(57)【要約】【課題】脱アルカリ反応などによって劣化したコンクリートの改質を簡便に行うことが、本発明の課題である。【解決手段】熱水をノズルから噴射する際に、熱水の洗浄対象物表面への到達時における温度が１００℃を超えるように噴射時の圧力を制御することで、熱水が洗浄対象物表面に到達して洗浄対象物表面の微小凹凸内に浸入した時点で１００℃を超える水温を保持し、浸入した熱水が常圧下で気化して水蒸気になる際の急激な体積膨張による物理的作用によって、洗浄物表面の微小凹凸内に付着する汚れを取り除くとともにコンクリート表面にバテライトを生成する工程と、前記コンクリート表面に、液体状の珪酸アルカリ化合物を塗布することで、コンクリート表面の微小凹凸内に前記珪酸アルカリ化合物を浸透させる工程と、を有するコンクリート改質方法である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱水をノズルから噴射する際に、熱水の洗浄対象物表面への到達時における温度が１００℃を超えるように噴射時の圧力を制御することで、熱水が洗浄対象物表面に到達して洗浄対象物表面の微小凹凸内に浸入した時点で１００℃を超える水温を保持し、浸入した熱水が常圧下で気化して水蒸気になる際の急激な体積膨張による物理的作用によって、洗浄物表面の微小凹凸内に付着する汚れを取り除くとともにコンクリート表面にバテライトを生成する工程と、
前記コンクリート表面に、塗布剤を塗布することで、コンクリート表面の微小凹凸内に前記塗布剤を浸透させる工程と、
を有するコンクリート改質方法。
【請求項２】
前記塗布剤が珪酸アルカリ化合物であって、珪酸アルカリ化合物として、ナトリウムシリケートまたはカリウムシリケートを主成分とするものを用いることを特徴とする、請求項１記載のコンクリート改質方法。
【請求項３】
前記塗布剤が珪酸アルカリ化合物であって、珪酸アルカリ化合物として、ナトリウムシリケートまたはカリウムシリケートを主成分としてメチル基を有するものを用いることを特徴とする、請求項１記載のコンクリート改質方法。
【請求項４】
前記塗布剤としてシリコーン樹脂またはフッ素樹脂を含浸させた撥水性材料を用いることを特徴とする、請求項１記載のコンクリート改質方法。
【請求項５】
表面にバテライトが存在するとともに、表面付近に保護層が存在していることを特徴とする、コンクリート面構造。
【請求項６】
前記保護層が珪酸アルカリ化合物であって、珪酸アルカリ化合物が、ナトリウムシリケートまたはカリウムシリケートを主成分とすることを特徴とする、請求項５記載のコンクリート面構造。
【請求項７】
前記保護層が珪酸アルカリ化合物であって、珪酸アルカリ化合物が、ナトリウムシリケートまたはカリウムシリケートを主成分としてメチル基を有することを特徴とする、請求項５記載のコンクリート面構造。
【請求項８】
前記保護層がシリコーン樹脂またはフッ素樹脂を含浸させた撥水性材料であることを特徴とする、請求項５記載のコンクリート面構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、主として建築物等のコンクリート表面に生起する脱アルカリ反応による劣化を防止する改質方法、およびそれによって得られるコンクリート面の構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】  建築物の外壁などには、一般にコンクリートが多用されている。コンクリートは、あらゆる形状に施工できることが最大の利点である。またコストが安いという利点も大きく、コンクリート面の上に特別な化粧施工をせず、コンクリート面がむき出しとなっている建造物も非常に多く存在する。
これらのコンクリート壁面は、長年の風雨にさらされると、酸性雨の浸透などによるコンクリート表層部の脱アルカリ反応（中性化）が進行する。この脱アルカリ反応は、酸性雨によって炭酸カルシウムとなってコンクリート成分が溶出することによって促進される。さらに、改質が必要となるコンクリート面は、通常、有機物を中心とする汚れが表面に付着し、どす黒く汚れている場合が多い。コンクリート表面はミクロ的に見ると微小凹凸が無数に存在しているので、その凹凸内に水こけなどの有機物が付着したり、自動車の排気ガス中のススなどが付着したりすることが、この汚れの原因である。コンクリートの表面を改質するには、当然ながら、これらの汚れを除去することが必須となる。このような汚れの除去には、通常、高圧水洗浄・高圧温水洗浄が用いられている。この洗浄方法は、コンクリート面に対して、ノズルによって水または湯を吹き付け、物理的に汚れを除去するものである。
汚れが除去されると、脱アルカリ反応を防止するために、各種の塗装などが施されたり、アルカリ成分を含む塗布剤を塗布したりする場合が多い。塗布剤としては、亜硝酸リチウムや珪酸リチウムなどが用いられる。これらは単に水溶液を塗布浸透させる場合と、これらを高濃度にモルタルに添加して防錆モルタルとし、この防錆モルタルを表層に塗布する方法がある。どちらの方法でも、リチウムイオン等をコンクリート内部に浸透させ、コンクリートの内部の脱アルカリ化を抑制しようとする方法である。【０００３】  さらに、コンクリート面にペンキなどが塗布され、その下地であるコンクリート面に脱アルカリ反応が進んでいる場合もある。ペンキなども劣化するため、雨水が浸透するからである。このような場合には、特にその塗膜が有機樹脂系でれば、有機溶剤による溶解除去という方法が採られている。通常は、高圧の噴射水などを吹き付けたり、有機溶剤を塗布して手作業で拭き取ったりすることがほとんどである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】  以上のような、従来のコンクリート改質方法では、主として３つの問題点があった。一つは、洗浄が完全に行えないために、洗浄後に塗膜が形成されても、その密着強度などに問題が発生するという点である。特に亜硝酸リチウムや珪酸リチウムの利用は有効な手段ではあるが、完全な洗浄が行えないと、モルタル層が簡単に剥落することになる。
いま一つは、仮に適切な洗浄が行えたとしても、十分な塗膜の密着強度が得られないという点である。例えば、亜硝酸リチウムや珪酸リチウムを使用する場合は、防錆モルタルの密着強度に限界があるといった点である。
さらにもう一つは、最も一般的に採用されている高圧温水洗浄によるデメリットである。これらの問題点は、洗浄の良し悪しと、コンクリートの上に何らかの層を形成するときの密着強度の問題に２分されることがわかる。【０００５】  まず前述の高圧温水洗浄は、汚れ除去の機能発揮に対して、温水の噴射圧を主に、温水の温度を従にするという技術思想であるため、コンクリート表面の微小凹凸内の汚れを完全に除去することはできない。【０００６】  また、９０℃以上の温水とともに、水蒸気を混合して噴射するスチーム洗浄機なども実用化されている。しかし、これは、噴射する温水の温度をできるだけ高く維持するために水蒸気を用いるものであり、常圧下で用いることから、被洗浄面において１００℃以上の温水温度を維持できず、洗浄効果の面で充分であるとは言えない。すなわちこのような洗浄機は、洗浄効果を得るために温水を利用したものであり、温水の噴射圧は、微々たる効果しか寄与しておらず、コンクリート改質のための洗浄として十分な効果が得られない。【０００７】  さらに、特開２００１−２１２４９８号特許公開公報記載のものも存在する。しかし、本公報記載の発明は、洗浄水が被洗浄物に噴射される際の飛散防止を主目的および発明の効果としたものであり、洗浄効果の本質的改善にはなり得ない。【０００８】  また、塗膜などの有機溶剤による溶解除去は、主として化学的な作用をその技術的思想に置いており、作業中に有機溶剤が気化した有機ガスが発生したり、洗浄後の残存溶剤と空気中の有機物粒子によって汚れが再付着しやすくなったり、多くの欠点がある。有機ガスの発生は作業環境の問題となり、汚れの再付着は、洗浄品質の問題となる。【０００９】  以上のように、従来のコンクリート改質方法のための洗浄方法では有機物などの汚れが完全に除去できないため、改質効果が十分に得られないという問題点があった。【００１０】  一方、完全に汚れが除去できたとしても、防錆モルタルなど、改質のための塗布剤が強固に密着しにくいという点も問題となる。これは、ミクロ的に見たコンクリート表面粗さに起因するところが大きいと考えられ、密着強度の弱さという問題は、コンクリートの物理的性質によるものと判断せざるを得ない。密着強度が弱いと、硬化した水ガラスが短時間で剥落してしまうのである。従って、十分な改質効果を得ることができない。【００１１】  さらに高圧温水洗浄は、作用する物理的な力が強いほど、また温度が高いほど汚れが落ちやすいという性質を単純に利用したものであり、１００℃以下の湯を高圧でコンクリート表面に吹き付けるものである。従って、この方法は、コンクリート表面へのダメージが大きく、コンクリートの表面層がボロボロになってしまうことが多い。特に古い建造物は長期間風雨にさらされているので、高圧温水による物理的ダメージは非常に大きいものとなり、洗浄の結果、コンクリート表面を大きくかつ巨視的に荒らしてしまうということが多い。【００１２】  以上に説明したコンクリートの改質に関する３つの問題は、洗浄品質の問題と、改質のためにコンクリート面に形成される層状物との密着強度という２つの技術的課題に集約することができるのである。本発明は、これら２つの技術的��界を解決しようとするものである。このような思想による本発明は、上記課題を解決しうるコンクリート改質方法と、その方法によって改質されたコンクリート面構造を実現するものである。
コンクリート面構造については、本発明の改質方法が施工直後のコンクリート面にも適用可能であり、本発明の改質方法によって改質されたコンクリート面は、従来のものと違って大幅に長寿命となる。従って、建築物等の一部となる本発明のコンクリート面構造それ自体が、建築物自体の価値を高めることになるのである。さらに、建築材としてのコンクリートパネルにも適用可能であり、この場合には、長寿命のコンクリートパネルの提供に資することになる。
【課題を解決するための手段】
【００１３】  上記課題は、熱水をノズルから噴射する際に、熱水の洗浄対象物表面への到達時における温度が１００℃を超えるように噴射時の圧力を制御することで、熱水が洗浄対象物表面に到達して洗浄対象物表面の微小凹凸内に浸入した時点で１００℃を超える水温を保持し、浸入した熱水が常圧下で気化して水蒸気になる際の急激な体積膨張による物理的作用によって、洗浄物表面の微小凹凸内に付着する汚れを取り除くとともにコンクリート表面にバテライトを生成する工程と、前記コンクリート表面に、塗布剤を塗布することで、コンクリート表面の微小凹凸内に前記塗布剤を浸透させる工程と、を有するコンクリート改質方法とすることで解決できる。ここでいう汚れとは、有機物や酸性雨中の酸性物質など、コンクリート表層部に付着する全ての汚れを指す。なお本明細書の本発明に関する記述中の汚れとは、すべて上述の汚れを指している。【００１４】  前記塗布剤が珪酸アルカリ化合物であって、珪酸アルカリ化合物として、ナトリウムシリケートまたはカリウムシリケートを主成分とするものを用いることが好ましい。主成分がアルカリ成分であると、親水性の表面となる。また珪酸アルカリ化合物として、珪酸リチウムを添加することも有効である。【００１５】  前記塗布剤が珪酸アルカリ化合物であって、珪酸アルカリ化合物として、ナトリウムシリケートまたはカリウムシリケートを主成分としてメチル基を有するものを用いることことも好ましい構成である。ナトリウムシリケートまたはカリウムシリケートがメチル基を有すると、撥水性の表面となる。また珪酸アルカリ化合物として、珪酸リチウムを添加することも有効である。【００１６】  前記塗布剤としてシリコーン樹脂またはフッ素樹脂を含浸させた撥水性材料を用いることも有効な手段となる。【００１７】  以上は改質方法に関する手段であるが、構造物としては、表面にバテライトが存在するとともに、表面付近に保護層が存在していることを特徴とする、コンクリート面構造とすることで本発明は実現できる。【００１８】  さらに、前記保護層が珪酸アルカリ化合物であって、珪酸アルカリ化合物が、ナトリウムシリケートまたはカリウムシリケートを主成分とすることを特徴とすれば、親水性のコンクリート面構造とすることができる。また、珪酸リチウムを添加することも有効である。また珪酸アルカリ化合物中に、珪酸リチウムを含むことも有効である。【００１９】  また、前記保護層が珪酸アルカリ化合物であって、珪酸アルカリ化合物が、ナトリウムシリケートまたはカリウムシリケートを主成分としてメチル基を有することを特徴とすれば、撥水性のコンクリート面構造とすることができる。また、珪酸リチウムを含むことも有効である。【００２０】  あるいは、前記保護層がシリコーン樹脂またはフッ素樹脂を含浸させた撥水性材料とすることも有効である。【００２１】  以上に説明した課題解決手段からもわかるように、本発明では、汚れ除去の機能発揮に対して熱水（温水）の温度を主に、その噴射圧力を従にしつつ、バテライトというまったく新規な物質をコンクリート面に生成させるという点が従来と異なる技術思想となる。
特にバテライトは自然界に産出しない物質なので、これまではコンクリート面とバテライトのつながりは、全く予想されていなかった。本発明は、コンクリートの打設後に超高温水を用いてバテライトを形成するという全く新規な技術思想であることがわかる。これまでのコンクリート改質は、改質機能を持った材料をコンクリートの表層に塗布するなどの方法であった。つまり、塗布前のコンクリート自体は何も改質せず、その上に構成する材料で改質機能を持たせるという技術思想であった。しかし本発明は、汚れを取りながらコンクリート自身の表面をバテライト化するものなので、従来技術と大きく一線を画す画期的発明であるといえる。後述するが、バテライトは多孔質であり、その上に形成する層状物と強固な物理的密着が得られるのである。【００２２】  前述の従来技術と本発明の違いを、図４に一覧表示する。本発明の技術思想は、従来の技術と一線を画していることがわかる。この技術的思想の違いが、コンクリート面の洗浄処理とともにバテライトの形成を実現しているのである。
【発明の効果】
【００２３】  本発明の効果を、図１（ａ）、（ｂ）および図２を用いて説明する。本発明では、熱水１のコンクリート表面３への到達時における温度が１００℃を超えるように噴射時の圧力を制御し、熱水１がコンクリート表面３に到達してコンクリート表面３の微小凹凸５の内部に浸入した時点で、１００℃を超えるよう水温を保持する（ａ）。
この操作により、コンクリート表面３の微小凹凸５の内部に浸入した熱水１は、常圧であるために気化して水蒸気７になる。このときに急激な体積膨張が起こり、その物理的作用によって、コンクリート表面３の微小凹凸５の内部に付着している汚れ９を取り除くことができるのである。１モルの水が水蒸気になると２２．４リットルとなるので、約１８ｃｃの水が２２．４リットルの水蒸気に膨張する現象が瞬時に起こり、このときの約１２４０倍の体積変化に伴う圧力による物理的作用によって、汚れ９が除去されることになる。
微小凹凸５内に到達した熱水は常圧下で急激に水蒸気となるので、体積膨張する水蒸気７による「ジェット流」のような流れが、微小凹凸５内のさらに細かいミクロの凹凸内にまで入り込み、汚れ９の付着部分をアタックすることができる。微小凹凸５は閉じた空間ではないので、水から水蒸気への体積膨張時における圧力は瞬時に開放され、コンクリート表面３にダメージを与えることはない。【００２４】  このような熱水処理の結果、主としてその熱的効果によってコンクリート面にバテライトが形成されることを、本発明者は知見した。このような洗浄処理の結果、図１（ｂ）に示すように、コンクリートの表面にバテライト層８が形成される。
バテライトとは、コンクリート内のカルシウム分と炭酸ガスの存在下で生成される炭酸カルシウムの一つである。炭酸カルシウムは、大きくは、カルサイト、アラゴナイト、バテライトと、結晶構造の違いで３種類の形態で存在する。このうち、カルサイトは方解石、アラゴナイトは霰石として知られるように、自然界に鉱物として産出する形態であるが、バテライトは鉱物としては存在しない。結晶構造以外で、他の炭酸カルシウムとバテライトとの違いとして、バテライトは多孔質であるという点があげられる。
前述の洗浄を施した試験片をＸ線回折によって分析したところ、被洗浄面にバテライトが生成されていることがわかった。バテライト層は多孔質であるため、その上にコンクリート改質剤を浸透・塗布して固化させたときに、多孔質による表面積の増大効果によって、コンクリート改質剤層との密着強度が飛躍的に向上するのである。
バテライト生成のための洗浄条件による洗浄効果を、図３によって確認しておく。被試験面は、コンクリート上のペンキ塗布面である。図の横軸は、噴射する熱水の温度、縦軸は、ブラシなどでこすることなく除去できた塗膜の面積比を表している。図のように、本発明における洗浄条件で、極めて効果的に汚れを除去できることがわかる。図３によれば、コンクリート面に到達した時の熱水温度が１２０℃以上で除去率１００％という好ましい結果が得られている。しかし、９８℃を超えると洗浄効果が発揮され始めるので、熱水の温度がノズル先端で１００℃を超えていれば、本発明による洗浄効果を得ることができるのである。ノズル先端で２２０℃を超える熱水温度は、危険が伴うということ、洗浄装置の構成機器に与える熱的なダメージが大きくなることなどから、好ましくない。この図３に示す効果的な洗浄条件とバテライトの生成条件は、ほぼ対応している。この点も、本発明者の知見である。【００２５】  さらに本発明では、図２のように、バテライト層８を生成したコンクリート表面の微小凹凸内に珪酸アルカリ化合物などの塗布剤を浸透させ、珪酸アルカリ化合物などの保護層６を形成する。浸透させる手段としては、スプレーなどによる塗布が好ましい。珪酸アルカリ化合物とは水ガラス成分であり、これを浸透させることで、図２のように、バテライト８が生成されたコンクリート３の表面に、珪酸アルカリ化合物からなる保護層６が付着した構造となる。水ガラスなどの珪酸アルカリ化合物は液体であり、塗布することによって多孔質のバテライトに存在する微小空孔内に水ガラスが浸透し、この水ガラスが固化した後に、珪酸アルカリ化合物層６とバテライト層８とが強力な物理的密着状態となる。保護層６としての珪酸アルカリ化合物は、その中にアルカリ成分を含んでいるので、コンクリートの脱アルカリ反応を補償するとともに、酸性雨などに晒されたときの遮蔽層となり、確実にコンクリートを保護することができるのである。【００２６】  珪酸アルカリ化合物を塗布する場合に、ナトリウムシリケートまたはカリウムシリケートを主成分とするものを用いると、親水性の表面となる。コンクリート表面が親水性になると、雨水などによって濡れやすくなるとともに、表面に付着する汚れが雨水などによって容易に流れやすくなるため、汚れが固着することなく長期にわたって美麗な外観を維持することができる。
一方塗布する珪酸アルカリ化合物としてナトリウムシリケートまたはカリウムシリケートを主成分としてメチル基を含むものを用いると、撥水性の表面となる。コンクリート表面が撥水性になると、雨水などをはじくようになるために表面に汚れが付着しにくくなり、長期にわたって美麗な外観を維持することができるのである。
また親水性表面は、雨水などに塗れた時に黒っぽい「濡れ色」になるのに対して、撥水性表面は水をはじくため、雨水などがかかった場合でも濡れることなく白いコンクリート色を維持することができる。これらの点は意匠上の問題であり、好みによって選択される。【００２７】  ここで、超高温水によってバテライト層８を生成し、保護層６の形成手段として、はじめにナトリウムシリケートを主成分とする珪酸アルカリ化合物を塗布し、次にその上にメチル基を有しカリウムシリケートを主成分とする珪酸アルカリ化合物を塗布するなど、保護層６の２層構造も本発明の範囲に属するものである。このような構成によっても、表面を撥水化させることができる。【００２８】  また上記以外の塗布剤としては、フッ素樹脂を含有するものやシリコーン、その他アクリル剤などの有機物、あるいは高分子樹脂など、さまざまなものが考えられる。【００２９】  さらに、以上のいずれの塗布剤についても、珪酸リチウムや亜硝酸リチウムなどリチウムを含むものを添加すれば、リチウムイオン等がコンクリート内部に深くに浸透し、コンクリートの内部の脱アルカリ化をよりよく抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
【００３１】  洗浄とともにバテライトを生成する工程は、ボイラーとポンプと噴射ノズルを備えた簡便な装置によって実現することができる。以下に図面を参照しながら説明する。
【実施例】
【００３２】  図５は、本発明を実現するための洗浄装置の構造を、模式的に表した説明用図である。水タンク１１、噴射用ポンプ１５、ボイラー機能付リザーブタンク１３が本体ケース１７の内部に納められ、この本体ケース１７に対して、連結ホース１９を介して噴射ノズル２１が取り付けられている。ボイラー機能付リザーブタンク１３は耐圧容器となっており、この中で、１００℃を超える温度の熱水が生成される。この熱水は、噴射用ポンプ１５の作用により、耐熱性の連結ホース１９を介して噴射ノズル２１まで導かれ、熱水シャワー２３となってコンクリート表面３に噴射される。【００３３】  このような洗浄装置によって本発明は実現できるが、噴射ノズル２１の先端とコンクリート表面３との間の距離ｔを制御することが望ましい。なぜなら、噴射ノズル２１の先端とコンクリート表面３との距離は噴射された熱水の「滞空時間」に直接影響するので、距離が長すぎると、噴射された熱水がコンクリート表面３に到達する前に水蒸気化する割合が高くなるからである。この点を再現性よく実施するには、例えば図例のような、間隔調整具２５を取り付けておけばよい。間隔調整具２５の先端にはローラー２７を設けておき、コンクリート表面３の上を転がせるようにしておけば、作業性の向上に寄与することができる。また間隔調整具２５は、その長さを調整可能としておき、熱水の温度や噴射圧力などに応じて、距離ｔを最適化可能としておけばよい。【００３４】  本発明では、洗浄効果に対して熱水の温度が主に、熱水の噴射圧力が従として寄与しているが、温度と圧力の組み合わせは、洗浄対象となる汚れの質によってさまざまな組み合わせが考えられる。図５の装置においてさまざまな温度と圧力の組み合わせを得るには、例えば、ボイラー機能の能力を一定としておき、噴射用ポンプ１５の流量によって温度を調整する方法が簡便である。すなわち、噴射ノズル２１の先端開口が一定であれば、噴射圧力によって流量が変化し、流量と温度との反比例関係によって、簡便に熱水の温度と噴射圧力を制御することができるのである。【００３５】  本図に示した構成例以外にも、本体ケース１７のみを地上に設置して連結ホース１９を長くし、ビルの高層階の洗浄に適した構成にすることもできる。この場合は、連結ホース１９に保温材やシート状ヒーターを巻回した構成とすることも考えられる。また、図５の洗浄装置全体を可搬式とすることも考えられる。従って、本発明を実現するための洗浄装置の構造は、図５のものに何ら限定されるものではない。【００３６】  このような装置によってコンクリート表面の洗浄とバテライト層の生成を同時に行い、その後、珪酸アルカリ化合物などの塗布剤をスプレーなどによって塗布し、コンクリート面の微小凹凸内に塗布剤を浸透させる。
このような方法により、バテライトの多孔性が有効に作用し、保護層の密着強度を高めることができるのである。また、保護層の成分として、ナトリウムやカリウムを含む珪酸アルカリ化合物や珪酸リチウムを含むものを用いれば、アルカリ注入の効果によって、より効果が高まることになる。珪酸リチウムも珪酸アルカリ化合物であることには変わりはないが、本明細書中の記述としては区別している。
【産業上の利用可能性】
【００３７】  以上の説明のように、本発明は、ビルメンテナンス業務や外壁の清掃など、一般に実施されている各種の洗浄サービスに適用可能である。また建築パネルとして量産されるコンクリートパネルに対して、その最終工程で本発明を適用すれば、長寿命のコンクリートパネルとして流通可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明のうちバテライト生成までの仕組みを説明する模式図である。
【図２】本発明の改質後の構造を説明する模式図である。
【図３】本発明の試験結果例を表すグラフである。
【図４】従来の洗浄技術と本発明に用いる洗浄技術との比較表である。
【図５】本発明を実現するための洗浄装置例を説明する模式図である。
【符号の説明】
【００３９】  １  熱水
３  コンクリート表面
５  微小凹凸
６  珪酸アルカリ化合物層
７  気化する水蒸気
８  バテライト層
９  汚れ
１１  水タンク
１３  ボイラー機能付リザーブタンク
１５  噴射用ポンプ
１７  本体ケース
１９  連結ホース
２１  噴射ノズル
２３  熱水シャワー
２５  間隔調整具
２７  ローラー
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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