JP2009208984A

JP2009208984A - モルタルまたはコンクリートの表面改質剤および表面改質方法

Info

Publication number: JP2009208984A
Application number: JP2008052202A
Authority: JP
Inventors: Koji Hatano; 公二畑野
Original assignee: TSURUGA CEMENT KK
Current assignee: TSURUGA CEMENT KK
Priority date: 2008-03-03
Filing date: 2008-03-03
Publication date: 2009-09-17

Abstract

【課題】アルミナセメントを用いたモルタルまたはコンクリートに対して、含浸性が高く、ドライアウト等による脆弱な表層の強度を向上させる。また、乾燥収縮や中性化の低減および耐酸性の向上も併せて可能な表面改質剤およびそれを用いた表面改質方法を提供する。
【解決手段】亜硝酸リチウムと樹脂とを混合した表面改質剤をコンクリート表面に塗布することにより、亜硝酸リチウムはイオンとなりコンクリート深く含浸し反応を促進させ、また樹脂は表面に留まり造膜し、内部からの水分の蒸発を防ぎ浸透性、反応性をより向上させ、コンクリートを保護する。
【選択図】なし

Description

本発明は、モルタルまたはコンクリートの表面に塗布または散布して表面改質および性能向上を図る表面改質剤と表面改質方法に関し、特にアルミナセメントを用いて作製したモルタルまたはコンクリートに有用なものに関する。

最近、温泉地や下水道およびその処理施設等において発生した硫酸や硫酸塩により腐食するコンクリートを保護するため、耐酸モルタルが使用されるケースが増えてきている。そのなかで、本来酸に弱いモルタルの耐食性を向上させるために、普通ポルトランドセメントに変わりアルミナセメントを使用したり、耐食性を向上させる材料、たとえばスラグ粉末、フライアッシュ粉末、シリカ質微粉末などをモルタルに混入することにより、従来のモルタルより高い耐酸性を付与したモルタルを使用する場合がある（例えば、特許文献１を参照）。

しかしながら、アルミナセメントやスラグ粉末等を使用した場合、急激な反応により表層が強いドライアウトを起こして脆弱な層ができ、耐酸性が低下したり、その上に施工される塗膜との接着性が不足するという問題が生じている。また、このような材料を使用すると、中性化や乾燥収縮を大きくするといった問題点もあった。

このような問題点を解決するため、
（１）１週間以上散水養生を行う。
（２）酸処理やはつりにより脆弱層を除去する。
（３）強アルカリ（珪酸塩、水酸化物等）により表面の反応を促進させる。
（４）樹脂等をモルタルに混入したり、表面に含浸させることにより、強化する。
といった方法が行われているが、上記（１）〜（４）のような処理方法には次のような問題があった。

（１）については脆弱層の処理として、１週間以上にわたり散水し続けなければならず、大変な手間と養生期間が必要となる。また、水を使用できない場所もあるためにこの処理方法が取れない場合もある。さらにこの方法では、中性化や乾燥収縮を改善する効果は期待できない。

（２）については、酸を使用するため危険であることや、酸が残留するといった危険性が挙げられる。またはつりについては大掛かりな機械が必要であり、大変な手間がかかる。さらにこれらの方法は両方ともに中性化や乾燥収縮を改善する効果は期待できない。

（３）については、１〜２度規定量を表面に塗りつけることにより脆弱層を強化する効果が期待できるが、強アルカリを使用するため危険である。また、反応を促進させて効果を発揮させる方法であるため、温度や湿度などの環境の影響により安定的な効果が得られない。また中性化や乾燥収縮を改善する効果は期待できない。

（４）について、樹脂をモルタルに混和する方法は、強いドライアウトに対しては安定的な効果が期待できない。また樹脂を含浸させる方法について、水系樹脂はほとんど含浸しないため効果が期待できず、一方、溶剤を多く含むものは含浸性も高く脆弱層を改善することができるが、屋内施工する場合に作業環境上危険であることや、深く含浸した溶剤が抜けきらず残留し、その上に施工される塗膜の性能を大きく低下させるという問題がある。
特開２００４−２９２２４５公報

本発明は上記のような事情に基づいて完成されたものであって、アルミナセメントを用いて作製したモルタルまたはコンクリートに対して含浸性が高く、脆弱な表層の強度を向上させ、また、耐酸性の向上および乾燥収縮や中性化の低減をも合わせて可能とする表面改質剤およびそれを用いた表面改質方法を提供することを目的とする。

本発明のモルタルまたはコンクリートの表面改質剤は、ＳＢＲ、アクリル樹脂、ＥＶＡ樹脂、及びエポキシ樹脂の中から単独、あるいは複数選ばれる樹脂、あるいはこれら樹脂とセメントとを混合させたポリマーセメントと、亜硝酸リチウムとを含むところに特長を有する。前記亜硝酸リチウムは、５〜４０質量％の割合で配合することが好ましく、前記樹脂は、３〜２５質量％の割合で配合することが好ましい。

このような本発明の表面改質剤は、モルタルまたはコンクリートの表面に塗布または散布される。この時、樹脂あるいはポリマーセメントと亜硝酸リチウムとを混合した状態で、モルタルまたはコンクリートの表面に塗布または散布することが好ましい。

アルミナセメントを用いたモルタルまたはコンクリートの表面に、本発明の表面改質剤を塗布または散布することにより、内部の水分の蒸発や、外部からの劣化因子（炭酸ガス、酸素、塩分、酸等）の進入を防止するため、乾燥収縮や中性化の低減、また耐酸性の向上があわせて改善できる。

また、本発明の表面改質剤の塗布・散布方法として、上記樹脂あるいは上記樹脂を用いたポリマーセメントと亜硝酸リチウムとを予め混合しておき、それを塗布・散布することが好ましい。このようにすると、亜硝酸リチウムはイオンの状態で内部深くに含浸して反応を促進させるとともに、樹脂は表面に膜を作って表面からの水分の蒸発を減少させるから、反応を長く持続させて安定的で高い効果を発揮できるようになる。

本発明において、亜硝酸リチウムに加えて、例えば、ナトリウム化合物（珪酸ナトリウム、亜硝酸ナトリウム、水酸化ナトリウムなど）、カリウム化合物（珪酸カリウム、亜硝酸カリウム、水酸化カリウムなど）、リチウム化合物（水酸化リチウムなど）、カルシウム化合物（亜硝酸カルシウム、水酸化カルシウムなど）等の無機物を混合して使用することができる。

また、亜硝酸リチウムを表面改質剤に配合する割合としては５〜４０質量％（固形分）がよく、特に１２〜４０質量％が好ましい。

本発明で使用するＳＢＲ、アクリル樹脂、ＥＶＡ樹脂、エポキシ樹脂、あるいはこれら樹脂とセメントとを混合させたポリマーセメントを表面改質剤に配合する割合としては、３〜２５質量％（固形分）がよく、特に１５〜２０質量％が好ましい。固形分が少ないと膜が薄くなり、十分な水分蒸発防止効果が期待できない。また多い場合、亜硝酸リチウムが混和し難く含浸性が悪くなることと、経済性から好ましくない。
さらに、これら樹脂やポリマーセメントに、タンカルや珪砂等を混合させてもよい。

上記樹脂あるいは上記樹脂を混合させたポリマーセメントと、亜硝酸リチウムとは、作業性や効果の観点から、予め混合した上でモルタルまたはコンクリートの表面に塗布・散布することが好ましい。しかし、ドライアウトしたセメントモルタル表層の反応を促進させる目的で、先に亜硝酸リチウムのみを塗布し、その後乾燥する前に乾燥防止を目的に上記樹脂や、上記樹脂を混合させたポリマーセメントを塗布してもよい。この時使用するポリマーセメントは、セメントに対してポリマーの固形分が５質量％以上であることが好ましい。

また、本発明の表面改質剤には、さらに必要に応じて、増粘剤、減水剤等の、公知の化学混和剤を適宜添加することができる。
また、上記表面改質剤は、コンクリート、モルタル等の表面に、刷毛、ローラー刷毛、モップ、スプレー噴霧、ポンプ吹きつけ、コテ塗り等、通常行われる塗布方法あるいは散布方法により、施工される。この時の塗布または散布の回数は、１回より複数回に分けて行う方が、より含浸性が高くなり、好ましい。

以下、次の実施例、比較例により説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
まず実施例１として、次の材料を使用して表面改質剤を調製した。
・亜硝酸リチウム１６質量％
・ＳＢＲラテックス１６質量％
・水６８質量％
ここで用いたＳＢＲラテックスはイーグルテックスP-1100（敦賀セメント(株)販売品）であり、固形分４５％、粘度２５ｍＰａ・ｓ、ｐＨ＝８．５のものである。

また実施例２として、次の材料を使用して表面改質剤を調製した。
・亜硝酸リチウム１６質量％
・アクリル樹脂（ＰＡＥ）１６質量％
・水６８質量％
ここで用いたＰＡＥはイーグルテックスP-2000（敦賀セメント(株)販売品）であり、固形分４５％、粘度２５ｍＰａ・ｓ、ｐＨ＝５．０のものである。

また、モルタル試験片として、アルミナセメント：スラグ粉末：珪砂＝２０：２０：６０（質量％）の配合割合の耐硫酸モルタルを用意し、この耐硫酸モルタルと水とが１００：２０の割合（質量）となるように配合した。

そして、上記割合で予め混合した表面改質剤をこの耐硫酸モルタル上に塗布し、ＪＩＳＡ１１７１「ポリマーセメントモルタルの試験方法」に基づいて接着強さ試験、長さ変化率試験、中性深さ試験を行い、東京都下水道局「コンクリート改修技術マニュアル」に基づいて硫酸浸透深さ試験を行った。

＜接着強さ試験＞
材令１日後の上記耐硫酸モルタル表面に、上記実施例１の表面改質剤を２００ｇ／ｍ²の塗布量となるように刷毛塗りし、塗布後１日目、２日目、３日目、７日目の引張り強さと、破壊状態を調べた。

さらに、比較例１として、亜硝酸リチウム（濃度１６質量％）を２００ｇ／ｍ²の塗布量で材令１日後の上記耐硫酸モルタル表面に塗布し、塗布後３日目の引張り強さと破壊状態を調べた。比較例２として、ＳＢＲラテックス（固形分１６％）を２００ｇ／ｍ²の塗布量で上記耐硫酸モルタル上に塗布し、塗布後３日目の引張り強さと破壊状態を調べた。比較例３として何も塗布しないものを用意し、材令４日後の引張り強さと破壊状態を調べた。試験結果を表１に示す。

表中の「破壊状態」は、図１に示すように（Ａ）脆弱層破壊（Ｂ）内部破壊、に分類されるが、実施例１の実験結果からわかるように、表面改質剤の塗布後３日目からは（Ａ）脆弱層破壊が起きておらず、表面改質剤による表面強化の効果が充分に得られたことが確認できた。一方、亜硝酸リチウム単独（比較例１）、ＳＢＲ単独（比較例２）、あるいは改質剤を塗らなかったもの（比較例３）は、全て表層で脆弱層破壊が起きており、効果が不十分であることがわかる。

＜長さ変化率試験＞
材令１日後の上記耐硫酸モルタル表面に、上記実施例１の表面改質剤を塗布量２００ｇ／ｍ²で塗布したもの、上記実施例２の表面改質剤を塗布量２００ｇ／ｍ²で塗布したもの、亜硝酸リチウム（濃度１６質量％）のみを塗布量２００ｇ／ｍ²で塗布したもの（比較例１）、ＳＢＲラテックス（固形分１６％）のみを塗布量２００ｇ／ｍ²で塗布したもの（比較例２）、何も塗布しなかったもの（比較例３）について、耐硫酸モルタル表面に各方法により処理を行った日を基長として、温度２０℃、湿度６５％ＲＨの環境下で放置し、それぞれ７日、１４日、２１日、２８日後の長さ変化率を測定した。試験結果を表２および図２に示す。

表２からわかるように、本発明の表面改質剤を塗布した実施例１および実施例２のものは、その他のものに比べて長さ変化率が小さく、乾燥による収縮が改善されていることが確認できた。

＜二酸化炭素による中性化深さ試験＞
ＪＩＳＡ１１７１に準拠して、上記実施例１，２および比較例１，２の改質剤を塗布量２００ｇ／ｍ²で塗布したもの、何も塗布しなかったもの（比較例３）について、温度３０℃、湿度６０％ＲＨ、ＣＯ2濃度５％の環境下で放置し、２８日後の二酸化炭素による中性化深さを測定した。試験結果を表３に示す。

二酸化炭素による中性化深さについては、表面改質剤を塗布した実施例１および実施例２と、ＳＢＲを塗布した比較例２のものは中性化が認められなかったのに対し、亜硝酸リチウムを塗布した比較例１のものは２ｍｍ、無処理のものは４ｍｍと中性化が進んでおり、改質剤による改善効果を確認することができた。

＜硫酸浸透深さ試験＞
さらに、材令１日後の４×４×１６ｃｍの上記耐硫酸モルタル表面に、上記実施例１，２および比較例１，２の改質剤を塗布量２００ｇ／ｍ²で塗布したもの、何も塗布しなかったもの（比較例３）について、東京都下水道局コンクリート改修技術マニアルに基づき、温度２０℃、湿度６５％ＲＨ中で養生後５％硫酸中に浸漬して、２８日後の硫酸浸透深さを測定した。試験結果を表４に示す。

硫酸浸透深さについては、上記表面改質剤を塗布した実施例１および実施例２ものは、比較例１の亜硝酸リチウム（濃度１６質量％）および比較例２のＳＢＲラテックス（固形分１６％）に比べ約１割〜３強、無処理に比べると約２〜４割程度小さくなっていて、効果を確認することができた。

次に、最適な樹脂の割合を調べるべく、亜硝酸リチウムを１６質量％とし、これに混合させる樹脂の種類と量を変化させた表面改質材を多数作製した（実施例１〜１２）。また、最適な亜硝酸リチウムの割合を調べるべく、樹脂を１６質量％とし、これに混合させる亜硝酸リチウムの量を変化させた表面改質剤を多数作成した（実施例１．２および１３〜２０）そして、材令１日後の上記耐硫酸モルタル表面に、上記実施例１〜２０の表面改質剤を２００ｇ／ｍ²の塗布量となるように刷毛塗りして２０℃、６５％ＲＨで放置し、塗布後３日目の引張り強さと、破壊状態を調べた。

さらに実施例２１では、材令１日後の上記耐硫酸モルタル表面に、表記載の割合の表面改質剤を２００ｇ／ｍ²の塗布量となるように刷毛塗りし、その１時間後に再度同じものを２００ｇ／ｍ²刷毛塗りして２０℃、６５％ＲＨで放置し、塗布後３日目の引張り強さと、破壊状態を調べた。
試験結果を表５に示す。

表５の実施例２〜８は、アクリル樹脂（ＰＡＥ）の添加割合を変化させた改質剤であるが、樹脂の割合が３〜２５質量％では（Ｂ）の内部破壊のみか、あるいは一部に（Ａ）の脆弱層破壊が起きているだけであり、表面改質剤の効果が確認できた。すなわち、亜硝酸リチウムを１６質量％とした表面改質剤におけるアクリル樹脂（ＰＡＥ）の添加割合は、３〜２５質量％の間であることが好ましい。

また、アクリル樹脂（ＰＡＥ）の代わりにＳＢＲ（実施例１，９）、ＥＶＡ樹脂（実施例１０，１１）を用いても、同様の効果が期待できる。

さらに、実施例１２では亜硝酸リチウムと、ＳＢＲにセメントを混合させたポリマーセメントとを混合させて表面改質剤を作製したが、これも上記と同様の効果が期待できる。

また、表５の実施例１および１３〜１６、実施例２および１７〜２０では、樹脂量（ＳＢＲおよびＰＡＥ）を１６質量％とし、亜硝酸リチウムの添加割合を変化させた改質剤を作製したが、表５に示す結果を見ると、亜硝酸リチウムの割合が１２質量％以上では（Ａ）の脆弱層破壊が起きておらず、引っ張り強さも向上している。これにより、ＳＢＲおよびＰＡＥを１６質量％とした場合の亜硝酸リチウムの添加割合は１２質量％以上が好ましいことがわかる。

さらに、実施例２１は、表に記載の割合の表面処理剤を２度塗りしたものであるが、亜硝酸リチウムの量や樹脂量が少なくても、重ね塗りすることにより、効果が得られることが確認できた。

次に、材令１日後の上記耐硫酸モルタル表面に、亜硝酸リチウム（１６質量％）を２００ｇ／ｍ²の塗布量となるように刷毛塗りし、その後一定の時間（１時間後〜１日後）をおいてから、ＳＢＲ（１６質量％）を２００ｇ／ｍ²の塗布量となるように刷毛塗りした。そして、２０℃、６５％ＲＨで塗布後３日間放置後の引張り強さと破壊状態を調べた。試験結果を表６に示す。

表６に示すように、亜硝酸リチウムと樹脂とを別々に塗布する場合には、亜硝酸リチウムを塗った後なるべくはやく樹脂を重ね塗りした方が、引張り強さが高くなることがわかる。なお、亜硝酸リチウムを塗布してから３日後にＳＢＲを塗布したものでは、脆弱層破壊が起きるため、亜硝酸リチウムの塗布後１日以内にＳＢＲを塗布するとよいと思われる。

引張試験の破壊状態を示す説明図長さ変化率の変化を表すグラフ

Claims

ＳＢＲ、アクリル樹脂、ＥＶＡ樹脂、及びエポキシ樹脂の中から単独、あるいは複数選ばれる樹脂、または前記樹脂とセメントとを混合させたポリマーセメントと、
亜硝酸リチウムとを含む、モルタルまたはコンクリートの表面改質剤。
前記亜硝酸リチウムを５〜４０質量％の割合で含む請求項１に記載のモルタルまたはコンクリートの表面改質剤。
前記樹脂を３〜２５質量％の割合で含む請求項１または請求項２に記載のモルタルまたはコンクリートの表面改質剤。
モルタルあるいはコンクリートの表面に、請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の表面改質剤を塗布または散布することを特徴とするモルタルまたはコンクリートの表面改質方法。
前記樹脂あるいは前記ポリマーセメントと、前記亜硝酸リチウムとを混合した状態でモルタルあるいはコンクリートの表面に塗布または散布することを特長とする請求項４に記載のモルタルまたはコンクリートの表面改質方法。