(57)【要約】【課題】高い耐酸性、とりわけ強力な硫酸抵抗性を有し、また硫酸酸性環境下に長期間置かれた場合でも二水石膏生成による膨張亀裂等の劣化が起こり難く、また硫酸酸性環境下に長期間曝されても高い強度発現性を安定して維持できるような長期耐酸性も十分兼ね備えたモルタル・コンクリートを提供する。【解決手段】下水汚泥溶融スラグ及び／又は都市ゴミ溶融スラグからなる骨材、セメント及び粒径１００μｍ以下のスラグ粉末を含有してなるモルタル・コンクリート。【選択図】　　なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
下水汚泥溶融スラグ及び／又は都市ゴミ溶融スラグからなる骨材、セメント及び粒径１００μｍ以下のスラグ粉末を含有してなるモルタル・コンクリート。
【請求項２】
スラグ粉末が急冷スラグからなることを特徴とする請求項１記載のモルタル・コンクリート。
【請求項３】
さらに粒径１００μｍ以下のシリカフューム及び／又はフライアッシュを含有する請求項１又は２記載のモルタル・コンクリート。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、海水、腐食液、酸性液などに対する長期安定性を必要とする建設物、構築物、製品等に適したモルタルやコンクリートに関する。
【０００２】
【従来の技術とその問題点】
化学的に過酷な環境下、例えば鉱水、温泉、海水、各種排水、化学溶液、或いは酸化雰囲気等などと直接接触する建設物、構築物又は製品にセメント系材料が使用されることがある。広汎に使用されているポルトランドセメント類は、アルカリに対する強力な抵抗性は備えているものの、酸に対する耐久性は乏しい。とりわけ、ｐＨ１〜３の硫酸酸性液と接触する部材等の場合、ポルトランドセメントを主成分としたモルタルやコンクリートでは、表層部の水酸化カルシウムが硫酸イオンと反応して二水石膏を生成し、更にアルミン酸三カルシウムとも反応してエトリンガイトを生成することがある。二水石膏やエトリンガイトの生成は体積増加を伴うため、モルタル・コンクリートの深部まで生成反応が進むと過度の膨張を起し、やがては硬化体の破壊をもたらす。防食ライニングを施すことで、硫酸酸性液とセメント系材質との直接接触を避けることも可能であるが、よほど入念に施工されない限り表面に微細なピンホールが発生し易く、また防食材が剥離したり微少なひび割れも発生し易く、それらの部分から酸が浸透すると膨張破壊に繋がる。
【０００３】
このため、下水処理施設のような特に硫酸抵抗性を必要とする建設物等に使用するセメントは、水和反応においてＣａＯ−ＳｉＯ２−Ｈ２Ｏ系化合物生成割合を増すことによって水酸化カルシウムの生成割合をできるだけ少なくしたセメントが必要になる。この種の市販品では高炉急冷スラグ微粉を潜在水硬性物質として含むスラグセメントがあるが、水和反応で生成する水酸化カルシウムの量は硫酸抵抗性を十分有する程には低減されたものにはならない。硫酸抵抗性を強化するためスラグ微粉含有割合を高めると、硬化時の収縮率が増大してひび割れが発生し易くなったり、強度低下をきたす。また単独では耐酸性が低いポルトランドセメントを用いる場合、これにフライアッシュやシリカフューム、高炉スラグ微粉などのアルカリ潜在水硬性物質を配合すると、得られるモルタル・コンクリート組成物は水酸化カルシウムの生成量がかなり抑制されるため、良好な耐酸性を有することが知られている。（例えば特許文献１、特許文献２参照）しかし、十分な耐酸性を発現させる上ではアルカリ潜在水硬性物質からなる微粉の含有割合をかなり高めねばならず、その結果硬化時の収縮率が一層拡大し、寸法制御が困難となる他、ひび割れが発生し、強度面での劣化やモルタル施工時などでは施工面からの剥離を起こすことがある。セメント用膨張剤による収縮抑制作用の付与は膨張剤がアルカリ質のため耐酸性低下に繋がるのでその併用には限界がある。またさらに、硫酸抵抗性を始めとする耐酸性を向上させかつ強度低下を抑制する方策として、特許文献３には高炉急冷スラグ微粉の使用と併せて、骨材に高炉スラグからなる骨材を使用することで高耐久のモルタル・コンクリートが得られることが開示されている。従来から知られている各種のスラグは一般に程度の差こそあれカルシウムを含むため、酸の中でも特に硫酸溶液と接するような状況下では、含有カルシウム分が硫酸イオンと反応して二水石膏を生成し、該二水石膏生成による体積膨張を起こす。製鋼高炉スラグは一般にカルシウムを含有率がＣａＯ換算で４０重量％前後と高いため、硫酸溶液と接する期間が長期になると、二水石膏の反応生成量も増大し、やがては膨張亀裂を発生するほどの膨張量となって、脆く崩壊し易くなる。このような製鋼高炉スラグからなる骨材を使用したモルタル・コンクリート硬化体は、長期に渡って硫酸酸性溶液と接すると、強度的な低下を招き易くなる。
【０００４】
【特許文献１】
特開２０００−１２８６１８号公報
【特許文献２】
特開２００２−１２８５５９号公報
【特許文献３】
特公平０３−０６１６２４号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、耐酸性に加え、特に強力な硫酸抵抗性を有し、とりわけ硫酸酸性環境下に長期間放置された場合でも劣化を起こし難く、高い強度発現性を安定して維持できるモルタル・コンクリートを提供することを課題とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、前記課題の解決に対し、耐酸性を有するスラグ粉を潜在水硬性物質として結合相形成成分に使用し、また一般にカルシウム含有量が高炉スラグよりも低く、且つアルカリ金属及び鉄属金属含有量が侵入する強酸に対しても中和作用等により浸食緩和させる能力を有する程度の量が確保されている下水汚泥溶融スラグ及び／又は都市ゴミ溶融スラグを骨材に使用することによって、長期間硫酸酸性環境下に置いても、高い強度発現性を維持できる強固なモルタル・コンクリート硬化体が得られたことから、本発明を完成するに至った。
【０００７】
即ち、本発明は、次の（１）〜（３）で表されるモルタル・コンクリートである。（１）下水汚泥溶融スラグからなる骨材及び／又は都市ゴミ溶融スラグからなる骨材、セメント及び粒径１００μｍ以下のスラグ粉末を含有してなるモルタル・コンクリート。（２）スラグ粉末が急冷スラグからなることを特徴とする前記（１）のモルタル・コンクリート。（３）さらに粒径１００μｍ以下のシリカフューム及び／又はフライアッシュを含有する前記（１）又は（２）のモルタル・コンクリート。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明のモルタル・コンクリートは、骨材等の分散相形成成分と該分散相を結合するセメント等の水硬性物質等を主体とする結合相形成成分からなる。
【０００９】
本発明のモルタル・コンクリートに必須含有されるセメントは何れのセメントでも使用でき、例えば各種のポルトランドセメントや混合セメント、シリカセメント、高炉セメント、アルミナセメント、耐硫酸塩セメントなどを挙げることができる。このうち、高炉セメント、アルミナセメント、耐硫酸塩セメントは、特に酸に対する抵抗性が他のセメントよりも高いので使用を推奨される。
【００１０】
また、本発明のモルタル・コンクリートに必須含有される粒径１００μｍ以下のスラグ粉末の種類は特に限定されず、例えば高炉スラグ、転炉スラグ、脱燐スラグ、脱ケイスラグ、脱硫スラグ、下水汚泥溶融スラグ、都市ゴミ溶融スラグ等を挙げることができる。また、該スラグ粉末は、好ましくは反応活性が高いことから急冷したスラグの粉末の使用、即ち高ガラス化率のスラグ粉末が推奨され、このようなスラグ粉末を使用することによって強度の向上を図ることができる。本発明では粒径１００μｍ以下のスラグ粉末は、主にモルタル・コンクリート硬化体の結合相形成成分として用いる。粒径１００μｍを超えるスラグ粉末では反応活性が低く、水和反応の進行が緩慢になるので結合相形成成分としての使用は好ましくない。また十分な反応活性を確保する上で、使用スラグ粉末の比表面積は３０００ｃｍ２／ｇ以上が望ましい。本発明のモルタル・コンクリートにおいて、粒径１００μｍ以下のスラグ粉末の配合量は前記セメント１００重量部に対し、２０〜１００重量部とする。スラグ粉末の配合量が２０重量部未満では硬化体結合相の耐酸性の向上が乏しくなり、また１００重量部を超えると硬化体強度が低下し易くなるるので何れも好ましくない。
【００１１】
また、本発明のモルタル・コンクリートは、下水汚泥溶融スラグからなる骨材及び／又は都市ゴミ溶融スラグからなる骨材を必須含有する。また下水汚泥源及び都市ゴミ源は特に限定されるものではない。本発明で使用する骨材を下水汚泥溶融スラグ及び／又は都市ゴミ溶融スラグとするのは、下水汚泥や都市ゴミはその採取源によって化学成分的には差異が見られるものの、これら差異を考慮しても一般に入手可能なものはカルシウム含有量が高炉スラグよりも低く、硫酸溶液と接する期間が長期になっても硫酸との反応で硫酸カルシウム類の生成による膨張が亀裂を発生するほどの膨張量には達し難いことによる他、酸、特に強酸の浸食に対してもこれを中和するなど浸食緩和できるアルカリ金属及び鉄属金属成分が適度に含有されていることにもよる。また該アルカリ金属及び鉄属金属成分は硫酸カルシウム類の生成によって発生するスラグ膨張圧に対抗し得る強度を付与できる可能性が高いことによる。好ましくは、下水汚泥溶融スラグ又は都市ゴミ溶融スラグの何れか一方を骨材に使用する場合は使用する方のスラグの、また両者を任意割合で骨材として混合使用するときはその混合物としての、カルシウム含有量は、酸化物（ＣａＯ）換算で１０〜４０重量％、より好ましくは１５〜３５重量％のものであって、アルカリ金属及び鉄属金属の合計含有量は、酸化物換算で２重量％以上、より好ましくは５重量％以上となるものを使用する。カルシウム含有量が酸化物換算で１０重量％未満の場合は耐酸性が低下するので好ましくない。アルカリ金属及び鉄属金属の合計含有量の上限値は特に限定されず、通常入手可能な都市ゴミや下水汚泥に含有される量なら支障はない。また、本発明で用いる骨材の粒径は、一般に細骨材及び／又は粗骨材として用いられている粒径に相当する範囲から、本発明のモルタル・コンクリートの適用対象に応じて適宜選定すれば良いが、好ましくは粒径０．１５ｍｍ以上とする。特にモルタルに使用する場合では粒径０．１５〜２．５ｍｍが好ましい。本発明のモルタル・コンクリートの骨材配合量は、セメント１００重量部に対し、１００〜７００重量部が好ましく、粒径０．１５〜２．５ｍｍの骨材を用いたモルタルでは１００〜３００重量部が特に好ましい。
【００１２】
本発明で骨材に使用する下水汚泥溶融スラグや都市ゴミ溶融スラグの製造方法は、採取された下水汚泥や都市ゴミを乾燥させ、必要により破砕・破断処理し、通常の溶融手法によって加熱溶融すれば良い。また、溶融状態からの冷却条件は任意とし、急冷又は徐冷の何れでも良い。このため、本発明で骨材に用いる下水汚泥溶融スラグや都市ゴミ溶融スラグのガラス化率は限定されない。
【００１３】
本発明のモルタル・コンクリートは、下水汚泥溶融スラグからなる骨材や都市ゴミ溶融スラグからなる骨材以外の骨材の混入使用は避ける方が望ましいが、完全に排除するものではなく、該骨材に近いかそれ以上の耐酸性と強度を有する骨材であれば、含有骨材全体の概ね２５体積％を超えない範囲で許容される。
【００１４】
また本発明のモルタル・コンクリートは、硬化体の強度発現性や耐酸性状に特段の支障を及ぼさない限り、前記成分以外の成分を含有することは制限されない。含有可能な成分としては、例えば硫酸カルシウムやポゾラン反応性物質などの水和硬化性無機物質、これ以外にも例えば凝結促進、硬化促進、硬化遅延、減水、増粘、保水、消泡等の性状を付与できるモルタル・コンクリートに使用可能な混和剤、更には例えば繊維、顔料、増量材、発泡材、ゼオライト等の粘土鉱物などのモルタル・コンクリートで使用可能な混和材を挙げることができる。
【００１５】
このうち、ポゾラン反応性物質、その中でも特に粒径１００μｍ以下のシリカフューム及び／又はフライアッシュを含有するのが好ましい。より好ましくは、粒径１μｍ以下で比表面積１００００ｃｍ２／ｇ以上のシリカフューム、比表面積４０００ｃｍ２／ｇ以上のフライアッシュを含有するのが良い。本発明ではシリカフュームやフライアッシュを、主に初期からより長期に渡る高い強度発現性の付与及び硬化体の水密性を向上させるために配合使用するので、その配合量はセメント１００重量部に対し最大５０重量部が望ましい。５０重量部を超えると亀裂発生の可能性があり、強度維持が困難となるので好ましくない。尚、約５重量部未満では配合効果が殆ど現れない。
【００１６】
本発明のモルタル・コンクリートの配合各成分の混合・混練方法は限定されず、例えば混合・混練機に使用全成分を水と共に一括投入しても、任意の順に投入しても良く、混合・混練機も限定されず、例えばスキ型ミキサ、プローシェアミキサ、リボンミキサ、噴射式ミキサ、左官ミキサ、強制ミキサ、連続ミキサ等が使用できる。また、水の配合量も用途に応じて選定すれば良いが、好ましくはセメント等の水硬性物質１００重量部に対し、３０〜５０重量部にすると強度発現性のより高い硬化体が得らる。
【００１７】
本発明のモルタル・コンクリートは、その施工や製品製造にあたっての制約は特に受けず、用途に応じた方法を概ね自在に選択することができる。一例としてモルタルとして適応可能な施工方法を示すと、鏝による左官施工、スネークポンプ、スクィーズポンプ又はプランジャーポンプによる吹付け施工、グラウト施工などで行なうことができる。
【００１８】
【実施例】
以下、実施例により本発明を説明する。
［使用材料］　次のＡ〜Ｋで記した材料を用い、モルタル混練物及びその硬化体を作製した。尚、表１の化学成分含有量は含有金属成分を表記の酸化物とした場合の換算。
Ａ：普通ポルトランドセメント（太平洋セメント株式会社製）
Ｂ：ブレーン比表面積約８０００ｃｍ２／ｇの高炉水砕スラグ微粉末（商品名：ファインセラメント、第一セメント株式会社製）
Ｃ：表１に記載した化学成分を含有する下水汚泥溶融スラグ（Ｆ．Ｍ．＝２．５）
Ｄ：表１に記載した化学成分を含有する都市ゴミ溶融スラグ（Ｆ．Ｍ．＝２．５）
Ｅ：表１に記載した化学成分を含有する高炉水砕スラグ（Ｆ．Ｍ．＝２．５、住金鹿島鉱化株式会社製）
Ｆ：珪砂骨材（Ｆ．Ｍ．＝２．５、山形県産）
Ｇ：膨張剤（商品名：太平洋エクスパン、太平洋マテリアル株式会社製）
Ｈ：保水剤（商品名：９０ＳＨ−４０００、信越化学工業株式会社製）
Ｉ：高性能減水剤（商品名：マイティー１００、花王株式会社製）
Ｊ：シリカフューム（粒径５μｍ以下、平均粒径０．１１μｍ、平均比表面積２１０００ｃｍ２／ｇ、シムコア社製）
Ｋ：フライアッシュ（粒径２０μｍ以下、平均粒径５．２μｍ、平均比表面積６１００ｃｍ２／ｇ、太平洋セメント株式会社製）
【００１９】
【表１】
2004137086.tif 000002
【００２０】
［モルタル混練物の作製］　前記Ａ〜Ｋから選定された材料と水を表２に表す配合量となるよう、ホバートミキサーにほぼ同時に一括投入し、２０℃で混合・混練を約３分間行い、モルタル混練物（本発明品に係わる実施例１〜９並びに本発明外の参考品に係わる比較例１〜４）を作製した。
【００２１】
【表２】
2004137086.tif 000003
【００２２】
［硬化体の性状評価］　前記混練物から、ＪＩＳ　Ａ　１１３２に準拠した方法で直径７．５ｃｍ、高さ１５ｃｍの円柱状の硬化供試体を作製し、当該供試体の材齢２８日の一軸圧縮強度を測定した。また、該供試体をｐＨ０．４±０．１に調整した硫酸溶液４．４リットルに浸漬させ、該硫酸溶液を２週間毎に全量交換し、２６週間の連続浸漬を行なった。浸漬後の供試体は水洗及び乾燥した後、ＪＩＳ　Ａ　１１０８に準拠した方法で一軸圧縮強度を測定した。
【００２３】
更に、前記混練物から作製した直径７．５ｃｍ、高さ１５ｃｍの円柱状の硬化試験体の硫酸抵抗性をＪＩＳ　Ａ　１１３２に準拠した方法で調べた。即ち、材齢２８日まで硬化試験体を水中養生した後、該試験体の直径（Ｄ０）を測定した。次いでこの試験体をｐＨ０．４±０．１に調整した硫酸溶液４．４リットルに浸漬させ、該硫酸溶液を１週間毎に全量交換し、８週間の連続浸漬を行なった。浸漬後、試験体を水洗し、ダイヤモンドカッターで端面から長手方向７．５ｃｍの箇所で断面を切断した。乾燥させた切断面にフェノールフタレイン１％アルコール溶液を噴霧して赤色を呈した部分の直径（Ｄ１）を測定し、次式から算出した硫酸浸透深さをもって硫酸抵抗性を評価した。
硫酸浸透深さ＝（Ｄ０−Ｄ１）／２
硫酸浸透深さが浅いものほど高い硫酸抵抗性を有する。以上の結果を表３に記す。
【００２４】
【表３】
2004137086.tif 000004
【００２５】
【発明の効果】
本発明によるモルタル・コンクリートは、強酸性液、とりわけ高濃度の硫酸に対する抵抗性に突出すると共に、長期間に渡って硫酸と接触しても劣化等を起こし難く、安定して高い強度発現性を有することができる。このため本発明によるモルタル・コンクリートは、下水処理施設、食品工場、化学薬品工場などの酸性液貯留施設或いは耐食管などへの利用に特に適したものとなる。