JP6220490B2 - 塩害補修用断面修復材 - Google Patents
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Description
本発明は、コンクリート構造物等の塩害補修用断面修復材に関し、より詳しくは、塩分吸着性を低下させずに初期強度の発現性を高めた塩害補修用断面修復材に関する。
高度経済成長期に建設されたコンクリート構造物は，建設後４０年以上を経過し，さまざまな劣化が顕在化している。その中で，塩害によるコンクリートの劣化は深刻な問題であり、構造物を継続して供用するためには、断面修復などの補修が必要である。コンクリート構造物等の塩害による劣化の補修に使用する断面修復材として、有害な塩化物イオンを吸着・固定し、防錆に有効な亜硝酸イオンを放出する機能を有する塩分吸着剤を添加した断面修復材が従来から使用されている（特許文献１〜４）。
従来の塩害防止補修材は、例えば、ポルトランドセメントに塩化物イオン吸着剤とアルカリ金属吸着剤、膨張材および細骨材等を配合したものであり、塩化物イオン吸着剤としてカルシウムアルミニウム複合水酸化物などが用いられており、アルカリ金属吸着剤としては合成ゼオライトなどが用いられている。また膨張材は乾燥収縮によるひび割れを防止するために配合されており一般的なセメント膨張材が用いられている。
コンクリート構造物の断面修復補修工事において、交通の閉鎖を伴う場合などは閉鎖時間を最小限にするために、短時間で所要の圧縮強度を発現するような速硬型の断面修復材が必要とされる。断面修復補修工事で交通開放が出来る断面修復材の圧縮強度は２４Ｎ／ｍｍ2以上であり、補修後早期に交通開放させるためには、この強度が材齢１８時間で発現するような断面修復材が求められている。しかし、塩分吸着剤を含有する従来の上記補修材は初期強度の発現性が十分ではない。
従来の塩分吸着剤を含有する断面修復材に通常のカルシウムアルミネート組成物などの速硬材を添加しても初期強度の発現性が十分ではなく、また塩分吸着剤のイオン交換機能が十分に作用せず、モルタル等の塩化物イオン吸着量および亜硝酸イオン放出量が低下するという問題があった。
本発明は、塩分吸着剤を含有する断面修復材について、従来の上記問題を解決したものであり、塩分吸着性を低下させずに初期強度の発現性を高めた塩害補修用断面修復材を提供する。
本願発明の塩害補修用断面修復材は上記課題を解決するため以下の構成を有する。
〔１〕ポルトランドセメントおよび細骨材を主体とし、塩分吸着剤および速硬材を含み、速硬材が無水石膏粉末とカルシウムアルミネート組成物粉末を含み、無水石膏粉末がブレーン比表面積８０００cm２/ｇ以上であり、カルシウムアルミネート組成物粉末がブレーン比表面積３０００cm ２ /ｇ以上であることを特徴とする塩害補修用断面修復材。
〔２〕速硬材において、無水石膏粉末の含有量が３０〜６０質量％、カルシウムアルミネート組成物粉末の含有量が７０〜４０質量％である上記[１]に記載する塩害補修用断面修復材。
〔３〕塩害補修用断面修復材において、ポルトランドセメント２０〜５０質量％、細骨材４０〜７０質量％、塩分吸着剤０.５〜５質量％、速硬材５〜２０質量％である上記[１]または上記[２]に記載する塩害補修用断面修復材。
〔４〕水粉体比１５質量％において、ＪＩＳ Ａ １１０８の圧縮強度試験方法による材齢８時間圧縮強度が５.０Ｎ/mm２以上で、かつ材齢１８時間圧縮強度が２４Ｎ/mm２以上である上記[１]〜上記[３]の何れかに記載する塩害補修用断面修復材。
〔１〕ポルトランドセメントおよび細骨材を主体とし、塩分吸着剤および速硬材を含み、速硬材が無水石膏粉末とカルシウムアルミネート組成物粉末を含み、無水石膏粉末がブレーン比表面積８０００cm２/ｇ以上であり、カルシウムアルミネート組成物粉末がブレーン比表面積３０００cm ２ /ｇ以上であることを特徴とする塩害補修用断面修復材。
〔２〕速硬材において、無水石膏粉末の含有量が３０〜６０質量％、カルシウムアルミネート組成物粉末の含有量が７０〜４０質量％である上記[１]に記載する塩害補修用断面修復材。
〔３〕塩害補修用断面修復材において、ポルトランドセメント２０〜５０質量％、細骨材４０〜７０質量％、塩分吸着剤０.５〜５質量％、速硬材５〜２０質量％である上記[１]または上記[２]に記載する塩害補修用断面修復材。
〔４〕水粉体比１５質量％において、ＪＩＳ Ａ １１０８の圧縮強度試験方法による材齢８時間圧縮強度が５.０Ｎ/mm２以上で、かつ材齢１８時間圧縮強度が２４Ｎ/mm２以上である上記[１]〜上記[３]の何れかに記載する塩害補修用断面修復材。
〔具体的な説明〕
以下、本願発明を具体的に説明する。
本願発明の塩害補修用断面修復材は、ポルトランドセメントおよび細骨材を主体とし、塩分吸着剤および速硬材を含み、速硬材が無水石膏粉末とカルシウムアルミネート組成物粉末を含み、無水石膏粉末がブレーン比表面積８０００cm２/ｇ以上であり、カルシウムアルミネート組成物粉末がブレーン比表面積３０００cm ２ /ｇ以上であることを特徴とする塩害補修用断面修復材である。
以下、本願発明を具体的に説明する。
本願発明の塩害補修用断面修復材は、ポルトランドセメントおよび細骨材を主体とし、塩分吸着剤および速硬材を含み、速硬材が無水石膏粉末とカルシウムアルミネート組成物粉末を含み、無水石膏粉末がブレーン比表面積８０００cm２/ｇ以上であり、カルシウムアルミネート組成物粉末がブレーン比表面積３０００cm ２ /ｇ以上であることを特徴とする塩害補修用断面修復材である。
本発明の塩害補修用断面修復材はポルトランドセメントおよび細骨材を主体とする。ポルトランドセメントは普通ポルトランドセメントおよびその他のポルトランドセメントを用いることができる。細骨材は珪砂などを用いることができる。断面修復材の注入性を高めるには細骨材の粒径は９０〜３０００μmが好ましい。
本発明の補修材に含まれるポルトランドセメントの量は２０〜５０質量％が好ましい。ポルトランドセメント量がこれより少ないと、材齢７日以降の長期材齢で強度不足になり、一方、含有量がこれより多いと相対的に骨材量や塩分吸着剤、および速硬材の含有量が少なくなるので好ましくない。細骨材の含有量は４０〜７０質量％が好ましい。細骨材量がこれより少ないと乾燥収縮率が大きくなり、多すぎるとセメント量などが相対的に少なくなり強度不足となり、いずれも断面修復材としての機能が損なわれるので好ましくない。
本発明の断面修復材は塩分吸着剤を含む。塩分吸着剤としてはコンクリート中の有害な塩化物イオンを吸着して、イオン交換機能によりコンクリート中に亜硝酸イオンを放出するものが知られている。具体的には、塩分吸着剤はセメントと反応して消費されることのないカルシウム−アルミニウム複合水酸化物の層間に亜硝酸イオンを担持させたものが好ましい。このような塩分吸着剤として市販品（商品名ソルカット，日本化学工業社製）を用いることができる。
本発明の断面修復材に含まれる塩分吸着剤の量は０.５〜５質量％が好ましい。塩分吸着剤量がこれより少ないと塩化物イオンの吸着効果が減少し、過剰量になると施工性が低下するばかりでなく、強度低下を招く。
本発明の断面修復材は速硬材を含む。速硬材は無水石膏粉末およびカルシウムアルミネート組成物粉末を含む。無水石膏粉末はブレーン比表面積８０００cm2/ｇ以上が好ましい。なお、無水石膏粉末はブレーン比表面積が８０００cm2/ｇより小さい粉末の量が無水石膏粉末中で２０質量％より少なければこれを含んでもよい。
塩分吸着剤を含む断面修復材に速硬材を添加したときに、初期強度の発現性および塩化物イオン吸着量が低下する原因として、速硬材の主要成分である無水石膏に由来する硫酸イオンの一部が塩分吸着剤に取り込まれ、初期強度の発現に必要な硫酸イオンが不足することによって初期強度が十分に発現せず、また補修されたコンクリートからの塩化物イオンの吸着が阻害されることが考えられる。
そこで、無水石膏として微粉末を用いることによって、カルシウムやアルミニウムとの反応性を高め、硫酸イオンを速やかに速硬材の水和生成物であるエトリンガイトとして固定させる。従来の速硬材はブレーン比表面積が５０００〜７０００cm2/gの無水石膏を使用していたが、粒度がこの程度の粉末では塩化物イオン吸着量および初期強度が低下する。
本発明の断面修復材は、無水石膏をブレーン比表面積８０００cm2/g以上の微粉末に代えることによって、塩化物イオンの吸着量を低下させることなく、初期強度の発現性に優れた速硬型の断面修復材とした。また、粒度の粗い石膏を使用すると、硬化体中に未反応の石膏が残留し、長期材齢で硬化体が膨張破壊することがあり、これを防止する観点からもブレーン比表面積の高い石膏が好ましい。
上記速硬材において、無水石膏粉末の含有量は速硬材中で３０〜６０質量％が好ましい。無水石膏量がこれより少ないと十分な速硬性が得られない。また無水石膏と共に含まれるカルシウムアルミネート組成物は、組成が１２ＣａＯ・７Ａｌ2Ｏ3、あるいはＣａＯ・Ａｌ2Ｏ3、あるいは３ＣａＯ・Ａｌ2Ｏ3などの組成物があげられ、ブレーン比表面積３０００cm3/g以上に粉砕したものが用いられる。カルシウムアルミネート組成物粉末は、急結効果を有し、その含有量は速硬材中で７０〜４０質量％が好ましい。これより少ないと、速硬作用が十分に発揮されず初期強度が低くなる。またこれより多くしても、初期強度の増加はそれ程期待できなくなる。
また、本発明の断面修復材において速硬材の含有量は５〜２０質量％が好ましい。速硬材量がこれより少ないと十分な速硬性が得られない。一方、速硬材量が過剰であると，初期強度の発現に十分な効果が発揮されないばかりでなく、長期強度の発現が妨げられるので好ましくない。
本発明の補修材は、材齢８時間圧縮強度が５.０N/mm2以上で，かつ材齢１８時間圧縮強度が２４N/mm2以上であり、初期強度の発現性が良く、短時間に施工を終えることができる。また塩化物イオンの吸着性が良好で、塩害によるコンクリート劣化の補修効果が良好である。従って、交通の閉鎖を最小限に抑えつつ、道路構造物等についてコンクリートの塩害の補修における断面修復補修が可能である。
以下、本発明の実施例を示す。
〔実施例Ａ〕
表１に示す材料を用い、表２に示す配合比の断面修復材を調製した。配合した速硬材の組成を表３に示す。この断面修復材を水粉体比１５質量％で混練し、材齢８時間、材齢１８時間、および材齢７日の圧縮強度を規格（JIS A 1108 コンクリートの圧縮強度試験方法）に準拠してφ５×１０cmの試験体を用いて測定した。
また、この断面修復材について塩化物イオン吸着量と亜硝酸イオン放出量を測定した。塩化物イオン吸着量と亜硝酸イオン放出量は断面修復材試料５ｇを０.５mol/Lの塩化ナトリウム溶液に入れて６０分撹拌した後の溶液について塩化物イオン量と亜硝酸イオン量をイオンクロマトグラフィーにより分析して求めた。この結果を表４に示した。
〔実施例Ａ〕
表１に示す材料を用い、表２に示す配合比の断面修復材を調製した。配合した速硬材の組成を表３に示す。この断面修復材を水粉体比１５質量％で混練し、材齢８時間、材齢１８時間、および材齢７日の圧縮強度を規格（JIS A 1108 コンクリートの圧縮強度試験方法）に準拠してφ５×１０cmの試験体を用いて測定した。
また、この断面修復材について塩化物イオン吸着量と亜硝酸イオン放出量を測定した。塩化物イオン吸着量と亜硝酸イオン放出量は断面修復材試料５ｇを０.５mol/Lの塩化ナトリウム溶液に入れて６０分撹拌した後の溶液について塩化物イオン量と亜硝酸イオン量をイオンクロマトグラフィーにより分析して求めた。この結果を表４に示した。
塩分吸着剤と速硬材を含む比較例３〜５の材齢１８時間強度は何れも２４Ｎ/mm2以下であるのに対して、実施例１〜３は、材齢１８時間強度が何れも２４Ｎ/mm2以上であり、初期強度が大きい。また、比較例３〜５の塩化物イオン吸着量は比較例１よりも大幅に減少しているが、実施例１〜３の塩化物イオン吸着量は比較例１とほぼ同等である。
表１に示す材料を用い、表５に示す配合比の断面修復材を調製した。配合した速硬材の組成を表６に示す。この断面修復材を水粉体比１５質量％で混練し、材齢８時間、材齢１８時間、および材齢７日の圧縮強度を規格（JIS A 1108 コンクリートの圧縮強度試験方法）に準拠してφ５×１０cmの試験体を用いて測定した。この結果を表７に示した。なお、これらの配合については、塩化物イオン吸着量と亜硝酸イオン放出量は測定しなかった。
塩分吸着剤と速硬材を含む比較例７〜９の材齢１８時間強度は何れも２４Ｎ/mm2以下であるのに対して、実施例４〜６の材齢１８時間強度は何れも２４Ｎ/mm2以上であり、初期強度が大きく、初期強度発現性に優れていた。また、実施例４〜６の材齢７日強度は実施例１〜３と同等であった。
〔実施例Ｃ〕
実施例１〜３、比較例１〜３の断面修復材を使用して、図１に示す供試体（長さ200mm×幅120mm×高さ80mm）を作製した。なお、供試体に埋め込んだ鉄筋は、みがき丸鋼（φ16mm）に予め塩水を噴霧して（腐食量10mg/cm2）錆びさせたものを用いた。供試体を２８日間湿空養生した後に、上面以外の面をエポキシ樹脂で被覆し、規格（JCI-SC3 塩分を含んだコンクリート中における補強用棒鋼の促進腐食試験方法−乾湿繰返し法−）に準拠し、図２に示すような乾湿の繰返しの負荷を２０サイクル加えた。
２０サイクルの負荷後に、試験体を割裂して鉄筋の腐食状況の変化を観察し、鉄筋の質量減少率を測定した。表８に鉄筋腐食の状況を示す。
実施例１〜３、比較例１〜３の断面修復材を使用して、図１に示す供試体（長さ200mm×幅120mm×高さ80mm）を作製した。なお、供試体に埋め込んだ鉄筋は、みがき丸鋼（φ16mm）に予め塩水を噴霧して（腐食量10mg/cm2）錆びさせたものを用いた。供試体を２８日間湿空養生した後に、上面以外の面をエポキシ樹脂で被覆し、規格（JCI-SC3 塩分を含んだコンクリート中における補強用棒鋼の促進腐食試験方法−乾湿繰返し法−）に準拠し、図２に示すような乾湿の繰返しの負荷を２０サイクル加えた。
２０サイクルの負荷後に、試験体を割裂して鉄筋の腐食状況の変化を観察し、鉄筋の質量減少率を測定した。表８に鉄筋腐食の状況を示す。
実施例１〜３および比較例１の鉄筋には腐食の進行は認められなかったのに対して，比較例２〜３では明らかに腐食の進行が認められた。また比較例２および比較例３では鉄筋腐食による断面修復材にひび割れが認められた。この結果によって本発明の断面修復材の発錆抑制効果が実証された。
Claims (4)
- ポルトランドセメントおよび細骨材を主体とし、塩分吸着剤および速硬材を含み、速硬材が無水石膏粉末とカルシウムアルミネート組成物粉末を含み、無水石膏粉末がブレーン比表面積８０００cm２/ｇ以上であり、カルシウムアルミネート組成物粉末がブレーン比表面積３０００cm ２ /ｇ以上であることを特徴とする塩害補修用断面修復材。
- 速硬材において、無水石膏粉末の含有量が３０〜６０質量％、カルシウムアルミネート組成物粉末の含有量が７０〜４０質量％である請求項１に記載する塩害補修用断面修復材。
- 塩害補修用断面修復材において、ポルトランドセメント２０〜５０質量％、細骨材４０〜７０質量％、塩分吸着剤０.５〜５質量％、速硬材５〜２０質量％である請求項１または請求項２に記載する塩害補修用断面修復材。
- 水粉体比１５質量％において、ＪＩＳ Ａ １１０８の圧縮強度試験方法による材齢８時間圧縮強度が５.０Ｎ/mm２以上で、かつ材齢１８時間圧縮強度が２４Ｎ/mm２以上である請求項１〜請求項３の何れかに記載する塩害補修用断面修復材。
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