JP5740909B2 - セメント材料用付着保持材及び該保持材を用いたコンクリート構造物の補修方法 - Google Patents

Description

本発明は、セメント材料用付着保持材及び該保持材を用いたコンクリート構造物の補修方法に関し、特に５℃を下回る低温環境下における補修用のセメント材料とコンクリート構造物躯体との付着力を保持する、セメント材料用付着保持材及び該保持材を用いたコンクリート構造物の補修方法に関する。

コンクリート構造物に対する補修工法としては、従来より、パネル貼り付け工法、ウレタン樹脂吹付工法、セメント材料による断面修復工法が知られている。
特に、セメント材料による補修工法は、コンクリートとの付着性のよい材料であるセメントを用いており、取り扱いが容易で作業性に優れる工法である。

しかし、セメント材料によるコンクリート構造物の補修工法は、施工環境条件によりコンクリート構造物躯体と十分な接着強度が得られないという問題がある。
そのため、従来では、コンクリート構造物の補修工事では、その補修材料とコンクリート構造物躯体との付着を強化するために、アクリル系樹脂、ＥＶＡ系樹脂等を水で希釈した下地処理剤や接着性を有するエポキシ樹脂等を主成分とした下地処理剤をコンクリート構造物躯体に塗布して用いている。
また、これらの水分吸収を防ぐ下地処理剤を、コンクリート構造物躯体に適用しない場合には、コンクリート構造物と接触する部分から補修用のセメント材料の水分がコンクリートへ吸収されないように、コンクリート構造物躯体表面に水を塗布する（「水湿し」と称する）手法を用いている。

一方、コンクリートを打設する場合や、コンクリート劣化部をセメント材料で補修する場合には、施工環境温度が５℃以上であることが望ましいとされている。
これは、セメント補修材の混練水が凍結しないことにより強度発現が十分に保持できるからである。

そのために、混練水を加温してセメント補修材を練混ぜたり、暖房器具により加温して、施工環境温度をあげるなどの対応を、施工現場において実施している。

しかし、寒冷地帯などでの冬季補修工事では、施工環境温度を５℃超に保つことが困難な場合があり、補修用セメント材料の練上がり温度が５℃を超えた温度に保持したとしても、コンクリート構造物躯体表面温度が５℃を下回ることが十分に考えられる。
特に、寒冷地において環境温度が０℃を下回った場合、前記した水希釈タイプの下地処理剤をコンクリート構造物躯体に塗布しても、また、前記「水湿し」を行っても、いずれの場合でも水が存在するため、瞬時に凍結してしまい、所要の効果を得られない。
また、エポキシ樹脂系などの水を含まない下地調整剤を使用しても、内部が低温環境下となっている、下地のコンクリート構造物躯体に熱を吸収され、コンクリート構造物躯体に接するセメント系補修材の界面で初期凍結が生じ、補修用セメント材料自身の圧縮強度、曲げ強度が確保されたとしても、コンクリート構造物躯体とセメント補修材料との間の付着力が必ずしも十分ではなかった。

かかる点に鑑み、低温環境下での施工においても、接着面で打ち継ぐセメント材料の接着力が低下しないように、特公昭５０−０３８４０４号公報（特許文献１）には、最低造膜温度が１０℃以下のエチレン性不飽和化合物の重合体水性エマルジョンと、アルカリ金属やアルカリ土類金属の塩化物、亜鉛族元素や鉄族元素の塩化物、アルカリ金属のケイ酸塩、アルカリ金属やアルカリ土類金属のロダン塩からなる群より選ばれる水溶性無機塩からなる組成物をプライマーとして使用することが記載されている。

また、特開２０００−３４５１０１号公報（特許文献２）には、エポキシ樹脂と、ポリアミン系硬化剤と、ポリサルファイドポリマーと、３級アミン化合物とを含有し、ポリアミン系硬化剤をエポキシ樹脂１当量に対し、０．１〜０．６当量配合することを特徴とするエポキシ系プライマー組成物が提案されており、更に、特開２００５−２００５６１号公報（特許文献３）には、ポリマーディスパージョンと、アルミン酸塩、炭酸塩、及び硝酸塩からなる群より選ばれた一種又は二種以上の無機塩類とを含有してなり、無機塩類が、固形分換算のポリマーディスパージョン１００部に対して、２〜１００部であることを特徴とするプライマー組成物が提案されている。

特公昭５０−０３８４０４号公報 特開２０００−３４５１０１号公報 特開２００５−２００５６１号公報

本発明の目的は、上記問題を解決し、コンクリート構造物表面と、セメント補修材料とが、施工温度が５℃を下回る場合であっても、良好な付着性を保持できる、セメント材料用付着保持材及び該保持材を用いたコンクリート構造物の補修方法を提供することにある。
具体的には、寒冷地や冬季、特に５℃以下の環境温度において、コンクリート構造物を補修するにあたり、補修用のセメント材料の凍結を防止する下地処理材料として用いることができ、コンクリート構造物とセメント補修材料とが良好な接着保持力を有する、セメント材料用付着保持材及び該保持材を用いたコンクリート構造物の補修方法を提供することにある。

本発明は、特定の無機硝酸塩の水溶液が、セメント材料の氷点を低下させることができることを見出し、これを付着保持材として用いることにより、低温環境下における付着力の確保を達成したものである。

すなわち、本発明のセメント材料用付着保持材は、コンクリート構造体をセメント系材料で補修するための下地処理材として温度５℃以下の環境下で使用するセメント材料用付着保持材であって、亜硝酸ナトリウム、亜硝酸リチウム、硝酸カルシウム、亜硝酸カルシウムからなる群より選ばれる物質が固形分濃度５〜５０質量％で溶解している水溶液であることを特徴とする、セメント材料用付着保持材である。
好適には、上記本発明のセメント材料用付着保持材において、セメント材料は、超速硬セメントであることを特徴とする。

また本発明のセメント材料用付着保持材を用いたコンクリート構造物の補修方法は、温度５℃以下の環境下でコンクリート構造体を補修するにあたり、コンクリート構造体に、上記本発明のセメント材料用付着保持材を塗布してコンクリート構造体の下地処理を行い、その上にセメント系材料を打設することを特徴とする、セメント系材料用付着保持材を用いたコンクリート構造物の補修方法である。
好適には、上記本発明のセメント系材料用付着保持材を用いたコンクリート構造物の補修方法において、セメント材料用付着保持材を塗布する前に、劣化したコンクリート構造物をはつりとることを特徴とする。

本発明のセメント材料用付着保持材は、寒冷地や冬季、特に５℃以下の環境温度下でのコンクリート構造物に塗布することで、補修セメント材料が該コンクリート構造物に良好に付着することを可能とする。
特に補修セメント材料を超速硬セメントとすることで、自己水和発熱による凍結防止や早期に付着強度を発現することが可能となる。
また、本発明のコンクリート構造物の補修方法は、本発明の上記セメント材料用付着保持材をコンクリート躯体またはモルタル躯体に塗布することにより、環境温度が５℃以下であっても、補修材料のコンクリート構造物への付着力が優れているため、寒冷地や冬季、時に環境温度５℃以下、０℃以下において極めて有効なコンクリート構造物の補修方法である。

セメント材料用付着保持材の付着強度試験を実施する付着供試体の断面を模式的に示した図である。

本発明を以下の一例の形態により説明するが、これらに限定されるものではない。
本発明のセメント材料用付着保持材は、温度５℃以下の環境下で使用するセメント材料用付着保持材であって、亜硝酸ナトリウム、亜硝酸リチウム、硝酸カルシウム、亜硝酸カルシウムからなる群より選ばれる物質が固形分濃度５〜５０質量％で溶解している水溶液である。

本発明のセメント材料用付着保持材は、亜硝酸ナトリウム、亜硝酸リチウム、硝酸カルシウム、亜硝酸カルシウムからなる群より選ばれる材料が固形分濃度５〜５０質量％で溶解している水溶液である。
亜硝酸ナトリウム、亜硝酸リチウム、硝酸カルシウム、亜硝酸カルシウムからなる群より選ばれる材料を少なくとも１種類で用いる。
これらの材料を本発明の付着保持材に用いることで、寒冷地や冬季、特に５℃以下、好ましくは０℃以下の環境温度下でコンクリート構造物の表面に塗布すると、補修用のセメント材料の氷点を下げることができ、凍結を防止し、従ってコンクリート構造物とセメント材料との接着保持性を良好にすることができる。
さらに、コンクリート表面より内部の鉄筋まで浸透して、防錆効果も期待できる。

これらの亜硝酸ナトリウム、亜硝酸リチウム、硝酸カルシウム、亜硝酸カルシウムからなる群より選ばれる材料は、固形分濃度が５〜５０質量％の濃度で、好ましくは２５〜４０質量％の濃度で溶解している水溶液の形態で用いられる。
濃度が、固形分換算で水溶液中５〜５０質量％としたのは、５質量％未満であると水溶液が凍結する恐れがあり、５０質量％を超えると水溶液を製造することが困難となるからである。
また付着保持材が水溶液の形態であると、コンクリート構造物に刷毛やスプレー等で塗布しやすく作業性が向上するからである。

本発明のセメント材料用付着保持材は、環境温度が５℃以下の条件下で、好ましくは０℃以下の条件下でコンクリート構造物を補修するのに有効に用いることができる。
すなわち、本発明のコンクリート構造物の補修方法は、温度５℃以下の環境下でコンクリート構造物を補修するにあたり、コンクリート構造物に、上記本発明のセメント材料用付着保持材を塗布し、その上に補修用のセメント材料を打設するものである。

本発明の付着保持材を適用するコンクリート構造物は、特に限定されるものではなく、土木、建設分野におけるコンクリート構造体、モルタル構造体、セメント構造体等の任意のセメント系構造物が含まれる。

本発明においては、必要に応じて、上記本発明の付着保持材をコンクリート構造物に塗布する前に、コンクリート構造物の劣化部をはつりとる工程を実施することが、より好ましい。
コンクリート構造物は、摩耗・欠損が生じたり、その表面が脆弱化して粗となっていたり、劣化、及び凍害等によるコンクリート構造物の耐久性の低下、ひび割れ等の問題が発生していることから、望ましくは、補修をするにあたり、本発明の付着保持材を塗布する前に、劣化コンクリート構造物の脆弱化部分を予めはつりとることが望ましい。

コンクリート構造物の劣化・脆弱化部分をはつりとるには、高圧水を利用したウォーター・ジェットによる方法や電動ピックを使用した方法等の、公知の任意の方法が用いられる。

このように、劣化・脆弱化部分を予めはつりとることが望ましいが、コンクリート構造物の脆弱化部分を完全にはつりとることは困難であり、また、コンクリート物の脆弱化していない部分と脆弱化している部分とを区別することも困難である。
本発明のコンクリート構造物の補修工法は、コンクリート構造物体の脆弱化部分での剥離の危険性を少なくすることもできる。

具体的な補修工法は、コンクリート構造物の劣化部分を、必要に応じてはつりとった後、コンクリート構造物の補修部分に、上記本発明の付着保持材を塗布する。
その塗布方法は、時に限定されず、刷毛、ローラー、吹付け、加圧散布器等による、任意の塗布方法が可能である。
本発明の付着保持材は、適用するコンクリート構造物の塗布または噴霧等する面１ｍ^２に対して、５０〜１０００ｇ程度の塗布、好ましくは１００〜２００ｇ程度の塗布が好ましく、これにより上記本発明の効果をさらに有効に発現することができる。

当該付着保持材をコンクリート構造物に塗布等して適用した後、補修用のセメント材料を打設する。
セメント材料に用いるセメントとしては、特に限定されず、現場の施工条件等を考慮して選定することができ、例えば、ポルトランドセメント、その他の混合セメント、超速硬系セメント等を特に制限なく使用できる。ポルトランドセメントとしては、低熱、中庸熱、普通、早強、超早強、耐硫酸塩等の各種ポルトランドセメントが挙げられ、また、混合セメントとしては、高炉セメント、フライアッシュセメント、シリカセメント等が挙げられる。

超速硬セメントとしては、アルミナセメント、１１ＣａＯ・７Ａｌ_２Ｏ_３・ＣａＸ_２系（ＸはＦ等のハロゲン元素）セメント、アウイン・カルシウムサルフォアルミネート系セメント等の任意の超速硬セメントが挙げられる。
これらのセメントを単独または２種以上で用いることができる。
特に５℃以下の施工温度でも早期強度を発現することから、超速硬セメントを用いることが好ましい。

さらにこれ以外の成分として、高炉水砕スラグ微粉末、石灰石微粉末、フライアッシュ、シリカフューム、ニ水石膏、無水石膏、半水石膏等の一般的なセメント用混和材を組み合わせても良い。

また、セメント系材料には骨材を含んでいてもよく、骨材としては、細骨材及び粗骨材が挙げられる。ここで、セメントに、骨材として細骨材のみを加えたものは通常モルタルと呼ばれ、骨材として粗骨材と細骨材との両方を加えたものは通常コンクリートと呼ばれる。
ここでセメント材料には、セメント、モルタル、コンクリートが含まれる。

細骨材としては、陸砂（山砂）、海砂、川砂、砕砂、珪砂、高炉スラグ細骨材、フェロニッケルスラグ細骨材、電気炉酸化スラグ細骨材、銅スラグ細骨材、フェロクロム細骨材、人工軽量細骨材、再生細骨材、溶融スラグ細骨材等が挙げられる。粗骨材としては、陸砂利（山砂利）、海砂利、川砂利、砕石、高炉スラグ粗骨材、人工軽量粗骨材、再生粗骨材、溶融スラグ粗骨材等が挙げられる。

また繊維、硬化促進剤、増粘剤、消泡材、着色剤、防錆材、防凍剤等の添加材を、本発明の上記効果を実質的に阻害しない範囲で含むことも可能である。

また、補修用のセメント材料には、適量な水が含まれるが、水は、セメント等の硬化に悪影響を及ぼす成分を含有していなければ、水道水や地下水、河川水等の水を用いることができ、例えば、「ＪＩＳ Ａ ５３０８ 付属書９ レディーミクストコンクリートの練混ぜに用いる水」に適合するものが好ましい。
当該水の量は、特に限定されないが、通常、水／セメント質量比が、０．３〜０．６、好ましくは０．３５〜０．５５となるように添加調整される。これにより、上記効果をより有効に発現させることができる。

セメント材料は、それぞれの材料を施工時に混合しても、予め一部を混合してもかまわないが、予め粉末成分を混合した材料と水とを混合することが、施工現場での計量手間や計量ミスをなくす点で好ましい。
粉末成分を予め混合する装置としては、均一に混合できるものであれば特に限定されず、既存の任意の装置を使用でき、例えば、ヘンシェルミキサー、オムニミキサー、Ｖ型ミキサーやナウターミキサー等が挙げられる。

このようにして得られたセメント材料は、本発明の付着保持材を塗布したコンクリート構造物に、例えば、コテ、吹付け等により塗布施工を行うことが可能であり、施工方法については、特に限定はされない。

このようにして打設したセメント材料は、施工後に、例えば、コテ均し等を行うことにより、その表面の平滑性を良好にすることができる。
コテ均しは、セメント材料の表面を水や養生剤等を使用して行うことで、平滑性を更に良好にすることが可能となる。

本発明の付着保持材は、コンクリート構造物の補修温度が５℃以下、好ましくは０℃以下の場合に、コンクリート構造物の表面に塗布することで、セメント材料の氷点を下げることができ、コンクリート構造物と補修用セメント材料との間の付着強度を良好に保持することが可能となる。

以下、本発明を実施例及び比較例により更に詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
（実施例１〜１６、比較例１）
次の表１〜４に記載するように、亜硝酸ナトリウム（関東化学（株）社製）、亜硝酸カルシウム（関東化学（株）社製）、硝酸カルシウム（関東化学（株）社製）、亜硝酸リチウム（日産化学工業（株）社製）を用いて、それぞれ各固形分濃度の水溶液を調製して、付着保持材とした。％は質量％を表す。
また比較のために、「水湿し」用の水を付着保持材とした（表５）。

次いで、０℃、−５℃、−１０℃、−２０℃の環境下において、３００×３００ｍｍの面積を有するコンクリート平板１の表面に、それぞれ表１〜５に示す各付着保持材２を１００ｇ／ｍ^２の塗布量で塗布し、その上にセメント材料である超速硬モルタル（商品名：ＮｅｗフィルコンＭ，住友大阪セメント株式会社製、水／セメント質量比０．３６）３をそれぞれ厚さ３０ｍｍで打設した。

次いで、付着力試験として、建研式付着試験器を用いて付着強度を試験した。
当該付着試験をする際の付着供試体の断面の概要を図１に示す。
なお、図１に示すように、コンクリート平板１の側面には、発砲スチロール４を設置して、横方向への材料温度の散逸を防止し、またセメント系材料の周囲には蓋５を設けて実施した。
その結果も、下記表１〜５に示す。

上記表５の比較例１（比較例１−１〜比較例１−３）より、低温下では水による「水湿し」付着保持材料２では、コンクリート平板１とセメント系材料３とが付着強度を有することができないことがわかる。一方、本発明の付着保持材２を塗布した場合には、低温環境温度でも、良好な付着強度を発現していることが明らかである。

本発明は、寒冷地や冬季における、橋梁、ビル、道路、トンネル等の建築・土木分野におけるコンクリート構造物の補修工事に有効に適用することができる。

１・・・コンクリート平板
２・・・付着保持材
３・・・セメント系材料
４・・・発泡スチロール
５・・・蓋

Claims (4)

1. コンクリート構造体をセメント系材料で補修するための下地処理材として温度５℃以下の環境下で使用するセメント材料用付着保持材であって、亜硝酸ナトリウム、亜硝酸リチウム、硝酸カルシウム、亜硝酸カルシウムからなる群より選ばれる物質が固形分濃度５〜５０質量％で溶解している水溶液であることを特徴とする、セメント材料用付着保持材。
2. 請求項１記載のセメント材料用付着保持材において、セメント材料は、超速硬セメントであることを特徴とする、セメント材料用付着保持材。
3. 温度５℃以下の環境下でコンクリート構造体を補修するにあたり、コンクリート構造体に、請求項１又は２記載のセメント材料用付着保持材を塗布してコンクリート構造体の下地処理を行い、その上にセメント系材料を打設することを特徴とする、セメント系材料用付着保持材を用いたコンクリート構造物の補修方法。
4. 請求項３のセメント系材料用付着保持材を用いたコンクリート構造物の補修方法において、請求項１又は２記載のセメント材料用付着保持材を塗布する前に、劣化したコンクリート構造物をはつりとることを特徴とする、コンクリート構造物の補修方法。

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