JP2004156257A

JP2004156257A - 鉄筋の固着構造

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Publication number: JP2004156257A
Application number: JP2002321624A
Authority: JP
Inventors: Tsutomu Nagabuchi; 強永渕; Norio Matsubara; 則夫松原
Original assignee: FUJI BOLT SEISAKUSHO KK; Nippon Steel Blast Furnace Slag Cement Co Ltd; Fuji Bolt Manufacturing Co Ltd
Current assignee: FUJI BOLT SEISAKUSHO KK; Nippon Steel Blast Furnace Slag Cement Co Ltd; Fuji Bolt Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2002-11-05
Filing date: 2002-11-05
Publication date: 2004-06-03

Abstract

【課題】高流動、高強度、無収縮のグラウト材を使用することにより鉄筋の固着が確実、安定化するばかりでなく、鉄筋の固着作業が容易なこと。
【解決手段】開口端１１，１２から鉄筋２，３の端部が挿入可能な１つの連結用スリーブ１と、この連結用スリーブに注入されるグラウト材９とからなり、上記連結用スリーブ１の開口端部はシール材７，８で封止してある。グラウト材９は、比表面積が５０００ｃｍ^２／ｇを超える超微粉末の高炉水砕スラグ粉とセメント及び無水石こうまたは二水石こうとを基材とし、この基材に、少なくとも減水剤として（メタ）アクリル酸系コポリマー、水を混練したものである。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば鉄筋鉄骨構造物の柱、梁、杭、連壁かご及び開口部における鉄筋を連結させる鉄筋の継手、または固着させるための定着アンカー等として適用される鉄筋の固着構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
本願出願人の富士ボルト製作所は、先に鉄筋を固着するための継手構造として、異形鉄筋相互をグラウト材を介して連結する１つのパイプ状の連結用スリーブ（固着スリーブ）の異径鉄筋の端部を所定長挿入し、この連結用スリーブに設けてあるグラウト材注入口からグラウト材を注入し、この鉄筋とグラウト材とを一体化して連結するもので、この連結用スリーブの外周端部から内方に向けて締付用のハイテンションボルトが挿入してある鉄筋を固着させるグラウト式継手を提案した（例えば、特許文献１参照）。このようなグラウト式継手は、鉄筋の偏心、傾斜でも連結可能であり、鉄筋を回転させなくてもよい長所を有するものである。
【０００３】
他方、本願出願人の新日鐵高炉セメント株式会社は流動性の高いモルタルを開発し、構造物の床下地材等に使用していた。この高流動性のあるモルタルは高炉スラグ微粉末（以下「高炉水砕スラグ粉」という。）、セメント及び石こうを基材とし、この基材に減水剤、骨材、水やその他添加剤を混練してなるもので、これは自由に流動して容易に水平面を形成するセルフレベリング性を有し、収縮が小さく、長時間流動性を保持するものである（例えば、特許文献２参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−３０７６３号公報（図１）
【特許文献２】
特公平６−１０２５６７号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前記の連結用スリーブでは、その両端開口部から鉄筋を挿入し、グラウト材により連結させるが、この連結用スリーブにグラウト材を注入して、所定の連結強度で両鉄筋を連結させるには、この連結用スリーブの中空部が所定以上に広い空隙が確保され、それにより鉄筋の他端部が挿入されても、グラウト材の注入が円滑に行うことができることが必要で、そのためには、この連結用スリーブは大きい内径のものでなけれはばならない。さらに、強度を所定以上に確保するには、この連結用スリーブの軸方向の長さも所定以上に長いことが必要である。また、このグラウト材の流動性の保持時間は、短くとも２、３時間以上、好ましくは５時間以上でないと、鉄筋の連結や固着作業の中断ができなくなり、作業人の休憩さえも困難となる。また、近年では連結用スリーブの軸方向の長さが短く、かつ小径であることが要望されている。このような要望に応えるには、グラウト材がさらに高い流動性を有し、この高い流動性が長時間保持でき、さらに、収縮が小さく、高い強度を保持できるものでなければならない。
【０００６】
そこで、新日鐵高炉セメント株式会社が開発し、床下地材として使用されていた流動性の高いモルタルに注目し、これを連結用スリーブに注入するグラウト材として利用することができるかに着目し、研究を重ねてきた結果、グラウト材の基材を構成する高炉水砕スラグ粉を改良することにより鉄筋の固着構造を完成したのが本願発明である。
【０００７】
本発明の目的とするところは、高流動、高強度、無収縮のグラウト材を使用することにより鉄筋の固着が確実、安定化するばかりでなく、鉄筋の固着作業が容易な鉄筋の固着構造を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１の特徴は、開口端から鉄筋の端部が挿入可能な１つの連結用スリーブと、この連結用スリーブに注入されるグラウト材とからなり、上記連結用スリーブの開口端部はシール材で封止してあり、上記グラウト材は、高炉水砕スラグ粉とセメント及び無水石こうまたは二水石こうとを基材とし、この基材に少なくとも減水剤として（メタ）アクリル酸系コポリマー、水を混練したもので、上記高炉水砕スラグ粉の比表面積は５０００ｃｍ^２／ｇを超える超微粉末で、望ましくは、５７００ｃｍ^２／ｇ〜６０００ｃｍ^２／ｇを超える超微粉末であるところにある。
【０００９】
本発明の第２の特徴は、一端開口部から鉄筋の端部が挿入可能な１つの固着スリーブと、この固着スリーブに注入されるグラウト材とからなり、上記固着スリーブの一端開口部はシール材で封止してあり、かつ他端開口部にはキャップが被嵌してあり、上記グラウト材は、前記第１の特徴に記載のものと同じで、この高炉水砕スラグ粉の比表面積は５０００ｃｍ^２／ｇを超える、望ましくは５７００ｃｍ^２／ｇ〜６０００ｃｍ^２／ｇを超える超微粉末であるところにある。
【００１０】
第３の特徴は、経済性、及びせん断抵抗性の観点から、前記グラウト材の基材に減水剤や水と共に骨材を混練するところにあり、このグラウト材の混合割合は、基材１００重量部に対して減水剤０．１〜０．５重量部、骨材７０〜１３０重量部、水２０〜５０重量部であるところにある。
【００１１】
さらに、第４の特徴は前記基材の混合比が、高炉水砕スラグ粉が２５〜６０重量％、セメントが２５〜６０重量％、無水石こうまたは二水石こう５〜１５重量％であるところにある。
【００１２】
さらに、第５の特徴は、前記骨材の最大粒子径が３ｍｍ以下であって、粒子径０．１５ｍｍのものの比率が３０重量％以下であるところにある。
【００１３】
そして、本発明の作用は、比表面積は５０００ｃｍ^２／ｇを超える、望ましくは５７００ｃｍ^２／ｇ〜６０００ｃｍ^２／ｇを超える超微粉末の高炉水砕スラグ粉によりグラウト材の流動性と高強度の両方を確保し、さらに、無水石こうまたは二水石こうの膨張性によりこのグラウト材の収縮を極力小さくして鉄筋の固着強度を長期に保持し、さらに、減水剤の（メタ）アクリル酸系コポリマーによりグラウト材の高流動性を長時間保持できるようにして、鉄筋の固着作業を確実且つ容易にすることができる。
【００１４】
このように本発明は、グラウト材の基材を超微粉末である高炉水砕スラグ粉と、これと膨張性のある無水石こうまたは二水石こうとにより構成し、この基材に減水剤の（メタ）アクリル酸系コポリマーを混練してあること、即ち、これら高炉水砕スラグ粉と、無水石こうまたは二水石こうと、減水剤とが相互に有機的に結合することにより、グラウト材の流動性と高強度の両方を確保し、収縮を極力小さくし、高流動性を長時間保持できることを特徴とする。なお、鉄筋はＪＩＳのものであれば、ふし形状ばかりでなく、どのような鉄筋でもよい。
【００１５】
【発明の実施の形態】
図面に基づき本発明の実施の形態を説明すると、図１はグラウト式の鉄筋の固着構造である鉄筋の継手の例を示すもので、連結用スリーブ１の両開口端から連結する２本の鉄筋２，３の端部を所定長挿入し、硬化したグラウト材を介して応力伝達を図る機械的なものである。
【００１６】
連結用スリーブ１の構造は、パイプ状の機械構造用鋼管で、熱処理により継手強度が高く、靭性を有するもので、鋳物でない方が良い。そして、スリーブ１の両端の開口部１１，１２の近傍には、外周部から内方に向けて固定ボルト（ハイテンションボルト）４，５が螺入した状態で取り付けてある。そして、スリーブ１の表面の中央部にはグラウト注入口６が開口し、この注入口には逆止弁が取り付けてある。又、スリーブ１の両端開口部１１，１２はグラウトシール材７，８で封止するものである。
【００１７】
そして、連結用スリーブ１の両端開口部１１，１２から鉄筋２，３の端部を挿入し、固定ボルト４，５を回し、鉄筋のレベルをとる。そこで注入口６からはスリーブ１内にグラウト材９を注入する。注入した後でグラウトシール材７，８で、開口部１１，１２を封止する。
【００１８】
そこで、グラウト材９の構成について説明すると、これは、高炉水砕スラグ粉とセメント及び無水石こうまたは二水石こうとを基材とし、この基材に減水剤として（メタ）アクリル酸系コポリマー、水を混練したものである。また、経済性の観点、外力に対するせん断抵抗性の観点から、基材には、減水剤や水と共に骨材を混練することが望ましい。
【００１９】
この高炉水砕スラグ粉とセメントとは、グラウト材の流動性と高強度の性能を発揮するもので、さらに、無水石こうまたは二水石こうは膨張性により収縮を極力小さくして、鉄筋を固着するための高強度を維持する。因みに、グラウト材９を連結用スリーブ１内に注入した後で収縮すると、鉄筋２，３を把持している強度は低下する。このような点から、無水石こうまたは二水石こうによる膨張性は鉄筋保持力を保持する上で重要である。
【００２０】
高炉水砕スラグ粉のフロー値を、測定方法のＪＡＳＳ−１５Ｍ−１０３で測定すると、２６０〜３０５ｍｍで強度と無収縮性が期待できる。
【００２１】
また、本発明の開発段階で「高炉スラグ微粉末４０００」（ＪＩＳＡ６２０６によるコンクリート用高炉スラグ微粉末では、比表面積（ｃｍ^２／ｇ）が３０００以上５０００未満のもの）の高炉水砕スラグ粉であって、その比表面積は４０００ｃｍ^２／ｇのものを使用し、実験したところ、グラウト材の性能として流動性は十分に発揮するが、強度が十分ではないことが判明した。そこで、本発明では、「高炉スラグ微粉末６０００」（ＪＩＳＡ６２０６によるコンクリート用高炉スラグ微粉末では、比表面積（ｃｍ^２／ｇ）が５０００以上７０００未満のもの）の高炉水砕スラグ粉を使用し、実験したところ、５０００ｃｍ^２／ｇを超えると強度も向上し、特に５７００ｃｍ^２／ｇ〜６０００ｃｍ^２／ｇを超えた超微粉末の高炉水砕スラグを使用した実験では、グラウト材の性能としての高流動性ばかりでなく高い強度の両方共十分に性能を発揮することが判明した。これが本発明を実現できた大きな理由である。
【００２２】
また、この減水剤の（メタ）アクリル酸系コポリマーと骨材の粒子径とは、グラフト材の高流動性の保持時間に密接な関係があり、この高流動性を発揮し、実験例ではこの流動性を、例えば６時間という長時間保持することができた。
【００２３】
そして、このグラウト材の混合割合は、基材１００重量部に対して減水剤０．１〜０．５重量部、骨材７０〜１３０重量部、水２０〜５０重量部である。
【００２４】
また、基材の混合比は、高炉水砕スラグ粉が２５〜６０重量％の範囲で、６０重量％を超えるとグラウト材の強度を発現させるのに時間がかかり、２５重量％より少ないと流動性のために多量の水で混練する必要があり、他の物性に悪影響があり、流動性保持時間が短くなる。この点から、高炉水砕スラグ粉は４０〜５０重量％の範囲がグラウト材の強度の発現時間と流動性保持時間からは最も好ましい。
【００２５】
セメントとしては、ポルトランドセメント、混合セメントなど種類には特に制限はないが、その含有率はグラウト材の強度の発現時間と流動性の確保とこの流動性の保持時間を長くする点から２５〜６０重量％、好ましくは４０〜５０重量％の範囲である。
【００２６】
基材の石こうは、無水石こうまたは二水石こうの少なくとも一種であって、この石こうの含有率は５〜１５重量％である。５重量％未満であるとグラウト材の収縮が大きくなり、流動性保持時間が短くなる。逆に、１５重量％を超えると異常膨張することがある。なお、半水石こうは流動性保持時間が短くなることがある。
【００２７】
減水剤は、一般式１

（但し、Ｒ１は水素又はメチル基を示し、Ｒ２は炭素数２〜４個のアルキレン基を示し、Ｒ３は水素又は炭素数１〜５個のアルキレン基を示し、Ｐは１〜１００の整数を示す）で表されるポリアルキレングリコールモノ（メタ）アクリル酸エステル系モノマーから誘導された構成単位（以下「構成単位１」という）、または、
【００２８】
一般式２

（但し、Ｒ４は水素又はメチル基を示し、Ｘは水素、一価金属、二価金属、アンモニウム基若しくは有機アミンを示す）で表される（メタ）アクリル酸系モノマーから誘導された構成単位（以下「構成単位２」という）を有する（メタ）アクリル酸系コポリマーである。なお、これらのモノマーと共重合可能なモノマーから誘導された構成単位（以下「構成単位３」という）を少量含有させることができる。
【００２９】
上記各構成単位１〜３の割合は、構成単位１が１０〜９５重量％、構成単位２が５〜９０重量％、構成単位３が０〜５０重量％であり、好ましくは構成単位１が５０〜８０重量％、構成単位２が２０〜５０重量％である。
【００３０】
構成単位１を誘導するためのポリアルキレングリコールモノ（メタ）アクリル酸エステル系モノマーとしては、ポリエチレングリコールモノ（メタ）アクリレート、ポリプロピレングリコールモノ（メタ）アクリレート、ポリブチレングリコールモノ（メタ）アクリレート、メトキシポリエチレングリコールモノ（メタ）アクリレート、メトキシポリプロピレングリコール（メタ）アクリレート、メトキシポリブチレングリコールモノ（メタ）アクリレート、エトキシポリエチレングリコールモノ（メタ）アクリレート、エトキシポリブチレングリコールモノ（メタ）アクリレート等を挙げることができ、これらはその１種のみを使用できるほか、２種以上を併用使用することもできる。
【００３１】
構成単位２を誘導するための（メタ）アクリル酸系モノマーとしては、アクリル酸、メタクリル酸並びにそれらの一価金属塩、二価金属塩、アンモニウム塩及び有機アミン塩を挙げることができ、これらはその１種のみを使用できるほか、２種以上を併用使用することもできる。
【００３２】
構成単位３を誘導するためのポリアルキレングリコールモノ（メタ）アクリル酸エステル系モノマー及び構成単位２を誘導するための（メタ）アクリル酸系モノマーと共重合可能なモノマーとしては、炭素数１〜２０個の脂肪族アルコールと（メタ）アクリル酸とのエステル、（メタ）アクリルアミド、マレイン酸、フマル酸、あるいはこれらの酸と炭素数１〜２０個の脂肪族アルコール又は炭素数２〜４個のグリコール若しくはこれらのグリコールの付加モル数２〜１００のポリアルキレングリコールとのモノエステルあるいはジエステル、酢酸ビニル、酢酸プロペニル等の酢酸アルケニルエステル、スチレン、ｐ−メチルスチレン、スチレンスルホン酸等の芳香族ビニル、塩化ビニル等を挙げることができ、これらはその１種のみを使用できるほか、２種以上を併用使用することもできる。
【００３３】
このような減水剤の含有率は、基材１００重量部に対して０．１〜０．５重量部である。０．１重量部より少ないとグラウト材の流動性が急激に悪くなり、また、０．５重量部を超えると、グラウト材強度の発現が阻害されるため好ましくない。なお、このような減水剤に代えて他の減水剤を用いると、グラウト材の流動性保持時間が低下することがある。
【００３４】
骨材としては、川砂、海砂、硅砂、石灰石、フライアッシュ、シリカ質材等があり、最大粒子径が３ｍｍ以下、好ましくは２．５ｍｍ以下のものを用い、そのうちの粒子径０．１５ｍｍ以下のものの比率が３０重量％以下、好ましくは１５重量％以下となるようにする。最大粒子径が３ｍｍを超えるものを用いると、小間隙への充填性が悪くなり、また、粒子径が０．１５ｍｍ以下のものの比率が３０重量％を超えるとグラウト材の流動性が急激に低下し、粘性が高くなるため好ましくない。
【００３５】
骨材の含有率は、基材１００重量部に対して、７０〜１３０重量部、好ましくは８０〜１００重量部である。骨材の含有率が７０重量部より少ないと、グラウト材の収縮の低減効果およびせん断抵抗性向上の効果が低下し、また、１３０重量部を超えるとグラウト材の流動性が急激に低下するので好ましくない。
【００３６】
混練用の水としては、上水を用いることができ、その使用量は、基材１００重量部に対して２０〜５０重量部である。２０重量部より少ないとグラウト材の流動性が低下し、また５０重量部を超えると、グラウト材の強度発現性の低下、収縮の増大等の物性が低下するとともに、材料分離が発生するため好ましくない。
【００３７】
本発明のグラウト材は、消泡剤、保水剤等の通常の添加剤を配合してもよい。但し、通常、モルタルのひびわれ抵抗性改善のために添加する膨張材については、これを本発明のグラウト材に添加すると、セメント成分の硬化収縮が増大するにもかかわらず長期の収縮低減作用が得られないだけではなく、逆に異常膨張の危険性が増大するため使用しない。
【００３８】
消泡剤としては、プルロニック系化合物、ポリオキシエチレンアルキルフェノールエーテル等が用いられ、その含有率は、基材１００重量部に対して０．００５〜０．２重量部が好ましい。保水剤としては、セルロース系のもの、ビニル系のもの、アクリル系のもの等が用いられ、その含有率は基剤１００重量部に対して０．０５〜０．１重量部が好ましい。その他、硬化調整剤、粘度調整剤、凍結防止剤等も適宜添加することができる。
【００３９】
図２は本発明の他の実施の形態である定着アンカーとして使用した形態例を示すもので、１つの固着スリーブ１０の一端開口部１１から鉄筋２の端部が挿入され、前記した実施の態様に示したグラウトと同一のグラウト材９０がこのスリーブ１０内に注入してあり、このスリーブの他端の開口部１２にはプラスチックキャップ７１が被嵌してある。開口部１１にはゴムシール７０を圧入して、グラウト材９０が流出しないように封止してある。また、スリーブ１０には空気抜き口１３が設けてある。
【００４０】
そこで、鉄筋２を固着スリーブ１０の開口部１１から挿入し、固定ボルト４をねじ込み、この鉄筋をこのスリーブの内面に突出している山部との協働により固定し、開口部１２にはキャップ７１を被嵌し、この開口部からグラウト材９０を注入して、開口部１１をシール材７０で封止する。このようにして、この鉄筋２を固着スリーブ１０に固定する。
【００４１】
鉄筋２端部固着のためには、従来はこの端部をＵ字状、またはＬ字状に曲げ加工し、柱と梁との接合部に配筋していたが、この実施の形態によると、配筋作業が簡略化するばかりでなく、柱と梁との接合部がシンプルになり、梁の配筋量を増やすこともできるので、耐震性能も向上する。
【００４２】
【発明の効果】
本発明によると、グラウト材の高い流動性により連結用スリーブ（以下、固着スリーブを含む）をより内径が小さいものが採用可能となり、この流動性が長時間保持できるため作業の中断によるグラウト材の一体性の阻害を防止でき、また、このグラウトは連結強度が高く、収縮性が少ないためこの連結用スリーブはより軸方向が短いものを採用することができた。高炉水砕スラグ粉の比表面積が、５０００ｃｍ^２／ｇ（好ましくは５７００ｃｍ^２／ｇ〜６０００ｃｍ^２／ｇ）を超える超微粉末では、グラウト材は高流動性と共に高強度を発揮する。無水石こうまたは二水石こうは膨張性により収縮を極力小さくして、グラウト材による鉄筋を固定保持するために必要な高強度を維持する。さらに、減水剤として（メタ）アクリル酸系コポリマーを混練してあるためグラウト材の流動性が長時間保持でき、鉄筋の連結、固着作業を中断しても問題がなくなった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態の鉄筋の継手の例を示す断面図である。
【図２】本発明の第２の実施の形態の定着アンカーの例を示す断面図である。
【符号の説明】
１連結用スリーブ
２，３鉄筋
７，８シール材
９グラウト材
１０固着スリーブ
１１一端の開口部
１２他端の開口部
７０シール材
７１キャップ
９０グラウト材

Claims

開口端から鉄筋の端部が挿入可能な１つの連結用スリーブと、この連結用スリーブに注入されるグラウト材とからなり、
上記連結用スリーブの開口端部はシール材で封止してあり、
上記グラウト材は、高炉スラグ微粉末とセメント及び無水石こうまたは二水石こうとを基材とし、この基材に少なくとも減水剤として（メタ）アクリル酸系コポリマー、水を混練したもので、
上記高炉スラグ微粉末の比表面積は５０００ｃｍ^２／ｇを超える超微粉末である
ことを特徴とする鉄筋の固着構造。
一端開口部から鉄筋の端部が挿入可能な１つの固着スリーブと、この固着スリーブに注入されるグラウト材とからなり、
上記固着スリーブの一端開口部はシール材で封止してあり、かつ他端開口部にはキャップが被嵌してあり、
上記グラウト材は、高炉スラグ微粉末とセメント及び無水石こうまたは二水石こうとを基材とし、この基材に少なくとも減水剤として（メタ）アクリル酸系コポリマー、水を混練したもので、
上記高炉スラグ微粉末の比表面積は５０００ｃｍ^２／ｇを超える超微粉末である
ことを特徴とする鉄筋の固着構造。
請求項１または２において、上記グラウト材の基材に上記減水剤や水と共に骨材が混練してあり、
上記グラウト材の混合割合は、基材１００重量部に対して減水剤０．１〜０．５重量部、骨材７０〜１３０重量部、水２０〜５０重量部である
ことを特徴とする鉄筋の固着構造。
請求項１から３のいずれか１において、基材の混合比は高炉水砕スラグ粉が２５〜６０重量％、セメントが２５〜６０重量％、無水石こうまたは二水石こう５〜１５重量％である
ことを特徴とする鉄筋の固着構造。
請求項３において、骨材の最大粒子径が３ｍｍ以下であって、粒子径０．１５ｍｍのものの比率が３０重量％以下である
ことを特徴とする鉄筋の固着構造。