JP2008045290A - コンクリート構造物の補修方法及びコンクリート構造物の鉄筋腐食防止構造 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 本願発明に係るコンクリート構造物の補修方法は、鉄筋を備えたコンクリート構造物について、修復部分のコンクリートを除去した後、コンクリート構造物の当該コンクリートが除去された部分の表面に、シラン系の絶縁物又はシロキサン系の絶縁物を含有する絶縁剤zを塗布し、当該絶縁剤の塗布後未硬化コンクリートを新たに付与するものである。
【選択図】 図2
Description
一方、補修されたコンクリート内部の鉄筋と健全なコンクリート内部の鉄筋との境界において、鉄筋の腐食傾向を示すパラメーターである自然電位が極端に変化し、この部分を中心として、比較的大きなセル(電気回路)が形成され、マクロセル腐食と称される腐食が進行する。
(1) 流電陽極方式や外部電源方式などの電気防食工法
(2) 電気化学的脱塩工法
(3) 亜硝酸リチウム混和ポリマーセメントモルタル吹きつけ工法
といった方法が採用されてきた。
このうち、(1) の電気防食工法は、大掛かりな設備が必要であり、コスト面、設備の維持管理面で大きな負担を強いられ、問題が多い。また(2) の電気化学的脱塩工法も大掛かりな設備を必要とする。(3) の工法は、含有塩分量が多い場合、特に、建設時に海砂が使用され塩分濃度の高いコンクリート構造物ではコスト的に問題があるだけでなく、亜硝酸塩には通常発癌性があり、近い将来において使用が制限される危惧がある。
この方法によれば、補修されたコンクリート内部の鉄筋と健全なコンクリート内部の鉄筋との境界において、接合界面部分から健全なコンクリート内部にかけて、鉄筋の自然電位を段階的に遷移させることができ、自然電位が極端に変化することを防止して、マクロセル腐食を抑制することが可能となり、更に、はつり取られた箇所と修復モルタルとの接着界面に塩化物イオン透過に対するバリヤー層が形成され、はつり部より奥に浸透した高濃度の塩化物イオンが存在する場合であっても、これらの高濃度の塩化物イオンが濃度勾配の作用によって鉄筋近傍に戻って鉄筋腐食を引き起こすことが抑制され、コンクリートの劣化及び錆の発生を長期間に亘って防止することが可能となるとされている。
従って、長期において、亜硝酸塩が反応して全て塩になってしまうと、塩化物の侵入を抑えきれなくなる。
また、上述の通り、亜硝酸塩の発癌性の問題についても、上記の特許文献1に示された方法では、回避できていない。
本願発明は、そのようなコンクリート構造物の補修方法を提供して、上記の課題の解決を図るものである。
即ち、このコンクリート構造物の補修方法は、コンクリートを除去後、コンクリート構造物の当該コンクリートが除去された部分の表面に絶縁剤を塗布し、当該絶縁剤の塗布後未硬化コンクリートを新たに付与するものである。
尚、ここでいうコンクリートとは、モルタルを含む。
即ち、コンクリート構造物の鉄筋腐食防止構造は、コンクリート構造物のコンクリートが除去されなかった旧コンクリート部分と、新たに形成された新コンクリート部分との界面に、絶縁層を設けて、旧コンクリート部分と新コンクリート部分とを電気的に絶縁したことを特徴とする。
これにて、鉄筋コンクリート構造物の補修により、長期に渡って、マクロセル腐食を防止できる。
また、亜硝酸塩水溶液を用いる、特許文献1に示された工法のように、大量の亜硝酸塩の補充の必要がないのみならず、当初より亜硝酸塩を用いるものではないので、安全性も向上し、更に、経済性にも優れ、現場施工も容易な工法を提供し得た。
特に、本願第2の発明では、シラン系の絶縁物又はシロキサン系の絶縁物を含有する絶縁剤を採用することにより、絶縁と共に、コンクリート間の定着性を阻害しない具体的な手段を提供し得た。また、本願第3の発明では、このような絶縁剤の好ましい施工法を提供した。
図1〜図3に、本願発明の一実施の形態を示す。図1〜図3の夫々は、本願発明に係るコンクリート構造物の補修方法の各工程の説明図である。
本願発明に係る鉄筋を備えたコンクリート構造物の補修方法は、コンクリート除去工程と、絶縁層形成工程と、コンクリート補充工程と、養生工程とを、順に遂行するものである。
以下、各工程について、順に説明する。
はつり取る範囲については、コンクリートの劣化の程度に応じた範囲とする。具体的には、鉄筋や鋼管などの鋼材の発錆部分については、当該鋼材の周辺のコンクリートをはつり取る。また、コンクリートのひび割れや欠陥が発生している場合には、その周辺部分をはつり取る。
目視により、外部から劣化が確認できない部分であっても、潜在的に劣化が進行していると思われる部分について、超音波、X線などの周知の透視手段の採用、構造物に対する周知の劣化診断薬(発色薬)の塗布、コンクリート構造物からのサンプルの採取、或いは、当該構造物の設計図より内部の状況を把握し建設からの経過時間を考慮し劣化を推測するなどして、目視以外の方法によりはつり取る範囲を定めて、はつり取ればよい。
劣化部分が鉄筋3に達している場合、鉄筋3が露出する状態にまで、コンクリートをはつり取る。但し、劣化の程度や、施工の簡便さから、鉄筋3を露出させない程度にはつり取るものとし実施することを制限するものでなく、そのようなはつり取りも可能である。
上記の絶縁剤zには、コンクリートを電気的に絶縁すると共に、コンクリート同士の接着性を阻害しない素材を採用する。このような絶縁剤zとして、シラン系の絶縁物又はシロキサン系の絶縁物を含有する撥水剤を採用するのが好ましい。
このような絶縁剤zとして、アルキルアルコキシシラン、アルキルアルコキシシロキサン、イソブチルトリエトキシシラン、オクチルトリエトキシシラン、低粘性のプロピルエトキシシロキサン、又はこれら二種以上を含有するもの、或いはこれらの縮合物を採用することができる。また、場合によりアミノ基を有する化合物、例えば、アミノシラン、アミノプロピルトリエトキシシラン、または使用されるシラン系と混和可能であるアミノアルコール、ジエチルアミノエタノールと混合して、長鎖のカルボン酸または当該カルボン酸のカルシウム塩若しくはマグネシウム塩、ジノニルナフタリンスルホン酸カルシウムと混合して、場合によりその他の成分(例えば水、溶剤または加工助剤)を付与又は添加したものを含有させることにより、絶縁剤zとして採用することができる。更に、これらの成分を良好に混合もしくは一緒に攪拌することによって、オルガノシラン若しくはオルガノシロキサンその他成分を含有するものを採用することができる。
R−Si(OR1 )3 +n(C2 H5 )NC2H4 OH
→R−Si(OR1 )3-n [(C2 H5 )NC2H4 O]n
+nR1 OHR−Si(OR1 )3 +nR2 COOH
→R−Si(OR1 )3-n (R2 COO)n R1OH
得られる単相の混合物は通常液状であり、かつ低粘性である(粘度は通常、10mPasより小さく、概ね5mPasより小さく、特に最小の場合1.5mPasより小さい)。粘度を調整するために付加的に溶剤を使用することができる。適切な溶剤は例えばアルコール、有利にはエタノール、メタノールまたはイソプロパノールまたはベンジン炭化水素、たとえば石油ベンジンまたは溶剤燈油である。液状の絶縁剤zはコンクリート表面上に直接塗布するか、または公知の方法により水中油型エマルションとして調製し、かつ水性エマルションの形でコンクリート表面上に塗布する。水性エマルションの場合、低粘性のエマルション以外に高粘性のエマルションもまた適用することができる。この場合、重要なことは、十分な作用物質量(溶剤ではなく、エマルション=水の場合、連続相ではない)がコンクリート中に侵入することである。これを達成するために、絶縁剤zをコンクリート表面に複数回塗布するのが好ましい。但し、必要に応じて、1回の塗布も可能である。複数回塗布を行う場合、次の塗布を開始する前に、表面は少なくとも外観が乾燥していなくてはならない。アルキルアルコキシシランとして、プロテクトシルCIT(商品名)を採用することができる。
一方、シランシロキサン系材料の適用については、例えば、マジカルリペラー(商品名)を用いる場合、50〜500g/m2の量塗布するのが好ましい。
アルキルアルコキシシランを採用する場合、特に、トリエトキシイソブチルシラン 95.0〜99.0重量%含有するものを採用するのが好ましい。
また、シランシロキサン系材料については、例えば、次の配合のものを採用するのが好ましい。
オルガノシラン及びシリコーン 75〜85重量%
水、その他 25〜15重量%
合計 100%
噴霧は、霧吹きや、コンプレッサを備えたスプレーガンなどの周知の噴霧手段sを用いて行うことができる。また噴霧以外に、ハケやローラによって、上記露出面11に、塗布するものとしても、実施可能である。
上記の絶縁剤zによる絶縁層の形成について、より具体的に説明する。
図2(B)へ示す通り、上記の噴霧にて絶縁剤zを露出面11から、はつり取られずに残ったコンクリート(旧コンクリート部4と呼ぶ。)内に浸透させることにより絶縁剤zの浸透層5を形成する。浸透層5は、露出面11から0.1〜3cmの深さを有する層として形成するのが好ましい。特に、浸透層5の深さは、1cmとするのが、好ましい。
浸透層5の形成については、1度の塗布(噴霧)にて形成することも可能であるが、上記の通り、複数回の塗布(噴霧)によって形成することができる。
絶縁剤zに用いる上記のアルキルアルコキシシランとして、全体を100%としその中で、トリエトキシイソブチルシランを20重量%以上、2−ジエチルアミノエタノールを5重量%以下含有するものを採用することができる。
このようなアルキルアルコキシシランとして、上記のプロテクトシルCIT(商品名)を採用する場合、2度塗りが好ましい。即ち、プロテクトシルCITにて下塗りを行い、乾燥後、同じくプロテクトシルCITにて上塗りを行う。
但し、絶縁剤zとして、プロテクトシルCITその他のアルキルアルコキシシランを採用する場合、1度の塗布にて浸透層5を形成してもよい。
尚、図示は省略するが、絶縁剤zとして、上記のアルキルアルコキシシランを2度塗布することにより、通常、露出面11から浅い部分にかけて絶縁剤zの密度の高い層が形成され、当該密度の高い絶縁層5に隣接して露出面11と反対側(深い部分)に絶縁剤zの密度のやや低い層が形成される。
また、絶縁剤zとして、シランシロキサン系材料として前述のマジカルリペラーを採用する場合、1度の塗布にて浸透層5を形成することができる。但し、この場合においても、2度の塗布を行うものとして実施することが可能である。
特に、絶縁剤zとしてマジカルリペラーを用いる場合、塗布・乾燥後、市販のシーラー、例えば「マジカルカラー」(商品名)を上塗りするのが好ましい。このようなシーラーを塗布することによって、新旧コンクリートの固着を増強することができる。但し、マジカルリペラーを採用する場合も、シーラーを塗布せずに実施することができる。
尚、新コンクリートによる補修部7は、図3(B)へ示す通り、はつり取ったコンクリートを補充し、はつり取り前と同じ状態に復元するものの他、はつり取り前よりも厚く塗布したり、或いは薄く塗布したり変更して実施することも可能である。
上記の新コンクリートの塗布後、即ち補修部7形成後、養生工程にて、新コンクリート(補修部7)を硬化させる。養生工程は、経時により、塗布した新コンクリート(補修部7)を完全に硬化させる工程であり、新コンクリートの成分や塗布量によって、放置する時間を調整すればよい。
また、必要に応じ、養生期間中、ブルーシートなどのシートにて、新コンクリートを塗布した部位を被っておけばよい。
上記の絶縁剤zの浸透層5について詳しく説明すると、コンクリート表面は粗面であり、表面から内部に向けて毛細管状の凹凸があり、この毛細管状の凹凸間に噴霧された絶縁剤zが侵入することにより、浸透層5が形成される。但し、絶縁剤zは、旧コンクリートの当該凹凸に新コンクリートの侵入を阻害するものではない。従って、このような絶縁剤の侵入部分以外では、コンクリートは連続しており、絶縁剤zに遮られるものではない。このため、上記の通り、微視的には、電気的に新旧コンクリートは完全に絶縁されたものとはいえないのである。
しかし、巨視的には、新旧コンクリート間全体において、上記の浸透層5の形成により、電気抵抗値が(浸透層5を形成しない場合に比べて)上がり、新旧コンクリート間の通電を抑制することができるのである。
例えば、絶縁剤zが新旧コンクリート間の界面に絶縁被膜として介在するものとすれば、新旧コンクリートが直接接することができず、コンクリート自体の結合力は全く機能しない。しかし、絶縁層として上記の浸透層5を形成することにより、新旧コンクリート間の接触が、絶縁剤zにて阻まれるものとはならないので、新旧コンクリート間の結合力が完全に阻害されて全く機能しないということはないのである。
また、プロテクトシルCITやマジカルリペラーは、撥水効果を有するものでもあるので、電気の導体となる水の浸入を抑え、この面においても、間接的に通電の抑制に助するものである。
この鉄筋腐食試験として、室内試験と、現場施工試験とを行った。
図4に実施例の試験体を示す。母材a(旧コンクリート部4相当)側には、1立方メートル当り10kgの割合で塩分を混入させ、一方修復材b側(継足し部/新コンクリート即ち補修部7に相当)には、塩分を混入させなかった。また、継ぎ足し前に母剤a側継面に絶縁剤を塗布した。母材aへの上記の塩分の混入は、硬化前の母材aに練りこむことにより行った。
具体的には、試験体には、絶縁剤を無塗(基準ケース)としたもの(No.1)、絶縁材をシラン系浸透性鉄筋腐食抑制剤としたもの(No.2)、絶縁剤をシランシロキサン系浸透性吸水防止剤としたもの(No.3)を用意した。
具体的には、シラン系浸透性鉄筋腐食抑制剤(No.2)として「プロテクトシルCIT」(商品名)を、シランシロキサン系浸透性吸水防止剤(No.3)として「マジカルリペラー」(商品名)を採用した。絶縁剤の塗布量について、No.2は、600ml/m2とし、No.3は、200g/m2とした。
尚、上記のNo.3について、絶縁剤は、マジカルリペラー80重量%、水20重量%(合計100%)の配合のものを採用した。またシーラーとしてマジカルカラー(商品名)を100g/m2 塗布した。
水(W):水道水
セメント(C1 ):普通ポルトランドセメント
密度3.16g/cm3 、比表面積3290cm2 /g
セメント(C2 ):早強ポルトランドセメント
密度3.14g/cm3 、比表面積4500cm2 /g
細骨材(S):表乾密度2.59g/cm3 、粗粒率2.58
粗骨材(G):表乾密度2.69g/cm3 、最大粒径20mm
減水剤(Ad1 ):フローリックS(商品名)
AE剤(Ad2 ):フローリックAE−6(商品名)
水(W):180kg/m3
セメント(C1 ):360kg/m3
細骨材(S):782kg/m3
粗骨材(G):970kg/m3
空気(Air):2%(体積%)
Slump:3.5cm
水(W):200kg/m3
セメント(C2 ):370kg/m3
細骨材(S):848kg/m3
粗骨材(G):886kg/m3
減水剤(Ad1 ):111kg/m3
AE剤(Ad2 ):0.074kg/m3
空気(Air):3%(体積%)
Slump:6.5cm
ここでマクロセル腐食電流は鉄筋3,3,3間を流れる電流であり、無抵抗電流計より測定した。一方ミクロセル腐食電流は、鉄筋内を流れる電流であり、周波数応答解析装置(FRA)を用いて交流インピーダンス法により算出した。
また、母剤aと補修材b(継ぎ足し部)間の電気抵抗は、端部の鉄筋要素間に対して、FRAを用いた交流インピーダンス法により測定した。材齢1週目、2週目、3週目及び4週目においてマクロセル腐食電流及び電気抵抗を測定し、また1週目及び4週目においてミクロセル腐食電流を測定した。
図5のグラフから、無塗布の試験体(No.1)において、マクロセル腐食電流密度が埋設された鉄筋の位置によって、大きく変化し、母材a側でマクロセル腐食が進行していることが確認できる。一方、シラン系浸透性鉄筋腐食抑制剤を用いた試験体(No.2)及びシランシロキサン系浸透性吸水防止剤を用いた試験体(No.3)では、鉄筋の位置によっての、マクロセル腐食電流密度の変化が小さく、上記の無塗布の試験体(No.1)と比較して、マクロセル腐食が抑制されていることが確認できる。
材齢4週目における電気抵抗の測定結果を図7に示す。この図7から、シラン系塗布剤を用いた試験体(No.2)及びシランシロキサン系塗布剤を用いた試験体(No.3)の電気抵抗値は、無塗布の試験体(No.1)と比較して高い値を示していることが確認できる。従って、シラン系或いはシランシロキサン系塗布剤を母材a側打継面(露出面11相当)に塗布することにより、母材aと補修材b間の電気抵抗を高め、マクロセル腐食を抑制することが明らかである。
上述の室内試験結果を踏まえ、内在塩分を有する鉄筋コンクリート橋において、シラン系塗布材及びシランシロキサン系塗布材を用いることにより、断面修復部に生じるマクロセル腐食の抑制を試みた。
ここで、マクロセル腐食速度をモニタリングするため、図8に示す通り、ミニセンサs1,s2を新旧コンクリート(母材aと修復材b)内の鉄筋3近傍に埋設した。
上記のミニセンサs1,s2は、電位を検出することが可能なセンサである。尚、図8において、12は絶縁層を示している。
その施工後2ヶ月目におけるマクロセル腐食速度のグラフを図9へ示す。
図9において、A及びFはスパン端部における計測結果を示し、B〜Eはスパン中央部における計測結果を示す。
このうちA〜Cには、絶縁剤としてシラン系浸透性鉄筋腐食抑制剤を用い、D〜Fには、シランシロキサン系浸透性吸水防止剤を用いた。
この図9のグラフから、A〜Fの何れの箇所のマクロセル腐食速度も、1年当り0.0010mm以下の極めて低い値を示していることが確認できる。
2 補修部分
3 鉄筋
4 旧コンクリート
5 浸透層
7 新コンクリート
10 (コンクリート構造物の)表面
11 露出面
s スプレーガン
z 絶縁剤
Claims (4)
- 鉄筋を備えたコンクリート構造物について、修復部分のコンクリートを除去した後、コンクリート構造物の、当該コンクリートが除去された部分ヘ未硬化コンクリートを新たに付与するものであるコンクリート構造物の補修方法において、
コンクリートを除去後、コンクリート構造物の当該コンクリートが除去された部分の表面に絶縁剤を塗布し、当該絶縁剤の塗布後未硬化コンクリートを新たに付与するものであることを特徴とするコンクリート構造物の補修方法。 - 上記の絶縁剤は、シラン系の絶縁物又はシロキサン系の絶縁物を含有することを特徴とする請求項1記載のコンクリート構造物の補修方法。
- 上記の絶縁剤を、コンクリート構造物のコンクリートの除去部分に複数回塗布することにより絶縁剤の浸透層を形成した後、未硬化コンクリートを新たに補充するものであることを特徴とする請求項2記載のコンクリート構造物の補修方法。
- 鉄筋を備えたコンクリート構造物について、修復部分のコンクリートが除去され、当該コンクリートが除去された部分に新たにコンクリートが付与されたものであるコンクリート構造物の補修構造であって、
コンクリート構造物のコンクリートが除去されなかった旧コンクリート部分と、新たに形成された新コンクリート部分との界面に、絶縁層を設けて、旧コンクリート部分と新コンクリート部分とを電気的に絶縁したことを特徴とするコンクリート構造物の鉄筋腐食防止構造。
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