(57)【要約】【課題】安価で耐硫酸性に優れ、かつ、所定の強度を保持可能な耐硫酸コンクリート及びその製造方法を提供する。【解決手段】下水道管１は、所定の深さＤだけ中性化された耐硫酸層３を内壁面部に備えた耐硫酸コンクリート５からなる。下水道管１は、所定の強度を確保するために必要な最小限の厚さＬに加えて耐硫酸層３の所定の深さＤだけ厚く構築されている。なお、所定の深さＤ（＝耐硫酸層３の厚さ）は、下水道管１の径、下水道管１内を通過する下水の流量等により各現場により適宜設定される。この耐硫酸層３はコンクリートが中性化されているためにＣａ（ＯＨ）２を含んでおらず、耐硫酸層３は硫酸と接触しても、腐食を生じない。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の深さだけ中性化された耐硫酸層を表面部に備えることを特徴とする耐硫酸コンクリート。
【請求項２】
所定の深さだけ中性化された耐硫酸層を表面部に備えた耐硫酸コンクリートにて構築されることを特徴とするコンクリート構造物。
【請求項３】
請求項２に記載のコンクリート構造物は、該コンクリート構造物の強度を確保するために必要な最小限のコンクリートの厚さに加えて前記所定の深さ分だけ厚く構築されることを特徴とするコンクリート構造物。
【請求項４】
所定の濃度の二酸化炭素中にコンクリートを置いて、該コンクリートの表面部を所定の深さだけ中性化することを特徴とする耐硫酸コンクリートの製作方法。
【請求項５】
水セメント比の異なる２種類の流動状態のコンクリートをそれぞれ製作し、
１つの型枠内に前記２種類の流動状態のコンクリートをそれぞれ順番に充填して硬化させて、一端側のコンクリート層が他端側のコンクリート層よりも密実な二層コンクリートを製作し、
前記一端側のコンクリート層の表面を気体が接触しないようにシールし、
所定の濃度の二酸化炭素中に前記二層コンクリートを置いて、前記他端側のコンクリート層を所定の深さだけ中性化することを特徴とする耐硫酸コンクリートの製作方法。
【請求項６】
前記他端側のコンクリート層の厚さを前記所定の深さと同一にすることを特徴とする請求項５に記載の耐硫酸コンクリートの製作方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、耐硫酸コンクリート及びその耐硫酸コンクリートにて構築されたコンクリート構造物、並びに耐硫酸コンクリートの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
コンクリートにて構築された下水道施設では、コンクリートの主成分であるセメント成分（Ｃａ（ＯＨ）２）が、微生物の働きで発生する硫酸と反応して溶出し、コンクリートの表面部が腐食により剥離してしまい、コンクリートの強度が低下してしまうという問題があった。
【０００３】
そこで、硫酸と接触するコンクリートの表面に耐硫酸性の塗料を塗布して皮膜を形成したり、樹脂製パネルやポリマーコンクリート製パネル等を取り付けて表面を覆って、硫酸とコンクリートとの接触を防止し、硫酸による腐食を防止する方法が用いられている。
【０００４】
また、硫酸と接触する部分の構造物、例えば、下水道管を耐硫酸性を有するニッケル・クロム合金（例えば、ＭＣアロイ：商品名、三菱マテリアル株式会社製）等のみで製作する方法も用いられている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、コンクリートの表面に耐硫酸性の塗装を塗布したり、樹脂製パネル等を取り付ける方法では、塗料や樹脂製パネル等の材料費及びこれらの塗布作業や設置作業に係る人件費が必要であるため、コンクリートにて構築された構造物の施工費が高くなるという問題点があった。
【０００６】
そして、硫酸と接触する部分の構造物、例えば、下水道管をニッケル・クロム合金等のみで製作する方法では、材料費が高価であるために、コストがかかるという問題点があった。また、ニッケル・クロム合金等のみで小径の下水道管等を製作することは可能であるが、大径の下水道管には所定の強度を確保することができないために適用できないという問題点があった。
【０００７】
そこで、本発明は、上記の問題点を鑑みてなされたものであり、安価で耐硫酸性に優れ、かつ、所定の強度を保持可能な耐硫酸コンクリート及びその製造方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記問題を解決する本発明の耐硫酸コンクリートは、所定の深さだけ中性化された耐硫酸層を表面部に備えることを特徴とする（第１の発明）。  
本発明による耐硫酸コンクリートによれば、中性化された耐硫酸層には硫酸と反応するセメント成分のＣａ（ＯＨ）２がほとんど存在しない。したがって、耐硫酸層の存在するコンクリートの表面部は硫酸と反応せず、腐食を生じない。
【０００９】
また、耐硫酸コンクリート自体が耐硫酸層を備えるので、従来行っていた耐硫酸性塗装の塗布や樹脂パネルの取り付け等の作業を省くことが可能となる。したがって、材料費や人件費等を削減することが可能となる。  
さらに、耐硫酸コンクリートは、コンクリートの表面部を工場で中性化して現場に運び込む半工場製品であり、現場で中性化作業を行う必要がないため、現場に大規模な設備を必要としない。
【００１０】
第２の発明のコンクリート構造物は、所定の深さだけ中性化された耐硫酸層を表面部に備えた耐硫酸コンクリートにて構築されることを特徴とする。  
本発明によるコンクリート構造物によれば、耐硫酸コンクリートにて構築されるために、硫酸による腐食を生じない耐硫酸性にすぐれたコンクリート構造物を構築することが可能となる。したがって、メンテナンス等の回数を少なくすることが可能となる。また、腐食を生じないのでコンクリート構造物の耐久性が向上し、従来よりも長くコンクリート構造物を安全に利用することが可能となる。
【００１１】
第３の発明は、第２の発明において、該コンクリート構造物の強度を確保するために必要な最小限のコンクリートの厚さに加えて前記所定の深さ分だけ厚く構築されることを特徴とする。  
本発明によるコンクリート構造物によれば、該コンクリート構造物の強度を確保するために必要な最小限のコンクリートの厚さに加えて、さらに所定の深さ分だけ厚く構築されるため、コンクリート構造物に必要な強度を十分に確保しつつ、耐硫酸性にすぐれたコンクリート構造物を構築することが可能となる。
【００１２】
第４の発明の耐硫酸コンクリートの製作方法は、所定の濃度の二酸化炭素中にコンクリートを置いて、該コンクリートの表面部を所定の深さだけ中性化することを特徴とする。  
本発明による耐硫酸コンクリートの製作方法によれば、所定の深さだけ中性化された耐硫酸層を表面部に有する耐硫酸コンクリートを製作することが可能である。
【００１３】
そして、中性化は、二酸化炭素の濃度を制御可能な設備を備えた工場にて実施されるため、中性化する深さ等の管理が容易になる。したがって、品質の高い製品を製作することが可能となる。また、中性化は、機械によって自動で行われるため、安価に耐硫酸層を形成することが可能となる。
【００１４】
第５の発明の耐硫酸コンクリートの製作方法は、水セメント比の異なる２種類の流動状態のコンクリートをそれぞれ製作し、１つの型枠内に前記２種類の流動状態のコンクリートをそれぞれ順番に充填して硬化させて、一端側のコンクリート層が他端側のコンクリート層よりも密実な二層コンクリートを製作し、前記一端側のコンクリート層の表面を気体が接触しないようにシールし、所定の濃度の二酸化炭素中に前記二層コンクリートを置いて、前記他端側のコンクリート層を所定の深さだけ中性化することを特徴とする。
【００１５】
本発明による耐硫酸コンクリートの製作方法によれば、所定の深さだけ中性化された耐硫酸層を他端側の表面部に備えた耐硫酸コンクリートを製作することが可能である。  
また、他端側のコンクリート層は、一端側のコンクリート層よりも空隙が多く、二酸化炭素が入りやすいために、一端側のコンクリート層を中性化する場合よりも短時間で他端側のコンクリート層を中性化することが可能となる。したがって、効率よく耐硫酸層を形成することが可能となる。
【００１６】
そして、中性化は、二酸化炭素の濃度を制御可能な設備を備えた工場にて実施されるため、中性化する深さ等の管理が容易になる。したがって、品質の高い製品を製作することが可能となる。また、中性化は、機械によって自動で行われるため、安価に耐硫酸層を形成することが可能となる。
【００１７】
第６の発明は、第５の発明において、前記他端側のコンクリート層の厚さを前記所定の深さと同一にすることを特徴とする。
【００１８】
本発明による耐硫酸コンクリートの製作方法によれば、他端側のコンクリート層の厚さを所定の深さと同一にすることにより、耐硫酸層を効率よく形成することが可能となる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、硫酸と接触しても腐食しない耐硫酸コンクリートを安価に製作することができる。また、この耐硫酸コンクリートを利用することにより、構造物に必要な強度を十分に確保しつつ、耐硫酸性にすぐれたコンクリート構造物を構築することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明を下水道施設に適用した場合の実施形態について図面を用いて詳細に説明するが、下水道施設に限らず、温泉地の設備等にも適用できることはいうまでもない。最初に、一般的なコンクリートと硫酸との反応について説明し、次に、本発明による耐硫酸コンクリートについて説明する。
【００２１】
図１は、一般的なコンクリートにて構築された下水道管３１内で硫酸による腐食が発生する状態を示す図である。図１に示すように、コンクリートは下水道管３１内を通過する下水に接触することにより、水和反応が生じ、水酸化カルシウムが生成される。この反応式を式（１）及び式（２）に示す。  
２（ＣａＯ）３・ＳｉＯ２ ＋ ６Ｈ２Ｏ  →  ３ＣａＯ・２ＳｉＯ２・３Ｈ２Ｏ ＋ ３Ｃａ（ＯＨ）２  ……式（１）
２（ＣａＯ）２・ＳｉＯ２ ＋ ４Ｈ２Ｏ  →  ３ＣａＯ・２ＳｉＯ２・３Ｈ２Ｏ ＋ Ｃａ（ＯＨ）２  ……式（２）
式（１）及び式（２）にて生成された水酸化カルシウムは、次に硫酸と反応し２水石膏（ＣａＳＯ４・２Ｈ２Ｏ）を生成する。
【００２２】
下水道管３１内の下水・汚泥が嫌気性状態になると、下水・汚泥中の硫酸塩が微生物（硫酸塩還元細菌：ｓｕｌｆａｔｅ−ｒｅｄｕｃｉｎｇ  ｂａｃｔｅｒｉａ）により還元され硫化水素が生成される。この反応式を式（３）に示す。  
ＳＯ４２−  ＋ ２Ｃ ＋ ２Ｈ２Ｏ  →  Ｈ２Ｓ ＋ ２ＨＣＯ３−  ……式（３）
式（３）にて発生した硫化水素は、密閉された下水道施設における気相中で濃縮され、コンクリート壁面の結露中に再溶解する。その後、好気状態で硫黄酸化細菌（Ｔｈｉｏｂａｃｉｌｌｕｓ  属等）により酸化され硫酸が生成される。この反応式を（式４）に示す。  
Ｈ２Ｓ ＋ ２Ｏ２  →  Ｈ２ＳＯ４  ……式（４）
【００２３】
こうして、硫酸塩還元細菌（ｓｕｌｆａｔｅ−ｒｅｄｕｃｉｎｇ  ｂａｃｔｅｒｉａ）と硫黄酸化細菌（Ｔｈｉｏｂａｃｉｌｌｕｓ属等）の作用によって生成された硫酸（Ｈ２ＳＯ４）はコンクリート壁面で、ＰＨ１〜２まで濃縮され、コンクリート中に含まれるセメントの水和反応によって生じた水酸化カルシウムと反応し、２水石膏（ＣａＳＯ４・２Ｈ２Ｏ）を生成する。この反応式を式（５）に示す。  
Ｈ２ＳＯ４ ＋ Ｃａ（ＯＨ）２  →  ＣａＳＯ４・２Ｈ２Ｏ  ……式（５）
式（５）に示すように、コンクリートの主成分であるＣａ（ＯＨ）２  が硫酸の影響で溶け出すことによりコンクリートの強度が低下してしまう。
【００２４】
また、前記２水石膏は、さらにコンクリート内のアルミン酸三カルシウムと反応し膨張性の針状結晶であるエトリンガイドを生成する。この反応式を式（６）に示す。  
３ＣａＳＯ４・２Ｈ２Ｏ ＋ ３ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３ ＋ ２６Ｈ２Ｏ → ３ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３・３ＣａＳＯ４・３２Ｈ２Ｏ  ……式（６）
式（６）にて生じたエトリンガイドは、コンクリート内で結晶水を取り込み膨張して、コンクリートを破壊してしまう。
【００２５】
そこで、上述の状況に対処すべく、コンクリートに耐硫酸性を持たせるための方法として、本発明においては、硫酸に接触するコンクリートの表面部のＣａ（ＯＨ）２を中性化して減少させることにより、硫酸との反応を防止するものである。
【００２６】
図２は、本発明の第一実施形態に係る耐硫酸コンクリートにて構築された下水道管１を示す図である。図２に示すように、下水道管１は、所定の深さＤだけ中性化された耐硫酸層３を内壁面部に備えた耐硫酸コンクリート５からなる。
【００２７】
下水道管１は、所定の強度を確保するために必要な最小限の厚さＬに加えて耐硫酸層３の所定の深さＤだけ厚く構築されている。なお、所定の深さＤ（＝耐硫酸層３の厚さ）は、下水道管１の径、下水道管１内を通過する下水の流量等により各現場により適宜設定される。
【００２８】
この耐硫酸層３はコンクリートが中性化されているためにＣａ（ＯＨ）２を含んでおらず、耐硫酸層３は硫酸と接触しても、上記式（５）に示すような反応を生じない。
【００２９】
次に、耐硫酸層３を形成するための中性化の方法について説明する。中性化は、J I S A 1 1 5 3「コンクリートの促進中性化試験方法」に準拠して行う。  
図３は、本発明の第一実施形態に係る耐硫酸コンクリートの製作過程を示す模式図である。  
図３に示すように、まず、型枠１７内にセメント、砂利、水等を混合した流動状態のコンクリートを充填する。そして、コンクリートを充填した後、１６時間以上３日以内に型枠１７を取り外し、硬化したコンクリート６を材齢４週まで温度２０±２℃の湿潤状態（水中又は相対湿度９５％以上の雰囲気中）で養生する。
【００３０】
次に、コンクリート６を相対湿度６０±５％、温度２０±２℃の恒温恒湿室で材齢８週まで静置する。ここで、材齢７〜８週の間にコンクリート６の側面６ａ〜６ｄ及び底面６ｅをアルミニウム箔テープでシールして、側面６ａ〜６ｄ及び底面６ｅが二酸化炭素に接触することを防止する。
【００３１】
例えば、下水道管１をシールする場合においては、図４に示すように、外周面７及び両端面９、１１をアルミニウム箔テープでシールして、外周面７及び両端面９、１１が二酸化炭素に接触することを防止する。
【００３２】
なお、シール方法は、これに限定されるものではなく、エポキシ樹脂、ポリウレタン樹脂等を塗布する方法を用いてもよい。
【００３３】
次に、二酸化炭素濃度、温度、湿度を制御可能な制御装置内にコンクリート６を入れて、二酸化炭素濃度５±０．２％、温度２０±２℃、相対湿度６０±５％の環境条件下で、所定の時間静置し、コンクリート６の表面６ｆ（図３参照）から所定の深さＤまでを中性化することにより、耐硫酸層３を備えた耐硫酸コンクリート５が製作される。
【００３４】
例えば、下水道管１を制御装置内に入れた場合においては、内周面１３から所定の深さＤまでを中性化することにより、耐硫酸層３を備えた耐硫酸コンクリート５からなる下水道管１（図２参照）が製作される。
【００３５】
なお、所定の時間は、所望の耐硫酸層３の厚さにより適宜変更されるものであって、中性化進行の予測式等を用いた計算により算出される。
【００３６】
以上説明したように、本実施形態の耐硫酸コンクリート５からなる下水道管１には、中性化された耐硫酸層３には硫酸と反応するＣａ（ＯＨ）２がほとんど存在しない。したがって、内周面１３の表面部に耐硫酸層３を備えた耐硫酸コンクリート５からなる下水道管１は硫酸と反応せず、腐食を生じないので、メンテナンス等の回数を少なくすることが可能となる。また、腐食を生じないので下水道管１の耐久性が向上し、従来よりも長く安全に利用することが可能となる。
【００３７】
そして、下水道管１の強度を確保するために必要な最小限の厚さＬに加えて、さらに所定の深さＤだけ厚く構築されるために、下水道管１に必要な強度を十分に確保することが可能となる。
【００３８】
また、耐硫酸コンクリート５自体が耐硫酸層３を備えているので、従来行っていた耐硫酸性塗装の塗布や樹脂パネルの取り付け等の作業を省くことが可能となる。したがって、材料費や人件費等を削減することが可能となる。
【００３９】
さらに、耐硫酸コンクリート５は、コンクリートの表面部を工場で中性化して現場に運び込む半工場製品であり、現場で中性化作業を行う必要がないため、現場に大規模な設備を必要としない。また、中性化は、二酸化炭素の濃度、湿度、温度を制御可能な設備を備えた工場にて実施されるために、中性化する深さ等の管理が容易になる。したがって、品質の高い製品を製作することが可能となる。そして、中性化は、機械によって自動で行われるために、安価に耐硫酸コンクリート５を製作することが可能となる。
【００４０】
次に、本発明の第二の実施形態について説明する。以下の説明において、第一実施形態に対応する部分には同一の符号を付して説明を省略し、主に相違点について説明する。第二実施形態においては、第一実施形態と比較して一部異なる方法にて耐硫酸コンクリート２１を製作するものである。  
まず、水セメント比が異なる２種類の流動状態のコンクリートを製作する。本実施形態においては、水セメント比は、例えば、５５％、６０％とした。
【００４１】
図５は、本発明の第二実施形態に係る耐硫酸コンクリート２２の製作過程を示す模式図である。図５に示すように、型枠１７内に水セメント比が５５％の流動状態のコンクリートを充填した後に、水セメント比が６０％の流動状態のコンクリートを充填して、水セメント比が５５％のコンクリートからなる下側コンクリート層２３と、水セメント比が６０％からなる上側コンクリート層２５とから構成される二層コンクリート２１を製作する。水セメント比が小さい下側コンクリート層２３は、上側コンクリート層２５よりも密実なコンクリートが形成される。
【００４２】
下側コンクリート層２３と上側コンクリート層２５との境界部分には、二酸化炭素と長時間接触しても成分が変化しない強化プラスチック等を網状に設置し、両コンクリート層２３、２５を連結するための連結材２９として用いる。
【００４３】
そして、第一実施形態と同様に、１６時間以上３日以内に型枠１７を取り外し、湿潤状態で養生して材齢８週まで静置する。ここで、本実施形態においては、図６に示すように、材齢７〜８週の間に、二層コンクリート２１の側面２２ａ〜２２ｄ及び底面２２ｅをアルミニウム箔テープでシールして、側面２２ａ〜２２ｄ及び底面２２ｅが二酸化炭素に接触することを防止する。
【００４４】
次に、再び第一実施形態と同様に、二酸化炭素濃度、温度、湿度を制御可能な制御装置内にこの二層コンクリート２１を入れて所定の時間静置する。なお、本実施形態においては、所定の時間は、上側セメント層２５を中性化するために必要な時間であって、中性化進行の予測式等により算出される。  
そして、上側セメント層２５を中性化させることにより、耐硫酸コンクリート２２が製作される。
【００４５】
以上説明したように、本実施形態の耐硫酸コンクリート２２には、中性化された耐硫酸層３、つまり上側コンクリート層２５には硫酸と反応するＣａ（ＯＨ）２がほとんど存在しない。したがって、耐硫酸層３を備えた耐硫酸コンクリート２２は硫酸と反応せず、腐食を生じない。
【００４６】
また、上側コンクリート層２５は下側コンクリート層２３よりも空隙が多く、外部から二酸化炭素が入りやすいために、上側コンクリート層２５は下側コンクリート層２３を中性化する場合よりも短時間で中性化される。  
さらに、上側コンクリート層２５の厚さは、中性化するための所定の厚さＤと同一にすることにより、効率よく耐硫酸層３を形成することが可能となる。
【００４７】
なお、上述したすべての実施形態において、耐硫酸コンクリート１、２２の内部に鉄筋等を設置してもよく、この場合は、鉄筋は中性化されないコンクリート部位内に配置され、かつ、設計等により定められる所定のコンクリートの被り厚さ（耐硫酸層３の厚さは含まない）を有するように配置される。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】一般的なコンクリートにて構築された下水道管内で硫酸による腐食が発生する状態を示す図である。
【図２】本発明の第一実施形態に係る耐硫酸コンクリートにて構築された下水道管を示す図である。
【図３】本発明の第一実施形態に係る耐硫酸コンクリートの製作過程を示す模式図である。
【図４】本発明の第一実施形態に係る耐硫酸コンクリートからなる下水道管を示す図である。
【図５】本発明の第二実施形態に係る耐硫酸コンクリートの製作過程を示す模式図である。
【図６】本発明の第二実施形態に係る耐硫酸コンクリートの製作過程を示す模式図である。
【符号の説明】
【００４９】
１  下水道管
３  耐硫酸層
５  耐硫酸コンクリート
６  コンクリート
６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄ  側面
６ｅ  底面
６ｆ  表面
７  外周面
９、１１  端面
１３  内周面
２１  二層コンクリート
２２  耐硫酸コンクリート
２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄ  側面
２２ｅ  底面
２３  下側コンクリート層
２５  上側コンクリート層
２７  型枠
２９  連結材
３１  下水道管
Ｌ  必要最小限の厚さ
Ｄ  耐硫酸層の厚さ
【図１】
2008174422.tif 000003
【図２】
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【図３】
2008174422.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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