(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポルトランドセメント10〜25部、高炉スラグ20〜40部、未燃炭素含有量が４％以上であるフライアッシュ10〜35部、シリカフューム10〜20部、並びに、セッコウ類、硫酸アルミニウム、及び硫酸ナトリウムからなる群から選ばれた一種又は二種以上の硫酸塩１〜10部を含有してなるセメント組成物。
【請求項２】
前記ポルトランドセメントの3CaO・SiO2含有量が60％以上であることを特徴とする請求項１記載のセメント組成物。
【請求項３】
前記フライアッシュの未燃炭素含有量が５％以上であることを特徴とする請求項１又は２記載のセメント組成物。
【請求項４】
請求項１〜３のうちの一項記載のセメント組成物を含有してなる耐酸性セメント・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、主に、土木・建築分野において使用されるセメント組成物及び耐酸性セメント・コンクリートに関する。
本発明のセメント・コンクリートとは、セメントペースト、モルタル、コンクリートを総称するものである。
なお、本発明では特に限定しない限り部や％は質量基準である。
【０００２】
【従来の技術とその課題】
従来より、下水道管等に用いられるセメント・コンクリート製管には耐酸性が求められていた。
しかしながら、セメント・コンクリートは強アルカリ性であるために、耐酸性に劣る材料であった。
【０００３】
このような課題を解決するために、セメント・コンクリートが強アルカリ性を示す原因となっている水酸化カルシウムの生成量を著しく低減することができ、耐酸性を向上することができる、高炉スラグ、フライアッシュ、あるいは、シリカフュームといったアルカリ潜在水硬性物質を混和したセメント組成物を使用することが提案されている(特開2000−128618号公報)。
しかしながら、耐酸性に優れる、高炉スラグ、フライアッシュ、あるいは、シリカフュームといったアルカリ潜在水硬性物質を混和したセメント組成物を用いたセメント・コンクリートは、初期の強度発現性に劣るという課題があった。
【０００４】
一方、既に劣化している下水道管の維持・管理は、補修を行いながら延命するしかないのが実状である。
このような場合、耐酸性のモルタルなどにより補修を行うが、補修工事を行ってから下水道管を実用に供するまでの期間は短ければ短いほど良く、長くても３日程度であることが望まれる。
具体的には、材齢３日で24N/mm2以上の強度を発現していないと、水を流して実用に供することはできない。
したがって、このような用途に求められるセメント・コンクリートには、初期強度発現性に優れ、かつ、耐酸性にも優れることが求められる。
【０００５】
本発明者は、これらの課題を解決すべく種々の検討を重ねた結果、特定のセメント組成物を使用することにより、前記課題が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、ポルトランドセメント10〜25部、高炉スラグ20〜40部、未燃炭素含有量が４％以上であるフライアッシュ10〜35部、シリカフューム10〜20部、並びに、セッコウ類、硫酸アルミニウム、及び硫酸ナトリウムからなる群から選ばれた一種又は二種以上の硫酸塩１〜10部を含有してなるセメント組成物であり、前記ポルトランドセメントの3CaO・SiO2含有量が60％以上である前記セメント組成物であり、前記フライアッシュの未燃炭素含有量が５％以上である前記セメント組成物であり、前記セメント組成物を含有してなる耐酸性セメント・コンクリートである。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明をさらに詳細に説明する。
【０００８】
本発明のセメント組成物は、ポルトランドセメント10〜25部、高炉スラグ20〜40部、未燃炭素含有量が４％以上であるフライアッシュ10〜35部、シリカフューム10〜20部、並びに、セッコウ類、硫酸アルミニウム、及び硫酸ナトリウムからなる群から選ばれた一種又は二種以上の硫酸塩１〜10部を含有してなるものである。
本発明で使用するポルトランドセメントとしては、普通、早強、超早強、中庸熱、及び低熱の各種ポルトランドセメントが使用可能であるが、初期強度発現性が良好となることから、3CaO・SiO2(以下、C3Sという)含有量が60％以上のポルトランドセメントを使用することが好ましい。
C3S含有量が60％以上のポルトランドセメントとしては、市販の早強ポルトランドセメントや超早強ポルトランドセメントなどが挙げられる。
ポルトランドセメント(以下、ポセという)の使用量は、ポセ、高炉スラグ、未燃炭素含有量が４％以上であるフライアッシュ、シリカフューム、並びに、セッコウ類、硫酸アルミニウム、及び硫酸ナトリウムからなる群から選ばれた一種又は二種以上の硫酸塩からなるセメント組成物100部中、10〜25部である。10部未満では充分な初期強度が得られない場合があり、30部を超えると耐酸性が悪くなる場合がある。
【０００９】
高炉スラグは、製鉄所より副生するもので、急冷されて非晶質化したものを粉砕して粉末化したものであり、2.80〜3.00程度の比重を有する。
その比表面積は、通常、ブレーン比表面積(以下、ブレーン値という)で3,000〜9,000cm2/g程度のものが市販されている。本発明では、いかなる粉末度を有する高炉スラグも使用可能であるが、4,000〜8,000cm2/g程度のものが好ましい。
高炉スラグの使用量は、セメント組成物100部中、20〜40部である。高炉スラグがこの範囲外では、優れた強度発現性と優れた耐酸性が得られるという本発明の効果が得られない場合がある。
【００１０】
フライアッシュは、火力発電所から副生するもので、2.30〜2.50程度の比重を有し、シリカ分を多く含む微粉末粒子である。
その比表面積は、通常、ブレーン値で3,000〜9,000cm２/g程度のものが市販されている。本発明では、いかなる粉末度を有するフライアッシュも使用可能であるが、3,500〜6,000cm２/g程度のものが好ましい。
また、フライアッシュは石炭灰と呼ばれる未燃炭素分を多く含むものも存在する。本発明では、未燃炭素含有量が４％以上のものを使用する。特に、未燃炭素含有量が多いものを使用することが好ましく、未燃炭素含有量が５％以上のフライアッシュが好ましく、未燃炭素含有量が９％以上のフライアッシュを用いることがより好ましい。
フライアッシュの使用量は、セメント組成物100部中、10〜35部である。フライアッシュがこの範囲外では、優れた強度発現性と優れた耐酸性が得られるという本発明の効果が得られない場合がある。
【００１１】
シリカフュームは、シリコンを製造する際等に副生するもので、2.10〜2.30程度の比重を有するシリカ質の超微粒子である。
その比表面積は、通常、ブレーン値で10,000cm2/gを超え、100,000cm2/g程度のものが主流である。本発明では、いかなる粉末度を有するシリカフュームも使用可能であるが、10,000〜200,000cm2/g程度のものが好ましい。
シリカフュームの使用量は、セメント組成物100部中、10〜20部である。シリカフュームがこの範囲外では、優れた強度発現性と優れた耐酸性が得られるという本発明の効果が得られない場合がある。
【００１２】
本発明では、セッコウ類、硫酸アルミニウム、及び硫酸ナトリウムからなる群から選ばれた一種又は二種以上の硫酸塩（以下、単に硫酸塩という）を使用する。硫酸塩とは、例えば、無水セッコウ、半水セッコウ、及び二水セッコウなどのセッコウ類、硫酸アルミニウム、硫酸ナトリウムが挙げられ、これらのうちの一種又は二種以上が使用可能である。
そのうち、本発明の効果が顕著であることから、セッコウ類及び／又は硫酸アルミニウムを使用することが好ましい。硫酸アルミニウムには無水塩や含水塩が存在するが特に限定されるものではなく、いかなるものも使用可能である。
硫酸塩の使用量は、セメント組成物100部中、１〜10部である。１部未満では優れた初期強度発現性が得られない場合があり、10部を超えると長期寸法安定性が悪くなる場合がある。
【００１３】
骨材としては、細骨材及び／又は粗骨材が使用できるが、主に細骨材と水とで練り混ぜられ、モルタルとして利用されることが多い。
骨材は、その主成分で大別すると、SiO2を主成分とするケイ石系と、CaCO3を主成分とする石灰石系に大別される。
本発明では骨材の種類は特に限定されるものではないが、耐酸性の観点から、ケイ石系を使用することが好ましい。
【００１４】
本発明で使用される水の量は、水／セメント組成物比で25〜45％が好ましく、30〜40％がより好ましい。25％未満では粘性が強くなり、作業性が悪くなる場合があり、45％を超えると初期強度発現性が悪くなる場合がある。
【００１５】
本発明のセメント組成物の粒度は特に限定されるものではないが、通常、ブレーン値で3,000〜9,000cm2/gが好ましく、4,000〜7,000cm2/gがより好ましい。3,000cm2/g未満では充分な強度発現性が得られない場合があり、9,000cm2/gを超えてもさらなる効果の増進が期待できないばかりか、これを用いた混練物の粘性が強くなり、作業性が悪くなる場合がある。
【００１６】
本発明では、本発明のセメント組成物や骨材の他に、減水剤、高性能減水剤、ＡＥ減水剤、及び高性能ＡＥ減水剤などの減水剤、流動化剤、ビニロン繊維、アクリル繊維、及び炭素繊維等の繊維状物質、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、セメント膨張材、ベントナイトなどの粘土鉱物、並びに、ハイドロタルサイトなどのアニオン交換体等のうち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。
【００１７】
本発明では、各材料の混合方法は特に限定されるものではなく、それぞれの材料を施工時に混合しても良いし、あらかじめその一部、あるいは全部を混合しておいても差し支えない。
【００１８】
混合装置としては、既存のいかなる装置も使用可能であり、例えば、傾胴ミキサー、オムニミキサー、ヘンシェルミキサー、Ｖ型ミキサー、及びナウターミキサーなどが挙げられる。
【００１９】
【実施例】
以下、実施例により本発明を詳細に説明する。
【００２０】
実験例１
ポセαを使用し、セメント組成物100部中、表１に示す量の高炉スラグ、フライアッシュＡ、シリカフューム、及び硫酸塩イを配合してセメント組成物を調製し、水／セメント組成物比＝35％、セメント組成物／砂比＝１／２のモルタルを調製した。
ただし、セメント組成物100部に対して、減水剤を１部、ビニロン繊維を1.5部添加した。
このモルタルの材齢３日における圧縮強度を測定し、耐酸性試験を行った。その結果を表１に併記する。
【００２１】
＜使用材料＞
ポセα    ：電気化学工業社製普通ポルトランドセメント、C3S含有量54％、比重3.15、ブレーン値3,100cm2/g
高炉スラグ：市販の高炉スラグ、比重2.90、ブレーン値6,000cm2/g
フライアッシュＡ：市販のフライアッシュ、比重2.42、ブレーン値4,100cm2/g、未燃炭素含有量４％
シリカフューム：市販のシリカフューム、比重2.20、ブレーン値150,000cm2/g
硫酸塩イ  ：無水セッコウ、市販の天然無水セッコウ、比重2.96、ブレーン値4,500cm2/g
減水剤    ：メラミン系高性能減水剤
ビニロン繊維：クラレ社製、繊維長さ６mm
砂        ：JIS標準砂、ISO 679 準拠
【００２２】
＜測定方法＞
圧縮強度  ：JIS R 5201に準じて測定
耐酸性試験：作製した供試体を材齢28日まで20℃の水中養生し、その後、温度20℃、硫酸濃度20％の硫酸水溶液に28日間浸漬し、供試体の質量減少率を測定して評価
【００２３】
【表１】
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【００２４】
実験例２
ポセαを使用し、高炉スラグ30部、フライアッシュＡ30部、シリカフューム10部、及び表２に示す硫酸塩を配合したこと以外は実験例１と同様に行った。ただし、硫酸塩の配合割合を変化する場合は、ポセαの配合割合を増減して調節した。結果を表２に併記する。
【００２５】
＜使用材料＞
硫酸塩ロ  ：市販の硫酸アルミニウム18水塩
硫酸塩ハ  ：市販の硫酸ナトリウム
硫酸塩ニ  ：硫酸塩イと硫酸塩ロの等量混合物
【００２６】
【表２】
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【００２７】
実験例３
表３に示すポセ25部、高炉スラグ30部、フライアッシュＡ30部、シリカフューム10部、及び硫酸塩イ５部を配合してセメント組成物を調製したこと以外は実験例１と同様に行った。結果を表３に併記する。
【００２８】
＜使用材料＞
ポセβ    ：電気化学工業社製早強ポルトランドセメント、C3S含有量66％、比重3.14、ブレーン値4,500cm2/g
ポセγ    ：ポセαとポセβの等量混合物、C3S含有量60％、比重3.14、ブレーン値3,800cm2/g
【００２９】
【表３】
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【００３０】
実験例４
ポセα25部、高炉スラグ30部、表４に示すフライアッシュ30部、シリカフューム10部、及び硫酸塩イ５部からなるセメント組成物を使用したこと以外は実験例１と同様に行った。結果を表４に併記する。
【００３１】
＜使用材料＞
フライアッシュＢ：市販のフライアッシュ、比重2.41、ブレーン値3,700cm2/g、未燃炭素含有量５％
フライアッシュＣ：市販のフライアッシュ、比重2.40、ブレーン値3,100cm2/g、未燃炭素含有量９％
【００３２】
【表４】
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【００３３】
【発明の効果】
本発明のセメント組成物を使用することにより、初期の強度発現性に優れ、耐酸性を有する耐酸性セメント・コンクリートが得られる。