説明

防食性複合体およびその製法

【課題】 優れた耐酸性とひび割れ抵抗性を併せ持ち、腫れや剥れもなく、付着性にも優れる防食性複合体を提供する。
【解決手段】 カルシウムアルミネート系化合物と高炉水砕スラグ微粉末とを含有するモルタルまたはコンクリートの表面に収縮低減剤をコーティングした防食性複合体。モルタルまたはコンクリートがフライアッシュ、シリカフューム、パルプスラッジ焼却灰、下水汚泥焼却灰、廃ガラス粉末のうちの少なくとも1種や、ポリマー、繊維質物質を含有することが好ましい。また、収縮低減剤の使用量が100〜500g/mであることが好ましい。さらに、カルシウムアルミネート系化合物と高炉水砕スラグ微粉末とを含有するコンクリートの表面に収縮低減剤をコーティングする防食性複合体の製法である。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、主に、土木・建築分野において使用される防食性複合体に関する。
【0002】
なお、本発明における部や%は特に規定しない限り質量基準で示す。
【背景技術】
【0003】
近年、下水処理施設を中心に、コンクリート構造物の硫酸による劣化事例が増加している。このような背景を受けて、コンクリートの硫酸劣化に関する研究も以前にも増して多く見受けられるようになった。硫酸劣化の対策としては、耐酸性に優れる樹脂を塗膜する方法や、耐酸性のモルタルで断面修復する方法が採用されている。
耐酸モルタルとして、ポルトランドセメントとともに、高炉スラグやフライアッシュ、シリカフュームなどを多量に混和したモルタルが提案されている(特許文献1)。
一方、ポルトランドセメントとならんでアルミナセメントが知られている。アルミナセメントはカルシウムアルミネート系化合物を主成分とする水硬性材料である。カルシウムアルミネート系化合物はポルトランドセメントと比較して、初期強度発現性に優れ、塩化物浸透に対する抵抗性や耐酸性にも優れるという特徴があるが、水和物の転化(コンバージョン)による長期強度の低下を防止する方法としては、高炉水砕スラグ、フライアッシュ及びシリカフュームなどを併用する方法が提案されている(特許文献2、特許文献3)。
また、ひび割れを防止するために収縮低減剤が開発されている。収縮低減剤の使用方法としては、セメントに混和する方法やセメントコンクリートの硬化後塗布する方法が知られており、水硬性組成物、水、および収縮低減剤を混練したものを、硬化したコンクリート表面に施工し、その後、蒸発抑制被覆層を形成する方法も提案されている(非特許文献1、特許文献4)。さらに、コンクリート表面に散布や塗布し、コンクリート表面を被覆する、エチレン−酢ビ共重合エマルジョンを含有する養生用封緘剤も提案されている(特許文献5)。
【0004】
【特許文献1】特開2000-128618号公報
【特許文献2】特開昭60-180945号公報
【特許文献3】特開平01-141844号公報
【特許文献4】特開2002-193686号公報
【特許文献5】特公昭62-000116号公報
【非特許文献1】膨張材と収縮低減剤、コンクリート工学、Vol.24、 No.2、Feb 1986、p.56〜62
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
本発明者は、優れた耐酸性とひび割れ抵抗性を併せ持ち、塗膜層の浮きや剥れのない、付着性にも優れる防食性複合体について種々検討を重ねた結果、カルシウムアルミネート系化合物と高炉水砕スラグ微粉末とを含有するモルタルまたはコンクリートの表面に、収縮低減剤を塗布することにより、上記課題を解決できる防食性複合体が得られることを知見し、本発明を完成するに至った。
【課題を解決するための手段】
【0006】
すなわち、本発明は、カルシウムアルミネート系化合物と高炉水砕スラグ微粉末とを含有するモルタルまたはコンクリートの表面に収縮低減剤をコーティングした防食性複合体であり、モルタルまたはコンクリートがフライアッシュ、シリカフューム、パルプスラッジ焼却灰、下水汚泥焼却灰、および廃ガラス粉末のうちの少なくとも1種を含有する前記防食性複合体であり、さらに、モルタルまたはコンクリートがポリマーおよび/または繊維質物質を含有する前記防食性複合体であり、収縮低減剤の使用量が100〜500g/mである前記防食性複合体である。また、カルシウムアルミネート系化合物と高炉水砕スラグ微粉末とを含有するコンクリートの表面に収縮低減剤をコーティングする防食性複合体の製法である。
【発明の効果】
【0007】
本発明の防食性複合体は、優れた耐酸性とひび割れ抵抗性を併せ持ち、腫れや剥れもなく、付着性にも優れるなどの効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【0008】
本発明のカルシウムアルミネート系化合物は、CaOとAlを主成分とする化合物を総称するものであり、特に限定されるものではない。その具体例としては、CaO・2Al、CaO・Al、12CaO・7Al、11CaO・7Al・CaF、3CaO・Al、3CaO・3Al・CaSOなどと表される結晶性のカルシウムアルミネート類や、CaOとAl成分を主成分とする非晶質の化合物が挙げられる。これらの中で、CaO/Alモル比が1〜2にあるものを選定することが、可使時間の確保の観点から好ましい。
【0009】
カルシウムアルミネート系化合物を得る方法としては、CaO原料とAl原料をロータリーキルンや電気炉などによって熱処理して得る方法が挙げられる。カルシウムアルミネート系化合物を製造する際のCaO原料としては、例えば、石灰石や貝殻などの炭酸カルシウム、消石灰などの水酸化カルシウム、あるいは生石灰などの酸化カルシウムを挙げることができる。また、Al原料としては、例えば、ボーキサイトやアルミ残灰と呼ばれる産業副産物のほか、アルミ粉などが挙げられる。
【0010】
カルシウムアルミネート系化合物を工業的に得る場合、不純物が含まれることがある。その具体例としては、例えば、SiO、Fe、MgO、TiO、MnO、NaO、KO、LiO、S、P、およびFなどが挙げられる。これらの不純物の存在は本発明の目的を実質的に阻害しない範囲では特に問題とはならない。具体的には、これらの不純物の合計が10%以下の範囲では特に問題とはならない。
【0011】
また、不純物化合物としては、4CaO・Al・Fe、6CaO・2Al・Fe、6CaO・Al・2Feなどのカルシウムアルミノフェライト、2CaO・FeやCaO・Feなどのカルシウムフェライト、ゲーレナイト2CaO・Al・SiO、アノーサイトCaO・Al・2SiOなどのカルシウムアルミノシリケート、メルビナイト3CaO・MgO・2SiO、アケルマナイト2CaO・MgO・2SiO、モンチセライトCaO・MgO・SiOなどのカルシウムマグネシウムシリケート、トライカルシウムシリケート3CaO・SiO、ダイカルシウムシリケート2CaO・SiO、ランキナイト3CaO・2SiO、ワラストナイトCaO・SiOなどのカルシウムシリケート、カルシウムチタネートCaO・TiO、遊離石灰、リューサイト(KO、NaO)・Al・SiOなどを含む場合がある。本発明ではこれらの結晶質または非晶質が混在していても良い。
【0012】
本発明のカルシウムアルミネート系化合物の粒度は、特に限定されるものではないが、通常、ブレーン比表面積で3000〜9000cm/gの範囲にあり、4000〜8000cm/g程度のものがより好ましい。3000cm/g未満では強度発現性が充分でない場合があり、9000cm/gを超えるようなものは取り扱いが困難な場合がある。
【0013】
本発明の高炉水砕スラグ微粉末は、カルシウムアルミネート系化合物のコンバージョンによる強度低下を防止する効果や耐酸性を担う。高炉水砕スラグ微粉末の粉末度は、特に限定されるものではないが、通常、ブレーン比表面積で3000〜9000cm/g程度の範囲にある。
【0014】
本発明では、高炉水砕スラグ微粉末などの潜在水硬性物質のほかに、ポゾランを使用できる。ポゾランは、カルシウムアルミネート系化合物のコンバージョンによる強度低下を防止する効果や耐酸性を向上させる効果を助長する役割を担う。ポゾランは、特に限定されるものではなく、フライアッシュ、シリカフューム、パルプスラッジ焼却灰、下水汚泥焼却灰、廃ガラス粉末などが挙げられる。中でも、フライアッシュやシリカフュームの使用が好ましい。
フライアッシュとシリカヒュームの粉末度は、特に限定されるものではないが、通常、フライアッシュについては、ブレーン比表面積で3000〜9000cm/g程度の範囲にあり、シリカヒュームについては、BET比表面積で2〜20万m/g程度の範囲にある。
【0015】
本発明のカルシウムアルミネート系化合物と高炉水砕スラグ微粉末(以下、セメント組成物という)の配合割合は、特に限定されるものではないが、通常、カルシウムアルミネート系化合物は30〜80部であり、50〜70部が好ましく、高炉水砕スラグ微粉末は20〜70部であり、30〜50部が好ましい。
また、ポゾランは、必要に応じて、高炉水砕スラグ微粉末の一部に置換して用いることが可能である。カルシウムアルミネート系化合物が30部未満であったり、高炉水砕スラグ微粉末が70部を超えると、強度発現性が十分でなくなる場合があり、カルシウムアルミネート系化合物が90部を超えたり、高炉水砕スラグ微粉末が10部未満であると、コンバージョンによる強度低下が発生したり、十分な耐酸性が得られない場合がある。
【0016】
本発明の収縮低減剤は、乾燥収縮防止や硬化収縮の補償などをする用途に使用されているもので、特に限定されるものではないが、例えば、ノニオン系界面活性剤の一種であって、液体や粉体で、セメント硬化体中の細孔にある水に溶解して、蒸発するときの水の表面張力を低下させる働きがあるものである。
収縮低減剤の基本構造は、ポリオキシアルキレン重合物を有し、末端に低級アルコール、フェノール、およびアミノ結合物を付加したものである。
具体的には、ポリプロピレングリコール、エチレンオキシドメタノール付加物エチレンオキシド・プロピレンオキシドブロック重合物、エチレンオキシド・プロピレンオキシドランダム重合物、グリコールのシクロアルキル基付加物、グリコールの両端にメチル基を付加した付加物、グリコールのフェニル基付加物、グリコールにメチルフェニル基を付加したブロック重合物、グリコールの両端にエチレンオキサイドメタノールを付加した付加物、およびグリコールにジメチルアミンを付加した付加物などが使用可能である。
【0017】
収縮低減剤の散布は、打設したモルタルまたはコンクリ−トの硬化前に行なう。収縮低減剤の水の希釈倍率は、10倍以下が好ましい。10倍を超えるとひび割れ防止効果が得られない場合がある。
収縮低減剤の散布方法は、モルタルまたはコンクリート表面に均一に分散する方法であれば特に限定されるものではなく、施工面積により、噴霧器、噴霧機、およびじょうろなどを用いる方法がある。
【0018】
収縮低減剤の使用量は、特に限定されるものではないが、1m当たり、原液換算で100〜500gの範囲で使用することが好ましく、150〜400gがより好ましい。100g未満ではひび割れ抵抗性の向上効果や耐酸性向上効果が十分でなく、500gを超えてもさらなる効果の向上が期待できない。
【0019】
本発明では、モルタルまたはコンクリートにポリマーを配合することが、耐酸性の向上の観点から、また、付着強度の向上の観点から好ましい。
本発明のポリマーは、特に限定されるものではない。ポリマーは大別すると、水性ポリマーディスパージョン、水溶性ポリマー、液状ポリマー、再乳化型粉末樹脂の4種類となる。その具体例としては、水性ポリマーディスパージョンとしては、天然ゴムラテックス、合成ゴムラテックス、樹脂エマルジョン、混合ディスパージョンが分類される。この中には、スチレンブタジエンゴム、クロロプレンゴム、メタクリル酸メチルブタジエンゴム、アクリロニトリルブタジエンゴム、ポリアクリル酸エステル、エチレン酢酸ビニル、スチレンアクリル酸エステル、ポリプロピオン酸ビニル、ポリプロピレン、エポキシ樹脂、アスファルト、パラフィン、混合ラテックス、混合エマルジョンなどが挙げられる。水溶性ポリマーとしては、例えば、メチルセルロース、ヒドロキシプロピルメチルセルロース、ポリビニルアルコール、アクリル酸カルシウム、アクリル酸マグネシウムなどが挙げられる。液状ポリマーとしては、例えば、不飽和ポリエステル樹脂やエポキシ樹脂などが挙げられる。再乳化型粉末樹脂としては、例えば、スチレンブタジエンゴム、エチレン酢酸ビニル、酢酸ビニルビニルバーサテート、スチレンアクリル酸エステル、ポリアクリル酸エステルなどが挙げられる。
【0020】
ポリマーの使用量は、特に限定されるものではないが、通常、セメント組成物100部に対して、固形分換算で、1〜10部が好ましく、3〜7部がより好ましい。1部未満では、付着強度の改善効果、物質遮断性およびひび割れ抵抗性が充分に得られない場合があり、10部を超えて使用すると、凝結遅延や初期強度発現性が悪くなる場合がある。
【0021】
本発明では、モルタルまたはコンクリートに繊維質物質を配合することがひび割れ抵抗性を向上させる観点から好ましい。本発明で言う繊維質物質とは、特に限定されるものではないが、例えば、ビニロン繊維、セルロース繊維、アクリル繊維などの有機系繊維、炭素繊維、スチールファイバー、ワラストナイト繊維、ガラス繊維などの無機系繊維などが挙げられる。本発明ではこれらのうちの少なくとも1種が使用可能である。
【0022】
繊維質物質の使用量は、特に限定されるものではないが、通常、セメント組成物100部に対して、0.1〜3部が好ましく、0.3〜2部がより好ましい。0.1部未満では、ひび割れ抵抗性が十分に得られない場合があり、3部を超えて使用しても更なる効果の増進が期待できず、また、分散性が悪くなる場合がある。
【0023】
本発明では、本発明のセメント組成物に公知のセメントを併用しても良い。公知のセメントとしては、普通、早強、超早強、低熱、および中庸熱などの各種ポルトランドセメント、これらポルトランドセメントに高炉スラグ、フライアッシュ、またはシリカを混合した各種混合セメント、また、石灰石粉末や高炉徐冷スラグ微粉末などを混合したフィラーセメント、廃棄物利用型セメント、いわゆるエコセメントなどが挙げられ、これらのうちの1種または2種以上が併用可能である。
【0024】
本発明のモルタルまたはコンクリートでは、砂や砂利などの骨材の他に、石灰石微粉末、高炉徐冷スラグ微粉末、減水剤、AE減水剤、高性能減水剤、高性能AE減水剤、消泡剤、増粘剤、防錆剤、防凍剤、凝結調整剤、ベントナイトなどの粘土鉱物、ならびに、ハイドロタルサイトなどのアニオン交換体などのうちの少なくとも1種を、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。
【0025】
本発明において、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、あらかじめ一部を、あるいは全部を混合しておいても差し支えない。
【0026】
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、オムニミキサ、ヘンシェルミキサ、V型ミキサ、およびナウタミキサなどの使用が可能である。
【0027】
以下、実施例で詳細に説明する。
【実施例】
【0028】
「実施例1」
カルシウムアルミネート系化合物と高炉水砕スラグ微粉末を表1に示すように配合してセメント組成物を調製した。次いで、JIS R 5201に準じてモルタルを調製し、表面に収縮低減剤イまたは収縮低減剤ロを1m当たり200gの割合で塗布した。この硬化体のひび割れ抵抗性の確認やモルタルの腫れや剥れの観察および耐酸性試験を行った。なお、比較のために、本発明のセメント組成物の代わりに普通ポルトランドセメントを用いた場合や、収縮低減剤を表面に塗布するのではなくモルタルに混和して使用した場合についても同様に行った。結果を表1に併記する。
【0029】
<使用材料>
カルシウムアルミネート系化合物(1):市販のアルミナセメント、電気化学工業社製、CaO・Alを主成分とする、ブレーン比表面積5000cm/g
カルシウムアルミネート系化合物(2):12CaO・7Al、試薬1級の炭酸カルシウムと酸化アルミニウムをモル比で12対7の割合で混合し、1350℃で3時間焼成する工程を2回繰り返して合成、ブレーン比表面積5000cm/g
カルシウムアルミネート系化合物(3):非晶質12CaO・7Al、カルシウムアルミネート(2)に試薬1級のシリカを3%添加して、1650℃で溶融後、急冷して合成、ブレーン比表面積5000cm/g
カルシウムアルミネート系化合物(4):カルシウムアルミネート(1)とカルシウムアルミネート(2)の等量混合物、ブレーン比表面積5000cm/g
高炉水砕スラグ微粉末:関東エスメント社製、エスメント、ブレーン比表面積4000cm/g
収縮低減剤イ:低分子量エチレンオキサイドとプロピレンオキサイドの共重合物を成分とする市販品
収縮低減剤ロ:低級アルコールのアルキレン付加物を成分とする市販品
普通ポルトランドセメント:市販品の3種を等量ずつ混合したもの
水:水道水
細骨材:JIS R 5201で使用する標準砂
【0030】
<測定方法>
ひび割れ抵抗性試験:50cm×50cmのコンクリート板にモルタルを10mmの厚さで塗りつけ、温度20℃、相対湿度40%の環境で1日間放置し、ひび割れの発生具合を観察した。◎はひび割れが全くなし。○はひび割れ幅0.05mm以下のひび割れが1本のみ発生。−はひび割れが1本であるがひび割れ幅が0.05mmを超えた場合、△はひび割れが2本発生。×はひび割れが3本以上発生。
耐酸性:7%濃度の硫酸溶液に供試体を3ヶ月間浸漬し、供試体の外観の変化や質量減少から耐酸性を評価した。×は外観の変化が著しく、かつ、質量変化率が±5%以上の場合、△は外観の変化が著しいか、あるいは、質量変化率が±5%以上のいずれか一方を満たす場合、○は外観の変化と質量変化ともに上記条件に該当しない場合とした。
腫れ・剥れの観察:上記耐酸性試験後において、目に見えて腫れが認められ、かつ、硬化体表面に剥れが発生した場合は×、腫れまたは剥れのいずれかが認められた場合は△、いずれも認められず健全な状態であった場合を○とした。
【0031】
【表1】

【0032】
表1より、本発明の防食性複合体は、優れた耐酸性とひび割れ抵抗性をもち、腫れや剥がれがないことがわかる。
【0033】
「実施例2」
カルシウムアルミネート系化合物(1)50部と、高炉水砕スラグ微粉末40部と各種のポゾラン10部を表2に示すように配合してセメント組成物としたこと以外は実施例1と同様に行った。結果を表2に併記する。
【0034】
<使用材料>
ポゾランA:市販のフライアッシュ、ブレーン比表面積4000cm/g
ポゾランB:市販のシリカフューム、BET比表面積15m/g
ポゾランC:市販のパルプスラッジ焼却灰、ブレーン比表面積4000cm/g
ポゾランD:市販の下水汚泥焼却灰、ブレーン比表面積9000cm/g
ポゾランE:市販の廃ガラス粉末、ブレーン比表面積4000cm/g
ポゾランF:ポゾラン物質Aとポゾラン物質Bの等量混合物、ブレーン比表面積14000cm/g
【0035】
【表2】

【0036】
表2より、本発明の防食性複合体は、優れた耐酸性とひび割れ抵抗性をもち、腫れや剥がれがないことがわかる。
【0037】
「実施例3」
カルシウムアルミネート系化合物(1)50部と、高炉水砕スラグ微粉末40部とポゾランF10部とを配合したセメント組成物を使用し、塗膜養生剤の使用量を表3に示すように変化したこと以外は実施例1と同様に行った。結果を表3に併記する。
【0038】
【表3】

【0039】
表3より、本発明の防食性複合体は、優れた耐酸性とひび割れ抵抗性をもち、腫れや剥がれがないことがわかる。
【0040】
「実施例4」
カルシウムアルミネート系化合物(1)50部と、高炉水砕スラグ微粉末40部とポゾランF10部とを配合し、これらの合計100部に対して、表4に示すようにポリマーを固形分換算で配合してセメント組成物としたこと以外は実施例1と同様に行った。なお、付着試験も行った。結果を表4に併記する。
【0041】
<使用材料>
ポリマーα:市販のスチレンブタジエンゴム系ポリマー
ポリマーβ:市販のポリアクリル酸エステル系ポリマー
ポリマーγ:市販のエチレン酢酸ビニル系ポリマー
ポリマーΔ:市販の酢酸ビニルビニルバーサテート系ポリマー
【0042】
<測定方法>
付着試験:JIS A 1171に準じて、材齢28日の付着強度を測定した。
【0043】
【表4】

【0044】
表4より、本発明の防食性複合体は、優れた耐酸性とひび割れ抵抗性をもち、腫れや剥がれがなく、付着強度が高いことがわかる。
【0045】
「実施例5」
カルシウムアルミネート系化合物(1)50部と、高炉水砕スラグ微粉末40部とポゾランF10部とを配合し、これらの合計100部に対して、表5に示すように繊維質物質を配合したこと以外は実施例1と同様に行った。結果を表5に併記する。
【0046】
<使用材料>
繊維質物質a:市販のビニロン繊維、長さ6mm、径200μm
繊維質物質b:市販のアクリル繊維、長さ6mm、径200μm
繊維質物質c:市販のセルロース繊維、長さ200μm、径30μm
繊維質物質d:市販のカーボン繊維、長さ6mm、径200μm
繊維質物質e:市販のワラストナイト繊維、長さ600μm、径40μm
【0047】
【表5】

【0048】
表5より、本発明の防食性複合体は、優れた耐酸性とひび割れ抵抗性をもち、腫れや剥れがないことがわかる。
【産業上の利用可能性】
【0049】
本発明の防食性複合体は、優れた耐酸性とひび割れ抵抗性を併せ持ち、腫れや剥れもなく、付着性にも優れるため、土木および建築用途に適する。

【特許請求の範囲】
【請求項1】
カルシウムアルミネート系化合物と高炉水砕スラグ微粉末とを含有するモルタルまたはコンクリートの表面に収縮低減剤をコーティングした防食性複合体。
【請求項2】
モルタルまたはコンクリートがフライアッシュ、シリカフューム、パルプスラッジ焼却灰、下水汚泥焼却灰、および廃ガラス粉末のうちの少なくとも1種を含有する請求項1記載の防食性複合体。
【請求項3】
モルタルまたはコンクリートがポリマーを含有する請求項1または2記載の防食性複合体。
【請求項4】
モルタルまたはコンクリートが繊維質物質を含有する請求項1〜3のいずれか1項記載の防食性複合体。
【請求項5】
収縮低減剤の使用量が100〜500g/mである請求項1〜4のいずれか1項記載の防食性複合体。
【請求項6】
カルシウムアルミネート系化合物と高炉水砕スラグ微粉末とを含有するコンクリートの表面に収縮低減剤をコーティングする防食性複合体の製法。

【公開番号】特開2006−327868(P2006−327868A)
【公開日】平成18年12月7日(2006.12.7)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2005−153768(P2005−153768)
【出願日】平成17年5月26日(2005.5.26)
【出願人】(000003296)電気化学工業株式会社 (1,539)
【Fターム(参考)】