JP4110213B2

JP4110213B2 - 構造物の間隙の注入充填剤

Info

Publication number: JP4110213B2
Application number: JP2003349218A
Authority: JP
Inventors: 周一今井
Original assignee: 今井啓一
Priority date: 2003-10-08
Filing date: 2003-10-08
Publication date: 2008-07-02
Anticipated expiration: 2023-10-08
Also published as: JP2005112670A

Description

本発明は、海上、水上、陸上、地中構造物に自然発生した既存の間隙、乃至これら構造物に簡易に形成した間隙或いは構造物が土砂、金属、木質、プラスチック、樹脂、ゴム等の異種材質と接する界面間隙等の構造物の間隙（以下、構造物の間隙と記す）を効果的に封鎖する注入充填剤に関するものである。

海上、水上、陸上、地中構造物は乾燥収縮・熱膨張・挙動によって間隙が発生し、間隙からの湧き水、雨水の浸入、炭酸ガスの浸入により鉄筋の腐食・コンクリートの中性化現象の原因となる。

即ち、PH11以上の強アルカリ性に強い鉄筋は表面に不動態被膜を形成しているが、コンクリート等の構造物の間隙より内部に水分と酸素が浸入すると、不動態被膜が破壊されて鉄筋の発請が進行してコンクリートのひび割れの原因となり、或いは生成するFe(OH)_２（水酸化第一鉄）、Fe(OH)_３（水酸化第二鉄）によって鉄筋が膨張して爆裂する原因となる。

また、空気中の炭酸ガス或いは酸性雨がコンクリート等の構造物の間隙より浸入した場合には、コンクリート中の水酸化カルシウムは下記の反応により表面に近い部分或いはひび割れ内部より中性化される。
Ca(OH)_２＋ CO_２ → CaCO_３＋ H_２O
Ca(OH)_２＋ H_２SO_４ → CaSO_４＋２H_２O

構造物の間隙からの湧き水、雨水、炭酸ガス等の浸入を防止する方法としては、間隙の入口付近を斫り、除去して無収縮セメント等で目止めする、或いは間隙の入口付近にシリカ系充填剤を塗布・散布・注入するなどの工法が行われている。

また、アルカリケイ酸塩を含む溶液を構造物の間隙に注入して内部の遊離カルシウム又は水酸化カルシウムと反応してケイ酸カルシウムのコロイド結晶体を形成してこれにより間隙を埋める工法もある。

更に、アルカリ金属ケイ酸塩溶液とカルシウム等のアルカリ土類金属塩を含む溶液を構造物の間隙に機械式圧入又は自重圧、静水圧で交互に浸透させて内部で硬化させてゲル状の組成物を形成して間隙を埋める工法もある。

一方、構造物の間隙の既存の充填剤としてエポキシ樹脂、ポリウレタン樹脂、アクリル樹脂等を使用した樹脂系と超微粒子セメント、ポリマーセメント系、珪酸質のコロイダルゲル等を使用したセメント系、アルカリケイ酸塩を含む組成物を使用したものに大別でき、また樹脂系は反応型タイプと溶剤型タイプに分けられる。
特許第2937309号公報

このうち、反応型タイプはポリウレタン樹脂系の充填剤と水を間隙内で反応させながらひび割れ等を塞ぎ、湧き水、・雨水の浸入を防止するものであるが、冬季での使用が可能であるが、弾力性に欠ける等の欠点がある。

また、溶剤型タイプは、溶剤に溶解させたウレタン、ポリウレタン、エポキシ樹脂、アクリル樹脂等を間隙に充填し、これらの樹脂を溶剤が揮発して外気に接する表面から硬化させて間隙を塞ぐものであるが、間隙の深いところでは硬化しにくいという欠点がある。

一方、無収縮セメント、シリカ系充填剤を止水剤とする方法は、間隙から浸入してくる湧き水、雨水に含まれる有効成分と接触させて止水効果を発揮させるものであり、このため止水剤が水に薄められて即効性に欠け、またこれら止水剤を間隙等に注入又は塗布しても骨材が多く、有効成分と反応しにくいという欠点がある。

また、コンクリート等の構造物内部の遊離カルシウム又は水酸化カルシウムと反応してケイ酸カルシウムのコロイド結晶体を形成して間隙を埋める方法については、アルカリケイ酸塩と遊離カルシウム又は水酸化カルシウムとの反応速度は遅く、間隙から外圧によって湧水、雨水が漏れだしている箇所には使用できず、更に雨天の場合も同様に簡単に間隙を埋めることが難しいという欠点がある。

一方、アルカリ金属ケイ酸塩溶液とカルシウム等のアルカリ土類金属塩を含む溶液を構造物の間隙に交互に注入する方法については、次のような欠点がある。

即ち、コンクリート等の構造物間隙巾も大きいもので1mm以上や微細なもので0.01mmと様々であるが、ひび割れ等の巾が微細なものであれば、内部側に湧き水が浸入して被害をもたらすので、間隙の充填剤には、均一な溶液となってこれら微細な間隙に注入されることが要求されるが、上記溶液中に含まれる結晶粒子は大きく、均一性がなく、このため間隙の入口付近で目詰まりを起こして間隙の細部まで注入できないという欠点がある。

また、構造物が地震、振動により挙動した場合、間隙内で硬化して形成されたゲル状の組成物にはこれらの挙動に追従する必要があり、このためゲル状の組成物には強度の他に、これらの挙動に追従する弾力性、接着性が要求されるが、従来のアルカリ金属ケイ酸塩溶液とカルシウム等のアルカリ土類金属塩を含む溶液から形成されるゲル状の組成物は弾力性、接着性に欠けており、間隙の内部の水圧により押し戻されるという欠点がある。

本発明は、上記実情に鑑み、１種又は２種以上のアルカリ金属ケイ酸塩水溶液からなる第一溶液と、アルカリ土類金属の塩又は水酸化物と多価アルコール、糖類の１種又は２種以上を含む水溶液からなる第二溶液を攪拌混合して調整され、第一溶液と第二溶液の合計100重量％に対してアルカリ金属ケイ酸塩10重量％から40重量％、アルカリ土類金属の塩又は水酸化物0.1重量％から20重量％、多価アルコール類、糖類の１種又は２種以上0.1重量％から20重量％を含む構造物の間隙注入充填剤を提案するものである。

即ち、本発明では第一溶液と第二溶液を攪拌混合して調整された懸濁液には小さな結晶粒子が均一に分散されており、したがって微細な間隙にも均一に分散できる。

また、本発明では以上のようにして調整された懸濁液は間隙に注入された後、硬化して、弾力性、接着性を有するゲル状の組成物を形成するので、間隙内部の水圧により戻されることなく、止水効果を挙げることができる。

本発明において使用するアルカリ金属ケイ酸塩としては、リチウム、ナトリウム、カリウム等のアルカリケイ酸塩を挙げることができる。

また、本発明で第二溶液に使用するアルカリ土類金属の塩としては、亜硝酸等の無機酸との塩である亜硝酸マグネシウム、亜硝酸カルシウム等のアルカリ土類金属塩、酢酸等の有機酸との塩である酢酸マグネシウム、酢酸カルシウム、更に他の有機酸とアルカリ土類金属との塩、例えばシュウ酸、マロン酸、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、クエン酸等のマグネシウム、カルシウム塩を挙げることができ、水酸化物としては水酸化マグネシウム、水酸化カルシウム等を挙げることができる。

本発明において使用する多価アルコールとしてはグリコール類のような２価アルコール、グリセリンのような３価アルコールを挙げることができ、グリコール類としては、プロピレングリコール、ジープロピレングリコール、トリプロピレングリコール等を挙げることができ、糖類としてはグルコース、シュウクロース、例えばガムシロップのようなショ糖等を挙げることができる。

これらの成分の配合割合としては、第一溶液と第二溶液との合計100重量％に対してアルカリ金属ケイ酸塩10重量％から40重量％、好ましくは15重量％から25重量％、アルカリ土類金属の塩又は水酸化物0.1重量％から20重量％、好ましくは3重量％から10重量％、多価アルコール、糖類の１種又は２種以上0.1重量％から20重量％、好ましくは0.3重量％から4重量％である。

これらの範囲を逸脱した場合には、懸濁液中に分散する結晶粒子が大きすぎる、硬化して形成されるゲル状の組成物が弾力性、接着性に欠けるなど構造物の間隙注入充填剤としては好ましくないものとなる。

懸濁液中に分散する結晶粒子の大きさは多価アルコール、糖類の添加により調整でき、多価アルコールより糖類を添加した方が懸濁液中に分散する結晶粒子が小さく、特に糖類としてショ糖を使用した場合には懸濁液中に小さな結晶粒子が均一に分散した懸濁液を得ることができる。

懸濁液は所定時間経過後硬化してゲル状の組成物となるが、懸濁液の硬化時間は用途に応じて調整され、多価アルコール、糖類を一定にした場合アルカリ金属ケイ酸塩に対してアルカリ土類金属の塩又は水酸化物の量を多くした方が硬化時間を短縮できる。

また、ゲル状の組成物の硬・軟はアルカリ金属ケイ酸塩に対してアルカリ土類金属の塩又は水酸化物の量により調整でき、その量を多くすると、より硬いゲル状組成物を得ることができる。

更に、ゲル状の組成物の弾力性、接着性は多価アルコール、糖類を添加することにより得られが、多価アルコールより糖類を添加することにより大きな弾力性、接着性を有するゲル状の組成物を得ることができる。

例えば接着性を高めるためには、糖類は約0.1重量％から5重量％の範囲内で加えられ、添加量が0.1重量％から3重量％で微接着性となり、3重量％から5重量％で接着性が増す。

以上のように調整した懸濁液を構造物の間隙内に注入する方法としては、既存の工法又は一般市販品、例えばプラスチック製の低圧注入器、手動式グリスポンプ、足踏みポンプ、ゴム圧、空気圧、静水圧注入工法、或いは樹脂系、セメント系の止水剤をコンクリート構造物のひび割れ圧送注入の際に使用されている機械式又は電気式高圧注入器等を使用することができる。

なお、懸濁液の硬化時間はこれら使用する注入器によって調整することもでき、例えば高圧注入器、手動式グリスポンプ、足踏みポンプを使用する場合、注入ポンプの摩擦、摩擦抵抗によって懸濁液がホッパー、高圧ホース、グリスポンプ、足踏み式ポンプ内部でプリン状になるまで硬化時間を短縮できる。

逆に、プラスチック製の低圧注入器のようなポンプを使用すれば、硬化時間を長くすることができ、構造物の間隙に時間を掛けて注入すれば、硬化することなく懸濁液を間隙の細部にまで浸透させることができる。

以上要するに、本発明に係わる注入充填剤は小さな結晶粒子が均一に分散された懸濁液が調整され、しかも所定時間経過後硬化して弾力性、接着性を有するゲル状の組成物を形成するので、微細な間隙にも均一に分散でき、しかも間隙内で形成されるゲル状の組成物は間隙内部の水圧により戻されることなく、止水効果を挙げることができる。

したがって、本発明に係わる充填剤によればコンクリート等の構造物の間隙を完全に埋めることができ、このため間隙より湧き水、雨水等の浸入、炭酸ガス或いは酸素の浸入が阻止される。

１種又は２種以上のアルカリ金属ケイ酸塩水溶液からなる第一溶液と、アルカリ土類金属の塩又は水酸化物と多価アルコール、糖類の１種又は２種以上を含む水溶液からなる第二溶液を攪拌混合して調整され、第一溶液と第二溶液の合計100重量％に対してアルカリ金属ケイ酸塩10重量％から40重量％、アルカリ土類金属の塩又は水酸化物0.1重量％から20重量％、糖類としてショ糖水溶液0.1重量％から20重量％を含む間隙注入充填剤。

実施例１〜１１、参考例１〜３
第一溶液として30重量％〜50重量％ナトリウムケイ酸塩（アルカリ金属ケイ酸塩水溶液）を用い、これとは別に水に亜硝酸カルシウム、プロピレングリコール（グリコール類）ガムシロップ（ショ糖水溶液）を加えて第二溶液を調整し（下記表１に成分割合を示す実施例１〜１１）、また、第一溶液として30重量％〜50重量％ナトリウムケイ酸塩を用い、これとは別に水に亜硝酸カルシウムを加えて第二溶液を調整し（下記表１に成分割合を示す参考例１〜３）、これら第一溶液と第二溶液を高速攪拌して結晶粒子が均一に分散された懸濁液を得た。

ここに得られた懸濁液は、その後硬化してゲル状の組成物となり、更に脱水反応して固液分離（分離）するもの、或いは固液分離せず均一性が保たれるもの（分散状態）が生ずる。

そこで、この実施例では上記のようにして得られた組成物の懸濁液を容器に採取し、常温で放置して結晶粒子の大きさ、硬化時間、ゲルの状態、ゲル状の組成物の弾力性、接着性、ゲル状の組成物の脱水反応の有無（分離するか、分散状態が保たれるか）等について観察し、この結果を下記表２に、測定機器〔光学顕微鏡300倍〜6000倍（アイテックス社製ナノスコープ）〕による結晶粒子の大きさの顕微鏡測定結果を下記表３に示す。

これによれば、グリコール、糖類を加えた実施例１〜１１はこれらを加えない参考例１〜３に比べて結晶粒子が小さく、したがって微細な間隙にも均一に充填でき、しかも弾力性があり、また参考例１〜３に比べて接着性があるため、間隙に充填した場合良好な止水効果が得られる。

上記データから微細な間隙から大きな間隙に充填できる充填剤を選定して間隙に充填し、その結果を上記表２に示した。

これによれば、時間を掛けて間隙を充填する場合には実施例２が良好であり、湧き水等が発生して即効性が要求される場合には実施例４、５、７、９が良好であり、作業性を重視する場合には実施例１、３、６、１１が良好である。

亜硝酸カルシウムの添加量によってゲル状の組成物の軟・硬が変化し、また糖類を一定にして亜硝酸カルシウムの添加量を増減することにより硬化時間を調整できる。

また、微細な間隙には亜硝酸カルシウムの添加量を少なくすることにより対応でき、間隙巾が大きい、或いは湧き水箇所には亜硝酸カルシウムの添加量を多くすることにより巾広の間隙を埋めることができる。

大きな間隙を埋める場合には亜硝酸カルシウムの添加量５〜９重量％、糖類の添加量1.7〜1.9重量％（実施例１、３）によって均一充填が得られる。

実施例１２〜１７、参考例４
実施例１０により密度が高く、接着性、均一性に優れたサンプルが得られたため、この配合比の近辺の下記表４に示させる配合比の第一溶液と第二溶液を高速攪拌して結晶粒子が均一に分散された懸濁液を得た。

得られた懸濁液を容器に採取し、常温で放置して結晶粒子の大きさ、硬化時間、ゲルの状態、ゲル状の組成物の弾力性、接着性、ゲル状の組成物の脱水反応の有無（分離するか、分散状態が保たれるか）等について観察し、この結果を下記表５に示す。

これによれば、微量な糖類と亜硝酸カルシウムを添加することにより弾力性が増した均一なゲル体を得ることができた。

更に、この組成物の懸濁液を高圧機を使用して圧送した場合高圧ポンプの摩擦熱によって高圧ガンから採取された充填剤は15〜20分程度で弾力性のあるゲル状の組成物が形成された。

上記データから微細な間隙から大きな間隙に充填できる充填剤を選定して間隙に充填し、その結果を上記表５に示した。

これによれば、参考例４では1mm以上の間隙に充填されるが、実施例１２〜１７では1mm以下の微細な間隙にも均一に充填された。

実施例１８として、第二溶液のプロピレングリコール（グリコール類）ガムシロップ（ショ糖水溶液）に替えてグリセリンを使用する以外実施例１〜１１と同様な組成の第一溶液と第二溶液を調整し、これより懸濁液を得、この懸濁液を使用して上記同様な実験を行ったが十分な止水効果を得ることができた。

本発明によれば海上、水上、陸上、地中のコンクリート等の構造物の間隙を完全に塞いで、コンクリートの中性化現象、不動態被膜破壊による鉄筋の腐食の原因となる間隙からの湧き水、雨水の浸入、炭酸ガス乃至酸素の浸入を防止することができる。

Claims

１種又は２種以上のアルカリ金属ケイ酸塩水溶液からなる第一溶液と、亜硝酸マグネシウム、亜硝酸カルシウムの１種又は２種から選ばれたアルカリ土類金属塩と、多価アルコール、糖類の１種又は２種以上とを含む水溶液からなる第二溶液を攪拌混合して調整され、第一溶液と第二溶液の合計100重量％に対してアルカリ金属ケイ酸塩10重量％から40重量％、アルカリ土類金属塩0.１重量％から20重量％、多価アルコール、糖類の１種又は２種以上0.1重量％から20重量％を含むことを特徴とする構造物の間隙注入充填剤。