(57)【要約】【課題】  劣化したコンクリート構造物の補修に用いる、作業性、低温硬化性状、初期ひび割れ抵抗性、強度発現性、耐硫酸性などに優れたアルミナセメント組成物およびそれを使用した補修工法を提供する。【解決手段】  アルミナセメント、ポゾラン物質、およびＬｉ２Ｏ含有量が０．７〜２．５質量％のヘクトライトを含有することを特徴とするアルミナセメント組成物。さらに、高分子繊維、流動化剤、セメント混和用ポリマー、吸水防止剤、骨材を含有する前記アルミナセメント組成物。前記アルミナセメント組成物を用いるコンクリート構造物の補修工法。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルミナセメント、ポゾラン物質、およびＬｉ２Ｏ含有量が０．７〜２．５質量％のヘクトライトを含有するアルミナセメント組成物。
【請求項２】
高分子繊維を含有する請求項１に記載のアルミナセメント組成物。
【請求項３】
高分子繊維の繊維長が２〜１５ｍｍでアスペクト比が３００〜１０００である請求項２に記載のアルミナセメント組成物。
【請求項４】
流動化剤を含有する請求項１〜３のいずれか１項に記載のアルミナセメント組成物。
【請求項５】
セメント混和用ポリマーを含有する請求項１〜４のいずれか１項に記載のアルミナセメント組成物。
【請求項６】
吸水防止剤を含有する請求項１〜５のいずれか１項に記載のアルミナセメント組成物。
【請求項７】
骨材を含有する請求項１〜６のいずれか１項に記載のアルミナセメント組成物。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１項に記載のアルミナセメント組成物を用いるコンクリート構造物の補修工法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コンクリート構造物の補修、特に硫酸により劣化を受けた下水処理施設のコンクリート構造物の補修などに使用するアルミナセメント組成物およびそれを用いた補修工法に関する。
【背景技術】
【０００２】
下水処理施設におけるコンクリート構造物は、下水中で発生する硫酸還元細菌の影響で硫酸が発生しコンクリートが侵食され、さらに内部の鉄筋の腐食で錆による膨張圧が生じ、コンクリートにひび割れ、浮きが発生し、コンクリート片のはく落などが起きている。このような下水処理施設での補修工法としては、劣化部をウォータージェットにより除去し断面修復してから樹脂ライニングを行う方法が多く実施されている。これに用いる断面修復材は、高炉水砕スラグにポリマーを配合した材料（特許文献１）、アルミナセメントからなる材料（特許文献２、３）、高炉水砕スラグやシリカフュームなどの微粉末を多量に混和したセメントモルタルが使用されている（特許文献４）。また、アルミナセメントと高炉スラグ微粉末を用いた材料で、５μｍ以下のアルミナセメント粒子を２５重量％以下とし、リチウム塩を含有する材料が提案されている（特許文献５）。
【特許文献１】特開平０３−２９０３４８号公報
【特許文献２】特開２００３−８９５６５号公報
【特許文献３】特開２００４−２９２２４５号公報
【特許文献４】特開２０００−１２８６１８号公報
【特許文献５】特開２００２−２９３６０３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、硫酸によるコンクリート構造物の劣化は、セメントの水和で生じる水酸化カルシウムと硫酸が反応することで進行するため、通常のポルトランドセメントを用いた補修材料では樹脂ライニングにわずかなピンホールが存在すれば長期的な耐久性は望めないという課題があった。また、下水処理施設には、湿度が低く風通りのよい開放されたピットや水路なども存在し、冬季の寒い時期の施工では、セメントの凝結時間が遅れるため初期収縮ひび割れが発生しやすいという課題があった。さらに、微粉末を多量に混和した材料は、自己収縮がポリマーセメントよりも大きく、冬季に限らず初期ひび割れが発生しやすく、モルタルの粘りが強く作業性が悪いという課題があった。
本発明者らは、前記課題を解決するため、特定のアルミナセメント組成物およびそれを用いた補修工法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
すなわち、本発明は、（１）アルミナセメント、ポゾラン物質、およびＬｉ２Ｏ含有量が０．７〜２．５質量％のヘクトライトを含有するアルミナセメント組成物、（２）高分子繊維を含有する（１）のアルミナセメント組成物、（３）高分子繊維の繊維長が２〜１５ｍｍでアスペクト比が３００〜１０００である（２）のアルミナセメント組成物、（４）流動化剤を含有する（１）〜（３）のいずれかのアルミナセメント組成物、（５）セメント混和用ポリマーを含有する（１）〜（４）のいずれかのアルミナセメント組成物、（６）吸水防止剤を含有する（１）〜（５）のいずれかのアルミナセメント組成物、（７）骨材を含有する（１）〜（６）のいずれかのアルミナセメント組成物、（８）（１）〜（７）のいずれかのアルミナセメント組成物を用いるコンクリート構造物の補修工法、である。
【発明の効果】
【０００５】
本発明のアルミナセメント組成物およびそれを用いた補修工法により、作業性、低温硬化性状、初期ひび割れ抵抗性、強度発現性、耐硫酸性などに優れ、長期耐久性が良好なコンクリート構造物の補修を行うことが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
以下、本発明を詳細に説明する。
【０００７】
本発明で使用するアルミナセメントとは、モノカルシウムアルミネートを主要鉱物として含有するクリンカー粉砕物から得られるものであり、例えば、アルミナセメント１号やアルミナセメント２号などが使用できる。アルミナセメントの粉末度は、水和活性の点で２０００〜８０００ｃｍ２／ｇが好ましい。また、アルミナセメントの粒度調整を行い、粒子径５μｍ以下の粒子を全体の３０質量％未満としたものが硬化するときの収縮が小さくなるので好ましい。
【０００８】
本発明で使用するポゾラン物質とは、アルカリ刺激によりポゾラン活性を示す物質であり、アルミナセメントと併用することで、水和物の相転移による強度低下を抑制する目的や、施工時のモルタルのダレ抵抗性を向上させる目的で使用するものである。例えば、高炉水砕スラグ、高炉徐冷スラグ、転炉スラグ、シリカフューム、およびフライアッシュなどが挙げられる。
ポゾラン物質の粉末度は、水和活性の点でブレーン比表面積３０００ｃｍ２／ｇ以上が好ましい。
ポゾラン物質の使用量は、通常、アルミナセメント１００質量部に対して、８０〜２００質量部が好ましく、１００〜１５０質量部がより好ましい。なお、シリカフュームは、アルミナセメント１００質量部に対して１〜１０質量部が好ましい。
【０００９】
本発明で使用するＬｉ２Ｏ（酸化リチウム）含有量が０．７〜２．５質量％のヘクトライトとは、スメクタイト類に属する粘土鉱物の一種であり、層状構造を有している。特徴としては、その層間には水分子を伴った種々の金属イオンが入っており、層間の金属イオンが交換性を有している。ヘクトライトの場合は、リチウムを含有するのが特徴である。ヘクトライトのＬｉ２Ｏ含有量は０．７〜２．５質量％が好ましく、０．７質量％未満では低温での硬化促進効果が小さく、２．５質量％を超えると流動性に影響する場合がある。ヘクトライトの従来の用途は、チクソ性を有することからセメント系材料のレオロジー特性を改善する目的で使用されているが、アルミナセメント系材料に適用すると、低温時の硬化性状が改善する。
ヘクトライトの使用量は、アルミナセメント１００質量部に対して０．１〜１０質量部が好ましく、０．３〜５質量部がより好ましい。０．１質量部未満では低温での硬化促進効果が小さく、１０質量部を超えると硬化が早くなりすぎモルタルの流動性に影響する場合がある。
【００１０】
本発明で使用する高分子繊維とは、アルミナセメントが硬化するときの収縮による大きなひび割れを抑制する目的で使用する。高分子繊維の種類としては、ビニロン繊維、ポリプロピレン繊維、アクリル繊維、ナイロン繊維などが挙げられる。特に限定されるものではないが、これらの中でモルタル中における繊維の付着力が比較的優れるビニロン繊維やアクリル繊維の使用が好ましい。特に、繊維長が２〜１５ｍｍでアスペクト比が３００〜１０００の高分子繊維が硬化するときの収縮で入る大きなひび割れを抑制するのに好ましい。
高分子繊維の使用量は、アルミナセメントとポゾラン物質とヘクトライトと骨材の合計１００質量部に対して０．０２〜０．６質量部が好ましく、０．０５〜０．４質量部がより好ましい。０．０２質量部未満では、ひび割れ抑制効果が小さく、０．６質量部を超えるとモルタルの流動性に影響する場合がある。
【００１１】
本発明で使用する流動化剤は、モルタルに適度な流動性を与える目的で使用するものであり、例えば、ポリカルボン酸系化合物、メラミン系化合物、リグニンスルホン酸系化合物、ナフタレンスルホン酸系化合物などが挙げられる。これらの中で、適度な流動性を与え、強度発現性に影響を与えにくい点でポリカルボン酸系化合物、メラミン系化合物の使用が好ましい。
流動化剤の使用量は、アルミナセメント１００質量部に対して０．０１〜１質量部が好ましく、０．０５〜０．５質量部がより好ましい。０．０１質量部未満では、適度な流動性を与えにくく、１質量部を超えると強度発現性に影響する場合がある。
【００１２】
本発明で使用するセメント混和用ポリマーは、ＪＩＳ  Ａ  ６２０３で規定されているセメント混和用のポリマー（ポリマーディスパージョン）であり、中性化、塩害、凍害などの耐久性を向上させ、モルタルの付着強度、曲げ強度、引張強度などの強度特性を改善する目的で使用する。例えば、アクリロニトリル・ブタジエンゴム、スチレン・ブタジエンゴム、クロロプレンゴム、および天然ゴムなどのゴムラテックス、エチレン・酢酸ビニル共重合体、ポリアクリル酸エステル、酢酸ビニルビニルバーサテート系共重合体、およびスチレン・アクリル酸エステル共重合体やアクリロニトリル・アクリル酸エステルに代表されるアクリル酸エステル系共重合体、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂に代表される液状ポリマーなどが挙げられ、これらの１種または２種以上の混合物を使用できる。
セメント混和用ポリマーの使用量は、アルミナセメント１００質量部に対して固形分で０．５〜２０質量部が好ましく、２〜１５質量部がより好ましい。０．５質量部未満では耐久性の向上効果が小さく、２０質量部を超えると強度発現性に影響する場合がある。
【００１３】
本発明で使用する吸水防止剤とは、硬化したモルタルの吸水性を低下させる目的で使用するものであり、水分中に溶け込んでいる硫酸イオンの浸透を抑制する効果がある。例えば、ステアリン酸カルシウムなどの高級脂肪酸系化合物や、パラフィン、アルキルアルコキシシランなどのシラン類がある。これらの中で、モルタルの流動性に悪影響を与えにくく、撥水効果が大きい点でシラン系吸水防止剤の使用が好ましい。また、液状及び粉末状いずれも使用できるが、予めプレミックスできる粉末状の吸水防止剤の使用が好ましい。
吸水防止剤の使用量は、アルミナセメント１００質量部に対して０．２〜８質量部が好ましく、０．５〜５質量部がより好ましい。０．２質量部未満では、硫酸イオンの浸透抑制効果が小さく、８質量部を超えると強度発現性に影響する場合がある。
【００１４】
本発明のアルミナセメント組成物は、水と混合し、骨材を含まないペースト、あるいは骨材を含むモルタルやコンクリートとして使用できるが、使用する骨材の種類としては、特に限定されるものではないが、耐酸性を有する骨材の使用が好ましい。例えば、珪石骨材、アルミナ骨材、ムライト骨材、シャモット骨材、炭化珪素骨材、アルミナセメントクリンカー骨材などが挙げられる。
骨材の使用量は、アルミナセメントとポゾラン物質とヘクトライトの合計１００質量部に対して０〜２５０質量部が好ましく、２５０質量部を超えると流動性や付着強度が低下する傾向がある。また、２ｍｍ以下の薄塗りをする場合は骨材を含まないペーストを使用し、２ｍｍを超える厚みを確保する場合は骨材を含むモルタルやコンクリートを使用することが好ましい。
【００１５】
本発明では、低温においてより迅速な強度発現が必要な場合は、炭酸、硫酸、ケイ酸、硝酸、水酸化物、リン酸、ホウ酸、有機酸などのリチウム塩を併用することができる。
また、本発明のアルミナセメント組成物には品質に悪影響を与えない範囲でＡＥ剤、増粘剤、発泡剤、凝結遅延剤、防凍剤、収縮低減剤、抗菌剤などの各種添加剤を併用することができる。
【００１６】
本発明のアルミナセメント組成物の補修方法は、ミキサーで練り混ぜたモルタルをコテで塗ってもよく、型枠を作りその内部に充填してもよく、圧縮空気を用いてモルタルを吹き飛ばす吹付けで施工してもよい。
【００１７】
以下、実施例で詳細に説明する。
【実施例１】
【００１８】
アルミナセメント１００質量部に対してポゾラン物質Ａ１２０質量部、表１に示すＬｉ２Ｏ含有量のヘクトライトを０．３質量部加えた配合物を調製し、この配合物１００質量部に対して骨材１７０質量部加えドライモルタルとし、このドライモルタル１００質量部に対して水を１６質量部加えたモルタルのフロー、始発時間、初期ひび割れ抵抗性、圧縮強度、耐硫酸性を測定した。その結果を表１に示す。
【００１９】
（使用材料）
アルミナセメント：アルミナセメント１号、市販品
ポゾラン物質Ａ：高炉水砕スラグ微粉末、ブレーン比表面積７０００ｃｍ２／ｇ、市販品
ヘクトライト：密度２．６ｇ／ｃｍ３、最大粒子径１００μｍ、市販品
モンモリロナイト：密度２．７ｇ／ｃｍ３、最大粒子径１５０μｍ、市販品
骨材：乾燥珪砂、最大粒径１．２ｍｍ
【００２０】
（測定方法）
フロー試験、圧縮強度試験：ＪＩＳ  Ｒ  ５２０１に準拠して測定した。
始発時間：ＪＩＳ  Ａ  １１４７に準拠して測定した（試験温度５℃）。
初期ひび割れ抵抗性：練り混ぜたモルタルを縦３０ｃｍm×横３０ｃｍ×厚さ６ｃｍのコンクリート製平板に厚さ１０ｍｍとなるようにコテで塗り付け、温度５℃、湿度４０％、平均風速：２ｍ／ｓの空間に放置し、１日後のひび割れ全長さを測定した。
耐硫酸性試験：練り混ぜたモルタルをφ７．５×１５ｃｍに成形し、温度２０℃の水中に２８日間養生後、温度２０℃で５％硫酸水溶液中に２８日間浸漬したときの硫酸イオンの浸透深さを測定した。浸透深さの判定はフェノールフタレイン法で行った。
【００２１】
【表１】
2006306646.tif 000002
【００２２】
表１より、本発明のアルミナセメント組成物は、作業性、低温硬化性状、初期ひび割れ抵抗性、強度発現性、耐硫酸性に優れ、本発明の範囲外のＬｉ２Ｏ含有量のヘクトライトでは流動性が低下し、モンモリロナイトでは初期ひび割れ抵抗性が低下することが判る。
【実施例２】
【００２３】
実施例１の実験No.1-3において、アルミナセメント１００質量部に対してヘクトライトの使用量を表２に示すように変えたこと以外は実施例１と同様に行った。その結果を表２に示す。
【００２４】
【表２】
2006306646.tif 000003
【００２５】
表２より、本発明のアルミナセメント組成物は、作業性、低温硬化性状、初期ひび割れ抵抗性、強度発現性、耐硫酸性に優れ、ヘクトライトにより初期ひび割れ抵抗性が向上することが判る。
【実施例３】
【００２６】
実施例１の実験No.1-3において、ポゾラン物質の種類と量を表３に示すように変えたこと以外は実施例１と同様に行った。その結果を表３に示す。
【００２７】
（使用材料）
ポゾラン物質Ｂ：フライアッシュ、ブレーン比表面積４５００ｃｍ２／ｇ、市販品
ポゾラン物質Ｃ：シリカフューム、平均粒子径０．１〜０．２μｍ、市販品
【００２８】
【表３】
2006306646.tif 000004
【００２９】
表３より、本発明のアルミナセメント組成物は、作業性、低温硬化性状、初期ひび割れ抵抗性、強度発現性、耐硫酸性に優れ、ポゾラン物質により強度発現性や耐硫酸性が向上することが判る。
【実施例４】
【００３０】
実施例１の実験No.1-3において、ドライモルタル１００質量部に対して高分子繊維を表４に示すように加えたこと以外は実施例１と同様に行った。その結果を表４に示す。
【００３１】
（使用材料）
高分子繊維Ａ：ポリプロピレン繊維、繊維長１２ｍｍ、繊維径１８μｍ、アスペクト比６６７、市販品
高分子繊維Ｂ：ビニロン繊維、繊維長６ｍｍ、繊維径１４μｍ、アスペクト比４２９、市販品
【００３２】
【表４】
2006306646.tif 000005
【００３３】
表４より、本発明のアルミナセメント組成物は、作業性、低温硬化性状、初期ひび割れ抵抗性、強度発現性、耐硫酸性に優れ、高分子繊維を使用することにより初期ひび割れ抵抗性が向上することが判る。
【実施例５】
【００３４】
実施例１の実験No.1-3において、アルミナセメント１００質量部に対して流動化剤を表５に示すように加え配合物を調製し、ドライモルタル１００質量部に対して水を１４．５質量部、実施例４で使用した高分子繊維Ｂ０．１質量部を加えたこと以外は実施例１と同様に行った。その結果を表５に示す。
【００３５】
（使用材料）
流動化剤Ａ：メチロールメラミン系化合物、市販品
流動化剤Ｂ：ポリカルボン酸系流動化剤、粉末、市販品
【００３６】
【表５】
2006306646.tif 000006
【００３７】
表５より、本発明のアルミナセメント組成物は、作業性、低温硬化性状、初期ひび割れ抵抗性、強度発現性、耐硫酸性に優れ、流動化剤を使用することによりモルタルの流動性が向上することが判る。
【実施例６】
【００３８】
実施例５の実験No.5-5において、アルミナセメント１００質量部に対してセメント混和用ポリマー（固形分換算）を表６に示すように加え配合物を調製し、このドライモルタル１００質量部に対して水を１４．５質量部、実施例４で使用した高分子繊維Ｂ０．１質量部を加えたこと以外は実施例１と同様に行った。その結果を表６に示す。
【００３９】
（使用材料）
セメント混和用ポリマー：アクリル−スチレン系再乳化型粉末樹脂、市販品
【００４０】
【表６】
2006306646.tif 000007
【００４１】
表６より、本発明のアルミナセメント組成物は、作業性、低温硬化性状、初期ひび割れ抵抗性、強度発現性、耐硫酸性に優れ、セメント混和用ポリマーを使用することにより作業性や耐硫酸性が向上することが判る。
【実施例７】
【００４２】
実施例５の実験No.5-5において、アルミナセメント１００質量部に対して吸水防止剤と実施例６で使用したセメント混和用ポリマーの使用量を表７に示すように変え配合物を調製したこと以外は実施例６と同様に行った。その結果を表７に示す。
【００４３】
（使用材料）
吸水防止剤：粉末アルキルアルコキシシラン系吸水防止剤、市販品
【００４４】
【表７】
2006306646.tif 000008
【００４５】
表７より、本発明のアルミナセメント組成物は、作業性、低温硬化性状、初期ひび割れ抵抗性、強度発現性、耐硫酸性に優れ、吸収防止剤とセメント混和用ポリマーを使用することにより耐硫酸性が向上することが判る。
【実施例８】
【００４６】
実施例６の実験No.6-4において、骨材の使用量を表８に示すように変え付着強度を測定したこと以外は実施例６と同様に行った。その結果を表８に示す。
【００４７】
（付着強度）
ＪＩＳ  Ａ  １１７１に準拠して測定した。
【００４８】
【表８】
2006306646.tif 000009
【００４９】
表８より、本発明のアルミナセメント組成物は、作業性、低温硬化性状、初期ひび割れ抵抗性、強度発現性、耐硫酸性に優れ、骨材の使用量により付着強度が変わることが判る。
【実施例９】
【００５０】
実施例１の実験No.1-3、実施例５の実験No.5-5、実施例６の実験No.6-4のアルミナセメント組成物のモルタルを気温５℃、湿度４０％にコントロールした部屋で天井面に設置したコンクリート板に厚さ２０ｍｍとなるようにコテ塗りした（コテ塗り面積：０．５ｍ２程度）。その結果、コテ塗りの作業性は良好であり、１回で厚さ２０ｍｍとなるように塗り付けてもはく落は無かった。また、１日後に打音検査を行ったところ浮きも認められなかった。さらに、材齢７日に実施例８と同様に付着強度試験を行ったところ、実施例１の実験No.1-3のモルタルで２．０Ｎ／ｍｍ２、実施例５の実験No.5-5のモルタルで２．３Ｎ／ｍｍ２、実施例６の実験No.6-4のモルタルで２．４Ｎ／ｍｍ２と高い付着力を示した。
【産業上の利用可能性】
【００５１】
本発明のアルミナセメント組成物およびそれを用いた補修工法により、作業性、低温硬化性状、初期ひび割れ抵抗性、強度発現性、耐硫酸性などに優れ、長期耐久性が良好なコンクリート構造物の補修を行うことが可能となるので、下水処理施設などの土木分野などで幅広く適用できる。