JP2015110715A

JP2015110715A - コンクリート用コーティング剤

Info

Publication number: JP2015110715A
Application number: JP2013253702A
Authority: JP
Inventors: 勇畠; Isamu Hatake
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2013-11-11
Filing date: 2013-12-07
Publication date: 2015-06-18

Abstract

【課題】コンクリート構造物の表面に撥水性、耐汚染性及び耐久性を与えるコンクリート用コーティング剤を提供する。【解決手段】本発明のコンクリート用コーティング剤は、ベースとなる液状シリコーンゴムに、ビヒクルとしての水分散型コロイダルシリカと、光触媒機能を持つ二酸化チタンを添加して概略構成される。このコーティング剤をコンクリート表面に塗布して形成される皮膜は、シリカの微粒子がコンクリート表面の細部間隙に浸透し、強い吸着力で重合するため、ひび割れが生じ難いという特性を有する。また、重合したシリカをシリコーンゴムが包摂するため、皮膜に高い撥水性を持たせることができ、皮膜の撥水性による防汚性の向上や、二酸化チタンの光触媒機能に基づく自浄作用による防汚性の向上も図ることができる。また、皮膜の撥水性により、酸性物質のコンクリート内部への侵入及びコンクリートの破壊を防止し、耐久性を向上できる。そして、耐候性等向上に伴う耐用年数の延長により、今後発生するインフラ再生を目的とした社会資本投入の削減が期待される。【選択図】なし

Description

本発明は、コンクリート構造物の表面に撥水性、耐汚染性及び耐久性を与えるコンクリート用コーティング剤に関する。

コンクリート構造物は標準耐用年数が５０年程度と長期に亘り、近年になって戦後の復興期頃に建造された構造物の老朽化対策が検討されている。
公共施設、道路、橋梁、上下水道、空港等のコンクリート構造物からなるインフラは社会を成り立たせるために必要であるとともに、誰でも利用できるという意味で「社会資本」と呼ばれている。老朽化に伴う社会資本の更新投資額は総額３３０兆円にものぼり、今後５０年間にわたり年間８．１兆円が必要になるとの試算がある。（参考資料「朽ちるインフラ」根本祐二著、日本経済新聞出版社2011年5月24日第1版発行）
コンクリート構造物の主材であるセメントはアルカリ性であり、空気中の二酸化炭素、酸性雨、酸性霧、酸性排気ガス等の酸性物質と反応して中性化する。これがコンクリート表面の粉末化やひび割れ等の原因になり、ひび割れ箇所から内部に酸性物質が侵入していくと、セメントの主要成分であるCa(OH)₂がCaCO₃に化学変化することで徐々に分解されていき、最終的にはコンクリート構造物自体の破壊に繋がる。また、Ca(OH)₂を含む溶液が大気中に流れ出る際に生じる石灰質のつらら、いわゆる「コンクリートつらら」の問題も生じる。（参考資料「酸性雨と酸性霧」村野健太郎著、（株）裳華房1993年4月20日第1版発行）
更に、コンクリートの吸水性の高さと相俟って、コンクリート内部の鉄筋に付着した水の凍結膨張や鉄筋のサビ・腐食を招き、最終的にはコンクリート内部の破壊及び構造物自体の破壊に繋がる。

また、近年、大気中の黄砂・風成塵由来の生菌類に起因するコンクリート表面の腐食や、黄砂・風成塵を含んだ雨垂れによる筋状の汚染、いわゆる雨垂れ汚染も報告されている。
以上のような問題を解消するべく、コンクリート表面に撥水性を付与することで酸性物質等による悪影響を低減し得るコンクリート用コーティング剤が種々開発されている（特許文献１参照）。

特開平９−１２３８０号公報

しかし、特許文献１に開示された技術はフッ素によって撥水性を付与するものであり、フッ素を含有するコーティング剤は皮膜が比較的柔らかい（耐摩耗性が低い）ため、大気中の砂、土砂、ちり等の硬質の粉塵によって傷が付きやすく、この傷に汚れが入り込むことで汚れが落ちにくくなるという問題や、傷が付いた箇所から上記酸性物質や生菌類による悪影響が広がってしまうという問題がある。

本発明は、このような問題を考慮して、コンクリート構造物の表面に撥水性、耐汚染性及び耐久性を与えるコンクリート用コーティング剤を提供することを目的とする。

本発明のコンクリート用コーティング剤は、液状シリコーンゴム、水分散型コロイダルシリカ、二酸化チタン及び増粘剤を含有することを特徴とする。
また、前記液状シリコーンゴムが５〜２５重量％、前記水分散型コロイダルシリカが１０〜３０重量％、前記チタンが５〜１５重量％、前記増粘剤が５〜１５重量％を含有し、残りが水分であることを特徴とする。

本発明のコンクリート用コーティング剤は、ベースとなる液状シリコーンゴムに、ビヒクルとしての水分散型コロイダルシリカと、光触媒機能を持つ二酸化チタンを添加して概略構成される。
このコーティング剤をコンクリート表面に塗布して形成される皮膜は、シリカの微粒子がコンクリート表面の細部間隙に浸透し、強い吸着力で重合するため、ひび割れが生じ難いという特性を有する。
また、重合したシリカをシリコーンゴムが包摂するため、皮膜に高い撥水性を持たせることができ、皮膜の撥水性による防汚性の向上や、二酸化チタンの光触媒機能に基づく自浄作用による防汚性の向上も図ることができる。
また、皮膜の撥水性により、酸性物質のコンクリート内部への侵入及びコンクリートの破壊を防止できる。つまり、コンクリート表面の耐久性を向上することができる。
このような撥水性、耐汚染性及び耐久性は、コンクリート製建築物以外にも例えばコンクリート舗装道路やコンクリート製橋梁の表面にも付与することができる。
また、液状シリコーンゴムが５〜２５重量％、水分散型コロイダルシリカが１０〜３０重量％、二酸化チタンが５〜１５重量％、増粘剤が５〜１５重量％を含有し、残りを水分とする構成比が、本発明のコンクリート用コーティング剤の施工性等の観点から最も好ましい。
なお、本発明のコンクリート用コーティング剤によるコンクリート表面への皮膜の形成は、刷毛やローラを使った塗布や、スプレーガンによる吹き付け等の周知の手段を用いることができる。

本発明のコンクリート用コーティング剤を塗布したコンクリート柱（右）と一般的な酸性の耐候性塗料を塗布したもの（左）とを比較した図

以下、本発明の実施の形態について説明する。
本発明のコンクリート用コーティング剤（以下、単に「コーティング剤」という）は液状シリコーンゴム、水分散型コロイダルシリカ、二酸化チタン及び増粘剤を少なくとも含有して構成されている。

シリコーンゴムは皮膜に撥水性及び耐久性を持たせるために含有されるものであり、シリコーン樹脂（シリコーンを主成分とする合成樹脂）のうち、ゴム状のものを指す。シリコーンとはシロキサン結合による主骨格を持つ人工高分子化合物の総称であり、シロキサンはケイ素と酸素を骨格とする加工物でありSi−O−Si結合（シロキサン結合）を持つものの総称である。シリコーンゴムの皮膜を表面に形成した木材の耐候性試験（紫外線照射試験）において、東京での５０年相当の実曝量にもかかわらず高い撥水性及び耐久性を保持し続けることが立証されている。
液状シリコーンゴムはシリコーン樹脂のうち、硬化反応前はペースト状や流動体すなわち液状であり、硬化後にゴム状になるものを指す。
液状シリコーンゴムには、室温加硫型（RTV）シリコーンゴム、低温加硫型（LTV）シリコーンゴム、液状射出成形（LIM）用シリコーンゴムが含まれる。一方、硬化前に半固型塑性体であり、硬化させるために特別な装置を必要とするミラブル型シリコーンゴムは液状シリコーンゴムに含まない。

液状シリコーンゴムはその硬化反応機構により、紫外線硬化型、付加反応型及び縮合反応型に分類される。
紫外線硬化型は紫外線の照射によりラジカル反応させるものであり、付加反応型はビニル基、アリル基などの不飽和結合を有するポリシロキサンとSi−H結合をもつポリシロキサンとを白金触媒の下で反応させるものであり、縮合反応型はSi-OH結合を有するシラノールとアルコキシシラン、アセトキシシラン、オキシムシランなどの加水分解性基含有ケイ素化合物を水とスズ化合物などの触媒の下で反応させるものである。
本発明で用いる液状シリコーンゴムとしては、コーティング作業時の施工性を考慮して紫外線硬化型を用いるのが好ましいが、付加反応型又は縮合反応型を用いてもよい。
液状シリコーンゴムとして例えば信越化学工業（株）製ＷＯＯＤ−ＡＩＤ（商品名）、東レダウ社製シラスコンＲＴＶ−４０８６（商品名）等を用いることができる。
液状シリコーンゴムは５〜２５重量％の範囲内で含有することが好ましいが、特にこの範囲に限定されるものではない。

水分散型コロイダルシリカは皮膜に耐久性を持たせるために含有されるものであり、シリカ微粒子が水中にコロイド状に分散したものを指す。
本発明で用いる水分散型コロイダルシリカとしては例えば日産化学工業（株）製スノーテックス（商品名）シリーズ、（株）ＡＤＥＫＡ製アデライト（商品名）シリーズ、触媒化成工業（株）製カタロイド（商品名）シリーズ、日本化学工業（株）製シリカドール（商品名）シリーズ、クラリアントジャパン（株）製クレボゾール（商品名）シリーズ、デュポン社製ルドックス（商品名）シリーズ等が挙げられるがこれらに限定されるものではなく、また、これらのうち２種以上を併用してもよい。
シリカは含有量が適量の場合には皮膜の硬度を高くし、平滑性及び耐ひび割れ性を持たせることができるが、一方、含有量が多すぎる場合には皮膜が硬くなりすぎてひび割れ発生の原因となる可能性がある。したがって、本発明では水分散型コロイダルシリカ全体のうちシリカを２０〜３０重量％とし、この水分散型コロイダルシリカをコーティング剤全体のうち１０〜３０重量％の範囲内で含有することが好ましいが、特にこの範囲に限定されるものではない。
シリカの粒子径は１０〜２０μｍの範囲内にするのが好ましく、これによりコンクリート表面の微細な間隙にシリカが浸透し、強い接着力で重合するため皮膜表面のひび割れを防止でき、コンクリート表面の耐久性を向上することができる。

二酸化チタンはその光触媒機能を利用してコーティング剤に耐汚染性を持たせるために含有される。
二酸化チタンを含有する皮膜に紫外線が照射されると、二酸化チタンがその光触媒作用で空気中の水分または皮膜表面に付着した水分を水酸化ラジカル化し、この水酸化ラジカルが皮膜に付着した大気中の黄砂・風成塵由来の生菌類等の汚れを分解除去するという自浄作用（耐汚染性）を得られる。また、この皮膜には光触媒機能による帯電防止効果もあるため、この機能によっても耐汚染性を持たせることができる。
二酸化チタンは５〜１５重量％の範囲内で含有させることが好ましいが、特にこの範囲に限定されるものではない。

増粘剤は主に二酸化チタンがコーティング剤中で沈降や固化することを防止するために含有される。
増粘剤としては例えば、アラビアゴム、カラギーナン、デキストリン、ゼラチン、アルギン酸ナトリウム、メチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース、ＰＶＡ、ポリアクリル酸ナトリウム、グアーガム、タマリンドガム、キサンタンガム、ケイ酸アルミニウムマグネシウム、ベントナイト、ラポナイト等が挙げられるが、特にこれらに限定されるものではない。
増粘剤は５〜１５重量％含有させるのが好ましいが、特にこの範囲に限定されるものではない。
また、上記各成分以外に水分を適宜加えてコーティング剤の粘度を調節すればよい。
本発明のコーティング剤はシリコーンゴムが持つ撥水性・耐久性、水分散型コロイダルシリカが持つ耐久性、二酸化チタンが持つ光触媒機能による耐汚染性を兼ね備えており、これによりコンクリート構造物のメンテナンスフリー化が実現され、ひいては社会資本であるインフラの更新投資額を大幅に削減することができる。

本発明のコンクリート用コーティング剤の実施例について説明する。
図１は円柱状のコンクリート塊の表面にコンクリート用コーティング剤を塗布したもの（図中右側）と、比較例として一般的な酸性の耐候性塗料を塗布したもの（図中左側）を５カ月間戸外で風雨に曝した後の状態を示している。
本発明のコーティング剤を塗布した方の表面は、二酸化チタンの光触媒機能が発揮された結果、実験開始時の乳白色から変化していないが、一般的な耐候性塗料を塗布した方の表面は変色してしまっていることが分かる。
本実施例におけるコーティング剤の成分比は以下の通りである。

なお、水として磁化水（磁気処理水）を使用している。通常の水分子は水素イオン側が正電荷（＋）、酸素イオン側が負電荷（−）の分布をとり棒磁石と同様にふるまっており、ひとつの水分子中の水素原子と他の水分子中の酸素原子とが水素結合で結ばれたクラスターを形成している。通常の水は隙間が多い籠状の構造になっており、これが物質の溶かし易さに繋がり、種々の劣化の原因になっていると考えられている。
磁化水は水分子のクラスターを小さくすることで浸透性が高いと言われているため、磁化水を使用することで本発明のコーティング剤の浸透性も通常の水道水を使用する場合と比較して高く、これがコンクリート表面の劣化防止に寄与する可能性がある。当然のことながら、磁化水ではなく水道水等、容易に入手できる水をコーティング剤に使用してもよい。

本発明のコンクリート用コーティング剤の他の実施例について説明する。
本実施例におけるコーティング剤の成分比は以下の通りである。

実施例１との対比で最も大きく異なるのは水分散型コロイダルシリカとして実施例１ではpH8.5〜9.0の弱アルカリ性のスノーテックスＣを２０％用いていたが、本実施例ではpH9.5〜10.5のよりアルカリ性が強いスノーテックス３０を２５％用いる点である。
このようにアルカリ性を強めることで酸性雨等に起因するコンクリートの中性化を更に抑制し、耐酸性雨対策としてより好適なコンクリート用コーティング剤を得ることができる。

本発明は、コンクリート構造物の表面に撥水性、耐汚染性及び耐久性を与えることができるコンクリート用コーティング剤に関するものであり、産業上の利用可能性を有する。

Claims

液状シリコーンゴム、水分散型コロイダルシリカ、二酸化チタン及び増粘剤を含有することを特徴とするコンクリート用コーティング剤。
前記液状シリコーンゴムが５〜２５重量％、前記水分散型コロイダルシリカが１０〜３０重量％、前記二酸化チタンが５〜１５重量％、前記増粘剤が５〜１５重量％を含有し、残りが水分であることを特徴とする請求項１に記載のコンクリート用コーティング剤。