JPH11349366A

JPH11349366A - 自己修復コンクリート、自己修復コンクリートの作製方法、および自己修復コンクリートを用いた構造物

Info

Publication number: JPH11349366A
Application number: JP15792298A
Authority: JP
Inventors: Naohiro Nishiyama; 直洋西山; Toshimitsu Kobayashi; 利充小林; Yoshihiko Ohama; 嘉彦大濱; Katsunobu Demura; 克宣出村
Original assignee: Nishimatsu Construction Co Ltd
Current assignee: Nishimatsu Construction Co Ltd
Priority date: 1998-06-05
Filing date: 1998-06-05
Publication date: 1999-12-21

Abstract

(57)【要約】【課題】自己修復コンクリート、自己修復コンクリー
トの作製方法、および自己修復コンクリートを用いた構
造物を提供する。【解決手段】セメントと骨材と硬化剤未添加のエポキ
シ樹脂と水とを所定量練り合わせて、成形と養生を行う
ことで自己修復コンクリートは作製される。ここで、エ
ポキシ樹脂量は例えばセメントに対して４０重量％とす
る。前記練混ぜによりエポキシ樹脂は複数の相に分離
し、続いて周囲に存在するセメント水和物と反応して、
表層のみ硬化して内部は硬化しない状態となる。該自己
修復コンクリートにひび割れが入ると、前記複数のエポ
キシ樹脂相の固化している表層は破れて該エポキシ樹脂
相内部から未硬化エポキシ樹脂が流出し、ひび割れを充
填する。ひび割れを充填した前記未硬化エポキシ樹脂
は、周囲にあるセメント水和物と反応して硬化する。す
なわち、ひび割れが入っても前記自己修復コンクリート
の強度は維持される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、エポキシ樹脂を用
いた自己修復コンクリート、自己修復コンクリートの製
造方法および自己修復コンクリートを所定箇所に用いた
構造物に関する。

【０００２】

【従来の技術】建築・土木材料として幅広く用いられて
いるコンクリートにおいて、乾燥収縮、塩害、中性化、
凍害や、地震などの外力によって生じるひび割れは、コ
ンクリート構造物の寿命や信頼性を低下させる主要因の
一つである。この為、コンクリートのひび割れを抑制す
る技術として、水セメント比を低下させる混和剤を添加
する方法や、コンクリート打設時に十分な締固めを行う
ことでコンクリートの組織をち密にさせる方法などがあ
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上述したひび
割れ抑制方法を採用しても、何らかの要因によってコン
クリート中にひび割れは生じていた。この場合は、コン
クリートの強度を維持するためには、生成したひび割れ
に対して修復を行う必要があったが、従来のひび割れ修
復方法は人手で行う必要があった。また、従来はコンク
リート内部のひび割れに対する修復方法は無かった。

【０００４】本発明は、内外を問わずに生成したひび割
れを自己修復することによって補修しなくても強度は低
下しない自己修復コンクリートを提供することを目的と
する。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
め、請求項１記載の発明は、表層は硬化し、内部は未硬
化であるエポキシ樹脂相を含む自己修復コンクリートで
あることを特徴とする。

【０００６】ここで、エポキシ樹脂としては、例えばビ
スフェノールＡ型エポキシ樹脂を使用するが、他のエポ
キシ樹脂を用いてもよい。また、コンクリートの原料で
あるセメントや骨材には条件はない。

【０００７】この請求項１記載の発明によれば、自己修
復コンクリートは表層は硬化し、内部は未硬化であるエ
ポキシ樹脂相を含むので、該自己修復コンクリートにひ
び割れが入ると、前記複数のエポキシ樹脂相の固化して
いる表層は破れて該エポキシ樹脂相内部から未硬化エポ
キシ樹脂が流出し、ひび割れを充填する。ひび割れを充
填した前記未硬化エポキシ樹脂は、周囲にあるセメント
水和物と反応して硬化する。すなわち、ひび割れが入っ
ても前記自己修復コンクリートの強度は維持される。

【０００８】請求項２記載の発明は、セメントと骨材と
硬化剤未添加のエポキシ樹脂と水とを所定量練り合わせ
て生コンクリートを作製し、前記生コンクリートを成形
して養生を行うこと、を工程に含む、自己修復コンクリ
ートの作製方法であることを特徴とする。

【０００９】ここで、前記成形方法としては、例えば型
枠に生コンクリートを流し込む方法がある。また、前記
練り合わせ方法や水の量は通常のコンクリート作製方法
と同様としてよい。さらに、前記養生方法にも制限はな
い。

【００１０】この請求項２記載の発明によれば、前記練
り合わせによって、前記生コンクリート中にはエポキシ
樹脂粒が複数生成する。続いて、前記複数のエポキシ樹
脂粒は周囲に存在するセメント水和物と反応して、表層
のみ硬化して内部は硬化しない状態となる。すなわち、
特別な加工を施さなくても前記表層は硬化して内部は未
硬化であるエポキシ樹脂相は前記生コンクリート中に生
成するため、簡便な方法にて請求項１記載の自己修復コ
ンクリートを作製できる。また、練り合わせ方法や成形
方法に制限はないため、請求項１記載の自己修復コンク
リートを任意の形状に作製できる。

【００１１】請求項３記載の発明は、請求項２記載の自
己修復コンクリートを用いた構造物の作製方法におい
て、前記硬化剤無添加のエポキシ樹脂の混合量をセメン
ト比で４０重量％以上とすることを特徴とする。

【００１２】この請求項３記載の発明によれば、請求項
２記載の発明と同様の作用を得るほか、硬化剤無添加の
エポキシ樹脂をセメント比で４０重量％以上とするた
め、普遍的なセメントである普通ポルトランドセメント
を用いて請求項１記載の自己修復コンクリートを作製で
きる。

【００１３】請求項４記載の発明は、請求項１記載の自
己修復コンクリートを所定箇所に用いた構造物であるこ
とを特徴とする。

【００１４】ここで、前記所定箇所としては、コンクリ
ートを用いる箇所すべてとする場合と、ひび割れの入り
やすいと予想される部分のみに限定する場合の双方が含
まれる。

【００１５】この請求項４記載の発明によれば、請求項
１記載の自己修復コンクリートを所定箇所に用いている
ので、自己修復コンクリート部にひび割れが入っても構
造物の強度および耐久性は維持される。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、図１〜図５を参照して本発
明の一実施の形態である自己修復コンクリート１につい
て説明する。自己修復コンクリート１は硬化剤無添加の
エポキシ樹脂をセメント比で４０重量％含むコンクリー
トである。

【００１７】自己修復コンクリート１に用いるセメント
としては、例えばＪＩＳＲ５２１０（ポルトランドセ
メント）に規定する普通ポルトランドセメントを使用
し、骨材としては例えば旧ＪＩＳＲ５２０１（セメン
トの物理試験方法）に規定する豊浦標準砂を使用する。
エポキシ樹脂としては、例えばビスフェノールＡ型エポ
キシ樹脂を使用する。

【００１８】ここで、構造物の所定箇所に自己修復コン
クリート１を用いる方法について説明する。上述した材
料を、セメント比で骨材＝３００重量％、水＝７８重量
％、エポキシ樹脂（硬化剤無添加）＝４０重量％の割合
で、例えばＪＩＳＡ１１７１（試験室におけるポリマ
ーセメントモルタルの作り方）に従って練混ぜてフロー
値を１７０±５に調整して生コンクリートＸを作製す
る。

【００１９】ここで、前述した練混ぜによってエポキシ
樹脂は分散するため、生コンクリートＸ中には複数のエ
ポキシ樹脂粒１１，１１・・・が生成する。エポキシ樹
脂粒１１は図１（Ａ）に示すように、周囲に存在するセ
メント水和物１２，１２・・・と反応して、同図（Ｂ）
に示す、内部１３ａは硬化しないで表層１３ｂのみ硬化
したエポキシ樹脂相１３（エポキシ樹脂相）となる。こ
の反応はほぼすべてのエポキシ樹脂粒１１にて生じるた
め、生コンクリートＸ中には上述した練り合わせのみで
内部が未硬化のエポキシ樹脂相１３が存在することとな
る。

【００２０】その後、生コンクリートＸを型枠に流し込
んで成形した後、二日ほど温度２０℃、湿度８０％の大
気下に置き、続いて５日間ほど温度２０℃の水中に置
き、続いて２１日間ほど温度２０℃、湿度５０％の大気
下に置くという養生を行う。これによって自己修復コン
クリート１は作製される。その後、所定箇所に設置する
ことで前記構造物の一部として用いる。

【００２１】このように構造物などに用いられる自己修
復コンクリート１の特性を、図２〜図５を用いて環境ご
とに説明する。

【００２２】まず、図２を用いて、乾燥大気下における
自己修復コンクリート１の特性について説明する。図２
中の（１）は、従来のコンクリート２を温度２０℃、湿
度５０％の環境下で無荷重にて２８日間ほど置いた場合
（処理Ａ）の曲げ強さと、従来のコンクリート２を同じ
環境下で最大圧縮荷重の８５％の荷重をかけ、同じく２
８日間ほど置いた場合（処理Ｂ）の曲げ強さとを、比較
して示す図である。また、同図中（２）は同様の処理を
施した自己修復コンクリート１の曲げ強さを示した図で
ある。

【００２３】図２（１）において、従来のコンクリート
２の処理Ｂ後の曲げ強さは６．０ＭＰａであり、処理Ａ
後の曲げ強さである６．２ＭＰａと比較して小さい値で
ある。これは、最大圧縮荷重の８５％の荷重をかけられ
ることにより従来のコンクリート２にはひび割れが入
り、その結果従来のコンクリート２の曲げ強さは低下す
るためである。

【００２４】これに対し、図２（２）において、自己修
復コンクリート１の処理Ｂ後の曲げ強さは９．６ＭＰａ
であり、処理Ａ後の曲げ強さである８．３ＭＰａと比較
して逆に大きな値となっている。また、双方の曲げ強さ
は同環境下にある従来のコンクリート２と比較して大き
い。前述した荷重をかけることにより曲げ強さが向上す
るという自己修復コンクリート１の特性は、最大圧縮荷
重の８５％の荷重をかけられることにより自己修復コン
クリート１にもひび割れは入るが、図５のフローチャー
トに示す作用によって前記ひび割れは修復され、結果と
して自己修復コンクリート１の強度は向上するためであ
る。

【００２５】すなわち、図５に示すように、自己修復コ
ンクリート１にひび割れが入ると、エポキシ樹脂相１３
の固化している表層１３ｂは破壊される（ステップ１）
ため、エポキシ樹脂相１３の内部１３ａから未硬化エポ
キシ樹脂が流出し（ステップ２）、ひび割れを充填する
（ステップ３）。流出した未硬化エポキシ樹脂は、エポ
キシ樹脂相１３の生成時と同様に、周囲にあるセメント
水和物と反応して硬化する（ステップ４）。この結果、
自己修復コンクリート１の強度および耐久性は維持され
る。

【００２６】次に、図３を用いて、高湿度大気下におけ
る自己修復コンクリート１の特性について説明する。図
３中の（１）は、従来のコンクリート２を温度２０℃、
湿度８０％の環境下で無荷重にて２８日間ほど置いた場
合（処理Ｃ）の曲げ強さと、従来のコンクリート２を同
じ環境下で最大圧縮荷重の８０％の荷重をかけ、同じく
２８日間ほど置いた場合（処理Ｄ）の曲げ強さとを、比
較して示す図である。また、同図中（２）は同様の処理
を施した自己修復コンクリート１の曲げ強さを示した図
である。

【００２７】図３（１）において、従来のコンクリート
２の処理Ｄの曲げ強さは６．３ＭＰａであり、処理Ｃの
曲げ強さである６．９ＭＰａと比較して小さい値を示し
ている。この原因も、最大圧縮荷重の８０％の荷重をか
けられることにより従来のコンクリート２にひび割れが
入ったためである。

【００２８】これに対し、図３（２）において、自己修
復コンクリート１の処理Ｄ後の曲げ強さは９．７ＭＰａ
であり、処理Ｃ後の曲げ強さである８．３ＭＰａと比較
して逆に大きな値となっている。また、双方の曲げ強さ
は同環境下にある従来のコンクリート２と比較して大き
い。この傾向も、上述した図５のフローチャートに示す
作用に由来する。

【００２９】次に、図４を用いて、水中下における自己
修復コンクリート１の特性について説明する。図４中の
（１）は、従来のコンクリート２を温度２０℃の水中に
無荷重にて２８日間ほど置いた場合（処理Ｅ）の曲げ強
さと、従来のコンクリート２を同じ環境下で最大圧縮荷
重の８０％の荷重をかけ、同じく２８日間ほど置いた場
合（処理Ｆ）の曲げ強さとを、比較して示す図である。
また、同図中（２）は同様の処理を施した自己修復コン
クリート１の曲げ強さを示した図である。

【００３０】図４（１）において、従来のコンクリート
２の処理Ｆ後の曲げ強さは５．４ＭＰａであり、処理Ｅ
後の曲げ強さである５．３ＭＰａと比較して微増してい
る。これに対して、図４（２）に示すように、自己修復
コンクリート１の処理Ｆ後の曲げ強さは６．３ＭＰａで
あり、処理Ｅ後の曲げ強さである６．３ＭＰａと同等の
値を維持している。また、双方の曲げ強さは同環境下に
ある従来のコンクリート２と比較して大きい。すなわ
ち、水中環境下においても、自己修復コンクリート１は
従来のコンクリート２よりも曲げ強さは大きく、またひ
び割れ入り後も曲げ強さは低下しないという優れた特性
を有する。

【００３１】このように、自己修復コンクリート１は乾
燥大気下、高湿度大気下、水中、という使用されるほぼ
すべての環境において、曲げ強さは従来のコンクリート
２と比べて大きく、また、荷重によりひび割れが発生し
ても強度は低下しないか、あるいは逆に増す、という優
れた特性を有する。すなわち、自己修復コンクリート１
を用いた構造物はひび割れが入っても構造物の強度は維
持される。

【００３２】なお、本実施例において、エポキシ樹脂と
してビスフェノールＡ型エポキシ樹脂を用いたが、本発
明はこれに限定されるものではなく、当然他のエポキシ
樹脂を用いることも出来る。また、エポキシ樹脂の含有
量を４０％としたが、本発明はこれに限定されるもので
はなく、また、この含有量は最適量を示すものでもな
い。すなわち、自己修復コンクリート１の目的とする強
度や、材料としてのセメントの性質や、使用するエポキ
シ樹脂の種類などによって、エポキシ樹脂の最適含有量
は変化する。

【００３３】また、自己修復コンクリート１の原料とし
て、セメントは普通ポルトランドセメントを使用し、ま
た、骨材としては豊浦標準砂を用いたが、本発明は当然
これに限定させるものではなく、他の原料を用いること
も出来る。また、砂の割合をセメント比で３００％とし
たが、本発明は当然これに限られるものではなく、他の
割合としてもよい。さらに、原材料中の水の割合を７８
％としたが、本発明は当然これに限られるものではな
く、水の割合を変えてフロー値を別の値としてもよい。

【００３４】また、構造物の所定箇所に自己修復コンク
リート１を用いる方法として、予め成形された自己修復
コンクリート１を前記所定箇所に設置する方法を用いた
が、本発明はこれに限定されるものではなく、生コンク
リートＸを前記構造物の所定箇所に設置した型枠に流し
込んで成形して養生する方法を用いてもよい。さらに、
練り合わせ方法として、所定材料をＪＩＳＡ１１７１
に従って混合したが、これに限定されるものでもなく、
当然任意の方法を用いることもできる。また、養生方法
も本実施例に限定されるものでもなく、作業条件によっ
て適宜変更してよい。

【００３５】

【発明の効果】請求項１記載の自己修復コンクリート
は、乾燥大気中および湿潤大気中で使用すると、ひび割
れが入っても前記ひび割れにエポキシ樹脂が充填されて
硬化するため、その強度は逆に増加する。また、従来の
コンクリートと比べて高い曲げ強度を示す。また、請求
項１記載の自己修復コンクリートは水中で使用しても、
従来のコンクリートと比べて高い曲げ強度を示すほか、
ひび割れが入っても自己修復コンクリートの強度は低下
しない。

【００３６】請求項２記載の発明によれば、特別な加工
を施さなくても前記表層は硬化して内部は未硬化である
エポキシ樹脂相は生コンクリート中に生成するため、簡
便な方法にて請求項１記載の自己修復コンクリートを作
製できる。また、練り合わせ方法や成形方法に制限はな
いため、請求項１記載の自己修復コンクリートを任意の
形状に作製できる。

【００３７】請求項３記載の発明によれば、請求項２記
載の発明と同様の効果を得るほか、硬化剤無添加のエポ
キシ樹脂をセメント比で４０重量％以上とするため、普
遍的なセメントである普通ポルトランドセメントを用い
た請求項１記載の自己修復コンクリートを作製できる。

【００３８】請求項４記載の発明によれば、自己修復コ
ンクリート部にひび割れが入っても構造物の強度および
耐久性は維持される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態である自己修復コンクリ
ート１の作製段階において、エポキシ樹脂の微塊１１の
表層が硬化してエポキシ樹脂相１３となることを模式的
に表した図である。

【図２】乾燥大気下における自己修復コンクリート１の
特性を示す図である。

【図３】高湿度大気下における自己修復コンクリート１
の特性を示す図である。

【図４】水中下における自己修復コンクリート１の特性
を示す図である。

【図５】自己修復コンクリート１の自己修復過程を示す
フローチャートである。

【符号の説明】

１自己修復コンクリー
ト２従来のコンクリート１１エポキシ樹脂粒１２セメント水和物１３エポキシ樹脂相

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者出村克宣福島県郡山市大町２丁目20番１−401

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】表層は硬化し、内部は未硬化であるエポキ
シ樹脂相を含むことを特徴とする自己修復コンクリー
ト。
【請求項２】セメントと骨材と硬化剤未添加のエポキシ
樹脂と水とを所定量練り合わせて生コンクリートを作製
し、前記生コンクリートを成形して養生を行うこと、を工程に含むことを特徴とする自己修復コンクリートの
作製方法。
【請求項３】前記硬化剤無添加のエポキシ樹脂の混合量
をセメント比で４０重量％以上とすることを特徴とする
請求項２記載の自己修復コンクリートの作製方法。
【請求項４】請求項１記載の自己修復コンクリートを所
定箇所に用いた構造物。