JP5037840B2 - 補修工法 - Google Patents

Description

本発明は、劣化したコンクリート構造物の補修工法に関する。

近年、コンクリート構造物の維持管理が重要視されるようになり、補修・補強工事が増加している。コンクリート構造物の補修および補強方法はこれまでに各種提案されている。
例えば、コンクリートが中性化や塩害などで劣化した部分を除去し、新たに耐久性に優れたポリマーセメントモルタルなどで除去断面を修復する断面修復工法がある。この断面修復工法では、コテ塗り工法、吹付け工法、およびグラウト工法などが行われており、いずれもポリマーセメントモルタルを練り混ぜて施工するもので、型枠を用いないコテ塗り工法や吹付け工法では、修復深さが深い場合は数層に分けて塗り重ねているのが現状である。
一方、アクリル系あるいはエポキシ系樹脂と骨材を配合した樹脂モルタルによる断面修復も行われている（特許文献１、２）。これらは、早期に強度が得られ緊急時に使用されるケースが多い。また、ウレタン系材料は、発泡性を有するものは特にトンネル工事や法面工事などでの地山の安定化やトンネル背面の空洞充填等で使用されている（特許文献３、４）。
特開２０００−０６３６２６号公報 特開２０００−１２８９５８号公報 特開平０５−０７９２９１号公報 特開２０００−２８２７９６号公報

しかしながら、構造上耐力に影響のない程度の劣化部の修復、外力による小断面の損傷、小断面の修復箇所が点在している場合、修復深さが３０ｍｍ以上の場合などの補修では、ポリマーセメントモルタルを使用するには、左官技能、吹付け技能、型枠設置技能などを有する作業員でなければ施工をすることが難しく、また、吹付け工法やグラウト工法は、専用の施工システムや型枠を設置する必要があるので簡便な方法ではなかった。また、小さな断面の補修などは施工システムを使用する工法では材料ロスも多いなどの課題があった。さらに、樹脂モルタルは、非常に高価な材料であり作業性も悪いという課題があり、ウレタン系材料は、高価であるとともに、高い発泡倍率を設定するケースが多く強度が低いものが多く、注入工法であるためポンプ圧送できる液状の状態での施工となるため修復深さが大きい断面修復は困難であった。
本発明者は、前記課題を解決するため、特定の混合物を使用することにより、特別な技能がなくても簡便に断面修復などをすることができる補修工法を提供する。

すなわち、本発明は、（１）イソシアネート類と、アルカリ金属塩水溶液と、無機粉体と、反応触媒とを含有した混合物をコンクリート構造物の劣化箇所を除去した面に塗布後発泡固化させて修復する補修工法、（２）アルカリ金属塩水溶液がリチウム塩水溶液である（１）の補修工法、（３）発泡固化した表面に被覆材を塗布する（１）または（２）の補修工法、（４）発泡固化した表面に成形物を貼り付ける（１）または（２）の補修工法、である。

本発明の補修工法を用いることにより、特別な技能を有しなくても簡便に劣化したコンクリート構造物の断面修復などの補修を行うことができる。

以下、本発明を詳細に説明する。

本発明のイソシアネート類とは、特に限定されるものではないが、（１）４−４´−ジフェニルメタンジイソシアネート（ＭＤＩ）、２，４−トリレンジイソシアネート（ＴＤＩ）、１，３−キシリレンジイソシアネート（ＸＤＩ）、ヘキサメチレンジイソシアネート（ＨＭＤＩ）、ポリメチレンポリフェニルポリイソシアネート（ポリメリックＭＤＩ）、および１，５−ナフタレンジイソシアネート（ＮＤＩ）など、（２）これらイソシアネート類を水や低級１価ないし多価アルコールで変性したもの、（３）これらイソシアネート類と各種ポリオール類とを反応させた末端イソシアネート基含有ウレタンプレポリマー、（４）これら末端イソシアネート基含有ウレタンプレポリマーを水や１価ないし多価アルコールで変性したもの、（５）これら末端イソシアネート基含有ウレタンプレポリマーと各種イソシアネート類の１種または２種以上の混合物の使用が可能である。さらに、（１）から（５）のうちの１種または２種以上の使用が可能である。これらの中で、安全性や経済性の点でポリメリックＭＤＩの使用が好ましい。

本発明のポリオール類とは、イソシアネート類との反応によってポリウレタン発泡硬化体を形成するもので、具体的には、ポリプロピレングリコール、ポリエチレングリコール、トリメチロールエタン、トリメチロールプロパン、ヘキサメチレングリコール、およびヒマシ油などのアルキレングリコール、グリセリン、ソルビトール、さらに、蔗糖にエチレンオキサイドやプロピレンオキサイドを付加した付加物、およびエチレンオキサイド−プロピレンオキサイド共重合物ならびにエチレンジアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミンおよびトリエチレンジアミンなどのアミン類にエチレンオキサイドやプロピレンオキサイドを付加した付加物などがある。これらの中で、プロピレングリコールまたはエチレンジアミンにプロピレンオキサイドを付加した付加物の使用が好ましい。

ポリオール類の使用量は、イソシアネート類１００質量部に対して１０〜２００質量部が好ましく、５０〜１５０質量部がより好ましい。１０質量部未満では発泡硬化体が脆くなる傾向があり、２００質量部を超えると軟らかくなりすぎる傾向がある。

本発明のアルカリ金属塩水溶液とは、発泡硬化体の強度の向上や難燃性を付与する目的で使用するものであり、リチウム、ナトリウム、カリウムのアルカリ金属炭酸塩の水溶液、リチウム、ナトリウム、カリウムのアルカリ金属ケイ酸塩水溶液、リチウム、ナトリウム、カリウムの亜硝酸塩水溶液などが挙げられる。これらの中で、入手しやすくアルカリ骨材反応抑制効果および防錆効果のあるリチウムのケイ酸塩や亜硝酸塩の使用が好ましい。

アルカリ金属塩水溶液の使用量は、イソシアネート類１００質量部に対して５０〜２００質量部が好ましく、８０〜１５０質量部がより好ましい。５０質量部未満では、難燃性を付与することが難しく、２００質量部を超えると硬化体の強度が低下する傾向がある。

本発明では、通常、イソシアネート類とポリオール類は別々の容器に分け、イソシアネート類側をＡ液とし、ポリオール類側をＢ液とする２液タイプであり、施工する前に混合し使用するものである。アルカリ金属塩水溶液や反応触媒は、Ｂ液側に予め混合しておくことが可能である。

本発明の無機粉体とは、発泡硬化体の強度を向上させる目的で使用するものであり、具体的には、セメント類、カルシウムアルミネート類、フライアッシュ、シリカフューム、スラグ、粘土鉱物、炭酸カルシウム、砂、これらの混合物などが挙げられる。これらの中で、セメントや砂が強度の向上の点で好ましい。

無機粉体の使用量は、薄く刷毛やローラーを使って塗り付ける場合（粘度を低くする場合）と、ヘラなどで塗り付ける場合（粘度を高くする場合）で異なるが、ポリオール類とイソシアネート類の合計、または、ポリオール類とイソシアネート類とアルカリ金属塩水溶液の合計１００質量部に対して２０〜７００質量部が好ましく、８０〜５００質量部がより好ましい。２０質量部未満では，強度を向上させる効果が充分でない場合があり、７００質量部を超えると塗り付けができなくなる場合がある。

無機粉体は、施工現場で配合しても良く、予め、Ａ液側とＢ液側のいずれか一方あるいは両方に混合して置くことも可能である。貯蔵安定性を考慮すれば現場で混合した方が好ましい。

本発明の反応触媒とは、Ａ液とＢ液を混合してから発泡硬化するまでの時間をコントロールするものであり、アミン系触媒、有機金属系触媒、および無機系触媒などがある。いずれも使用可能であるが、活性が大きい点でアミン系触媒の使用が好ましい。アミン系触媒としては、エチレンジアミン、トリエチレンジアミン、トリエチルアミン、エタノールアミン、ジエタノールアミン、およびヘキサメチレンジアミン、ならびにこれらの誘導体または溶剤との混合物が挙げられる。有機金属系触媒としては、ジブチル錫ジラウレート、ジブチル錫ジアセテート、および酢酸カリウムなどが挙げられる。無機系触媒としては、塩化錫などが挙げられる。

反応触媒の使用量は、特に制限されるものではないが、イソシアネート類１００質量部に対して０．０５〜１０質量部が好ましく、０．２〜５質量部がより好ましい。０．０５質量部未満では，反応速度が遅く実用的でなく、１０質量部を超えても反応速度の向上効果が見られない傾向にある。

本発明では、発泡体の性能を損なわない範囲で整泡剤、難燃剤、溶剤、界面活性剤、増粘剤、防錆剤などを併用できる。

本発明の被覆材とは、発泡硬化させた後に、劣化要因となる水、炭酸ガス、塩化物イオンの浸入を抑制することを目的に使用する。例えば、（１）一般的にコンクリート構造物の補修工法で使用される樹脂系表面被覆材が使用でき、例えば、エポキシ系樹脂、アクリル系樹脂、クロロプレン系樹脂など、（２）シリコーン系撥水剤、（３）アクリル系、エチレン−酢酸ビニル系、スチレン−ブタジエン系などの水性エマルジョン、（４）セメントなどの水硬性材料を配合した無機系の表面被覆材が使用でき、ポリマーセメントモルタルなど、（５）コロイダルシリカやケイ酸塩系の表面改質剤などが挙げられる。

本発明の成形物とは、発泡硬化させた後に上記劣化要因の侵入の阻止やはく落などを阻止することを目的に使用するもので、金属、樹脂、セメント硬化体などの成形物である。例えば、（１）繊維を網目状またはシート状に成形したビニロンシート、炭素繊維シート、アラミド繊維シート、ケブラー繊維シート、（２）セメントモルタルに短繊維を多量に混入して成形した高靭性ボード、（３）板状のプラスチック成形物、ＦＲＰボードなどが挙げられる。

本発明の施工方法は、欠損した断面を修復できれば特に限定されるものではないが、施工現場でＡ液、Ｂ液、および無機粉体をバケツなどに入れ、棒状のものやハンドミキサーで練り混ぜ、刷毛やヘラを用いて欠損部表面に均一に塗布する。発泡硬化までの時間は反応触媒の量を調整することで可能であるので、修復する面積や気温で適正となるようにコントロールできる。通常、塗り付けて数分後に発泡が始まり硬化する。発泡は、未修復箇所のレベルよりも幾分超える程度までするように調整する。発泡倍率の調整は、無機粉体の使用量やポリオール類の使用量を変化させることで可能である。よりきれいに仕上げる場合は、未修復箇所レベルより超えた部分をノコギリやグラインダーを用いて切り取ればよい。
被覆材を塗布する場合は、発泡硬化後に刷毛やローラーなどを用いて塗布し、成形物を貼り付ける場合は、接着剤やアンカーなどで固定すればよい。

以下、実施例で詳細に説明する。

イソシアネート類１００質量部に対して、反応触媒を０．３質量部、ポリオール類を表１に示すように加え、無機粉体Ａをポリオール類とイソシアネート類の合計１００質量部に対して２００質量部となるように混合し、発泡倍率と圧縮強度を測定した。結果を表１に示す。

（使用材料）
イソシアネート類：ポリメリックＭＤＩ、市販品
ポリオール類：エチレンジアミンのポリプロピレンオキサイド付加物、市販品
反応触媒：ヘキサメチレンジアミン、市販品
無機粉体Ａ：石灰砂、最大粒径１．２ｍｍ

（試験方法）
発泡倍率：Ａ液（イソシアネート類）とＢ液（ポリオール類）の合計容積に対する最大発泡時の容積
圧縮強度：材齢２４時間後に、縦２ｃｍ×横２ｃｍ×高さ２ｃｍの立方体に発泡硬化体を成形しオートグラフによって圧縮強度を測定
硬化時間：Ａ液とＢ液を混合してから最大に発泡するまでの時間

表１から、本発明の補修工法により、作業（硬化）時間が充分取れ、発泡倍率が高く、しかも強度が高い修復材を提供することができることが分かる。

イソシアネート類１００質量部に対して、反応触媒を０．３質量部、アルカリ金属塩水溶液およびポリオール類を表２に示すように加え、無機粉体をポリオール類と、アルカリ金属塩水溶液ＡまたはＢと、イソシアネート類との合計１００質量部に対して２００質量部となるように混合し、難燃性試験を行ったこと以外は実施例１と同様に行った。結果を表２に示す。

（使用材料）
アルカリ金属塩水溶液Ａ：ケイ酸リチウム水溶液、固形分２０質量％
アルカリ金属塩水溶液Ｂ：亜硝酸リチウム水溶液、固形分４０質量％

（試験方法）
難燃性：ＪＩＳ Ｋ ７２０１に準じ、発泡硬化体の３ｍｍ厚みのシートを作製し酸素指数を測定した。酸素指数が３５以上の場合を○、８以上〜３５未満の場合を△、８未満を×とした。

表２から、本発明の補修工法により、作業（硬化）時間が充分取れ、発泡倍率が高く、しかも強度が高く、さらに、難燃性高い修復材を提供することができることが分かる。

イソシアネート類１００質量部に対して、反応触媒を０．３質量部、ポリオール類を１００質量部、無機粉体ＡまたはＢをイソシアネートとポリオールの合計１００質量部に対して表３に示すように加え、実施例２と同様に難燃性を測定したこと以外は実施例１と同様に行った。結果を表３に示す。

（使用材料）
無機粉体Ｂ：普通ポルトランドセメント

表３から、本発明の補修工法により、作業（硬化）時間が充分取れ、発泡倍率が高く、しかも強度が高く、さらに、難燃性高い修復材を提供することができることが分かる。

イソシアネート類１００質量部に対して、ポリオール類を１００質量部、反応触媒を表４に示すように加え、実施例２と同様に難燃性を測定したこと以外は実施例１と同様に行った。結果を表４に示す。

表４から、本発明の補修工法により、作業（硬化）時間が充分取れ、発泡倍率が高く、しかも強度が高く、さらに、難燃性高い修復材を提供することができることが分かる。

コンクリート構造物において、縦３０ｃｍ×横３０ｃｍ×深さ２ｃｍのコンクリートを除去した欠損箇所に、実施例１の実験No.1-6、実施例２の実験No.2-9、2-15の混合物をヘラで厚み１０〜１５ｍｍとなるように塗り付けた。その結果、数分後に発泡し欠損した断面修復箇所に発泡硬化体が形成された。そのときの硬化時間、発泡倍率、圧縮強度を実施例１と同様に測定し、さらに、発泡硬化体とコンクリートの付着強度を測定した。結果を表５に示す。

（試験方法）
付着強度：φ５０ｍｍのコアドリルでコンクリート部分まで削孔し、建研式付着力試験機で測定した。

表５から、本発明の補修工法により、作業（硬化）時間が充分取れ、発泡倍率が高く、しかも強度が高く、さらに、コンクリートとの付着強度の高い修復材を提供することができることが分かる。

コンクリート構造物において、縦３０ｃｍ×横３０ｃｍ×深さ２ｃｍのコンクリートを除去した欠損箇所に漏水を想定し水を噴霧した。その濡れた面に実施例１の実験No.1-6、実施例２の実験No.2-9、2-15の混合物をヘラで厚み１０〜１５ｍｍとなるように塗り付けた。その結果、数分後に発泡し欠損した断面修復箇所に発泡硬化体が形成された。そのときの硬化時間、発泡倍率、圧縮強度、付着強度を実施例５と同様に測定した。結果を表６に示す。

表６から、本発明の補修工法により、作業（硬化）時間が充分取れ、発泡倍率が高く、しかも強度が高く、水で濡れたコンクリート面との付着強度の高い修復材を提供することができることが分かる。

縦２０ｃｍ×横２０ｃｍ厚さ６ｃｍのコンクリート板を縦１５ｃｍ×横１５ｃｍ×深さ２ｃｍとなるようにコンクリートを除去し欠損箇所作製し、その底面にＤ１６の鉄筋を１本配置した。そして、実施例１の実験No.1-6、実施例２の実験No.2-9、2-15の混合物をヘラで厚み１０〜１５ｍｍとなるように塗り付け発泡硬化体を形成させ試験体を作製した。翌日、その試験体を海水中に１ヶ月浸漬後、発泡硬化体を除去し内部の鉄筋状態を観察した。その結果、実験No.1-6の混合物の場合は鉄筋が錆びており、他の混合物の場合は錆びが発生していなかった。
したがって、鉄筋が剥き出しになっている欠損部へリチウムのアルカリ金属塩水溶液を使用した修復材を使用することで、より高い防錆効果を付与できることが分かった。

縦２０ｃｍ×横２０ｃｍ厚さ６ｃｍのコンクリート板を縦１５ｃｍ×横１５ｃｍ×深さ２ｃｍとなるようにコンクリートを除去し欠損箇所作製し、その底面にＤ１６の鉄筋を１本配置した。そして、実施例１の実験No.1-6、実施例２の実験No.2-9、2-15の混合物をヘラで厚み１０〜１５ｍｍとなるように塗り付け発泡硬化体を形成させた。下記に示す各種（Ａ、Ｂ、Ｃ）被覆材を塗布したものを試験体とし、７日後にその試験体を海水中に１ヶ月浸漬後、発泡硬化体を除去し内部の鉄筋状態を観察した結果、鉄筋に錆びが発生していなかった。

（使用材料）
被覆材Ａ：アクリル系被覆材、市販品
被覆材Ｂ：シラン系撥水剤、市販品
被覆材Ｃ：ポリマーセメント系被覆材、市販品

縦１０ｃｍ×横４０ｃｍ×高さ１０ｃｍのコンクリート試験体（高さ５ｃｍの部分に金網を設置）横の中心から左右１０ｃｍ幅の部分を深さ２ｃｍとなるようにコンクリートをはつり取り、実施例１の実験No.1-6の混合物をヘラで厚み１０〜１５ｃｍとなるように塗り付け発泡硬化体を形成させた。その後、下記に示す各種成形物を貼り付けて、曲げ試験と同様に載荷し破壊したときの状況を観察した結果、成形物を貼り付けない場合は、コンクリートと発泡硬化体の界面で縁切れを起こし一部剥落が発生したのに対し、成形物Ａ〜Ｃを貼り付けたものは、コンクリートと発泡硬化体の界面で縁切れを起こしても、貼り付けた成形物の曲げせん断強度が強いので全く剥落は生じなかった。

（使用材料）
成形物Ａ：２軸ビニロンメッシュシート、固定にはアクリル系接着剤を使用
成形物Ｂ：ＦＲＰ板、固定にはアクリル系接着剤とアンカーボルトを使用
成形物Ｃ：高靭性ボード、固定にはアンカーボルトを使用

本発明の補修工法を用いることにより、特別な技能を有しなくても簡便に劣化したコンクリート構造物の断面修復などの補修を行うことができるので、土木・建築分野で幅広く適用できる。

Claims (4)

1. イソシアネート類と、アルカリ金属塩水溶液と、無機粉体と、反応触媒とを含有した混合物をコンクリート構造物の劣化箇所を除去した面に塗布後発泡固化させて修復する補修工法。
2. アルカリ金属塩水溶液がリチウム塩水溶液である請求項１記載の補修工法。
3. 発泡固化した表面に被覆材を塗布する請求項１または２記載の補修工法。
4. 発泡固化した表面に成形物を貼り付ける請求項１または２記載の補修工法。