JPH0825778B2 - 耐海水性セメント材及び耐海水性モルタル又はコンクリ−トの製造法 - Google Patents

耐海水性セメント材及び耐海水性モルタル又はコンクリ−トの製造法

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JPH0825778B2
JPH0825778B2 JP61253225A JP25322586A JPH0825778B2 JP H0825778 B2 JPH0825778 B2 JP H0825778B2 JP 61253225 A JP61253225 A JP 61253225A JP 25322586 A JP25322586 A JP 25322586A JP H0825778 B2 JPH0825778 B2 JP H0825778B2
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seawater
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文治 町
英樹 上田
稔 沢出
卓郎 小田原
康甫 中島
信二 飯野
幸男 高橋
稔 大嶋
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Shimizu Construction Co Ltd
Mitsui Toatsu Chemicals Inc
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Mitsui Toatsu Chemicals Inc
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    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P40/00Technologies relating to the processing of minerals
    • Y02P40/10Production of cement, e.g. improving or optimising the production methods; Cement grinding

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  • Curing Cements, Concrete, And Artificial Stone (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、耐海水性セメント材、特に海水の侵食に対
して抵抗性の大きいセメント材及び耐海水性モルタル又
はコンクリートの製造方法に関する。
(従来の技術) 従来、海水によるコンクリート構造物の侵食被害が各
地で発生しており、海水のコンクリート内浸入は内部鉄
筋をも腐食、損傷し、コンクリート構造物の崩壊を招来
する結果となる。
各種セメントを用いた硬化物コンクリートを海水に浸
漬した場合、時間経過にともなって侵食が進行し、10年
間浸漬試験では第2図に図示のごとく侵食による残存強
度比率がかなり低下する。
このため、海水がコンクリート内へ入ることのないよ
うな手段が種々試みられており、例えば、セメントに耐
食性の優れたゴムラテックスや合成樹脂エマルジョンを
添加する方法、硬化コンクリートに珪フッ化水素酸、珪
フッ化亜鉛等を塗布、浸透させるか、高分子プレポリマ
ーを含浸させた後重合させる方法、あるいは硬化コンク
リートに無機質材料、例えば珪酸ソーダ混合物で被覆す
る方法などがある。
(発明が解決しようとする問題点) しかしながら、前記従来の耐海水処理方法では特殊な
高分子剤を必要としたり、手数のかかる工程を要し、コ
スト的にも不利なものであった。
ところで、ポルトランドセメントは珪酸カルシウム系
組成物で最も一般的なセメントであるが、ポルトランド
セメントは水和、硬化の際に多量にCa(OH)を生成
し、これが海水成分と反応すると、セメント水和硬化物
の組織劣化を招く結果、海水が浸透し、耐海水性が劣る
こととなる。
このポルトランドセメントに微粉末(超微粒)のSiO2
を添加、混合した、例えば化学組成SiO2:44.1%、Al
2O3:8.8%、Fe2O3:3.0%、CaO:38.6%、MgO:1.4%、Na2
O:0.4%、K2O:0.7%、灼熱減量:1.9%で、比重2.66から
なるセメント材が市販されている。
該セメント材は下記反応式によりCa(OH)をSiO2
捕捉、安定化するものであるため、該セメント材を使用
することは好適であると考えられる。
Ca(OH)+SiO2→CxSyHz (ただし、C:CaO,S:SiO2,H:H2O) しかしながら、本発明者は実験の結果このようにした
ものであっても、なお若干量のポルトランダイト:Ca(O
H)が残存し、第1図にグラフ(b)として図示のご
く海水(熱海水)に対しては8週間の浸漬試験の結果、
耐海水性が満足し得るものでないことを知見した。
(問題点を解決するための手段) 本発明者は以上に鑑み研究の結果、セメント中に生
成、遊離する水酸化カルシウムを強固に捕捉することに
よって耐海水性を格段に向上し得る耐海水性セメント材
を提供することに成功した。
すなわち本発明は、下記の耐海水性セメント材及び耐
海水性モルタル又はコンクリートの製造方法である。
(1)珪酸カルシウム系セメントのポルトランドセメン
トに、微粉末二酸化珪素及び酸性リン酸アルミニウムを
添加、混合してなることを特徴とする耐海水性セメント
材。
(2)酸性リン酸アルミニウムの添加量が、珪酸カルシ
ウム系セメントのポルトランドセメント100重量部に対
し、0.1〜5重量部であることを特徴とする前記(1)
項記載の耐海水性セメント材。
(3)ポルトランドセメント100重量部に対し、微粉末
二酸化珪素を30〜120重量部、酸性リン酸アルミニウム
を0.1〜5重量部添加、混合してなることを特徴とする
前記(1)項又は(2)項に記載の耐海水性セメント
材。
(4)珪酸カルシウム系セメントのポルトランドセメン
トに、微粉末二酸化珪素及び酸性リン酸アルミニウムを
添加、混合することを特徴とする耐海水性モルタル又は
コンクリートの製造方法。
(5)酸性リン酸アルミニウムの添加量が、珪酸カルシ
ウム系セメントのポルトランドセメント100重量部に対
し、0.1〜5重量部であることを特徴とする前記(4)
項に記載の耐海水性モルタル又はコンクリートの製造方
法。
(6)ポルトランドセメント100重量部に対し、微粉末
二酸化珪素を30〜120重量部、酸性リン酸アルミニウム
を0.1〜5重量部添加、混合することを特徴とする前記
(4)項又は(5)項に記載の耐海水性モルタル又はコ
ンクリートの製造方法。
珪酸カルシウム系セメントであるポルトランドセメン
トは常用のセメントであって価格も低く入手しやすいも
のであるが、前述のごとく珪酸カルシウムはモルタル又
はコンクリートを製造する際に水和時において、下記の
ような反応で多量のCa(OH)を生成する。
2C3S+6H2O→C3S2H3+3Ca(OH) 2C2S+4H2O→C3S2H3+Ca(OH) そして上記のように生成したポルトランダイトは、海
水中のMgイオンとSO4イオンと反応して石膏(CaSO4)を
生成し、さらにこれがコンクリート中のC3A(ただしA
=Al2O3)と反応して、エトリンガイト(C3A・3CaSO4
3H2O)を生成し膨張する結果、モルタル、コンクリート
を破壊するに至ることとなる。
ところで、超微粉のSiO2を多量添加した珪酸カルシウ
ム系セメントでは Ca(OH)+SiO2→CxSyHz の反応によって、ポルトランダイトの一部が安定な化合
物として捕捉されるため、CaOによる害毒の生成がかな
りな程度阻止される。
なお、該超微粉SiO2添加量は、珪酸カルシウム系セメ
ント100重量部に対し、30〜120重量部が好適である。
しかしながら、このようにしてもその組織は海水に対
する充分な抵抗性を具備しない。
本発明者は、この点を改善すべく検討を重ねた末、珪
酸カルシウム系セメントに酸性リン酸アルミニウムを添
加、混合したところ、殊に、珪酸カルシウム系セメント
のポルトランドセメント100重量部に対し、微粉末二酸
化珪素を30〜120重量部、酸性リン酸アルミニウムを0.1
〜5重量部添加、混合して水硬性セメント材を調製した
ところ、水和硬化物は、耐海水性に優れた安定な製品と
なることを見出だした。
ここで、本発明に使用する酸性リン酸アルミニウムは
アルミニウムとリンを原子比(グラム−アトルの比をい
う)として、Al/P 1/3〜2/3の割合で含有するものが好
ましい。
酸性リン酸アルミニウムの製造方法は種々提案されて
いるが、工業的には水酸化アルミニウムとリン酸を所定
のAl/P比になるように混合し、加熱脱水して得る高粘度
の液体を熱風中にスプレーして乾燥する方法が一般に採
用されている。
本発明に使用する酸性リン酸アルミニウムは、アルミ
ニウムとリンを原子比としてAl/P 1/3〜2/3の割合で含
有するものであれば、その製造方法に限定されることな
く有効に使用することができる。上記に示すようなリン
酸と水酸化アルミニウムとの反応物をスプレー乾燥して
得る酸性リン酸アルミニウムは一般に非常に吸湿性が大
きいのでセメントに混合して保存する場合は、ビニール
内袋のクラフト包装袋やファイバー又はプラスチックド
ラム等の通気性の無い包装材料を使用する必要がある。
例えば特開昭50−104799号公報に提案されているセス
キリン酸アルミニウム(AlH3(PO4)・3H2O)は吸湿性
が小さく、セメントとの混合物も通常のセメントの包装
形態で長期間保存できるので実用的により好ましい酸性
リン酸アルミニウムである。
液体状の酸性リン酸アルミニウムは耐火物バインダー
として広く一般に使用されており入手しやすいものであ
り、この液体酸性リン酸アルミニウムを使用する場合
は、セメントと水を混合する際、セメントと水と同時
に、又はあらかじめ水に所定量の酸性リン酸アルミニウ
ムを溶解せしめた後又はセメントと水との混合後所定量
の酸性リン酸アルミニウムを加えて、混練すれば良い。
当然のことであるが、粉末状又は固体状の酸性リン酸
アルミニウムも同様にモルタル、コンクリート製造時に
添加することができる。
これは以下の反応の進行と、生成する難水溶性のリン
酸カルシウムの働きによるものと推測される。
本発明によれば、添加酸性リン酸アルミニウムによ
り、残存Ca(OH)が完全に安定的に捕捉され、海水に
対して化学的に安定なCa3(PO4を生成するため、本
発明セメント材は結果として耐海水性の優れたものとな
るのである。
本発明において使用されるセメントとしては、素材入
手の容易性から常用のポルトランドセメントに微粉末Si
O2を多量添加したものが好ましい。
酸性リン酸アルミニウムの添加量は、セメント100重
量部に対して0.1〜5重量部が好ましい。0.1重量部より
少ない添加量では効果が充分に認められないし、5重量
部より多い添加量では水和時のセメントスラリーの粘度
が大きく、一般に行なわれている施工法において作業性
が悪化し実用的でない。
また本発明の耐海水性セメント材に、常法により水、
混和材等を加えてモルタル又はコンクリートとする場
合、上記のごとく化学反応により生成するリン酸カルシ
ウムは微細な結晶粒子であり、その微細結晶粒子がモル
タル、コンクリート組織空孔内に充填され、密封するよ
うになる結果、モルタル、コンクリートは空孔率が少
く、海水浸透性のない耐海水性に優れたものとなる。
そして、前記のごとく空孔率が少く、海水浸透性のな
いモルタル、コンクリートが得られる本発明の耐海水性
セメント材を使用すれば、低温環境下において浸透水分
が凍結、膨張してモルタル、コンクリート組織を破壊す
ることがなく、よって耐スポーリング性が従来のセメン
ト材と比較して非常に優れたものとなる。
(実施例) 珪酸カルシウム系セメント(添加超微粒SiO240〜50重
量%含有のポルトランドセメント)100重量部に対し、
酸性リン酸アルミニウム0.5重量部、細秒40重量部、水5
0重量部を加えて混合後、養成硬化させて、セメント硬
化物を得た。
このセメント硬化物について、海水(熱海水)に対し
て8週間の浸漬試験を行ったところ、第1図に示したよ
うに、本発明セメント材のセメント硬化物(a)は、従
来のセメント硬化物(c),(d)等に比べてその長さ
変化が小さく、耐海水性に優れていることが判る。ま
た、残存強度比率(%)についても、第2図に示すごと
く、本発明実施例のものは第2図の(a)として記した
グラフ(破線部は推定部曲線)を示すものとなり、長期
に渡って高強度が保存されることが判る。
(発明の効果) 以上に述べたごとく、本発明のセメント材は、セメン
トの水和、硬化時において、添加酸性リン酸アルミニウ
ムの作用により、残存のCa(OH)が完全に安定的に捕
捉されると同時に、海水に対して化学的に安定なCa3(P
O4を生成するため、本発明セメント材は結果として
耐海水性の優れたものとなるのである。
また本発明の耐海水性セメント材に、常法により水、
混和材等を加えてモルタル又はコンクリートとする場
合、上記のごとく化学反応により生成するリン酸カルシ
ウムは微細な結晶粒子であり、その微細結晶粒子がモル
タル、コンクリート組織空孔内に均等、緻密に充填され
る結果、海水浸透性の非常に少ないものとなる。
そのため、低温環境下においても浸透水分が凍結、膨
張してモルタル、コンクリート組織を破壊する凍結融解
作用を受けることがなく、よって耐スポーリング性が従
来のセメント材使用の場合と比較して非常に優れたもの
となる。
また加えて、前記生成のリン酸カルシウムは硬度が高
いものであるため、モルタル、コンクリート構造物は耐
摩耗性の優れたものとなり、氷、氷と砂等と接触する構
造、特に極地用海洋構造物に有利に使用できる。
さらにまた、リン酸アルミニウムは硬化促進剤として
の作用があるため、モルタル、コンクリート未硬化物打
設後の強度発現時間が大幅に短縮される。
したがって、本発明の耐海水性セメント材を使用して
得られるコンクリートは、港湾、海岸、海洋に構築され
て海水の作用を受ける、例えば海洋プラットフォーム、
護岸構造、魚礁等の海洋コンクリート構造物のみなら
ず、陸上にあって波浪や塩風の作用を受ける構造物のす
べてに適用しても劣化を受けることが少ない。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明実施例の耐海水性セメント材を使用して
得られた硬化物と他の従来セメント材を使用して得られ
た硬化物の海水浸漬による膨張率変化を示すグラフ、第
2図は、各種セメントを用いた硬化物の10年間海水浸漬
試験における残存強度比率の推移を示すグラフである。 (a):本発明実施例セメント材使用の硬化物 (b):微粉末SiO2添加ポルトランドセメント使用の硬
化物 (c):硫酸塩含有ポルトランドセメント使用の硬化物 (d):普通ポルトランドセメント使用の硬化物 NP:普通ポルトランドセメント使用の硬化物 FP:B種フライアシュセメント使用の硬化物 SP:B種高炉セメント使用の硬化物 PP:A種シリカセメント使用の硬化物
───────────────────────────────────────────────────── 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 111:24 (72)発明者 沢出 稔 東京都中央区京橋2丁目16番1号 清水建 設株式会社内 (72)発明者 小田原 卓郎 東京都中央区京橋2丁目16番1号 清水建 設株式会社内 (72)発明者 中島 康甫 東京都杉並区宮前4−12−2 (72)発明者 飯野 信二 山口県下関市彦島迫町3丁目4番22号 (72)発明者 高橋 幸男 山口県下関市大字椋野799番地の6 (72)発明者 大嶋 稔 山口県下関市彦島迫町6丁目2番45号 (56)参考文献 特開 昭48−47528(JP,A) 特開 昭59−21558(JP,A)

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】珪酸カルシウム系セメントのポルトランド
    セメントに、微粉末二酸化珪素及び酸性リン酸アルミニ
    ウムを添加、混合してなることを特徴とする耐海水性セ
    メント材。
  2. 【請求項2】酸性リン酸アルミニウムの添加量が、珪酸
    カルシウム系セメントのポルトランドセメント100重量
    部に対し、0.1〜5重量部であることを特徴とする特許
    請求の範囲第1項記載の耐海水性セメント材。
  3. 【請求項3】ポルトランドセメント100重量部に対し、
    微粉末二酸化珪素を30〜120重量部、酸性リン酸アルミ
    ニウムを0.1〜5重量部添加、混合してなることを特徴
    とする特許請求の範囲第1項又は第2項に記載の耐海水
    性セメント材。
  4. 【請求項4】珪酸カルシウム系セメントのポルトランド
    セメントに、微粉末二酸化珪素及び酸性リン酸アルミニ
    ウムを添加、混合することを特徴とする耐海水性モルタ
    ル又はコンクリートの製造方法。
  5. 【請求項5】酸性リン酸アルミニウムの添加量が、珪酸
    カルシウム系セメントのポルトランドセメント100重量
    部に対し、0.1〜5重量部であることを特徴とする特許
    請求の範囲第4項に記載の耐海水性モルタル又はコンク
    リートの製造方法。
  6. 【請求項6】ポルトランドセメント100重量部に対し、
    微粉末二酸化珪素を30〜120重量部、酸性リン酸アルミ
    ニウムを0.1〜5重量部添加、混合することを特徴とす
    る特許請求の範囲第4項又は第5項に記載の耐海水性モ
    ルタル又はコンクリートの製造方法。
JP61253225A 1986-10-24 1986-10-24 耐海水性セメント材及び耐海水性モルタル又はコンクリ−トの製造法 Expired - Lifetime JPH0825778B2 (ja)

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JPS4847528A (ja) * 1971-10-20 1973-07-06
JPS5921558A (ja) * 1982-07-23 1984-02-03 日本インシュレーション株式会社 珪酸カルシウム成形体の製法

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