(57)【要約】【課題】優れた耐酸性と初期ひび割れ抵抗性を有するセメント組成物及びそれを用いた補修方法を提供する。【解決手段】カルシウムアルミネート系化合物、ポゾラン、及び溶融紡糸した玄武岩繊維を含有してなるセメント組成物である。ポゾランが高炉水砕スラグ微粉末であり、溶融紡糸した玄武岩繊維の含有量がカルシウムアルミネート系化合物とポゾランからなる結合材１００部に対して０．１〜１０部であることが好ましい。さらに、セメント用ポリマーや骨材を含有する前記セメント組成物である。また、前記セメント組成物を用いて補修したコンクリート構造物であり、前記セメント組成物を用いた補修方法である。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
カルシウムアルミネート系化合物、ポゾラン、及び溶融紡糸した玄武岩繊維を含有してなるセメント組成物。
【請求項２】
ポゾランが高炉水砕スラグ微粉末である請求項１記載のセメント組成物。
【請求項３】
溶融紡糸した玄武岩繊維の含有量がカルシウムアルミネート系化合物とポゾランからなる結合材１００部に対して０．１〜１０部であることを特徴とする請求項１または２記載のセメント組成物。
【請求項４】
さらに、セメント用ポリマーを含有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項記載のセメント組成物。
【請求項５】
さらに、骨材を含有する請求項１〜４記載のいずれか１項に記載されたセメント組成物。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載されたセメント組成物を用いて補修したコンクリート構造物。
【請求項７】
請求項１〜５のいずれか１項に記載されたセメント組成物を用いた補修方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主に、土木・建築分野において使用するセメント組成物及びそれを用いた補修方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、下水処理施設を中心に、コンクリート構造物の硫酸による劣化事例が増加しているため、コンクリートの硫酸劣化に関する研究も以前にも増して多く見受けられるようになった。下水処理施設で硫酸が生成する原因として、微生物の活動によることが知られており、酸性劣化の対策として耐酸性の材料を使用することに加えて、抗菌剤の適用等が検討されている。
【０００３】
耐酸性材料としては、ポルトランドセメントに高炉スラグやフライアッシュ、シリカフューム等を多量に混和したモルタルやコンクリート（特許文献１参照）や、アルミナセメントを使用したモルタルやコンクリートが提案されている（特許文献２、特許文献３参照）。
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−１２８６１８号公報
【特許文献２】特開昭６０−１８０９４５号公報
【特許文献３】特開平０１−１４１８４４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、優れた耐酸性と初期ひび割れ抵抗性を有するセメント組成物及びそれを用いた補修方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
すなわち、本発明は、（１）カルシウムアルミネート系化合物、ポゾラン、及び溶融紡糸した玄武岩繊維を含有してなるセメント組成物、（２）ポゾランが高炉水砕スラグ微粉末である（１）のセメント組成物、（３）溶融紡糸した玄武岩繊維の含有量がカルシウムアルミネート系化合物とポゾランからなる結合材１００部に対して０．１〜１０部である（１）または（２）のセメント組成物、（４）さらに、セメント用ポリマーを含有する（１）〜（３）のいずれかのセメント組成物、（５）さらに、骨材を含有する（１）〜（４）のいずれかのセメント組成物、（６）（１）〜（５）のいずれかのセメント組成物を用いて補修したコンクリート構造物、（７）（１）〜（５）のいずれかのセメント組成物を用いた補修方法、である。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、初期ひび割れ抵抗性を有し、優れた耐酸性を有するセメント組成物及びそれを用いた補修方法が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下，本発明を詳細に説明する。
なお、本発明における部や％は特に規定しない限り質量基準で示す。
また、本発明で言うコンクリートとは、セメントペースト、モルタル、コンクリートを総称するものである。
【０００９】
本発明のカルシウムアルミネート系化合物とは、ＣａＯとＡｌ２Ｏ３を主成分とする化合物を総称するものであり、特に限定されるものではない。その具体例としては、ＣａＯ・２Ａｌ２Ｏ３、ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３、１２ＣａＯ・７Ａｌ２Ｏ３、１１ＣａＯ・７Ａｌ２Ｏ３・ＣａＦ２、３ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３、３ＣａＯ・３Ａｌ２Ｏ３・ＣａＳＯ４等と表される結晶性のカルシウムアルミネート系化合物や、ＣａＯとＡｌ２Ｏ３成分を主成分とする非晶質の化合物が挙げられる。これらの中で、ＣａＯ／Ａｌ２Ｏ３モル比が１〜２にあるものを選定することが、可使時間の確保や耐酸性の観点から好ましい。
【００１０】
カルシウムアルミネート系化合物を得る方法としては、ＣａＯ原料とＡｌ２Ｏ３原料をロータリーキルンや電気炉などによって熱処理して得る方法が挙げられる。カルシウムアルミネートを製造する際のＣａＯ原料としては、例えば、石灰石や貝殻などの炭酸カルシウム、消石灰などの水酸化カルシウム、あるいは生石灰などの酸化カルシウムを挙げることができる。また、Ａｌ２Ｏ３原料としては、例えば、ボーキサイトやアルミ残灰と呼ばれる産業副産物のほか、アルミ粉などが挙げられる。
【００１１】
カルシウムアルミネート系化合物を工業的に得る場合、不純物が含まれることがある。その具体例としては、例えば、ＳｉＯ２、Ｆｅ２Ｏ３、ＭｇＯ、ＴｉＯ２、ＭｎＯ、Ｎａ２Ｏ、Ｋ２Ｏ、Ｌｉ２Ｏ、Ｓ、Ｐ２Ｏ５、及びＦ等が挙げられる。これらの不純物の存在は本発明の目的を実質的に阻害しない範囲では特に問題とはならない。具体的には、これらの不純物の合計が１０％以下の範囲では特に問題とはならない。
【００１２】
また、不純物化合物としては、４ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３・Ｆｅ２Ｏ３、６ＣａＯ・２Ａｌ２Ｏ３・Ｆｅ２Ｏ３、６ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３・２Ｆｅ２Ｏ３等のカルシウムアルミノフェライト、２ＣａＯ・Ｆｅ２Ｏ３やＣａＯ・Ｆｅ２Ｏ３等のカルシウムフェライト、ゲーレナイト２ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３・ＳｉＯ２、アノーサイトＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３・２ＳｉＯ２等のカルシウムアルミノシリケート、メルビナイト３ＣａＯ・ＭｇＯ・２ＳｉＯ２、アケルマナイト２ＣａＯ・ＭｇＯ・２ＳｉＯ２、モンチセライトＣａＯ・ＭｇＯ・ＳｉＯ２等のカルシウムマグネシウムシリケート、トライカルシウムシリケート３ＣａＯ・ＳｉＯ２、ダイカルシウムシリケート２ＣａＯ・ＳｉＯ２、ランキナイト３ＣａＯ・２ＳｉＯ２、ワラストナイトＣａＯ・ＳｉＯ２等のカルシウムシリケート、カルシウムチタネートＣａＯ・ＴｉＯ２、遊離石灰、リューサイト（Ｋ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ）・Ａｌ２Ｏ３・ＳｉＯ２等を含む場合がある。本発明ではこれらの結晶質または非晶質が混在していても良い。
【００１３】
本発明のカルシウムアルミネート系化合物の粒度は、特に限定されるものではないが、通常、ブレーン比表面積で３０００〜９０００ｃｍ２／ｇの範囲にあり、４０００〜８０００ｃｍ２／ｇ程度のものがより好ましい。３０００ｃｍ２／ｇ未満では強度発現性が充分でない場合があり、９０００ｃｍ２／ｇを超えるようなものは取り扱いが困難な場合がある。
【００１４】
本発明のポゾランとは、カルシウムアルミネート系化合物のコンバージョンによる強度低下を防止する効果や耐酸性を向上させる効果を助長する役割を担う。ポゾランは、特に限定されるものではなく、高炉水砕スラグ微粉末、フライアッシュ、シリカフューム、パルプスラッジ焼却灰、下水汚泥焼却灰、廃ガラス粉末等が挙げられ、これらの１種または２種以上を使用することができる。なかでも、高炉水砕スラグ微粉末の使用が好ましい。
【００１５】
高炉水砕スラグ微粉末の粉末度は、特に限定されるものではないが、通常、ブレーン比表面積で３０００〜９０００ｃｍ２／ｇ程度の範囲にある。フライアッシュとシリカヒュームの粉末度は、特に限定されるものではないが、通常、フライアッシュについては、ブレーン比表面積で３０００〜９０００ｃｍ２／ｇ程度の範囲にあり、シリカヒュームについては、ＢＥＴ比表面積で２〜２０ｍ２／ｇ程度の範囲にある。
【００１６】
本発明のカルシウムアルミネート系化合物とポゾランの配合割合は、特に限定されるものではないが、通常、カルシウムアルミネート系化合物とポゾランからなる結合材１００部中、カルシウムアルミネート系化合物３０〜８０部が好ましく、４０〜７０部がより好ましい。ポゾランは、２０〜７０部が好ましく、３０〜６０部がより好ましい。カルシウムアルミネート系化合物が３０部未満であったり、ポゾランが７０部を超えると、強度発現性が十分でなくなる場合があり、カルシウムアルミネート系化合物が８０部を超えたり、ポゾランが２０部未満であると、コンバージョンによる強度低下が発生したり、十分な耐酸性が得られない場合がある。
【００１７】
本発明の溶融紡糸した玄武岩繊維とは、天然の玄武岩を原料とし、高温で溶融紡糸した非晶質の人造鉱物繊維である。その特徴として、有機繊維に比べ耐熱性に優れ、ガラス繊維やロックウールに比べ耐薬品性に優れている。また、密度が２．８ｇ／ｃｍ３程度であることから、通常のドライモルタルと同程度であり、均一混合性に優れる。
【００１８】
溶融紡糸した玄武岩繊維の繊維径は、２〜５０μｍが好ましく、７〜２０μｍがより好ましい。２μｍより小さいと、安定的に製造することが困難であり、５０μｍを超えると初期ひび割れ低減効果が低下する場合がある。
溶融紡糸した玄武岩繊維の繊維長は、２〜１５ｍｍが好ましく、５〜１０ｍｍがより好ましい。２ｍｍより小さいと初期ひび割れ低減効果が小さく、１５ｍｍを超えるとドライモルタルに混合したときの分散性が悪くなる場合がある。
溶融紡糸した玄武岩繊維は、繊維が単独にほぐれた単繊維状態（繊維径としては０．１ｍｍ以上となる）ではなく、サイジング剤等で繊維径５０μｍ以下単繊維を束状にした収束状態のものを使用することが好ましい。適度に接着力のある収束状にすることで，ドライモルタルと混合したときに簡単にほぐれて均一な混合が可能となる。
【００１９】
溶融紡糸した玄武岩繊維の使用量は、カルシウムアルミネート系化合物とポゾランからなる結合材１００部に対して、０．１〜１０部が好ましく、０．３〜５部がより好ましい。０．１部未満では，初期ひび割れ低減効果が期待できず、１０部を超えると均一な混合ができなくなる場合がある。
【００２０】
また、本発明では、性能に影響を与えない範囲内で、各種有機繊維、炭素繊維、鋼繊維等の玄武岩繊維以外の繊維と併用して使用することも可能である。
【００２１】
本発明のセメント用ポリマー（以下、ポリマーという）とは、水性ポリマーディスパージョン、再乳化形粉末樹脂、水溶性ポリマー、液状ポリマー等が挙げられるが、特に限定されるものではない。水性ポリマーディスパージョンとしては、天然ゴムラテックスやアクリルゴム、スチレン・ブタジエンゴム（ＳＢＲ）、クロロプレンゴム（ＣＲ）等の合成ゴムラテックスやエチレン・酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）、ポリアクリル酸エステル（ＰＡＥ）などの樹脂エマルジョン等が挙げられる。ポリマーの形態としては、再乳化粉末タイプや液体タイプなどがある。これらはモルタルと既存コンクリートとの付着性の向上、耐久性の向上のため使用される。
【００２２】
ポリマーの使用量は、カルシウムアルミネート系化合物とポゾランからなる結合材１００部に対して、固形分換算で１〜１５部が好ましく、３〜１０部がより好ましい。１部未満では既存コンクリートなどとの付着性状の向上、耐久性の向上が期待できない場合があり、１５部を超えると、その効果の向上が期待できないばかりか経済的でなくなる。
【００２３】
ポリマーの混合方法は、特に限定されるものではないが、粉体の場合、予めセメントと混合、若しくは混練り時に他の材料と同時投入するか、水に懸濁または溶解することなどが挙げられ、液体の場合は、混練り時に他の材料と同時投入するか、水に混合して使用する方法などがある。
【００２４】
本発明のセメント組成物の粒度は、使用する目的・用途に依存するため特に限定されるものではないが、通常、ブレーン比表面積で３０００〜８０００ｃｍ２／ｇが好ましく、４０００〜６０００ｃｍ２／ｇがより好ましい。３０００ｃｍ２／ｇ未満では強度発現性が十分に得られない場合があり、８０００ｃｍ２／ｇを超えると作業性が悪くなる場合がある。
【００２５】
本発明では、本発明のセメント組成物の他に、公知のセメントを併用しても良い。公知のセメントとしては、普通、早強、超早強、低熱、及び中庸熱等の各種ポルトランドセメント、これらポルトランドセメントに、高炉スラグ、フライアッシュ、またはシリカを混合した各種混合セメント、また、石灰石粉末等や高炉徐冷スラグ微粉末を混合したフィラーセメント、廃棄物利用型セメント、いわゆるエコセメント等が挙げられ、これらのうちの１種または２種以上が併用可能である。
【００２６】
本発明では、砂や砂利などの骨材の他に、石灰石微粉末、高炉徐冷スラグ微粉末などの混和材料、減水剤、ＡＥ減水剤、高性能減水剤、高性能ＡＥ減水剤、消泡剤、増粘剤、防錆剤、防凍剤、収縮低減剤、凝結調整剤、ベントナイト等の粘土鉱物、並びに、ハイドロタルサイト等のアニオン交換体等のうちの１種または２種以上を、本発明の目的を実質的に阻害しない範囲で使用することが可能である。
【００２７】
本発明において、各材料の混合方法は特に限定されるものではなく、それぞれの材料を施工時に混合しても良いし、予め一部を、あるいは全部を混合しておいても差し支えない。
混合装置としては、既存の如何なる装置も使用可能であり、例えば、傾胴ミキサ、オムニミキサ、ヘンシェルミキサ、Ｖ型ミキサ、及びナウタミキサ等の使用が可能である。
【００２８】
本発明の補修方法としては、例えば、コンクリートの劣化した箇所をはつり取った後、断面修復する工事が挙げられる。断面修復を行う劣化したコンクリ−トは様々で、大きな面積を修復するものもあれば、部分的な小さい面積を修復するものもあり、修復面積や、修復材を施工する量で補修工法が選定される。比較的大きな面積であれば、吹き付け工法あるいは、グラウト材を注入する場合が多い。また、壁面や部材厚がある場合は、型枠を組みグラウト材を注入する。一方、修復面積が小さい場合は、コテ塗りで行うこととなる。部分的な断面修復を行う場合、面積は小さいが、修復材の塗り厚が厚い場合が多く、何層にも分けて塗り重ねる方法が用いられる。いずれの工法にも本発明のセメント組成物は使用できるが、なかでも、コテ塗り工法が好適である。
【００２９】
以下、実施例で詳細に説明するが、これに限定されるものではない。
【実施例１】
【００３０】
カルシウムアルミネート系化合物とポゾランの種類と量を表１に示すように配合し、カルシウムアルミネート系化合物とポゾランからなる結合材１００部に対し、溶融紡糸した玄武岩繊維を１部配合したセメント組成物を調合した。次いで、ＪＩＳ  Ｒ  ５２０１に準じてモルタルを調製し、促進コンバージョン試験による圧縮強度の低下率、及び耐酸性の評価を行った。なお、比較のために、カルシウムアルミネート系化合物の替わりに普通ポルトランドセメントを用いた場合についても同様に行った。結果を表１に併記する。
【００３１】
＜使用材料＞
カルシウムアルミネート系化合物（１）：アルミナセメント１号、電気化学工業社製、ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３を主成分とする、ブレーン比表面積５０００ｃｍ２／ｇ
カルシウムアルミネート系化合物（２）：１２ＣａＯ・７Ａｌ２Ｏ３、試薬１級の炭酸カルシウムと酸化アルミニウムをモル比で１２対７の割合で混合し、１３５０℃で３時間焼成する工程を２回繰り返して合成、ブレーン比表面積５０００ｃｍ２／ｇ。
カルシウムアルミネート系化合物（３）：非晶質１２ＣａＯ・７Ａｌ２Ｏ３、カルシウムアルミネート系化合物（２）に試薬１級のシリカを３％添加して、１６５０℃で溶融後、急冷して合成、ブレーン比表面積５０００ｃｍ２／ｇ
カルシウムアルミネート系化合物（４）：カルシウムアルミネート系化合物（１）とカルシウムアルミネート系化合物（２）の等量混合物、ブレーン比表面積５０００ｃｍ２／ｇ
ポゾラン（Ａ）：高炉水砕スラグ微粉末、関東エスメント社製、商品名「エスメント」、ブレーン比表面積４０００ｃｍ２／ｇ
ポゾラン（Ｂ）：フライアッシュ、ブレーン比表面積４３００ｃｍ２／ｇ、市販品
ポゾラン（Ｃ）：ポゾランＡとポゾランＢの等量混合物
ポゾラン（Ｄ）：シリカフューム、ＢＥＴ比表面積で１０ｍ２/g、市販品
普通ポルトランドセメント（ＯＰＣと略記）：市販品の３種を等量混合したもの。
溶融紡糸した玄武岩繊維（１）：繊維径１０μｍ、繊維長６ｍｍ、収束タイプ、市販品
水：水道水
細骨材：ＪＩＳ  Ｒ  ５２０１で使用する標準砂
【００３２】
＜試験方法＞
圧縮強度：モルタルを型枠に詰めて４ｃｍ×４ｃｍ×１６ｃｍの成形体を作製し、材齢２８日の圧縮強度をＪＩＳ  Ｒ５２０１に準じて測定した。
促進コンバージョン試験：材齢２８日まで２０℃の水中養生を行った供試体を、５０℃の温水中に２８日間入れて促進コンバージョンを行った。促進コンバージョンを行う前の圧縮強度に対する促進コンバージョンを行った後の強度比（％）で表し評価した。
耐酸性評価：材齢２８日まで２０℃の水中養生を行った供試体を５％濃度の硫酸溶液に３ヶ月間浸漬し、供試体の外観の変化や質量減少から耐酸性を評価した。評価基準は、×は外観の変化が著しく、かつ、質量変化率が±５％以上の場合、△は外観の変化が著しいか、あるいは、質量変化率が±５％以上のいずれか一方を満たす場合、○は外観の変化と質量変化ともに上記条件に該当しない場合とした。
【００３３】
【表１】
2008050214.tif 000002
【００３４】
表１から、本発明のセメント組成物は、圧縮強度が低下せず、耐酸性に優れることが分かる。
【実施例２】
【００３５】
実施例１と同様に、カルシウムアルミネート系化合物（１）５０部とポゾラン（Ａ）５０部とを配合した結合材１００部に対して、溶融紡糸した玄武岩繊維を表２に示すように配合したセメント組成物を調製し、次いで、ＪＩＳ  Ｒ  ５２０１に準じてモルタルを調製した。このモルタルを、横３０ｃｍ×縦３０ｃｍ×厚さ６ｃｍのコンクリート平板に厚み１ｃｍとなるように打設した。打設完了した試験体は、２０℃、湿度６０％の恒温恒湿室内にて送風機を用いて風速１〜３ｍの風をあてた状態で１日後のひび割れ状況、及び表面観察を行った。なお、比較例としてビニロン繊維についても同様に行った。結果を表２併記する。
【００３６】
＜使用材料＞
溶融紡糸した玄武岩繊維（１）：繊維径１０μｍ、繊維長６ｍｍ、収束タイプ、市販品
溶融紡糸した玄武岩繊維（２）：繊維径１０μｍ、繊維長１．５ｍｍ、収束タイプ、市販品
溶融紡糸した玄武岩繊維（３）：繊維径１０μｍ、繊維長２０ｍｍ、収束タイプ、市販品
ビニロン繊維：繊維径２６μｍ、繊維長６ｍｍ、収束タイプ、市販品
【００３７】
＜試験方法＞
全ひび割れ長さ：発生したひび割れに沿って長さを計測した。
表面観察：○は、ひび割れの発生が全く無く平滑である。△は、ヘア−クラックが発生したが平滑である。×は、クラックが発生した、若しくは表面の凹凸がある。
【００３８】
【表２】
2008050214.tif 000003
【００３９】
表２から、本発明のセメント組成物は、初期ひび割れ抵抗性に優れ、表面の平滑性に優れることが分かる。
【実施例３】
【００４０】
実施例１と同様に、カルシウムアルミネート系化合物（１）５０部とポゾラン（Ａ）５０部とを配合した結合材１００部に対して、溶融紡糸した玄武岩繊維（１）を１部配合したセメント組成物を調製した。さらに、セメント組成物１００部に対して表３に示すようにポリマーを固形分換算で配合した。このポリマーを配合したセメント組成物に対して細骨材の比率（質量比）が１００対１７５となるように実施例１で使用した細骨材（標準砂）を配合し、さらに、水／セメント組成物比が４５％となるように水を練り混ぜ、モルタルを調製した。このモルタルについて、実施例１と同様に、５％濃度の硫酸液に３ヶ月間浸漬させて耐酸性評価試験を行った。また、付着強度試験を行った。結果を表３に併記する
【００４１】
＜使用材料＞
ポリマー（Ａ）：市販のアクリルゴム（固形分４５％）
ポリマー（Ｂ）：市販のスチレン・ブタジエンゴム（固形分４５％）
ポリマー（Ｃ）：市販のポリアクリル酸エステル、再乳化粉末タイプ
【００４２】
＜測定方法＞
付着強度試験：ＪＩＳ  Ａ  １１７１に準じて測定した。
【００４３】
【表３】
2008050214.tif 000004
【００４４】
表３から、本発明のセメント組成物は、ポリマーを配合すると付着強度が向上し、耐酸性に優れることが分かる。
【実施例４】
【００４５】
硫酸で腐食したコンクリートの下水道管の劣化部をはつり、本発明のセメント組成物（実施例３の実験No.3-5のモルタル）を使用して、コテ塗りで補修した。補修後１年を経過したが特に異常は見られなかった。
本発明のセメント組成物及びそれを用いた補修方法に依り、コンクリート構造物の耐久性のある補修が可能であることが分かる。
【産業上の利用可能性】
【００４６】
本発明のセメント組成物及びそれを用いた補修方法は、初期ひび割れ抵抗性を有し、優れた耐酸性を有するので、下水処理施設等の土木及び建築分野で幅広く適用することができる。