JP2008050213A - 断面修復材及び断面修復工法 - Google Patents

Abstract

【課題】施工時間が短く、初期ひび割れ抵抗性等に優れたコンクリート構造物の断面修復が可能となる、断面修復材及び断面修復工法を提供する。
【解決手段】セメント、急硬材、ポリマー、玄武岩繊維、及び骨材を含有してなる断面修復材であり、急硬材がカルシウムアルミネートとセッコウを含有するものや、玄武岩繊維が溶融紡糸したものが好ましい。さらに、セメントと急硬材からなる結合材１００質量部に対して玄武岩繊維０．１〜１０質量部を含有することが好ましい。また、断面修復材をコテ塗りで使用する断面修復工法である。
【選択図】なし

Description

本発明は、主に、土木・建築業界において適用されるコンクリート構造物の断面修復材及び断面修復工法に関する。

近年、鉄筋コンクリート構造物の耐久性が大きくクローズアップされている。特に、鉄筋コンクリート構造物が劣化した場合の断面修復が課題となっている。

コンクリート構造物が劣化する原因は、例えば、塩害、中性化、アルカリ骨材反応、凍害等である。劣化したコンクリート構造物は少なからずコンクリート断面が欠損する状態となり断面を復旧する断面修復工が頻繁に行われている。断面修復を行う方法としては、コテ塗り工法、吹き付け工法、グラウト工法等が一般的に行われている。

劣化したコンクリートの状態は様々で、大きな面積を修復するものもあれば、部分的な小さい面積を修復するものもあり、修復面積や修復材を施工する量で工法が選定される。橋梁床版下面で比較的大きな面積であれば、吹き付け工法やグラウト工法が多い。壁面や部材厚がある場合などは、型枠を組みグラウト材を注入する。一方、修復面積が小さいものに関してはコテ塗りで行う場合が多い。部分的な断面修復を行う場合、面積は小さいが塗り付けた後、ひび割れが入り易いことがあり、材料や配合、施工、外力、及び環境条件に起因するひび割れなどである。
環境条件に起因するひび割れは、温度、通風、湿度の影響で水分逸散速度が増大し、硬化する前あるいは硬化初期に発生する初期ひび割れが問題となる場合がある。特に、屋外での施工や適切な養生が行えない場所で注意が必要である。初期ひび割れを低減する方法としては、散水養生、シート養生等で水分逸散を抑制する方法もあるが、これら養生対策ができない場合は、エマルジョン系の被膜養生剤を散布したり、材料自体に初期ひび割れ抵抗性を持たせる必要があり、材料自体に初期ひび割れ抵抗性を持たせる方法として、短繊維を混入する方法がある（非特許文献１）。
浜田敏裕、末森寿志、斎藤忠、平居孝之、ビニロン短繊維によるコンクリートのプラスチック収縮ひび割れ抑制に関する実験的研究、コンクリート工学年次論文集、Ｖｏｌ．２２、Ｎｏ．２、ｐｐ．３１９−３２４、２０００

短繊維を混入することにより、ひび割れ発生時に作用する応力を分散し、ひび割れ低減効果が期待できると考えられる。繊維径としては５０μｍ以下が好ましく、水硬性材料中にできるだけ多く混入させた方がひび割れ低減効果としては高い。
短繊維の種類には、ビニロン繊維、ポリプロピレン繊維、ナイロン繊維等の有機繊維や、鋼繊維、炭素繊維、ガラス繊維、ロックウール等の無機繊維が一般的に知られている。有機繊維は、ライモルタルに混合する場合分散性が悪く、材料に多く混入するとファイバーボール等ができ均一な混合ができない場合がある。鋼繊維は、維径を５０μｍ以下にすることが難しい。炭素繊維は、常に高価な材料である。ガス繊維は、アルカリや耐酸性に劣るといった課題がある。

無機繊維のロックウールは、例えば、安山岩、玄武岩、スラグ等を原料にキューポラや電気炉で１５００〜１６００℃の高温で溶かし、炉から流し、遠心力や圧縮空気、高圧蒸気で吹き飛ばして繊維状とした人造鉱物繊維の一種である。安価ではあるが、形態が綿状や粒状のものであるため、ドライモルタルへの均一混合ができないといった課題がある。人造鉱物繊維をドライモルタルへ混合する場合は吹き飛ばしてウール状にしたものではなく、紡糸して繊維化したものが好ましい。例えば、石炭灰を数千度の高温で溶融紡糸して繊維化したフライアッシュファイバーで強化したセメント複合材料が知られている（特許文献１、２）。また、玄武岩を１５００〜１６００℃で溶融紡糸し繊維化する製造方法が知られている（特許文献３）。
特開平０６−３４０４６１号公報 特開平０６−３４０４６２号公報 特表平０９−５０００８０号公報

本発明は、鉄筋コンクリート構造物が劣化した場合の断面修復、特に、修復面積が小さいものに適用される、施工時間が短く、初期ひび割れ抵抗性等に優れた断面修復材及び断面修復工法を提供する。

すなわち、本発明は、（１）セメント、急硬材、ポリマー、玄武岩繊維、及び骨材を含有してなる断面修復材、（２）急硬材がカルシウムアルミネートとセッコウを含有する（１）の断面修復材、（３）玄武岩繊維が溶融紡糸したものである（１）又は（２）の断面修復材、（４）セメントと急硬材からなる結合材１００質量部に対して玄武岩繊維０．１〜１０質量部を含有する（１）〜（３）のいずれかの断面修復材、（５）（１）〜（４）のいずれかの断面修復材をコテ塗りで使用する断面修復工法、（６）（１）〜（４）のいずれかの断面修復材で補修したコンクリート構造物、である。

本発明に依れば、施工時間が短く、初期ひび割れ抵抗性に優れ、さらに、中性化抑制性、塩化物イオン浸透抑制性に優れるコンクリート構造物の断面修復が可能となる。

以下、本発明を詳細に説明する。

本発明で使用するセメントとは、普通、早強、超早強、低熱、及び中庸熱等の各種ポルトランドセメント、これらポルトランドセメントに、高炉スラグ、フライアッシュ、又はシリカを混合した各種混合セメント、都市ゴミ焼却灰や下水汚泥焼却灰などを原料として製造された廃棄物利用セメント、いわゆるエコセメント（Ｒ）、及び石灰石粉末や高炉徐冷スラグ微粉末等を混合した各種フィラーセメント等が挙げられ、これらのうちの一種又は二種以上が使用可能である。なかでも、普通、早強、超早強、低熱、及び中庸熱等の各種ポルトランドセメントの使用が好ましい。

本発明で使用する急硬材とは、特に限定されるものものではないが、カルシウムアルミネートとセッコウを含有するものが好ましい。カルシウムアルミネートには、結晶質、非晶質（無定形）のものがあるが、非晶質（無定形）の使用が急硬性の点で好ましい。セッコウには、無水セッコウ、半水セッコウ、二水セッコウがあり、これらを単独又は併用して用いることができるが、なかでもＩＩ型無水セッコウが強度発現性の点で好ましい。

本発明で使用するカルシウムアルムネートの具体例としては、３ＣａＯ・Ａｌ_２Ｏ_３、ＣａＯ・Ａｌ_２Ｏ_３、１２ＣａＯ・７Ａｌ_２Ｏ_３で表される成分割合からなるものや、これらにハロゲン元素が固溶した１１ＣａＯ・７Ａｌ_２Ｏ_３・ＣａＦ_２、１１ＣａＯ・７Ａｌ_２Ｏ_３・ＣａＣｌ_２、３ＣａＯ・３Ａｌ_２Ｏ_３・ＣａＦ_２で表される成分割合からなるものがある。
セッコウは、カルシウムアルミネートを使用する際にセメントの凝結を正常化させて強度発現を高め、多量のエトリンガイトを生成させて、その機械的強度を高める役割を果たす。

カルシウムアルミネートとセッコウの配合割合は、通常、カルシウムアルミネート１００質量部に対して、セッコウ５０〜３００質量部が好ましい。
カルシウムアルミネートとセッコウの粉末度は、ブレーン比表面積で１０００ｃｍ^２／ｇ以上が好ましく、４０００〜６０００ｃｍ^２／ｇがより好ましい。
カルシウムアルミネートとセッコウを含有する急硬材の使用量は、セメントと急硬材からなる結合材１００質量部中、５〜３０質量部が好ましく、１０〜２０質量部がより好ましい。

本発明で使用するポリマーとは、特に限定されるものではないが、大別すると、水性ポリマーディスパージョン、水溶性ポリマー、液状ポリマー、再乳化型粉末樹脂の４種類となる。
その具体例としては、水性ポリマーディスパージョンとしては、天然ゴムラテックス、合成ゴムラテックス、樹脂エマルジョン、混合ディスパージョンに分類される。この中には、スチレンブタジエンゴム、クロロプレンゴム、メタクリル酸メチルブタジエンゴム、アクリロニトリルブタジエンゴム、ポリアクリル酸エステル、エチレン酢酸ビニル、スチレンアクリル酸エステル、ポリプロピオン酸ビニル、ポリプロピレン、エポキシ樹脂、アスファルト、パラフィン、混合ラテックス、混合エマルジョン等が挙げられる。水溶性ポリマーとしては、例えば、メチルセルロース、ヒドロキシプロピルメチルセルロース、ポリビニルアルコール、アクリル酸カルシウム、アクリル酸マグネシウム等が挙げられる。液状ポリマーとしては、例えば、不飽和ポリエステル樹脂やエポキシ樹脂等が挙げられる。再乳化型粉末樹脂としては、例えば、スチレンブタジエンゴム、エチレン酢酸ビニル、酢酸ビニルビニルバーサテート、スチレンアクリル酸エステル、ポリアクリル酸エステル等が挙げられる。

ポリマーの使用量は、特に限定されるものではないが、通常、セメントと急硬材からなる結合材１００質量部に対して、固形分換算で１〜２０質量部が好ましく、３〜１５質量部がより好ましい。１質量部未満では、十分な付着強度や中性化抑制効果が得られない場合があり、２０質量部を超えて使用すると、圧縮強度や塩化物イオン浸透抑制効果が得られない場合がある。

本発明で使用する玄武岩繊維とは、天然の玄武岩を原料とした人造鉱物繊維であり、高温で溶融紡糸した非晶質であることが好ましい。有機繊維と比べ耐熱性に優れ、ガラス繊維やロックウールと比べ耐薬品性に優れ、さらに、密度が２．８ｇ／ｃｍ^３程度であることから、ドライモルタルと同様であり、均一混合性に優れるという利点がある。
玄武岩繊維の繊維径は、２〜５０μｍが好ましく、７〜２０μｍがより好ましい。２μｍより小さいと、安定的に製造することが困難であり、５０μｍを超えると初期ひび割れ低減効果が低下する場合がある。
玄武岩繊維の繊維長は、２〜１５ｍｍが好ましく、５〜１０ｍｍがより好ましい。２ｍｍより小さいと初期ひび割れ低減効果が小さく、１５ｍｍを超えるとドライモルタルに混合したときの分散性が悪くなる場合がある。
玄武岩繊維は、繊維が単独にほぐれた単繊維状態（繊維径としては０．１ｍｍ以上となる）ではなく、サイジング剤等で繊維径５０μｍ以下の単繊維を束状にした収束状態のものを使用することが好ましい。適度に接着力のある収束状にすることで、ドライモルタルと混合したときに簡単にほぐれて均一な混合が可能となる。

玄武岩繊維の使用量は、セメントと急硬材からなる結合材１００質量部に対して、０．１〜１０質量部が好ましく、０．３〜５質量部がより好ましい。０．１質量未満では、初期ひび割れ低減効果が少なく、１０質量部を超えると均一な混合ができなくなる場合がある。
本発明では、性能に影響を与えない範囲内で、各種有機繊維、炭素繊維、鋼繊維等の玄武岩繊維以外の繊維を併用することも可能である。

本発明で使用する骨材とは、通常の砂、砂利の他に、例えば、ケイ砂系や石灰石系等の天然骨材、高炉水砕スラグ系、高炉徐冷スラグ系、再生骨材系等の人工骨材が挙げられる。耐酸性等の観点からは、ケイ砂系を選定することが好ましい。また、比重３．０以上の重量骨材を使用することもでき、その具体例としては、例えば、人工骨材として、電気炉酸化期スラグ系骨材や、フェロニッケルスラグ、フェロクロムスラグ、銅スラグ、亜鉛スラグ及び鉛スラグ等を総称する非鉄精錬スラグ骨材等が、また、天然骨材としては、橄欖岩（かんらん岩）系骨材、いわゆるオリビンサンドや、エメリー鉱等が挙げられる。本発明では、これらの１種又は２種以上を併用することができる。

骨材の使用量は、特に限定されるものではないが、通常、セメントと急硬材からなる結合材１００質量部に対して、５０〜４００質量部が好ましく、１００〜３００質量部がより好ましい。

本発明において、水の使用量は、特に限定されるものではなく、通常の使用範囲が適用される。具体的には、水結合材比で３０〜６０質量％が好ましく、４０〜５０質量％がより好ましい。３０質量％未満では作業性が悪くなる場合があり、６０質量％を超えると耐久性に影響する場合がある。

本発明では、初期ひび割れ性能に影響の無い範囲で細骨材の他に、石灰石微粉末及び高炉徐冷スラグ微粉末等の混和材料を併用することができる。さらに、膨張材、消泡剤、増粘剤、防錆剤、防凍剤、収縮低減剤、ベントナイト等の粘土鉱物、並びに、ハイドロタルサイト等のアニオン交換体等のうちの１種または２種以上を、本発明の目的を実質的に阻害しない範囲で使用することが可能である。

本発明では、断面修復材を施工する方法は、特に限定されるものではなく、コテ塗り、吹付け、注入等の工法を用いることができるが、鉄筋コンクリート構造物が劣化した場合の断面修復、特に、修復面積が小さいものに適用する場合は、コテ塗りが好ましい。

以下、実施例で詳細に説明するが、これらに限定されるものではない。

セメントの物理試験方法（ＪＩＳ Ｒ ５２０１）に準拠したモルタル配合において、セメント９０質量部と急硬材１０質量部からなる結合材１００質量部に対して、凝結調整剤０．５質量部、ポリマーを１０質量部、さらに玄武岩繊維を表１に示すように加え練混ぜ、横３０ｃｍ×縦３０ｃｍ×厚さ６ｃｍのコンクリート平板に厚み１ｃｍとなるようにコテ塗りで打設した。打設完了した試験体は、湿度６０％、温度５℃で、送風機で風速１〜３ｍの風をあてた状態で１日後のひび割れ状況を確認した。なお、比較例として、玄武岩繊維の替わりにビニロン繊維を使用したものについて同様に行った。結果を表１に示す。

（使用材料と配合）
セメント：普通ポルトランドセメント、電気化学工業社製
急硬材：カルシウムアルミネート（１２ＣａＯ・７Ａｌ_２Ｏ_３組成、無定形、ブレーン比表面積５０００ｃｍ^２／ｇ）とＩＩ型無水セッコウ（ブレーン比表面積５０００ｃｍ^２／ｇ）を質量比で１対１に配合したもの
ポリマー：再乳化型粉末樹脂ＡＰ３００Ｓ（アクリル−酢ビ−ベオバ）、エロテックス社製
玄武岩繊維：溶融紡糸品、繊維径１０μｍ、繊維長６ｍｍ、収束タイプ、市販品
ビニロン繊維：繊維径１４μｍ、繊維長６ｍｍ、収束タイプ、市販品
凝結調整剤：クエン酸ナトリウム、試薬、市販品
骨材：標準砂
水：水道水
結合材（セメント＋急硬材）：骨材：水＝１：３：０．５（質量比）

（試験方法）
全ひび割れ長さ：発生したひび割れに沿って長さを計測した。

表１から、本発明の断面修復材及び断面修復工法に依れば、初期ひび割れ抵抗性に優れるコンクリートの断面修復が可能であることが分かる。

セメントと急硬材からなる結合材を表２に示す配合割合とし、結合材１００質量部に対し、玄武岩繊維を２質量部、骨材として砂を１５０質量部配合してドライモルタル（断面修復材）を調製し、さらに、凝結調整剤を結合材１００質量部に対し０．５質量％加え、このドライモルタルを水結合材比５０質量％で練り混ぜてモルタルを作製し、その硬化時間測定したこと以外は実施例１と同様に行った。結果を表２に併記する。

（使用材料）
骨材：新潟県姫川産細骨材（砂）、最大寸法１ｍｍ

（測定方法）
硬化時間：ＪＩＳ１１７１に準拠

表２から、本発明の断面修復材及び断面修復工法に依れば、硬化時間が早く施工期間を短縮し、さらに、初期ひび割れ抵抗性に優れるコンクリートの断面修復が可能であることが分かる。

セメント９０質量部と急硬材１０質量部からなる結合材１００質量部に対して、ポリマーの量を表３に示すように変化させ、４ｃｍ×４ｃｍ×１６ｃｍの型枠にモルタルを詰めて供試体を作製し、湿度６０％、温度５℃の環境下で１ヶ月間養生したモルタルの促進中性化による中性化深さと擬似海水浸漬による塩化物イオンの浸透深さを調べたこと以外は実施例２と同様に行った。結果を表３に併記する。

＜測定方法＞
中性化深さ：ＪＩＳ Ａ １１７１に準拠し、供試体断面にフェノールフタレインの１％濃度のアルコール溶液を噴霧して赤変しなかった部分を炭酸化深さと見なした。
塩化物イオンの浸透深さ：ＪＩＳ Ａ １１７１に準拠し、擬似海水浸漬１ヶ月後に硝酸銀-フルオロセイン法により確認した。

表３から、本発明の断面修復材は、優れた中性化抑制性と塩化物イオンの浸透抑制性を有することが分かる。

本発明の断面修復材及び断面修復工法により、施工時間が短く、初期ひび割れ抵抗性に優れ、さらに、中性化抑制性、塩化物イオン浸透抑制性に優れるコンクリート構造物の断面修復、特に小面積の修復が可能となるので、土木、建築分野での補修工事に幅広く適用できる。

Claims (6)

1. セメント、急硬材、ポリマー、玄武岩繊維、及び骨材を含有してなる断面修復材。
2. 急硬材がカルシウムアルミネートとセッコウを含有する請求項１に記載の断面修復材。
3. 玄武岩繊維が溶融紡糸したものである請求項１又は２に記載の断面修復材。
4. セメントと急硬材からなる結合材１００質量部に対して玄武岩繊維０．１〜１０質量部を含有する請求項１〜３のいずれか１項に記載の断面修復材。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の断面修復材をコテ塗りで使用することを特徴とする断面修復工法。
6. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の断面修復材で補修したコンクリート構造物。