(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ａ）修復対象のセメントシステムから隔てて、開口部を備えた注入部材を固定する工程と、
ｂ）前記修復対象のセメントシステム及び前記開口部を備えた注入部材にモルタルを塗布する工程と、
ｃ）アルカリ貯蔵システム含有セメントを、前記モルタルと接触するように、前記開口部を備えた注入部材中に導入する工程と、
を含むセメントシステムを修復する方法。
【請求項２】
前記セメントシステムがモルタル又はコンクリートである、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記開口部を備えた注入部材が、空洞を有する注入部材である、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
前記開口部を備えた注入部材が、パイプである、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項５】
前記開口部を備えた注入部材が、中空パイプである、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項６】
前記開口部を備えた注入部材が、２つのハーフシェルから構成される中空パイプである、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項７】
工程ｂ）で使用する前記モルタルが、ＧＧＷＵの技術規定の作業書Ｗ３００、作業書Ｗ２７０及び作業書Ｗ３４７、並びに、ＧＣＲＣガイドラインに適合するものである、請求項１〜６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
前記アルカリ貯蔵システム含有セメントとしてセメント懸濁液を使用する、請求項１〜７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
前記セメントとして、全ての粒子のサイズが２０μｍ未満のセメントを使用する、請求項１〜８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０】
前記セメントとして、全ての粒子のサイズが１６μｍ未満のセメントを使用する、請求項１〜８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１１】
前記セメントとして、全ての粒子のサイズが１０μｍ未満のセメントを使用する、請求項１〜８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１２】
前記セメントが、ポルトランドセメント又は高炉セメントに基づくものである、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１３】
前記アルカリ貯蔵システムとして、カルシウムを含む化合物を使用する、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１４】
前記アルカリ貯蔵システムとして、水酸化カルシウム（Ｃａ（ＯＨ）２）を含む化合物を使用する、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１５】
前記開口部を備えた注入部材を完全に前記モルタル中に埋め込む、請求項１〜１４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１６】
工程ｂ）の後、かつ、工程ｃ）の前に、通常の有効表面が利用可能となる、請求項１〜１５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１７】
工程ｂ）における前記モルタルの塗布が、湿式噴霧法、乾式噴霧法又は手作業によって行われる、請求項１〜１６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１８】
工程ｃ）における前記アルカリ貯蔵システム含有セメントの導入が、噴射技術によって行われる、請求項１〜１７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１９】
工程ｃ）における前記アルカリ貯蔵システム含有セメントの導入が、０バールを超え最大４０バールまでの圧力下での噴射技術によって行われる、請求項１〜１７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２０】
工程ｃ）における前記アルカリ貯蔵システム含有セメントの導入が、０バールを超え最大２０バールまでの圧力下での噴射技術によって行われる、請求項１〜１７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２１】
前記セメントシステムが、長期間水分の負荷下にあるものである、請求項１〜２０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２２】
前記セメントシステムが、長期間水の負荷下にあるものである、請求項１〜２０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２３】
前記セメントシステムが、水容器の内表面又は廃水用構造物の内表面である、請求項１〜２２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２４】
前記水容器が、飲用水容器である、請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
請求項１〜２４のいずれか一項に記載の方法によって得ることができるセメントシステム。
【請求項２６】
ａ）開口部を備えた注入部材と、
ｂ）モルタルと、
ｃ）アルカリドナーを含むセメントであって、前記開口部を備えた注入部材中に存在し、前記モルタルと接触する、セメントと、
を含む、修復対象のセメントシステムの修復のために用いられる、セメントシステム。 
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、セメントシステムを修復する方法、及び、この方法により得られうるセメントシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
現在使用されている飲用水容器の多くは、種々の材料でできた被覆材を有する鉱物セメント結合建設材料（mineral, cement-bound construction materials）からなる。このような飲用水容器、特に鉄筋コンクリートに基づく飲用水容器には、多様な用途がある。内側のコンクリート表面の寿命は約２０年であるため、修復用製品が必要となる。主に、セメント結合システム（cement-bound systems）が修復用製品として使用されており、これらのセメント結合システムは、飲用水の攻撃メカニズムを自然に受ける、所謂多孔性建築材料である。そのため、長期的には修復用製品が破壊されることになる。
【０００３】
ここで、修復用製品、すなわち、セメント結合システムを破壊する損傷メカニズムは既知であり、浸出、溶解攻撃及び加水分解性腐食等の様々な攻撃メカニズムが関与する。
【０００４】
既知のセメント結合システムでは、拡散容量を制限することにより、想定される浸出、すなわち、水酸化カルシウム（Ｃａ（ＯＨ）２）の損失又は分解を最小限に抑えることが試みられている。この場合、特に使用する修復用製品の空隙率が関与する。
【０００５】
セメントを水と反応させる際、ケイ酸カルシウム水和物（ＣＳＨ相）が大部分を占める、所謂水和物相が複雑な化学反応により生成する。また、セメントの重量に対して約２０％の水酸化カルシウムが放出される。水酸化カルシウムは、主に、セメント結合材料の細孔系に充填された細孔溶液（pore solution）中に蓄積する。このセメント結合材料の細孔系に充填された細孔溶液に溶解するのは少量である。この溶液が、セメント結合材料が有する約１２．３〜１３．０という比較的高いｐＨの原因である。
【０００６】
貯留水と細孔溶液とは、著しく異なる組成を有する。そのため、濃度差が発生し、これにより拡散と呼ばれる輸送が起こる。塗膜からの溶解イオンは、貯留飲用水へと移動し、セメントの浸出が起こる。軟水、すなわち、アルカリ及びアルカリ金属が欠乏した水においては、濃度差がより大きいため、拡散が増幅した量で発生し、この拡散は、まずは、セメント結合塗膜中にある、ナトリウムイオン、カリウムイオン、マグネシウムイオン及びカルシウムイオン等のアルカリ金属及びアルカリ土類金属を動員しながら起こる。ナトリウムイオン、カリウムイオン及びマグネシウムイオンを含む化合物は、溶解度がより高いため、程度の差はあるが完全に細孔溶液に溶解し、したがって、カルシウムイオンに比べて速く浸出する。上述の水和生成物、すなわち、ＣＳＨ相は細孔水と化学平衡にある。
【０００７】
常に水と接触している場合には、細孔溶液中のカルシウムイオン濃度が低下し、次いで、まずセメントマトリックス中の固体水酸化カルシウムが溶解して、平衡を維持する。このプロセスは、全ての水酸化カルシウムが浸出するまで進む。次いで、ＣＳＨ相中に結合しているカルシウムイオンが放出されて、固相（セメント）と液相（細孔溶液）との化学平衡が安定化される。貯留水中へのカルシウムイオンの輸送が連続的に進行すると、最終的には、完全に浸出し、これによりセメント結合塗膜の分解が引き起こされる。浸出の程度は、この層をサンド除去（sand removal）により完全に分解した後に光学的手法によってのみ認知されるものであるが、水酸化カルシウム含量及び空隙率の変化を求めることによって、分析的に定量検出することができる。
【０００８】
全ての既知のアプローチから、或る特定量の水酸化カルシウムがモルタル中に化学結合し得ること、及び、その負荷に応じて水酸化カルシウムが分解し得ること、コンクリート代替物がもはや抵抗力を示さないことが推測される。この分解プロセスを遅くするために、特に、モルタルを外部から保護する、又は保護用の処方を採用して浸出プロセスから保護する取り組みが行われている。
【０００９】
処方の適合及び適用プロセスの要件に関する既知の手段は、モルタル全体の空隙率を低減することにより、製造表面において得られる最大密度を達成することを目的としており、これにより、浸出プロセスをできる限り遅延させるものである。しかしながら、これらの手段には制限がある。政府規制により、例えば、いくつかの有機成分は限られた用途にしか使用できず、有機成分は、想定される水の細菌汚染の原因となる、成長のための栄養媒体と見なされるため、望ましい効果と共に、モルタルに不利な性質ももたらす可能性がある。加えて、既知の手段には、例えば、モルタルが加工できなくなる可能性があるため、水セメント値はいかなる所望量にも下げることができるというわけではないという制限もある。しかし、既知のアプローチの重大な欠点の１つは、浸出プロセスを遅延させることのみを目的としていることである。その一方で、このようなアプローチは、浸出プロセスを完全に防止することはできないため、一時的で限定的な成功しかもたらさない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明の目的は、従来技術の欠点を克服し、修復用製品の分解を低減し、これにより顕著な長寿命化を達成する、セメントシステムを修復する方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
驚くことに、前記課題は、
ａ）修復対象のセメントシステムから隔てて、開口部を備えた注入部材を固定する工程と、
ｂ）前記修復対象のセメントシステム及び前記開口部を備えた注入部材にモルタルを塗布する工程と、
ｃ）アルカリ貯蔵システム含有セメントを、前記モルタルと接触するように、前記開口部を備えた注入部材中に導入する工程と、
を含む、請求項１に記載のセメントシステムを修復する方法によって解決することができる。
【００１２】
一時的に浸出プロセスを最小限に抑えるだけの従来技術とは対照的に、本発明は全く異なる支援法を進めている。本発明は、細孔水中の存在量がより少なく、結晶形態であるアルカリ析出物の分解低減を第二の目的とするのみであり、本発明の核心は、永続的に十分なアルカリの蓄えを利用可能とすること、すなわち、十分な水酸化カルシウムを利用可能とすることにより浸出プロセスを無効にすることにあり、これにより、修復用製品の分解が大きく遅延し、顕著に寿命が延びる。
【００１３】
したがって、本発明は、外部からの攻撃に対する、修復用製品、主に、モルタルのマトリックス自体の抵抗力の増加をもたらす。本発明の方法は、浸出プロセスの防止を第一の目的としては考えておらず、十分なアルカリの蓄えを利用可能とすることを目的としている。
【００１４】
したがって、本発明の方法は、モルタルに対して追加のアルカリの蓄えを利用可能とするものである。このアルカリの蓄えは、アルカリ貯蔵システムとしてモルタルマトリックス中の閉鎖系において利用可能であり、分解プロセスを大きく遅延させるものである。アルカリ析出物は化学的に結合していない。このようにして達成され得るのは、外部からの攻撃に対する使用モルタルのマトリックス自体の抵抗力の増加である。
【００１５】
本発明の方法は、使用する手法が簡便にかつ費用効率良く利用可能であるという特徴も有する。
【００１６】
本発明の方法を用いることにより、既知のセメントシステムのほぼ全てを修復することができる。セメントシステムは、モルタル又はコンクリートであることが好ましい。
【００１７】
注入部材は、アルカリ貯蔵システム含有セメントと塗布されたモルタルとが接触するように、開口部を備えている。
【００１８】
好ましい実施の形態においては、前記開口部を備えた注入部材が、空洞を有する注入部材、好ましくはパイプ、特に好ましくは中空パイプ、最も好ましくは２つのハーフシェルから構成される中空パイプである。このような構造は、その製造が容易であり、モルタルの特性値に悪影響を及ぼすことなく、通常のモルタルマトリックスよりも多くのセメントが貯蔵可能であるという利点を有する。
【００１９】
開口径は、好ましくは０．２ｍｍ〜０．８ｍｍであり、特に好ましくは約０．５ｍｍである。パイプを用いる場合には、その開口径は、好ましくは３ｍｍ〜１６ｍｍであり、特に好ましくは６ｍｍ〜１２ｍｍである。
【００２０】
注入部材の材料は特に限定されず、例えば、非合金若しくは合金化鋼、高品位鋼又は黒色鋼から構成されるものであってもよい。
【００２１】
本発明の方法における工程ｂ）で使用するモルタルは特に限定されないが、飲用水供給に使用することができるようにいくつかの要件を満たすことが好都合である。
【００２２】
したがって、好ましい一実施の形態においては、工程ｂ）で使用するモルタルは、ドイツガス及び水道組合（German Gas and Water Union）の技術規定の作業書Ｗ３００（２００５年６月発行）、作業書Ｗ２７０（２００７年１１月発行）、及び、作業書Ｗ３４７（２００６年５月発行）（Deutscher Verein des Gas- und Wasserfaches e. V. [German Gas and Water Union], Scientific & Technical Union, 1-3 Josef-Wirmer Strasse, Bonn 53123, Germany）に適合するものである。加えて、工程ｂ）で使用するモルタルが、「コンクリート成分の保護及び修復（Protection and Restoration of Concrete Components）」と題するＧＣＲＣガイドライン（２００１年１０月発行）（Deutscher Ausschuss fuer Stahlbeton e.V. [German Committee for Reinforced Concrete], 31 Budapester Strasse, Berlin 10787, Germany）に適合することが好都合である。
【００２３】
工程ｂ）で塗布するモルタルは、修復用モルタル又は噴霧塗布用モルタルであることが好ましい。例えば、Ｓｉｋａ−１１０  ＨＤ、Ｓｉｋａ−１２０  ＨＤ、Ｓｉｋａ−１３０  ＨＤ、Ｓｉｋａ  Ｃｅｍ  Ｇｕｎｉｔ−２１２ＳＦ及びＳｉｋａ  Ｃｅｍ  Ｇｕｎｉｔｅ−２１２Ｓを用いることができ、これらは全てSika Deutschland GmbH社から入手可能である。
【００２４】
モルタルは膜厚が１０ｍｍ〜４０ｍｍであることが好ましく、１５ｍｍ〜３０ｍｍであることが特に好ましい。
【００２５】
モルタル層の端部領域（０ｍｍ〜２ｍｍ）とモルタル層の中央部とで、空隙率に勾配があることが好ましい。これは、加水分解プロセスが顕著に減速するという利点を有する。空隙率の勾配は、好ましくは１％以上である。
【００２６】
好ましい実施の形態においては、前記アルカリ貯蔵システム含有セメントとしてセメント懸濁液を使用する。セメント懸濁液は、反応性が高く、セメント分及び粉砕粉末度が高濃縮しており、流動性が高いという利点を有する。ここで、セメント懸濁液は、微粒子セメント又は超微粒子セメントと水との混合物であると理解される。
【００２７】
別の好ましい実施の形態においては、前記セメント又はセメント懸濁液として、全ての粒子のサイズが２０μｍ未満、特に好ましくは１６μｍ未満、最も好ましくは１０μｍ未満のセメント又はセメント懸濁液を使用する。粒子がより小さくなると、セメント又はセメント懸濁液がより希薄になるという利点があり、これにより、最小の空洞及び空孔に入り込むことができる。
【００２８】
使用するセメント又はセメント懸濁液は特に限定されず、例えば、ポルトランドセメント、ポルトランドスラグセメント、ポルトランドシリカ粉セメント、ポルトランドポゾラン（pozzolana）セメント、ポルトランドフライアッシュセメント、ポルトランドスレート（slate）セメント、ポルトランド石灰岩セメント、ポルトランド複合セメント、高炉セメント、ポゾランセメント及び複合セメントに基づくセメント及びセメント懸濁液を用いることができる。
【００２９】
例えば、Sika Deutschland GmbH社から入手可能なＴｒｉｃｏｄｕｒをセメント懸濁液として用いることができる。
【００３０】
好ましい一実施の形態においては、アルカリ貯蔵システムとしてカルシウム含有化合物を用いることができる。カルシウム含有化合物は水酸化カルシウム（Ｃａ（ＯＨ）２）であることが好ましい。水酸化カルシウム（Ｃａ（ＯＨ）２）の使用は、モルタルの特性物性値を損なわないという利点を有する。
【００３１】
開口部を備えた注入部材がモルタル中に完全に埋め込まれていると、この注入部材の腐食が防止されるため、特に好ましい。
【００３２】
好ましい一実施の形態においては、本発明の方法によって、工程ｂ）の後、かつ、工程ｃ）の前に、通常の有効表面が利用可能となる。これは、モルタル中に注入部材を埋め込んだ後には、平滑で、細孔及び空洞がなく、清掃が容易な表面が提供されることを意味する。
【００３３】
本発明の方法の工程ｂ）における前記モルタルの塗布が、好ましくは、湿式噴霧法（Colgunite process）、乾式噴霧法又は手作業によって行われる。湿式噴霧法は、噴霧力が強く、跳ね返り又はダストがほとんどないという利点を有する一方で、乾式噴霧法は、供給幅が大きく、機械を清掃する費用を発生せずに塗布を行うことができ、簡便な機械技術で操作することができるという利点を有する。手作業でのモルタル塗布は、技術的により安価である。
【００３４】
アルカリ貯蔵システム含有セメント又はアルカリ貯蔵システム含有セメント懸濁液は、本発明の方法の工程ｃ）において、噴射技術を用いて導入することが好ましい。この手法によると、アルカリ貯蔵システム含有セメントとモルタルとの接触が最適化される。圧力は、好ましくは、０バールを超え最大４０バールまでであり、特に好ましくは、０バールを超え２０バールまでである。後者の圧力範囲は、ゆっくりと凝結するモルタルであっても時間的に適合するやり方で加工することができ、注入部材に事前に注入することができるという利点を有する。
【００３５】
本発明の方法は、古典的なコンクリート修復が行われる全ての事例、及び、修復用製品、特にモルタルが外部、特に水分からの攻撃のために初期加水分解を受け、いくつかの状況下において技術的理由により追加層によって保護できないか、又は、保護すべきではない全ての事例に用いることができる。これは、特に、拡散封止層で被覆してはならない構造物、又は、建設材料で保護してはならない構造物、例えば、有機構成要素を含むものに対して当てはまる。
【００３６】
特に好ましい一実施の形態においては、セメントシステムは長期間水分の負荷下にあるセメントシステム、特に水の負荷下にあるセメントシステムである。
【００３７】
更に好ましい一実施の形態においては、セメントシステムは、水容器の内表面であり、好ましくは飲用水容器の内表面である。
【００３８】
また一方で、セメントシステムは好ましくは廃水用構造物の内表面であることもできる。
【００３９】
また、本発明は、上述の方法によって得ることができるセメントシステムに関する。したがって、このセメントシステムは、開口部を備えた注入部材、モルタル及びアルカリ貯蔵システム含有セメントのみならず、そのセメントシステム自体をも含むものである。
【００４０】
加えて、本発明は、開口部を備えた注入部材、モルタル、及び、開口部を備えた注入部材中に位置し、モルタルと接触するアルカリ貯蔵システム含有セメントを含むセメントシステムに関する。本発明の方法に関連してすでに指定した特定の実施の形態は、類似により本発明のセメントシステムにも当てはまる。
【００４１】
以下、本発明を図１に基づいてより詳細に説明するが、本発明はこの特定の実施形態に限定されるものではない。
【発明を実施するための形態】
【００４２】
開口部を備えた注入部材１を、修復対象のセメントシステム２に取り付ける。そして、開口部を備えた注入部材１をＳｉｋａ−１３０ＨＤ修復用モルタル３中に完全に埋め込む。表面は、通常の仕上げ面が得られるように、埋めて平滑化する。モルタル３の操作が未だ容易であるうちに、約１５バールの圧力で、開口部を備えた注入部材１にＴｒｉｃｏｄｕｒセメント懸濁液４を注入し、押し込む。修復用モルタルが硬化したらすぐに、このセメント懸濁液４は水酸化カルシウムの貯蔵系として機能する。セメント懸濁液４とモルタル３とは、開口部を介して自然と接触する。このようにして、モルタル３には連続的に水酸化カルシウムが供給され、これにより、浸出プロセスが永続的に無効化され、そうでなければ起こる破壊プロセスが著しく減速される。
【符号の説明】
【００４３】
１  開口部を備えた注入部材
２  修復対象のセメントシステム
３  モルタル
４  セメント懸濁液
【図１】
0006416784.tif 000002