JP2000506115A - 硬化セメント材料の修復用組成物及びその処理方法 - Google Patents

硬化セメント材料の修復用組成物及びその処理方法

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Abstract

(57)【要約】 本発明は、アルカリ−シリカ反応(ASR)の結果としてのセメント材料の損傷を制御するための組成物を提供する。この組成物には、リチウム含有化合物及び界面活性剤が含まれる。また、本発明は、この組成物を使用してセメント材料を処理する方法も提供する。この組成物はセメント材料の表面に塗布した後、セメント材料中に効果的にリチウムを供給することができる。

Description

【発明の詳細な説明】 硬化セメント材料の修復用組成物及びその処理方法 関連出願のクロスリファレンス 本出願は、1996年3月6日出願の共有の仮出願出願番号第60/012,947号に 関連する。 発明の属する技術分野 本発明は、一般的には硬化セメント材料の劣化を制御するための方法、さらに 詳しくはアルカリ−シリカ反応(ASR)による硬化セメント材料の劣化を制御 するための方法に関する。 発明の背景 コンクリートは、(砂利、砂、及び/又は砕石などの)骨材、水、及び水硬セ メント(ポルトランドセメントなど)、更には他の成分及び/又は添加物の複合 体である。一般的に、コンクリートは作りたてのときは流動性があり、型の中に 注入されたり、配置されたりすることができるが、時間がたつと硬化し、普通に は再び流動性になることはない。通常、コンクリート中に存在する湿気は塩基性 (すなわち、高いpHを有する)である。また、コンクリートは通常、セメント、 骨材、添加物、更には硬化コンクリートが存在する環境(氷を溶かすためにコン クリートに撒く塩のような)からのアルカリ物質を含んでいる。 コンクリート及びモルタルの骨材中に、シリカ性鉱物が存在することはありう る。コンクリート及びモルタルを作るのに使用される骨材中に存在するシリカは 、塩基性溶液中に存在する水酸化イオンによって攻撃と溶解を受けやすい。一般 的に、pHが高い(すなわち、溶液が塩基性である)ほどに、その攻撃は速い。 シリカの形の差異により、溶解に対しての感受性の程度は異なる。溶液中に充 分な量のアルカリ金属イオン(ナトリウム又はカリウムイオンのような)が存在 する場合には、アルカリ金属イオンは溶解したシリカと反応して、アルカリ−シ リカゲルを形成する。ある条件の下では、生成したアルカリ−シリカゲルは水を 吸収して、膨潤する。膨潤はコンクリートの抗張力より大きい圧力を及ぼし、コ ンクリートを膨潤させ、割れ目を生ずる。この過程(水酸化物によるシリカの攻 撃と、それに続くナトリウム又はカリウムのようなアルカリとの反応)は、一般 に当業界では「アルカリ−シリカ反応」あるいは「ASR」と呼ばれる。 1930年代の終わりから1940年代の始めにかけて、SatantonはASRにより生じ るポルトランドセメントをベースにしたコンクリートの膨張と劣化を、米国西部 において最初に確認した。T.E.Stanton、「セメントと骨材間の反応によるコン クリートの膨張("Expansion of Concrete through Reaction between Cement an d Aggregate")」、Proceedings of the Am.Soc.of Civil Engineers 66:1781- 1811(1940)。それ以来、世界中で多数の構造物がコンクリートのASRで悩まさ れていることが報告されている。 ASRはその他の形の攻撃に対するコンクリートの耐久能力を弱める。例えば 、この過程によって割れ目の入ったコンクリートは、許容しうる飽和の程度が大 きくなるので、凍結−融解サイクルの結果としての損傷をより受けやすくなる。 同様に、スチール補強コンクリートの表面の割れ目は、氷結防止剤に曝された時 にコンクリートが塩を締め出し、スチールの腐蝕を設計通りに防護する能力との 兼ね合いになる。稀ではあるが、ASRがコンクリート構造物の破壊を生じさせ ることもありうる。 ASRが見出されて以来、世界中の研究者はコンクリート構造物に対するこの 有害な攻撃を制御することを試みている。例えば、ASRを制御するこれまでの 試みには、低アルカリ含量のセメント、非反応性骨材、並びに、フライアッシュ 、シリカヒューム、粉砕した高炉水滓スラグ、ゼオライト鉱物、及び加熱活性化 粘 土などのようなポゾラン材料を使用することが含まれる。 リチウムをベースにした化合物をコンクリート及びモルタル混合組成物中に導 入することは、ASRを抑制するのに有効であることが示された。W.J.McCoy及 びA.G.Caldwell、「アルカリ−骨材の膨張を抑制する新しいアプローチ("New A pproach to Inhibiting Alkali-Aggregate Expansion")」、J.Amer.Concrete I nstitute,22:693-706(1951)。しかしながら、この方法ではコンクリート及びモ ルタル混合物中にリチウムをベースにした化合物を導入することが必要であり、 従来の硬化構造物のASRの制御あるいは修復の問題については述べられていな い。 米国特許第4,931,314号は硬化セメント材料がASRにより劣化することを防 護し、劣化した硬化セメント材料を補修するための方法を指向している。この方 法では、亜硝酸リチウムを含有するセメントペースト、モルタルあるいはコンク リートを既存のコンクリートシステムに塗布し、硬化させる。この方法は既存の コンクリート構造物に塗布する第2のセメント層に亜硝酸リチウムを含有させる ので、コンクリート構造物中にリチウムを供給するのに有効であると述べられて いるが、時間がかかって不便であり、実用的ではない。 モルタルの棒及びコンクリートの角柱におけるASRによる膨張は、試料をL iNO2溶液中に浸漬することにより低減されることが報告されている。Y.Saka guchiら、「アルカリ−シリカ反応に及ぼすリチウム化合物の抑制効果("The In hibiting Effect of Lithium Compounds on Alkali-Silica Reaction")」、Pro ceedings,8th International Conference,Alkali Aggregate Reaction,Kyoto ,Japan:229-234(1989)を参照されたい。しかしながら、既存のコンクリート構 造物をLiNO2溶液中に浸漬するのは、難しく、実用的でない。更に、以下に 説明するように、他のリチウム化合物が既存の硬化コンクリート構造物中に殆ど 浸透性を示さないことを示唆する他の研究を鑑みると、この方法の有効性は疑問 が ある。 Strategic Highway Research Program(SHRP)の出版物SHRP-C-343によれ ば、コンクリートの表面に水酸化リチウム溶液を薄く塗ることにより、従来のコ ンクリートのASRを緩和する方法が研究されている。しかしながら、コンクリ ート中にその材料を有効に供給することについては、困難があった。また、SH RPによれば、炭酸リチウム、フッ化リチウム、及び水酸化リチウムの水溶液に セメント試料を浸漬することにより、ASRを低減することができたことが示さ れている。しかし繰り返しになるが、実時間存在した損傷コンクリート構造物を 処置する場合、このような手法は実用的でない。更に、従来の構造物中にこの溶 液を塗布することにより、コンクリート中に水酸化リチウムを有効に供給するの が困難であるという報告を鑑みると、この手法の有効性は疑問がある。 これらの困難及び他の困難のために、コンクリート中に導電性金属を埋め込ん で、コンクリート中にリチウムイオンを電気的に押し込んで、ASRを緩和する 方法が開発された。コンクリート構造物中に電気的にリチウムを有効に供給でき る反面、通常このような手法は、専用装置、電解液及び装置の細心の保守点検と 制御、及び容易に使えるユーティリティが必要である。加えて、この方法は通常 、補強用スチール(通常、高速道路では見当たらない)の入ったコンクリートに おいてのみ適用でき、結果はスチールに向かって浸透しうるだけである。この方 法は、ますます一般的になりつつあるが、スチールが被覆(例えば、エポキシコ ート)されていると使えない。 また、相当に割れ目の入った大きなコンクリート体の上部あるいは内部に溶液 を塗布する場合、特にグラウンドのように別の面の上あるいは下にあるために、 底面が届かない場合に、コンクリート補修上問題が生ずる。材料はこのような割 れ目を通過できるが、コンクリート体それ自身に浸透するのに充分なだけ長く接 触できない。発明の要約 本発明は既存の硬化セメント材料中に有効に浸透できる新しい組成物を提供す る。本発明の組成物には、ASRを最小限にする、及び/または修復できるリチ ウム含有材料が含まれる。また、有利なことに、この組成物はセメント材料中へ のリチウムの供給を補助することができる薬剤を含む。本発明の実施形態として 、この組成物は組成物の表面張力を低下させることができる薬剤を含み、その存 在によって硬化セメント材料中へのリチウムの浸透あるいは供給が改善される。 以上に説明したように、従来の硬化セメント材料を修復するこれまでの試みは、 他の物質の侵入を防止するように設計された構造物中にASR修復剤を供給する という本来的な難しさのために、多くは不成功に終わった。硬化セメント材料を 修復するこれまでの試みと対照的に、本発明においては組成物を硬化セメント材 料中に効果的に供給することができる。硬化セメント材料中にASR修復剤をよ り効果的に供給することができるので、本発明の組成物は硬化セメント材料中の ASRを最小限にする若しくは防止すること、さらに加えてASRで侵されたセ メント材料を修復することができ、又は、ASRで侵されたセメント材料の修復 のみを行うこともできる。 また、本発明は、硬化セメント材料のASR損傷を最小限にする方法、及び/ 又は、ASRの結果としての劣化を修復する方法を提供する。本発明のこの側面 においては、有利なことには、リチウム含有化合物及び表面張力低下剤を含む上 述の組成物は硬化セメント材料の表面に塗布する。限定的ではないが、道路、建 物、橋、及びセメント材料を使用するその他の用途など、のような適当なセメン ト材料であればいかなるものにも、この組成物は塗布することができる。組成物 は例えば、溶液をスプレーする、はけで塗る、たまりを形成する、及び低圧注入 することにより塗布することができる。組成物中に存在するリチウムは、塗布し た構造物中に有効に浸透できる。 本発明の別な側面においては、重合性材料及び上述の組成物はセメント材料の 割れ目の中に入れることができる。重合性材料は塗布後、セメント材料内で重合 し、組成物の粘度を増加させる。結果として、逃げによってロスすることなく、 組成物をセメント材料の所望の内部領域内に保持することができる。 発明の詳細な説明 本発明を実施するのに有用なリチウム含有化合物は、特に限定されるものでは なく広く用いられるが、有機リチウム塩や無機リチウム塩として、 例えば硝酸リチウム、硫酸リチウム、クエン酸リチウム、ギ酸リチウム、ホウ 酸リチウム、酢酸リチウム、メタ-又はテトラホウ酸リチウム、安息香酸リチウ ム、 一般式RC(O)OH(Rはアルキル、アリール、アルキルアリール、アリー ルアルキル、又はシクロアルキルなどのような基からなる群から選ばれる)で表 される単純なカルボン酸のリチウム塩、 塩化リチウム、臭化リチウム、フッ化リチウムなどのようなハロゲン化リチウ ム、 水酸化リチウム、亜硝酸リチウム、オルト−及びメタ−燐酸リチウム、アルミ ン酸リチウム、メタ−及びポリケイ酸、 メチルリチウム、ブチルリチウム、フェニルリチウム、リチウムヒドロキシエ トキシド、リチウムアミドなどのような一般式R1−M(R1はアルキル、シクロ アルキル、アリール、アルキルアリール、アリールアルキル、アルコキシ又はN 'R23(R2及びR3はそれぞれ水素、アルキル、シクロアルキル、アリール、ア ルキルアリール、アリールアルキル、アルコキシ)、及びMはリチウム)で表さ れる有機リチウム化合物、及び、 水あるい有機溶媒系中でリチウムイオンを与えるのに好適なその他の低分子量 リチウム化合物、及びこれらの混合物などが含まれる。 ここで使用される「アルキル」という語は、C1からC10の直鎖あるいは分 岐アルキルを示し、特に限定されるものではないが、具体的には、例えばメチル 、エチル、プロピル、ブチル、イソプロピル、n−ブチル、s−ブチル、t−ブ チル、ペンチル、ヘキシルなどが挙げられる。ここで使用される「アリール」と いう語は、フェニル、ナフチルなどのようなC6からC10の環状の芳香族基を 示し、トリルのような置換アリール基を含む。ここで使用される「シクロアルキ ル」という語は、シクロプロピル、シクロブチル、シクロペンチル、シクロヘキ シルなどのようなC3からC8の環状のアルキル基を示す。「アルコキシ」とい う語はC1からC10のアルコキシ基を示す。その他の好適なリチウム化合物に は、ASRに対応するのに充分な量のリチウムイオンを溶液中で(有機あるいは 無機溶媒)与えられる材料が含まれる。 また、本発明の組成物には、有利なことに、一つあるいはそれ以上の界面活性 剤が含まれる。ここで使用されるように、「界面活性剤」という語は一般的に、 液体の表面張力を低下させることができる薬剤をさす。このような薬剤はまた、 当業界では一般的にサーファクタントとして公知である。種々の界面活性剤が本 発明の組成物で使用され、陽イオン、陰イオン、非イオン及び両性サーファクタ ント、及びこれらの混合物が含まれる。例示のサーファクタントには、限定では ないがアミンパーフルオロアルキルスルホン酸塩、フッ素化アルキルカルボン酸 カリウム、沃化フッ素化アルキル第4アンモニウム、フッ素化アルキルエステル などのようなフルオロカーボンの陰イオン、陽イオン、非イオンサーファクタン トが有用な界面活性剤として含まれる。有用なサーファクタントには、3Mから FC-95、FC-98、FC-99、FC-120、FC-129、FC-135、FC-430、及びFC-431のような サーファクタントのFluororad(R)シリーズとして市販されているフルオロカーボ ンの陰イオン、陽イオン、非イオンサーファクタントが含まれる。この組成物は 、コンクリート構造物の補修に使用される通常の方法ならばいかなるものでも使 用 し、硬化セメント材料の表面に塗布することができる。限定ではないが、例示の 手法は溶液をスプレーする、箒で塗る、たまりを形成する方法、低圧注入、真空 注入などを含む。また、前から存在している割れ目あるいはドリルなどで形成し た割れ目のような、セメント材料中の割れ目あるいは隙間内に塗布することがで きる。 ここで使用される低圧とは、コンクリートの撤去、水力解体で使用する圧力以 下で大気圧以上の圧力をさす。リチウムを構造物中に浸透させるのに充分な時間 の間、構造物の表面に組成物が接触する限り、セメント材料の表面に組成物を塗 布するのに使用する方法は、決定的ではないと考えられる。 ここで使用される「セメント材料」という語は、限定ではないが、ASTM C150 タイプI及びIA、タイプII及びIIA、タイプIII及びIIIA、タイプIV、及びタ イプVにおいて記述されるようなポルトランドセメントを含む、当業界で通常水 硬セメント材料と考えられるセメントをさす。また、この語はフライアッシュ、 未加工及び焼成した天然ポゾランのような、ASTM C311で定義されるポゾラン材 料、ASTM C989で定義される粉砕した高炉水滓スラグ、ASTM C1240で定義される シリカヒューム材料、メタカオリンなどと混合したセメントも含む。 ここで使用される「構造物」という語は、上に定義されるセメント材料、水、 骨材及びオプションとしては減水促進、遅延剤のようなASTM C494で定義される 薬品混合物、及び従来の量で腐蝕抑制剤として作用すると理解されるその他の薬 品混合物を含有する系を含む。骨材には限定ではないが、天然及び粉砕の石材、 砂、リサイクルコンクリート骨材、ガラス、など、更にこれらの混合物が含まれ る。これらの系はコンクリート、モルタル、グラウト、及びこれらから作られる 製品である。 本発明の組成物は効果的に硬化セメント材料に浸透し、組成物を塗布した表面 より内部の硬化構造物の領域にリチウムを供給することができる。発明のいかな る説明によっても拘束されることを望まないが、界面活性剤は溶液の表面張力を 低下させ、組成物、従って溶液中のリチウムが硬化セメント材料に浸透するのを 更に容易にする。あるいは、驚くべきことには、本発明者らは硝酸リチウムのよ うなあるリチウム含有材料が組成物中に界面活性剤の存在なしに他の材料よりも 硬化セメント材料中により速く浸透することを見出した。このように浸透性が増 大するので、本発明の組成物及び方法は、硬化セメント材料中のASRをより効 果的に最小限にすること、及び/又はASRで侵されたセメント材料を処理する ことができる。 組成物中のリチウム含有材料は、セメント材料中のASRの悪影響(すなわち 、ASRを最小限にすること、及び/又は既存のASR損傷を修復すること)を 処理するのに充分な量が存在する。一般的に、リチウム含有材料は組成物に充分 なリチウムを供給する量が添加され、より高及び低濃度も使用できるが、その量 は約0.01モルから約15モル、好ましくは約2モルから約8モルである。 本発明の組成物中の界面活性剤は、特定の用途に所望される表面張力を低下さ せる性能を提供し、硬化セメント材料中へのリチウムの浸透あるいは供給を改善 するのに充分な量が存在する。界面活性剤のタイプ及び量は、リチウムの原料及 び濃度、溶媒など、更に組成物を塗布するセメント材料の特性(多孔性、化学組 成など)を含めて組成物中の他の成分によって変わりうる。一般的に、組成物を 塗布した構造物表面から内部のセメント材料の領域に組成物の少なくとも一部の リチウムを効果的に供給するのに充分な量の界面活性剤を組成物に添加する。特 定の用途においてセメント材料にリチウムを供給するのに有効であれば、より高 及び低濃度も使用できる、例示の組成物には、約0.001重量パーセントから 約5重量パーセント、好ましくは約0.01重量パーセントから約1重量パーセ ントの界面活性剤が含まれる。 組成物は水をベースにした組成物でありうる。あるいは、本発明の組成物は好 適な溶媒を含んだ溶媒をベースにした組成物でもありうる。限定ではないが、好 適な溶媒には、アルカン、シクロアルカン、芳香族溶媒、アルコール、エステル 、エーテル、ケトン、アミン、及びニトロ化、ハロゲン化及びスルホン化炭化水 素、及びこれらの混合物が含まれる。 例示の溶媒には、ペンタン、ヘキサン、シクロヘキサン、メチルシクロヘキサ ン、ヘプタン、メチルシクロヘプタン、オクタン、デカンなどのような5から1 0個の炭素原子を含むアルカン及びシクロアルカン、トルエン、エチルベンゼン 、p−キシレン、m−キシレン、o−キシレン、n−プロピルベンゼン、イソプ ロピルベンゼン、n−ブチルベンゼン、t−ブチルベンゼンなどのような6から 10個の炭素原子を含む芳香族溶媒、及びこれらの混合物が含まれる。限定では ないが、その他の好適な溶媒には、ジメチルスルホキシド(DMSO)、ジエチ ルエーテル、ジブチルエーテル、テトラヒドロフラン(THF)、2−メチルテ トラヒドロフラン、メチルt−ブチルエーテルなど、及びこれらの混合物が含ま れる。 本発明の別の側面においては、組成物を所望の場に保持し、材料の割れ目、そ の他の隙間を組成物が流れる結果、材料から組成物が実質的に失われることを防 ぐために充分な粘度を組成物に付与できる薬剤を組成物は含むことができる。こ のような組成物は有利なことに例えば、ASRによるコンクリートの膨張の結果 生じたセメント材料中の前から存在している割れ目あるいは穴などに塗布するこ とができる。また、この割れ目あるいは穴はドリルなどで形成しうる。 本発明のこの側面においては、塗布時の第1の粘度からセメント材料に塗布し た後の増加した第2の粘度へと組成物の粘度を増加させることができる薬剤を組 成物は含むことができる。実際、溶液の「たまりの形成」が起こり、組成物の粘 度はその場で増加して、組成物は所望の場に保持される。例示の粘度増加剤には 、アクリル酸エステル、メタクリル酸エステル及びエポキシのような重合性化合 物 及びケイ酸リチウム周辺で設計されたその他の重合性の系が含まれる。その他の 典型的な粘度増加剤あるいは増粘剤には、微結晶性セルロース及びカラジナンが 含まれる。あるいは、その薬剤は実質的な固体あるいは高粘度を有する材料のよ うに初めから高粘度を有することも可能である。 コンクリート及び関連するセメント系は、通常、主に毛管孔及びゲル孔に帰属 できる多量の孔を含んでいる。毛管孔はサイズが約10nmから約10μmの範 囲であり、ゲル孔はサイズが約0.5nmから約10nmの範囲である。毛管孔 はコンクリートから環境に湿気を蒸発するというような、コンクリートと周囲環 境との物質交換を大部分受け持っている。環境からコンクリート中への湿気の侵 入は時折起こる。コンクリート中への湿気の侵入は、湿気と共に種々の化学物質 をコンクリート中に運び込む。環境からコンクリート中へ運び込まれた化学物質 は、コンクリートに対する悪影響を及ぼすことが時々ある。また、コンクリート の内部への湿気の移動は、ASRによりコンクリート中に生じた内部応力に寄与 しうる。 侵されたコンクリート中のASR誘起の膨張をリチウムが制御することが示さ れた。しかしながら、この物質交換を利用して、リチウム化合物が効果的にコン クリート中に浸透できるようにするには挑戦の余地が残っている。本発明者らは リチウムをコンクリート中に導入するのに効果的な表面張力低下剤をリチウム含 有化合物にその成分として付与した。 コンクリートの湿潤部分においては、流体の移動は拡散律速度である。しかし 、コンクリートが乾燥している外側の面では、流体の移動の主な形式は毛管力に よる。 コンクリート中への湿気の侵入は科学的には、固−液界面の現象と分類するこ とができる。主として、この現象は毛管作用に関連し、駆動力は孔のサイズ、固 体と液体間の接触角、及び液体の表面張力の関数である。それは式Iで表わされ る。 ΔP=2γLVcosθ/r (I) ここで、ΔPはメニスカスの曲面での圧力差、γLVは液体及び蒸気層間の界面 張力、θは接触角、及びrは毛管孔径である。 平衡時の表面自由エネルギーを考慮すると、次式が導かれる。 (γSV−γSL)=γLVcosθ 従って、式Iは式IIと書くことができる。 ΔP=2(γSV−γSL)/r (II) ここで、γSVは固相と蒸気相間の表面張力、γSLは固相と液相間の表面張 力である。 ΔPが大きい程、液体のコンクリート中への駆動力は大きい。最も大きい駆動 力に到達するためには、γSLを低下させ、同時にγSVは低下させないサーファク タントを見つけることが目標になる。 与えられたサーファクタントはどれも両方の表面張力に影響を与えるので、最 良のサーファクタントは系ごとに変わるが、特定の系に対しては決めることがで きる。 3M社(及び他社)の蒸留水に対するデータによれば、各種のサーファクタン トについて水の表面張力は、低濃度で著しく低下させることができることが示さ れている。しかしながら、以下の実施例に例示されるように、組成物の表面張力 の低下はそれ自身、硬化セメント材料に効果的に浸透して構造物にリチウムを供 給する組成物に至らないことを本発明者らは見出した。制約的ではない以下の実 施例によって、本発明をさらに例示する。 実施例1 リチウム塩含有溶液の表面張力の低下 本発明者らはリチウム塩含有溶液の表面張力がサーファクタントあるいはその 他の材料の添加により低下することを見出した。溶液の表面張力を著しく低下さ せるために低濃度あるいは高濃度で使用しうる多くのサーファクタントあるいは その他の材料がある。以下の実施例によって、リチウム塩含有水溶液の表面張力 が如何に低下するかを示す。例示の目的のために、3M社からFC-99、FC-129、 及びFC-430として市販されているFluorad(R)フルオロカーボンサーファクタント 及びデュ・ヌーイ輪環式表面張力計を使用して室温で実施例のデータを取得した 。FC-99及びFC-129は陰イオンサーファクタント、FC-430は非イオンサーファク タントである。各例とも比較の目的のためだけに、サーファクタントの使用量は 0.2重量%(活性成分)とした。実施例1のグループ1において、水溶液を作 るためのベースの材料として水酸化リチウムを使用した。9重量%水酸化リチウ ム溶液に3つの異なるサーファクタントを0.2重量%(活性成分)添加し、次 に表面張力を測定した。実施例1のその他のデータに対しては、その他の4つの リチウム材料を含有する溶液について同一の手順を使用した。下の表1に結果を 示す。 実施例2及び3 サーファクタントを使用することによる溶液の浸透性の増大の例 モルタル及びコンクリートの特性の一つは液体の浸透を制約する能力である。 しかしながら、本発明では表面張力を低下させる液体及び材料を選択することに より、液体の浸透性が増大しうることが示される。 モルタルあるいはコンクリート中への液体の浸透性を測定あるいは比較する標 準的試験法は存在しない。制限ではなく、最重要なものをいくつか挙げれば、浸 透性は、液体の物性、モルタルあるいはコンクリートと液体の相互作用、及び作 製時の水/セメント比、温度、乾燥することにより除去された水あるいは濡らす ことにより添加された水など、モルタルあるいはコンクリートの性質を含めて、 多くの変数に依存する。液体の浸透性を測定する一般的な手順及び実験手法の組 み合わせはW.Reinhardt,"Transport of Chemicals through Concrete",Materi al Science of Concrete III;209-241に発表されている。この一般的な手順にお いて、モルタルあるいはコンクリート試料はキャストする。各キャスト試料には 管を通して重力流で液体を供給する。各試料に流入する液体の相対的な速度ある いは量を比較する。以下の実施例2及び3に対して、モルタル円筒に液体を浸透 するための表面積はすべて同一であった。実施例2及び3で使用した液体は、最 大量のリチウムを供給するために飽和限界に近いリチウム塩を含有していた。実 施例2及び3に対するモルタル組成物及び特性を下の表2に示した。 表2 実施例2及び3に対するモルタルのバッチ セメント:Blue CircleのタイプI、約0.2重量%のアルカリ 砂:細粒、Charlotte、NC、非反応性、比重:2.58、及び細かさの度合い :2.50 実施例2 上の表2に示す組成を有する2バッチのモルタルを作製し、次に直径6インチ で高さ12インチの、数個のプラスチック製の円筒形(ASTM)型にキャスト した。モルタルの型の頂部にそれぞれ取り外し可能なゴム栓を迅速に嵌めた。そ れぞれのモルタルの型は個々のプラスチックの袋に入れ、室温で少なくとも28 日間硬化させた。使用前にそれぞれの取り外し可能なゴム栓は取り外し、後に試 験液体を入れた管を受け入れられるよう、特殊なアダプターと置き換えた(さら に、エポキシ接着剤で固定した)。各試験の始めに、試験液体を入れた垂直な、 可撓性の管(長さ5フィート、外径1/4インチ)をアダプターに嵌めた。試験 液体がモルタル円筒に浸透するのに伴い、管中の試験液体の高さを時間の関数と して記録した。 すべての液体に対して、時間の平方根対液体体積のプロットは、理論で予測さ れたように殆ど直線であった。例示と比較をする目的で、16時間の時間基準を 便宜上選択し、明確な実験のパターンが適宜展開するようにした。結果は下の表 3に示した。「mL」と記した欄は16時間後モルタル試料に供給された溶液の 体積を表わす。 注: 1. 「FC」サーファクタントはすべて3Mから入手、0.2重量%(活性成 分)。 2. 30重量%LiNO3+FC−99のデータが2回の試験の平均であるこ とを除いて、容積はすべて16時間後の1回の測定である。 実施例2の結果から以下のことが観察された。 1. 0.2重量%の活性サーファクタントを含む水溶液の表面張力はすべて 、69−77ダイン/cmからほぼ21−34ダイン/cmに低下した。 2. 表面張力を低下させる薬剤を液体に添加した場合、すべてではないが大 部分のベースのリチウム材料に対してモルタル中に浸透する液体の量の増加が見 られた。 3. 陰イオンサーファクタントを含有した硝酸リチウム水溶液は、リチウム を含有する試験材料に対して最大のリチウム浸透性に到達した。 4. 水酸化リチウム及びケイ酸リチウムを含有する液体は、モルタルとの反 応のためにモルタル中に水より遅く浸透することが予期された。これらの試験に よりこの予期が裏付けられた。しかしながら、いずれの場合においても、サーフ ァクタントの添加により浸透速度が増加した。 5. 極性有機材料のジメチルスルホキシド(無添加)は、本試験のどの水溶 液よりも速くモルタル試料に浸透した。しかしながら、20重量%の硝酸リチウ ムを添加した場合、著しく浸透速度は減少した。また、実施例のこの部分におい ては、サーファクタント(その他の先行試験で試験したサーファクタントの群か ら任意に拾い上げた)は、浸透性を増大させた。 実施例3 実施例3においては、実施例2におけるように3つの溶液を円筒に浸透させた 。実施例3における円筒は実施例2と同一であるように意図したが、実験条件に より若干異なった。LiNO3水溶液は、LiNO2溶液よりも速く浸透するとい う結果を示した。また、陰イオンサーファクタントはLiNO2に対して浸透速 度を増大させた。(16時間後モルタルバッチB中に浸透した液体の量は、バッ チAよりもバッチB試料に対して低かったが、これは主としてモルタルが凝固す る間各円筒に取り外し可能なゴム栓を嵌めるテクニックの差による)。結果は下 の表4に示した。「mL」と記した欄は16時間後モルタル試料に供給された溶 液の体積を表わし、16時間後の2回の試験の平均である。上記の実施例は本発明を例示するものであり、制約するものとは解釈されない。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 EP(AT,BE,CH,DE, DK,ES,FI,FR,GB,GR,IE,IT,L U,MC,NL,PT,SE),OA(BF,BJ,CF ,CG,CI,CM,GA,GN,ML,MR,NE, SN,TD,TG),AP(KE,LS,MW,SD,S Z,UG),UA(AM,AZ,BY,KG,KZ,MD ,RU,TJ,TM),AL,AM,AT,AT,AU ,AZ,BA,BB,BG,BR,BY,CA,CH, CN,CU,CZ,CZ,DE,DE,DK,DK,E E,EE,ES,FI,FI,GB,GE,HU,IL ,IS,JP,KE,KG,KP,KR,KZ,LC, LK,LR,LS,LT,LU,LV,MD,MG,M K,MN,MW,MX,NO,NZ,PL,PT,RO ,RU,SD,SE,SG,SI,SK,SK,TJ, TM,TR,TT,UA,UG,US,UZ,VN (72)発明者 フォルツ,ゲイリー・アール アメリカ合衆国、28101 ノース・キャロ ライナ、マカデンヴィル、モッキンバー ド・レイン 230 (72)発明者 マニッセロ,クラウディオ・エミリオ アメリカ合衆国、28650 ノース・キャロ ライナ、メイデン、ビガースタッフ・ロー ド 4026

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1. アルカリ−シリカ反応の結果としてのセメント材料の損傷を制御するた めの硬化セメント材料の処理方法であって、少なくとも一つのリチウム含有化合 物及び少なくとも一つの表面張力低下剤を含む組成物を硬化セメント材料の表面 に塗布する工程を含む硬化セメント材料の処理方法。 2. 上記組成物が上記硬化セメント材料にリチウムを供給することができる 請求項1記載の硬化セメント材料の処理方法。 3. 上記リチウム含有材料が有機及び無機リチウム塩、有機リチウム化合物 及びこれらの混合物からなる群から選ばれる請求項1記載の硬化セメント材料の 処理方法。 4. 上記リチウム含有材料が硝酸リチウム、硫酸リチウム、クエン酸リチウ ム、ギ酸リチウム、ホウ酸リチウム、酢酸リチウム、メタ−あるいはテトラホウ 酸リチウム、安息香酸リチウム、カルボン酸のリチウム塩、ハロゲン化リチウム 、水酸化リチウム、亜硝酸リチウム、メチルリチウム、ブチルリチウム、フェニ ルリチウム、リチウムヒドロキシエトキサイド、リチウムアミド、オルト−及び メタ燐酸リチウム、アルミン酸リチウム、メタ−及びポリケイ酸、及びこれらの 混合物からなる群から選ばれる請求項3記載の硬化セメント材料の処理方法。 5. 上記リチウム含有材料が有機あるいは無機リチウム塩あるいはこれらの 混合物である請求項1記載の硬化セメント材料の処理方法。 6. 上記リチウム含有材料が硝酸リチウムである請求項5記載の硬化セメン ト材料の処理方法。 7. 上記表面張力低下剤が界面活性剤である請求項1記載の硬化セメント材 料の処理方法。 8. 上記界面活性剤が陽イオン、陰イオン、非イオン、及び両性サーファク タント、及びこれらの混合物からなる群から選ばれる請求項7記載の硬化セメン ト材料の処理方法。 9. 上記界面活性剤が陰イオンサーファクタントである請求項8記載の硬化 セメント材料の処理方法。 10. アルカリ−シリカ反応の結果としてのセメント材料の損傷を制御する 硬化セメント材料の処理方法であって、少なくとも一つの有機及び無機リチウム 塩あるいはこれらの混合物及び少なくとも一つの陰イオンサーファクタントある いはこれらの混合物からなる組成物を硬化セメント材料の表面に塗布し、上記組 成物が硬化セメント材料中にリチウムを供給することができることを含む硬化セ メント材料の処理方法。 11. 上記組成物が約0.01モルから約15モルの量のリチウム及び約0 .001重量パーセントから約5重量パーセントの量のサーファクタントを含む 請求項10記載の硬化セメント材料の処理方法。 12. 上記組成物が硝酸リチウム及び陰イオンフルオロカーボンサーファク タントを含む請求項10記載の硬化セメント材料の処理方法。 13. アルカリ−シリカ反応の結果としてのセメント材料の損傷を制御する 硬化セメント材料の処理方法であって、硝酸リチウム及び陰イオンフルオロカー ボンサーファクタントからなる組成物を硬化セメント材料の表面に塗布し、上記 組成物が硬化セメント材料中にリチウムを供給することができることを含む硬化 セメント材料の処理方法。 14. アルカリ−シリカ反応の結果としてのセメント材料の損傷を制御する 硬化セメント材料の処理方法であって、少なくとも一つのリチウム含有材料から なる組成物を硬化セメント材料の表面に塗布し、上記組成物が硬化セメント材料 中にリチウムを供給することができることを含む硬化セメント材料の処理方法。 15. アルカリ−シリカ反応の結果としてのセメント材料の損傷を制御する 硬化セメント材料の処理方法であって、硝酸リチウムからなる組成物を硬化セメ ント材料の表面に塗布することを含む硬化セメント材料の処理方法。 16. アルカリ−シリカ反応の結果としてのセメント材料の損傷を制御する 硬化セメント材料の修復的な処理方法であって、少なくとも一つのリチウム含有 化合物と少なくとも一つの表面張力低下剤とセメント材料中の空隙を通って組成 物が実質的にロスするのを防止するのに充分な粘度を組成物に付与することがで きる少なくとも一つの薬剤とを含む組成物を硬化セメント材料に塗布する工程を 含む硬化セメント材料の処理方法。 17. 上記粘度付与剤がその場で重合して組成物の粘度を増加させることが できる重合性化合物である請求項16記載の硬化セメント材料の処理方法。 18. 上記重合性化合物がアクリル酸エステル、メタクリル酸エステル及び エポキシからなる群から選ばれる請求項17記載の硬化セメント材料の処理方法 。 19. 上記粘度付与剤が微結晶性セルロース及びカラジナンからなる群から 選ばれる請求項16記載の硬化セメント材料の処理方法。 20. 組成物を塗布するステップがセメント材料中に前から存在する隙間内 に組成物を塗布する工程を含む請求項16記載の硬化セメント材料の処理方法。 21. さらに、上記塗布ステップに先立ち、セメント材料中に隙間を形成す るステップを含み、上記塗布ステップが上記隙間内に組成物を塗布する工程を含 む請求項16記載の硬化セメント材料の処理方法。 22. アルカリ−シリカ反応の結果としてのセメント材料の損傷を制御する ための硬化セメント材料の処理用組成物であって、該組成物が硬化セメント材料 中にリチウムを供給することができるように、少なくとも一つのリチウム含有化 合物と少なくとも一つの表面張力低下剤とを含む硬化セメント材料の処理用組成 物。 23. 上記リチウム含有材料が有機及び無機リチウム塩、有機リチウム化合 物、及びこれらの混合物からなる群から選ばれる請求項22記載の硬化セメント 材料の処理用組成物。 24. 上記リチウム含有材料が硝酸リチウム、硫酸リチウム、クエン酸リチ ウム、ギ酸リチウム、ホウ酸リチウム、酢酸リチウム、メタ−あるいはテトラホ ウ酸リチウム、安息香酸リチウム、カルボン酸のリチウム塩、ハロゲン化リチウ ム、水酸化リチウム、亜硝酸リチウム、メチルリチウム、ブチルリチウム、フェ ニルリチウム、リチウムヒドロキシエトキサイド、リチウムアミド、オルト−及 びメタ燐酸リチウム、アルミン酸リチウム、メタ−及びポリケイ酸、及びこれら の混合物からなる群から選ばれる請求項23記載の硬化セメント材料の処理用組 成物。 25. 上記リチウム含有材料が有機あるいは無機リチウム塩あるいはこれら の混合物である請求項22記載の硬化セメント材料の処理用組成物。 26. 上記リチウム含有材料が硝酸リチウムである請求項25記載の硬化セ メント材料の処理用組成物。 27. 上記表面張力低下剤が界面活性剤である請求項22記載の硬化セメン ト材料の処理用組成物。 28. 上記界面活性剤が陽イオン、陰イオン、非イオン、及び両性サーファ クタント、及びこれらの混合物からなる群から選ばれる請求項27記載の硬化セ メント材料の処理用組成物。 29. 上記界面活性剤が陰イオンサーファクタントである請求項28記載の 硬化セメント材料の処理用組成物。 30. アルカリ−シリカ反応の結果としてのセメント材料の損傷を制御する ための硬化セメント材料の処理用組成物であって、該組成物が硬化セメント材料 中にリチウムを供給することができるように、少なくとも一つのリチウム含有化 合物もしくはこれらの混合物及び少なくとも一つの陰イオンサーファクタントも しくはこれらの混合物を含む硬化セメント材料の処理用組成物。 31. 上記組成物が約0.01モルから約15モルの量のリチウム及び約0 .001重量パーセントから約5重量パーセントの量のサーファクタントを含む 請求項30記載の硬化セメント材料の処理用組成物。 32. 上記組成物が硝酸リチウム及び陰イオンフルオロカーボンサーファク タントを含む請求項30記載の硬化セメント材料の処理用組成物。 33. アルカリ−シリカ反応の結果としてのセメント材料の損傷を制御する ための硬化セメント材料の処理用組成物であって、該組成物が硬化セメント材料 中にリチウムを供給することができるように、硝酸リチウム及び少なくとも一つ の陰イオンフルオロカーボンサーファクタントもしくはこれらの混合物を含む硬 化セメント材料の処理用組成物。 34. アルカリ−シリカ反応の結果としてのセメント材料の損傷を制御する ための硬化セメント材料の修復処理用組成物であって、少なくとも一つのリチウ ム含有化合物、少なくとも一つの表面張力低下剤、及びセメント材料中の空隙を 通って組成物が実質的にロスするのを防止するのに充分な粘度を組成物に付与す ることができる少なくとも一つの薬剤を含む硬化セメント材料の処理用組成物。 35. 上記粘度付与剤がその場で重合して組成物の粘度を増加させることが できる重合性化合物である請求項34記載の硬化セメント材料の処理用組成物。 36. 上記重合性化合物がアクリル酸エステル、メタクリル酸エステル及び エポキシからなる群から選ばれる請求項35記載の硬化セメント材料の処理用組 成物。 37. 上記粘度付与剤が微結晶性セルロース及びカラジナンからなる群から 選ばれる請求項34記載の硬化セメント材料の処理用組成物。
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