JP6831508B2 - コンクリートの補修方法 - Google Patents
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Description
また、一般的に、エポキシ樹脂は高粘度(100〜1000Pa・s)であり、ひび割れの深部にまで材料の注入が困難であった。また、従来のケイ酸塩系表面含浸材はエポキシ樹脂と比較して低粘度であり、ひび割れに塗布や注入しやすいものの、形成されるゲルが小さく、十分な補修効果が得られにくい傾向があった。
<1> 劣化部を含むコンクリートの補修方法であって、前記劣化部にケイ酸アルカリ金属塩を含有するコンクリート補修材と、カルシウム成分と亜硝酸塩とアルミニウム成分とを含有する補助材とを注入する工程を含むコンクリートの補修方法。
<2> 劣化部を含むコンクリートの補修方法であって、前記劣化部にケイ酸アルカリ金属塩を含有するコンクリート補修材と、カルシウム成分と亜硝酸塩とアルミニウム成分とを含有する補助材とを塗布する工程を含むコンクリートの補修方法。
<3> 劣化部を含むコンクリートの補修方法であって、コンクリートの劣化部を含む部分をはつり取り形成させた凹部の内壁面上に、ケイ酸アルカリ金属塩を含有するコンクリート補修材と、カルシウム成分と亜硝酸塩とアルミニウム成分とを含有する補助材とを塗布する工程を含むコンクリートの補修方法。
<4> 前記劣化部がひび割れを含む劣化部である前記<1>から<3>のいずれかに記載のコンクリートの補修方法。
<5> 前記コンクリート補修材と前記補助材とを施工前に混合して用いる前記<1>から<4>のいずれかに記載のコンクリートの補修方法。
<6> 前記補助材は、前記補助材を100重量%としたとき、アルミニウム成分を0.05重量%以上1重量%以下含有する前記<1>から<5>のいずれかに記載のコンクリートの補修方法。
<7> 前記補助材が、pHが10以上である前記<1>から<6>のいずれかに記載のコンクリートの補修方法。
<8> ケイ酸アルカリ金属塩を含有するコンクリート補修材と、カルシウム成分と亜硝酸塩とアルミニウム成分とを含有する補助材とからなる2成分混合型の混合液。
本発明は、ケイ酸アルカリ金属塩を含有するコンクリート補修材(以下、「本発明のコンクリート補修材」または単に「コンクリート補修材」と称する場合がある。)と、カルシウム成分と亜硝酸塩とアルミニウム成分とを含有する補助材(以下、「本発明の補助材」または単に「補助材」と称する場合がある。)とを用いたコンクリートの補修方法であり、下記の第一の態様と第二の態様と第三の態様とに分類される。
ケイ酸アルカリ金属塩を主成分とするケイ酸塩系表面含浸材と、コンクリートとが反応しゲルが形成される場合、反応箇所にカルシウムイオンが存在している必要がある。このカルシウムイオンは、コンクリート由来のものでもよいが、高炉セメント等、元来カルシウム濃度が低いセメントによるコンクリートもあるため、このカルシウムイオンが不足し、十分にゲルが構成されないことがある。本発明の補修方法では、ケイ酸アルカリ金属塩を含有するコンクリート補修材とカルシウム成分と亜硝酸塩とアルミニウム成分とを含有する補助材とを用いることにより、コンクリートと、ケイ酸アルカリ金属塩、カルシウムイオンを共存させることができ、ゲルが形成しやすい。
劣化部は、どのような劣化機構によって劣化したコンクリートでもよく経年劣化によるものだけでなく、施工の不具合による初期欠陥も含み、コンクリート構造物は新設であっても、既設であってもよい。
なお、本明細書において、「コンクリート」とは、モルタルも含むものであり、「コンクリート構造物」は、コンクリートのみならず、モルタルを一部含む構造物も含まれる。
以下、本発明のコンクリートの補修方法に係る第一の態様から第三の態様に共通するコンクリート補修材および補助材についてより詳しく説明する。それぞれの態様については、後述する<3.本発明のコンクリートの補修方法に係る第一の態様>、<4.本発明のコンクリートの補修方法に係る第二の態様>、<5.本発明のコンクリートの補修方法に係る第三の態様>にて詳細に説明する。
本発明の補修方法において使用されるコンクリート補修材は、ケイ酸アルカリ金属塩を含有する液状組成物である。コンクリート補修材は、コンクリートと反応し、C−S−H結合のゲルを形成することでコンクリート補修する役割を担う。
本発明のコンクリート補修材に、適宜添加される添加剤としては、含浸性を向上させるエタノール等の低級アルコールやドデシルトリメチルアンモニウムクロライド等の界面活性剤、ホウ素等の反応遅延剤、炭酸カリウム等の凍結抵抗剤、その他耐水性、耐酸性、耐摩耗性等の向上を目的に添加される機能付加剤、硝酸カルシウム等が例示される。
特に、コンクリート補修材と補助材を別々に施工しひび割れを含むコンクリートを補修する場合は、より補修効果を向上させるために、本発明のコンクリート補修材の粘度は、10mPa・s以下であることが好ましい。10mPa・sより大きい場合、コンクリートの表面や内部のひび割れに浸透しにくく、補修効果が低下する傾向にある。本発明のコンクリート補修材の粘度は、10mPa・s以下とすることで、より微細なひび割れ(例えば、0.2mm以下の微細なひび割れ)内部にまで浸透して閉塞できるので、より優れた補修効果を発揮できる。
本発明の補修方法において使用される補助材は、カルシウム成分と亜硝酸塩とアルミニウム成分とを含有し、上述のコンクリート補修材とコンクリートとの反応を促進する役割を担う液状組成物である。
本発明の補助材には、カルシウム成分と亜硝酸塩とアルミニウム成分とが完全に溶解している状態でもよいし、分散している状態で混合されていてもよいし、これらの成分を高濃度に含有させたスラリー状のものでもよいが、施工性の観点から、カルシウム成分と亜硝酸塩とアルミニウム成分とが溶解または分散した溶液として用いることが好ましい。溶媒としては一般的には水を主たる成分とする。
また、本発明の補助材の主成分は、カルシウム成分と亜硝酸塩とアルミニウム成分とであるが、本発明の目的を損なわない範囲で、さらに、適宜、分散剤やpH調整剤、粘度調整剤等を含有していてもよい。
本発明の補助材には、カルシウム成分が含有される。このカルシウム成分は、亜硝酸塩と同様に、一般的にはカルシウム成分を水溶液に溶解や分散させた状態で調整される。カルシウム成分としては、例えば、亜硝酸塩として亜硝酸カルシウムを用いたり、Ca(OH)2等の試薬を用いたり、セメント溶出物由来のカルシウム成分を用いることもできる。一般的に、コンクリート構造物に用いられる原料でカルシウム成分を含むものは、それを水に分散させても溶解性が低く、溶解しているカルシウムイオン濃度は高くならないことがある。このため、本発明の補助材に用いられるカルシウム溶液は、その溶解させるものの飽和カルシウム溶液として用いてもよいし、完全に溶解していない分散状態のカルシウム溶液(分散液)として用いても良い。また、分散状態の液をしばらく静置し、その上澄みを、カルシウム成分を含有する溶液として用いてもよい。
本発明の補助材には、亜硝酸塩が含有される。本発明の補助材に含有される亜硝酸塩とは、亜硝酸と、アルカリ金属やアルカリ土類金属等の軽金属との塩であり、具体的には、亜硝酸リチウム、亜硝酸カリウム、亜硝酸カルシウムが例示される。補助材中の亜硝酸塩の濃度は、コンクリート補修材の組成や、コンクリート中のカルシウム濃度、亜硝酸塩の組み合わせ等を考量して、コンクリート表面や内部で、本発明のコンクリート補修材と反応し所望のゲルを得ることができるように適宜調整される。ただし、濃度が低すぎる場合、十分に反応を促進しないことがあるため、本発明の補助材中の濃度として、好ましくは亜硝酸塩の濃度が0.5mmol/L(0.5×10-3mol/L)以上、より好ましくは1.0mmol/L以上である。亜硝酸塩の濃度の上限は特に定めはなく、飽和状態の溶液であってもよいが、0.2mol/L以下でよく、0.1mol/L以下でも十分に反応を促進できる。また、亜硝酸塩の種類や濃度によって反応に要する時間や、ゲルの構造、得られるゲルの緻密さ等の構成が変わる。
本発明の補助材には、アルミニウム成分が含有される。アルミニウム成分を含有することで、ゲルの生成速度を調整でき、より短時間でゲルを形成させることができる。さらに、体積が大きいゲルの形成が可能で、形成されたゲルは経時の収縮による劣化が起こりにくい。
また、本発明の補修方法では、コンクリート補修材と補助材は、施工前に混合して用いることができる。すなわち、ケイ酸アルカリ金属塩を含有するコンクリート補修材と、カルシウム成分と亜硝酸塩とアルミニウム成分とを含有する補助材とからなる2成分混合型の混合液(以下、「本発明の混合液」または単に「混合液」と称する場合がある。)として用いることができる。
本発明の混合液を用いることで、コンクリートとコンクリート補修材と補助材とがより効率的に反応できる。そのため、比較的大きなひび割れ部を含むコンクリートの補修に混合液を用いることで、補修効果をより向上させやすい。また、施工の工程が簡略化できる。
劣化部にコンクリート補修材と補助材とを注入することで、より効率的に劣化部にゲルを形成させやすい。また、劣化部がひび割れの場合、コンクリート補修材と補助材がひび割れ深部まで浸透しやすい。
また、劣化部でゲルが補修されるだけでなく、劣化部周辺のコンクリートも緻密化され、内部の劣化因子の拡散や外部からの劣化因子の侵入が抑制されるので、優れた補修効果が得られる。
コンクリート補修材と補助材の混合液をコンクリートのひび割れに注入した後、コンクリート補修材が硬化するまで養生することで、コンクリートを補修することができる。
本発明のコンクリートの補修方法に係る第二の態様は、劣化部にコンクリート補修材と補助材とを塗布する工程を含むコンクリートの補修方法である。
例えば、コンクリート補修材と補助材とをコンクリート上に塗布する工程の前に、塗布面がある程度平坦になるようにコンクリート表面の突起物や付着物を除去してもよい。
また、C−H−S結合のゲルの形成反応を促進するために、塗布後に、自然乾燥や加熱処理等の乾燥処理や散水処理を行なってもよい。
また、本発明のコンクリートの補修方法に係る第三の態様は、コンクリートの劣化部を含む部分をはつり取り形成させた凹部の内壁面上に、ケイ酸アルカリ金属塩を含有するコンクリート補修材と、カルシウム成分と亜硝酸塩とアルミニウム成分とを含有する補助材とを塗布する工程を含むコンクリートの補修方法である。
例えば、コンクリート補修材と補助材を塗布後、凹部にセメント組成物等を充填してもよい。コンクリート補修材と補助材を塗布した凹部にセメント組成物等を充填する場合、コンクリート補修材は、凹部の内壁のコンクリートとセメント組成物とを接着する接着剤としても機能できる。
セメント組成物としては、ポリマーセメントモルタルやポルトランドセメント、無収縮モルタル等を含む組成物を用いることができる。
<1>コンクリート補修材(1)および補助材(1)の調整
[コンクリート補修材(1)]
ケイ酸アルカリ金属塩を含有するコンクリート補修材(1)として、ケイ酸ナトリウム水溶液(和光純薬工業株式会社製)を用いた。
カルシウム成分として飽和水酸化カルシウム水溶液を用いた。亜硝酸塩として0.2mol/Lの亜硝酸カルシウム水溶液と0.2mol/Lの亜硝酸リチウム水溶液を用いた。アルミニウム成分として水酸化アルミニウムを用いた。また、pH調整剤として、水酸化ナトリウム水溶液を用いた。
まず、水酸化カルシウム水溶液264mlと亜硝酸カルシウム水溶液6mlと亜硝酸リチウム水溶液12mlと水酸化ナトリウム水溶液18mlを混合し、溶液Aを得た。
さらに、溶液Aに水酸化アルミニウム0.3gを溶解させ、補助材(1)を得た。
補助材(1)のpHは、12.82であった。
「けい酸塩系表面含浸工法の設計施工指針(案)」に記載のJSCE−K 572−2012「けい酸塩系表面含浸材の試験方法(案)」に準拠してひび割れ透水試験を実施した。
下記表1に示すOPCの配合にて、φ100mm×200mm円柱モルタルを作製した。28日間の水中養生を経た円柱モルタルを塩ビ管の中に入れ、その隙間にエポキシ樹脂を流し込むことで、コンクリートと塩ビ管の密着性を確保した。エポキシ樹脂が固化した後、コンクリートカッターで50mmの間隔で切断し、図3に示すように万能試験により割裂して0.2mm以下のひび割れを導入した供試体Aを得た。
温度20、湿度60%の条件下で、供試体の透水試験で加圧する側の反対の一面にのみ補助材(1)を刷毛で0.1g/cm2塗布し、1日乾燥した。
次に、補助材(1)を塗布した面と同じ面に、コンクリート補修材(1)を刷毛で0.05g/cm2塗布した。その後、1日1回の散水処理を3回行い、本発明の補修方法を施した供試体(1)を得た。
ひび割れ透水試験装置として、図4に示す、水を透過させるための圧力として水頭差1mのものを用いた。
コンクリート補強材を塗布した面の反対側が加圧面となるように、供試体(1)をひび割れ透水試験装置に取付けて、7日間ひび割れ透水試験を実施した。結果を図5に示す。
実施例1で作製した供試体Aを、補修を施さずにそのまま用いて、実施例1と同様に透水性試験を実施した。
実施例1の補助材(1)の代わりに、溶液A(水酸化アルミニウムを溶解させる前の液)を用いた以外は、実施例1と同様にして供試体(2)を作製し、透水性試験を実施した。結果を図5に示す。
Claims (8)
- 劣化部を含むコンクリートの補修方法であって、
前記劣化部にケイ酸アルカリ金属塩を含有するコンクリート補修材と、カルシウム成分と亜硝酸塩とアルミニウム成分とを含有する補助材とを注入する工程を含み、
前記補助材は、前記補助材を100重量%としたとき、アルミニウム成分を0.05重量%以上1重量%以下含有するコンクリートの補修方法。 - 劣化部を含むコンクリートの補修方法であって、
前記劣化部にケイ酸アルカリ金属塩を含有するコンクリート補修材と、カルシウム成分と亜硝酸塩とアルミニウム成分とを含有する補助材とを塗布する工程を含み、
前記補助材は、前記補助材を100重量%としたとき、アルミニウム成分を0.05重量%以上1重量%以下含有するコンクリートの補修方法。 - 劣化部を含むコンクリートの補修方法であって、
コンクリートの劣化部を含む部分をはつり取り形成させた凹部の内壁面上に、ケイ酸アルカリ金属塩を含有するコンクリート補修材と、カルシウム成分と亜硝酸塩とアルミニウム成分とを含有する補助材とを塗布する工程を含み、
前記補助材は、前記補助材を100重量%としたとき、アルミニウム成分を0.05重量%以上1重量%以下含有するコンクリートの補修方法。 - 前記劣化部がひび割れを含む劣化部である請求項1から3のいずれか1項に記載のコンクリートの補修方法。
- 前記コンクリート補修材と前記補助材とを施工前に混合して用いる請求項1から4のいずれか1項に記載のコンクリートの補修方法。
- 前記コンクリート補修材と前記補助材とを別々に施工して用いる請求項1から4のいずれか1項に記載のコンクリートの補修方法。
- 前記補助材が、pHが10以上である請求項1から6のいずれか1項に記載のコンクリートの補修方法。
- ケイ酸アルカリ金属塩を含有するコンクリート補修材と、
カルシウム成分と亜硝酸塩とアルミニウム成分とを含有する補助材とからなる2成分混合型の混合液であり、
前記補助材は、前記補助材を100重量%としたとき、アルミニウム成分を0.05重量%以上1重量%以下含有する混合液。
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