JP2003534226A5

JP2003534226A5 -

Info

Publication number: JP2003534226A5
Application number: JP2001586214A
Authority: JP
Filing date: 2001-05-25
Publication date: 2011-11-24

Description

【特許請求の範囲】
【請求項１】以下の成分（A）〜（D）を含むセメント結合材料
（A）鉱物結合剤、
（B）鉱物充填剤及び／又は鉱物集合体、
（C）ステアレート、シリコネート、シラン及びシロキサンからなる群から選択される物質、並びに
（D）該セメント結合材料中を移動し、かつ、以下の成分（i）及び（ii）からなる群から選択される腐食抑制剤
（i）亜硝酸塩、ベンゾエート及びアミノアルコールの混合物、及び
（ii）モノフルオロリン酸ナトリウム、
であって、
前記成分（C）を、前記成分（A）の質量をベースとして０．５〜２０質量％の割合で含み、
前記成分（D）を、該セメント結合材料の立方メートルあたり０．１〜２０ｋｇ含み、
該セメント結合材料は、補強スチールと組み合わせて使用されることを特徴とする、前記セメント結合材料。
【請求項２】高さ−幅の比が１０〜１０００であり、引張強度が０．８〜４．０ＧＰａであり、弾性率が２０〜２３０ＧＰａである可撓性繊維を、全容量をベースとして０．１〜４．０容量％含む請求項１に記載の材料。
【請求項３】以下の成分（A）〜（D）を含むセメント結合材料
（A）鉱物結合剤、
（B）鉱物充填剤及び／又は鉱物集合体、
（C）ステアレート、シリコネート、シラン及びシロキサンからなる群から選択される物質、並びに
（D）高さ−幅の比が１０〜１０００であり、引張り強度が０．８〜４．０ＧＰａであり、弾性率が２０〜２３０ＧＰａである可撓性繊維、
であって、
前記成分（C）を、前記成分（A）の質量をベースとして０．５〜２０質量％の割合で含み、
前記成分（D）を、全容量をベースとして０．１〜４．０容量％含み、
該セメント結合材料は、補強スチールと組み合わせて使用されることを特徴とする、前記セメント結合材料。
【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】更なる添加剤を含む請求項１〜５のいずれか１項に記載の材料。

本発明は、請求項１又は３に記載の、補強スチールと組み合わせて使用されるセメント結合材料(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(shrinkage 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(chipping 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。

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 binding 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(micro hollow balls)、気泡ガラス(cellular glass)、スウェリングクレー(swelling clay)等を添加してもよい。場合により、更なる添加剤、例えば、高性能可塑剤、収縮低減剤(shrinkage)、収縮補強剤(reduction agents)、安定化剤、空気連行剤(air entraining agents)、遅延混合物(retarding admixtures)、硬化促進剤(hardening accelerators)及び消泡剤(defrothing agents)等を添加してもよい。

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、ひずみ軟化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２５ＧＰａ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。

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 strengthening)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る場合、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２１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。

【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ひずみ硬化を示す図である。
【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。