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JP7036315B2 - Geopolymer for crack repair or cross-section repair of concrete - Google Patents

Geopolymer for crack repair or cross-section repair of concrete Download PDF

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JP7036315B2 JP2018053168A JP2018053168A JP7036315B2 JP 7036315 B2 JP7036315 B2 JP 7036315B2 JP 2018053168 A JP2018053168 A JP 2018053168A JP 2018053168 A JP2018053168 A JP 2018053168A JP 7036315 B2 JP7036315 B2 JP 7036315B2
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Description

本発明は、コンクリートのひび割れ補修又は断面修復用のジオポリマーに関する。 The present invention relates to a geopolymer for repairing cracks or repairing cross sections of concrete.

現在、コンクリートのひび割れ補修と断面修復に一般に用いる材料は、ポリマーセメントとエポキシ樹脂のいずれかである。しかし、耐火性の低い有機化合物を含む補修材料は火熱時の物性に問題がある。また、エポキシ樹脂は、接着材又はひび割れの注入材としてよく使われているが、耐候性が悪く、また引張強度、熱膨張係数及び弾性係数などの性質ではコンクリートと同質ではないため、補修部と既存部との相違が生じる。更にポリマーセメントは、セメントの水和生成物としてCa(OH)結晶とC-S-Hゲルがポリマーセメント内に存在するため、耐酸性と耐火性に劣る。 Currently, the commonly used materials for crack repair and cross-section repair of concrete are either polymer cement or epoxy resin. However, repair materials containing organic compounds with low fire resistance have problems with their physical properties during thermal heat. Epoxy resin is often used as an adhesive or a crack injection material, but it has poor weather resistance and is not the same quality as concrete in terms of tensile strength, coefficient of thermal expansion, and elastic modulus. Differences from the existing part will occur. Further, the polymer cement is inferior in acid resistance and fire resistance because Ca (OH) 2 crystals and CSH gel are present in the polymer cement as hydrated products of the cement.

これに対して、ジオポリマーは、可溶性のケイ素及びアルミニウムを含む活性フィラーと、これを活性化させるアルカリ活性剤を含むアルカリ溶液との混合物が縮重合反応によって硬化する無機材料である。活性フィラーとしては、高炉スラグ粉末とフライアッシュが多用されており、アルカリ溶液としては通常、水ガラス水溶液又は水ガラスと苛性ソーダの混合水溶液が用いられている。このようにジオポリマーは、セメントを使用せず産業廃棄物・副産物を主原料とすることから、環境負荷の小さい材料として注目されている。そしてジオポリマーは、凝結・硬化と強度発現がポルトランドセメントより早いため、養生期間が短く、既存コンクリート及び鉄筋との接着性が良く、またCa(OH)などの結晶質セメント水和生成物が含まれないため耐火性及び耐酸性が優れるなどの特徴がある。したがって、下水道関連施設などの酸が発生する環境下や、製鉄所などの高温となる環境下などにおいて、ジオポリマーの活用が期待されている。 On the other hand, the geopolymer is an inorganic material in which a mixture of an active filler containing soluble silicon and aluminum and an alkaline solution containing an alkaline activator that activates the active filler is cured by a polycondensation reaction. As the active filler, blast furnace slag powder and fly ash are often used, and as the alkaline solution, a water glass aqueous solution or a mixed aqueous solution of water glass and caustic soda is usually used. As described above, geopolymers are attracting attention as materials having a small environmental load because they do not use cement and use industrial wastes and by-products as main raw materials. Since geopolymer has faster condensation / hardening and strength development than Portland cement, it has a short curing period, good adhesion to existing concrete and reinforcing bars, and crystalline cement hydrated products such as Ca (OH) 2 . Since it is not contained, it has excellent fire resistance and acid resistance. Therefore, it is expected that geopolymers will be used in environments where acid is generated such as sewerage-related facilities and in high temperature environments such as steelworks.

ところで、40℃以下の常温環境において圧縮強度が30MPa以上のジオポリマーを作製するためには、活性フィラーとして高炉スラグ粉末を単独使用する、又は他の活性フィラーと混合使用する必要がある。しかし、JIS4000級以上の高炉スラグ粉末を活性フィラー中で例えば30質量%使用すると、ジオポリオマーの凝結が早く、可使時間が40分以下となる。ジオポリオマーの流動性が経時的に低下することを考えると、コンクリートのひび割れ補修や断面修復用の注入材として使用する場合には可使時間(可注入時間)は20分以下となる。このように高炉スラグ粉末を使用するジオポリマーは、常温環境においても強度発現性に優れるが、コンクリートのひび割れ補修や断面修復の注入工法と充填工法に適用するには可使時間が短いという問題がある。高炉スラグ粉末の粉末度を低くすれば、可使時間が若干長くなるが、微細なひび割れに注入し難しくなる。 By the way, in order to produce a geopolymer having a compressive strength of 30 MPa or more in a room temperature environment of 40 ° C. or lower, it is necessary to use the blast furnace slag powder alone as the active filler or to mix and use it with other active fillers. However, when, for example, 30% by mass of blast furnace slag powder of JIS4000 grade or higher is used in the active filler, the geopolyomer condenses quickly and the pot life is 40 minutes or less. Considering that the fluidity of the geopolyomer decreases with time, the pot life (possible injection time) is 20 minutes or less when it is used as an injection material for repairing cracks in concrete or repairing a cross section. As described above, geopolymers using blast furnace slag powder have excellent strength development even in a room temperature environment, but there is a problem that the pot life is short when applied to the injection method and filling method for repairing cracks in concrete and repairing cross sections. be. If the powderiness of the blast furnace slag powder is lowered, the pot life will be slightly longer, but it will be difficult to inject into fine cracks.

そこで、ジオポリマーの可使時間を延長する技術として、酒石酸ナトリウムを主成分とするジオポリマー用遅延剤を添加する技術が知られている(非特許文献1)。しかし、この遅延剤は、活性フィラーとしてフライアッシュと高炉スラグ粉末を併用するジオポリマーだけに適用でき、また無添加に比べ、添加した場合の常温硬化後の強度が低下する。なお、ひび割れや欠損部への注入性と充填性を確保するために液固比を高めると、常温環境で硬化後の圧縮強度が45MPa以上である、ひび割れ補修用ジオポリマーを得ることは困難である。 Therefore, as a technique for extending the pot life of a geopolymer, a technique for adding a delaying agent for a geopolymer containing sodium tartrate as a main component is known (Non-Patent Document 1). However, this retarder can be applied only to a geopolymer in which fly ash and blast furnace slag powder are used in combination as an active filler, and the strength after normal temperature curing when added is lower than that without addition. If the liquid-solidity ratio is increased in order to ensure the injectability and filling property into cracks and defects, it is difficult to obtain a crack repair geopolymer having a compressive strength of 45 MPa or more after curing in a normal temperature environment. be.

一方、非特許文献2では、新規のアルカリ溶液として、液体ガラス(シリカ質系塗布剤水溶液)と苛性ソーダの混合水溶液が提案されている。この液体ガラスと苛性ソーダの混合水溶液を使用すると、従来の水ガラスと苛性ソーダの混合水溶液を使用する場合に比べ可使時間は長くなるが、前述のとおりジオポリオマーの流動性が経時的に低下することを考えると、ひび割れ補修用注入材として使用する場合には可使時間(可注入時間)は20分以下となる。しかも、ひび割れへの注入性を確保するために液固比が0.7と高いため、常温環境で硬化後の圧縮強度は45MPaを超えるのが可能であるものの、60MPa以上(土木用の高強度コンクリート相当)である、ひび割れ補修用ジオポリマーを得ることは困難である。 On the other hand, Non-Patent Document 2 proposes a mixed aqueous solution of liquid glass (aqueous solution of a siliceous coating agent) and caustic soda as a novel alkaline solution. When this mixed aqueous solution of liquid glass and caustic soda is used, the pot life is longer than when the conventional mixed aqueous solution of water glass and caustic soda is used, but as mentioned above, the fluidity of the geopolyomer decreases with time. Considering this, when used as an injection material for repairing cracks, the potable time (possible injection time) is 20 minutes or less. Moreover, since the liquid-solidity ratio is as high as 0.7 to ensure injection into cracks, the compressive strength after curing in a room temperature environment can exceed 45 MPa, but 60 MPa or more (high strength for civil engineering). It is difficult to obtain a geopolymer for crack repair, which is equivalent to concrete).

岡田朋久,菅彰,橋爪進,李柱国:ジオポリマーに適用する凝結遅延剤に関する研究,コンクリート工学年次論文集,Vol.37,No.1,2015,pp.2295-2300Tomohisa Okada, Akira Suga, Susumu Hashizume, Kuni Lee: Research on Condensation Delaying Agents Applied to Geopolymers, Annual Proceedings of Concrete Engineering, Vol. 37, No. 1,205,pp. 2295-2300 北田達也,李柱国:コンクリートのジオポリマー系ひび割れ補修材に関する研究,コンクリート工学年次論文集,Vol.39,No.1,2017,pp.1975-1980Tatsuya Kitada, Kuni Lee: Research on Geopolymer-based crack repair materials for concrete, Annual Proceedings of Concrete Engineering, Vol. 39, No. 1,2017, pp. 1975-1980

本発明が解決しようとする課題は、ひび割れ補修や断面修復用として高い注入性と充填性、適切な可使時間及び常温下の優れる強度発現性を共に確保することのできる新たなジオポリマーを提供することにある。 The problem to be solved by the present invention is to provide a new geopolymer capable of ensuring high injectability and filling property, appropriate pot life and excellent strength development at room temperature for crack repair and cross-section repair. To do.

この課題を解決するために本発明者らが活性フィラーについて種々の試験を重ねた結果、パーライト粉末を高炉スラグ粉末と混合使用することで、ひび割れ補修用として高い注入性、適切な可使時間及び常温下の優れる強度発現性を共に確保できることを知見した。 As a result of various tests on active fillers by the present inventors in order to solve this problem, by using pearlite powder mixed with blast furnace slag powder, high injectability, appropriate pot life and appropriate pot life for crack repair are achieved. It was found that both excellent strength development at room temperature can be ensured.

すなわち、本発明の一観点によれば、アルカリ溶液に、パーライト粉末及び高炉スラグ粉末を含む活性フィラーを混合してなる、コンクリートのひび割れ補修又は断面修復用ジオポリマーであって、パーライト粉末と高炉スラグ粉末との質量比がパーライト粉末:高炉スラグ粉末=80:20~50:50、液固比が0.4~0.7である、コンクリートのひび割れ補修又は断面修復用ジオポリマーが提供される。
また、本発明の他の観点によれば、本発明のコンクリートのひび割れ補修又は断面修復用ジオポリマーに、細骨材を添加してなる、コンクリートの断面修復用ジオポリマーモルタルが提供される。
That is, according to one aspect of the present invention, it is a geopolymer for repairing cracks in concrete or repairing a cross section, which is a mixture of an alkaline solution and an active filler containing pearlite powder and blast furnace slag powder. Geopolymers for repairing cracks in concrete or repairing cross sections are provided, which have a mass ratio of pearlite powder to powder: blast furnace slag powder = 80:20 to 50:50 and a liquid-solidity ratio of 0.4 to 0.7 .
Further, according to another aspect of the present invention, there is provided a geopolymer mortar for repairing a cross section of concrete, which is obtained by adding a fine aggregate to the geopolymer for repairing cracks or repairing a cross section of the concrete of the present invention.

本発明によれば、活性フィラーとしてパーライト粉末を高炉スラグ粉末と混合使用することで、ひび割れ補修や断面修復用として高い注入性・充填性と適切な可使時間を確保しながら、常温下の優れる強度発現性も確保でき、例えば60MPa以上の常温養生の圧縮強度を実現することも可能である。 According to the present invention, by using pearlite powder mixed with blast furnace slag powder as an active filler, it is excellent at room temperature while ensuring high injectability / filling property and appropriate pot life for crack repair and cross-section repair. The strength development can be ensured, and for example, it is possible to realize a compressive strength of room temperature curing of 60 MPa or more.

ジオポリマースラリー(GPS)の可使時間を示す図。The figure which shows the pot life of a geopolymer slurry (GPS). GPSの粘度試験の結果を示す図。The figure which shows the result of the viscosity test of GPS. GPSの流下時間を示す図。The figure which shows the flow time of GPS. GPSのテーブルフロー試験の結果及び経時変化を示す写真。A photograph showing the results of a GPS table flow test and changes over time. GPSの保水係数を示す図。The figure which shows the water retention coefficient of GPS. GPS硬化体の圧縮強度を示す図。The figure which shows the compressive strength of a GPS hardened body. GPSの材齢28日の接着強度を示す図。The figure which shows the adhesive strength of the material age 28 days of GPS. GPS硬化体の硫酸溶液浸漬後の質量変化率を示す図。The figure which shows the mass change rate after soaking in a sulfuric acid solution of a GPS hardened body. GPS硬化体の硫酸溶液浸漬後の劣化状況を示す写真。A photograph showing the deterioration state of a GPS cured product after being immersed in a sulfuric acid solution. GPS硬化体の長さ変化率を示す図。The figure which shows the length change rate of a GPS hardened body.

本発明のコンクリートのひび割れ補修又は断面修復用ジオポリマーは、アルカリ溶液に、パーライト粉末及び高炉スラグ粉末を含む活性フィラーを混合したものである。そのメカニズムは明らかではないが、活性フィラーとしてパーライト粉末を高炉スラグ粉末と混合使用することで、ひび割れ補修用や断面修復用として高い注入性と充填性、適切な可使時間及び常温下の強度発現性を共に確保できる。この本発明の効果をいかんなく発揮する点から、パーライト粉末と高炉スラグ粉末との質量比は、パーライト粉末:高炉スラグ粉末=80:20~50:50であることが好ましく、パーライト粉末:高炉スラグ粉末=80:20~60:40あることが更に好ましい。
また、本発明ではパーライト粉末及び高炉スラグ粉末以外に他のフィラーを併用することもできる。例えば、高炉スラグ粉末の一部をメタカオリン、フライアッシュ、石炭灰、下水汚泥・都市ごみ焼却灰溶融スラグ粉末、砕石粉の1種又は2種以上で代替(置換)することができる。
The geopolymer for repairing cracks or repairing cross sections of concrete of the present invention is a mixture of an alkaline solution and an active filler containing pearlite powder and blast furnace slag powder. The mechanism is not clear, but by using pearlite powder mixed with blast furnace slag powder as an active filler, high injectability and filling property for crack repair and cross-section repair, appropriate pot life and strength development at room temperature are exhibited. Both sex can be secured. From the viewpoint of fully exerting the effect of the present invention, the mass ratio of pearlite powder to blast furnace slag powder is preferably pearlite powder: blast furnace slag powder = 80:20 to 50:50, and pearlite powder: blast furnace slag. It is more preferable that the powder = 80:20 to 60:40.
Further, in the present invention, other fillers can be used in combination in addition to the pearlite powder and the blast furnace slag powder. For example, a part of the blast furnace slag powder can be replaced (replaced) with one or more of metakaolin, fly ash, coal ash, sewage sludge / municipal waste incineration ash molten slag powder, and crushed stone powder.

アルカリ溶液は特に限定されず、ジオポリマーに一般的に使用されている水ガラス水溶液又は水ガラスと苛性ソーダの混合水溶液を使用しても良いが、ひび割れ補修用としての流動性(注入性)を考慮すると、水ガラス水溶液又は水ガラスと苛性ソーダの混合水溶液より粘性の低い、ケイ酸リチウム(LiO・nSiO)及び水酸化ナトリウム(NaOH)を含む水溶液(リチウム水ガラス)を使用することが好ましい。 The alkaline solution is not particularly limited, and a water glass aqueous solution generally used for geopolymers or a mixed aqueous solution of water glass and caustic soda may be used, but the fluidity (injectability) for repairing cracks is considered. Then, it is preferable to use an aqueous solution (lithium water glass) containing lithium silicate (Li 2O · nSiO 2 ) and sodium hydroxide (NaOH), which has a lower viscosity than the aqueous glass aqueous solution or the mixed aqueous solution of water glass and caustic soda. ..

また、液固比(アルカリ溶液/活性フィラー)は0.4~0.7とすることが好ましい。液固比が0.4未満であると練り混ぜが難しくなり、0.7超であるとブリーディングが生じやすくなるからである。 The liquid-solidification ratio (alkaline solution / active filler) is preferably 0.4 to 0.7. This is because if the liquid-solidity ratio is less than 0.4, kneading becomes difficult, and if it exceeds 0.7, bleeding tends to occur.

さらにまた、本発明のコンクリートの断面修復用ジオポリマーモルタルは、本発明のコンクリートのひび割れ補修又は断面修復用ジオポリマーに細骨材を添加したものである。添加する細骨材は特に限定されず、JIS規格の細骨材、人工軽量細骨材、スラグ細骨材などを添加することができる。 Furthermore, the geopolymer mortar for repairing a cross section of concrete of the present invention is obtained by adding a fine aggregate to the geopolymer for repairing cracks or repairing a cross section of concrete of the present invention. The fine aggregate to be added is not particularly limited, and JIS standard fine aggregate, artificial lightweight fine aggregate, slag fine aggregate and the like can be added.

このジオポリマーモルタルは、前述のコンクリートのひび割れ補修又は断面修復用ジオポリマー(ジオポリマースラリー)よりコストと乾燥収縮が小さく、硬化後の剛性が被補修のコンクリートに近くなる。
細骨材の添加率は、活性フィラーと細骨材との質量比で、活性フィラー:細骨材=1:1~4とすることができ、活性フィラー:細骨材=1:2~3とすることが好ましい。
This geopolymer mortar has lower cost and drying shrinkage than the above-mentioned geopolymer for repairing cracks or repairing cross sections (geopolymer slurry), and its rigidity after curing is close to that of the concrete to be repaired.
The addition rate of the fine aggregate is the mass ratio of the active filler to the fine aggregate, and the active filler: fine aggregate = 1: 1 to 4 can be set, and the active filler: fine aggregate = 1: 2 to 3 Is preferable.

このジオポリマーモルタルの作製は従来のセメントモルタルの方法で行うことができる。すなわち、活性フィラーとアルカリ溶液を混合してから細骨材を添加し、更に練り混ぜる方法、又は、活性フィラーと細骨材を混合してからアルカリ溶液を添加して更に練り混ぜる方法とすることができるが、前者の方法が好ましい。 The production of this geopolymer mortar can be carried out by the method of a conventional cement mortar. That is, a method of mixing the active filler and the alkaline solution, then adding the fine aggregate and further kneading, or a method of mixing the active filler and the fine aggregate and then adding the alkaline solution and further kneading. However, the former method is preferable.

以下の試験により、各種のひび割れ補修又は断面修復用ジオポリマー(ジオポリマースラリー)を作製し、その性能を評価した。 Various types of crack repair or cross-section repair geopolymers (geopolymer slurries) were prepared by the following tests, and their performance was evaluated.

1.試験概要
1.1 使用材料
本試験でジオポリマースラリー(GPS)に使用した材料を表1に示す。アルカリ溶液(AS)として、水ガラス水溶液(WG)、10Mの苛性ソーダ水溶液(NH)、液体ガラス(S)、ケイ酸リチウム(Li)のいずれか一種、又は複数種を所定の体積比で混合したものを使用した。WGは、JISK1408の1号水ガラスと水を1:1の体積比で調製したものであり、Liについては市販品の原液を使用した。また、新規のアルカリ溶液として、NHとSを所定の体積比で混合して一部のシリーズに使用した。Sは、Sの原液と水を1:2の体積比で混合したものであった。このSの成分は企業秘密のため不明である。
活性フィラーとしては、高炉スラグ粉末JISA6206の8000級(BFS8)、又は6000級(BFS6)を主に使用し、一部の調合については、フライアッシュJISA6201のI種(FA)、又はパーライト粉末(P)を混合した。活性フィラーの化学成分を表2に示す。
なお、ひび割れ補修用としてのGPSの性能を改善するために、一部の調合においてL-酒石酸ナトリウムを主成分とした遅延剤(R)(上記非特許文献1参照)とエーテル系収縮低減剤(SR)(下記参考文献1参照)を混和剤として添加した。
参考文献1 岡田朋久,李柱国,橋爪進,永井伴英:フライアッシュと高炉スラグ微粉末を用いたジオポリマーコンクリートの性能に及ぼす収縮低減剤の影響に関する研究,コンクリート工学年次論文集,Vol.39,No.1,2017,pp.2029-2034
1. 1. Outline of the test 1.1 Materials used Table 1 shows the materials used for the geopolymer slurry (GPS) in this test. As an alkaline solution (AS), any one or more of a water glass aqueous solution (WG), a 10 M caustic soda aqueous solution (NH), a liquid glass (S), and lithium silicate (Li) were mixed at a predetermined volume ratio. I used the one. WG was prepared by preparing JISK1408 No. 1 water glass and water in a volume ratio of 1: 1. For Li, a commercially available undiluted solution was used. Further, as a new alkaline solution, NH and S were mixed at a predetermined volume ratio and used for some series. S was a mixture of the undiluted solution of S and water in a volume ratio of 1: 2. The component of this S is unknown because it is a trade secret.
As the active filler, blast furnace slag powder JIS A6206 class I (BFS8) or class 6000 (BFS6) is mainly used, and for some formulations, fly ash JIS A6201 class I (FA) or pearlite powder (P) is used. ) Was mixed. The chemical composition of the active filler is shown in Table 2.
In order to improve the performance of GPS for repairing cracks, a retarder (R) containing L-sodium tartrate as a main component and an ether-based shrinkage reducing agent (see Non-Patent Document 1) in some formulations (see Non-Patent Document 1 above). SR) (see Reference 1 below) was added as an admixture.
Reference 1 Tomohisa Okada, Kuni Lee, Susumu Hashizume, Tomohide Nagai: Study on the effect of shrinkage reducing agent on the performance of geopolymer concrete using fly ash and blast furnace slag fine powder, Annual Proceedings of Concrete Engineering, Vol. 39, No. 1,2017, pp. 2029-2034

Figure 0007036315000001
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Figure 0007036315000002
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1.2 GPSの調合
本試験で作製したGPSの調合を表3に示す。活性フィラー(AF)の種類、アルカリ溶液(AS)の構成及び混和剤の添加有無を変えて、C、W、S、Pタイプに分けて試験を実施した。
Cタイプの調合では、BFS8を単独又はFAを併用し、NHとWGのいずれか又はこれらの混合水溶液をアルカリ溶液とした。
Wタイプは、BFSとFAを併用し、NHとWGの混合水溶液を使い、R又はRとSRを添加したものである。
Sタイプの調合の特徴として、SとNHの混合溶液をアルカリ溶液とした。
これらC、W、Sタイプでは、GPSの流動性や注入性を確保するために、液固比を0.7又は0.75とした。
Pタイプの調合では、BFS8とPを所定の割合で混合し、LiとNHの混合水溶液をアルカリ溶液とした。液固比は0.5又は0.6とした。
1.2 GPS formulation Table 3 shows the GPS formulation prepared in this test. The test was carried out separately for C, W, S, and P types by changing the type of the active filler (AF), the composition of the alkaline solution (AS), and the presence or absence of the admixture.
In the C type formulation, BFS8 was used alone or in combination with FA, and either NH and WG or a mixed aqueous solution thereof was used as an alkaline solution.
In the W type, BFS and FA are used in combination, a mixed aqueous solution of NH and WG is used, and R or R and SR are added.
As a feature of the S type formulation, a mixed solution of S and NH was used as an alkaline solution.
In these C, W, and S types, the liquid-solidification ratio was set to 0.7 or 0.75 in order to ensure the fluidity and injectability of GPS.
In the P-type formulation, BFS8 and P were mixed at a predetermined ratio, and a mixed aqueous solution of Li and NH was used as an alkaline solution. The liquid-solidification ratio was 0.5 or 0.6.

Figure 0007036315000003
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1.3 試験項目及び方法
表3に示す調合によって使用材料を計量して、活性フィラーとアルカリ溶液をペーストミキサーに投入して2分間練り混ぜてGPSとした。活性フィラー、アルカリ溶液が2種類の材料で構成される場合にはアルカリ溶液と活性フィラーをそれぞれ予め混合してから練り混ぜを行った。活性フィラーの混合はペーストミキサーで行った。また、混和剤を添加する場合は、混和剤をアルカリ溶液で溶解させてから活性フィラーと混合した。練り混ぜた直後に得られたGPSのフレッシュ性状を測定し、硬化後の性能試験用供試体を作製した。
1.3 Test items and methods The materials used were weighed according to the formulation shown in Table 3, and the active filler and alkaline solution were added to a paste mixer and mixed for 2 minutes to obtain GPS. When the active filler and the alkaline solution were composed of two kinds of materials, the alkaline solution and the active filler were mixed in advance and then kneaded. The active filler was mixed with a paste mixer. When the admixture was added, the admixture was dissolved in an alkaline solution and then mixed with the active filler. The fresh properties of GPS obtained immediately after kneading were measured, and a test piece for a performance test after curing was prepared.

(1)可使時間
可使時間の測定方法はまだ確立されていないため、本試験では、室温20±3℃の条件下で、試料面を実験室用ミクロスパーテルで突き刺し、圧痕に液の進入が認められず、かつ圧痕が明瞭に残るまでの時間を計測し、アルカリ溶液の投入からの経過時間を可使時間とした。この可使時間以外の、以下の性能試験は主にW、S、Pタイプに対して行った。
(1) Possibility time Since the method for measuring the pot life has not been established yet, in this test, the sample surface was pierced with a laboratory microspartel under the condition of room temperature of 20 ± 3 ° C, and the liquid entered the indentation. The time until the indentation remained clearly was measured, and the elapsed time from the addition of the alkaline solution was taken as the pot life. Other than this pot life, the following performance tests were mainly performed on W, S, and P types.

(2)粘度と流動性試験
練り混ぜ直後に、室温20±3℃の条件下でB型粘度計によって粘度を測定した。また、土木学会のPCグラウトのコンテシステンシー試験方法に準じて、容量630mL、排出口径φ14mm、上端口径φ70mm、高さ395mmのJロートを用いて流下時間を測定した。
(2) Viscosity and fluidity test Immediately after kneading, the viscosity was measured with a B-type viscometer under the condition of room temperature of 20 ± 3 ° C. In addition, the flow time was measured using a J-roat having a capacity of 630 mL, a discharge diameter of φ14 mm, an upper end diameter of φ70 mm, and a height of 395 mm according to the consistency test method of PC grout of the Japan Society of Civil Engineers.

(3)保水係数
日本建築仕上材工業会の保水性試験法(NSKS-003:補修用注入ポリマーセメントスラリー)に準じて保水係数の測定を行った。この保水係数が小さいほど保水性に優れているということである。
(3) Water retention coefficient The water retention coefficient was measured according to the water retention test method (NSKS-003: repair injection polymer cement slurry) of the Japan Building Finishing Materials Industry Association. The smaller the water retention coefficient, the better the water retention.

(4)強度試験
JISA1171(ポリマーセメントモルタルの試験方法)に準じて試験体の作製及び養生を行い、材齢28日で圧縮強度を測定した。試験体の寸法は、40×40×160mmとした。試験体の作製及び養生は、GPSを型枠に流し込んで、材齢1日で脱型後、乾燥収縮によるひび割れの発生を防ぐためにラップで密閉して20±3℃の室内で養生した。
(4) Strength test A test piece was prepared and cured according to JIS A1171 (test method for polymer cement mortar), and the compressive strength was measured at the age of 28 days. The dimensions of the test piece were 40 × 40 × 160 mm. The test piece was prepared and cured by pouring GPS into a mold, removing the mold at the age of 1 day, sealing with a wrap to prevent cracking due to drying shrinkage, and curing in a room at 20 ± 3 ° C.

(5)耐酸性試験
JIS原案(コンクリートの溶液浸漬による耐薬品性試験方法)に準拠して、直径5cm×高さ10cmの円柱状の試験体を作製し、20℃、R.H.60%の養生を28日間行った。その後、5%の濃度の硫酸に浸漬し、7日ごとの質量変化率を計測し、表面の劣化状況の観察と記録を行った。なお、質量変化を測定する際には、試験体を水で洗ってから表面を布で拭き取り測定した。
(5) Acid resistance test In accordance with JIS draft (chemical resistance test method by immersing concrete in solution), a columnar test piece having a diameter of 5 cm and a height of 10 cm was prepared, and the temperature was 20 ° C. H. 60% curing was performed for 28 days. Then, it was immersed in sulfuric acid having a concentration of 5%, the mass change rate was measured every 7 days, and the deterioration state of the surface was observed and recorded. When measuring the mass change, the test piece was washed with water and then the surface was wiped with a cloth for measurement.

(6)接着強度試験
JISA6024:2015の建築補修用及び建築補強用エポキシ樹脂のA法に準じて、試験体の作製及び養生を行い材齢28日で接着強度を測定した。なお、接着層の厚さは3mmとした。
(6) Adhesive strength test A test piece was prepared and cured according to the method A of the epoxy resin for building repair and building reinforcement of JIS A6024: 2015, and the adhesive strength was measured at the age of 28 days. The thickness of the adhesive layer was set to 3 mm.

(7)長さ変化(収縮)試験
直径5cm×高さ10cmの円柱状の試験体を20℃、R.H.60%の室内において作製し、2日後に脱型した。この試験体を作製する際に、長さが50mmの埋め込みゲージを試験体の長軸方向の中心に埋め込み、作製直後から長さの変化率を測定した。
(7) Length change (shrinkage) test A columnar test piece with a diameter of 5 cm and a height of 10 cm was subjected to R.I. H. It was made in a 60% room and demolded after 2 days. When this test piece was manufactured, an embedded gauge having a length of 50 mm was embedded in the center of the test piece in the long axis direction, and the rate of change in length was measured immediately after the test piece was manufactured.

2 試験結果
2.1 可使時間
図1に、GPSの可使時間をタイプ別に示す。
CタイプではBFSのみを活性フィラーとした場合、アルカリ溶液の種類に拘らず、可使時間はほぼ同じであり20分以下であった。一方、FAとBFSを併用した場合、可使時間は、アルカリ溶液がNH、WG、NH+WGの順に長くなることが認められた。しかし、NH+WGを使っても可使時間は45分以下であった。流動性の経時変化を考慮すると、ひび割れや欠損部への注入充填作業は困難である。
2 Test results 2.1 Potability time Figure 1 shows the GPS potability time by type.
In the C type, when only BFS was used as the active filler, the pot life was almost the same regardless of the type of alkaline solution, and the pot life was 20 minutes or less. On the other hand, when FA and BFS were used in combination, it was found that the alkaline solution had a longer pot life in the order of NH, WG, and NH + WG. However, even with NH + WG, the pot life was 45 minutes or less. Considering the change in fluidity over time, it is difficult to inject and fill cracks and defects.

WタイプではBFS8又はBFS6とFAを併用したGPSの可使時間を60分以上に延長するために、Rを添加した。Rを添加せずBFS8を使用したGPS(W8)の可使時間は約45分、BFS6を使用したGPS(W6)の可使時間は約50分と短い結果に対して、Rの添加によってW8シリーズで約60分、W6シリーズで80分を超える可使時間が得られた。つまり、Rの添加でGPSの可使時間が延長できる。一方、乾燥収縮を低減するためにSRを添加したことはGPSの可使時間に与える影響が見られなかった。 In the W type, R was added in order to extend the usable time of GPS using BFS8 or BFS6 and FA to 60 minutes or more. The pot life of GPS (W8) using BFS8 without adding R is about 45 minutes, and the pot life of GPS (W6) using BFS6 is about 50 minutes. The pot life was about 60 minutes for the series and over 80 minutes for the W6 series. That is, the pot life of GPS can be extended by adding R. On the other hand, the addition of SR to reduce drying shrinkage did not show any effect on the GPS pot life.

アルカリ溶液としてSとNHの混合水溶液を使用したSタイプでは、BFS8とBFS6のいずれを使用した場合も60分を超える可使時間を得ることができた、また、Wタイプと同様に、BFS6を使用した場合の可使時間はBFS8を使用した場合より長く、SRを添加したことによる可使時間への影響は見られなかった。 In the S type using a mixed aqueous solution of S and NH as an alkaline solution, a pot life of more than 60 minutes could be obtained regardless of whether BFS8 or BFS6 was used, and BFS6 was used as in the W type. The pot life when used was longer than when BFS8 was used, and the addition of SR did not affect the pot life.

活性フィラーとしてPとBFSを併用したPタイプでは、Rを添加することなく、また、Sタイプのようにアルカリ溶液としてSを使用することなく、40分以上の可使時間が得られた。このPタイプのGPSの可使時間はPの割合が多いほど可使時間は長く、Pを70%とした調合では50分以上の可使時間が得られた。すなわち、PとBFSを併用することにより、RやSを使用することなく可使時間を延長できることが確認された。 In the P type in which P and BFS were used in combination as the active filler, a pot life of 40 minutes or more was obtained without adding R and without using S as an alkaline solution as in the S type. As for the pot life of this P type GPS, the larger the ratio of P, the longer the pot life, and the pot life of 50 minutes or more was obtained by the formulation with P set to 70%. That is, it was confirmed that the pot life can be extended without using R or S by using P and BFS together.

2.2 粘度
図2に、W、S、PタイプのGPSの粘度試験の結果を示す。
同図に示すように、Wタイプ及びSタイプでは、BFS6の使用によりBFS8の使用と比較して小さい粘度が得られた。またWタイプに比べ、Sタイプの粘度は高い傾向が見られた。これは、Sタイプの液固比は小さいためである。なお、SRの添加によって、Sタイプの粘度は若干減少したが、Wタイプに与える影響は見られなかった。
WタイプのGPSの粘度は、BFS8の使用で約2000mPa・s、BFS6の使用で約1500mPa・sとなった。一方、Sタイプの場合、BFS8を使用したGPSの粘度は約3100mPa・sで、BFS6を使用したものは約2500mPa・sであった。
PタイプのGPSの粘度は、BFSの割合が大きいほど高い傾向が見られ、Pを70%混合した場合には約3000mPa・sであった。Pを50%混合した場合の粘度は約16000mPa・sと最も高くなったが、液固比を高くすることなどにより粘度を低くすることは可能である。なお、図2の結果からすると、GPSの粘度を低くするためにPの混合量は60%以上とすることが好ましい。
2.2 Viscosity Figure 2 shows the results of viscosity tests for W, S, and P type GPS.
As shown in the figure, in the W type and the S type, the use of BFS6 gave a smaller viscosity than the use of BFS8. In addition, the viscosity of the S type tended to be higher than that of the W type. This is because the liquid-solidification ratio of S type is small. The addition of SR slightly reduced the viscosity of the S type, but no effect on the W type was observed.
The viscosity of the W type GPS was about 2000 mPa · s when BFS8 was used and about 1500 mPa · s when BFS6 was used. On the other hand, in the case of the S type, the viscosity of GPS using BFS8 was about 3100 mPa · s, and that using BFS6 was about 2500 mPa · s.
The viscosity of the P-type GPS tended to increase as the proportion of BFS increased, and was about 3000 mPa · s when 70% of P was mixed. The viscosity when 50% of P was mixed was the highest at about 16000 mPa · s, but it is possible to lower the viscosity by increasing the liquid-solidity ratio or the like. From the results of FIG. 2, the mixing amount of P is preferably 60% or more in order to reduce the viscosity of GPS.

2.3 流下時間
図3に、W、S、PタイプのGPSの流下時間を示す。
同図に示すように、球状粒子であるFAを使ったWタイプは液固比が大きいが、Sタイプと同等な流下時間を示した。また、RとSRの添加により、WタイプとSタイプのGPSの流下時間において大幅な変化は確認されなかった。しかし、GPSの流下時間は、使用したBFSの比表面積によって異なる傾向が見られた。すなわち、BFS8を使用した場合には約20秒であったが、BFS6の使用で8秒程度となり大幅に低下した。
PタイプのGPSについては、粘度と同様にBFSの割合が大きいほど流下時間は長い傾向が見られ。Pを70%混合した場合には約15秒であった。Pを50%混合した場合の流下時間は約125秒と最も長くなったが、液固比を高くすることなどにより流下時間を短くすることは可能である。なお、図3の結果からすると、Pの混合量は60%以上とすることが好ましい。
2.3 Flow time Figure 3 shows the flow time of W, S, and P type GPS.
As shown in the figure, the W type using FA, which is a spherical particle, has a large liquid-solidification ratio, but shows a flow time equivalent to that of the S type. In addition, no significant change was confirmed in the flow time of W type and S type GPS due to the addition of R and SR. However, the GPS flow time tended to differ depending on the specific surface area of the BFS used. That is, it took about 20 seconds when BFS8 was used, but it was about 8 seconds when BFS6 was used, which was significantly reduced.
As for P-type GPS, the larger the proportion of BFS, the longer the flow time tends to be, as with the viscosity. It took about 15 seconds when 70% of P was mixed. The flow-down time when 50% of P was mixed was the longest at about 125 seconds, but it is possible to shorten the flow-down time by increasing the liquid-solidification ratio or the like. From the results of FIG. 3, the mixing amount of P is preferably 60% or more.

2.4 流動性の経時変化
図4に、Sタイプ(S8)とPタイプ(P70)のGPSのテーブルフロー試験の結果及び経時変化を示す。
同図に示すように、SタイプのGPSの流動性は経過時間と共に大きく低下する傾向が見られた。凝結しなくても流動性が大幅に低下すると、ひび割れに注入できなくなる。すなわち、SタイプのGPSの可注入時間は20分程度しかないと判断された。
これに対して、PタイプのGPSの流動性は45分まで維持され、経時的低下は少なかった。すなわち、Pタイプの場合、可注入時間を45分程度まで延長できることが確認された。
2.4 Changes in fluidity over time FIG. 4 shows the results of GPS table flow tests for S type (S8) and P type (P70) and changes over time.
As shown in the figure, the fluidity of the S-type GPS tended to decrease significantly with the elapsed time. If the fluidity drops significantly without coagulation, it cannot be injected into the crack. That is, it was determined that the injectable time of the S type GPS was only about 20 minutes.
On the other hand, the fluidity of the P-type GPS was maintained up to 45 minutes, and the decrease with time was small. That is, in the case of P type, it was confirmed that the injectable time could be extended to about 45 minutes.

2.5 保水係数
図5に、GPSの保水係数に及ぼす混和剤とBFS種類の影響を示す。
SタイプとPタイプのGPSの保水係数はWタイプより大きかったが、いずれも30%以下であり保水性に問題はなかった。
2.5 Water retention coefficient Figure 5 shows the effects of admixtures and BFS types on the GPS water retention coefficient.
The water retention coefficient of the S type and P type GPS was larger than that of the W type, but both were 30% or less, and there was no problem in water retention.

2.6 強度
図6(a)に、WタイプのGPS硬化体の圧縮強度を示す。
混和剤を使用しなかった場合の圧縮強度が最も大きく、材齢28日の圧縮強度は約40N/mmであった。しかし、混和剤の添加により強度の低下が見られた。特に、RとSRを共に添加する場合の圧縮強度の低下は大きく、材齢28日の圧縮強度は30N/mm以下になった。また、Rのみを添加しBFS8を使用した場合であっても、圧縮強度は40N/mm以下であった。
図6(b)に、SタイプのGPS硬化体の圧縮強度を示す。
SRを添加した場合、BFSの級に拘らず、材齢28日の圧縮強度は36N/mmを超えたが、45N/mm以下であった。
図6(c)に、PタイプのGPS硬化体の圧縮強度を示す。
BFSの割合が大きいほど、圧縮強度は大きくなった。また、Wタイプ、Sタイプと比較してPタイプの圧縮強度は大きく、BFSの割合が30%であっても材齢28日の圧縮強度は70N/mm以上になった。
このようにPタイプによれば、常温下の強度発現性が向上し、高強度補修材を実現できることが確認された。
2.6 Strength Figure 6 (a) shows the compressive strength of the W type GPS cured product.
The compressive strength was the highest when no admixture was used, and the compressive strength at 28 days of age was about 40 N / mm 2 . However, the addition of the admixture showed a decrease in strength. In particular, when both R and SR were added, the decrease in compressive strength was large, and the compressive strength at 28 days of age was 30 N / mm 2 or less. Further, even when only R was added and BFS8 was used, the compressive strength was 40 N / mm 2 or less.
FIG. 6B shows the compressive strength of the S-type GPS cured product.
When SR was added, the compressive strength at 28 days of age exceeded 36 N / mm 2 , but was 45 N / mm 2 or less, regardless of the BFS class.
FIG. 6C shows the compressive strength of the P-type GPS cured product.
The larger the proportion of BFS, the greater the compressive strength. Further, the compressive strength of the P type was larger than that of the W type and the S type, and even if the ratio of BFS was 30%, the compressive strength at the age of 28 days was 70 N / mm 2 or more.
As described above, it was confirmed that according to the P type, the strength development at room temperature is improved and a high-strength repair material can be realized.

2.7 接着強度
図7に、W、S、PタイプのGPSの材齢28日の接着強度を示す。
WタイプのGPSの接着強度は4.0N/mm以下であった。Sタイプについては、SRの添加によって接着強度が4.0N/mmを上回った。これに対して、PタイプのGPSでは、SRを添加しなくても接着強度は4.0N/mmを上回った。
このように、Pタイプは、4.0N/mm以上の高い接着強度を容易に実現できることが確認された。
2.7 Adhesive strength Fig. 7 shows the adhesive strength of W, S, and P type GPS at 28 days of age.
The adhesive strength of the W type GPS was 4.0 N / mm 2 or less. For the S type, the adhesive strength exceeded 4.0 N / mm 2 due to the addition of SR. On the other hand, in the P type GPS, the adhesive strength exceeded 4.0 N / mm 2 without adding SR.
As described above, it was confirmed that the P type can easily realize a high adhesive strength of 4.0 N / mm 2 or more.

2.8 耐酸性
図8に、W、S、PタイプのGPS硬化体の硫酸溶液浸漬後の質量変化率を示す。
WタイプのGPS硬化体の質量は浸漬期間の増加に伴って減少し、4週間では13%程度の減少が確認された。また、図9に示すように浸漬後に顕著な外観の破損が見られた。一方、SタイプのGPS硬化体の質量は浸漬期間の増加に伴って徐々に増加し、4週間では7%程度増加した。また、4週間後に、直径3mm程度、高さ5mm程度の寸法増加が見られた。なお、図9に示すように浸漬後に外観に若干の破損が見られた。これに対して、PタイプのGPS硬化体は、4週間浸漬後の質量減少率は2.8%とわずかであり、また図9に示すように外観の変化もほとんど見られなかった。
このようにPタイプは、耐酸性に優れることが確認された。
2.8 Acid resistance Figure 8 shows the mass change rate of W, S, and P type GPS cured products after immersion in sulfuric acid solution.
The mass of the W-type GPS cured product decreased with the increase in the immersion period, and it was confirmed that the mass decreased by about 13% in 4 weeks. Further, as shown in FIG. 9, remarkable damage to the appearance was observed after immersion. On the other hand, the mass of the S-type GPS cured product gradually increased with the increase in the immersion period, and increased by about 7% in 4 weeks. In addition, after 4 weeks, a dimensional increase of about 3 mm in diameter and about 5 mm in height was observed. As shown in FIG. 9, some damage was observed in the appearance after immersion. On the other hand, the mass reduction rate of the P-type GPS cured product after immersion for 4 weeks was as small as 2.8%, and as shown in FIG. 9, there was almost no change in appearance.
As described above, it was confirmed that the P type has excellent acid resistance.

2.9 長さ(体積)変化
図10に、W、S、PタイプのGPS硬化体の長さ変化率を示す。
WタイプのW8RSRとW6RSRには長さ変化の違いがほとんどなくBFSの種類による影響は見られなかった。一方、Sタイプの場合、S8とS8SRの結果を比較すると、S8SRの長さ変化(収縮ひずみ)は小さく、SRの添加で乾燥収縮を抑制することが認められた。また、S8SRとS6SRを比べると、BFS6を使用したS6SRの方が、長さ変化は小さかった。PタイプのGPS硬化体の長さ変化は、W、Sタイプに比べ大きかったが、いずれも長さ変化率は1.5%以下で、補修材料としての乾燥収縮率(3%以下)の要求は満足している。
2.9 Change in length (volume) Fig. 10 shows the rate of change in length of W, S, and P type GPS cured products.
There was almost no difference in length change between W type W8RSR and W6RSR, and no influence was observed depending on the type of BFS. On the other hand, in the case of the S type, when the results of S8 and S8SR were compared, it was found that the length change (shrinkage strain) of S8SR was small, and that the addition of SR suppressed the drying shrinkage. Moreover, when comparing S8SR and S6SR, the length change was smaller in S6SR using BFS6. The length change of the P type GPS cured product was larger than that of the W and S types, but the length change rate was 1.5% or less in both cases, and the drying shrinkage rate (3% or less) as a repair material was required. Are satisfied.

3.まとめ
活性フィラーとしてPとBFSを併用したPタイプのGPSによれば、ひび割れ補修と断面修復の注入・充填材として高い注入性・充填性と適切な可使時間を確保しながら、常温下での強度(圧縮強度・接着強度)の発現性に優れ、更に高い耐酸性も確保することができる。
3. 3. Summary According to P-type GPS, which uses P and BFS together as an active filler, it can be used as an injection / filling material for crack repair and cross-section repair, while ensuring high injectability, filling property, and appropriate pot life at room temperature. It has excellent strength (compressive strength / adhesive strength) and can secure high acid resistance.

Claims (4)

アルカリ溶液に、パーライト粉末及び高炉スラグ粉末を含む活性フィラーを混合してなる、コンクリートのひび割れ補修又は断面修復用ジオポリマーであって、
パーライト粉末と高炉スラグ粉末との質量比がパーライト粉末:高炉スラグ粉末=80:20~50:50、液固比が0.4~0.7である、コンクリートのひび割れ補修又は断面修復用ジオポリマー
A geopolymer for repairing cracks in concrete or repairing cross sections, which is made by mixing an alkaline solution with an active filler containing pearlite powder and blast furnace slag powder .
The mass ratio of pearlite powder to blast furnace slag powder is pearlite powder: blast furnace slag powder = 80:20 to 50:50, and the liquid-solidification ratio is 0.4 to 0.7. ..
アルカリ溶液が、ケイ酸リチウム及び水酸化ナトリウムを含む水溶液である、請求項1に記載のコンクリートのひび割れ補修又は断面修復用ジオポリマー。 The geopolymer for repairing cracks or repairing cross sections of concrete according to claim 1, wherein the alkaline solution is an aqueous solution containing lithium silicate and sodium hydroxide. 高炉スラグ粉末の一部を、メタカオリン、フライアッシュ、石炭灰、下水汚泥・都市ごみ焼却灰溶融スラグ粉末、砕石粉の1種又は2種以上で代替している、請求項1又は2に記載のコンクリートのひび割れ補修又は断面修復用ジオポリマー。 The invention according to claim 1 or 2 , wherein a part of the blast furnace slag powder is replaced with one or more of metakaolin, fly ash, coal ash, sewage sludge / municipal waste incineration ash molten slag powder, and crushed stone powder. Geopolymer for repairing cracks in concrete or repairing cross sections. 請求項1からのいずれかに記載のコンクリートのひび割れ補修又は断面修復用ジオポリマーに、細骨材を添加してなる、コンクリートの断面修復用ジオポリマーモルタル。 A geopolymer mortar for repairing a cross section of concrete, which is obtained by adding a fine aggregate to the geopolymer for repairing cracks in concrete or repairing a cross section according to any one of claims 1 to 3 .
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