コンクリート改質剤、コンクリート構造物の改質方法
【課題】コンクリート構造物中に残存しているゲル化に有効に作用するセメント組成分の有無や量に支配されることなく、確実に水ガラスをゲル化して水密化させ、併せて以降の中性化を防止可能なコンクリート改質剤を提供する。
【解決手段】改質すべきコンクリート構造物に塗布又は注入されるコンクリート改質剤において、セメント組成分を含む溶液に水ガラスが混合されてなり、上記セメント組成分中の水酸化カルシウムと上記水ガラスとが反応することにより生成させるケイ酸カルシウムを、上記コンクリート構造物に塗布又は注入されてから経時的にゲル化可能としたことを特徴とする。
【解決手段】改質すべきコンクリート構造物に塗布又は注入されるコンクリート改質剤において、セメント組成分を含む溶液に水ガラスが混合されてなり、上記セメント組成分中の水酸化カルシウムと上記水ガラスとが反応することにより生成させるケイ酸カルシウムを、上記コンクリート構造物に塗布又は注入されてから経時的にゲル化可能としたことを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、セメントやモルタル等により構成されたコンクリート構造物の表層に形成された空隙を水密化することによる防水性の向上を図るとともに、そのコンクリート構造物自体の中性化を防止する上で好適なコンクリート改質剤に関する。
【背景技術】
【０００２】
セメントやモルタル等により構成されたコンクリート構造物は、経時劣化を起こす場合が多い。特に、このコンクリート構造物の経時劣化は、海水に起因する塩害、大気中の炭酸ガス等の各種酸性物質や、その他凍結融解物質等の周辺環境の影響に基づく。その結果、コンクリート構造物中には微細な欠陥や隙間が生じ、強度、耐久性、防水性能等が低下し、漏水や中性化等が生じてしまう。従って、これらの影響によるコンクリート構造物の経時劣化を防止するためには、その表面にコンクリート改質剤を塗布し、表層部の中に形成された空隙にかかるコンクリート改質剤を含浸させ、水密化を図る方法が従来から用いられてきた。
【０００３】
ちなみに、このコンクリート改質剤の例としては、有機材料以外にケイ酸等に代表される無機材料を用いたものがある。そして、このケイ酸系のコンクリート改質剤としては、ケイ酸ナトリウム等のアルカリケイ酸塩、或いはケイ酸ナトリウム（Ｎａ2ＳｉＯ3）のアルカリ成分であるＮａイオンを取り除いたコロイドシリカがある。なお、ケイ酸ナトリウムは高い粘性を持っている。
【０００４】
しかしながら、このような水ガラスは、ｐＨが約１１−１２程度の高アルカリ性を呈し、そのままでは硬化しない。この水ガラスを大気中にさらした場合には、その水分が蒸発して表面から流動性を失い、非常に長時間を要するものの最終的には凝固して硬化体になる。
【０００５】
これに対して、水を添加することにより作製したセメントは、セメントの主成分の一つである酸化カルシウム（ＣａＯ）の一部が水和反応を起こして水酸化カルシウム（Ｃａ（ＯＨ）2）を生成し、強アルカリ性（ｐＨ１２程度）を呈する。
【０００６】
このコンクリート構造物の表面に水ガラスを塗布した場合、その表層部の空隙に水ガラスが含浸する。そして、この含浸した水ガラスが、かかるコンクリート構造物内の水酸化カルシウムと接触することにより、非常に緩慢ではあるが反応を起こし、不溶性のケイ酸カルシウムゲル（Ｃａ2ＳｉＯ3・ｎＨ2Ｏ）が生成される。このケイ酸カルシウムゲルは、コンクリート構造物内の空隙を充填することによりこれを水密化する。ちなみに上述した反応は、コンクリート構造物中において、ゲル化に有効なＣａＯ等のセメント組成分が残存して水ガラスと反応してケイ酸カルシウムゲルを生成するだけの能力がある場合に限定される。
【０００７】
なお、特許文献１には、ケイ酸アルカリ塩を含むシリカ成分を含有する溶液をコンクリート又はモルタルの表面に塗布し、或いは表面から注入する技術が開示されている。また特許文献２には、リチウムシリケート水溶液にアルカリ金属イオン源を配合したコンクリート改質剤が提案されている。この特許文献２に開示されるコンクリート改質剤は、改質剤中のアルカリ金属配合リチウムシリケートが、骨材界面上や内部空隙に存在する水やコンクリートの細孔溶液成分である水酸化カルシウムと反応してゲルを形成する。このゲルの形成が、空隙の緻密化をもたらし、水の浸入を阻害するものである。
【０００８】
しかしながら、特許文献１、２の開示技術におけるアルカリケイ酸塩系やコロイダルシリカ系は、水ガラスと同様にコンクリート改質剤自体がゲル化能力を有するものではない。このため、コンクリート構造物中に有効なセメント組成分が残存していない場合、ゲル化することなく、構造物内の緻密化、水密化を図ることができない。更にコロイドシリカの粒子径は１０-6ｍｍオーダーであり、粒子径が１０-7ｍｍオーダーの水ガラス溶液と比較して径が大きくてしかも含浸性に劣るという問題点がある。
【０００９】
なお、特許文献２には、劣化が進行している構造物に対して適用する際に、リチウムシリケートにアルカリ金属源を配合した改質剤を塗布する前、又はその塗布中において、Ｃａ（ＯＨ）2飽和水溶液を塗布するという記載がある（請求項１１並びに段落［００２２］参照）。
【００１０】
しかしながら、この改質剤には、塗布前にＣａ（ＯＨ）2飽和水溶液と混合した場合、短時間で白濁ゲルを析出して含浸を妨害するため、実用化するためには大きな障壁があった。
【００１１】
このため、改質剤とＣａ（ＯＨ）2飽和水溶液とを別々に含浸することになるが、空洞（毛細）の大きさは極めて微小である。このため、改質剤とＣａ（ＯＨ）2飽和水溶液間の接触面だけの反応となり、全体を均一に混合することができず、改質剤としての十分な効果が期待できないという問題点があった。
【００１２】
一方、コンクリート構造物の経時劣化の度合や、実際の施工の観点からは、以下の１）〜３）の問題点がある。
【００１３】
１）経時劣化が進展する結果、コンクリート構造物の表層部が劣化（中性化）し、有効なセメント組成分が低減してしまうか、或いは殆ど消失してしまった場合には、水ガラスをゲル化させるだけの能力は無く、空隙にこれら水ガラスを含浸させても期待しているケイ酸カルシウムゲルを生成させることができないため、水密化させることができない。
【００１４】
２）仮に水ガラスと反応してケイ酸カルシウムゲルを生成するために有効なセメント組成分が残存していた場合においても、反応自体は非常に緩慢で長時間を要する。このため、例えば屋外にあるコンクリート構造物に水ガラスを含浸させても反応が終了するまでに雨水等により水ガラス自体が希釈、流出してしまい、全く効果を発揮できない場合が多い。
【００１５】
３）更に、コンクリート構造物中に有効なセメント組成分が先ず存在するのか否か、また仮に存在する場合であっても、水ガラスをゲル化させるだけの能力があるのか否か、更にこれをゲル化させるだけの能力が仮にある場合であっても、その反応自体がどの程度時間がかかるのかを判定するのは非常に困難である。
【００１６】
この３）の理由としては、水の影響を受けたコンクリート構造物の表層部に形成された空洞は、水の流路となり、その空洞周囲の水酸化カルシウムの流出量が大きくなる。その結果、コンクリート構造物内の透水性が次第に増大して中性化が進行してしまう。そしてコンクリート構造物全体と比較して空洞周囲は有効なセメント組成分が著しく減少した状態となり、水ガラスとの反応性、ひいてはゲル化能力が低下してしまうためである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１７】
【特許文献１】特開２００６−１８３４４６号公報
【特許文献２】ＷＯ２００５／０８２８１３
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
上述した背景技術の問題点から、以下の課題を解決する必要がある。
【００１９】
（１）コンクリート構造物に対して塗布すべき水ガラスに対して自動的にゲル化する能力を付加し、望ましくは、ゲル化時間の調整を可能とすること。
【００２０】
（２）水ガラスにゲル化能力を付加させるゲル化剤は、コンクリート構造物を阻害することなく、更に望ましくはコンクリート構造物中のセメントを再生する効果があること。
【００２１】
（３）併せてゲル化剤は、アルカリで水ガラスを含めたアルカリ成分を長期に亘り保持できること。
【００２２】
本発明は、これら（１）〜（３）の条件を満たすコンクリート改質剤、コンクリート構造物の改質方法を提供することを目的とする。即ち、本発明は、コンクリート構造物の経時劣化や周辺環境の影響による劣化や中性化の度合に左右されることなく、換言すれば、コンクリート構造物中に残存しているゲル化に有効に作用するセメント組成分の有無や量に支配されることなく、確実に水ガラスをゲル化して水密化させ、併せて以降の中性化を防止することが可能なコンクリート改質剤を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２３】
本発明に係るコンクリート改質剤は、上述した課題を解決するために、改質すべきコンクリート構造物に塗布又は注入されるコンクリート改質剤において、水ガラスにセメント組成分を溶解させた溶液、或いは水にセメント組成分を溶解させた飽和水溶液が混合されてなり、上記セメント組成分中の水酸化カルシウムと上記水ガラスとが反応することにより生成させるケイ酸カルシウムを、上記コンクリート構造物に塗布又は注入されてから経時的にゲル化可能としたことを特徴とする。
【００２４】
本発明に係るコンクリート構造物の改質方法は、上述した課題を解決するために、改質すべきコンクリート構造物に塗布又は注入されるコンクリート構造物の改質方法において、セメント組成分を含む溶液に水ガラスを混合したコンクリート改質剤を上記コンクリート構造物内に注入し、上記セメント組成分中の水酸化カルシウムと上記水ガラスとが反応することにより生成させるケイ酸カルシウムを、上記コンクリート構造物に塗布又は注入されてから経時的にゲル化させることを特徴とする。
【００２５】
このとき、水ガラスと上記セメント組成分との混合比率は、上記ケイ酸カルシウムがゲル化するまでの時間に応じて予め調整されていてもよい。
【発明の効果】
【００２６】
本発明は、コンクリート構造物の劣化を防止する保護材としての役割を担い、特に経時的に劣化して中性化し、水ガラスと反応してゲル状のケイ酸カルシウムを生成可能なセメント組成物が残存していないコンクリート構造物に対して極めて有効である。即ち、この劣化したコンクリート構造物が、水ガラスと反応するセメント組成分の有無に係らず、水ガラスにセメント組成分を溶解させたゲル化能力を有する溶液性のコンクリート改質剤を表層部の空隙に含浸させ、ケイ酸カルシウムからなるゲルを形成させることにより水密化を図る保護材としての機能を発揮させることが可能となる。
【００２７】
更に本発明に係るコンクリート改質剤は、セメント組成分を含有したアルカリ性を発揮するものであることから、劣化して中性化してしまったコンクリート構造物の表層部を再生するとともにこれをアルカリ化することによる中性化の防止機能をも発揮させることが可能となる。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、本発明の実施の形態として、コンクリート構造物に塗布又は注入されてその劣化を防止するためのコンクリート改質剤について詳細に説明する。
【００２９】
本発明を適用したコンクリート改質剤は、セメント組成分と、水ガラスとが混合されて構成されている。
【００３０】
ここでいうセメント組成分とは、水酸化カルシウム（Ｃａ（ＯＨ）2）等が含まれるものである。このセメント組成分は、このＣａ（ＯＨ）2単独で構成するようにしてもよいし、これらに他のセメント成分が含まれたものであってもよい。ちなみに、このセメントは、その組成分の一部が水ガラスに溶解するものであれば、特に限定されるものではないが、好ましくは普通セメント、早強セメント等のポルトランドセメントである。更に、このセメント組成分の代替として、単独で使用する水酸化カルシウムは、特に限定されるものではないが、好ましくは不純物の少ない高品質なもので、しかも平均粒径４μｍ以下とされていることが望ましい。
【００３１】
また水ガラスは、アルカリケイ酸塩であって、代表的にはケイ酸ナトリウム、ケイ酸カリウム等、或いはこれらの混合物である。ちなみに、このアルカリケイ酸塩におけるモル比は、２．５〜４であることが望ましい。ケイ酸ナトリウムは大きな粘性を有する。水ガラスは、ｐＨが約１１−１２程度の高アルカリ性を呈し、そのままでは硬化しないものとされている。なお、水ガラスの使用量は、特に限定されるものではないが、望ましくは含浸性を考慮して粘性２〜５ｍＰａ・ｓに相当するものであり、ＳｉＯ2換算で４〜２５重量％である。
【００３２】
また、本発明を適用したコンクリート改質剤は、さらに添加剤として遅延剤、分散剤、強度増加剤、界面活性剤等が添加されていてもよい。
【００３３】
本発明を適用したコンクリート改質剤の第１の調製方法としては、セメント組成分を含む溶液に水ガラスを混合する。このセメント組成分を含む溶液とは、水に対してセメント組成分の一部を溶解させた飽和水溶液であってもよい。かかる場合には、水を貯留された容器内に、その貯留された水の体積に対する溶解度以上のセメント組成分（Ｃａ（ＯＨ）2単体を含む）を混合する。そして、このセメント組成分が混合された水を十分に攪拌し静置する。その結果、セメント組成分は、水に溶解することになる。しかし、水に対して溶解度以上のセメント組成分を混合していることから、水がセメント組成分で飽和した後は、そのセメント組成分における未飽和分はそのまま容器中に残存することになる。
【００３４】
従って、容器中の上澄み液を固液分離することにより、セメント組成分により飽和された飽和水溶液を得ることが可能となる。このセメント組成分の飽和水溶液に対して水ガラスを添加することにより、本発明を適用したコンクリート改質剤が得られる。
【００３５】
本発明を適用したコンクリート改質剤の第２の調製方法としては、水ガラス液にセメント組成分を混合する。ここでいう水ガラス液とは、水ガラスに水を混合して希釈したものである。この第２の調整方法では、特に特定されるものではないが例えば、水ガラス液１０００ｌに対してセメント組成分が２〜２５重量％となるように混合する。そして、この混合液を０．５〜２分程度攪拌した後、固液分離し、その上澄み液をコンクリート改質剤とする。
【００３６】
なお、この第２の調製方法において、上述したセメント組成分として、Ｃａ（ＯＨ）2を単独で用いる場合についても、上述と同様の方法で行うが、Ｃａ（ＯＨ）2は、平均粒径が約４μｍ以下の微粒子であって、不純物は殆ど含まれていない。このようなＣａ（ＯＨ）2単体を水ガラス液１０００ｌに対して１．５〜６．０重量％と極めて少量であれば、殆ど水ガラスに溶解することになる。このため、Ｃａ（ＯＨ）2単体を水ガラス液に混合する方法では、コンクリート構造物によっては、固液分離を行うことなく、そのまま溶液性のコンクリート改質剤を得ることが可能となる。
【００３７】
このようにして得られたコンクリート改質剤は、セメント組成分中の水酸化カルシウムと水ガラスとが反応することによりケイ酸カルシウムを生成させる第１反応が起こる。具体的には、水ガラス（Ｎａ2ＳｉＯ3・ｎＨ2Ｏ）の存在下で、セメント組成分を構成するＣａ（ＯＨ）2の一部は、かかる水ガラスに溶解してＣａ2+イオンが水ガラスのＮａ+イオンの一部と置換し、ケイ酸カルシウム（Ｃａ2ＳｉＯ3）イオンを生成することになる。ちなみに、この反応開始時は、セメント組成分中の水酸化カルシウムと水ガラスとの混合時点からとなる。なお、このようにして得られた不溶性のケイ酸カルシウムは、ゲル状である。このため、ゲル化されたケイ酸カルシウムは、水の浸入を防止する役割を発揮することが可能となる。
【００３８】
また本発明では、上述した第１反応において、水ガラスに溶解されないセメント組成分は、水ガラスと接触することによりゲル化反応を起こす。即ち、セメント粒子は正（＋）に帯電しており、一方水ガラスは負（−）に帯電しているため、両者が荷電置換を起こしゲル化することになる。この荷電置換を起こすことによる反応を、第２反応という。
【００３９】
ちなみに、本発明では、溶液性のコンクリート改質剤を用いるため、上述した第１反応並びに第２反応のうち、第１反応が支配的に生じることになる。またセメント組成分の一種であるＣａ（ＯＨ）2単体を用いた場合、微粒子で不純物が少量の良質のＣａ（ＯＨ）2を適正量用いた場合には、殆ど水ガラスに溶解するため、第１反応のみが生じて第２反応は殆ど生じない。
【００４０】
なお、この第１反応においては、水酸化カルシウムと水ガラスとが反応することによるゲル状のケイ酸カルシウムが生成されてゲル化されるまでにある程度の時間を要する。このゲル化までの時間は、通常０．５時間から数十時間であるが、好ましくは１〜２４時間である。但し、このゲル化までの時間は、セメント組成分の種類や量、セメント組成分を構成する微粒子の粒度、水ガラスとの攪拌混合時間、更には水ガラスの種類、水ガラスのセメント組成分に対する混合比率、水ガラスの濃度、更にはコンクリート改質剤の液温によっても左右される。
【００４１】
このようにして製造された溶液性のコンクリート改質剤は、ケイ酸等に代表される無機材料を用いたものでありながら、ゲル化時間の調整を図ることができ、ゲル化能力を制御することが可能となる。また、コンクリート構造物における表層部の空隙に含浸したコンクリート改質剤をゲル化することにより、かかる空隙においてゲル化したコンクリート改質剤を長期間に亘って付着充填することが可能となり、水密性を向上させることが可能となる。
【００４２】
このような方法に基づいて調製されたコンクリート改質剤は、経時劣化が生じたコンクリート構造物に対して注入又は塗布されることになる。このコンクリート構造物の経時劣化は、海水に起因する塩害、大気中の炭酸ガス等の各種酸性物質や、その他凍結融解物質等の周辺環境の影響に基づくものであり、微細な欠陥等を始めとした隙間が表面から構造物内部へ向けて進展してしまうことになる。ちなみに、このコンクリート構造物とは、コンクリート、モルタル、セメントペースト、セメント２次製品（プレキャスト材）等、セメントを使用する全ての構造物であって、その目的とするところは、建物、道路や鉄道等の橋脚及びその附帯部分、トンネル（電気、通信、ガス等の地下空間構造物等を含む）、堤防、擁壁、斜面等の吹付工法等が挙げられる。
【００４３】
このような経時劣化が生じたコンクリート構造物の表面に対して、本発明を適用したコンクリート改質剤が浸み込んだローラを走行させる。その結果、このローラに浸み込んだコンクリート改質剤を表面に塗布させることができ、また、このコンクリート改質剤を隙間に注入することが可能となる。なお、このローラを使用する場合以外は、刷毛を利用してコンクリート改質剤を塗布する方法や、コンクリート改質剤を散布又は噴霧する方法、或いはコンクリート改質剤を圧縮空気で吹き付ける吹付け等を行うようにしてもよい。これにより、表面は、コンクリート改質剤によって被覆され、また隙間にはコンクリート改質剤を注入することが可能となる。
【００４４】
なお、コンクリート構造物の形状や周辺の状況により、表面に対してコンクリート改質剤を直接的に塗布することができない場合に、或いは表面よりも深い所にコンクリート改質剤を注入させたい場合には、図示しない穿孔機等を用いて注入孔を穿設し、その注入孔にコンクリート改質剤を注入させるようにしてもよい。また、上述したコンクリート改質剤の塗布、注入方法は、１種類又は２種類以上を組み合わせて行うようにしてもよく、また塗布回数は１回又は２回以上行うようにしてもよい。
【００４５】
このようにして改質すべきコンクリート構造物に対して、コンクリート改質剤を塗布又は注入すると、かかるコンクリート改質剤は、経時的にゲル化してケイ酸カルシウムとなる。このゲル状のケイ酸カルシウムが隙間に充填され、これらにより水密化を図ることが可能となる。
【００４６】
即ち、本発明によれば、水ガラスにセメント組成分を溶解させた溶液の場合には、セメント組成分中の水酸化カルシウムと水ガラスとが反応することによりケイ酸カルシウムゲルを生成させる。セメント組成分を水ガラスに予め混合することにより、コンクリート構造物に対して注入すべき水ガラスに対して自動的にゲル化能力を付加することが可能となる。また、水ガラスにセメント組成物を溶解させた溶液の場合には、水ガラスとセメント組成分の混合比率を調整することにより、ゲル化時間の調整も可能となる。
【００４７】
特に隙間が深く進展している場合には、ゲル化までの時間をある程度遅らせない限り、コンクリート改質剤が隙間の奥深くまで到達する前に硬化してゲル状となってしまう。かかる場合には、ゲル化時間を遅くすることにより、コンクリート改質剤を隙間の奥深くまで浸透させた後、これを硬化させるように調整を行う。これに対して隙間が浅くしか伸びていない場合には、ゲル化時間を遅くしなくても比較的早めにコンクリート改質剤が浸透してしまい、逆にあまりにゲル化時間が長いと、降雨等により、コンクリート改質剤がゲル化する前までに隙間から流出してしまう。このため、隙間が浅くしか進展していない場合には、その浅い隙間の隅々までコンクリート改質剤を充填した後は、できるだけ早めにこれをゲル化させることが望ましいといえる。このように本発明では、この隙間の深浅に応じてコンクリート改質剤のゲル化の時間を調整することが可能となる。なお、水にセメント組成分を溶解させた溶解量一定の飽和水溶液に水ガラスを混合した場合は、ゲルタイムの調整はできない。
【００４８】
また、この水ガラスにゲル化能力を付加させるゲル化剤としてのセメント組成分は、コンクリート構造物を阻害することなく、更に望ましくはコンクリート構造物中のセメントを再生する効果もある。
【００４９】
また、このゲル化剤としてのセメント組成分は、アルカリ性であることから、水ガラスを含めたアルカリ成分を長期に亘り保持することができる。このため、劣化して中性化してしまったコンクリート構造物に対してこのコンクリート改質剤を適用することにより、かかるコンクリート構造物に対してアルカリ性を保持させることができる。
【００５０】
なお、本発明は、上述したように隙間に対してコンクリート改質剤を含浸させる場合に加えて、表面に塗布されたコンクリート改質剤をゲル化させることにより、かかる表面にケイ酸カルシウムの層を形成させることが可能となる。その結果、このコンクリート改質剤をゲル化させた層を表面に形成させることで、表面から内部へ向けて水が浸透してしまうのを防止することが可能となる。
【００５１】
また本発明は、上述したコンクリート改質剤を使用したコンクリート構造物の改質方法として具体化させるものであってもよい。かかる場合には、補強すべきコンクリート構造物の経時劣化度合いを判別し、判別した経時劣化度合いからケイ酸カルシウムがゲル化するまでの時間を割り出す。そして、この割り出したゲル化時間に基づいて、水ガラスとセメント組成分との混合比率等を調整するようにしてもよい。
【実施例１】
【００５２】
次に、本発明を適用したコンクリート改質剤の実施例について説明をする。実験に使用した供試体の材料としては、ＪＩＳ３号品水ガラス、普通セメント、平均粒径４μｍの微粒子からなる水酸化カルシウムを用いた。水１０００ｍｌに普通セメント及び平均粒径４μｍの微粒子からなるＣａ（ＯＨ）2１０ｇ加えてよく攪拌し、１日経過後、上澄み液を取り出した。この上澄み液は、セメント組成分により飽和されたいわゆる飽和水溶液である。
【００５３】
本発明例１
このようなセメントから得られた飽和水溶液１５０ｍｌに対して水ガラスを５０ｍｌ加えたところ、透明液（ｐＨ１２．４、粘度２．３ｍＰａ・ｓ）が得られ、更に１０日経過後にケイ酸カルシウムからなるゲルが生成（析出）した。
【００５４】
本発明例２
Ｃａ（ＯＨ）2から得られた飽和水溶液１５０ｍｌに対して水ガラス５０ｍｌを加えたところ、透明液（ｐＨ１２．４、粘度２．３ｍＰａ・ｓ）が得られ、更に８日経過後にケイ酸カルシウムゲルが生成（析出）した。
【００５５】
以上の本発明例１、２から、本発明のコンクリート改質剤は、ケイ酸カルシウムを経時的にゲル化させることが示されている。特に本発明例１においては、飽和水溶液におけるセメント組成分の溶解量（理論値：水１００ｇにＣａ（ＯＨ）2換算で０．１２５ｇ）が少ないため、ゲル化能力が弱いが確実にゲルを生成することができることが確認できた。
【実施例２】
【００５６】
所定量のセメント及びＣａ（ＯＨ）2粉末を０．８ｇを入れた懸濁液１００ｍｌを攪拌混合器（０．５ｌ用のミキサー）に入れ、回転させながらその中に水ガラス水溶液１００ｍｌを加え、１分間攪拌した後、濾紙で吸引ろ過により固液分離を行い、溶液製のコンクリート改質剤を製造した。
【００５７】
表１にこの実施例２の実験結果を示す。
【００５８】
【表１】
【００５９】
この実験においては、それぞれの配合毎に、セメント組成分の溶解量、ゲルタイム、ｐＨ、粘度を示している。セメント組成分を含む溶液１００ｍｌ、水ガラス溶液を１００ｍｌとし、合計２００ｍｌとした。本発明例３〜６については、セメント組成分としてのセメントの混合量を互いに異ならせている。また本発明例７については、セメント組成分としてＣａ（ＯＨ）2の単体を用いている。比較例は、セメント組成分を含む溶液を混合することなく、水ガラス溶液のみで構成している。また、この表１においてゲルタイムは、常時混合した場合と、溶解部分とに分けて記載している。ここでいう常時混合した場合とは、セメント粒子を含んだ懸濁液、溶解部分とは、セメント粒子を取り除いた溶液をいう。
【００６０】
表１より、本発明例３〜６のセメント組成分を含む溶液は、水ガラス溶液と攪拌混合した場合に、主としてセメント組成分のＣａＯに起因したＣａ（ＯＨ）2が多く水ガラスに溶解されることにより、そのセメント組成分の比率に応じてゲル化能力が大きく異なることが分かる。逆に言えば、このセメント組成分の比率を調整することにより、ゲルタイムの調整が可能となることが分かる。
【００６１】
なおゲル化能力の大小、即ちゲルタイムの長さは、常時混合した場合、上述した第１反応、第２反応の双方が同時に起こっているために、より短縮されている。
【００６２】
また、セメント組成分として、本発明例３〜６に示すようにＣａ（ＯＨ）2が含まれたセメントを用いることなく、本発明例７に示すように良質な微粒子からなるＣａ（ＯＨ）2単体を使用すると、その殆どが水ガラスに溶解して不溶物が極めて微量となるため、そのまま溶液性のコンクリート改質剤として用いることができる。
【００６３】
しかしながら、この本発明例７として、使用するＣａ（ＯＨ）2が仮に低品質であって、粒子径も大きい場合には却って不溶物が多くなり、固液分離を行う必要が生じる。固液分離を行う方法としては、特に限定されるものではなくいかなる方法を用いてもよいが、一般的には自然沈降、ろ過膜（紙や繊維等）のろ過材を使用して加圧をするようにしてもよいし、或いは吸引、遠心分離等の方法を使用するようにしてもよい。なお、固液分離を行うためには、凝集剤を併用するのが望ましい。
【００６４】
なお、この表１から、本発明例としてのコンクリート改質剤のｐＨは、何れも１２以上であり、高いアルカリ性を維持していた。即ち、この本発明例としてのコンクリート改質剤は、以降の中性化を防止することも可能となることが分かる。
【実施例３】
【００６５】
実験に使用したコンクリート構造物の供試体Ａは、約４０年前に屋外で施工したモルタルの表面から深さ１０ｃｍ切り取り、表面に付着した異物を高水圧等で取り除いた後、自然乾燥したものを用いた。なお、比較用として、モルタル（セメント５００ｇ、砂１５００ｇ、水３００ｍｌ）を作製し、湿潤で２８日間養生した後、自然乾燥した供試体Ｂを準備した。
【００６６】
本発明例では、供試体Ａを用いて、また比較例２では、供試体Ｂを用いている。各供試体について、表層から深さ方向に１ｃｍ毎に切断し、小片に粉砕した。実験は、重量比で水１部に対して供試体３部の割合で３日間浸した後、養生水を取り出してｐＨを以って劣化度合を判定した。そのｐＨの測定結果を表２に示す。
【００６７】
【表２】
【００６８】
この表２に示す実験結果から、比較例２は、２８日経過後のモルタルであって、ｐＨは１２以上と非常に高い値を示しており、有効なセメント組成分が多く残存していることが示されている。
【００６９】
これに対して、本発明例８は、屋外において４０年経過しているものであって、第１〜第２区分でｐＨが９．２〜９．６、第４〜第５区分でも１０．２〜１０．４であり、劣化が非常に進んでいることがわかる。
【００７０】
即ち、上述した実験結果から、時間の経過に応じてコンクリート構造物は経時劣化し、その結果ｐＨが低下して中性化してしまうことが分かる。
【実施例４】
【００７１】
この実施例４では、屋外に設置されたコンクリート構造物の雨水等による流出の影響を調査した。
【００７２】
供試体Ａを表面から所定形状に成形したものを、上述した本発明例１及び本発明例５の配合からなるコンクリート改質剤を刷毛刷りし、これを供試体Ａに充分に含浸させた。次に２回目のコンクリート改質剤の刷毛刷りを行った。本発明例１の改質剤を含浸させたものを本発明例９とし、本発明例５の配合からなるコンクリート改質剤を含浸させたものを本発明例１０とする。また、比較用として、表１の比較例１の配合比率からなる水ガラスを同様な方法で供試体Ａに含浸させた。以下、これを比較例３という。
【００７３】
【表３】
【００７４】
この実験では、屋外に設置されるコンクリート構造物を想定し、本発明例９、１０並びに比較例３に対して含浸してから３日後に、表面に水を散布し、その後室内で２８日間養生した。
【００７５】
次に、この供試体Ａの表面から、深さ方向に１ｃｍ毎に切断して小片を粉砕したものを、重量比で水１部に対して供試体Ａを３部の割合で３日間浸した後、養生水を取り出してｐＨを測定することにより、浸透深さを判定した。表３にそのｐＨの測定結果を示す。
【００７６】
本発明例１０は、表面から第３区分までｐＨ１２以上と高い値を示していたが、第４区分が１１．５と若干低く、第５区分はさらにｐＨが低下する結果となった。このため、コンクリート改質剤の供試体Ａ表面からの含浸深さは、第４区分内、即ち３〜４ｃｍの範囲内であった。これにより、コンクリート構造物の表面及び表層部を、セメント組成分を含有したアルカリ性のコンクリート改質剤によりアルカリ化することができ、これ以降の中性化を防止することが可能となる。
【００７７】
これに対して、本発明例９、比較例３の含浸深さは、本発明例１０と殆ど同じであったが、第１区分のｐＨは１１．１〜１１．２の低くなっていた。その理由として、含浸させた３日後に水を散布していることから、本発明例９は、その時点においてまだゲル化しておらず、また比較例３は、ゲル化能力が現れていないためである。
【００７８】
上述した実験結果から、上述した本発明例９は、ゲル化する前に、雨水等の影響を受ける場所で施工した場合、表面及びその周辺から流出してしまう虞があるため、十分な注意を要することが分かる。
【実施例５】
【００７９】
供試体Ａの表面に保護材として、本発明例１及び表１の本発明例５の配合からなるコンクリート改質剤、比較用として水ガラスを塗布したものそれぞれについて、水密性（防水性）を確認するための透水試験を行った。また更なる比較用として、表面に何ら保護材を施さない供試体Ａについても同様に透水試験を行った。
【００８０】
透水試験は、供試体Ａを所定形状に加工し、ＪＡＳＳ８Ｔ−３０１（ケイ酸質系塗布防水材料の品質及び試験方法）に準じて行った。改質剤として、本発明例１を使用した場合を本発明例１１とし、表１の本発明例５の配合からなるコンクリート改質剤を使用した場合を本発明例１２とし、保護材として水ガラスを使用したものを比較例４とし、表面に何ら保護材を施さない供試体Ａを比較例５とした。その結果表４の試験結果が得られた。
【００８１】
【表４】
【００８２】
表４の試験結果により、比較例４と比較例５とは、透水係数が殆ど大差無いことが分かった。これは供試体自体が経時劣化して中性化してしまい、水ガラスと反応するためのセメント組成分が殆ど失われているため、単に水ガラスを含浸させるのみでは、ゲル化させることができず、透水性を低下させることができないことを意味している。
【００８３】
これに対して、本発明例１１、１２は、共にセメント組成分を含む溶液に水ガラスを混合してなり自らゲル化能力があることから、供試体Ａ自身が既に中性化していてセメント組成分が失われているものであっても、経時的にゲル化し、透水性を極めて小さくすることが可能となる。これは、モルタルからなる供試体Ａの空洞に含浸したコンクリート改質剤が緻密に充填され、経時的にゲル化し、生成された不溶性のケイ酸カルシウムが空洞内に密着した状態にあることを意味している。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、セメントやモルタル等により構成されたコンクリート構造物の表層に形成された空隙を水密化することによる防水性の向上を図るとともに、そのコンクリート構造物自体の中性化を防止する上で好適なコンクリート改質剤に関する。
【背景技術】
【０００２】
セメントやモルタル等により構成されたコンクリート構造物は、経時劣化を起こす場合が多い。特に、このコンクリート構造物の経時劣化は、海水に起因する塩害、大気中の炭酸ガス等の各種酸性物質や、その他凍結融解物質等の周辺環境の影響に基づく。その結果、コンクリート構造物中には微細な欠陥や隙間が生じ、強度、耐久性、防水性能等が低下し、漏水や中性化等が生じてしまう。従って、これらの影響によるコンクリート構造物の経時劣化を防止するためには、その表面にコンクリート改質剤を塗布し、表層部の中に形成された空隙にかかるコンクリート改質剤を含浸させ、水密化を図る方法が従来から用いられてきた。
【０００３】
ちなみに、このコンクリート改質剤の例としては、有機材料以外にケイ酸等に代表される無機材料を用いたものがある。そして、このケイ酸系のコンクリート改質剤としては、ケイ酸ナトリウム等のアルカリケイ酸塩、或いはケイ酸ナトリウム（Ｎａ2ＳｉＯ3）のアルカリ成分であるＮａイオンを取り除いたコロイドシリカがある。なお、ケイ酸ナトリウムは高い粘性を持っている。
【０００４】
しかしながら、このような水ガラスは、ｐＨが約１１−１２程度の高アルカリ性を呈し、そのままでは硬化しない。この水ガラスを大気中にさらした場合には、その水分が蒸発して表面から流動性を失い、非常に長時間を要するものの最終的には凝固して硬化体になる。
【０００５】
これに対して、水を添加することにより作製したセメントは、セメントの主成分の一つである酸化カルシウム（ＣａＯ）の一部が水和反応を起こして水酸化カルシウム（Ｃａ（ＯＨ）2）を生成し、強アルカリ性（ｐＨ１２程度）を呈する。
【０００６】
このコンクリート構造物の表面に水ガラスを塗布した場合、その表層部の空隙に水ガラスが含浸する。そして、この含浸した水ガラスが、かかるコンクリート構造物内の水酸化カルシウムと接触することにより、非常に緩慢ではあるが反応を起こし、不溶性のケイ酸カルシウムゲル（Ｃａ2ＳｉＯ3・ｎＨ2Ｏ）が生成される。このケイ酸カルシウムゲルは、コンクリート構造物内の空隙を充填することによりこれを水密化する。ちなみに上述した反応は、コンクリート構造物中において、ゲル化に有効なＣａＯ等のセメント組成分が残存して水ガラスと反応してケイ酸カルシウムゲルを生成するだけの能力がある場合に限定される。
【０００７】
なお、特許文献１には、ケイ酸アルカリ塩を含むシリカ成分を含有する溶液をコンクリート又はモルタルの表面に塗布し、或いは表面から注入する技術が開示されている。また特許文献２には、リチウムシリケート水溶液にアルカリ金属イオン源を配合したコンクリート改質剤が提案されている。この特許文献２に開示されるコンクリート改質剤は、改質剤中のアルカリ金属配合リチウムシリケートが、骨材界面上や内部空隙に存在する水やコンクリートの細孔溶液成分である水酸化カルシウムと反応してゲルを形成する。このゲルの形成が、空隙の緻密化をもたらし、水の浸入を阻害するものである。
【０００８】
しかしながら、特許文献１、２の開示技術におけるアルカリケイ酸塩系やコロイダルシリカ系は、水ガラスと同様にコンクリート改質剤自体がゲル化能力を有するものではない。このため、コンクリート構造物中に有効なセメント組成分が残存していない場合、ゲル化することなく、構造物内の緻密化、水密化を図ることができない。更にコロイドシリカの粒子径は１０-6ｍｍオーダーであり、粒子径が１０-7ｍｍオーダーの水ガラス溶液と比較して径が大きくてしかも含浸性に劣るという問題点がある。
【０００９】
なお、特許文献２には、劣化が進行している構造物に対して適用する際に、リチウムシリケートにアルカリ金属源を配合した改質剤を塗布する前、又はその塗布中において、Ｃａ（ＯＨ）2飽和水溶液を塗布するという記載がある（請求項１１並びに段落［００２２］参照）。
【００１０】
しかしながら、この改質剤には、塗布前にＣａ（ＯＨ）2飽和水溶液と混合した場合、短時間で白濁ゲルを析出して含浸を妨害するため、実用化するためには大きな障壁があった。
【００１１】
このため、改質剤とＣａ（ＯＨ）2飽和水溶液とを別々に含浸することになるが、空洞（毛細）の大きさは極めて微小である。このため、改質剤とＣａ（ＯＨ）2飽和水溶液間の接触面だけの反応となり、全体を均一に混合することができず、改質剤としての十分な効果が期待できないという問題点があった。
【００１２】
一方、コンクリート構造物の経時劣化の度合や、実際の施工の観点からは、以下の１）〜３）の問題点がある。
【００１３】
１）経時劣化が進展する結果、コンクリート構造物の表層部が劣化（中性化）し、有効なセメント組成分が低減してしまうか、或いは殆ど消失してしまった場合には、水ガラスをゲル化させるだけの能力は無く、空隙にこれら水ガラスを含浸させても期待しているケイ酸カルシウムゲルを生成させることができないため、水密化させることができない。
【００１４】
２）仮に水ガラスと反応してケイ酸カルシウムゲルを生成するために有効なセメント組成分が残存していた場合においても、反応自体は非常に緩慢で長時間を要する。このため、例えば屋外にあるコンクリート構造物に水ガラスを含浸させても反応が終了するまでに雨水等により水ガラス自体が希釈、流出してしまい、全く効果を発揮できない場合が多い。
【００１５】
３）更に、コンクリート構造物中に有効なセメント組成分が先ず存在するのか否か、また仮に存在する場合であっても、水ガラスをゲル化させるだけの能力があるのか否か、更にこれをゲル化させるだけの能力が仮にある場合であっても、その反応自体がどの程度時間がかかるのかを判定するのは非常に困難である。
【００１６】
この３）の理由としては、水の影響を受けたコンクリート構造物の表層部に形成された空洞は、水の流路となり、その空洞周囲の水酸化カルシウムの流出量が大きくなる。その結果、コンクリート構造物内の透水性が次第に増大して中性化が進行してしまう。そしてコンクリート構造物全体と比較して空洞周囲は有効なセメント組成分が著しく減少した状態となり、水ガラスとの反応性、ひいてはゲル化能力が低下してしまうためである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１７】
【特許文献１】特開２００６−１８３４４６号公報
【特許文献２】ＷＯ２００５／０８２８１３
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
上述した背景技術の問題点から、以下の課題を解決する必要がある。
【００１９】
（１）コンクリート構造物に対して塗布すべき水ガラスに対して自動的にゲル化する能力を付加し、望ましくは、ゲル化時間の調整を可能とすること。
【００２０】
（２）水ガラスにゲル化能力を付加させるゲル化剤は、コンクリート構造物を阻害することなく、更に望ましくはコンクリート構造物中のセメントを再生する効果があること。
【００２１】
（３）併せてゲル化剤は、アルカリで水ガラスを含めたアルカリ成分を長期に亘り保持できること。
【００２２】
本発明は、これら（１）〜（３）の条件を満たすコンクリート改質剤、コンクリート構造物の改質方法を提供することを目的とする。即ち、本発明は、コンクリート構造物の経時劣化や周辺環境の影響による劣化や中性化の度合に左右されることなく、換言すれば、コンクリート構造物中に残存しているゲル化に有効に作用するセメント組成分の有無や量に支配されることなく、確実に水ガラスをゲル化して水密化させ、併せて以降の中性化を防止することが可能なコンクリート改質剤を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２３】
本発明に係るコンクリート改質剤は、上述した課題を解決するために、改質すべきコンクリート構造物に塗布又は注入されるコンクリート改質剤において、水ガラスにセメント組成分を溶解させた溶液、或いは水にセメント組成分を溶解させた飽和水溶液が混合されてなり、上記セメント組成分中の水酸化カルシウムと上記水ガラスとが反応することにより生成させるケイ酸カルシウムを、上記コンクリート構造物に塗布又は注入されてから経時的にゲル化可能としたことを特徴とする。
【００２４】
本発明に係るコンクリート構造物の改質方法は、上述した課題を解決するために、改質すべきコンクリート構造物に塗布又は注入されるコンクリート構造物の改質方法において、セメント組成分を含む溶液に水ガラスを混合したコンクリート改質剤を上記コンクリート構造物内に注入し、上記セメント組成分中の水酸化カルシウムと上記水ガラスとが反応することにより生成させるケイ酸カルシウムを、上記コンクリート構造物に塗布又は注入されてから経時的にゲル化させることを特徴とする。
【００２５】
このとき、水ガラスと上記セメント組成分との混合比率は、上記ケイ酸カルシウムがゲル化するまでの時間に応じて予め調整されていてもよい。
【発明の効果】
【００２６】
本発明は、コンクリート構造物の劣化を防止する保護材としての役割を担い、特に経時的に劣化して中性化し、水ガラスと反応してゲル状のケイ酸カルシウムを生成可能なセメント組成物が残存していないコンクリート構造物に対して極めて有効である。即ち、この劣化したコンクリート構造物が、水ガラスと反応するセメント組成分の有無に係らず、水ガラスにセメント組成分を溶解させたゲル化能力を有する溶液性のコンクリート改質剤を表層部の空隙に含浸させ、ケイ酸カルシウムからなるゲルを形成させることにより水密化を図る保護材としての機能を発揮させることが可能となる。
【００２７】
更に本発明に係るコンクリート改質剤は、セメント組成分を含有したアルカリ性を発揮するものであることから、劣化して中性化してしまったコンクリート構造物の表層部を再生するとともにこれをアルカリ化することによる中性化の防止機能をも発揮させることが可能となる。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、本発明の実施の形態として、コンクリート構造物に塗布又は注入されてその劣化を防止するためのコンクリート改質剤について詳細に説明する。
【００２９】
本発明を適用したコンクリート改質剤は、セメント組成分と、水ガラスとが混合されて構成されている。
【００３０】
ここでいうセメント組成分とは、水酸化カルシウム（Ｃａ（ＯＨ）2）等が含まれるものである。このセメント組成分は、このＣａ（ＯＨ）2単独で構成するようにしてもよいし、これらに他のセメント成分が含まれたものであってもよい。ちなみに、このセメントは、その組成分の一部が水ガラスに溶解するものであれば、特に限定されるものではないが、好ましくは普通セメント、早強セメント等のポルトランドセメントである。更に、このセメント組成分の代替として、単独で使用する水酸化カルシウムは、特に限定されるものではないが、好ましくは不純物の少ない高品質なもので、しかも平均粒径４μｍ以下とされていることが望ましい。
【００３１】
また水ガラスは、アルカリケイ酸塩であって、代表的にはケイ酸ナトリウム、ケイ酸カリウム等、或いはこれらの混合物である。ちなみに、このアルカリケイ酸塩におけるモル比は、２．５〜４であることが望ましい。ケイ酸ナトリウムは大きな粘性を有する。水ガラスは、ｐＨが約１１−１２程度の高アルカリ性を呈し、そのままでは硬化しないものとされている。なお、水ガラスの使用量は、特に限定されるものではないが、望ましくは含浸性を考慮して粘性２〜５ｍＰａ・ｓに相当するものであり、ＳｉＯ2換算で４〜２５重量％である。
【００３２】
また、本発明を適用したコンクリート改質剤は、さらに添加剤として遅延剤、分散剤、強度増加剤、界面活性剤等が添加されていてもよい。
【００３３】
本発明を適用したコンクリート改質剤の第１の調製方法としては、セメント組成分を含む溶液に水ガラスを混合する。このセメント組成分を含む溶液とは、水に対してセメント組成分の一部を溶解させた飽和水溶液であってもよい。かかる場合には、水を貯留された容器内に、その貯留された水の体積に対する溶解度以上のセメント組成分（Ｃａ（ＯＨ）2単体を含む）を混合する。そして、このセメント組成分が混合された水を十分に攪拌し静置する。その結果、セメント組成分は、水に溶解することになる。しかし、水に対して溶解度以上のセメント組成分を混合していることから、水がセメント組成分で飽和した後は、そのセメント組成分における未飽和分はそのまま容器中に残存することになる。
【００３４】
従って、容器中の上澄み液を固液分離することにより、セメント組成分により飽和された飽和水溶液を得ることが可能となる。このセメント組成分の飽和水溶液に対して水ガラスを添加することにより、本発明を適用したコンクリート改質剤が得られる。
【００３５】
本発明を適用したコンクリート改質剤の第２の調製方法としては、水ガラス液にセメント組成分を混合する。ここでいう水ガラス液とは、水ガラスに水を混合して希釈したものである。この第２の調整方法では、特に特定されるものではないが例えば、水ガラス液１０００ｌに対してセメント組成分が２〜２５重量％となるように混合する。そして、この混合液を０．５〜２分程度攪拌した後、固液分離し、その上澄み液をコンクリート改質剤とする。
【００３６】
なお、この第２の調製方法において、上述したセメント組成分として、Ｃａ（ＯＨ）2を単独で用いる場合についても、上述と同様の方法で行うが、Ｃａ（ＯＨ）2は、平均粒径が約４μｍ以下の微粒子であって、不純物は殆ど含まれていない。このようなＣａ（ＯＨ）2単体を水ガラス液１０００ｌに対して１．５〜６．０重量％と極めて少量であれば、殆ど水ガラスに溶解することになる。このため、Ｃａ（ＯＨ）2単体を水ガラス液に混合する方法では、コンクリート構造物によっては、固液分離を行うことなく、そのまま溶液性のコンクリート改質剤を得ることが可能となる。
【００３７】
このようにして得られたコンクリート改質剤は、セメント組成分中の水酸化カルシウムと水ガラスとが反応することによりケイ酸カルシウムを生成させる第１反応が起こる。具体的には、水ガラス（Ｎａ2ＳｉＯ3・ｎＨ2Ｏ）の存在下で、セメント組成分を構成するＣａ（ＯＨ）2の一部は、かかる水ガラスに溶解してＣａ2+イオンが水ガラスのＮａ+イオンの一部と置換し、ケイ酸カルシウム（Ｃａ2ＳｉＯ3）イオンを生成することになる。ちなみに、この反応開始時は、セメント組成分中の水酸化カルシウムと水ガラスとの混合時点からとなる。なお、このようにして得られた不溶性のケイ酸カルシウムは、ゲル状である。このため、ゲル化されたケイ酸カルシウムは、水の浸入を防止する役割を発揮することが可能となる。
【００３８】
また本発明では、上述した第１反応において、水ガラスに溶解されないセメント組成分は、水ガラスと接触することによりゲル化反応を起こす。即ち、セメント粒子は正（＋）に帯電しており、一方水ガラスは負（−）に帯電しているため、両者が荷電置換を起こしゲル化することになる。この荷電置換を起こすことによる反応を、第２反応という。
【００３９】
ちなみに、本発明では、溶液性のコンクリート改質剤を用いるため、上述した第１反応並びに第２反応のうち、第１反応が支配的に生じることになる。またセメント組成分の一種であるＣａ（ＯＨ）2単体を用いた場合、微粒子で不純物が少量の良質のＣａ（ＯＨ）2を適正量用いた場合には、殆ど水ガラスに溶解するため、第１反応のみが生じて第２反応は殆ど生じない。
【００４０】
なお、この第１反応においては、水酸化カルシウムと水ガラスとが反応することによるゲル状のケイ酸カルシウムが生成されてゲル化されるまでにある程度の時間を要する。このゲル化までの時間は、通常０．５時間から数十時間であるが、好ましくは１〜２４時間である。但し、このゲル化までの時間は、セメント組成分の種類や量、セメント組成分を構成する微粒子の粒度、水ガラスとの攪拌混合時間、更には水ガラスの種類、水ガラスのセメント組成分に対する混合比率、水ガラスの濃度、更にはコンクリート改質剤の液温によっても左右される。
【００４１】
このようにして製造された溶液性のコンクリート改質剤は、ケイ酸等に代表される無機材料を用いたものでありながら、ゲル化時間の調整を図ることができ、ゲル化能力を制御することが可能となる。また、コンクリート構造物における表層部の空隙に含浸したコンクリート改質剤をゲル化することにより、かかる空隙においてゲル化したコンクリート改質剤を長期間に亘って付着充填することが可能となり、水密性を向上させることが可能となる。
【００４２】
このような方法に基づいて調製されたコンクリート改質剤は、経時劣化が生じたコンクリート構造物に対して注入又は塗布されることになる。このコンクリート構造物の経時劣化は、海水に起因する塩害、大気中の炭酸ガス等の各種酸性物質や、その他凍結融解物質等の周辺環境の影響に基づくものであり、微細な欠陥等を始めとした隙間が表面から構造物内部へ向けて進展してしまうことになる。ちなみに、このコンクリート構造物とは、コンクリート、モルタル、セメントペースト、セメント２次製品（プレキャスト材）等、セメントを使用する全ての構造物であって、その目的とするところは、建物、道路や鉄道等の橋脚及びその附帯部分、トンネル（電気、通信、ガス等の地下空間構造物等を含む）、堤防、擁壁、斜面等の吹付工法等が挙げられる。
【００４３】
このような経時劣化が生じたコンクリート構造物の表面に対して、本発明を適用したコンクリート改質剤が浸み込んだローラを走行させる。その結果、このローラに浸み込んだコンクリート改質剤を表面に塗布させることができ、また、このコンクリート改質剤を隙間に注入することが可能となる。なお、このローラを使用する場合以外は、刷毛を利用してコンクリート改質剤を塗布する方法や、コンクリート改質剤を散布又は噴霧する方法、或いはコンクリート改質剤を圧縮空気で吹き付ける吹付け等を行うようにしてもよい。これにより、表面は、コンクリート改質剤によって被覆され、また隙間にはコンクリート改質剤を注入することが可能となる。
【００４４】
なお、コンクリート構造物の形状や周辺の状況により、表面に対してコンクリート改質剤を直接的に塗布することができない場合に、或いは表面よりも深い所にコンクリート改質剤を注入させたい場合には、図示しない穿孔機等を用いて注入孔を穿設し、その注入孔にコンクリート改質剤を注入させるようにしてもよい。また、上述したコンクリート改質剤の塗布、注入方法は、１種類又は２種類以上を組み合わせて行うようにしてもよく、また塗布回数は１回又は２回以上行うようにしてもよい。
【００４５】
このようにして改質すべきコンクリート構造物に対して、コンクリート改質剤を塗布又は注入すると、かかるコンクリート改質剤は、経時的にゲル化してケイ酸カルシウムとなる。このゲル状のケイ酸カルシウムが隙間に充填され、これらにより水密化を図ることが可能となる。
【００４６】
即ち、本発明によれば、水ガラスにセメント組成分を溶解させた溶液の場合には、セメント組成分中の水酸化カルシウムと水ガラスとが反応することによりケイ酸カルシウムゲルを生成させる。セメント組成分を水ガラスに予め混合することにより、コンクリート構造物に対して注入すべき水ガラスに対して自動的にゲル化能力を付加することが可能となる。また、水ガラスにセメント組成物を溶解させた溶液の場合には、水ガラスとセメント組成分の混合比率を調整することにより、ゲル化時間の調整も可能となる。
【００４７】
特に隙間が深く進展している場合には、ゲル化までの時間をある程度遅らせない限り、コンクリート改質剤が隙間の奥深くまで到達する前に硬化してゲル状となってしまう。かかる場合には、ゲル化時間を遅くすることにより、コンクリート改質剤を隙間の奥深くまで浸透させた後、これを硬化させるように調整を行う。これに対して隙間が浅くしか伸びていない場合には、ゲル化時間を遅くしなくても比較的早めにコンクリート改質剤が浸透してしまい、逆にあまりにゲル化時間が長いと、降雨等により、コンクリート改質剤がゲル化する前までに隙間から流出してしまう。このため、隙間が浅くしか進展していない場合には、その浅い隙間の隅々までコンクリート改質剤を充填した後は、できるだけ早めにこれをゲル化させることが望ましいといえる。このように本発明では、この隙間の深浅に応じてコンクリート改質剤のゲル化の時間を調整することが可能となる。なお、水にセメント組成分を溶解させた溶解量一定の飽和水溶液に水ガラスを混合した場合は、ゲルタイムの調整はできない。
【００４８】
また、この水ガラスにゲル化能力を付加させるゲル化剤としてのセメント組成分は、コンクリート構造物を阻害することなく、更に望ましくはコンクリート構造物中のセメントを再生する効果もある。
【００４９】
また、このゲル化剤としてのセメント組成分は、アルカリ性であることから、水ガラスを含めたアルカリ成分を長期に亘り保持することができる。このため、劣化して中性化してしまったコンクリート構造物に対してこのコンクリート改質剤を適用することにより、かかるコンクリート構造物に対してアルカリ性を保持させることができる。
【００５０】
なお、本発明は、上述したように隙間に対してコンクリート改質剤を含浸させる場合に加えて、表面に塗布されたコンクリート改質剤をゲル化させることにより、かかる表面にケイ酸カルシウムの層を形成させることが可能となる。その結果、このコンクリート改質剤をゲル化させた層を表面に形成させることで、表面から内部へ向けて水が浸透してしまうのを防止することが可能となる。
【００５１】
また本発明は、上述したコンクリート改質剤を使用したコンクリート構造物の改質方法として具体化させるものであってもよい。かかる場合には、補強すべきコンクリート構造物の経時劣化度合いを判別し、判別した経時劣化度合いからケイ酸カルシウムがゲル化するまでの時間を割り出す。そして、この割り出したゲル化時間に基づいて、水ガラスとセメント組成分との混合比率等を調整するようにしてもよい。
【実施例１】
【００５２】
次に、本発明を適用したコンクリート改質剤の実施例について説明をする。実験に使用した供試体の材料としては、ＪＩＳ３号品水ガラス、普通セメント、平均粒径４μｍの微粒子からなる水酸化カルシウムを用いた。水１０００ｍｌに普通セメント及び平均粒径４μｍの微粒子からなるＣａ（ＯＨ）2１０ｇ加えてよく攪拌し、１日経過後、上澄み液を取り出した。この上澄み液は、セメント組成分により飽和されたいわゆる飽和水溶液である。
【００５３】
本発明例１
このようなセメントから得られた飽和水溶液１５０ｍｌに対して水ガラスを５０ｍｌ加えたところ、透明液（ｐＨ１２．４、粘度２．３ｍＰａ・ｓ）が得られ、更に１０日経過後にケイ酸カルシウムからなるゲルが生成（析出）した。
【００５４】
本発明例２
Ｃａ（ＯＨ）2から得られた飽和水溶液１５０ｍｌに対して水ガラス５０ｍｌを加えたところ、透明液（ｐＨ１２．４、粘度２．３ｍＰａ・ｓ）が得られ、更に８日経過後にケイ酸カルシウムゲルが生成（析出）した。
【００５５】
以上の本発明例１、２から、本発明のコンクリート改質剤は、ケイ酸カルシウムを経時的にゲル化させることが示されている。特に本発明例１においては、飽和水溶液におけるセメント組成分の溶解量（理論値：水１００ｇにＣａ（ＯＨ）2換算で０．１２５ｇ）が少ないため、ゲル化能力が弱いが確実にゲルを生成することができることが確認できた。
【実施例２】
【００５６】
所定量のセメント及びＣａ（ＯＨ）2粉末を０．８ｇを入れた懸濁液１００ｍｌを攪拌混合器（０．５ｌ用のミキサー）に入れ、回転させながらその中に水ガラス水溶液１００ｍｌを加え、１分間攪拌した後、濾紙で吸引ろ過により固液分離を行い、溶液製のコンクリート改質剤を製造した。
【００５７】
表１にこの実施例２の実験結果を示す。
【００５８】
【表１】
【００５９】
この実験においては、それぞれの配合毎に、セメント組成分の溶解量、ゲルタイム、ｐＨ、粘度を示している。セメント組成分を含む溶液１００ｍｌ、水ガラス溶液を１００ｍｌとし、合計２００ｍｌとした。本発明例３〜６については、セメント組成分としてのセメントの混合量を互いに異ならせている。また本発明例７については、セメント組成分としてＣａ（ＯＨ）2の単体を用いている。比較例は、セメント組成分を含む溶液を混合することなく、水ガラス溶液のみで構成している。また、この表１においてゲルタイムは、常時混合した場合と、溶解部分とに分けて記載している。ここでいう常時混合した場合とは、セメント粒子を含んだ懸濁液、溶解部分とは、セメント粒子を取り除いた溶液をいう。
【００６０】
表１より、本発明例３〜６のセメント組成分を含む溶液は、水ガラス溶液と攪拌混合した場合に、主としてセメント組成分のＣａＯに起因したＣａ（ＯＨ）2が多く水ガラスに溶解されることにより、そのセメント組成分の比率に応じてゲル化能力が大きく異なることが分かる。逆に言えば、このセメント組成分の比率を調整することにより、ゲルタイムの調整が可能となることが分かる。
【００６１】
なおゲル化能力の大小、即ちゲルタイムの長さは、常時混合した場合、上述した第１反応、第２反応の双方が同時に起こっているために、より短縮されている。
【００６２】
また、セメント組成分として、本発明例３〜６に示すようにＣａ（ＯＨ）2が含まれたセメントを用いることなく、本発明例７に示すように良質な微粒子からなるＣａ（ＯＨ）2単体を使用すると、その殆どが水ガラスに溶解して不溶物が極めて微量となるため、そのまま溶液性のコンクリート改質剤として用いることができる。
【００６３】
しかしながら、この本発明例７として、使用するＣａ（ＯＨ）2が仮に低品質であって、粒子径も大きい場合には却って不溶物が多くなり、固液分離を行う必要が生じる。固液分離を行う方法としては、特に限定されるものではなくいかなる方法を用いてもよいが、一般的には自然沈降、ろ過膜（紙や繊維等）のろ過材を使用して加圧をするようにしてもよいし、或いは吸引、遠心分離等の方法を使用するようにしてもよい。なお、固液分離を行うためには、凝集剤を併用するのが望ましい。
【００６４】
なお、この表１から、本発明例としてのコンクリート改質剤のｐＨは、何れも１２以上であり、高いアルカリ性を維持していた。即ち、この本発明例としてのコンクリート改質剤は、以降の中性化を防止することも可能となることが分かる。
【実施例３】
【００６５】
実験に使用したコンクリート構造物の供試体Ａは、約４０年前に屋外で施工したモルタルの表面から深さ１０ｃｍ切り取り、表面に付着した異物を高水圧等で取り除いた後、自然乾燥したものを用いた。なお、比較用として、モルタル（セメント５００ｇ、砂１５００ｇ、水３００ｍｌ）を作製し、湿潤で２８日間養生した後、自然乾燥した供試体Ｂを準備した。
【００６６】
本発明例では、供試体Ａを用いて、また比較例２では、供試体Ｂを用いている。各供試体について、表層から深さ方向に１ｃｍ毎に切断し、小片に粉砕した。実験は、重量比で水１部に対して供試体３部の割合で３日間浸した後、養生水を取り出してｐＨを以って劣化度合を判定した。そのｐＨの測定結果を表２に示す。
【００６７】
【表２】
【００６８】
この表２に示す実験結果から、比較例２は、２８日経過後のモルタルであって、ｐＨは１２以上と非常に高い値を示しており、有効なセメント組成分が多く残存していることが示されている。
【００６９】
これに対して、本発明例８は、屋外において４０年経過しているものであって、第１〜第２区分でｐＨが９．２〜９．６、第４〜第５区分でも１０．２〜１０．４であり、劣化が非常に進んでいることがわかる。
【００７０】
即ち、上述した実験結果から、時間の経過に応じてコンクリート構造物は経時劣化し、その結果ｐＨが低下して中性化してしまうことが分かる。
【実施例４】
【００７１】
この実施例４では、屋外に設置されたコンクリート構造物の雨水等による流出の影響を調査した。
【００７２】
供試体Ａを表面から所定形状に成形したものを、上述した本発明例１及び本発明例５の配合からなるコンクリート改質剤を刷毛刷りし、これを供試体Ａに充分に含浸させた。次に２回目のコンクリート改質剤の刷毛刷りを行った。本発明例１の改質剤を含浸させたものを本発明例９とし、本発明例５の配合からなるコンクリート改質剤を含浸させたものを本発明例１０とする。また、比較用として、表１の比較例１の配合比率からなる水ガラスを同様な方法で供試体Ａに含浸させた。以下、これを比較例３という。
【００７３】
【表３】
【００７４】
この実験では、屋外に設置されるコンクリート構造物を想定し、本発明例９、１０並びに比較例３に対して含浸してから３日後に、表面に水を散布し、その後室内で２８日間養生した。
【００７５】
次に、この供試体Ａの表面から、深さ方向に１ｃｍ毎に切断して小片を粉砕したものを、重量比で水１部に対して供試体Ａを３部の割合で３日間浸した後、養生水を取り出してｐＨを測定することにより、浸透深さを判定した。表３にそのｐＨの測定結果を示す。
【００７６】
本発明例１０は、表面から第３区分までｐＨ１２以上と高い値を示していたが、第４区分が１１．５と若干低く、第５区分はさらにｐＨが低下する結果となった。このため、コンクリート改質剤の供試体Ａ表面からの含浸深さは、第４区分内、即ち３〜４ｃｍの範囲内であった。これにより、コンクリート構造物の表面及び表層部を、セメント組成分を含有したアルカリ性のコンクリート改質剤によりアルカリ化することができ、これ以降の中性化を防止することが可能となる。
【００７７】
これに対して、本発明例９、比較例３の含浸深さは、本発明例１０と殆ど同じであったが、第１区分のｐＨは１１．１〜１１．２の低くなっていた。その理由として、含浸させた３日後に水を散布していることから、本発明例９は、その時点においてまだゲル化しておらず、また比較例３は、ゲル化能力が現れていないためである。
【００７８】
上述した実験結果から、上述した本発明例９は、ゲル化する前に、雨水等の影響を受ける場所で施工した場合、表面及びその周辺から流出してしまう虞があるため、十分な注意を要することが分かる。
【実施例５】
【００７９】
供試体Ａの表面に保護材として、本発明例１及び表１の本発明例５の配合からなるコンクリート改質剤、比較用として水ガラスを塗布したものそれぞれについて、水密性（防水性）を確認するための透水試験を行った。また更なる比較用として、表面に何ら保護材を施さない供試体Ａについても同様に透水試験を行った。
【００８０】
透水試験は、供試体Ａを所定形状に加工し、ＪＡＳＳ８Ｔ−３０１（ケイ酸質系塗布防水材料の品質及び試験方法）に準じて行った。改質剤として、本発明例１を使用した場合を本発明例１１とし、表１の本発明例５の配合からなるコンクリート改質剤を使用した場合を本発明例１２とし、保護材として水ガラスを使用したものを比較例４とし、表面に何ら保護材を施さない供試体Ａを比較例５とした。その結果表４の試験結果が得られた。
【００８１】
【表４】
【００８２】
表４の試験結果により、比較例４と比較例５とは、透水係数が殆ど大差無いことが分かった。これは供試体自体が経時劣化して中性化してしまい、水ガラスと反応するためのセメント組成分が殆ど失われているため、単に水ガラスを含浸させるのみでは、ゲル化させることができず、透水性を低下させることができないことを意味している。
【００８３】
これに対して、本発明例１１、１２は、共にセメント組成分を含む溶液に水ガラスを混合してなり自らゲル化能力があることから、供試体Ａ自身が既に中性化していてセメント組成分が失われているものであっても、経時的にゲル化し、透水性を極めて小さくすることが可能となる。これは、モルタルからなる供試体Ａの空洞に含浸したコンクリート改質剤が緻密に充填され、経時的にゲル化し、生成された不溶性のケイ酸カルシウムが空洞内に密着した状態にあることを意味している。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
改質すべきコンクリート構造物に塗布又は注入されるコンクリート改質剤において、
セメント組成分を含む溶液に水ガラスが混合されてなり、
上記セメント組成分中の水酸化カルシウムと上記水ガラスとが反応することにより生成させるケイ酸カルシウムを、上記コンクリート構造物に塗布又は注入されてから経時的にゲル化可能としたこと
を特徴とするコンクリート改質剤。
【請求項２】
水にセメント組成分を溶解させた飽和水溶液に水ガラスを混合したこと
を特徴とする請求項１記載のコンクリート改質剤。
【請求項３】
改質すべきコンクリート構造物に塗布又は注入されるコンクリート改質剤において、
水ガラス液にセメント組成分が混合されてなり、
上記セメント組成分中の水酸化カルシウムと上記水ガラスとが反応することにより生成させるケイ酸カルシウムを、上記コンクリート構造物に塗布又は注入されてから経時的にゲル化可能としたこと
を特徴とするコンクリート改質剤。
【請求項４】
上記水ガラスと上記セメント組成分との混合比率は、上記ケイ酸カルシウムがゲル化するまでの時間に応じて予め調整されていること
を特徴とする請求項１又は３項記載のコンクリート改質剤。
【請求項１】
改質すべきコンクリート構造物に塗布又は注入されるコンクリート改質剤において、
セメント組成分を含む溶液に水ガラスが混合されてなり、
上記セメント組成分中の水酸化カルシウムと上記水ガラスとが反応することにより生成させるケイ酸カルシウムを、上記コンクリート構造物に塗布又は注入されてから経時的にゲル化可能としたこと
を特徴とするコンクリート改質剤。
【請求項２】
水にセメント組成分を溶解させた飽和水溶液に水ガラスを混合したこと
を特徴とする請求項１記載のコンクリート改質剤。
【請求項３】
改質すべきコンクリート構造物に塗布又は注入されるコンクリート改質剤において、
水ガラス液にセメント組成分が混合されてなり、
上記セメント組成分中の水酸化カルシウムと上記水ガラスとが反応することにより生成させるケイ酸カルシウムを、上記コンクリート構造物に塗布又は注入されてから経時的にゲル化可能としたこと
を特徴とするコンクリート改質剤。
【請求項４】
上記水ガラスと上記セメント組成分との混合比率は、上記ケイ酸カルシウムがゲル化するまでの時間に応じて予め調整されていること
を特徴とする請求項１又は３項記載のコンクリート改質剤。
【公開番号】特開２０１１−１８４２１２（Ｐ２０１１−１８４２１２Ａ）
【公開日】平成２３年９月２２日（２０１１．９．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−４８０４１（Ｐ２０１０−４８０４１）
【出願日】平成２２年３月４日（２０１０．３．４）
【特許番号】特許第４５５５３９８号（Ｐ４５５５３９８）
【特許公報発行日】平成２２年９月２９日（２０１０．９．２９）
【出願人】（３９１０３２００４）有限会社シモダ技術研究所 (13)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年９月２２日（２０１１．９．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年３月４日（２０１０．３．４）
【特許番号】特許第４５５５３９８号（Ｐ４５５５３９８）
【特許公報発行日】平成２２年９月２９日（２０１０．９．２９）
【出願人】（３９１０３２００４）有限会社シモダ技術研究所 (13)
【Ｆターム（参考）】
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