JP2007197308A - コンクリート表面改質剤 - Google Patents

Abstract

【課題】 寒冷条件下においても塗布作業が可能であり、しかもコンクリートを改質し、その物性を改善し得るコンクリート表面改質剤を提供すること
【解決手段】 ケイ酸塩およびカリウム塩を有効成分として含有するコンクリート表面改質剤およびコンクリート表面上に、このコンクリート表面改質剤を塗布するコンクリート表面の改質方法。
【選択図】 なし

Description

本発明は、コンクリート表面剤に関し、更に詳細には、コンクリートを中性化や凍害から防止し、緻密化させることのできるコンクリート表面改質剤に関するものである。

従来より、コンクリートについて、様々な劣化要因が知られており、古くからこの劣化に対処するための手段について検討がなされてきた。このコンクリートの劣化の要因としては、内部に進入する炭酸ガスによって、コンクリートがアルカリ性から中性へと変化し（中性化）、水、酸素、炭酸ガス、塩類によって鉄筋が錆びて腐蝕することや、原料として使用する海砂に含まれる塩類によるコンクリートの化学的劣化、クラックの発生による漏水を契機とするコンクリートの損傷等が挙げられる。

このようなコンクリートの劣化要因に対する従来の対応としては、コンクリートを形成するセメントの組成変更や迅速硬化性モルタルを用いる応急処置などが知られている。このうち、中性化、クラック発生などに対しては、セメントの組成変更である程度の効果が認められる。しかし、迅速硬化性モルタルの使用は、現存のクラックへ応急的に充填することは可能であるが、更に進行しようとする劣化に対しては無力である。

この点、例えば、ポルトランドセメント組成物と、微細シリカ、水ガラス、および珪弗化マグネシウム又はマグネシア並びにシリカを含んだ珪弗化物の少なくとも１種からなる水溶性珪弗化物を含有するコンクリート劣化抑止結晶増進剤が提案されている（特許文献１）。しかし、この組成物は構成する素材が複雑であり、製造コストが高くつくと共にスラリー状物として安定性維持が容易でないという問題があった。他にも、いくつか同様の作用を有するコンクリート表面改質剤が知られているが、これらにも効果の点や脂溶性の面で問題があった。

例えば、常温下では問題なく作業できたとしても、外気温が氷点下になるような条件下では、凍結等してしまい塗布ができなくなるというような問題があった。そして、この問題により、寒冷地域（例えば、北海道や東北地方）では、冬場の作業が事実上できないことになり、施工期間が限られてしまっていた。

特許第２５２１２７４号

本発明はかかる技術背景に鑑みてなされたものであり、その課題は、寒冷条件下においても塗布作業が可能であり、しかもコンクリートを改質し、その物性を改善し得るコンクリート表面改質剤を提供することにある。

本発明者らは上記課題を解決すべく鋭意検討を行った結果、ケイ酸塩とカリウム塩とを組み合わせた組成物は、氷点下以下の温度であっても凍結しにくく、コンクリート表面改質剤として使用しうることを見出し、本発明に至った。

すなわち本発明は、ケイ酸塩およびカリウム塩を有効成分として含有するコンクリート表面改質剤である。

また本発明は、コンクリート表面上に、上記のコンクリート表面改質剤を塗布するコンクリート表面の改質方法である。

本発明によれば、氷点下以下の温度であっても凍結しにくく、しかも、塗布後のコンクリート表面に十分な摩耗強度と耐水性を付与することのできるコンクリート表面改質剤を得ることができる。

従って、本発明のコンクリート表面改質剤は、特に寒冷地において、コンクリートの改質のために有利に利用することができる。

本明細書において、コンクリート表面改質剤とは、脆弱したコンクリートの表面を改質して緻密化し、表面強度が向上する薬剤を意味する。

本発明のコンクリート表面改質剤は、必須成分として、ケイ酸塩およびカリウム塩を含有するものである。

このうちケイ酸塩としては、ケイ酸ナトリウム、ケイ酸カリウム、ケイ酸リチウム等を使用することができる。これらケイ酸塩は、複数を組み合わせて使用することができるが、ケイ酸ナトリウムとケイ酸カリウムの組み合わせが好ましい。

これらケイ酸塩は一般に水ガラスなどとして販売されているものであるが、本発明のコンクリート表面改質剤においては、その固型分換算濃度として、５〜３０質量％（以下、「％」と示す）が好ましく、１０〜２０％であることがより好ましい。

また、本発明のコンクリート表面改質剤において使用されるカリウム塩としては、ケイ酸カリウム以外のカリウムを含む塩、例えば、炭酸カリウム、クエン酸カリウム、酢酸カリウム等が挙げられる。このうち、炭酸カリウムを使用することが好ましい。

このカリウム塩のコンクリート表面改質剤への配合量は、使用予定温度やケイ酸塩の種類およびその配合量によっても相違するが、５〜２５％程度が好ましく、更に７〜２１％であることが好ましい。

また、本発明のコンクリート改質剤は、上記必須成分であるケイ酸塩およびカリウム塩の他に、低級アルコールおよび／または界面活性剤を含有することが好ましい。

上記低級アルコールとは、炭素数５以下の１価又は多価のアルコールであり、エタノール、イソプロパノール、グリセリン等が例示できるが、これらのうち、エタノールが好ましく用いられる。

また、上記界面活性剤としては、陰イオン界面活性剤、陽イオン界面活性剤、両性界面活性剤、非イオン性界面活性剤のいずれであっても用いることができる。

上記陰イオン界面活性剤としては、スルホン酸ナトリウム、カルボン酸ナトリウム、カルボン酸カリウム等が挙げられ、これらのうちスルホン酸ナトリウムが好ましく用いられる。また、上記陽イオン界面活性剤としては、アルキルトリメチルアンモニウム塩、ジアルキルジメチルアンモニウム塩やアミン塩系界面活性剤が挙げられ、このうち、アルキルトリメチルアンモニウム塩が好ましく用いられる。このアルキルトリメチルアンモニウム塩としては、炭素数１２〜１８のアルキル基を有するものが好ましく、具体的には、ドデシルトリメチルアンモニウムクロライド、ドデシルトリメチルアンモニウムブロマイドなどが挙げられる。このうち、ドデシルトリメチルアンモニウムクロライドが特に好ましく用いられる。

上記両性界面活性剤としては、イミダゾリン系両性界面活性剤、アミノカルボン酸塩等が挙げられ、このうちイミダゾリン系両性界面活性剤が好ましく用いられる。このイミダゾリン系界面活性剤の具体例としては、２−アルキル−Ｎ−カルボキシルメチル−Ｎ−ヒドロキシルエチルイミダゾリニウムベタイン（アルキル基の炭素数１２〜１８）が例示でき、２−ドデシル−Ｎ−カルボキシルメチル−Ｎ−ヒドロキシルエチルイミダゾリニウムベタインが特に好ましく用いられる。

また、上記非イオン性界面活性剤としては、ポリオキシアルキレンアルキルエーテル、アルキルグルコシド、ソルビタン脂肪酸エステル、ショ糖脂肪酸エステルなどが挙げられ、これらのうち、ポリオキシアルキレンアルキルエーテルが好ましく用いられる。このポリオキシアルキレンアルキルエーテルとしては、一般式Ｒ−Ｏ−（Ｃ_ｍＨ_２ｍＯ）_ｎＨ（式中、Ｒは炭素数１２〜２２のアルキル基を示し、ｍは１〜５の整数を示し、ｎは１〜２０の整数を示す）で表される化合物が好ましく、エチレンオキサイド付加モル数が３〜１５であるポリオキシエチレンドデシルエーテルが特に好ましく用いられる。

上記低級アルコールおよび／または界面活性剤を使用する場合のコンクリート表面改質剤への配合量は、ケイ酸塩やカリウム塩の種類およびその配合量によっても相違するが、０．００１〜１０％が好ましく、更に０．００３〜５％が好ましい。

このように低級アルコールや界面活性剤を用いることによって、コンクリート表面改質剤の表面張力が低下するため、劣化したコンクリート表面への含浸力を向上させることができる。

本発明のコンクリート表面改質剤は、常法に従って製造されるが、上記低級アルコールおよび／または界面活性剤を含有する態様と、これらの成分を含まない態様とでは、その好ましい製造方法が相違する。すなわち、低級アルコールおよび／または界面活性剤を含有しない態様における製造方法の一例を示すと、まず容器中に水等の水性溶媒を入れ、次いでこれにケイ酸塩を加え、全体が均一となるまで良く混合する。次いで、混合液が均一となったことを確認した後、カリウム塩を加え、溶液が透明となるまで混合することにより当該態様のコンクリート表面改質剤を得ることができる。

一方、低級アルコールおよび／または界面活性剤を含有する態様における製造方法の一例を示すと、まず容器中に水等の水性溶媒と低級アルコールおよび／または界面活性剤を入れ、次いでこれにカリウム塩を加え、全体が均一となるまで良く混合する。次いで、混合液が均一となったことを確認した後、ケイ酸塩を加え、溶液が透明となるまで混合することにより、当該態様のコンクリート表面改質剤を得ることができる。

本発明のコンクリート表面改質剤の製造に当たっては、その効果を損ねない範囲で種々の任意成分を加えることができる。この任意成分の例としては、シラン系あるいはフッ素系の撥水剤、アクリル樹脂、ウレタン樹脂、ＳＢＲ樹脂、エポキシ系樹脂、酢酸ビニル系樹脂等のエマルション、亜硝酸塩等の防錆剤、顔料等のトナー、シリコン系あるいは鉱物油系の消泡剤、ポリカルボン酸系あるいはアクリル系の分散剤、無機系もしくは有機系の防菌剤、有機系の防黴剤等を挙げることができる。

ただし、低級アルコールおよび／または界面活性剤を含有する態様においては、上記任意成分のうちシラン系あるいはフッ素系の撥水剤を併用するとその含浸力向上効果が低減するため、上記シラン系あるいはフッ素系の撥水剤を除く任意成分が用いられる。

以上説明したコンクリート表面改質剤は、例えば、次のようにして使用される。すなわち、処理対象となるコンクリート面に、例えば塗布装置等を用いて塗布される。塗布に用いられる塗布装置としては特に限定はないが、例えば、刷毛やローラー、レーキ、ブラシ又は、市販されている噴霧器、液体散布機等が挙げられる。

改質剤の対象となるコンクリート面としては、施工直後のコンクリート面であっても、また、劣化が認められたコンクリート面であっても良いが、コンクリート表面を緻密化して強化させる理由から、打設して数年たったコンクリート面に適用することが効果的である。

次に、実施例を挙げて本発明を更に詳しく説明するが、本発明はこれら実施例に何ら制約されるものではない。

実 施 例 １
表１ないし４に記載の組成物を調製し、それらについて、下記方法により−５℃および−１０℃での凍結性を調べた。この結果もそれぞれの表に示す。

（凍結性試験）
各組成物を、−１０℃、−５℃の雰囲気下に２４時間放置し、放置後の凍結状態を下記基準により調べた。
評 価 ： 組成物の状態
○ ： 液体
○△ ： 若干固体の部分があるがほとんど液体
△ ： 半液体状態または半固体状態
△× ： 若干液体の部分があるがほとんど固体（シャーベット状）
× ： 固体

（ 結 果 ）

表１ないし４から、炭酸カリウムを添加しない場合は、−５℃および−１０℃の何れでも凍結してしまうが、炭酸カリウムを添加することにより、凍結が防止され、この凍結防止効果は、炭酸カリウム添加量に比例していることが明らかになった。

実 施 例 ２
種々のケイ酸塩について、これにどの程度の量の炭酸カリウムを加えると、−５℃および−１０℃で凍結防止が可能であるかを、実施例１の方法により調べた。この結果を表５ないし７に示す。

（ 結 果 ）

表５ないし７から、−５℃までの凍結防止効果を得るためには、７〜１０％以上の炭酸カリウムの添加が、−１０℃までの凍結防止効果を得るためには、１２〜２１％以上の炭酸カリウムの添加が必要であり、ケイ酸塩濃度が高いほど、炭酸カリウムの添加量が少なくても良いことが明らかになった。

実 施 例 ３
実施例１で得た組成物のいくつかについて、下記方法により摩耗性および吸水性を調べた。この結果を表８および表９に示す。

（摩耗試験）
水セメント比５０％、砂セメント比２の、１００×１００×５ｍｍのモルタル板に、各組成物を２５０ｇ／ｍ^２で塗布し、７日間養生した。その後、テーバー摩耗試験機（２５０ｇ荷重）を用い、１０００回回転後の摩耗量を測定した。

（吸水試験）
水セメント比５０％、砂セメント比３の、７０×７０×２０ｍｍのモルタル板を作製し、これを試験試料として使用した。このモルタル板を２８日養生後、各組成物を２５０ｇ／ｍ^２で上下面に塗布した。この際、４辺はエポキシ樹脂でコーティングした。組成物塗布後、７日間養生し、次いでこれを水中に浸漬し、１時間後の吸水量を測定した。更に吸水量から吸水率および吸水比（無処理を１００とした時の吸水比)を算出した。

（ 結 果 ）

これらの結果から、炭酸カリウムの添加によっても、耐摩耗性や吸水性の低下は認められず、実施例で得られた組成物はコンクリート表面改質剤として利用できることが明らかになった。

実 施 例 ４
（含浸力試験）
表１０ないし１５に記載の組成物を調製し、それぞれの表面張力をデュヌイ表面張力測定試験器によって測定した。この結果もそれぞれの表に示す。

※１ ドデシルトリメチルアンモニウムクロライド
※２ ２−ドデシル−Ｎ−カルボキシルメチル−Ｎ−ヒドロキシルエチルイミダゾリニウ
ムベタイン
※３ ポリオキシエチレン（８）ドデシルエーテル

これらの結果から明らかなように、ケイ酸塩およびカリウム塩にさらに低級アルコールおよび／または界面活性剤を併用することによって、表面張力が低下し含浸力が向上するため、コンクリート表面改質効果が高まった。

本発明のコンクリート表面改質剤は、低温下においても凍結することのないものであり、しかも、従来のコンクリート表面改質剤と同等以上の耐摩耗性や、耐水性を有するものである。

従って、本発明のコンクリート表面改質剤は、広くコンクリート表面を改質するために使用され、特に寒冷地における冬季の作業に有利に使用できるものである。

Claims (8)

1. ケイ酸塩およびカリウム塩を有効成分として含有するコンクリート表面改質剤。
2. ケイ酸塩の固型分換算濃度が、１０〜２０質量％である請求項第１項記載のコンクリート表面改質剤。
3. ケイ酸塩が、ケイ酸ナトリウム、ケイ酸カリウムまたはケイ酸リチウムである請求項第１項または第２項記載のコンクリート表面改質剤。
4. カリウム塩が、炭酸カリウム、クエン酸カリウムまたは酢酸カリウムである請求項第１項ないし第３項の何れかの項記載のコンクリート表面改質剤。
5. さらに、低級アルコールおよび／または界面活性剤を含有する請求項１ないし４のいずれかの項記載のコンクリート表面改質剤。
6. 低級アルコールがエタノールである請求項５記載のコンクリート表面改質剤。
7. 界面活性剤が、スルホン酸ナトリウム、アルキルトリメチルアンモニウム塩、イミダゾリン系両性界面活性剤およびポリオキシアルキレンアルキルエーテルからなる群から選ばれた化合物である請求項５記載のコンクリート表面改質剤。
8. コンクリート表面上に、請求項１ないし請求項７の何れかの請求項記載のコンクリート表面改質剤を塗布することを特徴とするコンクリート表面の改質方法。