JP5253732B2

JP5253732B2 - コンクリート構造物のアルカリ骨材反応対策工法

Info

Publication number: JP5253732B2
Application number: JP2006345107A
Authority: JP
Inventors: 元樹上原
Original assignee: Railway Technical Research Institute
Current assignee: Railway Technical Research Institute
Priority date: 2006-12-22
Filing date: 2006-12-22
Publication date: 2013-07-31
Anticipated expiration: 2026-12-22
Also published as: JP2008156144A

Description

本発明は、アルカリ吸着材を添加したセメント系のひび割れ注入材（補修材）と水蒸気透過性の水性のシラン系含浸材を組み合わせるようにしたコンクリート構造物のアルカリ骨材反応対策工法に関するものである。

アルカリ骨材反応による損傷を受けた構造物の補修方法としては、従来では止水材などによる表面被覆、ひび割れ注入、および断面修復などが行われているが、いずれの工法も継続的な効果が期待できるとは言いがたい状況である。そこで、よりアルカリ骨材反応抑制効果の大きい材料が求められている。
以下、既開発品について概観する。

図８は従来のアルカリ吸着剤の模式図である。
図８に示すように、Ｃａ型ゼオライトはアルカリ（Ｎａ⁺やＫ⁺）を吸着し、Ｃａ²⁺を放出するため、アルカリ骨材反応を抑制する効果を持つ。そこで、これを含有した補修材、ひび割れ注入材が開発され、一定の効果が得られているが、数年から１０年程度で再劣化することも多く、より効果の大きい材料が求められている（下記特許文献１，２，３参照）。
特公平０７−００５３３９号公報特開平１０−１６７７８１号公報特開２０００−１４３３１７号公報

しかしながら、上記したように、既存の補修では、数年から１０年程度で再劣化することも多く、更なるアルカリ骨材反応抑制効果の大きい材料が望まれている。
そして、リチウムイオン含有ゼオライト（「リチウム型ゼオライト」という）をアルカリ骨材反応（ＡＳＲ）抑制に用いた例はない。
本発明は、上記状況に鑑みて、リチウムイオン含有ゼオライトを主成分としたひび割れ注入材と水蒸気透過性の水性のシラン系含浸材を組み合わせるようにしたコンクリート構造物のアルカリ骨材反応対策工法を提供することを目的とする。

Ｌｉイオンはアルカリ骨材反応を抑制することができるため、Ａ型ゼオライトの交換性陽イオンをＬｉに置換し、Ｌｉ型ゼオライトを作製し、アルカリ骨材反応（ＡＳＲ）抑制効果を検証した結果、その効果が大きいことがわかった（表１参照）。

また、モルタルに孔を開けた注入試験によっても、Ｌｉ型ゼオライトの効果が大きいことがわかった（表２参照）。

更に、Ｌｉ型ゼオライトを含有するひび割れ補修材を試作した結果、注入性能、強度等は、現行のＣａ型ゼオライトと変わるところはなく、実用的に使えるものであることが分かった（表３参照）。

本発明は、上記目的を達成するために、
〔１〕コンクリート構造物のアルカリ骨材反応対策工法において、リチウムイオン含有ゼオライトを主成分としたひび割れ注入材と水蒸気透過性の水性のシラン系含浸材を組み合わせるようにしたことを特徴とする。

本発明によれば、リチウムイオン含有ゼオライトを主成分としたひび割れ注入材と水蒸気透過性の水性のシラン系含浸材を組み合わせるようにしたコンクリート構造物のアルカリ骨材反応対策工法を提供することができる。

本発明のコンクリート構造物のアルカリ骨材反応対策工法は、リチウムイオン含有ゼオライトを主成分としたひび割れ注入材と水蒸気透過性の水性のシラン系含浸材を組み合わせるようにしたものである。

以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
本発明は、新しい補修材料について研究を重ねた。
まず、Ｌｉ型ゼオライトのアルカリ骨材反応抑制効果について説明する。
（１）モルタル供試体による検討
アルカリ骨材反応（ＡＳＲ）性の大きな骨材を用いたＬｉ型ゼオライト添加モルタルを作製し、アルカリ骨材反応に対するＬｉ型ゼオライトの膨張抑制効果を検討した。モルタル配合条件は表４の通りである。なお、骨材は微小な石英が反応鉱物である岩国産粘板岩、あるいはクリストバライトが主な反応鉱物である佐賀産安山岩と無反応性骨材としてＪＩＳ強度用標準骨材を６：４の比で混合して用いた。また、アルカリ量は水酸化ナトリウム（ＪＩＳＫ８５７６）で調製し、比較検討用として、既にＡＳＲ用ひび割れ補修材の主要成分として市販されている、Ｃａ型ゼオライト〔日本化学（株）製〕を用いた。

図１は反応性骨材として岩国産粘板岩を使用したモルタル供試体の膨張試験の結果を示す図である。
一般的に反応性骨材として微晶質の石英がその反応の起源の場合、長期間徐々に膨張する傾向を示す。本試験でもゼオライト無添加試料では約６ヵ月の試験期間中、その傾向が認められた。一方、Ｃａ型ゼオライト及びＬｉ型ゼオライトを添加したものは、ほとんど膨張を示さず、特にＬｉ型ゼオライトを添加したものは、全く膨張傾向を示さなかった。

図２は、反応性骨材として佐賀産安山岩を用いたモルタル供試体の試験結果を示す図である。本骨材のようにクリストバライトが反応起源となる場合、比較的早い時期に大きな膨張を示すことが特徴である。本試験でも、無添加試料では４０日までに０．４％以上と大きな膨張率を示したが、ゼオライトを添加した試料の膨張率は小さかった。特にＬｉ型ゼオライトは、Ｃａ型ゼオライトの結果（２０％添加で０．２８％の膨張率）と比較して、１０％以上の添加量で全く膨張を示さず、そのＡＳＲ抑制効果が大きいことが分かった。

（２）Ｌｉ型ゼオライト注入モルタルのＡＳＲ抑制効果
より大きなＡＳＲ抑制効果が期待されるＬｉ型ゼオライトの場合、ＡＳＲが生じたひび割れに補修材を充填し、そこから浸透するＬｉ成分によりＡＳＲを抑制することが必要である。そこで、まず、反応性骨材を使用しアルカリ量を調整したモルタル供試体にドリルで孔を開け、そこにＬｉ型ゼオライトなどを添加したセメントペーストを注入し、ＡＳＲ抑制効果を検討した。なお、図３は作製した注入試験用モルタルの模式図であり、この注入試験用モルタル１の孔２にゼオライト含有ペーストが充填される。そのモルタル供試体及び注入セメントペーストの配合を表５に示す。

図４はアルカリ量を１．０％に調整したモルタル供試体に、各セメントペーストを注入した試験の膨張率を示したものである。孔を開けずに無注入のものと、孔に高炉スラグ（ＢＢ）セメントペーストのみを注入したものは膨張率に大きな違いはなかった。一方、Ｃａ型ゼオライト及びＬｉ型ゼオライトを添加した高炉スラグセメントペーストは、６ヵ月経過時の膨張率が、０．０８％及び０．０４％と高炉スラグセメントペーストのみを注入したもの（０．２７％）と比較して小さく、特にＬｉ型ゼオライトを添加したものの膨張率は小さかった。

図５はアルカリ量を１．６％に調整したモルタル供試体に、ゼオライト等を添加したセメントペーストを注入した試験体の膨張率を示したものである。６ヵ月経過時で、無注入試料及び高炉スラグ（ＢＢ）セメントを注入したものは、０．４３％及び０．４０％と大きく膨張した。一方、Ｃａ型ゼオライト、Ｌｉ型ゼオライトを添加した高炉スラグセメントペーストを注入したものは、０．１６％及び０．１０％と膨張率は小さく、特にＬｉ型ゼオライトを添加した高炉スラグセメントペーストの膨張抑制効果は大きかった。したがって、Ｌｉ型ゼオライトは、アルカリイオン吸着効果に加えて、Ｌｉイオン放出による相乗効果で、膨張抑制効果が大きくなるものと推察される。一方、セメント種として普通（ＮＰ）セメントを使用したものは、Ｃａ型ゼオライト添加ペースト及びＬｉ型ゼオライト添加ペースト共に、高炉スラグペーストを使用したものと比較して、それぞれ０．１６％→０．１９％、０．１０％→０．１５％と膨張率が大きくなった。セメントに普通セメントを使用すると、生じる水酸化カルシウムが多くなり、その水酸化カルシウムとゼオライトが反応し、ゼオライトの残存量が少なくなる。それにより、アルカリ吸着効果が低減するため膨張抑制効果が少なくなるものと推察される。

（３）Ｌｉ型ゼオライトを含有する補修材の注入確認試験及び物性確認試験
Ｌｉ型ゼオライトは、Ｃａ型ゼオライトと比較して、ＡＳＲ抑制効果が大きいことが分かった。そこで、既存のアルカリ骨材反応抑制用無機系ひび割れ注入剤「アーマ＃６１０：三菱マテリアル製」の主要材料であるＣａ型ゼオライト（アルカットＮ：日本化学工業製）をＬｉ型ゼオライトと置き換えて、ＡＳＲによるひび割れが生じている大型コンクリート供試体に対する低圧注入法による注入確認試験及びその物性試験を行った。その結果、表３に示されるように流動性、ブリーディング率、強度において既存のＣａ型ゼオライト使用ひび割れ注入材と同程度の物性性能が得られることがわかった。また、ひび割れ注入材を注入後、コンクリートコアを抜き出し、その断面を観察した結果、図６に示されるように、ひび割れ幅０．１ｍｍまで注入が確認され、試作注入材が十分な注入性を有していることが確認された。

かかるＬｉ型ゼオライトを含有する補修材は、アルカリを吸着すると同時に、反応抑制に有効なＬｉイオンを放出することができる。
また、上記したＬｉ型ゼオライトを含有する補修材とともに、水蒸気透過性の高い水性のシラン系含浸材を用いることにより、安価に施工ができ、再補修性にも優れたコンクリート構造物のアルカリ骨材反応対策工法を提供することができる。

その水性のシラン系含浸材は、塗布しない場合や、エポキシ系樹脂を用いた場合、コンクリート構造物のアルカリ骨材反応の度合い、つまり膨張率をより抑えることができる。
上記したように、本発明によれば、
（１）アルカリ成分を吸着すると同時に、Ｌｉを放出する物質として、Ｌｉ型ゼオライトを作製し、これを練り混ぜた時に添加したモルタルバーの膨張特性を調べた。その結果、Ｌｉ型ゼオライトは、既開発ＡＳＲ抑制材のＣａ型ゼオライトと比較して、大きな膨張抑制効果を示すことが確認された。

（２）Ｌｉ型ゼオライト添加充填材を施工した場合の高アルカリ濃度モルタル供試体の膨張量は、高炉スラグセメント系ひび割れ注入材を施工した場合の１／７〜１／４であった。また、過去に本発明の出願人が開発・実用化したカルシウムイオンを内包するゼオライト（改質ゼオライト）を添加したひび割れ注入材を施工した場合と比較しても、その膨張量は１／２〜２／３であり、Ｌｉ型ゼオライト添加充填材のＡＳＲ膨張抑制効果が大きいことが分かった。

（３）Ｌｉ型ゼオライトを含有する無機系ひび割れ注入材を試作し、その物性確認及び低圧注入による注入試験を行った。その結果、流動性、ブリーディング率、強度において既存のＣａ型ゼオライト使用ひび割れ注入材と同程度の物性性能が得られること、注入試験によりひび割れ幅０．１ｍｍまで注入が確認され、試作注入材が十分な注入性を有していることが確認された。

したがって、本発明は、アルカリ骨材反応を抑制する新しい補修材料として、リチウムイオン含有ゼオライトを主成分としたひび割れ注入材を開発し、それがアルカリ骨材反応による膨張を抑制する効果が大きいことを確認した。
図７は本発明のアルカリ骨材反応対策工法の施工概念図である。
この図において、１１は構造物、１２はそのひび割れに充填されるリチウムイオン含有ゼオライト添加ひび割れ注入材、１３は水蒸気透過性の高い水性のシラン系含浸材である。

このように、構造物のひび割れ補修材としてのリチウムイオン含有ゼオライト１２と水蒸気透過性の高い水性のシラン系含浸材１３とを組み合わせることにより、コンクリート構造物のアルカリ骨材反応対策工法を施すことができる。
なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づき種々の変形が可能であり、これらを本発明の範囲から排除するものではない。

本発明は、アルカリ骨材反応によりひび割れが生じた構造物のひび割れ補修材として利用可能である。

反応性骨材として岩国産粘板岩を使用したモルタル供試体の膨張試験の結果を示す図である。反応性骨材として佐賀産安山岩を用いたモルタル供試体の試験結果を示す図である。作製した注入試験用モルタルの模式図である。アルカリ量を１．０％に調整したモルタル供試体に、各セメントペーストを注入した試験の膨張率を示した図である。アルカリ量を１．６％に調整したモルタル供試体に、ゼオライト等を添加したセメントペーストを注入した試験体の膨張率を示した図である。Ｌｉ型ゼオライト使用ひび割れ注入材の充填状態を示す図面代用の写真である。本発明のアルカリ骨材反応対策工法の施工概念図である。従来のアルカリ吸着剤の模式図である。

１注入試験用モルタル
２注入試験用モルタルの孔
１１構造物
１２リチウムイオン含有ゼオライト添加ひび割れ注入材
１３水蒸気透過性の高い水性のシラン系含浸材

Claims

リチウムイオン含有ゼオライトを主成分としたひび割れ注入材と水蒸気透過性の水性のシラン系含浸材を組み合わせるようにしたことを特徴とするコンクリート構造物のアルカリ骨材反応対策工法。