JP2018104492A - 建材からの雨漏り防止用塗付剤 - Google Patents

Abstract

【課題】無機性の骨材を用いて作製された建築物からの雨漏りを解消する補修材を提供する。補修の際にはコンクリートなどの建材内部のミズ道を確定する必要性はなくかつ耐光性や耐摩耗性を材料として要求されない水もれ防止用塗布剤を提供する。【解決方法】非電解質でかつ水溶性の有機化合物で単独では結晶性を示すオリゴマーを主成分として含む水溶液であり、該水溶液は該オリゴマーを０．１重量％以上で５重量％以下の濃度で溶解させることで作製される水溶液を塗布剤とする。【選択図】 図１

Description

本発明は、無機性の骨材で作られる建材からの雨漏り等の水漏れを解消し、雨による濾水を防止するための補修用塗付剤に関する。本発明での建材とはコンクリートやモルタル等で作製された屋上、テラス、ベランダなどで平らな平面を形成する多孔体の無機性の建築用素材であり本建材は、主として屋外の日光や雨水に暴露されることにより劣化する。
本発明中の塗付剤は耐光性、耐熱性、耐水性、耐薬品性は前提となる材料であり、補修により建材の本来の機能を失うことなく簡便に塗付される。その塗付により止水効果の発揮が必要機能である。

マンションやオフィスビル、一般家屋等の建築物は経年劣化し、種々の箇所から雨漏りが起こる。この雨漏り水は必ずしも建材表面で雨が侵入した場所の近辺に沁み出すことはまれで、建材中の水の通路（ミズ道）は複雑である。ミズ道の特定は困難であるが、従来技術ではこの特定が必須であった。各種の防水のための補修工事はこのミズ道の特定を必須条件としている。すなわちミズ道を特定する技術を選定し、ミズ道を特定した後にミズ道の入口と出口とに有機撥水剤や樹脂コーテイング剤を塗布する。

特許文献１には雨漏り箇所と推定される箇所に建物の外側から蛍光染料又は蛍光顔料を含む水溶性の液体又は粘液あるいはベーストを塗り込み、建物の外側からその特定箇所に放水し、建物内部に染み出した水に紫外線を照射し、蛍光を発生させるかどうかで判定する技術が開示されている。

濾水調査のなかでミズ道の確定方法として、電気抵抗試験による方法、散水・高圧洗浄・水溜などの水を強制的に流す方法、ガスや発煙筒などの気体を流す方法、特定の臭いの空気を圧入し、臭いセンサーで探す方法、石鹸泡による方法、赤外線による方法など多数の提案があるが、ミズ道の特定は容易ではない。ミズ道の特定によって濾水対策が可能となるのが一般的である。

ミズ道が特定された後の対策としての例として特許文献２がある。ミズ道を形成する箇所に油性の撥水剤を塗布したり水性のエマルジョン剤を塗布したり、あるいは樹脂やゴム系の合成高分子を有機溶媒に溶解した溶液を流し込み有機溶媒の蒸発により該高分子を固化させて水の出入り口をなくする。

上述のマンションの場合は、屋上が緊急避難場所であったり、貯水槽（高架水槽など）等の設備があり、さらに日常点検業務等で屋上を土足で歩行する場合がある。そのため屋上防水用のシートが破損したり、日光でシートが疲労や劣化してシートに亀裂が生じる。通常屋上防水工事は１０年に１回は実施される。その間に発生した亀裂によりシートの下地のコンクリート内には無数のミズ道が生じ、このミズ道の詳細を明らかにするのはほとんど不可能である。すなわち、マンションでの雨漏り箇所として、屋上、ベランダ、廊下、非常階段がある。雨漏り以外に給水管・排水管の周りのコンクリートとの接着部分に生じる隙間を結露水が流れて想定外の箇所から水漏れが生じる。屋外やベランダに設置されている電気温水器、給湯機（ボイラーを含む)、温調機からの凝集水などがコンクリート等の建材から滲出する。

特開2000-88692 特開平10-53728

マンション等の建物の大部分は無機性の骨材(例、鉄、コンクリート、煉瓦)で造られている。建物からの雨漏りを補修で解消し、かつ補修後の雨漏り防止に寄与する止水処理剤を供給することを課題とする。その際、コンクリート内部のミズ道を確定する必要性のない方法で該課題を解決する。従来の技術では例外なくミズ道を確定するのが前提で、確定された出入り口部に埋め込み剤を挿入したり、コーテイング用塗料を塗布したり、防水シートでカバーするなどの対策が採用されている。また屋上やベランダ等は人の歩行や日光の曝露があるためコーテイング塗料やシートは対候性・耐光性と同時に摩耗対策も必要であるが、本発明ではその必要性のない解決策を提案する。

上記課題を達成させるために、本発明では雨漏り対策として従来のような建材表面をコーテイングしたりシートでカバーする方法ではない方式、すなわち、多孔体の目詰まり現象を利用する方式の適用を模索した。建材自体を多孔体とみなし、雨漏りを水の多孔体の透過現象の一つであるろ過として取り扱う。このように発想することにより建材内部でのミズ道の確定は必要なくなる。建材中の孔の特性として空孔率、平均孔径、膜厚の３特性値で建材の雨漏り特性が把握できる。

雨漏りをなくするには、空孔率を小さく、平均孔径を小さく膜厚を大きくするのが原則となる。建築後の雨漏りであるため、補修により膜厚を大きくする手段はほぼ不可能である。そのため、本発明では建材中の空孔率を小さく、平均孔径を小さくするための塗布剤を提供することに本発明技術の最大の特徴がある。

本発明の第一の特徴は、非電解質の水溶性の結晶性有機化合物のオリゴマーを主成分とした水溶液を用いることにある。オリゴマーの水溶液を用いることにより水溶液の粘度を低く抑え、かつ有機化合物であることにより水溶液の界面張力を水以下にすることで孔内への浸透性を高める。また、水分が蒸発や拡散で系外に消失されてオリゴマーの濃度が増加しても成膜しない。成膜する性質は高分子物質の特徴であるが、オリゴマーである場合は溶解度限界の高濃度になるまで無定形状態の液体に留まり流動性を示す。粘度が低く流動性が維持されかつ界面張力が低いため、該水溶液はミズ道を通り、孔の全体を満たす。このように塗布直後は孔全体に水溶液は充填される。

建材中の孔に水溶液が充填されるとともに水は蒸発し建材中を拡散する。一方、オリゴマーは蒸発せずまた拡散係数が水分子の1/10以下であるため、孔内部にとどまる。蒸発と拡散との二つの作用のため、水溶液中のオリゴマーの濃度は高まる。濃度が溶解度の限界を超えると溶液は過飽和となったのちにオリゴマーは孔内で結晶化する。この結晶化によって孔はオリゴマーによって目詰まり状態となる部分が発生する。すなわちミズ道をはじめ大部分の孔は血漿粒子によって目詰まりが起こり、空孔率が減少し、同時に平均孔径も小さくなる。このため建材内を通過する水の速度は減少する。孔内で結晶化したオリゴマーの水への再溶解する速度は、通常の実験用のビーカ―内で実現される（攪拌や加熱が可能)溶解速度に比べて1/100以下となることを発見して本発明に至った。

孔内で結晶化したオリゴマーを水で溶解させるには水分子をオリゴマー結晶表面まで拡散させなくてはならない。孔中での水分子の拡散速度は大量の水中での拡散（いわゆる水の自己拡散）の1/10以下となり、しかも孔内では攪拌が行われないため、該結晶を溶解させるのみ時間を要する。溶解時間と拡散時間とがいずれも長時間必要となるため、孔内で生じたオリゴマーの結晶化物は、見かけ上は水で再溶解しない目詰まり成分として挙動する。

本発明でのオリゴマー水溶液中のオリゴマーの濃度は0.1重量％以上、5重量％以下であることが必要である。0.1重量％未満では建材中での該水溶液の浸透速度は単独の水よりも早くなり、オリゴマーを建材内部の孔内で結晶化を完遂するのに必要な建材中での滞留時間が不足し、そのため水溶液の塗布料を増加させると孔中に滞留するオリゴマー成分の比率が減少し、建材外へオリゴマーの結晶が発生する可能性が高くなる。5重量％を超えると該水溶液の粘度が増加し、建材内の孔への浸透速度が遅く、塗布量を増した場合に建材表面に見かけ上の膜を形成する。この膜は力学的なひずみで容易に破壊され、あるいは剥離し、ミズ道に栓をする役割を果たせなくなる。建材内部の孔のみにオリゴマーを滞留させ、そこで結晶化するためにオリゴマー濃度は重要である。

本発明で利用するオリゴマーは結晶性でなくてはならない。オリゴマー水溶液から水分が減少するとオリゴマーは結晶化し、板状晶、樹脂状晶、球晶を形成し、孔内を結晶粒子で栓をする役割を持つ。該結晶の融点は50℃以上で、かつ凝固点が20℃以上であることが望ましい。夏場には屋上の防水用の建材の表面温度は50℃を超えることがあるが、オリゴマーの結晶は建材内部に存在するため、夏場になっても融解することはほとんどない。凝固点が20℃以上であることにより夏場でも溶解した結晶があっても朝方には再結晶化する。

本発明で利用するオリゴマーの分子量は1000以上で１万未満が望ましい。分子量が1000未満の場合には、生成する結晶の力学的性質と熱的性質に問題が生じやすい。すなわち結晶はもろくなり、水への溶解速度が速くなり、また融点が40℃以下のように低くなりやすい。冬場においても融解再結晶を繰り返し、分解し安くなる。逆に分子量が１万を超えると力学的性質と熱的性質は望ましい方向に向かうが、本発明水溶液を建材表面に塗布した際に建材表面に長時間滞留することと、成膜性が良いために、建材表面に塗膜が生じる。すなわち建材内部の孔内への浸透が不十分となる。表面に生じた塗膜は 日光中の紫外線の影響と温度上昇の影響により、膜の劣化が進む。また塗膜面を人間が歩行するために膜の剥離と摩耗が起こるので建材表面での成膜は避けなくてはならない。

非電解質のオリゴマーを用いることにより水溶液を建材に浸透させた際の粘度増加が防止できる。電解質のオリゴマーであれば建材成分から滲出する金属イオンと結合し、粘度が増加する。この増加は該オリゴマーの孔内への浸透を妨げると同時に結晶化を妨げる。電解質のオリゴマーは建材の実体部に吸着固定化され、ミズ道の栓の役割を果たせない。オリゴマーの具体例として、ポリエチレングリコール単独あるいはポリプロピレングリコール単独、あるいはポリビニールピロリドン単独あるいはそれぞれとの複数の成分の混合物が望ましい。オリゴマーの化学構造が複雑化したり、多成分の混合物になるにしたがって、結晶化しにくくなり、ミズ道の栓の役割を果たせなくなる。それぞれのオリゴマーの結晶化が容易であることも雨漏り防止効果の早期実現と効果の継続の点で重要である。ポリエチレングリコールの水溶液は単なる水よりも早くコンクリートやブロック材の内部に浸透する。大きなミズ道を形成している隙間に該水溶液は選択的に浸透し、水の消失に伴って結晶化する。結晶粒子がミズ道に栓をする。第一図にこの様子を模式的に示す。

水溶液中のオリゴマーは建材内部の孔で結晶化し、ミズ道に栓をする。結晶化によって生じる結晶粒子間の連結を強めることにより栓としての力学的な強化と水への再溶解性をさらに減少させる。そのため該水溶液に水溶性高分子を少量添加することでこの目的が達成されることを発見した。少量の水溶性高分子は該結晶の界面に局在化し、該結晶の結晶化速度を低める。また該結晶の水への溶解速度を減少させる。該水溶性高分子としてアルギン酸ソーダを、該オリゴマーに対して重量比で1/5未満で1/50以上添加することにより結晶化速度を1/10程度に低下させ、溶解速度を1/10以下にすることができる。さらに該水溶液に水溶性の酸性染料を1 ppm以上で100 ppm以下添加することにより、水溶液の浸漬箇所を可視化でき、染料の色は日光により１週間以内に退色させることが可能である。その染料の例としてオレンジ2がある。

本発明の塗布剤水溶液を建材表面に0.1 mmから1 mmの厚さで均等に塗布する。塗布後自然乾燥させることで雨漏りを防止することが可能となる。該塗布剤の水溶液は自らミズ道を選定しそこに浸透する。そのため塗布前にあらかじめミズ道を特定しておく必要はない。該塗布剤は水と同様の流れ挙動を示すのでミズ道の存在する箇所に選択的に浸透する。この浸透速度は水自体よりも早い。おそらくは該塗布剤の粘度は水の粘度の1.1倍から３倍程度であるが、表面張力は水の表面張力の1/2以下となるためと考えられる。この表面張力の効果を利用してミズ道を自発的に選択する効果を本発明物は保有していると考えられる。

本発明の塗布剤の建材内部への浸透速度が速いことと、オリゴマーとして成膜性がほとんどないこととの両効果で塗布面での成膜は起こらない。そのため結晶化によって生じる結晶粒子は建材内部の孔に局在化する。結果的に結晶粒子は選択的にミズ道に栓をすることになる。建材表面で塗膜を形成すると、塗膜面上での日光曝露の機会が増し、また人の歩行による膜の力学的摩耗や破壊が起こり安くなる、本発明物で形成された結晶粒子は建材内部に存在するため該曝露や力学的破壊からは保護されている。

本発明の実施により補修された建材の断面の変化を図１に模式的に示す。本発明を実施するためにまず準備しなくてはならないのはオリゴマーの種類の選定である。化学的に安定で、かつ水への溶解度が高く入手が容易で、人に安全であることが必要である。日本における通常の環境条件では、オリゴマーとしてはポリエチレングリコールで分子量が2000付近のオリゴマーが本発明塗布剤としての主成分となる最適なオリゴマーであり。分子量を特定するには水溶液の粘度を測定し、(１)式より算出する。
η＝2.0 + 0.016 M^0.76 温度20度での測定 （１）
ここでηは極限粘度数でポリエチレングリコール水溶液の粘度の測定値より極限粘度数の定義に従って換算される。Mは粘度平均分子量である。

特殊な環境下、例えば海岸近郊あるいは酸性雨が多発するような環境下、あるいは同側道路沿いの建築物については、独特の劣化条件下にあるため、本発明の塗布剤処理の前に下地処理を実施するのが望ましい。その処理方法としては塩基性のリン酸塩(例えばリン酸水素ナトリウム)の水溶液を塗布し、乾燥後に上述の通常の環境下にある建築物に適用される仕様でオリゴマーの結晶化を行う。

建築物の設計において、風雨や日光が直接曝露する平面は地球の重力に対して垂直な平面のみでなく平行な平面（壁など）も存在する。このような壁面が雨漏りの原因となる場合もある。このような場所が存在する場合には前処理として前記の塩基性のリン酸塩の水溶液処理ののち、水酸化第２鉄のエマルジョンを浸透塗布し、本発明の塗布剤処理することにより壁面からの雨漏りの防止の効果が現れることもある。

分子量2000のポリエチレングリコールを１重量％ふくむ水溶液を建材の平面部に厚さ約0.1mmで塗布する。塗布面の水溶液は雨漏りを起こす箇所に自発的に侵入する。引き続く水分の蒸発や拡散により該水溶液中のオリゴマーの濃度が上昇し溶解度以上になると結晶化して結晶粒子を発生する。この過程を図１に模式的に示す。

市販のポリエチレングリコール（粘度平均分子量2000）を水道水に濃度1重量％で溶解させる。得られた水溶液を溶液Ａと略称する。アルギン酸ナトリウム（SIGMA CHEMICAL社製）を合う水道水に濃度1重量％で溶解させてアルギン酸水溶液(溶液Ｂと略称)作製し、溶液ＡとＢとの体積比20対1で両液を混合して溶液１を作製した。築25年の2階建ての鉄骨2階建てモルタル作りのビルの屋上の平板状のシート防水上保護モルタルに1平方メートル当り１リットルの溶液１を均等に塗付した。その際、該溶液を急速に浸透させる部分と滞留させる部分とが区別できた。本建物では雨漏り水を集めてその量を定量的に測定することが可能なように集水回路を設けていた。屋上の降水量と集水回路からの水量とは経験的に次の関係があったことをあらかじめ確認していた。
集水体積（ml）＝ ５ｘ降雨量（cm/10時間）
雨漏りの際のミズ道は特定できなかった。溶液１を塗付後は少なくとも1日の晴天を経た後の降雨の際の水漏れによる24時間にわたる集水体積量は、降水量が５cm/10時間では検出限界以下となった。

一般居住用の建物、オフィス、マンションなどの無機系の建材を用いた建物は、経年変化により雨漏り箇所が出現する。その際、ミズ道を特定することは困難であるので適切な対策が取りにくい。本発明により雨漏りの原因となる箇所を特定することなく雨漏りを防止することが可能となる。建物の維持管理の具体的な方法を本発明は提示し、その利用の場面は無数に存在する。

建材内部での本発明水溶液の存在状態を示す模式図

a:本発明の水溶液が建材内部の孔に浸透した際の建材の断面を示す模式図。
b; aの状態より時間が経過し水の一部が蒸発あるいは拡散によって減少しオリゴマーが濃縮した場合の本発明の水溶液の存在状態を示す断面模式図。
ｃ;濃縮がさらに進んでオリゴマーが結晶化した様子を示す断面模式図。
１；建材を構成する粒子（砂利やセメント粒子）
２；本発明の塗布剤水溶液
３；本発明の溶液中のオリゴマーが結晶化して析出した結晶粒子

Claims (4)

1. 非電解質で水溶性の結晶性オリゴマーを主成分として、該オリゴマーを0.1重量％以上5重量％以下の濃度で水に溶解させることによっていられる水溶液であることを特徴とする無機性建材の水漏れ防止用塗付剤。
2. 請求項１において該オリゴマーの分子量が1000以上1万未満であり、融点は50℃以上でかつ凝固点が40℃以上であることを特徴とする水溶液塗付剤。
3. 請求項１あるいは２においてオリゴマーとしてポリエチレングリコール単独あるいは該オリゴマーに加えて、ポリプロピレングリコールあるいはポリビニールピロリドンとの 複数のオリゴマーとの混合物であることを特徴とする水溶液塗付剤。
4. 請求項１あるいは２あるいは３において、水溶液中にアルギン酸ソーダを該オリゴマーに対して重量比で1/5未満１/50以上添加し、かつ酸性染料を1ｐｐｍ以上100ｐｐｍ以下添加することを特徴とする水溶液塗付剤。