JP4743814B2

JP4743814B2 - コンクリート構造体の補修方法及びコンクリート構造体の補修液

Info

Publication number: JP4743814B2
Application number: JP2001266769A
Authority: JP
Inventors: 秀行宇田川; 徹田中; 信明大即
Original assignee: Denki Kagaku Kogyo KK; Toda Corp
Current assignee: Denka Co Ltd; Toda Corp
Priority date: 2001-09-04
Filing date: 2001-09-04
Publication date: 2011-08-10
Anticipated expiration: 2021-09-04
Also published as: JP2003073891A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、無筋コンクリート構造体、鉄筋やＰＣ鋼材を補強材とする鉄筋コンクリート構造体、又はプレストレストコンクリート構造体等のコンクリート構造体の補修方法に関し、特に、電気泳動の原理を用いるコンクリート構造体の補修方法に関する。また、本発明は、このような補修方法に用いられるコンクリート構造体の補修液に関する。
【０００２】
【従来の技術】
コンクリートは、一般的に水や火に強く、日光等による劣化も生じにくく耐久性があるため、種々の用途に使用されてきた。特に、鉄筋コンクリート構造物やプレストレスト構造物は、圧縮強度の強いコンクリートと引張強度の強い鋼材とを組み合わせることによって、力学的に圧縮強度と引張強度のバランスのとれた構造体となっている。また、コンクリートはｐＨ１１〜ｐＨ１４の強アルカリ性であるため、内部の鋼材の表面に不動態皮膜を形成して鋼材の腐食を防ぐことができるという利点もあるため、重要な構造物に広範囲に利用されてきた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、コンクリートにひび割れ等の欠陥が生じると、漏水や中性化・炭酸化、塩害等の種々の要因によるコンクリート構造体の劣化が進み、構造物としての機能が損なわれるおそれがある。
【０００４】
例えば、鉄筋コンクリート構造体やプレストレスト構造体においては、コンクリートのひび割れは補強材としての鉄筋やＰＣ鋼材の劣化を生じる原因となる。また、桟橋や橋梁等の橋柱、河岸壁や護岸壁、貯水槽等のように水と接し、遮水機能を要求されるコンクリート構造体では、ひび割れの劣化は遮水機能を低下させ、漏水の原因となる。特に、鉄筋等の拘束がない無筋コンクリート構造体では、ひび割れがコンクリート構造体内で大きく成長するので、コンクリート構造体としての機能が著しく損なわれる。
【０００５】
コンクリート構造体のひび割れを補修する方法としては、例えば、ひび割れにエポキシ樹脂等を注入する方法、止水用急結セメントを用いて修復する方法、ウレタン樹脂等の瞬結材料をひび割れ等の空隙に注入して、空隙内で膨張させる方法等が知られている。しかし、従来のこれらの方法では、コンクリートに対する止水材等の付着力が弱いので、ひび割れ等の空隙内において、コンクリートと止水材との境界部分に隙間が生じてしまい、補修効果が十分に得られない。
【０００６】
桟橋や橋梁等の橋柱のようなコンクリート構造物は、水中や土中に埋められており、ひび割れ等の欠陥部分が地表に表れることは殆どない。従って、上記のような補修方法をそのまま採用することは難しい。また、採用しようとすると、多大なコストがかかる。
【０００７】
特開平８−２９８２号公報には、電気泳動現象を利用して、コンクリート構造体の欠陥部に可溶性の無機化合物を供給して析出付着させることにより補修を行う方法が開示されている。しかしながら、この方法では塩化ストロンチウム等の可溶性の無機化合物を使用するので、陽極近傍の溶液が酸性となり、付近のコンクリートの表面が溶けやすくなるという不十分点があった。
【０００８】
そこで、本発明は、かかる不十分点がなく、かつ、良好な補修効果が得られるコンクリート構造体の補修方法を提供することを目的とする。また、本発明は、そのような補修方法に用いられるのに好適な、コンクリート構造体の補修液を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため、上記課題を解決するため、本発明のコンクリート構造体の補修方法は、ひび割れ等の空所又は断裂などの欠陥部を有するコンクリート構造体の表面に、溶解してアルカリ性を発揮する、アルカリ土類金属の水酸化物及び／又は酸化物である帯電性粒子又は帯電性粒子及びイオンを含む補修液を当て、コンクリート構造体の表面から奥に向かう泳動電場を形成し、帯電性粒子及び／又はイオンを欠陥部内に進入させて付着させ、これにより欠陥部をふさぎ、ここで、補修液が、中性水と混合した場合、実質的に難溶性の帯電性粒子であって、電解反応による酸の発生によって、溶解してプラスイオンを生じる帯電性粒子を含むことを特徴とする。
ここで、アルカリ土類金属は、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム及びバリウムからなる群から選ばれる少なくとも１つが使用できる。
【００１０】
また、コンクリート構造体の表面に、補修液を当てる方法は、補修液を内部に貯留する液溜パネルをパッキンを介して当てるか、又は補修液を含浸した保湿材を当てることなどが可能である。
【００１１】
本発明のコンクリート構造体の補修液は、アルカリ土類金属の水酸化物及び／又は酸化物である帯電性粒子又は帯電性粒子及びイオンを含むコンクリート構造体の補修液であって、中性水と混合した場合、実質的に難溶性の前記帯電性粒子であって、電解反応による酸の発生によって、溶解してプラスイオンを生じる前記帯電性粒子を含むことを特徴とする。
【００１２】
本発明によれば、帯電性粒子あるいはイオンは電場に従って欠陥部の奥に進んで付着する、あるいは析出するので、欠陥部の細部まで埋めることができる。そして、陽極部で発生する水素イオン濃度の増加を、粒子の溶解により生じるアルカリ性で中和することができるので、付近のコンクリート表面を溶かすこともない。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を詳細に説明する。
本発明のコンクリート構造体の補修方法は、ひび割れ等の空所又は断裂等の欠陥部を有するコンクリート構造体の表面に、電気泳動性の帯電性粒子又は帯電性粒子及びイオンを含む補修液を当て、コンクリート構造体の表面から奥に向かう泳動電場を形成し、帯電性粒子やイオンを欠陥部内に進入させて付着させる。
【００１４】
本発明において、欠陥部には、塩害、中性化、アルカリ骨材反応、凍害、外部圧力等のような、コンクリート構造体に作用する内的又は外的因子により発生した、ひび割れ、浮き、剥落等、又はコンクリート打設時の施工不良等に起因するジャンカ、巣、クラック、コールドジョイント等の空所や断裂等が含まれる。
【００１５】
本発明のコンクリート構造体の補修方法に使用される補修液は、電気泳動性の帯電性粒子又は帯電性粒子及びイオンを含む。この帯電性粒子は、実質的に中性の水の中では難溶性の粒子であり、酸性下では溶解してプラスイオンを生じアルカリ性を発揮する粒子である。
実質的に中性の水の中で難溶性の粒子としては、例えば、アルカリ土類金属の水酸化物及び酸化物が挙げられる。本発明に好ましく用いられるアルカリ土類金属としては、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウム等が挙げられる。
【００１６】
補修液の帯電性粒子の含有量は、飽和水溶液となる量を超える量であり、例えば、少なくとも１種のアルカリ土類金属の水酸化物の溶解度を超える量であることが好ましい。帯電性粒子の含有量がかかる量以下であると、ｐＨが容易に低下してしまうので、コンクリート表面が酸で損傷されることになる。帯電性粒子の含有量が上記した量より多ければ、電解反応によって発生した酸を中和することができるので、ｐＨの低下を抑えることができ、また、帯電性粒子が欠陥部へ充填される。
【００１７】
上記帯電性粒子が水等の溶媒に分散して補修液となる。例えば、水酸化マグネシウム（Ｍｇ（ＯＨ）₂）を水に分散させると、溶解度が９．８ｍｇ／飽和水溶液１ｄｍ³（１８℃）であるので、溶解度を超えた濃度では帯電性粒子が懸濁状態で水中に存在してスラリー状になる。以下に、泳動電場内で水酸化マグネシウム等の帯電性粒子又は帯電性粒子とイオンが欠陥部内に進入して付着するメカニズムを、水酸化マグネシウムのスラリーを例示して説明する。
【００１８】
水酸化マグネシウムの水溶液はアルカリ性を示すが、陽極側（補修液供給側）では、水の電気分解に伴う水素イオン（Ｈ⁺）濃度の増加によって中和され、ｐＨが低くなりスラリー中の水酸化マグネシウムの一部が溶出してマグネシウムイオン（Ｍｇ²⁺）となる。一方、溶けなかった水酸化マグネシウム粒子も帯電する。これらのマグネシウムイオン及び帯電性粒子は、直流電圧を印加した泳動電場中で陰極側（コンクリート構造体奥側）に電気的に引き寄せられる。このマグネシウムイオンは、コンクリート中に存在する水から発生した水酸イオン（ＯＨ^-）と反応してＭｇ（ＯＨ）₂となり、析出、付着する。また、水酸化マグネシウム粒子も欠陥部の奥に進んで付着する。従って、ひび割れ等の欠陥部の細孔内に水酸化マグネシウムが析出、付着する。ひび割れ等の欠陥部は電気抵抗が小さいので、優先的に帯電性粒子やイオンが流れやすく、それらが奥まで進入しやすくなっている。
なお、水中で溶解性の粒子を多く含む補修液を使用すると、陽極側で酸性となって長時間通電したまま補修作業を行うとコンクリート表面が溶解するおそれがあるが、本発明によれば、陽極側の酸性を中和することができるので上述のような不十分点も解消される。
【００１９】
以下、図面を参照しつつ、欠陥部を有するコンクリート構造体の表面に、補修液を供給する方法、及び泳動電場を形成し、帯電性粒子を欠陥部内へ進入させて補修する方法を具体的に説明する。なお、同一の構成要素については同一の参照番号を付して、以下の説明を省略する。
図１は、本発明の補修方法に用いられる装置を説明するための模式的断面図である。図１において、コンクリート構造体１とその中のひび割れ２が示されている。ひび割れ２はコンクリート構造体１の右側の表面１ａに出ている。同面１ａに、ゴムパッキン７を介して、補修液を入れた液溜パネル３を設置する。液溜パネル３の内部には、コンクリート構造体面１ａ上に沿ってチタンメッシュ５が設置されている。このチタンメッシュ５は直流電源８のプラス側に接続されており陽極となる。この例では、コンクリート構造体１の内部に鉄筋６が存在しており、この鉄筋６は直流電源８のマイナス側に接続して陰極とする。鉄筋の入っていないコンクリート構造体の場合には、別途の電極を配置する。
【００２０】
直流電圧を印加すると、陽極であるチタンメッシュ５の近傍では水の電気分解に伴う水素イオン濃度の増加によって中和され、ｐＨが低くなり、補修液中の難溶性物質の溶解が生じる。一方、溶解しなかった難溶性物質も帯電する。溶解した難溶性物質及び帯電した難溶性物質は直流電圧を印加した泳動電場中で陰極６側へ引っ張られ、コンクリート構造体内部のひび割れ２へ進入し、コンクリート中に存在する水の水酸基と反応して不溶物を形成し、ひび割れ２の壁に付着する。進入する帯電性粒子は小さいので、欠陥部の細孔にも進入し付着する。このようにして、コンクリート構造体内部のひび割れ等を緻密に補修することができる。なお、陽極となる金属、ここではチタンメッシュには、腐食防止の観点から貴金属メッキ等の処理を施しておくことが好ましい。
【００２１】
図２は、本発明の補修方法に用いられる別の装置の原理を説明するための模式的断面図である。
図２には、土層２０と、その側面のコンクリート構造体２１が示されている。このような構造は、橋脚の台座（アバット）等で多くみられる。このような構造体を補修する場合、コンクリート構造体２１の表面２１ａに、保湿材２３を当てる。保湿材２３には補修液を貯蔵してある液溜容器２４を接続し、連続的に、あるいは逐次的に補修液を補充する。コンクリート構造体２１の裏側の土層に鋼材２５を打ち込み、鋼材２５及び保湿材２３間に直流電圧を印加し、保湿材２３を陽極、鋼材２５を陰極とする。
【００２２】
ここで、保湿材としては、セルロース繊維、樹脂ネット、グラスウール、織布、不織布、モルタル等、又は発泡ビーズ等の無機多孔質材料、有機多孔質材料、吸水性の有機高分子化合物等の１種又は２種以上が挙げられる。また、土中に埋設されているコンクリート構造体の場合には、保湿材を使用せずに直接コンクリート構造体表面近傍の土中に、補修液を供給しても良い。
【００２３】
【実施例】
以下、実施例を用いて、本発明をさらに具体的に説明する。
（実施例１）
セメント（電気化学工業株式会社製普通ポルトランドセメント）２８０ｋｇ／ｍ³、水道水１６８ｋｇ／ｍ³、細骨材として姫川産の川砂８６０ｋｇ／ｍ³、粗骨材として姫川産の砕石（Ｇmaxは２０ｍｍ）１，００２ｋｇ／ｍ³、及びＡＥ減水剤（エム・エム・ビー社製、商品名「ポゾリスＮｏ．７０」）０．７ｋｇ／ｍ³を配合してコンクリートを調製した。調製したコンクリートを用いて縦３０ｃｍ×横４０ｃｍ×厚さ１０ｃｍのコンクリート試験体を作製した。ただし、コンクリート試験体の横４０ｃｍ×幅１０ｃｍの面のほぼ中央に、面と垂直な方向に鉄筋（Ｄ１３、かぶり５ｃｍ）を埋めこみ、図１に示すようなコンクリート試験体を作製した。
【００２４】
得られたコンクリート試験体を縦３０ｃｍ×横４０ｃｍの面（正面）に曲げ応力がかかるように力を加えた。コンクリート試験体のこの面（正面）から裏側の対向面に向けて貫通ひび割れ（ひび割れ幅０．２〜０．３ｍｍ）が生じた。
【００２５】
内部にチタンメッシュ（エルテックコーポレーション社製、商品名「エルガードメッシュ＃２１０」）を設置した液溜パネルを、コンクリート試験体の正面に配置した。また、コンクリート試験体の裏面に水圧供給装置を配置して、同面にかける漏水圧力を０．０２ＭＰａ（１０⁶Ｎ／ｍ²）とした。
【００２６】
次いで、水酸化カルシウム（和光純薬社製、試薬１級品）を水道水に入れ、攪拌してスラリー濃度１０質量％の補修液を調製した。
【００２７】
チタンメッシュを陽極とし、コンクリート試験体の内部に埋め込んだ鉄筋を陰極として、コンクリート試験体の正面において１ｍ²当り１Ａとなるように、直流電圧を印加した。なお、通電中は、液溜パネル内に調製しておいたスラリー濃度が１０質量％のＣａ（ＯＨ）²スラリーを補充して液溜パネル内を満たした。
【００２８】
この状態で電流を２週間流したところ、コンクリート試験体の正面に析出物が認められた。このとき、ひび割れの内部は無機化合物で充填されていた。また、電流を流し始めてから１日目〜７日目の漏水量を測定した。その結果を表１に示す。４日目から漏水量は０となり、止水が完全に行われたことが分かった。
【００２９】
（実施例２、３）
実施例１において、補修液の種類を表１に示すように替えた以外は同様にして、コンクリート試験体の補修試験を行った。その結果を表１に示す。ただし、各補修液の調製は下記に示すようにして行った。
補修液の調製：
実施例２に使用される補修液として、水酸化マグネシウム（和光純薬社製、試薬１級品）を水道水に入れてスラリー濃度が１０質量％の水酸化マグネシウムスラリーを調製した。
実施例３に使用される補修液として、水酸化カルシウム（和光純薬社製、試薬１級品）が５質量％、水酸化マグネシウム（和光純薬社製、試薬１級品）が５質量％となるように、水道水に入れ、攪拌して混合スラリーを調製した。
【００３０】
表１から明らかなように、実施例２の補修液を用いた場合には、５日目から漏水率は０となり、実施例３の補修液を用いた場合には、４日目から漏水率が０となることが分かった。なお、電流を２週間流したところ、コンクリート試験体の正面に析出物が認められた。このとき、ひび割れの内部は無機化合物で充填されていた。
【００３１】
（比較例１）
実施例１において、補修用スラリーを用いずに水道水のみを入れたパネルを用いて補修試験を行った。その結果を表１に示す。この場合には漏水率が減少することはなかった。
【００３２】
【表１】

【００３３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、欠陥部内に空隙を残存させず、良好な補修効果が得られるコンクリート構造体の補修方法を提供することができる。また、本発明のコンクリート構造体の補修方法に好適な補修液を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の補修方法に用いられる装置の原理を説明するための断面図である。
【図２】本発明の補修方法に用いられる別の装置の原理を説明するための断面図である。
【符号の説明】
１、２１コンクリート構造体
２、２２ひび割れ
３液溜パネル
４補修液
５チタンメッシュ
６、２５鋼材
７ゴムパッキン
８直流電源
１３スポンジ
２３保湿材
２４液溜容器

Claims

ひび割れ等の空所又は断裂などの欠陥部を有するコンクリート構造体の表面に、溶解してアルカリ性を発揮する、アルカリ土類金属の水酸化物及び／又は酸化物である帯電性粒子又は帯電性粒子及びイオンを含む補修液を当て、
前記コンクリート構造体の表面から奥に向かう泳動電場を形成し、
前記帯電性粒子及び／又はイオンを前記欠陥部内に進入させて付着させ、これにより前記欠陥部をふさぎ、
ここで、前記補修液が、中性水と混合した場合、実質的に難溶性の帯電性粒子であって、電解反応による酸の発生によって、溶解してプラスイオンを生じる帯電性粒子を含むことを特徴とするコンクリート構造体の補修方法。
前記アルカリ土類金属が、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム及びバリウムからなる群から選ばれる少なくとも１つであることを特徴とする請求項１記載のコンクリート構造体の補修方法。
前記コンクリート構造体の表面に、前記補修液を当てる方法が、該補修液を内部に貯留するパネルをパッキンを介して当てるか、又は補修液を含浸した保湿材を当てることによることを特徴とする請求項１又は２記載のコンクリートの補修方法。
アルカリ土類金属の水酸化物及び／又は酸化物である帯電性粒子又は帯電性粒子及びイオンを含むコンクリート構造体の補修液であって、
中性水と混合した場合、実質的に難溶性の前記帯電性粒子であって、電解反応による酸の発生によって、溶解してプラスイオンを生じる前記帯電性粒子を含むことを特徴とするコンクリート構造体の補修液。
前記アルカリ土類金属が、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム及びバリウムからなる群から選ばれる少なくとも１つであることを特徴とする請求項４記載のコンクリート構造体の補修液。