JP2006248792A - 軽量導電性セメント組成物及び当該導電性セメント組成物を用いた電気防食用保護材 - Google Patents

Abstract

【課題】 軽量であるとともに、優れた導電性を有し、コンクリートとの付着性に優れ、作業性が良好な軽量導電性セメント組成物、特に、コンクリート構造物の電気防食工法における陽極の抵抗率の低減及び不活性化を防止することができる導電性セメント組成物及び当該軽量導電性セメント組成物を用いた電気防食用陽極保護材を提供する。
【解決手段】 軽量導電性セメント組成物は、セメント、亜硝酸リチウム、粘土鉱物及び気泡を含み、かつ、含有される空気の合計量が３０〜６０容量％であり、前記セメント１００質量部に対して前記粘土鉱物が５〜３０質量部の割合で配合されてなり、当該軽量導電性セメント組成物を、電気防食用工法における、線状、面状及び点状等の任意の形状の陽極の保護材、特に天井に施工する陽極の保護材として有効に用いる。
【選択図】 なし

Description

本発明は、軽量導電性セメント組成物及び当該導電性セメント組成物を用いた、線状、面状及び点状等の任意の形状の陽極を保護する電気防食用保護材に関し、特に、軽量であってかつ優れた導電性を有し、作業性を向上させた軽量導電性セメント組成物及び当該導電性セメント組成物を用いた電気防食用保護材に関するものである。

鉄筋コンクリート構造物中の鉄筋等の鋼材は、ある塩分濃度以上の状態に晒されると、腐食電池が発生し、アノード部の鉄筋の電気腐食が発生する。
かかる腐食電池の発生により誘発される鉄筋の腐食を防止する手段として、コンクリート表面に設置した陽極からコンクリート中の鉄筋に電流を流し続けることにより、コンクリート中の鋼材の腐食反応を抑制する電気防食工法が推奨されており、鉄筋コンクリート構造物の補修工法の一つとして利用されている。

しかし、比較的高い抵抗率であるコンクリート中の鉄筋を電気防食する場合、上記流電陽極法では、時間の経過とともに、防食に必要な陽極発生電流が減少し、長期にわたり陽極と鉄筋との間に有効な電位差を維持することが困難であった。
電気防食工法に用いられる陽極材としては、チタン（Ｔｉ）等の金属が使用されているが、当該陽極を鉄筋コンクリート構造物の表面に設置した後には、かかる陽極の抵抗率の低減及び不活性化を防止するため、コンクリート中の鉄筋の電気防食に際しては、当該陽極の性能を保護するための保護材料で陽極周辺を被覆する必要がある。

かかる電気防食法に用いられる、線状、面状及び点状等の任意の形状の陽極の保護材として要求される性能は、コンクリート構造物のコンクリートよりも高い導電性を長期間に渡り保持することである。
また、電気防食工法では、コンクリート構造物のコンクリート表面に陽極を設置し、その陽極の設置を保護するため、コンクリートとの付着性に優れた保護材が要求される。
かかるコンクリートとの付着性のよい保護材としては、ポリマーセメントモルタルが用いられるが、通常のセメントモルタルよりも、導電性が低いという欠点があり、電気防食工法に使用するには問題がある。
また、最近では、容易に取り付けが可能で、防食対象全面の下地処理が不要な線状方式により、天井面等へ陽極を設置することを要求されるケースが増加している。

特開平４−７４７４７号公報には、高弾性、電磁波遮蔽性、急硬性及び強度発現性を発現させる導電性モルタル組成物であって、具体的には、セメント、石膏、アルミナセメント、炭素繊維及びポリマー混和材を主成分とする導電性モルタル組成物が開示されている。
また、特開平７−２０６５０２号公報には、電気防食用に用いることができる導電性ポリマーセメントモルタルであって、具体的は、炭素繊維や導電性微粒子を含有する導電性ポリマーセメントモルタルが開示されている。

しかし、上記導電性を向上させた保護モルタル材料の多くは、炭素材料を混入してモルタルの導電性を向上させているため、炭素が通電により酸化してＣＯ_２となってしまい、長期においては通電性が低下するという問題点がある。
更に、これらの炭素繊維を利用した技術においては、天井面等に陽極を設置する場合、施行時のモルタルの自重により、モルタルが落下してしまうという問題点も有している。

また、本件出願人による特願２００４−０９５５５３号においては、セメント、亜硝酸リチウム、セメント混和用遅延剤、合成界面活性剤系起泡剤及びセメント混和ポリマーを含有した電気防食用ポリマーセメントモルタルが提案されている。
かかる電気防食用ポリマーセメントモルタルは、合成界面活性剤系起泡剤の混合使用量をセメント１００質量部に対し０．１〜１．０質量部とし、空気量を最大約２５容量％とするもので、天井面等へ施工する際には、更に十分な導電性を保持するとともに単位容積質量を、より軽量化することが期待されている。
特開平４−７４７４７号公報 特開平７−２０６５０３号公報 特願２００４−０９５５５３号

本発明の目的は、軽量であるとともに、優れた導電性を有し、コンクリートとの付着性に優れ、作業性が良好な軽量導電性セメント組成物を提供することである。
更に本発明の他の目的は、軽量であるとともに、特に、天井面等へ陽極を設置する際のコンクリートへの付着性に優れ、また、陽極の抵抗率の低減及び不活性化を防止することができる、上記本発明の軽量導電性セメント組成物を用いた電気防食用陽極保護材を提供することである。

本発明者らは、上記課題を解決するため、セメント組成物に気泡を含有させるとともに、亜硝酸リチウムに加え、更に保水性を有する粘土鉱物を含有させることより、上記課題が達成できることを見出し、本発明に到達した。

本発明の軽量導電性セメント組成物は、セメント、亜硝酸リチウム、粘土鉱物及び粘土鉱物及び気泡を含み、かつ、含有される空気の合計量が３０〜６０容量％であり、前記セメント１００質量部に対して前記粘土鉱物が５〜３０質量部の割合で配合されてなることを特徴とする。
好適には、本発明の軽量導電性セメントモルタルは、前記粘土鉱物がスメクタイト系粘土鉱物及び／又は繊維状粘土鉱物の少なくとも１種であり、単独でも複数混合して用いることもできる。
本発明の電気防食用保護材は、前記本発明の軽量導電性セメント組成物を用いてなるものである。

本発明の軽量導電性セメント組成物は、軽量で優れた導電性を有し、コンクリートとの付着性に優れ、天井等へ施工した場合であってもダレが生じることなく、施工性・作業性が良好である。
また、通常のセメントモルタルより抵抗率が低く、炭素材料等の導電性材料を混入せずに導電性を向上させることができるため、長期においても安定した導電性を保持することが可能となる。
更に、鉄筋コンクリート構造物の電気防食工法における劣化防止や補修に関して優れた効果を発揮することができる。

また、本発明の電気防食用保護材は、上記本発明の軽量導電性セメント組成物を電気防食用の線状、面状及び点状等の任意の形状の陽極の保護材として用いることができ、従って、電気防食に必要な陽極発生電流を減少させることなく、長期にわたり陽極と鉄筋との間に有効な電位差を維持することが可能となる。

本発明を以下の好適な実施態様により説明する。
本発明の軽量導電性セメント組成物は、セメント、亜硝酸リチウム、粘土鉱物及び気泡を含み、かつ、含有される空気の合計量が３０〜６０容量％であり、前記セメント１００質量部に対して前記粘土鉱物が５〜３０質量部の割合で配合されてなるものである。
このような構成を有することにより、軽量であるとともに、十分な導電性を有し、コンクリートとの付着性を高め、作業性に優れた導電性セメント組成物とすることができ、従って、例えば、特に電気防食工法を天井面等に容易に施工することが可能となる。

本発明の軽量導電性セメント組成物に用いることができるセメントの種類は特に限定されず、例えば、普通、早強などの各種ポルトランドセメントや、高炉セメント、シリカセメント及びフライアッシュセメントの各種混合セメントや、白色ポルトランドセメント及びアルミナセメント等、市場で入手できる種々のセメントを例示することができ、これらを単独で又は混合して用いることができる。

また、本発明の軽量導電性セメント組成物に用いられる亜硝酸リチウムは、そのまま用いてもよいが、水溶液としても使用することも可能である。
その混合量としては、前記セメント１００質量部に対して、好ましくは亜硝酸リチウム２〜３０質量部、更に好適には５〜２０質量部であることが、本発明の軽量導電性セメント組成物の導電性をより向上させることができるので望ましい。
また、亜硝酸リチウムを水溶液として用いる場合には、その濃度については特に限定されないが、通常、１０〜５０質量％の濃度の水溶液で用いればよい。

本発明の軽量導電性セメントモルタルに用いられる粘土鉱物としては、スメクタイト系粘土鉱物及び／又は繊維状粘土鉱物の少なくとも１種を使用することができる。
本発明においては、軽量化を図るために、導電性セメント組成物中の空気量を増大させているが、当該気泡は絶縁性であるため、該セメント組成物の導電性が著しく低下し、高い導電性を長期間保持することが必要な電気防食工法における電極保護材料、例えば陽極保護材に求められる性能を満足することができない場合もある。

従って、上記亜硝酸リチウムに加えて、上記粘土鉱物を本発明のセメント組成物に含有させることにより、当該セメント組成物中に気泡が存在する軽量セメント組成物においても優れた導電性を保持することを可能とするのである。
本発明において好適に使用できる粘土鉱物は、高い保水性を有する粘土鉱物であれば高い導電性を付与することができ、上記粘土鉱物に限定されるものではない。

好適に用いることができるスメクタイト系粘土鉱物としては、モンモリロナイト等が挙げられ、繊維状粘土鉱物としては、セピオライト、パリゴスカイト、アタパルジャイト等が挙げられる。
また、その混合量としては、セメント１００質量部に対して、粘土鉱物（乾燥固形分）５〜３０質量部、好適には１０〜２０質量部であることが、本発明のセメント組成物の軽量性を保持した状態で導電性を改善し、電気防食用保護材料として陽極保護材料に有効に用いることができる。

さらに、本発明のセメント組成物に用いることができる起泡剤としては、合成界面活性剤系起泡剤やたん白系起泡剤が例示でき、合成界面系活性剤としては、アニオン系、カチオン系、両性界面活性剤、非イオン界面活性剤等の種々の界面活性剤を使用することができる。
例えば、アニオン系界面活性剤としては、カルボン酸塩、硫酸エステル塩、スルホン酸塩、りん酸エステル塩、カチオン系界面活性剤としては、第一級アミン塩、第二級アミン塩、第三級アミン塩、第四級アンモニウム塩、両性界面活性剤としては、アミノ酸型、ベタイン型、非イオン系界面活性剤としては、ポリエチレングリコール型、多価アルコール型を例示することができ、これらを単独でもしくは併用して、適量配合することも可能である。

これらの起泡剤を、亜硝酸リチウムと併せて混入することにより、セメント組成物中に発生した気泡の中に亜硝酸リチウムが取り込まれる結果となり、さらに導電性を向上させることができる。
本発明のセメント組成物中に含まれる空気の合計量は、３０〜６０容量％、好ましくは３０〜４０容量％であることが、圧縮強度及び導電性を低下させることなく、軽量化が図れるため望ましい。
かかる空気量は、起泡剤を用いて発泡させた気泡を含む、セメント組成物中に含まれる空気全体の合計量である。
これは、空気は絶縁性であるため、多量に混入させると、導電性が低くなってしまうからである。

また、起泡剤の混合量は、起泡剤の標準配合量を参考に、所定のセメント組成物の練上がり単位容積質量になるように予め適量を測定しておくことが望ましく、発泡させた泡を多量に混入しすぎた場合は導電性および圧縮強度が低下してしまい好ましくない。

また、本発明で使用するセメントには、長期強度の向上、乾燥収縮の緩和のため、ポゾラン活性を有する材料である高炉スラグ粉末、フライアッシュ、シリカフューム、石灰石粉末、石英粉末、二水石膏、半水石膏、Ｉ型及びＩＩ型及びＩＩＩ型無水石膏等の混和材を、単独でもしくは併用して、適量配合することも可能である。

更に、本発明のセメント組成物に細骨材を配合しても良い。かかる細骨材としては、川砂、山砂、陸砂、砕砂、海砂、珪砂３〜７号等の比較的粒径の細かい細骨材、または珪石粉、石灰石粉等の微粉末を使用できる。
当該細骨材の配合量は、通常、セメント１００質量部に対して、好適には５０〜４００質量部、より好ましくは１００〜２００質量部とすることが導電性および強度発現性等の点から望ましい。

本発明のセメント組成物は、原材料である上記セメント、亜硝酸リチウム、粘土鉱物、起泡剤及び水、必要に応じて、骨材や上記公知の混和剤を混合して製造することができるものである。その混合方法は特に限定されず、前記材料中の一部を予め混合して用いてもよいし、また現場にて全材料を一度に混合してもよい。
例えば、その混合方法には、予め発泡させた気泡に、予め上記セメント、粘土鉱物や骨材等を混合した粉体を添加させて混合する方法が有効である。
特に起泡剤については、起泡剤と水から所望する量の気泡を発生させるミックスフォーム方式あるいは発泡装置を利用して気泡を製造するプレフォーム方式等の公知の方法によって気泡を予め発生させることが好適である。

本発明のセメント組成物に使用する水の量は、使用する材料の種類や配合により変化させることができるため、一義的に決定されるものではないが、通常、水／セメント比で２５〜６０質量％が好ましく、特に３０〜５０質量％が好ましい。かかる範囲で水を配合することにより、十分な作業性と十分な強度発現性が得られることとなる。

このようにして得られた本発明のセメント組成物は、亜硝酸リチウムと保水性の高い粘土鉱物と起泡剤をセメント組成物に混和することにより、導電性とコンクリートとの付着性を高め、作業性に優れたものとすることができ、従って当該セメントモルタルを電気防食工法の二次陽極材及び陽極被覆材に用いることを可能とする。
特に、電気防食工法において、陽極を天井面へ設置する場合、本発明のモルタルは、自重で落下することなく、施工性に優れるものである。

本発明を次の実施例、比較例及び試験例により説明するが、これらに限定されるものではない。
実施例１〜４；比較例１〜５
下記の各原材料を用いて、表１に示す配合割合で、水、亜硝酸リチウム水溶液および起泡剤を計量して混合して発泡させた後、当該発泡材料に、別途予め混合したセメント、骨材及び粘土鉱物の混合粉体を投入し、ハンドミキサーにて混練し、表１に示す空気量を有する、セメント組成物を調製した。
・セメント：早強ポルトランドセメント（住友大阪セメント株式会社製）
・亜硝酸リチウム：リフレα４０（亜硝酸リチウム４０％水溶液、住友大阪セメント株式会社製）
・粘土鉱物；ベントナイト（ホウージュン株式会社製）
・合成界面活性剤系起泡剤：スミシールドＡ（住友大阪セメント株式会社製）
・骨材：珪砂６号
・水：水道水
なお、表１には、各セメント組成物に含有される空気量も示す。
かかる空気量とは、得られたセメント組成物の練上り単位容積質量を測定し、使用材料の真比重を用いて計算した値である。

試験例
試験例１；単位容積質量
上記実施例１〜４及び比較例１〜５で得られた、各セメント組成物を、直径５０ｍｍ×高さ１００ｍｍの容器に流し込んで、各セメント組成物の質量を測定算出し、単位容積あたりの質量を求めた。その結果を表２に示す。

試験例２；圧縮強度の測定
実施例１〜４及び比較例１〜５で得られた、各セメント組成物を、直径５０ｍｍ×高さ１００ｍｍの型枠に流し込み、材齢２８日後に、ＪＩＳ Ａ １２１６「土の一軸圧縮試験方法」に準拠して圧縮強度試験を行った。その結果を表２に示す。

試験例３；抵抗率の測定
（試験体の製造）
上記実施例１〜４及び比較例１〜５で得られたセメント組成物を、４０×４０×１６０ｍｍ型枠に流し込むと同時に、電極板としてステンレス鋼（Ｓｕｓ３１６、ｔ＝０．３ｍｍ）を用いて、かかる電極板を、電極間距離１４０ｍｍ、電極面積３０×４０ｍｍとして、前記型枠内のモルタルに電極版を埋め込んだ。
２４時間後にかかる試験体を型枠から脱型して４０×４０×１６０ｍｍの試験体モルタルを得た。
次いで、脱型後、温度２０℃、湿度８５％ＲＨの環境下で養生を行い、材齢２８日後のものを試験体とした。

（導電性試験）
インピーダンス測定装置（製品名；ＬＣＲハイテスタ、ＨＩＯＫＩ株式会社製）を用いて、上記材齢２８日後の試験体のコンダクタンスを測定し、次式により、抵抗率を算出し、その結果を表２に示す。
抵抗率（Ω・ｃｍ）＝（Ｒ・Ａ）／Ｌ、 Ｒ＝１／Ｇ
上記式中、Ａは電極の面積、Ｌは電極間の距離、Ｒは抵抗（Ω）、Ｇはコンダクタンス（Ｓ）を表す。

試験例４； ダレ性の測定
ＪＩＳ Ａ ５３０４に規格される舗道用コンクリート平板に線状陽極を張付けた板を天井向きに設置し、その上から、実施例１〜４及び比較例１〜５で得られた各セメント組成物を天井向きに目地コテを用いて、１０ｍｍ厚さでオーバーレイした際の、各セメント組成物のダレ、剥離を２４時間後に目視にて確認した。その結果を表２に示す。
ただし、表２中、ダレ性が認められたものを「×」で、ダレ性が認められなかったものを「○」で表示した。

総合評価
上記試験１〜４の結果中、得られた単位容積あたりの質量が０．７〜１．５ｇ／ｃｍ^３であれば、軽量化が図れたものとして「○」、得られた各圧縮強度の値が２．５Ｎ／ｍｍ^２以上の場合には、圧縮強度が優れるものとして「○」、また、２．５Ｎ／ｍｍ^２未満の場合には、圧縮強度に劣るものとして「×」、また、得られた各電気抵抗率の値が５０００Ω未満の場合には、導電率が優れるものとして「○」、５０００Ω以上の場合には導電性に劣るものとして「×」、更には、ダレ性の評価は上記したものとして、すべての評価が「○」のものを、表２中の評価の欄に「○」で表示した。

本発明の軽量導電性セメントモルタルは、上記効果を有するため、コンクリート構造物の電気防食工法において、特に天井等への施工に有用に用いることができ、特に電気防食用陽極保護材として、また二次陽極材として用いることができる。

Claims (3)

1. セメント、亜硝酸リチウム、粘土鉱物及び気泡を含み、かつ、含有される空気の合計量が３０〜６０容量％であり、前記セメント１００質量部に対して前記粘土鉱物が５〜３０質量部の割合で配合されてなることを特徴とする、軽量導電性セメント組成物。
2. 請求項１記載の軽量導電性セメント組成物において、前記粘土鉱物は、スメクタイト系粘土鉱物及び／又は繊維状粘土鉱物の少なくとも１種であることを特徴とする、軽量導電性セメント組成物。
3. 請求項１または２項記載の軽量導電性セメント組成物を用いた、電気防食用保護材。