JP3410474B2 - 硬化セメント材料の修復用組成物及びその処理方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 関連出願のクロスリファレンス 本出願は、1996年３月６日出願の共有の仮出願出願番
号第60/012,947号に関連する。

発明の属する技術分野 本発明は、一般的には硬化セメント材料の劣化を制御
するための方法、さらに詳しくはアルカリ−シリカ反応
（ASR）による硬化セメント材料の劣化を制御するため
の方法に関する。

発明の背景 コンクリートは、（砂利、砂、及び／又は砕石など
の）骨材、水、及び水硬セメント（ポルトランドセメン
トなど）、更には他の成分及び／又は添加物の複合体で
ある。一般的に、コンクリートは作りたてのときは流動
性があり、型の中に注入されたり、配置されたりするこ
とができるが、時間がたつと硬化し、普通には再び流動
性になることはない。通常、コンクリート中に存在する
湿気は塩基性（すなわち、高いpHを有する）である。ま
た、コンクリートは通常、セメント、骨材、添加物、更
には硬化コンクリートが存在する環境（氷を溶かすため
にコンクリートに撒く塩のような）からのアルカリ物質
を含んでいる。

コンクリート及びモルタルの骨材中に、シリカ性鉱物
が存在することはありうる。コンクリート及びモルタル
を作るのに使用される骨材中に存在するシリカは、塩基
性溶液中に存在する水酸化イオンによって攻撃と溶解を
受けやすい。一般的に、pHが高い（すなわち、溶液が塩
基性である）ほどに、その攻撃は速い。

シリカの形の差異により、溶解に対しての感受性の程
度は異なる。溶液中に充分な量のアルカリ金属イオン
（ナトリウム又はカリウムイオンのような）が存在する
場合には、アルカリ金属イオンは溶解したシリカと反応
して、アルカリ−シリカゲルを形成する。ある条件の下
では、生成したアルカリ−シリカゲルは水を吸収して、
膨潤する。膨潤はコンクリートの抗張力より大きい圧力
を及ぼし、コンクリートを膨潤させ、割れ目を生ずる。
この過程（水酸化物によるシリカの攻撃と、それに続く
ナトリウム又はカリウムのようなアルカリとの反応）
は、一般に当業界では「アルカリ−シリカ反応」あるい
は「ASR」と呼ばれる。

1930年代の終わりから1940年代の始めにかけて、Sata
ntonはASRにより生じるポルトランドセメントをベース
にしたコンクリートの膨張と劣化を、米国西部において
最初に確認した。T.E.Stanton、「セメントと骨材間の
反応によるコンクリートの膨張（“Expansion of Concr
ete through Reaction between Cement and Aggregat
e"）」、Proceedings of the Am.Soc.of Civil Enginee
rs 66:1781−1811（1940）。それ以来、世界中で多数の
構造物がコンクリートのASRで悩まされていることが報
告されている。

ASRはその他の形の攻撃に対するコンクリートの耐久
能力を弱める。例えば、この過程によって割れ目の入っ
たコンクリートは、許容しうる飽和の程度が大きくなる
ので、凍結−融解サイクルの結果として損傷をより受け
やすくなる。同様に、スチール補強コンクリートの表面
の割れ目は、氷結防止剤に曝された時にコンクリートが
塩を締め出し、スチールの腐蝕を設計通りに防護する能
力との兼ね合いになる。稀ではあるが、ASRがコンクリ
ート構造物の破壊を生じさせることもありうる。

ASRが見出されて以来、世界中の研究者はコンクリー
ト構造物に対するこの有害な攻撃を制御することを試み
ている。例えば、ASRを制御するこれまでの試みには、
低アルカリ含量のセメント、非反応性骨材、並びに、フ
ライアッシュ、シリカヒューム、粉砕した高炉水滓スラ
グ、ゼオライト鉱物、及び加熱活性化粘土などのような
ポゾラン材料を使用することが含まれる。

リチウムをベースにした化合物をコンクリート及びモ
ルタル混合組成物中に導入することは、ASRを抑制する
のに有効であることが示された。W.J.McCoy及びA.G.Cal
dwell、「アルカリ−骨材の膨張を抑制する新しいアプ
ローチ（“New Approach to Inhibiting Alkali−Aggre
gate Expansion"）」、J.Amer.Concrete Institute,22:
693−706（1951）。しかしながら、この方法ではコンク
リート及びモルタル混合物中にリチウムをベースにした
化合物を導入することが必要であり、従来の硬化構造物
のASRの制御あるいは修復の問題については述べられて
いない。

米国特許第4,931,314号は硬化セメント材料がASRによ
り劣化することを防護し、劣化した硬化セメント材料を
補修するための方法を指向している。この方法では、亜
硝酸リチウムを含有するセメントペースト、モルタルあ
るいはコンクリートを既存のコンクリートシステムに塗
布し、硬化させる。この方法は既存のコンクリート構造
物に塗布する第２のセメント層に亜硝酸リチウムを含有
させるので、コンクリート構造物中にリチウムを供給す
るのに有効であると述べられているが、時間がかかって
不便であり、実用的ではない。

モルタルの棒及びコンクリートの角柱におけるASRに
よる膨張は、試料をLiNO₂溶液中に浸漬することにより
低減されることが報告されている。Y.Sakaguchiら、
「アルカリ−シリカ反応に及ぼすリチウム化合物の抑制
効果（“The Inhibiting Effect of Lithium Compounds
on Alkali−Silica Reaction"）」、Proceedings,8th
International Conference,Alkali Aggregate Reactio
n,Kyoto,Japan:229−234（1989）を参照されたい。しか
しながら、既存のコンクリート構造物をLiNO₂溶液中に
浸漬するのは、難しく、実用的でない。更に、以下に説
明するように、他のリチウム化合物が既存の硬化コンク
リート構造物中に殆ど浸透性を示さないことを示唆する
他の研究を鑑みると、この方法の有効性は疑問がある。

Strategic Highway Research Program（SHRP）の出版
物SHRP−Ｃ−343によれば、コンクリートの表面に水酸
化リチウム溶液を薄く塗ることにより、従来のコンクリ
ートのASRを緩和する方法が研究されている。しかしな
がら、コンクリート中にその材料を有効に供給すること
については、困難があった。また、SHRPによれば、炭酸
リチウム、フッ化リチウム、及び水酸化リチウムの水溶
液にセメント試料を浸漬することにより、ASRを低減す
ることができたことが示されている。しかし繰り返しに
なるが、実時間存在した損傷コンクリート構造物を処置
する場合、このような手法は実用的でない。更に、従来
の構造物中にこの溶液を塗布することにより、コンクリ
ート中に水酸化リチウムを有効に供給するのが困難であ
るという報告を鑑みると、この手法の有効性は疑問があ
る。

これらの困難及び他の困難のために、コンクリート中
に導電性金属を埋め込んで、コンクリート中にリチウム
イオンを電気的に押し込んで、ASRを緩和する方法が開
発された。コンクリート構造物中に電気的にリチウムを
有効に供給できる反面、通常このような手法は、専用装
置、電解液及び装置の細心の保守点検と制御、及び容易
に使えるユーティリティが必要である。加えて、この方
法は通常、補強用スチール（通常、高速道路では見当た
らない）の入ったコンクリートにおいてのみ適用でき、
結果はスチールに向かって浸透しうるだけである。この
方法は、ますます一般的になりつつあるが、スチールが
被覆（例えば、エポキシコート）されていると使えな
い。

また、相当に割れ目の入った大きなコンクリート体の
上部あるいは内部に溶液を塗布する場合、特にグラウン
ドのように別の面の上あるいは下にあるために、底面が
届かない場合に、コンクリート補修上問題が生ずる。材
料はこのような割れ目を通過できるが、コンクリート体
それ自身に浸透するのに充分なだけ長く接触できない。

発明の要約 本発明は既存の硬化セメント材料中に有効に浸透でき
る新しい組成物を提供する。本発明の組成物には、ASR
を最小限にする、及び／または修復できるリチウム含有
材料が含まれる。また、有利なことに、この組成物はセ
メント材料中へのリチウムの供給を補助することができ
る薬剤を含む。本発明の実施形態として、この組成物は
組成物の表面張力を低下させることができる薬剤を含
み、その存在によって硬化セメント材料中へのリチウム
の浸透あるいは供給が改善される。以上に説明したよう
に、従来の硬化セメント材料を修復するこれまでの試み
は、他の物質の侵入を防止するように設計された構造物
中にASR修復剤を供給するという本来的な難しさのため
に、多くは不成功に終わった。硬化セメント材料を修復
するこれまでの試みと対照的に、本発明においては組成
物を硬化セメント材料中に効果的に供給することができ
る。硬化セメント材料中にASR修復剤をより効果的に供
給することができるので、本発明の組成物は硬化セメン
ト材料中のASRを最小限にする若しくは防止すること、
さらに加えてASRで侵されたセメント材料を修復するこ
とができ、又は、ASRで侵されたセメント材料の修復の
みを行うこともできる。

また、本発明は、硬化セメント材料のASR損傷を最小
限にする方法、及び／又は、ASRの結果としての劣化を
修復する方法を提供する。本発明のこの側面において
は、有利なことには、リチウム含有化合物及び表面張力
低下剤を含む上述の組成物は硬化セメント材料の表面に
塗布する。限定的ではないが、道路、建物、橋、及びセ
メント材料を使用するその他の用途など、のような適当
なセメント材料であればいかなるものにも、この組成物
は塗布することができる。組成物は例えば、溶液をスプ
レーする、はけで塗る、たまりを形成する、及び低圧注
入することにより塗布することができる。組成物中に存
在するリチウムは、塗布した構造物中に有効に浸透でき
る。

本発明の別な側面においては、重合性材料及び上述の
組成物はセメント材料の割れ目の中に入れることができ
る。重合性材料は塗布後、セメント材料内で重合し、組
成物の粘度を増加させる。結果として、逃げによってロ
スすることなく、組成物をセメント材料の所望の内部領
域内に保持することができる。

発明の詳細な説明 本発明を実施するのに有用なリチウム含有化合物は、
特に限定されるものではなく広く用いられるが、有機リ
チウム塩や無機リチウム塩として、 例えば硝酸リチウム、硫酸リチウム、クエン酸リチウ
ム、ギ酸リチウム、ホウ酸リチウム、酢酸リチウム、メ
タ−又はテトラホウ酸リチウム、安息香酸リチウム、 一般式RC（Ｏ）OH（Ｒはアルキル、アリール、アルキ
ルアリール、アリールアルキル、又はシクロアルキルな
どのような基からなる群から選ばれる）で表される単純
なカルボン酸のリチウム塩、 塩化リチウム、臭化リチウム、フッ化リチウムなどの
ようなハロゲン化リチウム、 水酸化リチウム、亜硝酸リチウム、オルト−及びメタ
−燐酸リチウム、アルミン酸リチウム、メタ−及びポリ
ケイ酸、 メチルリチウム、ブチルリチウム、フェニルリチウ
ム、リチウムヒドロキシエトキシド、リチウムアミドの
ような一般式R¹−Ｍ（R¹はアルキル、シクロアルキル、
アリール、アルキルアリール、アリールアルキル、アル
コキシ又はN'R²R³（R²及びR³はそれぞれ水素、アルキ
ル、シクロアルキル、アリール、アルキルアリール、ア
リールアルキル、アルコキシ）、及びＭはリチウム）で
表される有機リチウム化合物、及び、 水あるいは有機溶媒系中でリチウムイオンを与えるの
に好適なその他の低分子量リチウム化合物、及びこれら
の混合物などが含まれる。

ここで使用される「アルキル」という語は、C1からC1
0の直鎖あるいは分岐アルキルを示し、特に限定される
ものではないが、具体的には、例えばメチル、エチル、
プロピル、ブチル、イソプロピル、ｎ−ブチル、ｓ−ブ
チル、ｔ−ブチル、ペンチル、ヘキシルなどが挙げられ
る。ここで使用される「アリール」という語は、フェニ
ル、ナフチルなどのようなC6からC10の環状の芳香族基
を示し、トリルのような置換アリール基を含む。ここで
使用される「シクロアルキル」という語は、シクロプロ
ピル、シクロブチル、シクロペンチル、シクロヘキシル
などのようなC3からC8の環状のアルキル基を示す。「ア
ルコキシ」という語はC1からC10のアルコキシ基を示
す。その他の好適なリチウム化合物には、ASRに対応す
るのに充分な量のリチウムイオンを溶液中で（有機ある
いは無機溶媒）与えられる材料が含まれる。

また、本発明の組成物には、有利なことに、一つある
いはそれ以上の界面活性剤が含まれる。ここで使用され
るように、「界面活性剤」という語は一般的に、液体の
表面張力を低下させることができる薬剤をさす。このよ
うな薬剤はまた、当業界では一般的にサーファクタント
として公知である。種々の界面活性剤が本発明の組成物
で使用され、陽イオン、陰イオン、非イオン及び両性サ
ーファクタント、及びこれらの混合物が含まれる。例示
のサーファクタントには、限定ではないがアミンパーフ
ルオロアルキルスルホン酸塩、フッ素化アルキルカルボ
ン酸カリウム、沃化フッ素化アルキル第４アンモニウ
ム、フッ素化アルキルエステルなどのようなフルオロカ
ーボンの陰イオン、陽イオン、非イオンサーファクタン
トが有用な界面活性剤として含まれる。有用なサーファ
クタントには、3MからFC−95、FC−98、FC−99、FC−12
0、FC−129、FC−135、FC−430、及びFC−431のような
サーファクタントのFluororad（Ｒ）シリーズとして市
販されているフルオロカーボンの陰イオン、陽イオン、
非イオンサーファクタントが含まれる。この組成物は、
コンクリート構造物の補修に使用される通常の方法なら
ばいかなるものでも使用し、硬化セメント材料の表面に
塗布することができる。限定ではないが、例示の手法は
溶液をスプレーする、箒で塗る、たまりを形成する方
法、低圧注入、真空注入などを含む。また、前から存在
している割れ目あるいはドリルなどで形成した割れ目の
ような、セメント材料中の割れ目あるいは隙間内に塗布
することができる。

ここで使用される低圧とは、コンクリートの撤去、水
力解体で使用する圧力以下で大気圧以上の圧力をさす。
リチウムを構造物中に浸透させるのに充分な時間の間、
構造物の表面に組成物が接触する限り、セメント材料の
表面に組成物を塗布するのに使用する方法は、決定的で
はないと考えられる。

ここで使用される「セメント材料」という語は、限定
ではないが、ASTM C150タイプＩ及びI A、タイプII及び
II A、タイプIII及びIII A、タイプIV、及びタイプＶに
おいて記述されるようなポルトランドセメントを含む、
当業界で通常水硬セメント材料と考えられるセメントを
さす。また、この語はフライアッシュ、未加工及び焼成
した天然ポゾランのような、ASTM C311で定義されるポ
ゾラン材料、ASTM C989で定義される粉砕した高炉水滓
スラグ、ASTM C1240で定義されるシリカヒューム材料、
メタカオリンなどと混合したセメントも含む。

ここで使用される「構造物」という語は、上に定義さ
れるセメント材料、水、骨材及びオプションとしては減
水促進、遅延剤のようなASTM C494で定義される薬品混
合物、及び従来の量で腐蝕抑制剤として作用すると理解
されるその他の薬品混合物を含有する系を含む。骨材に
は限定ではないが、天然及び粉砕の石材、砂、リサイク
ルコンクリート骨材、ガラス、など、更にこれらの混合
物が含まれる。これらの系はコンクリート、モルタル、
グラウト、及びこれらから作られる製品である。

本発明の組成物は効果的に硬化セメント材料に浸透
し、組成物を塗布した表面より内部の硬化構造物の領域
にリチウムを供給することができる。発明のいかなる説
明によっても拘束されることを望まないが、界面活性剤
は溶液の表面張力を低下させ、組成物、従って溶液中の
リチウムが硬化セメント材料に浸透するのを更に容易に
する。あるいは、驚くべきことには、本発明者らは硝酸
リチウムのようなあるリチウム含有材料が組成物中に界
面活性剤の存在なしに他の材料よりも硬化セメント材料
中により速く浸透することを見出した。このように浸透
性が増大するので、本発明の組成物及び方法は、硬化セ
メント材料中のASRをより効果的に最小限にすること、
及び／又はASRで侵されたセメント材料を処理すること
ができる。

組成物中のリチウム含有材料は、セメント材料中のAS
Rの悪影響（すなわち、ASRを最小限にすること、及び／
又は既存のASR損傷を修復すること）を処理するのに充
分な量が存在する。一般的に、リチウム含有材料は組成
物に充分なリチウムを供給する量が添加され、より高及
び低濃度も使用できるが、その量は約0.01モルから約15
モル、好ましくは約２モルから約８モルである。

本発明の組成物中の界面活性剤は、特定の用途に所望
される表面張力を低下させる性能を提供し、硬化セメン
ト材料中へのリチウムの浸透あるいは供給を改善するの
に充分な量が存在する。界面活性剤のタイプ及び量は、
リチウムの原料及び濃度、溶媒など、更に組成物を塗布
するセメント材料の特性（多孔性、化学組成など）を含
めて組成物中の他の成分によって変わりうる。一般的
に、組成物を塗布した構造物表面から内部のセメント材
料の領域に組成物の少なくとも一部のリチウムを効果的
に供給するのに充分な量の界面活性剤を組成物に添加す
る。特定の用途においてセメント材料にリチウムを供給
するのに有効であれば、より高及び低濃度も使用でき
る、例示の組成物には、約0.001重量パーセントから約
５重量パーセント、好ましくは約0.01重量パーセントか
ら約１重量パーセントの界面活性剤が含まれる。

組成物は水をベースにした組成物でありうる。あるい
は、本発明の組成物は好適な溶媒を含んだ溶媒をベース
にした組成物でもありうる。限定ではないが、好適な溶
媒には、アルカン、シクロアルカン、芳香族溶媒、アル
コール、エステル、エーテル、ケトン、アミン、及びニ
トロ化、ハロゲン化及びスルホン化炭化水素、及びこれ
らの混合物が含まれる。

例示の溶媒には、ペンタン、ヘキサン、シクロヘキサ
ン、メチルシクロヘキサン、ヘプタン、メチルシクロヘ
プタン、オクタン、デカンなどのような５から10個の炭
素原子を含むアルカン及びシクロアルカン、トルエン、
エチルベンゼン、ｐ−キシレン、ｍ−キシレン、ｏ−キ
シレン、ｎ−プロピルベンゼン、イソプロピルベンゼ
ン、ｎ−ブチルベンゼン、ｔ−ブチルベンゼンなどのよ
うな６から10個の炭素原子を含む芳香族溶媒、及びこれ
らの混合物が含まれる。限定ではないが、その他の好適
な溶媒には、ジメチルスルホキシド（DMSO）、ジエチル
エーテル、ジブチルエーテル、テトラヒドロフラン（TH
F）、２−メチルテトラヒドロフラン、メチルｔ−ブチ
ルエーテルなど、及びこれらの混合物が含まれる。

本発明の別の側面においては、組成物を所望の場に保
持し、材料の割れ目、その他の隙間を組成物が流れる結
果、材料から組成物が実質的に失われることを防ぐため
に充分な粘度を組成物に付与できる薬剤を組成物は含む
ことができる。このような組成物は有利なことに例え
ば、ASRによるコンクリートの膨張の結果生じたセメン
ト材料中の前から存在している割れ目あるいは穴などに
塗布することができる。また、この割れ目あるいは穴ド
リルなどで形成しうる。

本発明のこの側面においては、塗布時の第１の粘度か
らセメント材料に塗布した後の増加した第２の粘度へと
組成物の粘度を増加させることができる薬剤を組成物は
含むことができる。実際、溶液の「たまりの形成」が起
こり、組成物の粘度はその場で増加して、組成物は所望
の場に保持される。例示の粘度増加剤には、アクリル酸
エステル、メタクリル酸エステル及びエポキシのような
重合性化合物及びケイ酸リチウム周辺で設計されたその
他の重合性の系が含まれる。その他の典型的な粘度増加
剤あるいは増粘剤には、微結晶性セルロース及びカラジ
ナンが含まれる。あるいは、その薬剤は実質的な固体あ
るいは高粘度を有する材料のように初めから高粘度を有
することも可能である。

コンクリート及び関連するセメント系は、通常、主に
毛管孔及びゲル孔に帰属できる多量の孔を含んでいる。
毛管孔はサイズが約10nmから約10μｍの範囲であり、ゲ
ル孔はサイズが約0.5nmから約10nmの範囲である。毛管
孔はコンクリートから環境に湿気を蒸発するというよう
な、コンクリート周囲環境との物質交換を大部分受け持
っている。環境からコンクリート中への湿気の侵入は時
折起こる。コンクリート中への湿気の侵入は、湿気と共
に種々の化学物質をコンクリート中に運び込む。環境か
らコンクリート中へ運び込まれた化学物質は、コンクリ
ートに対する悪影響を及ぼすことが時々ある。また、コ
ンクリートの内部への湿気の移動は、ASRによりコンク
リート中に生じた内部応力に寄与しうる。

侵されたコンクリート中のASR誘起の膨張をリチウム
が制御することが示された。しかしながら、この物質交
換を利用して、リチウム化合物が効果的にコンクリート
中に浸透できるようにするには挑戦の余地が残ってい
る。本発明者らはリチウムをコンクリート中に導入する
のに効果的な表面張力低下剤をリチウム含有化合物にそ
の成分として付与した。

コンクリートの湿潤部分においては、流体の移動は拡
散律速度である。しかし、コンクリートが乾燥している
外側の面では、流体の移動の主な形式は毛管力による。

コンクリート中への湿気の侵入は科学的には、固−液
界面の現象と分類することができる。主として、この現
象は毛管作用に関連し、駆動力は孔のサイズ、固体と液
体間の接触角、及び液体の表面張力の関数である。それ
は式Ｉで表わされる。

ΔＰ＝２γ_LVcosθ/r （Ｉ） ここで、ΔＰはメニスカスの曲面での圧力差、γ_LVは
液体及び蒸気層間の界面張力、θは接触角、及びｒは毛
管孔径である。

平衡時の表面自由エネルギーを考慮すると、次式が導
かれる。

（γ_SV−γ_SL）＝γ_LVcosθ 従って、式Ｉは式IIと書くことができる。

ΔＰ＝２（γ_SV−γ_SL）/r （II） ここで、γSVは固相と蒸気相間の表面張力、γSLは固
相と液相間の表面張力である。

ΔＰが大きい程、液体のコンクリート中への駆動力は
大きい。最も大きい駆動力に到達するためには、γ_SLを
低下させ、同時にγ_SVは低下させないサーファクタント
を見つけることが目標になる。

与えられたサーファクタントはどれも両方の表面張力
に影響を与えるので、最良のサーファクタントは系ごと
に変わるが、特定の系に対しては決めることができる。

3M社（及び他社）の蒸留水に対するデータによれば、
各種のサーファクタントについて水の表面張力は、低濃
度で著しく低下させることができることが示されてい
る。しかしながら、以下の実施例に例示されるように、
組成物の表面張力の低下はそれ自身、硬化セメント材料
に効果的に浸透して構造物にリチウムを供給する組成物
に至らないことを本発明者らは見出した。制約的ではな
い以下の実施例によって、本発明をさらに例示する。

実施例１ リチウム塩含有溶液の表面張力の低下 本発明者らはリチウム塩含有溶液の表面張力がサーフ
ァクタントあるいはその他の材料の添加により低下する
ことを見出した。溶液の表面張力を著しく低下させるた
めに低濃度あるいは高濃度で使用しうる多くのサーファ
クタントあるいはその他の材料がある。以下の実施例に
よって、リチウム塩含有水溶液の表面張力が如何に低下
するかを示す。例示の目的のために、3M社からFC−99、
FC−129、及びFC−430として市販されているFluorad
（Ｒ）フルオロカーボンサーファクタント及びデュ・ヌ
ーイ輪環式表面張力計を使用して室温で実施例のデータ
を取得した。FC−99及びFC−129は陰イオンサーファク
タント、FC−430は非イオンサーファクタントである。
各例とも比較の目的のためだけに、サーファクタントに
使用量は0.2重量％（活性成分）とした。実施例１のグ
ループ１において、水溶液を作るためのベースの材料と
して水酸化リチウムを使用した。９重量％水酸化リチウ
ム溶液に３つの異なるサーファクタントを0.2重量％
（活性成分）添加し、次に表面張力を測定した。実施例
１のその他のデータに対しては、その他の４つのリチウ
ム材料を含有する溶液について同一の手順を使用した。
下の表１に結果を示す。

実施例２及び３ サーファクタントを使用することによる溶液の浸透性の
増大の例 モルタル及びコンクリートの特性の一つは液体の浸透
を制約する能力である。しかしながら、本発明では表面
張力を低下させる液体及び材料を選択することにより、
液体の浸透性が増大しうることが示される。

モルタルあるいはコンクリート中への液体の浸透性を
測定あるいは比較する標準的試験法は存在しない。制限
ではなく、最重要なものをいくつか挙げれば、浸透性
は、液体の物性、モルタルあるいはコンクリートと液体
の相互作用、及び作製時の水／セメント比、温度、乾燥
することにより除去された水あるいは濡らすことにより
添加された水など、モルタルあるいはコンクリートの性
質を含めて、多くの変数に依存する。液体の浸透性を測
定する一般的な手順及び実験手法の組み合わせはW.Rein
hardt,“Transport of Chemicals through Concrete",M
aterial Science of Concrete III;209−241に発表され
ている。この一般的な手順において、モルタルあるいは
コンクリート試料はキャストする。各キャスト試料には
管を通して重力流で液体を供給する。各試料に流入する
液体の相対的な速度あるいは量を比較する。以下の実施
例２及び３に対して、モルタル円筒に液体を浸透するた
めの表面積はすべて同一であった。実施例２及び３で使
用した液体は、最大量のリチウムを供給するために飽和
限界に近いリチウム塩を含有していた。実施例２及び３
に対するモルタル組成物及び特性を下の表２に示した。

実施例２ 上の表２に示す組成を有する２バッチのモルタルを作
製し、次に直径６インチで高さ12インチの、数個のプラ
スチック製の円筒形（ASTM）型キャストした。モルタル
の型の頂部にそれぞれ取り外し可能なゴム栓を迅速に嵌
めた。それぞれのモルタルの型は個々のプラスチックの
袋に入れ、室温で少なくとも28日間硬化させた。使用前
にそれぞれの取り外し可能なゴム栓は取り外し、後に試
験液体を入れた管を受け入れられるよう、特殊なアダプ
ターと置き換えた（さらに、エポキシ接着剤で固定し
た）。各試験の始めに、試験液体を入れた垂直な、可撓
性の管（長さ５フィート、外径1/4インチ）をアダプタ
ーに嵌めた。試験液体がモルタル円筒に浸透するのに伴
い、管中の試験液体の高さを時間の関数として記録し
た。

すべての液体に対して、時間の平方根対液体体積のプ
ロットは、理論で予測されたように殆ど直線であった。
例示と比較をする目的で、16時間の時間基準を便宜上選
択し、明確な実験のパターンが適宜展開するようにし
た。結果は下の表３に示した。「mL」と記した欄は16時
間後モルタル試料に供給された溶液の体積を表わす。

実施例２の結果から以下のことが観察された。

1. 0.2重量％の活性サーファクタントを含む水溶液の
表面張力はすべて、69−77ダイン/cmからほぼ21−34ダ
イン/cmに低下した。

2. 表面張力を低下させる薬剤を液体に添加した場合、
すべてではないが大部分のベースのリチウム材料に対し
てモルタル中に浸透する液体の量の増加が見られた。

3. 陰イオンサーファクタントを含有した硝酸リチウム
水溶液は、リチウムを含有する試験材料に対して最大の
リチウム浸透性に到達した。

4. 水酸化リチウム及びケイ酸リチウムを含有する液体
は、モルタルとの反応のためにモルタル中に水より遅く
浸透することが予期された。これらの試験によりこの予
期が裏付けられた。しかしながら、いずれの場合におい
ても、サーファクタントの添加により浸透速度が増加し
た。

5. 極性有機材料のジメチルスルホキシド（無添加）
は、本試験のどの水溶液よりも速くモルタル試料に浸透
した。しかしながら、20重量％の硝酸リチウムを添加し
た場合、著しく浸透速度は減少した。また、実施例のこ
の部分においては、サーファクタント（その他の先行試
験で試験したサーファクタントの群から任意に拾い上げ
た）は、浸透性を増大させた。

実施例３ 実施例３においては、実施例２におけるように３つの
溶液を円筒に浸透させた。実施例３における円筒は実施
例２と同一であるように意図したが、実験条件により若
干異なった。LiNO₃水溶液は、LiNO₂溶液よりも速く浸透
するという結果を示した。また、陰イオンサーファクタ
ントはLiNO₂に対して浸透速度を増大させた。（16時間
後モルタルバッチＢ中に浸透した液体の量は、バッチＡ
よりもバッチＢ試料に対して低かったが、これは主とし
てモルタルが凝固する間各円筒に取り外し可能なゴム栓
を嵌めるテクニックの差による）。結果は下の表４に示
した。「mL」と記した欄は16時間後モルタル試料に供給
された溶液の体積を表わし、16時間後の２回の試験の平
均である。

上記の実施例は本発明を例示するものであり、制約する
ものとは解釈されない。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 フォルツ，ゲイリー・アール アメリカ合衆国、28101 ノース・キャ ロライナ、マカデンヴィル、モッキンバ ード・レイン 230 (72)発明者 マニッセロ，クラウディオ・エミリオ アメリカ合衆国、28650 ノース・キャ ロライナ、メイデン、ビガースタッフ・ ロード 4026 (56)参考文献 特開 昭61−256951（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−40784（ＪＰ，Ａ) 特開 昭49−2820（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−159976（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−248784（ＪＰ，Ａ) 特表 平７−502480（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) C04B 41/00 - 41/72

Claims (9)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】アルカリ−シリカ反応の結果としてのセメ
   ント材料の損傷を処理するための硬化セメント材料の処
   理方法であって、ケイ酸リチウムではない少なくとも一
   つのリチウム含有材料および少なくとも一つの表面張力
   低下剤を含む組成物を硬化セメント材料の表面に塗布
   し、該組成物によってリチウムがセメント材料の表面か
   ら内部に供給される工程を含む硬化セメント材料の処理
   方法。
2. 【請求項２】上記リチウム含有材料は、有機リチウム塩
   および無機リチウム塩、塩でない有機リチウム化合物、
   ならびにこれらの混合物からなる群から選ばれ、 上記表面張力低下剤は、陽イオンサーファクタント、陰
   イオンサーファクタント、非イオンサーファクタントお
   よび両性サーファクタント、ならびにこれらの混合物か
   らなる群から選ばれる界面活性剤であり、 上記組成物は、その位置で重合して組成物の粘度を増大
   させることができ、そして一つまたは複数のアクリル酸
   エステル、メタクリル酸エステルおよびエポキシ、なら
   びに微結晶性セルロースおよびカラジナンを含む重合性
   化合物からなる群から選ばれるセメント材料における空
   隙によって組成物が実質的にロスするのを防止するのに
   充分な粘度を組成物に付与することができる少なくとも
   一つの粘度付与剤を必要に応じてさらに含む請求項１記
   載の硬化セメント材料の処理方法。
3. 【請求項３】上記組成物は、硝酸リチウムおよび陰イオ
   ンフルオロカーボンサーファクタントを含む請求項１記
   載の硬化セメント材料の処理方法。
4. 【請求項４】上記組成物は、0.01モル〜15モルの量のリ
   チウムイオン、および組成物の総重量に基づいて0.001
   重量パーセント〜５重量パーセントの量のサーファクタ
   ントを含む請求項１記載の硬化セメント材料の処理方
   法。
5. 【請求項５】アルカリ−シリカ反応の結果としてのセメ
   ント材料の損傷を処理する硬化セメント材料の処理方法
   であって、硝酸リチウムおよび少なくとも一つの表面張
   力低下剤を含む組成物を硬化セメント材料の表面に塗布
   し、該組成物によってリチウムが硬化セメント材料の表
   面から内部に供給されることを含む硬化セメント材料の
   処理方法。
6. 【請求項６】アルカリ−シリカ反応の結果としてのセメ
   ント材料の損傷を処理するための硬化セメント材料の処
   理用組成物であって、ケイ酸リチウムではない少なくと
   も一つのリチウム含有材料および少なくとも一つの表面
   張力低下剤を含み、該組成物によってリチウムが硬化セ
   メント材料の表面から内部に供給される硬化セメント材
   料の処理用組成物。
7. 【請求項７】上記リチウム含有材料は、有機リチウム塩
   および無機リチウム塩、有機リチウム化合物、ならびに
   これらの混合物からなる群から選ばれ、 上記表面張力低下剤は、陽イオンサーファクタント、陰
   イオンサーファクタント、非イオンサーファクタントお
   よび両性サーファクタント、ならびにこれらの混合物か
   らなる群から選ばれる界面活性剤であり、上記組成物
   は、その位置で重合して組成物の粘度を増大させること
   ができ、そして一つまたは複数のアクリル酸エステル、
   メタクリル酸エステルおよびエポキシ、ならびに微結晶
   性セルロースおよびカラジナンを含む重合性化合物から
   なる群から選ばれるセメント材料における空隙によって
   組成物が実質的にロスするのを防止するのに充分な粘度
   を組成物に付与することができる少なくとも一つの粘度
   付与剤を必要に応じてさらに含む請求項６記載の硬化セ
   メント材料の処理用組成物。
8. 【請求項８】上記リチウム含有材料は硝酸リチウムであ
   り、かつ上記サーファクタントは陰イオンサーファクタ
   ントである請求項６記載の硬化セメント材料の処理用組
   成物。
9. 【請求項９】上記組成物は、0.01モル〜15モルの量のリ
   チウム、および0.001重量パーセント〜５重量パーセン
   トの量のサーファクタントを含む請求項６記載の硬化セ
   メント材料の処理用組成物。