外断熱・コンクリートの補修・改質・保護で省エネ&ゼロエミッション化を目指すバークス環境

水の侵入が原因のコンクリートのひび割れ対策

コンクリートのひび割れの原因の一つ、
それは、コンクリートの内部への水の侵入です。

下記の図のように、
コンクリート内部には縦横無尽に毛細管が存在しています。

ミクロスケールでコンクリートを観察すると、
コンクリート内部には微細な毛細管や空隙の存在が確認できます。
大気中に含まれる二酸化炭素、塩化物(特に沿岸・海岸地域)、水蒸気(湿気)などが
これらの毛細管や空隙を通じて内部に進入するのです。

下記の図の左半分は撥水剤Sクリートガード未塗布、
右半分はSクリートガード塗布の状態を示しています。

湿度や劣化促進物質が進入湿度の高い場所
(立地条件:地下や換気の悪い場所、環境条件:海岸や河川や湿地帯に近い場所)にある
構造物の場合には、コンクリート内部に進入した水蒸気が滞留しやすくなります。

コンクリート内の水蒸気が溜まると、徐々にコンクリートの劣化が進行する

内部に滞留した水蒸気が温度変化を受けると、結露となって蓄積します。
このコンクリート内部に蓄積した水蒸気や結露によって、
徐々にコンクリートの主成分である水酸化カルシウムが溶解します。

溶解した水酸化カルシウムが毛細管を通じてコンクリート表面に染み出し、
析出することが、いわゆるエフロ(白華)や鼻タレと呼ばれる現象です。

この作用は非常に緩慢に進行するため、
構造物表面に目視可能なクラックやエフロが発生した時点で気付かれることが多いのですが、
構造物内部ではゆっくりと着実に劣化が進行しています。

土中の石灰岩層に水が進入し鍾乳洞を形成するプロセスと似たような現象
(完全に同じとはいえませんが、共通点が多い現象です)が、
コンクリート構造物にも常に起きているのです。

コンクリートの補修・改質剤(Sクリートガード)を塗布すると…

Sクリートガードの効果上記の図の右半分にあるように、
Sクリートガードを塗布することでコンクリート内部の毛細管と空隙が充填されます。

Sクリートガードが結晶化する際に、
コンクリート内部の遊離水や未水和の水酸化カルシウム、
骨材由来のアルカリ物質(アルカリ金属、アルカリ土類金
属)イオン、
外部由来の塩化物イオンと反応し固定化します。

また、結晶物の表層には撥水基があるため、コンクリートの表面に撥水層を形成し、
塗布後に外部から水蒸気や水が進入してもコンクリート成分が溶出しにくくなります。

コンクリート内部の毛細管や空隙を充填し緻密化するといっても、
決して通気性を阻害することはありません(気体のスケールはさらに小さいため)。

気体中に含まれる二酸化炭素や塩化物イオンが内部に進入した場合でも、
先に述べたようにSクリートガードを塗布したことで
コンクリート成分との結合が阻害されるため、
これらの劣化原因物質はコンクリート内部で反応を起こすことなく外部に排出されます。

また、Sクリートガードの成分はコンクリートと同様アルカリ性です。
中性化が進行したコンクリートに塗布することでアルカリ性を回復します。
このため、鉄筋表面の不動態被膜を保つことで鉄筋の防錆効果を発揮します。
表面に塗膜を形成するタイプの塗料では、
コンクリート内部の毛細管や空隙を埋めることはできません。

また、コンクリートが乾燥する過程(新築の場合)や、建物内外の水蒸気量などによって、
躯体は常にわずかずつ体積膨張・収縮を繰り返していますが、
塗料によってはコンクリートの変化率に対応できずに塗装面にハガレが生じたり、
コンクリート躯体にクラックが生じる場合があります。
Sクリートガードにはひび割れ追従性があるため、このような問題は生じません。

Sクリートガード

塩化物イオンが原因のコンクリートのひび割れ対策

コンクリートのひび割れの原因の一つ、
それは、塩化物イオンによるコンクリートの中性化です。

塩化物イオンがコンクリート内部に侵入すると,
コンクリート内部のケイ酸カルシウムと結合し,
コンクリートの中性化を促進させます。

中性化が進行すると、コンクリートの強度が著しく弱まり
コンクリート内部のpHを低下させてしまいます。

また、コンクリートのpHが低下すると、
鉄筋表面に形成される不動態被膜が脆弱となるため、
鉄筋の腐食が進み錆の発生や膨張の原因となります。
また、構造物全体の強度が低下し、
コンクリートの爆裂を招く原因にもなってしまうのです。

特に海岸や沿岸域は、海水中および気中から
恒常的に高濃度の塩化物イオンの供給を受けています。
このような環境にあるコンクリート構造物に対し、
表面含浸工法の有効性を試験してみました。

塩化物イオンの侵入を防ぐために、
SクリートアップSクリートガードを塗布した実験を行いました。

下記に挙げるグラフは、某国立大学が実施したコンクリートの表面含浸工法の
暴露試験結果をグラフ化したものです。

塩化物イオンCl-浸透量グラフ

表面付着 塩化物イオン量グラフ

今回の実験の結果から,
コンクリート構造物に表面含浸剤(Sクリートアップ・Sクリートガード)を
塗布することで以下の効果が得られることがわかります。

  1. 塩化物イオンを表層に留める
  2. 塩化物イオンの内部への侵入を抑制する

コンクリート構造物の塩化物イオン対策

海岸・沿岸域におけるコンクリート構造物は常時外部から塩化物イオンが供給される環境にあるため,
構造物の耐久性を向上させるにあたり,より積極的な塩化物イオン対策が必要となります。
塩化物イオン対策の要点は次の2つです。

●塩化物イオンの侵入を阻止すること
●内部に侵入した塩化物イオンとコンクリート成分との反応を阻害すること

Sクリートアップ・Sクリートガードのはたらき(実験結果からわかること)

実験結果より、塩化物イオン対策としての表面含浸工法の有効性が照明されました。
つまり、Sクリートアップ・Sクリートガードは
コンクリート内部に浸透し、コンクリート内部の未水和のケイ酸カルシウムや
骨材成分中のアルカリ金属類と結合しコンクリートを安定化させます。
仮に、塩化物イオンが内部に侵入した場合でも、塩化物イオンの反応を阻害することができるのです。

塩化物イオンの結合相手が不在となるため、最終的に塩化物イオンはやがて気中または水中に放出されます。

上記のメカニズムにより,
塩化物イオンの侵入抑制にSクリートアップ,Sクリートガードを用いた
表面含浸工法は有効であることがわかります。

SクリートアップまたはSクリートガードを用いた表面含浸工法のメリット

従来のコンクリート構造物の製造工法に対し
大幅な変更を加えずに済むという利点があります.

構造物の表面全体を塗布することで,
従来の規格のコンクリートの耐久性を向上させることが可能となります。

SクリートアップとSクリートガードの違い

SクリートアップとSクリートガードを比較した場合、
Sクリートガードの方がより塩化物イオンの侵入を阻害する効果が高く、
この差異は、材料の特性に由来します。

Sクリートアップは親水性であり、Sクリートガードは撥水性です。
Sクリートアップは親水性のため、
塩化物イオン抑制など外部からの劣化原因の侵入抑制の面においては
Sクリートガードにやや劣りますが、
海中構造物への塗布が可能です。

前述の暴露試験の結果に基づくと、
未塗布(プレーン) のコンクリートは、
Sクリートアップを塗布したコンクリートに比べて
塩化物イオンの浸透量が約1.6倍多いという結果となります。
それだけ未塗布のコンクリートは劣化の進行が短期間に進むということです。

Sクリートガードは、Sクリートアップに比べて高い撥水効果を発揮し、
より強力に表面を保護します。
未塗布(プレーン) のコンクリートと比較すると
塩化物イオンの侵入抑制効果は約5.7倍も高くなります。

ただし、Sクリートガードは海中コンクリートへの使用は適していません。
表面の撥水効果が高いため、構造物内部と外部のイオン濃度の差が大きくなるためです。

一方で、Sクリートガードは、テトラポッドや海岸護岸のように
常時海水面下にはないコンクリート構造物への使用には適しています。
また、Sクリートガードは防汚・防藻効果にも優れており、
コンクリート構造物の耐久性向上だけではなく、美観の維持にも有効です。

Sクリートガード Sクリートアップ

シラン系含浸材の特徴

コンクリート等の表面含浸材の2つの区分

ケイ酸系とシラン系と呼ばれる2つの大きな区分があります。

シラン系の特徴

「シラン系」という呼称で包括される表面含浸材の大きな特長は、
コンクリート表面にR(Si-O)構造を形成し、撥水性能を付与することです。

ポリシロキサン骨格の主鎖である(-Si-O-Si)の無機結合は、
非常に強固で安定した構造になっています。また無機のため紫外線の影響を受けません。
なぜならば、シロキサン結合はその結合エネルギーが101Kcal/molであるため、
紫外線(300nm)の持つ85Kcal/molでは解離しないためです。

この無機部の表面に有機側鎖として、
撥水基としてデザインされた官能基(R)が付与され、
無機/有機ハイブリッド高分子を硬化時に形成する液剤が、
いわゆる「シラン・シロキサン系」表面含浸材です。

シラン系表面含浸材の選び方

たとえば現在、市場で主流とされるシラン系表面含浸材には、
アルキルアルコキシシラン系、アルキルシリコネート系などがあります。

これらは、撥水効果をもたらす官能基=撥水基(R)部分が、
主にアルキル基(CnH2n+1)またはアルキル基を有する構造になっています。

つまり、市場で主流であるシラン系表面含浸材の
官能基=撥水基(R)部分は、先に述べたとおりカーボンを含む有機物であり、
紫外線による影響を徐々に受けることになってしまうのです。

コンクリート撥水材Sクリートガードの特徴

Sクリートガード(シランシロキサン系)については、
この官能基(R)について、高い撥水性能を発揮しながらも、
安定性が高く紫外線の影響を受けにくいようデザインされています。

「シラン系」と括られる製品カテゴリにおいても、
この疎水基(R)箇所の構造が異なる点をご理解ください。

また、Sクリートガードは、いわゆるシラン系の特長である
「コンクリート表面での撥水効果」だけではなく、
内部に浸透してコンクリートの吸水防止効果を高める成分が配合されています。

そのため、Sクリートガードをコンクリートに塗布することで、
「超撥水層」と「吸水防止層」の2層が形成され、
これが「遮水層」として機能するのです。

シラン系表面含浸材「Sクリートガード」についての詳細は、下記をご覧ください。

Sクリートガード

コンクリートの寿命と建物の耐用年数

日本における鉄筋コンクリートの寿命

鉄筋コンクリートは強くて耐久性があると思いがちですが、
実はそうでもないのです。
断熱をしていない木造建築物の方が長持ちしています。
京都の古い寺社がいい例です。
日本で鉄筋コンクリートの寿命は平均で30年、良くて50年です。

鉄筋コンクリートの寿命が短い原因

コンクリートの劣化の大きな原因は、
塩害・凍害・中性化・アルカリ骨材反応など
一般の方には聞き慣れない要因が多数あります。
最悪なのは、コンクリートに内設されている鉄筋が
錆びてしまうことです。

こんな話をすると、コンクリート造はダメな構造だと
思われてしまうかもしれませんが、
それでも、一番強くて、耐久性のあるものなのです。

鉄筋コンクリートの寿命を延ばすには?

答えは意外に簡単でした。
雨水、いわゆる「水」がかからなければ、
劣化要因の影響を受けないことが解ったのです。

コンクリートが水を弾いてしまえば、
コンクリートの劣化は抑制され、
何よりも鉄筋の錆びが防げるのです。

コンクリートの防水をして建物の寿命を延ばす方法

残念ながら、コンクリートはよく水を吸収してしまいます。
ですから、高性能なコンクリート吸水防止剤を
コンクリートに塗布することが重要になる訳です。
ぜひ、当社のサイトをご覧いただき、
Sクリートガード(浸透性シラン・シロキサン系撥水剤)・
Sクリートアップ(浸透性コンクリート改質剤)の必要性を
ご理解いただきたいと思います。
すでに、10年以上の実績があり、大変高い評価をいただいておりますので、
安心してご使用いただけるものと思っております。

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