JPH02208250A - 劣化コンクリートの補修材および補修方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、アルカリ骨材反応によって劣化したコンクリ
ートの補修材及び補修方法に関するものである。

［従来技術及び発明が解決しようとする課題］一般に、
アルカリ骨材反応とは、コンクリートの配合物中に存在
するナトリウムイオンやカリウムイオン等のアルカリ金
属イオンが、骨材中のオパール、クリスＩ・パライト、
トリジマイト、火山ガラス、玉髄、潜品質石英、結晶格
子の歪んだ石英等の反応性鉱物と反応し、この結果、コ
ンクリートを膨張劣化に至らしめるものである。そして
この様なアルカリ骨材反応が生じると、構築された構造
体はクラックが生じて早期に劣化してしまうという問題
がある。そこで近時、特開昭６３−１１７９３９号公報
、特開昭６３−１１７９４０号公報、特開昭６３−１１
．７９４．２号公報に示す如く抑止材を用いてアルカリ
骨材反応を抑止する手法が知られているが、これらのも
のはコンクリートやモルタル中に予め抑止材を混ぜてお
く必要があり、−旦アルカリ骨材反応が生じたものにつ
いてこれを抑止補修することができないものである。

［課題を解決する手段］ 本発明は、上記の如き実情に鑑み、これらの欠点を一掃
することができる劣化コンクリートの補修材および補修
方法を提供することを目的として創案されたものであっ
て、補修材としては、アルカリ骨材反応によって生じた
コンクリートのクラック等の劣化部に注入若しくはコン
クリ−１・表面に被覆する補修材であって、該補修材は
、コンクリート配合物中に含有する十１−リウムイオン
、カリウムイオン等のアルカリ金属イオンを吸着する耐
アルカリ性のあるイオン吸着材を成分として含有するこ
とを特徴とするものである。

また、補修方法としては、コンクリート配合物中に含有
するナトリウムイオン、カリウムイオン等のアルカリ金
属イオンを吸着する耐アルカリ性のあるイオン吸着材と
無機質のバインダーとを混練水に混練して補修材を形成
し、該補修材をアルカリ骨材反応によって生したコンク
リートのクラック等の劣化部に注入若しくはコンクリ−
Ｉ・表面に被覆して硬化させることを特徴とするもので
ある。

本発明のイオン吸着材としては、コンクリ−１〜本来の
性質を考慮すると、無機質であることが好ましいが、特
に合成（人工）および／または天然のゼオライトが好適
である。これは、ゼオライｈには数多くの種類があるが
、セメントに対して安一 定なものを選択でき、加えてゼオライトは水の有無によ
る体積変化も殆どなく、従ってクラック等の劣化部に注
入しても何ら化学的な問題を生ずることがないからであ
る。

そしてこれらのゼオライトは、大きく合成（人工）ゼオ
ライトと天然ゼオライトとに区別されるが１本発明は何
れのものを単独でも併用しても用いることができ、例え
ば、耐アルカリ性がある合成ゼオライトとしては、ゼオ
ライトＡ、ゼオライトＸ、ゼオライトＹ等のゼオライト
がある。また耐アルカリ性がある天然ゼオライトとして
は、シャプチロル沸石、モルデン沸石等のゼオライトが
ある。

合成ゼオライトについては、化学的合成手段により生成
されるため、生成段階で含有する金属イオンは、合成過
程で特異的に用いられた金属イオンであり、従ってこれ
がアルカリ土類金属イオンであればそのまま本発明のイ
オン吸着材として用いることができるが、ナトリウムイ
オンやカリウムイオン等のアルカリ金属イオンである場
合には、アルカリ土類金属イオンにイオン交換処理をし
て、アルカリ金属イオンの吸着能を付与させておくこと
が必要である。

一方、天然ゼオライトについては、当初からカルシウム
イオン等のアルカリ土類金属イオンを含み、アルカリ金
属イオンの吸着に応じてこわらのアルカリ土類金属イオ
ンを脱着するものが好ましい。従ってこの様なものでは
、採掘したままのものを本発明のイオン吸着材として使
用することができるが、さらにアルカリ骨材反応による
劣化抑制効果をあげるため、天然ゼオライト中に含まれ
るナトリウムイオン、カリウムイオン等のアルカリ金属
イオンを、適宜の陽イオン交換処理をして、アルカリ金
属イオンの一部または全部をカルシウムイオン等のアル
カリ土類金属イオンにイオン交換しておくことがさらに
好ましい。

さらにこれらゼオライトの粒度については、イオン吸着
能についてのみでなく、注入性能にも大きく影響するこ
とになる。つまり粒度が小さいほどゼオライトの表面積
が増大し、イオン吸着能が向上するが、反面、注入可能
な流動性を得るため必要となる混練水の量が多くなった
り、粒度管理が難しくなるという問題が生ずる。これら
のことを考慮すると、ゼオライトの整径としては−１〜
１５μｍ程度が好ましく、そして１０μｍ以下のものを
８０重量％以十含むものであることがさらに好ましい。

さらに本発明を実施するにあたり、イオン吸着制自体は
、硬化性も無く、また流動性も確保することが困難であ
るため、適宜のバインダーと共に用いることが必要であ
る。

この場合に、バインダーとして有機系樹脂を用いると、
イオン吸着材の表面を樹脂コーティングすることになる
ため、イオン吸着が不能となる。

またセメントを用いると、バインダーとして用いたセメ
ント中のアルカリ金属イオンを先行して吸着してしまう
ため、イオン吸着能が低下する。そこでこの様な欠点の
ないバインダーとして、高炉スラグを用いることが好ま
しい。高炉スラグは、無機質であって潜在水硬性を有し
、その硬化体には、無数の細孔があるため、水やイオン
の移動が有機物に比べて遥かに自由に行われる詐りでな
く、長期的には組織が緻密化して外部からの有害物質の
浸入を防止するという利点がある。しかも高炉スラグは
、アルカリ金属イオンを吸着する性質を有しており、ゼ
オライトと共働してアルカリ金属イオンの吸着作用を呈
することとなる。

そして高炉スラブに対するゼオライトの配合割合として
は、高炉スラグ１．　Ｏ０重量部に対してゼオライ１〜
を２０〜１００重量部の割合で配合することが好ましい
。

さらに本発明の補修材について、イオン吸着材としての
ゼオライトとバインダーとしての高炉スラブとを主成分
とした場合、注入可能な混練水の量としては、補修材の
主成分１００重量部に対して５０〜１００重量部程度が
好ましい。混練水の量が少ないほど、外部からの有害物
質の浸入も少なく、コンクリートとの一体化が向上する
。そこで補修材主成分１００重量部に対して、１〜２重
量部のナフタレンスルホン酸またはその塩、ホルマリン
縮金物やその誘導体、メラミン樹脂スルホン酸またはそ
の塩の内の少なくとも一種類を添加すると、混練水の量
を３０〜８０重量部にまで低減させることができ、より
優れた補修効果が期待できる。因みに高炉スラグの粒度
についても、前述したゼオライトの粒度に管理すること
が好ましい。

さらに本発明において、補修材には、カルシウムアルミ
ネート系またはカルシウムサルホアルミネート系の膨張
材の内の少なくとも一種類を、主成分１００重量部に対
して３〜５重量部添加することが好ましく、これによっ
て補修材の収縮が抑制され、コンクリート表面との接着
力が向上することになる。

［作用効果］ 本発明は、アルカリ骨材反応を起こすナトリウムイオン
、カリウムイオン等のアルカリ金属イオンを、補修材成
分であるイオン吸着物質が吸着して、アルカリ骨材反応
の系からアルカリ金属イオンを積極的に除去することに
なる。この結果、既一 にアルカリ金属イオンの存在によって生じているコンク
リートの膨張劣化が、補修材を劣化部に注入したりコン
クリート表面に塗布する等の処理によって確実に抑制で
きることになる。

次に、本発明の実施例について説明する。

［実施例１］ ナトリウム型（Ｎａ型）合成ゼオライトＹに含まれるナ
トリウムイオンを陽イオン交換法に従うてカルシウムイ
オンに交換して試料１を得た。この試料１はカルシウム
型（Ｃａ型）ゼオライトＹであるが、これがナトリウム
イオン、カリウムイオンに対してどれだけイオン吸着能
があるかについてまず検討をした。これには、試料］、
の５グラム（ｇ）を０．１．０．５の各規定（Ｎ）の塩
化ナトリウム水溶液、塩化カリウム水溶液、さらには０
．２５規定（Ｎ）の塩化ナトリウム水溶液と０゜２５規
定（Ｎ）の塩化カリウム水溶液の等量混合液ＩＱ中にそ
れぞれ２４時間浸漬した後、イオン吸着物質を回収し、
水分を除いた成分比率を酸化物に換算して重量百分率（
％）で算出した。その結果を表−１に示す。

表−１ これによると、試料１には、保有しているカルシウムイ
オンの一部を脱着し、溶液中のナトリウムイオン、カリ
ウムイオンを吸着する能力を有することが明らかである
。

次に、この試料１がどれだけアルカリ骨材反応によるコ
ンクリートの膨張抑制に効果があるかの検討をした。コ
ンクリ−Ｉ・供試体の配合は、反応性骨材を使用し、普
通ポルトランドセメンｌ−３００ｋｇ　／　ｒｎ’、水
セメント比５５％であり、アルカリ量はセメント重量に
対しＮａ２Ｏ換算で２．０％、並びに２．５％となるよ
う水酸化ナトリウムで調整した。供試体の形状は１０１
０Ｘ１０Ｘ４０の直方体であり、このものに直径２印の
貫通孔を７個穿設した。そして脱型後、供試体を温度３
８℃、湿度１００％Ｒ，Ｈ，の雰囲気下で２８日間養生
してアルカリ骨材反応を促進させた後、前記試料１を高
炉スラグ１００重量部に対して５０，１００重量部をそ
れぞれ配合し、このものに７０重量部の水を添加して充
分に混練したペースＩ・を、前記供試体に穿設した孔の
全てに注入した。そして注入後、再び供試体を前記温度
３８℃、湿度１００％Ｒ、Ｈ，の雰囲気下で養生してア
ルカリ骨材反応を促進させた。そして１〜６箇月後の供
試体の膨張率（％）を測定し、その結果を表−２に示す
。表２には、無孔の供試体、試料１を含まない高炉スラ
ブのみからなるペーストを注入した供試体についても同
様にしてアルカリ骨材反応の促進試験を行い、これらの
膨張率についても比較のため示した。

表−２ 人材（本発明の補修材）を採取して、ナＩ・リウムおよ
びカリウムについてＸ線マイクロアナライザーを用いて
分析し、その結果を表−３に示す。

表−３ これによると、本発明を実施したものは、無孔のもの、
試料１を混入しないものに比して膨張率が明らかに小さ
くなっており、如何に本発明がアルカリ骨材反応に対し
、これを抑制する効果に優れているかが判明する。そし
て試料１の配合割合が高いほどその効果が顕著であるこ
とが確かめられている。

さらに前記６箇月を経過した供試体について注この結果
から、ゼオライＩ・を配合したものは、アルカリ金属イ
オンを吸着し、そしてこれを濃縮しているが、さらに注
目すべきごとに、ゼオライトを配合しない高炉スラブの
みでもアルカリ金属イオンを吸着していることが判明し
た。

［実施例２］ 次に天然ゼオライトであるシャプチロル沸石を細かく粉
砕し、７５ＩＩｍの篩目を通過したものを試料２として
得た。この試料２を陽イオン交換法によって、自然状態
で含有するナトリウムイオン、カリウムイオンをカルシ
ウムイオンに交換して試料３を得た。

これらの試料２．３のゼオライトについて、前記実施例
］と同様のイオン吸着性試験を行い、その結果について
、表−４に示す。

表−４ リウムイオン、カリウムイオンが吸着されていることが
認められたが、その吸着能は、陽イオン交換処理をした
試料３の方が大きかった。

そこで、実施例１の要領に従って、アルカリ量を２．０
％に調整したコンクリート供試体を作製し、高炉スラグ
１００重量部に対して試料２．３をそれぞれ１００重量
部配合したペーストを注入した。その後、実施例と全く
同様の養生を行い、供試体の膨張率を測定し、その結果
を表−５に示す。

表−５ これによると、何れの試料も、水溶液中のす１へこれに
よると、天然ゼオライ１へである試料２．３の何れにつ
いてもアルカリ骨材反応による膨脹を抑制する効果があ
ることが認められ、そしてこ＝１５ の場合、先の実験でアルカリ金属イオンに対するイオン
吸着能が高いと評価された試料３のものの方がその抑制
効果が優れているといえる。従って本発明を実施するに
あたり、アルカリ金属イオンに対するイオン吸着能が高
いものほど有効であることが示唆される。

［実施例３］ 反応性骨材を用い、アルカリ量がセメント重量に対して
２．５％となるように調整した１０×１０×４０叩のコ
ンクリート供試体を作製し、これを屋外に暴露した。材
令１２箇月後に、高炉スラブ１．　Ｏ０重量部に対し、
実施例１で用いたゼオライＩ・３０重量部を配合した試
料４、同じくゼオライト６０重量部を配合した試料５を
膜厚２ｍｍとなるよう全面塗布し、さらに１２箇月間の
屋外暴露試験を継続し、供試体の膨張率を測定した。そ
の結果を表−６に示す。

［以下余白］ 表−に の結果から、イオン吸着物質であるゼオライトを配合し
たものを塗布したものについても、アルカリ骨材反応に
よる膨脹が抑制され、その効果は、ゼオライトの配合割
合が高いものほど顕著である。このことからも本発明が
、表面に塗布する程度の処理による補修であっても、コ
ンクリートの劣化の進行を抑制するのに有効なものであ
る。

特許出願人　財団法人鉄道総合技術研究所仝　　　三菱
鉱業セメント株式会社

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）アルカリ骨材反応によつて生じたコンクリートのク
   ラック等の劣化部に注入若しくはコンクリート表面に被
   覆する補修材であつて、該補修材は、コンクリート配合
   物中に含有するナトリウムイオン、カリウムイオン等の
   アルカリ金属イオンを吸着する耐アルカリ性のあるイオ
   ン吸着材を成分として含有することを特徴とする劣化コ
   ンクリートの補修材。 ２）第１請求項記載のイオン吸着材は、耐アルカリ性の
   ある人工および／または天然のゼオライトであることを
   特徴とする劣化コンクリートの補修材。 ３）第１請求項の補修材には、さらに無機質のバインダ
   ーが成分として含有されていることを特徴とする劣化コ
   ンクリートの補修材。 ４）コンクリート配合物中に含有するナトリウムイオン
   、カリウムイオン等のアルカリ金属イオンを吸着する耐
   アルカリ性のあるイオン吸着材と無機質のバインダーと
   を混練水に混練して補修材を形成し、該補修材をアルカ
   リ骨材反応によつて生じたコンクリートのクラック等の
   劣化部に注入若しくはコンクリート表面に被覆して硬化
   させることを特徴とする劣化コンクリートの補修方法。 ５）第３または第４請求項のバインダーは高炉スラグを
   主成分とするものであることを特徴とする劣化コンクリ
   ートの補修材または補修方法。