JP3677113B2

JP3677113B2 - 炭酸化及び塩害防止等のセメントモルタル

Info

Publication number: JP3677113B2
Application number: JP06555496A
Authority: JP
Inventors: 道夫加島
Original assignee: 道夫加島
Priority date: 1996-02-21
Filing date: 1996-02-26
Publication date: 2005-07-27
Anticipated expiration: 2016-02-26
Also published as: JPH09286652A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、鉄筋コンクリート用のセメントモルタルであって、コンクリートの炭酸化及び塩害防止等に関する。
【０００２】
【従来の技術】
本来、鉄筋コンクリート構造物は、コンクリートの高アルカリ性雰囲気の中に鉄筋が保護され防錆された複合型の耐久物であるが、塩素イオンや雨水や空気中の炭酸ガスによりコンクリートが中性化され、鉄筋が発錆する。鉄筋が発錆するとその体積膨張によりコンクリートに亀裂が入り、さらに、亀裂部分から酸素及び水分の進入により発錆が促進されるとコンクリートが剥離する。その繰り返し作用により、鉄筋コンクリート構造物の耐久性は著しく損なわれてしまう。このようにしてコンクリートの中性化が原因で起こる劣化鉄筋コンクリートの補修方法としては、特公平５ー４１５９５号公報が知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、多量の塩分を含有する海砂等をコンクリート原料に用いた場合、問題となる鉄筋コンクリートの塩害腐食及びコンクリートの中性化による劣化防止をするためのセメントモルタルと鉄筋コンクリート等の劣化部位の補修復元方法を提供するものである。
【０００４】
【発明を解決するための手段】
本発明の請求項１のセメントモルタルは、鉄筋コンクリート及び又はセメントモルタル中に含有の塩素イオンや炭酸イオンを捕捉可能な量の無機イオン交換体を添加すると共に、アミン類単体、或いはアミン類と塩基酸、又はアミン類と多塩基酸の組成物の何れかを添加して、鉄筋コンクリート構造物や劣化した鉄筋コンクリートの補修復元に使用するものである。
セメントモルタルは、セメントと砂利と水の混合物であって、これに含有の塩素イオンや炭酸イオンに対処しうる量の無機イオン交換体を添加するものであって、好ましい無機イオン交換体の添加量は塩素イオンまたは炭酸イオンに対して１〜１０倍当量、又、アミン単体、或いはアミン類と塩基酸、又はアミン類と多塩基酸の組成物は、セメントモルタルに対して０．１〜５重量％を添加するのが望ましい。
しかし、海岸堤防の構築等に使用するセメントモルタルの場合には、海水に曝されるため、更に多くの無機イオン交換体等を添加することが望ましい。
【０００５】
この無機イオン交換体は、Ｍｇ、Ｚｎ、Ｃａ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｓｉ等を主成分とする含水酸化物や各種金属のリン酸塩を主成分とするものであり、キョーワードシリーズ（協和化学工業（株）製）やＩＸＥシリーズ（東亜合成（株）製）及びＴｏｍｉｔａ−ＡＤシリーズ（富田製薬（株）製）等が市販されている。
【０００６】
キョーワードシリーズ（協和化学工業（株）製）の一部の製品は、ハイドロタルサイト系化合物からなり、このハイドロタルサイト系化合物は、一般式
【０００７】
【化１】

【０００８】
ここで
Ｍ²⁺：Ｍｇ²⁺，Ｍｎ²⁺，Ｆｅ²⁺，Ｃｏ²⁺，Ｎｉ²⁺，Ｃｕ²⁺，Ｚｎ²⁺などの２価金属
Ｍ³⁺：Ａｌ³⁺，Ｆｅ³⁺，Ｃｒ³⁺，Ｃｏ³⁺，Ｉｎ³⁺などの３価金属
Ａ^n-：ＯＨ^-、Ｆ^-，Ｃｌ^-，Ｂｒ^-，ＮＯ₃ ^-，ＣＯ₃ ^2-，ＳＯ₄ ^2-，
Ｆｅ（ＣＮ）₆ ^3-，ＣＨ₃ＣＯＯ^-，シュウ酸イオン，サリチン酸イオンなどのｎ価のアニオン。
Ｘは、０＜Ｘ≦０．３３の範囲にある。
【０００９】
で表される化合物で、上記一般式のうちＡ^nーのアニオンはＯＨ^-、ＮＯ₃ ^-，ＳＯ₄ ^2-の構造のものが好ましい。これらは、本質的に、陰イオン交換性を持っているため、ハイドロタルサイト系化合物の化学構造中にある、例えば、硝酸イオンがコンクリート中に含まれる塩素イオンと置換され、層状の結晶構造中に取り込まれる。このようにして、新たに生じた塩素置換型のハイドロタルサイト系化合物は水には溶解しないので、コンクリート中に存在する塩素イオンを吸着除去することができる。尚、ハイドロタルサイトの粒度は、０．１〜１００μが好ましく、０．１μ以下では混練り水の量が多くなり強度などの物性に悪影響を及ぼすし、１００μ以上では表面積が減少して抑制効果が不十分となる。
【００１０】
又、上記のハイドロタルサイト類を約５００〜７００℃で焼成すると、ＭｇＯーＡｌ₂Ｏ₃系固溶体が得られる。
この固溶体（ＫＷー２０００（協和化学工業（株）製））は、
【００１１】
【化２】

【００１２】
の反応により、アニオンの吸着と金属イオンの水酸化物としての吸着が同時に起こるため、ＫＷー２０００（協和化学工業（株）製）はＫＷー１０００（協和化学工業（株）製）に較べてアニオンの吸着量が約１．６倍と大きく、そのｐＨが１０〜１１と高いため金属イオンの除去率も大きい。
【００１３】
また、上記のハイドロタルサイト系化合物と類似の化合物にハイドロカルマイトがある。ハイドロカルマイトは、一般式
【００１４】
【化３】

【００１５】
ここで
Ｘ：ＮＯ₃ ^-，ＮＯ₂ ^-，ＯＨ^ー，ＣＨ₃ＣＯＯ^ー，ＳＯ₄ ^2- 等の１価または２価のアニオン
ｍ：アニオンの価数
ｎは、ｎ≦２０の範囲にある。
【００１６】
で表される層状構造をもつ含水結晶性化合物であり、上記一般式のうち、ＸのアニオンはＮＯ2ー、ＮＯ3ー又はＯＨーの構造のものが好ましく、これらは陰イオン交換性を持っているので、ハイドロタルサイト系化合物と同様に、セメントモルタル中の塩素イオンや炭酸イオンを吸着除去することができる。これらの陰イオン交換能を有する無機イオン交換体は単体又は二種以上の混合物として使用する。図１に無機イオン交換体のＣｌイオンの吸着状態を示す。
【００１７】
アミン類単体、或いはアミン類と塩基酸又はアミン類と多塩基酸の組成物は、セメントモルタルに対して、望ましくは０．１〜５重量％添加することによって、無機イオン交換体と共に多量の塩分を含むコンクリート中の塩分の吸着除去とコンクリートへの水、酸素、炭酸ガス等の浸透による炭酸化や鉄筋の発錆を防止するものである。
アミン類単体、或いはアミン類と塩基酸又はアミン類と多塩基酸の組成物は、強い還元作用があるため、コンクリート中に水、酸素、炭酸ガス等が進入し、炭酸化や塩化物の移動侵入による鉄筋の腐食等を防止するものである。
【００１８】
尚、本発明に使用するアミン類単体、或いはアミン類と塩基酸又はアミン類と多塩基酸の組成物として以下のものがある。
塩基酸と多塩基酸には、有機塩基酸と有機多塩基酸と、無機塩基酸と無機多塩基酸がある。
無機塩基酸及び無機多塩基酸には、硝酸、亜硝酸、硫酸、亜硫酸、リン酸、亜燐酸等があるが、硫酸等はコンクリートを化学的に侵食することが知られている。
有機塩基酸と有機多塩基酸には、蟻酸、脂肪族低級多塩基酸として蓚酸、マロン酸、マレイン酸、酒石酸、コハク酸、リンゴ酸、クエン酸等があり、その１種又は２種以上の混合物を使用する。
又、アミン類には、低級アルコール性脂肪族アミンとして、メタノールアミン、エタノールアミン、イソプロパノールアミン等があり、更に、低級脂肪族アミンとして、メチルアミン、エチルアミン、プロパノールアミン等がある。尚、これらのアミンには、第１アミン、第２アミン、第３アミンの形態の他、第４アンモニューム塩がある。
【００１９】
又、低級ポリメチレンアミンとして、エチレンジアミン、ジエチレントリアミン、トリエチレンテトラミン、３・ジエチルアミノプロピルアミン等がある。更に、芳香族アミンとしては、アニリン、メチルアニリン、ジメチルアニリン、エチルアニリン、ジエチルアニリン等がある。
脂肪族不飽和アミンとして、アリルアミン、ジアリルアミン等があり、脂環式アミン、複素環アミンには、ピリジン、ピコリン等がある。
尚、前記アミン類の他に、ヒドラジン、ヒドラジン水化物、ヒドロキシルアンモニウム等があり、これらのアミン類の１種又は２種以上の混合物を使用する。
【００２０】
前記塩基酸又は多塩基酸類とアミン類の組成物は、通常、水を溶媒として得られるが、水を溶媒とせず、塩基酸又は多塩基酸類とアミン類を各々、その性状に応じて適宜配合することにより高濃度の組成物としてもよい。これらの塩類は還元性が強く、且つ持続性がある組成物となる。
尚、具体的な例を示せば、
（１）組成物１：トリエタノールアミン（７０部）と蓚酸（３０部）
（２）組成物２：トリエタノールアミン（５０部）とジエチレントリアミン（７部）と蓚酸（３０部）
（３）組成物３：βアミノエチルアルコール（５０部）とエチルアミン（１０部）と蓚酸（２０部）と酒石酸（２０部）
（４）組成物４：ヒドロキシルアンモニウム（５０部）と蓚酸（６８部）
（５）組成物５：ヒドロキシルアンモニウム（５０部）と亜燐酸（６２部）等である。
尚、前記各組成物は液状から結晶状態の製品として得られる。
【００２１】
請求項２のセメントモルタルは、無機イオン交換体や還元性が強く、且つ、持続性のある塩基酸又は多塩基酸類とアミン類の組成物で対処するものであるが、更に、水溶性防錆剤をセメントモルタルに対して、望ましくは０．１〜５重量％添加することにより、コンクリート中への水、酸素、炭酸ガスの浸透による炭酸化と、塩化物による鉄筋の腐食防止効果の一層の向上と持続性を維持するものである。
【００２２】
水溶性防錆剤については、腐食抑制剤として多数あり、これら腐食抑制剤は腐食環境として、水溶液中、酸性溶液中、アルカリ性溶液中、或いは有機溶液中で金属の腐食を防止するものであるが、本発明に用いる水溶性防錆剤は水溶性で且つ中性又はアルカリ性で防錆作用がありセメントモルタルと凝固しないものである。
その水溶性防錆剤の具体例として、有機系として窒素を含む脂肪族アミン、芳香族アミン、イミダゾリン、ピリジン、ロジンアミン等や硫黄を含むメルカプタン、酸素を含むアルデヒド、ケトン類及び亜硝酸やチオ亜硝酸を含む有機エステル等がある。また、無機系として中性あるいはアルカリ性溶液中における抑制剤として、例えば、クロム酸塩、亜硝酸塩、縮合リン酸等がある。これらのうち、好ましいものとしては還元性のある亜硝酸系、アミン系化合物の他、有機極性物質で水置換性に優れたものがよい。
【００２３】
前記水溶性防錆剤は、セメントモルタルに混合して使用するが、多塩基酸とアミン類の組成物と同様に、コンクリート内の水分移動に伴って移動し、鉄筋の表面に濃縮されて水置換を介して防錆効果を発揮する。尚、補修時において、剥き出した鉄筋の錆を落して直接防錆剤を塗布した後に、防錆剤混合のセメントモルタルを使用することによって、防錆効果の持続性を増す。又、水溶性防錆剤は多塩基酸とアミン類の組成物と併用することで、その還元性により防錆効果を一層持続させる。
【００２４】
【発明の実施例】
（第１実施例）
セメントモルタルは、ポルトランドセメントと標準砂を１対３の割合で混合し、それに水を加えて得る。尚、このセメントモルタルには、０．２％のＮａＣｌを含有させた。
多塩基酸類とアミン類の組成物として、前記した組成物１（トリエタノールアミン（７０部）と蓚酸（３０部））と組成物４（ヒドロキシルアンモニウム（５０部）と蓚酸（６８部））を使用する。
又、図１は、ＮａＣｌ（０．０２％溶液）１００ｍｌに対し、吸着剤として、ハイドロカルマイト系化合物としてソルカットＣ（日本化学工業（株）製Ｃｌ吸着量４１．０ｍｇ／ｇ）、ハイドロタルサイト系化合物としてＫＷー１０００硝酸置換型（協和化学工業（株）製Ｃｌ吸着量５０．０ｍｇ／ｇ）とＫＷー２０００（協和化学工業（株）製Ｃｌ吸着量７４．０ｍｇ／ｇ））、ビスマス系化合物としてＩＸＥー５５０（東亜合成化学（株）製Ｃｌ吸着量５４．０ｍｇ／ｇ）を添加した場合の無機イオン交換体の吸着曲線を示す。
【００２５】
このセメントモルタル（１Ｋｇ）を基準に、防錆効果を確認する為に、表１の処方に従い、ハイドロタルサイト系化合物（ＫＷー１０００、ＫＷー２０００）とハイドロカルマイト系化合物（ソルカットＣ）と前記組成物１（又は組成物４）と水溶性防錆剤を用いて効果を確認した。
テストピースは、図２に示す如く、プラスチック製円筒容器（１）の中心部に鉄筋（３）を垂設し、表１の条件のモルタル（２）を流し込んで硬化させ、１２カ月後にコンクリートを鉄筋（２）に沿って２分割して、鉄筋（３）の錆具合を腐食面積の割合として、図３に示す。
【００２６】
【表１】

【００２７】
前記表中、

【００２８】
前記各試料の１２カ月後の腐食具合を図３に示し、試料Ｎｏ１（ブランク）は、ほぼ全域にわたって錆の発生が見られた。
又、試料Ｎｏ４、５、７、８、１２、１３、１５、１６、２０はセメントモルタルに、無機イオン交換体（ＫＷー１０００（硝酸置換型）、ＫＷ２０００、ソルカットＣ）と還元性のある組成物１（又は組成物４）と水溶性防錆剤を混合したものであり、錆具合は１０％以下であった。又、還元性ある組成物１（組成物４）の添加量を増やすと、試料３と６、４と７、５と８、１１と１４、１２と１５、１３と１６の比較で明らかなように、防錆効果が増大する。
【００２９】
又、無機イオン交換体の添加量を増加すると、試料２と２１の比較で明らかなように防錆効果が増加する。
無機イオン交換体の種類による差は、イオン交換量を同一にした場合、同質のハイドロタルサイト系化合物では、２と９に示すごとくほとんど差はないが、ハイドロカルマイト系化合物とハイドロタルサイト系化合物では、（２、９）と１０の比較で明らかなようにＣｌイオンの吸着時に放出されるＮＯ₂ ^ーイオンの効果により防錆効果が増加する。
無機イオン交換体は、添加量に比例して塩素イオンを吸着し、塩害に対して効果的である。しかし、無機イオン交換体は水不溶性であるため、水分の移動に伴って移動する塩素イオンや炭酸イオンを完全に捕捉することができないため、多塩基酸類とアミン類の組成物や水溶性防錆剤を介して塩害や炭酸化を抑制する。多塩基酸類とアミン類の組成物は、強い還元性を有し、且つ、持続性を有するため、鉄筋の水や酸素イオンによる酸化と塩素イオンによる発錆を抑制する。
尚、この多塩基酸類とアミン類の組成物は、水溶性であるため、コンクリート内の水分移動に伴って移動し、その効果を発揮する。又、水溶性防錆剤も同様に、コンクリート内の水分の移動に伴って移動し、鉄筋の表面に濃縮されて防錆効果を発揮する。
【００３０】
次に、既に建築された鉄筋コンクリートが中性化または塩害により劣化した場合における、本発明の請求項１のセメントモルタルを使用しての補修方法について図４を参照して説明する。
先ず、鉄筋コンクリートの劣化した部位のコンクリートを削り、錆が発生した鉄筋をケレンして錆を除去する。そして、劣化部を除去したコンクリートの表面にアルカリ性の付与と密着性向上のために、珪酸リチウム等を塗布して下地処理を行う。更に、前記鉄筋の表面に水溶性防錆材を塗布した後に、薄塗用セメントモルタルで被覆防錆処理を行う。
次に、前記削り箇所に、セメントモルタルを充填する埋め戻し処理を行い、更に、劣化防止の保護層として、厚塗用セメントモルタルを塗り重ねる。そして、その劣化防止層の上に合成樹脂塗料等で上塗り仕上処理を行う。
この様な施工方法で、鉄筋コンクリートの劣化部を補修することにより、以後の鉄筋コンクリートの中性化防止と腐食を抑制することができる。
尚、前記補修方法は、一例であって、目的に応じて、水溶性防錆剤、セメント急硬材やセメント膨張材、高分子ポリマーエマルジョン、ラテックス、ＡＥ剤、減水剤、流動化剤、増粘剤、保水剤、発泡剤、起泡剤等を本発明の目的を阻害しない限り併用することができる。
【００３１】
【発明の効果】
本発明は、鉄筋コンクリートやコンクリート中に無機イオン交換体、又は及び、多塩基酸類とアミン類の組成物、更には水溶性防錆剤を混合することによって、多量の塩分を含むコンクリート中の塩分の吸着除去及びコンクリートへの水、酸素、炭酸ガス等の侵入による中性化と鉄筋の腐食を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】無機イオン交換体によるＣｌ^-イオンの吸着曲線を示す図である。
【図２】腐食試験の概要を示す図である。
【図３】１２カ月後の鉄筋の腐食面積の割合を示す図である。
【図４】補修方法を説明するための鉄筋コンクリートの断面図である。
【符号の説明】
１容器
２モルタル
３鉄筋

Claims

鉄筋コンクリート及び／又はセメントモルタル中に含有の塩素イオン及び炭酸イオンの少なくとも一方を捕捉可能なアニオン交換機能を持つ無機イオン交換体、並びにアミン類と塩基酸の組成物又はアミン類と多塩基酸の組成物を含有し（但し、ヒドラジン及びその塩は除く。）、上記無機イオン交換体はハイドロタルサイト、ハイドロカルマイト、又はハイドロタルサイト焼成物から選ばれる陰イオン交換体を含有するものであることを特徴とするセメントモルタル。
更に水溶性防錆剤を含有する請求項１記載のセメントモルタル。
上記アミン類と塩基酸の組成物又はアミン類と多塩基酸の組成物は、（１）トリエタノールアミンと蓚酸、（２）トリエタノールアミンとジエチレントリアミンと蓚酸、（３）βアミノエチルアルコールとエチルアミンと蓚酸と酒石酸、又は（４）ヒドロキシルアンモニウムと蓚酸若しくは亜燐酸である請求項１又は２に記載のセメントモルタル。