(57)【要約】【課題】下水道管渠あるいは下水道施設のコンクリート構造物は、硫酸浸食によって予想をはるかに越える速さで劣化している。本願は、無機質材料の組み合わせによる新しい耐酸性モルタル及びコンクリート材料について、耐酸性能と早期発現性を有し、かつ安価な無機質系材料として提供することを課題とする。【解決手段】各種セメントに、フライアッシュ、高炉スラグ微粉末、生ゴミ溶融スラグ、下水道溶融スラグなどの産業廃棄物微粉末を１〜２種類を加えた耐酸性モルタル混合物であり、また、上記モルタルに酸化アルミニウムを主成分とする鉱物質微粉末を加え、早期強度を発現させる耐酸性モルタル混合物であり、さらに、各種セメントと、１〜２種類の耐酸性材料と、酸化アルミニウムを主成分とする鉱物質微粉末に、ガラス短繊維を０．３〜２％添加混合した耐酸性モルタル補修材及び耐酸性コンクリート材料。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
各種セメントに、フライアッシュ、高炉スラグ微粉末、生ゴミ溶融スラグ、下水道溶融スラグなどの産業廃棄物微粉末を１〜２種類を加えたことを特徴とする耐酸性モルタル混合物。
【請求項２】
上記モルタルに酸化アルミニウムを主成分とする鉱物質微粉末を加え、早期強度を発現させることを特徴とする請求項１記載の耐酸性モルタル混合物。
【請求項３】
各種セメントと、１〜２種類の産業廃棄物微粉末と、酸化アルミニウムを主成分とする鉱物質微粉末に、ガラス短繊維を０．３〜２％添加混合したことを特徴とする耐酸性モルタル補修材。
【請求項４】
各種セメントに、フライアッシュ、高炉スラグ微粉末、生ゴミ溶融スラグ、下水道溶融スラグなどの産業廃棄物微粉末を１〜２種類を加えたモルタル混合物に、酸化アルミニウムを主成分とする鉱物質微粉末及び粗骨材を加えてコンクリートとしたことを特徴とする耐酸性コンクリート材料。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、耐酸性能に優れ、且つ、早期発現性の高い耐酸性モルタル混合物、耐酸性補修用及び耐酸性コンクリート材料に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、下水道管渠あるいは下水道施設では、生活廃水中に含まれる硫酸イオンが嫌気性の硫酸塩還元細菌によって硫化水素に変えられる。そして、生成された硫化水素は、ガス化して好気性環境下に生息する硫黄酸化細菌によって硫酸に変えられる。
この硫酸がコンクリートをボロボロに劣化させ、道路陥没の被害を起こしている。
【０００３】
そこで、現状の補修方法としては、
１）  有機系（樹脂）モルタル材料で表面を被覆する方法
２）  更正工法（管渠改築工法）
３）  硫酸を生成する微生物の生息を低減する抗菌入りコンクリートの開発
４）  無機系材料の組み合わせによる新しい耐酸性コンクリートの開発
があるが、この発明の目指すところは、４）の技術であり、予め、そのため、従来使用されているモルタル配合（セメント単身）とＡ社、Ｂ社、Ｃ社、そしてこの発明（無機系材料）を、硫酸濃度１２．５％溶液に、約２ケ月間浸漬した結果、図１に示すように耐酸性能は非常に良く、コスト面からも、セメント単身の２０％アップを目標とでき、安価に製造できることが判明した。
【０００４】
しかしながら、材齢初期３日〜７日の早期強度は低いこと。また、無機系（コンクリート）を有機系材料で補修する相性の悪さ。さらに、材料価格が高いこと等があげられ、これらの問題点から無機系耐酸性コンクリート材料の開発が期待されている。
【０００５】
そして、この発明は、本件発明者等が開発した発明（特許文献１）の耐酸性能と同程度の要求性能を満足させ、当該出願内容で、早期強度発現材料として使用した高炉ヒュームに代わる材料を捜し出すことであり、高炉ヒュームは、現在日本国内には無くて中国の小型溶鉱炉の産業廃棄物として生成され輸入しているものであるが、近代化が進むと生産不可能の恐れがあること及び材料の安定供給と価格高騰の不安があった。
【特許文献１】特開２００５−３５８７７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
そこで、この発明は、本件発明者等が開発した上記発明と同じく、耐酸性能に優れ、且つ、早期強度発現性の高い耐酸性モルタル補修材、及び耐酸性コンクリート材料の開発・提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明によると、セメントは水との水和反応によりシリケート水和物（Ｃ−Ｓ- Ｈゲル）と水酸化カルシウムを生成する。この水酸化カルシウム硫酸と反応して二水石膏となり、強酸下において表面から泥状に溶けていく。
従って、耐酸性を高める基本は、劣化する最大の要因・石膏の生成量を減らすこと。即ち、セメント使用量を減らせばよい。
【０００８】
しかし、セメント使用量を少なくすれば、当然強度が低下する。この強度低下を補填する材料としてフライアッシュ（ポゾラン反応性）または高炉スラブ微粉末（潜在水硬性）を加えると、これら材料と水酸化カルシウムがゆっくり反応（強度増進）し、耐酸効果の高いものができる。
【０００９】
そこで、本願出願人の実験では、粉体をセメント、フライアッシュ、高炉スラグ微粉末の３種類であり、重量配分（１：１：１）のコンクリートを練り混ぜた結果、５％希硫酸濃度浸漬試験の結果、２８日、５６日において、３０Ｎ／ｍｍ2 程度の高強度の耐酸性材料が得られた。ただし、圧縮強度は、３日：９．６Ｎ／ｍｍ2 、２８日：３１Ｎ／ｍｍ2 という結果で、補修材料に必要な若材齢での圧縮強度は低すぎるという問題が生じた。
【００１０】
そのため、本発明では、一例にして早期強度発現性の高い材料として“Ａｌ2 Ｏ3 を主成分とする鉱物質微粉末”〔砥石の集塵粉（産業廃棄物）・製品名クレノートン〕を使用する。
【００１１】
この配合において、５％濃度希硫酸浸漬試験  １４日圧縮強度で約２５Ｎ／ｍｍ2 という結果を得ている。
【発明の効果】
【００１２】
この発明によると、試験結果は次の表１のとおりである。
【００１３】
【表１】
2008247693.tif 000002
【００１４】
即ち、モルタル及びコンクリートの耐硫酸効果は、質量残存率と圧縮強度に大きく依存する。
１）  質量残存率
〈１〉は、従来から使用されている普通モルタル配合であるが、水中３日養生１０％濃度希硫酸浸漬試験での重量残存率は、１ケ月で約６０％になり、１年が経過すれば泥状化して０％、原形もなくなる。一方、この発明の耐酸性材料の重量残存率は、１ケ月では若干（１００％を超える）膨張して、その後は外面の一部が劣化して徐々に脆弱化し、１年経過後は８０％強という結果であった。
この発明による結果は、促進試験によるモルタル試供体を早期に劣化させた例であるが、鉄筋コンクリート造の実構造においては、劣化時間が遅くなる反面、被りが１〜２ｃｍ泥状化した段階で鉄筋の腐食が進み構造物は崩壊へと向かう。
また、１０％の希硫酸濃度というのはＰｈ＝１以下の強酸下にあり、供用中の下水道管内のＰｈは３〜４程度が多く、実験結果のようには早期に崩壊することはない。従って、この発明の耐酸性材料とは従来材料の５〜１０倍程度の長寿命化が図れる材料と言える。  ２）  圧縮強度
圧縮強度については、東京都下水道局の「コンクリート改修技術マニュアル（案）」に標準養生という条件下で
材齢３日  ：  ２５Ｎ／ｍｍ2 以上
材齢２８日：  ４５Ｎ／ｍｍ2 以上    と規定している。
この規定に対して、本発明は各ケースとも満足している。
補修・補強のように、早期供用開始を必要とする工事では材齢２〜３日強度で規定値以上欲しい。また、早期に強度を発現させることは、二次製品の型枠脱型と移動（材齢１日）にも必要である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、この発明の一実施例を図面に従って説明すると、各種セメントに、フライアッシュ、高炉スラグ微粉末、生ゴミ溶融スラグ、下水道溶融スラグなどの産業廃棄物微粉末を１〜２種類を加えたことを特徴とする耐酸性モルタル混合物であり、また、該耐酸性モルタル混合物に、酸化アルミニウムを主成分とする鉱物質微粉末を加え、早期強度を発現させることを特徴とする耐酸性モルタル補修材であり、さらに、各種セメントと、１〜２種類の産業廃棄物微粉末と、酸化アルミニウムを主成分とする鉱物質微粉末に、ガラス短繊維を０．３〜２％添加混合したことを特徴とする耐酸性モルタル補修材である。
【００１６】
また、この発明の他の発明として、各種セメントに、フライアッシュ、高炉スラグ微粉末、生ゴミ溶融スラグ、下水道溶融スラグなどの産業廃棄物微粉末を１〜２種類を加えたモルタル混合物に、酸化アルミニウムを主成分とする鉱物質微粉末及び粗骨材を加えてコンクリートとしたことを特徴とする耐酸性コンクリート材料である。
【実施例】
【００１７】
以下、この発明の一実施例を図面に従って説明すると、各種セメントに、フライアッシュ、高炉スラグ微粉末、生ゴミ溶融スラグ、下水道溶融スラグなどの産業廃棄物微粉末を１〜２種類を加えたことを特徴とする耐酸性モルタル混合物より構成され、これらの使用材料は下記の表２のとおりである。
【００１８】
【表２】
2008247693.tif 000003
【００１９】
さらに、本発明のモルタルの試験配合を、重量％で示すと、下記の表３の通りである。    
【００２０】
【表３】
2008247693.tif 000004
【００２１】
ここに、
ＯＰＣ  ：  普通ポルトランドセメント
ＦＡ    ：  フライアッシュ（粉末度：３０００ｃｍ3 ／ｇ）
ＢＦＧ  ：  高炉スラグ微粉末（粉末度：６０００）                                ＢＦＦ  ：  高炉フューム（粉末度：粉末度：２００００）
ＫＮＯ  ：  砥石粉（クレノートン）
条件：Ｗ／Ｂ＝４０％    （Ｂ＝全粉体量）
『例』  Ｂ＝ＯＰＣ＋ＦＡ＋ＫＮＯ、  Ｗ＝単位水量
Ｃ：Ｓ＝１：２（セメント砂比）
【００２２】
粉体をセメント、フライアッシュ、高炉スラグ微粉末の３種類であり、重量配分（１：１：１）のコンクリートを練り混ぜた結果、５％濃度希硫酸浸漬試験の結果、２８日、５６日において、３０Ｎ／ｍｍ2 程度の高強度の耐酸性材料が得られた。ただし、圧縮強度は、３日：９．６Ｎ／ｍｍ2 、２８日：３１Ｎ／ｍｍ2 という結果で、補修材料に必要な若材齢での圧縮強度は低すぎるという問題があった。
【００２３】
そこで、本発明は、早期強度発現性の高い材料として「Ａｌ2 Ｏ3 」を主成分とする鉱物質微粉末「砥石の集塵粉（産業廃棄物）・製品名クレノートン」を使用する。
因みに、クレノートンの主成分は、Ａｌ2 Ｏ3 が５０〜９０％、ＳｉＯ2 が１０〜５０％である。
この配合によると、５％濃度希硫酸浸漬試験の結果、１４日において、圧縮強度２５Ｎ／ｍｍ2 程度という結果を得ている。
【産業上の利用可能性】
【００２４】
この発明の技術を確立し、実施することにより、質量残存率、圧縮強度ともに満足でき、下水道用コンクリート二次製品及び補修材に実用可能であり、産業上の利用可能性が高いものである。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】この発明の効果を示す説明図である。
【図１】
2008247693.tif 000005
【手続補正書】
【提出日】平成20年3月27日(2008.3.27)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、耐酸性能に優れ、且つ、早期発現性の高い耐酸性モルタル混合物、耐酸性補修用及び耐酸性コンクリート材料に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、下水道管渠あるいは下水道施設では、生活廃水中に含まれる硫酸イオンが嫌気性の硫酸塩還元細菌によって硫化水素となる。そして、生成された硫化水素は、ガス化して好気性環境下に生息する硫黄酸化細菌によって硫酸に変えられる。
この硫酸がコンクリート中の水酸化カルシュウムと反応して、道路下に埋設されたコンクリート管を泥状化させ、道路陥没の被害を起こしている。
【０００３】
そこで、現状の補修方法としては、
１）  有機系（樹脂）モルタル材料で表面を被覆する方法
２）  更正工法（管渠改築工法）
３）  硫酸を生成する微生物の生息を低減する抗菌入りコンクリート
４）  無機系材料の組み合わせによる新しい耐酸性コンクリート
があるが、この発明の目指すところは、４）の技術であり、開発を始めるのに当たり、従来使用されているモルタル配合（セメント単身）とＡ社、Ｂ社、Ｃ社、そしてこの発明（無機系材料）を、硫酸濃度１２．５％溶液（促進試験）に、約２ケ月間浸漬した結果、図１に示すように耐酸性能は非常に良く、コスト面からも、セメント単身の２０％アップを目標とでき、安価に製造できることが判明した。
【０００４】
しかしながら、市販されている耐酸性コンクリートは有機系材料が多く、無機系（コンクリート）を有機系材料で補修する相性の悪さ、さらに、材料価格が高いこと等があげられ、これらの問題点から無機系耐酸性コンクリート材料の開発が期待されている。
【０００５】
そして、この発明は、本件発明者等が開発した発明（特許文献１）の耐酸性能と同程度の要求性能を満足させ、当該出願内容で、早期強度発現材料として使用した高炉ヒュームに代わる材料を捜し出すことであり、高炉ヒュームは、現在日本国内には無くて中国の小型溶鉱炉の炉頂で集塵され産業廃棄物として輸入しているものであるが、近代化が進むと生産中止の恐れがあること及び材料の安定供給と価格高騰への不安があった。
【特許文献１】特許３９５３４６９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
そこで、この発明は、本件発明者等が開発した上記発明と同じく、耐酸性能に優れ、且つ、早期強度発現性の高い耐酸性モルタル補修材、及び耐酸性コンクリート材料を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明によると、セメントは水との水和反応によりシリケート水和物（Ｃ−Ｓ- Ｈゲル）と水酸化カルシウムを生成し硬化する。この水酸化カルシウムが硫酸と反応して二水石膏となり、強酸下においてコンクリートを表面から泥状化させる。
従って、耐酸性を高める基本は、劣化する最大の要因・石膏の生成量を減らすこと、即ち、セメント使用量を減らすことが最も効果的な方法である。
【０００８】
しかし、セメント使用量を少なくすれば、当然強度が低下する。この粉体の減量分及び強度低下を補う材料としてフライアッシュ（ポゾラン反応性）または高炉スラブ微粉末（潜在水硬性）を加えると、これら材料と水酸化カルシウムがゆっくり反応（強度増進）し、耐酸性能の高いものができる。
【０００９】
そこで、本願出願人の実験では、粉体をセメント、フライアッシュ、高炉スラグ微粉末の３種類であり、重量配分（１：１：１）のモルタルを練り混ぜた結果、標準養生の圧縮強度２８日において、３０Ｎ／ｍｍ2 となった。しかし、３日の圧縮強度は９．６Ｎ／ｍｍ2 という結果で、補修材料に必要な若材齢での圧縮強度は低すぎるという問題が生じた。一方、５％希硫酸濃度浸漬試験の重量残存率は、28日で９９％、５６日で９７．５％となり、高い耐酸性能を得た。したがって、請求項１に示した三成分系の配合は、早期強度より高耐酸性能を要求される、硫酸浸食を受けるダム、下水道処理施設などの大規模構造物に適する。
【００１０】
早期強度発現性については、本発明では、一例にして早期強度発現性の高い材料として"Ａｌ2 Ｏ3 を主成分とする鉱物質微粉末"砥石粉“を使用する。
【００１１】
この配合において、標準養生3日の圧縮強度２５．２Ｎ／ｍｍ2、２８日５６．４Ｎ／ｍｍ2、その後の５％濃度希硫酸浸漬試験（標準養生3日後）による２８日重量残存率が９３％という高結果を得ている。
【発明の効果】
【００１２】
この発明によると、試験結果は次の表１のとおりである。
【００１３】
【表１】
2008247693.tif 000006
【００１４】
即ち、モルタル及びコンクリートの耐酸性能は、質量残存率、圧縮強度及び硫酸浸透深さに大きく依存する。
１）  質量残存率
現在、耐酸性モルタルに関する規定を設けているのは、東京都下水道局の「コンクリート改修マニュアル（案）」だけで、重量残存率は５％希硫酸に２８日浸漬後±１０％以内と規定している。
〈１〉は、従来から使用されている普通モルタル配合であるが、水中３日養生後５％希硫酸浸漬試験での重量残存率は２８日で６３％、１年でほぼ原型が無くなるのに対して、この発明の耐酸性材料の２８日重量残存率は９３％となり、規定値を満足する結果となった。ここに、５％の希硫酸濃度というのはＰＨ＝１以下の強酸下での促進試験であり、供用中の下水道管内がＰＨ＝３〜４であることと比較すると非常に厳しい環境下にある。
これらの結果から推定して、この発明の耐酸性材料は、従来材料の数倍の長寿命化が図れる材料と言える。
２）  圧縮強度
圧縮強度については、東京都下水道局の「コンクリート改修技術マニュアル（案）」に標準養生という条件下で
材齢３日  ：  ２５Ｎ／ｍｍ2 以上
材齢２８日：  ４５Ｎ／ｍｍ2 以上と規定している。
この規定に対して、本発明の〈４〉では、材齢３日の圧縮強度２５．２Ｎ／ｍｍ2、材齢２８日で５６．４Ｎ／ｍｍ2となり、いずれも満足する結果となった。
ガラス短繊維は、いずれの配合にも外割配合で混入させ補修用に使用する。また、早期強度は、早期供用開始を必要とする補修工事、二次製品については型枠脱型とその後の移動（材齢１日）に必要不可欠な要素である。
３）硫酸浸透深さ
東京都下水道局の「コンクリート改修技術マニュアル（案）」では５％希硫酸に２８日浸漬後で硫酸浸透深さ３ｍｍ以下と規定しており、本発明は２．１ｍｍの規格値内にある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
この発明の最良の形態をセメント使用量の最適化におき、セメント量を三種類変化させて圧縮強度及び重量残存率の比較実験を行った。
１．配合
┌──┬─────────────────────────────────┐    │NO. │                        配          合                            │    ├──┼─────────────────────────────────┤    │１  │セメント：50％、砥石粉：25％、高炉スラグ微粉末(8000cm2/g) ：25％  │    ├──┼─────────────────────────────────┤    │２  │セメント：60％、砥石粉：20％、高炉スラグ微粉末(8000cm2/g) ：20％  │    ├──┼─────────────────────────────────┤    │３  │セメント：30％、砥石粉：70％                                      │    └──┴─────────────────────────────────┘    ２．試験結果
┌──┬───────┬───────┬───────┐
│NO. │7日圧縮強度   │28日圧縮強度  │28日重量残存率│
│    │（Ｎ／ｍｍ2 ）│（Ｎ／ｍｍ2 ）│（Ｎ／ｍｍ2 ）│
├──┼───────┼───────┼───────┤
│１  │    ３５      │    ５３      │    ９９      │
├──┼───────┼───────┼───────┤
│２  │    ３２      │    ５４      │    ９２      │
├──┼───────┼───────┼───────┤
│３  │    １０      │    １７      │    ９３      │
└──┴───────┴───────┴───────┘
３．試験結果に対する考察
NO.1の配合は、表３〈３〉の各種試験結果である。
No.2の配合は、早期強度を上げるためにセメント量を10%増やした配合であるが、圧縮試験の結果ではNo.1配合と同程度、重量残存率ではセメント量を増やしたNo.2の劣化が早いと言う結果になった。したがって耐酸性能は、単位セメント量を50％に固定して他の粉体量を調整することに決定した。なお、No.３の配合は、セメント量を故意に減らした場合の比較試験である。
【００１６】
また、この発明の他の発明として、各種セメントに、フライアッシュ、高炉スラグ微粉末、生ゴミ溶融スラグ、下水道溶融スラグなどの産業廃棄物微粉末を１〜２種類を加えたモルタル混合物に、酸化アルミニウムを主成分とする鉱物質微粉末及び粗骨材を加えてコンクリートとしたことを特徴とする耐酸性コンクリート材料である。
【実施例】
【００１７】
以下、この発明の一実施例を表に従って説明すると、各種配合に使用した材料は下記の表２のとおりである。
【００１８】
【表２】
2008247693.tif 000007
【００１９】
さらに、本発明〈４〉のモルタルの試験配合を、重量％で示すと、下記の表３の通りである。なお、〈１〉〜〈３〉は比較実験のために必要なものである。〔００２２〕を参照。
【００２０】
【表３】
2008247693.tif 000008
【００２１】
ここに、
ＯＰＣ  ：  普通ポルトランドセメント
ＦＡ    ：  フライアッシュ（粉末度：３,０００cm2/ g）
ＢＦＳ  ：  高炉スラグ微粉末（粉末度：６,０００cm2/ g）
ＢＦＦ  ：  高炉フューム（粉末度：２０,０００cm2 /g）
ＫＮＯ  ：  砥石粉（クレノートン）
ＳＦ    ：  シリカフューム（粉末度：２０,０００cm2 /g）
条件：Ｗ／Ｂ＝４０％    （Ｂ＝全粉体量）
『例：配合〈３〉』  Ｂ＝OPC＋BFS＋KNO、  Ｗ＝単位水量
Ｃ：Ｓ＝１：２（セメント砂比）
【００２２】
実験では〔表3〕に示すとおり4種類のモルタル配合を調合した。
〈１〉は、従来のモルタル配合で粉体量はセメント100%（単身）である。
〈２〉は、出願人らが取得した特許3953469における高炉フユームを添加した場合の代表的配合でセメント：30％、フライアッシュ40％、高炉フユーム30％である。
〈３〉は、セメント：50％、高炉スラグ微粉末25％、砥石粉25％の配合である。
〈４〉は、本発明の配合で、セメント：50％、高炉スラグ微粉末25％、砥石粉12.5％、シリカフユーム12.5%である。これは〈３〉の改良型で、早期強度を出すためシリカフユームを添加して四成分系としたものである。
本発明〈４〉の試験結果は、下記に示す〔東京都下水道局の「コンクリート改修技術マニュアル（案）」の規格値を満足するものであった。
１）２８日重量残存率
９３％＜規格値：９０％
２）圧縮強度
３日：２５．２Ｎ／ｍｍ2  ＞規格値：２５Ｎ／ｍｍ2
２８日：５６．４２Ｎ／ｍｍ2  ＞規格値：４５Ｎ／ｍｍ2
３）２８日硫酸浸透深さ
２．１ｍｍ＜規格値：３ｍｍ
【００２３】
この発明の技術を確立し、実施することにより、質量残存率、圧縮強度、硫酸浸透深さともに満足でき、下水処理場のコンクリート諸施設、下水道用コンクリート二次製品及び補修材に実用可能であり、範囲を拡大すれば、温泉地のコンクリート構築物、塩害の被害を受ける海岸構造物への採用など産業上の利用可能性が高いものである。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】この発明の効果を示す説明図である。