WO2015186724A1 - コンクリート保護材、コンクリート構造物の補修方法、コンクリート構造物の含浸誘導剤、及びコンクリート構造物の欠陥充填剤 - Google Patents

コンクリート保護材、コンクリート構造物の補修方法、コンクリート構造物の含浸誘導剤、及びコンクリート構造物の欠陥充填剤 Download PDF

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義久 鈴木
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Definitions

  • the present invention relates to a concrete protective material, a method of repairing a concrete structure, an impregnating agent for a concrete structure, and a defect filler of the concrete structure.
  • Concrete is used in concrete structures because it is highly resistant to various environments and is strongly alkaline.
  • the strong alkalinity of concrete forms a passive film on the surface of the rebar inside the concrete structure, thereby protecting the rebar from corrosion caused by water or chlorine from the outside. For this reason, the concrete structure is known as a highly durable structure.
  • Patent Document 1 discloses a concrete protective material containing two or more types of alkali metal compounds selected from sodium silicate, potassium silicate and lithium silicate. According to the concrete protective material described in Patent Document 1, the filling of the C—S—H gel makes it possible to close the capillary tube etc. which is the passage of the deterioration causing substance, and as a result, neutralization, salt damage, freeze damage, etc. Deterioration of the concrete structure such as alkali aggregate reaction can be prevented.
  • the present invention is intended to provide a concrete protective material.
  • Another object of the present invention is to provide a method for repairing a concrete structure using a concrete protective material, an impregnating agent for the concrete structure, and a defect filler for the concrete structure.
  • the concrete protective material of the present invention is characterized by containing an alkali metal-containing silicate and alkaline electrolyzed water.
  • the concrete protective material of the present invention is characterized by containing a silicate containing an alkali metal and silicon dioxide.
  • the alkali metal contains at least one of sodium, potassium and lithium.
  • the method of repairing a concrete structure according to the present invention is carried out after a modifying agent supplying step of supplying a concrete modifying material to a concrete structure, and the modifying agent supplying step, wherein the concrete protective material is used as the concrete structure.
  • the impregnating agent for a concrete structure of the present invention is characterized by containing alkaline electrolyzed water.
  • the defect filler of the concrete structure according to the invention is characterized in that it comprises silicon dioxide.
  • Concrete protective agents include alkali metal silicates, silicon dioxide and alkaline electrolyzed water.
  • prescribed additive may be contained in the concrete modifier according to the use.
  • Alkali metal silicates are mainly for producing C—S—H gels in concrete structures via reaction with calcium ions.
  • Examples of the alkali metal silicate include sodium silicate, potassium silicate, and lithium silicate.
  • Sodium silicate is extremely susceptible to the reaction of producing C—S—H gel. For this reason, when a concrete protective agent containing only sodium silicate as an alkali metal silicate is applied to a concrete structure, the CSH gel is allowed to penetrate from the applied surface in the depth direction. Reaction occurs. As a result, the protective effect of the concrete structure is limited to the vicinity of the surface layer. On the other hand, in the case of potassium silicate, the reaction of producing C—S—H gel occurs slowly. For this reason, it is preferable that potassium silicate is contained as an alkali metal silicate with sodium silicate. As a result, the protective effect of the concrete structure extends not only to the vicinity of the surface but also to the inside, so that the life of the concrete structure can be extended.
  • the mixing ratio (weight ratio) of sodium silicate to potassium silicate in the alkali metal silicate is preferably 2: 1.
  • the particle size of the alkali metal silicate is preferably 1 nm or more and 100 nm or less.
  • Silicon dioxide is mainly to obtain the function of filling the defects of the concrete structure and the function of promoting the collection of alkali metal silicates. According to the pseudo-collection action of silicon dioxide, alkali metal silicates having silicon dioxide as a core are collected to form an aggregate. As for the size of this aggregate, the one with dispersion (see FIG. 2 (B)) has a higher filling efficiency for defects of the concrete structure than the uniform one (see FIG. 2 (A)), that is, deterioration The path of the causative substance narrows. As a result, the protective effect of the concrete structure is improved.
  • the silicon dioxide is not particularly limited as long as it exerts the above-mentioned function, but amorphous silica, particularly dry silica is preferable.
  • amorphous silica particularly dry silica is preferable.
  • Leoro seal hydrophilic CP there are Leoro seal hydrophilic CP, QS series (Tokuyama CAS No. 7631-86-9) and the like.
  • the size of the alkali metal silicate assembly depends on the size of the core silicon dioxide. That is, the larger the size of the core silicon dioxide, the larger the size of the alkali metal silicate aggregate. On the contrary, the smaller the size of the core silicon dioxide, the smaller the size of the alkali metal silicate aggregate.
  • the particle size of silicon dioxide is preferably 1 nm or more and 50 nm or less.
  • the particle size of silicon dioxide is dispersed in a wider range (for example, 1 nm or more and 250 nm or less) Is preferred. If the particle size of silicon dioxide is less than 1 nm, it is not preferable in that the solubility becomes high like water glass. Moreover, when the particle size of silicon dioxide exceeds 250 nm, it is unpreferable in the point that solid packing can not be performed.
  • the alkaline electrolyzed water preferably has a pH of 11 or more. Further, the upper limit of the pH of the alkaline electrolyzed water is not particularly limited, but when supplied to a concrete structure, the extent to which the alkali aggregate reaction does not occur, that is, the description of the total amount of alkali in concrete (Na 2 O equivalent 3.0 kg / m 3 ) or less).
  • alkaline electrolyzed water is more likely to penetrate concrete structures than ordinary water.
  • the high permeability of alkaline electrolyzed water is presumed to be due to the smaller ion radius of hydroxide ions as compared to the size of water molecules.
  • the active ingredient (A dispersoid, such as alkali metal silicate and silicon dioxide, and other additives) contained in alkaline electrolyzed water can penetrate into a concrete structure more easily than the case where it is contained in normal water. That is, by containing at least a predetermined active ingredient and alkaline electrolyzed water as the concrete protective material, the active ingredient can be supplied to the inside of the concrete structure.
  • chloride ion concentration relative to hydroxide ion concentration
  • the proportion of the substance ion concentration can be kept low. Therefore, a concrete structure with increased alkalinity is less likely to exceed the limit value at which the rebar corrosion starts even when chloride ions infiltrate, and as a result, the rebar corrosion can be suppressed. .
  • the solubility of calcium ions in alkaline electrolyzed water is higher than that of normal water.
  • the solubility of calcium ions in 100 g of the alkaline electrolyzed water at 25 ° C. is, for example, 5.0 g, and the solubility of calcium ions when calcium hydroxide is dissolved in 100 g of water (25 ° C., pH 7) Higher than 0.17 g).
  • C—S—H gel the promotion of the formation of C—S—H gel is presumed as follows.
  • the calcium ions contained in the concrete structure are taken into the alkaline electrolyzed water by the action of calcium ion dissolution promotion by the alkaline electrolyzed water.
  • the incorporated calcium ions contribute to the formation of C-S-H gel.
  • the proportion of each component in the concrete protective agent is not particularly limited as long as the action of the component can be obtained.
  • about the preferable range of each component it is as follows. It is preferable that it is 15 to 50 weight%, and, as for the alkali metal silicate in a concrete protective agent, it is more preferable that it is 20 to 40 weight%.
  • the lower limit of silicon dioxide in the concrete protective agent is preferably 0.5% by weight or more.
  • the upper limit is the extent to which the appearance defect (reduction of the designability) of a concrete structure does not generate
  • the upper limit thereof is preferably 10% by weight or less, more preferably 5% by weight or less, and still more preferably 3% by weight or less.
  • the alkaline electrolyzed water in a concrete protective agent it is preferable that it is 50 to 85 weight%, and, as for the alkaline electrolyzed water in a concrete protective agent, it is more preferable that it is 60 to 80 weight%.
  • silicon dioxide when the effect
  • water may be used instead of alkaline electrolyzed water when the action by alkaline electrolyzed water is unnecessary.
  • a C-S-H gel (hereinafter referred to as a wet gel) is formed in the concrete structure by the reaction with calcium ions.
  • This wet gel can block defects that lead to degradation agents. Therefore, it is possible to prevent deterioration of the concrete structure (carbonation, salt damage, frost damage, alkali aggregate reaction, etc.) caused by the presence of defects.
  • the wet gel becomes a dry gel by the reduction of the water content.
  • the dried gel becomes a fluid wet gel by contact with water or moisture.
  • the wet gel contacts the wet gel and is taken up as the wet gel, and as a result, the external It can prevent the entry of water and moisture from the Furthermore, since the wet gel has fluidity, it can also exert a self-repairing function such as filling in a defect (for example, a crack) generated later.
  • the concrete protective material contains silicon dioxide
  • particles aggregates of alkali metal silicate and silicon dioxide
  • FIG. 2 (FIG. 2) B) see defects such as capillaries, holes, and cracks can be surely filled, and the passage of the deterioration causing material can be blocked, and as a result, the deterioration of the concrete structure can be prevented.
  • the concrete protective material contains alkaline electrolyzed water, it easily penetrates the concrete structure. For this reason, filling for the defect of the concrete structure can be performed in a short time and reliably. Furthermore, since the concrete protective material contains alkaline electrolyzed water, a large amount of hydroxide ions will be present in the concrete structure. As a result, corrosion of the reinforcing bars of the concrete structure can be suppressed. In addition, the ease of penetration of the concrete protective material resulting from alkaline electrolyzed water is exhibited even when the alkali metal silicate contained in the concrete protective material is only sodium silicate.
  • the method for producing a concrete protective agent has an electrolysis step and an addition step.
  • water is electrolyzed to form alkaline electrolyzed water and acidic electrolyzed water.
  • the electrolysis process can utilize the manufacturing equipment 2 shown in FIG. 3 (described later).
  • a predetermined component alkali metal silicate or silicon dioxide is added to the alkaline electrolyzed water.
  • the concrete structure is repaired by the protective agent supplying step of supplying the concrete protective agent to the concrete, but the present invention is not limited to this, the concrete structure is repaired and the concrete modifier is used in combination The concrete structure may be repaired.
  • Concrete modifier is alkaline electrolyzed water in which calcium ions are dissolved.
  • prescribed solute may be added to alkaline electrolyzed water as needed.
  • the alkaline electrolyzed water preferably has a pH of 11 or more. Further, the upper limit of the pH of the alkaline electrolyzed water is not particularly limited, but when supplied to a concrete structure, the extent to which the alkali aggregate reaction does not occur, that is, the description of the total amount of alkali in concrete (Na 2 O equivalent 3.0 kg / m 3 ) or less).
  • the solubility of calcium ions in 100 g of the alkaline electrolyzed water at 25 ° C. is, for example, 5.0 g, and when calcium hydroxide is dissolved in 100 g of water (25 ° C., pH 7), the solubility of calcium ions (0. Higher than 17g).
  • alkaline electrolyzed water acts as a calcium ion concentration improver in the modifier.
  • concentration of calcium ions in alkaline electrolyzed water is preferably 10 mg / L or more.
  • the alkaline electrolyzed water is not limited to the calcium ion concentration improver in the modifier, and may be used as a concentration improver for cations (eg, lithium ions, alkali metal ions such as sodium ions and potassium ions) in a predetermined solution. Works.
  • the method of repairing a concrete structure includes a modifier supplying step of supplying a concrete modifier to the concrete structure, and a protective agent supplying step of supplying a concrete protective agent to concrete.
  • the modifier supply step alkaline electrolyzed water containing calcium ions is applied to a concrete structure as a concrete modifier.
  • the protective agent supplying step the above-mentioned concrete protective agent is applied to a concrete structure as a concrete modifier.
  • it will not specifically limit, if it is a method which predetermined chemical
  • calcium hydroxide, alkali metal silicate and water react with each other to form gel-like calcium silicate (C-S-H gel).
  • the generated calcium silicate can make the surface layer portion of the concrete structure dense and prevent the entry of deterioration-causing substances from the outside, so the durability of the concrete structure can be improved.
  • a degraded concrete structure for example, concrete having a pH of less than 11 or a concrete that has been about 10 years or more since it was newly built
  • calcium that was included at the beginning of the new construction Most of the ions are lost.
  • a concrete protective agent is applied to such a degraded concrete structure as it is, no sufficient amount of calcium ion is present, so calcium silicate is not generated or long as calcium silicate is generated. It will take time.
  • the modifier supply step is performed prior to the protective agent supply step.
  • calcium ion can be replenished to the said concrete structure.
  • the supplemented calcium ions contribute to the formation of calcium silicate.
  • the application of the concrete modifier facilitates the formation of calcium silicate in the concrete structure.
  • the application of the concrete modifier and the application of the concrete protective agent are performed in this order on the concrete structure in order to repair the concrete structure, but this combination may be repeated multiple times. .
  • the concrete modifier manufacturing facility 2 is a power supply that applies a predetermined voltage to the water tank 10, the ion exchange membrane 20, the anode 30, the cathode 40, the anode 30 and the cathode 40. And 50.
  • tap water in which a calcium agent is dissolved is stored.
  • the calcium agent include water-soluble calcium-containing compounds (calcium salts such as calcium lactate, calcium gluconate, and phosphorylated oligosaccharide calcium).
  • the inner space of the water tank 10 is partitioned by the ion exchange membrane 20, and an anode 30 and a cathode 40 are provided in two spaces partitioned by the ion exchange membrane 20, respectively.
  • electrolysis is performed by applying a predetermined voltage to the anode 30 and the cathode 40 using the power supply 50.
  • hydrogen is generated on the cathode 40 side, and alkaline electrolyzed water 80 in which calcium ions are dissolved is generated.
  • acid water containing lactic acid, chloride ion, hydrogen carbonate ion and the like are generated by separating from alkaline electrolyzed water.
  • the alkaline electrolyzed water containing calcium ion thus obtained can be used as a concrete modifier. Since such alkaline electrolyzed water does not contain substances harmful to the human body or environmental pollutants, it can be used safely and easily for the human body, and without special preparation.
  • sample A the sample coated with the protective material A
  • sample B the sample coated with the protective material B
  • the application amount was 0.25 liter / m 2 in all cases.
  • the curing time was all 14 days.
  • sample The sample of the concrete plate is formed into a plate of 300 mm square and 50 mm in thickness.
  • Protective agent A is an inorganic colloidal sol containing the following components. Sodium silicate 15.7 wt% Potassium silicate 4.3 wt% Alkaline electrolyzed water 79.7 wt% Silicon dioxide 0.3% by weight
  • Protective agent B is an inorganic colloidal sol containing the following components (product name: RC guard introduced by ABC Inc.). Sodium silicate 10 to 20% by weight Potassium silicate 20 to 40% by weight Water (H 2 O) 40 to 70% by weight
  • Example 1 As shown in FIG. 4, a measuring pipe T was placed on sample A and fixed with a sealant (see FIG. 7). Thereafter, water was accumulated in the measuring pipe T. The water level was 5 mm. In order to prevent evaporation, paraffin was placed on the water surface in the measuring tube T, and the test was started. The change in water level was examined at a predetermined elapsed time from the start of the test. The change of water with elapsed time is shown in Table 1. The tested environment was a temperature of 23 ⁇ 2 ° C. and a humidity of 50 ⁇ 5%.
  • Example 2 The experiment was performed in the same manner as in Experiment 1 except that sample B was used instead of sample A.
  • sample C A sample of concrete plate coated with protective agent A (hereinafter referred to as sample C) and a sample of concrete plate not coated with anything (hereinafter referred to as sample D) were prepared.
  • the coating amount of the protective agent A was 0.25 liter / m 2 .
  • the curing time was 14 days.
  • Water permeability tests were conducted on samples C and D (three each). This water permeability test is described in the test method for surface saturant (draft) (JSCE-K571-2005). The height W pi (unit: mm) of the water head seven days after the start of the test was read, and the water permeability was calculated from the difference from the height W po (unit: mm) before the test (see FIG. 5).
  • the environment in which the water permeability test was performed was a temperature of 23 ⁇ 2 ° C. and a humidity of 50 ⁇ 5%.
  • Permeability ratio Permeability of sample C / Permeability of sample D ⁇ 100
  • sample E A sample of concrete plate coated with protective agent A
  • sample F a sample coated with nothing on concrete plate
  • the coating amount of the protective agent A was 0.25 liter / m 2 .
  • the curing time was 14 days.
  • each sample E, F is split so that the impregnated surface S1 of each sample E, F is divided into two, facing the impregnated surface S1 of the split surface SX and the impregnated surface S1
  • the carbonation depth from the surface S2 (test surface) was measured (see FIG. 6).
  • the neutralization depth ratio was calculated
  • required from following Formula. Neutralization depth ratio neutralization depth of sample E / neutralization depth of sample F ⁇ 100
  • the results of Experiment 4 are shown in Table 3.
  • the measurement points A1 to A3 in the table are the width center position of the sample of the concrete plate and the position 25 mm to the left and right from the width center position.
  • Example 5 Concrete modifier was made as follows. 50 g of calcium lactate (Musashino Scientific Research Institute, Inc.) was dissolved in 1000 ml of tap water (25 ° C.). The tap water used was that of water collection point numbers 5 to 7 in Table 4. The water obtained in this manner is poured into the water tank 10 of the concrete modifier manufacturing facility 2 shown in FIG. 3, electrolysis is performed, and the alkaline electrolyzed water obtained by the electrolysis is used as the concrete modifier. The amount of Ca ions in the concrete modifier was measured based on ICP emission spectrometry (JIS K 0101 No 49), and the amount of Ca ions in the concrete modifier was 2.5 ⁇ 10 5 mg / L.
  • ICP emission spectrometry JIS K 0101 No 49

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Abstract

　コンクリート保護材は、アルカリ金属を含むケイ酸塩と、アルカリ性電解水と、を含む。または、コンクリート保護材は、アルカリ金属を含むケイ酸塩と、二酸化珪素と、を含む。アルカリ金属を含むケイ酸塩としては、例えば、ナトリウムシリケート、カリウムシリケート、及びリチウムシリケート等がある。コンクリート保護材をコンクリート構造体へ供給することにより、コンクリート構造体の補修を行なうことができる。これにより、従来のコンクリート補修剤に比べ、補修効果の大きなコンクリート補修剤を提供する。

Description

コンクリート保護材、コンクリート構造物の補修方法、コンクリート構造物の含浸誘導剤、及びコンクリート構造物の欠陥充填剤
　本発明は、コンクリート保護材、コンクリート構造物の補修方法、コンクリート構造物の含浸誘導剤、及びコンクリート構造物の欠陥充填剤に関する。
　コンクリートは、種々の環境に対する抵抗性が高く、さらに、強アルカリ性であるため、コンクリート構造物に用いられる。コンクリートの強アルカリ性により、コンクリート構造物の内部にある鉄筋の表面には不動態被膜が形成されるため、鉄筋は外部からの水や塩素などに起因する腐食から保護される。このため、コンクリート構造物は、耐久性の高い構造物として知られている。
　しかしながら、高い耐久性を有するものと考えられてきたコンクリート構造物も、中性化・塩害・凍害・アルカリ骨材反応等によりその耐久性が低下し、構造物としての寿命に疑問が投げかけられるようになってきた。ここで、コンクリート構造物の劣化は、コンクリート構造物に存在する毛細管、孔、または、ひびを介して、劣化原因物質（例えば、水、二酸化炭素、塩素など）がコンクリート構造物の内部へ侵入することによって起こる、とされている。
　そこで、このような劣化したコンクリート構造物を補修するためのコンクリート保護材が提案されている。例えば、特許文献１においては、ナトリウムシリケート、カリウムシリケート、及びリチウムシリケートの中から選択される２種類以上のアルカリ金属化合物を含むコンクリート保護材が開示されている。特許文献１に記載のコンクリート保護材によれば、Ｃ－Ｓ－Ｈゲルの充填により、劣化原因物質の通り道となる毛細管等を塞ぐことができるため、結果として、中性化・塩害・凍害・アルカリ骨材反応等といったコンクリート構造物の劣化を防ぐことができる。
特開２００４－３２３３３３号公報
　しかしながら、特許文献１のコンクリート保護材を用いた場合、一定の補修効果が得られるものの、その大きさは十分ではない。このため、特許文献１のコンクリート保護材を用いた場合であっても、外部からの劣化原因物質がコンクリート構造物に侵入するため、結果として、中性化・塩害・凍害・アルカリ骨材反応等によりその耐久性が低下してしまう。
　そこで、本発明は、斯かる実情に鑑み、コンクリート保護材を提供しようとするものである。また、本発明は、コンクリート保護材を用いたコンクリート構造物の補修方法、コンクリート構造物の含浸誘導剤、及びコンクリート構造物の欠陥充填剤を提供しようとするものである。
　本発明のコンクリート保護材は、アルカリ金属を含むケイ酸塩と、アルカリ性電解水と、を含むことを特徴とする。
　本発明のコンクリート保護材は、アルカリ金属を含むケイ酸塩と、二酸化珪素と、を含むことを特徴とする。
　アルカリ性電解水を含むことが好ましい。また、前記アルカリ金属は、ナトリウム、カリウム、及びリチウムのうち少なくとも１つを含むことが好ましい。
　本発明のコンクリート構造物の補修方法は、コンクリート改質材をコンクリート構造物へ供給する改質剤供給工程と、前記改質剤供給工程の後に行なわれ、上記のコンクリート保護材を前記コンクリート構造物へ供給する保護剤供給工程と、を有し、前記コンクリート改質材はアルカリ性電解水と、カルシウムイオンとを含むことを特徴とする。
　本発明のコンクリート構造物の含浸誘導剤は、アルカリ性電解水を含むことを特徴とする。
　本発明のコンクリート構造物の欠陥充填剤は、二酸化珪素を含むことを特徴とする。
　本発明によれば、従来のものに比べ大きな補修効果をコンクリート構造物に付与することができる。
コンクリート構造物に存在する欠陥について、分布率及び劣化の影響度合いの違いを、欠陥のサイズごとに示した説明図である。 コンクリート構造物に存在する欠陥に、集合体が充填された状態を示す説明図である。 コンクリート改質剤の製造設備の概要を示す説明図である。 防水効果試験の概要を示す説明図である。 透水量試験の概要を示す説明図である。 促進中性化試験の概要を示す説明図である。
　以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。
（コンクリート保護材）
　コンクリート保護剤は、アルカリ金属ケイ酸塩と、二酸化珪素と、アルカリ性電解水と、を含む。なお、コンクリート改質剤には、その用途に応じて、所定の添加剤が含まれていても良い。
（アルカリ金属ケイ酸塩）
　アルカリ金属ケイ酸塩は、主として、カルシウムイオンとの反応を介して、コンクリート構造物にてＣ－Ｓ－Ｈゲルを生成するためのものである。アルカリ金属ケイ酸塩は、例えば、ケイ酸ナトリウム、ケイ酸カリウム、及びケイ酸リチウム等がある。
　ケイ酸ナトリウムは、Ｃ－Ｓ－Ｈゲルの生成反応が極めて起こりやすい。このため、アルカリ金属ケイ酸塩としてケイ酸ナトリウムのみが含まれるコンクリート保護剤をコンクリート構造物に塗布した場合、塗布された表面から深さ方向への浸透をする前に、Ｃ－Ｓ－Ｈゲルの生成反応が起こってしまう。この結果、コンクリート構造物の保護効果が、表層付近に限定されてしまうこととなる。一方、ケイ酸カリウムは、Ｃ－Ｓ－Ｈゲルの生成反応がゆっくり起こる。このため、アルカリ金属ケイ酸塩としては、ケイ酸ナトリウムとともに、ケイ酸カリウムが含まれることが好ましい。これにより、コンクリート構造物の保護効果が、表層付近のみならず内部にも及ぶこととなるため、コンクリート構造物の長寿命化が図られる。例えば、アルカリ金属ケイ酸塩におけるケイ酸ナトリウムと、ケイ酸カリウムとの混合比（重量比）は、２：１であることが好ましい。
　ところで、コンクリート構造物に存在する欠陥（毛細管、孔、ひび等）のうち、比較的大きなものは、小さなものに比べ、コンクリート構造物の劣化を誘発しやすい（図１参照）。特に、サイズが２０ｎｍ以上の欠陥は、コンクリート構造物の劣化を誘発し、そのサイズが大きくなるほどに従って、コンクリート構造物の劣化を誘発しやすくなる。したがって、コンクリート保護材としては、比較的大きな欠陥に対して確実に充填し、劣化原因物質の通り道を遮断できるものであることが望ましい。このため、アルカリ金属ケイ酸塩の粒径は、１ｎｍ以上１００ｎｍ以下であることが好ましい。アルカリ金属ケイ酸塩の粒径が１００ｎｍを超える場合には、欠陥において密実な充填が不十分となるため、劣化原因物質の侵入路となる空隙が当該欠陥に発生してしまう。
（二酸化珪素）
　二酸化珪素は、主として、コンクリート構造物の欠陥を充填する作用と、アルカリ金属ケイ酸塩の擬集を促す作用と得るためのものである。二酸化珪素の擬集作用によれば、二酸化珪素を核とするアルカリ金属ケイ酸塩を集めて、集合体を形成する。この集合体の大きさは、均一のもの（図２（Ａ）参照）よりも、ばらついているもの（図２（Ｂ）参照）ほうが、コンクリート構造物の欠陥に対する充填効率が高い、すなわち、劣化原因物質の通り道は狭くなる。この結果、コンクリート構造物の保護効果が向上する。二酸化珪素としては、前述の作用を奏するものであれば特に限定されないが、非晶質シリカ、中でも乾式シリカであることが好ましい。例えば、レオロシール　親水性ＣＰ，ＱＳシリーズ（株式会社トクヤマ　ＣＡＳ番号７６３１－８６－９）等がある。
　アルカリ金属ケイ酸塩の集合体のサイズは、核となる二酸化珪素のサイズに依存する。すなわち、核となる二酸化珪素のサイズが大きいほど、アルカリ金属ケイ酸塩の集合体のサイズは大きくなる。反対に、核となる二酸化珪素のサイズが小さいほど、アルカリ金属ケイ酸塩の集合体のサイズは小さくなる。
　したがって、二酸化珪素自身によるコンクリート構造物の欠陥を充填する作用を奏するためには、二酸化珪素の粒径は、１ｎｍ以上５０ｎｍ以下であることが好ましい。また、アルカリ金属ケイ酸塩の擬集を促す作用を利用してより密実な充填を行なうためには、二酸化珪素の粒径は、より広い範囲で（例えば、１ｎｍ以上２５０ｎｍ以下）ばらついていることが好ましい。二酸化珪素の粒径が１ｎｍ未満の場合には、水ガラスと同じように溶解性が高くなるという点で好ましくない。また、二酸化珪素の粒径が２５０ｎｍを超える場合には、密実な充填ができなくなるという点で好ましくない。
（アルカリ性電解水）
　このアルカリ性電解水は、ｐＨが１１以上であることが好ましい。また、アルカリ性電解水のｐＨの上限は、特に限定されないが、コンクリート構造物に供給した場合、アルカリ骨材反応が起こらない程度、すなわち、コンクリートアルカリ総量の記載（Ｎａ２Ｏ換算　３．０ｋｇ／ｍ３以下）となる範囲であればよい。
　さらに、アルカリ性電解水は、通常の水に比べて、コンクリート構造物に対して浸透しやすい。アルカリ性電解水の浸透性の高さは、水分子のサイズに比べて、水酸化イオンのイオン半径が小さいことに起因するものと推測される。そして、アルカリ性電解水に含まれる有効成分（アルカリ金属ケイ酸塩や二酸化珪素等の分散質や、その他の添加剤）は、通常の水に含まれる場合に比べ、コンクリート構造物へ浸透しやすい。すなわち、コンクリート保護材として、少なくとも、所定の有効成分とアルカリ性電解水とが含まれることにより、コンクリート構造物の内部まで有効成分を供給することができる。
　ところで、水酸化イオン濃度ＸＯＨに対する塩化物イオン濃度ＸＣｌの割合（＝ＸＣｌ／ＸＯＨ）が所定の値を超えると、鉄筋の腐食が開始することが知られている。前述のコンクリート保護材の塗布により、多量の水酸化イオンがコンクリート構造物に供給される結果、コンクリート構造物には多量の水酸化イオンが存在することとなる。このように、多量の水酸化イオンが存在することとなったコンクリート構造物、すなわち、アルカリ性の強さが増したコンクリート構造物に対して、塩化物イオンが侵入した場合、水酸化イオン濃度に対する塩化物イオン濃度の割合が低く抑えられる。したがって、アルカリ性の強さが増したコンクリート構造物は、塩化物イオンが侵入した場合であっても、鉄筋の腐食が開始する限界値を超えにくくなり、結果として、鉄筋の腐食を抑えることができる。
　アルカリ性電解水におけるカルシウムイオンの溶解度は、通常の水に比べて高い。例えば、２５℃の当該アルカリ性電解水１００ｇ当たりにおけるカルシウムイオンの溶解度は、例えば、５．０ｇであり、１００ｇの水（２５℃、ｐＨ７）に水酸化カルシウムを溶解させた場合におけるカルシウムイオンの溶解度（０．１７ｇ）に比べ、高い。このようなアルカリ性電解水を含むコンクリート保護材をコンクリート構造物に供給すると、Ｃ－Ｓ－Ｈゲルの生成反応が促進する。
　ここで、Ｃ－Ｓ－Ｈゲルの生成の促進は、次のように推測される。アルカリ性電解水によるカルシウムイオン溶解促進作用によって、コンクリート構造物に含まれるカルシウムイオンがアルカリ性電解水に取り込まれる。取り込まれたカルシウムイオンは、Ｃ－Ｓ－Ｈゲルの生成に寄与する。
　コンクリート保護剤における各成分の割合は、当該成分の作用が得られるものであれば特に限定されない。なお、各成分の好ましい範囲については、次の通りである。コンクリート保護剤におけるアルカリ金属ケイ酸塩は、１５重量％以上５０重量％以下であることが好ましく、２０重量％以上４０重量％以下であることがより好ましい。また、コンクリート保護剤における二酸化珪素の下限は、０．５重量％以上出有ることが好ましい。一方、その上限は、コンクリート構造物の外観不良（意匠性の低下）が発生しない程度で有ることが好ましい。例えば、その上限は、１０重量％以下であることが好ましく、５重量％以下であることがより好ましく、３重量％以下であることがさらに好ましい。そして、コンクリート保護剤におけるアルカリ性電解水は、５０重量％以上８５重量％以下であることが好ましく、６０重量％以上８０重量％以下であることがより好ましい。なお、二酸化珪素による作用が不要の場合には、コンクリート保護材の成分として二酸化珪素を省略することができる。同様に、アルカリ性電解水による作用が不要の場合には、アルカリ性電解水の代わりに水を用いてもよい。
　コンクリート保護剤の作用について説明する。
　コンクリート保護剤をコンクリート構造物へ供給すると、カルシウムイオンとの反応により、Ｃ－Ｓ－Ｈゲル（以下、湿潤ゲルと称する）がコンクリート構造物に生成する。この湿潤ゲルによって、劣化原因物質の通り道となる欠陥を塞ぐことができる。このため、欠陥の存在に起因するコンクリート構造物の劣化（中性化・塩害・凍害・アルカリ骨材反応等）を防ぐことができる。さらに、湿潤ゲルは、含有水分の低下によって乾燥ゲルとなる。乾燥ゲルは、水や湿気との接触により、流動性を有する湿潤ゲルとなる。このように乾燥ゲルが存在するコンクリート構造物においては、外部からの水や湿気が侵入した場合であっても、当該水等は湿潤ゲルに接触し、湿潤ゲルとして取り込むこととなり、結果として、外部からの水や湿気の侵入を防ぐことができる。さらに、湿潤ゲルは、流動性を有するため、後発的に生じた欠陥（例えば、ひび）を充填するといった自己修復機能を発揮することもできる。
　コンクリート保護材は二酸化珪素を含むため、コンクリート保護材によって生成する湿潤ゲルにおいては、様々なサイズの粒子（アルカリ金属ケイ酸塩の集合体や、二酸化珪素）が存在することとなる（図２（Ｂ）参照）。このため、毛細管、孔、ひび等の欠陥を確実に充填し、劣化原因物質の通り道の遮断が可能となり、結果として、コンクリート構造物の劣化を防止することができる。
　加えて、コンクリート保護材はアルカリ性電解水を含むため、コンクリート構造物に対して浸透しやすい。このため、コンクリート構造物の欠陥に対する充填を短時間にかつ確実に行なうことができる。さらにまた、コンクリート保護材はアルカリ性電解水を含むため、コンクリート構造物には、多量の水酸化イオンが存在することとなる。この結果、コンクリート構造物の鉄筋の腐食を抑えることができる。なお、アルカリ性電解水に起因するコンクリート保護材の浸透しやすさは、コンクリート保護材に含まれるアルカリ金属ケイ酸塩がケイ酸ナトリウムのみの場合であっても発揮される。
　次に、コンクリート保護剤の製造方法について説明する。
　コンクリート保護剤の製造方法は、電気分解工程と、添加工程とを有する。電気分解工程では、水の電気分解を行ない、アルカリ性電解水と酸性電解水とをつくる。電気分解工程は、図３（後述）に示す製造設備２を利用することができる。添加工程では、アルカリ性電解水に対し所定の成分（アルカリ金属ケイ酸塩や二酸化珪素）を添加する。
　上記実施形態では、コンクリート保護剤をコンクリートへ供給する保護剤供給工程によって、コンクリート構造物の補修を行なったが、本発明はこれに限られず、コンクリート構造物の補修及びコンクリート改質剤を併用したコンクリート構造物の補修を行なっても良い。
（コンクリート改質剤）
　コンクリート改質剤は、カルシウムイオンが溶解したアルカリ性電解水である。なお、必要に応じて、アルカリ性電解水に、所定の溶質が添加されていてもよい。
　このアルカリ性電解水は、ｐＨが１１以上であることが好ましい。また、アルカリ性電解水のｐＨの上限は、特に限定されないが、コンクリート構造物に供給した場合、アルカリ骨材反応が起こらない程度、すなわち、コンクリートアルカリ総量の記載（Ｎａ２Ｏ換算　３．０ｋｇ／ｍ３以下）となる範囲であればよい。２５℃の当該アルカリ性電解水１００ｇ当たりにおけるカルシウムイオンの溶解度は、例えば、５．０ｇであり、１００ｇの水（２５℃、ｐＨ７）に水酸化カルシウムを溶解させた場合におけるカルシウムイオンの溶解度（０．１７ｇ）に比べ、高い。すなわち、アルカリ性電解水は、改質剤におけるカルシウムイオン濃度向上剤として作用する。例えば、アルカリ性電解水におけるカルシウムイオンの濃度は、１０ｍｇ／Ｌ以上であることが好ましい。なお、アルカリ性電解水は、改質剤におけるカルシウムイオンの濃度向上剤に限らず、所定の溶液における陽イオン（例えば、リチウムイオン、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）に対する濃度向上剤としても作用する。
（コンクリート構造物の補修方法）
　コンクリート構造物の補修方法は、コンクリート改質剤をコンクリート構造物へ供給する改質剤供給工程と、コンクリート保護剤をコンクリートへ供給する保護剤供給工程とを有する。改質剤供給工程では、カルシウムイオンを含むアルカリ性電解水をコンクリート改質剤としてコンクリート構造物に塗布する。保護剤供給工程では、上述のコンクリート保護剤をコンクリート改質剤としてコンクリート構造物に塗布する。なお、改質剤供給工程や保護剤供給工程各工程においては、スプレーで吹き付ける等、所定の薬剤がコンクリート構造物と接触する方法であれば特に限定されない。
　コンクリート構造物の補修方法により、コンクリートにおいて、水酸化カルシウムとアルカリ金属ケイ酸塩と水とが反応し、ゲル状のケイ酸カルシウム（Ｃ－Ｓ－Ｈゲル）が生成する。生成したケイ酸カルシウムは、コンクリート構造物の表層部分を緻密にして、外部からの劣化原因物質の侵入を防ぐことができるため、コンクリート構造物の耐久性を向上させることができる。
　例えば、劣化状態のコンクリート構造物（例えば、ｐＨ１１未満のコンクリートや、新設してから約１０年以上経過したコンクリート）において、外部からの劣化原因物質の侵入等によって、新設当初に含まれていたカルシウムイオンがほとんど失われている。このような劣化状態のコンクリート構造物に対し、そのまま、コンクリート保護剤を塗布しても、十分な量のカルシウムイオンが存在しないため、ケイ酸カルシウムが生成しない、または、ケイ酸カルシウムの生成に長時間を要することとなる。
　そこで、劣化状態のコンクリート構造物に対しては、保護剤供給工程に先立って、改質剤供給工程を行う。これにより、当該コンクリート構造物へカルシウムイオンを補充することができる。そして、カルシウムイオンが補充されたコンクリート構造物に対して、コンクリート保護剤を塗布すると、補充されたカルシウムイオンが、ケイ酸カルシウムの生成に寄与する。結果、コンクリート改質剤の塗布により、コンクリート構造物におけるケイ酸カルシウムが生成しやすくなる。
　さらに、ケイ酸カルシウムの生成を促進するためには、多量のカルシウムイオンが必要となる。当該コンクリート改質剤は、通常の水酸化カルシウム水溶液よりも、カルシウムイオンの濃度が高いため、コンクリート保護剤との反応が短時間で開始する。
　上記実施形態では、コンクリート構造物の補修のために、コンクリート構造物に対して、コンクリート改質剤の塗布とコンクリート保護剤の塗布とをこの順に行ったが、この組み合わせを複数回繰り返してもよい。
（コンクリート改質剤の製造設備）
　次に、コンクリート改質剤の製造設備について説明する。
　まず、図３に示すように、コンクリート改質剤の製造設備２は、水槽１０と、イオン交換膜２０と、陽極３０と、陰極４０と、陽極３０及び陰極４０に所定の電圧を印可する電源５０と、を備える。
　水槽１０には、カルシウム剤が溶けた水道水が貯留する。カルシウム剤としては、例えば、水溶性のカルシウム含有化合物（乳酸カルシウム、グルコン酸カルシウム、リン酸化オリゴ糖カルシウム等のカルシウム塩）がある。
　水槽１０の内部空間をイオン交換膜２０で仕切り、イオン交換膜２０で仕切られた２つの空間に、それぞれ陽極３０と陰極４０とを設ける。その後、電源５０を用いて、陽極３０と陰極４０とに所定の電圧を印加して、電気分解を行う。この電気分解により、陰極４０側には、水素が発生するとともに、カルシウムイオンが溶けたアルカリ性電解水８０が生成される。一方、陽極３０側には、乳酸を含む酸性水、塩化物イオン、炭酸水素イオンなどが、アルカリ性電解水から隔離して生成される。
　こうして得られた、カルシウムイオンを含むアルカリ性電解水は、コンクリート改質剤として利用可能である。このようなアルカリ性電解水は、人体にとって有害な物質や、環境汚染物質を含まないため、作業が人体にとって安全かつ簡単に、そして、特別な準備を行うことなく用いることができる。
　以下の方法により、実験１～５を行った。
（実験１～２の準備）
　以下、実験１～２の手順を説明する。
　コンクリート板のサンプルを２つ用意して、一方には保護剤Ａを塗布し、他方には、保護剤Ｂを塗布した）。以降、保護材Ａを塗布したサンプルをサンプルＡと、保護材Ｂを塗布したサンプルをサンプルＢと、それぞれ称する。塗布量はいずれも、０．２５リットル／ｍ２とした。養生時間はいずれも１４日間とした。
（サンプル）
　コンクリート板のサンプルは、３００ｍｍ四方、厚み５０ｍｍの板状に形成されたものである。その配合は、セメント：砂＝１：３であり、水セメント比は６５％である。
（保護剤Ａ）
　保護剤Ａは、以下の成分を含む無機コロイドゾルである。
　ナトリウムシリケート　１５．７　重量％
　カリウムシリケート　　　４．３　重量％
　アルカリ性電解水　　　７９．７　重量％
　二酸化珪素　　　　　　　０．３　重量％
（保護剤Ｂ）
　保護剤Ｂは、以下の成分を含む無機コロイドゾルである（製品名　ＲＣガード　株式会社エービーシー紹介）。
　ナトリウムシリケート　１０～２０　重量％
　カリウムシリケート　　２０～４０　重量％
　水（Ｈ２Ｏ）　 　　　　４０～７０　重量％
（実験１）
　図４に示すように、サンプルＡの上に計量管Ｔを立て、シーリング材で固定した（図７参照）。その後、計量管Ｔに水を溜めた。水位は、５ｍｍであった。蒸発を防ぐために、計量管Ｔ内の水面にはパラフィンを配し、試験を開始した。試験開始から所定の経過時間において、水位の変化を調べた。経過時間ごとの水の変化は、表１に示す。なお、試験を行なった環境は、温度２３±２℃、湿度５０±５％であった。
（実験２）
　サンプルＡに代えて、サンプルＢを用いたこと以外は、実験１と同様にして行なった。
　実験１～２の結果を表１に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
（実験３）
　コンクリート板のサンプルに保護剤Ａを塗布したもの（以下、サンプルＣと称する）と、コンクリート板のサンプルに何も塗布していないもの（以下、サンプルＤと称する）とを用意した。保護剤Ａの塗布量は０．２５リットル／ｍ２とした。養生時間は１４日間とした。
　コンクリート板のサンプルは、一辺が１００ｍｍの立方体であり、コンクリートの配合は、呼び強度＝２１、スランプ＝８、粗骨材の最大寸法＝２５であり、水セメント比は６５％である。
　サンプルＣ、Ｄ（それぞれ３つ）に対し透水量試験を行なった。この透水量試験は、表面含浸剤の試験方法（案）（ＪＳＣＥ－Ｋ５７１－２００５）に記載されたものである。試験開始から７日後の水頭の高さＷｐｉ（単位：ｍｍ）を読み取り、試験前の高さＷｐｏ（単位：ｍｍ）との差から透水量を算出した（図５参照）。なお、透水量試験を行なった環境は、温度２３±２℃、湿度５０±５％であった。
　透水量試験の測定値から、次式に基づいて、透水比を求めた。
　透水比＝サンプルＣの透水量／サンプルＤの透水量×１００
　実験３の結果を表２に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
（実験４）
　コンクリート板のサンプルに保護剤Ａを塗布したもの（以下、サンプルＥと称する）と、コンクリート板のサンプルに何も塗布していないもの（以下、サンプルＦと称する）とを用意した。コンクリート板のサンプルは、一辺が１００ｍｍの立方体であり、コンクリートの配合は、呼び強度＝２１、スランプ＝８、粗骨材の最大寸法＝２５であり、水セメント比は６５％である。保護剤Ａの塗布量は０．２５リットル／ｍ２とした。養生時間は１４日間とした。
　サンプルＥ、Ｆ（それぞれ３つ）に対し、温度２０±２℃、湿度６０±５％、二酸化炭素濃度５±０．２％の環境下で、促進中性化試験を２８日間行なった。この促進中性化試験は、表面含浸剤の試験方法（案）（ＪＳＣＥ－Ｋ５７１－２００５）に記載されたものである。
　促進中性化試験の後、各サンプルＥ，Ｆの含浸面Ｓ１が２分割になるように、各サンプルＥ，Ｆを割裂して、割裂面ＳＸの含浸面Ｓ１、及び含浸面Ｓ１に対向する面Ｓ２（試験面）からの中性化深さを測定した（図６参照）。そして、中性化深さ比を、次式より求めた。
　中性化深さ比＝サンプルＥの中性化深さ／サンプルＦの中性化深さ×１００
　実験４の結果を表３に示す。なお、表中の測定箇所Ａ１～Ａ３は、コンクリート板のサンプルの幅中心位置、及び幅中心位置から左右に２５ｍｍの位置である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
　（実験５）
　次のようにして、コンクリート改質剤をつくった。５０ｇの乳酸カルシウム（株式会社武蔵野科学研究所）を、１０００ｍｌの水道水（２５℃）に溶かした。なお、当該水道水は、表４の採水地点番号５～７のものを用いた。このようにして得られた水を図３に示すコンクリート改質剤の製造設備２の水槽１０に注ぎ、電気分解を行ない、電気分解によって得られたアルカリ性電解水を、コンクリート改質剤とした。ＩＣＰ発光分光分析法（ＪＩＳ　Ｋ０１０１　Ｎｏ４９）に基づき、コンクリート改質剤のＣａイオン量を測定したところ、コンクリート改質剤のＣａイオン量は、２．５×１０５ｍｇ／Ｌであった。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000004
　尚、本発明は、上記した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
　

Claims (8)

  1. 　アルカリ金属を含むケイ酸塩と、
    　アルカリ性電解水と、を含むことを特徴とするコンクリート保護材。
  2. 　前記アルカリ金属は、ナトリウム、カリウム、及びリチウムのうち少なくとも１つを含むことを特徴とする請求の範囲１記載のコンクリート保護材。
  3. 　アルカリ金属を含むケイ酸塩と、
    　二酸化珪素と、を含むことを特徴とするコンクリート保護材。
  4. 　アルカリ性電解水を含むことを特徴とする請求の範囲３記載のコンクリート保護材。
  5. 　前記アルカリ金属は、ナトリウム、カリウム、及びリチウムのうち少なくとも１つを含むことを特徴とする請求の範囲３又は４に記載のコンクリート保護材。
  6. 　コンクリート改質材をコンクリート構造物へ供給する改質剤供給工程と、
    　前記改質剤供給工程の後に行なわれ、請求項１ないし５のうちいずれか１項記載のコンクリート保護材を前記コンクリート構造物へ供給する保護剤供給工程と、を有し、
    　前記コンクリート改質材はアルカリ性電解水と、カルシウムイオンとを含む
    ことを特徴とするコンクリート構造物の補修方法。
  7. 　アルカリ性電解水を含むことを特徴とするコンクリート構造物の含浸誘導剤。
  8. 　二酸化珪素を含むことを特徴とするコンクリート構造物の欠陥充填剤。
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