JP2015010010A - 耐塩害コンクリート - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、塩類に対して耐久性に優れる耐塩害コンクリートを提供する。【解決手段】本発明は、セメント、粗骨材、細骨材、減水剤、および水を含む耐塩害コンクリートであって、該粗骨材が、製鋼過程で発生するダストと還元スラグを含む混合物を溶融してなる人工石材である耐塩害コンクリートである。また、本発明は、さらに前記細骨材が、製鋼過程で発生するダストと還元スラグを含む混合物を溶融してなる人工石材である耐塩害コンクリートも含む。【選択図】図１

Description

本発明は、塩類に対して耐久性に優れる耐塩害コンクリートに関する。

コンクリートの塩害は、コンクリート中に侵入した塩化物イオン等の塩類により鉄筋が腐食し、発生した錆の膨張によりコンクリートにひび割れが生じてコンクリートの耐久性が低下する現象である。特に、防波堤や消波ブロック等の海洋構造物は、海水の飛沫に曝されて塩害を受けやすい。また、高架橋やトンネル等のコンクリートは塩害を受けると剥落しやすく重大な事故につながるおそれがある。

また、福島第一原子力発電所の事故により放射性物質が広範囲に拡散した結果、該発電所から遠く離れた首都圏内の焼却場でも、放射性物質を含む下水汚泥等の焼却により放射性物質が濃縮された汚染灰が大量に発生している。そして、かかる焼却灰をコンクリート容器に収容する方法は、放射線の遮蔽効果が高く、また放射性物質の拡散を防止できるため有用な手段である。しかし、焼却灰は塩化物を大量に含むことから、コンクリート容器は塩害を受けて放射性物質の拡散防止効果が低下するおそれがある。

コンクリートの塩害を防止するために、一般に、鉄筋のかぶりを大きくしたり、コンクリートや鉄筋の表面を樹脂によりコーティングする等の方法が行われている。また、特許文献１には、コンクリートを構成する結合材としてポルトランドセメントおよび高炉フュームを含有するコンクリートであって、当該結合材の全量に対し、ポルトランドセメントを８０〜９０重量％と、高炉フュームを１０〜２０重量％含む耐塩害コンクリートが提案されている。

しかし、鉄筋のかぶりの拡大には限界があり、前記コーティング方法では膜に欠損が生じると防錆効果は失われる。また、前記耐塩害コンクリートの耐塩害性は未だ十分とはいえない。

特開２０１１−０３７６９０号公報

したがって、本発明の課題は、塩類に対して耐久性に優れる耐塩害コンクリートを提供することにある。

そこで、本発明者は、前記課題を解決する手段を種々検討したところ、下記の構成を有するコンクリートは、前記課題を解決できることを見い出し、本発明を完成させた。
［１］セメント、粗骨材、細骨材、減水剤、および水を含む耐塩害コンクリートであって、該粗骨材が、製鋼過程で発生するダストと還元スラグを含む混合物を溶融してなる人工石材である耐塩害コンクリート。
［２］前記細骨材が前記人工石材である、前記［１］に記載の耐塩害コンクリート。
［３］前記人工石材中のＦｅの含有率がＦｅＯ換算で５０質量％以下である、前記［１］または［２］に記載の耐塩害コンクリート。
［４］前記減水剤が、ナフタレンスルホン酸（塩）のホルムアルデヒド縮合物、またはポリカルボン酸（塩）を有効成分として含む、高性能減水剤または高性能ＡＥ減水剤である、前記［１］〜［３］に記載の耐塩害コンクリート。
［５］膨張材および／または収縮低減剤を含む、前記［１］〜［４］に記載の耐塩害コンクリート。

本発明の耐塩害コンクリートは、塩類に対する耐久性に優れている。したがって、本発明の耐塩害コンクリートは、防波堤や消波ブロック等の海洋コンクリートや、焼却灰を保管するためのコンクリート容器等として好適である。

本発明の耐塩害コンクリートにおける、塩化物の浸透深さと浸透量を示す図である。

本発明は、前記のとおり、セメント、特定の粗骨材、細骨材、減水剤、および水を含む耐塩害コンクリートである。以下、本発明の耐塩害コンクリートについて、構成材料ごとに分けて説明する。

（１）セメント
該セメントは、普通ポルトランドセメント、早強ポルトランドセメント、中庸熱ポルトランドセメント、および低熱ポルトランドセメント等のポルトランドセメント、高炉セメント、およびフライアッシュセメント等の混合セメント、エコセメント、並びに前記ポルトランドセメントおよびエコセメントの一部を石灰石粉末、シリカフューム、メタカオリン等の混和材で置換したセメントを用いることができる。これらの中でも普通ポルトランドセメントはコストや汎用性の点から好ましい。
単位セメント量の下限は、好ましくは２００ｋｇ／ｍ^３、より好ましくは２５０ｋｇ／ｍ^３、さらに好ましくは３００ｋｇ／ｍ^３であり、その上限は、好ましくは６００ｋｇ／ｍ^３、より好ましくは５００ｋｇ／ｍ^３、さらに好ましくは４００がｋｇ／ｍ^３である。該下限量が２００ｋｇ／ｍ^３未満では耐塩害コンクリートの強度が不十分であり、該上限量が６００ｋｇ／ｍ^３を超えると耐塩害コンクリートの長期材齢における収縮ひずみが大きくなるおそれがある。

（２）粗骨材
該粗骨材は、製鋼過程で発生するダスト（以下「製鋼ダスト」という。）と還元スラグを含む混合物を溶融してなる人工石材である。
該製鋼ダストは、製鋼過程において、鋼材スクラップ等を炉に装入し、溶解期、酸化期、除滓、および還元期を経て出鋼する間に集塵装置により回収されるダストであり、該還元スラグは、同じく出鋼する間に排出されるスラグである。ちなみに、製鋼ダストと還元スラグの化学組成の一例を表１に示す。

前記粗骨材は、具体的には、前記製鋼ダストと還元スラグ（粉砕物）を含む混合物を、燃料に対する酸素比が好ましくは１以上、より好ましくは１．０５以上のバーナーのフレームを用いて、１２００〜１４００℃で溶融し、該溶融物が冷却した後に粉砕して篩分け等により分取した人工石材であり、粒径が５ｍｍ以上の粗粒分を８５質量％以上含むものである。
製鋼ダストと還元スラグの配合割合は、質量比で好ましくは１：０．３〜１：３、より好ましくは１：０．７〜１：３、さらに好ましくは１：１〜１：３、特に好ましくは１：１〜１：２である。該比が１：０．３〜１：３であれば、膨張性が低く密度の高い人工石材が得られる。

また、前記粗骨材中のＦｅの含有率は、ＦｅＯ換算で、好ましくは５０質量％以下、より好ましくは４５質量％以下、さらに好ましくは４０質量％以下、特に好ましくは３５質量％以下である。該値が５０質量％を超えると、耐塩害性が低下する。
前記粗骨材の表乾密度は、好ましくは３．３ｇ／ｃｍ^３以上、より好ましくは３．７ｇ／ｃｍ^３以上、さらに好ましくは４．０ｇ／ｃｍ^３以上である。該値が３．３ｇ／ｃｍ^３未満では耐塩害コンクリートの収縮ひずみが増加する傾向がある。
コンクリート中の前記粗骨材の単位量は、下限は好ましくは１０００ｋｇ／ｍ^３、より好ましくは１１００ｋｇ／ｍ^３、さらに好ましくは１３００ｋｇ／ｍ^３であり、上限は好ましくは１８００ｋｇ／ｍ^３、より好ましくは１７００ｋｇ／ｍ^３、さらに好ましくは１６００ｋｇ／ｍ^３でありである。該値が１０００〜１８００ｋｇ／ｍ^３であれば、耐塩害コンクリートの作業性等は良好である。

（３）細骨材
該細骨材は、川砂、陸砂、海砂、砕石、天然軽量骨材、人工軽量骨材、および前記人工石材（但し、１０ｍｍ篩をすべて通過し、５ｍｍ以下の細粒分を８５質量％以上含むもの）等から選ばれる１種以上が挙げられる。これらの中でも前記人工石材は、耐塩害コンクリートの収縮ひずみの低減効果が高いため好ましい。なお、前記人工石材の調製方法、製鋼ダストと還元スラグの配合割合、Ｆｅの含有率、および表乾密度は、前記粗骨材の場合と同じである。
コンクリート中の前記細骨材の単位量は、下限は好ましくは７００ｋｇ／ｍ^３、より好ましくは８００ｋｇ／ｍ^３であり、上限は好ましくは１７００ｋｇ／ｍ^３、より好ましくは１６００ｋｇ／ｍ^３、さらに好ましくは１５００ｋｇ／ｍ^３である。該値が７００〜１７００ｋｇ／ｍ^３であれば、耐塩害コンクリートのひび割れの発生が少なく流動性は良好である。

（４）減水剤
該減水剤は、ナフタレンスルホン酸（塩）のホルムアルデヒド縮合物、ポリカルボン酸（塩）、メラミンスルホン酸（塩）のホルムアルデヒド縮合物、ポリスチレンスルホン酸（塩）、およびリグニンスルホン酸（塩）等が挙げられる。これらの中でも、耐塩害コンクリートの作業性や収縮ひずみの低減効果の点で、ナフタレンスルホン酸（塩）のホルムアルデヒド縮合物、またはポリカルボン酸（塩）を有効成分とする、高性能減水剤または高性能ＡＥ減水剤が好ましい。ここで、前記高分子化合物の酸（塩）とは、酸、その塩、およびこれらが併存する高分子化合物をいう。また、塩とは、ナトリウム塩等のアルカリ金属塩、カルシウム塩等のアルカリ土類金属塩、およびアンモニウム塩等をいう。
前記減水剤の配合割合は、セメント１００質量部に対し、固形分換算で、下限は好ましくは０．１質量部、より好ましくは０．３質量部、さらに好ましくは０．５質量部であり、上限は好ましくは５質量部、より好ましくは４質量部、さらに好ましくは２質量部である。該値が０．１〜５質量部であれば、耐塩害コンクリートの流動性は良好でスランプロスを小さくできる。

（５）水
本発明で用いる水は、耐塩害コンクリートの強度発現性や流動性等に悪影響を与えないものであれば用いることができる。かかる水として、水道水、下水処理水、生コンの上澄水などが挙げられる。水／セメント比は、下限は好ましくは１５％、より好ましくは３０％、上限は好ましくは５５％、より好ましくは５０％である。該比が１５〜５５％であれば、耐塩害コンクリートの強度が高く流動性や施工性が良好である。

（６）膨張材
本発明の耐塩害コンクリートには、膨張材および／または収縮低減剤を含有させることができる。膨張材および／または収縮低減剤を含有させることによって、収縮ひずみをより小さくすることができる。
該膨張材としては、石灰系やカルシウムサルホアルミネート系を挙げることができる。コンクリート中の該膨張材の単位量は、好ましくは４０ｋｇ以下、より好ましくは１０〜３０ｋｇである。該値が４０ｋｇを超えると膨張量が過大になる場合がある。
膨張材のブレーン比表面積は、下限は好ましくは２０００ｃｍ^２／ｇ、より好ましくは３０００ｃｍ^２／ｇ、上限は好ましくは６０００ｃｍ^２／ｇである。該値が２０００ｃｍ^２／ｇ未満では、コンクリート中で膨張材がポップアウトして強度が低下するおそれがあり、６０００ｃｍ^２／ｇを超えるとコスト高になる。

（７）収縮低減剤
該収縮低減剤は、例えば、低級アルコールのアルキレンオキシド付加物、グリコールエーテル・アミノアルコール誘導体、ポリエーテル、アルキレンオキシド共重合体、およびポリオキシアルキレン・アルコールエーテルと無機フィラーの混合物等から選ばれる１種以上が挙げられる。該収縮低減剤の配合割合は、セメント１００質量部に対し、好ましくは５．０質量部以下、より好ましくは０．５〜４．０質量部である。該配合割合が５．０質量部を超えるとセメントの水和を阻害するおそれがある。

（８）その他の任意の構成成分
本発明の耐塩害コンクリートは、さらに消泡剤および水和熱抑制剤等の混和剤を含んでもよい。消泡剤として、例えば、エステル系、ポリエーテル系、鉱物油系、シリコーン系等の液状または粉末状の消泡剤が挙げられる。該消泡剤の配合割合は、セメント１００質量部に対し、好ましくは０．０４質量部以下、より好ましくは０．０２質量部以下である。該値が０．０４質量部を超えるとセメントの水和を阻害するおそれがある。
また、水和熱抑制剤として、例えば、デキストリン、化工デンプン、ホウ酸等から選ばれる１種以上が挙げられる。該水和熱抑制剤は、水和熱を抑制して温度ひび割れを低減する効果がある。該水和熱抑制剤の配合割合は、セメント１００質量部に対し、好ましくは０．５質量部以下、より好ましくは０．４質量部以下、さらに好ましくは０．３質量部以下である。該値が０．５質量部以下であれば、凝結を遅延させることなく、水和熱を抑制できる。
また、本発明の耐塩害コンクリートは、さらにフライアッシュ、石炭灰、シリカフューム、および石灰石粉末等の混和材を含んでもよい。

次に、本発明の耐塩害コンクリートの特性について説明する。
（１）単位容積質量
本発明の耐塩害コンクリートの単位容積質量は、好ましくは２．５ｋｇ／Ｌ以上、より好ましくは２．８ｋｇ／Ｌ以上、さらに好ましくは３．０ｋｇ／Ｌ以上、特に好ましくは３．３ｋｇ／Ｌ以上である。該値が２．５ｋｇ／Ｌ未満では、耐塩害性や放射線の遮蔽効果が十分ではない。

（２）静弾性係数
本発明の耐塩害コンクリートの静弾性係数は、材齢７日で、好ましくは３５ｋＮ／ｍｍ^２以上、より好ましくは４０ｋＮ／ｍｍ^２以上、さらに好ましくは４５ｋＮ／ｍｍ^２以上であり、材齢２８日では、好ましくは４０ｋＮ／ｍｍ^２以上、より好ましくは４５ｋＮ／ｍｍ^２以上、さらに好ましくは５０ｋＮ／ｍｍ^２以上である。該値が小さくなると、収縮ひずみが大きくなるおそれがある。

以下、本発明を実施例により具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されない。
１．使用材料
使用材料を表２に示す。

２．塩化物の浸透試験
表２に示す材料を用いて表３に示す配合に従い調製した原料を、二軸強制練りミキサーで２０℃のもと１２０秒間混練してフレッシュコンクリートを得た。次に、該フレッシュコンクリートを型枠に投入して１日後に脱型した後、得られたコンクリートを材齢２８日まで標準水中養生して供試体を作製した。
次に、前記供試体に対し、飛沫環境を模した海水噴霧を１日あたり２回で１回あたり約４時間行い、これを材齢１年まで繰り返した。
そして、前記供試体中の深さ方向の塩化物イオンの分布を、ＪＳＣＥ−Ｇ ５７２「浸せきによるコンクリート中の塩化物イオンの見掛けの拡散係数試験方法」に準拠して測定し、塩化物イオンの拡散係数を求めた。塩化物イオンの分布は図１に、塩化物イオンの拡散係数は表３に示した。
なお、前記フレッシュコンクリートの目標スランプは８±２．５ｃｍ、目標空気量は２．０±１．０％に設定して混和剤の添加量により調整した。

図１に示すように、比較例１〜３に比べ実施例は塩化物の浸透量が少なく、拡散係数は小さい。したがって、重量骨材の中でも、特に、製鋼ダストと還元スラグを含む混合物を溶融してなる人工石材を含有するコンクリートは、耐塩害性に優れていることが分かる。

Claims (5)

1. セメント、粗骨材、細骨材、減水剤、および水を含む耐塩害コンクリートであって、該粗骨材が、製鋼過程で発生するダストと還元スラグを含む混合物を溶融してなる人工石材である、耐塩害コンクリート。
2. 前記細骨材が前記人工石材である、請求項１に記載の耐塩害コンクリート。
3. 前記人工石材中のＦｅの含有率がＦｅＯ換算で５０質量％以下である、請求項１または２に記載の耐塩害コンクリート。
4. 前記減水剤が、ナフタレンスルホン酸（塩）のホルムアルデヒド縮合物、またはポリカルボン酸（塩）を有効成分として含む、高性能減水剤または高性能ＡＥ減水剤である、請求項１〜３に記載の耐塩害コンクリート。
5. 膨張材および／または収縮低減剤を含む、請求項１〜４に記載の耐塩害コンクリート。

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