JP4225938B2

JP4225938B2 - 導電性ポリマーセメントモルタル及び当該モルタルを用いた電気防食用保護材。

Info

Publication number: JP4225938B2
Application number: JP2004095553A
Authority: JP
Inventors: 敬一大崎; 明大川上; 重裕安藤; 弘幸榊原
Original assignee: Sumitomo Osaka Cement Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Osaka Cement Co Ltd
Priority date: 2004-03-29
Filing date: 2004-03-29
Publication date: 2009-02-18
Anticipated expiration: 2024-03-29
Also published as: JP2005281037A

Description

本発明は、導電性ポリマーセメントモルタル及び当該モルタルを用いた電気防食用保護材に関し、特に優れた導電性を有するとともに高強度を有し、作業性を向上させたポリマーセメントモルタル及び当該モルタルを用いた電気防食用保護材に関するものである。

鉄筋コンクリート構造物中の鉄筋等の鋼材は、ある塩分濃度以上の状態に晒されると、腐食電池が発生し、アノード部の鉄筋の電気腐食が発生する。
かかる腐食電池の発生により誘発される鉄筋の腐食を防止する手段として、コンクリート表面に設置した陽極からコンクリート中の鉄筋に電流を流し続けることにより、コンクリート中の鋼材の腐食反応を抑制する電気防食工法が推奨されており、鉄筋コンクリート構造物の補修工法の一つとして利用されている。

しかし、比較的高い抵抗率であるコンクリート中の鉄筋を電気防食する場合、上記流電陽極法では、時間の経過とともに、防食に必要な陽極発生電流が減少し、長期にわたり陽極と鉄筋との間に有効な電位差を維持することが困難であった。
電気防食工法に用いられる陽極材としては、Ｔｉ等の金属が使用されるが、この陽極を鉄筋コンクリート構造物の表面に設置した後には、かかる陽極の抵抗率の低減及び不活性化を防止するため、コンクリート中の鉄筋の電気防食に際しては、当該陽極の性能を保護するための保護材料で陽極周辺を被覆する必要がある。

かかる電気防食法に用いられる陽極の保護材として要求される性能は、コンクリート構造物のコンクリートよりも高い導電性を長期間に渡り保持することである。
また、電気防食工法では、コンクリート構造物のコンクリート表面に陽極を設けて、当該陽極を設置保護するため、コンクリートとの付着性に優れた保護材が要求される。
かかるコンクリートとの付着性のよい保護材としては、ポリマーセメントモルタルが用いられるが、通常のセメントモルタルよりも、導電性が低いという欠点があり、電気防食工法に使用するには問題がある。

特開平４−７４７４７号公報には、高弾性、電磁波遮蔽性、急硬性及び強度発現性を発現させる導電性モルタル組成物であって、具体的には、セメント、石膏、アルミナセメント、炭素繊維及びポリマー混和材を主成分とする導電性モルタル組成物が開示されている。
また、特開平７−２０６５０２号公報には、電気防食用に用いることができる導電性ポリマーセメントモルタルであって、具体的は、炭素繊維や導電性微粒子を含有する導電性ポリマーセメントモルタルが開示されている。
しかし、上記導電性を向上させた保護モルタル材料の多くは、炭素材料を混入してモルタルの導電性を向上させているため、炭素が通電により酸化してＣＯ_２となってしまい、長期においては通電性が著しく低下するという問題点がある。

また、特開平４−１０３７８５号公報には、電気防食用バックフィルとして、非流動性かつ非保水性の材料と亜硝酸塩を含有する電気防食用バックフィルが開示されている。
かかる亜硝酸リチウムは、セメントに対して硬化を促進する作用があるため、亜硝酸リチウムが混入すると、作業時間が著しく短くなり、作業が不可能になるという問題点がある。また、付着強度が低く実用的でない。
特開平４−７４７４７号公報特開平７−２０６５０３号公報特開平４−１０３７８５号公報

本発明の目的は、優れた導電性を有するとともに、コンクリートとの付着性を向上させ、かつ作業性にすぐれた導電性セメントモルタルを提供することである。
また、本発明の他の目的は、電気防食工法における陽極の抵抗率の低減及び不活性化を防止することができる導電性セメントモルタルを提供することである。
更に本発明の他の目的は、陽極の抵抗率の低減及び不活性化を防止することができる、上記本発明の導電性セメントモルタルを用いた電気防食用陽極保護材を提供することである。

本発明者らは、上記課題を解決するため、亜硝酸リチウムを含有するポリマーセメントモルタルに用いられるポリマーの粒径を一定以上とすることで、上記課題が達成できることを見出し、本発明に到達した。

本発明の導電性ポリマーセメントモルタルは、セメント、亜硝酸リチウム、セメント混和用遅延剤、合成界面活性剤系気泡剤及びセメント混和用ポリマーを含有し、前記セメント混和用ポリマーの粒径が０．３μｍ以上であり、かつ、該界面活性剤系気泡剤から発生させた気泡に亜硝酸リチウムが取り込まれていることを特徴とする。
好適には、本発明の導電性ポリマーセメントモルタルは、前記導電性ポリマーセメントモルタルにおいて、セメント１００重量部に対して、亜硝酸リチウムが１〜１０重量部、セメント混和用遅延剤が０．１〜１．０重量部、合成界面活性剤系気泡剤が０．１〜１．０重量部の割合で配合され、セメント１００重量部に対してセメント混和用ポリマーが、固形分換算で０．５〜２０重量部配合されることを特徴とする。
更に本発明の電気防食用保護材は、前記本発明の導電性ポリマーセメントモルタルを用いてなるものである。

本発明の導電性ポリマーセメントモルタルは、通常のセメントモルタルより抵抗率が低く、炭素材料等の導電性材料を混入せずに導電性を向上させることができるため、長期においても安定した通電性を保持することが可能となる。
更に、本発明の導電性ポリマーセメントモルタルは、導電性向上のために配合する亜硝酸リチウムをポリマーセメントモルタルに混入した場合でも、強度が低下することなく、十分な作業時間を確保でき、またコンクリートへの付着性も優れていることから、鉄筋コンクリート構造物の電気防食工法における補修に関して優れた効果を発揮することができる。

また、本発明の電気防食用保護材は、上記本発明の導電性ポリマーセメントモルタルを電気防食用の陽極の保護材として用いることができ、従って、電気防食に必要な陽極発生電流を減少させることなく、長期にわたり陽極と鉄筋との間に有効な電位差を維持することが可能となる。

本発明を好適例を挙げて説明するが、これに限定するものではない。
本発明の導電性ポリマーセメントモルタルは、セメント、亜硝酸リチウム、セメント混和用遅延剤、合成界面活性剤系気泡剤及びセメント混和用ポリマーを含有し、前記セメント混和用ポリマーの粒径が０．３μｍ以上であり、かつ、該界面活性剤系気泡剤から発生させた気泡に亜硝酸リチウムが取り込まれていることを要するものである。
このような構成を有することにより、導電性とコンクリートとの付着性を高め、作業性に優れたセメントモルタルとすることができる。

本発明の導電性ポリマーセメントに用いることができるセメントとは、水硬性カルシウムシリケート化合物を主体とするセメントを意味し、その種類は特に限定されず、例えば、普通、早強などの各種ポルトランドセメントや、高炉セメント、シリカセメント及びフライアッシュセメントの各種混合セメントや、白色ポルトランドセメント及びアルミナセメント等、市場で入手できる種々のセメントを例示することができ、これらを単独で、又は混合して用いることができる。また、特に、早強セメントを用いることが、導電性面から好適である。

また、発明の導電性ポリマーセメントモルタルに用いられる亜硝酸リチウムは、そのまま用いてもよいが、水溶液としても使用することも可能である。
その混合量としては、セメント１００重量部に対して、亜硝酸リチウム１〜１０重量部、好適には３〜６重量部であることが、本発明の導電性ポリマーセメントモルタルの作業性、強度発現性を向上させることができるので望ましい。

更に、ポリマーセメントモルタル中に亜硝酸リチウムを存在させることにより、コンクリート構造物の鉄筋に発生するマクロセル腐食を抑制することも可能となる。
また、亜硝酸リチウムを水溶液として用いる場合には、その濃度については特に限定されないが、通常、１０〜５０重量％の濃度の水溶液で用いればよい。

また、本発明の導電性ポリマーセメントモルタルに用いられるセメント混和用遅延剤としては、オキシカルボン酸系、ジカルボン酸系、ケトカルボン酸系、脂肪酸系、糖アルコール系、糖類系、リグニンスルホン酸系、の市場で入手できる種々の遅延剤を使用できる。その混合量としては、セメント１００重量部に対して、セメント混和用遅延剤０．１〜１．０重量部、好適には０．５〜１．０重量部の割合で混入されることが、亜硝酸リチウムを混入した場合でも、作業時間を十分に確保できるため好ましい。また、１．０重量部を越えて混入した場合には、逆にセメントの水和反応に対する促進作用により作業時間が著しく低下してしまい、望ましくない。

さらに、本発明の導電性ポリマーセメントに用いることができる合成界面活性剤系気泡剤としては、アニオン系、カチオン系、両性界面活性剤、非イオン界面活性剤等の種々の界面活性剤を使用することができる。例えば、アニオン系界面活性剤としては、カルボン酸塩、硫酸エステル塩、スルホン酸塩、りん酸エステル塩、カチオン系界面活性剤としては、第一級アミン塩、第二級アミン塩、第三級アミン塩、第四級アンモニウム塩、両性界面活性剤としては、アミノ酸型、ベタイン型、非イオン系界面活性剤としては、ポリエチレングリコール型、多価アルコール型を例示することができる。

これらの合成界面活性剤系気泡剤を、亜硝酸リチウムと併せて混入することにより、ポリマーセメント中の気泡に亜硝酸リチウムが取り込まれる結果となり、さらなる導電性を向上させることができる。その混合量としては、セメント１００重量部に対して、０．１〜１．０重量部で混入されることが望ましい。多量に混入した場合は単位容積質量が著しく低下し、圧縮強度も低下することがあり好ましくない。

本発明の導電性ポリマーセメントに用いることができるセメント混和用ポリマーとしては、液状の高分子エマルジョンやゴムラテックス、粉末状の再乳化形粉末樹脂等が使用できる。特に、再乳化形粉末樹脂を用いる場合には、現場計量の必要がなく、品質管理が容易になる。
これらの混和用ポリマーとしては、ＪＩＳＡ６２０３に例示される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／バーサチック酸ビニルエステル、酢酸ビニル／バーサチック酸ビニル／アクリル酸エステルなどを主成分とするポリマーディスバージョン及び再乳化形粉末樹脂が例示できる。

これらの混和用ポリマーの粒径は０．３μｍ以上であること、好適には０．５μｍ以上であることが、導電性を向上させるために必要である。粒径０．３μｍ未満のポリマーを使用した場合、緻密なポリマーフィルムが形成されるため、導電性が著しく低下する。
好適には、当該混和用ポリマーは、粒径を大きくするとポリマー粒子同士が凝集する傾向があるが、セメントモルタルの製造上に悪影響がなければ特に限定されない。特に、当該ポリマーをエマルジョンで用いる場合には、その粒径は０．３〜３μｍ、粉末状で用いる場合には、その粒径は０．３〜約３００μｍ程度のものが、取り扱いが便利であるため、好適に用いられる。
かかる混和用ポリマーは、セメント１００重量部に対して、固形分換算で０．５〜２０重量部、好ましくは２〜１０重量部であることが好ましく、かかる範囲であると得られるセメントモルタルの付着性がより優れ、さらに作業性も向上する。

また、本発明で使用するセメントには、長期強度の向上、収縮の緩和及びクラック等の発生防止のため、ポゾラン活性を有する材料である高炉スラグ粉末、フライアッシュ、シリカフューム、石灰石粉末、石英粉末、二水石膏、半水石膏、Ｉ型及びＩＩ型及びＩＩＩ型無水石膏等のセメントに混合することのできる公知の混和材を、単独でもしくは併用して、適量配合することも可能である。

更に、本発明のポリマーセメントモルタルに配合するその他の成分のうち、細骨材としては、川砂、山砂、陸砂、砕砂、海砂、珪砂６〜７号等の比較的粒径の細かい細骨材、または珪石粉、石灰石粉等の微粉末を使用できる。細骨材の配合量は、通常、セメント１００重量部に対して、５０〜４００重量部、好ましくは１００〜２００重量部とすることが作業性の点から望ましい。

本発明の導電性ポリマーセメントモルタルは、原材料である上記セメント、亜硝酸リチウム、セメント混和用遅延剤、合成界面活性剤系気泡剤、セメント混和用ポリマー、骨材及び水、必要に応じて上記公知の混和剤を混合して製造することができるものであるが、その混合方法は特に限定されず、前記材料中の一部を予め混合して用いてもよいし、また現場にて全材料を一度に混合してもよい。

本発明の導電性ポリマーセメントモルタルに使用する水の量は、使用する材料の種類や配合により変化させることができるため、一義的に決定されるものではないが、通常、水／セメント比で２５〜６０％が好ましく、特に３０〜５０％が好ましい。かかる範囲で水を配合することにより、十分な作業性と十分な強度発現性が得られることとなる。
なお、本発明における水／セメント比を算出する際の水には、混練水のほかに、ポリマーラテックスや樹脂エマルジョン等のポリマーディスパージョンに含まれる水も含むものである。

このようにして得られた本発明の導電性ポリマーセメントモルタルは、亜硝酸リチウムとセメント混和用遅延剤と合成界面活性剤系気泡剤をポリマーセメントモルタルに混和することにより、導電性とコンクリートとの付着性を高め、作業性に優れたものとすることができ、従って当該セメントモルタルを電気防食工法の２次陽極材及び陽極被覆材に用いることができる。

実施例１〜３；比較例１〜１０
下記の各原材料を用いて、表１に示す配合割合で、各材料を混合し、ポリマーセメントモルタルを調製した。表１には、併せて単位容積質量も示す。
・亜硝酸リチウム：リフレα４０（亜硝酸リチウム４０％水溶液、住友大阪セメント株式会社製）
・遅延剤：ジェットセッター（住友大阪セメント株式会社製）
・合成界面活性剤系気泡剤：スミシールドA（住友大阪セメント株式会社製）
・再乳化型粉末樹脂：モビリスパウダーＤＭ２０７２Ｐ（クラリアントポリマー株式会社製）
・ポリマーディスパージョン；リポテックスＰＡＣ３２Ｃ（ライオン株式会社製）
・セメント：普通ポルトランドセメント（住友大阪セメント株式会社製）
・珪砂；珪砂６号
・水：水道水

試験例１；抵抗率の測定
（試験体の製造）
上記実施例１〜３及び比較例１〜１０で得られたポリマーセメントモルタルを、４０×４０×１６０mm型枠に流し込むと同時に、電極板としてステンレス鋼（Ｓｕｓ３１６、ｔ＝０．３ｍｍ）を用いて、かかる電極板を、電極間距離１４０mm、電極面積３０×４０mmとして、前記型枠内のモルタルに電極版を埋め込んだ。24時間後にかかる試験体を型枠から脱型して４０×４０×１６０mmの試験モルタルを成形した。
次いで、脱型した後、温度２０℃、湿度８５％RHの環境下で養生を行い、材令２８日後のものを試験体とした。

（導電性試験）
インピーダンス測定装置（製品名；ＬＣＲハイテスタ、ＨＩＯＫＩ株式会社製）を用いて、上記材齢２８日後の試験体のコンダクタンスを測定し、次式により、抵抗率を算出し、その結果を表２に示す。
抵抗率（Ω・ｃｍ）＝（Ｒ・Ａ）／Ｌ、Ｒ＝１／Ｇ
上記式中、Ａは電極の面積、Ｌは電極間の距離、Ｒは抵抗（Ω）、Ｇはコンダクタンス（Ｓ）を表す。

試験例２；可使時間の測定
実施例１〜３及び比較例１〜１０で得られた各ポリマーセメントモルタルについて、ＪＩＳＲ５２０１（セメントの物理試験方法）の１１（フロー試験）に準じて、混練直後および３０分後のフロー値を測定し、その結果を表３に示す。

但し、表中、×はモルタルが固まってしまい、測定不能であることを示す。

試験例３；圧縮強度及び付着強度の測定
上記試験例１で得られた、各実施例１〜３及び比較例１〜１０の各ポリマーセメントモルタルから成形した材令２８日後の各試験体について、ＪＩＳＡ６２０３（圧縮強さ）に準じて圧縮強度の測定を行った。また、３００×３００×６００ｍｍのＪＩＳＡ５３０４舗道用コンクリート平板に厚み１ｃｍで各ポリマーセメントモルタルを塗付け、２８日間２０℃湿度６０％で養生して、４０×４０ｍｍの大きさにコンクリート板まで切り込みを入れ、鋼製アタッチメントをエポキシ接着剤で接着した後、建研式接着試験装置を用いて、付着強度の測定を行った。その結果を表４に示す。

本発明の導電性ポリマーセメントモルタルは、上記効果を有するため、コンクリート構造物の電気防食工法において有用に用いることができ、特に電気防食用陽極保護材として、また２次陽極材として用いることができる。

Claims

セメント、亜硝酸リチウム、セメント混和用遅延剤、合成界面活性剤系気泡剤及びセメント混和用ポリマーを含有し、前記セメント混和用ポリマーの粒径が０．３μｍ以上であり、かつ、該界面活性剤系気泡剤から発生させた気泡に亜硝酸リチウムが取り込まれていることを特徴とする、導電性ポリマーセメントモルタル。
請求項１記載の導電性ポリマーセメントモルタルにおいて、セメント１００重量部に対して、亜硝酸リチウムは１〜１０重量部、セメント混和用遅延剤は０．１〜１．０重量部、合成界面活性剤系気泡剤は０．１〜１．０重量部の割合で配合され、セメント１００重量部に対してセメント混和用ポリマーは、固形分換算で０．５〜２０重量部配合されることを特徴とする、導電性ポリマーセメントモルタル。
請求項１または２記載の導電性ポリマーセメントモルタルを用いた、電気防食用保護材。