(57)【要約】【課題】コンクリート建造物に用いられるのに好適な耐塩害に優れた新しい材料としての耐塩害コンクリートを提供する。【解決手段】耐塩害コンクリートは、コンクリートを構成する結合材として、ポルトランドセメントおよび高炉フュームを含有するコンクリートであって、当該結合材の全量に対して、ポルトランドセメントが80〜90重量％の範囲にあり、且つ、高炉フュームが10〜20重量％の範囲にて作製される。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
コンクリートを構成する結合材としてポルトランドセメントおよび高炉フュームを含有するコンクリートであって、当該結合材の全量に対して、ポルトランドセメントが80〜90重量％の範囲にあり、且つ、高炉フュームが10〜20重量％の範囲にあることを特徴とする
耐塩害コンクリート。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コンクリート構造物を構成するコンクリートに関し、特に耐塩害の特性を有するコンクリートに関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、コンクリートの耐久性を劣化させる一因として、コンクリートにひび割れ、剥離、剥落等の損傷を生じさせる塩害が問題化している。塩害は、主に凍結路面に散布される融雪剤（凍結防止剤）や海からの海風がコンクリートに接することにより、コンクリートに塩化ナトリウム由来の塩化物イオン（Cl-）が浸透し、塩化物イオンがコンクリート内の不動態被膜を破壊することで生じるものと考えられている。また、該不動態被膜の破壊は、アルカリ性材質であるコンクリートが中性化することによっても引き起こされやすくなると考えられている。
【０００３】
このような塩害の問題に対して、従来の主な対応策としては、塩害を抑制する化学的作用をもつ混和材料をコンクリートに混入することでコンクリートの塩害を低減させる方法がある。例えば、セメント・コンクリートを混練するに当り、配合セメント中のＣ３Ａの３ｗｔ％乃至１０ｗｔ％に相当する量を添加することによって、コンクリート駆体中の鉄筋・鋼材の腐食の防止を可能とするグリシン（アミノ酸の一種）、又は硝酸バリウム、又はグリシンと硝酸バリウムの混合物からなるコンクリートの塩害防止用化学混和剤が開示されている（特許文献１参照）。また、他の一例として、水酸化アパタイトを主成分とすることを特徴とするコンクリートの塩害防止を目的としたセメント用添加剤も開示されている（特許文献２参照）。
【０００４】
しかし、コンクリート建造物である建物や橋などにおいて大容積のコンクリートが一般的に使用されることから、これらの混和材料は、コンクリートが受ける塩害を十分に抑制するためには相当量が必要となり、コンクリートの作製コストを増大させてしまう。このような状況のなか、低コストで耐塩害の機能を有する新規なコンクリートが望まれている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平６−９２７０２号公報
【特許文献２】特開平５−２７０８７４号公報  本発明者は上記課題を解決すべく鋭意検討し、コンクリートの配合に関する研究を行ったところ、特定な組成のコンクリートが特に塩害に対する耐久性に非常に優れていることを見出した。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は前記課題を解決するためになされたもので、コンクリートの特性を改良し、耐塩害に優れた新規なコンクリートを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者は、ポルトランドセメントと高炉フュームとを所定の範囲で配合させることにより、塩害に起因するコンクリートの劣化が顕著に抑制されることを見出し、本発明を導き出した。
【０００８】
かくして、コンクリートを構成する結合材としてポルトランドセメントおよび高炉フュームを含有するコンクリートであって、当該結合材の全量に対して、ポルトランドセメントが80〜90重量％の範囲にあり、且つ、高炉フュームが10〜20重量％の範囲にあることを特徴とする耐塩害コンクリートを提供するものである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明のコンクリートは、耐塩害の特性に優れることから、特に沿岸部近傍や路上近傍に建造されるコンクリート建造物に対して広く利用することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明に係る耐塩害コンクリートの配合データである。
【図２】本発明に係る耐塩害コンクリートの塩化物イオン量に関する実験結果である。
【図３】本発明に係る耐塩害コンクリートの埋設鉄筋の自然電位に関する実験結果である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明の耐塩害コンクリートは、高炉フュームを使用する。この高炉フュームとは、例えば、中国山西省を中心として存在する小型高炉（内容積500ｍ3以 下）の高温の炉頂ガス（炉頂温度は一般に1000℃以上、例えば約1300℃）中に含まれる高炉挿入物中から高温揮発した微粒ダストをバッグフィルターなどで捕集された非晶質のアルミノシリケートを主成分とする副産物である。また、この高炉フュームは、通常、適量の石膏を加えた微粉末として使用される。（例えば、コンクリート工業新聞 （平成１２年３月２３日号）など参照）。
【００１２】
このような高炉フュームは、ＳｉＯ2として２０〜３０重量％、Ａｌ2Ｏ3として10〜20重量％、ＣａＯとして15〜20重量％およびＳＯ3として5〜10重量％を含有し、且つ、粒径が80μｍ以下（平均粒径４μｍ程度）の球形およびそれに類する形状から成る微粉末である。なお、ＳｉＯ2量は比較的少なくＳｉＯ2＋Ａｌ2Ｏ3≦50重量％である。
【００１３】
このように、本発明で用いられる高炉フュームは、この場合には、一般的に知られているシリカ（ＳｉＯ2）を多量に含む高炉スラグとは異なる材料であり、また、炉頂ガスの温度が低い我国で見られる高炉から得られる炉頂灰とも異なるものである。
【００１４】
本発明の耐塩害コンクリートは、コンクリートを構成する結合材として、ポルトランドセメントおよび高炉フュームを含有するコンクリートであって、図１（ａ）に示すように、この結合材の全量に対して、ポルトランドセメントが80〜90重量％の範囲にあり、且つ、高炉フュームが10〜20重量％の範囲にあるものである。
【００１５】
なお、本発明におけるコンクリートとは、広義のコンクリートを意味し、モルタルを含むものである。すなわち、本発明の耐塩害コンクリートは、上述したように、ポルトランドセメント、高炉フュームの各結合材からなる組成に、目的に応じて各種の骨材（細骨材、粗骨材など）や混和材を加えて使用される水硬性混合物および該混合物から得られる硬化体を指称する。この各種の骨材や混和材としては、膨張材、シリカフューム、石灰石砕砂、石灰石砕石、石灰石微粉末などを使用することができる。
【００１６】
本発明の耐塩害コンクリートは、ポルトランドセメントなどの通常の硬化体に比べて、緻密性が高く、透気性が非常に小さい等の特性を有することから塩化物イオンの進入に対する抵抗性を有し、塩害に因る劣化耐性が著しく高い。このように本発明に従いポルトランドセメントおよび高炉フュームを各々所定の範囲で配合することにより極めて優れた耐塩害の特性を有するコンクリートが得られた。そのメカニズムの詳細は未だ分からないが、以下に示す作用が相俟っているものと推察される。
【００１７】
（作用）
まず、本発明のコンクリートにおいては、結合材の全量に対して、ポルトランドセメントが80〜90重量％の範囲にあり、且つ、高炉フュームが10〜20重量％の範囲とすることにより、この範囲内において、ポルトランドセメントが有するポゾラン活性によるコンクリートの材齢初期からの緻密化と、高炉フュームに含まれるアルミナおよび反応シリカの反応によるコンクリートの緻密化とが、相乗的に作用し、塩化物イオンの進入に対する最適な抵抗性およびコンクリートの中性化に対する最適な抵抗性をもたらし、耐塩害の特性をコンクリートに与えるものと考えられる。
【００１８】
また、本発明のコンクリートは、この範囲を逸脱した場合として、結合材の全量に対してポルトランドセメントの量が90重量％より大きい場合には、高炉フュームの量が結合材の全量に対して10重量％より小さくなることから、高炉フュームを由来とする十分な量のアルミナおよび反応シリカが得られないこととなり、コンクリートの緻密化が得られずに耐塩害の特性が阻害され得る。
【００１９】
また、本発明のコンクリートは、この範囲を逸脱した場合として、結合材の全量に対してポルトランドセメントの量が80重量％より小さい場合には、ポルトランドセメントのポゾラン活性によるコンクリートの材齢初期からの緻密化が十分に得られないこととなり、耐塩害の特性が阻害され得る。
【００２０】
本発明の特徴を更に具体的に示すため以下に実施例を記すが、本発明はこれらの実施例によって制限されるものではない。実施例で用いた材料の性状を、以下に詳述する。
【００２１】
まず、高炉フュームに関して、用いた高炉フューム（以下、ＢＦＦと記すことがある）の化学組成を表１に示す。ＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）観察ではＢＦＦは球状の粒形をしており粒径も７μｍ以下がほとんどであった。レーザー回折式粒度分布測定装置では、最大粒径は約20μｍ、平均粒径3.9μｍで、１μｍ以下では10％程度しか含まれず、0.2μｍ以下はなかった。また、密度2.60ｇ／cm3、比表面積21,000cm2／ｇであった。
【００２２】
【表１】
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【００２３】
次に、ポルトランドセメントに関して、使用したポルトランドセメント（普通ポルトランドセメント：以下、ＯＰＣと記すことがある）の化学組成を表２に示す。ＯＰＣは、密度3.16ｇ／cm3、比表面積3200cm2／ｇであった。
【００２４】
【表２】
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【００２５】
次に、細骨材に関して、細骨材は、嘉穂産の3号、4号、5号、6号および7号の破砕したけい砂で、これをそれぞれ1：1：1：1：0.5の比率に混合して、コンクリート用細骨材の粒度を満足するように調整したもの（粒度範囲：2.5〜0mm）で、密度は2.63ｇ／cm3のものを使用した。
【実施例】
【００２６】
塩害に対する耐性を調べるために、鋼材を埋没したコンクリートブロック（暴露ブロック）を製作して干潮域の海岸に暴露し、この暴露ブロックから塩化物イオンの浸透深さおよび埋没鉄筋の自然電位を測定し、腐蝕の進行を測定した。該実験結果を図１から図３に基づいて説明する。
図１は本発明に係る耐塩害コンクリートの配合データ、図２は図１に記載の耐塩害コンクリートの塩化物イオン量に関する実験結果、図３は図１に記載の耐塩害コンクリートの埋設鉄筋の自然電位に関する実験結果を示す。
【００２７】
（塩化物イオン分析試験）
本発明に係る耐塩害コンクリートは、塩化物イオン分析試験として、本発明に係る耐塩害コンクリートのコンクリートブロックをコア抜きにし、表面から１０ｍｍ厚さごとの区間にスライスし、暴露から１年後の各々の塩化物イオン量を測定した結果を図２に示す。
【００２８】
試験対象の暴露ブロックは、普通ポルトランドセメント（ＯＰＣ）および高炉フューム（ＢＦＦ）を結合材（バインダ）として作製した。暴露ブロックは、図１（ｂ）に示すように、結合材全体のうち８０重量％を占める普通ポルトランドセメントと、結合材全体のうち２０重量％を占める高炉フュームとを混ぜ合わせた。
さらに、試験対象の暴露ブロックは、図１（ｃ）に示すように、これらのバインダ（Ｂ）の他に、水（Ｗ）、細骨材、粗骨材および混和剤を配合して作製した。
【００２９】
試験結果は、図２（ａ）に示すように、暴露ブロックを表面から１０ｍｍ厚さごとにスライスして得られた７つの区間（Ａ〜Ｇ）の各々に対して、１年後（各々の材齢が３２３日に達した時点）に測定された塩化物イオン量を示している。また、同図（ｂ）は、この結果をプロットしてグラフ化したものである。
【００３０】
この結果から、暴露ブロックの成形直後の硬化コンクリートの塩化物イオン量が０．０１８２％（０．４３５ｋｇ／ｍ3）であることから、塩化物イオンの浸透深さは、暴露ブロックの表面から２０ｍｍ未満に抑えられ、深さ２０ｍｍ以上においてはほぼ暴露前の塩化物イオン量を維持することができた。すなわち、本発明による耐塩害コンクリートは、塩害による塩化物イオンの浸透を深さ２０ｍｍまでに抑えることができたことから、耐塩害の機能に極めて優れていることが示された。
【００３１】
また、本発明の耐塩害コンクリートは、上記の測定データにより、コンクリート示方書（土木学会）による計算方法（示方書（施工編）の2002年版80頁および平成11年版61頁の6.4.4（解説）に示されている拡散係数の予測式）から耐塩害コンクリートの拡散係数が0.0944cm2／年と試算された。
また、図2（ｃ）は、汀線および内陸部についての示方書（施工編）（1999年  コンクリート技術シリーズ32  コンクリート標準示方書改訂に関する長中期ビジョン−コンクリート委員会・示方書小委員会幹事会報告に示されている桟橋の実態調査の結果）によるモデルデータを示す。
【００３２】
該モデルデータは、５０年の経年コンクリートに対する塩化物イオン分布として、表面からの距離に応じた塩化物イオン濃度（ｋｇ／ｍ3）を示している。該モデルデータに基づいて、汀線に所在するコンクリートおよび海岸から100 mほど内陸部に入った箇所のコンクリートは，それぞれ7.5×1.1/1.3 = 6.3 cmおよび5.0×1.1/1.3 = 4.2 cm程度のかぶり（鉄筋からコンクリート表面までの最短距離）があれば十分であることが示される。
【００３３】
したがって，本発明のコンクリートは，設計かぶりを4.5 cm程度にすれば，汀線から100 mほど内陸部に入った場合のかなり厳しい条件下に対しても十分に適用できることとなる。この設計かぶりの必要量は、従来コンクリート（図２（ｃ）中のOPC曲線）の場合に対して半減させるものである。
このように、本発明の耐塩害コンクリートは、従来のコンクリートに比べ拡散係数は小さく塩素イオンの浸透に対する抵抗性が高いコンクリートであることが示された。
【００３４】
（埋設鉄筋の自然電位の測定試験）
次に、本発明の耐塩害コンクリートに対して、埋設鉄筋の自然電位を測定した測定試験の結果を図３に示す。
自然電位の測定は，対極に飽和硫酸銅電極（CSE）を用いて、最小設定かぶり20mmとし
て、屋内気中に存在させたサンプル（Ｎｏ．１）と、海岸暴露させたサンプル（Ｎｏ．２）と、半水浸屋外に存在させたサンプル（Ｎｏ．３）とに対して行った。
【００３５】
図３（ａ）は、各々のサンプルにおける腐食電位の推移を材齢（日）とともに示すグラフである。すなわち、自然電位の測定結果は、いずれも−200 mV以上（プラス方向）を示した。
【００３６】
また、コンクリート中の鋼材の自然電極電位測定による腐食状態の判定方法（ASTM 876自然電位法）を同図（ｂ）に示す。同図（ｂ）は、飽和硫酸銅電極（CSE）に対する自然電位の範囲に応じて、鉄筋腐蝕の可能性を判定するものである。
【００３７】
すなわち、本発明のコンクリートにおける該測定結果は、同図（ｂ）のASTM 876自然電位法にて「90%以上の確率で腐食無し」に該当する電位（−200 mV未満）を達成していることとなる。
【００３８】
このように、本発明の耐塩害コンクリートは、自然電極電位測定においても耐腐食性が高いことが示されたことから、アルカリ性材質であるコンクリートの中性化を抑制できることとなり、塩化物イオンのコンクリート内部への浸透を抑制できることで優れた耐塩害の特性を有することが示された。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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