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■私のコンクリート補修物語
第03回:中性化その3:中性化の化学 堀 孝廣

ここで、中性化のケミカルな側面に触れて置こう。
後の中性化による塩化物イオンの移動と濃縮にも関係してくるので、やや詳しく説明したい。
コンクリートがアルカリ性を示す理由は、次のようにセメント成分が水和により水酸化カルシウムを生成することに由来する。

セメントの水和
エーライト C3Sの水和
2{3CaO・SiO2} + 6H2O → 3CaO・2SiO2・3H2O + 3Ca(OH)2
ビーライト C2Sの水和
2{2CaO・SiO2} + 4H2O → 3CaO・2SiO2・3H2O + Ca(OH)2
C3Aの水和とセッコウとの反応
3CaO・Al2O3 + 4H2O → 3CaO・Al2O3・6H2O
3CaO・Al2O3 + CaSO4・2H2O +8〜9H2O → 3CaO・Al2O3・CaSO4・10〜11H2O
3CaO・Al2O3・CaSO4・10〜11H2O+2(CaSO4・2H2O)+16〜17H2O
→ 3CaO・Al2O3・10〜11H2O・3CaSO4・30〜32H2O
C4AFの水和
4CaO・Al2O3・Fe2O3+ 2Ca(OH)2+ 10H2O → 3CaO・Al2O3・6H2O+3CaO・Fe2O3・6H2O

セメントの水和は、以上のような化学式で表されることが多いが、これは特に覚えておく必要はない。
普通ポルトランドセメント中には、エーライトが約50%、ビーライトが約25%含まれこの2つの反応が殆どである。
セメント量の約1/3の量の水酸化カルシウムが生成すると覚えておけば良い。
コンクリートのアルカリ性は、この水酸化カルシウムによって維持されている。
水酸化カルシウムの飽和溶液のpHは12.6であるが、少量のナトリウムイオン、カリウムイオンによりコンクリートの細孔溶液のpHを計ると13以上を示すことが多い。
コンクリートの中性化は、この水酸化カルシウムが水に溶けた炭酸ガスト反応し、炭酸カルシウムになることをいう。
ちなみに純粋な炭酸カルシウム飽和溶液のpHは、8.6である。

中性化の化学式
Ca(OH)2+H2O+CO2→ Ca(OH)2+H++HCO3-→ CaCO3+2 H2O

元素記号の説明
Ca:カルシウム Si:シリカ O:酸素 H:水素 Al:アルミニウム S:イオウ
Fe:鉄
OH-:水酸化イオン H+:水素イオン
H2O:水 Ca(OH)2:水酸化カルシウム CaSO4:硫酸カルシウム(セッコウ)
CO2:炭酸ガス CaCO3:炭酸カルシウム
略号
C3S=3CaO・SiO2 C2S=2CaO・SiO2 C3A=3CaO・Al2O3 C4AF=4CaO・Al2O3・
Fe2O3

《今回は、化学式がたくさん出てきて読む気をなくした人が多かったと思いますが、次回からは殆ど出てきません。 安心してお読み下さい。》


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