JPH0492844A - コンクリートの補修用セメント混和材及びコンクリートの補修用セメント組成物並びにこれらを用いる補修方法 - 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、主として、土木・建築分野において、補修用
材料として使用される、セメント混和材及びセメント組
成物並びにそれを用いる補修工法に関する。

なお、本発明におけるコンクリートとは、モルタルやコ
ンクリートを総称するものである。

〔従来の技術及びその課題〕

１９６０年代に始まる日本経済の高度成長期から現在に
いたるまで、コンクリート構造物がさかんに建設されて
いる。

しかしながら、最近、半永久的に耐久性があると考えら
れてきたコンクリート構造物の早期劣化が社会問題化し
てきている。

例えば、１９８１年頃の東北・北陸地方の塩害問題、１
９８２年頃の関西地方を中心とするアルカリ骨材反応の
問題などがあった。

現在では、このようなコンクリート構造物の劣化要因と
して、主として、次のことが指摘されている。

■コンクリートのかぶり不足 ■施工不良 ■除塩不足の海砂の使用 ■塩分や雨水などの腐食成分の外界的浸入■炭酸ガスな
どによるコンクリートの中性化■鉄筋腐食の生じる錆に
よる体積膨張 ■アルカリ骨材反応 ■凍害 そして、現在問題となっているアルカリ骨材反応とは、
骨材そのものがコンクリート中のアルカリ成分と反応す
るものでその際、体積が膨張して、コンクリートを崩壊
させる現象である。

この反応を起こす有害な骨材としては、クリストバライ
ト、トリジマイト、オパール、火山グラス、玉量、潜品
質石英等の反応性鉱物を多く含む安山岩、凝灰岩、チャ
ート、砂炭、粘板岩等が挙げられる。

我が国においては、従来、「日本にはアルカリ骨材反応
は存在しない。」といわれてきたが、最近、良質骨材の
枯渇、セメントなどからのアルカリ量の増加、施工法の
変化などに端を発し、関西地方を中心としたコンクリー
ト構造物のアルカリ骨材反応を原因とするクランクの発
生や早期劣化が表面化するにいたり、大きくクローズア
ップされている。

前記課題に関し、従来より、抑止材の使用が提案されて
いるが、有効な対策までにいたっていないのが現状であ
る。

本発明者らは、前記の実情に鑑み、アルカリ骨材反応の
発生を極力防止することや、補修工事の性格上、工期の
短縮をはかることなどを含め、種々検討を重ねた結果、
特定の組成物のセメントを使用することにより、前記課
題を解決できる知見を得て本発明を完成するに至った。

〔課題を解決するための手段〕

即ち、本発明は、ポルトランド系セメントとアルカリ金
属イオン吸着材とを主成分とするコンクリートの補修用
水硬性組成物であり、アルカリ金属イオン吸着材とセメ
ント急硬材及び／又はセメント膨張材を主成分とするコ
ンクリートの補修用セメント混和材であり、さらに、ポ
ルトランド系セメントと該セメント混和材を主成分とす
るコンクリートの補修用セメント組成物であり、更にこ
れらのセメント組成物を用いるコンクリートの補修工法
に関するものである。

以下、本発明の詳細な説明する。

本発明に係るポルトランド系セメントとは、補修材とし
て施工後、コンクリート躯体と一体化し、強度を負担す
るもので、旧躯体と連続層を長期的に形成すると共に、
旧躯体からのアルカリの、補修材側への拡散を助ける重
要な働きを併せ持つものである。

ポルトランド系セメントとしては、普通・早強・超早強
・中庸熱・耐硫酸塩等の各種ポルトランドセメント、こ
れらポルトランドセメントに高炉スラグ、フライアッシ
ュ又はシリカを混合した各種混合セメント等が挙げられ
る。

本発明では、ポルトランド系セメントに、アルカリ金属
イオン吸着材のほかにさらに、セメント急硬材及び／又
はセメント膨張材を併用することは、コンクリート躯体
の寸法安定性の面か、ら好ましい。

ここで、セメント急硬材とは、ポルトランドセメントに
混和して、急硬性を与えるもののうち、特に、カルシウ
ムアルミネート類を主成分とするものである。

カルシウムアルミネート類（ＣＡ類）とは、通常、電気
炉もしくはロータリーキルン等により高温で生産される
ものであり、結晶質、非晶質を問わず使用可能であり、
これらの生成過程での他の成分や不純物の存在も特に限
定されるものではない。

結晶質のカルシウムアルミネート類としては、Ｃａｎを
Ｃ１＾１２０．をＡとすると、ＣＡ、Ｃ，＾３、Ｃ１２
人、及びＣ５Ａ等と示されるもの、また、ＦｅｚＬをＦ
、ＳＯ３をＫ及びハロゲンをＸとすると、ＣやＡ以外の
他の成分が結晶中に存在する、Ｃ１＾。

ＣａＸ、、Ｃ５＾３ＣａＬ、Ｃ４＾Ｆ及びＣ４＾、Ｓ等
と示されるものが挙げられる。

非晶質の代表的カルシウムアルミネート類としては、組
成的に結晶質と同一のものが挙げられるが、急冷により
非晶質化したものであり、Ｘ線的にはそのままでは特定
できない。

反応性の面からは、結晶質より非晶質が好ましく、また
、組成の面からは、カルシウムアルミネート中のＣａｎ
の含有量が３０〜６０重量％のものが好ましく、３８〜
５２重量％のものがより好ましい。本発明では、以上の
ようなＣＡ類の一種又は二種以上が使用可能である。

これらＣＡ類に無機硫酸塩を併用してセメント急硬材と
することも可能である。

ここで、無機硫酸塩とは、アルカリ金属又はアルカリ土
類金属の硫酸塩のことを意味し、例えば、無水、半水並
びに二人の硫酸カルシウムが好ましいものとして挙げら
れ、その中でも■型無水セッコウのような、難溶性又は
不溶性のものがより好ましいものとして挙げられる。

無機硫酸塩の使用量は、ＣＡ類１００重量部に対して、
５０〜３００重量部が好ましく、１００〜２００重量部
が特に好ましい。５０重量部未満では、強度発現が十分
でなく、３００重量部を越えると、水硬性組成物の硬化
体の寸法安定性が悪くなる恐れがある。

セメント急硬材の使用量は、ポルトランド系セメント１
００重量部に対して、５〜５０重量部好ましくは１０〜
４０重量部、さらに好ましくは、１５〜３５重量部であ
る。５重量部未満では急硬性が不十分であり、５０重量
部を越えると長期耐久性に問題を生じる可能性がある。

本発明において、セメント急硬材を使用する場合、凝結
遅延剤を併用することが好ましい。

ここで、凝結遅延剤とは、セメントの水和反応を調節し
て、モルタルやコンクリートの！＃結時間や初期水和速
度を遅延させる混和剤である。

具体的には、クエン酸、酒石酸、グルコン酸、コハク酸
及びマレイン酸等の有機酸又はそれらの塩類、炭酸アル
カリ、リン酸類又はそれらの塩類、ホウ酸、ホウ酸アル
カリ、ケイフッ化物、でん粉、糖及びアルコール類等や
それらの混和物が挙げられ、中でも有機酸の使用が好ま
しい。

凝結遅延剤の使用量は、ポルトランド系セメントとセメ
ント急硬材の合計１００重量部に対して、０．１〜３０
重量部程度が好ましい。この範囲外では適当なオープン
タイム（作業時間）を得ることができにくい。

本発明に係るセメント膨張材とは、ポルトランド系セメ
ントに混和して膨張性を与えるもので、成分的には、ア
ライン鉱物系、酸化カルシウム系、仮焼ミョンウバン系
、マグネジγ系、結晶質や非晶質のあるいは両者の混合
物であるカルシウムアルミネート−ＣａＳＯ４系及びＣ
ａ５Ｏ。

系等のように、反応により膨張性水和物であるエトリン
ガイトやＣａ　（Ｈ）　２を生成するものであり、また
、鉄粉などのように水酸化物を生成するものも含まれる
。このうち、膨張材として通常使用されている、アライ
ン鉱物系や酸化カルシウム系のものを使用するのが、そ
の安定性の面から好ましく、各々、電気化学工業■製部
品名「デンカ［１，ＳへＪや小野田セメント■製部品名
「オノダエクスパン」などとして市販されているものが
使用可能である。

セメント膨張材の使用量は、ポルトランド系セメント１
００重量部に対して、５〜２０重量部、好ましくは７〜
１８重量部、さらに好ましくは９〜１５重量部である。

５重量部未満では寸法安定化の効果が不十分であり、２
０重量部を越えると異常膨張を生じる可能性がある。

さらに、セメント急硬材とセメント膨張材を併用する場
合は、使用方法はその使用する材料及び両者の相性に強
く作用されるが、通常ポルトランド系セメント１００重
量部に対し、セメント急硬材とセメント膨張材の合計量
として５〜２５重量部、好ましくは７〜２０重量部であ
る。５重量部未満では寸法安定化の効果が不十分であり
、２５重量部を越えると、異常膨張を生じる可能性があ
る。

ポルトランド系セメントと併用してセメント急硬材及び
／又はセメント膨張材を使用する場合は特に多量使用時
異常膨張等のマイナス要因が出ないよう材料選定を行う
必要がある。

本発明で用いるアルカリ金属イオン吸着材としては、フ
ラースアース、酸処理白土、骨炭、活性炭、多孔性アル
ミナ、ゼオライト、イオン交換樹脂などのイオン交換物
質、ベントナイト、及びフミンサンド等が挙げられる。

水和反応するとアルカリ性を示すコンクリート本来の性
質を考慮すると、アルカリ金属イオン吸着材は無機質で
あることが好ましく、特に、アルカリ性に対し安定であ
り、かつ、水と接触したときに、体積膨張を示さない、
ゼオライトが最も好ましい。

ゼオライトとしては、合成又は天然のゼオライトがある
。

合成ゼオライトとしては、ゼオライトＡやゼオライトＸ
などが挙げられ、天然ゼオライトとしてはモルデン沸石
、斜ブチロール沸石などが挙げられる。

本発明においては、コンクリート中のす）　ＩＪウムや
カリウムなどのアルカリ金属イオンを吸着させることが
必要であるため、ゼオライト中のアルカリ金属イオンを
、イオン交換処理などによりアルカリ土類金属イオンに
置換して使用することが好ましい。

アルカリ金属イオン吸着材の粒度は、１〜１０μｍが好
ましい。１μｍ未満では混練水の量が多くなり、強度な
どの物性に悪影響を及ぼす恐れがあり、１０μｍを越え
ると、表面積が減少し、アルカリ骨材反応の抑制効果が
不十分になる恐れがある。

アルカリ金属イオン吸着材の使用量は、ポルトランド系
セメント１００重量部に対して、５〜１００重量部が好
ましい。１０〜５０重量部がより好ましく、１５〜４０
重量部が最も好ましい。５重量部未満ではアルカリ骨材
反応の抑制効果が十分でなく、１００重量部を越えると
混練水量が多くなり、長期安定性に問題を生じる可能性
がある。

さらに、本発明においては、けい砂、天然砂及び砂利等
の骨材、ガラス繊維、カーボン繊維及び鋼繊維等の繊維
質物質、高分子ポリマーエマルジョンやラテックス、Ａ
Ｅ剤、減水剤、ＡＥ減水剤、流動化剤、防錆剤、メチル
セルロースなどの水中不分離性混和剤、増粘剤、保水剤
、けい酸ソーダなどの防水剤、発泡剤、起泡剤、防凍剤
及び水酸化カルシウムなどのアルカリ性物質等のうちの
一種又は二種以上を、本発明の目的を実質的に阻害しな
い限り併用することが可能である。

本発明の各組成物は、補修用水硬性組成物及び補修用セ
メント組成物の場合は組成物単独又は、骨材との併用で
、補修用セメント混和材の場合は、ポルトランド系セメ
ントとの併用又はポルトランド系セメントと骨材との併
用で水を添加して実用に供する。

本発明では、アルカリ骨材反応により劣化した又は劣化
するおそれのある構造物の補修のために本発明の組成物
を用いて下記工法により劣化部等の補修を実施する。

（１）　　クランク部への補修用水硬性組成物等の低圧
注入法 アルカリ骨材反応により劣化が生じたコンクリートでは
特徴的なりラック発生が見られる。この種のクラックに
対しては、本発明の組成物に水を添加して均一混合した
後、低圧注入法によりクラック部に注入する。

低圧注入法は、例えばゴム風船内に加圧充填された注入
材がゴム風船がしぼもうとする力（通常２〜５　ｋｇ　
／　ｃｍ’）程度の圧力でクラック内にゆっくりと連続
的に圧力注入される工法をいい、本発明の組成物をクラ
ックに密着充填させるのに極めて有効な方法であり、セ
メント急硬材・セメント膨張材との併用により補修すべ
き躯体との一体化はさらに完全なものとなる。

アルカリ骨材反応による劣化がさらに進むとクラックが
成長し場合によっては一部断面欠損を生じる場合がある
。又、補修のために劣化部を除去し修復する必要が生じ
る場合も多い。

このような場合には、この欠損部を下記工法により補修
する。

（２）欠損部への補修用水硬性組成物のグラウティング
法 断面欠損部が５０ｍｍ程度以上の厚さをもつ場合、又断
面欠損部への補修材による補修作業が左官工事等で実施
不可能な場合など、断面欠損部を囲む形で型枠をしっか
りと形成し、本発明の組成物をペースト状又は細骨材と
の併用で水と均一混合し高流動性モルタルとして型枠内
にグラウトしコンクリート躯体と一体化し硬化させる。

この場合コンクリート躯体にアンカーを打つ等、力学的
な意味での一体化を図る事も一方法として重要である。

型枠は、本発明の補修材が充分硬化した後脱型する。こ
の方法は、高流動性モルタルとする事により、コンクリ
ート躯体と補修材を一体化可能という意味で有効であり
、セメント急硬材・セメント膨張材との併用により、一
体化はさらに完全なものとなる。

（３）欠損部への吹き付け施工法 断面欠損部が広範囲にわたる場合、又は、コンクリート
躯体の表面断面積を本発明の組成物により被覆するよう
な場合、吹き付け施工を実施する。

吹き付け施工では、本発明の組成物と細骨材との併用が
通常行なわれ、あらかじめ水と均一混合し吹き付ける湿
式吹き付け、吹き付けノズルの先端で乾燥材料と水とが
ジヨイントされる、乾式吹き付けの両者が実施できる。

このようにして吹き付けられた本発明の組成物はただち
にコア・ローラー等で押し伺け、コンクリート躯体との
一体化を更に図る事が好ましい。特にセメント急硬材を
用いる場合は硬化スピードが早いため、Ｖ結遅延剤で、
上記押しつけ作業が充分確保されるように調整する必要
がある。

この工法でも、力学的一体化を図るためにアンカーの打
設等は必要に応じ実施することができる。

（４）欠損部へのコア等により塗り付け施工法断面欠損
部の範囲があまり広くない場合など、グラウト、吹き付
け等の工法を採用する事が経済的理由等により好ましく
ない時は、通常のコア等による塗り付け施工をすること
ができる。この場合もコンクリート躯体に充分押しつけ
て施工し、補修材と躯体とを一体化させることが重要で
ある。この場合でも、セメント急硬材・セメント膨張材
との併用は、一体化に有効である。

〔実施例〕

以下、本発明を実施例によりさらに詳しく説明する。

実施例１ 表−１に示す配合を用いて水硬性組成物を調整し、水／
水硬性組成物比を８０％とし、骨材を水硬性組成物の３
重量倍量としてモルタル供試体を作成し、その圧縮強度
と乾燥収縮量を測定した。結果を表−１に併記する。

（使用材料） セメント　：アンデスセメント社製普通ポルトランドセ
メント セメント急硬材：非晶質でＣａＯ含有量４５％のカルシ
ウムアルミネート、ブレー ン値６．５００　ｃｍ”／ｇ 無機硫酸塩：■型無水セッコウ、ブレーン値６、１００
　ｃｍ’／ｇ セメント膨張材：電気化学工業社製商品名「デンカ　　
Ｃ３Ａ＃　２０Ｊ 凝結遅延剤：電気化学工業株式会社社製商品名「ロスミ
ックＮα１セツター」 アルカリ金属イオン吸着材Ａ：日本化学社製ＰＡＡＲ１
００型 〃　　　Ｂ：ツルミコール社製活性炭 粉末 〃　　　Ｃ：住友金属社製コークス粉 士 Ｄ　： 日本活性白土社製活性内 土 骨 材 ａ　： 豊鋪標準砂 比較例１−５と実施例１−１〜１−４の比較によりアル
カリ金属イオン吸着材の使用により乾燥収縮量が低下す
る事がわかる。又、比較例１−９〜１−１１と実施例１
−６〜１−８及び１−１２〜１−１４よりセメント膨張
材及び／又はセメント急硬材の併用により、相乗的に乾
燥収縮量が少なくなるという、本発明の効果がわかる。

（物性測定） ■圧縮強度：養生は２０℃、６０％ＲＨの気乾養生とし
たこと以外はＪＩＳ　Ｒ５２０１に準じて測定 ■乾燥収縮量：　ＪＩＳ　Ｒ５２０１に準じて供試体を
作成し養生した。その後ＪＩＳ　Ａ　１１２９のコンパ
レーター法で長さ変 化を測定、基長は、２０℃水中 ７日養生後とし、２８日目の長 さの変化を測定。

実施例２ 表−２に示す配合を用いて水硬性組成物を調整し、ＪＩ
Ｓ＾５３０８に準じて、アルカリ骨材反応の試験を実施
した。結果を表−２に併記する。

（使用材料） 骨材　ｂ：サヌカイト質輝石安山岩［Ｓｃ（溶解シリカ
量）　＝　７５０ｍｍｏ）／　１、Ｒｃ（アルカリ濃度
減少量）＝２００ ｍｍｏｌ／　Ｒ、潜在的有害〕 本発明中比較例２−１〜２−４と実施例２−５〜２−１
４の比較により、本発明の水硬性組成物がアルカリ骨材
反応を抑制する事が実証された。

実施例３ 実施例１に使用した骨材以外の材料及び珪砂（ＦＭ、２
．７に調整）を使用し下記材料を調整した。

又、別にアルカリ骨材反応に対して有害とされた反応性
骨材を用いアルカリ量がセメント重量に対してＲ２０と
して２．０％となるように水酸化ナトリウムを添加し、
セメント３２０ｋｇ／ｍ３、水セメント比６０％の配合
でコンクリート供試体を作成した。供試体は１５Ｘ１５
Ｘ５５ｃｍとし、これを５０℃１００％Ｒ，Ｈで２８日
間養生後曲げ試験で破壊させた。

この破断面に調整した材料を固着させた。固着方法は以
下の通りである。

１）注入材：破断供試体を再び１５Ｘ１５Ｘ５５ｃｍの
型枠にセットし、破断面から の距離が約５ｍｍとなるように鉄板 でシールし、この隙間に注入材を 注入硬化させた。

２）グラウト材：破断供試体を再び１５Ｘ１５Ｘ５５ｃ
ｍの型枠にセットし、破断 面からの距離が約２０ｍｍとなるよ うに鉄板でシールし、この隙間に グラウト材を注入硬化させた。

３）　吹き付け材：小型乾式吹き付け機を用い上記配合
となるように水を調整しな がら破断面に吹きつけ材を吹き付 は厚さ２０ｍｍとなるようにし、仕 上げに金ゴテ押さえを行った後便 化させた。

４）塗り付け材：塗り付け材を金ゴテで破断面に厚さ２
０ｍｍとなるように塗り付 は硬化させた。

尚コンクリートを処理したものとは別に、補修材単味で
硬化させた供試体（４Ｘ４Ｘ１６ｃｍ）を作成した。

このように処理した供試体を１年問屋外養生した後、供
試体より、補修材部分をサンプリングし、Ｘ線マイクロ
アナライザー用いてＮａ及びＫを分析した。結果は、Ｒ
２０として下表に示した。

この結果より、コンクリートより界面を通しアルカリが
補修材側に移動し、コンクリート中のアルカリを低下さ
せている事がわかり、本発明の効果が実証された。

〔発明の効果〕

本発明の水硬性組成物は、強度発現の調整を自由にする
ことが可能であり、寸法安定性が高く、かつ、アルカリ
骨材反応を起こしにくい効果を奏する。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、ポルトランド系セメントとアルカリ金属イオン吸着
   材とを主成分とするコンクリートの補修用水硬性組成物
   。 ２、アルカリ金属イオン吸着材とセメント急硬材及び／
   又はセメント膨張材を主成分とするコンクリートの補修
   用セメント混和材。 ３、ポルトランド系セメントと請求項２記載のセメント
   混和材を主成分とするコンクリートの補修用セメント組
   成物。 ４、請求項１記載の組成物又は請求項３記載の組成物を
   用いてコンクリートを補修するにあたり、下記の工法で
   実施する事を特徴とする補修工法。 （１）クラックへの低圧注入法。 （２）欠損部へのグラウティング法。 （３）欠損部への吹き付け施工法。 （４）欠損部へのコア等による塗り付け施工法。