(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
セメントと高炉スラグ微粉末とからなる最大粒径が２０μｍ以下に分級された水硬性材料１００質量部、最大粒径が２０μｍ以下に分級された水硬性を有しない無機系充填材１０〜８０質量部、ガラス転移温度が−５０〜−２０℃の高弾性ポリマーディスパージョンであって含有されるポリマー固形分に換算して２５〜５０質量部、高性能減水剤０．５〜３．０質量部、水溶性セルロース誘導体０．０２５〜０．０３質量部、および亜硝酸アルカリ金属塩および／または亜硝酸アルカリ土類金属塩１〜５質量部を含むことを特徴とする、無機系弾性ひび割れ注入材。
【請求項２】
請求項１記載の無機系弾性ひび割れ注入材において、水硬性材料中のセメント：高炉スラグ微粉末の配合割合が質量比で９５：５〜３０：７０であることを特徴とする、無機系弾性ひび割れ注入材。
【請求項３】
請求項１または２記載の無機系弾性ひび割れ注入材において、高炉スラグ微粉末及び水硬性を有しない無機系充填材粉が、セメントよりもさらに微粉であることを特徴とする、無機系弾性ひび割れ注入材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無機系弾性ひび割れ注入材に関し、特に、中性化、塩害、アルカリ骨材反応、凍害などの劣化現象により生じたコンクリート構造物のひび割れ部に適用し、またコンクリートの劣化を未然に防ぎ、耐久性を向上させ、また、コンクリート上の保護モルタル層等の浮き部に適用して剥離を防止できる無機系弾性ひび割れ注入材に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来よりコンクリート構造物のひび割れ部に注入してコンクリートの劣化を未然に防ぎ、耐久性を向上させ、またコンクリート上の保護モルタル層等の浮き部分に注入して剥離を防止する注入材として、エポキシ樹脂系注入材が広く使用されている。
エポキシ樹脂系注入材は、その使用目的や用途に応じて、いくつかのタイプがあり、粘度の高いタイプと低いタイプ、また、硬化後の物性で硬質型と軟質型が知られている。
また、上記注入材以外にも、セメントとポリマーディスパージョンよりなる無機系注入材も用いられることがある。
【０００３】
しかしながら、エポキシ樹脂系注入材は、上記のように各種グレードがあり、注入性や接着強度など幅広い対応が可能であるが、基本組成がコンクリート構造物と異なるために、熱膨張係数の違いによる長期耐久性が劣ったり、溶剤による周辺環境への悪影響や環境ホルモンの溶出等の懸念がある。
【０００４】
一方、無機系注入材は、基本組成がコンクリートに近く、エポキシ樹脂系注入材の欠点は改善されるが、微細なひび割れへの注入性が劣る傾向にある。
かかる欠点を解消するために、以下の技術が開示されている。
特許第２６８６４５９号では、微粉高炉スラグ、微粉ポルトランドセメント、ポリマーおよび高性能減水剤からなる注入材において、上記高炉スラグおよびポルトランドセメントの合量に対し、アルカリ刺激剤を１．５〜４．５質量％および増粘剤を０．０５〜０．２質量％配合してなるコンクリート構造物の補修用注入材が開示されているが、ポリマーの使用目的は接着強度の向上であり、弾性タイプの注入材ではない。
特許第２６２７９３６号では、水硬性材料、骨材および／または混和材、高弾性ポリマーディスパージョン、およびジエチレングリコールからなる無機弾性注入材が開示されており、かかる無機系注入材は水分蒸発による体積収縮の改善にはある程度有効である弾性タイプの注入材ではあるが、ひび割れ部やコンクリート浮き部への注入性に劣る。
【０００５】
また、特開平５−１７１９６号公報では、２０μｍ以下の高炉スラグ微粉末とアルカリ刺激剤にＴｇ０℃未満のポリマーディスパージョンが添加された弾性注入材が開示されており、また、特開平５−５８６８９号公報では、２０μｍ以下のポルトランドセメントや高炉スラグ微粉末や、固形分換算でポリマー／セメント比が３０％以下で使用されるポリマーディスパージョンを用いた注入材組成物が開示されている。
【０００６】
しかしながら、このような従来の注入材では、低温時に十分な弾性が得られず、一定期間経過後の弾性が損なわれ、十分なひび割れ補修効果が得られない等の欠点がある。
【０００７】
【特許文献１】特許第２６８６４５９号公報
【特許文献２】特許第２６２７９３６号公報
【特許文献３】特開平５−１７１９６号公報
【特許文献４】特開平５−５８６８９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
従って、本発明の目的は、無機系弾性ひび割れ注入材であっても、微細なひび割れにも注入が可能で、低温時でも十分な弾性を有し、常温での付着強度も良好な無機系弾性ひび割れ注入材を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者らは、上記目的より鋭意研究を重ねた結果、特定の成分を組み合わせてなる無機系弾性ひび割れ注入材が上記目的に合致する優れた諸性質、特に優れた注入性、接着強度及び弾性を有し、高耐久性を備えることを見出し、ここに本発明を完成するに至った。
すなわち、本発明の請求項１記載の無機系弾性ひび割れ注入材は、セメントと高炉スラグ微粉末からなる最大粒径が２０μｍ以下に分級された水硬性材料１００質量部、最大粒径が２０μｍ以下に分級された水硬性を有しない無機系充填材１０〜８０質量部、ガラス転移温度が−５０〜−２０℃の高弾性ポリマーディスパージョンであって含有されるポリマー固形分に換算して２５〜５０質量部、高性能減水剤０．５〜３．０質量部、水溶性セルロース誘導体０．０２５〜０．０３質量部、および亜硝酸アルカリ金属塩および／または亜硝酸アルカリ土類金属塩１〜５質量部を含むことを特徴とする。
【００１０】
請求項２記載の無機系弾性ひび割れ注入材は、請求項１記載の無機系弾性ひび割れ注入材において、前記水硬性材料中のセメント：高炉スラグ微粉末の配合割合が質量比で９５：５〜３０：７０の水硬性材料を使用してなることを特徴とする。
【００１１】
請求項３記載の無機系弾性ひび割れ注入材は、請求項１または２記載の無機系弾性ひび割れ注入材において、高炉スラグ微粉末及び水硬性を有しない無機系充填材粉が、セメントよりもさらに微粉であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の無機系弾性ひび割れ注入材は、微細なひび割れにも注入が可能で、低温時でも十分な弾性を有し、常温での良好な付着強度を有する。
また、本発明の無機系弾性ひび割れ注入材によれば、中性化、塩害、アルカリ骨材反応、凍害などの劣化現象により生じた、コンクリート構造物のひび割れ部に注入されて、コンクリートの劣化を未然に防ぎ、耐久性を向上させ、またコンクリート上の保護モルタル層等の浮き部に注入されて、剥離を防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明を最適例を用いて以下に説明するが、これらに限定されるものではない。
なお、本発明において「分級」とは風力分級により分別されるものと意味する。
本発明の無機系弾性ひび割れ注入材は、セメントと高炉スラグ微粉末からなる最大粒径が２０μｍ以下に分級された水硬性材料１００質量部、最大粒径が２０μｍ以下に分級された水硬性を有しない無機系充填材１０〜８０質量部、ガラス転移温度が−５０〜−２０℃の高弾性ポリマーディスパージョンであって含有されるポリマー固形分に換算して２５〜５０質量部、高性能減水剤０．５〜３．０質量部、水溶性セルロース誘導体０．０２５〜０．０３質量部および亜硝酸アルカリ金属塩および／または亜硝酸アルカリ土類金属塩１〜５質量部を含むものである。
このような特定の組成と配合割合とすることにより、微細なひび割れにも注入が可能で、低温時でも十分な弾性を有し、常温での良好な付着強度を有することとなる。
【００１４】
本発明では、最大粒径が２０μｍ以下、好ましくは１０〜２０μｍに分級されたセメントとしては、前記の粒度を有する限り特に限定はなく、公知の各種のものをいずれも利用することができ、一般には早強ポルトランドセメント、超早強ポルトランドセメント等が好ましい。
上記粒径が２０μｍを上回る場合にはセメントの利用では微細なひび割れに対して充分に注入できず、また密に充填することもできないので、普通ポルトランドセメント等のように比較的粒径の粗いものは本発明においては使用できない。
【００１５】
本発明に用いられる最大粒径が２０μｍ以下、好ましくは１０〜２０μｍに分級された高炉スラグ微粉末は、前記特定の粒度を有する限り、公知の各種のものをいずれも使用でき、例えば高炉スラグを粒径１０μｍ以下に微粉砕して表面積約１００００ｃｍ２／ｇ程度にしたもの等を例示できる
好適には、１０〜２０μｍであり、これはかかる範囲のものが実用的だからである。
更に好ましくは、該高炉スラグ微粉末は、上記セメント粉末よりさらに微粉であることが好ましく、これはひび割れ部の微細部までの注入性がよくなるからである。
好適には、セメント粉末の最大粒径よりも、２μｍ程度小さい最大粒径を有する高炉スラグ微粉末が好ましく、これは特に複雑な形状の微細なびび割れにも注入が密にできるからである。
【００１６】
上記粒径は上記セメント成分と同様に得られる注入材を微細なひび割れまで充分に注入可能とするためにその粒径を選択されたものであり、かかる粒度のものを用いれば１００μｍ程度の微細なひび割れにも充分に注入できる。
一方、上記高炉スラグ微粉末に代えて比較的粒径の粗いスラグやポゾラン物質（フライアッシュ、シリカヒューム等）を用いると、得られる注入材は微細なひび割れに対して充分に注入できくなり、また微粒子タイプと比較して密に充填できなくなるという問題が生じる。
【００１７】
また、上記セメントと高炉スラグ微粉末とは水硬性材料を構成し、該水硬性材料中のセメントと高炉スラグ微粉末との配合割合は質量比で９５：５〜３０：７０である。
これは、高炉スラグ微粉末が７０質量部を超えて配合される場合には得られる注入材はその硬化に長時間を要するものとなり、コンクリート壁等のひび割れ部分に注入した際、注入材が硬化する前に振動等の外的要因のためにコンクリートとの充分な接着強度が得られなくなる場合がある。
これに対し高炉スラグ微粉末が５質量部より少なくなると、セメントの配合割合が多くなり、凝結時間が短くなり過ぎて充分な可使時間（作業性）を得難くなるという問題がある。
【００１８】
本発明の無機系ひび割れ注入材は、最大粒径が２０μｍ以下に分級された水硬性を有しない無機系充填材を含有する。
かかる水硬性を有しない無機系充填材としては、炭酸カルシウム粉末や珪石粉など公知のものを単独でまたは２種以上混合して使用することができ、これらの無機系充填材の最大粒径が２０μｍを超える場合では、ひび割れ部や浮き部に十分な充填性で注入することができなくなる。
更に好ましくは、該無機系充填材は、上記セメント粉末よりさらに微粉であることが好ましく、これはひび割れ部の微細部までの注入性がよくなるからである。
好適には、セメント粉末の最大粒径よりも、２μｍ程度小さい最大粒径を有する該無機系充填材が好ましく、これは特に複雑な形状の微細なびびわれにも注入が密にできるからである。
【００１９】
その配合量は、前記水硬性材料１００質量部に対し、１０〜８０質量部であり、好ましくは、２０〜６０質量部含有される。
１０質量部未満では、得られるひび割れ注入材の硬度が上がり、所定の弾性を得ることができず、８０質量部を超えると、強度発現性に支障をきたし、付着強度や曲げ接着強度が、後述する日本道路公団の規定値を満たさなくなるからである。
【００２０】
本発明の無機系ひび割れ注入材は、更に高性能減水剤を含有する。
高性能減水剤としては、メラミンスルフォン酸塩系減水剤やポリカルボン酸系減水剤などの公知のものを単独でまたは２種以上混合して用いることができる。
その配合量は、前記水硬性材料１００質量部に対して、０．５〜３．０質量部含有されるものである。
０．５質量部未満では、減水性能が十分に発揮されず、所望する注入性を得られず、また、３．０質量部を超えても、減水性能はさほど変わらず、経済的にも不利益である。
【００２１】
本発明の無機系ひび割れ注入材には、水溶性セルロース誘導体が含有される。
該水溶性セルロース誘導体としては公知のものを１種以上で使用でき、例えば、メチルセルロース、ヒドロキシメチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース等を例示することができる。
その配合量は、前記水硬性材料１００質量部に対して、０．０２５〜０．０３質量部である。
【００２２】
本発明の無機系ひび割れ注入材には、ガラス転移温度Ｔｇが−２０℃以下の高弾性ポリマーディスパージョンを、前記水硬性材料１００質量部に対して、ポリマー固形分として２５〜５０質量部混和する。
ポリマーディスパージョンとは、ポリマーの微粒子が水中に分散し、浮遊している状態のものを意味し、高弾性ポリマーディスパージョンとは、エチルアクリレート、ブチルアクリレート、２−エチルヘキシルアクリレートなどの軟質成分アクリルモノマーが５０質量％以上の含有割合を占めるホモポリマーまたはコポリマー濃度が３０〜６５質量％程度のものをいう。
かかる高弾性ポリマーディスパージョンに用いることができるのポリマーとしては、ＪＩＳ  Ａ  ６２０３に例示されるポリアクリル酸エステル、スチレンブタジエン、エチレン酢酸ビニル、酢酸ビニル／バーサチック酸ビニルエステル、酢酸ビニル／バーサチック酸ビニル／アクリル酸エステルなどを主成分とするポリマーを単独でまたは混合して用いることができる。
特に好適には、アクリル系ポリマーを用いることができ、かかるアクリル系ポリマーのディスパージョンを用いることが、耐久性の点から好ましい。
【００２３】
また、そのガラス転移温度（Ｔｇ）は−５０〜−２０℃であり、これは、Ｔｇが−２０℃を超えると長期にわたる所定の弾性が維持されず、−５０℃未満である場合には部材強度が低くなり、所定の圧縮強さを発揮することができない。
また、該高弾性ポリマーディスパージョンの配合量としては、含有されるポリマー固形分に換算して、セメント１００質量部に対し、２５〜５０質量部が好ましく、３０〜４５質量部がより好ましい。
２５質量部未満では、所定の弾性が得られず、５０質量部を超えると弾性が強くなりすぎ、付着強度や曲げ接着強度が所定の後述する日本道路公団の規格値を満たさなくなる。
【００２４】
また、本発明の無機系ひび割れ注入材には、亜硝酸アルカリ金属塩および／または亜硝酸アルカリ土類金属塩が含有される。
亜硝酸アルカリ金属塩および／または亜硝酸アルカリ土類金属塩としては、亜硝酸リチウムや亜硝酸カルシウム等の公知のものが例示でき、これらを単独でまたは２種以上混合して用いることができる。
コンクリート構造物における、アルカリ骨材反応による劣化対策の観点から、特に亜硝酸リチウムの使用がより好ましい。
その配合割合は、前記水硬性材料１００質量部に対して、１〜５質量部が好ましく、２〜４質量部がより好ましい。
これは１質量部未満では、保水性の保持が十分ではなく、５質量部を超えても、しまり等の注入性への悪影響が生じる。-
【００２５】
なお、本発明の無機系弾性ひび割れ注入材には、本発明の効果を損なわない範囲で、消泡剤、発泡剤、凝結遅延剤、硬化促進剤、増粘剤、防錆剤、防凍剤、着色剤、保水剤等の公知の化学混和剤を、本発明の目的を実質的に阻害しない範囲で使用することができる。
これら化学混和剤は、単独又は２種以上で用いることができ、化学混和剤の混合割合や２種以上を併用する場合の併用割合等は、限定的ではなく、適宜調整しながら用いることが好ましい。
【００２６】
本発明の無機系ひびわれ注入材の製造法としては、上記各成分と所定量の水（水／セメント比＝３５〜６０％）とを均一に混練できれば特にその方法は限定されない。
また、亜硝酸アルカリ金属塩および／または亜硝酸アルカリ土類金属塩は、あらかじめ前記ポリマーディスパージョンに添加されて用いることも可能である。
【００２７】
このようにして得られた本発明の無機系ひび割れ注入材は、湿潤乃至乾燥コンクリート等に適用でき、ゴム圧或いはバネ圧を用いたインジェクターによる低圧注入法、手動及び足踏み式の機械注入工法等の各種注入方法によって、コンクリート構造物の補修等を効果的に行なうことができる。
【００２８】
このようにして得られた本発明の無機系弾性ひび割れ注入材は、２０℃での各試験値において、日本道路公団試験方法「ひび割れ注入工法用無機系ひび割れ注入材の品質規格試験方法」におけるＪ１３ロート流下時間が３０秒以内で、材齢２８日の接着強さ試験および曲げ強さ試験が４Ｎ／ｍｍ２以上であるという物性を有する。
また、「日本道路公団試験方法「コンクリート塗装材の品質規格試験方法」のひび割れ追従性試験におけるひび割れ追従性試験結果が２０℃で１ｍｍ以上、０℃で０．５ｍｍ以上という物性を有する。
【実施例】
【００２９】
本発明を次の実施例、比較例により詳細に説明する。
（使用材料）
下記に示す原材料を用いて、実施例及び比較例を行った。
但し、下記ブレーン粉末度とは、プレーン方法で測定した比表面積を表す。
・セメント（ブレーン粉末度６２８０ｃｍ２／ｇ、平均粒径１１〜１３μｍ；最大粒径２０μｍ）；超早強ポルトランドセメント（住友大阪セメント社製）
・高炉スラグ微粉末（ブレーン粉末度７８８０ｃｍ２／ｇ、平均粒径２〜３μｍ；最大粒径１０μｍ）；商品名「ファインセラメント１０Ａ」（第一セメント社製）
・炭酸カルシウム微粉末（ブレーン粉末度１２８００ｃｍ２／ｇ、平均粒径１〜２μｍ；最大粒径７．５μｍ）；商品名「ＮＳ＃２００」（日東粉化社製）
【００３０】
・粉末減水剤
商品名「ニッサンＳＭＦ」（日産化学社製）
・増粘剤
商品名「マーポローズＭ４００」（松本油脂社製）
・高弾性ポリマーディスパージョン（固形分５７％）
商品名「ＬＤＭ６４８１」（Ｔｇ−２２℃、ニチゴー・モビニール社製）
・亜硝酸アルカリ金属塩リチウム水溶液
亜硝酸リチウム水溶液（４０％濃度品）
・汎用ポリマーディスパージョン（Ｔｇ０℃、固形分４５％）
商品名「トマックスーパー」（イーテック社製）
・水：水道水
【００３１】
（実施例１〜３・比較例１〜７）
２０℃の恒温室内で、上記材料を下記表１に示す配合で高速ハンドミキサーを用いて各材料を均一に混練して、ひび割れ注入材を得た。
なお、比較例においては、実施例において用いた高弾性ポリマーディスパージョン（固形分５７％；商品名「ＬＤＭ６４８１」（Ｔｇ−２２℃、ニチゴー・モビニール社製））に代えて、汎用ポリマーディスパージョン（Ｔｇ０℃、固形分４５％；商品名「トマックスーパー」（イーテック社製））を、炭酸カルシウム微粉末、増粘剤、高弾性ポリマーディスパージョン、亜硝酸リチウムの配合量を本件発明の範囲外として調製した。
また、配合する水の量は、各ひび割れ注入材において、日本道路公団試験方法  ＪＨＳ  ４１４−１９９９に規定されるＰ１３ロート流下時間が３０秒以内となるように調整されて添加したが、比較例６及び比較例７では、表１に示す適量の水を添加した。
【００３２】
【表１】
0004709676.tif 000002
【００３３】
（試験例１〜４）
上記実施例１〜３及び比較例１〜７で得られた各ひび割れ注入材について、日本道路公団試験方法「ひび割れ注入工法用無機系ひび割れ注入材の品質規格試験方法」に従い、以下の試験を行い、その結果も上記表１に示す。
該日本道路公団の「ひび割れ注入工法用無機系ひび割れ注入材の品質規格」を規格値として表１に示す。
【００３４】
（１）流動性試験
日本道路公団試験方法ＪＨＳ  ４１４−１９９９に準じ、Ｐ１３ロートにより各ひび割れ注入材の混練直後の流下時間（秒）を測定した（温度２０℃；６０ＲＨ）。
（２）接着強さ試験
各ひび割れ注入材を用い、ＪＩＳ  Ｒ  ５２０１のモルタル板に厚み３ｍｍで注入し、２８日間２０℃湿度６０％で養生して、それぞれの試験体とした。
【００３５】
（３）曲げ強さ
ＪＩＳ  Ａ  １１７２セメントの物理試験方法に準拠して、各ひび割れ注入材を４×４×１６ｃｍ供試体に成形し、温度２０℃湿度８５％ＲＨで２８日間養生した後、材齢２８日において曲げ強度を測定した。
【００３６】
（４）ひび割れ追従性試験
各ひび割れ注入材を用い、ＪＩＳ  Ｒ  ５２０１のモルタル板に厚み１ｍｍで塗付け、日本道路公団規格「コンクリート塗装材の品質規格試験方法」のひび割れ追従性試験に準じ、温度２０℃、湿度６０％ＲＨで２８日間養生して、材齢２８日において破断までの伸びを測定した。また、温度０℃、湿度６０％ＲＨでひび割れ追従性試験を実施した以外は、前記と同様にして、２８日間養生して、材齢２８日において破断までの伸びを測定した。
【００３７】
上記表１に示すように、実施例１〜３は、日本道路公団の規格等をすべて満足し、流動性にも優れているため微細なひび割れにも充填性に優れ、更に低温時におけるひび割れ追従性も良好な性状を示している。
一方、炭酸カルシウムを添加していない比較例１では、日本道路公団の規格は満足しているものの、ひび割れ追従性が悪く、長期的な変形追従性に問題が発生する恐れがある。
炭酸カルシウム粉末量を過剰にした比較例２及び高弾性ポリマーディスパージョン量を増大した比較例３では、ひび割れ追従性は良好なものの、接着強さや曲げ強さが規格を満たしていない。
ポリマーディスパージョンを高弾性のものではなく汎用品にした比較例４では、ひび割れ追従性が悪く、実構造物での変形追従性に問題が発生する恐れがある。
また、増粘剤を添加していない比較例５では、保水性が悪く、接着強さが規格を満たしていない。
【００３８】
更に、亜硝酸塩量を過剰にした比較例６では、混練り直後からしまりが発生し、流動性が著しく低下し、上記日本道路公団規格を満たしていない。
比較例７では、ひび割れ追従性が悪く、長期的な変形追従性に問題を発生する恐れがある。
また、比較例１〜７は、低温時におけるひび割れ追従性が悪いことがわかる。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
本発明の無機系弾性ひび割れ注入材は、湿潤乃至乾燥コンクリート等に適用でき、ゴム圧或いはバネ圧を用いたインジェクターによる低圧注入法、手動及び足踏み式の機械注入工法等の各種注入方法に有効に適用でき、コンクリート構造物、特に、中性化、塩害、アルカリ骨材反応、凍害などの劣化現象により生じた、コンクリート構造物のひび割れ部やコンクリート上の保護モルタル層等の浮き部の注入材として利用することができる。