(57)【要約】【課題】耐酸性、接着性に優れた耐酸性モルタル組成物の製造に利用できるセメント組成物を提供すること。【解決手段】アルミナセメント、アルミナセメントクリンカー骨材および製鋼ダストを含有する耐酸性セメント組成物。【選択図】        なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルミナセメント、アルミナセメントクリンカー骨材および製鋼ダストを含有する耐酸性セメント組成物。
【請求項２】
アルミナセメント／アルミナセメントクリンカー骨材の質量比が、０．３〜２．５の範囲にある請求項１に記載の耐酸性セメント組成物。
【請求項３】
製鋼ダストの含有量が、アルミナセメント１００質量部に対して、１〜３０質量部の範囲にある請求項１もしくは２に記載の耐酸性セメント組成物。
【請求項４】
製鋼ダストが、３．０〜５．２の範囲の比重を持ち、且つＦｅ２Ｏ３を５０質量％以上含むものである請求項１乃至３のうちのいずれかの項に記載の耐酸性セメント組成物。
【請求項５】
請求項１乃至４のうちの何れかの項に記載の耐酸性セメント組成物が水に分散されてなる耐酸性モルタル組成物。
【請求項６】
コンクリート成形体の表面に、請求項５に記載の耐酸性モルタル組成物を塗着し、乾燥硬化させることからなるコンクリート成形体の腐食防止工法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、下水道および排水システム、パイプ、マンホールのライニング／再ライニングおよびその修復に有利に使用される耐酸性セメント組成物と耐酸性モルタル組成物、そして該モルタル組成物を利用するコンクリート腐食防止工法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
下水処理場や汚泥処理場の各種施設で用いられているコンクリート成形体の表面の大部分は常に酸性雰囲気に曝されている。従って、コンクリート成形体の表面部分の溶出すなわち腐食が発生しやすい。
【０００３】
コンクリート成形体の腐食が進むと、下水の漏洩に繋がることはもとより、施設そのものの崩壊に繋がりかねないことから、コンクリート成形体の腐食の抑制は、下水道の発達した都市における重要な課題であり、既に腐食抑制の種々の方法が開示されている。
【０００４】
例えば、耐酸性セメントを使用したモルタル、抗菌剤混入モルタル、超微粉スラグ混入モルタル等、構成成分によって耐腐食性を高める方法が既に知られており、そのような方法を利用した製品が市場に出ているが、その耐酸性は十分に高いものではなく、改善が要求されている。
【０００５】
一方、耐酸性材料で防食被覆するライニング工法では、その効果は確かに高いものの、施工欠陥を生じ易く、且つ耐摩耗性に弱いため、所定の効果を再現または持続させることが困難である。また、施工期間、技術に制約があり、さらに、費用が嵩むという欠点がある。
【０００６】
近年、アルミナセメント系材料を主成分とした材料が耐酸性能を有する材料として検討が進められている。例えば、特許文献１には、アルミナセメント、溶融スラグ粉末、水ガラス等を使用することにより、耐酸性および施工性の優れたモルタルを提供する技術が開示されている。
【０００７】
特許文献２には、アルミナセメント中の微粒分割合を限定したスラリーにリチウム塩を加えることで、耐酸性に優れ、剥離が起こらず厚めの吹き付けが可能な吹き付け材を提供する技術が開示されている。
【０００８】
しかし、これらの技術では強度発現性は十分であったとしても、コテ塗り、吹き付け作業性等の施工性については未だ改善が必要であり、さらに、コンクリート成形体への接着性が劣るという問題もあった。
【０００９】
【特許文献１】
特開２００１−２４０４５６号公報（２ページ）
【特許文献２】
特開２００２−２９３６０３号公報（２ページ）
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明では、耐酸性、接着性に優れた耐酸性モルタル組成物の製造に有利な耐酸性セメント組成物を提供することを目的とする。また、そのモルタル組成物を用いるコンクリート成形体の腐食防止工法の提供を目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、水硬性成分として耐酸性に優れるアルミナセメントそしてアルミナセメントクリンカーを使用し、さらに、製鉄所の製鋼工程で発生するダスト（製鋼ダスト）を使用することにより、高い耐酸性を示しながら、コンクリート成形体表面への優れた接着性を示すモルタル組成物が得られることを見い出し、本発明を完成した。
【００１２】
従って、本発明は、アルミナセメント、アルミナセメントクリンカー骨材および製鋼ダストを含有する耐酸性セメント組成物にある。
【００１３】
本発明はまた、上記の耐酸性セメント組成物が水に分散されてなる耐酸性モルタル組成物にもある。
【００１４】
本発明はまた、コンクリート成形体の表面に、請求項５に記載の耐酸性モルタル組成物を塗着し、乾燥硬化させることからなるコンクリート成形体の腐食防止工法にもある。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明では、耐酸性セメント組成物の水硬性成分として、耐酸性に優れたアルミナセメントを使用する。アルミナセメントは、鉱物組成の異なるものが数種知られていて、市販もされている。アルミナセメントの主成分はモノカルシウムアルミネート（ＣＡ）であって、何れの市販のアルミナセメントも使用することが出来るが、モノカルシウムアルミネート含有量が５０質量％以上のものを使用することが好ましい。
【００１６】
本発明の耐酸性セメント組成物の主骨材成分としては、アルミナセメントクリンカー骨材を使用する。アルミナセメントクリンカー骨材は、アルミナセメントと鉱物組成が基本的に同じであって、耐酸性に優れ、アルミナセメントとの結合性も非常に良好である。また、水和反応が継続して起こることから、アルミナセメント水和物の転移の抑制、耐腐食性の持続効果を向上させる。アルミナセメントクリンカー骨材は、アルミナセメント／アルミナセメントクリンカー骨材の質量比が０．３〜２．５の範囲となるように添加することが好ましい。アルミナセメントクリンカー骨材の量が少なすぎると、強度の発現が不充分になりやすく、一方、その量が多すぎると、収縮やクラックが発生しやすくなり、またモルタル塗着作業の作業性が低下する傾向がある。
【００１７】
アルミナセメントクリンカー骨材は、粒径が１５０μｍ〜４ｍｍの範囲にあるものであることが好ましく、吹き付け、鏝塗り作業性を著しく低下させないためには、粒径２．５ｍｍ以下のものを使用するのが更に好ましい。ここで言う粒径は、例えば１５０μｍ〜４ｍｍは、目開き１５０μｍと４ｍｍ二種の篩を用いて捕捉される粒分を言う。
【００１８】
耐酸性セメント組成物を構成する材料として、製鉄所の製鋼工程で発生する製鋼ダストを使用することが本発明の特徴の一つである。製鋼ダストは、最多成分であるＦｅ２Ｏ３の他にＳｉ、ＭｇＦｅ２Ｏ３等を含む無機質粉体であり、１〜５０μｍの球状物質を多量に含む。この製鋼ダストを添加することにより、セメント組成物の硬化体表面が緻密になり接着性が向上する。その製鋼ダストの使用量は、アルミナセメント１００質量部に対して１〜３０質量部、特に２〜１０重量部とするのが好ましい。１質量部よりも少ない場合は、添加効果が充分に発生せず、一方３０質量部よりも多い場合は、耐酸性が低下する場合がある。
【００１９】
製鋼ダストは、その発生源により、Ｆｅ２Ｏ３含有量が５０質量％以下のものから、１００質量％に近いものまで組成の異なるものが存在するが、コンクリート成形体表面への接着性の向上効果を考慮すると、Ｆｅ２Ｏ３含有量の多いものの使用が好ましく、Ｆｅ２Ｏ３含有量が５０質量％以上のものが特に好ましい結果をもたらす。製鋼ダストの比重は、主にＦｅ２Ｏ３含有量に依存しており、大きいものは５．２程度まで変化するが、添加効果からは、３．０以上のものの使用が好ましい。
【００２０】
本発明の耐酸性セメント組成物は、アルミナセメント、アルミナセメントクリンカー骨材、そして製鋼ダストの存在だけで十分な耐酸性、接着性を示すモルタル組成物を与えることから、この必須三成分のみを含む組成物とすることでも、十分目的を達することができるが、モルタル調製の際に一般的に使用される減水剤、増粘剤、凝結調整剤、セメント混和用ポリマー等の市販混和剤の一種または二種以上を添加するのが好ましい。また、繊維を加えてもよい。
【００２１】
減水剤の添加は、低い水／セメント比においても高い流動性を確保する効果が在り、また増粘剤は高い流動性下に於ける材料分離の抑制に効果を示す。凝結調整剤は、施工時の可使時間及び強度発現をコントロールする効果があり、セメント混和用ポリマーは、下地コンクリートとの接着性を高める効果を有している。また、繊維は、耐クラック性を向上させる効果を有している。
【００２２】
混和剤を添加する場合、その添加量はアルミナセメント１００質量部に対して１０質量部以下とする。添加量が多すぎると初期強度発現にマイナス要因として働くだけでなく、高価な混和剤の浪費に繋がり不経済である。
【００２３】
繊維の添加量は、アルミナセメント１００質量部に対して１０質量部以下とする。過剰な添加量は強度の低下に繋がると共に、下地コンクリートからの剥離の要因となる。
【００２４】
本発明の耐酸性セメント組成物には、高炉スラグを添加することが出来る。高炉スラグは、それの持つ潜在水硬性による硬化体強度を向上させる効果と共に、アルミナセメントクリンカー骨材同様、アルミナセメント水和物の転移に起因する強度低下を抑制する効果を有する、化学的反応性、特に耐酸性に優れた添加物である。
【００２５】
高炉スラグは、セメント混和材として一般的なものであり、市販されている。混和材として市販されている高炉スラグは、何れも問題なく使用できるが、ＪＩＳ  Ａ  ６２０６（コンクリート用高炉スラグ微粉末）の規格に適合するものが好ましい。また、その粉末度は、混和材用として市販されている物であれば特に制限されないが、２０００〜１００００ｃｍ２／ｇのブレーン比表面積を有する微粉末を使用するのが、添加効果発現性の面から好ましい。高炉スラグの過度の添加は、逆に強度発現性の低下に繋がることから、その量は、アルミナセメント１００質量部当たり１００質量部以下とするのが好ましく、１０〜５０質量部の添加がさらに好ましい。
【００２６】
本発明の耐酸性セメント組成物には、更に、川砂、海砂、山砂等のシリカ質骨材を添加することができる。シリカ質骨材の添加は、耐腐食性に余り影響を与えることなくコストダウンに繋がる。ただし、添加量が多すぎると耐腐食性の低下を招く。
【００２７】
本発明の耐酸性モルタル組成物では、水／セメント比を０．２〜０．６とするのが好ましい。水／セメント比が高すぎると強度発現性が不十分となり、一方低すぎると流動性が低すぎ、作業特性が低下するだけでなく、強度特性に劣る硬化体を与える場合がある。
【００２８】
本発明の耐酸性モルタル組成物は、一般のモルタル同様、本発明の耐酸性セメント組成物の各粉末材料を混合したものに所定量の水を加え、一般的な混練機を用いて混練して調製することができる。
【００２９】
調製後の耐酸性モルタル組成物は、コンクリート構造物などのコンクリート成形体の表面に塗着させ、その後に乾燥することにより硬化させる工程を利用して使用される。塗着施工は、モルタルの施工に一般的に用いられている、コテ塗りまたは吹付けで行なうことが出来る。吹付けで塗着させる場合には、モルタルポンプを用いて圧送するが、予めセメントノロを通し、圧送ホースとの摩擦を低減させておくのが好ましい。
【００３０】
表面が腐食、中性化した既設コンクリート成形体においては、切削や研磨等の適当な手段で表面の劣化層を除去した後の表面に本発明のモルタル組成物を塗着させる補修材として使用する。この場合の塗膜厚みは、除去した劣化部の深さに依存することになる。
【００３１】
また、新設のコンクリート成形体、あるいは既設のコンクリート成形体でも未だ表面の腐食や中性化を受けていないコンクリートの表面に予め塗着硬化させておくことで、コンクリート成形体表面における腐食、中性化を抑制するような使い方もできる。この場合の塗膜厚みは５ｍｍ以上とするのが好ましく、１０〜２０ｍｍとすればより好ましい。
【００３２】
【実施例】
以下では、具体的例を挙げて、本発明を更に詳しく説明する。
（１）使用材料
１）アルミナセメント：ラファージュ社製（ブレーン比表面積３２００ｃｍ２／ｇ、モノカルシウムアルミネート含有率  ５３質量％）
２）アルミナセメントクリンカー骨材：アルミナ含有率  ４０％、粒径２．５ｍｍ以下
３）製鋼ダスト：Ｆｅ２Ｏ３含有量：５８質量％、比重：３．９
４）高炉スラグ：ブレーン比表面積  ４５００ｃｍ２／ｇ
５）有機質混和剤：酢酸ビニル・べオバ共重合系樹脂粉末、メチルセルロース系増粘剤、ポリエチレングリコール基含有ポリエーテル系減水剤（Ｍｅｌｆｌｕｘ    ＰＰ１００Ｆ）、ビニロン繊維、クエン酸ナトリウム
６）シリカ質骨材：粒度  ４ｍｍ以下の山砂
【００３３】
（２）モルタル調製、供試体の作製
上記原料成分と水とを第１表に示される量にて、ホバート社製モルタルミキサーで３分間混合してモルタルを得た。
【００３４】
（３）供試体の作成
得られたモルタルを直径７．５ｃｍ×高さ１５ｃｍの円柱形鋼製型枠を用いて二層成形し、２０℃−相対湿度６５％の大気中に静置した。２４時間経過後脱型し、２０℃の水中に２８日間浸漬を行い、供試体とした。
【００３５】
（４）接着試験
得られたモルタルをコンクリート歩道板に塗りつけ、材齢２８日後に接着試験を実施した。
【００３６】
（５）モルタルの耐酸性試験
モルタルを塗着し、硬化させたコンクリート成形体の耐酸性の評価は、東京都下水道局施設監理部発行「コンクリート改修技術マニュアル（汚泥処理施設編、平成１２年１０月）に従って、５％硫酸浸漬試験により重量変化率（％）と硫酸浸透深さ（ｍｍ）を測定して行なった。
結果を表１に示す。
【００３７】
【表１】
2004292245.tif 000002
注：アルミナ骨材＝アルミナセメントクリンカ骨材
セメント組成物には全て１質量％の有機質混和剤が含まれている。
比較例３では、アルミナセメントの代わりにポルトランドセメントを用いている。
水量は、セメント組成物１００質量部に対して、実施例、比較例いずれも１６．８質量部である。
【００３８】
（６）評価結果
第１表に示されているように、本発明の耐酸性モルタル組成物を用いた場合には、５％硫酸浸積後の重量変化率、硫酸浸透深さ共に規格値を満足する程度に小さく、一方、コンクリート成形体に対する接着強度は規格値を満足する。
【００３９】
【発明の効果】
本発明の耐酸性セメント組成物は、モルタルとして用いることにより、下水処理場や汚泥処理場あるいは化成品工場等耐酸性が必要な施設における表面腐食が生じたコンクリート成形体表面の信頼性の高い補修を可能にするのみではなく、下水道および排水システム、パイプ、マンホールのライニング／再ライニングおよびその修復に有利に使用できる。