(57)【要約】【課題】耐酸性、特に強力な硫酸抵抗性を有し、硫酸酸性環境下に長期期間曝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。【解決手段】セメント、粒子径１００μｍ以下のスラグ微粉末及び鉄成分が酸化物換算で１５質量％以上且つカルシウム成分と鉄成分の合計含有量が酸化物換算で３０質量％以上である溶融スラグ骨材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】
セメント、粒子径１００μｍ以下のスラグ微粉末及び鉄成分が酸化物換算で１５質量％以上且つカルシウム成分と鉄成分の合計含有量が酸化物換算で３０質量％以上である溶融スラグ骨材を含有してなるモルタル・コンクリート。
【請求項２】
スラグ微粉末が急冷スラグから得られたものである請求項１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、長期期間に渡って酸と接触しても劣化を起こし難く、安定した強度を発現するモルタル・コンクリートに関する。
【０００２】
【従来の技術】
化学的に過酷な環境下、例えば湧水、温泉、海水、各種排水、化学溶液、或いは酸化雰囲気等と直接接触する建設物、構造物又は製品にモルタル・コンクリートのようなセメント系材料が使用されることがある。最も汎用されているポルトランドセメント類はアルカリに対しては強力な抵抗性を備えているものの、酸性環境下での耐久性は乏しい。とりわけ、ｐＨ１〜３の硫酸酸性溶液と接触する部材に、ポルトランドセメントを主成分とするモルタル・コンクリートを使用すると、表層部の水酸化カルシウムが硫酸イオンと反応して２水石膏を生成し、更に場合によりアルミン酸三カルシウムと反応してエトリンガイドを生成することがある。ニ水石膏やエトリンガイド生成は体積増加を伴うため、部材等の表層部から膨張破壊を起こし、やがては構造体の破壊をもたらす。構造体の表面に防食ライニングを施すことで、硫酸酸性溶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、ライニング材表面に微細なピンホールが存在すると、そこから硫酸が浸透し膨張破壊を起こし防食材が剥がれ、更に膨張破壊が進む。このピンホールを防ぐ為には緻密な施工が必要となる。
【０００３】
このため、下水処理施設のような硫黄酸化細菌により硫酸が発生する環境の構造物には、硫酸抵抗性を有することが必要とされ、水和反応後の水酸化カルシウムの生成をできるだけ少なくしたセメントが必要となる。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高炉セメントが知られているが、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ならない。また、硫酸抵抗性を向上させるためにスラグ微粉末の含有率を高めると、硬化時の収縮率が大きくなりひび割れが発生し易くなったり、強度低下等の問題が生じる。
【０００４】
例えば、単独では耐酸性が低いポルトランドセメントに、フライアッシュ、シリカヒュームや高炉スラグ微粉末等の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、良好な耐酸性を有することが知られているが（例えば、特許文献１、特許文献２参照）、十分な耐酸性を発現させる上ではスラグ微粉末の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、ひび割れが発生し易くなり、更に躯体から剥離を起こすことがある。また、セメント用膨張材による収縮抑制作用の付与は、膨張材がアルカリ質のため耐酸性の低下を招くためその併用には限界がある。
【０００５】
また、硫酸抵抗性を始めとする耐酸性を向上させる方策として、高炉急冷スラグ微粉末の使用と併せて、骨材として高炉急冷スラグからなる骨材を使用することにより高耐久性のモルタル・コンクリートが得られることが報告されている（例えば、特許文献３参照）。これは、スラグ骨材中のカルシウム分が、浸透してきた酸と反応して酸の浸食を抑え、耐酸性が向上することに基づくものである。
しかしながら、急冷スラグは主としてガラス構造のため強度が低く脆い。また、酸、特に硫酸溶液に接する状況下では、スラグに含まれるカルシウムと硫酸イオンが反応しニ水石膏を生成し、該ニ水石膏生成により体積膨張を起こすことから、これを骨材として使用したモルタル・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低下を招きやすくなるという問題がある。
【０００６】
【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
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、耐酸性、特に強力な硫酸抵抗性を有し、硫酸酸性環境下に長期期間曝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目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、斯かる実情に鑑み、耐酸性を有する潜在水硬性物質及び骨材について検討したところ、スラグ粉末を潜在水硬性物質として使用すると共に、鉄を多く含有する溶融スラグを骨材として使用することによって、長期硫酸酸性環境下に曝されても、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ることを見出し、本発明を完成するに至った。
【０００９】
すなわち本発明は、セメント、粒子径１００μｍ以下のスラグ微粉末及び鉄成分が酸化物換算で１５質量％以上且つカルシウム成分と鉄成分の合計含有量が酸化物換算で３０質量％以上である溶融スラグ骨材を含有してなるモルタル・コンクリートを提供するものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明のモルタル・コンクリートは、セメント、粒子径１００μｍ以下のスラグ微粉末及び鉄成分が酸化物換算で１５質量％以上且つカルシウム成分と鉄成分の合計含有量が酸化物換算で３０質量％以上である溶融スラグ骨材を含有してなるものである。
【００１１】
本発明において使用されるセメントは、特に限定されず、例えば、各種ポルトランドセメントや混合セメント、高炉セメント、シリカセメント、フライアッシュセメント、アルミナセメント、耐硫酸塩セメント等が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、耐硫酸塩セメントが、特に硫酸に対する抵抗性が高いことから好ましい。
【００１２】
粒子径１００μｍ以下のスラグ粉末としては、例えば、高炉スラグ、転炉スラグ、脱リンスラグ、脱ケイスラグ及び脱硫スラグ等のスラグ粉末が挙げられ、スラグの種類は特に限定されないが、スラグ粉末は反応活性が高いことから、急冷スラグの微粉末、即ち高ガラス化率のスラグ粉末を用いるのが好ましい。斯かるスラグ粉末を使用することにより強度及び耐久性の向上を図ることができる。
【００１３】
当該スラグ粉末は、その粒子径が１００μｍ以下であるものが用いられる。粒子径が１００μｍを超えるとスラグ粉末は反応性が低く、水和反応の進行が緩慢になり好ましくない。
また、当該スラグ粉末は十分な反応活性を確保する点から、比表面積が３０００ｃｍ２／ｇ以上のものを使用するのが特に好ましい。
【００１４】
当該粒子径１００μｍ以下のスラグ微粉末の配合量は、前記セメント１００質量部に対して、２０〜１００質量部であるのが好ましい。スラグ粉末の配合量が２０質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質量を超えると硬化体強度が低下し易くなるので好ましくない。
【００１５】
本発明のモルタル・コンクリートにおいては、分散相形成成分として鉄成分含量が多い溶融スラグ骨材、具体的には鉄成分が酸化物換算で１５質量％以上で且つカルシウム成分と鉄成分の合計含有量が酸化物換算で３０質量％以上のものが使用される。
高炉スラグのように、鉄成分が殆どなくカルシウム成分を酸化カルシウム換算で４０質量％前後含むものは、硫酸溶液と長期期間接すると、ニ水石膏の生成量も増大し、骨材として形状が保てず、脆く崩壊しやすくなることから、使用には適さない。
鉄成分が酸化物換算で１５質量％未満であると、酸と反応した後の強度低下が大きくなるので好ましくなく、鉄成分とカルシウム成分の総量が酸化物換算で３０質量％を下回ると耐酸性能が低下するので好ましくない（図１参照）。
一方、鉄成分とカルシウム成分の合計含有量の上限値は特に限定されないが、鉄成分は、酸化物換算で７０質量％を超えると、比重が大きくなり、骨材分離を起しやすくなると考えられることから、７０質量％以下であるのが好ましい。
【００１６】
斯かる溶融スラグ骨材としては、上記の要件を満たすものであれば、急冷、水冷、空冷、徐冷等の製造方法に拘わらず使用でき、また構造もガラス質でも結晶質でもよい。具体的には、転炉スラグ、電気炉スラグ、銅スラグ、下水汚泥溶融スラグ、都市ゴミ溶融スラグ等が挙げられ、特に電気炉スラグが好ましい。
【００１７】
また、上記骨材の粒子径は、一般に細骨材及び／又は粗骨材として適用対象に応じて適宜選定すれば良いが、好ましくは粒子径０．１５ｍｍ以上、特にモルタルの場合では、粒子径０．１５〜２．５ｍｍとするのが好ましい。
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質量部に対し、１００〜７００質量部が好ましく、前記のような骨材粒子径のモルタルでは１００〜３００質量部が好ましい。
【００１８】
本発明のモルタル・コンクリートにおいては、上記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、これを完全に排除するものでなく、該骨材に近いかそれ以上の強度を有する骨材であれば、含有骨材全体の概ね３０体積％を超えない範囲で含まれていてもよい。
【００１９】
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してもよい。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物質等の水硬性無機物質の他、例えば凝結調整、硬化促進、硬化遅延、減水、増粘、保水、消泡、撥水、防水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、金属や高分子や炭素等の材質からなる繊維、顔料、増量材、発泡材、ゼオライト等の粘土鉱物等のモルタル・コンクリートに使用可能な混和材を挙げることができる。
【００２０】
本発明のモルタル・コンクリートにおける配合各成分の混合・混練方法は、特に限定されず、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・混練機も限定されるものではない。混合・混練機としては、例えば、スキ型ミキサ、プローシェアーミキサ、リボンミキサ、噴射式ミキサ、ハンドミキサ、左官ミキサ、強制ミキサ、連続ミキサ等が使用できる。水の配合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組成物１００質量部に対し３０〜５０質量部にすると、強度発現性のより高い硬化体が得られる。
【００２１】
また、その施工や製造にあたっての制約も特に受けることはなく、用途に応じた方法を概ね自在に選択することができる。モルタルとして適応可能な施工方法の一例を示せば、鏝による左官施工、スクィーズポンプ、スネークポンプ、プランジャーポンプ等による吹付け施工、グラウト施工等が挙げられる。
【００２２】
【実施例】
以下、実施例により本発明を詳しく説明する。
【００２３】
［使用材料］
次のＡ〜Ｉで記した材料を用い、モルタルベースの混和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値。
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４０００ｃｍ２／ｇの急冷高炉スラグ微粉末（商品名「セラメント」第一セメント（株）製）
Ｃ：表１に記載した化学成分を含有する溶融スラグ骨材（Ｆ．Ｍ．＝２．５、電気炉スラグ）
Ｄ：表１に記載した化学成分を含有する溶融スラグ骨材（Ｆ．Ｍ．＝２．５、銅スラグ）
Ｅ：表１に記載した化学成分を含有する溶融スラグ骨材（Ｆ．Ｍ．＝２．５、下水汚泥溶融スラグ）
Ｆ：表１に記載した化学成分を含有する高炉水砕スラグ骨材（Ｆ．Ｍ．＝２．５、住金鹿島鉱化（株）製）
Ｇ：珪砂骨材（Ｆ．Ｍ．＝２．５、山形県産）
Ｈ：膨張材（商品名：太平洋エクスパン  構造用、太平洋マテリアル株式会社製）
Ｉ：保水剤（商品名：９０ＳＨ−４０００、信越化学工業株式会社製）
Ｊ：減水剤（商品名：マイティー１００、花王株式会社製）
【００２４】
【表１】
2005008460.tif 000002
【００２５】
［混練物の作製］
前記Ａ〜Ｉから選定した材料を表２に示す配合量となるようホバートミキサに投入し１分間混合する。その後、表２記載の水量を投入し、ホバートミキサで３分間混練し、モルタル混練物（実施例１〜６、比較例１〜４）を作製した。
【００２６】
【表２】
2005008460.tif 000003
【００２７】
［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、圧縮強度測定用の直径７．５ｃｍ、高さ１５ｃｍの円柱状に硬化供試体を作製し、該当供試体の材齢２８日の一軸圧縮強度試験をＪＩＳ  Ａ  １１０８に準じた方法で行った。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、２８週間の連続浸漬を行った。浸漬後の供試体は水洗及び乾燥した後、一軸圧縮強度を測定した。
【００２８】
更に、前記混練物から作製した直径７．５ｃｍ、高さ１５ｃｍの円柱状に作製した硬化試験体の硫酸抵抗性を次の手順で測定した。
まず、ＪＩＳ  Ａ１１３２に示す方法で、硬化試験体を材齢２８日まで水中養生した後、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、１０週連続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の個所で断面を切断した。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に表す。
【００２９】
硫酸浸透深さ＝（Ｄ０−Ｄ１）／２
【００３０】
【表３】
2005008460.tif 000004
【００３１】
【発明の効果】
本発明のモルタル・コンクリートは、強酸性液、とりわけ高濃度硫酸雰囲気下における酸抵抗性に優れ、長期期間に渡って酸と接触しても劣化を起し難く、安定した高い強度発現性を有する。従って、本発明によれば、下水処理施設、畜産施設、食品工場、化学薬品工場等の酸性液貯留施設或いは耐食管等への利用に特に適したモルタル・コンクリートを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、スラグ骨材中の化学成分と硫酸浸透深さの関係を示す図である。
【図１】
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