JP4649873B2

JP4649873B2 - 耐酸性コンクリート補修材料

Info

Publication number: JP4649873B2
Application number: JP2004145811A
Authority: JP
Inventors: 桂史郎入矢; 亮新村; 隆祥平田
Original assignee: Obayashi Corp
Current assignee: Obayashi Corp
Priority date: 2004-05-17
Filing date: 2004-05-17
Publication date: 2011-03-16
Anticipated expiration: 2024-05-17
Also published as: JP2005324996A

Description

この発明は、耐酸性のコンクリート補修材料に関するものである。

下水道施設では、イオウ酸化細菌により硫酸が生成され、この種の施設の汚水導入路などに用いられているコンクリート類は、この硫酸の化学的な浸食作用を受けて、腐食，劣化することが知られており、この種の施設では、通常、コンクリート躯体やモルタル躯体の表面に、耐酸性樹脂を塗布して、硫酸からの防食を図っている。

ところが、コンクリートないしはモルタルの表面に耐酸性樹脂を塗布する防食手段では、耐久性に乏しいので、所定期間ごとに、定期的な塗り替え作業が必要になるとともに、塗布された耐酸性樹脂の耐久性劣化は、必ずしも均一に進行しないので、均一な耐酸性を得ることが難しい。

そこで、特許文献１には、このような問題を解決するためのコンクリート類の組成が提案されている。この特許文献１に開示されているコンクリート類は、コンクリートやモルタル中に、シリカフューム，フライアッシュなどのポゾラン物質をセメント量より多く添加し、セメントの水和反応により発生する水酸化カルシウムを、Ｃ（カルシウム）−Ｓ（シリカフューム）−Ｈ系水和物に変換することが要旨となっている。

このような組成のコンクリート類によれば、セメント水和物中に水酸化カルシウムの生成を減らすことで、コンクリート類自体の耐酸性を大幅に向上させるものである。しかしながら、このような特許文献１に開示されているコンクリート類には、以下に説明する課題があった。
特開２００３−１４６７２０号公報

すなわち、下水道施設で使用されているコンクリートが、硫酸などにより劣化した場合、劣化部をウオータージェットや人力によるはつり作業で除去し、部分的に補修することも行われるが、このような部分補修に特許文献１に開示されている組成のコンクリート類を用いると、材齢３〜７日程度の若材齢で十分な強度が得られず、コンクリートとの付着強度も十分得られなかった。

このような下水道施設の補修では、特に、早期に下水を流す必要があるため、若材齢での強度不足や付着強度不足は、このような要請に応えることができず、要請に応え得る耐酸性補修材料の開発が望まれていた。

本発明は、このような従来の問題点に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、若材齢で十分な強度発現があり、かつ、コンクリートとの付着強度も十分確保することができる耐酸性コンクリート補修材料を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明は、下水道施設などの耐酸性が要求される部位の補修に用いられるコンクリート補修材料において、前記補修材料は、セメント，シリカフューム，フライアッシュ，高炉スラグ微粉末，骨材を含み、前記セメント量と同量の前記シリカフュームと、前記フライアッシュと同量の前記高炉スラグ微粉末とを添加混合する耐酸性コンクリート補修材料であって、前記セメント，シリカフューム，フライアッシュ，高炉スラグ微粉末は、重量比を２：２：３：３に設定して、材齢２８日における建研式接着力試験機による付着強度が１．６Ｎ／ｍｍ ^２〜１．９Ｎ／ｍｍ ^２となるようにした。

このように構成した耐酸性コンクリート補修材料によれば、セメント量とほぼ同量のシリカフュームと、フライアッシュとほぼ同量の高炉スラグ微粉末とを添加することで、後述する試験結果から明らかなように、若材齢で、十分な強度発現を確保することができるとともに、コンクリートに対する十分な付着強度も得られる。

上記構成の前記耐酸性補修材料には、ビニロンまたはポリプロピレンからなる合成樹脂繊維、または、ガラスからなる無機繊維の短繊維を、重量比で０．１〜１．０％添加することができる。

この構成によれば、短繊維を添加することにより、薄層で施工しても、ひび割れが生じにくく、また、鏝塗りしても、厚塗りが可能になる。

上記構成の耐酸性補修材料には、エチレン酢酸ビニル樹脂またはアクリル樹脂またはエポキシ樹脂からなる樹脂を、固形分にして、セメント系結合材の２〜１０％添加することができる。

この構成によれば、樹脂を添加することにより、コンクリートとの接着強度が増し、また、層間剥離も生じにくくなる。

上記構成の耐酸性補修材料には、急結剤をセメント系結合材の２〜７％添加することができる。

この構成によれば、補修を吹付けにより施工する場合に好適な材料となり、層厚５〜１５ｃｍの厚吹き付けが可能になる。なお、急結剤は、圧送したモルタルに、吹付けノズルの直前で添加する。

上記構成の耐酸性補修材料には、膨張材を１０〜４０ｋｇ／ｍ^３、収縮低減剤を３〜１０ｋｇ／ｍ^３添加することができる。

この構成によれば、膨張材や収縮低減剤を添加することにより、乾燥収縮，セメントの自己収縮などの収縮を低減し、ひび割れの発生を防止することができる。

本発明にかかる耐酸性コンクリート補修材料によれば、若材齢で、十分な強度発現を確保することができると共に、コンクリートに対する十分な付着強度も得られる。

以下、本発明の好適な実施の形態について、比較例とともに説明する。本発明者らは、本発明の作用効果を確認するために、以下の配合比率のモルタルを作製し、圧縮強度，曲げ強度，長さ変化（無収縮性），付着強度，密度特性，耐硫酸性試験を行った。

モルタルの配合は、以下の表１に示すように、４ケースとした。この４ケースでは、ケース１が、高炉スラグ微粉末（ＢＳ）を全く添加しない本発明の比較例であり、このケース１には、セメント（Ｃ），シリカフューム（ＳＦ），フライアッシュ（ＦＡ）および細骨材（Ｓ）が含まれているとともに、セメント（Ｃ）とシリカフューム（ＳＦ）とが、同量（１２０ｋｇ／ｍ^３）含まれている。

ケース２は、本発明にかかる耐酸性補修材料の実施例であって、セメント（Ｃ），シリカフューム（ＳＦ），フライアッシュ（ＦＡ）および細骨材（Ｓ）が含まれているとともに、セメント（Ｃ）とシリカフューム（ＳＦ）とが、同量（１７１ｋｇ／ｍ^３）含まれ、また、フライアッシュ（ＦＡ）と高炉スラグ微粉末（ＢＳ）とが、同量（２５６ｋｇ／ｍ^３）含まれている。

ケース２におけるセメント（Ｃ），シリカフューム（ＳＦ），フライアッシュ（ＦＡ），高炉スラグ微粉末（ＢＳ）の重量比は、２（１７１ｋｇ／ｍ^３）：２（１７１ｋｇ／ｍ^３）：３（２５６ｋｇ／ｍ^３）：３（２５６ｋｇ／ｍ^３）となっている。

ケース３は、ケース２と同様に、本発明にかかる耐酸性補修材料の実施例であって、セメント（Ｃ），シリカフューム（ＳＦ），フライアッシュ（ＦＡ）および細骨材（Ｓ）が含まれているとともに、セメント（Ｃ）とシリカフューム（ＳＦ）とが、同量（１７１ｋｇ／ｍ^３）含まれ、また、フライアッシュ（ＦＡ）と高炉スラグ微粉末（ＢＳ）とが、同量（２５６ｋｇ／ｍ^３）含まれている。さらに、このケース３には、酢酸ビニル系ポリマー（ＥＶＥ）が９５ｋｇ／ｍ^３添加されている。

ケース３におけるセメント（Ｃ），シリカフューム（ＳＦ），フライアッシュ（ＦＡ），高炉スラグ微粉末（ＢＳ）の重量比は、２（１７１ｋｇ／ｍ^３）：２（１７１ｋｇ／ｍ^３）：３（２５６ｋｇ／ｍ^３）：３（２５６ｋｇ／ｍ^３）となっている。

ケース４は、ケース２，３と同様に、本発明にかかる耐酸性補修材料の実施例であって、セメント（Ｃ），シリカフューム（ＳＦ），フライアッシュ（ＦＡ）および細骨材（Ｓ）が含まれているとともに、セメント（Ｃ）とシリカフューム（ＳＦ）とが、同量（１５２ｋｇ／ｍ^３）含まれ、また、フライアッシュ（ＦＡ）と高炉スラグ微粉末（ＢＳ）とが、同量（２２８ｋｇ／ｍ^３）含まれている。さらに、このケース４には、ＰＶＡ繊維（ＦＢ）が６．５０ｋｇ／ｍ^３添加されている。

ケース２におけるセメント（Ｃ），シリカフューム（ＳＦ），フライアッシュ（ＦＡ），高炉スラグ微粉末（ＢＳ）の重量比は、２（１５２ｋｇ／ｍ^３）：２（１５２ｋｇ／ｍ^３）：３（２２８ｋｇ／ｍ^３）：３（２２８ｋｇ／ｍ^３）となっている。

この表１に示したモルタルの配合例では、以下の表２に示すような構成材料を使用した。すなわち、セメント（Ｃ）には、密度が３．１４の早強ポルドランドセメントを用いた。

シリカフューム（ＳＦ）には、密度が２．２２のシリカフューム、ＭｉｃｒｏｓｉｌｉｃａＧｒａｄｅ９４０（Ｅｌｋｅｍ社製、商品名）を用いた。フライアッシュ（ＦＡ）には、密度が２．４０のフアイナッシュ（四国電力社製、商品名）を用いた。

高炉スラグ微粉末（ＢＳ）には、密度が２．８８で、比表面積が6000ｃｍ^２／ｇのエスメント（新日鉄株式会社製、商品名）を用いた。細骨材（Ｓ）には、密度が２．６０の小笠産陸砂を用いた。モルタルに添加するポリマーには、酢酸ビニル系ポリマー（ＥＶＡ）、密度１．０６、全固形分４５．０（ｗｔ％）のＨＦ−１０００（日本化成製、商品名）を用いた。
短繊維（ＦＢ）には、密度１．３０、繊維径１００μｍ、繊維長１２ｍｍのパワロンＲＥＣＳ１００Ｌ×１２（クラレ製、商品名）を用いた。以上の構成材料の詳細を以下の表２に示す。

硬化したケース１〜３のモルタルに対して、圧縮強度，曲げ強度試験を以下の条件で行った。圧縮強度試験は、材齢３日，７日，２８日にそれぞれ行い、試験方法は、ＪＩＳＲ５２０１（セメントの物理試験方法）準拠した。

また、曲げ強度試験は、材齢３日，７日，２８日にそれぞれ行い、ミハエリス試験機を使用した。以下の表３に圧縮強度および曲げ強度のそれぞれの測定結果を示している。

この測定結果から明らかなように、ケース１（比較例）では、高炉スラグ微粉末を全く添加していないので、材齢３日での圧縮強度は、４．４Ｎ／ｍｍ^２と非常に小さく、また、曲げ強度も２．０Ｎ／ｍｍ^２であった。

これに対して、ケース２と同３（実施例）では、材齢３日では、圧縮強度がケース１（比較例）の約５倍以上の値になり、曲げ強度が同２倍以上の値になっていて、若材齢において十分な圧縮強度と曲げ強度が得られることが確認された。

また、材齢７日の圧縮強度は、ケース２と同３（実施例）では、ケース１（比較例）の２倍以上の値になり、材齢２８日の圧縮強度は、ケース２と同３（実施例）では、ケース１（比較例）の概略３０％以上大きくなることが確認された。さらに、材齢７および２８日の曲げ強度は、ケース２と同３（実施例）では、ケース１（比較例）の概略１．４倍以上大きくなることが確認された。

無収縮性に関しては、保存期間２８日における長さ変化率を測定して、その評価を行った。試験結果を以下の表３に示している。無収縮性に関しては、ケース２（実施例）は、ケース１（比較例）と同等の変化率が得られることが判った。

また、ケース３（実施例）では、ケース１（比較例）よりも変化率が若干大きくなるものの、その大きさは実用上支障がない程度の値である。

付着強度試験は、建研式接着力試験機を使用して行った。試験の供試体は、図１に示すような形態に作成した。試験に用いるモルタルは、所定厚みの平板状の試験用基板（Ｃ）とし、その上面に所定厚みのモルタル（Ｂ）を積層形成し、モルタル（Ｂ）の上面に鋼製アタッチメント（Ａ）を接着固定した。

付着試験では、基板（Ｃ），モルタル（Ｂ），アタッチメント（Ａ）のそれぞれの界面での破断、ないしは、基板（Ｃ）の破壊が起こるまでの値を求めた。この試験で得られた測定結果を以下の表３に示している。

この測定結果から明らかなように、ケース２（実施例）およびケース３（実施例）では、ケース１（比較例）よりも付着強度が大きく向上することが確認された。

耐硫酸性試験では、図２に示すような寸法形状の、円柱供試体をそれぞれ作成し、５％濃度の硫酸溶液に、３０日間浸漬した後に、図２の（１）〜（５）に示した箇所の、浸透深さを測定した。浸透深さは、中性化した深さをフェノールフタレン法により測定して求めた。このときの測定結果を表３に示している。

この試験結果から明らかなように、ケース３（実施例）では、浸透深さがケース１（比較例）よりも１．２ｍｍ程度浅くなり、ケース２（実施例）では、ケース１（比較例）の１／１０以下になることが判り、硫酸に対する浸透性に関しては、本発明の場合には、大きく向上することが確認された。

また、耐硫酸性に対しては、重量変化率の測定も行った。この試験では、上記浸透試験と同じ寸法形状の供試体を用い、２８日水中養生した後の重量を基準として、５％濃度の硫酸溶液に、３０日間浸漬した後の質量を測定して、その変化率を求めたものである。測定結果を表３に示している。

表３に示した試験結果から明らかなように、ケース２（実施例）およびケース３（実施例）では、質量の変化率は、ケース１（比較例）よりも若干劣るものの、ほぼ同程度の、硫酸に対する侵食性能が得られることが判る。

なお、上記実施例では、補修材料としてモルタルを例示したが、これに粗骨材を加えて、コンクリートとして用いることも可能である。

本発明にかかる耐酸性コンクリート補修材料によれば、若材齢で十分な強度発現があり、かつ、コンクリートとの付着強度も十分確保することができるので、下水道施設の汚水導入路などの補修に有効に活用することができる。

本発明にかかる耐酸性補修材料の付着強度試験に用いた供試体の断面図である。本発明にかかる耐酸性補修材料の硫酸浸漬試験に用いる供試体の断面図である。

Claims

下水道施設などの耐酸性が要求される部位の補修に用いられるコンクリート補修材料において、
前記補修材料は、セメント，シリカフューム，フライアッシュ，高炉スラグ微粉末，骨材を含み、
前記セメント量と同量の前記シリカフュームと、前記フライアッシュと同量の前記高炉スラグ微粉末とを添加混合する耐酸性コンクリート補修材料であって、前記セメント，シリカフューム，フライアッシュ，高炉スラグ微粉末は、重量比を２：２：３：３に設定して、材齢２８日における建研式接着力試験機による付着強度が１．６Ｎ／ｍｍ ^２〜１．９Ｎ／ｍｍ ^２となるようにしたことを特徴とする耐酸性コンクリート補修材料。
請求項１記載の耐酸性補修材料に、ビニロンまたはポリプロピレンからなる合成樹脂繊維、または、ガラスからなる無機繊維の短繊維を、重量比で０．１〜１．０％添加することを特徴とする耐酸性コンクリート補修材料。
請求項１記載の耐酸性補修材料に、エチレン酢酸ビニル樹脂またはアクリル樹脂またはエポキシ樹脂からなる樹脂を、固形分にして、セメント系結合材の２〜１０％添加することを特徴とする耐酸性コンクリート補修材料。
請求項１記載の耐酸性補修材料に、急結剤をセメント系結合材の２〜７％添加することを特徴とする耐酸性コンクリート補修材料。
請求項１記載の耐酸性補修材料に、膨張材を１０〜４０ｋｇ／ｍ^３、収縮低減剤を３〜１０ｋｇ／ｍ^３添加することを特徴とする耐酸性コンクリート補修材料。