(57)【要約】      （修正有）【課題】セメント組成物は、乾燥収縮等により表面にひび割れが発生することが多い。ひび割れを自己修復することが可能なセメント組成物の製造方法を提供する。【解決手段】セメントに練り混ぜ水を投入して練り混ぜたセメント混合物を用いてセメント組成物を製造するセメント組成物の製造方法であって、前記練り混ぜ水は、亜鉛又は亜鉛化合物が強アルカリ水溶液にて溶解されている。練り混ぜ水は、ＰＨ１２以上であり、セメント混合物は骨材を加えて練り混ぜられる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
セメントに練り混ぜ水を投入して練り混ぜたセメント混合物を用いてセメント組成物を製造するセメント組成物の製造方法であって、
前記練り混ぜ水は、亜鉛又は亜鉛化合物が強アルカリ水溶液にて溶解されていることを特徴とするセメント組成物の製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載のセメント組成物の製造方法であって、
前記練り混ぜ水は、ｐＨ１２以上であることを特徴とするセメント組成物の製造方法。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載のセメント組成物の製造方法であって、
前記セメント混合物は、骨材を加えて練り混ぜられることを特徴とするセメント組成物の製造方法。
【請求項４】
請求項３に記載のセメント組成物の製造方法であって、
前記骨材は、細骨材であることを特徴とするセメント組成物の製造方法。
【請求項５】
請求項３に記載のセメント組成物の製造方法であって、
前記骨材は、細骨材と粗骨材とであることを特徴とするセメント組成物の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、セメントと、骨材と、に練り混ぜ水を投入して練り混ぜたセメント混合物を用いてセメント組成物を製造するセメント組成物の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
セメントと、骨材と、に練り混ぜ水を投入して練り混ぜたセメント混合物を用いてセメント組成物を製造するセメント組成物の製造方法としては、一般的に、練り混ぜ水として、水道水などのほぼ中性の水を、セメント及び骨材に投入して練り混ぜたセメント混合物を用いることが知られている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上記のようなセメント組成物の製造方法にて製造されたセメント組成物は、乾燥収縮等により表面にひび割れが発生することが多い。このような、ひび割れが生じたコンクリート組成物は、外部の水がひび割れから内部に浸入するため、発生したひび割れは補修して埋めることが望ましい。しかしながら、ひび割れた部分の補修は、煩雑であり手間と費用を費やさなければならないという課題がある。
【０００４】
本発明は、かかる課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、ひび割れを自己修復することが可能なセメント組成物の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
かかる目的を達成するために本発明のセメント組成物の製造方法は、セメントに練り混ぜ水を投入して練り混ぜたセメント混合物を用いてセメント組成物を製造するセメント組成物の製造方法であって、前記練り混ぜ水は、亜鉛又は亜鉛化合物が強アルカリ水溶液にて溶解されていることを特徴とするセメント組成物の製造方法である。
【０００６】
亜鉛は、水溶液のｐＨにより形態が変化する。具体的には、酸性及び中性の場合には亜鉛イオンとして、また、強アルカリ性の場合にはテトラヒドロキソ亜鉛（II）酸イオンとして水中に溶解し、その他の場合、即ち強アルカリ性より弱いアルカリ性の場合には、水酸化亜鉛となり水中に白色の沈殿物として析出される性質を有している。一方、健全なセメント組成物は強アルカリ性であり、セメント組成物内に残存する水分も強アルカリ性である。そして、上記セメント組成物の製造方法にて練り混ぜ水として、亜鉛又は亜鉛化合物が強アルカリ水溶液にて溶解されている練り混ぜ水を用いることにより、製造されたセメント組成物内の自由水に、より多くのテトラヒドロキソ亜鉛（II）酸イオンを含有させることが可能である。このため、セメント組成物にひび割れが発生し、ひび割れから水が浸入すると、浸入した水にひび割れ部からアルカリ成分が溶け出すことにより、ひび割れ周辺の水分のｐＨが、強アルカリ性から弱アルカリ性側に低下する。このとき、ひび割れの表面では、テトラヒドロキソ亜鉛（II）酸イオンが水酸化亜鉛となり白色の粒が析出されるので、水酸化亜鉛によりひび割れを埋めることが可能である。よって、練り混ぜ水として、亜鉛又は亜鉛化合物が強アルカリ水溶液にて溶解されている練り混ぜ水を用いることにより、ひび割れを自己修復することが可能なセメント組成物を製造することが可能である。
【０００７】
かかるセメント組成物の製造方法であって、前記練り混ぜ水は、ｐＨ１２以上であることが望ましい。  
ｐＨ１２以上の場合には、亜鉛が水溶液中に溶解されるので、ｐＨ１２以上の練り混ぜ水とセメントとを練り混ぜることにより、練り混ぜ水中に含まれるテトラヒドロキソ亜鉛（II）酸イオンを分散させてセメント組成物内の自由水中に存在させることが可能である。
【０００８】
かかるセメント組成物の製造方法であって、前記セメント混合物は、骨材を加えて練り混ぜられることが望ましい。  
このようなセメント組成物の製造方法によれば、練り混ぜられたセメント混合物には骨材が含まれているので、より高い強度を備えたセメント組成物を製造することが可能である。
【０００９】
かかるセメント組成物の製造方法であって、前記骨材は、細骨材であることが望ましい。  
このようなセメント組成物の製造方法によれば、ひび割れを自己修復することが可能なモルタル組成物を製造することが可能である。
【００１０】
かかるセメント組成物の製造方法であって、前記骨材は、細骨材と粗骨材とであることとしてもよい。  
このようなセメント組成物の製造方法によれば、ひび割れを自己修復することが可能なコンクリート組成物を製造することが可能である。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、ひび割れを自己修復することが可能なセメント組成物の製造方法を提供することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】亜鉛を用いたコンクリート壁の自己修復機能を説明するための図である。
【図２】ひび割れ修復に適した亜鉛混入量を検討するためのモデルを示す図である。
【図３】本実施形態のコンクリート壁の製造方法を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。  
本実施形態では、本発明のセメント組成物の製造方法として、セメント組成物としてのコンクリート壁を施工する例について説明する。
【００１４】
本発明のセメント組成物の製造方法にて製造されるコンクリート壁は、鉄筋が適宜配設された型枠内に打設されたコンクリートに含有される自由水がテトラヒドロキソ亜鉛（II）酸イオン（［Ｚｎ（ＯＨ）4］２−）を含んでいる。
【００１５】
ところで、水溶液中の亜鉛は、水溶液のｐＨの違いによって様態が変化する。例えば、亜鉛イオン（Ｚｎ２＋）を含む水溶液にアルカリ性物質を加えると、水にほとんど溶解しない水酸化亜鉛（Ｚｎ（ＯＨ）２）の白色の沈殿物が生成される。この沈殿物は、酸を加えると亜鉛イオン（Ｚｎ２＋）を生じて溶け、強アルカリを加えると水溶性のテトラヒドロキソ亜鉛（II）酸イオン（［Ｚｎ（ＯＨ）4］２−）に変化する。
【００１６】
本発明の発明者は、ｐＨの違いによる亜鉛の形態変化を実験により確認した。具体的には、水溶性の亜鉛化合物である塩化亜鉛ＺｎＣｌ２を水に溶解させ、さらにｐＨ調整用に水酸化ナトリウムを加えることで、溶液のｐＨを７〜１３にそれぞれ調整した０．０１mol／Ｌの塩化亜鉛水溶液５００ｍＬ（亜鉛濃度：１３６０ｍｇ／Ｌ）を作製し亜鉛の形態変化を確認した。
【００１７】
その結果、亜鉛は、水溶液がｐＨ７以下の酸性・中性の場合には亜鉛イオンとして水に溶解し、ｐＨ８〜１１程度のアルカリ性の場合には水酸化亜鉛となって白色の沈殿物となり、ｐＨ１３以上の強アルカリ性の場合には、テトラヒドロキソ亜鉛（II）酸イオンとなって水に溶解する性質が確認された。また、ｐＨ１２の場合には、ｐＨ８〜１１の場合より少ない量の白色の沈殿物が確認された。
【００１８】
ｐＨの違いによる亜鉛の形態変化の概要はつぎのように示される。  
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【００１９】
上記亜鉛の性質に基づいて、本発明の発明者は、コンクリート中のカルシウム水和物が周囲の水に溶解する溶脱や二酸化炭素等により中性化が生じ変質を生じたコンクリートのひび割れ部に存在する水のｐＨは、強アルカリ性を示す健全なコンクリートに接した水のｐＨに比べ低下していることが想定されることから、ひび割れ部に存在する亜鉛の状態は、水酸化亜鉛Ｚｎ（ＯＨ）２の白色の沈殿物が生成される状態である考えた。そして、この水酸化亜鉛Ｚｎ（ＯＨ）２の析出を利用し、ひび割れたコンクリートを自己修復させることを考えた。
【００２０】
ここで、ひび割れたコンクリートの自己修復機能を、本セメント組成物の製造方法にて製造されたコンクリート壁１０が地中壁として使用される場合を例に上げて具体的に説明する。
【００２１】
図１は、亜鉛を用いたコンクリート壁の自己修復機能を説明するための図である。  
図１に示すように、コンクリート壁１０は、掘削された地盤２０の土を遮るように設けられているため、コンクリート壁１０の外面は地盤２０の土と接触している。コンクリート壁１０は、亜鉛化合物としての酸化亜鉛を混和剤として配合されたコンクリートにて形成されており、健全なコンクリートの空隙内にはｐＨ１２〜１３の自由水１０ａが存在する。すなわち、健全なコンクリート中の自由水は強アルカリ性であるため、亜鉛はテトラヒドロキソ亜鉛（II）酸イオンとして自由水１０ａ内に存在する。
【００２２】
コンクリート壁１０にひび割れ１１が発生すると、地盤２０に含まれている水分がひび割れ１１に浸入する。このとき、ひび割れ１１内に浸入した水１５にアルカリ成分が溶け出すことにより自由水１０ａのｐＨが低下する。そして、自由水１０ａ中に存在していた亜鉛、即ちテトラヒドロキソ亜鉛（II）酸イオンがひび割れ１１の表面に晒され、ｐＨの低下により亜鉛の形態が変化する。即ち、テトラヒドロキソ亜鉛（II）酸イオンから水酸化亜鉛１２となって白色の沈殿物が析出される。析出される水酸化亜鉛１２はひび割れ１１の表面に付着しているので、ひび割れ１１の表面が水酸化亜鉛１２により覆われて止水効果を発揮する。
【００２３】
上記のようにひび割れを自己修復するためのコンクリートの配合を検討する。図２は、ひび割れ修復に適した亜鉛混入量を検討するためのモデルを示す図である。ここでは、図２に示すような、一辺が２０ｍｍの立方体のコンクリートブロック３０に幅０．２ｍｍのひび割れ３２が発生し、このひび割れ３２を修復するために、コンクリートブロック３０中に存在する亜鉛のうち、ひび割れ３２から１０ｍｍ以内に存在する亜鉛が動くと仮定して検討する。
【００２４】
図２に示すように、２０ｍｍの立方体分において、ひび割れ３２を埋めるために必要な水酸化亜鉛Ｚｎ（ＯＨ）２の体積は、（式１）にて求められる。  
０．２ｍｍ×２０ｍｍ×２０ｍｍ＝８０ｍｍ３        （式１）
また、水酸化亜鉛の密度は３．０５３ｇ／ｃｍ３であるため、水酸化亜鉛８０ｍｍ３は０．２４４ｇとなる。  
一方、一辺が２０ｍｍの立方体のコンクリートブロック３０の体積は、（式２）にて求められる。  
２０ｍｍ×２０ｍｍ×２０ｍｍ＝８０００ｍｍ３      （式２）
このため、幅０．２ｍｍのひび割れを埋めるために必要な、コンクリート１ｍ３あたりの水酸化亜鉛の質量は、（式３）にて求められる。  
（０．２４４×１０-３）ｋｇ×１０９ｍｍ３／８０００ｍｍ３＝３０．５ｋｇ（３０７ｍｏｌ）                  （式３）
【００２５】
すなわち、亜鉛Ｚｎ換算で２０．１ｋｇ、酸化亜鉛ＺｎＯ換算で２４．５ｋｇとなる。ここで、コンクリートの調合を一般的なコンクリートに基づき表１のように仮定すると、コンクリート１ｍ３中のセメント重量は２９５ｋｇであり、セメント重量に対する亜鉛類の必要混合量は、以下の通りとなる。  
亜鉛        ２０．１ｋｇ／２９５ｋｇ＝０．０６８（６．８％）
酸化亜鉛    ２４．５ｋｇ／２９５ｋｇ＝０．０８３（８．３％）
水酸化亜鉛  ３０．５ｋｇ／ ２９５ｋｇ＝０．１０３（１０．３％）
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【００２６】
上記のセメント重量に対する亜鉛類の必要混合量は、最低限必要な量であると考えられ、実際に混合する場合には、ロス分を見込んで、算出された値の２倍程度混合することが好ましい。
【００２７】
以上の考えに基づく本実施形態のコンクリート壁１０に使用するコンクリートは、セメントと、細骨材及び粗骨材などの骨材と練り混ぜる練り混ぜ水として強アルカリ性の水溶液に亜鉛化合物を溶解させた、例えば水酸化カルシウム水溶液を用いている。
【００２８】
このコンクリートは、１ｍ３中のセメント重量が２９５ｋｇに対する亜鉛類の必要混合量は、亜鉛の場合には６〜１２重量％である。このとき、亜鉛化合物として酸化亜鉛を用いる場合には、セメント重量に対する酸化亜鉛の必要混合量は、８〜１６重量％とし、水酸化亜鉛を用いる場合には、セメント重量に対する水酸化亜鉛の必要混合量は、１０〜２０重量％とすることが望ましい。
【００２９】
図３は、本実施形態のコンクリート壁の製造方法を説明するための図である。  
本実施形態のコンクリート壁を製造する場合には、図３に示すように、まず、ｐＨ１２以上の強アルカリ性の水溶液に例えば水酸化カルシウム水溶液に酸化亜鉛を溶解させて、水溶液中に亜鉛がテトラヒドロキソ亜鉛（II）酸イオンとして存在する練り混ぜ水を生成する（Ｓ１）。  
次に、セメント、細骨材、粗骨材に練り混ぜ水を加えて練り混ぜて生コンクリートを生成する（Ｓ２）。  
生成された生コンクリートを、コンクリート壁を形成するための型枠内に打設する（Ｓ３）。そして、生コンクリートが硬化した後に型を外して、コンクリート壁が生成される（Ｓ４）。このとき、生成されたコンクリート壁１０の内の空隙に存在する自由水１０ａは強アルカリ性であり、亜鉛がテトラヒドロキソ亜鉛（II）酸イオンの状態で存在している。
【００３０】
本実施形態のセメント組成物の製造方法によれば、練り混ぜ水として、酸化亜鉛が強アルカリ水溶液にて溶解されている練り混ぜ水を用いるので、製造されたコンクリート壁１０内に、より多くの亜鉛をテトラヒドロキソ亜鉛（II）酸イオンとして含有させることが可能である。このため、コンクリート壁１０にひび割れ１１が発生し、ひび割れ１１から水１５が浸入すると、浸入した水にひび割れ１１からアルカリ成分が溶け出すことにより、ひび割れ１１周辺の水分のｐＨが、強アルカリ性から弱アルカリ性側に低下する。このとき、ひび割れ１１の表面では、テトラヒドロキソ亜鉛（II）酸イオンが水酸化亜鉛１２となり白色の沈殿物が析出されるので、水酸化亜鉛１２によりひび割れを埋めることが可能である。よって、練り混ぜ水として、酸化亜鉛が強アルカリ水溶液にて溶解されている練り混ぜ水を用いることにより、ひび割れ１１を自己修復することが可能なコンクリート壁１０を製造することが可能である。
【００３１】
また、ｐＨ１２以上の練り混ぜ水とセメント及び骨材とを練り混ぜることにより、練り混ぜ水中に含まれるテトラヒドロキソ亜鉛（II）酸イオンを分散させてコンクリート壁１０内の自由水中に存在させることが可能である。
【００３２】
上記実施形態では、骨材として細骨材と粗骨材とを混合した生コンクリートを生成する例について説明したが、粗骨材を用いることなくモルタルを生成しても良い。また、細骨材及び粗骨材をいずれも用いることなく、セメントペーストを生成しても良い。
【００３３】
また、上記実施形態においては、コンクリート製の地中壁を例に挙げて説明したが、これに限るものではなく、その他のコンクリート構造物やモルタル壁など、セメント組成物であれば構わない。
【００３４】
また、上記実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得ると共に、本発明にはその等価物が含まれることはいうまでもない。
【符号の説明】
【００３５】
１０  コンクリート壁、１０ａ  自由水、１１  ひび割れ、
１２  水酸化亜鉛、１５  水、２０  地盤、
３０  コンクリートブロック、３２  ひび割れ
【図２】
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【図３】
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【図１】
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