(57)【要約】【課題】一般的な材料を使用しながら耐酸性および強度に優れたコンクリートとその製造方法を提供する。【解決手段】普通セメントとシリカ粉末と骨材を含み、または普通セメントとシリカ粉末とシリカフュームと骨材とを含み、ＳｉＯ２とＣａＯの質量比（ＳｉＯ２／ＣａＯ比）が５〜８であって、常圧蒸気養生(一次養生)の後に高温高圧養生(二次養生)してなることを特徴とする耐酸性コンクリートとその製造方法。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
普通セメントとシリカ粉末と骨材を含み、ＳｉＯ２とＣａＯの質量比（ＳｉＯ２／ＣａＯ比）が５〜８であって、常圧蒸気養生(一次養生)の後に高温高圧養生(二次養生)してなることを特徴とする耐酸性コンクリート。
【請求項２】
セメントとシリカ粉末の割合（セメント量：シリカ粉末量）が２５：７５〜１５：８５である請求項１に記載する耐酸性コンクリート。
【請求項３】
普通セメントとシリカ粉末と骨材、および粉体量の５〜１５質量％のシリカフュームを含み、ＳｉＯ２とＣａＯの質量比（ＳｉＯ２／ＣａＯ比）が５〜８であって、常圧蒸気養生(一次養生)の後に高温高圧養生(二次養生)してなることを特徴とする耐酸性コンクリート。
【請求項４】
セメントと、シリカ粉末およびシリカフュームの合計量との割合〔セメント量：（シリカ粉末量＋シリカフューム量）〕が２５：７５〜１５：８５である請求項３に記載する耐酸性コンクリート。
【請求項５】
普通セメントとシリカ粉末と骨材を含み、ＳｉＯ２とＣａＯの質量比（ＳｉＯ２／ＣａＯ比）が５〜８であり、水を加えて混練した混練物を常圧蒸気養生による一次養生の後に、さらにオートクレーブによる高圧高温の二次養生を行なうことを特徴とする耐酸性コンクリートの製造方法。
【請求項６】
普通セメントとシリカ粉末と骨材、および粉体量の５〜１５質量％のシリカフュームを含み、ＳｉＯ２とＣａＯの質量比（ＳｉＯ２／ＣａＯ比）が５〜８であり、水を加えて混練した混練物を常圧蒸気養生による一次養生の後に、さらにオートクレーブによる高圧高温の二次養生を行なうことを特徴とする耐酸性コンクリートの製造方法。
【請求項７】
一次養生が昇温速度２０℃/時、最高温度７０℃で４時間保持する常圧蒸気養生であり、オートクレーブによる二次養生が最高圧１ＭPa、最高温度１８０℃で３時間保持する高温高圧養生を行う請求項５または請求項６に記載する耐酸性コンクリートの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、耐酸性に優れたコンクリートに関し、より詳しくは、下水道施設のコンクリート構造の材料ないしコンクリート製品として好適な耐酸性コンクリートに関する。
【背景技術】
【０００２】
下水道施設は、コンクリートの耐久性を著しく損なう硫化水素を発生する個所が多く、硫化水素の発生に起因するコンクリートの腐蝕対策が最大の課題であり、従来から多くの研究がなされており、耐酸性に優れたコンクリートが求められている。
【０００３】
従来、耐酸性を高めたコンクリートとして、普通ポルトランドセメントを用いたコンクリート製品の表面に樹脂をコーティングまたはライニングしたものが知られているが、長期間使用すると樹脂被膜が樹脂ライニングが剥れやすくなり、耐酸性が低下すると云う問題があった。
【０００４】
そこで、廃棄物溶融スラグを含有しＣａＯ／ＳｉＯ２モル比が１.２以下のスラグ組成物と、珪酸アルカリとを用いることによって耐酸性を高めたコンクリート製品が開発されている（特許文献１）。また、上記廃棄物溶融スラグ組成物と水ガラスとを用いた耐酸性コンクリート製品も知られている（特許文献２）。さらに、コンクリート成形体表面に、アルミナセメント、アルミナセメントクリンカ骨材、および製鋼ダストを含有する耐酸性セメント硬化層を形成することによって耐酸性を高めたコンクリート製品が知られている（特許文献３）。
【特許文献１】特開２００１−１０６５６２号公報
【特許文献２】特開２００６−３１２５８２号公報
【特許文献３】特開２００６−４４９５９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、廃棄物溶融スラグ組成物を用いたものは、使用材料が制約されるうえに、コンクリート強度が十分ではないと云う問題があった。一方、耐酸性セメント硬化層を形成するものは十分な強度と耐酸性を有するが、コンクリート成形体自体の製造に加えて、成形体表面の耐酸性硬化層を形成する工程が必要であった。
【０００６】
本発明は、従来の耐酸性コンクリートにおける上記問題を解決したものであり、一般的な材料を使用しながら耐酸性および強度に優れたコンクリートとその製造方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述した従来の問題を解決して所期の目的を達成するための請求項１に記載する発明は、普通セメントとシリカ粉末と骨材を含み、ＳｉＯ２とＣａＯの質量比（ＳｉＯ２／ＣａＯ比）が５〜８であって、常圧蒸気養生(一次養生)の後に高温高圧養生(二次養生)してなることを特徴とする耐酸性コンクリートである。
請求項２に係る発明は、請求項１の構成に加えて、セメントとシリカ粉末の割合（セメント量：シリカ粉末量）が２５：７５〜１５：８５である耐酸性コンクリートである。
【０００８】
請求項３に係る発明は、普通セメントとシリカ粉末と骨材、および粉体量の５〜１５質量％のシリカフュームを含み、ＳｉＯ２とＣａＯの質量比（ＳｉＯ２／ＣａＯ比）が５〜８であって、常圧蒸気養生(一次養生)の後に高温高圧養生(二次養生)してなることを特徴とする耐酸性コンクリートである。
【０００９】
請求項４に係る発明は、請求項３の構成に加えて、セメントと、シリカ粉末およびシリカフュームの合計量との割合〔セメント量：（シリカ粉末量＋シリカフューム量）〕が２５：７５〜１５：８５である耐酸性コンクリートである。
【００１０】
請求項５に係る発明は、普通セメントとシリカ粉末と骨材を含み、ＳｉＯ２とＣａＯの質量比（ＳｉＯ２／ＣａＯ比）が５〜８であり、水を加えて混練した混練物を常圧蒸気養生による一次養生の後に、さらにオートクレーブによる高圧高温の二次養生を行なうことを特徴とする耐酸性コンクリートの製造方法である。
【００１１】
請求項６に係る発明は、普通セメントとシリカ粉末と骨材、および粉体量の５〜１５質量％のシリカフュームを含み、ＳｉＯ２とＣａＯの質量比（ＳｉＯ２／ＣａＯ比）が５〜８であり、水を加えて混練した混練物を常圧蒸気養生による一次養生の後に、さらにオートクレーブによる高圧高温の二次養生を行なうことを特徴とする耐酸性コンクリートの製造方法である。
【００１２】
請求項７に係る発明は、請求項５または請求項６の構成に加えて、一次養生が一時間の昇温２０℃、最高温度７０℃で４時間保持する常圧蒸気養生であり、オートクレーブによる二次養生が最高圧１ＭPa、最高温度１８０℃で３時間保持する高温高圧養生を行う耐酸性コンクリートの製造方法である。
【発明の効果】
【００１３】
請求項１の耐酸性コンクリートは、ＳｉＯ２／ＣａＯ比が５〜８であり、通常のコンクリート製品に比べてカルシウム分が大幅に少ないので、硫酸に接触したときに水酸化カルシウムが硫酸と反応して脆弱な二水石膏（CaSO4・2H2O）を生じる割合が少なく、従って優れた耐酸性を有する。
【００１４】
請求項２の耐酸性コンクリートは、セメントとシリカ粉末の好適な配合割合を示したものであり、セメントとシリカ粉末を上記割合に混合し、上記一次養生および二次養生を行うことによって耐酸性に優れたコンクリートを容易に得ることができる。
【００１５】
請求項３の耐酸性コンクリートは、普通セメントとシリカ粉末と共に、粉体量の５〜１５質量％のシリカフュームを含むものであり、上記配合量のシリカフュームを含むことによって、ポゾラン反応が促進され、初期強度に優れた耐酸性コンクリートを得ることができる。
【００１６】
請求項４の耐酸性コンクリートは、シリカ粉末と共にシリカフュームを含む場合の好適な配合割合を示したものであり、セメントとシリカ粉末を上記割合に混合し、上記一次養生および二次養生を行うことによって耐酸性に優れたコンクリートを容易に得ることができる。
【００１７】
請求項５の製造方法は、普通セメントとシリカ粉末を材料とした耐酸性コンクリートの製造方法であり、請求項６の製造方法は普通セメントとシリカ粉末およびシリカフュームを材料とした耐酸性コンクリートの製造方法であり、この製造方法によれば通常の材料を用いて、耐酸性に優れたコンクリートを容易に製造することができる。
【００１８】
請求項７の製造方法は、上記製造方法において、一次養生および二次養生の好適な養生条件の例を示したものであり、上記温度圧力条件等に従って二段階の養生を行うことによって耐酸性に優れたコンクリートを容易に製造することができる。
【００１９】
本発明の耐酸性コンクリートは、硫酸等に対して優れた耐久性を有するので、硫化水素が発生しやすい下水道施設の腐食環境下、例えば、下水道を形成するヒューム管やコンクリート溝型成形体、ボックス型成形体、マンホール、あるいは地盤に打設されるコンクリートパイルなどのコンクリート製品に好適である。
【００２０】
また、本発明の耐酸性コンクリートは、既存コンクリートとの一体性が良いので、通常のコンクリートによって構築された構造物の補修および改築においても、耐酸性に優れた補修材料または改築材料として好適である。因みに、本発明の耐酸性コンクリートは、例えば、従来用いられている通常のコンクリートや補修モルタルの１０倍以上の耐硫酸性を有することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明を実施例および比較例を参照して具体的に説明する。
本発明の耐酸性コンクリートは、普通セメントとシリカ粉末と骨材を含み、ＳｉＯ２とＣａＯの質量比（ＳｉＯ２／ＣａＯ比）が５〜８であって、常圧蒸気養生(一次養生)の後に高温高圧養生(二次養生)してなることを特徴とするものである。
【００２２】
本発明の耐酸性コンクリートの材料となる普通セメントは、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などを用いることができる。また、シリカ粉末は、細粒のけい砂、フライアッシュ、けいそう土および粉砕されたスラグなどが用いられる。
【００２３】
本発明の耐酸性コンクリートにおいて、ＳｉＯ２とＣａＯの質量比（ＳｉＯ２／ＣａＯ比）は５〜８である。普通セメントとシリカ粉末の量比（ＳｉＯ２／ＣａＯ比）を上記範囲にするには、セメントとシリカ粉末の割合（セメント量：シリカ粉末量）を２５：７５〜１５：８５にすればよい。
【００２４】
本発明の耐酸性コンクリートは、上記ＳｉＯ２／ＣａＯ比に示すように、セメント量に対してシリカ粉末量が格段に多い。通常のコンクリート製品では、例えばコンクリートパイルに代表される高強度コンクリートの場合、セメントとシリカ粉末はＳｉＯ２／ＣａＯ比が概ね０.７〜１の範囲で配合されている。しかし、通常のコンクリート製品にみられる量のカルシウム分を含むものは耐酸性が低い。
【００２５】
セメント鉱物のエーライト（Ｃ3Ｓ）およびビーライト（Ｃ2Ｓ）の水和反応によって、ＣａＯ−ＳｉＯ２−Ｈ２Ｏ等の水和生成物と水酸化カルシウムＣａ(ＯＨ)２が形成される。この水酸化カルシウムは硫酸と反応すると脆弱な硫酸カルシウム（ＣａＳｏ４・２Ｈ２Ｏ：二水石膏）に変化するので、コンクリートの耐久性が著しく低下する。
【００２６】
そこで、本発明のコンクリートは、セメント量に対してシリカ粉末量を格段に多くすることによって、コンクリートに含まれるカルシウム分を少なくし、脆弱な石膏が生成する割合を大幅に低減して耐酸性を高めた。
【００２７】
本発明の耐酸性コンクリートにおいて、ＳｉＯ２／ＣａＯ比が５より小さいと耐酸性を高める効果が十分ではない。一方、ＳｉＯ２／ＣａＯ比が８より大きいと相対的にセメント量が過少になり、十分な強度のコンクリートを得ることができない。
【００２８】
一方、シリカ粉末は常圧の湿潤養生では硬化が進まないので、単にシリカ粉末量を多くしても必要な強度を有するコンクリートを得ることができない。そこで、本発明は、常温蒸気養生（一次養生）によって、セメント鉱物の水和反応を進めた後に、さらにオートクレーブによる高温高圧の二次養生を行い、この高温高圧養生によってシリカ粉末の硬化を促進してコンクリート強度を高め、耐酸性と共に十分な強度を有するコンクリートにした。高温高圧養生によって、微細結晶ゲル、トベルモライト、ダイカルシタムシリケートハイドレートなどのような、常圧養生で生じる水和生成物とは異なった生成物が得られる。
【００２９】
一般に、オートクレーブによる高温高圧の二次養生を行ったコンクリートでもSiO2量がCaO量の1．5倍以上になるとSiO2量が過剰になってトベルモライト等のセメント水和物の生成以上に未反応のシリカがそのまま残り、所要の強度を有するコンクリートが得られない。そのため、本発明の耐酸性コンクリートは、シリカ粉末と共にシリカフュームを配合した熊様を含む。
【００３０】
シリカフュームは超微細粒子であり、ポゾラン反応性が高いので、シリカフュームを配合することによって、常圧下の一次養生においてもシリカフュームのポゾラン反応が進行するので脱型強度を格段に高めることができる。また、長期強度も向上する。
【００３１】
シリカフュームの量は、粉体量（普通セメント＋シリカ粉末＋シリカフュームの合計量）の５〜１５質量％が好ましい。シリカフューム量が５質量％より少ないと、一次養生脱型時の初期強度を高める効果が十分ではない。また、シリカフューム量が１５質量％を上回ると、シリカフュームは超微細粒子であるため原料粉体量が嵩高くなり取扱い難くなると共に、水を配合して混練する際に混練し難くなる。
【００３２】
上記シリカフューム含有量の配合を得るには、セメントと、シリカ粉末およびシリカフュームの合計量との割合〔セメント量：（シリカ粉末量＋シリカフューム量）〕を２５：７５〜１５：８５に調整するとよい。
【００３３】
本発明の耐酸性コンクリートに配合される骨材は細骨材および/または粗骨材の何れでもよい。また、一般的な骨材として石灰岩、砂岩、硬質砂岩、花崗岩などが知られているが、石灰岩および花崗岩は耐酸性が低い。また石灰岩はオートクレーブ養生時に石質が変化してヒビ割れを生じる場合があるので、本発明の耐酸性コンクリートの骨材としては砂岩、硬質砂岩などが好ましい。
【００３４】
本発明の耐酸性コンクリートは、(ｉ)普通セメントとシリカ粉末と骨材を含み、ＳｉＯ２とＣａＯの質量比（ＳｉＯ２／ＣａＯ比）が５〜８であり、水を加えて混練した混練物、または、(ｉｉ)普通セメントとシリカ粉末と骨材、および粉体量の５〜１５質量％のシリカフュームを含み、ＳｉＯ２とＣａＯの質量比（ＳｉＯ２／ＣａＯ比）が５〜８であり、水を加えて混練した混練物を、常圧蒸気養生による一次養生の後に、さらにオートクレーブによる高圧高温の二次養生を行なうことによって製造することができる。
【００３５】
一次養生は、例えば、室温(２０℃程度)で２〜８時間前置きした後に、昇温速度２０℃/時、最高温度７０℃で４時間保持する常圧蒸気養生が適当である。また、オートクレーブによる二次養生は、例えば、２時間の昇圧で最高圧１ＭPaにし、最高温度１８０℃で３時間保持した後に、大気圧まで１時間で降圧する高温高圧養生が適当である。
【実施例】
【００３６】
以下に本発明の実施例を比較例と共に示す。％は質量％である。
〔実施例１〜２、比較例１〕
普通セメント〔ＳｉＯ２：２１．８％、Ａｌ２Ｏ３：５．１％、Ｆｅ２Ｏ３：３．０％、Ｃａｏ：６３．８％〕、シリカ粉末（ＳｉＯ２：９９．０％）、およびシリカフューム（ＳｉＯ２：９９．０％）を、表１に示す量に従って配合し、水を加えて混練した。この混練物について、実施例１および２の試料は、室温(２０℃程度)で２〜８時間前置きした後に、昇温速度２０℃/時、最高温度７０℃で４時間保持する常圧蒸気養生を行い、この一次養生の後にオートクレーブに入れ、２時間の昇圧で最高圧１ＭPaにし、最高温度１８０℃で３時間保持した後に、大気圧まで１時間で降圧する高温高圧養生の二次養生を行い、コンクリート製品を得た。また、ブランク比較試料１および市販耐酸性セメントを用いた比較試料２については一次養生のみ行った。
【００３７】
上記コンクリート製品について、一次養生1日後、14日後、28日後、および二次養生後の強度を測定した。この結果を表2に示した。なお、強度はJIS A 1132:99 コンクリートの強度試験用供試体の作り方およびJIS A 1108:99 コンクリートの圧縮試験方法に従って測定した。
【００３８】
また上記コンクリート製品について、耐酸性を試験した。試験は東京都下水道局コンクリート改修技術マニュアルに従って実施した。この結果を表3、表4、および図1に示した。表3は硫酸接触後２８日目の結果である。
【００３９】
表２に示すように、本発明の実施例１、２は一次養生１日後の初期強度が高く、また二次養生後の強度は、ブランク比較試料１および市販の耐酸性セメントを用いた比較試料２の２８日強度よりも格段に高く、高強度のコンクリートであった。
【００４０】
また、本発明の実施例１、２は、表３に示すように、腐食深さおよび断面欠損率がゼロであり、重量減少は、表４および図１に示すように、４週間後でも約２.５％以下であり、ブランク試料１および市販の耐酸性セメントを用いた比較試料２に比べて約６〜１０倍の耐酸性を有するものであった。
【００４１】
【表１】
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ブランクはシリカ粉末およびシリカフュームを含まない比較試料１
市販品は市販の耐酸性セメントを用いた比較試料２
実施例１は（普通セメント＋シリカ粉末）
実施例２は（普通セメント＋シリカ粉末＋シリカフューム）
Ｃはセメント、Ｗは水、ＳＦはシリカフューム、Ｓは砂、Ａｄは混和剤
【００４２】
【表２】
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【００４３】
【表３】
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【００４４】
【表４】
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【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】実施例および比較例のコンクリートについて耐酸性を示すグラフ
【図１】
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