鉄筋を有する耐中性化に優れた水和硬化体
【課題】 乾湿が繰り返される環境のようにコンクリートなどの中性化が進みやすい環境下においても、内部の鉄筋の腐食を抑制し、長期間の耐久性を有する構造部材として利用することのできる、鉄筋を有する耐中性化に優れた水和硬化体を提供する。
【解決手段】 上記課題を解決するための本発明に係る水和硬化体は、鉄筋を内部に有する水和硬化体であって、該水和硬化体は、高炉スラグ微粉末及び製鋼スラグと、更に、アルカリ金属の水酸化物、アルカリ金属の炭酸塩のうちの何れか１種または２種と、を水と混合し、得られた混合物を硬化したものであることを特徴とする。この場合に、前記アルカリ金属の水酸化物の含有量とアルカリ金属の炭酸塩の含有量との合計値が、水和硬化体１ｍ3 当たり５モル以上であることが好ましい。
【解決手段】 上記課題を解決するための本発明に係る水和硬化体は、鉄筋を内部に有する水和硬化体であって、該水和硬化体は、高炉スラグ微粉末及び製鋼スラグと、更に、アルカリ金属の水酸化物、アルカリ金属の炭酸塩のうちの何れか１種または２種と、を水と混合し、得られた混合物を硬化したものであることを特徴とする。この場合に、前記アルカリ金属の水酸化物の含有量とアルカリ金属の炭酸塩の含有量との合計値が、水和硬化体１ｍ3 当たり５モル以上であることが好ましい。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内部に鉄筋を有する水和硬化体に関し、詳しくは、乾湿が繰り返される環境のように中性化が進みやすい環境下においても、内部の鉄筋の腐食を抑制し、長期間の耐久性を有する構造部材として利用することのできる、耐中性化に優れた水和硬化体に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
鉄筋コンクリートは、コンクリート中のアルカリ成分によって鉄筋の表面に不動態皮膜が形成され、これによって鉄筋の腐食が防止され、長期にわたって強度と耐久性を発揮する構造部材である。従って、コンクリートが中性化すると、不動態皮膜が破壊されて鉄筋が腐食し、構造物部材として機能しなくなる。
【０００３】
近年、コンクリート骨材の入手事情が悪化し、例えば、アルカリ骨材反応を生じる可能性のある安山岩などをコンクリート骨材として使用せざるを得ない場合がある。アルカリ骨材反応によってコンクリートにひび割れが生じた場合には、コンクリートの中性化が急速に進行し、鉄筋が腐食するなどの問題が発生する。また良質な骨材を使用したコンクリートの場合であっても、これを乾湿が繰り返されるなどの中性化が進みやすい環境下で使用した際には、コンクリートの中性化によって鉄筋表面の不動態皮膜が破壊されて鉄筋が腐食し、発生した錆に起因する体積膨張によってコンクリートが剥落するという問題が発生する。当然のことながら、鉄筋と外界との間に存在するコンクリートの厚み（「かぶり厚」という）を増大させることにより、鉄筋の表面までが中性化するまでの時間を遅延させることはできるが、コンクリートのかぶり厚の増大によって構造物が大型化するため、コストが増大するという問題が発生する。
【０００４】
上記のようなコンクリートの中性化による鉄筋の腐食を防止する手段として、以下のような技術が提案されている。例えば、特許文献１には、コンクリート構造物の表面に炭酸ガスや水蒸気の透過率の低い有機高分子組成物の被膜を形成し、中性化の原因となる炭酸ガスや水蒸気をコンクリート構造物の内部に侵入させないようにする技術が提案されている。また、特許文献２には、低セメント比で混練・締固めを行い、コンクリートを緻密化して、中性化の原因となる炭酸ガスや水蒸気のコンクリートへの侵入を防止する技術が提案されている。また更に、特許文献３には、中性化したコンクリートの表面部に外部電極を設置し、コンクリート内部の鉄筋を内部電極とし、電流を印加するコンクリート部分を昇温しつつ、外部電極間または外部電極−内部電極間に電流を印加し、中性化したコンクリートのアルカリ度を回復させる技術が提案されている。
【０００５】
しかし、これらの技術には、以下の問題点がある。即ち、特許文献１に開示された、コンクリート構造物の表面に炭酸ガスや水蒸気の侵入を遮断する被膜を形成する技術では、日光の照射などにより被膜が変質し、被膜に亀裂が生じたり皮膜が剥離したりして、長期間にわたって中性化を防止できないという問題点がある。特許文献２に開示された、水セメント比を小さくする技術では、アルカリ骨材反応を生じることがない良質な骨材を用いた場合には有効であるが、アルカリ骨材反応を生じる骨材を用いた場合には効果がなく、また、水セメント比を小さくすると高コストとなるばかりでなく、コンクリートの自己収縮が大きくなるという弊害も生じる。特許文献３に開示された、電流を印加する方法では、大掛かりの装置が必要であり、このような装置を長期間にわたって運転・維持することは非常にコスト高である。
【０００６】
ところで近年、製鋼スラグと高炉スラグ微粉末とを主原料とし、コンクリートの代替可能な水和硬化体が特許文献４及び非特許文献１に開示されている。
【特許文献１】特開昭６１−２３６６６９号公報
【特許文献２】特開平２−２０８２５２号公報
【特許文献３】特開平７−２９１７６７号公報
【特許文献４】特開２００１−４９３１０号公報
【非特許文献１】鉄鋼スラグ水和固化体技術マニュアル、沿岸開発技術研究センター、２００３年
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明者等は、鉄筋コンクリートの中性化を抑制する手段を種々検討した。その結果、中性化を抑制して鉄筋の腐食を防止するには、コンクリートの代替として、製鋼スラグ及び高炉スラグ微粉末を主原料とし、更にアルカリ金属の水酸化物またはアルカリ金属の炭酸塩を含有する水和硬化体を利用することが極めて効果的であるとの知見を得た。これは、製鋼スラグが弱アルカリ性であることに加えて、アルカリ性であるアルカリ金属の水酸化物またはアルカリ金属の炭酸塩を含有することにより、長期間にわたって鉄筋の周囲が高アルカリに維持されるからである。また、この水和硬化体はコンクリートと同等の機械的強度を発現し、コンクリートの代替として問題がないからである。
【０００８】
この観点から、前記特許文献４及び非特許文献１に開示された水和硬化体を検証した。しかしながら、特許文献４に開示される水和硬化体は用途が不明瞭であり、また、非特許文献１に開示される水和硬化体は、対象として鉄筋を含有しない無筋コンクリート代替を限定しており、耐中性化の性能自体が不明であった。
【０００９】
そこで本発明者等は、特許文献４及び非特許文献１に開示された水和硬化体の耐中性化性能を調査・測定した。その結果、これらの水和硬化体では、耐中性化性能のばらつきが極めて大きく、安定して使用することは困難であることが分かった。即ち、製鋼スラグと高炉スラグ微粉末とを主たる原料とした従来の水和硬化体では、中性化を抑止して鉄筋の腐食を防止することは困難であることが分かった。
【００１０】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、乾湿が繰り返される環境のようにコンクリートなどの中性化が進みやすい環境下においても、内部の鉄筋の腐食を抑制し、長期間の耐久性を有する構造部材として利用することのできる、鉄筋を有する耐中性化に優れた水和硬化体を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するための第１の発明に係る鉄筋を有する耐中性化に優れた水和硬化体は、鉄筋を内部に有する水和硬化体であって、該水和硬化体は、高炉スラグ微粉末及び製鋼スラグと、更に、アルカリ金属の水酸化物、アルカリ金属の炭酸塩のうちの何れか１種または２種と、を水と混合し、得られた混合物を硬化したものであることを特徴とするものである。
【００１２】
第２の発明に係る鉄筋を有する耐中性化に優れた水和硬化体は、第１の発明において、前記アルカリ金属の水酸化物の含有量とアルカリ金属の炭酸塩の含有量との合計値が、水和硬化体１ｍ3 当たり５モル以上であることを特徴とするものである。
【００１３】
第３の発明に係る鉄筋を有する耐中性化に優れた水和硬化体は、第１または第２の発明において、前記アルカリ金属の水酸化物が水酸化ナトリウムまたは／及び水酸化カリウムであることを特徴とするものである。
【００１４】
第４の発明に係る鉄筋を有する耐中性化に優れた水和硬化体は、第１ないし第３の発明の何れかにおいて、前記アルカリ金属の炭酸塩が炭酸ナトリウムまたは／及び炭酸カリウムであることを特徴とするものである。
【００１５】
第５の発明に係る鉄筋を有する耐中性化に優れた水和硬化体は、第１ないし第４の発明の何れかにおいて、前記水和硬化体が、更にフライアッシュを含有することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１６】
上記構成の本発明に係る水和硬化体によれば、製鋼スラグが弱アルカリ性であることに加えて、アルカリ性であるアルカリ金属の水酸化物及びアルカリ金属の炭酸塩のうちの少なくとも何れか１種を含有しているので、これらが中性化抑止材として作用するとともに、潜在水硬性を有する高炉スラグ微粉末の配合により、従来のコンクリートよりも緻密な組織を有する硬化体が形成されて、中性化の原因となる炭酸ガスや水蒸気の浸透・透過が抑制され、水和硬化体の内部に配置される鉄筋の腐食を長期間にわたって防止することができる。即ち、本発明によれば、従来の鉄筋コンクリートでは中性化による鉄筋の腐食によって短期間で崩壊するような環境下においても長期間の使用が可能な構造物を提供することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明者等は、水和硬化体の配合原料を最適化することにより、従来のコンクリートや製鋼スラグと高炉スラグ微粉末などとを原料とした従来の水和硬化体よりも耐中性化に優れた水和硬化体が得られ、これを鉄筋と組み合わせることで、乾湿が繰り返されるなどの中性化が進みやすい環境下においても、長期間の耐久性を有する構造物部材として使用できることを見出し、本発明を完成した。
【００１８】
先ず、本発明に係る水和硬化体の配合原料について説明する。
【００１９】
本発明に係る水和硬化体では、その配合原料として、製鋼スラグ及び高炉スラグ微粉末、更に、アルカリ金属の水酸化物またはアルカリ金属の炭酸塩のうちの少なくとも何れか１種を使用し、必要に応じて、フライアッシュ、ポルトランドセメント、高炉セメント、フライアッシュセメント、消石灰なども使用する。当然ながら、水和硬化体の内部に配置される鉄筋も本発明に係る水和硬化体を構成する原料の１つであり、混錬用の水や混和剤なども配合原料である。本発明に係る水和硬化体は、これら配合原料を混合して混合物を形成し、この混合物を硬化させたものである。
【００２０】
本発明に係る水和硬化体の配合原料のうち、製鋼スラグは、骨材及び結合材、更には水和硬化体の中性化抑止材として作用する。骨材として作用させるための製鋼スラグの粒度分布は、コンクリート用の細骨材や粗骨材に相当するような粒度とし、粒径が０．０７５ｍｍ以上程度、また最大粒径が４０ｍｍ以下程度とすることが好ましい。また、結合材として作用させるための製鋼スラグは微粉であることが好ましく、粒径が０．１５ｍｍ未満程度であることが好ましい。従って、結合材としての粒径と骨材としての粒径とをそれぞれ満足するスラグ粒子が含まれている適当な粒度分布を有する製鋼スラグ（例えば、或る条件で粉砕処理した製鋼スラグやその粉砕処理後に篩分した製鋼スラグ）を使用することが望ましい。
【００２１】
製鋼スラグの成分は特に規定しないが、中性化抑止材として効果的に作用させるための製鋼スラグは、スラグ組成のＣａＯ／ＳｉＯ2が質量比で１．５以上またはスラグ中のＣａＯ濃度が２５質量％以上であることが好ましい。ＣａＯ／ＳｉＯ2が質量比で１．５以上またはＣａＯ濃度が２５質量％以上の製鋼スラグは、製鋼スラグ中のＣａＯ成分が長期間にわたり水和硬化体中に含まれる水に溶解し、水和硬化体を弱アルカリ性に保ち、中性化を抑止する。従って、より好ましい製鋼スラグは、ＣａＯ／ＳｉＯ2が質量比で２．０以上またはＣａＯ濃度が３０質量％以上である。一般にＣａＯ／ＳｉＯ2或いはＣａＯ濃度が高くなると製鋼スラグ中の遊離ＣａＯ（free−ＣａＯ）による水和膨張性が大きくなるが、水和硬化体の膨張安定性が確保されれば問題がないことから、これらの上限値は特に規定しない。
【００２２】
また、製鋼スラグは通常の砂利などの骨材と異なりアルカリ骨材反応を起こさないので、水和硬化体そのものの耐久性が優れるだけでなく、アルカリ骨材反応に起因するひび割れの発生も抑制できるので、ひび割れを介した中性化が起こらず、水和硬化体中の鉄筋の防食の観点からも好ましい。尚、本発明が鉄筋を有する水和硬化体を対象とした理由は、無筋の水和硬化体は、耐中性化が優れていない場合でも何ら問題とならないからである。
【００２３】
本発明に係る水和硬化体の配合原料として高炉スラグ微粉末を用いるのは、潜在水硬性を有する高炉スラグ微粉末が、製鋼スラグによりアルカリ刺激を受け効率的に水和反応するためだけではなく、従来のコンクリートよりも硬化物が緻密な組織を有することから、水和硬化体の中性化の原因となる炭酸ガス及び水蒸気の浸透・透過を著しく抑制できるからである。また、高炉スラグ微粉末と製鋼スラグ中の遊離ＣａＯとが反応し、製鋼スラグの水和膨張を抑制するからである。高炉スラグ微粉末としてはJIS A 6206「コンクリート用高炉スラグ微粉末」を特に好ましく用いることができる。
【００２４】
高炉スラグ微粉末の配合量は、水和硬化体を構成する配合原料が混合された混合物中において、混合物１ｍ3 当たり１００〜６００ｋｇ（以下、「ｋｇ／ｍ3 」と記す）とすることが好ましい。１００ｋｇ／ｍ3未満ではコンクリート代替として必要な１８Ｎ／ｍｍ2 以上の圧縮強度が得られない場合があり、一方、６００ｋｇ／ｍ3 を超えると強度の増加はほとんど無く不経済となるためである。高炉スラグ微粉末のより好ましい配合量は、２００〜４００ｋｇ／ｍ3である。尚、本発明の水和硬化体においては、配合原料の混合された混合物が硬化する際に体積変化はほとんど無いので、つまり、混合物の体積と水和硬化体の体積とはほとんど同一であるので、混合物１ｍ3当たりの配合量は水和硬化体１ｍ3 当たりの配合量とほぼ同等である。
【００２５】
本発明に係る水和硬化体の配合原料として、アルカリ金属の水酸化物またはアルカリ金属の炭酸塩のうちの少なくとも何れか１種を用いるのは、アルカリ金属の水酸化物及びアルカリ金属の炭酸塩はアルカリ性であり、水和硬化体の中性化抑止材である製鋼スラグとの相乗効果をもたらすためである。アルカリ金属の水酸化物及びアルカリ金属の炭酸塩は、主に水和硬化体のペースト相に存在し、一方、製鋼スラグは主として骨材相であり、従って、ペースト相及び骨材相がアルカリ性となり、つまり、水和硬化体の全体がアルカリ性になり、鉄筋の腐食を抑止する。
【００２６】
アルカリ金属の水酸化物及びアルカリ金属の炭酸塩の配合は、本発明に係る水和硬化体には効果的であるが、コンクリートへ適用すると、効果がないばかりか、逆効果となる場合がある。その理由は、アルカリ金属の水酸化物及びアルカリ金属の炭酸塩はコンクリート中の骨材と反応して、骨材が膨張・崩壊するためである（アルカリ骨材反応）。これに対して、本発明の水和硬化体の骨材として使用する製鋼スラグはアルカリ骨材反応を全く生じず、この現象を見出したことによって、本発明においてアルカリ金属の水酸化物及びアルカリ金属の炭酸塩の配合が可能となった。
【００２７】
アルカリ金属の水酸化物の含有量とアルカリ金属の炭酸塩の含有量との合計値が、水和硬化体１ｍ3 当たり５モル（以下、「ｍｏｌ／ｍ3 」と記す）以上となるように配合することが好ましい。アルカリ金属の水酸化物の含有量とアルカリ金属の炭酸塩の含有量との合計値が５ｍｏｌ／ｍ3以上となることで、ペースト相が長期にわたりアルカリ性に維持されるからである。含有量の上限は特に規定する必要はないが、１００ｍｏｌ／ｍ3 を超えて配合してもその効果はほとんど変わらないため、不経済である。アルカリ金属の水酸化物及びアルカリ金属の炭酸塩の本発明に係る水和硬化体に対する効果は同等であり、従って、両者を対等に扱うことができる。アルカリ金属の水酸化物としては、水酸化ナトリウムまたは水酸化カリウムが好適であり、アルカリ金属の炭酸塩としては、炭酸ナトリウムまたは炭酸カリウムが好適である。これらは安価であり、容易に入手することができるからである。
【００２８】
本発明に係る水和硬化体の配合原料としてフライアッシュを用いることが好ましい。フライアッシュを用いることによって、ポゾラン反応性を有するフライアッシュが製鋼スラグや高炉スラグ微粉末と長期にわたって反応し、生成した水和ゲルが組織中の空隙を埋めることにより、従来のコンクリートよりも硬化物が極めて緻密な組織を有するようになり、水和硬化体の中性化の原因となる炭酸ガス及び水蒸気の浸透・透過を著しく抑制できるからである。
【００２９】
このためには、水和硬化体を構成する配合原料が混合された混合物中において、フライアッシュを１００ｋｇ／ｍ3 以上含有させることが好ましい。フライアッシュを１００ｋｇ／ｍ3以上含有することにより、水和硬化体の平均細孔径は、普通コンクリートが約０.１μｍであるのに対して約０.０１μｍとなり、約１／１０になる。また、フライアッシュには、フライアッシュと製鋼スラグ中の遊離ＣａＯとが反応し、製鋼スラグの水和膨張を抑制する効果もある。フライアッシュの上限値は特に設定しないが、３００ｋｇ／ｍ3を超えると水を加えて練り混ぜた後のフレッシュな状態の粘性が高くなり、ワーカビリティが悪化し、また製鋼スラグの水和膨張を抑制する効果も変わらず不経済となる。フライアッシュとしてはJIS A 6201「コンクリート用フライアッシュ」を用いることが好ましいが、原粉及び加圧流動床灰などの使用も可能である。
【００３０】
本発明に係る水和硬化体において、フライアッシュの含有量に対して、下記の（１）式の範囲を満足する範囲で、ポルトランドセメント、高炉セメント、フライアッシュセメント及び消石灰の群から選択された１種または２種以上を含有させることが好ましい。但し、（１）式において、Ｐは、水和硬化体を構成する配合原料が混合された混合物中におけるポルトランドセメントの含有量（ｋｇ／ｍ3 ）、Ｂは、前記混合物中における高炉セメントの含有量（ｋｇ／ｍ3）、Ｆは、前記混合物中におけるフライアッシュセメントの含有量（ｋｇ／ｍ3 ）、ＣＨは、前記混合物中における消石灰の含有量（ｋｇ／ｍ3）、ＦＡは、前記混合物中におけるフライアッシュの含有量（ｋｇ／ｍ3 ）である。
【００３１】
【数１】
【００３２】
フライアッシュの含有量に対して（１）式の範囲を満足する範囲で、ポルトランドセメント、高炉セメント、フライアッシュセメント及び消石灰の群から選択された１種または２種以上を含有させることで、カルシウム成分を含むこれらの原料により、フライアッシュ及びフライアッシュセメントのポゾラン反応が効率的に生じ、平均細孔径は１ヶ月で約０.０１μｍとなり、短期間で水和硬化体の組織を緻密にすることができるためである。つまり、水和硬化体の中性化の原因となる炭酸ガスや水蒸気の浸透・透過を著しく抑制できるからである。この観点からは、（１）式の右辺が０．４０以下の範囲で、これらの原料を配合することが好ましい。配合量の下限は特に設けないが、（１）式の右辺を０．１５以上とすることで上記効果を得られるので好ましい。
【００３３】
尚、本発明におけるポルトランドセメントとは、JIS R 5210「ポルトランドセメント」に記載されている、普通ポルトランドセメント、早強ポルトランドセメント、超早強ポルトランドセメント、中庸熱ポルトランドセメント、低熱ポルトランドセメント、耐硫酸塩ポルトランドセメントのことである。また、高炉セメントとは、JIS R 5211「高炉セメント」に記載されているＡ種、Ｂ種、Ｃ種のことである。また、フライアッシュセメントとは、JIS R 5213「フライアッシュセメント」に記載のＡ種、Ｂ種、Ｃ種のことである。
【００３４】
本発明に係る水和硬化体で使用する鉄筋としては、JIS G 3112「鉄筋コンクリート用棒鋼」またはJIS G 3117「鉄筋コンクリート用再生棒鋼」を用いることができる。鉄筋の水和硬化体に占める割合は、鉄筋の長手方向に垂直な断面において、水和硬化体部分の断面積に対する鉄筋の断面積が０．２〜１０％の面積率となるように配筋することが好ましい。鉄筋の断面積が０．２％未満の場合には、鉄筋配合による構造物部材の耐力の増強効果が得られにくく、また鉄筋の断面積が１０％を超えると原料コストに見合った効果を得にくく、更に作業効率が低下する傾向となるからである。
【００３５】
これらの原料を用いて本発明に係る水和硬化体を製造する。つまり、上記の原料を配合し、更に水を加えて混合物とし、この混合物を混練して、所定の型枠などに打ち込んで養生して製造する。打ち込みの際に鉄筋を配筋して硬化させ、鉄筋を有する水和硬化体とする。前述したように、本発明に係る水和硬化体では、水で混練した混合物が硬化する際に体積変化はほとんど無いので、混合物１ｍ3 当たりの配合量は水和硬化体１ｍ3 当たりの配合量と見なすことができる。
【００３６】
水和硬化体の養生方法は、所定の強度が確保できれば、水中養生、現場養生、蒸気養生などの通常用いられる何れの方法をも用いることができる。また、鉄筋の表面から水和硬化体外面までの厚さであるかぶり厚は２０ｍｍ以上とすることが好ましい。かぶり厚が２０ｍｍ未満の場合には、中性化の原因となる炭酸ガスや水蒸気の外部からの浸透・透過を十分に遮断できない場合があるからである。
【００３７】
以上説明したように、本発明に係る水和硬化体によれば、配合原料の製鋼スラグと、アルカリ金属の水酸化物またはアルカリ金属の炭酸塩のうちの少なくとも何れか１種とが、中性化抑止材として作用するとともに、潜在水硬性を有する高炉スラグ微粉末の配合、及び、ポゾラン反応性を有するフライアッシュの配合も加味されて、従来のコンクリートよりも緻密な組織を有する硬化物が形成されて中性化の原因となる炭酸ガスや水蒸気の浸透・透過を抑制することができるので、水和硬化体の内部に配置される鉄筋の腐食を長期間にわたって防止することが達成される。
【実施例１】
【００３８】
以下、本発明を実施例により更に詳しく説明する。
【００３９】
製鋼スラグは、表１に示す２種類（Ｎo.Ａ，Ｂ）の化学成分、物性値（最大寸法、粗粒率、細骨材率、表乾密度）のものを用いた。用いた製鋼スラグのうちで、Ｎo.ＡはＣａＯ／ＳｉＯ2が質量比で１．５未満、且つＣａＯ濃度が２５質量％未満であり、中性化抑止材として作用しにくい製鋼スラグである。ここで、粗粒率とは、JIS A 0203「コンクリート用語」に規定される番号3115の粗粒率のことである。また、細骨材率とは、製鋼スラグ全容量に対する粒径５ｍｍ以下の製鋼スラグ量の絶対容積を百分率で表した値である。
【００４０】
【表１】
【００４１】
高炉スラグ微粉末は、JIS A 6206「コンクリート用高炉スラグ微粉末」における高炉スラグ微粉末4000を使用し、フライアッシュは、JIS A 6201「コンクリート用フライアッシュ」におけるII種を使用した。普通ポルトランドセメントは、JIS R 5201「ポルトランドセメント」に適合する普通ポルトランドセメントを用いた。消石灰は、JIS R 9001に適合する工業用消石灰・特号を使用した。アルカリ金属の水酸化物としては、水酸化ナトリウム及び水酸化カリウムを使用し、アルカリ金属の炭酸塩としては炭酸ナトリウム及び炭酸カリウムを使用した。混和剤は、JIS A 6204に適合するポリカルボン酸系の高性能ＡＥ減水剤を使用した。尚、普通ポルトランドセメント及び消石灰は、必須原料ではないが、フライアッシュのポゾラン反応促進のため、並びに、高炉スラグ微粉末の水和促進のために配合した。
【００４２】
これらの水和硬化体の原料を、表２に示す配合でミキサに装入し、この混合物をミキサにより練り混ぜ、直径１００ｍｍ、高さ２００ｍｍの型枠に流し込み、養生して配合Ｎo.１〜１３の圧縮強度測定用のテストピースを製作した。圧縮強度の測定は、JIS A 1108「コンクリートの圧縮強度試験方法」に準じて行った。養生条件は標準養生２８日とした。また、同時に直径１００ｍｍ、高さ２００ｍｍの中性化促進試験用のテストピースを製作した。養生条件は標準養生２８日とした。中性化促進試験は、標準養生２８日後のテストピースをＣＯ2 濃度５容量％、温度４０℃、相対湿度６０％の条件で９１日間暴露後、５０ｍｍピッチで輪切りしたものについて、中性化深さを測定し、その平均値で評価した。中性化深さの測定は、フェノールフタレイン１質量％水溶液噴霧法によって、無変色部を中性化部とした。圧縮強度の測定結果及び中性化促進試験の結果を表２に併せて示す。尚、表２の備考欄には、本発明の範囲を満足する配合割合の水和硬化体は「発明例」と表示し、それ以外の水和硬化体は「比較例」と表示している。
【００４３】
【表２】
【００４４】
また、比較のための従来例としてコンクリートの原料を表３に示す配合でミキサにより練り混ぜ、直径１００ｍｍ、高さ２００ｍｍの型枠に流し込み、養生して、圧縮強度測定用テストピース及び中性化促進試験用テストピースを製作した（配合Ｎo.１４）。養生条件は圧縮強度測定用テストピース及び中性化促進試験用テストピースともに、標準養生２８日とした。圧縮強度試験及び中性化促進試験は上記と同一方法で行なった。尚、コンクリート用原料の骨材はJIS A 1145：2001「骨材のアルカリシリカ反応性試験方法（化学法）」による試験で「無害」と判定された良質なものを用いた。圧縮強度の測定結果及び中性化促進試験の結果を表３に併せて示す。
【００４５】
【表３】
【００４６】
表２及び表３に示すように、製鋼スラグ及び高炉スラグ微粉末を含有し、更に、アルカリ金属の水酸化物及びアルカリ金属の炭酸塩のうちの少なくとも何れか１種を含有した水和硬化体（発明例）は、良質な骨材を用いた水結合材比５３％の普通コンクリート（配合Ｎo.１４）よりも中性化深さが小さく、優れた耐中性化を示した。一方、本発明に該当しない水和硬化体（比較例：配合Ｎo.１３）は、良質な骨材を用いた水結合材比５３％の普通コンクリート（配合Ｎo.１４）よりも耐中性化が劣るか同等レベルであった。
【００４７】
図１は、横軸を、水和硬化体中の、アルカリ金属の水酸化物の含有量とアルカリ金属の炭酸塩の含有量との合計値とし、アルカリ金属の水酸化物及び炭酸塩の含有量と中性化深さとの関係を示す図である。図１からも明らかなように、水和硬化体中の、アルカリ金属の水酸化物の含有量とアルカリ金属の炭酸塩の含有量との合計値が５ｍｏｌ／ｍ3 以上となることで、中性化深さが浅くなり、合計値が２５ｍｏｌ／ｍ3以上では中性化深さが安定して浅くなることが確認できた。
【００４８】
また、表２及び表３の配合による水和硬化体の原料混合物に、鉄筋を、鉄筋の長手方向に垂直な断面において、水和硬化体の断面積に対する鉄筋の断面積が２％となるような条件でかぶり厚を３０ｍｍとして配し、縦１００ｍｍ、横１００ｍｍ、高さ４００ｍｍの型枠に打ち込んだ。鉄筋は、JIS G 3112：2004「鉄筋コンクリート用棒鋼」に適合する丸棒 SR235 D13を用いた。供試材は脱枠後２０℃の水中で材齢２８日まで養生を行い、かぶり厚を制御した面を残し、他の面を全てエポキシ樹脂で被覆した。
【００４９】
この供試材に対して、６０℃、５０％の相対湿度、４日間の乾燥条件と、６０℃、３質量％ＮａＣｌ水溶液に３日間浸漬の湿潤条件とを１サイクルとする乾湿繰り返し試験を行った。この乾湿繰り返し試験を３０サイクル実施した後に、水和硬化体を破壊して鉄筋を取り出し、鉄筋を１０質量％の二水素クエン酸アンモニウム水溶液で徐錆し、腐食面積率とマイクロメーターでの計測による最大腐食深さとを測定した。測定結果を表４に示す。
【００５０】
【表４】
【００５１】
表４に示すように、配合Ｎo.１〜１１の本発明に係る水和硬化体中の鉄筋では腐食は認められなかった。これに対して、配合Ｎo.１４の普通コンクリート中の鉄筋では、腐食面積率が２５％、最大侵食深さが３７０μｍであった。一方、本発明に該当しない配合Ｎo.１３の水和硬化体中の鉄筋は、水和硬化体の中性化により腐食が認められた。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】アルカリ金属の水酸化物及び炭酸塩の含有量と中性化深さとの関係を示す図である。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内部に鉄筋を有する水和硬化体に関し、詳しくは、乾湿が繰り返される環境のように中性化が進みやすい環境下においても、内部の鉄筋の腐食を抑制し、長期間の耐久性を有する構造部材として利用することのできる、耐中性化に優れた水和硬化体に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
鉄筋コンクリートは、コンクリート中のアルカリ成分によって鉄筋の表面に不動態皮膜が形成され、これによって鉄筋の腐食が防止され、長期にわたって強度と耐久性を発揮する構造部材である。従って、コンクリートが中性化すると、不動態皮膜が破壊されて鉄筋が腐食し、構造物部材として機能しなくなる。
【０００３】
近年、コンクリート骨材の入手事情が悪化し、例えば、アルカリ骨材反応を生じる可能性のある安山岩などをコンクリート骨材として使用せざるを得ない場合がある。アルカリ骨材反応によってコンクリートにひび割れが生じた場合には、コンクリートの中性化が急速に進行し、鉄筋が腐食するなどの問題が発生する。また良質な骨材を使用したコンクリートの場合であっても、これを乾湿が繰り返されるなどの中性化が進みやすい環境下で使用した際には、コンクリートの中性化によって鉄筋表面の不動態皮膜が破壊されて鉄筋が腐食し、発生した錆に起因する体積膨張によってコンクリートが剥落するという問題が発生する。当然のことながら、鉄筋と外界との間に存在するコンクリートの厚み（「かぶり厚」という）を増大させることにより、鉄筋の表面までが中性化するまでの時間を遅延させることはできるが、コンクリートのかぶり厚の増大によって構造物が大型化するため、コストが増大するという問題が発生する。
【０００４】
上記のようなコンクリートの中性化による鉄筋の腐食を防止する手段として、以下のような技術が提案されている。例えば、特許文献１には、コンクリート構造物の表面に炭酸ガスや水蒸気の透過率の低い有機高分子組成物の被膜を形成し、中性化の原因となる炭酸ガスや水蒸気をコンクリート構造物の内部に侵入させないようにする技術が提案されている。また、特許文献２には、低セメント比で混練・締固めを行い、コンクリートを緻密化して、中性化の原因となる炭酸ガスや水蒸気のコンクリートへの侵入を防止する技術が提案されている。また更に、特許文献３には、中性化したコンクリートの表面部に外部電極を設置し、コンクリート内部の鉄筋を内部電極とし、電流を印加するコンクリート部分を昇温しつつ、外部電極間または外部電極−内部電極間に電流を印加し、中性化したコンクリートのアルカリ度を回復させる技術が提案されている。
【０００５】
しかし、これらの技術には、以下の問題点がある。即ち、特許文献１に開示された、コンクリート構造物の表面に炭酸ガスや水蒸気の侵入を遮断する被膜を形成する技術では、日光の照射などにより被膜が変質し、被膜に亀裂が生じたり皮膜が剥離したりして、長期間にわたって中性化を防止できないという問題点がある。特許文献２に開示された、水セメント比を小さくする技術では、アルカリ骨材反応を生じることがない良質な骨材を用いた場合には有効であるが、アルカリ骨材反応を生じる骨材を用いた場合には効果がなく、また、水セメント比を小さくすると高コストとなるばかりでなく、コンクリートの自己収縮が大きくなるという弊害も生じる。特許文献３に開示された、電流を印加する方法では、大掛かりの装置が必要であり、このような装置を長期間にわたって運転・維持することは非常にコスト高である。
【０００６】
ところで近年、製鋼スラグと高炉スラグ微粉末とを主原料とし、コンクリートの代替可能な水和硬化体が特許文献４及び非特許文献１に開示されている。
【特許文献１】特開昭６１−２３６６６９号公報
【特許文献２】特開平２−２０８２５２号公報
【特許文献３】特開平７−２９１７６７号公報
【特許文献４】特開２００１−４９３１０号公報
【非特許文献１】鉄鋼スラグ水和固化体技術マニュアル、沿岸開発技術研究センター、２００３年
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明者等は、鉄筋コンクリートの中性化を抑制する手段を種々検討した。その結果、中性化を抑制して鉄筋の腐食を防止するには、コンクリートの代替として、製鋼スラグ及び高炉スラグ微粉末を主原料とし、更にアルカリ金属の水酸化物またはアルカリ金属の炭酸塩を含有する水和硬化体を利用することが極めて効果的であるとの知見を得た。これは、製鋼スラグが弱アルカリ性であることに加えて、アルカリ性であるアルカリ金属の水酸化物またはアルカリ金属の炭酸塩を含有することにより、長期間にわたって鉄筋の周囲が高アルカリに維持されるからである。また、この水和硬化体はコンクリートと同等の機械的強度を発現し、コンクリートの代替として問題がないからである。
【０００８】
この観点から、前記特許文献４及び非特許文献１に開示された水和硬化体を検証した。しかしながら、特許文献４に開示される水和硬化体は用途が不明瞭であり、また、非特許文献１に開示される水和硬化体は、対象として鉄筋を含有しない無筋コンクリート代替を限定しており、耐中性化の性能自体が不明であった。
【０００９】
そこで本発明者等は、特許文献４及び非特許文献１に開示された水和硬化体の耐中性化性能を調査・測定した。その結果、これらの水和硬化体では、耐中性化性能のばらつきが極めて大きく、安定して使用することは困難であることが分かった。即ち、製鋼スラグと高炉スラグ微粉末とを主たる原料とした従来の水和硬化体では、中性化を抑止して鉄筋の腐食を防止することは困難であることが分かった。
【００１０】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、乾湿が繰り返される環境のようにコンクリートなどの中性化が進みやすい環境下においても、内部の鉄筋の腐食を抑制し、長期間の耐久性を有する構造部材として利用することのできる、鉄筋を有する耐中性化に優れた水和硬化体を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するための第１の発明に係る鉄筋を有する耐中性化に優れた水和硬化体は、鉄筋を内部に有する水和硬化体であって、該水和硬化体は、高炉スラグ微粉末及び製鋼スラグと、更に、アルカリ金属の水酸化物、アルカリ金属の炭酸塩のうちの何れか１種または２種と、を水と混合し、得られた混合物を硬化したものであることを特徴とするものである。
【００１２】
第２の発明に係る鉄筋を有する耐中性化に優れた水和硬化体は、第１の発明において、前記アルカリ金属の水酸化物の含有量とアルカリ金属の炭酸塩の含有量との合計値が、水和硬化体１ｍ3 当たり５モル以上であることを特徴とするものである。
【００１３】
第３の発明に係る鉄筋を有する耐中性化に優れた水和硬化体は、第１または第２の発明において、前記アルカリ金属の水酸化物が水酸化ナトリウムまたは／及び水酸化カリウムであることを特徴とするものである。
【００１４】
第４の発明に係る鉄筋を有する耐中性化に優れた水和硬化体は、第１ないし第３の発明の何れかにおいて、前記アルカリ金属の炭酸塩が炭酸ナトリウムまたは／及び炭酸カリウムであることを特徴とするものである。
【００１５】
第５の発明に係る鉄筋を有する耐中性化に優れた水和硬化体は、第１ないし第４の発明の何れかにおいて、前記水和硬化体が、更にフライアッシュを含有することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１６】
上記構成の本発明に係る水和硬化体によれば、製鋼スラグが弱アルカリ性であることに加えて、アルカリ性であるアルカリ金属の水酸化物及びアルカリ金属の炭酸塩のうちの少なくとも何れか１種を含有しているので、これらが中性化抑止材として作用するとともに、潜在水硬性を有する高炉スラグ微粉末の配合により、従来のコンクリートよりも緻密な組織を有する硬化体が形成されて、中性化の原因となる炭酸ガスや水蒸気の浸透・透過が抑制され、水和硬化体の内部に配置される鉄筋の腐食を長期間にわたって防止することができる。即ち、本発明によれば、従来の鉄筋コンクリートでは中性化による鉄筋の腐食によって短期間で崩壊するような環境下においても長期間の使用が可能な構造物を提供することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明者等は、水和硬化体の配合原料を最適化することにより、従来のコンクリートや製鋼スラグと高炉スラグ微粉末などとを原料とした従来の水和硬化体よりも耐中性化に優れた水和硬化体が得られ、これを鉄筋と組み合わせることで、乾湿が繰り返されるなどの中性化が進みやすい環境下においても、長期間の耐久性を有する構造物部材として使用できることを見出し、本発明を完成した。
【００１８】
先ず、本発明に係る水和硬化体の配合原料について説明する。
【００１９】
本発明に係る水和硬化体では、その配合原料として、製鋼スラグ及び高炉スラグ微粉末、更に、アルカリ金属の水酸化物またはアルカリ金属の炭酸塩のうちの少なくとも何れか１種を使用し、必要に応じて、フライアッシュ、ポルトランドセメント、高炉セメント、フライアッシュセメント、消石灰なども使用する。当然ながら、水和硬化体の内部に配置される鉄筋も本発明に係る水和硬化体を構成する原料の１つであり、混錬用の水や混和剤なども配合原料である。本発明に係る水和硬化体は、これら配合原料を混合して混合物を形成し、この混合物を硬化させたものである。
【００２０】
本発明に係る水和硬化体の配合原料のうち、製鋼スラグは、骨材及び結合材、更には水和硬化体の中性化抑止材として作用する。骨材として作用させるための製鋼スラグの粒度分布は、コンクリート用の細骨材や粗骨材に相当するような粒度とし、粒径が０．０７５ｍｍ以上程度、また最大粒径が４０ｍｍ以下程度とすることが好ましい。また、結合材として作用させるための製鋼スラグは微粉であることが好ましく、粒径が０．１５ｍｍ未満程度であることが好ましい。従って、結合材としての粒径と骨材としての粒径とをそれぞれ満足するスラグ粒子が含まれている適当な粒度分布を有する製鋼スラグ（例えば、或る条件で粉砕処理した製鋼スラグやその粉砕処理後に篩分した製鋼スラグ）を使用することが望ましい。
【００２１】
製鋼スラグの成分は特に規定しないが、中性化抑止材として効果的に作用させるための製鋼スラグは、スラグ組成のＣａＯ／ＳｉＯ2が質量比で１．５以上またはスラグ中のＣａＯ濃度が２５質量％以上であることが好ましい。ＣａＯ／ＳｉＯ2が質量比で１．５以上またはＣａＯ濃度が２５質量％以上の製鋼スラグは、製鋼スラグ中のＣａＯ成分が長期間にわたり水和硬化体中に含まれる水に溶解し、水和硬化体を弱アルカリ性に保ち、中性化を抑止する。従って、より好ましい製鋼スラグは、ＣａＯ／ＳｉＯ2が質量比で２．０以上またはＣａＯ濃度が３０質量％以上である。一般にＣａＯ／ＳｉＯ2或いはＣａＯ濃度が高くなると製鋼スラグ中の遊離ＣａＯ（free−ＣａＯ）による水和膨張性が大きくなるが、水和硬化体の膨張安定性が確保されれば問題がないことから、これらの上限値は特に規定しない。
【００２２】
また、製鋼スラグは通常の砂利などの骨材と異なりアルカリ骨材反応を起こさないので、水和硬化体そのものの耐久性が優れるだけでなく、アルカリ骨材反応に起因するひび割れの発生も抑制できるので、ひび割れを介した中性化が起こらず、水和硬化体中の鉄筋の防食の観点からも好ましい。尚、本発明が鉄筋を有する水和硬化体を対象とした理由は、無筋の水和硬化体は、耐中性化が優れていない場合でも何ら問題とならないからである。
【００２３】
本発明に係る水和硬化体の配合原料として高炉スラグ微粉末を用いるのは、潜在水硬性を有する高炉スラグ微粉末が、製鋼スラグによりアルカリ刺激を受け効率的に水和反応するためだけではなく、従来のコンクリートよりも硬化物が緻密な組織を有することから、水和硬化体の中性化の原因となる炭酸ガス及び水蒸気の浸透・透過を著しく抑制できるからである。また、高炉スラグ微粉末と製鋼スラグ中の遊離ＣａＯとが反応し、製鋼スラグの水和膨張を抑制するからである。高炉スラグ微粉末としてはJIS A 6206「コンクリート用高炉スラグ微粉末」を特に好ましく用いることができる。
【００２４】
高炉スラグ微粉末の配合量は、水和硬化体を構成する配合原料が混合された混合物中において、混合物１ｍ3 当たり１００〜６００ｋｇ（以下、「ｋｇ／ｍ3 」と記す）とすることが好ましい。１００ｋｇ／ｍ3未満ではコンクリート代替として必要な１８Ｎ／ｍｍ2 以上の圧縮強度が得られない場合があり、一方、６００ｋｇ／ｍ3 を超えると強度の増加はほとんど無く不経済となるためである。高炉スラグ微粉末のより好ましい配合量は、２００〜４００ｋｇ／ｍ3である。尚、本発明の水和硬化体においては、配合原料の混合された混合物が硬化する際に体積変化はほとんど無いので、つまり、混合物の体積と水和硬化体の体積とはほとんど同一であるので、混合物１ｍ3当たりの配合量は水和硬化体１ｍ3 当たりの配合量とほぼ同等である。
【００２５】
本発明に係る水和硬化体の配合原料として、アルカリ金属の水酸化物またはアルカリ金属の炭酸塩のうちの少なくとも何れか１種を用いるのは、アルカリ金属の水酸化物及びアルカリ金属の炭酸塩はアルカリ性であり、水和硬化体の中性化抑止材である製鋼スラグとの相乗効果をもたらすためである。アルカリ金属の水酸化物及びアルカリ金属の炭酸塩は、主に水和硬化体のペースト相に存在し、一方、製鋼スラグは主として骨材相であり、従って、ペースト相及び骨材相がアルカリ性となり、つまり、水和硬化体の全体がアルカリ性になり、鉄筋の腐食を抑止する。
【００２６】
アルカリ金属の水酸化物及びアルカリ金属の炭酸塩の配合は、本発明に係る水和硬化体には効果的であるが、コンクリートへ適用すると、効果がないばかりか、逆効果となる場合がある。その理由は、アルカリ金属の水酸化物及びアルカリ金属の炭酸塩はコンクリート中の骨材と反応して、骨材が膨張・崩壊するためである（アルカリ骨材反応）。これに対して、本発明の水和硬化体の骨材として使用する製鋼スラグはアルカリ骨材反応を全く生じず、この現象を見出したことによって、本発明においてアルカリ金属の水酸化物及びアルカリ金属の炭酸塩の配合が可能となった。
【００２７】
アルカリ金属の水酸化物の含有量とアルカリ金属の炭酸塩の含有量との合計値が、水和硬化体１ｍ3 当たり５モル（以下、「ｍｏｌ／ｍ3 」と記す）以上となるように配合することが好ましい。アルカリ金属の水酸化物の含有量とアルカリ金属の炭酸塩の含有量との合計値が５ｍｏｌ／ｍ3以上となることで、ペースト相が長期にわたりアルカリ性に維持されるからである。含有量の上限は特に規定する必要はないが、１００ｍｏｌ／ｍ3 を超えて配合してもその効果はほとんど変わらないため、不経済である。アルカリ金属の水酸化物及びアルカリ金属の炭酸塩の本発明に係る水和硬化体に対する効果は同等であり、従って、両者を対等に扱うことができる。アルカリ金属の水酸化物としては、水酸化ナトリウムまたは水酸化カリウムが好適であり、アルカリ金属の炭酸塩としては、炭酸ナトリウムまたは炭酸カリウムが好適である。これらは安価であり、容易に入手することができるからである。
【００２８】
本発明に係る水和硬化体の配合原料としてフライアッシュを用いることが好ましい。フライアッシュを用いることによって、ポゾラン反応性を有するフライアッシュが製鋼スラグや高炉スラグ微粉末と長期にわたって反応し、生成した水和ゲルが組織中の空隙を埋めることにより、従来のコンクリートよりも硬化物が極めて緻密な組織を有するようになり、水和硬化体の中性化の原因となる炭酸ガス及び水蒸気の浸透・透過を著しく抑制できるからである。
【００２９】
このためには、水和硬化体を構成する配合原料が混合された混合物中において、フライアッシュを１００ｋｇ／ｍ3 以上含有させることが好ましい。フライアッシュを１００ｋｇ／ｍ3以上含有することにより、水和硬化体の平均細孔径は、普通コンクリートが約０.１μｍであるのに対して約０.０１μｍとなり、約１／１０になる。また、フライアッシュには、フライアッシュと製鋼スラグ中の遊離ＣａＯとが反応し、製鋼スラグの水和膨張を抑制する効果もある。フライアッシュの上限値は特に設定しないが、３００ｋｇ／ｍ3を超えると水を加えて練り混ぜた後のフレッシュな状態の粘性が高くなり、ワーカビリティが悪化し、また製鋼スラグの水和膨張を抑制する効果も変わらず不経済となる。フライアッシュとしてはJIS A 6201「コンクリート用フライアッシュ」を用いることが好ましいが、原粉及び加圧流動床灰などの使用も可能である。
【００３０】
本発明に係る水和硬化体において、フライアッシュの含有量に対して、下記の（１）式の範囲を満足する範囲で、ポルトランドセメント、高炉セメント、フライアッシュセメント及び消石灰の群から選択された１種または２種以上を含有させることが好ましい。但し、（１）式において、Ｐは、水和硬化体を構成する配合原料が混合された混合物中におけるポルトランドセメントの含有量（ｋｇ／ｍ3 ）、Ｂは、前記混合物中における高炉セメントの含有量（ｋｇ／ｍ3）、Ｆは、前記混合物中におけるフライアッシュセメントの含有量（ｋｇ／ｍ3 ）、ＣＨは、前記混合物中における消石灰の含有量（ｋｇ／ｍ3）、ＦＡは、前記混合物中におけるフライアッシュの含有量（ｋｇ／ｍ3 ）である。
【００３１】
【数１】
【００３２】
フライアッシュの含有量に対して（１）式の範囲を満足する範囲で、ポルトランドセメント、高炉セメント、フライアッシュセメント及び消石灰の群から選択された１種または２種以上を含有させることで、カルシウム成分を含むこれらの原料により、フライアッシュ及びフライアッシュセメントのポゾラン反応が効率的に生じ、平均細孔径は１ヶ月で約０.０１μｍとなり、短期間で水和硬化体の組織を緻密にすることができるためである。つまり、水和硬化体の中性化の原因となる炭酸ガスや水蒸気の浸透・透過を著しく抑制できるからである。この観点からは、（１）式の右辺が０．４０以下の範囲で、これらの原料を配合することが好ましい。配合量の下限は特に設けないが、（１）式の右辺を０．１５以上とすることで上記効果を得られるので好ましい。
【００３３】
尚、本発明におけるポルトランドセメントとは、JIS R 5210「ポルトランドセメント」に記載されている、普通ポルトランドセメント、早強ポルトランドセメント、超早強ポルトランドセメント、中庸熱ポルトランドセメント、低熱ポルトランドセメント、耐硫酸塩ポルトランドセメントのことである。また、高炉セメントとは、JIS R 5211「高炉セメント」に記載されているＡ種、Ｂ種、Ｃ種のことである。また、フライアッシュセメントとは、JIS R 5213「フライアッシュセメント」に記載のＡ種、Ｂ種、Ｃ種のことである。
【００３４】
本発明に係る水和硬化体で使用する鉄筋としては、JIS G 3112「鉄筋コンクリート用棒鋼」またはJIS G 3117「鉄筋コンクリート用再生棒鋼」を用いることができる。鉄筋の水和硬化体に占める割合は、鉄筋の長手方向に垂直な断面において、水和硬化体部分の断面積に対する鉄筋の断面積が０．２〜１０％の面積率となるように配筋することが好ましい。鉄筋の断面積が０．２％未満の場合には、鉄筋配合による構造物部材の耐力の増強効果が得られにくく、また鉄筋の断面積が１０％を超えると原料コストに見合った効果を得にくく、更に作業効率が低下する傾向となるからである。
【００３５】
これらの原料を用いて本発明に係る水和硬化体を製造する。つまり、上記の原料を配合し、更に水を加えて混合物とし、この混合物を混練して、所定の型枠などに打ち込んで養生して製造する。打ち込みの際に鉄筋を配筋して硬化させ、鉄筋を有する水和硬化体とする。前述したように、本発明に係る水和硬化体では、水で混練した混合物が硬化する際に体積変化はほとんど無いので、混合物１ｍ3 当たりの配合量は水和硬化体１ｍ3 当たりの配合量と見なすことができる。
【００３６】
水和硬化体の養生方法は、所定の強度が確保できれば、水中養生、現場養生、蒸気養生などの通常用いられる何れの方法をも用いることができる。また、鉄筋の表面から水和硬化体外面までの厚さであるかぶり厚は２０ｍｍ以上とすることが好ましい。かぶり厚が２０ｍｍ未満の場合には、中性化の原因となる炭酸ガスや水蒸気の外部からの浸透・透過を十分に遮断できない場合があるからである。
【００３７】
以上説明したように、本発明に係る水和硬化体によれば、配合原料の製鋼スラグと、アルカリ金属の水酸化物またはアルカリ金属の炭酸塩のうちの少なくとも何れか１種とが、中性化抑止材として作用するとともに、潜在水硬性を有する高炉スラグ微粉末の配合、及び、ポゾラン反応性を有するフライアッシュの配合も加味されて、従来のコンクリートよりも緻密な組織を有する硬化物が形成されて中性化の原因となる炭酸ガスや水蒸気の浸透・透過を抑制することができるので、水和硬化体の内部に配置される鉄筋の腐食を長期間にわたって防止することが達成される。
【実施例１】
【００３８】
以下、本発明を実施例により更に詳しく説明する。
【００３９】
製鋼スラグは、表１に示す２種類（Ｎo.Ａ，Ｂ）の化学成分、物性値（最大寸法、粗粒率、細骨材率、表乾密度）のものを用いた。用いた製鋼スラグのうちで、Ｎo.ＡはＣａＯ／ＳｉＯ2が質量比で１．５未満、且つＣａＯ濃度が２５質量％未満であり、中性化抑止材として作用しにくい製鋼スラグである。ここで、粗粒率とは、JIS A 0203「コンクリート用語」に規定される番号3115の粗粒率のことである。また、細骨材率とは、製鋼スラグ全容量に対する粒径５ｍｍ以下の製鋼スラグ量の絶対容積を百分率で表した値である。
【００４０】
【表１】
【００４１】
高炉スラグ微粉末は、JIS A 6206「コンクリート用高炉スラグ微粉末」における高炉スラグ微粉末4000を使用し、フライアッシュは、JIS A 6201「コンクリート用フライアッシュ」におけるII種を使用した。普通ポルトランドセメントは、JIS R 5201「ポルトランドセメント」に適合する普通ポルトランドセメントを用いた。消石灰は、JIS R 9001に適合する工業用消石灰・特号を使用した。アルカリ金属の水酸化物としては、水酸化ナトリウム及び水酸化カリウムを使用し、アルカリ金属の炭酸塩としては炭酸ナトリウム及び炭酸カリウムを使用した。混和剤は、JIS A 6204に適合するポリカルボン酸系の高性能ＡＥ減水剤を使用した。尚、普通ポルトランドセメント及び消石灰は、必須原料ではないが、フライアッシュのポゾラン反応促進のため、並びに、高炉スラグ微粉末の水和促進のために配合した。
【００４２】
これらの水和硬化体の原料を、表２に示す配合でミキサに装入し、この混合物をミキサにより練り混ぜ、直径１００ｍｍ、高さ２００ｍｍの型枠に流し込み、養生して配合Ｎo.１〜１３の圧縮強度測定用のテストピースを製作した。圧縮強度の測定は、JIS A 1108「コンクリートの圧縮強度試験方法」に準じて行った。養生条件は標準養生２８日とした。また、同時に直径１００ｍｍ、高さ２００ｍｍの中性化促進試験用のテストピースを製作した。養生条件は標準養生２８日とした。中性化促進試験は、標準養生２８日後のテストピースをＣＯ2 濃度５容量％、温度４０℃、相対湿度６０％の条件で９１日間暴露後、５０ｍｍピッチで輪切りしたものについて、中性化深さを測定し、その平均値で評価した。中性化深さの測定は、フェノールフタレイン１質量％水溶液噴霧法によって、無変色部を中性化部とした。圧縮強度の測定結果及び中性化促進試験の結果を表２に併せて示す。尚、表２の備考欄には、本発明の範囲を満足する配合割合の水和硬化体は「発明例」と表示し、それ以外の水和硬化体は「比較例」と表示している。
【００４３】
【表２】
【００４４】
また、比較のための従来例としてコンクリートの原料を表３に示す配合でミキサにより練り混ぜ、直径１００ｍｍ、高さ２００ｍｍの型枠に流し込み、養生して、圧縮強度測定用テストピース及び中性化促進試験用テストピースを製作した（配合Ｎo.１４）。養生条件は圧縮強度測定用テストピース及び中性化促進試験用テストピースともに、標準養生２８日とした。圧縮強度試験及び中性化促進試験は上記と同一方法で行なった。尚、コンクリート用原料の骨材はJIS A 1145：2001「骨材のアルカリシリカ反応性試験方法（化学法）」による試験で「無害」と判定された良質なものを用いた。圧縮強度の測定結果及び中性化促進試験の結果を表３に併せて示す。
【００４５】
【表３】
【００４６】
表２及び表３に示すように、製鋼スラグ及び高炉スラグ微粉末を含有し、更に、アルカリ金属の水酸化物及びアルカリ金属の炭酸塩のうちの少なくとも何れか１種を含有した水和硬化体（発明例）は、良質な骨材を用いた水結合材比５３％の普通コンクリート（配合Ｎo.１４）よりも中性化深さが小さく、優れた耐中性化を示した。一方、本発明に該当しない水和硬化体（比較例：配合Ｎo.１３）は、良質な骨材を用いた水結合材比５３％の普通コンクリート（配合Ｎo.１４）よりも耐中性化が劣るか同等レベルであった。
【００４７】
図１は、横軸を、水和硬化体中の、アルカリ金属の水酸化物の含有量とアルカリ金属の炭酸塩の含有量との合計値とし、アルカリ金属の水酸化物及び炭酸塩の含有量と中性化深さとの関係を示す図である。図１からも明らかなように、水和硬化体中の、アルカリ金属の水酸化物の含有量とアルカリ金属の炭酸塩の含有量との合計値が５ｍｏｌ／ｍ3 以上となることで、中性化深さが浅くなり、合計値が２５ｍｏｌ／ｍ3以上では中性化深さが安定して浅くなることが確認できた。
【００４８】
また、表２及び表３の配合による水和硬化体の原料混合物に、鉄筋を、鉄筋の長手方向に垂直な断面において、水和硬化体の断面積に対する鉄筋の断面積が２％となるような条件でかぶり厚を３０ｍｍとして配し、縦１００ｍｍ、横１００ｍｍ、高さ４００ｍｍの型枠に打ち込んだ。鉄筋は、JIS G 3112：2004「鉄筋コンクリート用棒鋼」に適合する丸棒 SR235 D13を用いた。供試材は脱枠後２０℃の水中で材齢２８日まで養生を行い、かぶり厚を制御した面を残し、他の面を全てエポキシ樹脂で被覆した。
【００４９】
この供試材に対して、６０℃、５０％の相対湿度、４日間の乾燥条件と、６０℃、３質量％ＮａＣｌ水溶液に３日間浸漬の湿潤条件とを１サイクルとする乾湿繰り返し試験を行った。この乾湿繰り返し試験を３０サイクル実施した後に、水和硬化体を破壊して鉄筋を取り出し、鉄筋を１０質量％の二水素クエン酸アンモニウム水溶液で徐錆し、腐食面積率とマイクロメーターでの計測による最大腐食深さとを測定した。測定結果を表４に示す。
【００５０】
【表４】
【００５１】
表４に示すように、配合Ｎo.１〜１１の本発明に係る水和硬化体中の鉄筋では腐食は認められなかった。これに対して、配合Ｎo.１４の普通コンクリート中の鉄筋では、腐食面積率が２５％、最大侵食深さが３７０μｍであった。一方、本発明に該当しない配合Ｎo.１３の水和硬化体中の鉄筋は、水和硬化体の中性化により腐食が認められた。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】アルカリ金属の水酸化物及び炭酸塩の含有量と中性化深さとの関係を示す図である。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉄筋を内部に有する水和硬化体であって、該水和硬化体は、高炉スラグ微粉末及び製鋼スラグと、更に、アルカリ金属の水酸化物、アルカリ金属の炭酸塩のうちの何れか１種または２種と、を水と混合し、得られた混合物を硬化したものであることを特徴とする、鉄筋を有する耐中性化に優れた水和硬化体。
【請求項２】
前記アルカリ金属の水酸化物の含有量とアルカリ金属の炭酸塩の含有量との合計値が、水和硬化体１ｍ3 当たり５モル以上であることを特徴とする、請求項１に記載の鉄筋を有する耐中性化に優れた水和硬化体。
【請求項３】
前記アルカリ金属の水酸化物が水酸化ナトリウムまたは／及び水酸化カリウムであることを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の鉄筋を有する耐中性化に優れた水和硬化体。
【請求項４】
前記アルカリ金属の炭酸塩が炭酸ナトリウムまたは／及び炭酸カリウムであることを特徴とする、請求項１ないし請求項３の何れか１つに記載の鉄筋を有する耐中性化に優れた水和硬化体。
【請求項５】
前記水和硬化体が、更にフライアッシュを含有することを特徴とする、請求項１ないし請求項４の何れか１つに記載の鉄筋を有する耐中性化に優れた水和硬化体。
【請求項１】
鉄筋を内部に有する水和硬化体であって、該水和硬化体は、高炉スラグ微粉末及び製鋼スラグと、更に、アルカリ金属の水酸化物、アルカリ金属の炭酸塩のうちの何れか１種または２種と、を水と混合し、得られた混合物を硬化したものであることを特徴とする、鉄筋を有する耐中性化に優れた水和硬化体。
【請求項２】
前記アルカリ金属の水酸化物の含有量とアルカリ金属の炭酸塩の含有量との合計値が、水和硬化体１ｍ3 当たり５モル以上であることを特徴とする、請求項１に記載の鉄筋を有する耐中性化に優れた水和硬化体。
【請求項３】
前記アルカリ金属の水酸化物が水酸化ナトリウムまたは／及び水酸化カリウムであることを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の鉄筋を有する耐中性化に優れた水和硬化体。
【請求項４】
前記アルカリ金属の炭酸塩が炭酸ナトリウムまたは／及び炭酸カリウムであることを特徴とする、請求項１ないし請求項３の何れか１つに記載の鉄筋を有する耐中性化に優れた水和硬化体。
【請求項５】
前記水和硬化体が、更にフライアッシュを含有することを特徴とする、請求項１ないし請求項４の何れか１つに記載の鉄筋を有する耐中性化に優れた水和硬化体。
【図１】
【公開番号】特開２００８−１９５５４４（Ｐ２００８−１９５５４４Ａ）
【公開日】平成２０年８月２８日（２００８．８．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２８９９３（Ｐ２００７−２８９９３）
【出願日】平成１９年２月８日（２００７．２．８）
【出願人】（０００００１２５８）ＪＦＥスチール株式会社 (8,589)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年８月２８日（２００８．８．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年２月８日（２００７．２．８）
【出願人】（０００００１２５８）ＪＦＥスチール株式会社 (8,589)
【Ｆターム（参考）】
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