JP2015059336A - コンクリート構造物の補修工法 - Google Patents
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Abstract
Description
また、本発明の他の目的は、かかるコンクリート処理剤を道路や鉄道に面した橋梁やトンネル等に適用する場合にも、急速施工が可能であって、かつ、適用箇所近傍の道路やトンネル、鉄道を常時交通に供用させることが可能な劣化したコンクリート構造物の補修工法あるいは劣化予防方法を提供することにある。
さらに、本発明のさらに他の目的は、処理剤の使用材料がアルカリ材料であるところから、作業性や環境性の点からも安全性にも優れたコンクリート構造物の補修工法を提案するものである。
(1)ひび割れに再アルカリ剤を深く浸透させる。
(2)ひび割れに止水効果を付与する。
(3)ひび割れに固化材を充填して、ひび割れをブロックし、かつ、コンクリートを補強する。
(4)ひび割れへの浸透や充填に対しては、ひび割れの状態に応じて毛細管浸透や注入法を適用する。
(5)コンクリート表面を稠密化してCO2や酸性雨や酸性地下水等の浸入を防止し、中性化を予防する。
上記においては、第1液と第2液との混合物を攪拌して低粘度にして、亀裂や中性化層に浸透させてもよいし、同時にコンクリート表面に浸透させてもよい。この場合、処理液がコンクリート中に浸透して、再アルカリ化したのち処理液は気乾するにつれ流動性を失い、空気の接触面で固化して、内部に浸透した処理液の表面への流出を抑えるとともに、亀裂やコンクリートの表面で強固な被覆を形成する。また、アルカリ溶液を浸透させた上でシリカ溶液を被覆すると、アルカリ溶液とシリカ溶液との接触面でゲル化を生じて、アルカリ溶液の表面への流失を抑えることになる。すなわち、ブロック化機能を持つ(図10e,10f)。
図10m,10nでは、コンクリート構造物の周辺の接触面に沿ってポゾラン系グラウト、例えば、スラグ系、フライアッシュ系、または、スラグセメント系グラウトを注入して、コンクリート周辺部を固化する。ポゾランはアルカリによって潜在水硬性を刺激され、水和反応により結晶構造を生成し、高強度固結体を形成する。アルカリとしてはアルカリ金属の水酸化物、アルカリ金属の低モル比珪酸塩、セメント、重曹、重炭酸ソーダ、アルカリ金属のアルミン酸ソーダ等のアルカリ性塩が有効である。
したがって、スラグ系グラウト等を用いてコンクリート構造物に接する注入壁体を作った後、コンクリートとスラグ系グラウトの注入体との境界面に、上記アルカリ剤を注入すれば、周辺のスラグ系グラウトの固結物による拘束効果によって、アルカリ剤はコンクリートの微細亀裂に浸透することになる。また、微細亀裂に浸透しきれなかったアルカリ剤は、スラグ系グラウトに浸入してスラグの水和反応を促進させて吸収されて、周辺環境へアルカリの拡散を防ぐことができる。
図10oは、トンネルの補修の例の断面図を示す。トンネル内から削孔して注入孔を通し、裏込め材を注入して、大きな空洞を充填すると共に止水する。その上で空洞充填層とコンクリート構造物との境界に本処理液を注入すると、アルカリ剤はコンクリート中空部の方向の亀裂部に浸透して再アルカリ化する。また、酸性地下水や海水の浸入による再中性化を防ぐことができる。もちろん、トンネル内側におけるコンクリートの補修は、前述したように行えばよい。
上記において、本処理材の注入はアルカリ剤の注入後、シリカ溶液を注入してもよいし、両者の混合液を注入してもよい。
本発明におけるアルカリ溶液とシリカ溶液との混合物は、攪拌すると低粘度化して流動性を生じ、優れた浸透性を得るので、コンクリート中性化層に浸透させることができる(後述の実施例を参照)。
また、アルカリ溶液とシリカ溶液は、アルカリ溶液の上にシリカ溶液を接触しただけでゲル化して流動性を失い、乾燥に伴いコンクリート表面に固着して強固な被覆層を形成する。このため、アルカリ溶液をコンクリートに浸透させた上からシリカ溶液で被覆してもよいし、アルカリ溶液とシリカ溶液との混合攪拌液を浸透させた上で、シリカ溶液で被覆してもよい(図10e,10f)。
また、シリカ溶液としてシリカコロイドを用いた場合、水ガラスよりシリカコロイドの粒径(1〜5nm,5〜20nm)が大きく、その固化物の構造が強固になるものと思われる。
(1)アルカリ溶液をコンクリート構造物に浸透させることによって、中性化が進行しているコンクリートの亀裂中に深く浸透し再アルカリ化する。
これに対し、コンクリートの亀裂にアルカリ溶液を浸透させた上で、亀裂に浸透または充填させたシリカ溶液、あるいは、アルカリ溶液とシリカとの混合液は、水分の蒸発に伴い、ゾルからゲルへ、さらに、気乾中ではゲルからキセロゲルへの過程を経て、アルカリが浸透したコンクリートの亀裂を被覆または充填して、コンクリート表面に強固な被覆層を形成する。この被覆層は、その後のCO2の侵入を防ぎ、コンクリートの中性化を防ぐことができる。また、この場合も、シリカ溶液として水ガラス等を用いると、含まれるNa,Kによってアルカリ骨材反応を生ずる可能性があるが、シリカ溶液として特にシリカコロイドを用いることで、シリカコロイドにはNaやKがほとんど含まれないために、アルカリ骨材反応の問題は生じない。
しかし、コンクリート内部への浸透目的、シリカとともにコンクリート表面を被覆するときなどのように、アルカリ骨材反応の可能性が少ない場合、Na、K等の水酸化アルカリの適用も、その状況をみて可能である。
アルカリとしては、特にLiOHを用いることにより、アルカリ骨材反応を抑制できる。このため、水ガラスを用いる場合は、LiOHと一緒に用いることが好ましい。
この場合、超微粒子セメントがコロイダルシリカの固化物を劣化させてはならないし、図16の長期試験によればコロイダルシリカは超微粒子セメントと重ね合わせて養生しても、7年間経ても安定性が得られることがわかった。これに対し、水ガラスに酸を加えたシリカゾルや他の水ガラスのゲルは、1週間以内に溶解してしまうことが判った。
すなわち、本発明のコンクリート構造物の補修工法は、アルカリ液を含むコンクリート処理剤をコンクリート構造物の表面から浸透させて、劣化したコンクリートのアルカリ化を行うとともに、コンクリートの劣化を防止することを特徴とするものである。本発明のコンクリート構造物の補修工法においては、前記アルカリ液とアルカリ液保持材とを併用して、劣化したコンクリートの再アルカリ化を行うとともに、シリカコロイド等によりコンクリート表面に被膜を形成することで、コンクリート表面を稠密化して中性化を防止することができる。また、本発明のコンクリート構造物の補修工法においては、前記アルカリ液と前記アルカリ液保持材とを併用して、地盤中のコンクリートのアルカリ化を行うとともに、コンクリートの劣化を防止することができる。また、コンクリート構造物の周辺地盤に固結体を形成し、該コンクリート構造物と該固結体との接触面に、前記アルカリ液または該アルカリ液と前記アルカリ液保持材とを注入して、コンクリートのアルカリ化またはコンクリートの劣化防止を行うこともできる。
(1)第1液と第2液とを混合して用いる方法、
(2)第1液と第2液とを、別々にまたは連続して用いる方法(いずれかを先行して用いる)、
(3)第1液と第2液との混合液と、第1液または第2液のいずれかとを、別々にまたは連続して用いる方法、
がある。
ゆえに本発明は、単に中性化しているコンクリートの再アルカリ化のみならず、さらにコンクリート表面を稠密化して、CO2の侵入を防ぐことで、再中性化することを防止できる点に大きな特徴がある。
また、図1dは、図9(b)に示す構成の装置を車両に搭載した例で、複数の補修箇所に同時に所定量の補修箇所に送液することができる。
本発明においてはアルカリ液とアルカリ液保持材との混合物を、または、さらに界面活性剤を混合したものを、コンクリートに浸透させて再アルカリ化して、さらに、表面に被覆層を形成して、コンクリート表面を緻密化してコンクリートの中性化を予防する。
この場合、亀裂中に浸透したシリカ溶液は、亀裂を強固なCa−シリカからなるゲル化物で覆い、アルカリの存在下において、経時的にCa−SiO2の結晶構造になって亀裂を強化するものと思われる。また、気乾中で水分を蒸発して強固なキセロゲルとなって、コンクリート表面や亀裂を被覆する効果がある。
(1)アルカリ溶液をコンクリート構造物の亀裂または表面に毛細管現象等により浸透させることにより、コンクリートの再アルカリ化、または、コンクリートの中性化の防止に有効である。
(2)アルカリ溶液と界面活性剤とを混合することにより、浸透しやすくなる。界面活性剤としては、非イオン系が優れている。しかし、アルカリ剤とシリカ溶液を混合攪拌した液は、アルカリ溶液に界面活性剤を用いた場合と同粘度に浸透性がよい。そしてシリカ分がアルカリの存在のもとにコンクリート表面や亀裂を強固に閉塞して、再中性化を防止する。
(3)アルカリ剤とシリカ溶液からなる、アルカリ性シリカ溶液を浸透させて表面を被覆することにより、コンクリート構造物の微細な亀裂にアルカリ性シリカが浸透し、コンクリート表面が緻密化されて中性化も抑制し、あるいは、新しいコンクリート表面を処理することによって表面を稠密化して、中性化を予防することができる。
(4)アルカリ溶液とシリカ溶液とが接触するとゲル化して、流動性が低下するが、撹拌するとゾル状に戻り、浸透性に優れた液として用いることができる。アルカリ剤とシリカ溶液を正確に連続合流して攪拌する製造装置は車両に搭載して使用できる(図1、図9,図10a)。
(5)アルカリ溶液としては水酸化リチウムが効果的である。なぜならば水酸化ナトリウムや水酸化ナトリウム等はアルカリ骨材反応を生ずる恐れがあるからである。
(6)シリカ溶液としては、NaやK等のアルカリをほとんど含有しないシリカ溶液が好ましい。このようなシリカ溶液としては、コロイダルシリカあるいは水ガラスをイオン交換処理して作られたシリカ溶液や金属シリカ等、微小コロイダルシリカやこれらのpHを弱アルカリ性(pHが8〜10)で安定化させたシリカゾル(コロイダルシリカ)が好ましい。
(7)アルカリ骨材反応を起こす心配がない場合は、アルカリ剤としてモル比が2.8以下の低モル比の珪酸塩水溶液、または、水ガラスにアルカリ剤を加えたアルカリ水ガラス液を用いることができる。
(8)単なる3号水ガラスやシリカコロイド等を、それ自体でコンクリート表面に被覆しても、コンクリート表面の乾燥によって水分が飛んでしまうと表面から剥がれやすくなる。アルカリの存在下で適用されたシリカは、水分が飛んでも表面に強固な被覆を形成する。これは、アルカリの存在下では乾燥とともにシリカがコンクリート表面と強固に反応するためと思われる。
シリカ溶液としては、水ガラスをイオン交換樹脂またはイオン交換膜を用いて、水ガラス中のアルカリ分を除去して得られるシリカ溶液、酸性水ガラスの酸根やアルカリ金属をイオン交換樹脂や、イオン交換膜で除去して得られる酸性シリカ溶液を9〜10程度のpHに調整した粒径1〜10nmのシリカコロイドや、シリカ溶液を濃縮し造粒して、pH9〜10を呈する粒径10〜20nmのシリカコロイドあるいは金属シリカから得られたシリカコロイド等が挙げられる。
また、本発明ではアルカリ溶液とシリカコロイドとを別々に用いることで、その流動特性の変化(図10a)を利用して、目的に応じて、その配合比率を変えることにより、目的に応じた最適の使用法を得ることができる。
事前準備として、家庭化学工業(株)製のインスタントコンクリートに規定の水を加え、試験用コンクリートを作製した。コンテナ容器内で、インスタントコンクリート20kgに水2.6Lを少しずつ加えながら練り混ぜた。実験ケースに合わせ、それぞれ供試体を作製した。
外気に暴露されているコンクリートの中性化は、30年で15mm進むことが分かっている。これを模して、事前準備で作製したコンクリート供試体(100mm×100mm×100mmの立方体形状)をCO2に半年間暴露して、中性化促進試験を行った。このコンクリートを半分に割り、割った面にフェノールフタレイン液をスプレーしたところ、図11に示すように、中心から側面まで厚さ25mmの範囲(図中の斜線部)が赤紫色に変色した。このことより、変色しなかった25mmのコンクリート部分が中性化していることが確かめられた。
中性化促進試験を行って中性化されたコンクリート供試体の上部に、水酸化リチウム水溶液(4.5N)に界面活性剤を添加した溶液または水酸化リチウムのみを、刷毛で塗布して浸透させた。養生1日後にコンクリート供試体を半分に割り、割った面にフェノールフタレイン液をスプレーして、浸透深さを調べ、比較した。水酸化リチウム(4.5N)に対して陰イオン系界面活性剤を10質量%添加し浸透液を作製し、用いた。コンクリート供試体への浸透結果は、刷毛で塗った表面のみフェノールフタレイン液に反応し、浸透性が確認できなかった。
界面活性剤の添加の有無による浸透効果を確認するために、界面活性剤((株)ADEKA製,アデカトールSO−105)を3質量%添加したアルカリ溶液と、界面活性剤を添加していないアルカリ溶液とをそれぞれ入れた容器にコンクリート供試体を静置して、浸透状況を測定した。
また、比較例として、水酸化リチウムのみを同様に浸透させた結果は、3時間は26mm、1日目は28mm、7日目は28mm、9日目は28mm、12日目は28mm浸透した。
実験3と同様にして、人工的に中性化させたコンクリートの供試体(50mm×50mm×20mm±5mm)を用いて実験を行い、その効果を確認した。使用するアルカリ溶液としては、水酸化リチウム溶液(4.5N)、水酸化ナトリウム溶液(9質量%)および水酸化カリウム溶液(5質量%)を用いた。アルカリ溶液を各コンクリート供試体に浸透させて、再アルカリの程度を測定した。
材料としては、下記のものを用いた。
シリカコロイド:水ガラス水溶液を陽イオン交換樹脂で処理して微量のアルカリを添加し、加熱して縮合重合して弱アルカリ領域で安定化せしめた粒径5〜20nmのシリカコロイド。
SiO2:約30質量%、Na2O:0.7質量%以下、比重(20℃):1.21〜1.22、pH:9〜10。
活性シリカ:JIS 3号水ガラスを水で希釈した液を陽イオン交換樹脂に通過して処理し、得られるpH2.7、比重1.03、SiO2=4.0質量%、粒径1nm〜5nmの微小コロイダルシリカに微量のアルカリを加えてpH9〜10に調整。
5号水ガラス:比重(20℃)1.32、SiO2:25.5質量%、Na2O 7.03質量%、モル比3.75の5号水ガラスを用いた。
3号水ガラス:比重1.41、シリカ濃度29質量%、Na2O9.5質量%、モル比3.17
低モル比珪酸ナトリウム(水ガラス):比重1.35、シリカ濃度21.59質量%、Na2O 10.80質量%、モル比2.06
なお、本発明において低モル比珪酸塩における低モル比とは、モル比2.8〜1.0とする。
シリカコロイドが多すぎても少なすぎても浸透性の低下が生じる。
下表の表3および表4より、アルカリ剤、シリカ溶液の純分比率は1:0.1〜100が好ましいことが判る。この比率は、混合比率だけでなく、併用する場合も同様である。
なお、表4の結果から、水酸化リチウム水溶液とシリカコロイド(30%)の純分比率は1:0.1〜100が好ましいことが判る。
また、最も浸透性がよいのは1:0.5付近であった。また、浸透性が悪い場合でもコンクリート表面が稠密化された。
図10dは、更に前述した固結材で被覆して表面強化を図ったものである。また、あらかじめ補修箇所の周辺の表面にセメントや樹脂等の固結材を吹付けや塗布してから補修材を低吐出量で注入すれば注入中表面に漏出させないで浸透させることができる。
実際の施工において具体的に図7の送液システムで説明すると、第1液(アルカリ剤)または第1液と第2液の混合攪拌液を送液してアルカリ剤を浸透させてから第2液(シリカ溶液)を送液して、強いアルカリ液に接触させれば接触面でゲル化して流動性を失ってブロック化される(図10e,10f)。または、図9の装置を用いて攪拌液を作って、図7のシステムを用いて第1液で送液して浸透させたあと、第1液と第2液を送液して混合液でブロック化してもよい(図10e)。図1,図5,図6,図8の送液システムを用いても同様である。
使用する材料は、以下を用いた。
シリカコロイド(コロイダルシリカ)、微小コロイダルシリカ、5号水ガラス、低モル比珪酸ナトリウム:前記と同じもの。
樹脂:SKWイーストアジア(株)製 SITREN P750(変性シラン/シロキサンベース)
コンクリート構造物は、再アルカリ化によって耐久性の向上を図れるが、ひび割れを閉塞することによって、コンクリートのCO2による再中性化を防ぎ、さらに耐久性を向上させることができる。本発明はアルカリ剤とシリカ溶液を併用することによって、このような機能を持つことは前述した通りであるが、以下に、コンクリートの供試体を用いて実験を行った。
シリカ溶液は供試体の割裂面全体に浸透し、割裂面上下を軽く手で引っ張っても離れないことを確認することで、ひび割れを閉塞できたことから、コンクリート同士が一体化されること、従ってコンクリート表面を緻密化されることが確認された(図12(e),(f))。
従って、シリカコロイドのように中性〜弱アルカリ付近のコロイドでは、気乾中で水分を失って粉状になりやすい。また、3号水ガラスや高モル比水ガラスは、空気中で水分を失って劣化し易い。しかし、アルカリの存在下では、コンクリートの表面においては水分が失われても、強固にコンクリートの表面に粘着性をもって付着し、歳月を経てもコンクリートの表面のCaやSiO2と結合し、剥がれることがない。従って、高モル比水ガラスや3号水ガラスをシリカとして用いる場合は、アルカリと併用するのが望ましい。特に、シリカコロイドとアルカリとの混合物は、シリカコロイドの一部がアルカリで溶解して低分子シリカとシリカコロイドとの複合シリカとなり、コンクリート表面に大きなシリカのネットに小さなシリカが入り込みコンクリート表面のCaと結合して、実験によれば劣化しない被覆を形成し、あるいは、コンクリート表面の割れ目を閉塞して、稠密なシリカ−Ca被覆層を形成し、コンクリート表面を防護するものと思われる。
アルカリ剤を加えたシリカコロイドは、微細なコンクリート亀裂中でシリカコロイドが一部溶解して内部にはアルカリ分が浸透し、または亀裂の微細部分に浸透しコンクリート内部を再アルカリ化し、亀裂の大きな入り口に近い部分にはシリカコロイドの多い液が充填されるために、乾燥に伴い強固な防護被覆を形成すると思われる。
引張強度試験を行うコンクリートの供試体としては、事前準備にて作製したコンクリートを用いた。中性化促進試験を行ったコンクリートを20mm×50mm×70mm前後のサイズに調整し、真ん中で割れるように割裂させた。割裂させたコンクリート面を再度合わせ輪ゴムで固定しひび割れ状態の供試体を作製した。
コンクリート構造物の中性化防止または再アルカリ化を行う工事は、通常、道路や鉄道に沿った橋梁、トンネル、道路等において行われ、その現場の特徴から以下の手法を用いることを本発明者らは見出した。
(1)補修延長が長いので、注入作業は長区間をプラントの移動をすることなく短時間で行えるか、または、プラント自体が走行することが望ましい。
(2)車や列車等の交通の供用中、または始発までの夜間の工事になるので急速施工が望ましい。
(3)アルカリ溶液を使用するため、通行人、または、労務者に対する安全性が要求されるので、施工の全自動化が望ましい。
(4)コンクリートの補修部分は透水性が小さいため、コンクリート処理剤は浸透性に優れるものを用い、かつ、浸透に長い時間をかけざるを得ないが、多数の補修箇所を一度にまたは連続的に行うことによって作業時間を短くできることが望ましい。
(5)浸透しきれなかった余剰液は、回収されて再度利用できるのが望ましい。
(6)コンクリートの中性化部分の再アルカリ化とコンクリート表面の稠密化による中性化の予防を一体とする方法が望ましい。
(7)処理液は気中におけるコンクリートに対する浸透性、特に、毛細管現象による浸透性に優れ、かつ、乾燥して表面がコンクリートに固着して剥がれにくく、空気中のCO2を遮断して再中性化を防ぐことが望ましい。
(8)処理液によるコンクリートへの補修方法としては、補修面に処理液を塗布する方法、吹付ける方法、注入する方法、毛細管現象により浸透させる方法が用いられるが、補修箇所は直立面や天端面が多いため、処理液を処理面に保持して浸透させることが必要であり、特に毛細管現象で浸透させる方法が望ましい。
本発明者らは、これらを考慮したコンクリート処理剤およびコンクリート構造物の補修工法を研究開発したものである。
図4aは、その試験装置であり、ノズル径(a)を設けた管路を外管内に挿入してノズルの両側にパッカを設けて、外管からの管路に圧力調整弁を設け、圧力調整弁の開度を調整する構造である。
ポンプで管路内に送液して、圧力(P0)と流量を計測する。圧力調整弁の開度を調整して、ノズル径(a)から噴出した噴出液の圧力と流量を計測する。その際の圧力P1が浸透抵抗圧であり、その時の流量が噴出量である。
図4bは、圧力調整弁が全開した場合、すなわち、気中で送液した場合の送液圧(P0)とノズル径(a)と噴出量の関係を示す。ポンプ圧力P0が一定時ノズル径が小さい圧力が高く、ノズル径が大きい程噴出量は大きくなる。
図4cは、オリフィスのノズル口径aと差圧ΔPと毎分噴出量の関係を示す。差圧ΔPは、ポンプの送液圧量P0とオリフィス下流の抵抗力圧力P1の差をいう。差圧が大きい程、ノズル口径が大きい程、噴出量は大きい。抵抗圧P1が大きく、送液圧力P0に近づくにつれて、噴出量は0に近づく(図4d)。図5dの状態で抵抗圧力P1≒0ならばΔP=P0であるが、図5a,図1bのようにコンクリート中に加圧浸透させる場合は、浸透抵抗が大きい場合はΔPが小さくなり、噴出量は小さくなる。しかし、図4dのように浸透抵抗圧P1が充分小さければ、抵抗圧に多少の変化があっても、噴出量はノズル口径によって値が一定値を得ることができる。コンクリート表面からの浸透について言えば、コンクリート表面の微細な亀裂からの毛細現象によるアルカリ剤の自然浸透を基本にするならば、抵抗圧力はほとんど0に近く、したがって加圧送液圧とオリフィスの径に対応した一定の噴出量を得ることがわかる。したがって、図4fに示すように、補修箇所におけるコンクリートの中性化の程度や亀裂の大きさに応じて、ノズル口径やノズル数や補修箇所の数を複数にして、補修箇所毎に所定の噴出量の材料を同時に供給することができる。
また、図8(c)に示す複数のユニットポンプやバルブをコントローラにより一括管理して、複数の補修箇所への同時供給や選択的に供給をすることが容易になる。
ユニットポンプは、コントローラで一括制御されているので、複数の所定の補修箇所に、所定の吐出量で、処理剤を同時に、または、選択的に供給できる。
本発明における図5の送液分岐管、図6、図7、図8の送液管はシンフレックスチューブのように直径0.5〜2.0cm程度のプラスチック製の可塑性チューブを用いることができ、処理液送液プラントを一箇所に設置して、補修箇所に注入孔(図6)や、図6の隔室や、図1の不織布を交通量の少ない夜間中に設けて、補修箇所からプラントまで送液管を伸ばして設置しておけば、交通の供用に支障を生じず、また供用中にも施工が可能になる(図5,図6,図7,図8)。
本発明では、コンクリートの表面から毛細管現象等や低吐出量の同等送液で浸透させることを基本にしているため、施工が容易であるが、一方、コンクリートの透水性は極めて小さく補修箇所の透水性は多様なため、供給した処理剤が全て補修箇所のコンクリートに浸透するとは限らず、通常、残余部が生ずる。この残余部を、吸水ポンプ等の吸入管によって回収するシステムの例を示したものである。吸水バルブや注入液の分岐バルブは、コントローラによって操作されて、送液および回収を繰り返して循環させることにより、浸透に充分な時間をかけて、処理を行うことができる。
また、コンクリート構造物における補修箇所への処理液の浸透は浸透残液が生ずるし、図8の場合、処理液が溢れ出すことは避けられない。そのためには、補修箇所に監視カメラを設置して、監視カメラにより状況を把握し、その情報をコントローラに送信して、施工管理、安全施工を行うことが必要である。この場合、コントローラを作動して送液の調整や残余液の回収をしなくてはならない。そのためのシステムを図5,図6,図8に示す。
図10cは、コンクリート表面から毛細管現象により、コンクリート表面処理剤を浸透被膜した例である。
図10dは、アルカリ剤を浸透させた上で、更に表面から表面処理剤を浸透させて、先行したアルカリ剤が逆流しないようにブロック化し、または、更にその表面に固結材を被覆した例を示す。
図10g〜10lは、補修領域は可撓性枠材(または隔室)やビニール製の被覆層(または袋状被覆)で覆い、その内部にコンクリート処理液を満たし、毛細管現象で浸透させる例を示す。
図10gは、アルカリ剤を浸透させたあと、アルカリ剤とシリカ溶液の混合液、またはシリカ溶液を浸透させる例を示す。
シリカ溶液は先行しているアルカリ液と反応して、表面に流動しにくいゲルを作り、水分の蒸発と共に強固なキセロゲルとなって、コンクリート表面を被覆する。
図10iは、先行してアルカリ液とシリカ溶液の混合液を枠材内に充填して、毛細管現象で浸透させた例である。
図10jは、図10iのあと、更にシリカ溶液を浸透させた例である。
図10kは天端の補修箇所にアルカリ液を浸透させたあと、シリカ溶液を浸透させた例である。
図10lでは、枠材の内部に不織布をコンクリート補修箇所に密着させて、コンクリート処理液(アルカリ液+シリカ溶液)を不織布に保持させて時間をかけてコンクリート表面に毛細管現象で浸透させる。コンクリート処理液は枠体内に保持され、それが毛細管現象で不織布に浸み込み、不織布から毛細管現象でコンクリート内に浸透する例である。
毛管上昇高は、水が毛管中を上昇しうる高さの限度で、この高さh(m)は次式で表される(図17)。
(上記式中、T=表面張力(N/m(20℃))、θ=接触角(°)、ρ=液体の密度(kg/m3)、g=重力加速度(m/s2)、r=管の内径(半径)(m))
図18(a)の実験では、下記表7のケース1〜6のB液を配合し、B液のみの固化確認を行った。図18(b)の実験では、下記表7のA液はLiOH(4.5N)のみ、または、LiOH(4.5N)に対し体積比10%のコロイダルシリカを入れたものを用いた。下記表7のA液の作製液量はB液の体積の2倍とした。
また、A液を容器内に入れ、ろ紙の中にケース2のB液を注ぎ入れた。養生28日後のB液の強度は図18(a)の実験よりも30〜40%強度が増加した。A液を容器内に入れ、ろ紙の中にケース5のB液を注ぎ入れた。養生28日後のB液の強度は、図18(a)の実験よりも30〜40%強度が増加した。
このような現象は、スラグ系のみならず、前述した焼成工程を経たシリカ粉末、すなわち、ポゾラン系材料であれば同様に、アルカリにより水硬性によって固化することが分かった。
図19(a)は、劣化したコンクリート構造物に接触した地盤にスラグ系グラウト(ポゾラン系グラウト)を注入したのち、その境界面に、上記アルカリ剤またはアルカリ剤とシリカ溶液との混合液を注入する例である。注入されたアルカリ剤は、ポゾラン系固結ゾーンによって遮断されて、劣化したコンクリートに浸透する。また、浸透しきれなかった残余は、ポゾラン系固結ゾーンを強化する。このようにアルカリ剤はポゾラン内部で消費されて、周辺地盤への流出を防ぐ効果がある。下記表8に、各アルカリ剤(a)〜(c)を注入した際の地下水のpHを測定した結果を示す。また同様に、図19(b)では、劣化したコンクリートに接して任意の注入材を注入して止水ゾーンを形成した上で、コンクリートの止水ゾーンの境界面にアルカリ剤を注入することによって、劣化したコンクリート内部にアルカリ剤を浸透させて、コンクリートの再アルカリ化をすることができる。下記表9に、各アルカリ剤を注入した際のコンクリート強度の経時的な測定結果を示す。
Claims (28)
- アルカリ液を含むコンクリート処理剤をコンクリート構造物の表面から浸透させて、劣化したコンクリートのアルカリ化を行うとともに、コンクリートの劣化を防止することを特徴とするコンクリート構造物の補修工法。
- 前記アルカリ液とアルカリ液保持材とを併用して、劣化したコンクリートの再アルカリ化を行うとともに、コンクリート表面を稠密化して中性化を防止する請求項1記載のコンクリート構造物の補修工法。
- 前記アルカリ液とアルカリ液保持材とを併用して、地盤中のコンクリートのアルカリ化を行うとともに、コンクリートの劣化を防止する請求項1または2記載のコンクリート構造物の補修工法。
- コンクリート構造物の周辺地盤に固結体を形成し、該コンクリート構造物と該固結体との接触面に、前記アルカリ液または該アルカリ液と前記アルカリ液保持材とを注入して、コンクリートのアルカリ化またはコンクリートの劣化防止を行う請求項3記載のコンクリート構造物の補修工法。
- 前記アルカリ液が、水酸化リチウム水溶液、水酸化ナトリウム水溶液、水酸化カリウム水溶液および珪酸アルカリ金属塩溶液からなる群から選択される一種以上を含有し、前記アルカリ液保持材が、シリカコロイド、珪酸塩水溶液、撥水材および樹脂系被覆材からなる群から選択される一種以上を含有する請求項2〜4のうちいずれか一項記載のコンクリート構造物の補修工法。
- 前記アルカリ液を含むコンクリート処理剤として、アルカリ金属の水酸化物、アルカリ金属の珪酸塩、または、これらの少なくともいずれか一種とシリカコロイドとの混合物を用いる請求項1記載のコンクリート構造物の補修工法。
- 前記アルカリ液と前記アルカリ液保持材とを、有効成分の純分比率が1:0.1〜100となるよう併用する請求項2〜4のうちいずれか一項記載のコンクリート構造物の補修工法。
- 前記アルカリ液としての、水酸化リチウム水溶液、水酸化ナトリウム水溶液、水酸化カリウム水溶液および珪酸アルカリ金属塩溶液からなる群から選択される一種以上を含有する第1液と、前記アルカリ液保持材としての、シリカコロイドおよび珪酸塩水溶液からなる群から選択される一種以上を含有する第2液とを用いて、コンクリート構造物の内部に該第1液、または、該第1液と該第2液との混合物を浸透させた後、該コンクリート構造物の表面を該第2液、または、該第1液と該第2液との混合物により処理して稠密化を図って、中性化を予防する請求項2〜7のうちいずれか一項記載のコンクリート構造物の補修工法。
- 前記アルカリ液としての、水酸化リチウム水溶液、水酸化ナトリウム水溶液、水酸化カリウム水溶液および珪酸アルカリ金属塩溶液からなる群から選択される一種以上を含有する第1液と、前記アルカリ液保持材としての、シリカコロイドおよび珪酸塩水溶液からなる群から選択される一種以上を含有する第2液とを用いて、該第1液と該第2液とを混合してゲル状物を得、該ゲル状物を攪拌してゾル状物とし、該ゾル状物をコンクリート構造物の表面に供給し浸透させ、その後、乾燥することで、該コンクリート構造物の表面にキセロゲルよりなる被覆物を形成する請求項2〜7のうちいずれか一項記載のコンクリート構造物の補修工法。
- コンクリート構造物の補修箇所にドリリングを行ってドリリング孔を形成し、ドリリングにより生ずるスライムの指示薬による色の変化によって該コンクリート構造物の中性化の深度および分布を把握し、中性化層に前記アルカリ液、または、該アルカリ液と前記アルカリ液保持材との混合物を浸透させて、再アルカリ化を行う請求項2〜7のうちいずれか一項記載のコンクリート構造物の補修工法。
- コンクリート構造物の表面または内部を前記コンクリート処理剤で処理するコンクリート構造物の補修工法であって、コンクリート処理剤の製造装置からコンクリート補修箇所に至るまでの、該コンクリート処理剤の送液管路に、任意の径の孔が設けられたオリフィスを設けた請求項1〜10のうちいずれか一項記載のコンクリート構造物の補修工法。
- 前記コンクリート処理剤の送液管路を複数設けて、前記コンクリート構造物の表面における複数の補修箇所に該コンクリート処理剤の注入を行うにあたり、前記オリフィスを該複数の送液管路ごとに設けて、該複数の補修箇所に、同時にまたは選択的に、該コンクリート処理剤を送液する請求項11記載のコンクリート構造物の補修工法。
- コンクリート処理剤の製造装置で製造された前記コンクリート処理剤を、複数のユニットポンプを経て、コンクリート構造物の表面における複数の補修箇所に送液し、該複数のユニットポンプの駆動をコントローラで一括管理することにより、該複数の補修箇所に、同時にまたは選択的に、該コンクリート処理剤を送液する請求項1〜12のうちいずれか一項記載のコンクリート構造物の補修工法。
- コンクリート処理剤の製造装置で製造された前記コンクリート処理剤を、1つの送液ポンプを経て、送液管路から複数の分岐バルブを介して、コンクリート構造物の表面における複数の補修箇所に送液し、該複数の分岐バルブを作動させることにより、該複数の補修箇所に、連続的にまたは選択的に、該コンクリート処理剤を送液する請求項1〜12のうちいずれか一項記載のコンクリート構造物の補修工法。
- コンクリート処理剤の製造装置から注入管路を延ばすことにより、前記複数の補修箇所毎に該製造装置を移動させることなく、前記コンクリート構造物に面した交通の供用を可能にしながらコンクリート構造物の処理を行う請求項1〜14のうちいずれか一項記載のコンクリート構造物の補修工法。
- コンクリート処理剤の製造装置を車両に搭載して、コンクリート構造物に沿って該車両を走行移動させながら、該コンクリート構造物の表面または内部を、該製造装置で製造された前記コンクリート処理剤を用いて処理する請求項1〜15のうちいずれか一項記載のコンクリート構造物の補修工法。
- コンクリート処理剤を用いて、コンクリート構造物の中性化防止、または、該コンクリート構造物の表面の稠密化を行うコンクリート構造物の補修工法であって、該コンクリート構造物の表面を被覆するコンクリート処理剤用の保持体を設け、該保持体内に該コンクリート処理剤を供給する請求項1〜16のうちいずれか一項記載のコンクリート構造物の補修工法。
- 前記保持体を複数配置して、複数の送液管路を用いて該複数の保持体内に、同時にまたは選択的に、前記コンクリート処理剤を供給する請求項17記載のコンクリート構造物の補修工法。
- 前記コンクリート構造物の表面に浸透せずに該保持体内に残存した該コンクリート処理剤を、吸入管を介して回収する請求項17または18記載のコンクリート構造物の補修工法。
- 前記吸入管から回収された前記コンクリート処理剤を再利用して、前記コンクリート構造物の処理に用いる請求項19記載のコンクリート構造物の補修工法。
- 前記コンクリート処理剤の回収と、回収された該コンクリート処理剤の再供給と、を繰り返して、該コンクリート処理剤を循環させる請求項20記載のコンクリート構造物の補修工法。
- 前記保持体として、枠体または処理剤保持性マットを用いる請求項17〜21のうちいずれか一項記載のコンクリート構造物の補修工法。
- 前記コンクリート処理剤を、前記コンクリート構造物の表面または内部に、毛細管現象による浸透、注入、吹付けおよび塗布のうちのいずれかにより適用する請求項1〜22のうちいずれか一項記載のコンクリート構造物の補修工法。
- 前記コンクリート構造物の補修箇所のいずれかに監視カメラおよび/または変位センサーを設置して施工管理を行う請求項1〜23のうちいずれか一項記載のコンクリート構造物の補修工法。
- 請求項1〜3のうちいずれか一項記載のコンクリート構造物の補修工法に用いるコンクリート処理剤であって、前記アルカリ液が水酸化リチウム、水酸化ナトリウムおよび水酸化カリウムからなる群から選択される一種以上であり、かつ、前記アルカリ液保持材がシリカコロイド、活性シリカおよび珪酸塩水溶液からなる群から選択される一種以上であることを特徴とするコンクリート処理剤。
- 請求項1〜9のうちいずれか一項記載のコンクリート構造物の補修工法に用いるコンクリート処理剤であって、前記アルカリ液および/または前記アルカリ液保持材が、モル比2.8以下の水酸化リチウム、水酸化ナトリウム若しくは水酸化カリウムの水溶液、または、アルカリ金属の珪酸塩水溶液を含有することを特徴とするコンクリート処理剤。
- 請求項2〜9記載のコンクリート構造物の補修工法に用いるコンクリート処理剤であって、前記アルカリ液としての、水酸化リチウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウムおよび珪酸アルカリ金属塩からなる群から選択される一種以上を含有する第1液と、前記アルカリ液保持材としての、シリカコロイドおよび珪酸塩水溶液からなる群から選択される一種以上を含有する第2液とからなり、該第1液と該第2液とを混合してゲル状物を得、該ゲル状物を攪拌してゾル状物とし、該ゾル状物をコンクリート構造物の表面に供給し浸透させ、その後、乾燥することで、該コンクリート構造物の表面にキセロゲルよりなる被覆物を形成することを特徴とするコンクリート処理剤。
- 請求項2記載のコンクリート構造物の補修工法に使用する、アルカリ液とアルカリ液保持材とを有効成分とする複数の原料液を混合してなるコンクリート処理剤の製造装置であって、
前記コンクリート処理剤に含まれる複数の原料液をそれぞれ収容する複数の原料液槽と、該複数の原料液槽から複数の原料液をそれぞれ送液する複数の送液ポンプと、該複数の原料液を混合攪拌して該コンクリート処理剤を製造する混合液槽と、を備え、
前記送液ポンプが、前記原料液を吸引しかつ吐出するシリンダーポンプよりなり、該複数のシリンダーポンプの吸引および吐出が同一時間内に同調するように制御する制御機構が設けられていることを特徴とするコンクリート処理剤の製造装置。
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