(57)【要約】【課題】  コンクリート構造物の鉄筋、鋼構造物の防食に好適なセメント組成物を提供する。【解決手段】  セメント、炭素粒子、亜鉛粒子、および炭素繊維を含有することを特徴とすることを特徴とするセメント組成物。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
セメント、炭素粒子、亜鉛粒子、および炭素繊維を含有することを特徴とすることを特徴とするセメント組成物。
【請求項２】
組成物１００質量部に対して、セメント２０〜６０質量部、炭素粒子１０〜３０質量部、亜鉛粒子２０〜５０質量部、炭素繊維０．１〜０．３質量部であることを特徴とする請求項１記載のセメント組成物。
【請求項３】
細骨材を含有することを特徴とする請求項１記載のセメント組成物。
【請求項４】
組成物中１００質量部に対して、セメント２０〜６０質量部、炭素粒子１０〜３０質量部、亜鉛粒子２０〜５０質量部、細骨材１０〜３０質量部、炭素繊維０．１〜０．３質量部であることを特徴とする請求項３記載のセメント組成物。
【請求項５】
セメントが内割で、５０質量％までの高炉スラグ微粉末、またはフライアッシュの少なくともいずれか一種を含有することを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項記載のセメント組成物。
【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中の鉄筋等の鋼材の電気防食に関し、特にコンクリート構造物の補修等に好適なセメント組成物に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
コンクリート構造物中の鉄筋等の鋼材は、コンクリート中のアルカリ性環境では通常は腐食は進行しない。しかし、沿岸部に位置するコンクリート構造物や凍結防止用に散布された塩化カルシウム、食塩等のハロゲン化物を含有した水に接触する構造物においては、ハロゲン化物がコンクリート中に浸入して、鉄筋の腐食が生じることがある。
【０００３】
鉄筋が腐食すると、生成した鉄の水酸化物等によって体積が膨脹して、周囲のコンクリートに応力が作用してコンクリートのひび割れが生じる。コンクリートに生じたひび割れによって、さらに海水等のハロゲン化物を含有した水が浸入して鉄筋の腐食が進行することがあった。コンクリート構造物の鉄筋の腐食が進行するとコンクリート片となって落下する等の重大な問題が生じる危険性がある。コンクリート中の鉄筋、鋼構造物の鋼材の腐食を防止してコンクリートあるいは鋼構造物の性能を長期にわたり維持することが不可欠である。
【０００４】
本発明者らは、セメント組成物中、亜鉛粒子とともに炭素粒子を混合することによって、亜鉛含有量を少なくしても充分な防食性能を発揮することができ、施工部分が限定されたり、構造物の強度上の問題が発生することがないセメント組成物を提案している（例えば、特許文献１、２参照）。
しかしながら、亜鉛粉末を含有したセメント組成物をコンクリート構造物の補修に使用した場合に、組成物の配合条件の相違、あるいは施工条件の相違によって長期にわたり充分な性能が保持できないこともあった。
【特許文献１】特開２００５−１４６３１９号公報
【特許文献２】特開２００７−３２６７２９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、コンクリート構造物中の鉄筋、あるいは鋼材等を防食する犠牲陽極として作用する亜鉛を含有したセメント組成物において、基材のコンクリート、鉄筋あるいは鋼材等への付着性が良好で、長期にわたり電気防食作用を維持し、またコンクリート構造物の特性の保持が可能なセメント組成物を提供することを課題とするものであって、特に施工条件によらずに安定した性能が得られるセメント組成物を提供することを課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、セメント、炭素粒子、亜鉛粒子、および炭素繊維を含有するセメント組成物である。
また、組成物１００質量部に対して、セメント２０〜６０質量部、炭素粒子１０〜３０質量部、亜鉛粒子２０〜５０質量部、炭素繊維０．１〜０．３質量部である前記のセメント組成物である。
また、細骨材を含有する前記のセメント組成物である。
組成物中１００質量部に対して、セメント２０〜６０質量部、炭素粒子１０〜３０質量部、亜鉛粒子２０〜５０質量部、細骨材１０〜３０質量部、炭素繊維０．１〜０．３質量部である前記のセメント組成物である。
セメントが内割で、５０質量％までの高炉スラグ微粉末、またはフライアッシュの少なくともいずれか一種を含有するである前記のセメント組成物である。
【発明の効果】
【０００７】
本発明のセメント組成物は、炭素繊維を含有しているので、コンクリート構造物中の鉄筋、鉄骨等を防食電位に保持するために配合した亜鉛粒子による作用が、配合条件等によって影響をされることはなく、安定した防食性能を発揮するセメント組成物を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
従来の防食用の亜鉛粒子を含有したセメント組成物にあっては、施工したモルタルが膨張してモルタル充填箇所の鋼材やコンクリートと密着しないという現象が生じたり、壁面や天井部では基材面との充分な接合強度が保持できないことが生じることがあった。
これは、亜鉛粒子を配合したセメント組成物は、水和反応時の強アルカリ性環境下において含有した亜鉛粒子が溶解反応を起こして水素発生をし、発生した水素によって接合強度が不充分なものとなることが原因であることを見出し、本発明者等は、アルミナ含有量が２０質量％以上のアルミナセメントを配合したセメント組成物を提案している。
一方、セメント組成物には、亜鉛粒子、黒鉛粒子、セメントとともに細骨材が配合されることが一般的であり、組成物の混練条件、配合条件、施工条件等によって、防食性能が左右されると言う問題があった。
【０００９】
本発明は、セメント組成物を施工した場合の硬化物中における亜鉛粒子、黒鉛粒子の分布状態、硬化物内部の導電特性の分布の不均一等に影響を受けることに着目し、導電性材料である炭素繊維を配合することによって、亜鉛粒子による電気防食特性を均一化することによって安定した電気防食特性を発現させることが可能であることを見出したものである。
【００１０】
本発明のセメント組成物において、乾燥質量で、亜鉛粒子の配合量は、２０質量％ないし５０質量％とすることができ、炭素粒子の配合量は、１０質量％ないし３０質量％とすることが好ましく、亜鉛粒子と炭素粒子の合計配合量は、６０質量％以下であることが好ましい。また、炭素繊維の配合量は０．１質量％〜０．３質量％とすることが好ましい。
亜鉛粒子の配合量が多くなると防食対象に対して与える防食電位の面では好ましい結果が得られるが、硬化後のセメント組成物の質量増加、強度の低下等の問題があり、同様に炭素粒子、炭素繊維の配合量の増加は、電子伝導性の増大に寄与するが、亜鉛粒子の場合と同様に、硬化後のセメント組成物の強度に影響を及ぼすので、これらの配合量は、セメント組成物の硬化後に要求される強度、防食対象に与える防食電位等を考慮して決定することが好ましい。
【００１１】
亜鉛粒子としては、砂状亜鉛、粉末状亜鉛を使用することができ、炭素粒子としては、黒鉛、あるいは導電性が大きなカーボンブラックを用いることができる。また、炭素繊維としては、炭素繊維のトウを切断したチョップと称される炭素繊維を用いることができる。
【００１２】
また、本発明のセメント組成物中には、細骨材を配合してもよい。本発明において細骨材は、ＪＩＳ  Ａ０２０３のコンクリート用語で定義されているものを意味し、１０ｍｍ網ふるい全部通り、５ｍｍ網ふるいを質量で８５％以上が通る骨材である。
細骨材としては、ケイ砂すなわち砂、あるいは砕石、石灰石、高炉スラグ等の粉砕物を挙げることができる。これらの細骨材は一般的な骨材としての機能のみではなく、細骨材を配合しないものに比べて電気導電性が良好なものとなり、また防食特性の面でも充分な防食電位を得ることができる。
【００１３】
本来、導電性を有さないケイ砂等の細骨材の配合によって、これらを配合しないものに比べて電気導電性が良好なものとなる理由は不明であるが、細骨材によって硬化物中に微細な空隙が生じ、混練に使用した水が空隙中に保持されて導電性が向上するものと考えられる。
細骨材の配合量は、１０質量％〜３０質量％とすることが好ましい。
【００１４】
また、本発明のセメント組成物は、水との混合によって直ちに水素発生することがなく、早期に硬化して強度が発現するアルミナの含有量が２０質量％以上である急硬性セメントを用いると、水素の発生量が多くなる前にセメント組成物を所望の形状で速やかに硬化させることができるので好ましい。
【００１５】
アルミナの含有量が２０質量％以上である急硬性セメントとしては、一般にアルミナセメントとして販売されているものを挙げることができる。アルミナセメントの代表的な組成を示すと、アルミナ：５３．０質量％、酸化カルシウム：３６．８質量％、二酸化ケイ素：５．２質量％、酸化第二鉄：１．８質量％のものを挙げることができる。
また、アルミナセメントは、そのまま使用しても良いが、高炉スラグ微粉末、フライアッシュ等の混和材を配合して硬化特性等をはじめとするセメントの特性を調整することができる。高炉スラグ微粉末およびフライアッシュは、セメント混和材として一般に使用されているものを用いることができる。これらの混和材は、内割で５０質量％までの量を含有することができる。
【００１６】
また、本発明のセメント組成物にあっては、セメントの水和反応時の水素発生を抑制する水素発生抑制物質を添加することによって施工したモルタルが硬化する前に発生する水素による膨張を防止しても良い。水素発生抑制物質としては、亜硝酸塩、硝酸塩等の酸化剤が挙げられ、特にセメント混和剤として使用されているリチウム塩を用いることが好ましい。
これらの水素発生抑制物質は亜鉛による水の還元反応、すなわち水素発生反応と競合して水素発生を抑制するものと考えられる。また、硝酸イオンは、亜鉛によって亜硝酸イオンに還元され、更に、亜硝酸イオンは亜鉛によって、アンモニウムイオンあるいはアンモニアに還元される。水和反応中のコンクリート内部のアルカリ性の水中においては、アンモニアおよびアンモニウムイオンはその平衡定数から明かなように、アンモニウムイオンの数千倍の濃度でアンモニアとして存在しており、一部はコンクリート中に含まれた水中にアンモニアとして溶存している。
【００１７】
また、水中の溶解量を超えたアンモニア、および水和反応の進行、あるいは乾燥等による水分の減少に伴って溶存できなくなったアンモニアは、コンクリートから徐々に放出されるものと考えられる。
その結果、モルタルは施工直後の水素発生反応が抑制される結果、膨張等を起こすことがなくなるものと考えられる。
このように、亜鉛粒子および亜鉛粒子を酸化する酸化剤を配合したセメント組成物には、アルミナセメントのような早強セメントに限らず一般的な普通ポルトランドセメントを含む各種のセメントを配合したセメント組成物に広く適用することができる。
酸化剤として添加する亜硝酸リチウムまたは硝酸リチウムは、亜鉛粒子１００質量部に対して亜硝酸リチウムまたは硝酸リチウムを５〜１０質量部を配合することが好ましい。
以下に実施例，比較例を示して本発明を説明する。
【実施例】
【００１８】
実施例１
亜鉛粒子（東邦亜鉛工業製：ＡＮ−２００）３３質量部、黒鉛粉末（日本黒鉛工業製  ＮＰ１）２０質量部、セメント：アルミナセメント（ラファージュ製：ターナルＨＲ）に内割で２０質量％の高炉スラグ微粉末（デイ・シイ製ファインセラメント）３０質量部、ケイ砂（日瓢鉱業製Ｎ５０  ５号硅砂）１７質量部、炭素繊維（クレハ製Ｃ−１０３Ｔ）０．２質量部、および水３０質量部を配合して混練した。
【００１９】
図１に示すように、電位測定用の１０個の試験体１を作製して試験槽２内の濃度３質量％食塩水３中に浸漬した。試験体１は、直径１９ｍｍの棒鋼４を、調製した組成物５によって直径５０ｍｍ、高さ５０ｍｍの円柱状に被覆し、棒鋼の底面はエポキシ樹脂で被覆し、セメント組成物の上部１５ｍｍが食塩水中に浸漬されるように配置した。
参照電極６として、飽和塩化カリウム銀塩化銀電極を用いて、塩橋７で試験槽１と接続して電位差計８によって鋼材の電位変化を測定した。
【００２０】
電位測定開始後５日後の電位を、図２（Ａ）のヒストグラムで示すとともに、得られた電位の統計解析を行った。結果を箱ひげ図で示すとともに、平均値の９５％信頼区間をひし形Ａで示した。平均電位は、−９８９ｍＶであり、平均値の上側信頼限界は、−９７７ｍＶ、平均値の下側信頼限界は、−１０００ｍＶであった。
【００２１】
比較例１
炭素繊維を配合しない点を除き実施例１と同様にして比較用の１０個の試験体を作製した。次いで、実施例１と同様にして試験槽に浸漬して電位測定開始５日後の電位を、図２（Ｂ）のヒストグラムで示すとともに、得られた電位の統計解析を行った。結果を箱ひげ図で示すとともに、平均値の９５％信頼区間をひし形Ｂで示した。平均電位は、−９１５ｍＶであり、平均値の上側信頼限界は、−８７４ｍＶ、平均値の下側信頼限界は、−９５６ｍＶであった。
【００２２】
以上の結果から、炭素繊維を配合した試験体の方が電位の平均値が低く、また、両者の平均値の９５％信頼区間の電位には重なりを有しておらず、両者は明確な差を有しているものと言うことができる。
また、炭素繊維を配合した試験体の方が、平均値の９５％信頼区間の電位範囲が狭く、特性が優れたものであると言うこともできる。
【産業上の利用可能性】
【００２３】
本発明のセメント組成物は、コンクリート構造物中の鉄筋、鋼構造物の防食材として好適であり、特に施工後の電位のばらつきが小さなセメント組成物を提供することができるので、施工管理が容易である。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】図１は、本発明のセメント組成物で作製した試験体の電位変化の測定方法を説明する図である。
【図２】図２は、本発明の実施例および比較例の試験体について測定した電位と、それを統計処理した結果を説明する図である。
【符号の説明】
【００２５】
１…試験体、２…試験槽、３…食塩水、４…棒鋼、５…組成物、６…参照電極、７…塩橋、８…電位差計
【図１】
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【図２】
2009227475.tif 000003