混凝土保护材料、混凝土结构物的修补方法、混凝土结构物的浸渍诱导剂及混凝土结构物的缺陷填充剂 |
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| 申请号 | CN201580029408.4 | 申请日 | 2015-06-03 | 公开(公告)号 | CN106458775A | 公开(公告)日 | 2017-02-22 |
| 申请人 | 有限会社AES; | 发明人 | 栗山又茂; 濑谷昌聪; 铃木义久; 安孙子雅敏; | ||||
| 摘要 | 本 发明 提供一种 混凝土 保护材料，包含：含有 碱 金属的 硅 酸盐和碱性 电解 水 。或者提供一种混凝土保护材料，包含：含有碱金属的 硅酸 盐和 二 氧 化硅 。作为包含碱金属的硅酸盐，例如有硅酸钠、硅酸 钾 和硅酸锂等。通过将混凝土保护材料供给到混凝土结构物，能够进行混凝土结构物的修补。由此，提供一种比现有的混凝土修补剂的修补效果大的混凝土修补剂。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种混凝土保护材料，其特征在于，包含： |
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| 说明书全文 | 混凝土保护材料、混凝土结构物的修补方法、混凝土结构物的浸渍诱导剂及混凝土结构物的缺陷填充剂 技术领域[0001] 本发明涉及混凝土保护材料、混凝土结构物的修补方法、混凝土结构物的浸渍诱导剂及混凝土结构物的缺陷填充剂。 背景技术[0002] 由于混凝土对各种环境的抵抗性强，并且具有强碱性，所以被用于混凝土结构物。因混凝土的强碱性而在混凝土结构物的内部的钢筋的表面形成钝化膜，所以能够保护钢筋远离来自外部的水和/或氯等引起的腐蚀。因此，混凝土结构物被认为是具有高耐久性的结构物。 [0003] 但是，被认为具有高耐久性的混凝土结构物也会由于中性化、盐害、冻害、碱骨料反应等导致耐久性降低，进而怀疑其作为结构物的使用寿命。在此，认为混凝土结构物的劣化是由于劣化原因物质(例如，水、二氧化碳、氯等)经由存在于混凝土结构物的毛细管、孔洞或者裂痕侵入到混凝土结构物的内部而引起的。 [0004] 所以，提出了一种用于对这样的劣化的混凝土结构物进行修补的混凝土保护材料。例如，在专利文献1中公开了一种包括选自硅酸钠、硅酸钾和硅酸锂中的两种以上的碱金属化合物的混凝土保护材料。根据专利文献1所记载的混凝土保护材料，由于通过C-S-H凝胶的填充能够堵塞成为劣化原因物质的通路的毛细管等，所以其结果能够防止中性化、盐害、冻害、碱骨料反应等混凝土结构物的劣化。 [0005] 现有技术文献 [0006] 专利文献 [0007] 专利文献1：日本特开2004-323333号公报 发明内容[0008] 技术问题 [0009] 然而，在使用了专利文献1的混凝土保护材料的情况下，虽然能够获得一定的修补效果，但还是不充分。因此，即使在使用了专利文献1的混凝土保护材料的情况下，也因为劣化原因物质从外部侵入混凝土结构物，其结果因中性化、盐害、冻害、碱骨料反应等而导致其耐久性降低。 [0010] 在此，本发明鉴于这样的实际情况，提供一种混凝土保护材料。另外，本发明还提供使用了混凝土保护材料的混凝土结构物的修补方法、混凝土结构物的浸渍诱导剂以及混凝土结构物的缺陷填充剂。 [0011] 技术方案 [0012] 本发明的混凝土保护材料的特征在于，包含：含有碱金属的硅酸盐和碱性电解水。 [0013] 本发明的混凝土保护材料的特征在于，包含：含有碱金属的硅酸盐和二氧化硅。 [0014] 优选包含碱性电解水。另外，优选上述碱金属包含钠、钾、和锂中的至少一种。 [0015] 本发明的混凝土结构物的修补方法的特征在于，具有：改性剂供给工序，向混凝土结构物供给混凝土改性材料；以及保护剂供给工序，在上述改性剂供给工序之后进行，向上述混凝土结构物供给上述混凝土保护材料，其中，上述混凝土改性材料包含碱性电解水和钙离子。 [0016] 本发明的混凝土结构物的浸渍诱导剂的特征在于，包含碱性电解水。 [0017] 本发明的混凝土结构物的缺陷填充剂的特征在于，包含二氧化硅。 [0018] 发明效果 [0020] 图1是针对存在于混凝土结构物的缺陷，按缺陷的各尺寸示出了分布率以及劣化的影响程度的区别的说明图。 [0021] 图2是示出对存在于混凝土结构物的缺陷填充了集合体的状态的说明图。 [0022] 图3是示出混凝土改性剂的制造设备的概要的说明图。 [0023] 图4是示出防水效果试验的概要的说明图。 [0024] 图5是示出透水量试验的概要的说明图。 [0025] 图6是示出促进中性化试验的概要的说明图。 具体实施方式[0026] 以下，参考附图对本发明的实施方式进行说明。 [0027] (混凝土保护材料) [0028] 混凝土保护剂包括碱金属硅酸盐、二氧化硅和碱性电解水。应予说明，根据其用途，也可以使混凝土改性剂包括预定的添加剂。 [0029] (碱金属硅酸盐) [0030] 碱金属硅酸盐主要用于经由与钙离子的反应，在混凝土结构物生成C-S-H凝胶。碱金属硅酸盐例如有硅酸钠、硅酸钾和硅酸锂等。 [0031] 硅酸钠特别容易发生C-S-H凝胶的生成反应。因此，在将仅包括作为碱金属硅酸盐的硅酸钠的混凝土保护剂涂布于混凝土结构物的情况下，在从涂布的表面向深度方向渗透之前，就引起C-S-H凝胶的生成反应。其结果为，混凝土结构物的保护效果被限定在表层附近。另一方面，硅酸钾缓慢发生C-S-H凝胶的生成反应。因此，作为碱金属硅酸盐，优选在包括硅酸钠的同时，也包括硅酸钾。由此，混凝土结构物的保护效果不仅涉及到表层附近，也涉及到内部，因此能够实现混凝土结构物的长寿命。例如，优选碱金属硅酸盐中的硅酸钠与硅酸钾的混合比(重量比)为2:1。 [0032] 但是，在存在于混凝土结构物的缺陷(毛细管、孔洞、裂痕等)之中，较大的缺陷比小的缺陷更容易诱发混凝土结构物的劣化(参考图1)。特别是，尺寸在20nm以上的缺陷诱发混凝土结构物的劣化，随着该尺寸越来越大，越容易诱发混凝土结构物的劣化。因此，作为混凝土保护材料，希望能够确实地填充比较大的缺陷，以切断劣化原因物质的通路。因此，碱金属硅酸盐的粒径优选在1nm以上且100nm以下。在碱金属硅酸盐的粒径超过100nm的情况下，在缺陷中的密实的填充变得不充分，因此在该缺陷中产生成为劣化原因物质的侵入路的空隙。 [0033] (二氧化硅) [0034] 二氧化硅主要用于获得填充混凝土结构物的缺陷的作用和促进碱金属硅酸盐凝聚的作用。根据二氧化硅的凝聚作用，聚集以二氧化硅为核的碱金属硅酸盐，从而形成集合体。对于该集合体的大小而言，与集合体均匀的情况(参考图2的(A))相比，集合体存在大小差异(参考图2的(B))对于混凝土结构物的缺陷的填充效率更高，也就是说劣化原因物质的通路变窄。该结果为，混凝土结构物的保护效果提高。作为二氧化硅，只要能够起到上述作用就不做特殊限定，但优选无定形二氧化硅，特别优选其中的干硅石(drysilica)。例如，有REOLOSIL亲水性CP、QS系列(株式会社德山CAS编号7631-86-9)等。 [0035] 碱金属硅酸盐的集合体的尺寸依赖于成为核的二氧化硅的尺寸。也就是说，成为核的二氧化硅的尺寸越大，碱金属硅酸盐的集合体的尺寸也变得越大。相反地，成为核的二氧化硅的尺寸越小，则碱金属硅酸盐的集合体的尺寸也变得越小。 [0036] 因此，为了发挥由二氧化硅本身带来的填充混凝土结构物的缺陷的作用，优选二氧化硅的粒径在1nm以上且50nm以下。另外，为了利用促进碱金属硅酸盐的凝聚的作用而进行密实的填充，二氧化硅的粒径优选在更宽的范围内(例如，1nm以上且250nm以下)变动。在二氧化硅的粒径小于1nm的情况下，由于与液体玻璃相同，溶解性变高，因此不优选。另外，在二氧化硅的粒径超过250nm的情况下，由于无法进行密实的填充，因此不优选。 [0037] (碱性电解水) [0038] 优选该碱性电解水的pH为11以上。另外，碱性电解水的pH的上限没有特别限定，只要是在向混凝土结构物供给时不会引起碱骨料反应的程度，也就是说，在混凝土碱总量的记载(Na2O换算为3.0kg/m3以下)的范围即可。 [0039] 并且，与通常的水相比，碱性电解水更容易渗透进混凝土结构物。推测碱性电解水的渗透性高是由于与水分子的尺寸相比，氢氧离子的离子半径更小。并且，对于碱性电解水中包含的有效成分(碱金属硅酸盐和/或二氧化硅等的分散体、和/或其他的添加剂)而言，与包含在通常的水中的情况相比，更容易向混凝土结构物渗透。也就是说，作为混凝土保护材料，通过至少包含指定的有效成分和碱性电解水，从而能够将有效成分提供至混凝土结构物的内部。 [0040] 然而，已知如果氯离子的浓度XCl相对于氢氧离子的浓度XOH的比例(＝XCl/XOH)超过预定值时，则开始腐蚀钢筋。通过上述的混凝土保护材料的涂布，从而向混凝土结构物供给大量的氢氧离子，其结果是在混凝土结构物中存在有大量的氢氧离子。这样，当氯离子侵入到存在有大量的氢氧离子的混凝土结构物，即氯离子侵入到碱性强度增加了的混凝土结构物时，可将氯离子浓度相对于氢氧离子浓度的比例抑制为较低。因此，碱性强度增加了的混凝土结构物即使在氯离子侵入的情况下也难以超过钢筋开始腐蚀的界限值，作为结果，能够抑制钢筋的腐蚀。 [0041] 钙离子在碱性电解水中的溶解度比在通常的水中的溶解度高。例如，25℃下每100g该碱性电解水中的钙离子的溶解度例如为5.0g，比氢氧化钙溶解于100g水(25℃、pH7)中的钙离子的溶解度(0.17g)高。如果将含有这样的碱性电解水的混凝土保护材料提供给混凝土结构物，则促进C-S-H凝胶的生成反应。 [0042] 在此，推测以以下方式促进C-S-H凝胶的生成。通过碱性电解水引起的钙离子溶解促进作用，从而将混凝土结构物中所含的钙离子收入到碱性电解水中。被收入的钙离子有助于C-S-H凝胶的生成。 [0043] 混凝土保护剂中的各成分的比例只要是能够获得该成分的作用就不做特别限定。应予说明，各成分的优选范围如下。混凝土保护剂中的碱金属硅酸盐优选在15重量％以上且50重量％以下，更优选在20重量％以上且40重量％以下。另外，混凝土保护剂中的二氧化硅的下限优选在0.5重量％以上。另一方面，其上限优选不产生混凝土结构物的外观缺陷(外观设计性的降低)的程度。例如，其上限优选在10重量％以下，更优选在5重量％以下，进一步优选在3重量％以下。并且，混凝土保护剂中的碱性电解水优选在50重量％以上且85重量％以下，更优选在60重量％以上且80重量％以下。应予说明，在不需要二氧化硅的作用的情况下，作为混凝土保护材料的成分可以省略二氧化硅。同样地，在不需要碱性电解水的作用的情况下，也可以用水代替碱性电解水。 [0044] 对混凝土保护剂的作用进行说明。 [0045] 如果将混凝土保护剂提供至混凝土结构物，则通过与钙离子的反应，在混凝土结构物生成C-S-H凝胶(以下称为湿润凝胶)。通过该湿润凝胶，能够堵塞成为劣化原因物质的通路的缺陷。因此，能够防止由于存在缺陷而引起的混凝土结构物的劣化(中性化、盐害、冻害、碱骨料反应等)。进一步地，湿润凝胶由于水含量降低而成为干燥凝胶。干燥凝胶通过接触水和/或湿气而成为具有流动性的湿润凝胶。这样，在存在干燥凝胶的混凝土结构物中，即使在水和/或湿气从外部侵入的情况下，该水等也与湿润凝胶接触，作为湿润凝胶而被收入，其结果为，能够防止水和/或湿气从外部侵入。进一步地，由于湿润凝胶具有流动性，因此能够发挥对之后产生的缺陷(例如，裂痕)进行填充这样的自我修复功能。 [0046] 由于混凝土保护材料包括二氧化硅，因此在由混凝土保护材料生成的湿润凝胶中，存在各种尺寸的粒子(碱金属硅酸盐的集合体和/或二氧化硅)(参考图2的(B))。因此，能够确实地填充毛细管、孔洞、裂痕等缺陷，能够切断劣化原因物质的通路，其结果能够防止混凝土结构物的劣化。 [0047] 加之，由于混凝土保护材料包括碱性电解水，因此容易向混凝土结构物渗透。因此，能够在短时间且确实地进行对于混凝土结构物的缺陷的填充。进一步地，由于混凝土保护材料包括碱性电解水，因此在混凝土结构物中存在大量的氢氧离子。其结果能够抑制混凝土结构物的钢筋的腐蚀。应予说明，由碱性电解水引起的容易渗透混凝土保护材料的功能即使在混凝土保护材料所含的碱金属硅酸盐仅为硅酸钠的情况下也能够发挥。 [0048] 接下来，对混凝土保护剂的制造方法进行说明。 [0049] 混凝土保护剂的制造方法包括电解工序和添加工序。在电解工序中，进行水的电解，制作碱性电解水和酸性电解水。电解工序可以利用图3(后述)所示的制造设备2。在添加工序中，向碱性电解水添加预定的成分(碱金属硅酸盐和/或二氧化硅)。 [0050] 在上述实施方式中，通过向混凝土提供混凝土保护剂的保护剂供给工序，进行了混凝土结构物的修补，但本发明不限于此，也可以进行将混凝土结构物的修补以及混凝土改性剂并用的混凝土结构物的修补。 [0051] (混凝土改性剂) [0052] 混凝土改性剂是溶解了钙离子的碱性电解水。应予说明，根据需要，可以在碱性电解水中添加预定的溶质。 [0053] 优选该碱性电解水的pH为11以上。另外，碱性电解水的pH的上限没有特别限定，只要是在向混凝土结构物供给时不会引起碱骨料反应的程度，即在混凝土碱总量的记载(Na2O换算为3.0kg/m3以下)的范围即可。例如，25℃下每100g该碱性电解水中的钙离子的溶解度为5.0g，比在100g的水(25℃、pH7)中溶解了氢氧化钙时的钙离子的溶解度(0.17g)高。也就是说，碱性电解水作为改性剂中的钙离子浓度提高剂发挥作用。例如，优选钙离子在碱性电解水中的浓度为10mg/L以上。应予说明，碱性电解水不限于作为改性剂中的钙离子的浓度提高剂发挥作用，也作为对于预定的溶液中的阳离子(例如锂离子、钠离子和/或钾离子等碱金属离子)的浓度提高剂发挥作用。 [0054] (混凝土结构物的修补方法) [0055] 混凝土结构物的修补方法包括向混凝土结构物提供混凝土改性剂的改性剂供给工序，和向混凝土提供混凝土保护剂的保护剂供给工序。在改性剂供给工序中，将包括钙离子的碱性电解水作为混凝土改性剂涂布于混凝土结构物。在保护剂供给工序中，将上述混凝土保护剂作为混凝土改性剂涂布于混凝土结构物。应予说明，在改性剂供给工序和/或保护剂供给工序的各工序中，只要是用喷雾器喷出等使预定的药剂与混凝土结构物接触的方法，就不做特殊限定。 [0056] 通过混凝土结构物的修补方法，从而在混凝土中，氢氧化钙、碱金属硅酸盐与水反应，生成凝胶状的硅酸钙(C-S-H凝胶)。由于生成的硅酸钙使混凝土结构物的表层部分变得致密，从而能够防止劣化原因物质从外部侵入，所以能够提高混凝土结构物的耐久性。 [0057] 例如，在劣化状态的混凝土结构物(例如，pH小于11的混凝土结构物和/或从最初制造开始经过大约10年以上的混凝土结构物)中，因来自外部的劣化原因物质的侵入等而导致在最初制造时含有的钙离子几乎丧失殆尽。对于这种劣化状态的混凝土结构物，即使直接涂布混凝土保护剂，也由于不存在足够量的钙离子而不会生成硅酸钙，或者需要很长时间生成硅酸钙。 [0058] 因此，对于劣化状态的混凝土结构物，在进行保护剂供给工序之前进行改性剂供给工序。由此，能够向该混凝土结构物补充钙离子。并且，如果对于补充了钙离子的混凝土结构物涂布混凝土保护剂，则所补充的钙离子有助于硅酸钙的生成。结果，通过涂布混凝土改性剂，从而容易生成混凝土结构物中的硅酸钙。 [0059] 进一步地，为了促进硅酸钙的生成，需要大量的钙离子。该混凝土改性剂比通常的氢氧化钙水溶液的钙离子的浓度高，所以在短时间内开始与混凝土保护剂的反应。 [0060] 在上述实施方式中，为了修补混凝土结构物，依次对混凝土结构物进行混凝土改性剂的涂布和混凝土保护剂的涂布，但也可以多次重复该工序的组合。 [0061] (混凝土改性剂的制造设备) [0062] 接下来，对混凝土改性剂的制造设备进行说明。 [0065] 用离子交换膜20分隔水槽10的内部空间，在被离子交换膜20分隔的两个空间中分别设置阳极30和阴极40。之后，使用电源50对阳极30和阴极40施加预定的电压，进行电解。通过该电解，在阴极40侧产生氢，并且生成溶解了钙离子的碱性电解水80。另一方面，在阳极30侧，与碱性电解水隔离地生成含有乳酸的酸性水、氯离子、碳酸氢根离子等。 [0066] 这样得到的含有钙离子的碱性电解水能够用作混凝土改性剂。由于这样的碱性电解水不含有对人体有害的物质和/或污染环境的物质，所以使得操作对人体安全且简单，并且能够在不进行特别准备的情况下使用。 [0067] 实施例1 [0068] 根据以下方法进行了实验1～5。 [0069] (实验1～2的准备) [0070] 以下，说明实验1～2的步骤。 [0071] 准备两个混凝土板的样品，向一个涂布保护剂A，向另一个涂布保护剂B)。此后，将涂布了保护材料A的样品称为样品A，将涂布了保护材料B的样品称为样品B。涂布量都设为2 0.25升/m。养护时间都为14天。 [0072] (样品) [0074] (保护剂A) [0075] 保护剂A是包括以下成分的无机溶胶(Inorganic colloidal sol)。 [0076] [0077] (保护剂B) [0078] 保护剂B是包括以下成分的无机溶胶(产品名RC Gard(RCガード)株式会社ABC介绍)。 [0079] 硅酸钠 10～20 重量％ [0080] 硅酸钾 20～40 重量％ [0081] 水(H2O) 40～70 重量％ [0082] (实验1) [0083] 如图4所示，将计量管T立在样品A之上，用密封材料固定(参考图7)。之后，在计量管T中积存水。水位为5mm。为了防止蒸发，在计量管T内的水面配置石蜡，然后开始试验。从试验开始至预定的经过时间，调查水位的变化。各经过时间的水的变化如表1所示。应予说明，进行了试验的环境的温度为23±2℃，湿度为50±5％。 [0084] (实验2) [0085] 使用样品B代替样品A，除此以外，与实验1相同。 [0086] 将实验1～2的结果示于表1。 [0087] 【表1】 [0088] [0089] (实验3) [0090] 准备在混凝土板的样品涂布了保护剂A的样品(以下称为样品C)和在混凝土板的样品上什么也不涂布的样品(以下称为样品D)。保护剂A的涂布量设为0.25升/m2。养护时间为14天。 [0091] 混凝土板的样品是一个边为100mm的立方体，混凝土的调配为：名义强度(nominal strength)＝21，坍落度＝8，粗骨料的最大尺寸＝25，水灰比为65％。 [0092] 对样品C、D(各三个)进行了透水量试验。该透水量试验记载于表面浸渍剂的试验方法(草案)(JSCE-K571-2005)中。读取从试验开始7天后的水面的高度Wpi(单位：mm)，根据与试验前的高度Wpo(单位：mm)的差计算出透水量(参考图5)。应予说明，进行透水量试验的环境的温度为23±2℃，湿度为50±5％。 [0093] 基于下式，由透水量试验的测量值求出透水比。 [0094] 透水比＝样品C的透水量/样品D的透水量×100 [0095] 将实验3的结果示于表2。 [0096] 【表2】 [0097] [0098] (实验4) [0099] 准备在混凝土板的样品涂布了保护剂A的样品(以下称为样品E)和在混凝土板的样品上什么也不涂布的样品(以下称为样品F)。混凝土板的样品是一个边为100mm的立方体，混凝土的调配为：名义强度(nominal strength)＝21，坍落度＝8，粗骨料的最大尺寸＝25，水灰比为65％。保护剂A的涂布量设为0.25升/m2。养护时间为14天。 [0100] 在温度为20±2℃，湿度为60±5％，二氧化碳浓度为5±0.2％的环境下，对样品E、F(各三个)进行28天的促进中性化试验。该促进中性化试验记载于表面浸渍剂的试验方法(草案)(JSCE-K571-2005)中。 [0101] 在促进中性化试验之后，以将各样品E、F的浸渍面S1分割为两份的方式将各样品E、F割裂，测量从割裂面SX的浸渍面S1开始的中性化深度、以及从与浸渍面S1相对的面S2(试验面)开始的中性化深度(参考图6)。并且，通过下式求出中性化深度比。 [0102] 中性化深度比＝样品E的中性化深度/样品F的中性化深度×100 [0103] 将实验4的结果示于表3。应予说明，表中的测量部位A1～A3是混凝土板的样品的宽度中心位置，以及从宽度中心位置向左右25mm的位置。 [0104] 【表3】 [0105] [0106] (实验5) [0107] 接下来，制作混凝土改性剂。将50g乳酸钙(株式会社武藏野科学研究所)溶解于1000ml的自来水(25℃)中。应予说明，该自来水使用表4的采水地点编号5～7的自来水。将这样得到的水倒入图3所示的混凝土改性剂的制造设备2的水槽10中，进行电解，将通过电解所得的碱性电解水作为混凝土改性剂。基于ICP发射分光光度法(JIS K0101No49)测定混凝土改性剂的Ca离子量，结果混凝土改性剂的Ca离子量为2.5×105mg/L。 [0108] 【表4】 [0109] 水质检查结果 [0110] (2013年5月基准项目检查结果) [0111] No1(1/3)[0112] [0113] [0114] 应予说明，本发明并不局限于上述实施方式，当然可以在不脱离本发明的主旨的范围内进行各种变更。 |
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