JP2004264233A - コンクリート部材のひび割れを可視化する方法 - Google Patents

Abstract

【課題】道路、ビル、トンネル、橋梁などのコンクリート部材を用いた部材の細かなひび割れを可視化し容易に発見可能な手法を提供する。
【解決手段】染料前駆体および、該染料前駆体と反応して着色体を形成する顕色剤の少なくとも何れか一方をマイクロカプセル化した両者の混合物をコンクリート部材中に練り込むか、コンクリート部材表面に塗工する。染料前駆体として水に不溶性の電子供与性無色染料、顕色剤として水に不溶性の電子吸引性化合物が好ましい。
【選択図】 なし

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は道路、ビル、トンネル、橋梁などのコンクリート部材を用いた土木・建築部材の細かなひび割れを可視化する方法に関するものであり、コンクリートの破砕や崩落を事前に目で確認できることを目的とする。
【０００２】
【従来の技術】
コンクリートの劣化に伴う破砕や崩落が近年大きな問題となり、特に鉄道のトンネルを構成するコンクリート破片の崩落事故は大惨事に繋がる恐れがある。一般に外界に曝されるコンクリート部材の劣化の原因として、環境の変化による外力に起因するものと施工時の条件に起因する内的な要因に大別される。外的な要因の具体例としては、車両重量による圧力や振動、地質の耐力不足や地盤沈下、凍結、地震などの影響が挙げられる。
【０００３】
内的な要因としては、コンクリート打ち込み時の気温や湿度、予期せぬ急激な発熱や所定の品質が確保されない場合の人的な影響も含まれる。これらの要因は複雑に影響しあい、特にトンネル内のコンクリート崩落事故のほとんどは単独の原因で劣化が促進されることは希で、各種の原因が複合化されて発生する場合が多い。また、一旦細かい亀裂やひびが発生すると、それが波及して別の要因を誘発し、さらに劣化が進行するといった悪循環に陥る例もある。よって、コンクリート部材の劣化は完璧に避けられ得るものではないが、破砕や崩落に至る前に、その原因となる細かな亀裂やひび割れを見出し、その時点で何らかの修復を施せば大事故を未然に防ぐことが可能となる。
【０００４】
その対策として、仮にひび割れが生じても崩落しにくい構造にする手法と、未然に細かなひび割れを察知する方法に分けられる。前者の方法として、コンクリート中に特殊な鉄筋を組み入れる方法等（例えば、特許文献１参照）が挙げられる。後者の方法では人間による定期的な点検業務に頼っているのが現状であり、具体的には外観を目視や写真撮影により観察し、ひび割れ状況やクラック幅などを記録する方法であり、経時変化を捉えるため前回の検査記録と常に照合を取りながら実施する必要がある。また、打音検査はハンマーで部材表面を打撃し、打撃音やハンマーの跳ね返り方により劣化の有無を調べる方法がある。打音検査は感覚的な方法あるいは熟練を要する方法であるが比較的広範囲を簡易に検査できる方法である。（例えば、特許文献２参照）
【０００５】
【特許文献１】
特開２００２−３０９７１２号公報
【特許文献２】
特開２００１−２０１４８９号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、道路、ビル、トンネル、橋梁などのコンクリート部材を用いた部材の細かなひび割れを可視化し容易に発見可能な手法を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の課題は、染料前駆体および、該染料前駆体と反応して着色体を形成する顕色剤の少なくとも何れか一方をマイクロカプセル化し、それらの混合物をコンクリート部材中に練り込むか、コンクリート部材表面に塗工することにより達成される。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明のコンクリート部材のひび割れを可視化する方法は、お互い接触することにより敏感に発色する染料前駆体と顕色剤の少なくとも何れか一方をマイクロカプセル化してお互いを隔離した状態でコンクリート部材の内部または表面に配置させておき、ひび割れが発生した際にその亀裂面に生じる破断応力でマイクロカプセルが破壊されることにより染料と顕色剤が初めて接触して発色し、ひび割れを感知し得るという機構である。
【０００９】
本発明で用いられる染料前駆体は水に不溶性で、少量でも鋭敏に発色しうる染料が好ましく、具体的には電子供与性の無色染料が好ましく具体的には下記の染料が使用される。黒発色性染料としては、３−ジブチルアミノ−６−メチル−７−アニリノフルオラン、３−ジブチルアミノ−７−（２−クロロアニリノ）フルオラン、３−ジエチルアミノ−６−メチル−７−アニリノフルオラン、３−ジエチルアミノ−６−メチル−７−キシリジノフルオラン、３−ジエチルアミノ−７−（２−クロロアニリノ）フルオラン、３−ジエチルアミノ−７−（２−カルボメトキシ−フェニルアミノ）フルオラン等が挙げられる。
【００１０】
赤発色性染料としては、３，３−ビス（１−ｎ−ブチル−２−メチルインドール−３−イル）フタリド、３，３−ビス（１−ｎ−ブチル−２−メチルインドール−３−イル）テトラクロロフタリド、３，３−ビス（１−ｎ−ブチルインドール−３−イル）フタリド等、青発色性染料としては、３，３−ビス−（ｐ−ジメチルアミノフェニル）−６−（ｐ−ジメチルアミノフェニル）フタリド（通称クリスタルバイオレットラクトン）、３−（１−エチル−２−メチルインドール−３−イル）−３−（４−ジエチルアミノフェニル）フタリド、３−（１−エチル−２−メチルインドール−３−イル）−３−（２−メチル−４−ジエチルアミノフェニル）−４−アザフタリド、３−（１−エチル−２−メチルインド−ル−３−イル）−３−（２−エトキシ−４−アミノフェニル）−４−アザフタリド等が挙げられる。また、蛍光性染料等も用いることができる。
【００１１】
一方、上記染料前駆体と接触して発色させる水不溶性の顕色剤としては、フェノール性化合物、スルホニル基含有フェノール性化合物であるヒドロキシジフェニルスルホン誘導体、サリチル酸誘導体、スルホニルカルバミン酸のエステル化合物、スルホニルウレア化合物、スルホンアミド化合物などがあり、具体的には、次のものが例示されるが本発明ではこれに限定されるものではない。
【００１２】
４，４′−イソプロピリデンジフェノール、１，１−ビス（４−ヒドロキシフェニル）シクロヘキサン、２，２−ビス（４−ヒドロキシフェニル）−４−メチルペンタン、４，４′−ジヒドロキシジフェニルスルフィド、ヒドロキノンモノベンジルエーテル、４−ヒドロキシ安息香酸ベンジル、２，４′−ジヒドロキシベンゾフェノン、ビス（ｐ−ヒドロキシフェニル）酢酸メチル、１，１−ビス（４−ヒドロキシフェニル）−１−フェニルエタン、１，４−ビス〔α−メチル−α−（４′−ヒドロキシフェニル）エチル〕ベンゼン、１，３−ビス〔α−メチル−α−（４′−ヒドロキシフェニル）エチル〕ベンゼン、ジ（４−ヒドロキシ−３−メチルフェニル）スルフィド、２，２′−チオビス（３−ｔｅｒｔ−オクチルフェノール）等のフェノール性化合物。４，４′−ジヒドロキシジフェニルスルホン、２，４′−ジヒドロキシジフェニルスルホン、４−ヒドロキシ−４′−イソプロポキシジフェニルスルホン、４−ヒドロキシ−４′−ベンジルオキシジフェニルスルホン、４−ヒドロキシ−４′−プロポキシジフェニルスルホン、ビス（３−アリル−４−ヒドロキシフェニル）スルホン、３，４−ジヒドロキシ−４′−メチルジフェニルスルホン、４−ヒドロキシ−４′−ベンゼンスルホニルオキシジフェニルスルホン、２，４−ビス（フェニルスルホニル）フェノールなどのスルホニル基含有フェノール性化合物。３，５−ジ−ターシャリーブチルサリチル酸、３，５−ジ−α−メチルベンジルサリチル酸、４−［２′−（４−メトキシフェノキシ）エチルオキシ］サリチル酸、３−（オクチルオキシカルボニルアミノ）サリチル酸などのサリチル酸誘導体、またはこれらの金属塩、等が挙げられる。
【００１３】
上記染料前駆体や顕色剤を剤を溶解するための油溶性液体としては、パラフィン油、綿実油、大豆油、コーン油、オリーブ油、ヒマシ油、魚油、豚脂油、塩素化パラフィン、塩素化ジフェニル、ジブチルフタレート、ジオクチルフタレート、トリブチルフォスフェート、トリクレジルフォスフェート、ジブチルマレエート、ｏ−ジクロロベンゼン、ジイソプロピルナフタレン等のアルキル化ナフタレン、１−フェニルトリキシリルエタン等のベンジルアルコール誘導体、１−（３，４−ジメチルフェニル）−１−フェニルエタン、及びポリ（１〜４）イソプロピルナフタレン、トルエン、キシレン等が挙げられる。染料前駆体及び顕色剤はこれら油溶性液体中に１〜５０％（ｗ／ｗ）の範囲で溶解または分散されて用いられる。
【００１４】
上記、染料前駆体及び顕色剤は混合されて用いられるが、コンクリート部材に配置する際には両者を隔離しておく必要があるため、少なくとも何れか一方をマイクロカプセル化して両者を隔離しておく必要がある。マイクロカプセルの皮膜形成材料としては、界面重合法、インサイチュー法等の手法で得られる、ポリスチレン、ポリアクリロニトリル、ポリアミド、ポリアクリルアミド、エチルセルロース、ポリウレタン、アミノプラスト樹脂、またゼラチンとカルボキシメチルセルロース若しくはアラビアゴムとのコアセルベーション法を利用した合成あるいは天然の樹脂が用いられる。
【００１５】
マイクロカプセル化の操作は、上記染料前駆体または顕色材の何れか一方で良いが、両者をマイクロカプセル化しても良い。マイクロカプセルの粒子径は１〜５０μｍ、好ましくは２〜２０μｍの範囲に設定されることが望ましい。染料前駆体と顕色材の混合比率は使用する素材の種類により適宜調整され限定されるものではない。染料前駆体と顕色剤の混合物とともにコンクリート部材への接着性を付与するためにバインダーが添加されることが望ましい。本発明で用いられるバインダーは染料前駆体及び顕色剤分散液と安定に存在するものであれば限定はされないが、コンクリート部材が応力を受けひずみが生じた場合に感度よくそのひずみを感知しマイクロカプセルが破壊しやすくするために、常温で比較的堅い素材のバインダーを用いることが有効である。
【００１６】
本発明で用いられるバインダーとして具体的には、デンプン類、ヒドロキシエチルセルロース、メチルセルロース、エチルセルロース、カルボキシメチルセルロース、ゼラチン、カゼイン、ポリビニルアルコール、変性ポリビニルアルコール、ポリアクリル酸、ポリメタクリル酸、ポリアクリル酸エステル、ポリメタクリル酸エステル、ポリアクリル酸ソーダ、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、塩素化ポリエーテル、アリル樹脂、フラン樹脂、ケトン樹脂、オキシベンゾイルポリエステル、ポリアセタール、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルスルホン、ポリイミド、ポリアミド、ポリアミドイミド、ポリアミノビスマレイミド、ポリメチルペンテン、ポリフェニレンオキシド、ポリフェニレンスルフィド、ポリフェニレンスルホン、ポリスルホン、ポリアリレート、ポリアリルスルホン、ポリブタジエン、ポリカーボネート、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリ酢酸ビニル、ポリウレタン、フェノール樹脂、ユリア樹脂、メラミン樹脂、メラミンホルマリン樹脂、ベンゾグアナミン樹脂、ビスマレイミドトリアジン樹脂、アルキド樹脂、アミノ樹脂、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、スチレン／ブタジエン共重合体、アクリロニトリル／ブタジエン共重合体、アクリル酸メチル／ブタジエン共重合体、エチレン／酢酸ビニル共重合体、アクリル酸アミド／アクリル酸エステル共重合体、アクリル酸アミド／アクリル酸エステル／メタクリル酸３元共重合体、スチレン／無水マレイン酸共重合体のアルカリ塩、エチレン／無水マレイン酸共重合体のアルカリ塩またはアンモニウム塩、その他各種ポリオレフィン系樹脂などが挙げら、特にガラス転移点温度が０℃以上の樹脂からなるバインダーが好ましい。
【００１７】
上記、染料前駆体、顕色剤、バインダーを混合することにより、本発明のコンクリート部材のひび割れを可視化可能な分散液が得られる。この分散液は予め施工時にコンクリート部材中に練り込んでおいても良いし、部材完成後その表面に刷毛やブラシ、ロール状塗工機を用いて塗料として塗工しても良い。塗工時は分散液が水分を有しているので染料前駆体及び、もしくは顕色剤のマイクロカプセルに与える物理的な圧力は直接伝わりにくいので破壊することは少ない。塗工後は熱風を吹き付けて乾燥させても良いが時間を掛けて自然乾燥に任せても良い。コンクリート部材中に練り込む量は、少なすぎるとひび割れにより発生する発色濃度が低くなり好ましくなく、また多すぎると発色感度が低下するので好ましくないため適宜状態に見合った練り混み、塗工量を設定する必要がある。
【００１８】
本発明のひび割れ可視化用の分散液中には必要に応じ以下のような顔料や滑剤、劣化防止剤、助剤を適宜添加することが可能である。ケイソウ土、タルク、カオリン、焼成カオリン、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、酸化チタン、酸化亜鉛、酸化ケイ素、水酸化アルミニウム、尿素−ホルマリン樹脂、ステアリン酸亜鉛、ステアリン酸カルシウムなどの高級脂肪酸金属塩、パラフィン、酸化パラフィン、ポリエチレン、酸化ポリエチレン、ステアリン酸アミド、カスターワックスなどのワックス類を、また、ジオクチルスルホこはく酸ナトリウムなどの界面活性剤、及び蛍光染料、酸化防止剤、紫外線吸収剤を添加することができる。酸化防止剤の例としては、ヒンダードアミン系酸化防止剤、ヒンダードフェノール系酸化防止剤、及びスルフィド系酸化防止剤、防腐剤、耐水化剤等である。
【００１９】
【実施例】
以下実施例によって本発明をさらに詳しく説明する。なお、以下の部は質量部であり、％は質量百分率を表す。
【００２０】
実施例１
ｐＨを４．５に調整した５％のスチレン−無水マレイン酸共重合体のナトリウム塩水溶液１００部中に、染料前駆体として、クリスタルバイオレットラクトン１０部をキシレン９０部に溶解した溶液を、激しく撹拌しながら添加し、平均粒子径が５．０μｍになるまで乳化を行なった。次にメラミン５部と３７％ホルムアルデヒド水溶液７．５部及び水１５部を混合し、これをｐＨ８に調整し、約８０℃でメラミン−ホルマリン初期縮合物水溶液を調製した。この全量を上記乳化液に添加し７０℃で２時間加熱撹拌を施してカプセル化反応を行なった後、この分散液のｐＨを９に調整してカプセル化を終了し染料前駆体マイクロカプセル分散液を得た。
【００２１】
顕色剤として、３，５−ジ−ターシャリーブチルサリチル酸亜鉛塩の３５％分散液５０部と、上記染料前駆体のマイクロカプセル分散液５０部を混合し、更にガラス転移点温度が１℃の固形分濃度４５％のスチレン―ブタジエン共重合体分散液１０部を混合し、本発明におけるひび割れを可視化可能な分散液が得られた。この分散液を直径８ｃｍ、高さ２０ｃｍの円柱状のコンクリートテストピースの全体に刷毛で塗工し水分を乾燥させた後、破壊強度試験器を用い垂直方向に徐々に圧力を加えていったところ、次第にコンクリート側面から細かい亀裂が入り始めその部分が青く発色し一目でひび割れが目視できた。
【００２２】
実施例２
実施例１において顕色剤として、４−ヒドロキシ安息香酸ベンジル３０部を１−（３，４−ジメチルフェニル）−１−フェニルエタン７０部に加熱溶解し、実施例１の染料前駆体のマイクロカプセル化法と同様にして顕色剤のマイクロカプセル分散液を得た。この顕色剤のマイクロカプセル分散液２０部と、実施例１の染料前駆体分散液２０部を混合し、更にポルトランドセメント１００部、水６０部を混合しよく混練りした後箱形の型枠に流し込み養生した後コンクリート板を得た。このコンクリート板を荷重を掛けて折り曲げて裁断したところ切断面が青に強く発色し破断面がはっきりと黙視で確認できた。更に破断面に紫外線を照射したところカプセル破壊により放出された染料が蛍光を発し、更に鮮明に破断面が確認できた。
【００２３】
【発明の効果】
以上の実施例より、本発明によるひび割れを可視化する分散液をコンクリート部材の中に練り込むか、表面に塗工する事により、人間の目には見えない細かなひび割れが目視で明らかに可視化できるようになった。

Claims (2)

1. 染料前駆体および、該染料前駆体と反応して着色体を形成する顕色剤の少なくとも何れか一方をマイクロカプセル化した両者の混合物をコンクリート部材中に練り込むか、コンクリート部材表面に塗工することを特徴とするコンクリート部材のひび割れを可視化する方法。
2. 染料前駆体が水に不溶性の電子供与性無色染料で、顕色剤が水に不溶性の電子吸引性化合物である請求項１記載のコンクリート部材のひび割れを可視化する方法。