）の場合ＣａＳＯ
４・２ＨｚＯ（ｗｔＸ）−（三水和物のモル数／ＳＯ。

のモル数＞　　ＸＳＯ４” ＝　（１７２，１９／９６．０７）　　Ｘ５０４２−１
．７９ＸＳＯ４” 第２の方法 ■　ＳＯ４”　（ｗｔＸ）−２，８３ＸＡＩ２０．の場
合；エトリンガイトの組成が３ＣａＯ−Ａ１２０３　・
３ＣａＳＯ４−３２Ｈ２０であるので、Ａｌｚ０３１　
ｍｏｌに対してＳＯ４が３ｍｏｌ必要であるから、ＳＯ，”−＝　（ＳＯ４のモル数×３／八１２０３のモ
ル数）ＡｌｚＯｉ −（９６，０７ｘ３／１０１．９２）　ｘＡ１□０３＝
２．８３ＸＡＩ□０３ ■　第１の方法に同じ〔実施例〕以下、本発明の配合方法により硫酸カルシウム化合物を
添加した場合を、硫酸カルシウム化合物を添加しない場
合と比較した実施例について説明する。

結合材の配合、及び硫酸カルシウム化合物の配合量の異
なる（無添加の場合を含む）ケース１〜ケース６の板状
の供試体を作製した。その配合を表１に示す。硫酸カル
シウム化合物は二水和物（ＣａＳＯ４・２Ｈ２Ｏ）であ
る三水セツコウを用い、その添加量は上記「第１の方法
」及び「第２の方法」により算出している。

また結合材は普通ポルトランドセメントと高炉スラグと
フライアッシュとを混合したもの（ケース１〜ケース３
）及び耐硫酸塩性ポルトランドセメントと高炉スラグと
フライアッシュとを混合したもの（ケース４〜ケース６
）を用いている。なお、水と砂の混合比率は各ケースと
も同一にしている。

これらの供試体は、２０°Ｃの水中で所定期間の養生を
行った後、飽和硫酸す）　ＩＪウム溶液に１年間浸漬し
た。浸漬１年経過後の各供試体の線膨張率（膨張量７元
の長さ）を測定して膨張性状を比較した結果を表１に併
記して示す。

この結果から明らかなように、結合材中のアルミネート
成分に対し、本発明の算出方法により算出した量の硫酸
カルシウム化合物を添加することにより、高濃度硫酸塩
環境下（飽和硫酸ナトリウム溶液中）でのモルタル・コ
ンクリートの膨張を大幅に低減させることができる。

また、浸漬１年経過後の各供試体の表面劣化の状況を目
視観察したところ、ケース１及びケース４（いずれも硫
酸カルシウム化合物無添加）について顕著な剥離と角部
欠損が確認された。一方、硫酸カルシウム化合物添加量
が約５％であるケース５については若干の角部欠損が認
められたが、普通ポルトランドセメントを使用した硫酸
カルシウム化合物添加量が約２０％であるケース２につ
いては極く僅かの剥離しか認められない。耐硫酸塩ポル
トランドセメントを使用し硫酸カルシウム化合物添加量
が約２０％であるケース６と普通ポルトランドセメント
を使用し硫酸カルシウム化合物添加量が約３０％である
ケース３については殆ど剥離や欠損が認められなかった
。

また、上記の結果から、高濃度硫酸塩環境下においては
耐硫酸塩セメントの単独使用（ケース４）で必ずしも良
好な結果が得られるとはかぎらないことが分かる。

以上のことから、本発明にあっては、結合材中のアルミ
ン酸三カルシウムをエトリンガイトとして消費するため
の硫酸イオンの添加（第１の方法）、および結合材中の
全アルミネート成分をエトリンガイトとして消費するた
めの硫酸イオンの添加（第２の方法）のいずれにおいて
も良好な結果が得られ、特に第２の方法によるものの効
果が大きいことが明白である。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、モルタル・コン
クリートに対し、結合材中に含まれるアルミネート成分
をカルシウムスルホアルミネートとして消費できる量の
硫酸カルシウム化合物を添加するものとしたため、結合
材中のアルミネート成分が予めカルシウムスルホアルミ
ネート水和物の生成に消費されることとなり、モルタル
・コンクリートが硬化した後の硫酸イオンによるモルタ
ル・コンクリートの劣化を防止できるという効果が得ら
れる。

本発明の配合方法で得られるモルタル・コンクリートは
、高濃度の硫酸イオンが存在する環境下で使用され、あ
まり高い強度は要求されない場合に好適に利用できる。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）モルタル・コンクリートに対し、その結合材中に
含まれるアルミネート成分をカルシウムスルホアルミネ
ートとして消費できる量の硫酸カルシウム化合物を添加
することを特徴とする耐硫酸塩性モルタル・コンクリー
トの配合方法。