JP5052861B2 - 弾性組成物およびそれを用いた補修工法 - Google Patents
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従来、セメント系材料や水ガラス系材料が主に使用されており、コンクリートポンプ等でトンネルや下水管背面に充填されている(特許文献1)。また、地下水の移動によって充填した材料が施工中に流されるのを防止するため、急結性を付与した材料の開発が進められている(特許文献2)。さらに、高分子系材料を注入することも検討されている(特許文献3、4、5)。一方、弾力性を有する組成物としてポリビニルアルコールを用いたゲル組成物に関する検討も行われている(特許文献6、7、8)。
また、一般細菌や大腸菌はpHが5〜9の中性領域で繁殖しやすいこと、アルカリ性領域では繁殖し難いことが知られているが、従来、ゲル化後のpHが酸性〜中性領域のものが多かった。
本発明は、適度な遮水性、弾力性、物理的強度(圧縮強度)、耐水性を有する弾性組成物およびそれを用いた補修工法を提供する。
本発明に使用するPVAの平均重合度は、500〜3000が好ましく、1000〜2000がより好ましい。また、PVAの鹸化度は80mol%以上のものが好ましく、90mol%以上がより好ましい。PVAの重合度や鹸化度が前記範囲外の場合には、硬化前の流動性、硬化後の物理的強度、弾力性、遮水性、耐水性に影響する場合がある。
熱処理温度は、1200〜2000℃が好ましく、1400〜1600℃の範囲がより好ましい。1200℃未満では、所定の化合物が得られない場合があり、2000℃を超えると不経済になる場合がある。焼成中の雰囲気は酸化雰囲気でも還元雰囲気でも構わない。また、焼成設備はロータリーキルンや電気炉などが使用可能である。原料としては、主成分であるCaO、Al2O3のほかにSiO2、Fe2O3、MgO、TiO2、P2O5、Na2O、K2O、フッ素、塩素、重金属類等の不純物を含む場合があるが、本発明の目的を実質的に阻害しない範囲では特に問題とはならない。
なお、本発明では、次に示すX線回折リートベルト法によってガラス化率の測定を行った。粉砕した試料に酸化アルミニウムや酸化マグネシウムなどの内部標準物質を所定量添加し、めのう乳鉢で充分混合したのち、粉末X線回折測定を実施する。測定結果を定量ソフトで解析し、ガラス化率を求める。定量ソフトには、Sietronics社の「SIROQUANT」を用いた。
本発明の弾性組成物は、弾力性を確保するために、硬化体の弾性係数が0.01〜10N/mm2程度の範囲にあることが好ましい。
従来の架橋剤としては、脂肪族アルデヒド類、芳香族アルデヒド類、トリメチロールメラミンなどのメチロール基を有する化合物、ホウ砂やホウ酸などのホウ素化合物、Zr、Alなどが有機物質と結合した金属アルコキシド類、イソシアネート基を有する化合物などが挙げられる。
混合順序は特に限定されるものではなく、PVA水溶液にチタンペルオキソ化合物を添加して混合し、その後カルシウムアルミネート化合物を添加しても良いし、PVA水溶液にカルシウムアルミネートを混合しておき、注入の直前にチタンペルオキソ化合物を添加することも可能である。
ゲル化前の弾性組成物の粘度測定方法は種々あるが、本発明では、東機産業社製、TV−10型粘度計を用いた。ローターはH6を使用し、ローター回転速度は20rpmで評価した。混合した組成物500mlを容量500mlのビーカーに入れ、ローターが浸漬マーク(ローター軸が細くなっている部分)まで浸漬するように高さを調整した。環境温度は20℃とし、測定粘度の単位はmPa・sで表示した。
重合度1700、鹸化度98.7mol%のPVAと水道水を表1に示す割合となるように配合して80℃に加温し、種々の固形分濃度のPVA水溶液を調製した。このPVA水溶液に表1に示す割合となるようにチタンペルオキソ化合物を混合し、その後カルシウムアルミネート化合物(a)をさらに配合して、ゲル化時間、pH、圧縮強度、弾性係数、弾力性、遮水性、耐水性を評価した。結果を表1に示す。
ポリビニルアルコール:電気化学工業社製、商品名「K17」、重合度1700、鹸化度98.7mol%
チタンペルオキソ化合物:チタンペルオキソクエン酸アンモニウム(化学式(NH4)4[Ti2(C6H4O7)2(O2)2]・4H2O、フルウチ化学社製、商品名「TAS−fine」)を50質量%水溶液となるように純水で溶解し、チタン濃度を7.1質量%とした。
カルシウムアルミネート化合物(a):試作品、CaO36質量%、Al2O357質量%、SiO24質量%、TiO23質量%、CaO/Al2O3モル比1.1、ガラス化率30%、ブレーン比表面積5000cm2/g、密度3.00g/cm3
水:水道水
ゲル化時間:混合した弾性組成物を透明なスチロール瓶に流し込み、容器を傾けても液面が変動しなくなるまでの時間を計測した。
pH:弾性組成物100mlにpH電極を差しこみ、混合終了時と1日後に測定を行った。弾性組成物がゲル化している場合は、弾性組成物に穴を開け電極を差し込んだ。圧縮強度:混合した弾性組成物を4×4×4cmの型枠に流し込み、材齢1日で脱型後、JIS R 5201に準拠して測定を行った。荷重をかけても供試体が降伏しない場合には、供試体が50%変位した時の荷重から圧縮強度を算出した。
弾性係数:混合した弾性組成物を3×3×3cmの型枠に流し込み、7日間20℃の環境下で養生して供試体を作製した。測定は市販の万能試験機(オートグラフ)を用い、供試体に載荷した時の応力とひずみの関係を測定し、5mm変位させた時の応力と変位から弾性係数を算出した。
弾力性:混合した弾性組成物を5×5×5cmの型枠に流し込み、材齢1日で脱型し、市販の耐圧試験機を用いて上部から1cm裁荷した後除荷した。除荷後の供試体の高さ(xcm)を測定して復元率を測定した。復元率は[1−(5−x)]×100(%)で算出し、弾力性の指標とした。
遮水性:模擬試験体に弾性組成物を注入し、注入から24hr後の模擬試験体重量を測定して、漏水量を算出することで遮水性を評価した。模擬試験体は、容量3Lの直方体状ポリプロピレン製容器の側面の下部に直径2mmの穴を開け、川砂2.7kgを充填し、さらに漏水させるため、上部より水道水600mlを加えた。その直後、容量10mlのシリンジを用いて、模擬試験体の穴から弾性組成物を毎秒1mlの速度で合計10ml注入を行った。注入穴はテープで塞ぎ、注入から3hr後に取り外した。
耐水性:圧縮強度用のサンプルと同じ条件で作製した弾性組成物20gを純水100mlに1ヶ月間浸漬し、浸漬水中の有機態炭素濃度を測定した。弾性組成物20g中の有機態炭素量をxg、浸漬水に溶け出した有機態炭素量をygとした場合、不溶化率(%)=(1-y/x)×100と定義する。不溶化率が高いほど耐水性に優れるといえる。測定には市販の全有機体炭素自動測定装置を用い、測定値から浸漬水に溶け出した有機態炭素量を算出した。
PVA、水、チタンペルオキソ化合物、カルシウムアルミネート化合物の配合割合を、それぞれ7.2質量部、64.4質量部、8.4質量部、20.0質量部に固定し、カルシウムアルミネートの種類を変え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。
カルシウムアルミネート化合物(b):試作品、ブレーン比表面積8000cm2/gのカルシウムアルミネート化合物(a)
カルシウムアルミネート化合物(C):試作品、ブレーン比表面積3000cm2/gのカルシウムアルミネート化合物(a)
カルシウムアルミネート化合物(d):試作品、ブレーン比表面積:1500cm2/gのカルシウムアルミネート化合物(a)
カルシウムアルミネート化合物(e):試作品、CaO52質量%、Al2O338質量%、SiO23質量%、TiO23質量%、CaO/Al2O3モル比2.5、ガラス化率98%、ブレーン比表面積6000cm2/g、密度2.92g/cm3
カルシウムアルミネート化合物(f):試作品、CaO46質量%、Al2O344質量%、SiO23質量%、TiO23質量%、CaO/Al2O3モル比1.9、ガラス化率98%、ブレーン比表面積6000cm2/g、密度2.91g/cm3
カルシウムアルミネート化合物(g):試作品、CaO50.0質量%、Al2O340質量%、SiO23質量%、TiO23質量%、CaO/Al2O3モル比2.3、ガラス化率98%、ブレーン比表面積6000cm2/g、密度2.92g/cm3
カルシウムアルミネート化合物(h):試作品、CaO29質量%、Al2O365質量%、SiO23質量%、TiO23質量%、CaO/Al2O3モル比0.8、ガラス化率30%、ブレーン比表面積5000cm2/g、密度3.05g/cm3
カルシウムアルミネート化合物(i):試作品、CaO45質量%、Al2O338質量%、SiO213質量%、TiO23質量%、CaO/Al2O3モル比2.2、ガラス化率98%、ブレーン比表面積6000cm2/g、密度2.95g/cm3
カルシウムアルミネート化合物(j):試作品、CaO50質量%、Al2O340質量%、SiO23質量%、TiO23質量%、CaO/Al2O3モル比2.3、ガラス化率0%、ブレーン比表面積6000cm2/g、密度2.93g/cm3
カルシウムアルミネート化合物(k):試作品、CaO18質量%、Al2O379質量%、SiO21質量%、TiO20質量%、CaO/Al2O3モル比0.4、ガラス化率0%、ブレーン比表面積6000cm2/g、密度3.30g/cm3
普通ポルトランドセメント:市販品
消石灰:市販品
PVA、水、チタンペルオキソ化合物、カルシウムアルミネート化合物の配合割合を、それぞれ7.2質量部、64.4質量部、8.4質量部、20.0質量部に固定し、PVAの重合度とケン化度を変え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。
PVA、水、チタンペルオキソ化合物、カルシウムアルミネート化合物の配合割合を、それぞれ7.2質量部、64.4質量部、8.4質量部、20.0質量部に固定し、有機酸をPVA、水、チタンペルオキソ化合物、カルシウムアルミネート化合物の合計100質量部に対し、表4に示すように配合した以外は実施例1と同様に行った。結果を表4に示す。なお、有機酸はPVA水溶液にあらかじめ混合し、その後チタンペルオキソ化合物、カルシウムアルミネート化合物を配合した。
有機酸:昭和化工社製、商品名「クエン酸(無水)」
実施例1と同様に、PVA、水、チタンペルオキソ化合物、カルシウムアルミネート化合物(a)を表5に示すように配合して弾性組成物を調製し、pH、ゲル化時間、圧縮強度を測定した。さらに、調製した弾性組成物を4×4×16cmの型枠に流し込み、材齢1日で100gの質量となるようにカットして供試体とした。この供試体を20℃環境下で水中に浸漬して弾性組成物の質量を継続的に測定した。なお、比較例として、有機チタン化合物(イ)または有機チタン化合物(ロ)を用い、カルシウムアルミネートを配合せずに調製したゲル組成物についても検討を行った。結果を表5に示す。
有機チタン化合物(イ):乳酸チタン化合物、化学式TiC6H10O7、松本製薬工業社製、商品名「TC−315」、チタン濃度8.2質量%の水溶液
有機チタン化合物(ロ):ジイソプロポキシチタンビス(トリエタノールアミネート)、松本製薬工業社製、商品名「TC−400」、チタン濃度8.3質量%の3倍希釈品
Claims (2)
- 平均重合度が500〜3000で鹸化度が80mol%以上であるポリビニルアルコール、水、チタンペルオキソ化合物、およびCaO/Al 2 O 3 モル比が0.4〜2.5であるカルシウムアルミネート化合物を含有してなり、ポリビニルアルコール、水、チタンペルオキソ化合物、およびカルシウムアルミネート化合物の合計100質量部中、ポリビニルアルコールが2〜15質量部、水が45〜80質量部、チタンペルオキソ化合物が2〜30質量部、カルシウムアルミネート化合物が2〜40質量部である、ゲル化前のpHが8未満で、ゲル化後のpHが9以上を示す弾性組成物。
- 請求項1に記載の弾性組成物を地下構造物周囲に注入することを特徴とする補修工法。
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