JP4937518B2 - セメント混和材、セメント組成物、及びそれを用いたセメントモルタル - Google Patents

Description

本発明は、セメント混和材、セメント組成物、及びそれを用いたセメントモルタル、特に、コンクリート構造物の電気防食工法で使用するための、導電性に優れたポリマーを含有するセメント混和材、セメント組成物、及びそれを用いたセメントモルタルに関する。

コンクリート構造物中の鉄筋は、一定量の塩分濃度を超えると鉄筋表面に形成している不導態被膜が破壊されて腐食が進行し、鉄筋に発生する錆びの膨張圧によりコンクリートが破壊され、ひび割れ、浮き、及びコンクリート片のはく落等が発生する。

現在、このような鉄筋腐食を防止する手段として電気防食工法がある（非特許文献１参照）。
この工法は、コンクリート表面から内部の鉄筋に防食電流を流す工法であり、コンクリート中の鉄筋を陰極とし、コンクリート表面には鉄筋の対極である陽極を設置する必要がある。

陽極の設置方法としては、チタンメッシュ陽極方式、パネル陽極方式、導電性塗料方式、チタン溶射方式、チタン亜鉛溶射方式、チタンリボンメッシュ陽極方式、チタングリッド方式、チタンロッド方式、亜鉛シート方式、亜鉛−アルミ擬合金溶射方式、及び導電性モルタル方式がある（非特許文献１参照）。
そのうち、他の陽極の設置方法より価格が低く、施工が簡単な面から導電性モルタル方式が採用されている。

従来、導電性モルタル方式で使用される導電性モルタルとしては炭素繊維を含有するモルタルが知られている（特許文献１、特許文献２、及び特許文献３参照）。

一方、導電性ポリマーは、電池、コンデンサー、塗料、帯電防止材、有機ＥＬ発光材料、電磁波シールド、及び印刷基盤等の電気・電子分野の用途で使用されているが、セメントコンクリート分野では使用されていない。

土木学会コンクリート委員会電気化学的補修工法研究小委員会編集、電気化学的防食工法設計指針(案)、電気防食工法設計施工マニュアル、pp55〜116、平成１３年 特開平０７−２０６５０２号公報 特許第２５５００９３号 特許第２６２４２６９号

導電性モルタルにおいて、充分な導電性を付与するためには、炭素繊維を比較的多く混合する必要があり、混合するときの混合性に課題があった。
炭素繊維の添加量を多くすると、ファイバーボールができたり、モルタルのフレッシュ性状に支障をきたしたり、施工性が悪くなる場合があった。
さらに、繊維が混入したモルタルは表面が毛羽立ち、仕上がりが悪るくなる場合もあった。そのため、できるだけ繊維を混入しないか、少ない添加量で導電性モルタルを調製した方が美観や施工性の面で好ましいものであった。
また、炭素繊維は、モルタル内では均一分散しづらく、電流が均一に流れないという課題もあった。

本発明者は、前記の課題を解決するために鋭意検討を重ねた結果、導電性ポリマーを含有するセメント組成物とすることによって、電気防食工法に適するセメントモルタルが得られるという知見を得て、本発明を完成するに至った。

本発明は、ポリピロール類、ポリアニリン類、ポリチオフェン類、及びポリチエニレンビニレン類のヘテロ原子含有導電性ポリマーや、ポリアセチレン類、ポリアズレン類、ポリフェニレン類、ポリフェニレンビニレン類、ポリアセン類、ポリフェニルアセチレン類、及びポリジアセチレン類の炭化水素系導電性ポリマーの中から選ばれる導電性ポリマーとカーボンブラックと、繊維を含有してなり、繊維の長さが0.2〜20mmであり、繊維の使用量がセメントモルタル１m³に対して、非収束タイプの場合は0.1〜１容量部、収束タイプの場合は0.03〜0.5容量部であるセメント混和材であり、JIS A 6203で規定されているセメント混和用のポリマーである非導電性ポリマーを含有してなり、非導電性ポリマーの使用量がセメント100部に対して、0.5〜20部である該セメント混和材であり、該セメント混和材を含有してなるセメント組成物であり、該セメント組成物を用いてなるセメントモルタルである。

本発明のセメント組成物は、優れた導電性を示し、それを使用することによって、美観や施工性にも優れたセメントモルタルの施工が可能となり、均一に電流を流すことができる電気防食工法が可能となる。

以下、本発明を詳細に説明する。
本発明における部や％は、特に規定しない限り質量基準で示す。
なお、本発明のセメントモルタルとは、セメントペースト、モルタル、及びコンクリートを総称するものである。

本発明で使用する導電性ポリマーとは、ポリピロール類、ポリアニリン類、ポリチオフェン類、及びポリチエニレンビニレン類等のヘテロ原子含有導電性ポリマーや、ポリアセチレン類、ポリアズレン類、ポリフェニレン類、ポリフェニレンビニレン類、ポリアセン類、ポリフェニルアセチレン類、及びポリジアセチレン類等の炭化水素系導電性ポリマーが挙げられる。これらの導電性ポリマーは、粉末状や水を分散させたディスパージョンのいずれでも使用可能である。これらのうち、比較的高い導電性を示すポリチオフェン類の使用が好ましい。
導電性ポリマーの使用量は、セメント100部に対して、0.1〜20部が好ましく、0.5〜10部がより好ましい。0.1部未満ではセメントモルタルに導電性を付与することが難しい場合があり、20部を超えるとセメントモルタルの強度が低下する場合がある。

本発明で使用するカーボンブラックとは、導電性を付与するカーボンの粉末である。
カーボンブラックの種類は特に限定されるものではなく、導電性の面で粒子径200nm以下のものが好ましい。
カーボンブラックの形状は、セメントに混和した場合の流動性に影響しないように、なるべく球形に近いものが好ましく、粒子内部に空隙がないもの、あるいは、空隙がある中空シェル構造を有するものいずれも使用可能である。
カーボンブラックの使用量は、セメント100部に対して、0.2〜20部が好ましく、１〜10部がより好ましい。0.2部未満では導電性を向上させる効果が小さい場合があり、20部を超えると強度発現性を阻害する場合がある。

本発明で使用するセメントとしては特に限定されるものではないが、JIS R 5210に規定されている各種ポルトランドセメント、JIS R 5211、JIS R 5212、及びJIS R 5213に規定されている各種混合セメント、並びに、JISに規定された以上の混和材混入率で製造した高炉セメント、フライアッシュセメント、又はシリカセメント、石灰石粉末等を混合したフィラーセメントからなる群より選ばれる一種又は二種以上が挙げられる。

本発明で使用する繊維は、接着剤で束状にした収束タイプや、繊維が１本毎分離している非収束タイプがあり、セメントモルタルのダレやひび割れを低減したり、導電性を補ったりすることを目的に使用するものである。
繊維の種類としては、ビニロン繊維やプロピレン繊維に代表される高分子繊維、鋼繊維、ガラス繊維、及び炭素繊維に代表される無機繊維が挙げられ、特に限定されるものではない。
また、繊維の長さは、収束タイプや非収束タイプ共に、混合性を考慮して0.2〜20mmが好ましい。0.2mm未満ではダレやひび割れを低減する効果が小さい場合があり、20mmを超えると練り混ぜ時に均一に分散しずらく、コテ仕上げする場合に毛羽立ちが目立つ場合がある。
繊維の使用量は、非収束タイプの場合は、セメントモルタル１m³に対して、0.1〜１容量部が好ましく、0.2〜0.5容量部がより好ましい。0.1容量部未満ではダレやひび割れ抵抗性を向上させる効果が小さい場合があり、１容量部を超えるとセメントモルタルの流動性に悪影響を与える場合がある。また、収束タイプの場合は、0.03〜0.5容量部が好ましく、0.05〜0.3容量部がより好ましい。0.03容量部未満ではダレやひび割れ抵抗性を向上させる効果が小さい場合があり、0.5容量部を超えると流動性を悪くする場合がある。

本発明で使用する非導電性ポリマーとは、JIS A 6203で規定されているセメント混和用のポリマーであり、従来よりセメント混和用として、一般的に使用されてきたポリマーであり、中性化、塩害、及び凍害等の耐久性を向上させる目的で使用するものである。例えば、アクリロニトリル−ブタジエンゴム、スチレン−ブタジエンゴム、クロロプレンゴム、及び天然ゴムなどのゴムラテックス、エチレン−酢酸ビニル共重合体、ポリアクリル酸エステル共重合体、酢酸ビニルビニルバーサテート系共重合体、スチレン−アクリル酸エステル共重合体等の合成樹脂エマルジョン、並びに、エポキシ樹脂や不飽和ポリエステル樹脂に代表される液状ポリマーなどが挙げられ、これらのうちの一種又は二種以上の混合物も使用可能である。
非導電性ポリマーの使用量は、セメント100部に対して、0.5〜20部が好ましく、２〜10部がより好ましい。0.5部より少ないと耐久性を向上させることが難しい場合があり、20部を超えると導電性ポリマーと併用しても導電効果が無くなる場合がある。

本発明において、導電性ポリマーを含有したセメントモルタルに電子供与剤を併用することは、さらに導電性を向上させることができるので好ましい。
電子供与剤としては、塩素、臭素、ヨウ素、及びこれらの化合物等のハロゲン類、五フッ化リン、五フッ化ヒ素、及び五フッ化アンチモンなどのルイス酸が挙げられる。

本発明のセメントモルタルには、品質に悪影響を与えない範囲で、ＡＥ剤、減水剤、ＡＥ減水剤、流動化剤、高性能ＡＥ減水剤、分離低減剤、発泡剤、凝結促進剤、凝結遅延剤、防錆剤、防凍剤、収縮低減剤、防水剤、及び抗菌剤等の各種添加剤を併用することが可能である。

本発明のセメント組成物は、水と混合し、骨材を含まないペーストとして使用することもでき、骨材を含むモルタルやコンクリートとして使用することも可能である。

本発明のセメント組成物の施工方法は、ミキサーで練り混ぜたセメントモルタルをコテで塗ってもよく、型枠を作りその内部に充填してもよく、圧縮空気を用いてセメントモルタルを吹き飛ばす吹付けで施工することも可能である。

実験例１
セメント100部に対して、骨材200部、カーボンブラック２部、及び表１に示す導電性ポリマーを加え、さらに水50部加えてモルタルを調製し、導電性試験を行った。結果を表１に併記する。

＜使用材料＞
セメント ：普通ポルトランドセメント、市販品
骨材 ：新潟県青海町産石灰砂乾燥品、最大粒径1.2mm
導電性ポリマーＡ：ポリエチレンオキシジオキシチオフェン水分散液、固形分1.2％、市販品
導電性ポリマーＢ：ポリピロール、市販品
カーボンブラック：粒子径35nm、市販品

＜測定方法＞
抵抗率 ：導電性試験、練り混ぜたモルタルを４×４×16cmに成形し、その中にアルミニウム製の電極を埋め込んだ後、28日間、温度20℃、湿度60％で養生して試験体とし、インピーダンス測定装置を用いて材齢28日の試験体の抵抗率を、抵抗率(Ω・cm)＝（抵抗×電極面積）／電極間距離の式から算出

実験例２
セメント100部に対して、骨材200部、導電性ポリマーＡ0.5部、及び表２に示すカーボンブラックを加え、さらに水50部を加えてモルタルを調製し、導電性試験と圧縮強度試験とを行った。結果を表２に併記する。

＜測定方法＞
圧縮強度 ：圧縮強度試験、練り混ぜたモルタルを４×４×16cmに成形し試験体とし、JIS R 5201に準拠して測定

実験例３
導電性ポリマーＡをセメント100部に対して0.5部使用したモルタル１m³に対して、表３に示す繊維を加えてモルタルを調製し、ダレ性試験と導電性試験とを行ったこと以外は実験例１と同様に行った。結果を表３に併記する。

＜使用材料＞
繊維ａ ：炭素繊維、繊維長６mm、繊維径0.2mm、非収束タイプ、市販品
繊維ｂ ：ビニロン繊維、繊維長６mm、繊維径0.026mm、収束タイプ、市販品

＜測定方法＞
ダレ性 ：ダレ性試験、下地をコンクリート製平板とし、厚さ10mm×縦150mm×横250mmの型枠内にモルタルを塗り付け、コテ仕上げを行った後に、その枠を取りはずし、垂直に平板を立ててズレ落ちなければ可、ずり落ちれば不可とした。

実験例４
導電性ポリマーＡをセメント100部に対して0.5部使用したモルタル中のセメント100部に対して、表４に示す非導電性ポリマーを加えてモルタルを調製し、遮塩性試験と導電性試験とを行ったこと以外は実験例１と同様に行った。結果を表４に併記する。

＜使用材料＞
非導電性ポリマー：アクリルー酢酸ビニルーバーサチック酸ビニル系粉末ポリマー

＜測定方法＞
塩分浸透深さ：遮塩性試験、JIS A 1171に準拠

Claims (4)

1. ポリピロール類、ポリアニリン類、ポリチオフェン類、及びポリチエニレンビニレン類のヘテロ原子含有導電性ポリマーや、ポリアセチレン類、ポリアズレン類、ポリフェニレン類、ポリフェニレンビニレン類、ポリアセン類、ポリフェニルアセチレン類、及びポリジアセチレン類の炭化水素系導電性ポリマーの中から選ばれる導電性ポリマーとカーボンブラックと、繊維を含有してなり、繊維の長さが0.2〜20mmであり、繊維の使用量がセメントモルタル１m³に対して、非収束タイプの場合は0.1〜１容量部、収束タイプの場合は0.03〜0.5容量部であることを特徴とする、セメント混和材。
2. JIS A 6203で規定されているセメント混和用のポリマーである非導電性ポリマーを含有してなり、非導電性ポリマーの使用量がセメント100部に対して、0.5〜20部であることを特徴とする、請求項１に記載のセメント混和材。
3. セメントと、請求項１又は請求項２に記載のセメント混和材とを含有してなるセメント組成物。
4. 請求項３に記載のセメント組成物を用いてなるセメントモルタル。