(57)【要約】【課題】  使用環境によって脆弱層を生じることが無く、酸性下に長期間曝されても酸が侵入し難く、多少とも酸、特に硫酸、が侵入した場合でも内部での酸の滞留を阻み、浸食劣化の進行を著しく低減でき、耐久性を飛躍的に向上させたモルタル・コンクリートを提供する。【解決手段】  カルシウムと鉄を化学成分として含む骨材であって、その合計含有量が酸化物換算で３０〜７０重量％の骨材と、アルミナセメント系ポリマーセメントを含有してなる耐食性モルタル・コンクリート。【選択図】    なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
カルシウムと鉄を化学成分として含む骨材であって、その合計含有量が酸化物換算で３０〜７０重量％の骨材と、アルミナセメント系ポリマーセメントを含有してなる耐食性モルタル・コンクリート。
【請求項２】
骨材に化学成分として含有される鉄の量が酸化物換算で１５〜５０重量％である請求項１記載の耐食性モルタル・コンクリート。
【請求項３】
粒径１０５μｍ以下の粒子構成割合が９９％以上のスラグ粉末を含有する請求項１又は２の耐食性モルタル・コンクリート。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、海水、酸性腐食液等に対し、高い抵抗性を有するモルタルやコンクリートに関する。
【背景技術】
【０００２】
湧水、温泉、海水、各種排水、化学溶液、或いは酸化雰囲気などと接触するような化学的に過酷な環境下で使用される材料としてコンクリートやモルタルが用いられるケースがある。コンクリートやモルタルのうち、ポルトランドセメントを硬化結合成分とするものはアルカリ抵抗性は極めて高いものの、酸性環境下での使用では制約がある。特にｐＨ１〜３の強硫酸溶液や亜硫酸ガスに対してはコンクリートやモルタル硬化相に存在する水酸化カルシウムやアルミン酸三カルシウムが反応してそれぞれ二水石膏やエトリンガイトを生成する。その生成時には何れも比較的大きい体積膨張を伴い、破壊することがある。
【０００３】
下水処理施設等では硫黄酸化細菌により硫酸が大量に形成されるので、当該施設で使用するコンクリートやモルタルは、セメントとしてアルミナセメントが使用されることが多い。アルミナセメントは水和によっても水酸化カルシウムやアルミン酸三カルシウムを殆ど生成しない為、酸による腐食、とりわけ硫酸による腐食劣化の進行を著しく抑制することができる。しかし、アルミナセメントは水和反応に大量の水を要すことから、コンクリートやモルタル施工時の環境が比較的乾燥している場合では蒸発により水和に供される水分不足となって未水和部分が硬化体表面近傍に残存し易く、これが脆弱層となってひび割れや強度低下を起こす。ひび割れや強度低下の抑制手段として、補修材料等で広く使用されているポリマーセメントを主成分としたモルタル・コンクリートを使用することができる。（例えば特許文献１及び２参照）。しかるに、ポリマーセメント中に形成されるポリマーフィルムは、水との接触で水溶性成分が抜け落ちたり、吸水膨張することもある。このような変化が酸性下で起ると、モルタル・コンクリート硬化体内に酸が浸透することがあり、一旦内部侵入した酸はポリマー層によって硬化体内から放出され難く、長期間酸が残留し続けると内部からも浸食劣化が徐々に進行する。硬化体表層部のみならず内部からの酸浸食も進行すると、その浸食速度が低いものであっても、硬化体としての強度等の低下はそれ以上に進み易く、耐久性の劣化が早まる。
【０００４】
【特許文献１】特許第２９５１３８５号公報
【特許文献２】特開２００３−８９５６５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、使用環境によって脆弱層を生じることが無く、酸性下に長期間曝されても酸が侵入し難く、多少とも酸、特に硫酸、が侵入した場合でも内部での酸の滞留を阻み、浸食劣化の進行を著しく低減でき、耐久性を飛躍的に向上させたモルタル・コンクリートを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明者らは、前記課題解決のため検討を重ねた結果、酸抵抗性やひび割れ抵抗性の高いアルミナセメント系のポリマーセメントを使用しつつ、モルタル・コンクリート中に酸が侵入した場合でも、内部での酸の滞留を阻むために、酸と反応してこれを中和し、しかも中和反応によって体積膨張や強度的に脆弱化する生成相を生じない特定の成分を含有主体とする骨材を使用すること等により、モルタル・コンクリート全体の浸食進行を抑制でき、化学的に過酷な環境下でも長期間安定した耐久性を有するモルタル・コンクリートが得られたことから本発明を完成させた。
【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）カルシウムと鉄を化学成分として含む骨材であって、その合計含有量が酸化物換算で３０〜７０重量％以上の骨材と、アルミナセメント系ポリマーセメントを含有してなる耐食性モルタル・コンクリート。（２）骨材に化学成分として含有される鉄の量が酸化物換算で１５〜５０重量％である前記（１）の耐食性モルタル・コンクリート。（３）粒径１０５μｍ以下の粒子構成割合が９９％以上のスラグを含有する前記（１）又は（２）の耐食性モルタル・コンクリート。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の耐食性モルタル・コンクリートは、耐アルカリ性は勿論、耐酸性、とりわけ高い硫酸抵抗性を有し、化学的に過酷な環境下に曝されても浸食劣化の進行をかなり抑制できるため、長期間の耐久性を有することが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明の耐食性モルタル・コンクリートは、結合相形成成分としてアルミナセメント系のポリマーセメントを使用する。アルミナセメントは何れのアルミナセメントでも良い。ポリマーセメントは従来の概念のもので、ポリマーフィルムを形成し、緻密化及び弾性性状等の機能をモルタル・コンクリートに付与するセメント混和用のポリマーが加わってなるものである。本発明ではこのようなセメント混和用のポリマーなら何れのものでも使用できる。その具体例を示すと、天然ゴム、スチレン・ブジエン共重合体、クロロピレンゴム、アクリロニトリル・ブタジエン共重合、及びメチルメタクリレート・ブタジエン共重合体のゴムラテックス、ポリプロピレン、ポリクロロピレン、ポリ酢酸ビニル、ポリアクリル酸エステル、スチレン・アクリル共重合体、酢酸ビニル・アクリル共重合体、エチレン・酢酸ビニル共重合体、エチレン・酢酸ビニル・塩化ビニル共重合体、酢酸ビニルビニルバーサテート共重合体、不飽和ポリエステル樹脂、ポリウレタン樹脂、アルキド樹脂、エポキシ樹脂、水溶性セルロースやその誘導体、ポリビニルアルコール、水溶性ポリアクリル酸塩、フルフリルアルコール等を挙げることができる。好ましくは、硬化時に発熱によるクラックが入り難いことや高粘性になり難いことからアクリル樹脂系のポリマーが良い。また、アルミナセメントに配合する際のポリマーは、ポリマーディスパージョン又は再乳化粉末樹脂の何れの形態であっても良い。更にアルミナセメントに対するポリマー配合量は特に制限されるものではなく、使用ポリマー、利用目的、施工方法などに応じて適宜選定できる。一般的には、アルミナセメント１００重量部に対し、ポリマー１〜２０重量部の配合量が推奨される。
【００１０】
本発明の耐食性モルタル・コンクリートは、カルシウムと鉄を化学成分として含む骨材であって、その合計含有量が酸化物換算（酸化物として含まれるものはその酸化物状態での含有量）で３０〜７０重量％である骨材を必須含有する。好ましくは、この条件に加えて、化学成分として含まれる鉄の量が酸化物換算で１５〜５０重量％のものとする。鉄とカルシウム以外の含有成分は特に限定されず、例えばアルカリ成分等の含有も排除されるものではないが、アルカリ金属化合物やアルカリ金属を含む固溶体・非晶質層が多くなると中和反応が活発になり、骨材自体の変質・劣化を促進する可能性が生じることがあるため、含有量を概ね４重量％以下（０重量％を含む）とするのが好ましい。より好ましくは、カルシウムと鉄以外の成分は酸に不活性な成分を主体とする。また本発明では、単一種の骨材ではこのような化学成分の範囲を充当しないものであっても、二種以上の骨材を併用することによって、その合計成分量が本発明で規定する骨材化学成分の含有範囲を充当するものであれば使用しても良い。また、本発明で使用される骨材の強度や比重等の機械的性状は、モルタルやコンクリートに通常使用されるようなものであるなら特に限定されない。このような骨材の好適例としてカルシウムと鉄の含有量を前記規定範囲にせしめたスラグ系骨材を挙げることができる。化学成分として含有するカルシウムと鉄をこのような含有量にした骨材は、酸との急激な反応を起こし難く、酸に対し比較的穏やかな反応活性を有するため、硬化後に酸の内部侵入があった場合でもこれを逐次中和し、硬化体内部で高活性の酸が滞留し続けるのを防ぐことが可能である。骨材中に化学成分として含まれるカルシウムと鉄の合計含有量が酸化物換算で３０重量％未満では、酸に対する中和作用が殆ど得られない可能性があるため好ましくない。また、鉄とカルシウムの合計含有量が７０重量％を超えると中和反応後の硬化体中の分散相強度が低下するため好ましくない。また特に、化学成分として含まれる鉄の量が酸化物換算で１５〜５０重量％のものでは、酸とりわけ硫酸と中和反応した後の骨材膨張を抑止できることから最も好ましい。該骨材の粒径は制限されず、モルタル・コンクリートの使用目的に応じて選定すれば良い。
【００１１】
本発明の耐食性モルタル・コンクリートは、前記の骨材とアルミナセメント系ポリマーセメントを含有し、その含有量はポリマー分を除いたセメント１００重量部に対し、より有効な中和作用を付与する点から骨材約１００〜７００重量部にすることが好ましい。
【００１２】
また、本発明の耐食性モルタル・コンクリートは更に粒径１０５μｍ以下の粒子構成割合が９９％以上のスラグ粉末を含有することが好ましい。より好ましくは、このような粒度構成であって、比表面積が３０００ｃｍ2／ｇ以上のスラグ粒を含有させる。使用するスラグの種類や成分は特に限定されず、例えば高炉スラグ、転炉スラグ、脱ケイスラグ、脱リンスラグ等何れのスラグでも使用できる。好ましくは反応活性が高いものが良く、例えば高ガラス化率の製鋼水砕スラグ粉末を使用すると良い。スラグ粉末自体を含有することで水和時のアルミナセメントの転移を抑制することができ、転移による微小亀裂の発生や強度低下を回避でき、中長期に渡って安定した強度発現性と耐久性をモルタル・コンクリートに付与できる。粒径１０５μｍ以下の粒子構成割合が９９％未満のスラグでは水和反応が緩慢化するので好ましくない。このスラグの含有量はポリマー分を除いたセメント１００重量部に対し、５０〜１５０重量部が好ましい。５０重量部未満では所望の配合効果が十分得られないことがあり、また１５０重量部を超えると含有過多となって強度低下を起こすことがある。
【００１３】
また、本発明の耐食性モルタル・コンクリートは、本発明の効果を喪失させない限り、前記以外の成分を含有するものであっても良い。このような成分として例えば石灰石粉、石炭灰、ポゾラン反応性物質、高分子や炭素質の繊維等の他、何れもモンタル・コンクリートに混和することができる遅延剤、分散剤、凝結促進剤、消泡剤、分離抑制剤等が挙げられる。
【００１４】
本発明の耐食性モルタル・コンクリートを得る上で、水和に使用する配合水の量はポリマー分を除いたセメント１００重量部に対し、２５〜６０重量部が良好な強度発現性と施工性が得られる点で推奨され、より好ましくは３０〜５０重量部とする。また、その施工や製造に関しては、目的・用途に応じた方法を任意に選定でき、特に制約はない。
【実施例】
【００１５】
以下、実施例により本発明を具体的に詳しく説明する。
表１に記したＦ１〜Ｆ６から選定した骨材（何れも最大粒径２．４ｍｍ、平均粒径約０．８ｍｍに調整。尚、表１記載の成分含有量は酸化物換算で、表１中の「その他」は加熱揮発分と不揮発物質の合算値）と次のＡ〜Ｅ及びＧから選定される材料を使用し、表２に表す配合量になるようホバートミキサーで約１分間乾式混合した。該混合物に表２に表す量の水を加え、更に３分間混練してモルタルを作製した。
Ａ：アルミナセメント（ブレーン比表面積約４０００ｇ／ｃｍ2、太平洋マテリアル株式会社製）
Ｂ：高炉水砕スラグ粉末（ブレーン比表面積約４０００ｇ／ｃｍ2、最大粒径８８μｍ、株式会社デイ・シィ製「セラメント」）
Ｃ：セルロース系保水剤（信越化学工業株式会社製「９０Ｈ−４０００」）
Ｄ：ナフタレンスルフォン酸系高性能減水剤（花王株式会社製「マイティー１００」）
Ｅ：アクリル系ラテックス（旭化成株式会社製「ペトロック１５０」）
Ｇ：普通ポルトランドセメント（太平洋セメント株式会社製）
【００１６】
【表１】
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【００１７】
【表２】
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【００１８】
３０×３０×６ｃｍのコンクリート基板に対するこのモルタルの材齢２８日の付着強度をＮＳＫＳ−００７（日本建築仕上材料工業会企画）に準拠した方法で測定した。その結果を表３に表す。
【００１９】
【表３】
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【００２０】
更に、このモルタルから直径７５ｍｍ、高さ１５０ｍｍの円柱状試験体を作製し、材齢２８日まで水中養生した。水中養生後の該試験体の直径を再度測定し、この値をφ０とした。水中養生後の試験体の一部についてはＪＩＳ  Ａ  １１７１に準拠した方法で圧縮強度を測定した。他の試験体はｐＨ０．４に調整した硫酸４．４リットルに浸漬し、この硫酸を１６８時間毎に全量を新たなｐＨ０．４の硫酸と交換し、都合１１回の交換を行って、実質２０１６時間の連続浸漬を行った。浸漬終了後は直ちに試験体を流水で水洗し、一部の試験体についてはＪＩＳ  Ａ  １１７１に準拠した方法で圧縮強度を測定した。残りの試験体は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。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、目視で赤色を呈した部分の直径を測定した。この測定値をφ１とした。φ０とφ１から次式によって試験体の硫酸浸透深さを算出した。硫酸浸透深さ＝（φ０−φ１）／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。以上の結果も表３に表す。
【産業上の利用可能性】
【００２１】
本モルタル・コンクリートは、下水処理施設、畜産施設、食品工場、化学薬品工場、半導体やコンデンサ製造工場、温泉場、火山性ガス発生場などの構築物や構造物として、また付着強度が高いことから様々な環境下に曝されるコンクリートやモルタル構築物の補修材としても利用できる可能性がある。