JPH10194817A

JPH10194817A - セメント組成物

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Publication number: JPH10194817A
Application number: JP1478197A
Authority: JP
Inventors: Yoshikazu Fuji; 良和藤
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1997-01-10
Filing date: 1997-01-10
Publication date: 1998-07-28
Anticipated expiration: 2017-01-10
Also published as: JP3190277B2

Abstract

(57)【要約】【課題】緻密で高強度、且つ、密着性、可撓性に優れ
る無機系被覆材を生成し得るセメント組成物の提供を課
題とする。【解決手段】アンモニウム塩類又はナトリウム塩類の
少なくともいずれかと、カリウム塩類と、鉄化合物と、
硝酸カルシウム又は塩化カルシウムの少なくともいずれ
かと、マグネシウム塩類とを水に添加して、多種多量の
金属イオンを含有する水溶液を調整する。また、高炉水
砕スラグを６，０００ないし８，０００ブレーンに微粉
化する。これらの水溶液及びスラグをポルトランドセメ
ント及び樹脂エマルジョンからなるポリマーセメントに
配合する。上記水溶液のイオンリッチな性質のため、セ
メント水和物が細かく分散し、緻密な構造体を得ること
ができる。また、微粉化したスラグが各配合成分間の間
隙を埋めるようにして自己硬化するため、相乗効果によ
り、構造体の強度が向上する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はセメント組成物、特
に、コンクリートやモルタル、スレート、あるいは鉄骨
等に対する劣化防止用又は防錆用等の被覆材として好適
に用いることのできるセメント組成物に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、特に酸性雨の問題がもちあがって
から、例えば、ダムや海洋河川の護岸壁、橋梁、トンネ
ル等を始めとして、一般建物施設、下水管、テトラポッ
ト、電柱等に至るまで、様々な土木建築構造物に使用さ
れるコンクリート及びその二次製品、あるいは金属製建
材等の劣化や腐食の問題がクローズアップされ、これに
追随して建築構造物を脆弱化させるコンクリートの中性
化ないし劣化の防止、又は防錆を図るための様々な被覆
材の提案が試みられている。

【０００３】かかる被覆材に求められる機能の第一は、
水や外気のコンクリート内部への進入を遮断し、もって
空気中の浮遊塩分や二酸化炭素、あるいは酸性雨や酸性
土壌の影響によるコンクリートの中性化ないし劣化、又
は構造物中の鉄筋、鉄骨の腐食を防止し得るだけの強固
で緻密な保護皮膜を形成することである。

【０００４】また、かかる被覆材に求められる機能の第
二は、吹付工法やハケ塗り工法等の通常の現場施工が容
易に行なえるだけの流動性等の管理、調整が可能なこと
である。

【０００５】従来、最も早くからこのような対策に使用
されていたものの一つに、塗料、とりわけ水溶性のもの
や水分散系のものに比べて塗膜強度が大きいといわれる
有機溶剤系の塗料がある。しかしながら、塗料による硬
化皮膜は水や空気の遮断性に優れるが、その分、建物の
内外温度差によって結露が生じ易く、また、皮膜の大部
分が合成高分子でできているため光による分解、劣化が
免れない。さらに、有機溶剤の吸引毒性についての問題
もある。

【０００６】これに対処するものとして、有機系溶剤あ
るいは合成樹脂等を殆ど含まない無機成分を主材として
なる被覆材の開発、就中、コンクリートと同様の構成成
分を使用して、従来のものに比べて密度や強度に優れる
硬化物を形成し得るセメント系組成物の提案が多くなさ
れている。

【０００７】そもそも、ポルトランドセメントに代表さ
れる水硬性セメントに高炉水砕スラグを配合した所謂高
炉セメントが、該スラグの潜在的なアルカリ水硬性によ
って長期に渡る耐食性を有する高強度のコンクリート硬
化物を与えることは従来よりよく知られている。最近に
おける開発は、この高炉セメントに、さらに種々の混合
剤を配合して品質の改良を企図するものが主流で、例え
ば、特開平７−６１８５２号公報には、ポルトランドセ
メントと、高炉水砕スラグ微粉末と、高炉徐冷スラグ
と、亜硝酸リチウムとを含有するセメント組成物が開示
されている。そして、このような配合によれば、水和反
応中における亜硝酸リチウムに由来するリチウムイオン
と、結晶質粉末の高炉徐冷スラグの表面部分とが反応し
て、結合力の強いコンクリート材料組織が得られるとし
ている。

【０００８】また、一方では、特開平８−３４６４４号
公報に開示されているように、組成は、石灰、酸化アル
ミニウム、酸化鉄、シリカ等と、ほとんど従来のセメン
ト組成と変わらないものの、この配合物を１２５０℃以
上に加熱溶融したのち急冷して特定の結晶構造にガラス
化した溶融物を求め、これをセメントに対して１０〜５
０重量％添加することにより耐酸性かつ高強度のコンク
リートが得られるとするものもある。

【０００９】さらに、基材への密着性や可撓性に優れる
合成高分子ポリマーのエマルジョンを混合した所謂ポリ
マーセメントを被覆材として建材表面に塗布する方法も
試みられている。

【００１０】このように、コンクリート、あるいはモル
タル、スレート、又は鉄骨等からなる建物施設や土木構
築物一般を環境の変化から長期に渡って保護するための
有効な対策を講じることは、現在の当業界分野における
急務の一つとなっている。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来提
案されている被覆材用途のセメント組成物、コンクリー
ト改質用の混和剤、あるいはポリマーセメント等は、セ
メントの凝結、硬化反応時における次のような問題点を
解決するものではないため、得られるコンクリートの強
度や耐薬品性等の改良にはそれほどの期待を寄せること
はできないと考えられる。

【００１２】つまり、ポルトランドセメント等に水を加
えてペースト状にすると、直ちに水和反応が始まって凝
結が起こり、流動性が失われたのちケイ酸カルシウム水
和物ゲル等を生じて硬化する。その場合に、この水との
水和反応で生じる水和物ゲル、すなわちエトリンガイト
に石灰や珪石等のセメント成分を初めとして他の骨材や
スラグ、あるいは珪砂、混和剤等が吸着、吸結して取り
込まれることになるのであるが、このときのエトリンガ
イトの粒径が大きく粗であると、これらの各種構成成分
が細かく分散せず、その結果、硬化後のコンクリートや
モルタルの物理的構造がそれほど緻密にはならないと共
に、エトリンガイト内部から経時的に発生する水酸カル
シウムや炭酸カルシウムの発生量が多くなってコンクリ
ート内部の化学的安定性が損なわれ、その結果、コンク
リート等の脆弱化の原因にもなるのである。そして、従
来提案されている技術のなかに、この点に着目して改良
を図ったものは見当たらないのである。

【００１３】さらに、ポリマーセメントでは、専らカチ
オン性の樹脂エマルジョンが用いられるため、強アルカ
リ性のセメント水和物とこのカチオン性エマルジョンと
の反応をコントロールすることが難しく、水和反応によ
ってより速やかに流動性が失われ、その結果、一般的な
補修、上塗り施工に適していないという問題も有してい
る。

【００１４】そこで、本発明は、セメントの凝結、硬化
時の水和反応中に、各種構成成分が細かく分散し、これ
により水和物ゲルの粒径が可及的に小となって、得られ
るコンクリートないしその皮膜が抜本的に緻密で強固な
ものに変性し、その結果、コンクリート、モルタル、ス
レート、鉄骨等に対する劣化防止用ないしは防錆用の被
覆材として好適に用いることができ、且つ、樹脂エマル
ジョンを添加してなお流動性が保持されて、施工が容易
で密着性及び加撓性の良好な被覆材を生成することので
きるセメント組成物の提供を課題とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
の本発明に係るセメント組成物は、３０〜４０重量部の
ポルトランドセメントと、１０重量部の高炉水砕スラグ
と、５〜１５重量部の樹脂エマルジョンと、アンモニウ
ム塩類又はナトリウム塩類の少なくともいずれか、硝酸
カルシウム又は塩化カルシウムの少なくともいずれか、
カリウム塩類、鉄化合物、及びマグネシウム塩類の水溶
液（以下「触媒溶液」という。）０．３〜０．５重量部
とを含有してなるものである。

【００１６】このように、本発明のセメント組成物で
は、種々の無機化合物が添加されて多くのカチオン性金
属イオンを含有するように調整されたイオンリッチな触
媒溶液が、ポルトランドセメント及び高炉水砕スラグか
らなる高炉セメントや樹脂エマルジョン等と共に配合さ
れる。本発明者は、上記触媒溶液を高炉セメントやポリ
マーセメント等と共に混合して養生すると、結合力が高
く緻密で強固な構造に変性したコンクリートないしモル
タル等が得られ、これが水や空気の遮断性に優れると共
に、樹脂エマルジョンの存在によって密着性ないし可撓
性が良好で、ヘアクラック等が起き難く、且つ、水和反
応後の流動性ないし施工性のよい被覆材として好適に使
用し得ることを見出した。

【００１７】この理論については必ずしも明らかではな
いが、触媒溶液の高い電子濃度が作用して、水和反応で
生じるアニオン性のエトリンガイトやその他の配合物が
細かく分散され、その結果、該エトリンガイトや高炉水
砕スラグ等の粒径が微小となって緻密で強固な構造体が
得られるものと考えられる。

【００１８】また、一方においては、高炉水砕スラグが
潜在的に有するアルカリ中の自己硬化反応性が相乗効果
となって寄与する結果、得られるコンクリート構造体の
緻密性ないし強度が一層高められるものであるとも考え
られる。

【００１９】このとき、高炉水砕スラグとしては、６，
０００ないし８，０００ブレーン程度に微粉化したもの
を用いることが好ましい。アルカリ水硬性である自己反
応のための表面積が大きくなって、得られる被覆塗膜が
より緻密で強固なものになると共に、他に配合される骨
材や珪砂、樹脂エマルジョン、あるいはエトリンガイト
等の分散吸着物の間に入り込み易くなってこれらの間隙
を埋め、得られる被覆塗膜の緻密化をより一層促進する
ことになるからである。

【００２０】また、一方においては、上記触媒溶液の高
濃度のカチオンによって、同じくカチオン性の樹脂エマ
ルジョンが安定化され、その結果、アニオン性のセメン
ト水和物ゲルとの反応性が抑制されて流動性が長時間継
続し、従来困難であったこれらの樹脂エマルジョンとセ
メント水和物との反応性の管理が容易化して施工性に優
れるものとも考えられる。

【００２１】このとき、樹脂エマルジョンとしては、セ
メント成分と静電気的に吸結し得るエポキシ系やアクリ
ル系等のカチオン性のものがより好ましいが、アニオン
性又はノニオン性の樹脂エマルジョンを用いることもで
きる。また、樹脂エマルジョンの固形分濃度としては、
例えば４５〜５０％のもの等が好適に使用できる。

【００２２】上記触媒溶液の調整に用いられるカリウム
塩類としては、例えば、炭酸カリウム、塩化カリウム、
硝酸カリウム、硫酸カリウム等が使用でき、これらの一
又は二以上を組み合わせて用いてもよい。

【００２３】また、鉄化合物としては、例えば、硫酸鉄
等の＋２価の鉄化合物等が使用でき、これらの一又は二
以上を組み合わせて用いてもよい。

【００２４】さらに、アンモニウム塩類としては、例え
ば、塩化アンモニウム等が使用でき、これらの一又は二
以上を組み合わせて用いてもよい。

【００２５】一方、ナトリウム塩類としては、例えば、
塩化ナトリウム、炭酸ナトリウム、硝酸ナトリウム等が
使用でき、これらの一又は二以上を組み合わせて用いて
もよい。

【００２６】そして、マグネシウム塩類としては、例え
ば、塩化マグネシウム、ケイ酸マグネシウム、硫酸マグ
ネシウム等が使用でき、これらの一又は二以上を組み合
わせて用いてもよい。

【００２７】この触媒溶液の調製方法の一例を説明する
と、まず、カルキ分（塩素分）を除去した水１００重量
部に、１〜３重量部のアンモニウム塩類又はナトリウム
塩類の少なくともいずれかと、１〜４重量部のカリウム
塩類とを、例えばこれらを予め混合しておく等して同時
に水に添加するようにする。同時に添加することによ
り、これらの成分のイオン化が促進されて、溶液調整が
容易となるからである。

【００２８】また、これらの添加後は、約１２〜１８分
間撹拌すると共に、水温を３〜１０℃に保つようにす
る。水温をこの温度範囲に保つことによって、得られる
溶液の作用が常に安定的に得られるようになるからであ
る。

【００２９】そして、これに３〜１０重量部の鉄化合物
を添加し、約１２〜１８分間撹拌する。この鉄化合物を
水に添加するときも、上記と同様の理由により、水温を
３〜１０℃に保つようにする。

【００３０】次に、７０〜１５０重量部の硝酸カルシウ
ム又は塩化カルシウムの少なくともいずれかを添加し、
約２５〜３５分間撹拌する。

【００３１】このとき、硝酸カルシウム又は塩化カルシ
ウムに代えて、硫酸カルシウム、リン酸カルシウム又は
ケイ酸カルシウム等の他のカルシウム塩類を使用しても
よい。

【００３２】そして、得られた溶液をさらに１０〜１５
時間放置すると共に、水温を１５〜２０℃、好ましくは
１７〜１８℃に冷却し、然る後、３〜７重量部のマグネ
シウム塩類を添加することにより、本発明の組成物に使
用する触媒溶液が最終的に得られることになる。

【００３３】本発明のセメント組成物には、本発明の目
的が達成される範囲内において、さらに骨材としての６
〜８号の珪砂や珪砂の微粉末、又は各種混和剤としての
減水剤や防錆剤、あるいはＡＥ剤や顔料、キレート剤、
粘度調整剤としてのベントナイト、デベリング剤として
のメチルセルロース等の他の添加剤を配合することが可
能である。

【００３４】本発明のセメント組成物は、ポルトランド
セメント、高炉水砕スラグ、及び骨材や珪砂微粉末等の
その他の粉体成分からなる粉体混合物を主材とし、これ
に対して、樹脂エマルジョン及び上記触媒溶液にＡＥ剤
や顔料等を添加した固形分濃度５０％程度の液材を混合
することにより、水和反応が開始してコンクリートやモ
ルタル等に硬化する。

【００３５】硬化皮膜は、床用、屋根用、壁用、補修用
等の被覆材として使用でき、その施工方法も、吹付工
法、左官工法、ローラ工法、ハケ塗り工法等の一般的な
施工法を用いることができる。

【００３６】本発明のセメント組成物の各配合比率は、
その用途や得られる強度等に応じて上記の範囲内で種々
変更することが可能である。例えば、床用被覆材とする
場合は、ポルトランドセメント４０重量部、高炉水砕ス
ラグ１０重量部、樹脂エマルジョン５重量部、骨材４０
重量部、珪砂微粉末５重量部、及び触媒溶液０．３重量
部等とするのが好ましい結果が得られる。

【００３７】これに対して、強度をより高めたいときは
骨材の含有量を多くしたり、また可撓性を一層向上させ
たいときには樹脂エマルジョンの配合量を高くする等の
ように配合比率を変えることができる。

【００３８】

【実施例】以下、実施例を通じて本発明をさらに詳しく
説明する。触媒溶液の調製１２３ｋｇの工業用水に１２ｇのチオ硫酸ナトリウムを
加えて１０分間撹拌し、水中のカルキ分を固定化除去し
た。次に、水温を約７℃に保ちながら、１．７ｋｇの塩
化アンモニウムと２．９ｋｇの炭酸カリウムとを同時に
加え、１５分間撹拌したのち、同じく水温を約７℃に保
ちつつ、硫酸鉄を５．６ｋｇ添加してさらに１５分間撹
拌した。さらに、この溶液に塩化カルシウム１３０ｋｇ
を加えて３０分間撹拌した後、１２時間室温で放置し、
水温がおよそ１７〜１８℃になったところで、６．１ｋ
ｇの塩化マグネシウムを添加して約２７０ｋｇの触媒溶
液を得た。コンクリート供試体Ａ及びコンクリート比較品Ｂの作成
とひずみ試験ポルトランドセメント４０重量部と、高炉水砕スラグ
（粒度６，０００ブレーン）１０重量部とからなる粉体
混合物に、変性アクリル酸エステル共重合物エマルジョ
ン５重量部（全固形分４５％、ｐＨ約８．５、比重約
１．０の市販品）と、上記触媒溶液０．３重量部とを混
和した液材を添加して、２０℃で２８日間気中養生し、
４ｃｍ×４ｃｍ×１６ｃｍのコンクリート供試体Ａを作
成した。一方、普通水のみを用いてポルトランドセメン
トを上記と同じＷ／Ｃ条件で、２０℃、２８日間気中養
生し、４ｃｍ×４ｃｍ×１６ｃｍの普通コンクリート比
較品Ｂを作成した。これらの供試体Ａ及び比較品Ｂに対
してそれぞれひずみ試験を実施した。その結果、図１に
示すように、普通コンクリート比較品Ｂは、およそ５０
ｋｇｆ／ｃｍ²の応力、ひずみ率２００×１０^-6の時点
で破壊したのに対し、本発明に係る組成物から得られた
コンクリート供試体Ａでは、１１０ｋｇｆ／ｃｍ²の応
力を加えても、ひずみ率が３，８００×１０^-6程度とな
って破壊せず、樹脂エマルジョンを配合したことによ
り、可撓性に優れることが分かった。モルタル比較品Ｃの作成と吸水試験上記のコンクリート比較品Ｂに加え、普通水、ポルトラ
ンドセメント及び６号珪砂を用いて４ｃｍ×４ｃｍ×１
６ｃｍの１：３モルタル比較品Ｃを上記と同じＷ／Ｃ条
件で、２０℃、２８日間気中養生して作成した。このモ
ルタル比較品Ｃと、上記コンクリート比較品Ｂ及びコン
クリート供試体Ａに対してそれぞれＪＩＳ−Ａ−６２０
３に準拠して吸水試験を実施した。その結果、図２に示
すように、コンクリート比較品Ｂ及びモルタル比較品Ｃ
は、早期のうちから吸水率が大きく、７２時間後にはそ
れぞれ１３体積％及び２６体積％の高い吸水率を示した
のに対し、コンクリート供試体Ａでは、７２時間後にお
いても、吸水率が３．６体積％と低く、上記触媒溶液又
は微粉化した高炉水砕スラグを配合したことにより、緻
密な構造体が得られたことが分かった。水蒸気透過阻止試験上記のモルタル比較品Ｃとコンクリート供試体Ａとに対
してそれぞれＪＩＳ−Ｚ−０２０８に準拠して水蒸気透
過阻止試験を実施した。その結果、図３に示すように、
モルタル比較品Ｃは、一日当りの水蒸気透過量が１２０
〜１３０ｇ／ｍ²と大きかったのに対し、コンクリート
供試体Ａでは、２５ｇ／ｍ²前後と小さく、これによっ
ても、やはり上記触媒溶液又は微粉化した高炉水砕スラ
グを配合したことにより、構造体の緻密さが高いことが
分かった。モルタル供試体Ｄ、普通モルタル比較品Ｅ及びポリマー
モルタル比較品Ｆの作成と圧縮強度試験上記のコンクリート供試体Ａを作成した配合組成を基準
として、６号珪砂を用い、２０℃で２８日間気中養生し
て、４ｃｍ×４ｃｍ×１６ｃｍの１：３モルタル供試体
Ｄを作成した。一方、普通水、ポルトランドセメント及
び６号珪砂を用いて上記と同じ条件で、同寸法の普通
１：３モルタル比較品Ｅを作成した。また、このモルタ
ル比較品Ｅの配合組成を基準として、さらに樹脂エマル
ジョンとしてのＳＢＲ（スチレン−ブタジエンゴム）ラ
テックスを添加し、上記と同じ条件で、同寸法の１：３
ポリマーモルタル比較品Ｆを作成した。次に、各成形品
Ｄ，Ｅ，Ｆをそれぞれ灯油又はトルエン−酢酸エチル混
合溶剤に２８日間侵漬させ、これらの供試体Ｄ及び比較
品Ｅ，Ｆに対してそれぞれ圧縮強度試験を実施した。そ
の結果、図４に示すように、本発明に係る組成物から得
られたモルタル供試体Ｄは、侵漬後のものにおいても、
また無処理のものにおいても、比較品Ｅ，Ｆに比べて圧
縮強度が大きく、上記触媒溶液又は微粉化した高炉水砕
スラグを添加したことにより、耐薬品性に優れ、配合成
分同士が強固に結合していることが分かった。

【００３９】図５に、他に実施した塗膜性能試験の結果
をまとめて示す。いずれの項目においても、本発明に係
るセメント組成物から得られる被覆材としての塗膜が、
基材への付着性、緻密性、耐候性に優れていることが分
かる。

【００４０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のセメント
組成物は、密着性及び可撓性に優れ、耐薬品性が良く、
且つ、緻密で強固な構造体を与えると共に、一般的な施
工法が利用できるから、コンクリートやモルタル、スレ
ート、あるいは鉄骨等からなる建物施設や土木構築物一
般を環境の変化から長期に渡って保護し、これらの脆弱
化の原因となる中性化ないし劣化、あるいは腐食、錆び
つきを防止する被覆材として好適に用いることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のセメント組成物から得られたコンク
リート供試体と従来の普通コンクリートとの可撓性の相
違を示すグラフ図である。

【図２】本発明のセメント組成物から得られたコンク
リート供試体と従来の普通コンクリート及び普通モルタ
ルとの構造の緻密性の相違を示すグラフ図である。

【図３】本発明のセメント組成物から得られたコンク
リート供試体と従来の普通モルタルとの構造の緻密性の
相違を示すグラフ図である。

【図４】本発明のセメント組成物から得られたモルタ
ル供試体と従来の普通モルタル及びポリマーモルタルと
の耐薬品性及び強度の相違を示す一覧表である。

【図５】本発明のセメント組成物から得られた被覆材
としての塗膜の基材に対する付着性、緻密性、耐候性等
を示す一覧表である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号ＦＩＣ０４Ｂ 22:12 22:14 22:10 22:14） 103:10 103:60 111:22 111:72

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】３０〜４０重量部のポルトランドセメン
トと、１０重量部の高炉水砕スラグと、５〜１５重量部
の樹脂エマルジョンと、アンモニウム塩類又はナトリウ
ム塩類の少なくともいずれか、硝酸カルシウム又は塩化
カルシウムの少なくともいずれか、カリウム塩類、鉄化
合物、及びマグネシウム塩類の水溶液０．３〜０．５重
量部とを含有することを特徴とするセメント組成物。
【請求項２】高炉水砕スラグは、６，０００ないし
８，０００ブレーンに微粉化したものであることを特徴
とする請求項１に記載のセメント組成物。
【請求項３】水溶液は、１００重量部の水に、アンモ
ニウム塩類又はナトリウム塩類の少なくともいずれかを
１〜３重量部、硝酸カルシウム又は塩化カルシウムの少
なくともいずれかを７０〜１５０重量部、カリウム塩類
を１〜４重量部、鉄化合物を３〜１０重量部、及びマグ
ネシウム塩類を３〜７重量部添加してなることを特徴と
する請求項１又は請求項２に記載のセメント組成物。