JP2003534226A

JP2003534226A - セメント結合材料

Info

Publication number: JP2003534226A
Application number: JP2001586214A
Authority: JP
Inventors: マルタンバームル; ジョヴァンニマルティノラ
Original assignee: マルタンバームル; ジョヴァンニマルティノラ
Priority date: 2000-05-24
Filing date: 2001-05-25
Publication date: 2003-11-18
Also published as: EP1289905A1; US6824607B2; CA2409528A1; AU2001258136A1; US20040089204A1; DE50108856D1; CN1430589A; ATE316947T1; EP1289905B1; WO2001090022A1; CA2409528C

Abstract

(57)【要約】本発明は、鉱物結合剤、鉱物充填剤及び／又は鉱物集合体を含む新規なセメント結合材料に関する。そのセメント結合材料は、鉱物結合剤の質量をベースとして０．５〜２０質量％の、ステアレート、シリコネート、シラン又はシロキサンを含むマス疎水化剤を含む。そのセメント結合材料は、また、活性物質の立方メートルあたり０．１〜２０ｋｇの割合で、移動可能で、亜硝酸塩、ベンゾエート、アミノアルコールを含むか又はモノフルオロリン酸ナトリウムを含む腐食抑制剤を含み、及び／又は一定割合で可撓性繊維を含む。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】本発明は、請求項１又は３に記載のセメント結合材料(cement-bound material
)に関する。強化コンクリート構造物の耐久性が、それらの設計時に想定されていたものよ
り実質的に低いことを示す様々な例がある。このため、建設業界における国内消
費量は、工業国の国々において、現存する建築物の修復に関し半減している。そ
のような修復方法でさえ、所望の耐久性を示さないことが多い。これは、有効材
料及び材料系が、依然として、新築物及び現存建築物の修復部の両者に対して所
望の耐久性を付与し損ねているとの事実によるものである。発生する損傷は、主には、次のメカニズムに基づく：１．セメント結合材料は、脆弱であり、それらの生産後には、異なる収縮変形(s
hrinkage deformation)に付される。これらの２つの現象から、複雑な固有の緊
張状態がもたらされ、かつ、建築物成分の表面上にクラックが生じる。これらの
クラックにより、コンクリートの崩壊をもたらす物質（スルフェート）及び補強
材(armoring)の腐食をもたらす物質（不凍塩からの塩化物）の両者との接触が進
む。腐食生成物は、３倍の大きさまでの容量で、コンクリートの欠け落ち(chipp
ing off)、及びスチール補強材の露出をもたらす。２．セメント結合材料は、毛管吸引(capillary suction)、拡散及び浸透により
それらの表面へ損傷物質（スルフェート、塩化物、酸）を吸収する多孔性系であ
る。３．従来のセメント結合材料（初期コンクリート）では、均一構造を達成するた
めに、振動発生器によりそれらをせき板(shuttering)に導入した後、コンパクト
化することが必要とされていた。この作業工程は、要求どおりに行われないこと
が多く、それにより、コンクリートが不均一となり、損傷物質の吸収が局所的に
極度に上昇するとの結果がもたらされる。

【０００２】上記損傷メカニズムのいくらかを防止又は改善する方法及び製品がある。例え
ば、EP-A-0 286 112には、合成繊維をセメントモルタル又はコンクリート用強化
剤として用いることが記載されており、その繊維は、モノフィラメントからなり
、最大引張強度が８０ｋｇ／ｍｍ²である。US-A-4,261,754には、強化繊維成分
が記載されており、それは、マトリックス材料、例えばセメントを強化するため
の配向ポリオレフィンからなる。その繊維は、たて方向において変動横断面を有
し、原繊維が突出する粗面を有する。US-A-4,483,727には、ポリエチレン繊維か
ら製造されるバンドルを製造する方法が記載されており、それは、脆弱材料、例
えばセメント、コンクリートプラスター（パリ）等を強化するために用いられる
。US-A-4,968,561には、ポリビニルアルコールから製造される合成モノフィラメ
ントが記載されており、それは、セメントモルタル又はコンクリート用強化剤と
して使用される。US-A-5,399,195には、セメント材料を製造する方法が記載され
ており、それにより、自己誘発クラッキングが低減される。このためには、合成
繊維バンドルが添加されるが、そのバンドルは、バンドルあたり１０〜１０００
０個のフィラメントからなる。フィラメントは、実質的に、ポリオレフィン、ポ
リオレフィン誘導体及びポリエステルからなる。更に、いわゆる腐食抑制剤が、
US-A-6,071,436及びUS-A-6,174,461に記載されている。いわゆる防水剤は、US-A
-5,531,812及びUS-A-6,139,622に記載されており、それにより、コンクリート表
面がはっ水性となる。この目的のために、アルコキシルシラン、有機シラン及び
有機シロキサン樹脂から製造される水溶液が使用される。上記損傷メカニズムの全てを防止可能であり、かつ、現在用いられている方法
と比較して数倍高い耐久性をもたらす材料系について有効な概念はない。

【０００３】本発明は、非常に高い耐久性を示し、かつ、現存する建築物の修復に特に適す
るセメント結合材料を提供することを目的とする。本発明の目的は、請求項１又は３の特徴を有する材料により達成される。本発明の材料の主な利点は、マス疎水化(mass hydrophobing)の結果として、
汚染物質含有水の浸透が防止され、従って、修復物の耐久性がかなり向上するこ
とである。補強スチール(armoring steel)は、移動可能な腐食抑制剤の添加によ
り、遡及して、腐食から保護される。本発明の更なる利点は、従属項及び本発明を概略図に示される実施態様を参照
することにより一層詳細に説明する以下の記載を参照されたい。これらの図中においては、同一の要素に対して同一の参照番号を付した。別に
特段の記載のない限り、最初の説明のいずれも全ての図に関連する。

【０００４】一般的に知られているように、コンクリートは、鉱物結合剤(a mineral bindi
ng agent)、例えば天然生石灰、ポゾラン、天然又はポルトランドセメント、１
種又は数種の鉱物充填剤(a mineral filler)、例えば粉末化鉱物、煙じん及びミ
クロシリケートから、及び／又は鉱物集合体(a mineral aggregate)、例えば砂
又は砂利から製造する。水及びセメントを、１：２の比で混合し、その後、鉱物
充填剤及び／又は鉱物集合体を特定の比で添加する。引張荷重下での前記通常コ
ンクリートの最大弾性ひずみは約０．０１％である。本件明細書に記載する系の
セメント結合材料は、既知のコンクリート混合物と、追加割合の、鉱物結合剤又
はセメントの質量をベースとして０．５〜２０質量％のステアレート、シリコネ
ート、シラン又はシロキサンを含むマス疎水化剤と、追加割合の、移動可能で、
材料の立方メートルあたり０．１〜２０ｋｇの亜硝酸塩、ベンゾエート、アミノ
アルコールを含む、又はモノフルオロリン酸ナトリウムを含む腐食抑制剤からな
る。また、スチールから製造される可撓性(flexible)金属及び／又はポリオレフ
ィン、例えば高結晶性ポリエチレン、ポリビニルアルコール又はアラミドから製
造される非金属繊維であって、高さ−幅比が１０〜１０００、好ましくは２００
〜６００で、引張強度が０．８〜４．０ＧＰａで、弾性率が２０〜２３０ＧＰａ
、好ましくは２５ＧＰａより高いものを、全容量をベースとして０．１〜４．０
容量％、好ましくは０．５〜３．０容量％で添加することができる。更に、軽量
集合体、例えばスチロフォームボール(styrofoam balls)、ミクロ中空ボール(mi
cro hollow balls)、気泡ガラス(cellular glass)、スウェリングクレー(swelli
ng clay)等を添加してもよい。場合により、更なる添加剤、例えば、高性能液化
剤(high-performance liquefiers)、収縮低減剤(shrinkage)、収縮補強剤(reduc
tion agents)、安定化剤、空気連行剤(air entraining agents)、遅延混合物(re
tarding admixtures)、硬化促進剤(hardening accelerators)及び消泡剤(defrot
hing agents)等を添加してもよい。

【０００５】図１は、セメント結合材料の種々の組成における変形制御引張荷重下でのクラ
ック開口を示す。図１ａは、繊維強化されていないコンクリートにおけるクラッ
ク開口を示し：約３Ｎ／ｍｍ²の引張りで、伸長脆弱(elongation weakening)が
生じる程度に材料が局所的に脆弱し、セメント結合材料は約２ｍｍのクラック開
口で破損(break apart)を生じる。図１ｂは、イントロダクションにおいて記載
したような当該技術分野における現状で既知の繊維強化セメント結合材料におけ
るクラック開口を示す。大きなクラック１０が繊維１１に生じ、より高い伸長能
力が達成される。この場合、強度はほぼ直線的に低下する。図１ｃは、本発明の
セメント結合材料におけるクラック開口を示し、非常に小さな、即ち、いわゆる
ミクロクラック１３が生じる。このためには、種々の割合で、スチール又はポリ
オレフィン（高結晶性ポリエチレン、ポリビニルアルコール、アラミド）から製
造される可撓性金属及び／又は非金属繊維を添加している。繊維の容量割合は、
全容量をベースとして０．１〜４．０％、好ましくは０．５〜３．０％であり、
高さ−幅比は、１０〜１０００、好ましくは２００〜６００であり、引張強度は
０．８〜４．０ＧＰａであり、弾性率は２０〜２３０ＧＰａ、好ましくは２５Ｇ
Ｐａより高い。それは、０．１〜約０．７容量％の割合では、図１ｂの挙動と依
然としてちょうど同様なものであることが分かる。しかしながら、０．７〜３．
０容量％の割合では、図１ｃの挙動が得られる。

【０００６】図２は、ミクロクラックを有するセメント結合材料の伸長強度(elongation st
rengthening)を示す。約８％の最大伸長で、脆弱が始まり、その結果として、大
きなクラック１４が形成され、コンクリートにおける張力がほぼ直線的に低下す
る。図３は、マス疎水化なし（図３ａ）及びマス疎水化あり（図３ｂ）のコンクリ
ートにおける塩化物の侵入度を示す。汚染ゾーン２０は、補強スチール２１まで
達しているのが明らかである。補強スチール２１より下に位置するコンクリート
成分２２は汚染されない。コンクリートにマス疎水化剤が施されない場合、塩化
物の侵入度はほぼ０であり、それは、最大でも数ミリメートルを意味する。図４
におけるそれぞれの図は、２種の材料についての測定侵入度を示す。測定は、３
％Ｃｌ^-溶液で１８０日間表面接触した後に行った。Ｗ／Ｚは、水のセメントに
対する比を示し、それは、その測定について１：２の標準で挿入した。図５は、損傷領域２６を有するトンネルの横断面を示す概略図である。その次
の図６ａ〜６ｃの工程は、この領域を修復するのに必要なものである。このためには、クラックが生じた汚染カバーコンクリート２６を腐食補強スチ
ール２１まで除去する（図６ａ及び６ｂ）。通常、低部に位置するコンクリート
成分２２は汚染されない。次いで、新たな、マス疎水化セメント結合材料２７を
施すが、該材料は、更に、移動可能で、コンクリート中において補強スチール２
１の方へ移動し、更なる腐食を防止する腐食抑制剤２８を含む。

【０００７】新たなセメント結合材料の成分は、損傷メカニズムにおいて次の効果を奏する
。繊維の効果は、一方では、それらが、クラックが発生しない又は有害物質の吸
収による危険を生じない程度のわずかなクラック開口のみの全表面にわたるよう
に、収縮による変形発生を分配することである。他方では、住宅建築としての特
定の用途のための従来のスチール補強材を完全に除去することができ、それによ
り、腐食による損傷を完全に回避できる。本発明のセメント結合材料の挙動は、
繊維が緊張により生じるミクロクラックをブリッジ(bridge)し、それらの更なる
開口を防止し、かつ、機械的緊張をミクロクラックが生じる近隣ゾーンへ伝える
という事実による。結果として、セメント結合材料において、非常に小さなクラ
ックのみが生じる。いわゆる多重クラック形成のこの現象の結果として、荷重及
び変形能力が、繊維なしのセメント結合材料と比較して非常に上昇する。マス疎水化剤は、ステアレート、シリコネート、シラン又はシロキサンをベー
スとする物質であり、それらは、セメント結合材料の製造の間にそれらに添加さ
れ、硬化材料の毛管孔の接触ぬれ角(wetting angle of contact)を高い程度で低
減する。このように、液体（及び主要汚染物質含有水）の吸収は、前述の損傷メ
カニズムの作用が防止され又は少なくとも強力に改良される高い程度で低減され
る（図３及び４）。疎水化剤の質量割合は、鉱物結合剤の質量をベースとして０
．５〜２０質量％である。

【０００８】腐食抑制剤は、亜硝酸塩、ベンゾエート、アミノアルコールをベースとする又
はモノフルオロリン酸ナトリウムをベースとする物質であり、それらの双極分子
により、スチールの不動態化が生じ、従って、補強スチール又はスチール繊維上
に堆積した場合に腐食からの保護がなされる（陰極又は陽極部分反応の抑制）。
質量割合は、セメント結合材料の立方メートルあたり０．１〜２０ｋｇである。高性能可塑剤は、ポリカルボキシレート、メラミン又はナフタレンスルホネー
トをベーストする物質であり、一方では、セメント結合材料の水要求を低減する
ために添加され、それにより、空隙率及び収縮変形性が低くなり、従って、耐久
性が長くなる。他方では、それらは、十分な量で所定の条件下で添加された場合
に、セメント結合材料の自己コンパクト化能力をもたらす。自己コンパクト化能
力により、振動装置による不適切な外部コンパクト化による構造不均一性を回避
できる。その結果、高い均質材料が得られる。高性能可塑剤の含量は、結合剤質
量をベースとして０．１〜３％である。これは、振動コンパクト化が省略可能で
あることを意味する。材料成分の変化により、多くの異なる方法において、即ち、機械的又は手動的
のいずれかで、湿潤又は乾燥スプレー方法で、手で、せき板、振動又は自己コン
パクト化により、又は建設現場で又はアセンブリユニット（押出）の製造におい
て、適用することができるようにコンシステンシーを設定可能となる。

【０００９】適用静止(statical)荷重は、住宅建築においては低い。従って、補強スチールで補
強されるコンクリート構造物は、上記説明に従って、繊維強化セメント結合材料
により置き換えることができる。更に、使用される材料のコンシステンシーは、
自己コンパクト化であるように設定することができる。結果として、スチール補
強材の設置及び振動装置によるコンパクト化を省略することができる。ドリフトマイニング(drift mining)トンネルの壁の修復の際、コンクリートカ
バーを補強材の第１腐食層まで除去する。マス疎水化セメント結合材料は、その
表面を再生するために使用され、その物質は、繊維強化剤を有し、移動可能な腐
食抑制剤を含む。繊維補強材(fiber armoring)により、新たな層の表面上におけ
るクラックの形成が防止される。腐食抑制剤は、存在する基部に移動し、新たな
又は更なる腐食からスチール補強材を保護又は再不動態化する。マス疎水化によ
り、汚染物含有水の浸透が防止される。この修復物の耐久性は、元の構造物の耐
久性よりも又は他の修復手段での耐久性よりも数倍高い（図４参照）。ドリフトマイニングにおいては、ジェットクリート(jetcrete)が、分解するト
ンネル横断面をライニングするために使用されることが多い。それは、最初に、
スチール補強ネットを備え、又はスチール繊維コンクリートが用いられることが
多い。あるいは、マス疎水化及び繊維強化セメント結合材料を用いる。マス疎水
化により、攻撃性（例えばスルフェート含有）の高い水の浸透が防止される。繊
維は静止作用を前提とする。これにより、スチール腐食の見込みが防止され、コ
ンクリートが損傷物質から保護される。

【００１０】特定の適用において、例えば、損傷した旧コンクリートの除去後に新たな材料
の層を１つのみでなく２つ施すことによる図６に従った修復を行う際、第１の低
部層についての新たな材料中において繊維を省略することができ、かつ、単に、
マス疎水化及び腐食抑制剤を提供することができる。なぜなら、第１の上部層の
みが、乾燥され、従って、クラック形成の危険にさらされるからである。他方に
おいて、第２の上部層の新たな材料では、腐食抑制剤を省略することができ、か
つ、更に、繊維及びマス疎水化剤のみを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】引張荷重下でのクラック開口を示す図である。

【図２】クラック開口との比較での拡大強化(extensional strengthening)を示す図で
ある。

【図３】マス疎水化を示す図である。

【図４】塩化物の侵入度を示す図である。

【図５】トンネルの横断面を示す概略図である。

【図６】損傷を受けたコンクリートを修復する３工程を示す図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｃ０４Ｂ 16/08 Ｃ０４Ｂ 16/08 22/00 22/00 22/08 22/08 ＡＢ 22/16 22/16 Ｚ 24/04 24/04 24/12 24/12 Ｚ // Ｃ０４Ｂ 103:61 103:61 103:65 103:65 (81)指定国ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ，ＴＲ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＭＺ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＧ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＢＺ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＲ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＤＭ，ＤＺ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＡ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＭＺ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＴＺ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＡ，ＺＷ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】鉱物結合剤、鉱物充填剤及び／又は鉱物集合体を含むセメン
ト結合材料であって、ステアレート、シリコネート、シラン又はシロキサンを含
むマス疎水化剤を、鉱物結合剤の質量をベースとして０．５〜２０質量％の割合
で含み、かつ、移動可能で、亜硝酸塩、ベンゾエート、アミノアルコールを含む
か又はモノフルオロリン酸ナトリウムを含む腐食抑制剤を、該材料の立方メート
ルあたり０．１〜２０ｋｇ含むことを特徴とする該材料。
【請求項２】高さ−幅の比が１０〜１０００、好ましくは２００〜６００
であり、引張強度が０．８〜４．０ＧＰａであり、弾性率が２０〜２３０ＧＰａ
、好ましくは２５ＧＰａより高い可撓性繊維を、全容量をベースとして０．１〜
４．０容量％、好ましくは０．５〜３．０容量％で含む請求項１に記載の材料。
【請求項３】鉱物結合剤、鉱物充填剤及び／又は鉱物集合体を含むセメン
ト結合材料であって、ステアレート、シリコネート、シラン又はシロキサンを含
むマス疎水化剤を、鉱物結合剤の質量をベースとして０．５〜２０質量％の割合
で含み、かつ、高さ−幅の比が１０〜１０００、好ましくは２００〜６００であ
り、引張り強度が０．８〜４．０ＧＰａであり、弾性率が２０〜２３０ＧＰａ、
好ましくは２５ＧＰａより高い可撓性繊維を、全容量をベースとして０．１〜４
．０容量％、好ましくは０．５〜３．０容量％で含むことを特徴とする該材料。
【請求項４】可撓性繊維が、スチール及び／又はポリオレフィンからなり
、特には、高結晶性ポリエチレン、ポリビニルアルコール又はアラミドからなる
請求項２又は３に記載の材料。
【請求項５】少なくとも１種の軽量集合体、例えばスチロフォームボール
、ミクロ中空ボール、気泡ガラス又はスウェリングクレーを含む請求項１〜４の
いずれか１項に記載の材料。
【請求項６】更なる添加剤、例えば高性能液化剤、収縮低減剤、収縮補償
剤、安定化剤又は空気連行剤を含む請求項１〜５のいずれか１項に記載の材料。