JP2005219980A - セメント系固化物の補強溶液 - Google Patents

Abstract

【課題】セメント系固化物に対する浸透性が良好で、表面および内部強度の増強ならびに中性化、白華現象の抑制効果を同時に発現する、セメント系固化物の補強溶液を提供すること。
【解決手段】 セメント系固化物に浸透させて用いるセメント系固化物の補強溶液であって、水溶性珪酸塩と水との混合溶液を、細分化して生成したことを特徴とする、セメント系固化物の補強溶液である。
【選択図】図１

Description

本発明は、セメント系固化物の補強溶液に関するもので、特にコンクリートやモルタル、セメントおよび珪酸カルシウム固化物の中性化防止をより深く効果あらしめることに併せて、硬度の向上、防塵、塗床材の下地処理に使用し、塗床材の耐久性向上に係るものである。

コンクリート、モルタルの構成材料であるセメントは、加水することにより、水和反応を起こして、水和生成物を生じた後、脱水、固化する。水和生成物の２５〜３０％は水酸化カルシウム（Ｃａ（ＯＨ）_２）であり、コンクリート、モルタルの凝結力に重要な役割を有する成分である。また、コンクリート、モルタルがＰＨ１２〜１３の強アルカリ性を示すのも、水酸化カルシウムの存在に起因することはよく知られている。このためコンクリート中の鉄筋は、長期間に亘って発錆することはない。
しかし、この水酸化カルシウムは化学物質の影響を受け易く、例えば塩酸ＨＣｌの影響により、以下のような反応を起こす。
水酸化カルシウムＣａ（ＯＨ）_２＋塩酸ＨＣｌ
→塩化カルシウムＣａＣｌ_２＋水Ｈ_２Ｏ
この結果、水和物は結合能力を失い、反応で生成する塩化カルシウムＣａＣｌ_２は水に易溶性のため容易に溶出し、影響を受け難い骨材（砂利、砂）等が露出した状態となっていた。そして、この浸食がコンクリート中の鉄筋周辺まで達すると、鉄筋に錆を生じ体積が膨張する結果、コンクリートが爆裂現象を起こしていた。

そこで、これらの問題を解決する一手段として、固化したコンクリートに水溶性珪酸塩のようなポゾラン物質を与えて（セメント系固化物の補強溶液ａ）、水酸化カルシウムを珪酸カルシウムＣａＯ・ＳｉＯ_２に変換し、より化学的影響を受け難くくすると同時に、コンクリート表面の硬度を向上させる方法を採用している（例えば、特許文献１）。
特開平８−６７５７９号公報

前記した従来のセメント系固化物の補強溶液ａにあっては、次のような問題点がある。
＜１＞コンクリート固化物に浸透し難いため、コンクリートの内部まで硬度を向上させることができない。
＜２＞従来の補強溶液ａはコンクリートに浸透し難いため、その表面で空気中の二酸化炭素と結合して炭酸ナトリウムなどを生成し、表面を白華させる原因となる。

上記のような課題を解決するために、本発明のセメント系固化物の補強溶液は、セメント系固化物に浸透させて用いるセメント系固化物の補強溶液であって、水溶性珪酸塩と水との混合溶液を、細分化して生成したことを特徴とする。
ここで、セメント系固化物とは、コンクリートやモルタル、セメントおよび珪酸カルシウム固化物のことを言う。
また細分化とは、大きなクラスターを小さなクラスターに分解することを言う。

また、本発明のセメント系固化物の補強溶液は、セメント系固化物に浸透させて用いるセメント系固化物の補強溶液であって、水溶性珪酸塩と水と界面活性剤との混合溶液を、細分化して生成したことを特徴とする。
さらに、本発明のセメント系固化物の補強溶液は、前記したセメント系固化物の補強溶液において、前記水溶性珪酸塩の含有量が１０〜１５重量部であり、前記界面活性材の含有量が０．１〜０．５重量部であり、かつ前記水の含有量が８４．５〜８９．９重量部であることを特徴としたものである。

さらに、本発明のセメント系固化物の補強溶液は、前記した何れかに記載のセメント系固化物の補強溶液において、前記水溶液珪酸塩が、珪酸ナトリウムまたは珪酸リチウムの単独、或いはこれらの混合物であることを特徴としたものである。
さらに、本発明のセメント系固化物の補強溶液は、前記したセメント系固化物の補強溶液において、前記珪酸ナトリウムおよび珪酸リチウムにおけるＳｉＯ_２／Ｎａ_２ＯおよびＳｉＯ_２／Ｌｉ_２Ｏのモル比が３〜４であることを特徴としたものである。

さらに、本発明のセメント系固化物の補強溶液は、前記した何れかに記載のセメント系固化物の補強溶液において、前記界面活性剤が、尿素系界面活性剤または脂肪族４級アンモニウム塩系であることを特徴としたものである。

さらに、本発明のセメント系固化物の補強溶液は、前記した何れかに記載のセメント系固化物の補強溶液において、前記細分化は、前記混合溶液をトルマリン細粒中で２４〜４８時間環流して行うことができる。

本発明のセメント固化物の補強溶液は、上記した課題を解決するための手段により、次のような効果の少なくとも一つを得ることができる。
＜１＞本発明は、水溶性珪酸塩と水との混合溶液を細分化して生成したものであるため、セメント系固化物に対して高い浸透性を示すことができる。これによって、本発明をセメント系固化物の表面へ塗布するだけで、セメント系固化物の強度を内部まで向上させることができ、また優れた耐酸性を示す構造に改質することができる。さらに、このセメント系固化物の補強溶液は、材料も安価で安全であるため、施工し易い。
＜２＞セメント系固化物の補強溶液は高い浸透性を示すから、塗布面に残り難くく、表面に白華を生じない。そのため外観的にも優れた仕上がりとできる。

以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態について説明する。

＜１＞全体の構成
本発明にかかるセメント系固化物の補強溶液（以下、補強溶液と呼ぶ。）は、セメント系固化物に対して高い浸透性を示す溶液であって、水溶性珪酸塩と水と界面活性剤を混合して細分化したものである。
以下、各構成部材の詳細について説明する。

＜２＞水溶性珪酸塩
水溶性珪酸塩は、水の存在下で水酸化カルシウムとポゾラン反応をし、珪酸カルシウムＣａＯ・ＳｉＯ_２を生成する。
水溶性珪酸塩には、たとえば珪酸ナトリウムや珪酸リチウムなどが使用できる。また、珪酸ナトリウムと珪酸リチウムとを混合したものを採用することもできる。
珪酸ナトリウムにおけるＳｉＯ_２／Ｎａ_２Ｏのモル比は、３.０〜４.０の範囲に調整するのが好ましく、さらに好ましくは３.０〜３.５の範囲が良い。また、珪酸リチウムにおけるＳｉＯ_２／Ｌｉ_２Ｏのモル比も、３.０〜４.０の範囲に調整するのが好ましく、さらに好ましくは３.０〜３.５が良い。
なお、水溶性珪酸塩は珪酸カルシウムを生成するものであれば、既述した例に限定されるものではない。

＜３＞界面活性剤
界面活性剤は、細分化したクラスターの状態を維持するものである。界面活性剤には、たとえばフルオロアルキルカルボン酸などの尿素系界面活性剤や、テトラメチルアンモニウムクロリドなどの脂肪族４級アンモニウム塩系などが使用できる。
なお、界面活性剤は、補強溶液を細分化した状態で使用できれば、必ずしも添加する必要はない。

＜４＞細分化
細分化とは、液体の分子が互いに手をつなぎあって固まりあったクラスター（分子集団）を、小さな分子の集まりに分解することをいう。
細分化は、たとえばトルマリン細粒２を用いて行うことができる。図１に示すように、水溶性珪酸塩と水と界面活性剤の混合溶液を、水中ポンプ３を用いて、円筒状に形成したトルマリン細粒２中に環流させることにより、細分化して補強溶液１を生成することができる（図１）。環流時間は任意とできるが、好ましくは２４〜４８時間実施するのが良い。
細分化は、微弱な電磁気の流れがクラスター分子を激振することによって、小さなクラスターに分解するもので、トルマリンに限らず、そのほかセラミックスなども採用できる。

細分化された補強溶液は、セメント系固化材に対して高い浸透性を示すことができる。
たとえば、通常５０〜６０の大きなクラスターを形成する水を細分化すると、水分子は５〜１０個程度の小さなクラスターとなり、浸透性、流動性、溶解性が高く、また還元性の強い性質に変質する。

＜５＞施工方法および作用
セメント系固化物の施工面（コンクリート表面）を、硬めのブラシかワイヤーブラシなどでこすり、粉塵などを取り除いて清浄な状態とする。
施工面を乾燥状態にした後、上記のようにして製造した補強溶液を施工面に塗布する。このとき、施工面が凹凸状で、この凹部に補強溶液が溜まるようであれば、まんべんなく広げるのが好ましい。

補強溶液をコンクリートの表面に塗布すると、補強溶液は高い浸透性を示し、コンクリートの内部に浸透する。補強溶液が浸透すると、補強溶液に含まれる水溶性珪酸塩（Ｘ_２Ｏ・ＳｉＯ_２）とコンクリート成分中の水酸化カルシウム（Ｃａ（ＯＨ）_２）とが反応して（式１）、珪酸カルシウム（ＣａＯ・ＳｉＯ_２）を生成する。

Ｘ_２Ｏ・ＳｉＯ_２＋Ｈ_２Ｏ＋Ｃａ（ＯＨ）_２
→ＣａＯ・ＳｉＯ_２＋２ＸＯＨ＋Ｈ_２Ｏ （式１）
Ｘ＝Ｎａ又はＬｉ

生成された珪酸カルシウムは、ガラス状を呈しており、強い接着力を示す。この珪酸カルシウムがポーラスなコンクリートの空隙を埋め、構造をより緻密化することによって、コンクリートはクラックが発生し難くなり、また表面から内部に亘って強度が向上する。さらに、コンクリートは空気中の二酸化炭素や酸性雨による影響を受け難く改質され、コンクリートの風化防止および防塵にも繋がる。

なお、本発明の補強溶液は、コンクリートやモルタル、セメントおよび珪酸カルシウムなどで構成した既存の構造物に用いる場合に限らず、地盤改良などにも使用することができる。例えば、セメントと原位置の地盤を撹拌・混合して、地盤改良を行った後に、表面に本発明の補強溶液を塗布する。この結果、地盤改良部の表面から内部までの強度が向上し、優れた耐酸性を示すことができる。

コンクリートに見たてたビーズ法発泡スチロール板４の表面に、メチレンブルーを用いて着色した補強溶液１と、従来の補強溶液（従来品ａ）とを０．１５〜０．２ｋｇ／ｍ^２滴下し、それぞれの浸透状態を観察した（図２）。

この結果、補強溶液１は数分以内にスチロール板４内に浸透し、表面の液体は消失した。一方、従来品ａは全くスチロール板４に浸透せず、約２４時間後には空気中への蒸散により、液体は消失した。この表面には、有効成分である固形分の残存が認められた。
補強溶液１を滴下したスチロール板４を切断すると、メチレンブルーが内部まで浸透しているのが認められた。

すなわち、本発明にかかる補強溶液は、従来のようにコンクリートの表面層だけを改質するものではなく、セメント系固化物の内部にまで浸透してポゾラン反応を生ぜしめるものであるから、たとえばセメント系固化物に強い衝撃が作用しても、その表面が剥離してセメント系固化物の地肌が露出する心配はない。
また、補強溶液は、本実施例のように浸透速度が速いため、セメント系固化物への塗布後、すぐにその上面を歩行できるという効果も奏する。さらに、本補強溶液は浸透性が高いため、多量に塗布しなくても、内部まで確実に浸透させることができる。

次に、本発明の補強溶液をコンクリート板の半分に塗布し、残りの半分を無処理の状態とした試験体を、５％の塩酸浴中に２４時間浸漬した状態を観測した。
補強溶液１を塗布した部分には、若干の変色が認められたが、コンクリート表面が浸食するまでには至らなかった。一方、コンクリートの無処理部は、甚だしく浸食して溶解が認められ、骨材の露出が見られた。
これによって、補強溶液を塗布したコンクリート面では、水酸化カルシウムが珪酸カルシウムに変わり、酸による化学的影響を受け難くなっていることが認められた。

細分化によりコンクリート補強溶液を生成している実施例の説明図。 実施例１の説明図。

符号の説明

１・・・セメント系固化物の補強溶液
２・・・トルマリン細粒
３・・・水中ポンプ
４・・・ビーズ法発泡スチロール板
ａ・・・従来の補強溶液

Claims (7)

1. セメント系固化物に浸透させて用いるセメント系固化物の補強溶液であって、
   水溶性珪酸塩と水との混合溶液を、細分化して生成したことを特徴とする、
   セメント系固化物の補強溶液。
   
2. セメント系固化物に浸透させて用いるセメント系固化物の補強溶液であって、
   水溶性珪酸塩と水と界面活性剤との混合溶液を、細分化して生成したことを特徴とする、
   セメント系固化物の補強溶液。
   
3. 請求項２に記載したセメント系固化物の補強溶液において、
   前記水溶性珪酸塩の含有量が１０〜１５重量部であり、前記界面活性材の含有量が０．１〜０．５重量部であり、かつ前記水の含有量が８４．５〜８９．９重量部であることを特徴とした、
   セメント系固化物の補強溶液。
   
4. 請求項１乃至請求項３の何れかに記載のセメント系固化物の補強溶液において、
   前記水溶液珪酸塩が、珪酸ナトリウムまたは珪酸リチウムの単独、或いはこれらの混合物であることを特徴とした、
   セメント系固化物の補強溶液。
   
5. 請求項４に記載のセメント系固化物の補強溶液において、
   前記珪酸ナトリウムおよび珪酸リチウムにおけるＳｉＯ_２／Ｎａ_２ＯおよびＳｉＯ_２／Ｌｉ_２Ｏのモル比が３〜４であることを特徴とした、
   セメント系固化物の補強溶液。
   
6. 請求項２乃至請求項５の何れかに記載のセメント系固化物の補強溶液において、
   前記界面活性剤が、尿素系界面活性剤または脂肪族４級アンモニウム塩系であることを特徴とした、
   セメント系固化物の補強溶液。
   
7. 請求項１乃至請求項６の何れかに記載のセメント系固化物の補強溶液において、
   前記細分化は、前記混合溶液をトルマリン細粒中で２４〜４８時間環流して行うことを特徴とした、
   セメント系固化物の補強溶液。
   

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