JPWO2020250359A1 - 高化学抵抗性コンクリート構造体の製造方法 - Google Patents

高化学抵抗性コンクリート構造体の製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】生産性に優れ、製造コストも低廉に抑えられる、高化学抵抗性コンクリート構造体および製造方法を提供すること。【解決手段】遠心成形機の型枠内にコンクリートを供給して成形したコンクリート層１１と、コンクリート層１１の内面に排出されるスラッジ成分によって硬化する性質の結合材Ｂと細骨材Ｃとを少なくとも含む混合材料をコンクリート層１１の内面に供給して積層して成形した内面保護層１２とからなり、コンクリート層１１と内面保護層１２とを同時に遠心成形して連続性を有する一体組織とする。【選択図】図１

Description

本発明はヒューム管やマンホール等のコンクリート構造体に適用可能な耐酸性、耐塩害性等の化学抵抗性に優れた高化学抵抗性コンクリート構造体および製造方法に関する。
我が国の下水道インフラを支えている下水道管路は、標準耐用年数とされる築造後５０年を経過する管路が急増していくなかで、今後は長寿命化を図る等の適切なストックマネジメントが求められている。
このような背景を持つ下水道管路の再構築事業は、劣化したコンクリート管の更生や入れ替えが中心となる。
一般にコンクリート管の損傷には不等沈下によるたるみ、木の根等の異物混入、ひび割れ等の様々な形態があるが、硫化水素生成から硫酸に至る酸の働きによるコンクリートの腐食は特に深刻な損傷形態である。
このように酸による腐食でコンクリート管の断面が大きく欠損した場合は早急に新たなコンクリート管に入れ替える必要があり、放置しておくと載荷重や振動等の外的要因が引き金となり道路陥没を誘発する危険がある。
入れ替えするコンクリート管には酸による腐食に強い耐酸管が望まれる。
耐酸管としては、コンクリート管の表面をエポキシ樹脂、ウレタン樹脂、アクリル樹脂等の樹脂で被覆した樹脂ライニング管や、セメントの代替材として不飽和ポリエステル樹脂を用いたレジンコンクリート管が知られている（特許文献１〜３）。
また低価格の耐酸管として、セメントコンクリートの配合中のセメント分の７０％以上を高炉スラグ微粉末に置き換えたコンクリート管が提案されている（特許文献４）。
特開昭５２−１３２０２０号公報 特開昭６３−２６４６７６号公報 特開２００２−２４８６３７号公報 特許第５８７８２５８号公報
従来の耐酸管およびその製造技術にはつぎのような改善すべき点ある。
＜１＞樹脂ライニング管は遠心成形機により製造したコンクリート管を基にしている。
コンクリート管を遠心成形する際に、コンクリート管の内面にスラッジ成分を排出する。
このスラッジ成分は強アルカリ性でセメント成分が少ないために、コンクリート製品として再利用することが難しく、スラッジ成分の処理に多くの労力とコストを要しており、スラッジ成分の有効な処理方法が業界の長年に亘る課題となっている。
＜２＞樹脂ライニング管を製造するには、コンクリート管の遠心成形、養生、脱型を経て、硬化したコンクリート管の表面へプライマー処理、樹脂のコーティング等といった数多くの作業が必要であることにくわえて、コンクリート管内に流し込んだコーティング樹脂が完全硬化するまで長時間に亘ってコンクリート管の回転を継続しなければならない。
そのため、樹脂ライニング管の生産性が甚だ悪く、しかも製造コストが非常に高くなる。
＜３＞コンクリート管の表面を樹脂で被覆した樹脂ライニング管では、コンクリート管との間に境界ができて被覆樹脂が界面剥離を発生し易い。
＜４＞レジンコンクリート管は、セメントの１０倍以上の価格の不飽和ポリエステル樹脂を使用するために製造コストが非常に高額となるだけでなく、遠心成型する場合は不飽和ポリエステル樹脂が重合結合しレジンコンクリートが硬化するまで型枠を回転させ続ける必要があり、レジンコンクリート管の生産性は非常に悪い。
このような理由からレジンコンクリート管の採用実績がきわめて少ない。
＜５＞耐酸性をよくするためにセメント分の７０％以上を高炉スラグ微粉末に置換したコンクリート管は、コンクリートの粘性が高くなるために遠心成形がし難い。
＜６＞耐酸性をよくするためにセメントに替えて高炉スラグ微粉末やフライアッシュの置換量を増やしたコンクリート管では、製鉄や火力発電の副産物である高炉スラグやフライアッシュ等が、大量入手が困難な発展途上の地域や国が多く、そのような地域や国で製造した場合は製品コストが高騰する。
＜７＞一般に高炉スラグ微粉末を大量に使用したコンクリートは初期強度の発現が低いため、脱型までに長時間を要し生産性を悪化させる。
本発明は以上の点に鑑みて成されたもので、その目的とするところは生産性に優れ、製造コストも低廉に抑えられる、高化学抵抗性コンクリート構造体および製造方法を提供することにある。
本発明は、遠心成形により製作された高化学抵抗性コンクリート構造体であって、セメント系結合材Ａを含むコンクリート層と、コンクリート層の内面に排出されるスラッジ成分によって硬化する潜在水硬性またはポゾラン反応性の結合材Ｂと細骨材Ｃを少なくとも含み、前記コンクリート層の内面に積層してコンクリート層と同時に遠心成形された内面保護層とからなる。
本発明の他の形態において、前記結合材Ｂは潜在水硬性またはポゾラン反応性の結合材であり、例えば高炉スラグ微粉末、フライアッシュ、シリカフューム、火山灰、珪酸白土、珪藻土群より選択された一種以上である。
本発明の他の形態において、前記コンクリート層の内面に供給される内面保護層の細骨材Ｃがスラグ系細骨材、珪砂、天然細骨材群の何れか一種または複数種である。
本発明の他の形態において、前記内面保護層がコンクリート層の内面側に連続組織として成形された緩衝層と、緩衝層の内面側に連続組織として成形された化学抵抗層とからなり、前記化学抵抗層が緩衝層と比べてコンクリート層からのスラッジの混入量が少ない関係にある。
本発明の他の形態において、前記化学抵抗層が少なくとも結合材Ｂ、細骨材Ｃおよびスラッジ水の混練物で構成されている。
本発明は、遠心成形機により製造する高化学抵抗性コンクリート構造体の製造方法であって、遠心成形機の型枠内にコンクリートを供給してコンクリート層を遠心成形して締め固め、前記コンクリート層の締固時に、コンクリート層の内面に排出されるスラッジ成分によって硬化する潜在水硬性またはポゾラン反応性の結合材Ｂと細骨材Ｃとを少なくとも含む混合材料をコンクリート層の内面に供給してコンクリート層と内面保護層とを同時に遠心成形して一体成形する。
本発明の他の形態において、遠心成形中の前記コンクリート層の内面に結合材Ｂと細骨材Ｃとを含むドライ状態の混合材料を供給するか、または結合材Ｂと細骨材Ｃと混練水とを含むペースト状の混合材料を供給する。
本発明の他の形態において、前記内面保護層の結合材Ｂが潜在水硬性またはポゾラン反応性の結合材であり、例えば高炉スラグ微粉末、フライアッシュ、シリカフューム、火山灰、珪酸白土、珪藻土群より選択された一種以上である。
本発明の他の形態において、前記内面保護層の細骨材Ｃがスラグ系細骨材、珪砂、天然細骨材群より選択された一種以上である。
本発明は少なくとも次のひとつの効果を奏する。
＜１＞コンクリート構造体の躯体の大半を占めるコンクリート層の結合材にセメント系結合材Ａを使用するのでコンクリート層の製造が容易であることに加えて、化学抵抗性の高い結合材Ｂを使用した内面保護層をコンクリート層と同時成形するので、高化学抵抗性コンクリート構造体を短期間で低コストに製造できる。
さらに公知の遠心成形機を用いて製造できるので、特殊な追加設備はまったく不要である。
＜２＞本発明ではコンクリート層と内面保護層を同時成形しながら、数１０分〜２時間程度で製管工程を終了して最終の養生工程に移行できる。
したがって、コンクリート管を製造し、蒸気養生にて内面を乾燥させた後でないと樹脂が付着しないため最低２日の製造日数を要する樹脂ライニング管や、遠心成形時に材料が重合反応し化学的に硬化しないと回転を停止することのできないレジンコンクリート管等の従来の製造技術と比べて、高化学抵抗性コンクリート構造体の製造に要する時間と労力を大幅に削減できて、生産性を大幅に向上できる。
＜３＞コンクリート構造体の保護を必要とする内面保護層のみに化学抵抗性の高い結合材Ｂを使用するので、結合材Ｂの使用量を低く抑えて内面保護層の化学抵抗性を効果的に高めることができる。
＜４＞管厚の大半をコンクリート層が占めるために強度発現時間が早く、脱型までに長時間を必要としない。
＜５＞内面保護層の混合材料にセメント系結合材Ａを含まないうえに、スラッジ水を活用して内面保護層を硬化させる際に高炉スラグやフライアッシュ等の結合材Ｂによって内面保護層中の水酸化カルシウムが消費されるので、最終的に成形された内面保護層のカルシウム成分が大幅に減少する。
そのため、従来と比べて内面保護層の化学抵抗性が格段に高くなる。
＜６＞コンクリート層と内面保護層を同時成形することで、コンクリート層と内面保護層間の一体化が図れ、コンクリート構造体の全断面が明確な境界のない連続組織となる。
そのため、衝撃を受けても内面保護層がコンクリート層から剥離する現象が生じ難くなり、コンクリート構造体の良好な化学抵抗性を長期間に亘って持続できる。
＜７＞仮に内面保護層の化学抵抗層の一部が破損しても、緩衝層がコンクリート層の保護層としての機能を継続するので、内面保護層の化学抵抗性の保証期間が極めて長くなる。
＜８＞内面保護層の混合材料をドライ状態で供給すると、コンクリート層から排出されるスラッジまたはスラッジ水を活用して内面保護層を硬化できるので、これまで廃棄するしかなかったスラッジやスラッジ水の最終回収量と処分量を少なくできる。
＜９＞高炉スラグ微粉末やフライアッシュ等の結合材Ｂの調達が困難な発展途上の地域や国であっても、高品質の高化学抵抗性コンクリート構造体を経済的に製作できる。
内面保護層の混合材料の入手が困難な地域や国であっても、入手が容易な地域や国において内面保護層の混合材料を予めパッケージングして容易に輸送することができる。
＜１０＞高炉スラグやフライアッシュは製鉄や火力発電等の副産物であり、化学抵抗性の高い結合材Ｂを製造する際のＣＯ２の発生量がゼロとなることから、環境負荷の低減に寄与することができる。
高化学抵抗性コンクリート構造体であるコンクリート管の表層部の拡大断面図 遠心成形機のモデル図 一部を省略したコンクリート層の成形時におけるコンクリート管の横断面図 一部を省略した内面保護層の成形時におけるコンクリート管の横断面図 硬化後におけるコンクリート管の拡大断面図 耐酸試験における実施例１および比較例１の各供試体の管厚変化の説明図
以下に図面を参照しながら本発明について説明する。
なお、本発明で用いる「化学抵抗性」とは、耐酸性、耐塩害性、耐食性、耐薬品性等を意味する。
＜１＞高化学抵抗性コンクリート構造体
本例では高化学抵抗性コンクリート構造体が遠心成形により製造するヒューム管やマンホール等のコンクリート管１０である形態について説明する。
図１にコンクリート管１０の内面側の拡大断面図を示す。
コンクリート管１０は、円筒状に成形したコンクリート製のコンクリート層１１と、コンクリート層１１の内面で筒状に成形した内面保護層１２とよりなる。
＜２＞コンクリート層
コンクリート層１１はセメント系結合材Ａ、膨張材等の混和材、細骨材、粗骨材等に加水して混練したコンクリートを遠心成形した円筒管である。
セメント系結合材Ａとしては特に限定されず、例えば普通ポルトランドセメント、早強ポルトランドセメント、超早強ポルトランドセメント、中庸熱ポルトランドセメント、低熱ポルトランドセメント、耐硫酸性ポルトランドセメント等が適用可能である。
コンクリート層１１の組成は公知であり、特別な配合にはなっていない。
＜３＞内面保護層
内面保護層１２は硫酸等がコンクリート層１１へ浸透するのを阻止する硬質層である。
内面保護層１２は、少なくとも潜在水硬性またはポゾラン反応性の結合材Ｂと細骨材Ｃとからなる。
これらの混合材料は水を含まないドライ状態、または混練水を含んだペースト状態でコンクリート層１１の内面に供給してコンクリート層１１と内面保護層１２を同時に成形する。
内面保護層１２は、コンクリート層１１の内面側にコンクリート層１１と連続組織として形成した緩衝層１４と、緩衝層１４の内面側に連続組織として形成した化学抵抗層１５とからなる。
＜３．１＞内面保護層を形成した理由
コンクリート層１１の内面を内面保護層１２で被覆するのは、コンクリート層１１が例えば硫酸に触れたとき、コンクリート層１１に大量に含まれる水酸化カルシウムと硫酸が激しく反応して、粗で脆弱な二水石膏が生成されては剥離する腐食が進行するのを抑止するためである。
＜３．２＞内面保護層の層厚
内面保護層１２は、硫酸がコンクリート層１１へ浸透しない適宜の層厚を有している。
内面保護層１２の層厚は管径によって異なるが、層厚が３〜５０ｍｍ程度であると、硫酸がコンクリート層１１へ浸透するまでに長時間を要し、コンクリート管１０の化学抵抗作用および二水石膏膜の剥落防止作用を長期間に亘って保証できる。
なお、内面保護層１２の最低層厚はポップアウト現象を抑止し得る層厚を考慮して選択することが望ましい。
＜３．３＞結合材Ｂ
内面保護層１２の結合材には、コンクリート層１１のスラッジ成分(セメントモルタル成分)と化合して硬化する性質の結合材Ｂを使用する。供給前における内面保護層１２の混合材料にはセメント系結合材を含んでいない。
スラッジ成分とは、セメント系結合材Ａ、細骨材、水等を含むスラリー状物で、固形成分を多く含むスラッジ、または固形成分が極めて少なく水成分を多量に含むスラッジ水を意味する。
結合材Ｂとは、水を混ぜ合わせただけでは硬化しないが、アルカリ刺激により硬化する潜在水硬性の結合材またはシリカやアルミナを有するポゾラン反応性の結合材を意味する。
潜在水硬性の結合材Ｂとしては、例えば高炉スラグ微粉末、高炉水砕スラグ、高炉徐冷スラグ、製鋼スラグ等の一種以上を使用することができる。
特に、ＪＩＳ Ａ ６２０６「コンクリート用高炉スラグ微粉末」で規定される高炉スラグ微粉末は、潜在水硬性により内面保護層１２の組織を緻密化して耐硫酸性や耐塩害性が向上する。
ポゾラン反応性の結合材Ｂとしては、例えばフライアッシュ、シリカフューム等の一種以上を使用でき、可溶性の二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）がセメントの水和の際に生成される水酸化カルシウム（Ｃａ（ＯＨ）2）と化合して不溶性の水和物に変わる。
その他に結合材Ｂとしては、火山灰、珪けい酸白土等を使用することも可能である。
＜３．４＞細骨材Ｃ
内面保護層用の細骨材Ｃとしては、例えばスラグ細骨材、珪砂、天然細骨材等を使用できる。
内面保護層１２は、コンクリート層１１と比較してカルシウム分が少ないので化学抵抗性がよくなる。細骨材Ｃとしてスラグ細骨材を用いれば、内面保護層１２の化学抵抗性がさらに向上する。
＜３．５＞結合材Ｂと細骨材Ｃの配合比率
結合材Ｂと細骨材Ｃの配合比率は、１：２程度を目安とする。
結合材Ｂと細骨材Ｃの配合比率はこの範囲に限定されず、コンクリート管１０の使途や使用環境等を考慮して適宜選択する。
＜３．６＞内面保護層が均質組織とならない理由
内面保護層１２はスラッジ成分と化合して硬化する結合材Ｂと細骨材Ｃを主体とした均質な組織とはならない
内面保護層１２が均質な組織とはならないのは、回転遠心力の影響を受けて、内面保護層１２に対してコンクリート層１１のスラッジ成分が混入し、部位によりそのスラッジの混入量に差が生じるからである。
そのため、内面保護層１２は、コンクリート層１１の内面に近いほどスラッジの混入量が多くなり、コンクリート層１１の内面から離れるほどスラッジの混入量が少なくなる。
＜３．７＞緩衝層
図１を参照して説明すると、コンクリート層１１の内面に積層した緩衝層１４は、スラッジ成分と化合して硬化する結合材Ｂと細骨材Ｃの混合材料を主体とし、コンクリート層１１と化学抵抗層１５の間に形成した中間保護層である。
緩衝層１４には内面保護層１２の成形中にコンクリート層１１のスラッジ成分の一部が混入して化合する。スラッジの混入量は緩衝層１４の外面から内面へ向けて漸減している。
緩衝層１４は化学抵抗層１５が損傷した際に化学抵抗性をサポートする。
＜３．８＞化学抵抗層
緩衝層１４の内面に積層した化学抵抗層１５は、結合材Ｂと細骨材Ｃの混合材料を主体とした保護層であり、内面保護層１２の成形中にスラッジ水と化合する。
化学抵抗層１５は緩衝層１４と比べてスラッジの混入量が少ない関係にある。
化学抵抗層１５は遠心成形によるスラッジの混入がほとんどみられず、結合材Ｂと細骨材Ｃのほぼ１００％の配合となる。
［製造方法］
つぎにコンクリート管１０の製造方法について説明する。
＜１＞コンクリート層の成形
図２〜５を参照しながらコンクリート層１１の成形工程について説明する。
＜１．１＞鉄筋篭のセット
図２を参照して説明すると、筒状に編成した鉄筋篭を内部にセットして型枠２０を組み立てる。型枠２０は外枠２１とドーナツ形の妻型枠２２よりなり、内型枠は存在しない。
＜１．２＞コンクリートの供給
次いで組み立てた型枠２０の中にコンベア等の供給装置２３を通じてミキサ等で混練したセメント系結合材Ａを含むコンクリートを供給しながら、遠心成形機上で型枠２０を回転させる。コンクリートの配合は公知である。
＜１．３＞型枠の回転
成形初期は型枠２０を低速(２〜３Ｇ)で回転してコンクリートを全体に拡散させ、その後に中速(１０〜１５Ｇ)に回転速度を上げてコンクリートをある程度締め固め、最後に高速回転(３０Ｇ程度)によりコンクリートを密実に締め固めて円筒形のコンクリート層１１を成形する。
＜１．４＞コンクリート層の層厚
図３は遠心成形時における型枠２０とコンクリート層１１の断面を示している。
コンクリート層１１の成形工程において、コンクリートの投入量は所定の管厚分より少ない量とし、コンクリート層１１の管厚は、次工程で成形する内面保護層１２の層厚分を見込んで薄くしておく。
内面保護層１２の見込み厚はコンクリート管１０の径に応じて３〜５０ｍｍ程度に設定すればよいが、コンクリート管１０の使用条件、使用環境等を考慮して適宜選択する。
内面保護層１２との一体化のためには、コンクリート層１１の内面を完全に平滑に仕上げずに粗面のままにしておくことが望ましい。
＜２＞内面保護層の成形
図４を参照しながら内面保護層１２の成形工程について説明する。
＜２．１＞内面保護層用の混合材料例
内面保護層１２の混合材料としては、例えば以下の組み合わせを適用できる。
・高炉スラグ微粉末等の結合材Ｂ、
・スラグ細骨材Ｃ、
・フライアッシュ、
・シリカフューム、
・化学成分で１〜１５質量％の酸化アルミニウムを含む石灰・石膏複合物(膨張材)。
＜２．２＞混合材料の供給形態
これらの混合材料は、水を含まないドライ状態でコンクリート層１１の内面へ供給してもよいし、予め混練水と混練したペースト状態で供給してもよい。
＜２．２．１＞ドライ状態で供給する場合
コンクリート層１１の遠心成形時において、コンクリート層１１の内面に、水、セメント成分、骨材微粒子分等を含んだスラッジ成分が遠心分離により排出される。
次に内面保護層１２の混合材料をドライ状態でコンクリート層１１の内面に供給すると、混合材料中をスラッジ成分が遠心力により通過する過程において、混合材料と混じり合って内面保護層１２がペースト状になる。
内面保護層１２の混合材料をドライ状態で供給する場合には、内面保護層１２をペースト化する際にスラッジ成分の消費量が増えるので、最終的なスラッジ成分の回収量がさらに少なくなる。
＜２．２．２＞ペースト状態で供給する場合
内面保護層１２の混合材料に適量の混練水を加えて予め混練し、ペースト状態で供給してもよい。
ペースト状態で供給した場合には、ドライ状態に比べてセメント粒子や骨材微粒子等がスクリーニングされて内面保護層１２を通過し難くなるので、内面保護層１２のスラッジがより少なくなるが、スラッジ成分の回収量を考慮すると、混練水は混合材料を供給可能な流動性を確保できる最低水量とした方がよい。
＜２．３＞型枠の回転
内面保護層１２を遠心成形する際にも、コンクリート層１１の成形時と同様に低速回転、中速回転、高速回転と回転数を漸増させながら遠心力により締め固めてコンクリート層１１の内面に密実組織の内面保護層１２を成形する。
内面保護層１２の成形工程においても、高速回転に伴い内面保護層１２の内面に透過したセメント成分をほとんど含まないスラッジ水が排出される。
バーやヘラ等を使用して余分なスラッジ水を除去しながら内面を平滑に仕上げたら、型枠２０の回転を停止する。
＜２．４＞内面保護層の組成
内面保護層１２は全体が均質組織ではなく、コンクリート層１１の内面に隣接した部位がスラッジの混入量が多い緩衝層１４として形成され、コンクリート層１１の内面から離隔した部位になるほどスラッジの混入量が少ない化学抵抗層１５として形成される(図１)。
＜３＞硬化反応
コンクリート管１０は、締め固めと並行してコンクリート層１１および内面保護層１２に硬化反応を生じて強度が徐々に増していく。
コンクリート層１１ではセメント系結合材Ａが混練水と反応して硬化が進行する。
内面保護層１２では、潜在水硬性またはポゾラン反応性の結合材Ｂがスラッジまたはスラッジ水１３と化合して硬化が進行する。
＜４＞養生、脱型
遠心成形機から型枠２０を取り外し、型枠２０内にコンクリート管１０を入れたまま所定の養生場所へ移動する。
養生手段としては、例えば蒸気養生を用いることができる。蒸気養生をすることで脱型時期を早めることができる。
コンクリート管１０の蒸気養生温度はコンクリート管１０の物性に悪影響が出ないように適宜の温度を選択する。
尚、養生方法は蒸気養生に限定されるものではなく、自然養生を行ってもよい。
コンクリート管１０が所定の脱型強度に達したら、型枠２０からコンクリート管１０を取り出して一連の作業を終了する。
＜５＞コンクリート管の特性
図５を参照してコンクリート管１０の主要な特性について説明する。
＜５．１＞コンクリート層と内面保護層の一体性
本発明のコンクリート管１０は、先行して硬化させたコンクリート層１１の内面に内面保護層１２を打ち継ぎする製造方法ではないのでコールドジョイントが生じない。
本発明のコンクリート管１０は、硬化前にコンクリート層１１と内面保護層１２を同時成形するので、コンクリート層１１の内面と内面保護層１２間のなじみがよくなり、コンクリート層１１と内面保護層１２との間、および内面保護層１２を構成する緩衝層１４と化学抵抗層１５との間の境界部が混然一体化した連続組織となる。
すなわち、コンクリート管１０の断面は、従来の樹脂ライニング管の断面で見られるような明確な境界面ができない。
特にコンクリート層１１の内面を平滑に仕上げずに、細かい凹凸が存在する粗面状態のまま内面保護層１２を積層するので、コンクリート層１１と内面保護層１２との付着性(一体性)が格段によくなる。
このようにコンクリート管１０の断面構造は一体化した連続組織になっているので、コンクリート管１０の内面が衝撃を受けても内面保護層１２の剥離現象が生じ難い。
＜５．２＞内面保護層の化学抵抗作用
内面保護層１２は潜在水硬性またはポゾラン反応性の結合材Ｂを主成分とした保護層であり、セメント水和物の中で最も酸に弱いとされる水酸化カルシウム（Ｃａ（ＯＨ）２）の含有量が大幅に低減されている。
例えば、結合材Ｂが高炉スラグ微粉末に代表される潜在水硬性の結合材である場合、結合材Ｂの硬化にはスラッジまたはスラッジ水１３によるアルカリ刺激が必要であることから、内面保護層１２が硬化する際にスラッジ成分に含まれる水酸化カルシウムが更に消費されて内面保護層１２のカルシウム成分が更に減少して化学抵抗性が向上する。
例えば、結合材Ｂがポゾラン反応性である場合には、結合材Ｂの硬化にはスラッジ成分に含まれる水酸化カルシウムが二酸化ケイ素と化合して消費されることから内面保護層１２のカルシウム成分が減少して化学抵抗性が向上する。
この内面保護層１２に硫酸等が接触すると毛管現象により浸透していくが、水酸化カルシウムがほとんど存在しないので、激しい反応を生じることがなく、硫酸と内面保護層１２に含まれるＣ−Ｓ−ＨやＣ−Ａ−Ｈのカルシウム分とが反応し、内面保護層１２の表面近傍に二水石膏層が時間をかけて積層されていく。
この二水石膏は緻密組織であり、耐酸性を有していることから、コンクリート管１０の内面が継続して硫酸に晒されても緻密な二水石膏層が積層された内面保護層１２が硫酸の浸入を抑制して、硫酸によるコンクリート層１１までの到達を効果的に防止することができる。
仮に数１０年規模の経年変化によって化学抵抗層１５の深層側の緩衝層１４に硫酸が浸透到達したとしても、緩衝層１４のカルシウム成分がコンクリート層１１に比べて格段に少ないため、短時間で腐食が進行することがなく、二水石膏層の層厚が増すだけ継続して硫酸による腐食を抑制できる。
このように緩衝層１４の存在は毛管浸透に対する準化学抵抗層の役割を果たすだけでなく、外的衝撃により仮に化学抵抗層１５が欠損することがあっても、容易にコンクリート層１１に腐食を及ぼすことのないフェールセーフの役割も兼ねている。
二水石膏層は内面保護層１２の全断面に亘って形成可能であるから、硫酸がコンクリート層１１へ到達するまでにはきわめて長い年月が必要であり、従来の普通コンクリートに比べて化学抵抗性の保証期間が飛躍的に長くなる。
二水石膏層は共用環境で酸と接触した場合に自動的に形成することを前提としているが、製造環境の整った工場で出荷前にコンクリート管１０に硫酸処理を施して予めコンクリート管１０の内面に形成しておいてもよい。
以下、本発明の実施例について詳細に説明する。
＜１＞使用材料
コンクリート層１１には次の材料を用いた。（数字は密度）
Figure 2020250359
内部保護層１２には次の材料を用いた。（数字は密度）
Figure 2020250359
＜２＞供試体
上記材料を使用し、表１に示した配合によりコンクリート管１０の供試体を製造した（実施例１、比較例１）。
Figure 2020250359
実施例１における内面保護層用の混合材料には、重量比で高炉スラグ微粉末：高炉スラグ細骨材を１：２とし水セメント比４０％の比率で混錬した。
＜３＞耐酸性試験
実施例１と比較例１のコンクリート配合で内径３００ｍｍ、管厚３０ｍｍ、長さ３００ｍｍの管体を作成し、管体から略１００ミリ×１５０ミリの切片を切り出し、内面以外をエポキシ樹脂でコーティングした供試体を作成した。
実施例１と比較例１の各供試体を５％硫酸液に浸せきして管厚の増減を測定した。その試験結果を表２に示し、図６に実際の各供試体を示す。
Figure 2020250359
本発明の実施例１の供試体は、二水石膏の析出生成により管厚（質量）が増加しているが、硫酸で溶解してはいない。
これに対し、比較例１の供試体では、表面から硫酸に溶解し大きく管厚（質量）が減少していることが確認された。
１０・・・コンクリート管（高化学抵抗性コンクリート構造体）
１１・・・コンクリート層
１２・・・内面保護層
１３・・・スラッジまたはスラッジ水(スラッジ成分)
１４・・・緩衝層
１５・・・化学抵抗層
２０・・・型枠
２１・・・外枠
２２・・・妻型枠
２３・・・供給装置
本発明は、遠心成形により製作された高化学抵抗性コンクリート構造体であって、セメント系結合材Ａを含むコンクリート層と、水だけでは硬化せず、コンクリート層の内面に排出されるスラッジ成分によって硬化する潜在水硬性またはポゾラン反応性の結合材Ｂと細骨材Ｃを含み、かつ、セメント系結合材Ａを含まない配合であり、前記コンクリート層の内面に積層してコンクリート層と同時に遠心成形された内面保護層とからなり、配合材料にセメント系結合材Ａを含まない前記内面保護層が、前記コンクリート層の内面に排出されるスラッジ成分と化合して硬化した硬質層である。
本発明の他の形態において、前記結合材Ｂは潜在水硬性またはポゾラン反応性の結合材であり、例えば高炉スラグ微粉末、フライアッシュ、シリカフューム、火山灰、珪酸白土、珪藻土群より選択された一種以上である。
本発明の他の形態において、前記コンクリート層の内面に供給される内面保護層の細骨材Ｃがスラグ系細骨材、珪砂、天然細骨材の何れか一種または複数種である。
本発明の他の形態において、前記内面保護層がコンクリート層の内面側に連続組織として成形された緩衝層と、緩衝層の内面側に連続組織として成形された化学抵抗層とからなり、前記化学抵抗層が緩衝層と比べてコンクリート層からのスラッジの混入量が少ない関係にある。
本発明の他の形態において、前記化学抵抗層が結合材Ｂ、細骨材Ｃおよびスラッジ水の混練物で構成されている。
本発明は、遠心成形機により製造する高化学抵抗性コンクリート構造体の製造方法であって、遠心成形機の型枠内にコンクリートを供給してコンクリート層を遠心成形して締め固め、水だけでは硬化せず、前記コンクリート層の締固時にコンクリート層の内面に排出されるスラッジ成分によって硬化する潜在水硬性またはポゾラン反応性の結合材Ｂと細骨材Ｃとを含み、かつ、セメント系結合材Ａを含まない混合材料をコンクリート層の内面に供給してコンクリート層と内面保護層とを同時に遠心成形して一体成形し、配合材料にセメント系結合材Ａを含まない前記内面保護層を、前記コンクリート層の内面に排出されるスラッジ成分と化合させて硬化させた。
本発明の他の形態において、遠心成形中の前記コンクリート層の内面に結合材Ｂと細骨材Ｃとを含み、かつ、セメント系結合材Ａを含まないドライ状態の混合材料を供給するか、または結合材Ｂと細骨材Ｃと混練水とを含み、かつ、セメント系結合材Ａを含まないペースト状の混合材料を供給する。
本発明の他の形態において、前記内面保護層の結合材Ｂが潜在水硬性またはポゾラン反応性の結合材であり、例えば高炉スラグ微粉末、フライアッシュ、シリカフューム、火山灰、珪酸白土、珪藻土群より選択された一種以上である。
本発明の他の形態において、前記内面保護層の細骨材Ｃがスラグ系細骨材、珪砂、天然細骨材群より選択された一種以上である。
実施例１における内面保護層用の混合材料には、重量比で高炉スラグ微粉末：高炉スラグ細骨材を１：２とし水粉体比４０％の比率で混錬した。

本発明はヒューム管やマンホール等のコンクリート構造体に適用可能な耐酸性、耐塩害性等の化学抵抗性に優れた高化学抵抗性コンクリート構造体の製造方法に関する。
我が国の下水道インフラを支えている下水道管路は、標準耐用年数とされる築造後５０年を経過する管路が急増していくなかで、今後は長寿命化を図る等の適切なストックマネジメントが求められている。
このような背景を持つ下水道管路の再構築事業は、劣化したコンクリート管の更生や入れ替えが中心となる。
一般にコンクリート管の損傷には不等沈下によるたるみ、木の根等の異物混入、ひび割れ等の様々な形態があるが、硫化水素生成から硫酸に至る酸の働きによるコンクリートの腐食は特に深刻な損傷形態である。
このように酸による腐食でコンクリート管の断面が大きく欠損した場合は早急に新たなコンクリート管に入れ替える必要があり、放置しておくと載荷重や振動等の外的要因が引き金となり道路陥没を誘発する危険がある。
入れ替えするコンクリート管には酸による腐食に強い耐酸管が望まれる。
耐酸管としては、コンクリート管の表面をエポキシ樹脂、ウレタン樹脂、アクリル樹脂等の樹脂で被覆した樹脂ライニング管や、セメントの代替材として不飽和ポリエステル樹脂を用いたレジンコンクリート管が知られている（特許文献１〜３）。
また低価格の耐酸管として、セメントコンクリートの配合中のセメント分の７０％以上を高炉スラグ微粉末に置き換えたコンクリート管が提案されている（特許文献４）。
特開昭５２−１３２０２０号公報 特開昭６３２６４６７６号公報 特開２００２−２４８６３７号公報 特許第５８７８２５８号公報
従来の耐酸管およびその製造技術にはつぎのような改善すべき点ある。
＜１＞樹脂ライニング管は遠心成形機により製造したコンクリート管を基にしている。
コンクリート管を遠心成形する際に、コンクリート管の内面にスラッジ成分を排出する。
このスラッジ成分は強アルカリ性でセメント成分が少ないために、コンクリート製品として再利用することが難しく、スラッジ成分の処理に多くの労力とコストを要しており、スラッジ成分の有効な処理方法が業界の長年に亘る課題となっている。
＜２＞樹脂ライニング管を製造するには、コンクリート管の遠心成形、養生、脱型を経て、硬化したコンクリート管の表面へプライマー処理、樹脂のコーティング等といった数多くの作業が必要であることにくわえて、コンクリート管内に流し込んだコーティング樹脂が完全硬化するまで長時間に亘ってコンクリート管の回転を継続しなければならない。
そのため、樹脂ライニング管の生産性が甚だ悪く、しかも製造コストが非常に高くなる。
＜３＞コンクリート管の表面を樹脂で被覆した樹脂ライニング管では、コンクリート管との間に境界ができて被覆樹脂が界面剥離を発生し易い。
＜４＞レジンコンクリート管は、セメントの１０倍以上の価格の不飽和ポリエステル樹脂を使用するために製造コストが非常に高額となるだけでなく、遠心成型する場合は不飽和ポリエステル樹脂が重合結合しレジンコンクリートが硬化するまで型枠を回転させ続ける必要があり、レジンコンクリート管の生産性は非常に悪い。
このような理由からレジンコンクリート管の採用実績がきわめて少ない。
＜５＞耐酸性をよくするためにセメント分の７０％以上を高炉スラグ微粉末に置換したコンクリート管は、コンクリートの粘性が高くなるために遠心成形がし難い。
＜６＞耐酸性をよくするためにセメントに替えて高炉スラグ微粉末やフライアッシュの置換量を増やしたコンクリート管では、製鉄や火力発電の副産物である高炉スラグやフライアッシュ等が、大量入手が困難な発展途上の地域や国が多く、そのような地域や国で製造した場合は製品コストが高騰する。
＜７＞一般に高炉スラグ微粉末を大量に使用したコンクリートは初期強度の発現が低いため、脱型までに長時間を要し生産性を悪化させる。
本発明は以上の点に鑑みて成されたもので、その目的とするところは生産性に優れ、製造コストも低廉に抑えられる、高化学抵抗性コンクリート構造体の製造方法を提供することにある。
本発明は、遠心成形機により製造する高化学抵抗性コンクリート構造体の製造方法であって、遠心成形機の型枠内にコンクリートを供給してコンクリート層を遠心成形して締め固め、水だけでは硬化せず、前記コンクリート層の締固時にコンクリート層の内面に排出されるスラッジ成分によって硬化する潜在水硬性またはポゾラン反応性の結合材Ｂと細骨材Ｃとを含み、かつ、セメント系結合材Ａを含まない混合材料をコンクリート層の内面に供給してコンクリート層と内面保護層とを硬化前に遠心成形して一体成形し、配合材料にセメント系結合材Ａを含まない前記内面保護層を、前記コンクリート層の内面に排出されるスラッジ成分と化合させて硬化させた。
本発明の他の形態において、遠心成形中の前記コンクリート層の内面に結合材Ｂと細骨材Ｃとを含み、かつ、セメント系結合材Ａを含まないドライ状態の混合材料を供給するか、または結合材Ｂと細骨材Ｃと混練水とを含み、かつ、セメント系結合材Ａを含まないペースト状の混合材料を供給する。
本発明の他の形態において、前記内面保護層の結合材Ｂが潜在水硬性またはポゾラン反応性の結合材であり、例えば高炉スラグ微粉末、フライアッシュ、シリカフューム、火山灰、珪酸白土、珪藻土群より選択された一種以上である。
本発明の他の形態において、前記内面保護層の細骨材Ｃがスラグ系細骨材、珪砂、天然細骨材群より選択された一種以上である。
本発明は少なくとも次のひとつの効果を奏する。
＜１＞コンクリート構造体の躯体の大半を占めるコンクリート層の結合材にセメント系結合材Ａを使用するのでコンクリート層の製造が容易であることに加えて、化学抵抗性の高い結合材Ｂを使用した内面保護層をコンクリート層と硬化前に遠心成形するので、高化学抵抗性コンクリート構造体を短期間で低コストに製造できる。
さらに公知の遠心成形機を用いて製造できるので、特殊な追加設備はまったく不要である。
＜２＞本発明ではコンクリート層と内面保護層を硬化前に遠心成形しながら、数１０分〜２時間程度で製管工程を終了して最終の養生工程に移行できる。
したがって、コンクリート管を製造し、蒸気養生にて内面を乾燥させた後でないと樹脂が付着しないため最低２日の製造日数を要する樹脂ライニング管や、遠心成形時に材料が重合反応し化学的に硬化しないと回転を停止することのできないレジンコンクリート管等の従来の製造技術と比べて、高化学抵抗性コンクリート構造体の製造に要する時間と労力を大幅に削減できて、生産性を大幅に向上できる。
＜３＞コンクリート構造体の保護を必要とする内面保護層のみに化学抵抗性の高い結合材Ｂを使用するので、結合材Ｂの使用量を低く抑えて内面保護層の化学抵抗性を効果的に高めることができる。
＜４＞管厚の大半をコンクリート層が占めるために強度発現時間が早く、脱型までに長時間を必要としない。
＜５＞内面保護層の混合材料にセメント系結合材Ａを含まないうえに、スラッジ水を活用して内面保護層を硬化させる際に高炉スラグやフライアッシュ等の結合材Ｂによって内面保護層中の水酸化カルシウムが消費されるので、最終的に成形された内面保護層のカルシウム成分が大幅に減少する。
そのため、従来と比べて内面保護層の化学抵抗性が格段に高くなる。
＜６＞コンクリート層と内面保護層を硬化前に成形することで、コンクリート層と内面保護層間の一体化が図れ、コンクリート構造体の全断面が明確な境界のない連続組織となる。
そのため、衝撃を受けても内面保護層がコンクリート層から剥離する現象が生じ難くなり、コンクリート構造体の良好な化学抵抗性を長期間に亘って持続できる。
＜７＞仮に内面保護層の化学抵抗層の一部が破損しても、緩衝層がコンクリート層の保護層としての機能を継続するので、内面保護層の化学抵抗性の保証期間が極めて長くなる。
＜８＞内面保護層の混合材料をドライ状態で供給すると、コンクリート層から排出されるスラッジまたはスラッジ水を活用して内面保護層を硬化できるので、これまで廃棄するしかなかったスラッジやスラッジ水の最終回収量と処分量を少なくできる。
＜９＞高炉スラグ微粉末やフライアッシュ等の結合材Ｂの調達が困難な発展途上の地域や国であっても、高品質の高化学抵抗性コンクリート構造体を経済的に製作できる。
内面保護層の混合材料の入手が困難な地域や国であっても、入手が容易な地域や国において内面保護層の混合材料を予めパッケージングして容易に輸送することができる。
＜１０＞高炉スラグやフライアッシュは製鉄や火力発電等の副産物であり、化学抵抗性の高い結合材Ｂを製造する際のＣＯ２の発生量がゼロとなることから、環境負荷の低減に寄与することができる。
高化学抵抗性コンクリート構造体であるコンクリート管の表層部の拡大断面図 遠心成形機のモデル図 一部を省略したコンクリート層の成形時におけるコンクリート管の横断面図 一部を省略した内面保護層の成形時におけるコンクリート管の横断面図 硬化後におけるコンクリート管の拡大断面図 耐酸試験における実施例１および比較例１の各供試体の管厚変化の説明図
以下に図面を参照しながら本発明について説明する。
なお、本発明で用いる「化学抵抗性」とは、耐酸性、耐塩害性、耐食性、耐薬品性等を意味する。
＜１＞高化学抵抗性コンクリート構造体
本例では高化学抵抗性コンクリート構造体が遠心成形により製造するヒューム管やマンホール等のコンクリート管１０である形態について説明する。
図１にコンクリート管１０の内面側の拡大断面図を示す。
コンクリート管１０は、円筒状に成形したコンクリート製のコンクリート層１１と、コンクリート層１１の内面で筒状に成形した内面保護層１２とよりなる。
＜２＞コンクリート層
コンクリート層１１はセメント系結合材Ａ、膨張材等の混和材、細骨材、粗骨材等に加水して混練したコンクリートを遠心成形した円筒管である。
セメント系結合材Ａとしては特に限定されず、例えば普通ポルトランドセメント、早強ポルトランドセメント、超早強ポルトランドセメント、中庸熱ポルトランドセメント、低熱ポルトランドセメント、耐硫酸性ポルトランドセメント等が適用可能である。
コンクリート層１１の組成は公知であり、特別な配合にはなっていない。
＜３＞内面保護層
内面保護層１２は硫酸等がコンクリート層１１へ浸透するのを阻止する硬質層である。
内面保護層１２は、少なくとも潜在水硬性またはポゾラン反応性の結合材Ｂと細骨材Ｃとからなる。
これらの混合材料は水を含まないドライ状態、または混練水を含んだペースト状態でコンクリート層１１の内面に供給してコンクリート層１１と内面保護層１２を硬化前に遠心成形する。
内面保護層１２は、コンクリート層１１の内面側にコンクリート層１１と連続組織として形成した緩衝層１４と、緩衝層１４の内面側に連続組織として形成した化学抵抗層１５とからなる。
＜３．１＞内面保護層を形成した理由
コンクリート層１１の内面を内面保護層１２で被覆するのは、コンクリート層１１が例えば硫酸に触れたとき、コンクリート層１１に大量に含まれる水酸化カルシウムと硫酸が激しく反応して、粗で脆弱な二水石膏が生成されては剥離する腐食が進行するのを抑止するためである。
＜３．２＞内面保護層の層厚
内面保護層１２は、硫酸がコンクリート層１１へ浸透しない適宜の層厚を有している。
内面保護層１２の層厚は管径によって異なるが、層厚が３〜５０ｍｍ程度であると、硫酸がコンクリート層１１へ浸透するまでに長時間を要し、コンクリート管１０の化学抵抗作用および二水石膏膜の剥落防止作用を長期間に亘って保証できる。
なお、内面保護層１２の最低層厚はポップアウト現象を抑止し得る層厚を考慮して選択することが望ましい。
＜３．３＞結合材Ｂ
内面保護層１２の結合材には、コンクリート層１１のスラッジ成分(セメントモルタル成分)と化合して硬化する性質の結合材Ｂを使用する。供給前における内面保護層１２の混合材料にはセメント系結合材を含んでいない。
スラッジ成分とは、セメント系結合材Ａ、細骨材、水等を含むスラリー状物で、固形成分を多く含むスラッジ、または固形成分が極めて少なく水成分を多量に含むスラッジ水を意味する。
結合材Ｂとは、水を混ぜ合わせただけでは硬化しないが、アルカリ刺激により硬化する潜在水硬性の結合材またはシリカやアルミナを有するポゾラン反応性の結合材を意味する。
潜在水硬性の結合材Ｂとしては、例えば高炉スラグ微粉末、高炉水砕スラグ、高炉徐冷スラグ、製鋼スラグ等の一種以上を使用することができる。
特に、ＪＩＳ Ａ ６２０６「コンクリート用高炉スラグ微粉末」で規定される高炉スラグ微粉末は、潜在水硬性により内面保護層１２の組織を緻密化して耐硫酸性や耐塩害性が向上する。
ポゾラン反応性の結合材Ｂとしては、例えばフライアッシュ、シリカフューム等の一種以上を使用でき、可溶性の二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）がセメントの水和の際に生成される水酸化カルシウム（Ｃａ（ＯＨ）2）と化合して不溶性の水和物に変わる。
その他に結合材Ｂとしては、火山灰、珪けい酸白土等を使用することも可能である。
＜３．４＞細骨材Ｃ
内面保護層用の細骨材Ｃとしては、例えばスラグ細骨材、珪砂、天然細骨材等を使用できる。
内面保護層１２は、コンクリート層１１と比較してカルシウム分が少ないので化学抵抗性がよくなる。細骨材Ｃとしてスラグ細骨材を用いれば、内面保護層１２の化学抵抗性がさらに向上する。
＜３．５＞結合材Ｂと細骨材Ｃの配合比率
結合材Ｂと細骨材Ｃの配合比率は、１：２程度を目安とする。
結合材Ｂと細骨材Ｃの配合比率はこの範囲に限定されず、コンクリート管１０の使途や使用環境等を考慮して適宜選択する。
＜３．６＞内面保護層が均質組織とならない理由
内面保護層１２はスラッジ成分と化合して硬化する結合材Ｂと細骨材Ｃを主体とした均質な組織とはならない
内面保護層１２が均質な組織とはならないのは、回転遠心力の影響を受けて、内面保護層１２に対してコンクリート層１１のスラッジ成分が混入し、部位によりそのスラッジの混入量に差が生じるからである。
そのため、内面保護層１２は、コンクリート層１１の内面に近いほどスラッジの混入量が多くなり、コンクリート層１１の内面から離れるほどスラッジの混入量が少なくなる。
＜３．７＞緩衝層
図１を参照して説明すると、コンクリート層１１の内面に積層した緩衝層１４は、スラッジ成分と化合して硬化する結合材Ｂと細骨材Ｃの混合材料を主体とし、コンクリート層１１と化学抵抗層１５の間に形成した中間保護層である。
緩衝層１４には内面保護層１２の成形中にコンクリート層１１のスラッジ成分の一部が混入して化合する。スラッジの混入量は緩衝層１４の外面から内面へ向けて漸減している。
緩衝層１４は化学抵抗層１５が損傷した際に化学抵抗性をサポートする。
＜３．８＞化学抵抗層
緩衝層１４の内面に積層した化学抵抗層１５は、結合材Ｂと細骨材Ｃの混合材料を主体とした保護層であり、内面保護層１２の成形中にスラッジ水と化合する。
化学抵抗層１５は緩衝層１４と比べてスラッジの混入量が少ない関係にある。
化学抵抗層１５は遠心成形によるスラッジの混入がほとんどみられず、結合材Ｂと細骨材Ｃのほぼ１００％の配合となる。
［製造方法］
つぎにコンクリート管１０の製造方法について説明する。
＜１＞コンクリート層の成形
図２〜５を参照しながらコンクリート層１１の成形工程について説明する。
＜１．１＞鉄筋篭のセット
図２を参照して説明すると、筒状に編成した鉄筋篭を内部にセットして型枠２０を組み立てる。型枠２０は外枠２１とドーナツ形の妻型枠２２よりなり、内型枠は存在しない。
＜１．２＞コンクリートの供給
次いで組み立てた型枠２０の中にコンベア等の供給装置２３を通じてミキサ等で混練したセメント系結合材Ａを含むコンクリートを供給しながら、遠心成形機上で型枠２０を回転させる。コンクリートの配合は公知である。
＜１．３＞型枠の回転
成形初期は型枠２０を低速(２〜３Ｇ)で回転してコンクリートを全体に拡散させ、その後に中速(１０〜１５Ｇ)に回転速度を上げてコンクリートをある程度締め固め、最後に高速回転(３０Ｇ程度)によりコンクリートを密実に締め固めて円筒形のコンクリート層１１を成形する。
＜１．４＞コンクリート層の層厚
図３は遠心成形時における型枠２０とコンクリート層１１の断面を示している。
コンクリート層１１の成形工程において、コンクリートの投入量は所定の管厚分より少ない量とし、コンクリート層１１の管厚は、次工程で成形する内面保護層１２の層厚分を見込んで薄くしておく。
内面保護層１２の見込み厚はコンクリート管１０の径に応じて３〜５０ｍｍ程度に設定すればよいが、コンクリート管１０の使用条件、使用環境等を考慮して適宜選択する。
内面保護層１２との一体化のためには、コンクリート層１１の内面を完全に平滑に仕上げずに粗面のままにしておくことが望ましい。
＜２＞内面保護層の成形
図４を参照しながら内面保護層１２の成形工程について説明する。
＜２．１＞内面保護層用の混合材料例
内面保護層１２の混合材料としては、例えば以下の組み合わせを適用できる。
・高炉スラグ微粉末等の結合材Ｂ、
・スラグ細骨材Ｃ、
・フライアッシュ、
・シリカフューム、
・化学成分で１〜１５質量％の酸化アルミニウムを含む石灰・石膏複合物(膨張材)。
＜２．２＞混合材料の供給形態
これらの混合材料は、水を含まないドライ状態でコンクリート層１１の内面へ供給してもよいし、予め混練水と混練したペースト状態で供給してもよい。
＜２．２．１＞ドライ状態で供給する場合
コンクリート層１１の遠心成形時において、コンクリート層１１の内面に、水、セメント成分、骨材微粒子分等を含んだスラッジ成分が遠心分離により排出される。
次に内面保護層１２の混合材料をドライ状態でコンクリート層１１の内面に供給すると、混合材料中をスラッジ成分が遠心力により通過する過程において、混合材料と混じり合って内面保護層１２がペースト状になる。
内面保護層１２の混合材料をドライ状態で供給する場合には、内面保護層１２をペースト化する際にスラッジ成分の消費量が増えるので、最終的なスラッジ成分の回収量がさらに少なくなる。
＜２．２．２＞ペースト状態で供給する場合
内面保護層１２の混合材料に適量の混練水を加えて予め混練し、ペースト状態で供給してもよい。
ペースト状態で供給した場合には、ドライ状態に比べてセメント粒子や骨材微粒子等がスクリーニングされて内面保護層１２を通過し難くなるので、内面保護層１２のスラッジがより少なくなるが、スラッジ成分の回収量を考慮すると、混練水は混合材料を供給可能な流動性を確保できる最低水量とした方がよい。
＜２．３＞型枠の回転
内面保護層１２を遠心成形する際にも、コンクリート層１１の成形時と同様に低速回転、中速回転、高速回転と回転数を漸増させながら遠心力により締め固めてコンクリート層１１の内面に密実組織の内面保護層１２を成形する。
内面保護層１２の成形工程においても、高速回転に伴い内面保護層１２の内面に透過したセメント成分をほとんど含まないスラッジ水が排出される。
バーやヘラ等を使用して余分なスラッジ水を除去しながら内面を平滑に仕上げたら、型枠２０の回転を停止する。
＜２．４＞内面保護層の組成
内面保護層１２は全体が均質組織ではなく、コンクリート層１１の内面に隣接した部位がスラッジの混入量が多い緩衝層１４として形成され、コンクリート層１１の内面から離隔した部位になるほどスラッジの混入量が少ない化学抵抗層１５として形成される(図１)。
＜３＞硬化反応
コンクリート管１０は、締め固めと並行してコンクリート層１１および内面保護層１２に硬化反応を生じて強度が徐々に増していく。
コンクリート層１１ではセメント系結合材Ａが混練水と反応して硬化が進行する。
内面保護層１２では、潜在水硬性またはポゾラン反応性の結合材Ｂがスラッジまたはスラッジ水１３と化合して硬化が進行する。
＜４＞養生、脱型
遠心成形機から型枠２０を取り外し、型枠２０内にコンクリート管１０を入れたまま所定の養生場所へ移動する。
養生手段としては、例えば蒸気養生を用いることができる。蒸気養生をすることで脱型時期を早めることができる。
コンクリート管１０の蒸気養生温度はコンクリート管１０の物性に悪影響が出ないように適宜の温度を選択する。
尚、養生方法は蒸気養生に限定されるものではなく、自然養生を行ってもよい。
コンクリート管１０が所定の脱型強度に達したら、型枠２０からコンクリート管１０を取り出して一連の作業を終了する。
＜５＞コンクリート管の特性
図５を参照してコンクリート管１０の主要な特性について説明する。
＜５．１＞コンクリート層と内面保護層の一体性
コンクリート管１０は、先行して硬化させたコンクリート層１１の内面に内面保護層１２を打ち継ぎする製造方法ではないのでコールドジョイントが生じない。
コンクリート管１０は、硬化前にコンクリート層１１と内面保護層１２を硬化前に遠心成形するので、コンクリート層１１の内面と内面保護層１２間のなじみがよくなり、コンクリート層１１と内面保護層１２との間、および内面保護層１２を構成する緩衝層１４と化学抵抗層１５との間の境界部が混然一体化した連続組織となる。
すなわち、コンクリート管１０の断面は、従来の樹脂ライニング管の断面で見られるような明確な境界面ができない。
特にコンクリート層１１の内面を平滑に仕上げずに、細かい凹凸が存在する粗面状態のまま内面保護層１２を積層するので、コンクリート層１１と内面保護層１２との付着性(一体性)が格段によくなる。
このようにコンクリート管１０の断面構造は一体化した連続組織になっているので、コンクリート管１０の内面が衝撃を受けても内面保護層１２の剥離現象が生じ難い。
＜５．２＞内面保護層の化学抵抗作用
内面保護層１２は潜在水硬性またはポゾラン反応性の結合材Ｂを主成分とした保護層であり、セメント水和物の中で最も酸に弱いとされる水酸化カルシウム（Ｃａ（ＯＨ）２）の含有量が大幅に低減されている。
例えば、結合材Ｂが高炉スラグ微粉末に代表される潜在水硬性の結合材である場合、結合材Ｂの硬化にはスラッジまたはスラッジ水１３によるアルカリ刺激が必要であることから、内面保護層１２が硬化する際にスラッジ成分に含まれる水酸化カルシウムが更に消費されて内面保護層１２のカルシウム成分が更に減少して化学抵抗性が向上する。
例えば、結合材Ｂがポゾラン反応性である場合には、結合材Ｂの硬化にはスラッジ成分に含まれる水酸化カルシウムが二酸化ケイ素と化合して消費されることから内面保護層１２のカルシウム成分が減少して化学抵抗性が向上する。
この内面保護層１２に硫酸等が接触すると毛管現象により浸透していくが、水酸化カルシウムがほとんど存在しないので、激しい反応を生じることがなく、硫酸と内面保護層１２に含まれるＣ−Ｓ−ＨやＣ−Ａ−Ｈのカルシウム分とが反応し、内面保護層１２の表面近傍に二水石膏層が時間をかけて積層されていく。
この二水石膏は緻密組織であり、耐酸性を有していることから、コンクリート管１０の内面が継続して硫酸に晒されても緻密な二水石膏層が積層された内面保護層１２が硫酸の浸入を抑制して、硫酸によるコンクリート層１１までの到達を効果的に防止することができる。
仮に数１０年規模の経年変化によって化学抵抗層１５の深層側の緩衝層１４に硫酸が浸透到達したとしても、緩衝層１４のカルシウム成分がコンクリート層１１に比べて格段に少ないため、短時間で腐食が進行することがなく、二水石膏層の層厚が増すだけ継続して硫酸による腐食を抑制できる。
このように緩衝層１４の存在は毛管浸透に対する準化学抵抗層の役割を果たすだけでなく、外的衝撃により仮に化学抵抗層１５が欠損することがあっても、容易にコンクリート層１１に腐食を及ぼすことのないフェールセーフの役割も兼ねている。
二水石膏層は内面保護層１２の全断面に亘って形成可能であるから、硫酸がコンクリート層１１へ到達するまでにはきわめて長い年月が必要であり、従来の普通コンクリートに比べて化学抵抗性の保証期間が飛躍的に長くなる。
二水石膏層は共用環境で酸と接触した場合に自動的に形成することを前提としているが、製造環境の整った工場で出荷前にコンクリート管１０に硫酸処理を施して予めコンクリート管１０の内面に形成しておいてもよい。
以下、本発明の実施例について詳細に説明する。
＜１＞使用材料
コンクリート層１１には次の材料を用いた。（数字は密度）
Figure 2020250359
内部保護層１２には次の材料を用いた。（数字は密度）
Figure 2020250359
＜２＞供試体
上記材料を使用し、表１に示した配合によりコンクリート管１０の供試体を製造した（実施例１、比較例１）。
Figure 2020250359
実施例１における内面保護層用の混合材料には、重量比で高炉スラグ微粉末：高炉スラグ細骨材を１：２とし水粉体比４０％の比率で混錬した。
＜３＞耐酸性試験
実施例１と比較例１のコンクリート配合で内径３００ｍｍ、管厚３０ｍｍ、長さ３００ｍｍの管体を作成し、管体から略１００ミリ×１５０ミリの切片を切り出し、内面以外をエポキシ樹脂でコーティングした供試体を作成した。
実施例１と比較例１の各供試体を５％硫酸液に浸せきして管厚の増減を測定した。その試験結果を表２に示し、図６に実際の各供試体を示す。
Figure 2020250359
本発明の実施例１の供試体は、二水石膏の析出生成により管厚（質量）が増加しているが、硫酸で溶解してはいない。
これに対し、比較例１の供試体では、表面から硫酸に溶解し大きく管厚（質量）が減少していることが確認された。
１０・・・コンクリート管（高化学抵抗性コンクリート構造体）
１１・・・コンクリート層
１２・・・内面保護層
１３・・・スラッジまたはスラッジ水(スラッジ成分)
１４・・・緩衝層
１５・・・化学抵抗層
２０・・・型枠
２１・・・外枠
２２・・・妻型枠
２３・・・供給装置

Claims (10)

  1. 遠心成形により製作された高化学抵抗性コンクリート構造体であって、
    セメント系結合材Ａを含むコンクリート層と、
    コンクリート層の内面に排出されるスラッジ成分によって硬化する潜在水硬性またはポゾラン反応性の結合材Ｂと細骨材Ｃを少なくとも含み、前記コンクリート層の内面に積層してコンクリート層と同時に遠心成形された内面保護層とからなることを特徴とする、
    高化学抵抗性コンクリート構造体。
  2. 前記結合材Ｂが、高炉スラグ微粉末、フライアッシュ、シリカフューム、火山灰、珪酸白土、珪藻土群より選択された一種以上であることを特徴とする、請求項１に記載の高化学抵抗性コンクリート構造体。
  3. 前記コンクリート層の内面に供給される内面保護層の細骨材Ｃがスラグ系細骨材、珪砂、天然細骨材群の何れか一種または複数種であることを特徴とする、請求項１に記載の高化学抵抗性コンクリート構造体。
  4. 前記内面保護層がコンクリート層の内面側に連続組織として成形された緩衝層と、緩衝層の内面側に連続組織として成形された化学抵抗層とからなり、前記化学抵抗層が緩衝層と比べてコンクリート層からのスラッジの混入量が少ない関係にあることを特徴とする、請求項１乃至３の何れか一項に記載の高化学抵抗性コンクリート構造体。
  5. 前記化学抵抗層が少なくとも結合材Ｂ、細骨材Ｃおよびスラッジ水の混練物で構成されていることを特徴とする、請求項４に記載の高化学抵抗性コンクリート構造体。
  6. 遠心成形機により製造する高化学抵抗性コンクリート構造体の製造方法であって、
    遠心成形機の型枠内にコンクリートを供給してコンクリート層を遠心成形して締め固め、
    前記コンクリート層の締固時にコンクリート層の内面に排出されるスラッジ成分によって硬化する潜在水硬性またはポゾラン反応性の結合材Ｂと細骨材Ｃとを少なくとも含む混合材料をコンクリート層の内面に供給してコンクリート層と内面保護層とを同時に遠心成形して一体成形したことを特徴とする、
    高化学抵抗性コンクリート構造体の製造方法。
  7. 遠心成形中の前記コンクリート層の内面に結合材Ｂと細骨材Ｃとを含むドライ状態の混合材料を供給することを特徴とする、請求項６に記載の高化学抵抗性コンクリート構造体の製造方法。
  8. 遠心成形中の前記コンクリート層の内面に結合材Ｂと細骨材Ｃと混練水とを含むペースト状の混合材料を供給することを特徴とする、請求項６に記載の高化学抵抗性コンクリート構造体の製造方法。
  9. 前記結合材Ｂが、高炉スラグ微粉末、フライアッシュ、シリカフューム、火山灰、珪酸白土、珪藻土群より選択された一種以上であることを特徴とする、請求項６乃至８の何れか一項に記載の高化学抵抗性コンクリート構造体の製造方法。
  10. 前記内面保護層の細骨材Ｃがスラグ系細骨材、珪砂、天然細骨材群より選択された一種以上であることを特徴とする、請求項６乃至８の何れか一項に記載の高化学抵抗性コンクリート構造体の製造方法。

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