JP2000086312A

JP2000086312A - 水和硬化体

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Publication number: JP2000086312A
Application number: JP11229248A
Authority: JP
Inventors: Kumiko Ochiai; 久美子落合; Satoshi Ochiai; 聡落合
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1999-08-13
Filing date: 1999-08-13
Publication date: 2000-03-28

Abstract

(57)【要約】【課題】水和硬化体の炭酸化速度を低減させる。【解決手段】(a) ポルトランダイト；(b) ゾノトライト
・トバモライト；(c) ポルトランドセメント、消石灰、
ケイ砂、セッコウおよびアルミナセメントの混合物から
なる群から選ばれる少なくとも１種と水酸化マグネシウ
ムを含む水和硬化体において、含有されるカルシウム化
合物（酸化カルシウム換算）１００重量部に対して３３
〜８０重量部の水酸化マグネシウムが含有されているこ
と、および該水酸化マグネシウムの平均粒径が１０μｍ
以下、比表面積が１０ｍ²／ｇ以上であることを特徴と
する水和硬化体。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】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）₂）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課題】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】

【課題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
０ｍ² ／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／ｃｍ² 、２時間にて撹拌
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 ² 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Ａ１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／ｃｍ² 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、粗骨剤（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。

【００２３】

【表１】

【００２４】

【表２】

【００２５】

【表３】

【００２６】

【表４】

【００２７】

【表５】

【００２８】

【表６】

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｃ０４Ｂ 111:22

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】(a) ポルトランダイト（水酸化カルシウ
ム）；(b) ゾノトライト・トバモライト；(c) ポルトラ
ンドセメント、消石灰、ケイ砂、セッコウおよびアルミ
ナセメントの混合物からなる群から選ばれる少なくとも
１種と水酸化マグネシウムを含む水和硬化体であって、
該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）１００重量部に対して３３〜８０重量部の
水酸化マグネシウムが含有されていること、および該水
酸化マグネシウムの大きさが、平均粒径１０μｍ以下で
あり、且つ比表面積が１０ｍ²／ｇ以上であることを特
徴とする水和硬化体。
【請求項２】ポルトランダイト（水酸化カルシウム）
１００重量部に水酸化マグネシウム３０〜６０重量部を
混合し、水を加えて硬化させることを特徴とする請求項
１記載の水和硬化体の製造法。
【請求項３】水酸化カルシウムと二酸化ケイ素の混合
物に水を加えて反応させ、ゾノトライト・トバモライト
を主とするスラリーを製造し、このスラリー１００重量
部に水酸化マグネシウム１０〜２０重量部を加え、混
合、加圧脱水、成形することを特徴とする請求項１記載
の水和硬化体の製造法。
【請求項４】ポルトランドセメント、消石灰、ケイ
砂、セッコウおよびアルミナセメントの混合物１００重
量部に水酸化マグネシウム１０〜２０重量部および水を
加え、混合、反応させてスラリーを製造し、このスラリ
ーを型枠に流し込んで成型し、オートクレーブ養生する
ことを特徴とする請求項１記載の水和硬化体の製造法。