JP4614122B2 - 湿潤接着性が向上した水硬性組成物 - Google Patents

Description

本発明は、水硬性組成物に関し、特に、湿潤状態にあるコンクリート構造物の表面あるいは断面の補修に有利に用いられる湿潤接着性が向上した水硬性組成物に関する。

一般にコンクリート断面修復材は、補修される構造物の材質の力学的性質にできる限り類似した力学的性質を持っていることが望ましいことから、セメント系材料（結合材としてポルトランドセメントを使用したもの）が好適であると考えられていた。また、十分な接着強度を得るため、そして有害物質の浸入を防止するために、ポリマーディスパージョンや再乳化粉末樹脂などのいわゆるポリマー混和材を添加したポリマーセメント系のコンクリート断面修復材を用いることが知られている。

特許文献１には、（Ａ）ＣａＯ／ＳｉＯ₂のモル比が０．１０〜１．２０の溶融スラグ粉末１０〜８５重量％、（Ｂ）水ガラスを固形分で５〜４０重量％、（Ｃ）アルミナセメント１〜７０重量％、並びに（Ｄ）高炉スラグ、転炉スラグ、脱ケイスラグ及び脱硫スラグから選ばれる結合材１〜３０重量％を含有する耐酸性のモルタル、グラウト又はコンクリートが記載されている。

特許文献２には、水の未添加状態で、セメントに、粉末度５０００ｃｍ²／ｇ以上の分級フライアッシュ、繊維長３〜２０ｍｍの短繊維および再乳化型粉末樹脂が混合されてなることを特徴とするコンクリート断面補修材が記載されている。

特許文献３には、アルミナセメントと、ブレーン比表面積３０００ｃｍ²／ｇ以上の高炉スラグ微粉末と、繊維長３〜２０ｍｍの短繊維と、ブレーン比表面積５０００ｃｍ²／ｇ以上の分級フライアッシュと、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型粉末樹脂とが混合されてなることを特徴とする耐酸性コンクリート断面補修材が記載されている。

特開２００１−２４０４５６号公報 特開２００１−３２２８５８号公報 特開２００３−８９５６５号公報

道路側溝、河川岸壁、上下水道などでは、コンクリート表面は常に湿潤状態にある。このような利用状況で、コンクリート表面や断面の補修や被覆は、湿潤条件下で行う必要があり、湿潤条件下でのコンクリート下地への接着力に優れるモルタル組成物などの水硬性組成物が必要である。
従って、本発明は、水硬性組成物、特に、湿潤条件下での下地への接着力に優れた水硬性組成物を提供することを目的とする。

本発明は、水硬性成分、そして該水硬性成分１００質量部に対して、固形分換算量で１〜８０質量部のスチレン−アクリル共重合樹脂エマルジョンおよび０．１〜１５質量部のポリオキシアルキレン化合物を含む湿潤下地補修用水硬性組成物にある。

そして、本発明は、本発明の湿潤下地補修用水硬性組成物を、湿潤状態にあるコンクリート構造物の表面もしくは断面に塗設することを特徴とするコンクリート構造物の表面もしくは断面の被覆方法にもある。

本発明の湿潤下地補修用水硬性組成物の好ましい態様を次に記載する。
（１）水硬性成分１００質量部に対して５〜２５０質量部の細骨材を含む。
（２）さらに、上記水硬性成分１００質量部に対して１２０質量部以下の潜在水硬性成分を含む。
（３）さらに、上記水硬性成分１００質量部に対して４０質量部以下のシリカフューム、シリカダスト、シリカゾル、沈降シリカ及び火山灰からなる群より選ばれる微粉状無機材料を含む。
（４）さらに、上記水硬性成分１００質量部に対して１５質量部以下の繊維状材料を含む。
（５）さらに、上記水硬性成分１００質量部に対して２質量部以下の消泡剤を含む。
（６）さらに、上記水硬性成分１００質量部に対して２質量部以下の凝結遅延剤を含む。

本発明の水硬性組成物は、湿潤下地に対する接着強度に優れる。そのため、本発明の水硬性組成物を用いて、道路側溝、河川岸壁、上下水道等のコンクリート構造物を補修する場合、補修が必要な部分が湿潤状態にあっても、信頼性の高い補修が可能となる。

本発明の水硬性組成物は、アルミナセメントを含む水硬性成分、そして合成樹脂エマルジョン及び収縮低減剤を含むものである。ただし、川砂、海砂、山砂等の珪砂に代表される細骨材に加えたモルタル組成物であることが好ましい。

細骨材の含有は必須ではなく、また種類に特に限定はないが、通常は、砂、ＦＣＣ触媒、珪砂、石灰石、アルミナセメントクリンカー、石英粉末などの公知の細骨材が用いられる。細骨材は、水硬性成分１００質量部に対し、２５０質量部以下、好ましくは２〜２５０質量部の範囲にある。

本発明の水硬性組成物で用いる水硬性成分はアルミナセメントを１０質量％以上（好ましくは５０質量％以上、さらに好ましくは７０質量％以上、特に好ましくは８０質量％以上）含む。すなわち、アルミナセメント単独、もしくは必要に応じてポルトランドセメント及び石膏などの他の水硬性成分を一種又は二種以上含むことができる。アルミナセメントは、本発明の水硬性組成物の早期の強度発現効果に有効に寄与する。

アルミナセメントとしては、アルミナセメント１号、２号や、フォンデュ（Ｆｏｎｄｕ）など、公知のアルミナセメントを使用することができる。
アルミナセメントは、潜在的に急硬性を有している。そして、アルミナセメントは、潜在水硬性を有する高炉スラグと共用することにより、硬化体強度の経時的な低下を抑制することができる。

アルミナセメントとしては、鉱物組成が異なるものが数種知られ、市販されており、何れも主成分はモノカルシウムアルミネート（ＣＡ）であり、これらを用いることが出来る。
アルミナセメントとしては、Ｃａ含有量が５０重量％以上のものが好ましく、Ｃａ成分が多く且つＣ₄ＡＦ等の少量成分が少ないアルミナセメントが好ましい。

アルミナセメントを含む水硬性成分の配合割合は、水硬性組成物全体の固形分１００質量部に対し、２５〜５５質量部の範囲にあることが好ましく、さらに３０〜５０質量部であること、そして特に３５〜４５質量部にあることが好ましい。

アルミナセメントに加えて、ポルトランドセメントも使用することができる。例えば、普通ポルトランドセメント、早強ポルトランドセメントなどを用いることができる。

石膏としては、収縮低減等の為、無水、半水等の各石膏などを一種又は二種以上の混合物として使用できる。

本発明の水硬性組成物には、潜在水硬性成分を含むことができる。潜在水硬性成分の添加量は、水硬性成分１００質量部に対して、好ましくは１２０質量部以下、さらに好ましくは１〜６０質量部、特に好ましくは５〜３０質量部の量にて用いることができる。潜在水硬性成分の例としては、高炉スラグ、フライアッシュ、ケイ酸白土、火山灰、およびケイ藻土を挙げることができる。

高炉スラグは、硬化体の耐クラック性を高めるだけでなく、アルミナセメントの硬化体強度を向上させる効果も有している。高炉スラグの添加量は通常、水硬性成分１００質量部に対して１２０質量部以下（好ましくは５〜６０質量部、さらに好ましくは５〜３０質量部）の量にて用いる。また、高炉スラグとしては、ＪＩＳＡ６２０６に規定されるブレーン比表面積３０００ｃｍ²／ｇ以上ものを用いることができる。

フライアッシュとしては、作業性等の改善の為、火力発電所などのボイラーで石炭の燃焼灰として排出されるフライアッシュをサイクロン等の分級機を用いて分級し、比表面積（粉末度）３０００ｃｍ²／ｇ程度以上に粒度を調整したものを用いることができる。

微粒子としては、シリカフューム、シリカダスト、シリカゾル、沈降シリカなどを用いることが出来る。微粒子の配合量は、アルミナセメントを含む水硬性成分１００重量部に対して、好ましくは４０重量部以下、さらに好ましくは３〜１０重量部である。

合成樹脂エマルジョンは、水または含水溶媒に乳化分散された合成樹脂粒子、あるいは水または含水溶媒を含まない粉末状の合成樹脂粒子であってもよい。粉末状の合成樹脂粒子を用いると、水または含水溶媒を除いた全成分をひとつのパッケージとすることができ、施工現場では、水を添加するだけで使用できるので便利である。

合成樹脂エマルジョンは、含まれる合成樹脂成分のガラス転移温度が０℃以上、さらに５℃以上、特に１０℃以上であることが、下地湿潤状態での接着性に優れ、また作業性が良好となるために好ましい。なお、合成樹脂エマルジョンに含まれる合成樹脂成分のガラス転移温度は、ガラス板の上にエマルジョンを適量滴下して、乾燥して乾燥塗膜を得た後、示差走査熱量計を用い下記の条件で測定することにより得ることができる。乾燥塗膜を、室温から１５０℃まで１０分間で昇温する条件で加熱し、１５０℃で１０分間保持した後に、計算で得られた試料のＴｇより５０℃低い温度まで温度を下げ、再度１５０℃まで１０分間で昇温する過程で１回目のガラス転移温度（Ｔｇ）を測定し、次に１回目で測定したＴｇより５０℃低い温度まで下げる過程で、２回目のＴｇの測定を行ない、この２回目のＴｇの測定値をエマルジョンのガラス転移温度とする。

合成樹脂エマルジョンとしては、スチレン−アクリル共重合樹脂エマルジョンを用いる。

水硬性組成物中における水硬性成分と合成樹脂エマルジョンの配合割合は、アルミナセメントを含む水硬性成分１００質量部に対し、合成樹脂エマルジョンを固形分換算量で、１〜８０質量部の範囲の量とすることが好ましく、２〜６０質量部の範囲の量とすることがより好ましく、５〜４０質量部の範囲の量とすることがさらに好ましく、８〜３０質量部の範囲の量とすることが、そして１０〜２０質量部の範囲の量とすることが特に好ましい。

収縮低減剤としては、ポリオキシアルキレン化合物を用いる。ポリオキシアルキレン化合物としては、市販品であるシュドックスＤＳＰ−Ｅ４０やシュドックスＤＳＰ−Ｅ６０を挙げることが出来る。

収縮低減剤の配合割合は、アルミナセメントを含む水硬性成分１００質量部に対し、収縮低減剤０．１〜１５質量部の範囲の量が好ましく、０．３〜１０質量部の範囲の量がより好ましく、０．５〜８質量部の範囲の量とすることがさらに好ましく、０．８〜５質量部の範囲の量とすることがさらにまた好ましく、１〜３質量部の範囲の量とすることが特に好ましい。

本発明の水硬性組成物は、必要に応じて、減水剤、増粘剤、凝結調整剤及び消泡剤などから選ばれる一種又は二種以上含むことができる。本発明の水硬性組成物において、減水剤、増粘剤、凝結調整剤及び消泡剤から選ばれる成分は、目的に応じて適宜選択して用いることができ、その成分の配合量も適宜調整して用いることができる。

消泡剤としては、シリコン系、アルコール系、ポリエーテル系、フッ素系などの合成物質または植物由来の天然物質など、公知のものを用いることが出来る。消泡剤の添加量は、本発明の特性を損なわない範囲で添加することができ、アルミナセメントを含む水硬性成分１００質量部に対して、２質量部以下、特に０．２質量部以下とすることが好ましい。

本発明の水硬性組成物には、ビニロン繊維、ポリエチレン繊維やポリプロピレンなどのポリオレフィン繊維、アクリル繊維、アラミド繊維、ポリイミド繊維、炭素繊維、耐アルカリガラスなどのガラス繊維等の繊維質材料を含むことができる。繊維質材料の添加は、硬化体の耐クラック性を高めるだけでなく、フレッシュモルタル時の作業性を向上させる効果も有している。

繊維質材料としては、平均直径が０．００５〜１ｍｍ、平均繊維長が１〜３０ｍｍの繊維質材料を用いることが出来、さらに平均直径が０．０１〜０．８ｍｍ、平均繊維長２〜２５ｍｍの物を用いることが好ましい。繊維質材料のアスペクト比（平均繊維長／平均直径）は、好ましくは２０〜４００であり、より好ましくは３０〜３５０であり、特に１００〜３００であることが好ましい。

繊維質材料の混合量は、アルミナセメントを含む水硬性成分１００質量部に対して、１５質量部以下とすることが好ましい。

本発明の水硬性組成物には、保水性向上等を目的として、増粘剤も使用する事ができる。セルロース系、蛋白質系、ラテックス系、および水溶性ポリマー系などを用いることが出来、特にセルロース系が好ましい。増粘剤は、本発明の特性を損なわない範囲で添加することができ、上記水硬性成分１００質量部に対して０．５質量部以下、特に０．０５〜０．２質量部含むことが好ましい。

本発明の水硬性組成物には、作業性の向上等を目的として、減水剤も使用する事ができる。ナフタレン系、メラミン系、ポリカルボン酸系などの公知の減水剤を用いることが出来、併用する増粘剤との組合わせにもよるが、ポリカルボン酸系減水剤が好ましい。減水剤は、本発明の水硬性組成物の特性を損なわない範囲で添加することができ、上記水硬性成分１００質量部に対して２質量部以下、特に０．０１〜０．５質量部が好ましい。

本発明の水硬性組成物には、凝結調整剤を加えることもできる。凝結調整剤としては、凝結促進を行う成分である凝結促進剤、あるいは凝結遅延を行う成分である凝結遅延剤などを用いることができる。たとえば、強度発現性の向上、可使時間の調整等に使用する事ができる。

凝結促進剤としては、公知の凝結促進剤を用いることが出来る。凝結促進剤の例としては、炭酸リチウム、塩化リチウム、硫酸リチウム、硝酸リチウム、水酸化リチウム、酢酸リチウム、酒石酸リチウム、リンゴ酸リチウム、クエン酸リチウムなどの有機酸などの、無機リチウム塩や有機リチウム塩などのリチウム塩を挙げることが出来る。特に炭酸リチウムは、効果、入手容易性、価格の面から好ましい。

凝結促進剤としては、水硬性組成物の特性を妨げない粒径の粉末を用いることが好ましく、粒径は５０μｍ以下にすることが好ましい。特にリチウム塩を用いる場合には、リチウム塩の粒径は５０μｍ以下、さらに３０μｍ以下、特に１０μｍ以下であることが好ましい。

凝結遅延剤としては、公知の凝結遅延剤を用いることが出来る。凝結遅延剤の例としては、硫酸ナトリウム、重炭酸ナトリウム、酒石酸ナトリウム、リンゴ酸ナトリウム、クエン酸ナトリウム、グルコン酸ナトリウムなど有機酸などの、無機ナトリウム塩や有機ナトリウム塩などのナトリウム塩を挙げることが出来る。特に重炭酸ナトリウムや酒石酸ナトリウムは、効果、入手容易性、価格の面から好ましい。

本発明の水硬性組成物は、一般のモルタル組成物同様、必須成分、そして所望により任意添加成分を加え、さらに適当量の水を加えた上で、一般的な混練機を用いて混練して調製することができる。

本発明の水硬性組成物をモルタル組成物として用いる場合は、アルミナセメントを含む水硬性成分、高炉スラグなどの潜在水硬性成分、シリカヒューム、消泡剤、有機質混和剤、無機質混和剤、繊維およびエマルジョンのポリマー固形分などの総固形分１００質量部に対し、水を好ましくは５〜２５質量部、さらに好ましくは８〜１５質量部、特に好ましくは９〜１３質量部加えて用いることができる。

水性分散液として調製された水硬性組成物は、コンクリート構造物や製品の表面や断面に、特にコンクリート構造物や製品の湿潤状態の表面や断面に、塗布、吹きつけ、塗設などの方法で被覆させて使用される。被覆方法は、モルタルの施工に一般的に用いられている、コテ塗り、吹付けなどの方法が利用される。

ひび割れ補修や欠損部補修等を目的とする場合には、一般的な断面修復工法と同様に、既設コンクリート不良部分（劣化部分）を、切削や研磨等の適当な手段で除去し、その後、劣化部分を除去した表面に本発明の水硬性組成物を塗設又は、吹付けして使用する。この場合の塗膜厚みは、除去した劣化部の深さにもよるが、５ｍｍ以上とするのが好ましく、特に１０〜３０ｍｍとするのが好ましい。

［実施例１〜３、比較例１〜４］
（１）実施例と比較例では、下記の材料を用いてモルタル組成物を調製した。
・アルミナセメント：ブレーン比表面積３２００ｃｍ²／ｇ、モノカルシウムアルミネート含有率５３質量％
・高炉スラグ：ブレーン比表面積４５００ｃｍ²／ｇ
・珪砂：６号
・シリカヒューム：オーストラリア産（シリカヒュームＡＵＳ）
・繊維質材料：ビニロン繊維（繊維長：６ｍｍ、アスペクト比：２３１）
・増粘剤：メチルセルロース系増粘剤
・減水剤：ポリカルボン酸系減水剤
・エマルジョンＡ：スチレン−アクリル共重合樹脂エマルジョン（モビニールＬＤＭ６８８０、固形分５０％、合成樹脂成分のガラス転移温度：２５℃）
・エマルジョンＢ：スチレン−アクリル共重合樹脂エマルジョン（ペガールＬＸ−６７０９、固形分４７％、ガラス転移温度：１５℃）
・消泡剤：非イオン界面活性剤配合物（Ｂ１１５Ｆ）
・収縮低減剤：ポリオキシアルキレン化合物
・遅延剤：酒石酸ナトリウム（Ｌ−酒石酸ナトリウム）とクエン酸ナトリウムとの混合物
・促進剤：炭酸リチウム（超微粉炭酸リチウム）

（２）モルタル組成物の調製
表１に示す成分と配合割合のモルタル組成物を得た後、さらにモルタル組成物１ｋｇに対し、表１に示す量の水を加え、モルタルミキサーで３分間混合してモルタル組成物（水混和物）を得た。

（３）湿潤下地における接着試験
ＪＩＳ・Ａ６９１６の７．１３付着強さ試験に準拠して行った。すなわち、下地となるコンクリート板（ＪＩＳ舗道板、３０ｃｍ×３０ｃｍ角）を、２０±１℃の水道水に２４時間浸漬した後、清潔な布で表面を拭き取り、この表面に１０分以内に、上記の（２）で得られたモルタル組成物（水混和物）を塗設して被覆した（乾燥後の被覆層厚さ：２０ｍｍ）。そして、１０℃（湿度６５％ＲＨ）あるいは２０℃（湿度６５％ＲＨ）で保存して、材齢１日、７日及び２８日後に接着強度を測定した。その結果を、表１と表２に示す。

表１
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モルタル組成物成分 実施例１ 実施例２ 実施例３
（ｇ） （ｇ） （ｇ）
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アルミナセメント ４００ ４００ ４００
高炉スラグ ０ ６０ ６０
珪砂 ５５０ ５５０ ５５０
シリカヒューム ０ ２２．５ ２２．５
繊維質材料 ０ ０．５ ０．５
増粘剤 ０ ０．１５ ０．１５
減水剤 ０ ０．３ ０．３
消泡剤 ０ ０．０５ ０．０５
エマルジョンＡ（固形分） ０ ５２ ０
エマルジョンＢ（固形分） ５２ ０ ５２
収縮低減剤 ８ ８ ８
促進剤 ０ ０．０５ ０．０５
遅延剤 ０ １．２ １．２
水 １１３ １０４ １２３
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湿潤接着強度（Ｎ／ｍｍ²）
１０℃：材齢１日 １．０ １．０ ２．１
材齢７日 １．３ １．８ ２．８
材齢２８日 １．７ １．９ ３．４
２０℃：材齢１日 １．０ １．１ ２．２
材齢７日 １．４ １．６ ３．８
材齢２８日 １．８ １．９ ３．９
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表２
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モルタル組成物成分 比較例１ 比較例２ 比較例３ 比較例４
（ｇ） （ｇ） （ｇ） （ｇ）
────────────────────────────────────
アルミナセメント ４００ ４００ ４００ ４００
高炉スラグ ０ ６０ ６０ ６０
珪砂 ５５０ ５５０ ５５０ ５５０
シリカヒューム ２２．５ ２２．５ ２２．５ ２２．５
繊維質材料 ０．５ ０．５ ０．５ ０．５
増粘剤 ０．１５ ０．１５ ０．１５ ０．１５
減水剤 ０．３ ０．３ ０．３ ０．３
消泡剤 ０．０５ ０．０５ ０．０５ ０．０５
エマルジョンＡ（固形分） ５２ ０ ０ ０
エマルジョンＢ（固形分） ０ ５２ ０ ０
収縮低減剤 ０ ０ ８ ０
促進剤 ０．０５ ０．０５ ０．０５ ０．０５
遅延剤 １．２ １．２ １．２ １．２
水 １０３ １２２ １０９ １０９
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湿潤接着強度（Ｎ／ｍｍ²）
１０℃：材齢１日 １．４ ０．０ ０．０ ０．０
材齢７日 ２．０ ０．０ ０．０ ０．０
材齢２８日 ２．２ ０．０ ０．０ ０．０
２０℃：材齢１日 ０．３ １．３ ０．０ ０．０
材齢７日 ０．０ ０．４ ０．０ ０．０
材齢２８日 ０．０ ０．６ ０．０ ０．０
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表１と表２に示された湿潤接着強度を比較すると、実施例１乃至３に示された本発明のモルタル組成物は、１０℃と２０℃との湿潤強度は、低温と室温、そして材齢１日、７日、そして２８日のいずれの養生条件においても、１．０Ｎ／ｍｍ²以上と高い値を示している。一方、収縮低減剤を含まない比較例１と比較例２のモルタル組成物では、低温もしくは室温のいずれか養生条件では、高いあるいは若干の値を示すことがあるが、低温および室温の双方の養生において実用的な値を示すことはない。一方、合成樹脂エマルジョンを含まない比較例３と比較例４のモルタル組成物では、低温および室温のいずれの養生条件でも実用的な湿潤接着強度を示していない。

Claims (6)

1. アルミナセメントを１０質量％以上含有する水硬性成分、そして該水硬性成分１００質量部に対して、固形分換算量で１〜８０質量部のスチレン−アクリル共重合樹脂エマルジョン、そして０．１〜１５質量部のポリオキシアルキレン化合物を含む湿潤下地補修用水硬性組成物。
2. さらに、水硬性成分１００質量部に対して５〜２５０質量部の細骨材を含む請求項１に記載の湿潤下地補修用水硬性組成物。
3. さらに、水硬性成分１００質量部に対して１２０質量部以下の潜在水硬性成分を含む請求項１もしくは２に記載の湿潤下地補修用水硬性組成物。
4. さらに、水硬性成分１００質量部に対して４０質量部以下のシリカフューム、シリカダスト、シリカゾル、沈降シリカ及び火山灰からなる群より選ばれる微粉状無機材料を含む請求項１乃至３のうちのいずれかの項に記載の湿潤下地補修用水硬性組成物。
5. さらに、水硬性成分１００質量部に対して１５質量部以下の繊維状材料を含む請求項１乃至４のうちのいずれかの項に記載の湿潤下地補修用水硬性組成物。
6. 請求項１乃至５のうちのいずれかの項に記載の湿潤下地補修用水硬性組成物を、湿潤状態にあるコンクリート構造物の表面もしくは断面に塗設することを特徴とするコンクリート構造物の表面もしくは断面の被覆方法。