JP7482484B2 - 鉄筋コンクリート構造物被覆構造及び被覆用部材 - Google Patents
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Description
塩分の由来は、洗浄不十分な海砂の使用などにより当初から内在する場合と、海塩粒子の飛来や凍結防止材の散布により二次的に外部から浸入する場合があるが、いずれにせよ、鉄筋コンクリート構造物の塩害劣化を抑止する技術が強く望まれている。
上記事情を背景に、鉄筋コンクリートの塩害抑止技術として、層状複水酸化物の一種ハイドロカルマイトが備える塩化物イオン捕捉機能(塩化物イオン固定化機能とも称される。)に着目した一連の下記の発明が知られている。
例えば、特開平4-154648号公報(以後、特許文献1)は、ハイドロカルマイト(特に硝酸型ハイドロカルマイト、亜硝酸型ハイドロカルマイト、水酸基型ハイドロカルマイト)が、セメント材料防錆用の塩化物イオン捕捉剤として有効なることを開示している。
また、特許文献1の知見に基づき、特開2005-67903号公報(以後、特許文献2)は、外来塩化物イオンから鉄筋コンクリート構造物を保護するべく、構造物表面を、ハイドロカルマイト含有のセメントモルタルにて被覆する方法を開示している。
さらに、特開2012-176854号公報(以後、特許文献3)は、構造物表面より内部側に向かい塩化物イオンの浸透が既に始まっている既設鉄筋コンクリート構造物に、所定濃度のハイドロカルマイトを含有するセメントモルタルにて被覆する事後的塩害予防工法を開示している。
このため、上記特許文献2または3の工法を施しても、その効果を長期にわたり維持するためには、ハイドロカルマイトを含むセメントモルタルの被覆層を定期的にはつり、再び、ハイドロカルマイト含有のセメントモルタルにて塗工せねばならない問題があった。
そこで、本発明者らは、煩雑なはつり工事を必要としない鉄筋コンクリート構造物の被覆構造、同被覆構造を簡易な工法で形成できる被覆用部材の創出を課題として検討を重ねた。
<外層>
外層は、層状複水酸化物を含有する硬化体よりなる。硬化体には、硬化成分が無機材料の硬化体(以下、無機質硬化体と略称する)や、硬化成分が樹脂材料の硬化体(以下樹脂硬化体と略称する)が挙げられる。これらの詳細は後に述べる。
以下に述べる層状複水酸化物の性質により、本外層は塩化物イオン吸着機能を備える。
[M2+ 1-xM3+ x(OH)2]x+[An- x/n・yH2O]x-
ここで、
M2+:2価金属イオン
M3+:3価金属イオン
An-:n価の陰イオン
n:自然数
x:0.2~0.33の数値
y:自然数
である。
上式の層状複水酸化物は、正電荷をもつ[M2+ 1-xM3+ x(OH)2]x+部分の二次元基本層の間に、負電荷をもつ[An- x/n・yH2O] x-部分の中間層が挟まれた層状構造をとる。そして、中間層の陰イオンが占める残りの空間は層間水(yH2O)で満たされているため、陰イオンが交換しやすい構造となっている。
また、上記n価の陰イオンとしては、NO2 -,OH-,NO3 -,CO3 2-,SO4 2-を挙げることができる。これらの陰イオンのうち、特にNO2 -,OH-,NO3 -は塩化物イオンと容易にイオン交換する。よって、本発明の層状複水酸化物としては、陰イオンがNO2 -,OH-,NO3 -のいずれか(またはその混合体)であるものが好ましい。
とりわけ、ハイドロカルマイトはセメントに対し不活性であるため、前記硬化体がセメント硬化体の場合に好適に使用することができる。
例えば、亜硝酸型ハイドロカルマイトは、CaO-Al2O3系化合物と可溶性亜硝酸塩、又はCaO-Al2O3系化合物と可溶性亜硝酸塩及び消石灰とを、水溶媒中で混合・反応させて得ることができる。また、亜硝酸型ハイドロカルマイトは市販されているものを好適に使用できる。入手可能な亜硝酸型ハイドロカルマイトとして、例えば、日本化学工業株式会社製の「ソルカット」(ソルカットは日本化学工業株式会社の登録商標)を挙げることができる。
本発明に適する無機質硬化体の代表例は、セメントを硬化成分とするセメント硬化体であるが、この他、石膏、軽量コンクリートも使用できる。
セメント硬化体はセメントと層状複水酸化物を含む混合物を水硬化して得られる。
セメントとしては、セメント単独のほか、セメントの一部を、フライアッシュに代表されるポゾラン活性材や高炉スラグ微粉末などの潜在水硬材にて置き換えたものも好適に使用できる。
本発明に適する樹脂硬化体の代表例は、硬化性樹脂原料(プレポリマー)と層状複水酸化物を含む混合物を硬化した樹脂硬化体である。硬化には必要に応じ硬化剤が添加される。硬化性樹脂としてはエポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ウレタン樹脂が好適である。
この他、熱可塑性樹脂と層状複水酸化物の溶融混練物も樹脂硬化体として使用できる。熱可塑性樹脂としては、ポリ塩化ビニル樹脂、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリスチレン、ポリアミド等が挙げられるが、これらに限定されない。
<内層>
本発明被覆構造にて、内層は水性液体を長期間保持する役割を果たす。内層は、保水性柔軟材料に水性液体を含浸させた軟質保水体よりなる。ここで、保水性柔軟材料とは、毛管現象によりその材料中に水性液体を取り込むことができ、かつ柔軟性に富む材料をいう。
これらのうち、セルロース系(パルプ系)、レーヨン系の不織布は親水性不織布であり、内層形成用として好適に使用できる。
またポリアクリル酸ナトリウム系の不織布(ポリアクリル酸ナトリウム繊維や、ポリアクリル酸ナトリウム粒子を含ませた不織布を含む)は高吸水性であり、これらもまた内層形成用として好適に使用できる。
ポリプロピレン系、ポリエステル系の不織布においては、共重合変性、グラフト変性、混合ウェブ等の手法により、その親水性を高めた不織布を好適に使用できる。
また、非親水性繊維のウェブと高吸水性ポリマー繊維のウェブを交絡処理するか、非親水性繊維のウェブに高吸水性ポリマー粒子を含ませた、複合不織布も高吸水性不織布として好適に使用できる。
これらの不織布の製法は、ウェブ形成方式により乾式法、湿式法、スパンボンド法、メルトブローン法、エアレイド法の分類が有り、ウェブ結合方式により浸漬法、スプレー法、サーマルボンド法、ニードルパンチ法、水流交絡法の分類が有るが、本発明においては、それらの製法に依らず、いずれの不織布も好適に使用できる。
さらに本発明においては、内層としての機能を損なわない限り、異種不織布を多層化した積層不織布も使用できる。
保水性を高める観点から、これらの軟質発泡体についても、先に述べた不織布同様に、親水性を高めたものを好適に使用できる。
水溶性ポリマーは水と混和して粘性液状物又は水性ジェルとなる。「保水性柔軟材料」の微細構造中に粘性液状物又は水性ジェルの形で吸蔵された水分は内層中により長期間留まり、内層の保水効果が増す。その結果、イオンの通過層としての内層の機能をより長期間維持できる。
水溶性ポリマーとしては、ポリビニルアルコール、ポリアクリル酸ナトリウム、ポリエチレンオキサイド、ポリエチレングリコールなどを挙げることができる。
本内層は、構造物表面とは、固着はせずに密着するに止まるので、はつり作業無しに、外層とともに当該構造物表面より随時剥離することができる。
すなわち、本発明被覆用部材は、
鉄筋コンクリート構造物の表面に密着させる部材内層と、
上記部材内層に積層する部材外層を備え、
当該部材内層が保水性柔軟材料よりなり、
当該部材外層が層状複水酸化物含有の硬化体よりなる、被覆用部材である(図2)。
なお、本発明被覆用部材の構造物への取り付け工事に際しては、部材内層に向け散水するか、部材内層を水性液体にて十分に含浸させたのち施工する。部材内層は、保水性柔軟材料よりなるので、上記散水又は浸漬操作により、水性液体は容易に部材内層に吸水され、本発明被覆構造の形成に与る。
すなわち、
イ)塩化物イオンの吸着・固定化層としての外層と、塩化物イオンや亜硝酸イオンその他のイオンの通過層としての内層とが、一体化した被覆用部材であるため、鉄筋コンクリート構造表面への被覆施工が容易である。
ロ)内層は、鉄筋コンクリート構造物表面と固着しないので、経年により外層の塩化物イオンの吸着・固定化性能が衰えたときも、旧被覆用部材の取り外しと新品の部材との交換が容易である。適宜、被覆用部材を交換することにより、イオン交換反応を継続でき、鉄筋の腐食を防止できる。
本被覆用部材(及び本部材を用いる被覆工法)が特にその威力を発揮するのは、鉄筋コンクリート構造物表面より内部へ塩化物イオンの浸透が始まっている既設の鉄筋コンクリート構造物に適用する場合である。すなわち、層状複水酸化物含有のセメントモルタルにて直接に被覆する従来方法では、塩害抑止効果は構造物表面との間のイオン交換反応がその平衡状態に達するまでの一過性の期間にとどまるのに対し、本被覆用部材を用いる工法は、部材を適宜交換することで、塩害抑止効果を所望の期間に渡り維持できる優位性がある。
また、本被覆用部材の断面形状は一般には平面であるが、円柱状の鉄筋コンクリート構造物向けに曲面としてもよい。
[実施例]
<試験の概要>
以下に示す手順にて、試験を行った。なお、試験に用いた材料は下記のとおりである。
・セメント:ポルトランドセメント
・細骨材
・塩化ナトリウム
・亜硝酸型ハイドロカルマイト
・水酸基型ハイドロカルマイト
・不織布A:基体繊維がポリエステルの不織布(厚さ2mm)
・不織布B:基体繊維がパルプの親水性不織布(厚さ4mm)
・不織布C: 基体繊維がパルプ及びポリアクリル酸ナトリウムの高吸水性不織布(厚さ5mm)
・不織布D:基体繊維がポリアクリル酸ナトリウムの高吸水性不織布(厚さ4mm)
・ポリビニルアルコール
なお、上記不織布について、JIS L 1913:2010 (一般不織布試験方法 6.9.2保水率)に準拠して、保水率を測定したところ、以下の結果であった。
<不織布の保水率>
・不織布A: 730%
・不織布B: 860%
・不織布C:1,200%
・不織布D:1,900%
<コンクリート躯体の作成>
セメント500質量部、細骨材1,500質量部、塩化ナトリウム17質量部、水250質量部の割合にて配合したセメントスラリーを型枠に流し込み、固化、養生することにより、縦100mm、横100mm、高さ100mmの立方体形状のコンクリート躯体を多数作成した。
<試験体外層の調製>
セメント100質量部、亜硝酸型ハイドロカルマイト100質量部、細骨材100質量部、及び水240質量部を配合し、配合物を型枠に流し込み、水硬化、養生することにより、縦100mm、横100mm、厚さ10mmのセメント硬化体の平板を多数作成した。
以下の、実施例、比較例では、特記する場合を除き、これらの平板を外層とした。
<試験体内層の調製>
保水性柔軟材料として、縦100mm、横100mmに裁断した不織布Aを準備した。
次いで、上記不織布に水を含浸させ、その含浸不織布の端をピンセットでつまみ、数分間後に水滴のしたたりが止まるのを確認し、これを内層とした。
<試験体の作成>
水平に載置したコンクリート躯体の上表面に互いの周縁が沿うよう内層を重ね、さらに外層を重ね、次いで、コンクリート躯体、内層、及び外層が積層している周縁をアルミテープでシールし、試験体を作成した(図6)。
<イオン交換確認試験>
上記の試験体を、温度70℃/湿度90%の湿潤状態に3日間、次いで温度10℃/湿度55%の乾燥状態に4日間保つのを1サイクルとして、計4サイクルの乾湿試験を行った。
上記の乾湿試験を経た試験体を、コンクリート躯体、内層、外層に分離した。コンクリート躯体と両層は容易に剥離できた。
次いで、コンクリート躯体の上面(内層との密着面)より、深さ方向に10mm間隔で30mm深さまでイオン濃度測定用サンプルを採取し、深さごとの塩化物イオン濃度及び亜硝酸イオン濃度をイオン分析計にて測定した。さらに外層についても、塩化物イオン濃度を電量滴定法により測定した。なお、塩化物イオンと亜硝酸イオンの定量は、後藤らが提案した、迅速測定法(後藤年芳・近藤英彦・野島昭二:硬化コンクリート中の全塩化物イオン濃度迅速測定法の開発,コンクリート工学年次論文集,Vol.32,No.1,2010)に準じて、可溶性塩化物イオン及び亜硝酸イオンを試料から溶出し、イオン分析計を用いて測定した。結果を表1に示す。
実施例1において、内層に用いる不織布Aに代えて親水性不織布Bを用いた他は同様にして試験を行った。結果を表1に示す。
実施例1において、内層に用いる不織布Aに代えて高吸水性不織布Cを用いた他は同様にして試験を行った。結果を表1に示す。
実施例1において、内層に用いる不織布Aに代えて高吸水性不織布Dを用いた他は同様にして試験を行った。結果を表1に示す。
実施例1の内層の調製において、水に代えて、ポリビニルアルコールの5質量%水溶液を用いた他は同様にして試験を行った。結果を実施例1とともに表2に示す。
実施例2の内層の調製において、水に代えて、ポリビニルアルコールの5質量%水溶液を用いた他は同様にして試験を行った。結果を実施例2とともに表3に示す。
実施例3において、外層の調整に用いる亜硝酸型ハイドロカルマイトに代えて、水酸基型ハイドロカルマイトを使用した他は同様にして外層を調製した他は同様にして、乾湿試験を施し、コンクリート躯体の深さ方向の塩化物イオン濃度、及び外層中の塩化物イオン濃度を測定した。結果、実施例3と同程度に、コンクリート躯体中の塩化物イオン濃度の低下、及び外層への塩化物イオンの移行を確認した。
実施例3において、不織布Aに代わる保水性柔軟材料として、縦100mm、横100mm、厚さ3mmのメラミン樹脂発泡体を用いるほかは同様にして内層を調製し、同様の試験を行った。結果、実施例3と同程度に、コンクリート躯体中の塩化物イオン濃度の低下及びコンクリート躯体中への亜硝酸イオンの移行、並びに外層への塩化物イオンの移行を確認した。
外層の調製に際し、セメント、亜硝酸型ハイドロカルマイト、及び水の配合物を型枠に流し込み、その硬化途中の配合物水平面上に不織布Bを載置し、硬化・養生を継続することにより、不織布の断面垂直方向に部分的にセメント成分が浸透・硬化してなる、外層と内層とが一体化した被覆用部材を作成した。
かくして得られた部材の内層側を水に浸漬させたのち、コンクリート躯体に重ね合わせ、実施例2と同様の乾湿試験に供した。結果、実施例2と同程度に、塩化物イオンと亜硝酸イオンの交換が生じていることを確認した。
実施例2において、外層に用いたセメント硬化体の平板の水平表面に約1mm厚のセメントペースト(セメント糊)を塗装し、その硬化前に不織布Bをあてがい、硬化させることにより、外層と内層とが一体化した被覆用部材を作成した。
かくして得られた部材の内層側を水に浸漬させたのち、コンクリート躯体に重ね合わせ、実施例2と同様の乾湿試験に供した。結果、実施例2と同程度に、塩化物イオンと亜硝酸イオンの交換が生じていることを確認した。
エポキシプレポリマーとハイドロカルマイトを混合し、次いで硬化剤を加え混合する。その後、速やかにその混合物を水平に載置した縦100mm、横100mmの型枠に深さ10mmまで流し込み硬化させる。なお、その硬化途中で、不織布Bを硬化途中の配合物水平面上に不織布Bを載置し、硬化を継続させることにより、エポキシ樹脂硬化体の外層と不織布の内層とが一体化した被覆用部材を作成する。
かくして得られる部材の内層側を水に浸漬させたのち、コンクリート躯体に重ね合わせ、実施例2と同様の乾湿試験に供する。内層を介し、塩化物イオンと亜硝酸イオンの交換が生ずる。
イ)塩化物イオンを含有するコンクリート躯体表面に、不織布に水を含浸させた内層を形成し、その内層に重ねて、層状複水酸化物含有の硬化体よりなる外層を積層すると、内層を介して、コンクリート躯体内部の塩化物イオンと層状水酸化物に含まれる陰イオン(亜硝酸イオン、水酸化物イオン)との間で、イオン交換が進む。
ロ)内層を形成する不織布を、親水性不織布又は高吸水性不織布とすると、イ)のイオン交換の度合いが増す傾向にある。そのイオン交換の度合いは不織布自身の保水率と相関している。
ハ)同一の不織布において、内層に含ませる水を、水溶性ポリマーの水溶液にすると、イ)のイオン交換の度合いが増す。
ニ)イ)~ハ)において、乾湿試験後の外層中の塩化物イオン濃度の量の増加に対応して、コンクリート躯体表面近傍の塩化物イオン濃度が減少し、同時に亜硝酸イオン濃度が増加している。
2 外層
3 内層
4 鉄筋コンクリート構造物被覆用部材、被覆用部材
41 部材外層
42 部材内層
43 防水性塗膜層、撥水性塗膜層
5 固定具
51 ボルト
52 インサート
53 ナット
54 座金
55 ゴムパッキン
6 緩衝体、補強体
7 シール材
10 試験体
11 コンクリート躯体
12 試験体外層、外層
13 試験体内層、内層
Claims (6)
- ビス又はねじにより、鉄筋コンクリート構造物に固定される鉄筋コンクリート構造物被覆用部材であって、
前記鉄筋コンクリート構造物被覆用部材は、
鉄筋コンクリート構造物の表面に密着させる部材内層と、前記部材内層に積層する部材外層を備え、
前記部材内層は、
i)JIS L 1913:2010(一般不織布試験方法 6.9.2保水率)により測定の保水率が730%以上の不織布、
又は、
ii)セルロース系(パルプ系)、レーヨン系、又はポリアクリル酸系の、不織布よりなり、
前記部材外層はハイドロカルマイトを含有するセメント硬化体よりなる、鉄筋コンクリート構造物被覆用部材。 - 前記部材外層の外気側に、さらに、防水性又は撥水性の塗膜層を積層させた、請求項1に記載の鉄筋コンクリート構造物被覆用部材。
- 前記ハイドロカルマイトは亜硝酸型ハイドロカルマイトである、請求項1~2のいずれか一項に記載の鉄筋コンクリート構造物被覆用部材。
- 前記部材内層を水又は水溶性ポリマーの水溶液にて含浸させた請求項1~3のいずれか一項に記載の鉄筋コンクリート構造物被覆用部材にて、前記部材内層が前記鉄筋コンクリート構造物表面に密着する態様にて前記鉄筋コンクリート構造物の表面を被覆し、該鉄筋コンクリート構造物被覆用部材をビス又はねじにより、該鉄筋コンクリート構造物に固定する、鉄筋コンクリート構造物の塩害抑止工法。
- 鉄筋コンクリート構造物の表面に被覆された請求項1~3のいずれか一項に記載の鉄筋コンクリート構造物被覆用部材を、経年後前記鉄筋コンクリート構造物より取り外し、新品の前記鉄筋コンクリート構造物被覆用部材にて交換する、鉄筋コンクリート構造物の耐塩性維持工法。
- 鉄筋コンクリート構造物であって、前記鉄筋コンクリート構造物は、鉄筋コンクリート構造物被覆用部材にて表面が被覆されており、かつ、前記鉄筋コンクリート構造物被覆用部材は、ビス又はねじにより、鉄筋コンクリート構造物に固定されており、
前記鉄筋コンクリート構造物被覆用部材は、前記鉄筋コンクリート構造物の表面に積層する部材内層と、前記部材内層に積層する部材外層とを備え、
前記部材内層は、水又は水溶性ポリマーの水溶液が含浸している、
i)JIS L 1913:2010(一般不織布試験方法 6.9.2保水率)により測定の保水率が730%以上の不織布、
又は、
ii)セルロース系(パルプ系)、レーヨン系、又はポリアクリル酸系の、不織布よりなり、
前記部材外層はハイドロカルマイトを含有するセメント硬化体よりなっている、鉄筋コンクリート構造物。
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