JP2005336952A - コンクリート劣化部の断面修復工法およびそれに用いる無収縮ポリマーセメントモルタル - Google Patents

Abstract

【課題】 耐久性に優れ、コンクリートとの付着強度特性も優れるコンクリート構造物が構築できる、土木・建築分野で使用されるコンクリート劣化部の断面修復を行う工法を
を提供すること。
【解決手段】 コンクリート劣化部をはつり取る工程、はつり取った箇所にプライマーを被覆する工程、はつり取った箇所の周囲に型枠を設置する工程、及び設置した型枠内に無収縮ポリマーセメントモルタルを充填する工程からなるコンクリート構造物の断面修復工法、セメント、膨張材、再乳化型粉末樹脂、収縮低減剤、繊維物質、骨材、及び水を含有してなる該無収縮ポリマーセメントモルタル、セメントと膨張材の合計100部に対して、150〜300部の骨材を含有してなる該無収縮ポリマーセメントモルタルを構成とする。
【選択図】 なし

Description

本発明は、主に、土木・建築分野で使用されるコンクリート劣化部の断面修復工法およびそれに用いる無収縮ポリマーセメントモルタルに関する。

従来より、コンクリート構造物の柱、梁、床、及び壁等に対して、その断面の劣化部分のかぶり部を除去し、鉄筋を露出させ、その除去部分に、例えば、高靭性ＦＲＣ材料等の高靭性の繊維補強セメント複合材料を、吹き付けたり、塗り付けたりして断面修復する工法が提案されている（特許文献１参照）。
しかしながら、この工法で使用する材料は、高靭性ＦＲＣ材料であり、例えば、５cm程度以上の厚みで型枠に充填しなければならないものではない。

また、既存コンクリート構造物の耐震性を向上させる補修方法として、防水層と補強板との隙間に無収縮モルタルを流し込み、防水層、モルタル層、及び補強板を一体に結合させる方法が提案されている（特許文献２参照）。
しかしながら、この方法では、無収縮モルタルの効果について、耐震性、コンクリート塊の崩落、及び落下防止について記載されているが、材料の具体的構成物質などの記載はなく、長期間、屋外暴露された際の耐ひび割れ性を保証するものでもない。

さらに、コンクリート断面修復材料として、速硬セメント、繊維長さが３〜20mmの短繊維や再乳化形粉末樹脂を含有するプレミックス材が提案されている（特許文献３参照）。
しかしながら、このプレミックス材は、無収縮モルタルの効果、特に、コンクリート構造物との一体性評価や、屋外に長期間、暴露された際の耐ひび割れ性を保証するものでもない。

特開２００１−２８８８９９号公報 特開２００１−１３２００３号公報 特開平１１−２７８９０３号公報

本発明者は、鋭意検討を重ねた結果、鏝仕上げや吹付けで施工できない、厚みが厚く、型枠設置が必要な場合に、施工現場で水を加えるだけで、施工性、既存コンクリート構造物との一体性（付着性）、及び屋外暴露時の耐ひび割れ性（耐久性）に優れる工法やそれに用いる材料を見出し本発明を完成するに至った。
本発明はこの特定の工法やそれに用いる材料を提供することを目的とするものである。

本発明は、コンクリート劣化部をはつり取る工程、はつり取った箇所にプライマーを被覆する工程、はつり取った箇所の周囲に型枠を設置する工程、及び設置した型枠内に無収縮ポリマーセメントモルタルを充填する工程からなるコンクリート構造物の断面修復工法であり、無収縮ポリマーセメント組成物と水からなる該断面修復工法に用いる無収縮ポリマーセメントモルタルであり、無収縮ポリマーセメント組成物が、セメント、膨張材、再乳化型粉末樹脂、収縮低減剤、繊維物質、及び骨材を含有してなる該無収縮ポリマーセメントモルタルであり、繊維物質の長さが３〜30mmである該無収縮ポリマーセメントモルタルであり、無収縮ポリマーセメント組成物が、セメントと膨張材の合計100部に対して、150〜300部の骨材を含有してなる該無収縮ポリマーセメントモルタルであり、水の使用量が、セメントと膨張材の合計100部に対して、30〜50部である該無収縮ポリマーセメントモルタルである。

以下、本発明を詳しく説明する。
本発明で使用する部や％は特に規定のない限り質量基準である。

本発明の該断面修復工法（以下、本工法という）は、コンクリート劣化部をはつり取る工程、はつり取った箇所にプライマーを被覆する工程、はつり取った箇所の周囲に型枠を設置する工程、及び設置した型枠内に、例えば、セメント、膨張材、再乳化型粉末樹脂、収縮低減剤、繊維物質、及び骨材を含有する無収縮ポリマーセメントモルタルを充填することを特徴とする。

本工法のコンクリート劣化部をはつり取る工程における、劣化コンクリートのはつり取り方法は特に限定されるものではないが、通常、コンクリート構造物の劣化部分をショットブラストやウオータージエットなどによりはつり取る方法が行われている。
そのうち、コンクリート劣化部分のみを除去できること、無振動施工が可能で、ニ次損傷が発生せず、錆びた鉄筋もクリーニングできること、及び劣化コンクリート除去後の健全なコンクリート表面が不規則な凹凸面になっているため、打設した無収縮ポリマーセメントモルタルとの付着性を高められることなどの面から、ウオータージエットを用いることが好ましい。

本工法のはつり取った箇所にプライマーを被覆する工程で使用されるプライマーとしては、はつり取った跡のコンクリート表面と、その後充填する無収縮ポリマーセメントモルタルとの一体性、即ち、無収縮ポリマーセメントモルタルの付着性を高めることができるものであれば特に限定されるものではない。一般には、ＥＶＡ、アクリル樹脂やエポキシ樹脂を溶液状にしたものが使用される。
本工法で、プライマーを被覆する方法は、付着性を高めることができる方法であれば特に限定されるものではなく、例えば、スプレー、刷毛、及びパテなどを用いた方法で被覆することが可能である。
プライマーの被覆は特に限定されるものではないが、通常、0.1〜0.5mm程度であり、0.2〜0.4mmが好ましい。0.1mm未満では付着性能が低下する場合があり、0.5mmを超えるとコストアップになるとともに、さらなる付着強度の向上が期待できない場合がある。

本工法のはつり取った箇所の周囲に型枠を設置する工程における型枠の材質や設置方法は、無収縮ポリマーセメントモルタルが、充填できれば特に限定されるものではない。

本工法で設置した型枠内に無収縮ポリマーセメントモルタルを充填する工程で使用されるポリマーセメントモルタルは無収縮である。
無収縮とは、構造物施工管理要領（日本道路公団規格）では材齢７日で収縮を示さないことと規定されている。

本工法で使用する無収縮ポリマーセメントモルタルは、セメント、膨張材、再乳化型粉末樹脂、収縮低減剤、繊維物質、及び骨材を含有する無収縮ポリマーセメント組成物からなるものである。

本工法で使用するセメントとしては、普通、早強、超早強、低熱、及び中庸熱の各種ポルトランドセメントや、これらポルトランドセメントに、高炉スラグ、フライアッシュ、又はシリカを混合した各種混合セメント、石灰石微粉末等を混合したフィラーセメント、並びに、エコセメントが挙げられる。さらに、これらの各種混合セメントを微粉砕したものも使用可能である。

本工法では、セメントの自己収縮を抑制する目的で、膨張材を併用する。
本工法で使用する膨張材としては、一般的に使用されているカルシウムサルホアルミネート系（CaO-Al_２O_３-SO_３系）膨張材、又は生石灰系膨張材が使用可能である。
膨張材の粒度は特に限定されるものではないが、通常、ブレーン比表面積値（以下、ブレーン値という）で1,500〜7,000cm^２/gが好ましい。1,500cm^２/g未満では未反応物が長期間残存し、耐久性を低下させる場合があり、7,000cm^２/gを超えると水和反応速度が速くなり、所定の膨張性能が得られない場合がある。
膨張材の使用量は、セメント100部に対して、１〜20部が好ましく、２〜15部がより好ましい。１部未満では自己収縮を充分に抑制できない場合があり、20部を超えると過剰膨張し強度低下する場合がある。

本工法で使用する再乳化型粉末樹脂（以下、樹脂粉という）としては、ポリアクリル酸エステル、酢酸ビニル、エチレン−酢酸ビニル、酢酸ビニル−バーサチック酸ビニル、スチレン−アクリル酸エステル、及びアクリル酸エステル−酢酸ビニル−バーサチック酸ビニルなどを主成分とする粉末状の樹脂を使用することが可能であり、耐久性の面から、アクリル酸エステル−酢酸ビニル−バーサチック酸ビニルの粉末の使用が好ましい。
樹脂粉の嵩比重は400〜700g/l程度が、また、無収縮ポリマーセメント組成物を水と混合した後のｐＨは4.5〜10.5が、さらに、造膜温度（ＭＦＴ）は０〜12℃程度が好ましい。

従来のポリマーセメントモルタルの調製方法は、ポリマーを溶剤で稀釈したポリマーデイスパージョンとセメントモルタル組成物と水とを計量して練り混ぜる方法が一般的であったが、本発明において、樹脂粉は、ポリマーデイスパージョンに比べ水分含有量が極めて少なく、セメントに混合しておいても水を加えない限り硬化し難いことから、あらかじめ、セメントにプレミックスしておくことができ、施工現場でポリマーの計量・混合という煩雑な作業を省略でき、施工の作業性が向上する。
樹脂粉の使用量は、セメント100部に対して、３〜20部が好ましい。３部未満では耐久性や付着性が不充分な場合があり、20部を超えるとコストアップになるとともに、モルタル練上り直後、いわゆる、フレッシュ時の流動性が確保できない場合がある。

本工法で使用する収縮低減剤は、使用することで未反応の水分の逸散を防止し、セメント水和物の乾燥収縮を抑制するもので、具体的には、アルコール系、低級アルコールアルキレンオキシド誘導体系、グリコール系、グリコールエーテル・アミノアルコール誘導体系、及びポリエーテル系等の界面活性作用を有する有機系化合物を使用することが可能である。
収縮低減剤の使用量は、セメントと膨張材からなる結合材100部に対して、0.3〜７部が好ましい。0.3部未満では収縮低減効果が充分でない場合があり、７部を超えるとコストアップになるとともに、フレッシュ時の流動性が低下する場合がある。

本工法で使用する繊維物質としては、耐アルカリガラス繊維、炭素繊維、アラミド繊維、ビニロン繊維、ポリエチレン繊維、及びアクリル繊維等が挙げられ、収束繊維、無収束繊維、いずれも使用可能である。
繊維物質の繊維長は３〜30mmが好ましい。３mm未満ではひび割れ抑制効果が不充分な場合があり、30mmを超えると混練性や施工性が低下する場合がある。
繊維物質の使用量は、結合材100部に対して、0.2〜10部が好ましく、0.3〜５部がより好ましい。0.2部未満ではひび割れ抑制効果が不充分な場合があり、10部を超えると混練性や施工性が低下する場合がある。

本工法で使用する骨材としては、川砂、陸砂、海砂、砕砂、及び珪砂等の細骨材や、川砂利、砕石、及び人工骨材等の粗骨材が挙げられる。
さらに、所望の特性のセメント硬化体を得るためには、その粒度構成や配合量にも好適な範囲があり、骨材の粒度は４mm以下のものが好ましく、1.2mm未満のものが40〜75％で、1.2〜４mmのものが60〜25％である混合物がより好ましく、1.2mm未満のものが55〜70％で、1.2〜４mmのものが45〜30％である混合物が最も好ましい。最大粒度が４mmを超えると流動性や充填性が不足し、1.2〜４mmのものが25％未満では耐久性に劣る場合があり、60％を超えると必要な早期強度が得られない場合がある。
骨材の使用量は、結合材100部に対して、150〜300部が好ましく、150〜250部がより好ましい。100部未満ではひび割れが発生しやすくなる場合があり、300部を超えると充分な流動性を確保できなくなる場合がある。

本発明で使用する水の量は、結合材100部に対して、30〜50部が好ましく、35〜45部がより好ましい。30部未満では充分な流動性が得られない場合があり、50部を超えると充分な耐久性が得られない場合がある。

本工法では、グラウトモルタルとしての流動性を確保し、単位水量を減少させるために減水剤を使用することが好ましい。
減水剤は粉体、液体いずれの形態も使用可能であり、ポリオール誘導体、リグニンスルホン酸塩やその誘導体、及び高性能減水剤等が挙げられ、これらの一種又は二種以上が使用可能である。この中では流動性、減水効果の優れた高性能減水剤が好ましい。

高性能減水剤としては、ナフタレンスルホン酸塩、メラミンスルホン酸塩、及びアルキルアリールスルホン酸塩のホルマリン縮合物、並びに、ポリカルボン酸系高分子化合物等が挙げられる。これらの中で、流動性、凝結遅延効果、及び圧送性に優れたナフタレンスルホン酸塩のホルマリン縮合物、メラミンスルホン酸塩のホルマリン縮合物、及びポリカルボン酸系高分子化合物の一種又は二種以上を選択使用することがより好ましい。

減水剤の使用量は、結合材100部に対して、0.1〜５部が好ましく、0.3〜２部がより好ましい。0.1部未満では良好な流動性確保が不充分な場合があり、５部を超えると必要以上の凝結遅延を起こし、強度発現性を阻害する場合がある。

本工法では、さらに、樹脂粉混合時の連行空気量を減少し、セメント硬化体の圧縮・曲げ強度向上の面で消泡剤を使用することが好ましい。
消泡剤としては、ポリオキシアルキレン脂肪酸エステルなどの非イオン界面活性剤が使用可能である。
消泡剤の使用量は、結合材100部に対して、0.01〜0.05部が好ましい。0.01部未満では消泡効果が不充分な場合があり、0.05部を超えると材料分離が起こりやすくなる場合がある。

本工法では、無収縮ポリマーセメントモルタルに、必要に応じて、本発明の無収縮ポリマーセメントモルタルの目的を阻害しない範囲で、例えば、フライアッシュやシリカフュームなどのポゾラン物質、防錆剤、メチルセルロースなどの水中不分離混和剤、増粘剤、保水剤、防水剤、発泡剤、防凍剤、及び着色剤等の他の混和剤を併用することが可能である。
また、本発明の無収縮ポリマーセメントモルタルの目的を阻害しない範囲で各種の養生被覆剤を用いることも可能である。

本発明において、セメント、膨張材、樹脂粉、収縮低減剤、繊維物質、及び骨材等の混合方法は特に限定されるものではなく、その一部をあらかじめ混合しておくことも可能であり、全材料を一度に混合することも可能である。

無収縮ポリマーセメントモルタルの充填深さは、通常、５〜50cmが好ましく、５〜20cmがより好ましい。５cm未満では通常吹付け工法が採用され、50cmを超えると、硬化時のセメントの水和発熱に伴うひび割れが大きくなる場合がある。

充填した無収縮ポリマーセメントグラウトモルタルの養生方法は、特に限定されるものではないが、初期の１週程度は湿布等で覆い、水和に必要な水を逸散させないよう養生すると共に、振動を避けることが好ましい。
また、日光や風等が直接当たる場合、極端な温度変化がある場所では、囲いシートなどで保護し、冬期は断熱製の高い材料でモルタル周囲を覆うことが、また、気温が低い場合や断面が薄い場合は必要に応じ給熱養生を行うことが好ましい。

本工法により、耐久性に優れ、既設のコンクリートとの付着強度特性も優れるコンクリート構造物が構築される。
また、本工法で使用する無収縮ポリマーセメントモルタルは、優れた流動性を有し、無収縮性が確保され、長さ変化が小さいものである。
そのため、各種補修工事、なかでも橋梁周囲部の断面修復、港湾構造物コンクリート部位の補修の他、車道や歩道のアスファルトやコンクリートなどによる舗装部の補修部分に充填して補修する用途等に好適に使用できるなどの効果を奏する。

以下、実施例に基づいて本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例によって限定されるものではない。

表１に示すセメントと膨張材からなる結合材100部に対して、樹脂粉８部、収縮低減剤４部、長さ６mmの繊維物質0.5部、及び骨材180部を配合し、無収縮ポリマーセメントモルタル組成物を調製した。
調製した無収縮ポリマーセメントモルタル組成物中の結合材100部に対して、水40部を加えて無収縮ポリマーセメントモルタルを作製した。
作製した無収縮ポリマーセメントモルタルの静置フロー値、圧縮強度、膨張量、長さ変化率、付着強度、及び耐久性を評価した。結果を表１に併記する。

＜使用材料＞
セメントα：電気化学工業（株）製、普通ポルトランドセメント
セメントβ：電気化学工業（株）製、早強ポルトランドセメント
膨張材 ：カルシウムサルフォアルミネート系、ブレーン値6,000cm²/g
樹脂粉 ：アクリル酸エステル−酢酸ビニル−バーサチック酸ビニル粉末樹脂、クライアントポリマー社製「モビリスパウダーＤＭ２０７２Ｐ」
収縮低減剤：低級アルコールアルキンレンオキシド化合物
繊維物質 ：市販品、収束繊維
骨材 ：新潟県姫川産天然砂、粒度1.2mm未満、比重2.62と新潟県姫川産天然砂、粒度1.2〜４mm、比重2.65を重量比60：40で混合したもの
消泡剤 ：市販品、旭電化社商品名「アデカネートＢ−１１５Ｆ」
減水剤 ：市販品、主成分メラミンスルホン酸塩、粉末状
プライマー：電気化学工業（株）製、アクリル系プライマー

＜測定・評価方法＞
静置フロー値：JIS R 5201−1997の15回の落下運動を与えない場合に準じ、フレッシュ時の性状を20℃で評価、本発明での判定基準は200mm以上
圧縮強度 ：JIS R 5201−1997に準じ、水中養生28日材齢で評価、本発明での判定基準は30N/mm^２以上
膨張量 ：材齢７日後の膨張量をJHS 312−1999に準じて評価、本発明での判定基準は０〜0.8％
長さ変化率：JIS A 1171 「ポリマーセメントモルタルの試験方法」に準じて試験体を作成し、JIS A 1129 「モルタル及びコンクリートの長さ変化試験方法」に準じ、20℃、60％で28日材齢の長さ変化を測定、本発明での判定基準は長さ変化率0.05％以下
付着強度 ：JHS 416 「モルタル断面修復材・コンクリートとの付着性」に準じ、コンクリート板表面に、厚さ１cm充填施工し、20℃、85％で28日材齢の付着強度を建研式引張試験機で測定、本発明での判定基準は1.5N/mm^２以上
耐久性 ：橋脚側面の、幅５ｍ×高さ５ｍ×厚み0.1ｍのコンクリート劣化部を、ウオータージエット法ではつり取り、鉄筋を露出させ、プライマーを被覆し、その周囲に型枠を設置後、無収縮ポリマーセメントモルタルを流し込み完全に充填した。型枠を打設日から４日後に脱型し、その後の屋外でのひび割れ発生開始までの日数、ひび割れの程度を評価し、本発明では、ひび割れ発生までの日数が60日を超え、その程度が幅0.2mm未満の極微小のものを○、日数が60日未満で、その程度が幅0.2〜0.5mmの中のものを△、日数が60日未満で、その程度が幅0.5mm超の大のものを×とした。

セメントα100部と膨張材５部からなる結合材100部に対して、表２に示す樹脂粉、収縮低減剤４部、長さ６mmの繊維物質0.5部、骨材180部、及び減水剤0.3部を配合して、無収縮ポリマーセメントモルタル組成物を調製したこと以外は実施例１と同様にして評価した。結果を表２に併記する。

セメントα100部と張材５部からなる結合材100部に対して、樹脂粉８部、表３に示す収縮低減剤、長さ６mmの繊維物質0.5部、骨材180部、及び減水剤0.3部を配合して、無収縮ポリマーセメントモルタル組成物を調製したこと以外は実施例１と同様にして評価した。結果を表３に併記する。

セメントα100部と膨張材５部からなる結合材100部に対して、樹脂粉８部、収縮低減剤４部、長さ６mmの表４に示す繊維物質、骨材180部、及び減水剤0.3部を配合して、無収縮ポリマーセメントモルタル組成物を調製したこと以外は実施例１と同様にして評価した。結果を表４に併記する。

セメントα100部と膨張材５部からなる結合材100部に対して、樹脂粉８部、収縮低減剤４部、表５に示す長さの繊維物質0.5部、骨材180部、及び減水剤0.3部を配合して、無収縮ポリマーセメントモルタル組成物を調製したこと以外は実施例１と同様にして評価した。結果を表５に併記する。

セメントα100部と膨張材５部からなる結合材100部に対して、樹脂粉８部、収縮低減剤４部、長さの６mmの繊維物質0.5部、表６に示す骨材、及び減水剤0.3部を配合して、無収縮ポリマーセメントモルタル組成物を調製したこと以外は実施例１と同様にして評価した。結果を表６に併記する。

セメントα100部と膨張材５部からなる結合材100部に対して、樹脂粉８部、収縮低減剤４部、長さ６mmの繊維物質0.5部、骨材180部、減水剤0.3部、及び消泡剤0.02部を配合し、無収縮ポリマーセメントモルタル組成物を調製した。
調製した無収縮ポリマーセメントモルタル組成物中の結合材100部に対して、表７に示す水を加えて無収縮ポリマーセメントモルタルを作製したこと以外は実施例１と同様にして評価した。結果を表７に併記する。

Claims (6)

1. コンクリート劣化部をはつり取る工程、はつり取った箇所にプライマーを被覆する工程、はつり取った箇所の周囲に型枠を設置する工程、及び設置した型枠内に無収縮ポリマーセメントモルタルを充填する工程からなることを特徴とするコンクリート構造物の断面修復工法。
2. 無収縮ポリマーセメント組成物と水からなることを特徴とする請求項１に記載の断面修復工法に用いる無収縮ポリマーセメントモルタル。
3. 無収縮ポリマーセメント組成物が、セメント、膨張材、再乳化型粉末樹脂、収縮低減剤、繊維物質、及び骨材を含有してなることを特徴とする請求項２に記載の無収縮ポリマーセメントモルタル。
4. 繊維物質の長さが３〜30mmであることを特徴とする請求項３に記載の無収縮ポリマーセメントモルタル。
5. 無収縮ポリマーセメント組成物が、セメントと膨張材の合計100部に対して、150〜300部の骨材を含有してなることを特徴とする請求項３又は請求項４に記載の無収縮ポリマーセメントモルタル。
6. 水の使用量が、セメントと膨張材の合計100部に対して、30〜50部であることを特徴とする請求項２〜請求項５のうちのいずれか１項に記載の無収縮ポリマーセメントモルタル。