JP7814692B2 - Carbonation method for concrete structures - Google Patents
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Description
本発明の実施形態の一つは、コンクリートを含むコンクリート構造体を補強する方法、およびこの補強方法が適用されたコンクリート構造体に関する。 One embodiment of the present invention relates to a method for reinforcing a concrete structure containing concrete, and a concrete structure to which this reinforcing method is applied.
コンクリートは、主にセメント水和物、細骨材や粗骨材などの骨材、水、および添加剤によって構成され、その優れた機械的特性、耐候性、取り扱いの容易さ、経済性などに起因し、社会的生産基盤、経済基盤を創成するための重要な構造材料の一つとして様々な分野で幅広く利用されている。コンクリート含む構造体(以下、コンクリート構造体)を補強する方法の一つとして、コンクリートに二酸化炭素を導入する方法が知られている。例えば特許文献1では、コンクリート構造体を施工する際、コンクリートが硬化する前のレディーミクストコンクリートに二酸化炭素を接触させる方法が開示されている。特許文献2では、コンクリートへの二酸化炭素の吸収を促進するために有効なコンクリート構造体の設計方法が開示されている。 Concrete is primarily composed of cement hydrate, aggregates such as fine and coarse aggregates, water, and additives. Due to its excellent mechanical properties, weather resistance, ease of handling, and cost-effectiveness, concrete is widely used in a variety of fields as an important structural material for creating social production and economic infrastructure. One known method for reinforcing structures containing concrete (hereinafter referred to as concrete structures) is to introduce carbon dioxide into concrete. For example, Patent Document 1 discloses a method of contacting ready-mixed concrete with carbon dioxide before it hardens during construction of the concrete structure. Patent Document 2 discloses a method for designing a concrete structure that is effective in promoting the absorption of carbon dioxide into concrete.
本発明の実施形態の一つは、コンクリートを補強または補修するための新規な方法を提供すること、およびこの方法が適用されたコンクリート構造体を提供することを課題の一つとする。 One embodiment of the present invention aims to provide a novel method for reinforcing or repairing concrete, and to provide a concrete structure to which this method is applied.
本発明の実施形態の一つは、コンクリート構造体の補強方法である。この補強方法は、コンクリートを含むコンクリート構造体に第1の注入孔を形成すること、第1の注入孔内にポーラスコンクリートを形成すること、およびポーラスコンクリートに二酸化炭素を含むガス、または薬剤を供給することを含む。コンクリートの空隙率は、ポーラスコンクリートの空隙率よりも小さい。 One embodiment of the present invention is a method for reinforcing a concrete structure. The reinforcing method includes forming a first injection hole in a concrete structure containing concrete, forming porous concrete in the first injection hole, and supplying a gas containing carbon dioxide or a chemical agent to the porous concrete. The porosity of the concrete is smaller than the porosity of the porous concrete.
本発明の実施形態の一つは、コンクリート構造体の補強方法である。この補強方法は、第1の注入孔を有するコンクリート構造体を施工すること、第1の注入孔内にポーラスコンクリートを形成すること、およびポーラスコンクリートに二酸化炭素を含むガス、または薬剤を供給することを含む。コンクリート構造体に含まれるコンクリートの空隙率は、ポーラスコンクリートの空隙率よりも小さい。 One embodiment of the present invention is a method for reinforcing a concrete structure. This reinforcing method includes constructing a concrete structure having a first injection hole, forming porous concrete in the first injection hole, and supplying a gas or agent containing carbon dioxide to the porous concrete. The porosity of the concrete contained in the concrete structure is smaller than the porosity of the porous concrete.
本発明の実施形態の一つは、コンクリート構造体である。このコンクリート構造体は、第1のコンクリート、および第1のコンクリートに囲まれる第2のコンクリートを備える。第1のコンクリートの炭酸カルシウムの濃度は、第2のコンクリートの炭酸カルシウムの濃度よりも低い。 One embodiment of the present invention is a concrete structure. The concrete structure includes a first concrete and a second concrete surrounded by the first concrete. The calcium carbonate concentration of the first concrete is lower than the calcium carbonate concentration of the second concrete.
本発明の実施形態の一つは、コンクリート構造体である。このコンクリート構造体は、薬剤を含む第1のコンクリート、および上記薬剤を含み、第1のコンクリートに囲まれる第2のコンクリートを備える。第1のコンクリート中の上記薬剤の平均濃度は、第2のコンクリート中の上記薬剤の平均濃度よりも低い。 One embodiment of the present invention is a concrete structure. The concrete structure includes a first concrete containing an agent, and a second concrete containing the agent and surrounded by the first concrete. The average concentration of the agent in the first concrete is lower than the average concentration of the agent in the second concrete.
以下、本発明の各実施形態について、図面を参照しつつ説明する。ただし、本発明は、その要旨を逸脱しない範囲において様々な態様で実施することができ、以下に例示する実施形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。 Each embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. However, the present invention can be implemented in various forms without departing from the spirit of the invention, and should not be construed as being limited to the description of the embodiments exemplified below.
図面は、説明をより明確にするため、実際の態様に比べ、各部の幅、厚さ、形状などについて模式的に表される場合があるが、あくまで一例であって、本発明の解釈を限定するものではない。本明細書と各図において、既出の図に関して説明したものと同様の機能を備えた要素には、同一の符号を付して、重複する説明を省略することがある。添付される図面においては、便宜上xy平面を水平面とし、z方向を鉛直方向として定義する。 For clarity of explanation, the drawings may show the width, thickness, shape, etc. of each part schematically compared to the actual embodiment, but this is merely an example and does not limit the interpretation of the present invention. In this specification and each drawing, elements with the same function as those explained in the previous drawings may be given the same reference numerals, and duplicate explanations may be omitted. For convenience, in the attached drawings, the xy plane is defined as the horizontal plane, and the z direction is defined as the vertical direction.
以下、「ある構造体が他の構造体から露出する」という表現は、ある構造体の一部が他の構造体によって覆われていない態様を意味し、この他の構造体によって覆われていない部分は、さらに別の構造体によって覆われる態様も含む。 Hereinafter, the expression "a structure exposed from another structure" means a state in which a portion of a structure is not covered by another structure, and also includes a state in which this portion not covered by another structure is covered by yet another structure.
以下、コンクリート、モルタル、およびポーラスコンクリートとは、いずれも原料の一つであるセメントが水と反応して生成する水和物が硬化し、流動性を示さない硬化物を指す。コンクリートは直径が5mm以下の細骨材および直径が5mmを超える(例えば、5mmよりも大きく20mm以下、または10mm以上20mm以下)粗骨材を含むのに対し、モルタルは細骨材を含むものの、粗骨材を含まないまたは粗骨材の量が細骨材の量に対して10重量%以下または5重量%以下の硬化物を指す。ポーラスコンクリートは、モルタルとは対照的に、砂利などの比較的大きな粗骨材を含むものの、細骨材を含まないまたは細骨材の量が粗骨材の量に対して10重量%以下または5重量%以下の硬化物を指す。このため、コンクリートやモルタルと比較し、ポーラスコンクリートは内部に空隙が多い。一方、セメントと水を含む混合物が完全に硬化せずに流動性を有する状態をレディーミクストコンクリート(生コンクリートとも呼ばれる)と呼ぶ。レディーミクストコンクリートが硬化すると、粗骨材や細骨材の量に応じてコンクリート、モルタル、またはポーラスコンクリートを与える。レディーミクストコンクリートは、セメント、水、および骨材の他、AE剤(気泡分散剤)流動化剤、増粘剤、急結剤などの添加剤を含んでもよい。 Hereinafter, concrete, mortar, and porous concrete refer to hardened, non-fluid hydrates formed when cement, one of the raw materials, reacts with water. Concrete contains fine aggregates with diameters of 5 mm or less and coarse aggregates with diameters exceeding 5 mm (e.g., greater than 5 mm but not greater than 20 mm, or between 10 mm and 20 mm). Mortar, on the other hand, refers to hardened products that contain fine aggregate but do not contain coarse aggregate, or where the amount of coarse aggregate is 10% or less by weight of the fine aggregate. In contrast to mortar, porous concrete refers to hardened products that contain relatively large coarse aggregates, such as gravel, but do not contain fine aggregate, or where the amount of fine aggregate is 10% or less by weight of the coarse aggregate. Therefore, compared to concrete and mortar, porous concrete has more voids within it. Meanwhile, a mixture containing cement and water that is not completely hardened but retains fluidity is called ready-mix concrete (also known as ready-mix concrete). When ready-mixed concrete hardens, it can produce concrete, mortar, or porous concrete, depending on the amount of coarse and fine aggregates used. In addition to cement, water, and aggregate, ready-mixed concrete may also contain additives such as air-entraining agents (AE agents), superplasticizers, viscosity improvers, and accelerators.
<第1実施形態>
本実施形態では、二酸化炭素を利用するコンクリート構造体の補強方法、およびこの補強方法が適用されたコンクリート構造体について説明する。この補強方法が適応できるコンクリート構造体の種類や形状、用途、設置場所に限定は無く、任意の新設または既設のコンクリート構造体を利用することができる。コンクリート構造体としては、例えばビルの柱や基礎梁などでもよく、橋の橋脚や橋台、河川や港湾に設けられる堤防や防波堤、消波ブロック、道路やトンネルに用いられる覆工コンクリートなどでもよい。あるいは、角形やU字形状のコンクリートブロックや沓石などのコンクリートを含む動産(コンクリート製品)でもよい。
First Embodiment
In this embodiment, a method for reinforcing a concrete structure using carbon dioxide and a concrete structure to which this reinforcing method is applied will be described. There are no limitations on the type, shape, use, or installation location of the concrete structure to which this reinforcing method can be applied, and any new or existing concrete structure can be used. The concrete structure may be, for example, a building column or foundation beam, a bridge pier or abutment, a levee or breakwater installed in a river or harbor, a wave-dissipating block, or concrete lining used in a road or tunnel. Alternatively, movable property (concrete product) containing concrete, such as a square or U-shaped concrete block or a stone sill, may also be used.
1.コンクリート構造体の補強方法
1-1.第1の注入孔の形成
図1(A)から図1(C)はコンクリート構造体10の模式的斜視図である。本補強方法では、まず、コンクリート構造体10に含まれるコンクリート100に第1の注入孔102を設ける(図1(A))。第1の注入孔102はコンクリート構造体10を貫通する貫通孔でもよく、図示しないが、コンクリート構造体10を貫通しない有底孔でもよい。第1の注入孔102は、振動ドリル、ハンマードリル、ダイヤモンドコアドリルなどのドリルを用いてコンクリート100を掘削することで形成すればよい。
1. Reinforcement Method for Concrete Structure 1-1. Formation of First Injection Hole Figures 1(A) to 1(C) are schematic perspective views of a concrete structure 10. In this reinforcement method, first, a first injection hole 102 is provided in concrete 100 contained in the concrete structure 10 (Figure 1(A)). The first injection hole 102 may be a through-hole that penetrates the concrete structure 10, or, although not shown, may be a bottomed hole that does not penetrate the concrete structure 10. The first injection hole 102 may be formed by drilling the concrete 100 using a drill such as a percussion drill, a hammer drill, or a diamond core drill.
第1の注入孔102は、好ましくはコンクリート構造体10の表面から一方向に直進的に延伸するように設けられるが、コンクリート構造体10の内部で屈曲してもよい。第1の注入孔102の数に制約はなく、コンクリート構造体10の形状や大きさ、設置環境、強度などに応じて適宜設定すればよい。複数の第1の注入孔102を設ける場合、複数の第1の注入孔102が延伸する方向は互いに同一でもよく、あるいは図1(B)に示すように、少なくとも一つの第1の注入孔102の延伸方向が他の第1の注入孔102のそれと異なってもよい。図1(A)や図1(B)に示すように、すべての第1の注入孔102の延伸方向は、コンクリート構造体10の外表面に対して垂直でもよく、あるいは図1(C)に示すように、一部またはすべての第1の注入孔102は、コンクリート構造体10の外表面に対して傾いた方向に延伸してもよい。図示しないが、複数の第1の注入孔102が交差してもよい。すなわち、第1の注入孔102はコンクリート構造体10内でネットワーク状に形成されてもよい。第1の注入孔102が設けられる面は水平面に垂直な面に限られず、水平面に平行な面(例えばコンクリート構造体10の上面)でもよく、水平面から90°未満の角度で傾いた面に第1の注入孔102を設けてもよい。 The first injection holes 102 are preferably provided so as to extend linearly in one direction from the surface of the concrete structure 10, but may be curved within the concrete structure 10. There are no restrictions on the number of first injection holes 102, and they may be set appropriately depending on the shape, size, installation environment, strength, etc. of the concrete structure 10. When multiple first injection holes 102 are provided, the extension directions of the multiple first injection holes 102 may be the same as each other, or, as shown in Figure 1(B), the extension direction of at least one first injection hole 102 may be different from that of the other first injection holes 102. As shown in Figures 1(A) and 1(B), the extension direction of all first injection holes 102 may be perpendicular to the outer surface of the concrete structure 10, or, as shown in Figure 1(C), some or all of the first injection holes 102 may extend in a direction oblique to the outer surface of the concrete structure 10. Although not shown, multiple first injection holes 102 may intersect. That is, the first injection holes 102 may be formed in a network pattern within the concrete structure 10. The surface on which the first injection holes 102 are provided is not limited to a surface perpendicular to the horizontal plane, but may also be a surface parallel to the horizontal plane (for example, the top surface of the concrete structure 10), or the first injection holes 102 may be provided on a surface inclined at an angle of less than 90° from the horizontal plane.
第1の注入孔102の端部の断面積、すなわち、コンクリート構造体10の外表面における第1の注入孔102の開口面積は任意に設定することができる。例えば、第1の注入孔102の端部の形状(コンクリート構造体10の外表面における形状)が円の場合、その直径D(図1(A)参照。)は15mm以上200mm以下、20mm以上150mm以下、または30mm以上100mm以下でもよい。第1の注入孔102の端部の断面積は、例えば176mm2以上314cm2以下、314mm2以上176cm2以下、または706mm2以上78cm2以下でもよい。 The cross-sectional area of the end of the first injection hole 102, i.e., the opening area of the first injection hole 102 on the outer surface of the concrete structure 10, can be set as desired. For example, if the shape of the end of the first injection hole 102 (the shape on the outer surface of the concrete structure 10) is circular, its diameter D (see FIG. 1(A)) may be 15 mm to 200 mm, 20 mm to 150 mm, or 30 mm to 100 mm. The cross-sectional area of the end of the first injection hole 102 may be, for example, 176 mm2 to 314 cm2 , 314 mm2 to 176 cm2 , or 706 mm2 to 78 cm2 .
あるいは、コンクリート構造体10を施工する際に第1の注入孔102を形成してもよい。具体的には、第1の注入孔102に対応する空間を形成するための一つまたは複数のコア材(中子)162を、コンクリート100を与えるレディーミクストコンクリートを打設するための型枠160に配置する(図2(A))。コア材162は、一部が型枠160から露出されるように設けてもよい。コア材162の形状は第1の注入孔102の形状を考慮して決定すればよく、直線的なロッド状でもよく、一部または全体が屈曲していてもよい。コア材162に含まれる材料に制約はなく、例えばアルミニウムや鉄、ステンレスなどの金属材料、木材、樹脂などでもよい。樹脂としては、例えばガラス繊維や炭素繊維などの繊維と複合化された繊維強化プラスチックでもよい。コア材162の外表面には、剥離剤(離型剤)または硬化遅延剤を塗布してもよい。離型剤または硬化遅延剤を塗布することで、後述するように、コンクリート100からコア材162を容易に除去して第1の注入孔102を形成することができる。 Alternatively, the first injection hole 102 may be formed during construction of the concrete structure 10. Specifically, one or more core materials (cores) 162 for forming a space corresponding to the first injection hole 102 are placed in a formwork 160 for pouring ready-mixed concrete to provide the concrete 100 (FIG. 2(A)). The core material 162 may be partially exposed from the formwork 160. The shape of the core material 162 can be determined taking into account the shape of the first injection hole 102. It may be a straight rod, or may be partially or entirely curved. There are no restrictions on the material contained in the core material 162, and it may be metal such as aluminum, iron, or stainless steel, wood, or resin. Resin may be fiber-reinforced plastic composited with fibers such as glass fiber or carbon fiber. A release agent (mold release agent) or a hardening retarder may be applied to the outer surface of the core material 162. By applying a release agent or set retarder, the core material 162 can be easily removed from the concrete 100 to form the first injection hole 102, as described below.
引き続き、コンクリート100を形成する。すなわち、図2(A)の鎖線C-C´に沿った模式的端面図(図2(B))に示すように、コンクリート100を与えるレディーミクストコンクリート164を型枠160内に打設する。この時、コア材162がレディーミクストコンクリート164によって埋め込まれるようにレディーミクストコンクリート164が型枠160に打設される。レディーミクストコンクリート164を硬化させ、型枠160とコア材162を取り除くことで第1の注入孔102を有するコンクリート構造体10を施工することができる(図1(A)参照。)。 Next, concrete 100 is formed. That is, as shown in the schematic end view (FIG. 2B) along the dashed line C-C' in FIG. 2A, ready-mixed concrete 164 that will provide concrete 100 is poured into formwork 160. At this time, the ready-mixed concrete 164 is poured into formwork 160 so that the core material 162 is embedded by the ready-mixed concrete 164. The ready-mixed concrete 164 is allowed to harden, and the formwork 160 and core material 162 are removed, allowing the concrete structure 10 with the first injection hole 102 to be constructed (see FIG. 1A).
第1の注入孔102の端部の形状、すなわち、コンクリート構造体10の外表面における第1の注入孔102の開口形状も任意に設定することができる。ドリルを用いて第1の注入孔102を形成する場合には円となるが、コンクリート構造体10の施工時に第1の注入孔102を形成する場合には、コア材162の断面(コア材162の延伸方向に垂直な断面)の形状を適宜選択することで、例えば円、四角形や星形などの多角形、楕円、外周が直線と曲線で構成される形状などを有する第1の注入孔102を形成することができる。 The shape of the end of the first injection hole 102, i.e., the opening shape of the first injection hole 102 on the outer surface of the concrete structure 10, can also be set as desired. If the first injection hole 102 is formed using a drill, it will be circular. However, if the first injection hole 102 is formed during the construction of the concrete structure 10, the shape of the cross section of the core material 162 (a cross section perpendicular to the extension direction of the core material 162) can be appropriately selected to form the first injection hole 102 in any shape, such as a circle, a polygon such as a square or star, an ellipse, or a shape whose periphery is made up of straight lines and curves.
1-2.ポーラスコンクリートの形成
次に、図1(A)の鎖線A-A´とB-B´に沿った端面の模式図(図3(A)、図3(B))に示すように、第1の注入孔102内にポーラスコンクリート104を形成する。上述したように、ポーラスコンクリートは細骨材を含まない、または細骨材の量が粗骨材よりも大幅に少ない硬化物であり、その空隙率がコンクリート構造体10に含まれるコンクリート100の空隙率と比較して大きいことが特徴の一つである。ポーラスコンクリート104を与えるレディーミクストコンクリートを第1の注入孔102に打設し、硬化させることで第1の注入孔102がポーラスコンクリート104によって充填される。このため、比較的大きな第1の注入孔102を形成しても、コンクリート構造体10の強度に対する影響を無視することができる。
1-2. Formation of Porous Concrete Next, as shown in the end view schematics (FIGS. 3A and 3B) along the dashed lines A-A' and B-B' in FIG. 1A, porous concrete 104 is formed in the first injection hole 102. As described above, porous concrete is a hardened product that does not contain fine aggregate or contains significantly less fine aggregate than coarse aggregate, and one of its characteristics is that its porosity is larger than the porosity of the concrete 100 contained in the concrete structure 10. Ready-mixed concrete that provides the porous concrete 104 is poured into the first injection hole 102 and allowed to harden, filling the first injection hole 102 with the porous concrete 104. Therefore, even if a relatively large first injection hole 102 is formed, its effect on the strength of the concrete structure 10 can be ignored.
この後、図3(A)と図3(B))にそれぞれ対応する図4(A)と図4(B)に示すように、ポーラスコンクリート104に第2の注入孔106を形成してもよい。第2の注入孔106は、例えばドリルを用いて形成することができる。第2の注入孔106はコンクリート構造体10とポーラスコンクリート104を貫通してもよく、あるいは少なくとも一方を貫通しない有底孔でもよい。第2の注入孔106の断面積、すなわち、ポーラスコンクリート104の外表面における第2の注入孔106の開口面積も任意に設定することができる。例えば、第2の注入孔106の断面形状(ポーラスコンクリート104の外表面における形状)が円の場合、その直径dは、1mm以上100mm以下または2mm以上150mm以下でもよい。第2の注入孔106の断面積は、例えば0.785mm2以上78.5cm2以下または3.14mm2以上177cm2以下とすればよい。上述した範囲を選択することで、コンクリート構造体10の強度や美観を大きく損なうことなく、第2の注入孔106を形成することができる。 After this, a second injection hole 106 may be formed in the porous concrete 104, as shown in Figures 4(A) and 4(B), which correspond to Figures 3(A) and 3(B), respectively. The second injection hole 106 may be formed, for example, using a drill. The second injection hole 106 may penetrate both the concrete structure 10 and the porous concrete 104, or may be a bottomed hole that does not penetrate at least one of them. The cross-sectional area of the second injection hole 106, i.e., the opening area of the second injection hole 106 on the outer surface of the porous concrete 104, can also be set arbitrarily. For example, if the cross-sectional shape of the second injection hole 106 (the shape on the outer surface of the porous concrete 104) is circular, its diameter d may be 1 mm to 100 mm or 2 mm to 150 mm. The cross-sectional area of the second injection hole 106 may be, for example, 0.785 mm² to 78.5 cm² or 3.14 mm² to 177 cm² . By selecting the above-mentioned range, the second injection hole 106 can be formed without significantly impairing the strength or aesthetic appearance of the concrete structure 10.
第1の注入孔102と同様、第2の注入孔106もコンクリート構造体10の施工時に形成してもよい。例えば、図2(B)に対応する模式的端面図(図5(A))に示すように、型枠160にコア材162を設置する。コア材162は、第2の注入孔106が形成される空間に対応する。この後、コンクリート100を与えるレディーミクストコンクリート164を型枠160に打設する。この時、コア材162が埋め込まれないようにレディーミクストコンクリート164を打設する。この後、ポーラスコンクリート104を形成するための型枠166をレディーミクストコンクリート164上に設置する(図5(B))。型枠166は、レディーミクストコンクリート164が硬化する前に設けてもよく、硬化後に設けてもよい。あるいは、図示しないが、レディーミクストコンクリート164を打設する前に予め型枠166を設けてもよい。型枠166内にポーラスコンクリート104を与えるレディーミクストコンクリートを打設、硬化することで、ポーラスコンクリート104が形成される(図6(A)、図6(B))。この後、型枠166を除去し、コンクリート100を与えるレディーミクストコンクリート164を型枠160に打設し、硬化させる(図7)。型枠160とコア材162を除去することで第2の注入孔106を備えるポーラスコンクリート104を有するコンクリート構造体10を施工することができる。 Like the first injection hole 102, the second injection hole 106 may also be formed during construction of the concrete structure 10. For example, as shown in the schematic end view (FIG. 5(A)) corresponding to FIG. 2(B), a core material 162 is placed in a formwork 160. The core material 162 corresponds to the space where the second injection hole 106 will be formed. Then, ready-mixed concrete 164, which will provide the concrete 100, is poured into the formwork 160. At this time, the ready-mixed concrete 164 is poured so that the core material 162 is not embedded. Then, a formwork 166 for forming the porous concrete 104 is placed on the ready-mixed concrete 164 (FIG. 5(B)). The formwork 166 may be installed before or after the ready-mixed concrete 164 hardens. Alternatively, although not shown, the formwork 166 may be installed in advance before pouring the ready-mixed concrete 164. Porous concrete 104 is formed by pouring ready-mixed concrete into formwork 166 and allowing it to harden (FIGS. 6(A) and 6(B)). After this, formwork 166 is removed, and ready-mixed concrete 164 that will provide concrete 100 is poured into formwork 160 and allowed to harden (FIG. 7). By removing formwork 160 and core material 162, the concrete structure 10 can be constructed, including porous concrete 104 with second injection holes 106.
あるいは、第2の注入孔106を有するポーラスコンクリート104を別途作製し、これをコンクリート100に埋設することコンクリート構造体10を施工してもよい。具体的には、ポーラスコンクリート104の形状を決める型枠168内に第2の注入孔106が設けられる空間を占めるようにコア材162を設け、型枠168内にポーラスコンクリート104を与えるレディーミクストコンクリートを打設、硬化する(図8(A))。あるいは、型枠168内に粗骨材を充填し、粗骨材を含まない、あるいは粗骨材の量が少ないレディーミクストコンクリートを型枠168に打設する。その後、型枠168とコア材162を取り除くことにより、第2の注入孔106を有するポーラスコンクリート104が得られる。一方、図8(B)に示すように、型枠160にコンクリート100を与えるレディーミクストコンクリート164を部分的に打設した後、第2の注入孔106を有するポーラスコンクリート104をレディーミクストコンクリート164上に配置する。その後、ポーラスコンクリート104を埋め込むようにレディーミクストコンクリート164を再度打設、硬化すればよい。この方法では、型枠168の内部形状を適宜調整することで、ポーラスコンクリート104の形状を制御することができる。なお、図示しないが、コンクリート100を与えるレディーミクストコンクリート164を打設する前に、第2の注入孔106の延伸方向が鉛直方向となるように第2の注入孔106を有するポーラスコンクリート104を配置し、その後、コンクリート100を与えるレディーミクストコンクリート164を打設、硬化してもよい。 Alternatively, porous concrete 104 having the second injection hole 106 may be prepared separately and embedded in the concrete 100 to construct the concrete structure 10. Specifically, a core material 162 is provided in a formwork 168 that determines the shape of the porous concrete 104 to occupy the space where the second injection hole 106 will be located, and ready-mixed concrete that provides the porous concrete 104 is poured into the formwork 168 and allowed to harden (Figure 8(A)). Alternatively, coarse aggregate is filled into the formwork 168, and ready-mixed concrete that does not contain coarse aggregate or has a small amount of coarse aggregate is poured into the formwork 168. The formwork 168 and core material 162 are then removed to obtain the porous concrete 104 having the second injection hole 106. On the other hand, as shown in FIG. 8(B), after partially pouring ready-mixed concrete 164 to provide concrete 100 into formwork 160, porous concrete 104 having second injection holes 106 is placed on top of the ready-mixed concrete 164. The ready-mixed concrete 164 is then poured again to embed the porous concrete 104 and allowed to harden. This method allows the shape of the porous concrete 104 to be controlled by appropriately adjusting the internal shape of formwork 168. Although not shown, before pouring the ready-mixed concrete 164 to provide concrete 100, the porous concrete 104 having second injection holes 106 may be placed so that the extension direction of the second injection holes 106 is vertical, and then the ready-mixed concrete 164 to provide concrete 100 may be poured and allowed to harden.
1-3.二酸化炭素の供給
引き続き、ポーラスコンクリート104に二酸化炭素を供給する。具体的には、図9(A)に示すように、コンクリート構造体10から露出するポーラスコンクリート104の一端に二酸化炭素ライン122を接続する。第2の注入孔106をポーラスコンクリート104に設ける場合には、第2の注入孔106に二酸化炭素ライン122を接続すればよい。二酸化炭素ライン122には二酸化炭素供給源120が接続され、二酸化炭素供給源120から供給される二酸化炭素を含むガスが二酸化炭素ライン122を介してポーラスコンクリート104に導入される。図示しないが、ポーラスコンクリート104を複数の第1の注入孔102に設ける場合には、第1の注入孔102と同じ数の二酸化炭素供給源120を用い、それぞれのポーラスコンクリート104に対応する二酸化炭素供給源120を接続してもよく、あるいは分岐した二酸化炭素ライン122を用いてポーラスコンクリート104の数よりも少ない二酸化炭素供給源120をポーラスコンクリート104に接続してもよい。二酸化炭素ライン122には、ポーラスコンクリート104に導入される二酸化炭素を含むガスの圧力を測定するための圧力計126および/またはフローメータ128を設けてもよい。
1-3. Supply of Carbon Dioxide Next, carbon dioxide is supplied to the porous concrete 104. Specifically, as shown in FIG. 9A, a carbon dioxide line 122 is connected to one end of the porous concrete 104 exposed from the concrete structure 10. When a second injection hole 106 is provided in the porous concrete 104, the carbon dioxide line 122 can be connected to the second injection hole 106. A carbon dioxide supply source 120 is connected to the carbon dioxide line 122, and gas containing carbon dioxide supplied from the carbon dioxide supply source 120 is introduced into the porous concrete 104 via the carbon dioxide line 122. Although not shown, when the porous concrete 104 is provided in multiple first injection holes 102, the same number of carbon dioxide supply sources 120 as the number of first injection holes 102 may be used and connected to each corresponding carbon dioxide supply source 120 for each porous concrete 104. Alternatively, a branched carbon dioxide line 122 may be used to connect fewer carbon dioxide supply sources 120 than the number of porous concrete 104 to the porous concrete 104. The carbon dioxide line 122 may be provided with a pressure gauge 126 and/or a flow meter 128 for measuring the pressure of the gas containing carbon dioxide introduced into the porous concrete 104 .
二酸化炭素ライン122とポーラスコンクリート104との接続方法は任意に選択することができ、例えば、二酸化炭素ライン122の先端がポーラスコンクリート104を覆うように二酸化炭素ライン122を設けてもよい。あるいは、接続状態を安定的に維持するため、例えば図10(A)に示すように、雌ねじ構造を有する開口を備えるアダプタ110をポーラスコンクリート104を囲むまたは覆うようにコンクリート構造体10の表面に取り付け、二酸化炭素ライン122の先端に雌ねじ構造に噛み合う雄ねじ構造を有するジョイント124を取り付けてもよい。ジョイント124をアダプタ110に捻じ込むことで、二酸化炭素ライン122からの二酸化炭素の漏洩を防ぎつつ、二酸化炭素を含むガスをポーラスコンクリート104に導入することができる。任意の構成として、二酸化炭素を含むガスの漏洩をさらに効果的に防ぐため、アダプタ110とコンクリート100の間に樹脂製のОリング(またはパッキン)112を設けてもよい。二酸化炭素の漏洩を防止することで、作業の安全性が確保される。 The method of connecting the carbon dioxide line 122 to the porous concrete 104 can be selected arbitrarily. For example, the carbon dioxide line 122 may be arranged so that its tip covers the porous concrete 104. Alternatively, to maintain a stable connection, for example, as shown in FIG. 10(A), an adapter 110 with an opening having a female thread structure may be attached to the surface of the concrete structure 10 so as to surround or cover the porous concrete 104, and a joint 124 with a male thread structure that engages with the female thread structure may be attached to the tip of the carbon dioxide line 122. By screwing the joint 124 into the adapter 110, carbon dioxide leakage from the carbon dioxide line 122 can be prevented while introducing carbon dioxide-containing gas into the porous concrete 104. As an optional configuration, a resin O-ring (or gasket) 112 may be provided between the adapter 110 and the concrete 100 to further effectively prevent leakage of carbon dioxide-containing gas. Preventing carbon dioxide leakage ensures work safety.
さらに、ポーラスコンクリート104の他端をキャップし、二酸化炭素を含むガスを封じ込めることで、二酸化炭素を含むガスの漏洩が防止できるとともに、より効果的にポーラスコンクリート104と二酸化炭素の接触が可能となる。例えば、他端を接着テープ、ゴムなどの弾性体などを用いて排出口を封止してもよく、あるいは図9(B)、図10(A)に示すように、アクリル樹脂やエポキシ樹脂、ポリエステル樹脂、ポリイミド樹脂などの樹脂、これらの樹脂を含む繊維強化プラスチック、または鉄やステンレス、アルミニウムなどの金属材料を含むプレート114を用いてポーラスコンクリート104の他端を覆うことでポーラスコンクリート104を封止してもよい。プレート114の固定はボルトやねじを用いて行えばよい。あるいは接着剤や接着テープなどを用いてプレート114を固定してもよい。また、図10(A)に示すように、気密性を向上させるため、ゴムなどの弾性体を含むパッキン116をポーラスコンクリート104を覆うようにポーラスコンクリート104とプレート114の間に配置してもよい。 Furthermore, by capping the other end of the porous concrete 104 and sealing in the carbon dioxide-containing gas, leakage of the carbon dioxide-containing gas can be prevented and contact between the porous concrete 104 and the carbon dioxide can be more effectively achieved. For example, the outlet at the other end can be sealed using adhesive tape or an elastic material such as rubber. Alternatively, as shown in Figures 9(B) and 10(A), the porous concrete 104 can be sealed by covering the other end with a plate 114 made of resin such as acrylic resin, epoxy resin, polyester resin, or polyimide resin, fiber-reinforced plastic containing these resins, or a metal material such as iron, stainless steel, or aluminum. The plate 114 can be secured in place using bolts or screws. Alternatively, the plate 114 can be secured using adhesive or adhesive tape. Furthermore, as shown in Figure 10(A), to improve airtightness, a gasket 116 made of an elastic material such as rubber can be placed between the porous concrete 104 and the plate 114 so as to cover the porous concrete 104.
二酸化炭素を含むガスとしては、純粋な二酸化炭素(例えば純度99%以上)でもよく、二酸化炭素と他のガスとの混合ガスでもよい。混合ガスを用いる場合には、他のガスとして空気や酸素、窒素などが挙げられる。混合ガス中における二酸化炭素の濃度も任意に設定することができるが、効率よくポーラスコンクリート104と二酸化炭素を接触させるため、大気中に含まれる二酸化炭素の濃度(約420ppm)より高いことが好ましい。例えば、二酸化炭素濃度は1体積%以上100体積%以下の任意の濃度から設定すればよい。 The carbon dioxide-containing gas may be pure carbon dioxide (e.g., 99% or higher purity) or a mixture of carbon dioxide and other gases. When a mixed gas is used, the other gases may include air, oxygen, nitrogen, etc. The carbon dioxide concentration in the mixed gas can be set as desired, but in order to efficiently bring the porous concrete 104 into contact with the carbon dioxide, it is preferable that the concentration be higher than the concentration of carbon dioxide in the atmosphere (approximately 420 ppm). For example, the carbon dioxide concentration may be set at any concentration between 1% and 100% by volume.
二酸化炭素供給源120は、ポーラスコンクリート104に二酸化炭素を含むガスを供給する機能を有していればよく、例えば図9(A)に示すような二酸化炭素を含むガスのボンベやタンクなどが挙げられる。二酸化炭素供給源120は図示しないレギュレータに接続され、二酸化炭素を含むガスが調圧される。あるいは、コンクリート構造体10付近に二酸化炭素を大量に排出する施設(化学プラント、ゴミ焼却施設、火力発電所、その他各種工場など)が既設されている場合、これらの施設で排出されるガス、または排出ガスに対して脱塵、脱硫、脱硝などを行うことで得られる精製された二酸化炭素を利用してもよい。この場合、二酸化炭素排出する施設が二酸化炭素供給源120として機能するので、二酸化炭素を運搬するためのコストが削減され、運搬に伴う二酸化炭素の排出が防止される。 The carbon dioxide supply source 120 may be any suitable material as long as it has the function of supplying carbon dioxide-containing gas to the porous concrete 104, such as a carbon dioxide-containing gas cylinder or tank as shown in FIG. 9(A). The carbon dioxide supply source 120 is connected to a regulator (not shown) to regulate the pressure of the carbon dioxide-containing gas. Alternatively, if there are existing facilities near the concrete structure 10 that emit large amounts of carbon dioxide (such as chemical plants, waste incineration facilities, thermal power plants, and various other factories), the gas emitted by these facilities, or purified carbon dioxide obtained by subjecting the exhaust gas to dedusting, desulfurization, denitrification, etc., may be used. In this case, the carbon dioxide-emitting facility functions as the carbon dioxide supply source 120, thereby reducing the cost of transporting carbon dioxide and preventing carbon dioxide emissions associated with transportation.
二酸化炭素を含むガスは、定常的(連続的)に導入してもよく、断続的に導入してもよい。後者の場合には、二酸化炭素を含むガスを供給した後、二酸化炭素ライン122を取り外し、ポーラスコンクリート104を密閉すればよい。例えば、接着テープでポーラスコンクリート104を覆ってもよい。あるいは図10(B)に示すように、アダプタ110に噛み合う雄ねじ構造を有するキャップ118を用いてポーラスコンクリート104を密閉してもよい。 The gas containing carbon dioxide may be introduced steadily (continuously) or intermittently. In the latter case, after supplying the gas containing carbon dioxide, the carbon dioxide line 122 is removed and the porous concrete 104 is sealed. For example, the porous concrete 104 may be covered with adhesive tape. Alternatively, as shown in Figure 10(B), the porous concrete 104 may be sealed using a cap 118 having a male thread structure that engages with the adapter 110.
任意の構成として、二酸化炭素濃度を測定するための濃度計132を第2の注入孔106内部に設け、随時または定期的に二酸化炭素濃度を測定してもよい。これにより、二酸化炭素濃度の変化をモニターすることができる。 As an optional configuration, a concentration meter 132 for measuring carbon dioxide concentration may be installed inside the second injection hole 106, and the carbon dioxide concentration may be measured as needed or periodically. This allows changes in the carbon dioxide concentration to be monitored.
二酸化炭素を含むガスは、ポーラスコンクリート104の空隙または第2の注入孔106内の圧力が0MPaよりも高く1MPa以下の圧力となるように導入すればよい。この圧力が大気圧(例えば1気圧、また0.101MPa)よりも低い場合には、二酸化炭素ライン122にロータリーオイルポンプやドライポンプなどの真空ポンプ130を接続し、ポーラスコンクリート104の空隙または第2の注入孔106内を減圧にした後に二酸化炭素を含むガスを導入すればよい(図9(A)参照。)。 The gas containing carbon dioxide can be introduced so that the pressure inside the voids in the porous concrete 104 or the second injection hole 106 is higher than 0 MPa and lower than 1 MPa. If this pressure is lower than atmospheric pressure (e.g., 1 atmosphere or 0.101 MPa), a vacuum pump 130 such as a rotary oil pump or dry pump can be connected to the carbon dioxide line 122, and the pressure inside the voids in the porous concrete 104 or the second injection hole 106 can be reduced before the gas containing carbon dioxide is introduced (see Figure 9 (A)).
1-4.湿度の調整
コンクリートが二酸化炭素と接触すると、コンクリートに含まれる水酸化カルシウムなどが炭酸カルシウムへ変化する(炭酸化)。炭酸化の速度は湿度にも依存し、湿度が約50%の時に大きな炭酸化速度が得られることが知られている。このため、本補強方法においても、供給される二酸化炭素を含むガスの湿度を調整してもよい。具体的には、水供給源140を設け、二酸化炭素ライン122を介してポーラスコンクリート104に水を供給してもよい(図9(A))。図示しないが、水供給源140は、供給される水の温度を制御するための加熱装置や冷却装置を備えていてもよい。あるいは、二酸化炭素供給源120から水供給源140に二酸化炭素を含むガスを供給し、二酸化炭素を含む水をポーラスコンクリート104に供給してもよい。
1-4. Humidity Adjustment When concrete comes into contact with carbon dioxide, calcium hydroxide and other compounds contained in the concrete are converted to calcium carbonate (carbonation). The rate of carbonation also depends on humidity, and it is known that a high rate of carbonation is achieved when the humidity is approximately 50%. Therefore, in this reinforcement method, the humidity of the carbon dioxide-containing gas supplied may be adjusted. Specifically, a water supply source 140 may be provided, and water may be supplied to the porous concrete 104 via a carbon dioxide line 122 ( FIG. 9(A) ). Although not shown, the water supply source 140 may be equipped with a heating device or a cooling device to control the temperature of the supplied water. Alternatively, carbon dioxide-containing gas may be supplied from the carbon dioxide supply source 120 to the water supply source 140, and carbon dioxide-containing water may be supplied to the porous concrete 104.
任意の構成として、湿度を測定するための湿度計134を第2の注入孔106内に設け、随時または定期的に湿度を測定してもよい(図10(B))。これにより、湿度の変化をモニターすることができる。 As an optional configuration, a hygrometer 134 for measuring humidity may be provided inside the second injection hole 106 to measure humidity as needed or periodically (Figure 10(B)). This allows changes in humidity to be monitored.
一方、第2の注入孔106内の湿度が高い場合、ポーラスコンクリート104に大量の水が含まれる場合、あるいはコンクリート100に大量の水が含まれる場合などには、水の一部を除去するために真空ポンプ130を用いて第2の注入孔106またはポーラスコンクリート104の空隙内部を減圧乾燥してもよい。その後、二酸化炭素を含むガスをポーラスコンクリート104へ供給すればよい。 On the other hand, if the humidity inside the second injection hole 106 is high, if the porous concrete 104 contains a large amount of water, or if the concrete 100 contains a large amount of water, the vacuum pump 130 can be used to reduce the pressure inside the voids of the second injection hole 106 or the porous concrete 104 and dry them in order to remove some of the water. Then, a gas containing carbon dioxide can be supplied to the porous concrete 104.
ポーラスコンクリート104と二酸化炭素を含むガスの接触時間は、ポーラスコンクリート104の長さや断面積(すなわち、第1の注入孔102の体積)、コンクリート構造体10の体積、温度、二酸化炭素を含むガスの二酸化炭素の濃度にも依存するが、例えば1時間以上20年以下、1日以上10年以下、10週間以上5年以下、1年以上3年以内などとすればよい。 The contact time between the porous concrete 104 and the carbon dioxide-containing gas depends on the length and cross-sectional area of the porous concrete 104 (i.e., the volume of the first injection hole 102), the volume of the concrete structure 10, the temperature, and the carbon dioxide concentration of the carbon dioxide-containing gas, but may be, for example, from 1 hour to 20 years, from 1 day to 10 years, from 10 weeks to 5 years, or from 1 year to 3 years.
二酸化炭素や水の供給においては、図11(A)に示すように、制御装置142を用いて行ってもよい。制御装置142には二酸化炭素供給源120や水供給源140からそれぞれ二酸化炭素を含むガスと水が供給される。制御装置142には、二酸化炭素を含むガスをポーラスコンクリート104に供給するための機構(例えば送風ポンプなど)が備えられる。制御装置142はさらに、供給された水と二酸化炭素を用いて適切な湿度を有する二酸化炭素を含むガスを調製し、このガスをポーラスコンクリート104に供給するように構成してもよい。あるいは/さらに、ポーラスコンクリート104に供給する二酸化炭素を含むガスの温度を制御できるよう、制御装置142を構成してもよい。このような機能を制御装置142に付与することにより、最適化された温度や湿度で二酸化炭素を含むガスをポーラスコンクリート104に供給することができ、炭酸化を短時間で行うことが可能となる。 The supply of carbon dioxide and water may be performed using a control device 142, as shown in FIG. 11(A). The control device 142 is supplied with carbon dioxide-containing gas and water from the carbon dioxide supply source 120 and water supply source 140, respectively. The control device 142 is equipped with a mechanism (e.g., an air pump) for supplying the carbon dioxide-containing gas to the porous concrete 104. The control device 142 may further be configured to prepare carbon dioxide-containing gas with an appropriate humidity using the supplied water and carbon dioxide, and supply this gas to the porous concrete 104. Alternatively/in addition, the control device 142 may be configured to control the temperature of the carbon dioxide-containing gas supplied to the porous concrete 104. By providing the control device 142 with such functionality, the carbon dioxide-containing gas can be supplied to the porous concrete 104 at an optimized temperature and humidity, enabling carbonation to be achieved in a short period of time.
さらに図11(B)に示すように、二酸化炭素を含むガスを制御装置142とポーラスコンクリート104の間で循環させてもよい。この場合、制御装置142は、循環ポンプなどに例示される、ポーラスコンクリート104の他端から排出されるガスを回収し、再度ポーラスコンクリート104へ供給するための機構を備える。さらに制御装置142は、ポーラスコンクリート104の他端から排出されるガスに含まれる二酸化炭素の濃度や湿度を測定し、得られたデータに基づいて当該ガスに適宜二酸化炭素や水を添加するように構成してもよい。これにより、定常的にポーラスコンクリート104を最適な炭酸化速度が得られる条件に置くことができる。 Furthermore, as shown in FIG. 11(B), gas containing carbon dioxide may be circulated between the control device 142 and the porous concrete 104. In this case, the control device 142 is equipped with a mechanism, such as a circulation pump, for recovering the gas discharged from the other end of the porous concrete 104 and supplying it back to the porous concrete 104. Furthermore, the control device 142 may be configured to measure the concentration and humidity of carbon dioxide contained in the gas discharged from the other end of the porous concrete 104, and add carbon dioxide or water to the gas as appropriate based on the obtained data. This allows the porous concrete 104 to be constantly kept in conditions that will result in the optimal carbonation rate.
1-5.ポーラスコンクリートへのモルタルの形成
任意のステップとして、炭酸化の終了後、第2の注入孔106やポーラスコンクリート104に対し、新たにモルタル165をリペアコンクリートとして形成してもよい。すなわち、第2の注入孔106やポーラスコンクリート104に対し、モルタル165を与えるレディーミクストコンクリートを打設し、硬化させる(図12)。これにより、粗骨材105の間の空隙がモルタル165によって充填されるとともに、ポーラスコンクリート104は、それを取り囲むコンクリート100の組成と類似する組成を有することができる。このため、ポーラスコンクリート104が設けられていた部分とコンクリート100の外観の差が小さくなり、コンクリート構造体10の美観を損ねることを抑制することができる。
1-5. Formation of Mortar in Porous Concrete As an optional step, after carbonation is completed, new mortar 165 may be formed as repair concrete in the second injection hole 106 or the porous concrete 104. That is, ready-mixed concrete that provides mortar 165 is poured into the second injection hole 106 or the porous concrete 104 and allowed to harden ( FIG. 12 ). This allows the voids between the coarse aggregate 105 to be filled with mortar 165, and the porous concrete 104 to have a composition similar to that of the surrounding concrete 100. This reduces the difference in appearance between the area where the porous concrete 104 was provided and the concrete 100, thereby preventing damage to the aesthetics of the concrete structure 10.
2.本補強方法が適用されたコンクリート構造体の組成
上述した補強方法を用いてコンクリート構造体10を補強すると、炭酸化は最初にポーラスコンクリート104の表面や粗骨材105間の空隙内で生じ、さらにポーラスコンクリート104とコンクリート100の界面からコンクリート100の内部へ進行する(図13)。したがって、第1の注入孔102の延伸方向に垂直な断面図(図14(A))に示すように、炭酸化は、第1の注入孔102の延伸方向に垂直な方向(すなわち、xz平面内)において、原理的には等方的に進行する(図14(A)の矢印参照)。炭酸化の程度は、ポーラスコンクリート104が設けられる領域100a(すなわち、第1の注入孔102が設けられる領域)で最も高く、この領域100aを囲む領域100b(すなわち、コンクリート100が占める領域)では、領域100aと領域100bの界面からの距離が増大するに従って低下する(図14(B))。領域100aには空隙率の高いポーラスコンクリート104が設けられているため、領域100aにおける炭酸カルシウムの濃度は、ポーラスコンクリート104の中心、すなわち、領域100aの中心からの距離に依存せず一定である、または中心からの距離が増大するに従って緩やかに減少する(図14(B))。換言すると、領域100aに含まれるコンクリート中の炭酸カルシウムの濃度は、領域100aを囲む領域100bに含まれるコンクリート中の炭酸カルシウムの濃度よりも高い。また、領域100bに含まれるコンクリート中の炭酸カルシウムの濃度は、領域100aからの距離(すなわち、領域100aと領域100bの界面からの距離)が増大するに従って低下する。なお、領域100aと領域100bの間における炭酸カルシウムの濃度変化は、連続的または不連続である(図14(B)、(図14(C))。
2. Composition of Concrete Structure Reinforced by This Reinforcement Method When the concrete structure 10 is reinforced using the above-described reinforcement method, carbonation first occurs on the surface of the porous concrete 104 and in the voids between the coarse aggregate 105, and then progresses from the interface between the porous concrete 104 and the concrete 100 into the interior of the concrete 100 ( FIG. 13 ). Therefore, as shown in the cross-sectional view ( FIG. 14(A) ) perpendicular to the extension direction of the first injection hole 102, carbonation in principle progresses isotropically in the direction perpendicular to the extension direction of the first injection hole 102 (i.e., in the xz plane) (see the arrows in FIG. 14(A) ). The degree of carbonation is highest in the region 100a where the porous concrete 104 is provided (i.e., the region where the first injection hole 102 is provided), and in the region 100b surrounding this region 100a (i.e., the region occupied by the concrete 100), the degree of carbonation decreases with increasing distance from the interface between the region 100a and the region 100b (FIG. 14(B)). Because the region 100a contains the porous concrete 104 with a high porosity, the calcium carbonate concentration in the region 100a is constant regardless of the distance from the center of the porous concrete 104, i.e., the center of the region 100a, or decreases gradually with increasing distance from the center (FIG. 14(B)). In other words, the calcium carbonate concentration in the concrete contained in the region 100a is higher than the calcium carbonate concentration in the concrete contained in the region 100b surrounding the region 100a. The concentration of calcium carbonate in the concrete contained in region 100b decreases with increasing distance from region 100a (i.e., distance from the interface between region 100a and region 100b). The change in calcium carbonate concentration between region 100a and region 100b is continuous or discontinuous (FIGS. 14(B) and 14(C)).
一方、炭酸化では水酸化カルシウムが消費されるため、領域100aに含まれるコンクリート中の水酸化カルシウムの濃度は、領域100bに含まれるコンクリート中の水酸化カルシウムの濃度よりも低い(図14(B))。ポーラスコンクリート104の高い空隙率に起因し、領域100aにおける水酸化カルシウムの濃度は、領域100aの中心からの距離に依存せず一定である、またはまたは中心からの距離が増大するに従って緩やかに増大する。また、領域100bに含まれるコンクリート中の水酸化カルシウムの濃度は、領域100aからの距離が増大するに従って増大する。なお、領域100aと領域100bの間における水酸化カルシウムの濃度変化は、連続的または不連続である(図14(B)、図14(C))。 On the other hand, because calcium hydroxide is consumed during carbonation, the calcium hydroxide concentration in the concrete contained in region 100a is lower than the calcium hydroxide concentration in the concrete contained in region 100b (Figure 14(B)). Due to the high porosity of the porous concrete 104, the calcium hydroxide concentration in region 100a is constant regardless of the distance from the center of region 100a, or increases gradually as the distance from the center increases. Furthermore, the calcium hydroxide concentration in the concrete contained in region 100b increases as the distance from region 100a increases. The change in calcium hydroxide concentration between region 100a and region 100b is either continuous or discontinuous (Figures 14(B) and 14(C)).
コンクリートの炭酸化としては、二酸化炭素が充填された養生槽内に硬化したコンクリートを配置して接触させる方法や、硬化した多孔質コンクリート表面に二酸化炭素を接触させる方法、レディーミクストコンクリートを流し込むための型枠内に二酸化炭素を供給する方法、コンクリート構造と大気を接触させる方法などが知られている。しかしながら、養生槽を用いる方法では、炭酸化のためのコンクリートを収容するための養生槽が必要であり、ビルや柱、トンネルなどの建造物に対して適用することはできない。多孔質コンクリート表面に二酸化炭素を接触する方法においても、コンクリート表面を密閉するための手段が必要となるため、特に大型のコンクリート構造体に適用することは現実性に欠ける。型枠内に二酸化炭素を供給する方法では、型枠を閉じた空間として形成する必要があるため、小型の構造物には適用できるものの、建造物に対して適用することができない。また、大気との接触を利用する方法では、大気中の二酸化炭素濃度は極めて低いため、効率の高い炭酸化はできない。 Known methods for carbonating concrete include placing hardened concrete in a curing tank filled with carbon dioxide, exposing the surface of hardened porous concrete to carbon dioxide, supplying carbon dioxide to the formwork used to pour ready-mixed concrete, and exposing the concrete structure to the atmosphere. However, the curing tank method requires a curing tank to contain the concrete for carbonation, making it unsuitable for structures such as buildings, columns, and tunnels. Exposing the porous concrete surface to carbon dioxide also requires a means to seal the concrete surface, making it unrealistic for use in large concrete structures. Supplying carbon dioxide to the formwork requires the formwork to be formed as a closed space, making it applicable to small structures but not to large structures. Furthermore, methods that rely on contact with the atmosphere do not allow for efficient carbonation due to the extremely low concentration of carbon dioxide in the atmosphere.
一方、本補強方法では、コンクリート構造体10に第1の注入孔102が形成され、その中に形成されるポーラスコンクリート104に対して二酸化炭素を含むガスが供給される。ポーラスコンクリート104は空隙率が高いため、ポーラスコンクリート104は速やかに炭酸化するだけでなく、二酸化炭素は速やかにポーラスコンクリート104とコンクリート100の界面(すなわち、第1の注入孔102の内壁)に達する。さらに、第1の注入孔102の比較的大きな断面積に起因し、コンクリート100が二酸化炭素と接触する面積が大きい。このため、大きな速度でポーラスコンクリート104を取り囲むコンクリート100の炭酸化を行うことができる。コンクリートが炭酸化すると、その強度が増大する。実際、発明者らは、セメントの約20%(60kg/m3)の二酸化炭素でコンクリートの炭酸化を行った場合、コンクリートの圧縮強度が8%から10%程度増大することを確認している。このため、本補強方法を適用することで、コンクリート構造体10の強度を短時間で増大させることが可能である。 On the other hand, in this reinforcement method, a first injection hole 102 is formed in the concrete structure 10, and a gas containing carbon dioxide is supplied to the porous concrete 104 formed therein. Because the porous concrete 104 has a high porosity, not only does the porous concrete 104 rapidly carbonate, but the carbon dioxide quickly reaches the interface between the porous concrete 104 and the concrete 100 (i.e., the inner wall of the first injection hole 102). Furthermore, due to the relatively large cross-sectional area of the first injection hole 102, the area of the concrete 100 that comes into contact with the carbon dioxide is large. This allows the concrete 100 surrounding the porous concrete 104 to carbonate at a high rate. Carbonation of the concrete increases its strength. In fact, the inventors have confirmed that when concrete is carbonated with carbon dioxide at approximately 20% (60 kg/m 3 ) of the cement, the compressive strength of the concrete increases by approximately 8% to 10%. Therefore, by applying this reinforcement method, it is possible to increase the strength of the concrete structure 10 in a short period of time.
さらに、上述したように、本補強方法では、コンクリート構造体10に比較的大きな第1の注入孔102が形成されるものの、第1の注入孔102にはポーラスコンクリート104が設置される。また、ポーラスコンクリート104に対してモルタル165を与えるレディーミクストコンクリートを打設することで、コンクリート100に類似する組成を有するコンクリートを第1の注入孔102に形成することも可能である。このため、第1の注入孔102の形成は、コンクリート構造体10の主要部分を構成するコンクリート構造体10の強度に対して影響を及ぼさず、かつ、コンクリート構造体10の美観を損なわない。 Furthermore, as described above, in this reinforcement method, a relatively large first injection hole 102 is formed in the concrete structure 10, and porous concrete 104 is placed in the first injection hole 102. It is also possible to form concrete having a composition similar to that of concrete 100 in the first injection hole 102 by pouring ready-mixed concrete that adds mortar 165 to the porous concrete 104. Therefore, the formation of the first injection hole 102 does not affect the strength of the concrete structure 10, which constitutes the main part of the concrete structure 10, and does not detract from the aesthetic appearance of the concrete structure 10.
また、本補強方法では、大きな速度で炭酸化が可能であることから、大量の二酸化炭素をコンクリート構造体10に固定することができる。上述したように、本補強方法は、第1の注入孔102が形成することができる限り、種類や大きさ、形状、用途、施工場所に特段の制約を受けること無く、様々な既設のコンクリート構造体10に対して適用できる。このことは、二酸化炭素を固定するための反応基質を新たに生み出す必要がないだけでなく、膨大な量の反応基質が地上に存在することを意味している。よって本補強方法は、コンクリート構造体10の補強ができるのみならず、極めて大量の二酸化炭素が固定可能であり、地球温暖化を抑制するための有効なツールであると言える。 Furthermore, because this reinforcement method allows for rapid carbonation, it is possible to fix large amounts of carbon dioxide in the concrete structure 10. As mentioned above, this reinforcement method can be applied to a variety of existing concrete structures 10 without any particular restrictions on type, size, shape, use, or construction location, as long as the first injection hole 102 can be formed. This means that not only is it not necessary to create new reactive substrates for fixing carbon dioxide, but also that vast amounts of reactive substrates exist on the ground. Therefore, this reinforcement method not only reinforces the concrete structure 10, but is also capable of fixing extremely large amounts of carbon dioxide, making it an effective tool for curbing global warming.
3.適用例
3-1.覆工コンクリートへの適用
本補強方法は、様々なコンクリート構造体10に適用することができる。例えば図15に示すように、コンクリート構造体10がトンネルであっても本補強方法を適用でき、トンネル内壁の補強と同時に二酸化炭素を固定することができる。この場合には、コンクリート構造体10である覆工コンクリートに第1の注入孔102を一つまたは複数形成し、第1の注入孔102に対してポーラスコンクリート104を打設する。その後、ポーラスコンクリート104に対して二酸化炭素を含むガスを供給する。第1の注入孔102の延伸方向は任意であり、鉛直方向(z方向)でもよく、鉛直方向から傾いていてもよい。例えば、トンネルの内壁の法線と平行でもよく、図示しないが、法線から傾くように第1の注入孔102を形成してもよい。第1の注入孔102はコンクリート100を貫通する貫通孔でもよく、有底孔でもよい。なお、第1の注入孔102が貫通孔である場合でも、第1の注入孔102の一端は岩盤や地盤によって閉じられるため、二酸化炭素を含むガスを供給する際にポーラスコンクリート104の端部を封止しなくてもよい。上述したように、炭酸化が終了した後、モルタル165を与えるレディーミクストコンクリートをポーラスコンクリート104に打設してもよい。
3. Application Example 3-1. Application to Lining Concrete This reinforcement method can be applied to various concrete structures 10. For example, as shown in FIG. 15 , this reinforcement method can be applied even when the concrete structure 10 is a tunnel, allowing for the reinforcement of the tunnel's inner wall and the fixation of carbon dioxide at the same time. In this case, one or more first injection holes 102 are formed in the lining concrete of the concrete structure 10, and porous concrete 104 is poured into the first injection holes 102. A gas containing carbon dioxide is then supplied to the porous concrete 104. The extension direction of the first injection hole 102 is arbitrary, and may be vertical (z direction) or tilted from the vertical direction. For example, the first injection hole 102 may be parallel to the normal to the tunnel's inner wall. Although not shown, the first injection hole 102 may be formed so as to be tilted from the normal. The first injection hole 102 may be a through hole penetrating the concrete 100 or a blind hole. Even if the first injection hole 102 is a through hole, one end of the first injection hole 102 is closed by bedrock or the ground, so there is no need to seal the end of the porous concrete 104 when supplying the gas containing carbon dioxide. As described above, after carbonation is completed, ready-mixed concrete that provides mortar 165 may be poured into the porous concrete 104.
3-2.鉄筋を含むコンクリート構造体への適用
本補強方法は、鉄筋を含むコンクリート構造体(鉄筋コンクリート構造体)に対しても適用することができる。例えば図16(A)に示すような複数の鉄筋150と鉄筋150を埋め込むように打設されるコンクリート100を有するコンクリート構造体10に対し、鉄筋150を避けるように一つまたは複数の第1の注入孔102を形成する(図15(B))。すなわち、鉄筋150が第1の注入孔102内で露出しないように各第1の注入孔102が設けられる。図15(B)で示される例では、直線状の複数の第1の注入孔102が隣接する鉄筋150の間をy方向に延伸するように設けられている。
3-2. Application to Concrete Structures Containing Reinforcement Bars This reinforcing method can also be applied to concrete structures containing reinforcing bars (reinforced concrete structures). For example, in a concrete structure 10 having multiple reinforcing bars 150 and concrete 100 poured to embed the reinforcing bars 150 as shown in FIG. 16(A), one or more first injection holes 102 are formed to avoid the reinforcing bars 150 (FIG. 15(B)). That is, each first injection hole 102 is provided so that the reinforcing bars 150 are not exposed within the first injection hole 102. In the example shown in FIG. 15(B), multiple linear first injection holes 102 are provided to extend in the y direction between adjacent reinforcing bars 150.
コンクリート構造体10がビルである場合には、柱や梁を構成する鉄筋コンクリートに対して本補強方法を適用することができる。柱に適用する場合には、柱主筋や横補強筋などを構成する鉄筋150(図17(A)参照)を避けるように第1の注入孔102が設けられる(図17(B))。 If the concrete structure 10 is a building, this reinforcement method can be applied to the reinforced concrete that makes up the columns and beams. When applied to columns, the first injection holes 102 are provided (Figure 17(B)) so as to avoid the reinforcing bars 150 (see Figure 17(A)) that make up the column main reinforcement and transverse reinforcement.
コンクリートはアルカリ性を示すが、炭酸化が進行すると、徐々に酸性化する。コンクリートが酸性を示すと鉄筋の腐食が生じるとともに、腐食による鉄筋の膨張がコンクリートのひび割れや破損などの劣化を誘発するこすことがある。したがって、鉄筋を含むコンクリート構造体10を利用する場合には、鉄筋の近傍に位置するコンクリートには二酸化炭素が固定されないことが好ましい。 Concrete is alkaline, but as carbonation progresses, it gradually becomes acidic. When concrete becomes acidic, reinforcing bars corrode, and the expansion of the reinforcing bars due to corrosion can induce deterioration such as cracking and breakage of the concrete. Therefore, when using a concrete structure 10 containing reinforcing bars, it is preferable that carbon dioxide not be fixed in the concrete located near the reinforcing bars.
鉄筋を含むコンクリート構造体10では、鉄筋はコンクリート構造体10の中心には配置されず、外表面に比較的近いゾーンに配置される。例えば図16(A)に示すように、鉄筋150はコンクリート構造体の中心部を取り加工むように配置され、コンクリート100が鉄筋150を埋め込むように施工される。鉄筋コンクリート製の柱でも同様であり、鉄筋150のうち柱の延伸方向に平行な鉄筋(柱主筋)は柱の中心軸を取り囲むように配置され、横補強筋と呼ばれる水平方向に延伸する鉄筋が柱主筋を囲むように配置される(図17(A))。コンクリート100のうち、鉄筋から外側の部分はかぶりコンクリートと呼ばれる。 In a concrete structure 10 that includes reinforcing bars, the reinforcing bars are not placed in the center of the concrete structure 10, but in a zone relatively close to the outer surface. For example, as shown in Figure 16(A), reinforcing bars 150 are placed to process the center of the concrete structure, and concrete 100 is constructed to embed the reinforcing bars 150. The same is true for reinforced concrete columns, where the reinforcing bars 150 that are parallel to the extension direction of the column (main column reinforcement) are placed to surround the central axis of the column, and reinforcing bars that extend horizontally, called transverse reinforcement, are placed to surround the main column reinforcement (Figure 17(A)). The portion of the concrete 100 outside the reinforcing bars is called cover concrete.
したがって、鉄筋の近傍のコンクリートの炭酸化を防ぐため、図18に示すように、第1の注入孔102の内壁のうち、かぶりコンクリートによって構成される部分を覆う保護チューブ108を設けてもよい。保護チューブ108は、第1の注入孔102の一方の端部および/または他方の端部に設けることができ、その端部はコンクリート構造体10の外表面へ達する。したがって、保護チューブ108によって覆われる内壁の一部は、第1の注入孔102の一端に達する。図示しないが、保護チューブ108の一部は、第1の注入孔102から外側に突き出ていてもよい。 Therefore, to prevent carbonation of the concrete near the reinforcing bars, a protective tube 108 may be provided to cover the portion of the inner wall of the first injection hole 102 that is made of cover concrete, as shown in FIG. 18. The protective tube 108 may be provided at one end and/or the other end of the first injection hole 102, with the end reaching the outer surface of the concrete structure 10. Therefore, the portion of the inner wall covered by the protective tube 108 reaches one end of the first injection hole 102. Although not shown, a portion of the protective tube 108 may protrude outward from the first injection hole 102.
第1の注入孔102が延伸する方向における保護チューブ108の長さLは、かぶりコンクリートの厚さ以上であることが好ましい。より具体的には、保護チューブ108の長さLは、コンクリート構造体10の最内部に位置する鉄筋150からコンクリート100の外表面までの最短距離Dminと、この鉄筋150の断面の最大長さ(例えば断面の直径d´)の和Sと同じまたはそれ以上であることが好ましい。あるいは、長さLは和Sの2倍以上5倍以下または1.5倍以上3倍以下の範囲から選択することが好ましい。 The length L of the protective tube 108 in the direction in which the first injection hole 102 extends is preferably equal to or greater than the thickness of the concrete cover. More specifically, the length L of the protective tube 108 is preferably equal to or greater than the sum S of the shortest distance D min from the reinforcing bar 150 located at the innermost part of the concrete structure 10 to the outer surface of the concrete 100 and the maximum cross-sectional length (e.g., cross-sectional diameter d') of this reinforcing bar 150. Alternatively, the length L is preferably selected from the range of 2 to 5 times the sum S, or 1.5 to 3 times the sum S.
保護チューブ108に含まれる材料に制約はなく、例えば鉄やアルミニウム、ステンレスなどの金属材料、エポキシ樹脂やシリコーン樹脂、アクリル樹脂などの樹脂、木材でもよい。例えば、エポキシ系接着剤やアクリル系接着剤を第1の注入孔102の注入口と排出口側に長さがLとなるように第1の注入孔102の内壁に塗布し、硬化することで保護チューブ108を形成してもよい。 There are no restrictions on the material contained in the protective tube 108, and it may be, for example, a metal material such as iron, aluminum, or stainless steel, a resin such as epoxy resin, silicone resin, or acrylic resin, or wood. For example, the protective tube 108 may be formed by applying an epoxy adhesive or an acrylic adhesive to the inner wall of the first injection hole 102 on the injection inlet and outlet sides of the first injection hole 102 to a length L and then curing it.
保護チューブ108を配置し、第1の注入孔102の端部から長さLまでの内壁と二酸化炭素との接触を防止することで、ポーラスコンクリート104と保護チューブ108から露出した内壁が選択的に二酸化炭素と接触することになる。その結果、ポーラスコンクリート104を囲むコンクリート100では、保護チューブ108から露出した内壁から炭酸化が開始され、その後炭酸化は内壁からコンクリート内部へ進行する。その結果、図18に示すように、炭酸化された領域100cが鉄筋150まで拡大せず、鉄筋150の腐食やこれに起因するコンクリート100の劣化を防止することができる。 By placing the protective tube 108 and preventing carbon dioxide from coming into contact with the inner wall from the end of the first injection hole 102 up to a length L, the porous concrete 104 and the inner wall exposed by the protective tube 108 are selectively brought into contact with carbon dioxide. As a result, in the concrete 100 surrounding the porous concrete 104, carbonation begins at the inner wall exposed by the protective tube 108, and then carbonation progresses from the inner wall into the concrete. As a result, as shown in Figure 18, the carbonated region 100c does not extend to the reinforcing bars 150, preventing corrosion of the reinforcing bars 150 and the resulting deterioration of the concrete 100.
保護チューブ108を使用する場合、リペアコンクリートであるモルタル165を与えるレディーミクストコンクリートは、保護チューブ108を除去した後に打設してもよく、保護チューブ108を第1の注入孔102内に残存させたまま打設してもよい。後者の場合、コンクリート構造体10は保護チューブ108を含み、保護チューブ108はコンクリート100とポーラスコンクリート104の間に配置される。 When the protective tube 108 is used, the ready-mixed concrete that provides the repair concrete mortar 165 may be poured after removing the protective tube 108, or may be poured while the protective tube 108 remains in the first pouring hole 102. In the latter case, the concrete structure 10 includes the protective tube 108, which is positioned between the concrete 100 and the porous concrete 104.
<第2実施形態>
本実施形態では、第1実施形態で述べた補強方法と異なるコンクリート構造体10の補強方法について述べる。本実施形態に係る補強方法と第1実施形態で述べた補強方法との相違点の一つは、本実施形態に係る補強方法では、二酸化炭素を含むガスに代わり、あるいは二酸化炭素を含むガスとともに、薬剤を用いる点である。第1実施形態で述べた構成と同一または類似する構成については、説明を省略することがある。
Second Embodiment
In this embodiment, a method for reinforcing a concrete structure 10 that is different from the reinforcing method described in the first embodiment will be described. One of the differences between the reinforcing method according to this embodiment and the reinforcing method described in the first embodiment is that the reinforcing method according to this embodiment uses an agent instead of or in addition to the gas containing carbon dioxide. Descriptions of configurations that are the same as or similar to those described in the first embodiment may be omitted.
本実施形態に係る補強方法では、第1実施形態で述べた補強方法と同様に、コンクリート構造体10に第1の注入孔102を形成する、あるいは第1の注入孔102が設けられたコンクリート構造体10を施工し、第1の注入孔102にポーラスコンクリート104を打設する(図1(A)から図8(B)参照。)。その後、例えばシリンジ170などを用い、ポーラスコンクリート104に薬剤を注入する(図19)。薬剤としては、例えば硬化性の樹脂でもよく、亜硝酸リチウムなどの鉄筋表面に不働態を形成することができる化合物を含む薬液でもよい。硬化性の樹脂としては、二液系のエポキシ樹脂に例示されるエポキシ系樹脂、シリコーン系樹脂などが挙げられる。 In the reinforcement method according to this embodiment, similar to the reinforcement method described in the first embodiment, a first injection hole 102 is formed in the concrete structure 10, or a concrete structure 10 provided with a first injection hole 102 is constructed, and porous concrete 104 is poured into the first injection hole 102 (see FIGS. 1(A) to 8(B)). Then, a chemical is injected into the porous concrete 104 using, for example, a syringe 170 (FIG. 19). The chemical may be, for example, a curable resin, or a chemical solution containing a compound capable of forming a passivation state on the surface of reinforcing bars, such as lithium nitrite. Examples of curable resins include epoxy-based resins, such as two-component epoxy resins, and silicone-based resins.
コンクリートは、塩害に起因して塩化物が侵入して鉄筋まで達すると、鉄筋表面の不動態が破壊され、腐食する。この現象はコンクリートの中性化によっても引き起こされ、鉄筋の腐食によって鉄筋が膨張し、コンクリートのひび割れを誘発する。一般的には、ひび割れが発生したコンクリートの修復では、薬剤がコンクリート表面から充填される。しかしながら、コンクリート表面から薬剤を充填してもコンクリート内部に確実にかつ速やかに浸透させることは難しい。 When chlorides caused by salt damage penetrate concrete and reach the rebars, the passive state of the rebar surface is destroyed, causing corrosion. This phenomenon is also caused by neutralization of the concrete, and corrosion of the rebars causes them to expand, inducing cracks in the concrete. Typically, when repairing cracked concrete, chemicals are injected from the surface of the concrete. However, even if chemicals are injected from the surface of the concrete, it is difficult to ensure that they penetrate into the concrete reliably and quickly.
しかしながら、本実施形態に係る補強方法では、コンクリート構造体10に比較的大きな断面積を有する第1の注入孔102が形成され、第1の注入孔102内に設けられるポーラスコンクリート104に対して薬剤が供給される。ポーラスコンクリート104は多くの空隙を有するため、薬剤はポーラスコンクリート104の空隙に速やかに浸透し、さらにポーラスコンクリート104を囲むコンクリート100の内壁に達する。コンクリート100の内壁に達した薬剤は、さらにコンクリート100の内部に浸透する、あるいはひび割れ内に浸透する。このため、第1実施形態で述べた補強方法と同様、薬剤の浸透の程度は、ポーラスコンクリート104が設けられる領域100aで最も高く、この領域100aを囲む領域100bでは、領域100aと比較して領域100bの界面からの距離が増大するに従って低下する(図14(A)参照。)。領域100aには空隙率の高いポーラスコンクリート104が設けられているため、領域100aにおける薬剤の平均濃度は、ポーラスコンクリート104の中心、すなわち、領域100aの中心からの距離に依存せず一定である、または中心からの距離が増大するに従って緩やかに減少する。換言すると、領域100aに含まれるコンクリート中の薬剤の平均濃度は、領域100aを囲む領域100bに含まれるコンクリート中の薬剤の平均濃度よりも高い。また、領域100bに含まれるコンクリート中の薬剤の濃度は、領域100aからの距離(すなわち、領域100aと領域100bの界面からの距離)が増大するに従って低下する。なお、領域100aと領域100bの間における薬剤の濃度変化は、連続的または不連続である。 However, in the reinforcement method according to this embodiment, a first injection hole 102 with a relatively large cross-sectional area is formed in the concrete structure 10, and an agent is supplied to the porous concrete 104 provided within the first injection hole 102. Because the porous concrete 104 has many voids, the agent quickly penetrates the voids in the porous concrete 104 and reaches the inner wall of the concrete 100 surrounding the porous concrete 104. Once the agent reaches the inner wall of the concrete 100, it penetrates further into the concrete 100 or into cracks. Therefore, as with the reinforcement method described in the first embodiment, the degree of penetration of the agent is highest in the region 100a where the porous concrete 104 is provided, and decreases in the region 100b surrounding this region 100a as the distance from the interface of region 100b increases compared to region 100a (see Figure 14(A)). Because region 100a contains porous concrete 104 with a high porosity, the average concentration of the chemical agent in region 100a is constant regardless of the distance from the center of porous concrete 104, i.e., the center of region 100a, or gradually decreases as the distance from the center increases. In other words, the average concentration of the chemical agent in the concrete contained in region 100a is higher than the average concentration of the chemical agent in the concrete contained in region 100b surrounding region 100a. Furthermore, the concentration of the chemical agent in the concrete contained in region 100b decreases as the distance from region 100a (i.e., the distance from the interface between regions 100a and 100b) increases. Note that the change in chemical agent concentration between region 100a and region 100b may be continuous or discontinuous.
第1の注入孔102は比較的大きな断面積を有することから、コンクリート100と薬剤との大きな接触面積を確保することができる。このため、コンクリート構造体10内部まで十分な量の薬剤を供給することができる。その結果、コンクリート構造体10の表面だけでなく内部に発生したひび割れを樹脂によって充填することができる。さらに、亜硝酸リチウムを含む薬液を薬剤として用いる場合には、ひび割れを通してコンクリート100の内部から薬剤を鉄筋表面に供給することができるため、鉄筋表面の不動態被膜を効果的に再生し、鉄筋の腐食を抑制することができる。 The first injection hole 102 has a relatively large cross-sectional area, ensuring a large contact area between the concrete 100 and the chemical agent. This allows a sufficient amount of chemical agent to be supplied to the interior of the concrete structure 10. As a result, cracks that have developed not only on the surface of the concrete structure 10 but also inside the structure can be filled with resin. Furthermore, when a chemical solution containing lithium nitrite is used as the chemical agent, the chemical agent can be supplied to the rebar surface from inside the concrete 100 through the cracks, effectively regenerating the passive film on the rebar surface and inhibiting corrosion of the rebar.
なお、亜硝酸リチウムなどの不動態再生能力を有する化合物を含む薬液を注入した後、樹脂をポーラスコンクリート104に注入してもよい。また、薬剤の注入の後、さらに二酸化炭素を含むガスをポーラスコンクリート104に注入してもよい。あるいは、二酸化炭素を含むガスを注入した後に薬剤をポーラスコンクリート104に注入してもよい。 In addition, after injecting a chemical solution containing a compound with passivation regeneration capabilities, such as lithium nitrite, resin may be injected into the porous concrete 104. Furthermore, after injecting the chemical, gas containing carbon dioxide may also be injected into the porous concrete 104. Alternatively, gas containing carbon dioxide may be injected, and then the chemical may be injected into the porous concrete 104.
本実施例では、ポーラスコンクリートを含むコンクリート試験体の炭酸化の結果を説明する。 This example describes the carbonation results of concrete test specimens containing porous concrete.
1.コンクリート試験体の作製
1-1.実施例
図20(A)に示すように、φ100mm×高さ400mmの円柱状の型枠168を使用し、その中央部にφ9mm×長さ400mmの金属製ロッドをコア材162として設置した。金属製ロッドの周辺に粗骨材(最大直径約20mm)を敷き詰め、レディーミクストコンクリートを打設した。レディーミクストコンクリートは、太平洋セメント社製の普通ポルトランドセメントを用い、単位水量170kg/m3、単位セメント量340kg/m3(水セメント比50%)となるように調製した。レディーミクストコンクリートを室温で24時間硬化させた後、脱型し、得られたポーラスコンクリート104を400mm×400mm×400mmの型枠160内に配置した(図20(B))。太平洋セメント社製の普通ポルトランドセメントを用いて単位水量170kg/m3、単位セメント量340kg/m3(水セメント比50%)となるように調製したレディーミクストコンクリートを型枠160内に打設し、室温で24時間硬化させ、型枠160とコア材162を取り除くことで、ポーラスコンクリート104に注入孔を有するコンクリート試験体を得た。
1. Preparation of Concrete Specimen 1-1. Example As shown in FIG. 20(A), a cylindrical formwork 168 measuring 100 mm in diameter and 400 mm in height was used, and a metal rod measuring 9 mm in diameter and 400 mm in length was placed in the center of the formwork as a core material 162. Coarse aggregate (maximum diameter approximately 20 mm) was spread around the metal rod, and ready-mixed concrete was poured. The ready-mixed concrete was prepared using ordinary Portland cement manufactured by Taiheiyo Cement Corporation, with a water content of 170 kg/m 3 and a cement content of 340 kg/m 3 (a water-cement ratio of 50%). The ready-mixed concrete was allowed to harden at room temperature for 24 hours, then demolded. The resulting porous concrete 104 was placed in a 400 mm x 400 mm x 400 mm formwork 160 (FIG. 20(B)). Ready-mixed concrete prepared using ordinary Portland cement manufactured by Taiheiyo Cement Corporation with a unit water content of 170 kg/ m3 and a unit cement content of 340 kg/ m3 (water-cement ratio of 50%) was poured into formwork 160, allowed to harden at room temperature for 24 hours, and then formwork 160 and core material 162 were removed to obtain a concrete specimen with an injection hole in porous concrete 104.
1-2.比較例
比較例のコンクリート試験体は以下のように作製した。図21に示すように、内部容積が400mm×400mm×400mmの型枠160を準備し、断面直径9mm長さ400mmの金属製ロッドをコア材162として鉛直方向に配置した。金属製ロッドは、型枠160の中心を通過するように配置した。この型枠160にレディーミクストコンクリートを打設した。レディーミクストコンクリートは、太平洋セメント社製の普通ポルトランドセメントを用い、単位水量170kg/m3、単位セメント量340kg/m3(水セメント比50%)となるように調製した。レディーミクストコンクリートを室温で24時間硬化した後、型枠160とコア材162を取り除き、注入孔を有するコンクリート試験体を得た。
1-2. Comparative Example A comparative concrete specimen was prepared as follows. As shown in FIG. 21 , a formwork 160 with an internal volume of 400 mm × 400 mm × 400 mm was prepared, and a metal rod with a cross-sectional diameter of 9 mm and a length of 400 mm was placed vertically as a core material 162. The metal rod was placed so as to pass through the center of the formwork 160. Ready-mixed concrete was poured into this formwork 160. The ready-mixed concrete was prepared using ordinary Portland cement manufactured by Taiheiyo Cement Corporation, with a unit water content of 170 kg/m 3 and a unit cement content of 340 kg/m 3 (water-cement ratio of 50%). After the ready-mixed concrete was cured at room temperature for 24 hours, the formwork 160 and core material 162 were removed, yielding a concrete specimen with an injection hole.
2.二酸化炭素の供給
実施例と比較例のコンクリート試験体の注入孔に高圧用ゴム製ホースを介して二酸化炭素ボンベを接続し、圧力0.1MPaで二酸化炭素を供給した。注入開始から24時間後および72時間後にコンクリート試験体の中央部をダイヤモンドカッターで切断し、中性化を評価した。中性化の評価は、フェノールフタレインの1%エタノール溶液を指示薬としてコンクリート試験体の断面に吹きかけ、指示薬の呈色の有無を確認することで行った。
2. Supply of Carbon Dioxide A carbon dioxide cylinder was connected to the injection hole of the concrete specimens of the Examples and Comparative Examples via a high-pressure rubber hose, and carbon dioxide was supplied at a pressure of 0.1 MPa. 24 hours and 72 hours after the start of injection, the center of the concrete specimen was cut with a diamond cutter, and carbonation was evaluated. Carbonation was evaluated by spraying a 1% ethanol solution of phenolphthalein as an indicator onto the cross section of the concrete specimen and checking whether the indicator changed color.
結果を図21(A)と図21(B)に示す。図21(A)と図21(B)は、それぞれ実施例と比較例のコンクリート試験体の断面模式図である。上述した作製方法を反映し、実施例のコンクリート試験体では、400mm×400mmの断面のほぼ中央に第2の注入孔106が存在し、その周りは直径100mmのポーラスコンクリート104で覆われている。同様に、比較例のコンクリート試験体の断面も一辺が400mmの正方形であり、そのほぼ中央に第1の注入孔102が設けられている。 The results are shown in Figures 21(A) and 21(B). Figures 21(A) and 21(B) are cross-sectional schematic diagrams of concrete specimens of the Example and Comparative Example, respectively. Reflecting the above-mentioned manufacturing method, the concrete specimen of the Example has a second injection hole 106 located approximately in the center of the 400 mm x 400 mm cross section, surrounded by porous concrete 104 with a diameter of 100 mm. Similarly, the cross section of the concrete specimen of the Comparative Example is a square with sides of 400 mm, with a first injection hole 102 located approximately in the center.
これらの試験体の断面に指示薬を噴霧した結果、点線の円で囲まれる領域180の外側が赤色を呈し、領域180内部は無色であった。このことは、領域180内で炭酸化が進行し、領域180内のコンクリートが中性化していることを意味している。実施例のコンクリート構造体では、ポーラスコンクリート104の外側の界面から約30mmの距離まで炭酸化が進行していることが確認された。同様に、比較例のコンクリート構造体における炭酸化も、第1の注入孔102の内壁から約30mmの距離まで進行していた。しかしながら、炭酸化した領域は実施例のコンクリート試験体の方が広い。具体的には、実施例のコンクリート試験体における領域180の面積は、直径が約160mmの円の面積から直径9mmの円の面積を減じた2.00×104mm2であり、ポーラスコンクリート104を除いても1.22×104mm2であった。これに対し、比較例のコンクリート構造体では、炭酸化した領域は、直径69mmの円の面積から直径9mmの円の面積を減じた3.67×103mm2に留まっていた。以上の結果は、本発明の実施形態に係る補強方法を適用することで、コンクリート構造体の強度を短時間で増大させるとともに、大量の二酸化炭素を固定化することが可能であることを示している。 When an indicator was sprayed onto the cross sections of these specimens, the outside of the region 180 surrounded by the dotted circle turned red, while the inside of the region 180 remained colorless. This indicates that carbonation had progressed within the region 180, neutralizing the concrete within the region 180. In the concrete structure of the example, carbonation was confirmed to have progressed to a distance of approximately 30 mm from the outer interface of the porous concrete 104. Similarly, carbonation in the concrete structure of the comparative example also progressed to a distance of approximately 30 mm from the inner wall of the first injection hole 102. However, the carbonated region was larger in the concrete specimen of the example. Specifically, the area of the region 180 in the concrete specimen of the example was 2.00 x 10 4 mm 2, calculated by subtracting the area of a circle with a diameter of 9 mm from the area of a circle with a diameter of approximately 160 mm. Even excluding the porous concrete 104, the area was 1.22 x 10 4 mm 2 . In contrast, in the concrete structure of the comparative example, the carbonated area was limited to 3.67 x 103 mm2 , which is the area of a circle with a diameter of 69 mm minus the area of a circle with a diameter of 9 mm. The above results show that by applying the reinforcing method according to the embodiment of the present invention, it is possible to increase the strength of a concrete structure in a short period of time and to fix a large amount of carbon dioxide.
本発明の実施形態として上述した各実施形態は、相互に矛盾しない限りにおいて、適宜組み合わせて実施することができる。各実施形態を基にして、当業者が適宜構成要素の追加、削除もしくは設計変更を行ったものも、本発明の要旨を備えている限り、本発明の範囲に含まれる。 The above-described embodiments of the present invention can be implemented in any suitable combination, provided they are not mutually inconsistent. Even if a person skilled in the art adds or deletes components or modifies the design based on each embodiment, this also falls within the scope of the present invention, as long as it maintains the essence of the present invention.
上述した各実施形態によりもたらされる作用効果とは異なる他の作用効果であっても、本明細書の記載から明らかなもの、または、当業者において容易に予測し得るものについては、当然に本発明によりもたらされるものと理解される。 Even if there are other effects and advantages different from those provided by the above-described embodiments, those that are clear from the description in this specification or that would be easily predicted by a person skilled in the art are naturally understood to be provided by the present invention.
10:コンクリート構造体、100:コンクリート、100a:領域、100b:領域、100c:領域、102:第1の注入孔、104:ポーラスコンクリート、105:粗骨材、106:第2の注入孔、108:保護チューブ、110:アダプタ、112:パッキン、114:プレート、116:パッキン、118:キャップ、120:二酸化炭素供給源、122:二酸化炭素ライン、124:ジョイント、126:圧力計、128:フローメータ、130:真空ポンプ、132:濃度計、134:湿度計、140:水供給源、142:制御装置、150:鉄筋、160:型枠、162:コア材、164:レディーミクストコンクリート、165:モルタル、166:型枠、168:型枠、170:シリンジ 10: Concrete structure, 100: Concrete, 100a: Area, 100b: Area, 100c: Area, 102: First injection hole, 104: Porous concrete, 105: Coarse aggregate, 106: Second injection hole, 108: Protective tube, 110: Adapter, 112: Gasket, 114: Plate, 116: Gasket, 118: Cap, 120: Carbon dioxide supply source, 122: Carbon dioxide line, 124: Joint, 126: Pressure gauge, 128: Flow meter, 130: Vacuum pump, 132: Concentration meter, 134: Hygrometer, 140: Water supply source, 142: Control device, 150: Reinforcing bar, 160: Formwork, 162: Core material, 164: Ready-mixed concrete, 165: Mortar, 166: Formwork, 168: Formwork, 170: Syringe
Claims (7)
前記注入孔の延伸する方向の一端から他端にかけて、前記注入孔の内部にポーラスコンクリートを充填または埋設すること、および
前記コンクリート構造体から露出する前記ポーラスコンクリートに二酸化炭素を含むガスを供給することを含み、
前記コンクリート構造体の空隙率は、前記ポーラスコンクリートの空隙率よりも小さい、コンクリート構造体の炭酸化方法。 providing a concrete structure having one or more injection holes formed therein, extending from the surface into or through the structure by drilling or by removing a core material during construction;
Filling or embedding porous concrete inside the injection hole from one end to the other end in the extension direction of the injection hole; and Supplying a gas containing carbon dioxide to the porous concrete exposed from the concrete structure,
A method for carbonating a concrete structure, wherein the porosity of the concrete structure is smaller than the porosity of the porous concrete.
前記第1の注入孔の延伸する方向の一端から他端にかけて、前記第1の注入孔の内部にポーラスコンクリートを充填または埋設すること、
前記ポーラスコンクリートの内部に前記延伸する方向に沿って延伸する第2の注入孔を形成すること、および
前記第2の注入孔に二酸化炭素を含むガスを供給することを含み、
前記コンクリート構造体に含まれるコンクリートの空隙率は、前記ポーラスコンクリートの空隙率よりも小さい、コンクリート構造体の炭酸化方法。 providing a concrete structure having one or more first injection holes formed therein by drilling or by removing a core material during construction, the first injection holes extending from the surface into or through the structure;
Filling or burying porous concrete inside the first injection hole from one end to the other end in the extension direction of the first injection hole;
forming a second injection hole extending along the extension direction inside the porous concrete; and supplying a gas containing carbon dioxide to the second injection hole;
A method for carbonating a concrete structure, wherein the porosity of the concrete contained in the concrete structure is smaller than the porosity of the porous concrete.
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