(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
膨潤度５〜40、Li2O量２％以上のリチウムベントナイトを含有してなるスラッジ低減材。
【請求項２】
セメントと請求項１記載のスラッジ低減材を含有してなるセメント組成物。
【請求項３】
請求項２記載のセメント組成物を使用してなる遠心成型体。
【請求項４】
コンクリートを混練する際に、請求項１記載のスラッジ低減材を混練水の一部に懸濁させてコンクリートに単位量で３〜８kg/m3添加して、遠心成型することを特徴とするスラッジの発生の低減とアルカリ骨材反応を抑制する遠心成型体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、スラッジ低減材、それを使用してなる遠心成型体、及びその製造方法に関し、詳しくはモルタル又はコンクリートを遠心成型して製造する、コンクリートパイル、ポール、鋼管複合パイル、鋼管ライニング、及びヒューム管等の製造時に発生するスラッジを低減又は防止するスラッジ低減材、それを使用してなる遠心成型体、及びその製造方法に関する。
なお、本発明でいう部や％は特に規定のないかぎり質量基準である。
【０００２】
【従来の技術とその課題】
通常、パイルやポールなど、遠心成型によって製造されるコンクリート製品の製造時には、遠心力によって管の内面にスラッジが絞り出されてくる。
このスラッジは、水の他に固形分として20〜40％のセメントや砂の微粒分を含有し、強アルカリであるため、公害防止上、そのまま工場外に廃棄することはできず、固形分の沈殿濾過廃棄処理や廃水の中和処理に多くの時間と経費をかけているのが現状であった。
【０００３】
このスラッジの発生を低減又は防止するために、ベントナイト、又は、ベントナイト、シリカ質微粉末、及び粘土鉱物を使用するスラッジ低減材が提案されている（特開平03−247543号公報）。
しかしながら、このスラッジ低減材はスラッジの発生を低減又は防止するには有効であるが、アルカリ骨材反応の抑制には充分ではなかった。
【０００４】
また、一般にパイルやポールなどのコンクリート製品では早期に高強度を得るため、単位セメント量が多く、アルカリ総量が大きくなる。このため、アルカリ骨材反応において無害でない反応性骨材が使用された場合には、アルカリ骨材反応により長期的にコンクリートにひび割れが生じ、耐久性が損なわれる場合があった。このため、スラッジの発生を低減又は防止するとともに、アルカリ骨材反応を抑制する材料が求められていた。
【０００５】
本発明者は、種々の検討を重ねた結果、特定のスラッジ低減材を使用することにより、前記課題を解決できるとの知見を得て、本発明を完成するに至った。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
即ち、本発明は、膨潤度５〜40、Li2O量２％以上のリチウムベントナイトを含有するスラッジ低減材であり、セメントと該スラッジ低減材を含有するセメント組成物であり、それを使用してなる遠心成型体であり、更にコンクリートを混練する際に、該スラッジ低減材を混練水の一部に懸濁させてコンクリートに単位量で３〜８kg/m3添加して、遠心成型することを特徴とするスラッジの発生の低減とアルカリ骨材反応を抑制する遠心成型体の製造方法である。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を詳細に説明する。
【０００８】
本発明のスラッジ低減材を使用することで、コンクリートの保水力を増し、遠心成型時に発生するスラッジを低減でき、かつ、アルカリ骨材反応を抑制することが可能となる。
【０００９】
本発明で使用するリチウムベントナイト（以下、Liベントという）とは、特に限定されるものではないが、モンモリロナイト等の層状構造を有するアルミノシリケートであり、その層間にリチウムを含有するものを総称するもので、膨潤性を有するものである。
Liベントの膨潤性は産地や鉱床によって異なるが、A.C.C.法（American Collid Campany規格）による膨潤度が５〜40程度のものが好ましい。膨潤度が５未満では保水力が不足し、スラッジ低減効果が充分に得られない場合がある。
Liベントの構造は、通常、Si4+を中心とする酸素四面体の二次元シートとAl3+を中心とする酸素八面体のシートの組合わせで層状構造を形成している。
この四面体のSi4+をAl3+と置換することによって生じた層電荷により、層間にイオン交換可能なリチウムを担持することが可能となる。層間に担持されたリチウムイオンは、イオン交換反応によりNaイオンやＫイオンと交換される。
本発明では、Liベントを用いることで、NaイオンやＫイオンを捕集でき、アルカリ骨材反応の主要因であるナトリウムやカリウムの量を低減することが可能である。
本発明のLiベント中のリチウム含有量は特に限定されるものではないが、Liベント100部中、Li2O量として、２部以上が好ましく、３部以上がより好ましい。２部未満では充分なアルカリ骨材反応の抑制効果が得られない場合がある。
Liベントの合成手段は特に限定されるものではないが、まず、Na、Ｋ、又はCaのベントナイトを合成しておき、これらをリチウム塩の水溶液に分散させ、イオン交換してLiベントとする方法や、合成時にあらかじめリチウムフッ化物等を混合しておき、直接的に合成する方法などがある。
【００１０】
本発明のスラッジ低減材の使用量は、Liベントの膨潤度が大きいほど、少量でスラッジ低減効果を示す。通常、単位量で１〜10kg/m3が好ましく、３〜８kg/m3がより好ましい。１kg/m3未満ではスラッジ低減効果が充分ではなく、また、充分なアルカリ骨材反応の抑制効果が得られない場合があり、10kg/m3を越えると単位水量が増加し、強度が低下するばかりでなく、スラッジの発生量が逆に増加する場合がある。
【００１１】
本発明で使用するセメントは特に限定されるものではなく、通常使用されている普通、早強、超早強、中庸熱、及び低熱等の各種ポルトランドセメントや、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、石灰石微粉末、又はシリカ等を混合した各種混合セメント、さらに、膨張セメントや、微粉スラグをJIS規格以上に配合したセメント等いずれも使用可能である。
さらに、これらに無水石膏を主成分とする高強度混和材や、膨張材などのセメント混和材を併用することも可能である。
【００１２】
本発明では、前記各材料の他に、ＡＥ剤、減水剤、ＡＥ減水剤、高性能減水剤、高性能ＡＥ減水剤、流動化剤、消泡剤、増粘剤、防錆剤、防凍剤、収縮低減剤、高分子エマルジョン、凝結調整剤、ハイドロタルサイト等のアニオン交換体、無機リン酸塩、並びに、ホウ酸等の一種又は二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。
【００１３】
コンクリートの練混ぜ方法も特に制限されるものではなく、通常行われている方法でよい。セメントと骨材、及び水等を混合する装置としては、既存の撹拌装置が使用でき、例えば、傾胴ミキサ、オムニミキサ、Ｖ型ミキサ、ヘンシェルミキサ、及びナウタミキサ等が使用可能である。
【００１４】
本発明のスラッジ低減材の混合方法は、粉末で混合する方法や、水又は水と減水剤などに懸濁して混合する方法などが可能であるが、懸濁液にして混合した方が、より少量でスラッジ低減効果が現れる面から好ましい。
さらに、減水剤を後添加する練混ぜ方法では、減水剤を添加した後にスラッジ低減材の懸濁液を添加すると、より少量でスラッジ低減効果が発揮されるのでより好ましい。
【００１５】
遠心成型方法は特に制限されるものではなく、低速（ＧNo.１〜５）で１〜３分、中速（ＧNo.12〜18）で３〜５分、及び高速（ＧNo.30〜40）で３〜５分行う常法が使用可能であるが、本発明のスラッジ低減材を使用したコンクリートはプラスチックとなるので、軸方向への伸びを良くするために、また、特に盛込み式の低スランプのコンクリートを使用する場合には、ジャンカを防止するために低速のＧNo.を３以下で３分以上行うのが好ましい。高速のＧNo.や回転時間はスラッジの発生がなくてコンクリートの締まりが良く、遠心成型後に製品を運搬する時に衝撃で脱落しない程度であれば特に限定されるものではない。
【００１６】
【実施例】
以下、実験例に基づき本発明をさらに詳細に説明する。
【００１７】
実験例１
天然カオリナイト、硝酸マグネシウム、及びフッ化リチウムを主原料とし、Si／Alモル比を調整するため、硝酸アルミニウムと酸化ケイ素を副原料として使用し、Li2O量を変えた種々の組成のLiベントを合成した。
天然カオリナイトを700℃、18時間焼成してメタカオリナイトとし、これに硝酸マグネシウムを混合した。メタカオリナイトのSi／Alモル比が１の場合は、メタカオリナイトと硝酸マグネシウムをモル比で１：３になるように混合し、メタカオリナイトのSi／Alモル比が１を越える場合は、硝酸アルミニウムと酸化ケイ素を混合して調整した。これら混合物とフッ化リチウムを重量比１：１で混合し、大気中で800℃、24時間焼成した。
得られた焼成物に含まれる未反応のフッ化リチウムを蒸留水で洗浄除去した後に遠心分離した。さらに、フッ化物不純物を除去するため、飽和ホウ酸で洗浄し、再度蒸留水で洗浄後遠心分離し、60℃の恒温室で乾燥した。合成したLiベントは、粉末Ｘ線回折法で同定し、層状化合物に特有の底面反射型の回折パターンを示すことを確認した。また、JIS R 5201に準じてLi2O量を測定した。なお、合成したLiベントの膨潤度はいずれも35程度であった。
水セメント比45％、細骨材率40％、単位セメント量450kg/m3の配合を用い、コンクリートのスランプが同程度になるように減水剤で調整し、表１に示すLiベントを混練水の一部に懸濁させて添加し、コンクリートを作製した。
遠心成型は、専用の型枠に作製したコンクリート18kgを投入し、低速を２Ｇ×３分、中速を15Ｇ×４分、高速を35Ｇ×５分の条件で行った。この際、型枠の両端の中空解放部に蓋をし、スラッジが発生した場合に漏れないようにした。
外径20×長さ30×肉厚５cmの遠心成型体を成型し、遠心成型時に発生するスラッジ量を測定した。結果を表１に併記する。
【００１８】
＜使用材料＞
天然カオリナイト：ジョージア産カオリナイト
硝酸マグネシウム：市販試薬１級
硝酸アルミニウム：市販試薬１級
酸化ケイ素：市販試薬１級
フッ化リチウム：市販試薬１級
セメント  ：市販普通ポルトランドセメント、比重3.16
細骨材    ：新潟県姫川産川砂、比重2.62
粗骨材    ：新潟県姫川産川砂利、比重2.64、最大骨材寸法25mm
水        ：水道水
減水剤    ：市販高性能減水剤、ポリアルキルアリルスルホン酸塩系
【００１９】
【表１】
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【００２０】
表１から明らかなように、Liベントを配合することにより、保水力が増し、スラッジ発生量を低減することが可能である。
【００２１】
実験例２
砂を用いて実験例１と同様にコンクリートを練混ぜ、５mmの篩を使用してウエットスクリーニングした。得られたモルタルを用いてアルカリシリカ反応性試験を実施した。結果を表２に示す。
【００２２】
＜使用材料＞
砂        ：サヌカイト質輝石安山岩、JIS A 5308付属書７（化学法）により、溶解シリカ量が750mmol/l、アルカリ濃度減少量が200mmol/lで、無害でないと判定されたもの。
【００２３】
＜測定方法＞
アルカリシリカ反応性試験（モルタルバー法）：JIS A 5308付属書８に準じて測定した。0.1％以上の膨張を示したものは、無害でないと判定。
【００２４】
【表２】
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【００２５】
表２から明らかなように、本発明のスラッジ低減材を使用していないモルタルの膨張率は0.1％を越え、無害でないと判定されたのに対し、本発明のスラッジ低減材を配合した場合には、0.1％を下回り、無害と判定され、アルカリ骨材反応の抑制効果を示した。
【００２６】
【発明の効果】
本発明のスラッジ低減材を使用することにより、現在、産業廃棄物として処理されているスラッジの発生を低減することが可能であるとともに、アルカリ骨材反応を抑制し、耐久性に優れたコンクリート製品を製造することが可能となる。