JP2008285363A - コンクリート構造物の補修剤及び補修方法 - Google Patents

Abstract

【目的】Ｋ^＋やＮａ^＋等のアルカリ金属イオンによる骨材のアルカリ骨材反応の抑制、中性化や塩害による鉄筋の腐食防止、コンクリートの圧縮強度や弾性係数の力学的特性の回復、コンクリートの緻密化により劣化因子の侵入を抑制することにより劣化したコンクリートの修復を実現し、さらに、以後の劣化を抑制することのできる劣化したコンクリート構造物の補修剤及び補修方法を提供すること。
【構成】（ａ）第４級アンモニウムケイ酸塩をＳｉＯ_２換算で４〜１５重量部、（ｂ）リチウムケイ酸塩をＳｉＯ_２換算で２〜６重量部、（ｃ）ジアンミン銀イオンを銀換算で０．１〜０．５重量部、（ｄ）チオ硫酸ナトリウムを固形分換算で３〜１０重量部及び（ｅ）水からなる補修剤を劣化したコンクリート構造物を加圧注入又は塗布含浸する。
【選択図】なし

Description

本発明は、アルカリ骨材反応や塩害や中性化等により劣化したコンクリート構造物の補修剤及び補修方法に関する。
さらに詳細には、劣化したコンクリート構造物に、補修剤を加圧注入又は塗布含浸してセメント成分との化学結合によりケイ酸カルシウム層を作り、強度を回復させ、さらに、骨材の表面を耐アルカリ性にしてＫ^＋やＮａ^＋のアルカリ金属イオンの影響を抑え、また、鉄筋腐食の原因となるＣｌ⁻をＡｇ^＋が取り込むとともに、強い還元力により鉄筋の腐食進行を抑えることにより、コンクリート構造物の耐久性、耐荷性の回復及び向上と、その後の劣化を防止するコンクリート構造物の補修剤及び補修方法に関する。

従来より、コンクリート構造物におけるアルカリ骨材反応の補修方法には、抑制剤として亜硝酸リチウム水溶液、水酸化リチウム水溶液、塩基性有機化合物水溶液、アルカリキャリア成分、酸化チタン等が提案され、また、これらを注入・含浸する方法、さらに、抑制方法として電流を流す方法等、数多くのもの提案されているが、いずれも劣化したコンクリート構造物の原状回復とその後の劣化を防止する材料及びその方法としては不十分であった。

例えば、亜硝酸リチウム水溶液は反応性骨材の非反応化（ケイ酸ソーダ化）や鉄筋の腐食防止等には効果があるが、低下したコンクリートの強度及び弾性係数の原状回復には効果がなかった。

また、アルカリキャリア成分は強度回復には効果があるが、反応性骨材の非反応化、鉄筋の腐食抑制には効果がほとんどなかった。

本発明は、上記の従来技術の課題を背景になされたもので、Ｋ^＋やＮａ^＋等のアルカリ金属イオンによる骨材のアルカリ骨材反応の抑制、中性化や塩害による鉄筋の腐食防止、コンクリートの圧縮強度や弾性係数の力学的特性の回復、コンクリートの緻密化により劣化因子の侵入を抑制することにより劣化したコンクリートの修復を実現し、さらに、以後の劣化を抑制することのできる劣化したコンクリート構造物の補修剤及び補修方法を提供することを目的とするものである。

上記目的を達成するため、本発明の劣化したコンクリート構造物の補修剤は、（ａ）第４級アンモニウムケイ酸塩をＳｉＯ_２換算で４〜１５重量部、（ｂ）リチウムケイ酸塩をＳｉＯ_２換算で２〜６重量部、（ｃ）ジアンミン銀イオンを銀換算で０．１〜０．５重量部、（ｄ）チオ硫酸ナトリウムを固形分換算で３〜１０重量部及び（ｅ）水（ただし、（ａ）＋（ｂ）＋（ｃ）＋（ｄ）＋（ｅ）＝１００重量部）を主成分とすることを特徴とする。

また、本発明の劣化したコンクリート構造物の補修方法は、劣化したコンクリート構造物の表面に、内奥部に達する注入孔を形成した後、該注入孔より上記補修剤を１０〜１００ｋｇ／ｍ^３加圧注入することを特徴とする。

この場合において、注入孔に前記補修剤を注入した後、該注入孔に前記補修剤を混和し

また、本発明の劣化したコンクリート構造物の補修方法は、劣化したコンクリート構造物の表面に、前記補修剤を５０〜１０００ｇ／ｍ^２塗布含浸することを特徴とする。

本発明の補修剤を劣化しているコンクリート構造物に加圧注入又は塗布含浸すると、セメント成分と反応してケイ酸カルシウム層を作り、強度及び弾性係数を回復させ、さらに、骨材の表面を耐アルカリ性にして、Ｋ^＋やＮａ^＋等のアルカリ金属イオンによるアルカリ骨材反応を抑える。
また、Ｃｌ⁻を補修剤のＡｇ^＋が取り込むとともに、その強い還元力により鉄筋の腐食進行を抑える。
また、コンクリート組織を緻密化する。
これらの作用により、コンクリート構造物の原状回復と、その後の劣化を防止することができる。

本発明の補修剤について、以下にその成分ごとに説明する。

（ａ）第４級アンモニウムケイ酸塩
本発明の補修剤に用いられる（ａ）成分の第４級アンモニウムケイ酸塩は、以下の一般式で表される。
（Ｒ_３Ｎ）_２Ｏ・ｎＳｉＯ_２
（ただし、Ｒは炭素数１以上のアルキル基であり、ｎは１以上の整数である。）
この第４級アンモニウムケイ酸塩は、水の存在のものでセメント成分と反応してコンクリートの強度や弾性係数を短期及び長期に亘って反応が促進することにより回復させ、さらに、骨材の表面を（ｂ）リチウムケイ酸塩と共に被覆して耐アルカリ性にするものである。
セメント成分との反応は以下の反応式（１）〜（２）で表される。

上記反応式（１）〜（２）において、Ｒは炭素数１以上のアルキル基、例えば、メチル基、エチル基、ブチル基等のアルキル基を示し、ｎ＝１〜３である。

第４級アンモニウムケイ酸塩としては、ジメチルジエタノールアンモニウムシリケート、モノメチルトリプロパノールアンモニウムシリケート、ジメチルジプロパノールアンモニウムシリケート、モノエチルトリプロパノールアンモニウムシリケート等の液状のシリケートが挙げられる。
これらの第４級アンモニウムケイ酸塩は、
（１）希釈した水ガラスを水素型陽イオン交換樹脂と接触させて得た活性シリカ溶液に第４級アンモニウム水酸化物を加え、所定の濃度まで濃縮する方法
（２）第４級アンモニウム水酸化物のシリカヒドロゾルとを反応させる方法
等により容易に得られる。
ここで、第４級アンモニウム水素化物は、通常、アンモニア又はアミン類にアルキレンオキサイドを付加する方法や第４級アミン塩を陰イオン交換樹脂により脱イオンする方法等により得られるが、生成物中に、第３級、第２級あるいは第１級のアミン類が少量含まれたものも使用することができ、それを用いて得られる第４級アンモニウムケイ酸塩も、本発明の補修剤に使用することができ、これを排除するものでない。
第４級アンモニウムケイ酸塩の具体例としては、（株）日板研究所製の原料名ＮＳ−２５（水溶液、ＳｉＯ_２濃度＝約２５重量％）があり、このｐＨは１１．５〜１２．０である。
これらの第４級アンモニウムケイ酸塩は、１種単独であるいは２種以上を併用することができる。

この補修剤において（ａ）成分の第４級アンモニウムケイ酸塩の割合は、（ａ）〜（ｅ）成分合計１００重量部中、ＳｉＯ_２換算で５〜１５重量部、好ましくは、５〜１０重量部である。
５重量部未満では強度回復及び骨材の被覆ができ難く、一方、１５重量部を越えると反応が進みすぎて一部がゲル化したり、他成分が不足したりして好ましくない。

（ｂ）リチウムケイ酸塩
本発明の補修剤に用いられる（ｂ）成分のリチウムケイ酸塩は、以下の一般式で表される。
Ｌｉ_２Ｏ・ｎＳｉＯ_２
このリチウムケイ酸塩は、水酸化カルシウムと反応して耐水性及び結合力が向上し、（ａ）成分の第４級アンモニウムケイ酸塩が水酸化カルシウムと結合してできるケイ酸カルシウムの結合助剤として強度回復及び骨材の表面被覆に寄与するものである。
ここで、リチウムケイ酸塩には、酸化リチウム含有量が１〜１．５％のものを好適に使用することができる。
リチウムケイ酸塩は、微コロイド性で耐水性が良いが、酸化リチウム含有量が増すに従い、接着力は増すが耐水性が低下して使用できない。

リチウムケイ酸塩の具体例としては、日産化学工業（株）製のリチウムシリケート７５（水溶液ＳｉＯ_２含有量２０％、酸化リチウムＬｉ_２Ｏ含有量１．３％）があり、このｐＨは１０．７である。

この補修剤において（ｂ）成分のリチウムケイ酸塩の割合は、ＳｉＯ_２換算で２〜６重量部、好ましくは、３〜５重量部である。
２重量部未満では結合助剤としての効果が低く、一方、６重量部を超えると、他成分が少なくなり好ましくない。

（ｃ）ジアンミン銀
本発明の補修剤に用いられる（ｃ）成分のジアンミン銀は、以下の一般式で表される。
［Ａｇ（ＮＨ_３）_２］^＋
このジアンミン銀イオンは、コンクリート中の塩素イオンＣｌ⁻を取り込んで鉄筋の腐食進行を抑えたり、（ａ）成分の第４級アンモニウムケイ酸塩及び（ｂ）成分のリチウムケイ酸塩に含有される水や外部から侵入してくる水を活性化してセメント成分との反応を向上させたり、ラジカルを消去したりして劣化を防止するとともに、強度回復に寄与するものである。

ジアンミン銀イオンは、以下の方法で得ることができる。
硝酸銀ＡｇＮＯ_３にアンモニア水ＮＨ_４を加えると、酸化銀Ａｇ_２Ｏの沈殿ができる。
これを水洗して、上澄み液を除いた後、アンモニア水を加えると溶解して、ジアミン銀イオン［Ａｇ（ＮＨ_３）_２］^＋を得ることができる。

この補修剤における（ｃ）成分のジアンミン銀の割合は、銀換算で０．１〜０．５重量部、好ましくは、０．２〜０．４重量部である。
０．１重量部未満では効果の発現が不足し、一方、０．５重量部を越えると効果の差も小さくコスト高になり好ましくない。

（ｄ）チオ硫酸ナトリウム
本発明の補修剤に用いられる（ｄ）成分のチオ硫酸ナトリウムは、以下の一般式で表される。
Ｎａ_２Ｓ_２Ｏ_３・５Ｈ_２Ｏ
このチオ硫酸ナトリウムは、強い還元力を有し、鉄筋の防錆に寄与する。
また、Ｎａ^＋も取り込んで骨材のアルカリ化防止にも役立つものである。

この補修剤における（ｄ）成分のチオ硫酸ナトリウムの割合は、固形分換算で３〜１０重量部、好ましくは、５〜８重量部である。
３重量部未満では効果の発現が難しく、一方、１０重量部を越えると他成分が少なくなり好ましくない。

本発明に用いられる補修剤は、（ａ）〜（ｅ）成分、さらに、必要に応じて、その他の添加剤を混合して調整される。
この際、補修剤は、混合攪拌機、その他の分散機により分散、溶解して、均一な安定性の良い水溶液にして用いることができる。

本発明の補修剤は、劣化したコンクリート構造物の表面に、内奥部に達する直径が１０〜５０ｍｍの注入孔を一定の間隔で形成した後、１ｍ^３当たり１０〜１００ｋｇを０．１〜１．５ＭＰａの圧力で１〜３ヶ月間加圧注入して全面に行き渡るように施工する。
この場合、加圧注入を、静的圧力に対して３０〜１００％の振幅を与えながら、周波数を１〜２０Ｈｚで行うこともできる。
このようにして、注入孔に補修剤を注入した後、さらに、注入孔に同じ補修剤を混和したモルタルを充填することにより、補修剤の漏出を防止することができる。

本発明の補修剤は、劣化したコンクリート構造物の表面に、補修剤を５０〜１０００ｇ／ｍ^２塗布含浸して施工することもできる。

以下、実施例を挙げ、本発明をさらに具体的に説明するが、本発明は実施例に記載した構成に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において適宜その構成を変更することができるものである。
なお、実施例中の、部及び％は、特に断らないかぎり重量基準である。

表１に示す補修剤Ａを作成した。
攪拌タンクに、表１に示す（ａ）〜（ｅ）成分、さらに、必要に応じて、（ｆ）成分を入れ、混合攪拌して作製した。
なお、表１中の記号は以下のものを表す。
（ａ−１）：第４級アンモニウムケイ酸塩（（株）日板研究所製ＮＳ−２５、水性コロイド状、ＳｉＯ_２濃度＝約２５％）
（ｂ−１）：リチウムケイ酸塩（日産化学工業（株）製リチウムシリケート、水溶液、ＳｉＯ_２濃度＝約２０％、酸化リチウム濃度＝約２．９％）
（ｃ−１）：ジアンミン銀（（株）日板研究所製ジアンミン銀イオン、［Ａｇ（ＮＨ_３）_２］^＋のＡｇ濃度＝約０．３％）
（ｄ−１）：チオ硫酸ナトリウム液（固形分濃度＝約４０％）
（ｅ−１）：イオン交換水
（ｆ−１）：非イオン界面活性剤

表２に、表１に記載した補修剤Ａを用いて行った、劣化したテストピースの強度回復試験の結果を示す。
劣化したテストピースは、圧縮強度の８０％程度の荷重を、疲労載荷試験機を用いて１万回以上作用させたものである。ここで、補修後のテストピースは、劣化したテストピースを補修剤に１．０ＭＰａで１週間加圧含浸した後、４週間気中養生し、圧縮強度を測定したものである。

本発明の劣化したコンクリート構造物の補修剤及び補修方法は、Ｋ^＋やＮａ^＋等のアルカリ金属イオンによる骨材のアルカリ骨材反応の抑制、中性化や塩害による鉄筋の腐食防止、コンクリートの圧縮強度や弾性係数の力学的特性の回復、コンクリートの緻密化により劣化因子の侵入を抑制することにより劣化したコンクリートの修復を実現し、さらに、以後の劣化を抑制することができることから、橋梁、トンネル等のコンクリート構造物の劣化したコンクリートの修復の用途に広く好適に用いることができる。

Claims (4)

1. （ａ）第４級アンモニウムケイ酸塩をＳｉＯ_２換算で４〜１５重量部、（ｂ）リチウムケイ酸塩をＳｉＯ_２換算で２〜６重量部、（ｃ）ジアンミン銀イオンを銀換算で０．１〜０．５重量部、（ｄ）チオ硫酸ナトリウムを固形分換算で３〜１０重量部及び（ｅ）水（ただし、（ａ）＋（ｂ）＋（ｃ）＋（ｄ）＋（ｅ）＝１００重量部）を主成分とすることを特徴とする劣化したコンクリート構造物の補修剤。
2. 劣化したコンクリート構造物の表面に、内奥部に達する注入孔を形成した後、該注入孔より請求項１記載の補修剤を１０〜１００ｋｇ／ｍ^３加圧注入することを特徴とする劣化したコンクリート構造物の補修方法。
3. 注入孔に請求項１記載の補修剤を注入した後、該注入孔に請求項１記載の補修剤を混和したモルタルを充填することを特徴とする請求項２に記載の補修方法。
4. 劣化したコンクリート構造物の表面に、請求項１記載の補修剤を５０〜１０００ｇ／ｍ^２塗布含浸することを特徴とする劣化したコンクリート構造物の補修方法。