JP2018111619A

JP2018111619A - 補修材料及び補修方法

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Publication number: JP2018111619A
Application number: JP2017002277A
Authority: JP
Inventors: 荒木　昭俊; Akitoshi Araki; 昭俊荒木; 昌章真下; Masaaki Mashita; 直征岡元; Naoyuki Okamoto
Original assignee: Denka Co Ltd
Current assignee: Denka Co Ltd
Priority date: 2017-01-11
Filing date: 2017-01-11
Publication date: 2018-07-19
Anticipated expiration: 2037-01-11
Also published as: JP6875862B2

Abstract

【課題】硬化性、充填性、貯蔵安定性に優れる補修材料の提供。
【解決手段】ブレーン比表面積が５０００ｃｍ^２／ｇ以上の微粉セメント、酸化物換算でＳｉＯ_２を３．０質量％以上含有するカルシウムアルミノシリケート、セッコウ及びアルコール類を含有する補修材料。アルコール類は、炭素数２〜３のアルキル基を有する１価アルコール類が好ましい。更に、脱水剤を含有することが好ましい。脱水剤は無水硫酸ナトリウムと無水炭酸カリウムからなる群の１種以上が好ましい。
【選択図】なし

Description

本発明は、補修材料及び補修方法に関する。

コンクリート構造物のあばたやひび割れを補修する方法は、セメント系材料や樹脂系材料がよく用いられている。セメント系材料の場合は、水や粉体を計量する作業と練り混ぜる作業が必要となる。樹脂系材料の場合は２液混合タイプの常温硬化型の樹脂を用いる場合が多い。２液混合タイプの常温硬化型の樹脂を用いてひび割れを補修する場合は、２液をそれぞれ計量・混合し、刷毛やローラーを用いて塗布し、ひび割れに樹脂を含浸する方法や、シリンジ等の注入治具をひび割れに沿って配置し、ひび割れ開口部分をシールして低圧で注入する方法等が行われている。このような方法では、計量や練混ぜ作業、注入治具のセット等が必要であり簡便性に欠けていた。特に、補修対象箇所が少ない場合、大量に材料を余らせる場合もあり経済性に欠ける面もあった。

液状のセメント系材料を用いた技術について説明する。コンクリート亀裂部の補修方法としては、超速硬セメントをコンクリート亀裂内部に粉体のまま擦り込み、そこに水をしみ込ませて硬化させる方法が知られている（特許文献１）。この方法では、計量や混合作業が不要であるけれども、粉体を亀裂部に擦り込むため、粉塵が発生し、亀裂内部への充填性も不充分となりやすいという課題がある。

可溶性アルミを含有してなる粉体と液体の有機化合物を混合したペースト状の急硬材が知られている（特許文献２）。特許文献２は、炭素数４〜６の１価アルコールを用いることが記載されている。特許文献２の可溶性アルミは、ＳｉＯ_２含有量が酸化物換算で最大２．８質量％であり、本発明とは異なる。

ポルトランドセメント及び／又は混合セメントとカルシウムアルミネートを含む粒子間隙が４５〜６５容積％の混合粒子と、溶解度パラメーターが９．０以上の有機溶媒とを含有し、２０℃で粘度が２０Ｐａ・ｓ以下である流体状硬化材が知られている。この流体状硬化材は、ポルトランドセメント、カルシウムアルミネート、炭素数が２〜３の１価アルコールを使用している。本発明は、特定のカルシウムアルミノシリケートと、ポルトランドセメントよりも比表面積が大きい微粉セメントとを、使用するものである。微粉セメントについて特許文献３に記載がない。

特開平１１−１３０５６２号公報特許第３１９２７１０号公報特開２００５−３１４１４０号公報

本発明は、例えば、硬化性、充填性、貯蔵安定性に優れた補修材料を提供する。

即ち、ブレーン比表面積が５０００ｃｍ^２／ｇ以上の微粉セメント、酸化物換算でＳｉＯ_２を３．０質量％以上含有するカルシウムアルミノシリケート、セッコウ及びアルコール類を含有する補修材料であり、カルシウムアルミノシリケートのＳｉＯ_２含有量が酸化物換算で３．０〜３０質量％である該補修材料であり、カルシウムアルミノシリケートのＣａＯ／Ａｌ_２Ｏ_３モル比が１．２〜２．５である該補修材料であり、カルシウムアルミノシリケートの使用量が、微粉セメント１００質量部に対して５〜５０質量部である該補修材料であり、セッコウの使用量が、カルシウムアルミノシリケート１００質量部に対して５０〜２５０質量部である該補修材料であり、アルコール類が、炭素数２〜３のアルキル基を有する１価アルコール類である該補修材料であり、アルコール類の使用量が、微粉セメント、カルシウムアルミノシリケート及びセッコウの合計１００質量部に対して、２０〜５０質量部である該補修材料であり、更に、脱水剤を含有する該補修材料であり、脱水剤が無水硫酸ナトリウムと無水炭酸カリウムからなる群の１種以上である該補修材料であり、脱水剤の使用量が、アルコール類１００質量部に対して、０．２〜５質量部である該補修材料であり、液状である該補修材料であり、２０℃での粘度が２０〜３０Ｐａ・ｓであり、かつ、液状である該補修材料であり、該補修材料をコンクリート躯体面に塗布した後に、水を噴霧する補修方法であり、該補修材料をコンクリート躯体面に充填した後に、水を噴霧する補修方法である。

本発明は、例えば、硬化性、充填性、貯蔵安定性に優れた補修材料及び補修方法を提供できる。

本発明の、ブレーン比表面積で５０００ｃｍ^２／ｇ以上の微粉セメント（以下セメントということもある）としては、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を粒度調整したものや、これら微粉セメントに、粒度調整された高炉スラグ、フライアッシュ又はシリカを混合した各種混合微粉セメント等が挙げられる。これらの１種以上が使用できる。微粉セメントは、ブレーン比表面積で１２０００ｃｍ^２／ｇ以下が好ましい。

本発明の、酸化物換算でＳｉＯ_２を３．０質量％以上含有するカルシウムアルミノシリケートとは（以下、カルシウムアルミノシリケートと記述する。）、ＣaＯ原料、Ａｌ_２Ｏ_３原料、ＳｉＯ_２原料を混合したものをキルンで焼成したり、電気炉等で溶融したり、等の熱処理をして得られるカルシウムアルミノシリケートであり、ＳｉＯ_２の含有量が３．０質量％以上の範囲を示す。カルシウムアルミノシリケートは、その他の成分として、ナトリウム、カリウム及びリチウム等のアルカリ金属塩を一部固溶させてもよい。カルシウムアルミノシリケートの中では、反応活性の点で、非晶質が好ましい。カルシウムアルミノシリケートの粒度は、ブレーン値で５０００ｃｍ^２／ｇ以上が好ましい。５０００ｃｍ^２／ｇ未満ではクラックへの充填性が低下する可能性がある。カルシウムアルミノシリケート中のＳｉＯ_２含有量は３．０〜３０質量％が好ましい。３．０質量％未満では、水和活性が高くなりすぎて、適度な硬化スピードを得ることができず、クラックへの充填性や貯蔵安定性が低下し、３０質量％を超えると、水和活性が低くなり、硬化性が悪くなる可能性がある。カルシウムアルミノシリケートのＣａＯ／Ａｌ_２Ｏ_３モル比は、１．２〜２．５が好ましく、１．３〜２．０がより好ましい。１．２未満では硬化性が得られない可能性があり、２．５を超えると充填性が得られない可能性がある。

カルシウムアルミノシリケートの使用量は、微粉セメント１００質量部に対して、５〜５０質量部が好ましく、１０〜３５質量部がより好ましい。５質量部未満では硬化性が得られない可能性があり、５０質量部を超えると充填性が得られない可能性がある。

本発明のセッコウは、カルシウムアルミノシリケートと併用することにより、初期強度及び長期強度を向上させることができる。セッコウの種類としては、無水セッコウ、半水セッコウ、二水セッコウ等が挙げられ、工場で副生するセッコウや天然に産出するセッコウが使用できる。これらの中では、強度発現性の点で、無水セッコウが好ましい。セッコウの粒度は、ブレーン値で４０００ｃｍ^２／ｇ以上が好ましい。４０００ｃｍ^２／ｇ未満ではクラックへの充填性が低下する可能性がある。セッコウの粒度は、ブレーン値で１００００ｃｍ^２／ｇ以下が好ましい。

セッコウの使用量は、カルシウムアルミノシリケート１００質量部に対して、５０〜２５０質量部が好ましく、１００〜２００質量部がより好ましい。５０質量部未満では十分な強度発現効果が得られない可能性があり、２５０質量部を超えると強度発現性が頭打ちとなる可能性がある。カルシウムアルミノシリケートとセッコウの混合物の使用量は、セメント１００質量部に対して、１０〜１００質量部が好ましく、２０〜７０質量部がより好ましい。１０質量部未満では硬化性が得られない可能性があり、１００質量部を超えると、貯蔵安定性が低下する可能性がある。

本発明のアルコール類（以下、アルコール類と記述する。）は、液状化するための水溶性有機溶媒である。アルコール類は、液体が好ましい。アルコール類の中では、炭素数２〜３のアルキル基を有する１価アルコール類が好ましい。例えば、エチルアルコール、プロピルアルコール、イソプロピルアルコールが挙げられる。これら１種以上のアルコール類を混合してもよい。より硬化を促進する必要がある場合は、エタノールアミン類を貯蔵安定性に支障のない範囲で併用してもよい。これらの中では、エタノール、イソプロピルアルコールからなる群の１種以上が好ましい。

アルコール類の使用量は、微粉セメント、カルシウムアルミノシリケート及びセッコウの合計１００質量部に対して、２０〜５０質量部が好ましい。２０質量部未満では適度な充填性や液状状態を得ることが難しい可能性があり、５０質量部を超えると塗布したときの有効粉体量が少なくなり、十分な充填性を確保できない可能性がある。

本発明の脱水剤は、アルコール類に含まれる水分や外気から溶け込む水分を脱水するために使用する。脱水剤としては、モレキュラーシーブ、無水硫酸ナトリウム、酸化カルシウム、酸化マグネシウム、活性無水硫酸カルシウム、無水炭酸カリウム、シリカゲル等が挙げられる。これらの中では、貯蔵安定性が大きく、水を噴霧後の硬化促進作用を示す点で、無水硫酸ナトリウムと無水炭酸カリウムからなる群の１種以上が好ましい。

脱水剤の使用量は、アルコール類１００質量部に対して、０．２〜５質量部が好ましく、０．５〜２質量部がより好ましい。０．２質量部未満では、十分な脱水効果が期待できず、貯蔵安定性が小さい場合があり、５質量部を超えると効果が頭打ちになる可能性がある。

本発明の補修材料には、性能に悪影響を及ぼさない範囲で、界面活性作用を示す薬剤、ケイ酸塩、炭酸塩、硝酸塩、ポリマーディスパージョン、増粘剤、撥水剤等を併用することができる。

本発明の補修材料は、液状補修材料であることが好ましい。本発明の液状補修材料の粘度は２０℃で５００ｍＰａ・ｓ以上の範囲に調整することが好ましく、２０〜３０Ｐａ・ｓの範囲に調整することがより好ましい。粘度が５００ｍＰａ・ｓ未満では、アルコール類の量が多すぎて、粉体の濃度が小さくなり、塗布した時の有効粉体量が減少し、十分な充填を行えない可能性がある。３０Ｐａ・ｓを超えると充填性が低下する可能性がある。

本発明の液状補修材料の練混ぜ方法は、特に制限するものではないが、例えば、粉体用ミキサーで、微粉セメント、カルシウムアルミノシリケート、セッコウ、必要に応じて脱水剤等を所定量混合し、得られた混合物に、アルコール類を加え、モルタル混練用やコンクリート混練用のミキサーで混合する方法が挙げられる。モルタル混練用やコンクリート混練用のミキサーとしては、ホバートミキサーやパン型ミキサー等が挙げられる。

本発明の液状補修材料を保管する容器は、特に限定するものではないが、ポリビン、ガラスビン、缶、チューブ、ポリ袋、コーキングガンで押し出す容器等が挙げられ、状況に合った形状の容器を使用すればよい。保管中に粉体部分が沈降するような液状補修材料である場合、ケチャップ等を入れる小径ノズル付きのプラスチック容器で液状補修材料を保管すれば、使用する前に容器を振ることにより液状補修材料が混合し、使用できる。

本発明の液状補修材料を用いたあばたやひび割れの補修方法としては、液状補修材料をコンクリート躯体面の補修箇所に塗布又は充填し、その後、保護手袋を装着した指であばたやひび割れに充填する方法等が挙げられる。アルコール類はすぐに揮発し、乾燥するので、その後、充填箇所に刷毛や噴霧器を用いて水を供給することにより、充填された粉体を硬化させて補修箇所を補修する。

以下、実施例に基づき詳細に説明する。

表１に記載する液状補修材料を調整し、硬化性、ひび割れ充填性、粘度、貯蔵安定性を評価した。結果を表１に示す。

（使用材料）
普通ポルトランドセメント（Ｃ０）：デンカ社製普通ポルトランドブレーン比表面積３３００ｃｍ^２／ｇ
微粉セメント（Ｃ１）：デンカ社製普通ポルトランドセメントを分級し粒度調整したもの。ブレーン比表面積５１００ｃｍ^２／ｇ
微粉セメント（Ｃ２）：デンカ社製普通ポルトランドセメントを分級し粒度調整したもの。ブレーン比表面積８２００ｃｍ^２／ｇ
微粉セメント（Ｃ３）：デンカ社製普通ポルトランドセメントを分級し粒度調整したもの。ブレーン比表面積１１６００ｃｍ^２／ｇ
微粉セメント（Ｃ４）：微粉セメント（Ｃ２）１００質量部とブレーン比表面積９２００ｃｍ^２／ｇの高炉スラグ微粉末３０質量部とを混合したもの
カルシウムアルミネート（ＣＡ）：市販特級試薬のＣａＣＯ_３、Ａｌ_２Ｏ_３を所定割合になるように混合し、高周波炉を用いて約２０００℃で加熱溶融し、水中で急冷し、粉砕、分級して調整したもの。ＳｉＯ_２含有量０％、ブレーン比表面積６０００ｃｍ^２／ｇ、ＣａＯ／Ａｌ_２Ｏ_３モル比＝１．７，非晶質
カルシウムアルミノシリケート（ＣＡＳ１）：市販特級試薬のＳｉＯ_２、ＣａＣＯ_３、Ａｌ_２Ｏ_３を所定割合になるように混合し、高周波炉を用いて約２０００℃で加熱溶融し、水中で急冷し、粉砕、分級して調整したもの。ＣａＯ／Ａｌ_２Ｏ_３モル比＝１．７，ＳｉＯ_２含有量３．３％、ブレーン比表面積５９００ｃｍ^２／ｇ、非晶質
カルシウムアルミノシリケート（ＣＡＳ２）：ＣＡＳ１と同様に調整したもの。ＣａＯ／Ａｌ_２Ｏ_３モル比＝１．７，ＳｉＯ_２含有量１０．５％、ブレーン比表面積５８５０ｃｍ^２／ｇ、非晶質
カルシウムアルミノシリケート（ＣＡＳ３）：ＣＡＳ１と同様に調整したもの。ＣａＯ／Ａｌ_２Ｏ_３モル比＝１．７，ＳｉＯ_２含有量２０．６％、ブレーン比表面積６０５０ｃｍ^２／ｇ、非晶質
カルシウムアルミノシリケート（ＣＡＳ４）：ＣＡＳ１と同様に調整したもの。ＣａＯ／Ａｌ_２Ｏ_３モル比＝１．７，ＳｉＯ_２含有量２９．７％、ブレーン比表面積５９００ｃｍ^２／ｇ、非晶質
カルシウムアルミノシリケート（ＣＡＳ５）：市販特級試薬のＳｉＯ_２、ＣａＣＯ_３、Ａｌ_２Ｏ_３を所定割合になるように混合し、高周波炉を用いて約２０００℃で加熱溶融し、水中で急冷し、粉砕、分級して調整したもの。ＣａＯ／Ａｌ_２Ｏ_３モル比＝１．７，ＳｉＯ_２含有量２．８％、ブレーン比表面積５９００ｃｍ^２／ｇ、非晶質
セッコウ（ＣＳ）：天然無水セッコウ粉砕品、ブレーン比表面積５１００ｃｍ^２／ｇ、中国産
アルコール類（Ｅｔ）：市販エタノール、純度９９．５％
脱水剤（Ｄ１）：試薬特級、無水硫酸ナトリウム
脱水剤（Ｄ２）：試薬特級、無水炭酸カリウム

（試験方法）
各試験はいずれも２０℃の環境下で実施した。
ブレーン比表面積：ＪＩＳＲ５２０１に規定するブレーン空気透過装置を用いて測定した。
硬化性：モルタル平板表面に液状補修材料を縦４０ｍｍ×横４０ｍｍ×厚さ１ｍｍになるように塗布し、アルコールを蒸発させて乾燥した後に、霧吹きで水を散布し湿らせた。散布後の状態を観察した。１０分後に指で押してもへこまない場合は○、再度水で湿らしてから１０分後にへこまない場合は△、更に６０分経過後にへこむ場合であれば×とした。
ひび割れ充填性：横１０ｃｍ縦１０ｃｍ×厚み１０ｃｍのコンクリート硬化体に幅０．２ｍｍ×深さ３０ｍｍの模擬ひび割れを作製し、液状補修材料を模擬ひび割れ部分に充填した。翌日、模擬ひび割れと直交する方向でコンクリートを切断し、切断面を観察することにより充填された深さを測定した。
粘度：Ｂ型粘度計を用いて測定した。
貯蔵安定性（安定性）：液状補修材料をポリビンに加え、蓋を閉めた。蓋を閉めて４ヶ月経過後に粒状固形物が発生した場合を◎、３ヶ月経過後に粒状固形物が発生した場合を○、２ヶ月経過後に粒状固形物が発生した場合を△、１ヶ月経過後に粒状固形物が発生した場合を×とした。

表１からわかるように、本発明の補修材料は、硬化性、ひび割れ充填性及び貯蔵安定性に優れている。カルシウムアルミノシリケートを用いることにより貯蔵安定性が向上する。脱水剤を併用することにより、貯蔵安定性を向上できる。
微粉セメントの代わりに普通ポルトランドセメントを使用した場合、ひび割れ充填性が小さい（実験Ｎｏ．１）。セッコウを使用しない場合、ひび割れ充填性が小さい（実験Ｎｏ．３）。カルシウムアルミノシリケートを使用しない場合、硬化性が小さい（実験Ｎｏ．４）。カルシウムアルミノシリケート中のＳｉＯ_２含有量が２．８％である場合、ひび割れ充填性や貯蔵安定性が小さい（実験Ｎｏ．１７）。アルコールを使用しない場合、補修材料が液状化されず、試験評価できない（実験Ｎｏ．２１）。

本発明の補修材料、特に液状補修材料を用いることにより、コンクリート構造物やコンクリート製品の表面に発生した、あばたやひび割れやクラック等のひび割れ箇所を、計量や混練作業をすることなく、液状補修材料を塗布し、指でなぞるだけで、隙間に充填できる。本発明の補修材料は、簡便な補修方法を提案できる。本発明は、施工前の計量や混合作業を必要としない。本発明は、粉塵の発生を抑制でき、保管性に優れる。本発明の液状補修材料は、ひび割れ箇所に塗布又は充填し、水を噴霧することにより、硬化でき、少ない量で簡便に変状を補修できる。本発明は、粉末度を高くすることにより、ひび割れ箇所への充填性に優れる。本発明は、製造後２ヶ月経過しても、振り混ぜると施工に支障のない均一な分散液となり、安定した品質の液状補修材料を提供できる。本発明は、硬化性や貯蔵安定性に優れる補修材料を提供できる。

Claims

ブレーン比表面積が５０００ｃｍ^２／ｇ以上の微粉セメント、酸化物換算でＳｉＯ_２を３．０質量％以上含有するカルシウムアルミノシリケート、セッコウ及びアルコール類を含有する補修材料。
カルシウムアルミノシリケートのＳｉＯ_２含有量が酸化物換算で３．０〜３０質量％である請求項１記載の補修材料。
カルシウムアルミノシリケートのＣａＯ／Ａｌ_２Ｏ_３モル比が１．２〜２．５である請求項１又は２記載の補修材料。
カルシウムアルミノシリケートの使用量が、微粉セメント１００質量部に対して５〜５０質量部である請求項１〜３のいずれか１項記載の補修材料。
セッコウの使用量が、カルシウムアルミノシリケート１００質量部に対して５０〜２５０質量部である請求項１〜４のいずれか１項記載の補修材料。
アルコール類が、炭素数２〜３のアルキル基を有する１価アルコール類である請求項１〜５のいずれか１項記載の補修材料。
アルコール類の使用量が、微粉セメント、カルシウムアルミノシリケート及びセッコウの合計１００質量部に対して、２０〜５０質量部である請求項１〜６のいずれか１項記載の補修材料。
更に、脱水剤を含有する請求項１〜７のいずれか１項記載の補修材料。
脱水剤が無水硫酸ナトリウムと無水炭酸カリウムからなる群の１種以上である請求項８項記載の補修材料。
脱水剤の使用量が、アルコール類１００質量部に対して、０．２〜５質量部である請求項８又は９項記載の補修材料。
液状である請求項１〜１０のいずれか１項記載の補修材料。
２０℃での粘度が２０〜３０Ｐａ・ｓであり、かつ、液状である請求項１〜１０のいずれか１項記載の補修材料。
請求項１〜１２のいずれか１項記載の補修材料をコンクリート躯体面に塗布した後に、水を噴霧する補修方法。
請求項１〜１２のいずれか１項記載の補修材料をコンクリート躯体面に充填した後に、水を噴霧する補修方法。