JPH013042A - 水硬性無機質結合材及び耐酸ヒューム管 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［ａ業上の利用分野］ 本発明は水硬性無機質結合材及び耐酸ヒユーム管に係り
、特に土木建築工事用あるいはコンクリート製品用モル
タル及びコンクリート等に有効な、高強度で耐酸性に優
れ、適切な時間で凝結硬化する省エネルギー型の水硬性
無機質結合材、及び少なくとも内周面がこの水硬性無機
質結合材で構成された、下水道用管材等として有用な耐
酸性ヒユーム管に関する。

［従来の技術］ 高炉水砕スラグは、銑鉄を製造する高炉のスラグな水で
急冷したものであって、潜在水硬性を有するために、低
価格の省エネルギー型材料として、高炉セメント等に多
く用いられている。

この高炉水砕スラグを粉砕した高炉水砕スラグ粉末にア
ルカリや石膏等の刺激剤を添加すると、水硬性を発現し
て硬化することは従来より知られている。しかし、この
ようにして得られる硬化物は、一般に、普通ポルトラン
ドセメントの硬化物と比較して、耐薬品性、とりわけ耐
酸性に優れるという特長を有するものの、初期強度が低
く、しかも、硬化後、時間の経過とともに表面から次第
に崩壊するという欠点を有するために、実用に供される
ことが少なかった。

これに対し、アルカリ刺激剤として、アルカリ金属水酸
化物、アルカリ金属炭酸塩、アルカリ金属炭酸水素塩を
配合すると上記の欠点が改善されることが判明している
。しかし、このようなアルカリ刺激剤を配合してなる組
成物は凝結が非常に速く、注水後直ちに固結するため、
ヒユーム管等の構成材料として用いるのは困難であった
。

そこで、このような組成物に、凝結調節剤として有機酸
塩あるいは糖類を配合して、凝結時間を調節することが
提案されてい、る（特公昭５８−３８３７６）。

なお、従来のヒユーム管は、一般にセメントコンクリー
トを用いて製造されている。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、高炉水砕スラグ粉末とアルカリ刺激剤と
の混合物に凝結調節剤として有機酸塩や糖類を添加した
組成物は、硬化の始発時間は普通ポルトランドセメント
と同等であるものの、終結時間が長いので、ヒユーム管
のように製造工程において蒸気養生を必要とする遠心成
形体に適用する場合、前置か時間を著しく長くする必要
があり、生産性が著しく低下する。また、耐酸性につい
ても十分な特性が得られず、これらを用いて成形したヒ
ユーム管は耐酸性の大幅な向上は期待できない。

なお、従来のヒユーム管は通常のセメントコ、ンクリー
ト製であるから、やはり耐酸性が不足している。

本発明は、上記従来の問題点を解決し、普通ポルトラン
ドセメントと同等の凝結性状を有し、しかもその耐酸性
が著しく改善された水硬性無機質結合材及び、耐酸性に
優れたヒユーム管を提供することを目的とする。

［課題を解決するための手段］ 本発明の水硬性無機質結合材は、高炉水砕スラグ粉末１
００重量部、アルカリ刺激剤０．５〜２０重量部及びケ
イフッ化金属０．５〜１５重量部を含むことを特徴とす
る。

本発明の水硬性無機質結合材は、特に、アルカリ刺激剤
としてアルカリ金属水酸化物、アルカリ金属炭酸塩及び
アルカリ金属炭酸水素塩よ、りなる群から選ばれる１種
又は２ｆ！以上を、また、ケイフッ化金属として、ケイ
フッ化ナトリウム、ケイフッ化マグネシウム、ケイフッ
化カリウム及びケイフッ化カルシウムよりなる群から選
ばれる１種又は２種以上を用いるものであることが好ま
しい。

また、本発明の耐酸ヒユーム管は、このような水硬性無
機質結合材で、少なくともその内周面が構成されている
ことを特徴とする。

即ち、本発明者らは、硬化時間が適当で、諸特性に優れ
た水硬性無機質結合材を提供するべく、鋭意検討を重ね
た結果、高炉水砕スラグ粉末とアルカリ刺激剤との混合
物に、凝結調節剤として有機酸塩や糖類にかえてケイフ
ッ化金属を配合することにより、凝結性状が普通ポルト
ランドセメントと変わらず、即ち、始発時間、終結時間
ともに普通ポルトランドセメントと変わらず、しかも高
強度でかつ耐酸性に優れた硬化物が得られること、この
ような水硬性無機質結合材によれば、極めて優れた耐酸
ヒユーム管が提供されることを見出し、本発明を完成さ
せた。

以下に本発明の詳細な説明する。

本発明の水硬性無機質結合材は、高炉水砕スラグ粉末１
００Ｉｉ量部に対し、アルカリ刺激剤０．５〜２０重量
部、ケイフッ化金属０．５〜１５重量部を配合してなる
ものである。

本発明において、高炉水砕スラグとしては、高炉セメン
トに用いるもの等を使用することができる。

高炉水砕スラグ粉末は、粉末度が高くなるほど得られる
硬化物の強度や耐酸性は向上するが、粉末度を高くする
ためには粉砕動力を多く必要とするため、粉砕コストが
高く、更に、後述するヒユーム管等の遠心成形時におい
て、ノロ量が多く、また内面締まり状態が悪くなるなど
成形性に問題がでてくる。従って、高炉水砕スラグ粉末
の粉末度は、特性、コスト及び成形性の面から、ブレー
ン値で２５００〜６０００　ｃ　ｒｎ”　／　ｇの範囲
、特に３５００〜５０００　ｃ　ｒｎ”　／　ｇの範囲
とするのか好適である。

アルカリ刺激剤としては、アルカリ金属水酸化物、アル
カリ金属炭酸塩及びアルカリ金属炭酸水素塩のうち１種
又は２種以上の混合物を用いることかできる。これらの
アルカリ金属化合物のアルカリ金属としては、ナトリウ
ム、カリウム及びリチウム等が挙げられ、いずれも刺激
剤としての効果は変らないが、経済性を考慮するとナト
リウム化合物の使用が好適である。

このようなアルカリ刺激剤の配合量が高炉水砕スラグ粉
末１００ｆｉ量部に対して０．５重量部未満では刺激剤
としての効果が小さく、２０重量部を超えても効果に差
異はなく、実用的ではない。

従って、アルカリ刺激剤の配合量は高炉水砕スラグ粉末
１００重量部に対して０．５〜２０重量部、好ましくは
２〜１５重量部とする。

本発明において、ケイフッ化金属としては、ケイフッ化
ナトリウム、ケイフッ化カリウム、ケイフッ化マグネシ
ウム及びケイフッ化カルシウム等を使用することができ
る。

このようなケイフッ化金属の配合量が高炉水砕スラグ粉
末１００重量部に対して０．５重量部未満では凝結調節
剤としての効果及び強度、耐酸性の向上の効果が小さく
、１５重量部を超えて使用しても効果は増大せず実用的
ではない。従って、ケイフッ化金属の配合量は、高炉水
砕スラグ粉末１００重量部に対して、０．５〜１５重量
部、好ましくは２〜１０重量部とする。

このような本発明の水硬性無機質結合材は、高炉水砕ス
ラグ、アルカリ刺激剤及びケイフッ化金属を所定割合で
混合することにより、容易に製造され、普通ポルトラン
ドセメントの代替品等として極めて有用である。

本発明の水硬性無機、質結合材は、例えば、遠心成形法
により耐酸性に優れたパイルやボールの製造に、あるい
はロール転圧法や現場打込み法等によりパイプやパイル
の製造に使用することができ、様々な分野の構成材とし
て有効に適用することができる。

次に、このような本発明の水硬性無機質結合材で少なく
ともその内周面が構成される、本発明の耐酸ヒユーム管
について説明する。

本発明の耐酸ヒユーム管は少なくともその内周面が上記
水硬性無機質結合材で構成されていれば良く、その具体
的構成は次の■、■のいずれでも良い。

■　その全体が上記水硬性無機質結合材で構成されたも
の。

■　内周面のみが上記水硬性無機質結合材で構成され、
外周側が通常のコンクリート製等の２層構造とされたも
の。

■のヒユーム管は、上記水硬性無機質結合材を用い、こ
れに骨材、水及び必要に応じてセメント用減水剤を加え
た材料を、遠心力による締固めを行った後、蒸気養生を
行うことにより容易に製造することができる。

また、■のヒユーム管は、同様に遠心力成形によりヒユ
ーム管を作製する際に、まず、通常のコンクリートのみ
を供給して外周部を形成し、次に上記水硬性無機質結合
材よりなる耐酸コンクリートを供給して耐酸性を必要と
する内周部を形成することにより容易に製造することが
できる。

この場合において、耐酸コンクリートよりなる内周部の
厚さはヒユーム管の要求特性等に応じて適宜決定され、
供給する耐酸コンクリートの量を調整することにより所
望の厚さの耐酸コンクリート部を有するヒユーム管を製
造することができる。

なお、本発明の耐酸ヒユーム管は、その少なくとも内周
面が本発明の水硬性無機質結合材により構成されること
以外は、従来のヒユーム管と同様の形状、寸法等を採用
することができる。

［作用］ 本発明の水硬性無機質結合材では、高炉水砕スラグ粉末
はアルカリ刺激剤により、急激に凝結固化するが、ケイ
フッ化金属の作用で凝結時間が調節され、凝固性状（始
発時間及び終結時間）がともに普通ポルトランドセメン
トとほぼ同等となる。このため、一般工事用あるいはコ
ンクリート製品用として好適に用いることが可能となる
。

また、ケイフッ化金属の添加により、得られる硬化物の
強度及び耐酸性も向上される。この強度及び耐酸性向上
の機構は十分に解明されていないが、ケイフッ化金属の
添加により、組織が緻密になり酸性水の浸透を防ぐこと
や、酸に強い金属のフッ化物、フッ化石灰、ケイ酸ゲル
などが生成されるために、強度の増大と共に、耐酸性も
向上しているものと推測される。

本発明においては、特に、アルカリ刺激剤としてアルカ
リ金属水酸化物、アルカリ金属炭酸塩及びアルカリ金属
炭酸水素塩よりなる群から選ばれる１　ｆｉｌ又は２種
以上を用い、ケイフッ化金属として、ケイフッ化ナトリ
ウム、ケイフッ化マグネシウム、ケイフッ化カリウム及
びケイフッ化カルシウムよりなる群から選ばれる１種又
は２ｆ！以上な用いることにより、極めて優れた効果が
得られる。

しかして、本発明の耐酸ヒユーム管は、このように良好
な凝結状性を有すると共に、耐酸性、強度等も著しく優
れた水硬性無機質結合材により、その内周面が構成され
たものであるため、■　ひび割れ荷重は、ケイフッ化金
属を添加しないもので構成される場合に比べて大幅に向
上し、普通ポルトランドセメントを用いた場合と同等以
上の強度を示す。

■　耐酸性は、ケイフッ化金属を添加しないもので構成
される場合に比べて著しく向上するので、下水道用管路
材等、耐酸、耐食ヒユーム管として、大きな効果を期待
することができる。

■　ヒユーム管の内面及び外面に、ひび割れや剥離等が
発生することは殆どなく、耐久性にも優れる。

等の優れた特性の改善効果が得られる。

［実施例］ 以下、実施例及び比較例を挙げて本発明をより具体的に
説明するが、本発明はその要旨を超えない限り、以下の
実施例に限定されるものではない。

実施例１〜２９、比較例１〜４ 第１表（ａ）、（ｂ）に示す組成で配合して得られた結
合材について、下記特性試験を行ない、その結果を第２
表（ａ）、（ｂ）及び第３表（ａ）、（ｂ）に示す。

■　凝結試験 各結合材についてｒＪＩＳ　Ｒ５２０１セメントの物理
試験方法」に規定する方法に準じて、凝結試験を行なっ
た。

■　圧縮強度試験 各結合材１００重量部に、対して、酸２００重量部、木
３５Ｉｉ量部及び減水剤１．２重量部を加え、ホバート
ミキサーを用いて混練して得られたモルタルについて、
ＪＩＳ　Ｒ５２０１に規定する方法に準じて、圧縮強度
試験を行なった。

なお、供試体の養生方法は下記に示すとおりである。

水中養生　＝　２０℃水中 蒸気養生　： 前養生３時間、昇温２０℃／時間 最高温度６５℃、持続４時間 自然放冷抜脱型 蒸気養生後の養生条件２０℃、 ８０％ＲＨ室内 また、試験は各々７日材令及び２８日材令のものについ
て行なった。

■　耐酸試験 上記圧縮強度試験と同一条件で作製し２８日間養生した
、水中養生及び蒸気養生供試体を、２０℃の１０％硫酸
溶液中に２８日間浸漬し、供試体の重量減少を調べた。

■　室外放置試験 圧縮強度試験と同一条件で作製した下記供試体を、下記
の条件で室外に放苦し、表面状態の変化を調べた。

供試体：蒸気養生後２８日間２０℃、 ８０％ＲＨの条件で養生したも の。

放置条件：６ケ月室外放置 ■　フロー値の経時変化 ■の圧縮強度試験と同一条件で作製したモルタルについ
て、混練３０分、１時間、１．５時間、２時間後にフロ
ー試験を行ない、フロー値の経時変化を調べたＪＩＳ　
Ｒ５２０１に規定する方法に準じて測定を行なった。

第１表（ａ）、（ｂ）、第２表（ａ）、（ｂ）及び第３
表（ａ）、（ｂ）より次のことが明らかである。

即ち、高炉水砕スラグ粉末にアルカリ刺激剤及びケイフ
ッ化金属を添加することにより、凝結時間やフロー値の
経時変化が好適範囲に調節され、普通ポルトランドセメ
ントと同等となる。しかして、得られる硬化体の圧縮強
度は、凝結調節剖としてグルコン酸ナトリウムあるいは
ショ糖を用いた供試体より大幅に高く、普通ポルトラン
ドセメントよりも更に高い。また、耐酸性も大幅に改善
されている。

なお、室外放置試験では、いずれの供試体にも表面より
の剥離、崩壊は見られなかった。

実施例及び比較例において、用いた配合原料は下記の通
りである。

高炉水砕スラグ粉末ニブレーン値４２８０ｃ　ｒｄ／　
ｇ水酸化ナトリウム　：　　　試薬特級 炭酸ナトリウム　　・　　　　　〃 炭酸水素ナトリウム：　　　　　〃 ケイフッ化ナトリウム：　　試薬１級 ケイフッ化カリウム：　　　化学用試薬ケイフッ化マグ
ネシウム：　試薬特級 グルコン酸ナトリウム：　　化学用試薬ショ糖　　　　
　　　　　　市販白砂糖砂　　　　　　　　　　　乾燥
細砂 減水剤　　　　　　　　　　マイティ１５０第３表（ａ
＞ 第３表（ｂ） 実施例３０〜３９、比較例５〜７ 第４表に示す組成の結合材を用い、第５表に示すコンク
リート配合によりコンクリートを混練し、以下に示す仕
様のヒユーム管を成形した。

ヒユーム管仕様 ［外圧試験用］ 呼び径：　　３５０ｍｍ 管　　厚：　　　３０ｍｍ 有効長：　　２０００ｍｍ 形　状二　Ｂ形 配筋仕様：　らせん筋＝φ３．２ｍｍ ×ピッチ４５ｍｍ 鉄筋比＝０．５５９％ たて筋＝φ４ｍｍＸ　１２本 ［耐酸試験用コ 呼び径：　　２５０ｍｍ 管　　厚：　　　２８ｍｍ 有効長：　　３００ｍｍ 形　状＝　Ａ形 配筋仕様：　らせん筋＝φ２．６ｍｍ ×ピッチ５５ｍｍ 鉄筋比＝０．３４５％ たて筋＝φ３．２ｍｍｘｌＯ本 第５表 なお、遠心力成形条件は第１図に示す通りとした。

成形後、下記に示す条件の蒸気養生を行い、脱型後、気
中養生とした。

蒸気養生条件 前養生＝３時間 昇温２０℃／時間 最高温度；６５℃ 暮 持続時間：３時間 自然放冷 得られたヒユーム管を用いて、下記の各種試験を行った
。結果を第６表に示す。

■　外圧試験 各外圧試験用ヒユーム管について、材令１４日において
、ｒＪＩｓＡ５３０５遠心力鉄筋コンクリート管」に規
定する方法に準じて外圧試験を行った。

■　耐酸試験 各耐酸試験用ヒユーム管をプラスチック板の上に立て、
ヒユーム管とプラスチック板をエポキシ樹脂で接着し、
材令１４日よりその中へ５％硫酸溶液を深さ２５０ｍｍ
まで入れ、上にふたをして１週間毎に溶液の交換を行い
、２８日後の重量減少及び内面の劣化状態を観察した。

■　室外放置試験 外圧試験と同一条件で作製したヒユーム管を脱型後直ち
に６ケ月間室外放置し、内面及び表面状態の変化を調べ
た。

第６表 ※　○、ひび割れ剥離全くなし。

△：ひび割れ！ＩＪ　ｆｉややあり。

×：ひび割れ剥雛多い。

これらの試験結果より次の事が明らかである。

本発明の耐酸ヒユーム管のひびわれ荷重（管に幅０．０
５ｍｍのひび割れを生じた時の試験機が示す荷重を有効
長で除した値）は、従来の有機酸やショ糖を添加したも
の（比較例５．６）に比べて大幅に増大し、普通ポルト
ランドセメントを用いて成形されたヒユーム管（比較例
７）に比べても同等以上の値を示している。また、本発
明の耐酸ヒユーム管のひびわれ荷重は呼び径３５０ｍｍ
の外圧管１種のひびわれ荷重のＪＩＳ規格（２，ＯＯＯ
Ｋｇｆ／ｍ）を十分満足するものである。有機酸やショ
糖を添加したもの（比較例５．６）では、擬結が著しく
遅れるため、蒸気養生の前養生不足により強度低下する
が、本発明ではそのような悪影響は全く見られない。

また、本発明の耐酸ヒユーム管は、浸漬２８日後におい
て、普通ポルトランドセメント製のもの（比較例７）が
大幅な重量減少を示しているのに対し、殆ど変化は見ら
れず、従来の有機酸やショ糖を添加したもの（比較例５
．６）に比べても大幅に耐酸性は向上している。内面の
浸食状況は、普通ポルトランドセメント製ヒユーム管（
比較例７）では、ヒユーム管内面のペースト層及びモル
タル層が浸食され、粗骨材が露出しており、また有機酸
やショ糖を添加したもの（比較例５．６）もペースト層
が浸食されているのに対し、本発明のヒユーム管は、殆
ど変化は見られなかった。

更に、室外放置６ケ月におけるヒユーム管の外観調査で
も、本発明の耐酸ヒユーム管には、ひび割れや剥離等の
異常は全く見られず、極めて耐久性の優れるものである
ことが確認された。

［発明の効果］ 以上詳述した通り、本発明の水硬性無機質結合材は、高
炉水砕スラグ粉末にアルカリ刺激剤及び凝結調節剤とし
てケイフッ化金属を添加してなるものであって、従来の
有機酸塩や糖類に変えてケイフッ化金属を凝結調節剤と
して添加することにより、 ■　凝結時間が好適範囲に調節され、始発時間、終結時
間ともに普通ポルトランドセメントと同等で極めて良好
なものとなる。

■　得られる硬化物の圧縮強度は大幅に増大し、普通ポ
ルトランドセメントよりも更に高強度となる。

■　硬化物の耐酸性も大幅に向上する。

■　硬化物表面の剥離や崩壊がなく、耐久性にも優れる
。

■　フロー値の経時変化は普通ポルトランドセメントと
同等で適切なる打設作業性を与えるものである。

等の優れた特性の改善効果が得られる。従って、本発明
の水硬性無機質結合材は、土木建築構造物用、特に耐酸
性を要求される構造物用構成材等として極めて有用で、
その工業的、経済的な価値は極めて高いものである。

本発明においては特に、アルカリ刺激剤としてアルカリ
金属水酸化物、アルカリ金属炭酸塩及びアルカリ金属炭
酸水素塩よりなる群から選ばれる１種又は２種以上を用
い、また、ケイフッ化金属としてケイフッ化ナトリウム
、ケイフッ化マグネシウム、ケイフッ化カリウム及びケ
イフッ化カルシウムよりなる群から選ばれる１種又は２
　ｆｉｌｉ以上を用いることにより、著しく優れた効果
が得られる。

しかして、本発明の耐酸ヒユーム管は、このような優れ
た水硬性無機質結合材により、少なくともその内周面が
構成されてなるものであって、耐酸性に著しく優れ、高
強度で耐久性も高い上に、生産性にも優れ、下水道用管
材等として工業的に極めて有用である。

【図面の簡単な説明】

第１図は実施例３０〜３９及び比較例５〜７におけるヒ
ユーム管の遠心力成形条件を示す図である。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）高炉水砕スラグ粉末１００重量部、アルカリ刺激
   剤０．５〜２０重量部及びケイフッ化金属０．５〜１５
   重量部を含むことを特徴とする水硬性無機質結合材。
2. （２）アルカリ刺激剤がアルカリ金属水酸化物、アルカ
   リ金属炭酸塩及びアルカリ金属炭酸水素塩よりなる群か
   ら選ばれる１種又は２種以上であり、ケイフッ化金属が
   、ケイフッ化ナトリウム、ケイフッ化マグネシウム、ケ
   イフッ化カリウム及びケイフッ化カルシウムよりなる群
   から選ばれる１種又は２種以上であることを特徴とする
   特許請求の範囲第１項に記載の水硬性無機質結合材。
3. （３）少なくとも内周面が特許請求の範囲第１項に記載
   の水硬性無機質結合材で構成されていることを特徴とす
   る耐酸ヒューム管。