JPH0761845A - 水和硬化体 - Google Patents

水和硬化体

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JPH0761845A JP24191693A JP24191693A JPH0761845A JP H0761845 A JPH0761845 A JP H0761845A JP 24191693 A JP24191693 A JP 24191693A JP 24191693 A JP24191693 A JP 24191693A JP H0761845 A JPH0761845 A JP H0761845A
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    • C04B9/00Magnesium cements or similar cements
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Abstract

(57)【要約】 【目的】水和硬化体の炭酸化速度を低減させる。 【構成】水和硬化体に含有されるカルシウム化合物(酸
化カルシウム換算)に対して5〜80重量%の水酸化マ
グネシウムを含有させることにより、この水和硬化体が
炭酸化速度の低減性能を獲得する。水和硬化体とは、繊
維や骨材を結晶水を持つカルシウム化合物により結合さ
せた硬化体であり、例えばコンクリート、気泡コンクリ
ート、軽量コンクリート、ALC、ケイカル板、ケイカ
ル保温材、モルタル等がある。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の分野】本発明は、炭酸化に抵抗力のある水和
硬化体に関する。
【0002】
【従来の技術とその問題点】従来の炭酸化防止の技術
は、硬化体への塗料の塗布による炭酸ガスの遮断、水和
硬化体の緻密化による炭酸ガス進入阻害、また硬化体へ
の樹脂の混入または含浸であった。しかし、これらはい
ずれも水和硬化体自体の性質に言及するものではなかっ
た。
【0003】コンクリート材料は、本来アルカリ性を示
すが、炭酸化により中性となりコンクリート中の鉄筋を
錆させ、材料破壊に至らせる。コンクリートの炭酸化は
アルカリ骨材反応と同様にコンクリート劣化の大きな原
因となっている。材料が中性を示すALCでは、炭酸化
により材料の収縮率が1%以上となりこれも材料破壊に
つながる。また、ケイ酸カルシウム系保温材では、炭酸
化による密度の上昇と空隙率の上昇により熱伝導率の上
昇化が進む。
【0004】発電所、工場、住宅等の内部において、炭
酸ガスの多く含まれた雰囲気に直接触れる水和硬化体部
分(コンクリート、ケイカル板等)は、炭酸化による炭
酸化劣化が著しい。このような部分は、施工やコストの
関係からも水和硬化体への炭酸化劣化に対する処置をと
ることが困難となる場合がある。また近年、省エネが進
むにつれ、建築材料や無機断熱材料の低熱伝導率化が要
求されるようになってきた。そのためには材料の軽量化
による低熱伝導率化が要求されている。その要求に答え
てALC、軽量コンクリート、軽量気泡コンクリート、
ケイ酸カルシウム保温材等が開発された。しかし、材料
の低密度化により、炭酸ガスの進入への抵抗力が小さく
なり、炭酸化の促進に都合のよい材料となっている。し
かし、これに対する手段は、塗料等によるシール、樹脂
含浸による方法が残されるのみとなり、材料の本質を変
える方法は考えられてはいない。
【0005】ポルトランドセメントは、水和硬化体の製
造時に使用されるが、その成分に酸化マグネシウム(M
gO)が含有している場合、水和反応により徐々に水酸
化マグネシウム(Mg(OH))へと変化する。この
とき体積が膨張し、水和硬化体自体が破壊する。一般に
5%以上の酸化マグネシウムが含有されている場合、こ
の膨張破壊が起こる。ポルトランドセメントに含有され
る酸化マグネシウム量は、JISにより5%以下と規定
されており、市販のポルトランドセメントは一般に、3
%以下の酸化マグネシウム(含有する酸化カルシウムに
対して約5%以下)を含有している。また、水蒸気養生
等の特殊な条件下での養生の場合、2%の酸化マグネシ
ウムの含有によっても、体積膨張による破壊が起こる。
したがって現在まで、ポルトランドセメントへのマグネ
シウム化合物の添加による炭酸化への影響は、まったく
検討されておらず、水和硬化体への適用もされていなか
った。
【0006】
【発明が解決しようとする問題点】現在ポルトランダイ
トまたは、ケイ酸カルシウム水和物類を含んだ水和硬化
体の炭酸化を阻止することは、炭酸ガスを含んだ雰囲気
中では不可能である。したがって、炭酸ガスの進入阻止
という方法を用いて炭酸化防止を行っている。しかし、
その方法ではコストや作業性、施工性の不都合が生じる
場合がある。したがって、水和硬化体自身の耐炭酸化性
能の向上が非常に重要な項目となった。
【0007】
【問題点を解決するための手段】この問題解決のため実
験を重ねた結果、水和硬化体の炭酸化の速度を、水酸化
マグネシウムの添加により抑制できることを発見し、問
題を解決するに至った。発明者は、水酸化マグネシウム
により水和硬化体の炭酸化の速度が小さくなるととも
に、水和硬化体製造時に水酸化マグネシウムを混入する
ことにより、水和硬化体の体積膨張問題を解決した。以
下に本発明の詳細をさらに説明する。
【0008】水和硬化体に含有されるカルシウム化合物
は、炭酸ガスとの反応により炭酸カルシウムを生成す
る。この現象を炭酸化という。この炭酸化を起こすよう
な物質には、例えばポルトランダイト、エトリンガイ
ト、またはCSH−I、CSH−II、トバモライトや
ゾノトライトなどがある。本発明は、炭酸カルシウム結
晶の生成を金属イオンの添加効果により阻害することを
応用しているものである。
【0009】炭酸化のメカニズムはやや詳しく説明する
と以下のようになる。水和硬化体が雰囲気中の炭酸ガス
に曝されることにより、水和硬化体内部に、炭酸ガス雰
囲気が侵入する。炭酸ガスは、水和硬化体の成分中のカ
ルシウム水和物と水を介在して反応する。カルシウム水
和物は、分解し、炭酸カルシウムが生成する。さらに炭
酸カルシウムの結晶成長により炭酸カルシウム結晶が成
長する。炭酸カルシウムの結晶成長にともない、水和硬
化体の固体部に収縮がおこる。
【0010】ここで、炭酸カルシウムの生成は平衡反応
と考えることができる。系内が平衡状態であれば、水溶
液中の炭酸カルシウム濃度がある一定のレベルで安定す
る。さらに炭酸カルシウムの生成を促す場合、その炭酸
カルシウムが結晶成長をして安定になることが必要とな
る。この時、炭酸カルシウム結晶成長の速度を抑制する
のがMgイオンによる添加効果であり、これは一般に次
のように解釈されている。水酸化マグネシウムは、水溶
液中でMgイオンとOHイオンとに少量であるが電離す
る。このMgイオンは、炭酸ガスにより炭酸マグネシウ
ムとなる場合がある。炭酸カルシウムの結晶成長面のス
テップにこの添加イオンが付着する。付着したMgイオ
ンによりステップの移動が阻止されるため、炭酸カルシ
ウム結晶の成長速度が抑制される。
【0011】以上のように、本発明は添加による結晶成
長抑制効果を応用している。水和硬化体への応用は、特
に良く利用されるポルトランドセメントのJIS規定よ
りMgの含有量に制限があったため、見落とされてい
た。炭酸カルシウムの結晶成長の添加効果を最大限に引
き出すためには、Mgイオンを多量に生成させる必要が
ある。そのため本発明の水和硬化体中に含有される水酸
化マグネシウムは、微細であることが要求される。好ま
しくは、平均粒径が10μm以下であり、比表面積が1
0m/g以上である。しかしながら、必ずしもこの範
囲に限定されるものではない。
【0012】本発明にて、水和硬化体に含有される水酸
化マグネシウムは、水和硬化体製造時または製造後に以
下の方法によっても生成する。酸化マグネシウム、酢酸
マグネシウム、シュウ酸マグネシウム、塩化マグネシウ
ム、硝酸マグネシウム、硫酸マグネシウム粉末またはそ
れらの水溶液等を水和硬化体製造時または製造後に加え
た場合、水和硬化体の水分や原料または水和硬化体中の
水分やカルシウム化合物と反応することにより、それぞ
れは水酸化マグネシウムとなる。したがって、本発明は
水和硬化体中に水酸化マグネシウムをカルシウム水和物
(酸化カルシウム換算)に対して5%以上含有されるこ
とを特徴としており、製造時または製造後に添加するマ
グネシウム化合物の種類には限定されるものではない。
【0013】
【作用】本発明は、水和硬化体が炭酸化を受けたとき
に、炭酸カルシウムの結晶成長を水酸化マグネシウムの
添加効果により抑制することにより、炭酸化の速度抑制
をおこなうものである。このとき、水酸化マグネシウム
が水和硬化体中のポルトランダイト、エトリンガイト、
またはCSH−I、CSH−II、トバモライトやゾノ
トライトなどの炭酸化を起こすカルシウム化合物に計算
上含有される酸化カルシウムに対して5重量%以上含有
されることを特徴としている。上限に制限はないが、お
およそ80重量%以上では水和硬化体の機械的強度が低
下するため、80重量%以下が好ましい。また、水酸化
マグネシウムの大きさは、好ましくは、平均粒径が10
μm以下である。しかしながら、必ずしもこの範囲に限
定されるものではない。
【0014】
【実施例】以下に実施例および比較例により、本発明を
さらに具体的に説明する。水和硬化体は、各原料を所定
の重量部数、所定の方法にて製造された後、炭酸化促進
試験に供せられた。製造された水和硬化体の大きさは4
cm×4cm×16cmである。そして炭酸化度測定用
に、供試体を2cm×2cm×2cmに切断して試験に
供した。また、水和硬化体のうちモルタル、コンクリー
トは、中性化深さについて試験を行った。中性化深さ測
定用の水和硬化体の大きさは10cm×10cm×40
cmである。
【0015】炭酸化促進試験の条件は、炭酸ガス濃度5
%、温度25℃、湿度70%である。14日間の炭酸化
促進試験後に水和硬化体の炭酸化度を測定した。炭酸化
度とは、水和硬化体中のカルシウム分がすべて炭酸カル
シウムとなったときを炭酸化度100としてあらわす。
炭酸化度の測定方法は、塩酸処理時の炭酸ガス発生量か
ら算出した。また、モルタル、コンクリートの水和硬化
体は、中性化深さ試験に供した。炭酸化促進試験の条件
は、炭酸ガス濃度5%、温度25℃、湿度70%であ
る。14日間の炭酸化促進試験後に水和硬化体を供試体
中央付近で割り、破断面にフェノールフタレイン1%エ
チルアルコール溶液を塗布し、中性化深さを測定した。
水和硬化体がアルカリ性である部分は破断面が赤色とな
るが、炭酸化により中性となっている部分は変色しな
い。
【0016】実施例1 ポルトランダイト(水酸化カルシウム)に水酸化マグネ
シウムを3.5、5、10、15、30、60重量部そ
れぞれ混合したものを作製し、水を少量添加して硬化
し、それぞれの成形体を得た。作製された水和硬化体は
気乾乾燥され、炭酸化促進試験に供された。試験結果を
表1の1〜6に示す。 比較例1 水酸化マグネシウムを添加しない点以外、実施例1と同
様に水和硬化体を得た。試験結果は、実施例1とともに
表1の7に示す。
【0017】実施例2 水酸化カルシウムと二酸化ケイ素をモル比で1:1に混
合し、固体部1重量に対し水5重量部を加え、温度21
0℃、飽和水蒸気圧20kg/cm、2時間にて攪拌
式オートクレーブを使用しゾノトライト・トバモライト
を主とするスラリーを合成した。このゾノトライト・ト
バモライトスラリーに水酸化マグネシウムをそれぞれ
2.5、5、10、20重量部加え、良く混合し、25
kg/cmの圧力で加圧脱水し、成形体を得た。作製
された水和硬化体は気乾乾燥され、炭酸化促進試験に供
された。試験結果を表2の1〜4に示す。 比較例2 水酸化マグネシウムを添加しない点以外、実施例2と同
様に水和硬化体を得た。試験結果は、実施例2とともに
表2の5に示す。
【0018】実施例3 ポルトランドセメント、消石灰、ケイ砂、セッコウ、ア
ルミナセメント、およびAl粉末と1、2、5、10、
20重量部の水酸化マグネシウムを所定の量、水を攪拌
しながら加え、スラリーとした後、型枠に流し込んだ。
固化した成形体を脱型し、温度180℃、飽和水蒸気圧
10kg/cmにて、8時間オートクレーブ養生し
た。得られた水和硬化体は気乾乾燥され、炭酸化促進試
験に供された。試験結果を表3の1〜5に示す。 比較例3 水酸化マグネシウムを添加しない点以外、実施例3と同
様に水和硬化体を得た。試験結果は、実施例3とともに
表3の6に示す。
【0019】実施例4 ポルトランドセメント、細骨材(砂)を用い、1.5、
2、5、10、20重量部の水酸化マグネシウムをそれ
ぞれ所定の量添加したモルタルを作製した。作製した水
和硬化体は、所定の炭酸化促進試験後に中性化深さを測
定した。試験結果を表4の1〜5に示す。 比較例4 水酸化マグネシウムを添加しない点以外、実施例4と同
様に水和硬化体を得た。試験結果は、実施例4とともに
表4の6に示す。
【0020】実施例5 普通ポルトランドセメント、粗骨材(砂利)、細骨材
(砂)を用い、2、5、10、20重量部の水酸化マグ
ネシウムをそれぞれ所定の量添加したコンクリートを作
製した。作製した水和硬化体は、所定の炭酸化促進試験
後に中性化深さを測定した。試験結果を表5の1〜4に
示す。 比較例5 水酸化マグネシウムを添加しない点以外、実施例5と同
様に水和硬化体を得た。試験結果は、実施例5とともに
表5の5に示す。
【0021】実施例6 普通ポルトランドセメント、パーライト、シリカヒュー
ムを用い、4、10、20、40重量部の水酸化マグネ
シウムをそれぞれ所定の量添加した高強度軽量コンクリ
ートを作製した。作製した水和硬化体は、所定の炭酸化
促進試験後に中性化深さを測定した。試験結果を表6の
1〜4に示す。 比較例6 水酸化マグネシウムを添加しない点以外、実施例6と同
様に水和硬化体を得た。試験結果は、実施例6とともに
表6の5に示す。
【0022】
【発明の効果】本発明により、水和硬化体に水酸化マグ
ネシウムを含有させることにより、炭酸カルシウムの結
晶成長を制御し、水和硬化体に炭酸化速度を抑制する性
能を付与することができた。
【表1】
【表2】
【表3】
【表4】
【表5】
【表6】
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 // C04B 103:60

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 骨材、繊維をカルシウム水和化合物によ
    り結合させてなる硬化体に含有されるカルシウム化合物
    (酸化カルシウム換算)に対して5〜80重量%の水酸
    化マグネシウムが含有されることを特徴とする水和硬化
    体。
  2. 【請求項2】 水和硬化体が、モルタル、繊維入りモル
    タル、吹き付けモルタル、コンクリート、高強度コンク
    リート、軽量コンクリート、気泡コンクリート、軽量気
    泡コンクリート、およびそれらを水蒸気養生またはオー
    トクレーブ養生したもの、並びに、ケイ酸カルシウム板
    (ケイカル板)、ケイ酸カルシウム系断熱材、ケイ酸カ
    ルシウム系人造木材である請求項1に記載の水和硬化
    体。
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