JP2003165763A

JP2003165763A - 繊維補強耐酸性コンクリート

Info

Publication number: JP2003165763A
Application number: JP2001362573A
Authority: JP
Inventors: Yasuyuki Suzuki; 康之鈴木; Yoshinori Yamada; 佳典山田
Original assignee: Teihyu Corp
Current assignee: Teihyu Corp
Priority date: 2001-11-28
Filing date: 2001-11-28
Publication date: 2003-06-10

Abstract

(57)【要約】【課題】曲げ強度を増大させた耐酸性コンクリートの
提供。【解決手段】 (a)CaO/SiO₂のモル比が0.10〜1.20の溶
融スラグ粉末を10〜85重量％、(b)アルカリ珪酸塩を固
形分で５〜50重量％、(c)アルカリ金属塩類を１〜30重
量％、(d)アルミナセメントを５〜50重量％、(e)高炉ス
ラグ、転炉スラグ、脱リンスラグ、脱ケイスラグ及び脱
硫スラグから選ばれる結合材を２〜40重量％、並びに
(f)細骨材・粗骨材・水を含有する耐酸性コンクリート
に、(g)繊維を混合する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、曲げ強度を増大さ
せるために繊維補強を施した繊維補強耐酸性コンクリー
トに関する。

【０００２】

【従来の技術】近年の下水道整備により、その普及率の
増加とともに、下水処理場に集まる下水汚泥は年々増加
する傾向にある。特に下水道の普及率が高い大都市で
は、下水汚泥や都市ゴミも多量となるため、焼却減量化
して埋め立て処分を行う場合、将来継続的に使用可能な
埋立地の確保が難しい状況である。更に、下水汚泥や都
市ゴミの焼却灰には多量の重金属が含まれており、これ
らをそのまま埋め立て処分した場合には、重金属の溶出
など、環境汚染の問題も発生する恐れがある。

【０００３】このような問題に対し、これらを溶融スラ
グ化した下水汚泥溶融スラグ(以下、下水スラグという)
や、都市ゴミ溶融スラグ(以下、都市ゴミスラグという)
にする方法は、容積が焼却灰の約半分になることや、重
金属をスラグのガラス質に固定化するため、これからの
処理方法として有望視されている。

【０００４】これら溶融スラグの利用法として、粉末化
した下水スラグや都市ゴミスラグと、アルカリ珪酸塩、
アルカリ金属塩類、アルミナセメント、結合材、骨材及
び水を使用した耐酸性コンクリートが提案されている。
この耐酸性コンクリートは、従来のセメントを用いたコ
ンクリート（以下、セメントコンクリートという）に比
べ、優れた耐酸性を持つという特徴がある。

【０００５】現在、コンクリート製品は、地震時におけ
る耐久性が重要視されてきている。これは、地震時に
は、コンクリート部材に曲げ荷重やせん断荷重がかか
り、部材が大きく損傷する可能性があるためである。従
って、コンクリートの曲げ強度を増大させる事は、耐震
性能を向上させるための一要因であり、耐酸性コンクリ
ートについても同様である。この曲げ強度を増大させる
方法として、コンクリート部材の厚さやコンクリート部
材中の鉄筋の割合(以下、鉄筋比という)を増大させるこ
とが考えられるが、部材の厚さを変更した場合は従来の
型枠を使用できないため、型枠を新造しなくてはなら
ず、コスト面の問題がある。また、鉄筋比の増加は型枠
内の鉄筋が過密になるためコンクリートが充填されにく
くなり、成形性が悪化するという問題がある。

【０００６】また、セメントコンクリートの曲げ強度を
増大させる方法として、繊維を混入する方法が知られて
いる。この方法によると、曲げ強度は増大するが、繊維
をコンクリート中に混入する事によりコンクリートの流
動性が悪化する。これは、繊維が吸水性を持つものにつ
いては、練り混ぜ水の吸収により流動性に寄与する水分
量が低下したためと考えられ、また吸水性を持たない繊
維については、繊維表面に水分等が付着する事による流
動性の低下と考えられる。この為、セメントコンクリー
トにおいては、繊維の最大混入率が３体積％程度とさ
れ、これ以上繊維混入率が高くなるとコンクリートの流
動性が著しく低下し、練り混ぜ、打設、成形等において
不具合が生じ、より大きな曲げ強度が必要な場合には、
鉄筋比の増加など別の方法との併用を検討しなければな
らならず、コストや生産性の面から大きな問題であっ
た。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記した従来
の技術が有する問題点に鑑みてなされたもので、その目
的とするところは、繊維を混入することにより、曲げ強
度を増大させた耐酸性コンクリートを提供することであ
り、更に繊維の混入量をセメントコンクリートに比べ大
幅に増加させることである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明者らは鋭意研究を行った結果、耐酸性コンク
リートに繊維を混入することにより曲げ強度を増大する
ことができることを見出した。また、セメントコンクリ
ートより繊維混入量を高めることができることも見出
し、本発明を完成した。

【０００９】即ち、請求項１は、(a)CaO/SiO₂のモル比
が0.10〜1.20の溶融スラグ粉末を10〜85重量％、(b)ア
ルカリ珪酸塩を固形分で５〜40重量％、(c)アルカリ金
属塩類を1〜30重量％、(d)アルミナセメントを５〜50重
量％、(e)高炉スラグ、転炉スラグ、脱リンスラグ、脱
ケイスラグ及び脱硫スラグから選ばれる結合材を２〜40
重量％、並びに(f)骨材・水を含有する耐酸性コンクリ
ートに、(g)補強繊維を混入したことを特徴とする。
尚、(g)補強繊維は、長繊維又は短繊維の何れでもよい
ものである。これにより、曲げ強度を増大できるコンク
リートを提供できる。又、請求項２は、上記(g)成分の
補強繊維を0.1〜10.0体積％混入したことを特徴とす
る。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て説明する。本発明で用いる(a)成分の溶融スラグ粉末
は、CaO/SiO₂のモル比が0.10〜1.20になるように、下水
汚泥、都市ゴミ等の焼却物、粘土、石灰石等の原料の１
種又は２種以上を配合したものを高温で溶融し、急冷し
て得られるスラグを粉砕したものである。このうち、下
水スラグ、都市ゴミスラグ等の廃棄物溶融スラグは、経
済性及び廃棄物のリサイクルという点で好ましい。(a)
成分のCaO/SiO₂のモル比は、0.10〜1.20であるが、0.10
〜0.60の範囲が特に好ましい。このモル比が0.10未満で
あると、組成物の反応性が低く、十分初期強度を発現す
る耐久性のある硬化体が得られない。一方、このモル比
が1.20を越えると、硬化体中に水酸化カルシウムが残存
し、これが硫酸存在下で、２水石膏を生成し、膨張破壊
を引き起こすため、硬化体中の耐酸性が不十分になる。

【００１１】(a)成分のCaO/SiO₂の粉末度は、硬化体の
強度発現性の観点から、比表面積で好ましくは2000〜15
000cm²/ｇ、より好ましくは3000〜15000cm²/ｇ、特に好
ましくは4000〜15000cm²/ｇである。なお、比表面積が1
5000cm²/ｇを超えたものでも本発明に好適に使用できる
が、粉砕にコストがかかり経済的でないので、上限を15
000cm²/ｇとしたものである。一方、これが2000cm²/ｇ
未満であると、水和活性が乏しく、硬化体の強度が不十
分となることがある。尚、ここで言う比表面積は、ブレ
ーン法(ＪＩＳ R 5201)により測定された値である。

【００１２】そして、上記(a)成分の溶融スラグ粉末
は、セメント組成物中に好ましくは10〜85重量％、より
好ましくは25〜60重量％配合される。10重量％未満では
耐酸性が低下し、85重量％を超えるとコンクリートの粘
性が高くなる。

【００１３】(b)成分のアルカリ珪酸塩は、特に限定さ
れるものでなく市販のものが使用でき、ＪＩＳ規格によ
り規定される水ガラス１号、２号、３号の他、各アルカ
リ珪酸塩メーカーで製造販売されているＪＩＳ規格外の
製品においても使用が可能であり、それぞれを単体で使
用する他、２種類以上を組み合わせて使用することもで
きる。

【００１４】上記(b)成分のアルカリ珪酸塩は、セメン
ト組成物中に固形分換算で５〜40重量％、好ましくは20
〜30重量％である。この量が５重量％未満であると、十
分な耐酸性を有する硬化体が得られず、40重量％を超え
ると粘性が大きくなりすぎ、打設作業が困難となること
がある。

【００１５】(c)成分のアルカリ金属塩類については、
メタ珪酸ソーダ、オルソ珪酸ソーダ、粉末珪酸ソーダ1
号、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化リチウ
ム等が挙げられるが、メタ珪酸ソーダ、オルソ珪酸ソー
ダ、水酸化ナトリウムが好ましい。これらは(b)成分中
の-Si-O-Si-の鎖をアルカリによって切断することによ
り、粘性を低下させるため、作業性が改善される他、ア
ルカリの添加により溶融スラグを刺激し、硬化を促進す
る働きがある。アルカリ金属塩類はそれぞれを単体で使
用する他、２種類以上を組み合わせて使用することがで
きる。

【００１６】上記の(c)成分は、セメント組成物中に１
〜30重量％添加することが望ましく、特に１〜10重量％
配合することが、粘性を低下させると共に、十分な強度
が得られる。この添加量が30重量％を超えて添加した場
合、強度増進の効果は得られるが、粘性低下の効果は増
進せず、特にアルカリ度の高いものを過剰に添加した場
合、硬化体表面に白華を生じることがあり好ましくな
い。

【００１７】(d)成分のアルミナセメントは、特に限定
するものでなく市販のものが使用できるが、好ましくは
CaO・Al₂O₃の含有量が高いものが良い。例えば、ラファ
ージュ社製「セカール51BTF」、電気化学工業社製「ア
ルミナセメント1号」等が好適に使用できる。

【００１８】上記(d)成分のアルミナセメントは、セメ
ント組成物中に好ましくは５〜50重量％、特に好ましく
は10〜45重量％の範囲で配合されれば良い。５重量％未
満では十分な圧縮強度が得られず、50重量％を超えると
良好な耐酸性を示さなくなる。

【００１９】(e)成分の結合材は、特に限定するもので
なく市販のものが使用できるが、例えば高炉スラグを用
いることができ、その粉末度がブレーン法による比表面
積で4000cm²/ｇ以上のものが好ましい。

【００２０】上記(e)成分の結合材の添加量は、セメン
ト組成物中に２〜40重量％の範囲であれば良いが、好ま
しい範囲としては５〜20重量％である。２重量％未満で
は十分な早期強度が得られず、40重量％を越えると十分
な耐酸性が得られない。

【００２１】この為、(a)成分、(a)成分及び(e)成分の
混合物のCaO/SiO₂モル比が1.20以下、好ましくは0.80以
下、より好ましくは0.60以下が耐酸性の点から好ましい
範囲である。更に、(d)成分と(e)成分の合計量が７〜75
重量％、特に15〜50重量％であるのが、耐酸性が良好で
且つ作業性が良好であるので好ましい。

【００２２】上記セメント組成物と混合される(f)成分
の骨材としては、耐酸性を有するものであれば特に制限
されず、例えば石英質岩石、安山岩、玄武岩、陶磁器破
砕物等が挙げられる。また、粒状又は塊状の廃棄物溶融
スラグを骨材として用いることもできる。そして、骨材
としては細骨材と粗骨材を組み合わせて用いるのが好ま
しく、また、骨材は、前記セメント組成物に対して200
〜800重量％、特に400〜600重量％の割合で用いるのが
好ましい。

【００２３】また、本発明においては、適量な水を加え
て練り混ぜることで作業性を良好にする。水はセメント
組成物に対して25〜60重量％、特に30〜45重量％の割合
で用いるのが好ましい。

【００２４】上記した耐酸性コンクリートに混入する
(g)成分の繊維は、特に限定するものではないが、短繊
維又は長繊維を単独もしくは2種類上組み合わせたもの
が好ましい。短繊維とは、その直径が0.3〜0.6mm、長さ
が20〜40mm程度のものであり、例えば鋼繊維、ポリエス
テル繊維、アクリル繊維およびビニロン繊維等がある。
長繊維とは、繊維長が上記短繊維以上のものを指し、例
えばポリエステル繊維、ナイロン繊維等がある。また、
混入量は、0.1〜10体積％混入可能であるが、0.3〜5.0
体積％が好ましい。0.1体積％未満であると繊維を混入
することによる曲げ強度の増大があまり見られず、10.0
体積％以上であると、練り混ぜが困難になる。

【００２５】本発明による(g)成分の繊維混入量がセメ
ントコンクリートに比べ増大したのは、繊維補強耐酸性
コンクリートにおいても繊維をコンクリート中に混入す
る事により物理的にコンクリートの流動性の阻害となる
ものの、繊維補強耐酸性コンクリート中の(b)成分であ
るアルカリ珪酸塩が練り混ぜ水と混合される事により、
粘性が増加し、繊維への水分の吸収及び繊維表面への水
分の付着を防ぐためである。

【００２６】本発明の繊維補強耐酸性コンクリートの成
形方法は、特に制限されず、例えば遠心力成形、流し込
み成形、加圧成形、押し出し成形、即時脱型成形等の従
来用いられる方法のいずれも使用する事ができる。

【００２７】成型後は、加熱養生を行う事により、本発
明の繊維補強耐酸性コンクリートが得られる。加熱養生
方法は特に限定されるものではないが、蒸気養生が好ま
しく、蒸気養生方法としては、40〜90℃で２時間以上行
うのが好ましく、特に65〜80℃で２時間以上、更に好ま
しくは、65〜80℃で５〜10時間行う。

【００２８】本発明の繊維補強耐酸性コンクリートは、
管、側溝、マンホール、ボックスカルバート、共同溝、
セグメント、ブロック、漁礁、平板、ます、擁壁、貯留
槽、すて型枠、フリューム等の製品とすることができ
る。又、これらの製品においては、全体を繊維補強耐酸
性コンクリートで構成してもよいが、構成部材の一部の
みに繊維補強耐酸性コンクリートを使用する事もでき
る。

【００２９】

【実施例】以下、実施例を挙げて本発明を更に詳細に説
明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
以下に実施例１〜10、比較例１で使用する使用材料及び
表1で使用する材料の記号について示す。 (a)成分:下水汚泥溶融スラグ微粉末:CaO/SiO₂モル比0.4
6、比表面積5000cm²/g (b)成分:アルカリ珪酸塩:水ガラス (c)成分:アルカリ金属塩類:メタ珪酸ソーダ (d)成分:アルミナセメント:ラファージュ社製セカール5
1BTF (e)成分:高炉スラグ:比表面積4000cm²/g (f)成分:細骨材:茨城県笠間市片庭産粗骨材:茨城県笠間市片庭産水:水道水 (g)成分:アラミド繊維(Ｉ):密度1.39g/cm³ ガラス繊維(耐アルカリ)(II):密度2.70g/cm³ ビニロン繊維(III):密度1.30g/cm³ ステンレス鋼繊維(IV):密度7.80g/cm³ W/P:水-固形分比

【００３０】試験例１(実施例１〜１０及び比較例１) 表１に示す実施例１〜10及び比較例１の組成で練り上げ
たコンクリートについて、振動をかけながら100×100×
400mm角柱型枠に流し込んだ。その後75℃にて10時間蒸
気養生を行い、コンクリート供試体を作製した。得られ
たコンクリート供試体を用い、JIS A 1106(コンクリー
トの曲げ強度試験方法)に準拠し、材齢７日で試験を行
った。その結果を表1に併記する。

【００３１】

【表１】

【００３２】表１の結果より、実施例１〜９において比
較例１よりも曲げ強度が増大した。従って、各種繊維に
おいて0.1体積％〜10体積％の繊維混入量の範囲で、曲
げ強度が増大することが確認された。また、繊維を10体
積％を超えて混入した場合は、繊維補強耐酸性コンクリ
ートの練り混ぜ及び供試体の成形が困難となった。

【００３３】

【発明の効果】本発明によれば、セメントコンクリート
より繊維混入率を高めることができ、より高い曲げ強度
を得ることができる繊維補強耐酸性コンクリートを提供
する事ができる。

───────────────────────────────────────────────────── 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 14:38 Ｃ０４Ｂ 14:38 Ｚ 16:06） 16:06 Ａ 111:20 111:20 111:23 111:23 Ｆターム(参考） 4G012 PA07 PA17 PA19 PA24 PA26 PA29 PA30 PB03 PB06 PC04 PC06 PC11 PC12 PD03

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】 (a)CaO/SiO₂のモル比が0.10〜1.20の溶
融スラグ粉末を10〜85重量％、(b)アルカリ珪酸塩を固
形分で５〜40重量％、(c)アルカリ金属塩類を1〜30重量
％、(d)アルミナセメントを５〜50重量％、(e)高炉スラ
グ、転炉スラグ、脱リンスラグ、脱ケイスラグ及び脱硫
スラグから選ばれる結合材を２〜40重量％、並びに(f)
骨材・水を含有する耐酸性コンクリートに、(g)補強繊
維を混入したことを特徴とする繊維補強耐酸性コンクリ
ート。
【請求項２】上記(g)成分の補強繊維を0.1〜10.0体積
％混入したことを特徴とする請求項１記載の繊維補強耐
酸性コンクリート。