JP2019172564A - コンクリート補修剤 - Google Patents
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Abstract
Description
しかし、コンクリートの打ち直しは、手間と時間がかかる。また、0.2mm以上のひび割れであればエポキシ樹脂やポリマーセメントで補修することができるが、0.2mm未満の微細なひび割れ及び微小な損傷の補修は困難であるため、大きなひび割れを補修しても、高温加熱を受ける前に比べ、コンクリートの性能は劣ることになる。
しかし、この性能回復剤はコンクリートの内部までの浸透が十分ではないため、更に優れた性能回復促進剤や補修剤が求められている。また、高温加熱を受けていない一般コンクリートについても同様に、優れた改質剤や性能回復剤といった補修剤が求められている。
なお、本発明でいう「補修剤」とは、性能回復促進剤及び改質剤を包含する概念である。
同様に、珪酸塩類とアルカリ金属の水酸化物との合計の質量濃度は、5〜80%であることが好ましく、5〜20%であることが更に好ましく、7〜13%であることがより好ましい。
1.試験概要
1.1 被補修コンクリートの調合と加熱
被補修コンクリートの円柱供試体を表1に示す調合によって作製した。シリーズNo.1とNo.2は、それぞれ普通強度コンクリートと高強度コンクリートに近いものである。使用材料を表2に示す。サイズが直径10cm×高さ20cmの供試体を20±3℃の水中において28日間養生した。その後、加熱まで20±5℃室内に放置した。加熱直前と直後に圧縮試験をそれぞれ行い、圧縮強度を測定した。加熱直前の圧縮強度を表1に示す。
また、加熱前に被補修コンクリート供試体の打ち込み面の中心に深さ60mm、直径10mmの削孔を行った。次に、昇温速度を2〜3℃/分とし、加熱温度が目標温度(450℃、550℃、650℃)に達し後に5時間維持して加熱を行った。なお、コンクリートの中心温度は測定しなかったが、昇温速度が小さく、また目標温度に5時間維持したため、コンクリートの中心温度は目標温度に達したと考えられる。
補修剤を選定するための試験(以下「補修剤の選定試験」という。)、及び補修剤の使用効果を検証するための加圧注入試験(以下「補修剤の注入試験」という。)に使用した補修剤の原材料(原料溶液)を表3に示す。
水ガラス水溶液(WG)は、JIS K 1408の1号水ガラスと水を1:1の体積比で混合したものである。
水酸化ナトリウム水溶液(NH)のモル濃度は10Mである。
液体ガラス(S)は、液体ガラスの原液と水を1:2の体積比で混合したものである。液体ガラスの成分は企業秘密で不明である。
珪酸リチウム(Li)のモル比は7.5で、シリカ(SiO2)の含有量は20〜22質量%、酸化リチウム(LiO2)の含有量は1.3〜1.5質量%である。
アルミン酸ナトリウム(AN)は、水酸化アルミニウムと水酸化ナトリウムを原料とする液体品である。
補修剤の選定試験では、表1中、シリーズNo.1の被補修コンクリート(普通強度)の円柱供試体を使用して、450℃加熱を行った。その後、ASR(アルカリ骨材反応)抑制工法に用いられる注入器具(パッカーとアクリルカプセル、下記参考文献を参照。)を使用し、注入圧力を0.5MPaとして、表4に示す4種類の補修剤を前述の削孔部より注入した。また、比較のため水の注入も行った。
参考文献 江良和徳:亜硝酸リチウムを用いたASR抑制工法,リチウム内部圧入によるアルカリシリカ反応の抑制について,コンクリート工学,vol50,No.2,pp.155〜162,2012
2.1 補修剤の選定試験の結果
図2に、表4に示す4種類の補修剤と水の注入試験の結果を示す。
約140分で250mLの水は注入され、円柱供試体の表面に滲み出始めた。これによって、シリーズNo.1の被補修コンクリートを450℃加熱した場合、1本の円柱供試体に注入できる液の量は250mLであることがわかった。また、図2に示すように、「Li+NH+水」の補修剤の浸透性は他の補修剤に比べ、高いことが認められた。
加熱後のコンクリートの注入に適する「Li+NH+水」中の水の割合を変え、表5に示すようにA、B、C液からなる補修剤を調製した。すなわち、水の割合はA液<B液<C液である。
450℃で加熱した被補修コンクリートの円柱供試体(効果検証用コンクリート供試体)にB液とC液、550℃と650℃で加熱した被補修コンクリートの円柱供試体(効果検証用コンクリート供試体)にA液とB液を注入した。加熱温度レベル、液の種類ごとにそれぞれ3本の円柱供試体に対して注入を行った。
なお、A、B、C液における、珪酸リチウムと水酸化ナトリウムとのモル比(珪酸リチウム:水酸化ナトリウム)及び珪酸リチウムとアルカリ金属の水酸化物との合計の質量濃度を表6に示す。
前述したように、円柱供試体(効果検証用コンクリート供試体)が完全に湿り、液が表面に滲み出すまで250mLの水を注入できたため、250mLの注入にかかる時間を比べ、A、B、C液の注入性を考察した。各液の250ml注入時間を表7及び表8に示すに示す。
コンクリート供試体の加熱前の圧縮強度を100%として、加熱直後と補修剤の加圧注入・再養生後のコンクリートの残存圧縮強度(%)を図4及び図5に示す。
図4に示すシリーズNo.1の被補修コンクリートの場合、450℃で加熱された供試体については、加熱後に圧縮強度が70%程度まで低下し、B液、C液を注入することで強度の回復がみられた。特にB液の場合、加熱前の90%程度まで回復した。550℃、650℃で加熱された供試体については、加熱後にそれぞれ50%、40%程度まで圧縮強度が低下した。しかし、A液を注入することで、それぞれ加熱前の80%、70%程度まで強度は回復した。
なお、いずれの供試体についても、水の注入による強度の回復促進は見られなかった。
1.実験概要
1.1 補修剤の組成
前記の珪酸リチウム原液(Li),10Mの水酸化ナトリウム水溶液(NH)及び水を2:1:2の体積比で混合したものである。ここに、D液と称する。
用いた被補修コンクリートは、表9に示すシリーズNo.3〜No.5の普通強度コンクリートである。調合は表9及び表10に示すとおり。普通ポルトランドセメントと珪酸質の骨材を使った。サイズが直径100×高さ200mmの円柱供試体を作製し、20±3℃の水中において56日間養生した後に室内に保管した。その後、小型電気炉で供試体の加熱を行った。昇温速度を2〜3℃/分とし、目標温度(300℃、500℃、650℃)で5時間維持した。加熱後は気中自然冷却をした。
密閉できる容器にD液を装入してから、シリーズNo.3〜No.5の加熱後の供試体を7日間浸漬した。浸漬後に、供試体を温度20±2℃、相対湿度60±5%の室内で21日間気中養生を行った。加熱温度はそれぞれシリーズNo.3は300℃、No.4は500℃、及びNo.5は650℃とした。
加熱前と補修後にJIS A 1108:2018(コンクリートの圧縮強度試験方法)に準じて圧縮強度を測定し、加熱直後と補修後の圧縮強度残存率を算出した。圧縮強度は3本の試験体の平均値とした。また、500℃,650℃加熱直後、浸漬による補修後の供試体の内部構造を走査型電子顕微鏡(SEM)で観察した。
2.1 圧縮強度
300℃,500℃,650℃で加熱され、補修剤に7日浸漬したシリーズNo.3〜No.5の加熱前と加熱・補修後(浸漬・養生)の圧縮強度及び加熱前の強度と比較した残存率を図6に示す。図6に示すように、補修後の圧縮強度はそれぞれ93%,87%,86%まで回復した。補修剤の補修効果を浸漬の場合においても確認した。
加熱直後と補修後のSEM(500倍)写真を図7に示す。加熱直後の供試体にはひび割れと空隙が見られた。特に650℃で加熱されたシリーズNo.5の供試体は、500℃で加熱されたシリーズNo.4の供試体よりひび割れが大きく、空隙が多かった。しかし、補修剤の浸漬による補修後は、緻密になった。すなわち、500℃で加熱されたシリーズNo.4の供試体ではひび割れと空隙がほとんど見られなくなり、650℃で加熱されたシリーズNo.5の供試体ではひび割れや空隙が少なくなった。
珪酸リチウム、珪酸ナトリウム(水ガラス)又は珪酸カリウムを主成分とする珪酸塩系表面含浸材(水溶液)は、以前からコンクリートの防水、表面保護工法に広く使われている。含浸材の乾燥固化物及びそれとセメントの水和によって生じるCa(OH)2との反応生成物C−S−Hゲルは、コンクリートの空隙を充填して改質効果を生じるためである。しかし、これら従来の珪酸塩系表面含浸材は表層部の数ミリまでしか浸透できないため、その適用範囲は、表層部の改質、防水及び保護に限られていた。珪酸塩系表面含浸材が深くまで浸透できないのは、含浸材がセメントの水和生成物Ca(OH)2と反応してC−S−Hゲルを生じ、浸透経路を閉塞するためである。
具体的には、先に表3に示した原料溶液のNH、Li及びWGの20℃時の粘度を測定した。その結果を表11に示す。また、浸漬実験に用いられたD液及びWGとNHの混合液(WG+NH、体積比1:1)の20℃時の粘度も測定した。その結果を表11に併記する。D液の粘度は最も小さいことを確認した。
本発明の補修剤によれば、コンクリートが高温加熱を受けたどうかにかかわらず、その内部への浸透性が向上する。これにより、高温加熱を受けて劣化したコンクリートの性能回復を図ることができるとともに、高温加熱を受けていないコンクリートの内部までも改質することができる。
Claims (6)
- 珪酸塩類と、アルカリ金属の水酸化物の1種又は2種以上とを含む水溶液よりなる、コンクリート補修剤。
- 珪酸塩類は、珪酸リチウム、珪酸ナトリウム又は珪酸カリウムである、請求項1に記載のコンクリート補修剤。
- アルカリ金属の水酸化物は、水酸化ナトリウム又は水酸化カリウムである、請求項1又は2に記載のコンクリート補修剤。
- 珪酸塩類とアルカリ金属の水酸化物とのモル比が、
珪酸塩類:アルカリ金属の水酸化物=0.5〜5.0:5.0である、請求項1から3のいずれかに記載のコンクリート補修剤。 - 珪酸塩類とアルカリ金属の水酸化物との合計の質量濃度が5〜80%である、請求項1から4のいずれかに記載のコンクリート補修剤。
- 珪酸塩類及びアルカリ金属の水酸化物以外の他の水溶性物質を混合してなる、請求項1から5のいずれかに記載のコンクリート補修剤。
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