JPH075339B2 - 劣化コンクリートの補修材および補修方法 - Google Patents

劣化コンクリートの補修材および補修方法

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JPH075339B2
JPH075339B2 JP1025467A JP2546789A JPH075339B2 JP H075339 B2 JPH075339 B2 JP H075339B2 JP 1025467 A JP1025467 A JP 1025467A JP 2546789 A JP2546789 A JP 2546789A JP H075339 B2 JPH075339 B2 JP H075339B2
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潤 高田
清 水野
潔 窪山
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    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B41/00After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone
    • C04B41/45Coating or impregnating, e.g. injection in masonry, partial coating of green or fired ceramics, organic coating compositions for adhering together two concrete elements
    • C04B41/50Coating or impregnating, e.g. injection in masonry, partial coating of green or fired ceramics, organic coating compositions for adhering together two concrete elements with inorganic materials
    • C04B41/5076Coating or impregnating, e.g. injection in masonry, partial coating of green or fired ceramics, organic coating compositions for adhering together two concrete elements with inorganic materials with masses bonded by inorganic cements

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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つ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、クリストバラ
イト、トリジマイト、火山ガラス、玉髄、潜晶質石英、
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
た構造体はクラツ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63-117942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、一旦アルカ
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つ
て、補修材としては、アルカリ骨材反応によつて生じた
コンクリートのクラツ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、
カルシウム等のアルカリ土類金属イオンが担持され、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とイオン交換して該
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、担持するカルシウム等のアルカリ土類金属
イオンとイオン交換して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ツ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
するものである。
本発明のイオン吸着材の素材としては、コンクリート本
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、ゼオライトには数多くの種類が
あるが、セメントに対して安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
つてクラツ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、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、シヤプチロル沸石、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、従つてこれ
がアルカリ土類金属イオンであればそのまま本発明のア
ルカリ土類金属イオンが担持された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れらのアルカリ土類金属イオ
ンを脱離するものが好ましい。従つてこの様なもので
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
る劣化抑制効果を高めるため、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つた
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、ゼオライトの粒径としては、1〜
15μm程度が好ましく、そして10μm以下のものを80重
量%以上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、イオン吸着材自体
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イ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、無機質であつ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許りでなく、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能を有しており、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。
そして高炉スラグに対するゼオライトの配合割合として
は、高炉スラグ100重量部に対してゼオライトを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グとを主成分
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、ホルマリン縮合物や
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1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1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、これによつて
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、カルシ
ウム等のアルカリ土類金属イオンを担持する補修材成分
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、既にアリカリ金属イオンの存在によつて
生じているコンクリートの膨脹劣化が、補修材を劣化部
に注入したコンクリート表面に塗布する等の処理によつ
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つてカルシウムイオ
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1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1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。
これによると、試料1には、保有しているカルシウムイ
オンの一部を脱離し、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
ンクリートの膨脹抑制に効果があるかの検討をした。コ
ンクリート供試体の配合は、反応性骨材を使用し、普通
ポルトランドセメント300kg/m3、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10×10×40cmの直方体であり、この
ものに直径2cmの貫通孔を7個穿設した。そして脱型
後、供試体を温度38℃、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
に混練したペーストを、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脹
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グのみか
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、これらの膨脹率に
ついても比較のため示した。
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脹率が明らかに小さ
くなつており、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入材(本
発明の補修材)を採取して、ナト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。
この結果から、ゼオライトを配合したものは、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
らに注目すべきことに、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ヤプチロル沸石を細かく粉
砕し、75μm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つて、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
1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。
これによると、何れの試料も、水溶液中のナトリウムイ
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
方が大きかつた。
そこで、実施例1の要領に従つて、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10
0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、供試体の膨脹率を測定し、その結果を表−5
に示す。
これによると、天然ゼオライトである試料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。従つ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10×10×40cm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、高炉スラグ100重量部に対し、実施例1で用いた
ゼオライト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
体の膨脹率を測定した。その結果を表−6に示す。
この結果から、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つても、
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。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 水野 清 東京都国分寺市光町2丁目8番地38 財団 法人鉄道総合技術研究所内 (72)発明者 窪山 潔 埼玉県大宮市北袋町1丁目297番地 三菱 鉱業セメント株式会社中央研究所内 (72)発明者 立屋敷 久志 埼玉県大宮市北袋町1丁目297番地 三菱 鉱業セメント株式会社中央研究所内 (56)参考文献 特開 昭62−21739(JP,A) 特開 昭58−36960(JP,A) 特開 昭56−120557(JP,A)

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】アルカリ骨材反応によつて生じたコンクリ
    ートのクラツ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、カルシウ
    ム等のアルカリ土類金属イオンが担持され、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とイオン交換して該アルカリ
    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. 【請求項2】第1請求項記載のイオン吸着材の素材は、
    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. 【請求項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. 【請求項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、
    担持されるカルシウム等のアルカリ土類金属イオンとイ
    オン交換して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
    クリートのクラツ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. 【請求項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。
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