JP2019099426A - コンクリート用含浸剤 - Google Patents

Abstract

【課題】シラン系化合物とアルカリ金属のケイ酸塩とを含み、コンクリートの補修および劣化の防止を一液で実現可能なコンクリート補修剤の提供を提供する。【解決手段】コンクリート用補修剤は、ケイ酸リチウム系化合物と、アミノシラン系化合物と、カリウムメチルシリコネートと、溶媒と、を含む。【選択図】なし

Description

本発明は、コンクリート用含浸剤に関する。

コンクリートは、耐久性が高いことから、各種構造物に使用されている。しかしながら、一般的なコンクリートは時間経過とともに劣化し、クラックや欠損等が生じる。コンクリートの主な要因としては、コンクリートの中性化や、アルカリ骨材反応、塩害等が挙げられる。

劣化したコンクリートを補修するためには、中性化したコンクリートを再びアルカリ性化することや、コンクリート外部から内部への水や塩化物イオン等の侵入を抑制することが効果的である。このようなコンクリート補修剤として、例えば、ケイ酸ナトリウムやケイ酸カリウムと、アルカリ電解水と、を含む溶液が提案されている（例えば、特許文献１）。当該溶液は、カルシウムイオンを含むアルカリ性電解水をコンクリート構造物に塗布した後に、塗布して用いられる。当該溶液を塗布すると、コンクリート表面が緻密化し、さらには中性化したコンクリートがアルカリ性化される。

一方、コンクリートの補修剤として、アルキルシラン等のシラン化合物を含む溶液も提案されている（例えば、特許文献２）。当該溶液を塗布すると、コンクリート表面が撥水性となり、外部から水分等が侵入し難くなる。

特開２０１６−１９６４０９号公報 特開２０１７−１６５８１７号公報

ここで、コンクリートの補修や劣化防止のためには、コンクリート表面の撥水化、および表面の緻密化の両方を行うことが非常に有効である。そこで上記２つの溶液を混合して使用することが考えられる。しかしながら、アルカリ金属のケイ酸塩は親水性の化合物であり、シラン系化合物は疎水性の化合物である。そのため、これらを混合すると分離したり、固化したりしてしまい、一液とすることは困難であった。そのため、コンクリート表面の撥水化および緻密化を実現するためには、これらを別々に塗布することが一般的であり、作業が煩雑であったり、時間がかかる等の課題があった。

本発明は、このような課題に鑑みてなされたものである。すなわち、本発明は、シラン系化合物とアルカリ金属のケイ酸塩とを含み、コンクリートの補修および劣化の防止を一液で実現可能なコンクリート補修剤の提供を目的とする。

本発明は、以下のコンクリート用含浸剤を提供する。
［１］ケイ酸リチウム系化合物と、アミノシラン系化合物と、カリウムメチルシリコネートと、溶媒と、を含む、コンクリート用含浸剤。

［２］前記アミノシラン系化合物を、２種以上含む、［１］に記載のコンクリート用含浸剤。
［３］前記溶媒が、水である、［１］または［２］に記載のコンクリート用含浸剤。
［４］前記アミノシラン系化合物を、０．１質量％以上含む、［１］〜［３］のいずれかに記載のコンクリート用含浸剤

本発明のコンクリート用含浸剤は、シラン系化合物とアルカリ金属のケイ酸塩とを含むにも関わらず安定性が高く、コンクリートの補修および劣化の防止を一液のみの塗布で実現可能である。つまり、中性化したコンクリートのアルカリ性化や、表面硬度の向上、さらには表面の撥水化を同時に行うことができる。また、本発明のコンクリート用含浸剤によれば、劣化したコンクリートの補修だけでなく、新規なコンクリートの劣化を抑制することも可能である。

図１Ａおよび図１Ｂは、実施例のコンクリート用含浸剤を浸漬させたコンクリートに水を滴下し、撥水性を評価したときの結果を示す写真である。

本発明のコンクリート用含浸剤には、ケイ酸リチウム系化合物と、アミノシラン系化合物と、カリウムメチルシリコネートと、溶媒と、が含まれる。前述のように、従来、親水性のケイ酸リチウム系化合物と、疎水性のシラン系化合物とを同一の溶媒に溶解もしくは分散させることは困難であり、これらを混合すると、直ちに分離したり、一部の成分が固化して沈殿することが一般的であった。したがって、親水性のケイ酸リチウム系化合物によるコンクリート表面の緻密化やアルカリ性化と、シラン化合物による撥水化との両方の効果を得ようとする場合には、コンクリートに、これらを別々に塗布する必要があった。

これに対し、本発明者の鋭意検討により、ケイ酸リチウム系化合物と、アミノシラン系化合物と、カリウムメチルシリコネートとを組み合わせると、コンクリート用含浸剤の安定性が格段に高まり、非常に安定なコンクリート用含浸剤とすることができることが見出された。当該コンクリート用含浸剤によれば、ケイ酸リチウム系化合物によるコンクリート表面の緻密化やアルカリ性化と、シラン化合物による撥水化の両方の性能を発揮することができる。また、当該コンクリート用含浸剤は、コンクリートの物性（例えば曲げ強さや圧縮強さ等）に影響を及ぼすこともない。したがって、既設のコンクリート構造物の補修や、新設コンクリート構造物の劣化防止を一液で行うことが可能であり、作業時間の短縮やコスト低減も可能である。

またさらに、ケイ酸リチウム系化合物、アミノシラン系化合物、およびカリウムメチルシリコネートを組み合わせることで、ケイ酸リチウム系化合物と、シラン系化合物とを別々に塗布する場合より、コンクリートに浸透しやすくなり、より内部まで疎水化したり、アルカリ性化することが可能となる。つまり、ケイ酸リチウムおよびシラン系化合物を分けて塗布した場合より、処理後のコンクリートの透水性が格段に低くなり、さらには内部までアルカリ性を回復させること等が可能となる、という効果も得られる。

ここで、本発明のコンクリート用含浸剤に含まれるケイ酸リチウム系化合物は、組成式Ｌｉ_２Ｏ・ｎＳｉＯ_２で表される化合物である。なお、上記組成式Ｌｉ_２Ｏ・ｘＳｉＯ_２は、コンクリート用含浸剤中での元素の状態を示すものではなく、元素の比を簡易的に表すものである。また、当該組成式におけるｎは、酸化リチウム（Ｌｉ_２Ｏ）に対する酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）のモル比（ＳｉＯ_２／Ｌｉ_２Ｏ）を表す値であり、例えば３〜８とすることができる。コンクリート用含浸剤にケイ酸リチウム系化合物が含まれると、コンクリートの空隙が充填されたり、コンクリート表面が緻密化される。さらに、中性化したコンクリートにコンクリート用含浸剤を塗布した場合には、ケイ酸リチウム系化合物によって中性化したコンクリートをアルカリ性化することが可能である。

ケイ酸リチウム系化合物は、コンクリート用含浸剤中に、３〜１５質量％含まれることが好ましく、５〜１３質量％含まれることがより好ましい。ケイ酸リチウム系化合物が上記範囲含まれることで、コンクリート表面を効率よく緻密化したり、アルカリ性化したりすること等が可能となる。

一方、アミノシラン系化合物は、分子中にケイ素およびアミノ基を有する化合物であれば特に制限されず、公知のアミノシラン系化合物を用いることができる。コンクリート用含浸剤にアミノシラン系化合物が含まれると、コンクリート表面を撥水化させることが可能となる。

アミノシラン系化合物の例には、Ｎ−２−（アミノエチル）−３−アミノプロピルメチルジメトキシシラン、Ｎ−２−（アミノエチル）−３−アミノプロピルトリメトキシシラン、３−アミノプロピルトリメトキシシラン、１−アミノプロピルトリメトキシシラン、２−アミノプロピルトリメトキシシラン、１，２−ジアミノプロピルトリメトキシシラン、３−アミノ‐１‐プロぺニルトリメトキシシラン、３−アミノ−１−プロピニルトリメトキシシラン、３−アミノプロピルトリエトキシシラン、３−トリエトキシシリル−Ｎ−（１，３−ジメチル−ブチリデン）プロピルアミン、Ｎ−フェニル−３−アミノプロピルトリメトキシシラン、Ｎ−（ビニルベンジル）−２−アミノエチル−３−アミノプロピルトリメトキシシラン、３−アミノプロピルトリエトキシシラン、３−アミノプロピルトリメトキシシラン、３−（Ｎ−フェニル）アミノプロピルトリメトキシシラン等が含まれる。

コンクリート用含浸剤中に、アミノシラン系化合物は、１種のみ含まれていてもよいが、２種以上含まれることが、コンクリート用含浸剤のコンクリートに対する浸透性や、塗布後の乾燥性を高める等の観点から好ましい。上記の中でも、Ｎ−２−（アミノエチル）−３−アミノプロピルメチルジメトキシシラン、Ｎ−２−（アミノエチル）−３−アミノプロピルトリメトキシシランがより好ましい。

アミノシラン系化合物は、コンクリート用含浸剤の塗布後に十分な撥水性を発揮させるとの観点から、コンクリート用含浸剤中に、０．１質量％以上含まれることが好ましく、０．３〜１３質量％含まれることがより好ましく、０．５〜１０質量％含まれることがさらに好ましい。アミノシラン系化合物が多くなると、コンクリート用含浸剤を塗布した部分に光沢が生じやすくなる。

また、カリウムメチルシリコネートは、一般に「メチルケイ酸カリウム」とも称される化合物であり、当該カリウムメチルシリコネートが含まれると、コンクリート用含浸剤の安定性が格段に高まる。

カリウムメチルシリコネートは、コンクリート用含浸剤中に、０．５〜９質量％含まれることが好ましく、１〜７質量％含まれることがさらに好ましい。

溶媒は、上記ケイ酸リチウム系化合物、アミノシラン系化合物、およびカリウムメチルシリコネートを溶解もしくは分散させることが可能なものであれば特に制限されないが、水または水と混和する水系溶媒であることが好ましい。水と水系溶媒とを組み合わせてもよいが、水であることが好ましく、純水であることがより好ましい。

溶媒の量は、ケイ酸リチウム系化合物、アミノシラン系化合物、およびカリウムメチルシリコネート等の濃度等に応じて適宜選択される。

なお、本発明の目的および効果を損なわない範囲で、コンクリート用含浸剤は、ケイ酸リチウム系化合物、アミノシラン系化合物、カリウムメチルシリコネート、および溶媒以外の成分を含んでいてもよい。

また、上記コンクリート用含浸剤の調製方法は特に制限されず、ケイ酸リチウム系化合物、アミノシラン系化合物、カリウムメチルシリコネート、および溶媒を公知の方法で混合することで調製することができる。混合方法や混合順序は、特に制限されない。また、調製は、公知の分散装置や攪拌装置等で行うことができる。

上記コンクリート用含浸剤の使用方法について、以下説明する。本発明のコンクリート用含浸剤の使用対象は、既設のコンクリートであってもよく、新設のコンクリートであってもよい。また、コンクリートの種類も特に制限されず、普通コンクリート、高強度コンクリート、低発熱コンクリート、水中不分離コンクリート、水中コンクリート、工場製品コンクリート、海洋コンクリート、吹付けコンクリート、繊維補強コンクリート、プレパックドコンクリート、高流動コンクリート、軽量（骨材）コンクリート、鋼コンクリート合成構造、プレストレストコンクリート、再生骨材コンクリート等のいずれであってもよい。また、コンクリートにフライアッシュ、高炉スラグ微粉末、シリカフューム等の混和材が混合されていてもよい。なお、コンクリートに塗装を行い、着色する場合、塗装前にコンクリート用含浸剤を塗布することが効果的である。

上記コンクリート用含浸剤の塗布方法は特に制限されず、例えば、ローラ、刷毛、噴霧器等により塗布することができる。また、コンクリート用含浸剤の塗布後、表面が完全に乾燥するまで、水分が供給されないように、乾燥養生させる。コンクリート用含浸剤の塗布量は特に制限されず、コンクリートの状態に合わせて適宜選択されるが、例えば７ｍ^２／ｋｇ以上とすることができる。本発明のコンクリート用含浸剤によれば、１回の塗布で十分な効果を得ることができるが、必要に応じて２回以上塗布してもよい。

上述のように、本発明のコンクリート用含浸剤によれば、コンクリート表面を十分に緻密化できることから、ハロゲン化物のイオンや、硫化物イオン、硫酸イオン等の侵入を抑制できる。したがって、当該コンクリート用含浸剤によれば、塩害や硫酸塩の浸食を受ける海洋性気候の地域に敷設された各種コンクリート構造物の耐久性を高めることが可能である。また、当該コンクリート用含浸剤によれば、防汚性も付与することができ、コンクリート表面に汚れが付着したとしても、落ちやすくすることができる。したがって例えば駐車場、物流施設、各種工場、荷捌き場等、交通量が激しいコンクリート構造物等に用いることも可能である。さらに、撥水性が高いことから、橋脚、ダム、各種水路等にも用いることも可能である。

以下、本発明について実施例を参照して詳細に説明するが、本発明は、これらの実施例により限定されない。

１．材料の準備
以下に示す各材料を準備した。
・ケイ酸リチウム系化合物：日本化学工業社製 ケイ酸リチウム溶液 ７５
・アミノシラン系化合物１：信越化学工業社製 アミノシランカップリング剤 ＫＢＭ６０２
・アミノシラン系化合物２：信越化学工業社製 アミノシランカップリング剤 ＫＢＭ６０３
・カリウムメチルシリコネート：旭化成ワッカー社製 カリウムメチルシリコネート水溶液
・純水

２．コンクリート用含浸剤の調製
ケイ酸リチウム系化合物と、アミノシラン系化合物と、カリウムメチルシリコネートと、を表１に示す割合となるように混合し、コンクリート用含浸剤を得た。下記表における、ケイ酸リチウム系化合物およびカリウムメチルシリコネートの量は有効成分量である。また、表１には、各コンクリート用含浸剤の性状も併せて記載する。

上記コンクリート用含浸剤は、１年以上分離や変質がなく、上記性状を維持していた。

３．コンクリートへの塗布
ＪＩＳ Ｒ５２０１（セメントの物理試験方法）で規定されるモルタルを、３分間低速で練り混ぜた。練り混ぜたモルタルを、１４０ｍｍ×１４０ｍｍ×１６０ｍｍの３連の枠型、および１００ｍｍ×１００ｍｍ×１０ｍｍの３連の型枠に、それぞれ打設し、評価用コンクリートを作製した。なお、評価用コンクリートは、２４時間後に脱型し、温度２０℃、湿度６０％の試験室で７日間養生させた。

実施例１のコンクリート用含浸剤、および実施例２のコンクリート用含浸剤に、上記評価用コンクリートを１時間浸漬させた。一方、比較例として、１つの評価用コンクリートは、いずれのコンクリート用含浸剤にも浸漬させなかった。その後、温度２０℃、湿度６０％の試験室で材齢２８日まで養生させた。

４．評価
上記コンクリート用含浸剤に浸漬させた評価用コンクリート、および浸漬なしの評価用コンクリートについて、それぞれ摩耗試験、ならびに曲げおよび圧縮強さ試験を行った。また、既存のコンクリート構造物に対するアルカリ性回復の評価も行った。

（１）摩耗試験
各評価用コンクリートに対して、ＪＩＳ Ｋ７２０４（プラスチック−摩耗輪による摩耗試験方法）に準じて、摩耗試験を行った。なお、摩耗輪はＨ−２２を使用し、荷重は９．８Ｎ、回転数は２００回転とし、摩耗質量および厚さの減少率を各３回測定した。結果を表２に示す。

上記表２に示されるように、上記コンクリート用含浸剤を浸漬させた評価用コンクリートではいずれも、比較例より格段に、摩耗質量および厚さの減少量が少なくなった。つまり、上記コンクリート用含浸剤に浸漬することで、コンクリート表面が緻密化されて、強化されたといえる。

（２）曲げおよび圧縮強さ試験
各評価用コンクリートに対して、ＪＩＳ Ｒ５２０１に準じて、曲げ強さ試験を各３回、圧縮強さ試験を各６回行った。なお、各評価用コンクリートの材齢は２８日とした。結果を表３に示す。

上記表３に示されるように、上記コンクリート用含浸剤に浸漬させた評価用コンクリートはいずれも、比較例の評価用コンクリートと同等の曲げ強さおよび圧縮強さを示した。つまり、コンクリート用含浸剤の浸漬によって、コンクリートの性能が低下することはなかった。

（３）撥水性の評価
上述の実施例１および実施例２のコンクリート用含浸剤に浸漬させた評価用コンクリートに、水を滴下し、撥水性を評価した。水を滴下した後の写真を図１Ａ（実施例１）および図１Ｂ（実施例２）に示す。図１Ａおよび図１Ｂに示されるように、いずれの評価用コンクリートに水を滴下した場合にも、水が弾かれた。つまり、実施例１及び実施例２のコンクリート用含浸剤を浸漬させた評価用コンクリートでは、内部に水が浸透し難く、十分な撥水性を有することが明らかであった。

またさらに、けい酸塩系表面含浸材の試験方法（案）（ＪＳＣＥ−Ｋ ５７２）に準じて作製したモルタルを、１００ｍｍ×１００ｍｍ×１００ｍｍの型枠に打設し、評価用コンクリート２を作製した。そして、当該評価用コンクリート２に、上述の実施例１のコンクリート用含浸剤を１回塗布した。なお、塗布量は、７ｍ^２／ｋｇとなるように調整した。また、評価用コンクリート２の材齢は２８日とした。当該評価用コンクリート２に、上記ＪＳＣＥ−Ｋ ５７２に準じて透水量試験を行い、７日後の透水量を測定した。試験温度は２０℃±２℃とした。結果を以下に示す。

上記表４に示されるように、実施例１のコンクリート用含浸剤を塗布した場合、当該コンクリート用含浸剤を塗布しなかった場合と比較して、透水量が１／２未満になった。つまり、高い透水抑制効果を奏することが明らかであった。

（４）アルカリ性回復の評価
上述のコンクリート用含浸剤（実施例１および実施例２）を、細骨材として海砂を用いた、築３５年、平均中性化深さ２．７ｃｍの鉄筋コンクリート構造物に７ｍ^２／ｋｇ塗布した。その後、中性化深さを測定したところ、いずれも中性深さ０ｃｍとなった。つまり、アルカリ性が回復されたことが確認された。なお、中性化深さの確認は、構造物の切断面にフェノールフタレイン１質量％エタノール溶液を噴霧して測定した。

本発明のコンクリート用補修剤は、シラン系化合物とアルカリ金属のケイ酸塩を含むにもかかわらず、安定性が高く、さらにはコンクリートの補修および劣化の防止を一液のみの塗布で実現可能である。したがって、新設または既設の各種コンクリート構造物に対して適用することが可能である。

Claims (4)

1. ケイ酸リチウム系化合物と、アミノシラン系化合物と、カリウムメチルシリコネートと、溶媒と、を含む、コンクリート用含浸剤。
2. 前記アミノシラン系化合物を、２種以上含む、請求項１に記載のコンクリート用含浸剤。
3. 前記溶媒が、水である、請求項１または２に記載のコンクリート用含浸剤。
4. 前記アミノシラン系化合物を、０．１質量％以上含む、請求項１〜３のいずれか一項に記載のコンクリート用含浸剤。