JP4225873B2 - ポリマーセメント系耐酸性補修材料 - Google Patents
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Description
これは、特に下水処理施設においては、生息する微生物が生成する硫酸により、常時酸性状態の環境に晒されており、かかる環境下では、コンクリート、モルタルは表層部の水酸化カルシウムが硫酸イオンと反応して2水石膏を生成し、更には場合によりアルミン酸三カルシウムと反応してエトリンガイトを生成し、膨張破壊を呈することがあるからである。
具体的には、ポルトランドセメントに、高炉スラグ微粉末やフライアッシュやシリカフュームなどのポゾラン物質を添加したモルタルでは、例え強アルカリ性のCa(OH)2の生成量が少量となってポルトランドセメント単独の使用の場合より耐酸性が向上しても、基本的にポゾラン物質を添加することによって生成する珪酸カルシウム水和物(C−S−H)自体が強アルカリ性物質であり、例えばかかる強アルカリ物質は硫酸と接触すると二水石膏(CaSO4/2H2O)とシリカゲルとに分解してしまい、結局得られる材料の耐酸性は向上しないという問題がある。
更に、水ガラスを使用すると粘性が高くなってしまい、補修材としての施工性に問題が生じる。
例えば、アルミナセメントを用いたモルタルとして、特開2002−137954号公報には、アルミナセメント40〜90重量部、スラグ微粉末1〜40重量部、最大粒径70μm以下のフライアフライアッシュ1〜30重量部を含有する水硬性組成物及びそのペースト、モルタル、コンクリートが開示されており、特開2002−137955号公報には、アルミナセメント/骨材=20/80〜45/55の割合で、アルミナセメント中の粒径5μm以下のものが25重量%以下の水硬性組成物が開示されている。
具体的には、アルミナセメント単独を結合材として水和させたモルタルは、長期材齢ほど、また高温ほど水和物が相転移し、具体的には、CAH10からC2AH8へ、更にはC2AH8からC3AH6へと、比重の大きな水和物へ変化するため、それに伴い強度が低下してしまい、初期に実用強度を満足していても、長期的、高温暴露等の環境下で実用強度を満足しなくなってしまう。
更には、アルミナセメントモルタルの作業性に関しては、アルミナセメント、またはアルミナセメントにポゾラン物質を添加したモルタルは、ポルトランドセメント、またはポルトランドセメントにポゾラン物質を添加したモルタルと比較して、チクソトロピー性が低く、コテによる左官作業性が極めて劣るという問題を有する。
さらに、既に補修が必要な下水道管等の維持・管理には、耐酸性の他にも、補修を行ってから実用できるまでの期間が短いことが望まれ、従って初期強度の発現性及び長期強度の保持が求められているのが現状である。
また、本発明の他の目的は、使用時の作業性を向上させ、コンクリート等の被補修体母材との付着性および補修材の表面硬度が向上したポリマーセメント系耐酸性補修材料を提供することである。
即ち、本発明のポリマーセメント系耐酸性補修材料は、粒子の50体積%が20μm以上の径を有する粉末度2800cm2/g以上のアルミナセメント80〜50重量部と、石膏を含有しない粉末度4000cm2/g以上の高炉スラグ微粉末20〜50重量部とからなるセメント系無機粉体100重量部に対して、骨材を100〜200重量部、及び、セメント混和用ポリマーディスパージョンまたは再乳化形粉末樹脂をポリマー固形分で5〜15重量部含有することを特徴とする。
更に好適には、上記ポリマーセメント系耐酸性補修材料において、セメント混和用ポリマーディスパージョンまたは再乳化形粉末樹脂は、その最低造膜温度が0℃以上であるものであることを特徴とする。
更に好適には、上記ポリマーセメント系耐酸性補修材料において、更にシラン化合物を、上記セメント系無機粉体100重量部に対して、0.01〜0.1重量部を含有することを特徴とする。
更に、コンクリート等の被補修体母材との付着性に優れ、良好な表面硬度を呈することが可能となる。
本発明のポリマーセメント系耐酸性補修材料は、粒子の50体積%が20μm以上の径を有する粉末度2800cm2/g以上のアルミナセメント80〜50重量部と、石膏を含有しない粉末度4000cm2/g以上の高炉スラグ微粉末20〜50重量部とからなるセメント系無機粉体100重量部に対して、骨材を100〜200重量部、及び、セメント混和用ポリマーディスパージョンまたは再乳化形粉末樹脂をポリマー固形分で5〜15重量部含有するものである。
これは、アルミナセメントの水和反応により生成された水酸化アルミニウムが、表層部で硫酸イオンや塩酸イオン等の酸性イオンと反応して硫酸アルミニウム、塩化アルミニウム等となって固定され、有効にこれらの酸性イオンの浸透を防止することができ、また、高炉スラグ微粉末の水和反応により水密性が向上され、硫酸イオンや塩酸イオン等の酸性イオンの侵入を有効に防止することができるようになるからである。
更に、アルミナセメントの強度発現性が早期に発現されて、密実な硬化体を迅速に生成することができる。
具体的には、高炉スラグ微粉末を添加することにより、水和物は温度や長期材齢で安定なC2ASH8となり、相転移を起こさなくなるため、強度低下を示さないようになる。
かかる粉末度は、JIS R 5201に規定される粉末度試験(ブレーン)で測定した値である。
すなわち、アルミナセメントの粒子の50体積%の粒子が通過する径が、20μm以上であることを意味するものである。
このように、粒子の50体積%が20μm以上の径を有することにより、アルミナセメントの硬化収縮を実用上問題のない程度まで小さくすることができる。
これは、すなわち、アルミナセメントの全粒子を44μmの目の篩いに通過させた粒子分の残分が25重量%以上であることを意味するものである。
このように、粒径が44μm以上の粒子を25重量%以上含有することにより、アルミナセメントの粒度分布をシャープなものとし、硬化収縮をさらに小さくすることができることとなる。
好適にはかかる高炉スラグ微粉末は、アルミナセメントとの反応性の点から、ブレーン比表面積が4000cm2/g以上有する微粉末を好適に使用でき、望ましくは、JIS A 6206に規定されるブレーン比表面積が4000、6000、8000cm2/gのコンクリート用高炉スラグ微粉末を使用できる。
かかる混合比とするセメント系無機粉体とすることにより、高炉スラグ微粉末とアルミナセメントが効果的に反応し、水和物が、温度や長期材齢で安定なC2ASH8となり、相転移を起こさなくなるため、強度低下を呈さないこととなる。
例えば、前記ポリマーディスパージョンに用いる樹脂としては、ポリアクリル酸エステル、スチレンブタジエン、又はエチレン酢酸ビニル等を主成分とするポリマー等を、適宜、選択して単独、または混合して使用することができる。
また、前記再乳化形粉末樹脂としては、ポリアクリル酸エステル、スチレンブタジエン、エチレン酢酸ビニル、酢酸ビニル/バーサック酸ビニルエステル、酢酸ビニル/バーサック酸ビニルエステル/アクリル酸エステル等の樹脂が挙げられ、これらの中から適宜、選択して単独、または混合して使用することができる。
かかる再乳化形粉末樹脂の製造方法は特に限定されることなく、粉末化方法やブロッキング防止法等の公知の任意の方法を用いて調製することができる。
最低造膜温度が0℃であることにより、被補修体であるコンクリートとの付着性が良好となり、得られる補修材の表面硬度が硬く、早期強度発現性に優れることとなる。
これは、かかる配合比で、セメント混和用ポリマーディスパージョンまたは再乳化形粉末樹脂を混合することより、コンクリート補修材として使用した際に、被補修体であるコンクリート構造体に対して良好な接着性を有するものとなるからである。
シラン化合物としては、例えば、トリメチルメトキシシラン、n−プロピルトリメトキシラン、iso−プロピルトリメトキシシラン、n−ブチルメチルジメトキシシラン、iso−ブチルメチルジエトキシシラン、n−ヘキシルトリメトキシシラン、n−ヘキシルメチルジエトキシシラン、n−オクチルトリエトキシシラン、n−デシルトリメトキシシラン、n−ヘキサデシルトリメトキシシラン、オクタデシルトリクロロシランなどがあり、これらの中から適宜選択して1種類以上を使用することができる。
かかる量のシラン化合物を混合することにより、得られるセメントポリマー系耐酸性材料の左官作業性が大幅に向上し、かつ強度発現性も向上させることができることとなる。
これは、かかる配合比で骨材を混合することにより、作業性が良好となり、実用的な強度発現性を有するとともに、実用上問題となる硬化収縮を呈さない耐酸性補修材料となるからである。
水は、アルミナセメント等の硬化に悪影響を及ぼす成分を含有していなければ、水道水や地下水、河川水等の水を用いることができ、例えば、「JIS A 5308 付属書9 レディーミクストコンクリートの練混ぜに用いる水」に適合するものが好ましいが、混和剤に含まれる水を用いることも可能である。水の量は、用途に合致した範囲で適宜決定することができる。
また更に、既存の建造物等が酸で侵食されている場合には、当該建造物等の侵食された部分を除去し、その部分に本発明のセメントポリマー系耐酸性材料の層等を補充することでも、その建造物に十分な耐酸性を付与することができる。
使用原料
(1)アルミナセメント
アサヒアルミナセメント1号クリンカー(旭硝子セラミックス株式会社製)をコニカルミルを用いて表1に示す粉末度に粉砕した。
得られた各アルミナセメント粉末の粉末度(cm2/g)は、JIS R 5201に規定されるブレーン空気透過法により測定した値であり、また、当該粉末を篩いにかけた44μm残分の割合と、50体積%の粉末粒子が通過する粒度とを、前記粉末度とともに表1に示す。
ファインセラメント10A(第一セメント株式会社製;ブレーン粉末度6800cm2/g)を使用した。
(3)珪砂
乾燥珪砂4号、6号(三久海運株式会社製)を重量比で2:1に混合した珪砂を使用した。
(4)シラン化合物
イソブチルトリメトキシシラン(和光純薬工業株式会社製 試薬)を使用した。
(5)セメント用ポリマーディスパージョン
リフレモルセットE(住友大阪セメント株式会社製)を使用した。
表1に示す配合割合で、上記各原料と水とを配合して、モルタルミキサーで十分に混練りしてモルタルを調製した。
比較例1〜2
表2に示す配合割合で、上記各原料と水とを配合して、モルタルミキサーで十分に混練りしてモルタルを調製した。
実施例1〜4及び比較例1〜2で得られたモルタルを、以下の試験に供し、その結果を表1及び表2に示す。
(1)左官作業性
コンクリート壁の垂直面へ左官ゴテで塗りつけ、コテ作業性の評価を行った。
評価方法は以下の通りである。
コテ作業性の評価方法 ○;コテへの付着が少なく、コテ伸びが良好である。
△;コテへの付着が認められるが、塗り付けは可能である。
(2)耐硫酸性
東京都下水道局「コンクリート改修技術マニュアル水処理系施設編」に基づき、5%硫酸水溶液にそれぞれ30日間浸漬して、その評価を行った。
評価方法は以下の通りである。
○;重量変化が0〜5重量%のもの
JIS R 5201に準じた方法で、20℃で養生した材齢28日後の圧縮強度を測定した。
なお、東京都下水道局規格では、圧縮強度45N/mm2以上のものを適格性があると規定している。
(4)反り・浮き・ひび割れの有無
1m×1mのコンクリート表面に厚さ10mmで塗布し、屋外(気温5〜10℃、湿度30〜55%RH)で7日間養生し、視覚にて反り・浮き・ひび割れの有無を評価した。
(5)付着強度
コンクリート表面に厚さ10mmで塗布し、材齢28日において、建研式引張り試験機(株式会社丸菱科学機械製作所製 MKS接着剥離試験器BA−450D)により付着強度を測定した。
なお、東京都下水道局規格では、付着強度1.5N/mm2以上のものを適格性があると規定している
Claims (4)
- 粒子の50体積%が20μm以上の径を有する粉末度2800cm2/g以上のアルミナセメント80〜50重量部と、石膏を含有しない粉末度4000cm2/g以上の高炉スラグ微粉末20〜50重量部とからなるセメント系無機粉体100重量部に対して、骨材を100〜200重量部、及び、セメント混和用ポリマーディスパージョンまたは再乳化形粉末樹脂をポリマー固形分で5〜15重量部含有することを特徴とするポリマーセメント系耐酸性補修材料。
- 請求項1記載のポリマーセメント系耐酸性補修材料において、上記アルミナセメントは、更に粒径44μm以上の粒子含有率が25重量%以上であることを特徴とするポリマーセメント系耐酸性補修材料。
- 請求項1又は2記載のポリマーセメント系耐酸性補修材料において、セメント混和用ポリマーディスパージョンまたは再乳化形粉末樹脂は、その最低造膜温度が0℃以上であるものであることを特徴とするポリマーセメント系耐酸性補修材料。
- 請求項1〜3いずれかの項記載のポリマーセメント系耐酸性補修材料において、更にシラン化合物を、上記セメント系無機粉体100重量部に対して、0.01〜0.1重量部含有することを特徴とするポリマーセメント系耐酸性補修材料。
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