JP3245688U - セメントコンクリート構造物 - Google Patents

Abstract

【課題】セメントコンクリートの自己保護能力を向上させる保護剤が表面に浸透してなるセメントコンクリート構造物を提供する。【解決手段】保護剤は、メチルシリコーン樹脂２～４重量比、オルトケイ酸２～４重量比、二種アルカリ溶液４～１０重量比、及び耐アルカリ性を有する非イオン界面活性剤が配合され、二種アルカリ溶液は、水と可溶性アルカリとからなる水溶液であり、可溶性アルカリには、水酸化リチウム、水酸化カリウム、水酸化ナトリウムの中の２種類が用いられる。この保護剤をセメントコンクリートの表面に塗布する。【選択図】図１

Description

本考案は、セメントコンクリートの保護の技術分野に関連し、特に供用中のセメントコンクリートの自己保護能力を向上させるための保護剤に関するものである。

既設のセメントコンクリート構造物は、凍結・融解、腐食、風化、浸水等の外的要因により損傷し、汚れ、剥離、鉄筋の露出、部分破砕等の損害が発生する可能性がある。このため、その影響を抑制するために必要な保護を講じ、損害の発生とその拡大を防ぐことにより、その美観、安全性、耐用年数を保証する必要がある。

目下、最も普及しているセメントコンクリートを保護する一般的な方法は、セメントコンクリートの表面に各種塗装又は塗料を塗布することであり、これらの塗装又は塗料は、セメントコンクリートの表面に異なる厚みの塗装層を形成する。セメントコンクリートの保護効果は塗装層の性能によって決まる。また、塗装層の性能がセメントコンクリートの保護効果を決定付けるとも言える。このため、塗装や塗料の性能に対する要求が高くなり、これにより、高性能の新型塗装や塗料が多く生み出されてきた。新しい塗装や新しい塗料はセメントコンクリートの保護に大きな役割を果たしており、特に建設初期段階では保護効果が非常に高く、美観も大幅に向上した。

しかし、セメントコンクリートの表面に塗装又は塗料を塗布するこの工法には、まだ多くの問題がある。例えば、塗装層がセメントコンクリートの表面に付着しているため、剥離のリスクを避けるのが難しく、多くの塗装層は２、３年の間に、多かれ少なかれ、剥離現象が発生する。塗装層が一旦剥がれると保護効果が弱まり、場合によっては完全に失われ、美観が損なわれる。もし、塗装や塗料を再塗布し、保護効果を再度回復させたい場合は、劣化した塗装層を完全に除去してから、再塗布することにより、新たな塗装層の粘着性と美観を実現出来るが、再メンテナンスの難易度、コスト、工期が増加する。

本考案の考案者は、上記問題は、塗装の不良や塗装の選択間違いが原因ではなく、その根本的な原因は、どんなに塗装の性能を向上させても、セメントコンクリート自身の保護能力が向上しないためであることに気が付いた。その根本原因は、塗料の性能をいくら向上させても、セメントコンクリート自身の保能力は向上しておらず、あくまでも、塗装層がセメントコンクリートの表面の外部保護として付加されただけである為、セメントコンクリートの自己保護ではない。これらは本質的に異なる２つの保護概念の違いであり、付加された塗装層による保護に頼らず、セメントコンクリートの自己保護能力を向上させてこそ、最善の保護である。

そこで、本考案は、セメントコンクリートの自己保護能力を向上させることを目的とする。

セメントコンクリートの自己保護能力を向上させる保護剤であって、保護剤は、メチルシリコーン樹脂２～４重量比、オルトケイ酸２～４重量比、二種アルカリ溶液４～１０重量比、及び耐アルカリ性を有する非イオン界面活性剤が配合され、二種アルカリ溶液は、水と可溶性アルカリとからなる水溶液であり、可溶性アルカリには、水酸化リチウム、水酸化カリウム、水酸化ナトリウムの中の２種類が用いられる。

本考案によれば、セメントコンクリートの自己保護能力を向上させることが可能となる。

本考案に係る保護剤の使用例を説明する図である。 各種試験を通して、本考案に係る保護剤の優れた性能を証明する図である。

（実施の形態１）
本実施の形態に説明に先立ち、本明細書において使用される可能性がある用語について説明する。「包括」、「包含」、「含有」、「具有」やその他の類似用語は、非排他的包括と解釈すべきである。例えば、ある技術の特徴的要素（原材料、構成分、成分、担体、剤形、材料、寸法、バラ部品、部品、機構、装置、ステップ、プロセス、方法、反応条件、加工条件、パラメータ、計算方法、信号、データ、生産品あるいは製造品など）は、特定の技術的特徴要素を列記しているだけでなく、当該分野で知られている他の技術的特徴要素をも含むものとして解釈されるべきである。

「…で構成」という用語は、明確に記載されていない技術的特性の要素を除外することを意味する。

「重量比」という用語は、複数の成分間の重量の比例関係を指す。例えば、成分Ｘがｘ重量比、成分Ｙがｙ重量比と記載されている場合は、成分Xと成分Ｙとの重量比はｘ：ｙで、１重量比は任意の重量を表すことができる。たとえば、１重量比は、１ｋｇまたは３．１４１５９２６ｋｇなどと表すことができる。全成分の重量比の合計は必ずしも１００である必要はなく、１００を超えても、１００未満でも、１００と同じでもよい。本明細書に記載される比、比率およびパーセンテージは、特に説明がない限り、全て重量で計算されている。

濃度、温度、圧力、大きさ、その他のパラメータが数値範囲の形で表された場合、その数値範囲は、その数値内の任意の上限値、下限値および選定値の組み合わせによって形成されるすべての範囲を具体的に開示するものとして理解される。範囲が明示的に記載されているかどうかに関係なく、例えば「２～８」という数値範囲が記載されている場合、その数値範囲は「２～７」、「２～６」、および「２～６」、「５～７」、「３～４と６～７」「３～５と７」「２と５～７」などを含む。特に明記しない限り、本明細書に記載の数値範囲には、その端点と、その数値範囲内のすべての整数および分数の両方が含まれる。

以下、本考案が提供するセメントコンクリートの自己保護能力を向上させるための保護剤及びその製造方法について詳細に説明する。本実施の形態において詳細に説明されていない内容は、本技術分野の専門技術者周知の現有技術に属する。また、本実施の形態において具体的な条件が明確に示されていない場合は、当該分野における慣用の条件または製造業者が推奨する条件に従うものとする。本実施の形態で使用される試薬や試験器具については、製造業者が示されていない場合には、市販されている従来の製品を購入使用してもよい。

＜セメントコンクリートの自己保護能力を向上させる保護剤＞
本考案は、セメントコンクリートの自己保護能力を向上させるための保護剤を提供するものである。本考案の中で、セメントコンクリートの自己保護能力を向上させるための保護剤は、無色、無臭、不燃性の水溶性液体である。保護剤は、例えば、メチルシリコーン樹脂２～４重量比、オルトケイ酸２～４重量比、二種アルカリ溶液４～１０重量比及び耐アルカリ性を持つ非イオン性界面活性剤を原料に含むことができる。二種アルカリ溶液とは、水と可溶性アルカリとからなる水溶液であり、可溶性アルカリには、水酸化リチウム、水酸化カリウム、水酸化ナトリウムの中の２種類が使用される。

本考案では、シリコーン樹脂中の塩素イオン含有量は低いほど好ましい。これは、シリコーン樹脂の中に塩素イオンが存在すると、最終的に製造された保護剤はセメントコンクリート構造物のコンクリートや鉄筋を腐食させ、シリコーン樹脂中の塩化物イオン含有量が多いほど、最終的に製造された保護剤はセメントコンクリートに対する腐食性がより強くなり、その結果、セメントコンクリートの耐用年数が短くなるからである。このため、本考案者は、シリコーン樹脂中の塩化物イオン含有量を極力低減させる必要があることを発見した。

本考案の中で、シリコーン樹脂については、市販のシリコーン樹脂を使用することができるが、本考案によって提供される方法に従ってモノメチルトリクロロシランの加水分解によって製造されるシリコーン樹脂を使用するのが好ましい。それは、市販のシリコーン樹脂には約１重量％の塩化水素が含まれており、これらの塩化水素に含まれる塩化物イオンは、セメントコンクリートのコンクリートおよび鉄筋を腐食させる。一方、モノメチルトリクロロシランの加水分解を利用してシリカ樹脂を製造することにより、より多くのシリコーン樹脂を製造することができるだけでなく、この製造方法で洗浄工程を設けることにより、塩素イオンを効果的に除去することができるため、洗浄回数を柔軟に選択し、よりきれいに塩素イオンを除去し、製造されたシリコーン樹脂の中の塩化水素含有量は０．０３重量％以内に抑え、その結果、最終的に製造された保護剤はセメントコンクリートのコンクリートや鉄筋の腐食を抑制できるだけでなく、製造工程がシンプルになり、コストが低くなる。実際の使用時において、モノメチルトリクロロシラン製品を選択する場合、モノメチルトリクロロシランの含有量は多いほど良く、重量％含有量が≧９０．０％のモノメチルトリクロロシラン製品を選択するのが最適である。

本考案の中で、オルトケイ酸については、市販のオルトケイ酸のほか、四塩化ケイ素の加水分解によって製造されたオルトケイ酸ゲル、またはオルトケイ酸ゲル、ケイ酸ナトリウムなどの他の従来の方法によって製造されたオルトケイ酸ナトリウムと塩酸を使用しても良いが、本考案の方法に従って四塩化ケイ素の加水分解によって製造されるオルトケイ酸ゲルを使用することが好ましい。これは、市販のオルトケイ酸とその他従来の方法で製造されるオルトケイ酸とには塩化物イオン等の不純物が多く残留しており、これらの塩化物イオン等の不純物はセメントコンクリート構造物の中のコンクリートや鉄筋を腐食させ、セメントコンクリート構造物の寿命を縮めるからである。更に、溶解後の溶液の透明性が悪いだけでなく、これらのオルトケイ酸は価格がかなり高価で、市販のオルトケイ酸の多くは劣化・乾燥化させた固形物であり、仕様が複雑すぎるため仕分けが困難で、後生産工程の操作に影響が及ぶ。これに対し、四塩化ケイ素を加水分解してオルトケイ酸ゲルを製造する方法は、洗浄手順を設定し、洗浄回数を柔軟に調整することにより、塩素イオンやその他の不純物の含有量を可能な限り低減させた比較的純粋なオルトケイ酸ゲルを製造することができる。更に、このオルトケイ酸ゲルはゲル状態で使用できるため、オルトケイ酸を長時間空気にさらされた後に水分を失ってメタケイ酸に変化するのを防ぐことができるので、その後の製造操作が容易になり、調製プロセスがより簡単でコストが安価になる。また、本考案が提供する四塩化ケイ素を加水分解してオルトケイ酸ゲルを製造する方法によって製造されたオルトケイ酸ゲルが、オルトケイ酸ゲルとシリコーン樹脂、二種アルカリ溶液が反応し、最終的に製造されるセメントコンクリートの自己保護能力を向上させる保護剤の中に未反応のオルトケイ酸が残存する。これらの未反応のオルトケイ酸はセメントコンクリート中で遊離しているカリウム、ナトリウム、カルシウム、マグネシウムおよびその他のイオンは、二種アルカリ溶液の複合作用により水に溶けにくいケイ酸塩生成物を形成し、セメントコンクリートの密封能力と表面強度を向上させることにより、セメントコンクリートの防水性、耐汚染性、耐腐食性、耐凍結融解性、耐炭化性、耐塩化物イオン浸透性、耐摩耗性などの自己保護能力を向上させる。セメントコンクリートの自己保護能力を向上させる保護剤を製造する過程で、オルトケイ酸の使用量を調整することにより、最終的に製造される保護剤の中の残存オルトケイ酸含有量を高くまたは低くすることができる。これは、異なる要求に対し、異なるオルトケイ酸含有量の保護剤製品を提供することができる。含有量が異なるオルトケイ酸の保護剤製品をセメントコンクリートの表面にスプレーして浸透させた後、オルトケイ酸の不安定性を利用し、セメントコンクリート中に遊離しているカリウム、ナトリウム、カルシウム、マグネシウム、その他のイオンが二種アルカリ溶液との共同作用により、水に融解しないケイ酸塩生成物が形成され、セメントコンクリートの密封能力と表面強度を向上させることができる。実際の応用において、四塩化ケイ素を加水分解してオルトケイ酸ゲルを調製する際に、オルトケイ酸ゲルのみを使用し、他の生成物を必要としないため、セメントコンクリートの自己防御能力を向上させる保護剤を容易に高濃度に濃縮した製品にすることができる。

本考案の中で、二種アルカリ溶液を水酸化リチウム、水酸化カリウム、及び水酸化ナトリウムのうちの２つを使用することによって調製することができる。例えば、水、水酸化リチウム、水酸化カリウムからなる飽和水溶液、更に、水酸化リチウムと水酸化カリウムとの重量比は６：４０が好ましい。セメントコンクリートの自己保護能力を向上させる保護剤を調製するために水酸化カリウム溶液のみに置き換えて、最終的にセメントコンクリートの自己保護能力を向上させる保護剤を調製した場合、セメントコンクリートの浸透深さ、硬化時間、および表面硬度が不十分になり、保護剤の全体的な保護効果も低い。もし、二種アルカリ溶液を水酸化リチウム溶液のみに置き換え、セメントコンクリートの自己保護能力を向上させる保護剤を調製した場合、シリコーン樹脂とオルトケイ酸に対する水酸化リチウム溶液の溶解度が低すぎるため、保護剤の全体的保護効果に影響を及ぼす。もし水酸化ナトリウムで二種アルカリ溶液を調製した場合、調製コストは低くなるが、最終的に調製されるセメントコンクリートの自己保護性能を向上させる保護剤をセメントコンクリートに塗布した場合、表面が白くなりやすく、見栄えが悪く、硬化時間が比較的遅く、浸透深さが浅く、表面硬度も理想的ではない。もし、水酸化リチウムと水酸化カリウムを使用して二種アルカリ溶液を調製すると、最終的に調製されるセメントコンクリートの自己保護能力を向上させる保護剤は、セメントコンクリートの表面に吹き付けても白化現象は発生せず、固化時間も速い。特に水酸化リチウムと水酸化カリウムを６：４０の重量比で二種アルカリ溶液を調製した場合、最終的に調製されるセメントコンクリートの自己保護性能を向上させる保護剤のセメントコンクリートに対する浸透深さ、硬化時間、表面硬度、全体的保護効果は最も理想的なバランス状態となり、セメントコンクリートの表面も白化現象が発生しない。したがって、二種アルカリ溶液は、水、水酸化リチウム、水酸化カリウムからなる飽和水溶液であることが好ましい。それは、飽和水溶液の場合、製品に含まれる含水量を減らし、シリコーン樹脂とオルトケイ酸に対する溶解能力を向上させることができる。実際の応用において、水酸化リチウム製品を選択する場合、水酸化リチウムの質分率含有量が≧５６．５％の水酸化リチウム製品を選択するのが好ましい。このタイプの水酸化リチウム製品は溶解しやすく、鉄やアルミニウムなどの不純物が少なく、溶解後は無色で、最終的に調製されるセメントコンクリートの自己保護能力を向上させる保護剤の保護性能、美観、および適用範囲に悪影響を及ぼすことなく、同時に、市販で購入できる多くの水酸化リチウム製品は、塩化物イオンの含有量が多いので、水酸化リチウムの質量分率含有量がもっとも多い≧５６．５％、塩化物イオンの質量分率含有量が≦０．０３％以下の水酸化リチウム製品を使用する。

本考案の中で、耐アルカリ性を有する非イオン性界面活性剤としては、現有技術の中で、ラウリルオレイルアルコール、パルミトール、ステアリルアルコール、シクロヘキサノール、テルペンアルコールなどであり得るが、脂肪族アルコールポリオキシエチレンエーテル（ＪＦＣ）を使用してもよい。脂肪族アルコールポリオキシエチレンエーテル（ＪＦＣ）の方が、浸透が良く、無色透明の液体で、水に溶け、粘性がなく、加工せずにそのまま使用でき、耐アルカリ性も良好であり、これは、本考案によって、セメントコンクリートの自己保護能力を向上させ、最終的に調製される保護剤の状態と十分に合致しているからである。

［実施例］
ここで、本考案に係る保護剤の使用例について説明する。図１は、本考案に係る保護剤の使用例を説明する図である。図１には、保護剤が使用されるコンクリートの名称（種類）、比重、保護剤の希釈倍率、希釈液の塗布量、希釈液の浸透深さが一覧にして示されている。

保護剤を使用する際には、セメントコンクリート表面の汚染された浮遊粉塵や付着汚染物質を除去し、保護剤を、１～１０：１の重量比で希釈し（図１の例は、いずれもこの範囲内で希釈されている）、浮遊粉塵や付着汚染物質を除去したセメントコンクリート表面に希釈液を均一に塗布し、保護剤を十分に浸透させ乾燥させる。図１の例では、希釈液の塗布量は、一般のセメントコンクリートは塗布面積１ｍ^２あたり３５０ｇ～４００ｇに対し、浸透性は高いが、強度が弱い軽量コンクリートについては、より強度を高めるため、塗布面積１ｍ^２あたりの塗布量が４００ｇ～４５０ｇとなっている。

次に、本考案に係る保護剤の性能について説明する。図２は、各種試験を通して、本考案に係る保護剤の優れた性能を証明する図である。本考案に係る保護剤がセメントコンクリートに対して、従来の塗装、塗料に比べ、よりも多くの優れた保護機能が示されているが、これは本考案の保護剤の含有成分とその製造方法によるものであり、段落００１８の、「これらの未反応のオルトケイ酸はセメントコンクリート中で遊離しているカリウム、ナトリウム、カルシウム、マグネシウムおよびその他のイオンは、二種アルカリ溶液の複合作用により水に溶けにくいケイ酸塩生成物を形成し、セメントコンクリートの密封能力と表面強度を向上させることにより、セメントコンクリートの防水性、耐汚染性、耐腐食性、耐凍結融解性、耐炭化性、耐塩化物イオン浸透性、耐摩耗性などの自己保護能力を向上させる。・・・・実際の応用において、四塩化ケイ素を加水分解してオルトケイ酸ゲルを調製する際に、オルトケイ酸ゲルのみを使用し、他の生成物を必要としないため、セメントコンクリートの自己防御能力を向上させる保護剤を容易に高濃度に濃縮した製品にすることができる。」
更に、段落００１９の、「特に水酸化リチウムと水酸化カリウムを６：４０の重量比で二種アルカリ溶液を調製した場合、最終的に調製されるセメントコンクリートの自己保護性能を向上させる保護剤のセメントコンクリートに対する浸透深さ、硬化時間、表面硬度、全体的保護効果は最も理想的なバランス状態となり、セメントコンクリートの表面も白化現象が発生しない」との記載通りとなっている。

ここまで、本考案の実施形態を説明したが、本考案が上記の実施形態に限定されるものではない。当業者であれば、上記の実施形態の各要素を、本考案の範囲において容易に変更、追加、変換することが可能であり、本考案の実施事例に基づいて、創造的な努力をすることなく得られた、その他のすべての実施形態も、本考案の保護範囲内に帰属する。

Claims (5)

1. セメントコンクリートの自己保護能力を向上させる保護剤であって、
   メチルシリコーン樹脂２～４重量比、オルトケイ酸２～４重量比、二種アルカリ溶液４～１０重量比、及び耐アルカリ性を有する非イオン界面活性剤が配合され、
   前記二種アルカリ溶液は、水と可溶性アルカリとからなる水溶液であり、前記可溶性アルカリには、水酸化リチウム、水酸化カリウム、水酸化ナトリウムの中の２種類が用いられる、
   保護剤。
2. 請求項１に記載の保護剤において、
   前記二種アルカリ溶液は、水、水酸化リチウムと水酸化カリウムとからなる飽和水溶液であり、
   水酸化リチウムと水酸化カリウムとの重量比が６：４０である、
   保護剤。
3. 請求項１又は２に記載の保護剤において、
   前記のオルトケイ酸は、四塩化ケイ素の加水分解により生成されるオルトケイ酸ゲルを用いて生成される、
   保護剤。
4. 請求項１又は２に記載の保護剤において、
   シリカ樹脂は、モノメチルトリクロロシランの加水分解により生成される、
   保護剤。
5. 請求項１又は２に記載の保護剤において、
   前記耐アルカリ性を有する非イオン性界面活性剤として、脂肪族アルコールポリオキシエチレンエーテルが使用される、
   保護剤。