JP4532138B2 - コンクリート改質材およびその製造方法 - Google Patents
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Description
この発明は、例えば建築物の構造体（躯体）、もしくは橋、トンネル、またＰＣコンクリート、マンホール等のコンクリート二次製品等のようなコンクリートのコンクリート改質材およびその製造方法に関する。
コンクリートは、圧縮強度が大で、大きな荷重を支えることができる、任意の造形が可能である、耐火性・耐熱性・耐久性等に優れている、比較的コスト安であるい等の理由により、土木、建築物等、様々な分野に用いられている。
しかしながら、コンクリートは打設後、養生していく過程で含まれている水分が蒸発して抜け、乾燥収縮によりひび割れが発生する。また、鉄筋の腐食、アルカリ骨材反応等よってもひび割れが生じる。
このようなことから、直径の大きい細孔や直径の小さい細孔空隙等からなる連続細孔が多数存在している。
コンクリート構造物には、この連続細孔がコンクリート塊の面から別の面まで連続して続いている。すなわち、図２に示すように、コンクリート２に生じた連続細孔３は互いに繋がっているため、酸性雨、塩素等がその連続細孔３を介し、コンクリート２内に徐々に入り込んでゆき、コンクリート２を劣化させ、かつ内部の鉄筋を傷め、外観不良や中性化、凍結融解、塩害、アルカリ骨材反応等によって、耐久性低下等を招来する。
このため、コンクリート２に対して防水処理を行ったり、又は有効な改質材をコンクリート２に深く浸透させコンクリート自体の改質を行う必要がある。
従来、この種の先行例としては、例えば特許第２９３７３０９号が存在する。
すなわち、この先行例は、防水個所又は補修箇所にケイ酸ナトリウムを主成分とした無機質浸透性防水材を塗布又は注入し、乾燥後に散水を数回繰り返して当該防水材をコンクリート内に浸透させて浸透防水保護層を形成する構成としている。
この先行例においては、ケイ酸ナトリウムをコンクリート中のカルシウムと反応させ、いわゆるゲル化させ、このゲル状体からなる浸透防水保護層によって酸性雨等の侵入を阻止するようにしている。
しかしながら、この先行例では改質材の主成分はケイ酸ナトリウム単体であり、この場合、コンクリート中のカルシウムとの反応速度が早く、短時間でゲル化してしまうため、図３に示すように、コンクリート２のひび割れ３の浅いところ（約４５ｍｍ）までしか改質材１’が浸透せず、改質材１’としての効果が低い、という課題があった。
また、作業にあたっては、できるだけ深く浸透させるべく無機質浸透性防水材を塗布又は注入して乾燥させたのち、乾燥と散水を５〜７時間待ちながら３回繰り返すようにしており、作業が非常に煩雑で、長時間を要する。しかも上述のように、改質材の主成分はケイ酸ナトリウムでアルカリ金属が一種類でゲル化しやすいため、乾燥と散水とを長時間にわたって繰り返しても深く浸透しない、という課題があった。
これを改善するために本願出願人は、先に特願２００３−１２３８３８を提案した。
この先行発明によれば、ナトリウムシリケート，カリウムシリケート，リチウムシリケートのうち少なくとも２種類以上のものを選択して組み合わせ、かつ水を混合してコンクリート改質材を作製し、コンクリート中のカルシウムとの反応速度を小さくし、ゲル化を遅らせるようにし、上記先行例の欠点を改善した。
特許第２９３７３０９号
特願２００３−１２３８３８
この特願２００３−１２３８３８によれば、コンクリート改質材として上記の先行例（特許第２９３７３０９号）に比べ優れたコンクリート改質効果が得られ、商品的に好ましい。
本発明者は更にゲル化の反応速度を調整し得る手段について検討を重ねた。
この発明は上記のことに鑑み提案されたもので、その目的とするところは、反応速度を調整し得るコンクリート改質材およびその製造方法を提供することにある。
請求項１の発明は、珪酸ソーダと珪酸カリをモル比で１：１で混合し、この珪酸ソーダ・珪酸カリ混合溶液に水酸化ナトリウムを添加したことを特徴とする。
請求項２の発明は、珪酸ソーダと珪酸カリをモル比で１：１で混合し、この珪酸ソーダ・珪酸カリ混合溶液に水酸化ナトリウムを添加し、所定時間撹拌した後、濾過して作製することを特徴とする。
本発明によれば、珪酸ソーダ・珪酸カリ混合液に対し水酸化ナトリウムの添加量を調節することによってゲル化の速度を調節可能としたため、コンクリートの劣化の状態に応じ適切に調合され作製された所望のコンクリート改質材を用いコンクリート亀裂に対し、適切に浸透させることができる。
このため、空気がコンクリート中に入り、コンクリートの劣化するのを防止することができ、かつ酸性雨に対してもそれを中和し、劣化を防止することができる。
また、コンクリート改質材が細孔内でゲル化し、細孔を塞ぐため、水分がコンクリート中に入るのを抑止できるのと混合アルカリの効果によって、アルカリ骨材反応、塩害、凍結融解等を防止することができる。
混合アルカリ効果の特徴は次の通りである。
１．外部から塩などが入って来ても、遊離塩素などを出なくしてしまう。
２．大気のＮＯＸ，ＳＯＸなどの汚染物質などはゲルに取入れてしまう。
３．酸性の高い物質もゲルの中に取り込んでコンクリートのカルシウムに対し、悪影響を与えない。
このため、空気がコンクリート中に入り、コンクリートの劣化するのを防止することができ、かつ酸性雨に対してもそれを中和し、劣化を防止することができる。
また、コンクリート改質材が細孔内でゲル化し、細孔を塞ぐため、水分がコンクリート中に入るのを抑止できるのと混合アルカリの効果によって、アルカリ骨材反応、塩害、凍結融解等を防止することができる。
混合アルカリ効果の特徴は次の通りである。
１．外部から塩などが入って来ても、遊離塩素などを出なくしてしまう。
２．大気のＮＯＸ，ＳＯＸなどの汚染物質などはゲルに取入れてしまう。
３．酸性の高い物質もゲルの中に取り込んでコンクリートのカルシウムに対し、悪影響を与えない。
［実施の形態１］
この発明は、種々の材料の中から、珪酸ソーダ（ＳｉＯ２−Ｎａ２Ｏ）と珪酸カリ（ＳｉＯ２−Ｋ２Ｏ）を用い、これらの割合をモル比で約１：１で混合して作製した。
この発明は、種々の材料の中から、珪酸ソーダ（ＳｉＯ２−Ｎａ２Ｏ）と珪酸カリ（ＳｉＯ２−Ｋ２Ｏ）を用い、これらの割合をモル比で約１：１で混合して作製した。
この珪酸ソーダ・珪酸カリ混合液に、水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）を所定量添加し、作製した。
次に具体的一製造例について説明する。
まず、珪酸ソーダ、珪酸カリをモル比で１：１になるように所定量分取り混合した。次に、水酸化ナトリウムを所望の量、先程の珪酸ソーダ・珪酸カリ混合溶液に添加し、約１時間撹拌する。そして、この混合溶液を３μｍメインブランフィルターで濾過してコンクリート改質材を作製した。
このコンクリート改質材は、ナトリウムとカリウムの２種類を含んだアルカリシリケートの混合水溶液である。
このコンクリート改質材をコンクリート表面に塗布すると、細孔表面を被覆して保護し、また、コンクリートに連続細孔３があると、図１（ａ）に示すように、毛細管現象によりコンクリートの連続細孔（空隙）に深く浸透し（約２００ｍｍ）、細孔内部でゲル化し、細孔を埋める。
すなわち、従来の特許第２９３７３０９号はケイ酸ナトリウムを主成分としており、これはゲル化が早いため、コンクリートの連続細孔に対し深部まで浸透せず、コンクリートの劣化防止作用が充分でない。
これに対し、本発明におけるナトリウムとカリウムの２種のアルカリを含み、水酸化ナトリウムが添加された粘度の小さいアルカリシリケート水溶液では、アルカリ（Ｎａ＋イオン、Ｋ＋イオン）は逆にケイ酸アニオン鎖を長くせず、ゲル化を遅らせるため、ゲル化に必要な時間が長くなり、図１（ｂ）に示すように、深部まで改質材としてのアルカリシリケート水溶液が浸透していく。
すなわち、本発明のアルカリシリケートの混合水溶液はコンクリート中でＣａ（ＯＨ）２を溶かしてアルカリカルシウムシリケートとなる。Ｃａ２＋イオンはケイ酸アニオンの鎖と結合してカルシウムシリケート鎖をつくり、これが互いに結合してゲル化がおこる。
この際、逆にいつまでもゲル化しなければ、水等の浸入を防止するゲルの作用が発揮されないため、本発明ではナトリウムシリケートとカリウムシリケートとの割合をモル比で約１：１としている。この割合で混合するといわゆる混合アルカリ効果によって、ゆっくりとゲル化し、連続細孔を通ってコンクリート内部まで深く浸透する。
したがって、この改質材をコンクリートに散布、塗布すると、コンクリートの表面はもちろんのこと、コンクリート中２００ｍｍ程度まで深く浸透した後にゲルとして固化する。なお、浸透の深さは水酸化ナトリウムの添加量によって調整し得る。
連続細孔３内のゲル化した改質材１が、図１（ｃ）に示すように、乾燥し、ゾル化しても空気中の水分、雨水等により、再び図１（ｂ）に示すように体積の大きいゲルに戻り、防水作用が発揮される。
また、酸性雨に対し、アルカリ成分が酸性成分を中和して無害化し、炭酸ガスを吸収して白華を抑止し、塩分を吸収して無害化する。このため、コンクリート構造物の劣化を防止し、耐久性を顕著に向上させることができる。
また、ゲルがＣＯ２を吸収するため、空気中のＣＯ２がＣａ（ＯＨ）２と反応してＣａＣＯ３となり、コンクリートの中性化を防止することができる。
また、亀裂の生じたコンクリートに浸透させることによって亀裂の拡大を防止し得る。
また、アルカリ骨材反応を防止することができる。すなわち、アルカリ骨材反応は、アルカリがコンクリート骨材のシリカ成分（ＳｉＯ２）と反応し、骨材を分解してコンクリートの強度を低下させる反応である。アルカリ骨材反応がおこるためには水分がコンクリート内に入ってアルカリ水溶液が生成することが必要である。この改質材はコンクリート中でゲル化して水酸化カルシウムを吸収して安定化させるため、水酸化カルシウムを保護し、アルカリ水溶液は生成せず、従って骨材との反応は起こらなくなる。
施工にあたっては、例えば、改質材が浸透しやすいようにコンクリート表面の下地を掃除するなどし処理する。ついで、改質材をハケで塗布、または噴霧したりし、あるいはプラスチックのカプセルなどで低圧注入する。その後、コンクリート中のカルシウムとの反応を促進させるために散水を行えば良く、容易に作業を行うことができる。
１ 改質材
２ コンクリート
３ 連続細孔
２ コンクリート
３ 連続細孔
Claims (2)
- 珪酸ソーダと珪酸カリをモル比で１：１で混合し、この珪酸ソーダ・珪酸カリ混合溶液に水酸化ナトリウムを添加したことを特徴とするコンクリート改質材。
- 珪酸ソーダと珪酸カリをモル比で１：１で混合し、この珪酸ソーダ・珪酸カリ混合溶液に水酸化ナトリウムを添加し、所定時間撹拌した後、濾過して作製することを特徴とするコンクリート改質材の製造方法。
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