JP2004051422A

JP2004051422A - 吹付け工法用セメント組成物

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Publication number: JP2004051422A
Application number: JP2002210961A
Authority: JP
Inventors: Katsuichi Miyaguchi; 宮口　克一; Akitoshi Araki; 荒木　昭俊; Minoru Morioka; 盛岡　実
Original assignee: Denki Kagaku Kogyo KK
Current assignee: Denka Co Ltd
Priority date: 2002-07-19
Filing date: 2002-07-19
Publication date: 2004-02-19
Anticipated expiration: 2022-07-19
Also published as: JP4074148B2

Abstract

【課題】中性化抑制効果に優れ、ひび割れが少ない吹付け用コンクリート補修材料を提供する。
【解決手段】セメント、粘調剤、及びγ−２ＣａＯ・ＳｉＯ_２を含有してなる吹付け用セメント組成物。吹付け施工時のセメントモルタル等の跳ね返りや脱落が少なく、効率的な施工が可能となり、厚塗りや大断面の施工ができるだけでなく、中性化抑制効果に優れ、ひび割れが少ない等の効果を奏するため、建築・土木分野におけるコンクリート補修材料に適する。
【選択図】　　なし

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、土木、建築分野で使用される吹付け用セメント組成物に関する。本発明では特に限定しない限り部や％は質量基準である。
【０００２】
【従来の技術と課題】
一般に、ポルトランドセメントにポリマーエマルジョンや骨材を配合したポリマーセメントモルタルはよく知られている（特公平０２−１０１１２号公報等）。
【０００３】
これらのポリマーセメントモルタル組成物は耐水性に優れており、主に、建築物の内壁や外壁などに使用されてきた。また、最近は橋脚や床版等の劣化部を除去したあとの断面修復材として使用され、補修材料としての需要が高まってきている。今後、高速道路等の高架橋や下水道関連施設などの重要構造物の補修にも使用されるものと期待されている。
【０００４】
このようなコンクリートの表面仕上げ及び断面修復には、主にセメントモルタルが使用されている。セメントモルタルは、通常、モルタルミキサー等でセメント、骨材、及び水を攪拌・混合して製造される。
【０００５】
その施工方法としては、コテで塗り付けて仕上げを行うことが多いが、熟練が必要な上、１０ｍｍ以上の厚塗りは困難で多大な労力がかかるという課題があった。そのため、セメントモルタルをポンプで圧送して吹付ける方法が提案されている（特開平９−１２３７９号公報、特開平９−２９６４５３号公報、特開平１０−２１６６２８号公報）。
【０００６】
しかしながら、吹付けたセメントモルタルが跳ね落ちたりダレたりして目的とする施工が難しいという課題があった。又、セメント分のこわばりにより、ポンプ圧送性が悪化し、施工性を悪くするという問題もあった。
【０００７】
また、コンクリートが置かれた環境によっては、補修した箇所が再び劣化し、再修復工事が必要な場合もある。このように厳しい環境に設置されたコンクリート構造物の補修に用いるため、劣化に強い補修材料が求められている。
【０００８】
コンクリートの劣化要因には中性化や塩害などがある。しかしながら、これらは相反する要求性能である。なぜなら、塩害はコンクリート中の水酸化カルシウム量が多いほど影響を受けやすい。一方、中性化は水酸化カルシウム生成量が少ないほど影響を受けやすいためである。
【０００９】
塩害はおもに海岸近くの橋梁等のコンクリート構造物で発生し、飛来塩分等に由来する塩化物イオンが表面からコンクリート内部に浸透することにより鉄筋が腐食し、その結果構造物としての耐力の低下やコンクリート片の剥落等の劣化を引き起こす現象である。
【００１０】
塩害の影響を受けにくいコンクリートを得るためには、高炉スラグ、フライアッシュ及びシリカフュームなどの潜在水硬性物質を多量に混和して、セメントの水和から生成する水酸化カルシウムを消費させて、水酸化カルシウム量の少ないコンクリートとすることが有効であり、例えば、市販の高炉セメントを利用することが最も簡便な方法であり、現状でもある程度の対策を講じることが可能である。
【００１１】
一方、中性化は水酸化カルシウムが大気中の二酸化炭素と反応して炭酸化されることにより引き起こされる現象である。したがって、水酸化カルシウム生成量の少ないコンクリートほど中性化の影響を受けやすく、高炉セメントなどの耐塩化物浸透性に優れる材料は、逆に中性化しやすいとされている。
【００１２】
このように、今日では、高炉セメントなどの耐塩化物浸透性を低下させることなく中性化抑制効果を高める技術の開発が強く求められている。今後、重要構造物などの補修需要が高まる中で、施工性に優れ，コンクリート構造物としての耐久性を高めるような材料を提供することは喫緊の課題といえる。
【００１３】
本発明者は、鋭意検討を重ねた結果、特定の吹付け用セメント組成物を使用することにより、吹付け施工時のモルタル等（以下、セメントペースト、モルタル及びコンクリートを総称してモルタルという）の跳ね返りや脱落が少なく、効率的な施工が可能となり、厚塗りや大断面の施工ができるだけでなく、中性化抑制効果に優れ，ひび割れが少ない等の効果を奏するとの知見を得て本発明を完成するに至った。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
すなわち、本発明は、セメント、粘調剤、及びγ−２ＣａＯ・ＳｉＯ_２を含有してなる吹付け用セメント組成物であり、セメント１００部に対して、粘調剤０．０５〜１部及びγ−２ＣａＯ・ＳｉＯ_２を５〜３０部含有してなる該吹付け用セメント組成物であり、セメント１００部に対して超微粉末物質１〜１０部を含有してなる該吹付け用セメント組成物であり、セメント１００部に対して、セメント混和用ポリマーディスパージョンを固形分で１〜２０部を含有してなる該吹付け用セメント組成物であり、セメント１００部に対して、膨張材３〜１０部を含有してなる該吹付け用セメント組成物である。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を詳細に説明する。本発明で使用するセメントは特に限定されないが、ポルトランドセメントを含有するセメントを用いることが好ましく、たとえば普通、早強、超早強、低熱、または中庸熱などの各種ポルトランドセメント、これらポルトランドセメントに高炉水砕スラグ、フライアッシュ、又はシリカを混合した各種混合セメント、あるいは、ポルトランドセメントに石灰石粉末などを混合した石灰石フィラーセメントなどが挙げられる。
【００１６】
本発明の粘調剤は、モルタルの粘度を調整するものを意味し、特に限定されるものではないが、一般に水溶性高分子物質と呼ばれているもので、メチルセルロース（ＭＣ）、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、アクリル酸、及びポリエチレンオキサイド（ＰＥＯ）等が挙げられる。
【００１７】
粘調剤の配合量は、通常、セメント１００部に対して、０．０５〜１部が好ましく、０．１〜０．８部がより好ましい。０．０５部未満では、モルタルの跳ね返りや脱落の防止、ポンプ圧送性の改善ができない場合があり、１部を超えると空気量が増え過ぎてポンプ圧送性に悪影響を与える場合がある。粘調剤の混合方法は、特に限定されるものではないが、例えば、予めセメントや水に分散しておくことが好ましい。
【００１８】
本発明で使用するγ−２ＣａＯ・ＳｉＯ_２は２ＣａＯ・ＳｉＯ_２で表される化合物のうちで、低温相として知られるものであり、高温相であるα−２ＣａＯ・ＳｉＯ_２やβ−２ＣａＯ・ＳｉＯ_２とは異なるものである。これらは、いずれも２ＣａＯ・ＳｉＯ_２で同じ化学組成を有するが、結晶構造は異なっている。セメントクリンカ中に存在する２ＣａＯ・ＳｉＯ_２はβ−２ＣａＯ・ＳｉＯ_２である。β−２ＣａＯ・ＳｉＯ_２は水硬性を有するが、本発明のγ−２ＣａＯ・ＳｉＯ_２のような中性化抑制効果を示すものではない。
【００１９】
γ−２ＣａＯ・ＳｉＯ_２のブレーン比表面積は３，０００〜８，０００ｃｍ^２／ｇが好ましく、４，０００〜６，０００ｃｍ^２／ｇがより好ましい。ブレーン比表面積が３，０００ｃｍ^２／ｇ未満では、中性化抑制効果が充分に得られない場合がある。ブレーン比表面積が８，０００ｃｍ^２／ｇを超えても中性化抑制効果の更なる向上は期待できず、逆に粉砕に時間がかかりエネルギーのロスが大きくなる。
【００２０】
本発明のγ−２ＣａＯ・ＳｉＯ_２を工業的に製造する方法は特に限定されないが、一般的には（１）ＣａＯ源として生石灰、消石灰、及び／又は炭酸カルシウムなどのカルシウム源、（２）酸化アルミニウム、水酸化アルミニウム、及び／又はボーキサイトなどのアルミニウム源を熱処理する方法等が挙げられる。熱処理温度は特に限定されるものではなく、使用する原料によっても異なるが、通常、８５０℃〜１，６００℃程度の範囲で行えばよく、１，０００℃〜１，５００℃程度が熱処理効率の面から好ましい。
【００２１】
本発明のγ−２ＣａＯ・ＳｉＯ_２を工業的に製造する際には、不純物の存在は特に限定されるものではなく、本発明の目的を実質的に阻害しない範囲では特に問題とならない。その具体例としては、例えば、Ａｌ_２Ｏ_３、ＭｇＯ、ＴｉＯ_２、ＭｎＯ、Ｎａ_２Ｏ、Ｓ、Ｐ_２Ｏ_５、及びＦｅ_２Ｏ_３等が挙げられる。また、共存する化合物としては、トライカルシウムシリケート３ＣａＯ・ＳｉＯ_２、ランキナイト３ＣａＯ・２ＳｉＯ_２、ワラストナイトＣａＯ・ＳｉＯ_２などの２ＣａＯ・ＳｉＯ_２以外のカルシウムシリケート、メルヴィナイト３ＣａＯ・ＭｇＯ・２ＳｉＯ_２、アケルマナイト２ＣａＯ・ＭｇＯ・２ＳｉＯ_２、モンチセライトＣａＯ・ＭｇＯ・ＳｉＯ_２などのカルシウムマグネシウムシリケート、ゲーレナイト２ＣａＯ・Ａｌ_２Ｏ_３・ＳｉＯ_２、アノーサイトＣａＯ・Ａｌ_２Ｏ_３・２ＳｉＯ_２などのカルシウムアルミノシリケート、並びに、アケルマナイト２ＣａＯ・ＭｇＯ・２ＳｉＯ_２とゲーレナイト２ＣａＯ・Ａｌ_２Ｏ_３・ＳｉＯ_２の混晶であるメリライト、ＭｇＯ・ＳｉＯ_２や２ＭｇＯ・ＳｉＯ_２などのマグネシウムシリケート、遊離石灰、遊離マグネシア、カルシウムフェライト２ＣａＯ・Ｆｅ_２Ｏ_３、カルシウムアルミノフェライト４ＣａＯ・Ａｌ_２Ｏ_３・Ｆｅ_２Ｏ_３、リューサイト（Ｋ_２Ｏ、Ｎａ_２Ｏ）・Ａｌ_２Ｏ_３・ＳｉＯ_２、スピネルＭｇＯ・Ａｌ_２Ｏ_３、マグネタイトＦｅ_３Ｏ_４を含む場合がある。
【００２２】
本発明のγ−２ＣａＯ・ＳｉＯ_２を工業的に製造する方法は特に限定されないが、一般的には（１）ＣａＯ源として生石灰、消石灰、及び／又は炭酸カルシウムなどのカルシウム源、（２）酸化アルミニウム、水酸化アルミニウム、及び／又はボーキサイトなどのアルミニウム源を熱処理する方法等が挙げられる。熱処理温度は特に限定されるものではなく、使用する原料によっても異なるが、通常、８５０℃〜１，６００℃程度の範囲で行えばよく、１，０００℃〜１，５００℃程度が熱処理効率の面から好ましい。
【００２３】
γ−２ＣａＯ・ＳｉＯ_２の使用量は、セメント１００部に対して、５〜３０部が好ましく、７〜２５部がより好ましい。５部未満では充分な中性化抑制効果が得られない場合がある。３０部を超えると作業性が悪化する場合がある。
【００２４】
本発明の超微粉末物質（以下、超微粉という）は、とくに限定されるものではないが、例えば、金属シリコンやフェロシリコン合金等製造する際に副生するシリカフューム、溶融シリカを製造する際に副生するシリカダスト、超微粉砕したスラグ及びベントナイト等が挙げられ、平均粒径が１０μｍ以下のものが好ましく、１μｍ以下のものがより好ましい。
【００２５】
超微粉の配合量は、通常、セメント１００部に対して、１〜１０部が好ましく、２〜５部がより好ましい。１部未満では、モルタルの材料分離防止が期待できない上、モルタルが跳ね返ったり、脱落し易く、１０部を超えて配合してもその効果の向上が期待できない場合がある。超微粉の混合方法は、特に限定されるものではないが、例えば、予めセメントに分散しておくことが好ましい。
【００２６】
本発明で使用するセメント混和用ポリマーディスパージョン（以下単にポリマーと称す）は、特に限定されないが、通常、天然ゴムラテックス、スチレンブタジエンゴム、クロロプレンゴム、メタクリル酸メチルブタジエンゴム、及びアクリロニトリルブタジエンゴムなどの合成ゴムラテックス、ポリアクリル酸エステル、エチレン酢酸ビニル、スチレンアクリル酸エステル、塩化ビニル、塩化ビニリデン、ポリプロピオン酸ビニル、ポリプロピレン、エポキシ樹脂、アスファルト、ゴムアスファルト、及びパラフィンなどの樹脂エマルジョン、エチレン酢酸ビニル、酢酸ビニルビニルバーサテート、スチレンアクリル酸エステル、及びポリアクリル酸エステルなどの再乳化形粉末樹脂等、又はこれらの混合物が使用可能である。
【００２７】
ポリマーの配合量は、通常、セメント１００部に対して、固形分量で１〜２０部が好ましく、３〜７部がより好ましい。１部未満では、モルタルの跳ね返り防止や付着強度の改善ができない場合があり、２０部を超えて配合してもさらなる効果の向上が期待できない場合がある。ポリマーの混合方法は、特に限定されるものではないが、例えば、予めセメントや水に分散させておくことが好ましい。
【００２８】
本発明に係る膨張材とは、特に限定されるものではないが、その具体例としては、例えば、カルシウムサルホアルミネート系と称される遊離石灰−アウイン−セッコウ系の膨張材や、石灰系と称される遊離石灰−カルシウムシリケート−セッコウ系の膨張材が市販されている。また、これまでに、遊離石灰−セッコウ系の膨張材、遊離石灰−カルシウムアルミノフェライト−セッコウ系膨張材、遊離石灰−カルシウムフェライト−セッコウ系膨張材などが提案されており、本発明では、いかなるものも使用可能である。
【００２９】
膨張材の粒度は、特に限定されるものではないが、通常、ブレーン比表面積値で２，０００〜５，０００ｃｍ^２／ｇのものが市販されており、これを使用することができる。膨張材の混合方法は、特に限定されるものではないが、例えば、予めセメントに分散しておくことが好ましい。
【００３０】
本発明の吹付け用セメント組成物に、砂、砂利及び軽量骨材等の骨材を配合して使用する場合の配合割合は、特に限定されるものではないが、通常、セメントと骨材の容積比１：１〜１：３．５が好ましく、１：１．５〜１：３．０がより好ましい。セメントの割合が多すぎるとダレ易く、少なすぎると跳ね返り易くなる場合がある。
【００３１】
本発明の吹付け用セメント組成物と混合する水量は、モルタルのポンプ圧送性、吹付け性及び硬化物性を得るため、通常、セメント１００部に対して、３０〜７０部が好ましい。３０部未満では、モルタルの流動性が低下する場合があり、７０部を超えると材料分離が生じたり、強度発現性が低下したりする場合がある。
【００３２】
本発明ではこれらの他に急結剤を用いることも可能である。急結剤は、初期強度発現性を向上させるために輸送中のポリマーセメントモルタルに合流混合して使用するものであり、一般に市販されている急結剤であれば使用可能である。例えば、カルシウムアルミネート系、カルシウムサルホアルミネート系、アルミン酸塩系、硫酸アルミニウム系、及びケイ酸塩系等が挙げられる。これらの急結剤のうちアルミン酸塩系、硫酸アルミニウム系、又はケイ酸塩系の液体急結剤が、作業性が良く好ましい。
【００３３】
急結剤の使用量は、セメントモルタル１００部に対して、固形分換算で０．５〜７部が好ましく、２〜５部がより好ましい。０．５部未満だと十分な短時間強度が発現しない恐れがあり、７部を超えると長期の強度発現性を阻害する恐れがある。
【００３４】
本発明の吹付け用セメント組成物の施工方法としては、特に限定されるものではなく、湿式吹付けの何れにも適用できる。例えば、モルタル及び急結剤を別々にポンプで圧送し、Ｙ字管や二重管を用いて合流混合し、吹付けノズルで圧搾空気を合流させて吹付ける方法等がある。吹飛ばし性をよくするために、吹付け先端を細くした吹付けノズルを用いることが好ましく、吹付けノズル先端にパイプをセットしてモルタルの飛散を防止する方法も可能である。又、吹付け方法によって、材料の混合方法が異なる場合があり、例えば乾式吹付けでは、粉末タイプのポリマーと粘調剤については、予め水に分散して使用することが好ましい。
【００３５】
本発明では、セメント、本混和材、砂や砂利などの骨材の他に、高炉徐冷スラグ微粉末、石灰石微粉末等の混和材料、減水剤、ＡＥ減水剤、高性能減水剤、高性能ＡＥ減水剤、消泡剤、防錆剤、防凍剤、収縮低減剤、凝結調整剤、ベントナイト等の粘土鉱物、並びに、ハイドロタルサイト等のアニオン交換体等のうちの１種又は２種以上を、本発明の目的を実質的に阻害しない範囲で使用することが可能である。
【００３６】
本発明における水の使用量は、従来のセメント材料のｗ／ｃ比（水／セメント比）に相当する水／結合材比を２０〜６０％とすることが好ましい。水／結合材比が２０％未満では流動性が不足する場合があり、６０％を超えると強度不足の原因となるおそれがある。
【００３７】
【実施例】
以下、実験例により本発明を詳細に説明する。
【００３８】
実験例１
環境温度２０℃において、表１に示すセメント１００部、粘調剤ａ、超微粉イ、ポリマーＡ、膨張剤Ａを混合し、さらに砂及び水を混合して左官モルタルミキサーで混練りし、水セメント比が４５％、セメントと砂の容積比が１：２．５のモルタルを調製した。但し、超微粉と膨張材はセメント内割としてセメントと置換し、γ−２ＣａＯ・ＳｉＯ_２は骨材として砂と置換した。
【００３９】
このモルタルを加圧ポンプで１０リットル／分の速度で吹付けノズルに圧送し、同時にコンプレッサーで７ｋｇ／ｃｍ^２の圧搾空気を１，２００リットル／分の速度で吹付けノズルに圧送し、管径４０ｍｍの市販スプレーガン式吹付けノズル中で合流させ、モルタルを垂直面のコンクリート壁に吹飛ばした。
【００４０】
吹付け後、コテ仕上げにより厚みを２０ｍｍに調整した。その結果を表１に示す。跳ね返り率は、吹付け時に付着せずに脱落したモルタルの質量比であり、ダレ率は、付着した後，硬化するまでに脱落したモルタルの質量比である。尚、ひび割れ発生状況は、吹付け後２８日経過した時点で目視確認した。
【００４１】
＜使用材料＞
セメント　：普通ポルトランドセメント、密度３．１５ｇ／ｃｍ^３、市販品
骨材　　　：６号珪砂、比重２．６５ｇ／ｃｍ^３、市販品
水　　　　：水道水
超微粉イ　：シリカフュ―ム、平均粒径１μｍ以下、市販品
粘調剤ａ　：メチルセルロース、市販品
ポリマーＡ：ＳＢＲラテックス、市販品
γ−２ＣａＯ・ＳｉＯ_２：試薬１級の炭酸カルシウム２モルと二酸化ケイ素１モルを配合して混合粉砕した後、電気炉において１，４５０℃で３時間焼成し、炉外に取り出して自然放冷により冷却して合成した。この時ダスティングし、ブレーン比表面積１，８００ｃｍ^２／ｇまで粉化した。これをブレーン比表面積４，０００ｃｍ^２／ｇまでさらに粉砕した。膨張材α　：カルシウムサルホアルミネート系、市販品
【００４２】
【表１】

【００４３】
実験例２
実験例１の実験Ｎｏ．１−６の配合割合において、超微粉、粘調剤、ポリマー及び膨張材の種類を表２に示したように変えたこと以外は、実施例１と同様に行った。その結果を表２に示す。
【００４４】
＜使用材料＞
超微粉ロ　：ベントナイト（市販品）、平均粒径１μｍ以下、市販品
粘調剤ｂ　：ポリビニルアルコール、市販品
ポリマーＡ：ＳＢＲラテックス、市販品
ポリマーＢ：ＥＶＡエマルジョン、市販品
膨張材α　：カルシウムサルホアルミネート系、市販品
膨張材β　：石灰系、市販品
【００４５】
【表２】

【００４６】
実験例３
実験例１の実験Ｎｏ．１−６の配合割合において、γ−２ＣａＯ・ＳｉＯ_２の配合量を表３に示したように変えたモルタルを用いＪＩＳ　Ａ　１１７１に準拠して促進中性化試験を行った。その結果を表３に示す。
【００４７】
【表３】

【００４８】
実験例４
ダスティングしたγ−２ＣａＯ・ＳｉＯ_２を粉砕して粒度の異なる粉末を作製し、実験例１の実験Ｎｏ．１−６の配合で、γ−２ＣａＯ・ＳｉＯ_２をの粒度を表４に示したように変えたモルタルを用いＪＩＳ　Ａ　１１７１に準拠して促進中性化試験を行った。その結果を表４に示す。
【００４９】
【表４】

【００５０】
【発明の効果】
本発明のセメント組成物を用いることにより、吹付け施工時のセメントモルタル等の跳ね返りや脱落が少なく、効率的な施工が可能となり、厚塗りや大断面の施工ができるだけでなく、中性化抑制効果に優れ、ひび割れが少ない等の効果を奏するため、建築・土木分野におけるコンクリート補修材料に適する。

Claims

セメント、粘調剤、及びγ−２ＣａＯ・ＳｉＯ_２を含有してなる吹付け用セメント組成物。
セメント１００部に対して、粘調剤０．０５〜１部及びγ−２ＣａＯ・ＳｉＯ_２を５〜３０部含有してなる請求項１記載の吹付け用セメント組成物。
セメント１００部に対して超微粉末物質１〜１０部を含有してなる請求項１又は請求項２記載の吹付け用セメント組成物。
セメント１００部に対して、セメント混和用ポリマーディスパージョンを固形分で１〜２０部を含有してなる請求項１〜請求項３記載の吹付け用セメント組成物。
セメント１００部に対して、膨張材３〜１０部を含有してなる請求項１〜請求項４記載の吹付け用セメント組成物。