アルミナセメント組成物およびそれを用いた補修工法
【課題】 劣化したコンクリート構造物の補修において、作業性、低温硬化性状、初期ひび割れ抵抗性、強度発現性、耐硫酸性などに優れ、長期耐久性が良好であるアルミナセメント組成物およびそれを使用した補修工法を提供する。
【解決手段】 アルミナセメント、ポゾラン物質、および繊維長が２〜１５ｍｍでアスペクト比が３００〜１０００の高分子繊維を含有するアルミナセメント組成物あり、さらに、流動化剤、リチウム塩、吸水防止剤、セメント混和用ポリマー、骨材を含有する前記アルミナセメント組成物であり、前記アルミナセメント組成物を用いるコンクリート構造物の補修工法を構成とする。
【解決手段】 アルミナセメント、ポゾラン物質、および繊維長が２〜１５ｍｍでアスペクト比が３００〜１０００の高分子繊維を含有するアルミナセメント組成物あり、さらに、流動化剤、リチウム塩、吸水防止剤、セメント混和用ポリマー、骨材を含有する前記アルミナセメント組成物であり、前記アルミナセメント組成物を用いるコンクリート構造物の補修工法を構成とする。
【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の補修、特に硫酸により劣化を受けた下水処理施設のコンクリート構造物の補修などに使用するアルミナセメント組成物およびそれを用いた補修工法に関する。
【背景技術】
【０００２】
下水処理施設におけるコンクリート構造物は、下水中で発生する硫酸還元細菌の影響で硫酸が発生しコンクリートが侵食され、さらに内部の鉄筋の腐食で錆による膨張圧が生じ、コンクリートにひび割れ、浮きが発生し、コンクリート片のはく落などが起きている。このような下水処理施設での補修工法としては、劣化部をウォータージェットにより除去し断面修復してから樹脂ライニングを行う方法が多く実施されている。これに用いる断面修復材は、高炉水砕スラグにポリマーを配合した材料（特許文献１）、アルミナセメントからなる材料（特許文献２、３）、高炉水砕スラグやシリカフュームなどの微粉末を多量に混和したセメントモルタルが使用されている（特許文献４）。また、アルミナセメントと高炉スラグ微粉末を用いた材料で、５μｍ以下のアルミナセメント粒子を２５重量％以下とし、リチウム塩を含有する材料が提案されている（特許文献５）。
【特許文献１】特開平０３−２９０３４８号公報
【特許文献２】特開２００３−８９５６５号公報
【特許文献３】特開２００４−２９２２４５号公報
【特許文献４】特開２０００−１２８６１８号公報
【特許文献５】特開２００２−２９３６０３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、硫酸によるコンクリート構造物の劣化は、セメントの水和で生じる水酸化カルシウムと硫酸が反応することで進行するため、通常のポルトランドセメントを用いた補修材料では樹脂ライニングにわずかなピンホールが存在すれば長期的な耐久性は望めないという課題があった。また、下水処理施設には、湿度が低く風通りのよい開放されたピットや水路なども存在し、冬季の寒い時期の施工では、セメントの凝結時間が遅れるため初期収縮ひび割れが発生しやすいという課題があった。さらに、微粉末を多量に混和した材料は、自己収縮がポリマーセメントよりも大きく、冬季に限らず初期ひび割れが発生しやすいという課題があった。
本発明者らは、前記課題を解決するため、特定のアルミナセメント組成物およびそれを用いた補修工法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
すなわち、本発明は、（１）アルミナセメント、ポゾラン物質、および繊維長が２〜１５ｍｍでアスペクト比が３００〜１０００の高分子繊維を含有するアルミナセメント組成物、（２）流動化剤を含有する（１）に記載のアルミナセメント組成物、（３）リチウム塩を含有する（１）または（２）のアルミナセメント組成物、（４）リン、ホウ酸、および有機酸の中から選ばれた少なくとも１種のリチウム塩である（３）のアルミナセメント組成物、（５）吸水防止剤を含有する（１）〜（４）のいずれかのアルミナセメント組成物、（６）セメント混和用ポリマーを含有する（１）〜（５）のいずれかのアルミナセメント組成物、（７）骨材を含有する（１）〜（６）のいずれかのアルミナセメント組成物、（８）（１）〜（７）のいずれかのアルミナセメント組成物を用いるコンクリート構造物の補修工法、である。
【発明の効果】
【０００５】
本発明のアルミナセメント組成物およびそれを用いた補修工法により、作業性、低温硬化性状、初期ひび割れ抵抗性、強度発現性、耐硫酸性などに優れ、長期耐久性の良好な下水処理施設などのコンクリート構造物の補修を行うことが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
以下、本発明を詳細に説明する。
【０００７】
本発明で使用するアルミナセメントとは、モノカルシウムアルミネートを主要鉱物として含有するクリンカー粉砕物から得られるものであり、例えば、アルミナセメント１号やアルミナセメント２号などが使用できる。アルミナセメントの粉末度は、水和活性の点で２０００〜８０００ｃｍ２/ｇが好ましい。また、アルミナセメントの粒度調整を行い、粒子径５μｍ以下の粒子を全体の３０質量％未満としたものが硬化するときの収縮が小さくなるので好ましい。
【０００８】
本発明で使用するポゾラン物質とは、アルカリ刺激によりポゾラン活性を示す物質であり、アルミナセメントと併用することで、水和物の相転移による強度低下を抑制する目的や、施工時のモルタルのダレ抵抗性を向上させる目的で使用するものである。例えば、高炉水砕スラグ、高炉徐冷スラグ、転炉スラグ、シリカフューム、およびフライアッシュなどが挙げられる。
ポゾラン物質の粉末度は、水和活性の点でブレーン比表面積３０００ｃｍ２/ｇ以上が好ましい。
ポゾラン物質の使用量は、通常、アルミナセメント１００質量部に対して８０〜２００質量部が好ましく、１００〜１５０質量部がより好ましい。なお、シリカフュームは、アルミナセメント１００質量部に対して１〜１０質量部が好ましい。
【０００９】
本発明で使用する繊維長が２〜１５ｍｍでアスペクト比が３００〜１０００の高分子繊維とは、アルミナセメントが硬化するときの収縮で入る大きなひび割れを抑制するために使用するもので、ひび割れ応力を分散する効果がある。繊維長やアスペクト比がこの範囲を外れた高分子繊維を使用すると、モルタルの流動性を阻害し良好なひび割れ抵抗性が得られない。
高分子繊維の種類としては、例えば、ビニロン繊維、ポリプロピレン繊維、アクリル繊維、ナイロン繊維などが挙げられる。特に限定されるものではないが、これらの中でモルタル中における繊維の付着力が比較的優れるビニロン繊維やアクリル繊維の使用が好ましい。
高分子繊維の使用量は、特に限定されるものではないが、アルミナセメントとポゾラン物質と骨材の合計１００質量部に対して０．０２〜０．６質量部が好ましく、０．０７〜０．４質量部がより好ましい。０．０２質量部未満では、ひび割れ抑制効果が少なく、０．６質量部を超えるとモルタルの流動性に影響する場合がある。
【００１０】
本発明で使用する流動化剤とは、モルタルに適度な流動性を与える目的で使用するものである。例えば、ポリカルボン酸系化合物、メラミン系化合物、リグニンスルホン酸系化合物、ナフタレンスルホン酸系化合物などが挙げられる。特に限定されるものではないが、これらの中で、適当な流動性を与え、強度発現性に影響し難い点でポリカルボン酸系化合物、メラミン系化合物の使用が好ましい。
流動化剤の使用量は、アルミナセメント１００質量部に対して０．０１〜１質量部が好ましく、０．０５〜０．５質量部がより好ましい。０．０１質量部未満では、適度な流動性が得られ難く、１質量部を超えると強度発現性に影響する場合がある。
【００１１】
本発明に使用するリチウム塩とは、特に限定されるものではないが、中でもリン酸、ホウ酸、および有機酸の中から選ばれた少なくとも１種のリチウム塩が好ましい。リチウム塩は、低温時において硬化を促進するために使用するものであり、例えば、リン酸のリチウム塩としては、リン酸二水素リチウム、リン酸リチウムなどが挙げられ、ホウ酸のリチウム塩としては、メタホウ酸リチウム、四ホウ酸リチウムなどが挙げられ、有機酸のリチウム塩としては、クエン酸リチウムなどが挙げられ、これ以外のリチウム塩、例えば、ケイ酸、硫酸、炭酸、硝酸のリチウム塩と比べ、良好な作業性が得られる。上記リチウム塩は、無水物および水和物いずれの形態でも使用可能であり、固体の粉末でも水溶液としても使用可能である。
上記リチウム塩の使用量は、アルミナセメント１００質量部に対して０．０２〜３質量部が好ましく、０．１〜２質量部がより好ましい。０．０２質量部未満では硬化を促進させる効果が小さく、３質量部を超えるとハンドリング時間が短くなりすぎる場合がある。
【００１２】
本発明で使用する吸水防止剤とは、硬化したモルタルの吸水性を低下させる目的で使用するものであり、水分中に溶け込んでいる硫酸イオンの浸透を抑制する効果がある。例えば、ステアリン酸カルシウムなどの高級脂肪酸系化合物や、パラフィン、アルキルアルコキシシランなどのシラン類が挙げられる。特に限定されるものではないが、これらの中で、モルタルの流動性と撥水効果の点でシラン系吸水防止剤の使用が好ましい。
吸水防止剤は、液状および粉末状いずれの形態でも使用できるが、予め他の材料とプレミックスできる粉末状の吸水防止剤の使用が好ましい。
吸水防止剤の使用量は、アルミナセメント１００質量部に対して、固形分換算で０．２〜８質量部が好ましく、０．５〜５質量部がより好ましい。０．２質量部未満では、硫酸イオンの浸透抑制効果が少なく、８質量部を超えると強度発現性に影響する場合がある。
【００１３】
本発明で使用するセメント混和用ポリマーとは、ＪＩＳ Ａ ６２０３で規定されているセメント混和用のポリマー（ポリマーディスパージョン）であり、中性化、塩害、凍害などの耐久性を向上させ、モルタルの付着強度、曲げ強度、引張強度などの特性を改善する目的で使用する。
例えば、アクリロニトリル・ブタジエンゴム、スチレン・ブタジエンゴム、クロロプレンゴム、および天然ゴムなどのゴムラテックス、エチレン・酢酸ビニル共重合体、ポリアクリル酸エステル、酢酸ビニルビニルバーサテート系共重合体、およびスチレン・アクリル酸エステル共重合体やアクリロニトリル・アクリル酸エステルに代表されるアクリル酸エステル系共重合体、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂に代表される液状ポリマーなどが挙げられ、これらの１種または２種以上が使用できる。
セメント混和用ポリマーの使用量は、アルミナセメント１００質量部に対して固形分換算で１〜２０質量部が好ましく、３〜１０質量部がより好ましい。１質量部未満では耐久性を向上させる効果が少なく、２０質量部を超えると強度発現性に影響する場合がある。
【００１４】
本発明で使用する骨材としては、特に限定されるものではないが、耐酸性を有する骨材の使用が好ましい。例えば、珪石骨材、アルミナ骨材、ムライト骨材、シャモット骨材、炭化珪素骨材などが挙げられる。
骨材の使用量は、アルミナセメントとポゾラン物質の合計１００質量部に対して、０〜２５０質量部が好ましく、２５０質量部を超えると流動性や付着強度が低下する傾向がある。また、２ｍｍ以下の薄塗りをする場合は骨材を含まないペーストを使用し、２ｍｍを超える厚みの場合は骨材を含むモルタルやコンクリートを使用することが好ましい。
【００１５】
本発明のアルミナセメント組成物では、品質に悪影響を与えない範囲でＡＥ剤、増粘剤、発泡剤、凝結遅延剤、防錆剤、防凍剤、収縮低減剤、防水剤、抗菌剤などの各種添加剤を併用することができる。
【００１６】
本発明のアルミナセメント組成物を用いたコンクリート構造物の補修では、特に限定されるものではなく、ミキサーで練り混ぜたモルタルをコテで塗っても良く、型枠を作りその内部に充填しても良く、さらに、圧縮空気を用いてモルタルを吹き飛ばす吹付けで施工しても良い。
【００１７】
以下、実施例で詳細に説明する。
【実施例１】
【００１８】
アルミナセメント１００質量部に対して表１に示す量のポゾラン物質を加えた配合物を調製し、この配合物１００質量部に対して骨材１７０質量部加えドライモルタルとし、このドライモルタル１００質量部に対して流動化剤０．２質量部、高分子繊維Ａ０．２質量部を加えアルミナセメント組成物を調製した。このアルミナセメント組成物１００質量部に対して水を１４．５質量部加えたモルタルのフロー、始発時間、初期ひび割れ抵抗性、圧縮強度、耐硫酸性を測定した。その結果を表１に示す。
【００１９】
（使用材料）
アルミナセメント：アルミナセメント１号、市販品
ポゾラン物質Ａ：高炉水砕スラグ微粉末、ブレーン比表面積７０００ｃｍ２/ｇ、市販品
ポゾラン物質Ｂ：フライアッシュ、ブレーン比表面積４５００ｃｍ２/ｇ、市販品
ポゾラン物質Ｃ：シリカフューム、平均粒子径０．１〜０．２μｍ、市販品
流動化剤：メチロールメラミン系化合物、市販品
高分子繊維Ａ：ビニロン繊維、繊維長６ｍｍ、繊維径１４μｍ、アスペクト比４２９、市販品
骨材：乾燥珪砂、最大粒径１．２ｍｍ
【００２０】
（試験方法）
フロー試験、圧縮強度試験：ＪＩＳ Ｒ ５２０１に準拠して測定した。
始発時間：ＪＩＳ Ａ １１４７に準拠して測定した（試験温度５℃）。
初期ひび割れ抵抗性：練り混ぜたモルタルを縦３０ｃｍ×横３０ｃｍ×厚さ６ｃｍのコンクリート製平板に厚さ１０ｍｍとなるようにコテで塗り付け、温度５℃、湿度４０％、平均風速２ｍ／ｓの空間に放置し、１日後のひび割れ全長さを測定した。
耐硫酸性試験：練り混ぜたモルタルをφ７．５×１５ｃｍに成形し、温度２０℃の水中に２８日間養生後、温度２０℃で５％硫酸水溶液中に２８日間浸漬したときの硫酸イオンの浸透深さを測定した。浸透深さの判定はフェノールフタレイン法で行った。
【００２１】
【表１】
【００２２】
表１より、本発明のアルミナセメント組成物は、作業性、低温硬化性状、初期ひび割れ抵抗性、強度発現性、耐硫酸性に優れ、ポゾラン物質により、強度発現性や耐硫酸性が向上することが判る。
【実施例２】
【００２３】
実施例１の実験No.1-4において、アルミナセメント１００質量部に対して流動化剤を表２に示すように加えたこと以外は実施例１と同様に行った。その結果を表２に示す。
【００２４】
【表２】
【００２５】
表２より、本発明のアルミナセメント組成物は、作業性、低温硬化性状、初期ひび割れ抵抗性、強度発現性、耐硫酸性に優れ、流動化剤により流動性が向上することが判る。
【実施例３】
【００２６】
実施例１の実験No.1-4において、高分子繊維の種類と使用量を表３に示すように変えたこと以外は実施例１と同様に行った。その結果を表３に示す。
【００２７】
（使用材料）
高分子繊維Ｂ：ビニロン繊維、繊維長６ｍｍ、繊維径２６μｍ、アスペクト比２３１、市販品
高分子繊維Ｃ：ビニロン繊維、繊維長１８ｍｍ、繊維径０．２ｍｍ、アスペクト比９０、市販品
高分子繊維Ｄ：ビニロン繊維、繊維長１．５ｍｍ、繊維径２６μｍ、アスペクト比５８
高分子繊維Ｅ：ビニロン繊維、繊維長１５ｍｍ、繊維径１４μｍ、アスペクト比１０７１
【００２８】
【表３】
【００２９】
表３より、本発明のアルミナセメント組成物は、作業性、低温硬化性状、初期ひび割れ抵抗性、強度発現性、耐硫酸性に優れ、高分子繊維により、初期ひび割れ抵抗性が向上することが判る。
【実施例４】
【００３０】
実施例１の実験No.1-4において、アルミナセメント１００質量部に対してリチウム塩を表４に示すように加えアルミナセメント組成物を調製したこと以外は実施例１と同様に行った。その結果を表４に示す。
【００３１】
（使用材料）
リチウム塩Ａ：炭酸リチウム、市販品
リチウム塩Ｂ：ケイ酸リチウム、市販品
リチウム塩Ｃ：リン酸リチウム、市販品
リチウム塩Ｄ：四ホウ酸リチウム、市販品
リチウム塩Ｅ：クエン酸リチウム、市販品
【００３２】
【表４】
【００３３】
表４より、本発明のアルミナセメント組成物は、作業性、低温硬化性状、初期ひび割れ抵抗性、強度発現性、耐硫酸性に優れ、リチウム塩により、始発時間を調整できることが判る。
【実施例５】
【００３４】
実施例１の実験No.1-4において、アルミナセメント１００質量部に対して吸水防止剤および実施例４のリチウム塩Ｃを表５に示すように加えアルミナセメント組成物を調製したこと以外は実施例１と同様に行った。その結果を表５に示す。
【００３５】
（使用材料）
吸水防止剤：粉末アルキルアルコキシシラン系吸水防止剤、市販品
【００３６】
【表５】
【００３７】
表５より、本発明のアルミナセメント組成物は、作業性、低温硬化性状、初期ひび割れ抵抗性、強度発現性、耐硫酸性に優れ、吸水防止剤により耐硫酸性が向上することが判る。
【実施例６】
【００３８】
実施例１の実験No.1-4において、アルミナセメント１００質量部に対してセメント混和用ポリマー、実施例５の吸水防止剤、実施例４のリチウム塩Ｃを表６に示すように加えアルミナセメント組成物を調製し、塩分浸透性を測定したこと以外は実施例１と同様に行った。その結果を表６に示す。
【００３９】
（使用材料）
セメント混和用ポリマー：アクリルースチレン系再乳化型粉末樹脂、市販品
【００４０】
（試験方法）
塩分浸透性試験：ＪＩＳ Ａ １１７１に準拠した。
【００４１】
【表６】
【００４２】
表６より、本発明のアルミナセメント組成物は、作業性、低温硬化性状、初期ひび割れ抵抗性、強度発現性、耐硫酸性に優れ、セメント混和用ポリマーにより塩分浸透が抑制されることが判る。
【実施例７】
【００４３】
アルミナセメント１００質量部に対して実施例１のポゾラン物質Ａ１２０質量部、実施例１の流動化剤０．２質量部、実施例４のリチウム塩Ｃ０．１質量部、実施例６のセメント混和用ポリマー５質量部加え配合物を調製し、この配合物１００質量部に対して骨材を表７に示すように加えドライモルタルとし、このドライモルタル１００質量部に対して実施例１の高分子繊維Ａ０．２質量部加えアルミナセメント組成物を調製した。このアルミナセメント組成物１００質量部に対して水を１４．５質量部加えたモルタルについて付着強度を測定したこと以外は実施例１と同様に行った。その結果を表７に示す。
【００４４】
（付着強度）
ＪＩＳ Ａ １１７１に準拠して測定した。
【００４５】
【表７】
【００４６】
表７より、本発明のアルミナセメント組成物は、作業性、低温硬化性状、初期ひび割れ抵抗性、強度発現性、耐硫酸性に優れ、骨材により付着強度が変わることが判る。
【産業上の利用可能性】
【００４７】
本発明のアルミナセメント組成物およびそれを用いた補修工法により、作業性、低温硬化性状、初期ひび割れ抵抗性、強度発現性、耐硫酸性などに優れ、長期耐久性が良好なコンクリート構造物の補修を行うことが可能となるので、下水処理施設などの土木分野などで幅広く適用できる。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コンクリート構造物の補修、特に硫酸により劣化を受けた下水処理施設のコンクリート構造物の補修などに使用するアルミナセメント組成物およびそれを用いた補修工法に関する。
【背景技術】
【０００２】
下水処理施設におけるコンクリート構造物は、下水中で発生する硫酸還元細菌の影響で硫酸が発生しコンクリートが侵食され、さらに内部の鉄筋の腐食で錆による膨張圧が生じ、コンクリートにひび割れ、浮きが発生し、コンクリート片のはく落などが起きている。このような下水処理施設での補修工法としては、劣化部をウォータージェットにより除去し断面修復してから樹脂ライニングを行う方法が多く実施されている。これに用いる断面修復材は、高炉水砕スラグにポリマーを配合した材料（特許文献１）、アルミナセメントからなる材料（特許文献２、３）、高炉水砕スラグやシリカフュームなどの微粉末を多量に混和したセメントモルタルが使用されている（特許文献４）。また、アルミナセメントと高炉スラグ微粉末を用いた材料で、５μｍ以下のアルミナセメント粒子を２５重量％以下とし、リチウム塩を含有する材料が提案されている（特許文献５）。
【特許文献１】特開平０３−２９０３４８号公報
【特許文献２】特開２００３−８９５６５号公報
【特許文献３】特開２００４−２９２２４５号公報
【特許文献４】特開２０００−１２８６１８号公報
【特許文献５】特開２００２−２９３６０３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、硫酸によるコンクリート構造物の劣化は、セメントの水和で生じる水酸化カルシウムと硫酸が反応することで進行するため、通常のポルトランドセメントを用いた補修材料では樹脂ライニングにわずかなピンホールが存在すれば長期的な耐久性は望めないという課題があった。また、下水処理施設には、湿度が低く風通りのよい開放されたピットや水路なども存在し、冬季の寒い時期の施工では、セメントの凝結時間が遅れるため初期収縮ひび割れが発生しやすいという課題があった。さらに、微粉末を多量に混和した材料は、自己収縮がポリマーセメントよりも大きく、冬季に限らず初期ひび割れが発生しやすいという課題があった。
本発明者らは、前記課題を解決するため、特定のアルミナセメント組成物およびそれを用いた補修工法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
すなわち、本発明は、（１）アルミナセメント、ポゾラン物質、および繊維長が２〜１５ｍｍでアスペクト比が３００〜１０００の高分子繊維を含有するアルミナセメント組成物、（２）流動化剤を含有する（１）に記載のアルミナセメント組成物、（３）リチウム塩を含有する（１）または（２）のアルミナセメント組成物、（４）リン、ホウ酸、および有機酸の中から選ばれた少なくとも１種のリチウム塩である（３）のアルミナセメント組成物、（５）吸水防止剤を含有する（１）〜（４）のいずれかのアルミナセメント組成物、（６）セメント混和用ポリマーを含有する（１）〜（５）のいずれかのアルミナセメント組成物、（７）骨材を含有する（１）〜（６）のいずれかのアルミナセメント組成物、（８）（１）〜（７）のいずれかのアルミナセメント組成物を用いるコンクリート構造物の補修工法、である。
【発明の効果】
【０００５】
本発明のアルミナセメント組成物およびそれを用いた補修工法により、作業性、低温硬化性状、初期ひび割れ抵抗性、強度発現性、耐硫酸性などに優れ、長期耐久性の良好な下水処理施設などのコンクリート構造物の補修を行うことが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
以下、本発明を詳細に説明する。
【０００７】
本発明で使用するアルミナセメントとは、モノカルシウムアルミネートを主要鉱物として含有するクリンカー粉砕物から得られるものであり、例えば、アルミナセメント１号やアルミナセメント２号などが使用できる。アルミナセメントの粉末度は、水和活性の点で２０００〜８０００ｃｍ２/ｇが好ましい。また、アルミナセメントの粒度調整を行い、粒子径５μｍ以下の粒子を全体の３０質量％未満としたものが硬化するときの収縮が小さくなるので好ましい。
【０００８】
本発明で使用するポゾラン物質とは、アルカリ刺激によりポゾラン活性を示す物質であり、アルミナセメントと併用することで、水和物の相転移による強度低下を抑制する目的や、施工時のモルタルのダレ抵抗性を向上させる目的で使用するものである。例えば、高炉水砕スラグ、高炉徐冷スラグ、転炉スラグ、シリカフューム、およびフライアッシュなどが挙げられる。
ポゾラン物質の粉末度は、水和活性の点でブレーン比表面積３０００ｃｍ２/ｇ以上が好ましい。
ポゾラン物質の使用量は、通常、アルミナセメント１００質量部に対して８０〜２００質量部が好ましく、１００〜１５０質量部がより好ましい。なお、シリカフュームは、アルミナセメント１００質量部に対して１〜１０質量部が好ましい。
【０００９】
本発明で使用する繊維長が２〜１５ｍｍでアスペクト比が３００〜１０００の高分子繊維とは、アルミナセメントが硬化するときの収縮で入る大きなひび割れを抑制するために使用するもので、ひび割れ応力を分散する効果がある。繊維長やアスペクト比がこの範囲を外れた高分子繊維を使用すると、モルタルの流動性を阻害し良好なひび割れ抵抗性が得られない。
高分子繊維の種類としては、例えば、ビニロン繊維、ポリプロピレン繊維、アクリル繊維、ナイロン繊維などが挙げられる。特に限定されるものではないが、これらの中でモルタル中における繊維の付着力が比較的優れるビニロン繊維やアクリル繊維の使用が好ましい。
高分子繊維の使用量は、特に限定されるものではないが、アルミナセメントとポゾラン物質と骨材の合計１００質量部に対して０．０２〜０．６質量部が好ましく、０．０７〜０．４質量部がより好ましい。０．０２質量部未満では、ひび割れ抑制効果が少なく、０．６質量部を超えるとモルタルの流動性に影響する場合がある。
【００１０】
本発明で使用する流動化剤とは、モルタルに適度な流動性を与える目的で使用するものである。例えば、ポリカルボン酸系化合物、メラミン系化合物、リグニンスルホン酸系化合物、ナフタレンスルホン酸系化合物などが挙げられる。特に限定されるものではないが、これらの中で、適当な流動性を与え、強度発現性に影響し難い点でポリカルボン酸系化合物、メラミン系化合物の使用が好ましい。
流動化剤の使用量は、アルミナセメント１００質量部に対して０．０１〜１質量部が好ましく、０．０５〜０．５質量部がより好ましい。０．０１質量部未満では、適度な流動性が得られ難く、１質量部を超えると強度発現性に影響する場合がある。
【００１１】
本発明に使用するリチウム塩とは、特に限定されるものではないが、中でもリン酸、ホウ酸、および有機酸の中から選ばれた少なくとも１種のリチウム塩が好ましい。リチウム塩は、低温時において硬化を促進するために使用するものであり、例えば、リン酸のリチウム塩としては、リン酸二水素リチウム、リン酸リチウムなどが挙げられ、ホウ酸のリチウム塩としては、メタホウ酸リチウム、四ホウ酸リチウムなどが挙げられ、有機酸のリチウム塩としては、クエン酸リチウムなどが挙げられ、これ以外のリチウム塩、例えば、ケイ酸、硫酸、炭酸、硝酸のリチウム塩と比べ、良好な作業性が得られる。上記リチウム塩は、無水物および水和物いずれの形態でも使用可能であり、固体の粉末でも水溶液としても使用可能である。
上記リチウム塩の使用量は、アルミナセメント１００質量部に対して０．０２〜３質量部が好ましく、０．１〜２質量部がより好ましい。０．０２質量部未満では硬化を促進させる効果が小さく、３質量部を超えるとハンドリング時間が短くなりすぎる場合がある。
【００１２】
本発明で使用する吸水防止剤とは、硬化したモルタルの吸水性を低下させる目的で使用するものであり、水分中に溶け込んでいる硫酸イオンの浸透を抑制する効果がある。例えば、ステアリン酸カルシウムなどの高級脂肪酸系化合物や、パラフィン、アルキルアルコキシシランなどのシラン類が挙げられる。特に限定されるものではないが、これらの中で、モルタルの流動性と撥水効果の点でシラン系吸水防止剤の使用が好ましい。
吸水防止剤は、液状および粉末状いずれの形態でも使用できるが、予め他の材料とプレミックスできる粉末状の吸水防止剤の使用が好ましい。
吸水防止剤の使用量は、アルミナセメント１００質量部に対して、固形分換算で０．２〜８質量部が好ましく、０．５〜５質量部がより好ましい。０．２質量部未満では、硫酸イオンの浸透抑制効果が少なく、８質量部を超えると強度発現性に影響する場合がある。
【００１３】
本発明で使用するセメント混和用ポリマーとは、ＪＩＳ Ａ ６２０３で規定されているセメント混和用のポリマー（ポリマーディスパージョン）であり、中性化、塩害、凍害などの耐久性を向上させ、モルタルの付着強度、曲げ強度、引張強度などの特性を改善する目的で使用する。
例えば、アクリロニトリル・ブタジエンゴム、スチレン・ブタジエンゴム、クロロプレンゴム、および天然ゴムなどのゴムラテックス、エチレン・酢酸ビニル共重合体、ポリアクリル酸エステル、酢酸ビニルビニルバーサテート系共重合体、およびスチレン・アクリル酸エステル共重合体やアクリロニトリル・アクリル酸エステルに代表されるアクリル酸エステル系共重合体、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂に代表される液状ポリマーなどが挙げられ、これらの１種または２種以上が使用できる。
セメント混和用ポリマーの使用量は、アルミナセメント１００質量部に対して固形分換算で１〜２０質量部が好ましく、３〜１０質量部がより好ましい。１質量部未満では耐久性を向上させる効果が少なく、２０質量部を超えると強度発現性に影響する場合がある。
【００１４】
本発明で使用する骨材としては、特に限定されるものではないが、耐酸性を有する骨材の使用が好ましい。例えば、珪石骨材、アルミナ骨材、ムライト骨材、シャモット骨材、炭化珪素骨材などが挙げられる。
骨材の使用量は、アルミナセメントとポゾラン物質の合計１００質量部に対して、０〜２５０質量部が好ましく、２５０質量部を超えると流動性や付着強度が低下する傾向がある。また、２ｍｍ以下の薄塗りをする場合は骨材を含まないペーストを使用し、２ｍｍを超える厚みの場合は骨材を含むモルタルやコンクリートを使用することが好ましい。
【００１５】
本発明のアルミナセメント組成物では、品質に悪影響を与えない範囲でＡＥ剤、増粘剤、発泡剤、凝結遅延剤、防錆剤、防凍剤、収縮低減剤、防水剤、抗菌剤などの各種添加剤を併用することができる。
【００１６】
本発明のアルミナセメント組成物を用いたコンクリート構造物の補修では、特に限定されるものではなく、ミキサーで練り混ぜたモルタルをコテで塗っても良く、型枠を作りその内部に充填しても良く、さらに、圧縮空気を用いてモルタルを吹き飛ばす吹付けで施工しても良い。
【００１７】
以下、実施例で詳細に説明する。
【実施例１】
【００１８】
アルミナセメント１００質量部に対して表１に示す量のポゾラン物質を加えた配合物を調製し、この配合物１００質量部に対して骨材１７０質量部加えドライモルタルとし、このドライモルタル１００質量部に対して流動化剤０．２質量部、高分子繊維Ａ０．２質量部を加えアルミナセメント組成物を調製した。このアルミナセメント組成物１００質量部に対して水を１４．５質量部加えたモルタルのフロー、始発時間、初期ひび割れ抵抗性、圧縮強度、耐硫酸性を測定した。その結果を表１に示す。
【００１９】
（使用材料）
アルミナセメント：アルミナセメント１号、市販品
ポゾラン物質Ａ：高炉水砕スラグ微粉末、ブレーン比表面積７０００ｃｍ２/ｇ、市販品
ポゾラン物質Ｂ：フライアッシュ、ブレーン比表面積４５００ｃｍ２/ｇ、市販品
ポゾラン物質Ｃ：シリカフューム、平均粒子径０．１〜０．２μｍ、市販品
流動化剤：メチロールメラミン系化合物、市販品
高分子繊維Ａ：ビニロン繊維、繊維長６ｍｍ、繊維径１４μｍ、アスペクト比４２９、市販品
骨材：乾燥珪砂、最大粒径１．２ｍｍ
【００２０】
（試験方法）
フロー試験、圧縮強度試験：ＪＩＳ Ｒ ５２０１に準拠して測定した。
始発時間：ＪＩＳ Ａ １１４７に準拠して測定した（試験温度５℃）。
初期ひび割れ抵抗性：練り混ぜたモルタルを縦３０ｃｍ×横３０ｃｍ×厚さ６ｃｍのコンクリート製平板に厚さ１０ｍｍとなるようにコテで塗り付け、温度５℃、湿度４０％、平均風速２ｍ／ｓの空間に放置し、１日後のひび割れ全長さを測定した。
耐硫酸性試験：練り混ぜたモルタルをφ７．５×１５ｃｍに成形し、温度２０℃の水中に２８日間養生後、温度２０℃で５％硫酸水溶液中に２８日間浸漬したときの硫酸イオンの浸透深さを測定した。浸透深さの判定はフェノールフタレイン法で行った。
【００２１】
【表１】
【００２２】
表１より、本発明のアルミナセメント組成物は、作業性、低温硬化性状、初期ひび割れ抵抗性、強度発現性、耐硫酸性に優れ、ポゾラン物質により、強度発現性や耐硫酸性が向上することが判る。
【実施例２】
【００２３】
実施例１の実験No.1-4において、アルミナセメント１００質量部に対して流動化剤を表２に示すように加えたこと以外は実施例１と同様に行った。その結果を表２に示す。
【００２４】
【表２】
【００２５】
表２より、本発明のアルミナセメント組成物は、作業性、低温硬化性状、初期ひび割れ抵抗性、強度発現性、耐硫酸性に優れ、流動化剤により流動性が向上することが判る。
【実施例３】
【００２６】
実施例１の実験No.1-4において、高分子繊維の種類と使用量を表３に示すように変えたこと以外は実施例１と同様に行った。その結果を表３に示す。
【００２７】
（使用材料）
高分子繊維Ｂ：ビニロン繊維、繊維長６ｍｍ、繊維径２６μｍ、アスペクト比２３１、市販品
高分子繊維Ｃ：ビニロン繊維、繊維長１８ｍｍ、繊維径０．２ｍｍ、アスペクト比９０、市販品
高分子繊維Ｄ：ビニロン繊維、繊維長１．５ｍｍ、繊維径２６μｍ、アスペクト比５８
高分子繊維Ｅ：ビニロン繊維、繊維長１５ｍｍ、繊維径１４μｍ、アスペクト比１０７１
【００２８】
【表３】
【００２９】
表３より、本発明のアルミナセメント組成物は、作業性、低温硬化性状、初期ひび割れ抵抗性、強度発現性、耐硫酸性に優れ、高分子繊維により、初期ひび割れ抵抗性が向上することが判る。
【実施例４】
【００３０】
実施例１の実験No.1-4において、アルミナセメント１００質量部に対してリチウム塩を表４に示すように加えアルミナセメント組成物を調製したこと以外は実施例１と同様に行った。その結果を表４に示す。
【００３１】
（使用材料）
リチウム塩Ａ：炭酸リチウム、市販品
リチウム塩Ｂ：ケイ酸リチウム、市販品
リチウム塩Ｃ：リン酸リチウム、市販品
リチウム塩Ｄ：四ホウ酸リチウム、市販品
リチウム塩Ｅ：クエン酸リチウム、市販品
【００３２】
【表４】
【００３３】
表４より、本発明のアルミナセメント組成物は、作業性、低温硬化性状、初期ひび割れ抵抗性、強度発現性、耐硫酸性に優れ、リチウム塩により、始発時間を調整できることが判る。
【実施例５】
【００３４】
実施例１の実験No.1-4において、アルミナセメント１００質量部に対して吸水防止剤および実施例４のリチウム塩Ｃを表５に示すように加えアルミナセメント組成物を調製したこと以外は実施例１と同様に行った。その結果を表５に示す。
【００３５】
（使用材料）
吸水防止剤：粉末アルキルアルコキシシラン系吸水防止剤、市販品
【００３６】
【表５】
【００３７】
表５より、本発明のアルミナセメント組成物は、作業性、低温硬化性状、初期ひび割れ抵抗性、強度発現性、耐硫酸性に優れ、吸水防止剤により耐硫酸性が向上することが判る。
【実施例６】
【００３８】
実施例１の実験No.1-4において、アルミナセメント１００質量部に対してセメント混和用ポリマー、実施例５の吸水防止剤、実施例４のリチウム塩Ｃを表６に示すように加えアルミナセメント組成物を調製し、塩分浸透性を測定したこと以外は実施例１と同様に行った。その結果を表６に示す。
【００３９】
（使用材料）
セメント混和用ポリマー：アクリルースチレン系再乳化型粉末樹脂、市販品
【００４０】
（試験方法）
塩分浸透性試験：ＪＩＳ Ａ １１７１に準拠した。
【００４１】
【表６】
【００４２】
表６より、本発明のアルミナセメント組成物は、作業性、低温硬化性状、初期ひび割れ抵抗性、強度発現性、耐硫酸性に優れ、セメント混和用ポリマーにより塩分浸透が抑制されることが判る。
【実施例７】
【００４３】
アルミナセメント１００質量部に対して実施例１のポゾラン物質Ａ１２０質量部、実施例１の流動化剤０．２質量部、実施例４のリチウム塩Ｃ０．１質量部、実施例６のセメント混和用ポリマー５質量部加え配合物を調製し、この配合物１００質量部に対して骨材を表７に示すように加えドライモルタルとし、このドライモルタル１００質量部に対して実施例１の高分子繊維Ａ０．２質量部加えアルミナセメント組成物を調製した。このアルミナセメント組成物１００質量部に対して水を１４．５質量部加えたモルタルについて付着強度を測定したこと以外は実施例１と同様に行った。その結果を表７に示す。
【００４４】
（付着強度）
ＪＩＳ Ａ １１７１に準拠して測定した。
【００４５】
【表７】
【００４６】
表７より、本発明のアルミナセメント組成物は、作業性、低温硬化性状、初期ひび割れ抵抗性、強度発現性、耐硫酸性に優れ、骨材により付着強度が変わることが判る。
【産業上の利用可能性】
【００４７】
本発明のアルミナセメント組成物およびそれを用いた補修工法により、作業性、低温硬化性状、初期ひび割れ抵抗性、強度発現性、耐硫酸性などに優れ、長期耐久性が良好なコンクリート構造物の補修を行うことが可能となるので、下水処理施設などの土木分野などで幅広く適用できる。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルミナセメント、ポゾラン物質、および繊維長が２〜１５ｍｍでアスペクト比が３００〜１０００の高分子繊維を含有するアルミナセメント組成物。
【請求項２】
流動化剤を含有する請求項１に記載のアルミナセメント組成物。
【請求項３】
リチウム塩を含有する請求項１または２に記載のアルミナセメント組成物。
【請求項４】
リン酸、ホウ酸、および有機酸の中から選ばれた少なくとも１種のリチウム塩である請求項３に記載のアルミナセメント組成物。
【請求項５】
吸水防止剤を含有する請求項１〜４のいずれか１項に記載のアルミナセメント組成物。
【請求項６】
セメント混和用ポリマーを含有する請求項１〜５のいずれか１項に記載のアルミナセメント組成物。
【請求項７】
骨材を含有する請求項１〜６のいずれか１項に記載のアルミナセメント組成物。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１項に記載のアルミナセメント組成物を用いるコンクリート構造物の補修工法。
【請求項１】
アルミナセメント、ポゾラン物質、および繊維長が２〜１５ｍｍでアスペクト比が３００〜１０００の高分子繊維を含有するアルミナセメント組成物。
【請求項２】
流動化剤を含有する請求項１に記載のアルミナセメント組成物。
【請求項３】
リチウム塩を含有する請求項１または２に記載のアルミナセメント組成物。
【請求項４】
リン酸、ホウ酸、および有機酸の中から選ばれた少なくとも１種のリチウム塩である請求項３に記載のアルミナセメント組成物。
【請求項５】
吸水防止剤を含有する請求項１〜４のいずれか１項に記載のアルミナセメント組成物。
【請求項６】
セメント混和用ポリマーを含有する請求項１〜５のいずれか１項に記載のアルミナセメント組成物。
【請求項７】
骨材を含有する請求項１〜６のいずれか１項に記載のアルミナセメント組成物。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１項に記載のアルミナセメント組成物を用いるコンクリート構造物の補修工法。
【公開番号】特開２００６−３０６６４７（Ｐ２００６−３０６６４７Ａ）
【公開日】平成１８年１１月９日（２００６．１１．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−１２９５２８（Ｐ２００５−１２９５２８）
【出願日】平成１７年４月２７日（２００５．４．２７）
【出願人】（０００００３２９６）電気化学工業株式会社 (1,539)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年１１月９日（２００６．１１．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年４月２７日（２００５．４．２７）
【出願人】（０００００３２９６）電気化学工業株式会社 (1,539)
【Ｆターム（参考）】
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