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リチウムイオンのASR抑制効果

今回は、リチウムイオンがアルカリシリカ反応(ASR)を抑制する効果について説明をいたします。



◇アルカリシリカ反応(ASR)とは

ASRとは、セメント中に含有されるアルカリを含む硫酸ナトリウムや硫酸カルシウムなどが、セメントの水和反応の過程でコンクリートの隙間に水溶液として溶けだし、強アルカリ性となり、骨材中のアルカリシリカ成分(SiO2)と反応して異常な膨張を生じる現象のことをいいます。アルカリ骨材反応ともよばれます。


◇ASR発生のメカニズム

ASRによる異常膨張は、コンクリート中のアルカリと骨材中の反応性シリカより生じたアルカリシリカゲルが吸水膨張をして生じます。反応性骨材の膨張はコンクリートを内部から押し広げようするために、コンクリート表面に大きなひび割れとなって現れます。


◇リチウムイオンによるASR抑制効果
リチウムイオンをコンクリート表面から含浸させる工法、ひび割れに注入をする工法がASRの抑制対策に用いられています。亜硝酸リチウムがよく使用されています。
リチウムイオンがコンクリートに浸透すると、反応性骨材又は反応後のシリカゲルと反応し、不溶解性ゲルを生成して膨張を抑制する効果があります。
リアクトライズにはリチウムイオンが配合されています。又pHも11.5程度です。


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施工事例15(西之坊橋)

 今回はリアクトライズ+撥水(+H)の施工について紹介をいたします。



・西之坊橋:愛媛県四国中央市
・施工面積:A=約700㎡
・施工箇所:橋梁上部工及び床版下面
・期間:令和3年1~3月
・使用薬剤:リアクトライズ+H 200㎏
・本工事は、昭和43年架設橋梁の橋梁耐震工事に合わせて、橋梁の延命化のため中性化対策を目的として「撥水作用を付与したオールインワンのコンクリート含浸材」のリアクトライズ+Hの施工が計画された。当該橋梁は架設後50年が経過し中性化が進行していた。一部には腐食が鉄筋にまで及んでいたため、ポリマーセメントモルタルで断面修復を行った。その後床版下面と側面部分及び上部の歩道部分についてリアクトトライズ+Hによる表面含浸工が行われた。施工面は白華等の変状もなく良好な仕上がりであった。
リアクトライズ+Hは撥水作用が付与してあるため、施工後に霧吹きで水を吹き付けて施工確認を行った。施工箇所は水をはじき表面含浸工が施されていることが確認できた。

西之坊橋

工事の様子

使用薬剤(リアクトライズ+H)

歩道部施工の様子

鉄筋にまで腐食が及ぶ箇所
(鉄筋の裏側まではつり取る)

ポリマーセメントモルタルで断面修復
(鉄筋には防錆処置を施した後に)

床版裏面施工後の様子

霧吹きで水を吹き付ける
(施工1週間後)

撥水作用付与により水をはじく様子

別の箇所も確認してみる

撥水作用を確認

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カルサプリの防錆効果

今回は、カルシウム補助剤「カルサプリ」に含まれる、亜硝酸イオンの防錆効果について説明をいたします。



カルサプリに含まれる亜硝酸イオン(NO2-)は、2価の鉄イオン(Fe2+)と反応してアノード部からのFe2+の溶出を防止し、不動態被膜(Fe2O3)として鉄筋表面に着床します。この反応によって不動態被膜が再生され、鉄筋腐食は抑制されます。コンクリートへの亜硝酸イオンによる鉄筋の防錆効果は、塩化物イオン(Cl-)に対するモル比(NO2-/Cl-)に関連し、有効なモル比は1.0以上と云われています。


表面含浸工による実験ではありませんが、過去に大学との共同研究にて、2.4㎏/m3塩化物イオンを添加したコンクリート供試体(鉄筋入)に、亜硝酸カルシウムをNO2-/Cl-=1のモル比で添加し、1年経過後に腐食状況を調査した所、鉄筋の腐食面積が81%減少したとの実験事例もあります。


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建設物価4月号に掲載

けい酸塩系表面含浸材「リアクトライズ」は、「建設物価」2021年4月号のP195ページ 補修補強材_表面含浸材_けい酸塩系表面含浸材の項に、実勢価格が掲載されました。

(全国6,300円)



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リアクトライズ+H(撥水)

 この度、リアクトライズ&カルサプリに新しい仲間が加わりました。



撥水作用を付与したオールインワンのコンクリート表面含浸剤

けい酸塩系表面含浸材 リアクトライズ+H(撥水)

NETIS登録No.SK—200001—A


今後、新製品の情報も発信してまいります。


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ライフサイクルコスト(LCC)

 今回は、表面含浸工のライフサイクルコスト(LCC)について紹介いたします。



LCCは構造物における設計、施工、供用、廃棄の費用を合計した総費用です。

LCC=I+M+R

I:イニシャルコスト(初期建設費用)

M:維持にかかる費用(維持管理費用など)

R:撤去費用

イニシャルコストのみを最小化することが必ずしもLCCを最小化するとは限りません。

けい酸塩やシラン系などの表面含浸工を維持管理に適切に適用することは、比較的少ないコストで性能劣化を抑制し、供用期間を延ばすことにつながります。


その中で、カルシウム補助剤併用のけい酸塩の適用は、中性化抑制、ヘアクラック閉塞、塩害・透水抑制などに効果があります。その概念図を示します。


1.中性化、ヘアクラックに対して



2.塩害、透水抑制、ASRに対して


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学会発表などの紹介

 この度、岐阜大学工学部 社会基盤工学科 小林孝一教授とのけい酸塩系表面含浸剤についての共同研究の成果を土木学会(2020年9月9日~11日)で発表をいたします。過去の学会発表と合わせて紹介をいたします。詳細内容につきましては、各営業担当者にお問合せください。


◇2020年

・令和2年度土木学会全国大会 第Ⅴ部門 補修・補強(材料)V-115けい酸塩系表面含浸材に対するセルロースナノファイバーの併用に関する検討

(キーワード:けい酸塩系表面含浸材,セルロースナノファイバー,スケーリング抵抗性,ひび割れ透水)


◇2019年

・日本コンクリート工学会 コンクリート工学年次大会2019 講演番号1278けい酸塩系表面含浸材の含浸深さへの雨掛かりの影響の検証および撥水材の添加による改良品の開発

(キーワード:けい酸塩系表面含浸材,撥水材,含浸深さ,中性化,塩化物イオン浸透,透水量)


◇2018年

・日本コンクリート工学会 Journal of Advanced Concrete Technology, Volume16(2018)論文 Carbonation Proofing Mechanism of Silicate-Based Surface Impregnations

(けい酸塩系表面含浸材の耐中性化メカニズム)


◇2017年

・日本コンクリート工学会 コンクリート工学年次大会2017論文 けい酸塩系表面含浸材の中性化抑制効果及びその抑制機構に関する実験的検討

(キーワード:けい酸塩系表面含浸材,中性化,抑制機構,亜硝酸カルシウム)


・防水ジャーナル2017年9月号 中性化対策が評価された含浸材,けい酸塩系表面含浸材とカルシウム剤を活用した橋梁補修工事


◇2016年

・日本材料学会 コンクリート構造物の補修,補強,アップグレード論文報告集 第16巻 補修・補強材料298けい酸塩系表面含浸材及びカルシウム補助材がコンクリートの耐久性向上に与える影響

(キーワード:けい酸塩系表面含浸材,透水量,中性化,亜硝酸カルシウム)


◇2015年

・土木学会 第70回年次学術講演会講演概要集 講演番号V-584けい酸塩系表面含浸材のCa系補助材による性能向上に関する実験的検討

(キーワード:けい酸塩系表面含浸材,亜硝酸カルシウム,透水試験)


よくある質問紹介


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表面保護工法の材料選定フロー

 先日、関西の建設コンサルタントの方からご質問を頂きました。




Q.リアクトライズ&カルサプリ、リアクトライズに適する予防保全対策について、フロー図で示してもらえないか?

A.表面保護工法の選定フロー図を作成し、ご説明をいたします。

①リアクトライズ単独施工は、けい酸塩系表面含浸剤に該当します。
劣化因子としては、中性化抑制対策、ヘアクラック対策として適しています。潜伏期の初期段階に計画される、予防保全対策で使用可能です。

②リアクトライズ&カルサプリは、カルシウム補助剤併用のけい酸塩系表面含浸剤(特許第6588751号)となります。遊離カルシウムの補給によりけい酸材としっかり反応し、強固なC-S-H保護層を形成します。①の対策に加え、風化・溶出といった経年劣化した構造物にも適し、シランに匹敵する遮水性を得られる結果があります。また外部と水分のやり取りを完全に遮断しないので、凍結融解にも良い効果を得られる結果もあります。


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