(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
水硬性材料と、導電性繊維と鉄分を25容積％以上含有する粒子からなる導電性材料とを含有する水硬性組成物を硬化させてなり、該導電性材料が硬化体中で連続相を形成し、該硬化体の導電率の減少から硬化体のひび割れによる劣化を診断することを特徴とする硬化体の劣化診断方法。
【請求項２】
水硬性材料と、連続相を形成するしきい値以上でしきい値の５倍以下の量の導電性材料とを含有する水硬性組成物を硬化させてなることを特徴とする請求項１記載の硬化体の劣化診断方法。
【請求項３】
水硬性材料がセメントコンクリートであることを特徴とする請求項１又は２記載の硬化体の劣化診断方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、水硬性材料と導電性材料とを含有する水硬性組成物を硬化させてなる硬化体の劣化診断方法に関するものである。
なお、本発明でいうセメントコンクリートとは、セメントペースト、モルタル、及びコンクリートを総称するものである。
【０００２】
【従来の技術とその課題】
コンクリートで代表される水硬性材料を硬化させてなる硬化体は、長期間の使用により、例えば、温度変化、乾燥、炭酸ガス等のガス、酸性雨中の硫酸イオンや硝酸イオン、海水からの塩分などの化学成分、薬品、並びに、凍結融解等の外的な要因によって、その機能や物性が低下して劣化することが知られている。
これらの劣化は、アルカリ骨材反応、塩害、中性化、乾燥収縮、クリープ、及び凍害等となって現れ、コンクリートの耐久性が低下し、ひび割れや破壊が生じやすくなっている。
【０００３】
従来からこれらの劣化によって生じるひび割れについては、目視で硬化体表面を観察するか、歪みセンサー等を硬化体表面部分に取り付けて検出している。
しかしながら、コンクリート構造物のように大型のものでは、目視による観察は熟練を要する作業の上、人手と手間がかかり、歪みセンサーなどで検出する方法では、その設置に多大な費用を要し、さらにセンサーを埋め込むとその箇所がひび割れや破壊の元になってしまう危険性があるなどの課題があった。
また、いずれの方法においてもコンクリート構造物の表面部分しか調べることができないという課題があった。
【０００４】
一方、従来からセメント等の水硬性材料に対して、炭素繊維等の導電性繊維やカーボンブラック等の導電性粉末を添加して導電性を付与する技術が知られている（特開昭54−113057号公報、特開昭55−9350号公報、及び特開平 1−234347号公報）。
しかしながら、これらの技術はセメント等の水硬性材料に導電性を付与することによる新しい機能の発現を目的としたもので、長期間使用することによる硬化体の変化や劣化に関してはなんら関与するものではなかった。
【０００５】
本発明者は、前記課題を解決すべく、種々検討した結果、特定の材料を配合した硬化体において、特定の検知方法によって、前記課題が解決する知見を得て本発明を完成するに至った。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
即ち、本発明は、水硬性材料と、導電性繊維と鉄分を25容積％以上含有する粒子からなる導電性材料とを含有する水硬性組成物を硬化させてなり、該導電性材料が硬化体中で連続相を形成し、該硬化体の導電率の減少から硬化体のひび割れによる劣化を診断する硬化体の劣化診断方法であり、水硬性材料と、連続相を形成するしきい値以上でしきい値の５倍以下の量の導電性材料とを含有する水硬性組成物を硬化させてなる硬化体の劣化診断方法であり、該水硬性材料がセメントコンクリートである。
【０００７】
以下、本発明について詳しく説明する。
【０００８】
本発明で使用する水硬性材料としては、セメントを主成分とするもの、水ガラスを主成分とするもの、有機ポリマーを主成分とするもの、カルシウムアルミネートを主成分とするもの、カルシウムアルミネートとセッコウを主成分とするもの、カルシウムアルミネートと同一組成を有する非晶質、並びに、該非晶質とセッコウとを主成分とするもの等が挙げられ、これらの水硬性材料を単独で使用してもよいし、併用してもよく、さらに、骨材等を併用することも可能である。
【０００９】
本発明で使用する導電性材料としては、導電性繊維、及び鉄分を25容積％以上含有する粒子からなるものであり、少ない使用量で導電性が得られる面から導電性繊維の使用が好ましく、安価で強度の向上が得られる面から、また、その使用量が幅広い範囲で本発明の効果が得られる面から鉄分を25容積％以上含有する粒子の使用が好ましい。
【００１０】
導電性繊維としては、ピッチ系やポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）系の炭素繊維、これら炭素繊維の原料を高温処理して得られる黒鉛質繊維、及び鋼繊維や黄銅繊維などの金属繊維が挙げられる。
導電性繊維の形状は特に限定されるものではないが、長さ１〜50mm、直径５〜 1,000μｍが作業性の面から好ましい。これよりも、極端に長いか、あるいは短い場合は、繊維の分散不良や導電性能の低下が認められ、好ましくない。
【００１１】
【００１２】
鉄分を25容積％以上含有する粒子（以下導電性粒子という）とは、骨材として使用できるもので、鉄分の含有量が25容積％以上であれば特に制限されるものではない。鉄分の含有量が25容積％未満の粒子では、所定の導電性を得ることが困難となるおそれがある。
ここで、鉄分とは、金属鉄や、マグネタイト等の酸化鉄のような導電性を有するものをいい、導電性粒子とは、鉄分の含有量が金属鉄換算で25容積％以上含有する粒子をいう。
導電性粒子の粒度は特に限定されるものではなく、粒度に応じて使用量を調整することが可能である。
【００１３】
本発明において、導電性材料を併用して、水硬性材料に導電性を付与するためには、導電性材料同士がつながりを有し、導電性材料が硬化体の中で連続相を形成する、いわゆるパーコレーション構造を形成する必要がある。
導電性材料の使用量は、このパーコレーション構造を形成するのに必要最小限の使用量、即ち、しきい値以上で、このしきい値の５倍以下が好ましい。
導電性材料を使用しない硬化体の電気抵抗は、材料によって異なるが概ね10５  Ωcm以上であるが、導電性材料を併用してパーコレーション構造を形成すると、電気抵抗は急激に低下して１〜10２  Ωcmとなる。このときの導電性材料の使用量がしきい値である。
また、本発明は硬化体の一部にひび割れなどの硬化体の劣化が生じたときにパーコレーション構造の割合が減り、導電率が低下する現象を電気抵抗を測定して検出するものであるが、導電性材料のしきい値の５倍を越えると、硬化体の一部に生じるひび割れによるパーコレーション構造の減少する割合が少なく、導電率の低下が少なく、検出が困難になる。従って、導電性材料の使用量はしきい値以上で、しきい値の５倍以下が好ましく、しきい値付近がより好ましい。
導電性材料として導電性繊維を用いる場合、導電性繊維の使用量は、その形状に大きく左右される。例えば、直径0.05mm、長さ10mmのカーボン繊維の使用量は、水硬性材料 100容積部に対して、ほぼ２容積部でパーコレーション構造を形成するため、２〜10容積部が好ましい。
さらに、導電性材料としての導電性粒子を用いる場合、例えば、全鉄分25容積％、粒径 0.3mm以下の電気炉スラグは、水硬性材料 100容積部に対して、100 容積部（全鉄分で換算すると25容積％）でパーコレーション構造を形成するため、本発明の水硬性材料と導電性材料とを含有する水硬性組成物を硬化させてなる硬化体（以下本硬化体という）を作製する場合の導電性粒子の使用量は、水硬性材料 100容積部に対して、 100〜500 容積部が好ましい。
二種類以上の導電性材料を使用する場合は、使用する導電性材料の存在比に比例する使用量で目的とする硬化体が得られる。
【００１４】
本発明では、さらに、必要に応じて骨材を使用することが可能である。
骨材は特に限定されるものでなく、各種砂や砂利を用いることができる。
【００１５】
本発明の導電性材料を含有する水硬性組成物には、さらに、炭酸カルシウム、石英、アルミナ、タルク、シリカフューム、及びパーライト等の充填材、ＡＥ減水剤、高性能減水剤、硬化促進剤、並びに、遅延剤等の混和材料を本発明の目的を阻害しない範囲で添加することが可能である。
【００１６】
本硬化体は、以上の水硬性材料、導電性材料、及び必要に応じて骨材を混合機により混合し、その後水を添加し、水硬させることにより得られる。
その混合に際しては、既存の各種混合機、例えば、傾胴ミキサー、Ｖ型ミキサー、ヘンシェルミキサー、ナウタミキサー、オムニミキサー、及びボールミル等を使用することができる。
【００１７】
さらに、養生方法も特に限定されるものではなく、一般に行われている養生方法が適用可能である。
【００１８】
本硬化体の導電率の減少から硬化体の劣化を診断する方法とは、本硬化体の診断を必要とする箇所に端子を設置し端子間の電気抵抗を測定する方法である。
端子は予め本硬化体中に一部埋め込んで設置しても良いし、本硬化体の表面に接着する形で設置しても良い。
端子に用いる材料は特に限定されるものでなく、本硬化体の導電率を減少するもの以外の材料であれば使用することが可能である。
【００１９】
本発明で測定する電気特性は、直流電気抵抗や交流電気抵抗などであり、測定の簡便さから直流の電気抵抗の測定が好ましく、例えば、市販のデジタルボルトメーターなどが使用可能である。
【００２０】
本発明では、水硬性材料の中性化や凍害などにより、硬化体が劣化し、強度低下がもとで生じるひび割れを診断し、検出するものであり、ひび割れによって本硬化体のパーコレーション構造の割合が減少し、本硬化体の導電率が低下する現象を測定することにより可能である。
本発明の効果を確認する方法として、本硬化体に曲げ応力を負荷することによって生じるひび割れを検出する方法が採用できる。また、破壊には至らない程度の小さい曲げ応力を長時間、繰り返し負荷することにより本硬化体の疲労によって生じるひび割れの検出も可能である。
特に、本硬化体に曲げ応力を負荷することにより、本硬化体に微細なクラックが発生し、導電性材料で形成された本硬化体のパーコレーション構造の割合が減り、電気抵抗が増加することから、本硬化体の劣化を電気抵抗値の増加現象で捉えることが可能である。
また、繰り返し曲げ応力を負荷することにより、長時間にわたって生じる硬化体の劣化を短時間で、しかも実験室で評価することが可能である。
【００２１】
【実施例】
以下、実施例にて本発明を詳細に説明する。
【００２２】
実施例１
セメント675g、表１に示す導電性材料、及び骨材1,350gを市販のモルタルミキサーで10分間混合して水硬性組成物を調製した。
20℃、相対湿度80％の条件下でモルタルミキサーに原料と水 338mlを加え、３分間低速で回転して水硬性組成物のモルタルを作製した。
作製したモルタルを４×４×16cmの型枠に流し込み、そのまま１日養生し、その後、硬化体を型枠から外し、20℃水中で６日間養生し、さらに20℃、相対湿度60％の条件下で７日間養生した硬化体を評価した。結果を表１に示す。
【００２３】
＜使用材料＞
セメント  ：市販の普通ポルトランドセメント
導電性材料Ａ：導電性繊維、カーボン繊維、ピッチ系、10mm×φ0.05mm
導電性材料Ｂ：導電性粉末、市販アセチレンブラック、平均粒径40nm
導電性材料Ｃ：導電性粒子、電炉スラグ、全鉄分量25容積％、粒径 0.3mm以下
骨材      ：セメント協会ＩＳＯ  標準砂
【００２４】
＜測定方法＞
電気抵抗  ：作製した４×４×16cmの硬化体の４×４cmの両方の面にアルミ箔を  張り付けて端子とし、スパン10cmの３点曲げ応力を負荷し、短時間で硬化体を  変形させながらその電気抵抗を測定した。
【００２５】
【表１】
0003683077.tif 000002
【００２６】
実施例２
実施例１と同様に作製した表２に示す硬化体の曲げ強度の50％の曲げ応力を繰り返し負荷し、破壊するまでの繰り返し回数と破壊するまでの電気抵抗の変化を測定した。結果を表２に併記する。
【００２７】
【表２】
0003683077.tif 000003
【００２８】
【発明の効果】
本発明の水硬性組成物からなる硬化体の電気抵抗を測定し、その変化を調べることにより、容易に水硬性組成物の劣化が原因で生じる硬化体の劣化を診断することができる。