JP2005113510A - 構造物の間隙充填工法 - Google Patents

Abstract

【課題】海上、水上、陸上、地中構造物の間隙充填工法において、天候に左右されず、外圧による湧水、雨水圧に対処でき、また構造物の挙動、振動に追従し、施工時間の短縮を課題とする。
【解決手段】構造物の既存の間隙乃至簡易に形成した間隙、或いは構造物と土砂、金属、木質、プラスチック、ゴム等との接触界面間隙に、アルカリ金属ケイ酸塩水溶液からなる第一溶液とアルカリ土類金属の塩又は水酸化物を含む第二溶液を注入して充填した後、間隙部分乃至その周辺を強制的に加熱して間隙巾の大小に拘わらず、止水時間を大幅に短縮し、且つ間隙を簡単に封鎖できるようにした海上、水上、陸上、地中構造物の間隙充填工法。
【選択図】 なし

Description

本発明は、海上、水上、陸上、地中構造物に自然発生した既存の間隙、乃至これら構造物に簡易に形成した間隙或いは構造物が土砂、金属、木質、プラスチック、樹脂、ゴム等の異種材質と接する界面間隙等の構造物の間隙（以下、構造物の間隙と記す）を効果的に封鎖する工法に関するものである。

海上、水上、陸上、地中構造物は乾燥収縮・熱膨張・挙動によって間隙が発生し、間隙からの湧き水、雨水の浸入、炭酸ガスの浸入により鉄筋の腐食・コンクリートの中性化現象の原因となる。

即ち、PH11以上の強アルカリ性に強い鉄筋は表面に不動態被膜を形成しているが、コンクリート等の構造物の間隙より内部に水分と酸素が浸入すると、不動態被膜が破壊されて鉄筋の発請が進行してコンクリートのひび割れの原因となり、或いは生成するFe(OH)_２（水酸化第一鉄）、Fe(OH)_３（水酸化第二鉄）によって鉄筋が膨張して爆裂する原因となる。

また、空気中の炭酸ガス或いは酸性雨がコンクリート等の構造物の間隙より浸入した場合には、コンクリート中の水酸化カルシウムは下記の反応により表面に近い部分或いはひび割れ内部より中性化される。
Ca(OH)_２ ＋ CO_２ → CaCO_３ ＋ H_２O
Ca(OH)_２ ＋ H_２SO_４ → CaSO_４ ＋ ２H_２O

構造物の間隙からの湧き水、雨水、炭酸ガス等の浸入を防止する方法としては、間隙の入口付近を斫り、除去して無収縮セメント等で目止めする、或いは間隙の入口付近にシリカ系充填剤を塗布・散布・注入するなどの工法が行われている。

また、アルカリケイ酸塩を含む溶液を構造物の間隙に注入して内部の遊離カルシウム又は水酸化カルシウムと反応してケイ酸カルシウムのコロイド結晶体を形成してこれにより間隙を埋める工法もある。

更に、アルカリ金属ケイ酸塩溶液とカルシウム等のアルカリ土類金属塩を含む溶液を構造物の間隙に機械式圧入又は自重圧、静水圧で順次浸透させて内部で硬化させてゲル状の組成物を形成して間隙を埋める工法もある。

また、酢酸、蟻酸等の有機酸カルシウム塩水溶液に、乾燥を促進するためにアルコールを添加したコンクリート構造物の亀裂補修剤が知られているが、これはコンクリート構造物の亀裂の補修に過ぎない（特許第3437920号）。

一方、構造物の間隙の既存の充填剤としてエポキシ樹脂、ポリウレタン樹脂、アクリル樹脂等を使用した樹脂系と超微粒子セメント、ポリマーセメント系、珪酸質のコロイダルゲル等を使用したセメント系、アルカリケイ酸塩を含む組成物を使用したものに大別でき、また樹脂系は反応型タイプと溶剤型タイプに分けられる。
特許第2937309号公報、特許第3437920号公報

このうち、反応型タイプはポリウレタン樹脂系の充填剤と水を間隙内で反応させながらひび割れ等を塞ぎ、湧き水、・雨水の浸入を防止するものであるが、冬季での使用が可能であるが、弾力性に欠ける等の欠点がある。

また、溶剤型タイプは、溶剤に溶解させたウレタン、ポリウレタン、エポキシ樹脂、アクリル樹脂等を間隙に充填し、これらの樹脂を溶剤が揮発して外気に接する表面から硬化させて間隙を塞ぐものであるが、間隙の深いところでは硬化しにくいという欠点がある。

更に、溶剤タイプのウレタン樹脂、ポリウレタン樹脂は間隙から外圧によって湧水、雨水が漏れている箇所に注入可能であるが、エポキシ樹脂、アクリル樹脂は湧水、雨水の流出している場合には施工できないという欠点がある。

一方、無収縮セメント、シリカ系充填剤を止水剤とする方法は、間隙から浸入してくる湧き水、雨水に含まれる有効成分と接触させて止水効果を発揮させるものであり、このため止水剤が水に薄められて即効性に欠け、またこれら止水剤を間隙等に注入又は塗布しても骨材が多く、有効成分と反応しにくいという欠点がある。

また、コンクリート等の構造物内部の遊離カルシウム又は水酸化カルシウムと反応してケイ酸カルシウムのコロイド結晶体を形成して間隙を埋める方法については、アルカリケイ酸塩と遊離カルシウム又は水酸化カルシウムとの反応速度は遅く、間隙から外圧によって湧水、雨水が漏れだしている箇所には使用できず、更に雨天の場合も同様に簡単に間隙を埋めることが難しいという欠点がある。

一方、アルカリ金属ケイ酸塩溶液とカルシウム等のアルカリ土類金属塩を含む溶液を構造物の間隙に注入して硬化させてゲル状の組成物を形成して間隙を埋める方法については、間隙充填後１日から２日程度でゲル状の組成物が脱水反応を起こし、脱水液が間隙付近から流出して滲みが発生するという欠点がある。

本発明は、上記実情に鑑み、構造物の既存の間隙乃至簡易に形成した間隙に、１種又は２種以上のアルカリ金属ケイ酸塩水溶液からなる第一溶液とアルカリ土類金属の塩又は水酸化物を含む第二溶液を注入して充填した後、構造物の間隙部分乃至その近辺を強制的に加熱して間隙を封鎖するようにした構造物の間隙充填工法を提案するものである。

本発明による間隙の封鎖機構は次のように考えられる。即ち、構造物の既存の間隙乃至簡易に形成した間隙に、アルカリ金属ケイ酸塩水溶液からなる第一溶液とアルカリ土類金属の塩又は水酸化物を含む第二溶液を注入すると、間隙内に形成されたゲル状の組成物からはアルカリ金属ケイ酸塩を含む脱水液が生成して間隙細部に拡散するが、その間に外部からの強制的な加熱により注入溶液又は脱水液中のアルカリ金属ケイ酸塩と構造物内の遊離カルシウム又は水酸化カルシウムと反応してガラス質のケイ酸カルシウムのコロイド結晶体の形成を促進して間隙を封鎖することが考えられる。

したがって、本発明では構造物の間隙がガラス質の被膜、ガラス質を含んだ固形物により完全に封鎖されるので、脱水液等の滲みだしを防止することができ、湧き水、雨水の浸入、炭酸ガス乃至酸素の浸入を防止することができ、更には構造物の中心は弾力性のゲル状の組成物が形成され、その周りはガラス質で覆われ、或いは被膜されるため、構造物の改質を図ることができる。

本発明において構造物の間隙には、アルカリ金属ケイ酸塩水溶液からなる第一溶液とアルカリ土類金属の塩又は水酸化物を含む第二溶液を順次注入しても良いが、第一溶液と第二溶液を攪拌混合して得た懸濁液を注入しても良い。

また、間隙の長手方向に各々注入口を設け、第一溶液と第二溶液を各々の注入口から同時に間隙に圧入して間隙内部で強制的に混合攪拌しても良い。

この場合、懸濁液中に多価アルコール、糖類の１種又は２種以上を加えることが好ましい。これは多価アルコール、糖類が懸濁液中に小さな結晶粒子が均一に分散されて懸濁液を微細な間隙にも均一に分散して充填させる効果、間隙に注入された後、硬化して、弾力性、接着性を有するゲル状の組成物を形成して間隙内部の水圧により戻されることのない止水効果があるためである。

更に、ゲル状の組成物は時間の経過とともに、脱水反応によりアルカリ金属ケイ酸塩を含む脱水液を生成するが、多価アルコール、糖類はコンクリート中のカルシウムを溶解させてアルカリ金属ケイ酸塩と反応してケイ酸カルシウムを形成するので、ゲル状の組成物の脱水反応を抑制することができる。

本発明で第一溶液に使用するアルカリ金属ケイ酸塩としては、リチウム、ナトリウム、カリウム等のアルカリケイ酸塩を挙げることができる。

また、本発明で第二溶液に使用するアルカリ土類金属の塩としては、亜硝酸等の無機酸との塩である亜硝酸マグネシウム、亜硝酸カルシウム等のアルカリ土類金属塩、酢酸等の有機酸との塩である酢酸マグネシウム、酢酸カルシウム、更に他の有機酸とアルカリ土類金属との塩、例えばシュウ酸、マロン酸、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、クエン酸等のマグネシウム、カルシウム塩を挙げることができ、水酸化物としては水酸化マグネシウム、水酸化カルシウム等を挙げることができる。

更に、本発明において懸濁液中に加える多価アルコールとしてはグリコール類のような２価アルコール、グリセリンのような３価アルコールを挙げることができ、またグリコール類としては、プロピレングリコール、ジ−プロピレングリコール、トリプロピレングリコール等を挙げることができ、更に糖類としてはグルコース、シュウクロース、ショ糖等を挙げることができる。

なお、本発明に使用する懸濁液の好ましい配合割合としては、第一溶液と第二溶液との合計100重量％に対してアルカリ金属ケイ酸塩10重量％から40重量％、アルカリ土類金属の塩又は水酸化物0.1重量％から20重量％、多価アルコール、糖類の１種又は２種以上0.1重量％から20重量％を挙げることができる。

本発明において溶液乃至懸濁液を間隙に充填させる方法としては、例えばプラスチック製の低圧注入器、高圧注入器、手動式グリスポンプ、足踏み注入器等により構造物の既存の間隙或いは簡易に作成された間隙に充填し、充填された溶液乃至懸濁液はこれら注入器により外部側から内部側に押圧する。

なお、溶液乃至懸濁液は以上の注入器等の他に、高圧注入法、静水圧、塗布等の方法で間隙に充填するようにしてもよい。

また、溶液乃至懸濁液を注入した間隙部分乃至その近辺を強制的に加熱する手段としては、ガスバーナー、ジェットバーナー、携帯バーナー或いは高温を有する送風機、高温水又は蒸気等のスチーム、投光器、ハロゲンランプ等を挙げることができる。

溶液乃至懸濁液を注入した間隙部分乃至その周辺を、高温で加熱するが、１箇所に加熱を集中させると、構造物にひび割れを生じさせる危険性もあり、このような場合には加熱を集中させないように100度以上で30秒から２分程度加熱する。

なお、充填した溶液乃至懸濁液及び湧き水、雨水を含む液が多量に漏れ出る場合にはガスバーナー等で数回繰り返して加熱することによって漏れ出る溶液を制御することができる。

本発明では、１種又は２種以上のアルカリ金属ケイ酸塩水溶液からなる第一溶液とアルカリ土類金属の塩又は水酸化物を含む第二溶液乃至第一溶液と第二溶液を攪拌混合して得た懸濁液を構造物の間隙に注入した後、ガスバーナー等で間隙部分乃至その近辺を強制的に加熱することにより間隙をガラス質の被膜乃至ガラス質を含む固形物で完全に封鎖することができるため、脱水液の滲みだしを防止することができ、また間隙からの湧き水、雨水の浸入、炭酸ガス乃至酸素の浸入を防止することができ、更には構造物の中心は弾力性のゲル状の組成物が形成され、その周りはガラス質で覆われ、或いは被膜されるため、構造物の改質を図ることができる。

１種又は２種以上のアルカリ金属ケイ酸塩水溶液からなる第一溶液と、アルカリ土類金属の塩又は水酸化物と多価アルコール、糖類の１種又は２種以上を含む水溶液からなる第二溶液を攪拌混合して調整された懸濁液をコンクリート等の構造物の間隙に注入して間隙内にゲル状の組成物を形成した後、ガスバーナー等で間隙部分乃至その周辺を強制的に加熱して間隙をガラス質の被膜乃至ガラス質を含む固形物及び弾力性あるゲル状の組成物で封鎖するようにする。

実施例１〜１４
（１）組成物懸濁液の調整
第一溶液として30重量％〜50重量％ ナトリウムケイ酸塩（アルカリ金属ケイ酸塩水溶液）を用い、これとは別に水に亜硝酸カルシウム、プロピレングリコール（グリコール）ガムシロップ（ショ糖水溶液）を加えて第二溶液を調整し（下記表１に成分割合を示す実施例１〜１４）を調整し、これら第一溶液と第二溶液を高速攪拌して結晶粒子が均一に分散された組成物の懸濁液を得た。

（２）組成物の性状
ここに得られた組成物の懸濁液は、その後硬化してゲル状態となり、更に脱水反応して固液分離（分離）するもの、或いは固液分離せず均一性が保たれるもの（分散状態）が生ずる。

そこで、この実施例では上記のようにして得られた組成物の懸濁液を容器に採取し、常温で放置して結晶粒子の大きさ、硬化時間、ゲルの状態、ゲル状の組成物の弾力性、接着性、ゲル状の組成物の脱水反応の有無（分離するか、分散状態が保たれるか）等について観察し、この結果を下記表２に、測定機器〔光学顕微鏡300倍〜6000倍（アイテックス社製ナノスコープ）〕による結晶粒子の大きさの顕微鏡測定結果を下記表３に示す。

上記データから微細な間隙から大きな間隙に充填できる充填剤を選定して間隙に充填し、その後の脱水反応を観察し、その結果を下記表４に示した。

これによれば、実施例１〜１４ではそれに応じた間隙に充填して一時的に止水効果を得ることができたが、間隙充填後１日から２日程度で間隙部に脱水液が流出して滲みが発生した。

そこで、充填剤を注入終了１時間後１分、２分、３分に100度以上で注入箇所・脱水反応箇所を30秒から１分加熱して１週間後の経過を観察してその結果を上記表４に示す。

これによれば、１回の加熱で止水されない場合においても、数回加熱を繰り返すことにより止水することができた。

ゲル状の組成物が固液分離された場合においても、加熱により空隙からの湧き水、雨水の流出を防止することができた。

実施例１５〜２１
（１）組成物懸濁液の調整
実施例１３により密度が高く、接着性、均一性に優れたサンプルが得られたため、この配合比の近辺の下記表５に示させる配合比の第一溶液と第二溶液を高速攪拌して結晶粒子が均一に分散された組成物の懸濁液を得た。

（２）組成物の性状
得られた組成物の懸濁液を容器に採取し、常温で放置して結晶粒子の大きさ、硬化時間、ゲルの状態、ゲル状の組成物の弾力性、接着性、ゲル状の組成物の脱水反応の有無（分離するか、分散状態が保たれるか）等について観察し、この結果を下記表６に示す。

上記データから微細な間隙から大きな間隙に充填できる充填剤を選定して間隙に充填し、その後の脱水反応を観察し、その結果を下記表７に示した。

これによれば、実施例１５〜２１ではそれに応じた間隙に充填して一時的に止水効果を得ることができたが、間隙充填後１日から２日程度で間隙部に脱水液が流出して滲みが発生した。

そこで、充填剤を注入終了１時間後１分、３分、５分に100度以上で注入箇所・脱水反応箇所を30秒から１分加熱して１週間後の経過を観察してその結果を上記表７に示す。

これによれば、１回の加熱で全て止水され、１週間後においても滲みは認められなかった。

実施例２２として、第二溶液のプロピレングリコール（グリコール類）ガムシロップ（ショ糖水溶液）に替えてグリセリンを使用する以外実施例１〜１４と同様な組成の第一溶液と第二溶液を調整し、これより懸濁液を得、この懸濁液を使用して上記同様な実験を行ったが滲みは認められなかった。

海上、水上、陸上、地中構造物の間隙をガラス質の被膜で完全に覆うことにより脱水液の滲みだしを防止し、間隙からの湧き水、雨水の浸入、炭酸ガス乃至酸素の浸入を防止し、更には構造物の改質を図ることができる。

Claims (4)

1. 構造物の既存の間隙乃至簡易に形成した間隙或いは構造物が異種材質と接する界面間隙に、１種又は２種以上からなるアルカリ金属ケイ酸塩水溶液からなる第一溶液とアルカリ土類金属の塩又は水酸化物を含む第二溶液の混合液を注入し、或いは第一溶液と第二溶液を同時に、或いは順次注入して充填した後、構造物の間隙周辺を強制的に加熱して間隙を封鎖するようにしたことを特徴とする構造物の間隙充填工法。
2. 第一溶液と第二溶液を混合攪拌して調整した懸濁液を間隙に注入する請求項１記載の工法。
3. 懸濁液中に多価アルコール、糖類の１種又は２種を加える請求項２記載の工法。
4. 構造物の間隙に形成された２以上の注入孔より第一溶液と第二溶液をそれぞれ同時に高圧・低圧注入機器を使用して注入して間隙内部で強制混合して充填する請求項１記載の工法。