特開 2023-150821 ケイ酸質系塗布防水材、モルタル組成物、モルタル硬化体、及び防水工法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023150821

(43)【公開日】2023-10-16

(54)【発明の名称】ケイ酸質系塗布防水材、モルタル組成物、モルタル硬化体、及び防水工法

(51)【国際特許分類】

   C04B 28/02 20060101AFI20231005BHJP

   C04B 22/08 20060101ALI20231005BHJP

   C04B 41/68 20060101ALI20231005BHJP

   E03B 11/14 20060101ALI20231005BHJP

   E03F 1/00 20060101ALI20231005BHJP

【ＦＩ】

C04B28/02

C04B22/08 A

C04B41/68

E03B11/14

E03F1/00

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022060118

(22)【出願日】2022-03-31

(71)【出願人】

【識別番号】515181409

【氏名又は名称】宇部興産建材株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100088155

【弁理士】

【氏名又は名称】長谷川 芳樹

(74)【代理人】

【識別番号】100145012

【弁理士】

【氏名又は名称】石坂 泰紀

(72)【発明者】

【氏名】宮本 一輝

(72)【発明者】

【氏名】戸田 靖彦

(72)【発明者】

【氏名】貫田 誠

【テーマコード（参考）】

2D063

4G028

4G112

【Ｆターム（参考）】

2D063AA01

4G028DA01

4G028DB01

4G028DB06

4G112MB01

4G112PB06

4G112PC01

(57)【要約】

【課題】コンクリート内部において、ケイ酸カルシウム水和物の針状又は繊維状の結晶を多量に生成することが可能なケイ酸質系塗布防水材を提供すること。
【解決手段】セメントと、結晶増殖剤とを含有し、結晶増殖剤が、ケイ酸カルシウム水和物の結晶粉末である、ケイ酸質系塗布防水材。
【選択図】なし

【特許請求の範囲】

【請求項1】

セメントと、結晶増殖剤とを含有し、
前記結晶増殖剤が、ケイ酸カルシウム水和物の結晶粉末である、
ケイ酸質系塗布防水材。

【請求項2】

前記結晶増殖剤の含有量が、前記セメント１００質量部に対して、０．０３～５．５質量部である、請求項１に記載のケイ酸質系塗布防水材。

【請求項3】

ケイ酸質粉末をさらに含有する、請求項１又は２に記載のケイ酸質系塗布防水材。

【請求項4】

請求項１～３のいずれか一項に記載のケイ酸質系塗布防水材と、水とを含有する、モルタル組成物。

【請求項5】

請求項４に記載のモルタル組成物の硬化物を含有する、モルタル硬化体。

【請求項6】

請求項４に記載のモルタル組成物をコンクリートの表面に塗布する工程と、
塗布された前記モルタル組成物を硬化させる工程と、
を備える、防水工法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ケイ酸質系塗布防水材、モルタル組成物、モルタル硬化体、及び防水工法に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、地下構造物の外壁及び床；水槽；ピット等のコンクリートを防水するために、各種の防水工法が開発されている。このような防水工法においては、工事が容易なことから、ケイ酸質系塗布防水材が用いられている。ケイ酸質系塗布防水材は、コンクリート構造物表面に塗布し、コンクリート構造物の表層部を緻密化することで透水に対する防水性を付与する材料である。ケイ酸質系塗布防水材は、セメント、ケイ酸質系粉末等から構成される粉体であり、使用時は、所定量の水、又は、水及びポリマーディスパージョンと練り混ぜて用いられる。ケイ酸質系塗布防水材は、背面水圧がかかる下地面に施工しても膨れ及び剥離の発生が少ない材料として知られている。

【0003】

例えば、特許文献１には、ケイ酸質系塗布防水材として、コハク酸と、炭酸ナトリウムと、水酸化マグネシウムと、粉末ケイ酸ナトリウムと、ポルトランドセメントと、微粉状シリカと、カルボン酸と、シールデックスとを含むコンクリート表面改質材が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００４－３３２３２５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

ケイ酸質系塗布防水材の必要な特性としては、施工性、耐透水性等があり、特に防水性能の面から耐透水性が重要である。耐透水性は、ケイ酸質系塗布防水材から溶出したケイ酸イオンが、コンクリート内部のカルシウムイオンと反応して、生成する針状又は繊維状の結晶のケイ酸カルシウム水和物がコンクリートの毛細管空隙を充填し、コンクリート表層の緻密化が進行することによって付与されると考えられる。しかしながら、使用環境によっては、ケイ酸イオンの溶出が少なく、ケイ酸カルシウム水和物の針状又は繊維状の結晶の生成が不充分となる場合がある。

【0006】

そこで、本発明は、コンクリート内部において、ケイ酸カルシウム水和物の針状又は繊維状の結晶を多量に生成することが可能なケイ酸質系塗布防水材を提供することを主な目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明者らが上記課題を解決するために鋭意検討した結果、ケイ酸カルシウム水和物の結晶粉末が、コンクリート内部において、ケイ酸カルシウム水和物の針状又は繊維状の結晶を多量に生成することが可能な結晶増殖剤として作用することを見出し、本発明を完成するに至った。

【0008】

本発明の一側面は、ケイ酸質系塗布防水材に関する。当該ケイ酸質系塗布防水材は、セメントと、結晶増殖剤とを含有する。結晶増殖剤は、ケイ酸カルシウム水和物の結晶粉末である。このようなケイ酸質系塗布防水材によれば、コンクリート内部において、ケイ酸カルシウム水和物の針状又は繊維状の結晶を多量に生成することが可能となる。このような効果を奏する理由としては、ケイ酸カルシウム水和物の結晶粉末がいわゆる種結晶として作用し、ケイ酸カルシウム水和物の結晶生成を促進させるためと考えられる。ケイ酸カルシウム水和物の針状又は繊維状の結晶が多量に生成することにより、コンクリート構造物の表層の緻密化が進行し、コンクリート構造物に優れた防水性を付与することができる。

【0009】

結晶増殖剤の含有量は、セメント１００質量部に対して、０．０３～５．５質量部であってよい。

【0010】

ケイ酸質系塗布防水材は、ケイ酸質粉末をさらに含有していてもよい。

【0011】

本発明の他の側面は、モルタル組成物に関する。当該モルタル組成物は、上記のケイ酸質系塗布防水材と、水とを含有する。

【0012】

本発明の他の側面は、モルタル硬化体に関する。当該モルタル硬化体は、上記のモルタル組成物の硬化物を含有する。

【0013】

本発明の他の側面は、防水工法に関する。当該防水工法は、上記のモルタル組成物をコンクリートの表面に塗布する工程と、塗布されたモルタル組成物を硬化させる工程とを備える。

【発明の効果】

【0014】

本発明によれば、コンクリート内部において、ケイ酸カルシウム水和物の針状又は繊維状の結晶を多量に生成することが可能なケイ酸質系塗布防水材が提供される。また、本発明によれば、このようなケイ酸質系塗布防水材を用いたモルタル組成物が提供される。さらに、本発明によれば、このようなモルタル組成物を用いたモルタル硬化体及び防水工法が提供される。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】図１は、走査型電子顕微鏡によって撮影した試験体の一例の像であり、図１（ａ）、図１（ｂ）、及び図１（ｃ）は、それぞれ針状又は繊維状の結晶の割合が異なる像である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

以下、本発明の実施形態について詳細に説明する。ただし、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。

【0017】

本明細書中、以下で例示する材料は、特に断らない限り、条件に該当する範囲で、１種単独で用いてもよく、２種以上を組み合わせて用いてもよい。各成分の含有量は、各成分に該当する物質が複数存在する場合、特に断らない限り、当該複数の物質の合計量を意味する。

【0018】

［ケイ酸質系塗布防水材］
一実施形態のケイ酸質系塗布防水材は、セメントと、結晶増殖剤とを含有する。ケイ酸質系塗布防水材は、ケイ酸質粉末をさらに含有していてもよい。ケイ酸質系塗布防水材は、その他の成分を含有していてもよい。ケイ酸質系塗布防水材は、水硬性組成物であり得る。

【0019】

（セメント）
セメントとしては、例えば、普通ポルトランドセメント、早強ポルトランドセメント、超早強ポルトランドセメント、中庸熱ポルトランドセメント、低熱ポルトランドセメント、耐硫酸塩セメント、白色セメント、混合セメント、アルミナセメント等が挙げられる。これらの中でも、セメントは、例えば、普通ポルトランドセメントであってよい。

【0020】

セメントの含有量は、ケイ酸質系塗布防水材の全量を基準として、２０～６０質量％であってよい。セメントの含有量が、ケイ酸質系塗布防水材の全量を基準として、２０質量％以上であると、かすれが生じることなく作業できる傾向にあり、６０質量％以下であると、結晶増殖剤が急激に反応することによる流動性の低下を防ぐことができ、作業性に優れる傾向にある。セメントの含有量は、ケイ酸質系塗布防水材の全量を基準として、２５質量％以上又は３０質量％以上であってもよく、５５質量％以下又は５０質量％以下であってもよい。

【0021】

（結晶増殖剤）
結晶増殖剤は、ケイ酸カルシウム水和物の結晶粉末である。結晶増殖剤として、ケイ酸カルシウム水和物の結晶粉末を含有するケイ酸質系塗布防水材は、コンクリート内部において、ケイ酸カルシウム水和物の針状又は繊維状の結晶を多量に生成することが可能となる。このような効果を奏する理由としては、ケイ酸カルシウム水和物の結晶粉末がいわゆる種結晶として作用し、ケイ酸カルシウム水和物の結晶生成を促進させるためと考えられる。ケイ酸カルシウム水和物の針状又は繊維状の結晶が多量に生成することにより、コンクリート構造物の表層の緻密化が進行し、コンクリート構造物に優れた防水性を付与することができる。

【0022】

ケイ酸カルシウム水和物の結晶粉末のＢＥＴ比表面積は、０．５～１０ｍ^２／ｇであってよい。ＢＥＴ比表面積が０．５ｍ^２／ｇ以上であると、ケイ酸カルシウム水和物の針状又は繊維状の結晶が多量に生成し易く、耐透水性の効果が充分に得られ易くなる傾向にあり、１０ｍ^２／ｇ以下であると、結晶増殖剤が急激に反応することによる流動性の低下を防ぐことができ、作業性に優れる傾向にある。ＢＥＴ比表面積は、０．８ｍ^２／ｇ以上、１．１ｍ^２／ｇ以上、又は１．４ｍ^２／ｇ以上であってもよく、９ｍ^２／ｇ以下、８ｍ^２／ｇ以下、又は７ｍ^２／ｇ以下であってもよい。なお、ＢＥＴ比表面積は、窒素吸着法によるＢＥＴ比表面積計で測定することができる。

【0023】

結晶増殖剤の含有量は、セメント１００質量部に対して、０．０３～５．５質量部であってよい。結晶増殖剤の含有量が、セメント１００質量部に対して、０．０３質量部以上であると、ケイ酸カルシウム水和物の針状又は繊維状の結晶が多量に生成し易く、耐透水性の効果が充分に得られ易くなる傾向にある。結晶増殖剤の含有量が、セメント１００質量部に対して、５．５質量部以下であると、結晶増殖剤が急激に反応することによる流動性の低下を防ぐことができ、作業性に優れる傾向にある。結晶増殖剤の含有量は、セメント１００質量部に対して、０．０５質量部以上、０．１質量部以上、０．３質量部以上、０．５質量部以上、又は０．７質量部以上であってもよく、５．０質量部以下、４．８質量部以下、４．５質量部以下、４．２質量部以下、又は４．０質量部以下であってもよい。

【0024】

（ケイ酸質粉末）
ケイ酸質系塗布防水材は、ケイ酸質粉末（ただし、ケイ酸カルシウム水和物の結晶粉末を除く。）をさらに含有していてもよい。ケイ酸質系塗布防水材がケイ酸質粉末を含有することにより、耐透水性及び作業性をより充分に両立させることができる。

【0025】

ケイ酸質粉末は、例えば、アルカリケイ酸塩であってよい。アルカリケイ酸塩としては、例えば、ケイ酸ナトリウム、ケイ酸カリウム等が挙げられる。ケイ酸質粉末は、例えば、ケイ酸ナトリウム及びケイ酸カリウムからなる群より選ばれる少なくとも１種であってもよい。

【0026】

ケイ酸質粉末の含有量は、特に制限されないが、セメント１００質量部に対して、１～４０質量部であってよい。ケイ酸質粉末の含有量は、セメント１００質量部に対して、２質量部以上、３質量部以上又は５質量部以上であってもよく、３０質量部以下、２０質量部以下、１５質量部以下、又は１０質量部以下であってもよい。

【0027】

（その他の成分）
ケイ酸質系塗布防水材は、本発明の効果を損なわない範囲で、その他の成分をさらに含有してもよい。その他の成分としては、例えば、砂、寒水石、ろう石等の骨材；膨張材；急硬材；減水剤；消泡剤；増粘剤；防錆剤；収縮低減剤；保水剤；繊維；樹脂粉末；アタパルジャイト等の粘土鉱物；高炉スラグ微粉末、石灰石微粉末、フライアッシュ、シリカフューム等の混和材などが挙げられる。その他の成分は、１種単独で用いてもよく、２種以上を組み合わせて用いてもよい。

【0028】

その他の成分の含有量は、特に制限されないが、セメント１００質量部に対して、５０～４００質量部であってよい。その他の成分の含有量は、セメント１００質量部に対して、８０質量部以上又は１００質量部以上であってもよく、３００質量部以下又は２５０質量部以下であってもよい。

【0029】

本実施形態のケイ酸質系塗布防水材によれば、コンクリート内部において、ケイ酸カルシウム水和物の針状又は繊維状の結晶を多量に生成することが可能となる。本実施形態のケイ酸質系塗布防水材は、例えば、水と混合してモルタル組成物を調製してから使用される。

【0030】

［モルタル組成物］
一実施形態のモルタル組成物は、上記のケイ酸質系塗布防水材に水を配合し混練することによって調製することができる。すなわち、本実施形態のモルタル組成物は、上記のケイ酸質系塗布防水材と、水とを含有する。

【0031】

水の含有量は、ケイ酸質系塗布防水材１００質量部に対して、２０～５０質量部であってよい。水の含有量は、ケイ酸質系塗布防水材１００質量部に対して、２５質量部以上又は３０質量部以上であってもよく、４５質量部以下又は４０質量部以下であってもよい。

【0032】

モルタル組成物は、ローラー、鏝、刷毛等を用いる一般的方法でコンクリートの表面に塗布することによって使用される。塗布されたモルタル組成物は、例えば、２０±２℃で、湿度８０％ＲＨ以上の湿空中で２８日間養生することによって、モルタル組成物の硬化物を含有するモルタル硬化体（層）を形成することができる。モルタル組成物のコンクリートの表面への塗布は、防水性の観点から、塗布及び養生を繰り返して、モルタル組成物の硬化物を含有するモルタル硬化体層を複数形成することが好ましい。

【0033】

モルタル組成物が塗布されるコンクリートは、例えば、地下構造物の外壁及び床、水槽、ピット等のコンクリートなどが挙げられる。

【0034】

［モルタル硬化体］
一実施形態のモルタル硬化体は、上記のモルタル組成物を硬化させることによって得ることができる。すなわち、本実施形態のモルタル硬化体は、上記のモルタル組成物の硬化物を含有する。モルタル組成物の硬化条件は、上記と同様であってよい。

【0035】

［防水工法］
一実施形態の防水工法は、上記のモルタル組成物をコンクリートの表面に塗布する工程と、塗布されたモルタル組成物を硬化させる工程とを備える。塗布方法、モルタル組成物が塗布されるコンクリート、モルタル組成物の硬化条件等は上記と同様であってよい。

【実施例0036】

以下、実施例により本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。

【0037】

［使用材料］
（１）セメント
Ｃ：普通ポルトランドセメント（宇部三菱セメント株式会社製：ブレーン比表面積３３００ｃｍ^２／ｇ）
（２）結晶増殖剤
Ｓ：ケイ酸カルシウム水和物の結晶粉末（ＢＥＴ比表面積：２．４ｍ^２／ｇ）
（３）ケイ酸質系粉末
Ｎ：ケイ酸ナトリウム（３号無水粉末品）
（４）その他の成分
骨材、混和材、減水剤、消泡剤、増粘剤等

【0038】

［ケイ酸質系塗布防水材及びモルタル組成物の調製］
（実施例１～８及び比較例１）
セメント及び結晶増殖剤を表１に示す割合（単位：質量部）で配合し、さらにセメント１００質量部に対して合計１２３質量部のその他の成分を加えて、実施例１～８及び比較例１のケイ酸質系塗布防水材を調製した。得られたケイ酸質系塗布防水材１００質量部に対して３５質量部の水を加えて、実施例１～８及び比較例１のモルタル組成物を調製した。

【0039】

（実施例９～１４）
セメント、結晶増殖剤、及びケイ酸質系粉末を表２に示す割合（単位：質量部）で配合し、さらにセメント１００質量部に対して合計１３８質量部のその他の成分を加えて、実施例９～１４のケイ酸質系塗布防水材を調製した。得られたケイ酸質系塗布防水材１００質量部に対して３９質量部の水を加えて、実施例９～１４のモルタル組成物を調製した。

【0040】

［ケイ酸質系塗布防水材（モルタル組成物）の評価］
（１）針状又は繊維状の結晶量の評価
（試験体の作製）
「ＪＡＳＳ８ Ｍ－３０１－２０１４ ケイ酸質系塗布防水材の品質および試験方法」に準拠し、普通ポルトランドセメント及び豊浦砂を用い、水／セメント質量比０．６５、砂／セメント質量比２．３のモルタルをΦ１５０ｍｍ×４０ｍｍに２層に分けて詰め、最後に、モルタルを約５ｍｍ盛り上げ、２０℃、湿度８０％ＲＨ以上の環境下で湿空養生を行った。モルタルを詰めてから５時間経過した後、試験体を傷めないように注意して型枠の上の盛上げを削り取り、押し付けない程度に軽くなでてその上面を平滑にした。型枠に詰め終わってから２４時間経た後に型枠から取り外し、さらに湿空養生を６日間行った。上記湿空養生終了後、打込み面のレイタンス、汚れを除去し、打込み面を湿潤状態にした。その後、実施例１～１４及び比較例１の各モルタル組成物を０．６ｋｇ／ｍ^２塗布し、３時間経過後に表面が完全に乾燥したことを確認し、さらに各モルタル組成物を０．８ｋｇ／ｍ^２塗布した。その後、２０±２℃、湿度８０％ＲＨ以上の湿空中で２８日間養生して試験体を作製した。

【0041】

（針状又は繊維状の結晶量の評価）
得られた試験体の断面を切り出し、走査電子顕微鏡（日本電子株式会社、ＪＳＭ－７０００Ｆ））を用いて、４０倍に拡大した写真を撮影した。次に、モルタル組成物が塗布された層を４０００倍に拡大し、２ｍｍ×０．５ｍｍの範囲を０．２５ｍｍ間隔で８１画面の写真を撮影し、針状又は繊維状の結晶量を調査した。

【0042】

走査型電子顕微鏡の観察画面（拡大率４０００倍）において、上記結晶が７０面積％以上の割合で占めていた場合を３点、５０面積％以上７０面積％未満の割合で占めていた場合を２点、３０面積％以上５０面積％未満の割合で占めていた場合を１点、３０％未満の割合で占めていた場合を０点として、８１画面の点数を合計し、ケイ酸質系塗布防水材を塗布した場合の試験体（塗布試験体）の合計点数を得た。なお、点数判定は、「ＪＡＳＳ８ Ｔ－３０１ ケイ酸質系塗布防水材の試験方法改定の検討 建材試験情報 ５‘１４」の判定例を参考にした。得られた塗布試験体の合計点数と、ケイ酸質系塗布防水材を塗布しなかった場合の試験体（無塗布試験体）から求められた無塗布試験体の合計点数とに基づき、無塗布試験体の合計点数に対する塗布試験体の合計点数の比（塗布試験体の合計点数／無塗布試験体の合計点数）を算出することによって、針状又は繊維状の結晶量を評価した。結果を表１及び表２に示す。

【0043】

図１は、走査型電子顕微鏡によって撮影した試験体の一例の像であり、図１（ａ）、図１（ｂ）、及び図１（ｃ）は、それぞれ針状又は繊維状の結晶の割合が異なる像である。
図１（ａ）においては、丸で囲った部分に結晶が存在している。図１（ａ）は、観察画面において、結晶が２０面積％の割合で占めており、０点と判断されるものである。図１（ｂ）及び図１（ｃ）は、観察画面において、結晶がそれぞれ７０、９０面積％の割合で占めており、両方とも３点と判断されるものである。

【0044】

（２）透水係数比の算出
「ＪＡＳＳ８ Ｍ－３０１－２０１４ ケイ酸質系塗布防水材の品質および試験方法」に準拠し、上記の「（２）針状又は繊維状の結晶量の評価」の試験体からΦ３０×４０ｍｍのコアを採取した後、防水材部分のみを削除し、塗布面から５ｍｍまでの部分を切り取り、透水係数測定用試料とした。透水係数測定用試料をアウトプット式透水試験装置に取り付け、水圧０．２９４ＭＰａを負荷し、定常状態になった後、単位時間に流出する水量を測定し、透水係数を算出した。なお、透水係数は、以下に示すダルシー式から算出した。算出された塗布試験体の透水係数と、ケイ酸質系塗布防水材を塗布しなかった場合の試験体（無塗布試験体）から求められた無塗布試験体の透水係数とに基づき、無塗布試験体の透水係数に対する塗布試験体の透水係数の比（透水係数比（塗布試験体の透水係数／無塗布試験体の透水係数））を算出した。結果を表１及び表２に示す。
Ｋ＝（Ｑ・ｐ・ｌ）／（Ｐ・Ａ・ｔ）
Ｋ：透水係数（ｍｍ／ｓ）、Ｑ：時間ｔの間に流出した水量（ｍｍ^３）、ｐ：水の密度（ｋｇ／ｍｍ^３）、ｌ：試料の厚さ（ｍｍ）、Ｐ：水圧（ＭＰａ）、Ａ：試料の断面積（ｍｍ^３）、ｔ：時間（ｓ）
（３）作業性
左官刷毛を用いて、実施例１～１４及び比較例１のモルタル組成物を塗布したときの官能検査判定を行った。塗り易かった場合を作業性が良好として「Ａ」、塗りがやや重かった場合を「Ｂ」、塗りが重く、かすれが生じた場合を「Ｃ」と評価した。結果を表１及び表２に示す。

【0045】

【表1】

【0046】

表１に示すとおり、結晶増殖剤を含有する実施例のケイ酸質系塗布防水材は、結晶増殖剤を含有しない比較例のケイ酸質系塗布防水材に比べて、結晶量評価が高く、これに伴い耐透水性も高かった。一方、結晶増殖剤の含有量が、セメント１００質量部に対して、５．０質量部以下であると、作業性が向上することが判明した。

【0047】

【表2】

【0048】

表２に示すとおり、ケイ酸質粉末をさらに含有する実施例のケイ酸質系塗布防水材は、耐透水性及び作業性をより高いレベルで両立させることが判明した。

【0049】

以上より、本発明のケイ酸質系塗布防水材が、コンクリート内部において、ケイ酸カルシウム水和物の針状又は繊維状の結晶を多量に生成することが可能であることが確認された。

【図1】