JP6713736B2 - セメント組成物用ｐＨ調整剤、コンクリート組成物、セメント組成物、及びセメント組成物用ｐＨ調整剤の使用方法 - Google Patents
セメント組成物用ｐＨ調整剤、コンクリート組成物、セメント組成物、及びセメント組成物用ｐＨ調整剤の使用方法 Download PDFInfo
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Description
本発明は、コンクリートやモルタル等のセメント系材料のpHを下げることができるセメント組成物用pH調整剤に関し、また、当該セメント組成物用pH調整剤を含むコンクリート組成物並びにセメント組成物及び当該セメント組成物用pH調整剤の使用方法に関する。
セメントコンクリート及びモルタル等のセメント系材料は、マトリックスとしてセメントを使用するため一般にアルカリ性を示す。すなわち、普通ポルトランドセメントが水和した場合、水酸化カルシウムが生成され、水酸化カルシウム水和物が長期間にわたりセメント系材料の間隙水pHを12以上に維持する。高pHのセメントコンクリートは、発錆を防止できるため鉄筋コンクリートとして好適である。
しかし、セメント系材料の用途によっては、高pHであるという特徴が忌避される場合もある。例えば、コンクリートブロックやポーラスコンクリートブロックを植生の基盤として利用する場合（植生コンクリート）、植物の生育に適切なpHにまで低下させることが望まれる。また、近くに稀少植物が生育している、鯉の池、猿山等など、地下水や雨水、周辺の水が接触した際に近隣のpHの上昇が疎まれる場合もある。なお、これらセメントコンクリートを破砕して路盤材として再生するときにもまた、同様に高pHの水の溶出による汚染が懸念される。
あるいは、吹付コンクリートや鋼管背面の注入用モルタル・コンクリート・セメントミルクでは、吹付等の作業中に飛散する、或いは注入用の材料が漏れたり飛散したりすることが予測される。この場合には、作業者等の肌に接触したり、吸い込むことにより健康被害が発生する可能性があるため、低pHのセメント系材料が望まれる。
また、放射性廃棄物処分施設では、コンクリートに接触する周辺の地下水等のpHが上昇してしまうと、放射性核種の溶解度が上がることが考えられる。また、放射性廃棄物処分施設では、セメントコンクリートからなる構造部材と、バリア材や岩盤、粘土系の埋め戻し材とが接触している。このため、バリア材や岩盤、粘土系の埋め戻し材が、セメントコンクリートの高pHに長期間曝されると、変質が懸念され放射性核種の閉じこめ性能を低下させる場合がある。
ところで、セメント系材料の間隙水のpHを低減した低アルカリ性セメントには、クリンカ設計型、ポゾラン質混和材添加型及びアミノシリケート混和剤添加型の３種類に大別できる。クリンカ設計型は、セメントクリンカの構成化合物相をアルミネート系やサルフォアルミネート系で構成することで、水酸化カルシウムが生成しないものである。ポゾラン質混和材添加型は、ポゾラン材料（シリカ質混合材）が水酸化カルシウムと反応することで水酸化カルシウムを消費するものである。なお、ポゾラン材料としては、石炭火力発電所から発生するフライアッシュ及び半導体の原料となるフェロシリコンアロイの生成の過程に発生するシリカフュームが知られている。アミノシリケート混和剤添加型は、高炉スラグなどの潜在性水硬性を有する粉体が、ケイ酸ナトリウム水溶液など高アルカリ溶液により硬化反応を示すことを利用したものである。
また、特許文献１には、放射性廃棄物処分場の構造部材や充填剤に用いられるセメント材料として、セメントと、フライアッシュやシリカフューム等のシリカ質混和材とを含み、シリカ質混和材の合計重量がセメントの合計重量よりも大きくなるようにすることが開示されている。特許文献１に開示された構成のセメント系材料は、間隙水のpHを12.9〜10.0の範囲に調整できる。
上述したように、低アルカリ性セメントとしては種々の種類のものが知られているものの、十分に低pHを達成できているとは言えなかった。すなわち、従来公知の低アルカリ性セメントでは、間隙水のpHが高すぎて、広範な用途に利用することができないといった問題があった。
そこで、本発明は、上述したような実情に鑑み、低アルカリ性セメントに限らず種々のセメントを含むセメント系材料において間隙水のpHを低下させることができるセメント組成物用pH調整剤、当該セメント組成物用pH調整剤を含むコンクリート組成物並びにセメント組成物及び当該セメント組成物用pH調整剤の使用方法を提供することを目的とする。
上述した目的を達成するため、本発明者らが鋭意検討した結果、セメント成分に対して所定の重量比で硝酸塩を混和することで、間隙水のpHを低下できることを見いだし、本発明を完成するに至った。本発明は以下を包含する。
（１）硝酸塩を含む、セメント組成物用pH調整剤。
（２）更に亜硝酸塩を含むことを特徴とする（１）記載のセメント組成物用pH調整剤。
（３）硝酸イオン及び亜硝酸イオンの合計量が全体の30〜60重量％であることを特徴とする（２）記載のセメント組成物用pH調整剤。
（４）上記（１）乃至（３）いずれかに記載のセメント組成物用pH調整剤と、結合材と骨材とを含むコンクリート組成物。
（５）前記結合材は、セメントとシリカ質混和材とを更に含み、前記シリカ質混和材の合計重量が前記セメントの重量より大であることを特徴とする（４）記載のコンクリート組成物。
（６）前記シリカ質混和材はフライアッシュとシリカフュームとからなることを特徴とする（５）記載のコンクリート組成物。
（７）前記セメント組成物用pH調整剤が前記結合材100kgに対して4〜6Lで配合され、少なくとも水を含む溶液と混練してなるコンクリート系材料の間隙水pHが9.0以下となることを特徴とする（４）記載のコンクリート組成物。
（８）上記（１）乃至（３）いずれかに記載のセメント組成物用pH調整剤と、結合材とを含むセメント組成物。
（９）前記結合材は、セメントとシリカ質混和材とを更に含み、前記シリカ質混和材の合計重量が前記セメントの重量より大であることを特徴とする（８）記載のセメント組成物。
（１０）前記シリカ質混和材はフライアッシュとシリカフュームとからなることを特徴とする（９）記載のセメント組成物。
（１１）前記セメント組成物用pH調整剤が前記結合材100kgに対して4〜6Lで配合され、少なくとも水を含む溶液と混練してなるセメント系材料の間隙水pHが9.0以下となることを特徴とする（８）記載のセメント組成物。
（１２）硝酸塩を含むセメント組成物用pH調整剤を、結合材100kgに対して2〜8kgで配合することを特徴とするセメント組成物用pH調整剤の使用方法。
（１３）前記セメント組成物用pH調整剤は、更に亜硝酸塩を含むことを特徴とする（１２）記載のセメント組成物用pH調整剤の使用方法。
（１４）前記セメント組成物用pH調整剤に含まれる硝酸イオン及び亜硝酸イオンの合計量が全体の30〜60重量％であり、結合材100kgに対して3〜6Lで配合されることを特徴とする（１３）記載のセメント組成物用pH調整剤の使用方法。
（１５）前記セメント組成物用pH調整剤を前記結合材100kgに対して4〜6Lで配合し少なくとも水を含む溶液と混練してなるセメント系材料又はコンクリート系材料の間隙水pHを9.0以下に調整することを特徴とする（１２）記載のセメント組成物用pH調整剤の使用方法。
（２）更に亜硝酸塩を含むことを特徴とする（１）記載のセメント組成物用pH調整剤。
（３）硝酸イオン及び亜硝酸イオンの合計量が全体の30〜60重量％であることを特徴とする（２）記載のセメント組成物用pH調整剤。
（４）上記（１）乃至（３）いずれかに記載のセメント組成物用pH調整剤と、結合材と骨材とを含むコンクリート組成物。
（５）前記結合材は、セメントとシリカ質混和材とを更に含み、前記シリカ質混和材の合計重量が前記セメントの重量より大であることを特徴とする（４）記載のコンクリート組成物。
（６）前記シリカ質混和材はフライアッシュとシリカフュームとからなることを特徴とする（５）記載のコンクリート組成物。
（７）前記セメント組成物用pH調整剤が前記結合材100kgに対して4〜6Lで配合され、少なくとも水を含む溶液と混練してなるコンクリート系材料の間隙水pHが9.0以下となることを特徴とする（４）記載のコンクリート組成物。
（８）上記（１）乃至（３）いずれかに記載のセメント組成物用pH調整剤と、結合材とを含むセメント組成物。
（９）前記結合材は、セメントとシリカ質混和材とを更に含み、前記シリカ質混和材の合計重量が前記セメントの重量より大であることを特徴とする（８）記載のセメント組成物。
（１０）前記シリカ質混和材はフライアッシュとシリカフュームとからなることを特徴とする（９）記載のセメント組成物。
（１１）前記セメント組成物用pH調整剤が前記結合材100kgに対して4〜6Lで配合され、少なくとも水を含む溶液と混練してなるセメント系材料の間隙水pHが9.0以下となることを特徴とする（８）記載のセメント組成物。
（１２）硝酸塩を含むセメント組成物用pH調整剤を、結合材100kgに対して2〜8kgで配合することを特徴とするセメント組成物用pH調整剤の使用方法。
（１３）前記セメント組成物用pH調整剤は、更に亜硝酸塩を含むことを特徴とする（１２）記載のセメント組成物用pH調整剤の使用方法。
（１４）前記セメント組成物用pH調整剤に含まれる硝酸イオン及び亜硝酸イオンの合計量が全体の30〜60重量％であり、結合材100kgに対して3〜6Lで配合されることを特徴とする（１３）記載のセメント組成物用pH調整剤の使用方法。
（１５）前記セメント組成物用pH調整剤を前記結合材100kgに対して4〜6Lで配合し少なくとも水を含む溶液と混練してなるセメント系材料又はコンクリート系材料の間隙水pHを9.0以下に調整することを特徴とする（１２）記載のセメント組成物用pH調整剤の使用方法。
本発明によれば、セメント系材料の間隙水のpHを低下させるセメント組成物用pH調整剤を提供することができる。本発明に係るセメント組成物用pH調整剤によれば、セメント系材料の間隙水pHを低下させることができるため、セメント系材料の用途を大幅に拡大することができる。
また、本発明に係るコンクリート組成物及びセメント組成物は、当該セメント組成物用pH調整剤を含むため、間隙水のpHが低いといった特徴を有するセメント系材料を製造することができる。したがって、本発明に係るセメント組成物を利用することによって、広範な用途に使用可能なセメント系材料を製造することができる。
さらに、本発明に係るセメント組成物用pH調整剤の使用方法は、当該セメント組成物用pH調整剤を利用してセメント系材料の間隙水のpHを低くするものである。本発明に係るセメント組成物用pH調整剤の使用方法は、低アルカリ性セメント及び通常のセメントのいずれにも適用することができ、間隙水のpHを低下させることができる。
以下、本発明に係るセメント組成物用pH調整剤、コンクリート組成物並びにセメント組成物、及びセメント組成物用pH調整剤の使用方法について詳細に説明する。
＜セメント組成物用pH調整剤＞
本発明に係るセメント組成物用pH調整剤（以下、単にpH調整剤と称する）は、硝酸塩を含んでいる。このpH調整剤は、結合材等と共に水を含む溶液と混和することで得られるセメント系材料における間隙水のpHを、pH調整剤を混和しないセメント組成物を用いたセメント系材料の間隙水pHと比較して有意に低くすることができる。ここで、セメント系材料とは、セメント等の結合材と水とを混練してなるセメントペースト、当該セメントペーストに骨材を混練したコンクリートやモルタルを含む意味である。
本発明に係るセメント組成物用pH調整剤（以下、単にpH調整剤と称する）は、硝酸塩を含んでいる。このpH調整剤は、結合材等と共に水を含む溶液と混和することで得られるセメント系材料における間隙水のpHを、pH調整剤を混和しないセメント組成物を用いたセメント系材料の間隙水pHと比較して有意に低くすることができる。ここで、セメント系材料とは、セメント等の結合材と水とを混練してなるセメントペースト、当該セメントペーストに骨材を混練したコンクリートやモルタルを含む意味である。
セメント組成物用pH調整剤は、特に限定されないが、例えば結合材100kgに対して2〜8kg、好ましくは4〜8kg、より好ましくは6〜8kgとなるように配合される。セメント組成物用pH調整剤を上記重量比となるように配合することによって、セメント系材料の間隙水pHを、pH調整剤を混和しないセメント組成物を用いたセメント系材料の間隙水pHと比較して有意に低くすることができる。
セメント組成物用pH調整剤が結合材100kgに対して2kg未満である場合、セメント系材料の間隙水のpHを十分に低下させることができない虞がある。また、セメント組成物用pH調整剤が結合材100kgに対して8kgを超える場合、セメント系材料の間隙水のpHを十分に低下させられるものの、セメント等の結合材を水等と混練して得られるフレッシュコンクリートを打設できない程度に強張る虞がある。
また、硝酸塩としては、セメント系材料において硝酸イオンを生じるものであれば特に限定されず、例えば硝酸カルシウム、硝酸カリウム、硝酸アンモニウム等を挙げることができる。特に、硝酸塩としては硝酸カルシウムを使用することが好ましい。また、pH調整剤としては、硝酸塩を含んでいれば、市販のコンクリート用化学混和剤を使用しても良い。
なお、pH調整剤は、硝酸塩を含んでいれば良く、他の成分を含んでいても良い。例えば、pH調整剤は、硝酸塩に加えて亜硝酸塩を含んでいても良い。すなわち、pH調整剤は、亜硝酸塩を含まず硝酸塩を含む組成でも良いし、硝酸塩及び亜硝酸塩をともに含む組成であっても良い。このpH調整剤は、亜硝酸塩を含む場合、硝酸イオン及び亜硝酸イオンの合計量が全体の30〜60重量％である。pH調整剤は、亜硝酸塩を含む場合であって、硝酸イオン及び亜硝酸イオンの合計量が全体の30〜60重量％であり、セメント系材料に含まれる結合材100kgに対して重量比で3〜6Lの範囲、好ましくは4〜6L、より好ましくは4〜5Lとなるように混和されることが好ましい。
硝酸イオン及び亜硝酸イオンを上記範囲で含むpH調整剤を上記重量比となるように混和することによって、セメント系材料の間隙水pHを、pH調整剤を混和しないセメント系材料の間隙水pHと比較して有意に低くすることができる。特に、pH調整剤を結合材100kgに対して重量比で4〜6Lの範囲となるように混和することで、セメント系材料の間隙水pHを9.0以下に調整することができる。
このとき、セメント組成物用pH調整剤に含まれる硝酸イオン及び亜硝酸イオンが上記範囲を下回る場合には、セメント系材料の間隙水のpHを十分に低下させることができない虞がある。また、ここで、セメント組成物用pH調整剤に含まれる硝酸イオン及び亜硝酸イオンが上記範囲を上回る場合には、セメント等の結合剤と水とを混和して得られるセメント系材料の急結を招き、施工が困難となる虞がある。
また、硝酸塩及び亜硝酸塩を含むセメント組成物用pH調整剤の場合、その配合量が結合材100kgに対して3L未満である場合、セメント系材料の間隙水のpHを十分に低下させることができない虞がある。また、硝酸塩及び亜硝酸塩を含むセメント組成物用pH調整剤の場合、その配合量が結合材100kgに対して6Lを超える場合、セメント系材料の間隙水のpHを十分に低下させられるものの、セメント等の結合剤と水等と混練して得られるフレッシュコンクリートを打設できない程度に強張る虞がある。
また、硝酸塩及び亜硝酸塩を含むセメント組成物用pH調整剤の場合、硝酸塩及び亜硝酸塩を含んでいれば、市販のコンクリート用化学混和剤を使用しても良い。例えば、硝酸塩と亜硝酸塩とを主成分とする硬化促進剤（JIS A 6204、「コンクリート用化学混和剤」の硬化促進剤(I種)）をpH調整剤として使用することができる。
より具体的に、BASF社製の商品名：ポズテック９９（硬化促進剤(I種)、耐寒促進剤タイプII）をpH調整剤として使用することができる。なお、このBASF社製の商品名：ポズテック９９は、硬化促進剤として使用される場合、結合材100kg当たり原液で2〜4Lの範囲で混和される。これに対して、pH調整剤として使用する場合、結合材100kg当たり原液で3〜6Lで使用することが好ましく、4〜6Lで使用することがより好ましく、5〜6Lで使用することが更に好ましく、6Lで使用することが最も好ましい。この範囲で使用することで、セメント系材料の間隙水pHを低くすることができる。ポズテック９９をこの範囲より下回る量で使用した場合、セメント系材料の間隙水pHを低くすることはできず、pH調整剤として使用することはできない。また、ポズテック９９をこの範囲より上回る量で使用した場合、セメント等の結合材を水等と混練して得られるフレッシュコンクリートが強張り打設できないといった問題によりセメント系材料として使用できなくなる。なお、フレッシュコンクリートの固さについては、いわゆるスランプ試験により評価することができる。
＜コンクリート組成物及びセメント組成物＞
本発明に係るコンクリート組成物は、少なくとも、上述したpH調整剤とセメント等の結合材と骨材とを含んでいればよい。また、本発明に係るセメント組成物は、少なくとも、上述したpH調整剤とセメント等の結合材とを含んでいればよい。本発明で使用するセメントとしては、特に限定されないが、ＪＩＳ（JIS R 5210）で規定されるポルトランドセメントや混合セメントを挙げることができる。具体的には、普通ポルトランドセメント、早強ポルトランドセメント、超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、低熱ポルトランドセメント、耐硫酸塩ポルトランドセメント、及びそれらの低アルカリ型ポルトランドセメント、さらに高炉セメント、フライアッシュセメント、シリカセメント等を挙げることができる。
本発明に係るコンクリート組成物は、少なくとも、上述したpH調整剤とセメント等の結合材と骨材とを含んでいればよい。また、本発明に係るセメント組成物は、少なくとも、上述したpH調整剤とセメント等の結合材とを含んでいればよい。本発明で使用するセメントとしては、特に限定されないが、ＪＩＳ（JIS R 5210）で規定されるポルトランドセメントや混合セメントを挙げることができる。具体的には、普通ポルトランドセメント、早強ポルトランドセメント、超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、低熱ポルトランドセメント、耐硫酸塩ポルトランドセメント、及びそれらの低アルカリ型ポルトランドセメント、さらに高炉セメント、フライアッシュセメント、シリカセメント等を挙げることができる。
特に、本発明で使用するセメントとしては、特許第２９４１２６９号にて開示されるセメントが好ましい。特許第２９４１２６９号にて開示されるセメント組成物は、セメントと、フライアッシュやシリカフュームなどのシリカ質混和材とを含み、前記シリカ質混和材の合計重量が、前記セメントの重量よりも大きくなるようにしたものである。また、特許第２９４１２６９号にて開示されるセメント組成物において、セメントとして早強ポルトランドセメントを適用した場合、早強ポルトランドセメントと前記フライアッシュおよびシリカフュームの重量比率を３：５：２にすることが好ましい。さらに、特許第２９４１２６９号にて開示されるセメント組成物において、セメントとして普通ポルトランドセメントを適用した場合、普通ポルトランドセメントと前記フライアッシュおよびシリカフュームの重量比率を４：４：２にすることが好ましい。
特許第２９４１２６９号にて開示されるセメント組成物は、シリカ質混和材の合計重量をセメントの重量よりも大きくすることで、間隙水の所期pHを１０程度まで低減できる。また、pH値の経時的な変化についても、特許第２９４１２６９号にて開示されるセメント組成物を使用することで、pHが経時的にも１１以上となることを防止している。特許第２９４１２６９号にて開示されるセメント組成物を使用することで、セメント系材料の間隙水におけるpHを低くすることができるので、ベントナイトや岩盤と接触している放射性廃棄物処分場等の構造部材に好適である。
ここで、シリカフュームとは、シリコンメタル、フェロシリコン、シリコン合金、ジリコニュウムなどを製造する際に発生する排ガス中のダストを捕集することによって得られる球形の超微粒子である。また、フライアッシュとは、微粉砕した石炭をボイラ内で燃焼させ、この燃焼により溶融状態になった灰の粒子が高温の燃焼ガス中を浮遊し、ボイラ出口で温度が低下することで形成され電気集じん器に捕集され球形微細粒子である。
これらシリカフューム及びフライアッシュは、市場に流通している如何なるものを使用しても良く、それらの粒径やＢＥＴ比表面積等の品質に関して限定されるものではない。
一方、本発明に係るコンクリート組成物において、骨材は、特に限定されず、従来公知の骨材を使用することができる。骨材としては、細骨材のみでも良いし、細骨材と粗骨材とを組み合わせても良い、例えば、細骨材としては、川砂、海砂、山砂、珪砂、砕砂、石灰岩を粉砕した砂、再生骨材の砂、焼成ボーキサイトを粉砕した砂、鉄鉱石を粉砕した砂、石英へん岩を粉砕した砂、高炉スラグを粉砕した砂、石英微粉末、硅石微粉末、岩石微粉末等を挙げることができる。粗骨材としては、川砂利、陸砂利、砕石及びこれらの混合物等を使用することができる。
本発明に係るコンクリート組成物及びセメント組成物は、上述したpH調整剤、セメント及び骨材以外に他の成分を含有していても良い。他の成分としては、いわゆる混和剤、金属繊維及び／又は有機質繊維といった繊維等を挙げることができる。
混和剤は、流動性や強度発現性の向上、凝結コントロール、耐久性の向上などの多くの目的で使用される添加剤で、少なくとも1種類を使用することができる。この混和剤としては、高性能減水剤、高性能ＡＥ減水剤、流動化剤、消泡剤、凝結促進剤、凝結遅延剤、増粘剤、収縮低減剤、急結剤、発泡剤、防錆剤などを単独で使用したり、複数の組み合せで使用したりすることができる。
少ない単位水量で流動性の向上を目指すためには、高性能減水剤又は高性能ＡＥ減水剤を使用することが好ましい。高性能減水剤としては、ポリカルボン酸塩系高性能減水剤、ポリアルキルアリルスルホン酸塩系高性能減水剤、芳香族アミノスルホン酸塩系高性能減水剤、メラミンホルマリン樹脂スルホン酸塩系高性能減水剤などがある。高性能ＡＥ減水剤としては、アルキルアリルスルホン酸塩系高性能ＡＥ減水剤、芳香族アミノスルホン酸塩系高性能ＡＥ減水剤、メラミンホルマリン樹脂スルホン酸塩系高性能ＡＥ減水剤、ポリカルボン酸塩系高性能ＡＥ減水剤などがある。これらの高性能減水剤又は高性能ＡＥ減水剤は限定されるものではないが、使用量としてはセメント100重量部に対して3−5重量部であれば良好な流動性を得ることができる。また、混練り時に連行した空気を消泡するために、消泡剤を高性能減水剤と組み合わせて使用してもよい。
繊維としては、金属繊維、有機繊維、無機繊維、又は金属繊維と有機繊維若しくは無機繊維とを混ぜ合わせた複合（ハイブリッド）繊維を挙げることができる。混入可能な金属繊維としては、鋼繊維、高張力鋼繊維、ステンレス繊維、チタン繊維、アルミニューム繊維などが挙げられる。また、有機繊維としては、ポリプロピレン（ＰＰ）繊維、ポリビニールアルコール（ＰＶＡ）繊維、アラミド繊維、ポリエチレン繊維、超高強力ポリエチレン繊維、ポリエチレンテレフタラート（ＰＥＴ）繊維、レーヨン繊維、ナイロン繊維、ポリ塩化ビニール繊維、ポリエステル繊維、アクリル繊維、耐アルカリガラス繊維などが使用できる。無機繊維としては、炭素繊維、天然の玄武岩を溶融して紡糸したバサルト繊維、ガラス繊維、シリカ繊維などが使用できる。
以上のように構成されたコンクリート組成物或いはセメント組成物に対して水（水道水や地下水）を配合して混練することでセメント系材料（コンクリート、モルタル或いはセメントペースト）とすることができる。得られたセメント系材料は、施工までの間、すなわち混練終了から施工までの間は流動性を維持できるため、通常のセメント系材料と同様に、セメント工場で混練してからアジテート車などを用いて施工現場まで運搬することが可能である。すなわち、セメント系材料は、例えば、レディーミクストコンクリート、プレキャストコンクリート用のコンクリート、遠心成形用コンクリート、振動締め固め用コンクリート、蒸気養生コンクリート、吹付けコンクリート等として使用することができる。
特に、本発明に係るコンクリート組成物及びセメント組成物は、これらコンクリート等のセメント系材料としたときに間隙水のpHが低いといった特徴を有している。したがって、本発明に係るコンクリート組成物及びセメント組成物は、植生の基盤として利用する植生コンクリートに使用することが好ましい。また、本発明に係るコンクリート組成物及びセメント組成物は、稀少植物が生育している環境、鯉の池や猿山等など地下水や天水に曝される環境の構造部材及び/又は充填剤として使用することが好ましい。さらに、本発明に係るコンクリート組成物及びセメント組成物は、吹付コンクリートや鋼管背面の注入用モルタル・コンクリート・セメントミルクに使用することで、吹付等の作業中に飛散する、或いは注入用の材料が漏れたり飛散したりする場合であっても、作業者に対する健康被害を回避することができる。さらにまた、本発明に係るコンクリート組成物及びセメント組成物は、非常に長期間性能を維持する必要のある放射性廃棄物処分場の構造部材や充填剤に使用することができる。
以下、実施例により本発明を更に詳細に説明するが、本発明の技術的範囲は以下の実施例に限定されるものではない。
〔実施例１〕
本実施例では、表１に示すように、コンクリート組成物を調整し、pH調整剤を所定量で配合して得られるセメント系材料の間隙水pHを評価した。
本実施例では、表１に示すように、コンクリート組成物を調整し、pH調整剤を所定量で配合して得られるセメント系材料の間隙水pHを評価した。
なお、表１において、セメントCは普通ポルトランドセメント（JIS R 5210-2009）であり、FAはフライアッシュII種（JIS A 6201-2008）であり、SFはシリカフューム（マイクロシリカ940U）である。また、表１においてC、FA及びSFの合計量をBとしている。
本実施例において、細骨材としては石灰石砕砂（JIS A 5005-2009）を使用し、粗骨材としては石灰石砕石（JIS A 5005-2009）を使用した。また、高性能AE減水剤としては、ポリカルボン酸系高性能AE減水剤（JIS A 6204-2011）を使用し、AE剤としては高アルキルカルボン酸系陰イオン界面活性剤と非イオン界面活性剤の複合体（JIS A 6204-2011）を使用した。
また、本実施例において、pH調整剤は、24重量％の硝酸イオン及び23重量％の亜硝酸イオンを含む液状の混和剤を使用した。具体的には、BASF社製の商品名：ポズテック９９を使用した。なお、ポズテック９９は、セメント１００kg当たり原液で２〜４Lの範囲で混和され硬化促進剤として使用される。
本実施例において、コンクリートの練混ぜは以下の手順で、強制二軸ミキサー（容量50L）を使用して行った。先ず、粉体材料（表１におけるC、FA、SF、S及びG）を強制二軸ミキサーに投入し、空練り(30秒)を行う。その後、その他の材料（高性能AE減水剤、AE剤、pH調整剤及び水（予め水に入れて混合しておく））を投入し、混練(1分間)する。その後、ミキサー内の壁やパドルに付着したコンクリートを掻き出し、更に混練(1分間)した後に排出する。そして、製造したコンクリートをφ100mm×200 mmの鋼製型枠に打設し、材齢１日まで封緘20℃で封緘養生を行い、脱型した。脱型を20℃の水中で所定の材齢まで養生した。
このとき、製造したコンクリートについては、JIS A 1101に従いスランプ値（cm）を測定した。
このとき、製造したコンクリートについては、JIS A 1101に従いスランプ値（cm）を測定した。
また、本実施例では、材齢２８日の試験体を使用してコンクリート中の間隙水（細孔溶液）のpHを測定した。先ず、内径がφ50mm×高さ約100 mmの細孔溶液抽出装置（耐圧合金でできた大きなシリンジ）の内部に試験体をセットし、一軸圧縮試験装置を用いて1000kNで載荷して圧搾した液相の溶液を採取した（抽出装置の横に取り出し孔を設け、そこから通常のシリンジで吸引する）。採取した溶液についてJIS K 0102「工業排水試験方法」に準拠してpHを測定した。
混和したpH調整剤の量、コンクリートについて測定したスランプ、試験片の間隙水pHの結果を表２に纏めた。また、pH調整剤の添加量とスランプ値との関係を図１に示した。
表２に示すように、硝酸イオン及び亜硝酸イオンを合計で30〜60重量％含む混和剤として、市販のポズテック９９を結合材100kg（普通ポルトランドセメント、フライアッシュ及びシリカフュームを含有する組成物）に対して3L以上、好ましくは4L以上、より好ましくは5L以上、更に好ましくは6L配合したときに、間隙水のpHが大幅に低下することが明らかとなった。特に、ポズテック９９を結合材100kgに対して4〜6Lの範囲で添加することで、間隙水pHを9.0以下にまで低減できることが判った。なお、ポズテック９９に関する製品カタログでは、セメント100kg（フライアッシュ及びシリカフュームを含有しない普通ポルトランドセメント）に対して2〜4Lの添加が、早強剤や耐寒剤としての標準量である。一方、ポズテック９９の混和量が結合材100kg（普通ポルトランドセメント、フライアッシュ及びシリカフュームを含有する組成物）に対して6Lを超えた場合、コンクリートが固くなり過ぎて使用が困難な状態となる（スランプ値参照、図１参照）。
〔実施例２〕
本実施例では、表３に示すように、セメントペースト組成物を調整し、pH調整剤を所定量で配合して得られる試料の間隙水pHを評価した。
本実施例では、表３に示すように、セメントペースト組成物を調整し、pH調整剤を所定量で配合して得られる試料の間隙水pHを評価した。
表３の第1列に記述された、HFSCはフライアッシュ高含有シリカフュームセメントの略称であり、OPCは普通ポルトランドセメントの略称であり、BBは高炉セメントB種の略称であり、FAはフライアッシュセメントの略称である。
表３の第1行に記述されたCは普通ポルトランドセメント（JIS R 5210-2009）であり、BBは高炉セメントB種（JIS R 521-2009）であり、FAはフライアッシュII種（JIS A 6201-2008）であり、SFはシリカフューム（マイクロシリカ940U）である。なお、表３のWは、化学混和剤、促進剤、pH調整剤を含む水を意味する。
本実施例においては、セメントペーストを練り混ぜたのち、材齢28日まで封かん養生した。本実施例では、pH調整剤としてポズテック９９或いは市販の硝酸カルシウム（関東化学社製、硝酸カルシウム四水和物（特級））を使用した。
間隙水pHの測定は以下のように行った。本実施例におけるpH測定は、Svensk Karnbranslehantering AB社（Swedish Nuclear Fuel and Waste Management Co）が発行しているDevelopment of an accurate pH measurement methodology for the pore fluids of low pH cementitious materials（ISSN 1402-3091）の第11〜18頁に記載された測定法：R-12-02に準じて行った。
詳細には、先ず、CO2フリーのイオン交換水を用意する。CO2フリーのイオン交換水は、イオン交換水を30分以上加熱してCO2を取り除き、その後、恒温水槽で室温まで冷却しつつ、窒素ガスをパージすることで作製する。次に、上述のように作製した試料（表面5〜10mmの試料は使用せず取り除く）をアルミナ乳鉢で80μmふるい80%通過まで粉砕する。次に、10mlのCO2フリーのイオン交換水と10gの試料をビーカーに入れ、マグネチックスターラーで5分間混合する。この際、窒素ガスはパージし続ける。その後、溶液（孔径0.45μmのフィルターに通してもよい）へpHメーター（堀場製作所社製、F-51）の電極を差し込み、安定したところで数値を読む。なお、測定中も窒素ガスは流し続ける。以上の測定を3回繰り返し、pHの誤差が±0.1であることを確認した後、測定を終了する。
混和したpH調整剤（ポズテック９９）の量、間隙水pHの測定結果を表４に纏めた。また、pH調整剤の添加量と間隙水pHとの関係を図２に示した。
混和したpH調整剤（ポズテック９９）の量、間隙水pHの測定結果を表４に纏めた。また、pH調整剤の添加量と間隙水pHとの関係を図２に示した。
表４及び図２に示すように、硝酸イオン及び亜硝酸イオンを合計で30〜60重量％含むポズテック９９を結合材100kg（普通ポルトランドセメント、フライアッシュ及びシリカフュームを含有する組成物）に対して3〜6Lの範囲で配合すると、フライアッシュ高含有シリカフュームセメント（HFSC）、普通ポルトランドセメント（OPC）、高炉セメントB種（BB）及びフライアッシュセメント（FA）の全てにおいて間隙水pHを有意に低下できることが明らかとなった。特に、ポズテック９９の配合量が増えるほど、間隙水pHの低下度合いが大きくなることが明らかとなった。特に、フライアッシュ高含有シリカフュームセメント（HFSC）においては、ポズテック９９による間隙水pHの低下効果が著しいことが明らかとなった。
一方、pH調整剤として市販の硝酸カルシウムを使用したときの、pH調整剤の量、間隙水pHの測定結果を表５に纏めた。また、pH調整剤の添加量と間隙水pHとの関係を図３に示した。なお、この例ではフライアッシュ高含有シリカフュームセメント（HFSC）を使用した。
表５及び図３に示すように、市販の硝酸カルシウムを使用した場合でも、ポズテック９９と同様に間隙水pHを大幅に低下できることが明らかとなった。
Claims (13)
- 硝酸塩を含むセメント組成物用pH調整剤と、結合材と、骨材とを含み、前記結合材は、セメントとシリカ質混和材とを含み、前記シリカ質混和材の合計重量は、前記セメントの重量より大であるコンクリート組成物。
- 前記セメント組成物用pH調整剤が、亜硝酸塩を更に含むことを特徴とする請求項１記載のコンクリート組成物。
- 前記シリカ質混和材がフライアッシュとシリカフュームとからなることを特徴とする請求項１又は２記載のコンクリート組成物。
- 前記セメント組成物用pH調整剤が前記結合材100kgに対して4〜6Lで配合され、少なくとも水を含む溶液と混練してなるコンクリート系材料の間隙水pHが9.0以下となることを特徴とする請求項１乃至３いずれか一項記載のコンクリート組成物。
- 硝酸塩を含むセメント組成物用pH調整剤と、結合材とを含み、前記結合材は、セメントとシリカ質混和材とを含み、前記シリカ質混和材の合計重量は、前記セメントの重量より大であるセメント組成物。
- 前記セメント組成物用pH調整剤が、亜硝酸塩を更に含むことを特徴とする請求項５記載のセメント組成物。
- 前記シリカ質混和材がフライアッシュとシリカフュームとからなることを特徴とする請求項５又は６記載のセメント組成物。
- 前記セメント組成物用pH調整剤が前記結合材100kgに対して4〜6Lで配合され、少なくとも水を含む溶液と混練してなるセメント系材料の間隙水pHが9.0以下となることを特徴とする請求項５乃至７いずれか一項記載のセメント組成物。
- 硝酸塩を含むセメント組成物用pH調整剤を、セメントとシリカ質混和材とを含む結合材100kgに対して2〜8kgで配合することを特徴とするセメント組成物用pH調整剤の使用方法。
- 前記セメント組成物用pH調整剤が、亜硝酸塩を更に含むことを特徴とする請求項９記載のセメント組成物用pH調整剤の使用方法。
- 前記セメント組成物用pH調整剤に含まれる硝酸イオン及び亜硝酸イオンの合計量が全体の30〜60重量％であり、結合材100kgに対して3〜6Lで配合されることを特徴とする請求項１０記載のセメント組成物用pH調整剤の使用方法。
- 前記セメント組成物用pH調整剤を前記結合材100kgに対して4〜6Lで配合し、少なくとも水を含む溶液と混練してなるセメント系材料又はコンクリート系材料の間隙水pHを9.0以下に調整することを特徴とする請求項１１記載のセメント組成物用pH調整剤の使用方法。
- 前記シリカ質混和材がフライアッシュとシリカフュームとからなることを特徴とする請求９乃至１２いずれか一項記載のセメント組成物用pH調整剤の使用方法。
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