(57)【要約】【課題】施工コストが低く、耐久性及び保守性に優れたコンクリートの表面処理方法を提供すること。【解決手段】湿気硬化型ウレタンプレポリマーをコンクリート１の表面に塗布してコンクリート１の内部空隙１ｃ、１ｄ中に浸透させ、硬化させる。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
湿気硬化型ウレタンプレポリマーをコンクリートの表面に塗布して前記コンクリートの表面から内部空隙中に浸透させ、硬化させることを特徴とするコンクリートの表面処理方法。
【請求項２】
前記湿気硬化型ウレタンプレポリマーは、複数回に分けて前記コンクリートの表面に塗布することを特徴とする請求項１に記載のコンクリートの表面処理方法。
【請求項３】
前記湿気硬化型ウレタンプレポリマーは、ジフェニルメタンイソシアネートを主成分とすることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のコンクリートの表面処理方法。
【請求項４】
前記湿気硬化型ウレタンプレポリマーを硬化させた面に、更に、前記湿気硬化型ウレタンプレポリマーと異なるプレポリマーを塗布して硬化させることを特徴とする請求項１又は請求項１乃至請求項３に記載のコンクリートの表面処理方法。
【請求項５】
前記プレポリマーは、ＨＤＩイソシアネート系ウレタンプレポリマー、又は、ＨＤＩイソシアヌレート系プレポリマーであることを特徴とする請求項４に記載のコンクリートの表面処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機材料を用いたコンクリートの表面処理方法に関し、より詳しくは、水処理施設で使用する沈殿池の駆体として使用するコンクリートの表面処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
水処理施設における沈殿池は水中の汚濁物質を沈降分離させ、収集して処理するための施設である。図１に示すように、沈殿池２０では汚濁物質を含む水１１（以下、「原水」という。）を鉄筋コンクリート（以下、「コンクリート」という。）より成る駆体１０に溜めて汚濁物質１４を沈降分離させ、複数のスクレーパー１５を移動させることにより、沈殿した汚泥１２を掻き寄せて汚泥ピット１３に収集し、これを汚泥ポンプ（図示せず。）を用いて回収している。
【０００３】
従って、沈殿池２０では、接液部の表面には、汚濁物質１４の付着を防止するための潤滑性と、沈殿物の移動による磨耗量の少ない材質、即ち摩擦抵抗の小さい材料であることが要求される。特に、雨天時に間歇的に利用される雨水ポンプ所の沈殿池では、初期雨水放流時の汚濁水対策と晴天時の臭気対策のために沈殿した汚濁物質を晴天時にすみやかに洗い流す必要があり、沈殿物には砂やゴミが含まれているために摩擦に対する配慮も必要である。
【０００４】
また、下水処理用途の施設においては、硫化水素酸化物である硫酸や亜硫酸等に対する耐食性能が要求され、上水道用途の施設においては、有害物質の溶出と塩素イオンの浸透による内部鉄筋の腐食を阻止する機能が要求される。即ち、水処理施設における沈殿池２０の駆体１０表面には、潤滑性と耐食性が要求されている。
【０００５】
図２は、図１に示す駆体１０を構成するコンクリート１の断面図であり、鉄筋２と、セメント水和物１ｂと、骨材１ａより構成されている。また、コンクリート１には、多数の空孔１ｃが存在している。この空孔１ｃには、幾つかの種類があるが、例えば、図３に示すように、練り混ぜる間に導入される直径が０．５乃至８ｍｍの空気泡Ｐ（entrapped air）と、ＡＥ剤等の添加により導入される直径が６０乃至５００μｍの空気泡Ｅ（entrained air）と、水が水和反応により消費されることによって生じる直径が８ｎｍ乃至５０μｍの毛管空隙Ｃ（capillary pore）と、セメントの水和物１ｂを構成するゲル粒子の間の隙間に生じる直径が２乃至８ｎｍのゲル空隙Ｇ（gel pore：径）等に分類される。そして、標準的なコンクリートでは、これらの累積空隙率はコンクリートの体積の約２０％を占めていることが報告されている（非特許文献１参照。）。また、この他に、種々の原因によって生じる様々な幅と長さを持ったひび割れ１ｄ（crack）がある。
【０００６】
空孔１ｃやひび割れ１ｄの存在により、一般に、コンクリート１の表面は摩擦抵抗が大きく、沈降分離した汚泥や異物等が付着・滞留し易い材料である。更には、内部の空孔１ｃやひび割れ１ｄを通じて腐食性のある水溶液が浸透するので、化学的な劣化、特に酸に対する抵抗力が弱い。
【０００７】
このように、コンクリート１には、図１に示す水処理施設の沈殿池２０の駆体１０が曝される環境に対する耐性を有しているとはいい難い。そこで、コンクリート１を、図１に示す水処理施設の沈殿池２０の駆体１０に使用する際には、図４に示すように、コンクリート１の表面を耐食性に優れた有機材料からなる被膜３により被覆して、空孔１ｃやひび割れ１ｄを表面に曝さないようにしている。この被膜３により、駆体１０の表面の潤滑性及び耐磨耗性の向上を図るとともに、コンクリート１の劣化を防止している。この表面処理方法は、ライニングと呼ばれている。
【非特許文献１】笠井芳夫編著「コンクリート総覧」技術書院、１９９８年６月１０日、ｐ.３６９
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記したライニングによるコンクリート１の表面処理方法では、要求される耐磨耗性及び耐食性を長時間維持させるためには、樹脂被膜の膜厚を厚くする必要がある。しかしながら、膜厚を厚くすると、施工コストが高くなる。また、樹脂被膜は１層のみでは所定の膜厚が得られないため、膜厚の厚い被膜は多層構造となり、その結果、層間剥離が発生する危険が増大する。更には、コンクリート１と樹脂被膜との熱膨張係数の違いが、コンクリート１と樹脂被膜との界面に加わる力となって現れるため、膜厚が厚くなるとコンクリート１から被膜が剥離しやすくなる。
【０００９】
樹脂被膜に剥離が生じると、防食機能の喪失と摩擦抵抗の増大を引き起こすので、早急な修理が必要になるが、剥離した樹脂被膜を補修するとき、剥離した部分のみのライニング補修を行なうと再度その部分に剥離が生じる危険性が高いため、剥離が生じていない周辺部分についても樹脂被膜を除去し、コンクリート１の素地調整を行なってから、再度、コンクリート１にライニングを施す必要がある。
【００１０】
このように、ライニングには、施工コスト、耐久性、及び保守性の面で問題があった。
【００１１】
以上から、本発明の目的は、施工コストが低く、耐久性及び保守性に優れたコンクリートの表面処理方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記した課題は、湿気硬化型ウレタンプレポリマーをコンクリートの表面に塗布して前記コンクリートの表面から内部に浸透させ、硬化させることを特徴とするコンクリートの表面処理方法により解決される。
【００１３】
上記したコンクリートの表面処理方法において、湿気硬化型ウレタンプレポリマーは、複数回に分けて前記コンクリートの表面に塗布することを特徴とする。
【００１４】
上記したコンクリートの表面処理方法において、湿気硬化型ウレタンプレポリマーにはジフェニルメタンジイソシアネートを主成分とするプレポリマーが好ましく、更に、湿気硬化型ウレタンプレポリマーを塗布し、硬化させた面に、ＨＤＩイソシアネート系ウレタンプレポリマー、又は、ＨＤＩイソシアヌレート系プレポリマーを塗布することで、他の機能を損なうことなく、紫外線の遮断機能を付与することができ、これにより、耐久性及び保守性を更に向上させることができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明のコンクリートの表面処理方法によれば、湿気硬化型ウレタンプレポリマーをコンクリートの表面に、好ましくは複数回塗布してコンクリートの表面から内部に浸透させ、硬化させることを特徴としている。
【００１６】
本発明者らは、実験により、湿気硬化型ウレタンプレポリマーをコンクリートの表面に塗布することにより、コンクリートの表面近傍の空孔やひび割れなど空隙部分に浸透し、その硬化体であるウレタン樹脂が充填されていることを確認した。更に、本発明による表面処理を施した供試体とライニング工法による表面処理を施した供試体に対して磨耗試験を行ったところ、本発明による表面処理を施した供試体が約２倍程度、耐摩耗性が向上していることを確認した。耐摩耗性が向上した原因は、湿気硬化型ウレタンプレポリマーの硬化体であるウレタン樹脂をコンクリート表層部の空孔やひび割れに充填しているために、コンクリートの表層組織が緻密化し、平滑で、潤滑性のある表面組織に改質されていることに起因しているものと考えられる。また、耐食性に優れたウレタン樹脂で空孔やひび割れを充填しているため、酸などのコンクリートを激しく腐食する薬液がコンクリート内部に浸透せず、これにより、コンクリートに強い耐食性が付与される。
【００１７】
コンクリート中に浸透して硬化する湿気硬化型ウレタンプレポリマーには、ジフェニルメタンジイソシアネートを主成分とする樹脂のプレポリマーが好ましい。この場合、このウレタンポリマーは紫外線により劣化するので、コンクリート中への浸透が終了して表面に形成された樹脂被膜は日光の直射によって変色するが、湿気硬化型ウレタンプレポリマーを塗布し、硬化させた面に、ＨＤＩイソシアネート系ウレタンプレポリマー、又は、ＨＤＩイソシアヌレート系プレポリマーを主成分とするプレポリマーを塗布し、硬化させて、紫外線遮断機能を持った樹脂被膜を形成することにより、表面処理の耐久性が更に向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、添付した図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。
（第１の実施の形態）
図５は、本発明の第１の実施の形態に係るコンクリートの表面処理方法を施した後のコンクリートの構造を示す断面図である。ここで、図５に示すコンクリートは、図２に示すコンクリートと同じ構造であり、その詳細な説明を省略する。なお、図５に示すコンクリートの構成部材には、図２と同じ番号を付している。
【００１９】
本実施の形態の表面処理方法では、塗材として複数のイソシアネート基を有する湿気硬化型ウレタンプレポリマーを適当な溶媒に分散させた塗材を用いる。具体的な塗材として、例えばジフェニールメタンジイソシアネートを主成分とする樹脂のプレポリマーを酢酸エチル中に分散させて調合したものを挙げることができる。プレポリマーを酢酸エチル中に分散させる理由は使便性を高めるためであり、塗材中の樹脂成分は３０乃至５０％の範囲が好ましい。
【００２０】
このような複数のイソシアネート基を有する湿気硬化型ウレタンプレポリマーは空隙中の水分子に触れるとプレポリマー中の官能基が反応して重合し、ポリウレタン樹脂になるものである。コンクリートへの浸透性は低粘度で分子の小さいモノマーの形をしたものがよいが、モノマーは蒸発しやすく、毒性が高くなるので、多少重合を進行させた状態のプレポリマーの状態で用いる方が安全であり、好ましい。本願発明者らは、湿気硬化型ウレタンプレポリマーを溶剤中に分散させたものが他の樹脂よりも浸透性が良く、更に空隙中の水分が湿気硬化型ウレタンプレポリマーを誘引し吸着する傾向があることを見いだした。
【００２１】
本実施の形態の表面処理方法では、まず、上記塗材を水処理施設の駆体１０を構成するコンクリート１の表面に、好ましくは複数回塗布する。これにより、塗材はコンクリート１の表面から内部へ浸透していき、含浸域Ｘ内の空孔１ｃやひび割れ１ｄなど空隙部分に滞留して硬化し、表面樹脂粒３ｂ及び内部樹脂粒３ａとなって空隙を充填する。
【００２２】
含浸域Ｘ内の空隙への浸透が終了すると、さらに塗り重ねられた樹脂は浸透すべき空隙がなくなるためコンクリート１の表面に滞留して硬化し、コンクリート１表面に硬化体被膜３ｃを形成する。この硬化体被膜３ｃの厚さＹはコンクリート１表面の微細な粗さを埋める程度に非常に薄い層であるが、ウレタン特有の表面レベリング性の良さによって被覆面が平滑になり、かつ湿気硬化型重合の特質により炭酸ガスや水の悪影響を受けないので、表面の摩擦抵抗が小さくなる。しかも耐磨耗性も良い。
【００２３】
次に、本実施の形態の表面処理方法によって、具体的に供試体を作成し、その供試体に対して耐磨耗試験を行なった結果について説明する。
【００２４】
スランプが１８ｃｍであり、４週間養生したポルランドセメントを母材とする生コンクリートを硬化させて、圧縮強度が２１Ｎ／ｍｍ2のコンクリートを作製した。このコンクリートに対して、ジフェニルメタンジイソシアネートを主成分とする樹脂のプレポリマーを酢酸エチルに３５重量％の分量で分散させた塗材を５回塗布した。塗材の塗布量は、コンクリートの表面の１ｍ2当たり１ｋｇであった。塗材が硬化した後に、浸透膜３ａの分布を調べると、図５に示す浸透深さＸは約３ｍｍで、被膜厚さＹは約２０μｍであった。以下、これを「供試体１」という。
【００２５】
また、比較試料として、ＦＲＰ（Fiber Reinforced Plastic：繊維強化プラスチック）を用いてライニングにより、背景技術の欄で説明した図４に示す表面処理を施したものを用いた。以下、これを「供試体２」という。
【００２６】
これらの２つの供試体の表面処理面に対して、ＪＩＳ−Ｋ−７２０４準拠の磨耗試験を摩擦輪を介して５００ｇの荷重を加え、摩擦輪を１０００回回転させて行なった。その結果、供試体の質量の減少量（磨耗量）を測定したところ、供試体２の磨耗量は１．０３４ｇであったのに対し、供試体１の磨耗量は供試体２の約半分の０．５２８ｇであった。
【００２７】
これらの実験結果から、本実施の形態に係る湿気硬化型ウレタンプレポリマー塗材を用いたコンクリートの表面処理方法により、耐摩耗性が向上することが明らかになった。
【００２８】
以上のように、本実施の形態の表面処理方法によれば、コンクリート１の表面に湿気硬化型ウレタンプレポリマーを塗布し、コンクリート１内部に浸透させて硬化させているので、コンクリート１の表面近傍の含浸域Ｘ内の空孔１ｃ等がウレタン樹脂から構成される表面樹脂粒３ｂ及び内部樹脂粒３ａにより充填される。コンクリート１と表面樹脂粒３ｂ及び内部樹脂粒３ａとの密着面積が大きくなり、かつアンカー効果により、コンクリート１と表面樹脂粒３ｂ及び内部樹脂粒３ａとの間の剥離は生じにくくなり、耐久性が向上する。また、空隙へのウレタン樹脂の充填により、空気中の炭酸ガスや水中の硫酸及び塩素イオンがコンクリート１の内部に侵入しなくなり、耐湿性及び耐食性が向上する。
【００２９】
また、コンクリート１表面に形成された硬化体被膜３ｃにより、コンクリートの表面の平滑性が向上し、かつ湿気硬化型重合の特質により炭酸ガスや水の悪影響を受けないので、このコンクリート１を用いた沈殿池の駆体において、スクレーパや汚泥との摩擦抵抗が低減し、その耐摩耗性が向上する。
【００３０】
ところで、防食ライニングの場合、施工箇所に欠陥が生じるとこれを修復するには周辺の健全部を含めて下地まで削り取らなければならず、多大な労力と時間が必要になる。これに対して、本願では、モルタルを用いてコンクリートの欠陥部分を修復した後に、その上から上記した表面処理方法と同様にして、湿気硬化型ウレタンプレポリマーを塗布し、モルタルの表面から内部に浸透させて硬化させればよい。非常に簡単な手順で修復することができる。
（第２の実施の形態）
第１の実施の形態で用いた含浸樹脂であるウレタン樹脂は、比較的安価で、耐薬品性に優れた樹脂であるが、紫外線に曝されると劣化し、表面の摩擦抵抗が増大するという不具合が生じる。従って、特に、駆体１０が戸外に設置される場合などに硬化体被膜３ｃ（ウレタン樹脂）や表面樹脂粒３ｂなどが紫外線に直接曝されないような対策が必要となる。
【００３１】
図６は、第１の実施の形態の処理が施されたコンクリートの構造に対して更に紫外線対策がなされた、本発明の第２の実施の形態に係るコンクリートの構造を示す断面図である。なお、図６において、その下部に示すコンクリートの構造は、図２に示すコンクリートと同様の構造であるので、ここでは詳細な説明を省略する。
【００３２】
本実施の形態の表面処理方法では、第１の実施の形態において述べた表面処理を施した後に、ＨＤＩ（ヘキサメチレンジイソシアネート）イソシアネート系ウレタンプレポリマー若しくはＨＤＩイソシアヌート系プレポリマーを適当な溶媒に溶かした塗材を塗布し、これを硬化させて、ウレタン樹脂を覆う紫外線非透過樹脂被膜３ｄを形成する。このような工程を得て、図６に示す断面構造を得ることができる。
【００３３】
上記した２種類のプレポリマーの硬化体である被膜３ｄは、いずれも紫外線を透過しない性質を有しており、硬化体被膜３ｃ（ウレタン樹脂）の上に被膜３ｄを形成することによって、硬化体被膜３ｃ（ウレタン樹脂）や表面樹脂粒３ｂなどには、紫外線が当たらなくなるので、紫外線による硬化体被膜３ｃや表面樹脂粒３ｂなどの劣化が防止される。これにより、耐食性、耐磨耗性及び耐候性に優れたコンクリートを得ることができる。
【００３４】
また、一般に異なる樹脂の塗り重ねには樹脂同士の相性があり、これを損なうと互いを劣化させたり、層間剥離が生じたりする虞があるが、第２の実施の形態に係る塗材による被膜３ｄと硬化体被膜３ｃの相性は良い。即ち、被膜３ｃ、３ｄ同士の密着性が良く、かつそれらの熱膨張係数の差も小さい。従って、硬化体被膜３ｃと被膜３ｄの間で、互いを劣化させたり、層間剥離が生じたりするのを防止することができる。
【００３５】
以上、実施の形態によりこの発明を詳細に説明したが、この発明の範囲は上記実施の形態に具体的に示した例に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の上記実施の形態の変更はこの発明の範囲に含まれる。
【００３６】
例えば、第１の実施の形態では、複数のイソシアネート基を有する湿気硬化型ウレタンプレポリマーを適当な溶媒に分散させた塗材を複数回塗り重ねているが、場合により１回で済ませてもよい。
【００３７】
また、複数のイソシアネート基を有する湿気硬化型ウレタンプレポリマーを適当な溶媒に分散させた塗材として、ジフェニールメタンジイソシアネートを主成分とする樹脂のプレポリマーを酢酸エチル中に分散させて調合したものを用いているが、これに限られない。
【００３８】
また、紫外線非透過樹脂被膜３ｄを形成する塗材として、ＨＤＩ（ヘキサメチレンジイソシアネート）イソシアネート系ウレタンプレポリマー若しくはＨＤＩイソシアヌート系プレポリマーを適当な溶媒に溶かした塗材を用いているが、これに限られない。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】図１は、水処理施設において用いられる沈殿池の構造を示す断面図である。
【図２】図２は、コンクリートの構造を示す断面図である。
【図３】図３(a),(b)は、コンクリート内部の空孔量を示すグラフであり、図３(a)は、累積空孔１ｃ量を示すグラフであり、図３(b)は、各空孔径における空孔量を示すグラフである。
【図４】図４は、従来のコンクリートの表面処理方法を施した後のコンクリートの構造を示す断面図である。
【図５】図５は、本発明の第１の実施の形態に係るコンクリートの表面処理方法を施した後のコンクリートの構造を示す断面図である。
【図６】図６は、本発明の第２の実施の形態に係るコンクリートの表面処理方法を施した後のコンクリートの構造を示す断面図である。
【符号の説明】
【００４０】
１・・・コンクリート
１ａ・・骨材
１ｂ・・コンクリート水和物
１ｃ・・ひび割れ（空隙）
１ｄ・・空孔（空隙）
２・・・鉄筋
２ａ・・錆
３・・・樹脂被膜
３ａ・・内部樹脂粒（ウレタン樹脂）
３ｂ・・表面樹脂粒（ウレタン樹脂）
３ｃ・・硬化体被膜（ウレタン樹脂）
３ｄ・・（紫外線非透過樹脂）被膜
【図１】
2005145783.tif 000003
【図２】
2005145783.tif 000004
【図３】
2005145783.tif 000005
【図４】
2005145783.tif 000006
【図５】
2005145783.tif 000007
【図６】
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