JP2005194158A

JP2005194158A - 吹付け施工用モルタル組成物、吹付け施工用モルタル、及びそれを用いた吹付け工法

Info

Publication number: JP2005194158A
Application number: JP2004003952A
Authority: JP
Inventors: Katsuichi Miyaguchi; 克一宮口; Akitoshi Araki; 昭俊荒木; Kazuyuki Mizushima; 一行水島
Original assignee: Denki Kagaku Kogyo KK
Current assignee: Denka Co Ltd
Priority date: 2004-01-09
Filing date: 2004-01-09
Publication date: 2005-07-21

Abstract

【課題】流動性が高く、ポンプ圧送による材料分離や閉塞を起こさない適度な粘度を有し、モルタルのみでも高い靭性を実現できる、吹付け施工用モルタル組成物、それを吹付け施工する吹付け工法、さらには、それを用いた補修工法を提供すること。
【解決手段】セメント、細骨材、セメント混和用ポリマーディスパージョン、粘調剤、減水剤、及び繊維を含有する吹付け施工用モルタル組成物、セメント100部に対して、細骨材が50〜250部であり、該ポリマーが固形分換算で２〜20部であり、粘調剤が0.05〜１部であり、減水剤が２部以下である該モルタル組成物、さらに、繊維が吹付け施工用モルタル組成物100容量部中、1.0〜3.0容量部である該モルタル組成物であり、該モルタル組成物中のセメント100部に対して、25〜50部の水を配合してなる吹付け施工用モルタルであり、該モルタルを吹付ける吹付け工法、並びに、それを用いた吹付け補修工法を構成とする。
【選択図】なし

Description

本発明は、土木、建築分野で使用される吹付け施工用モルタル組成物、吹付けモルタル、及びそれを用いた吹付け工法に関する。

短繊維を混入してモルタルを練混ぜ、短繊維を３次元ランダム配向させることにより、大きな引張ひずみ能力を実現し、飛躍的に靭性を向上させることのできる技術が提案されており、その結果、引張ひずみが１％を超えるような高靭性のモルタルが実現している(非特許文献１参照)。
このような高靭性のモルタルを吹付けモルタルとして適用する場合、該吹付けモルタルには基本的にアクリルやビニロンなどの高分子繊維が、例えば、繊維混入体積比で１％以下含有されている。
これら繊維の役割は、主として、吹付け厚さの増加、仕上げ性の向上等の吹付け施工性の改善、及び乾燥収縮ひび割れの低減であり、吹付け材料の引張強度等の機械的な特性の向上を意図したものではなかった。

そして、建設部材として現実的に使用可能な材料コスト範囲に入る汎用繊維を使用する場合、一般的には体積比として１％程度を超える繊維混入量が必要であった。
しかしながら、吹付けモルタルの施工方法として、モルタルをあらかじめ練混ぜ、ポンプ圧送して吹き付ける湿式の施工方法が一般的であるが、この方法を用いた場合には１％を超える繊維量を含むと、ポンプ圧送時の材料分離や圧送ホースの詰りが生じるなどの問題があるため、吹付けに適する性状を保つことができない。
また、モルタルと繊維を別々に吹き付ける方法もあるが、この方法では上向きに吹き付けることが困難であるとともに、繊維の分散が充分ではなく信頼性の高い部材とすることができない。
さらに、吹付けノズルの直前で水とドライモルタルを混ぜ合わせる乾式の吹付け施工方法は、繊維を大量に添加するモルタルを施工するには適した方法であるが、粉塵が大量に発生するため、市街地等では使用できず、この方法を採用できる場所は非常に限られるため、汎用性という点では湿式に比べ劣るものであるなどの課題があった。
それゆえ、このように体積比として１％を超える繊維量をモルタルに加えた場合、信頼性の高い部材を吹付けによって実現することは従来困難とされていた。

このような点をモルタルの配合を最適化することによって改善した方法が提案されている（特許文献１参照）。
しかしながら、この方法は無機系のセメントのみを用いた技術であり、要求された耐久性を示すには充分ではなく、ポンプ圧送性に劣るという課題があった。

荒井正直、田村博、大橋正治：高強度・高靭性セメント系複合材料に関する基礎的実験、コンクリート工学年次論文報告集、Vol.20、No.2、pp235-240、1998 特開平１４−１９３６５３号公報

本発明の目的は、前記従来の湿式吹付法によるモルタルに存在した課題を解決し、湿式吹付法にも充分適応するように、流動性が高く、ポンプ圧送による材料分離や閉塞を起こさない適度な粘度を有し、有機系材料であるセメント混和用ポリマーディスパージョンを併用することによって、モルタルのみでも高い靭性を実現できる吹付け施工用モルタル組成物、それを吹付け施工する吹付け工法、さらには、コンクリート構造物躯体表面に、例えば、ポリビニルアルコール繊維からなる連続繊維シートを貼り付け、その後、該吹付け施工用モルタルを吹き付ける吹付け補修工法を提供することにある。

本発明は、セメント、細骨材、セメント混和用ポリマーディスパージョン、粘調剤、減水剤、及び繊維を含有する吹付け施工用モルタル組成物であり、セメント100部に対して、細骨材が50〜250部であり、セメント混和用ポリマーディスパージョンが固形分換算で２〜20部であり、粘調剤が0.05〜１部であり、減水剤が２部以下である該モルタル組成物であり、さらに、繊維が吹付け施工用モルタル組成物100容量部中、1.0〜3.0容量部である該モルタル組成物であり、繊維の径が0.15mm以下、長さが５〜20mm、及び引張強度が1,000N/mm²以上である該モルタル組成物であり、さらに、繊維の破断伸度が３％以上である該モルタル組成物であり、該モルタル組成物中のセメント100部に対して、25〜50部の水を配合してなる吹付け施工用モルタルであり、該モルタルを吹付ける吹付け工法であり、コンクリート構造物躯体の表面に、例えば、ポリビニルアルコール繊維からなる連続繊維シートを貼り付け、その後、該モルタルを吹き付ける吹付け補修工法である。

以下、本発明の実施の形態を詳細に説明する。
本発明では特に限定しない限り部や％は質量基準である。

本発明で使用する吹付け施工用モルタル組成物(以下、本モルタル組成物という)は、セメント、細骨材、セメント混和用ポリマーディスパージョン、粘調剤、減水剤、及び繊維を含有するものであり、高靭性の吹付け施工用モルタル組成物である。

本発明で使用するセメントは、普通、早強、超早強、低熱、及び中庸熱等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、また、石灰石粉末等を混合したフィラーセメントなどが挙げられ、これらのうち一種又は二種以上が使用可能である。

本発明で使用する細骨材としては、公知のものが使用可能であるが、石灰砂や珪砂を使用するのが好ましい。
細骨材の最大粒径は2.5mm以下のものが好ましい。最大粒径が2.5mmを超えると吹付け施工用モルタル(以下、本モルタルという)を吹き付けた際の跳ね返り(リバウンド)が大きくなる場合がある。
本発明で使用する細骨材の使用量は特に限定されるものではないが、セメント100部に対して50〜250部が好ましく、100〜200部がより好ましい。50部未満ではセメント量が多く、本モルタルの乾燥収縮が大きくなり、ひび割れ抵抗性に劣る場合があり、250部を超えると作業性が悪くなる場合がある。

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、本ポリマーという)は特に限定されるものではなく、公知の種々のものが使用可能である。具体的には、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、並びに、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又はこれらの混合物等が使用可能である。
本ポリマーの使用量は、通常、セメント100部に対して、固形分換算で２〜20部が好ましく、５〜10部がより好ましい。２部未満では本モルタルの跳ね返り防止や付着強度の改善が期待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。
本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、あらかじめセメントや水に分散しておくことが好ましい。

本発明で使用する粘調剤は、本モルタルの粘度を調整するものであり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)、ポリアクリルアミド、及びポリエチレンオキサイド(ＰＥＯ)などが挙げられ、本モルタルが跳ね返ったり、脱落したりするのを防止したり、圧送時の本モルタルの滑りを良くするために使用される。
粘調剤の使用量は、通常、セメント100部に対して、0.05〜１部が好ましく、0.1〜0.5部がより好ましい。0.05部未満では本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部を超えて配合してもその効果の向上が期待できないばかりか、粘性が強くなりポンプ圧送できない場合がある。
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、あらかじめセメントや水に分散しておくことが好ましい。

本発明で使用する減水剤は特に限定されるものではなく、市販のあらゆる減水剤が使用可能であるが、JIS A 6204「コンクリート用化学混和剤」に規定される減水剤、ＡＥ減水剤、及び高性能ＡＥ減水剤の使用が好ましい。
減水剤の使用量は、セメント100部に対して、２部以下が好ましい。２部を超えて使用すると、材料分離を起こしポンパビリティが悪くなる場合がある。

本発明で使用する繊維は、繊維を混入していないモルタルがもつ、引張強度が圧縮強度に比して小さいこと、そのため、ひび割れが発生しやすいこと、さらに、破壊時の挙動が脆性的になることを改善するために使用するもので、具体的には、高強度のビニロン繊維やポリエチレン繊維等が挙げられる。
繊維は、その径が0.15mm以下のものが、また、その長さが５〜20mmのものが、さらには、繊維引張強度が1,000N/mm²以上のものが好ましい。この範囲外では靭性性能が発揮されない場合がある。
また、繊維の破断伸度３％以上が好ましい。３％未満では、所定の靭性性能が発揮されない場合がある。
繊維の使用量は、本モルタル組成物100容量部中、1.0〜3.0容量部が好ましい。1.0容量部未満では、所定の靭性性能が発揮されない場合があり、3.0容量部を超えると多量に流動化剤を使用しないと、練混ぜが困難になり、経済的でない場合がある。

本発明で使用する水の量は、セメント100部に対して、25〜50部が好ましい。25部未満では、本モルタルのマトリックスの強度が大きくなりすぎて、破壊が脆性的になり、本モルタルとした場合の靭性性能が充分に発揮されない場合があり、50部を超えると本モルタルのマトリックスの強度が小さいため、本モルタルとした場合の靭性性能が充分に発揮されない場合がある。

本発明では、本モルタル練り上がり時の空気量は20〜50％であることが好ましい。練り上がり時の空気量が20％未満ではポンプ圧送性に劣る場合があり、50％を超えると流動性の保持性が悪くなる場合がある。

本発明では、本モルタル組成物の他に、消泡剤、防錆剤、防凍剤、収縮低減剤、及び凝結調整剤、ベントナイトなどの粘土鉱物、並びに、ハイドロタルサイトなどのアニオン交換体等のうちの一種又は二種以上を、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。

本発明では、各材料の混合方法は特に限定されるものではなく、それぞれの材料を施工時に混合しても良いし、あらかじめその一部、あるいは全部を混合しておいても差し支えない。
混合装置としては、既存の如何なる装置も使用可能であり、例えば、傾胴ミキサ、オムニミキサ、ヘンシェルミキサ、Ｖ型ミキサ、及びナウターミキサなどが挙げられる。

本モルタルの吹付け施工方法は特に限定されるものではないが、標準的な施工方法として、例えば、本ポリマーが液体の場合は、ミキサで水と本ポリマーをあらかじめ練混ぜ、スクイズポンプやスクリューポンプなどを用いて、内径2.5〜５cm程度の耐圧ホース又は鉄管を通して施工箇所まで圧送し、手元の吹付けガンの中で圧縮エアと混合して、目的の施工箇所に吹き飛ばして施工を行う湿式吹き付け方法がある。他にも、圧縮エアで圧送したドライモルタルを吹付けガン内で水及び／又は本ポリマーと混合して施工する乾式吹付け施工も可能である。

本発明においては、施工の際には、本モルタル単独の吹付け施工でも充分な靭性を有するが、さらなる靭性向上を図るために、連続繊維シートを貼り付けて補修することも可能である。
連続繊維シートを貼り付けて補修する方法としては、あらかじめコンクリート構造物躯体表面に、連続繊維シートを貼り付け、本モルタルを吹付け施工するか、本モルタルを施工してから連続繊維シートを貼り付ける方法のいずれでも可能である。

ここで、連続繊維シートとしては、公知の連続繊維シートが使用可能であるが、本モルタルの親和性やコストの面からポリビニルアルコール繊維からなる連続繊維シートが好ましい。その他の繊維ではコスト高となったり、本モルタルとの付着性が劣ったりする場合がある。

連続繊維シートの貼り付け方法は特に限定されるものではないが、あらかじめ薄く吹付けた本モルタルが硬化しないうちにすばやく貼り付け、コテなどで塗りこみ、さらに所定の厚みまで本モルタルを吹付ける方法や、アンカーピンなどを用いてあらかじめコンクリート構造物躯体に連続繊維シートを貼り付けておく方法等が好ましい。

本発明の吹付け補修工法の施工厚みは、５mm以上を確保することが好ましい。５mm未満の場合、期待できる靭性を発揮できないばかりかひび割れが発生する場合がある。

本モルタル組成物を使用することにより、湿式吹付方法に充分適応するように流動性が高く、ポンプ圧送による材料分離や閉塞を起こさない適度な粘度を有し、有機系材料である本ポリマーを併用することによって、本モルタルのみでも高い靭性を実現できる吹付け補修材料を提供できる。

以下、実施例により本発明をさらに詳しく説明する。

セメント100部に対して、表１に示す細骨材と本ポリマー、減水剤0.5部、及び粘調剤0.1部、セメント、細骨材、本ポリマー、減水剤、粘調剤、及び繊維Ａからなる本モルタル組成物100容量部中、繊維Ａ２部を配合し、セメント100部に対して、水40部(水セメント比40％)を混合して本モルタルを調製した。
調製した本モルタルを用いて、本モルタルの圧送性を評価し、本モルタルを圧縮エアで吹き付けて作製した供試体の靭性を評価した。結果を表１に併記する。

＜使用材料＞
セメント：普通ポルトランドセメント、市販品、密度3.15ｇ/cm³
骨材：石灰石砕砂0.6〜1.2mm品、青海鉱山品、密度2.62ｇ/cm³
本ポリマー：スチレンブタジエンゴムラテックス、固形分45％、市販品
減水剤：メラミン系高性能ＡＥ減水剤、市販品
粘調剤：メチルセルロース系粘調剤、市販品
繊維Ａ：ビニロン繊維、繊維径0.05mm、繊維長12mm、引張強度1,500N/mm²、破断伸度10％

＜試験方法＞
圧送性：練り上がり本モルタルを加圧ポンプで20リットル／分の速度で吹付けノズルに圧送し、同時にエアコンプレッサーで７kg/cm²の圧縮空気を1,200リットル／分の速度で30ｍのゴム製耐圧ホースを経由して、吹付けノズルに圧送し、モルタル管径40mmの市販スプレーガン式吹付けノズル中で合流させ、本モルタルを垂直のコンクリート壁面に、厚さ約20mm吹き飛ばした。この際に、耐圧ホース内で閉塞等が起こらず、本モルタルがスプレーガンから吹き飛ばせたものを合格とし○、不合格品は×とした。
靭性：供試体は100×400×10mmの板状を用い、材齢２日で脱型後、材齢７日まで20℃水中養生を行い、その後、20℃、60％R.H.の乾燥養生を材齢28日まで行った。その後、スパン300mmの３等分点載荷の曲げ試験を行い、載荷部中央での最大変位を測定し、最大変位が20mm以上のものを合格とし○、不合格品は×とした。

セメント100部に対して、細骨材100部、固形分換算で本ポリマー10部、減水剤0.5部、及び粘調剤0.1部とし、水セメント比を40％とし、本モルタル組成物100容量部中、表２に示す繊維を配合したこと以外は実施例１と同様に行った。結果を表２に併記する。

＜使用材料＞
繊維Ｂ：ビニロン繊維、繊維径0.15mm、繊維長12mm、引張強度1,500N/mm²、破断伸度10％
繊維Ｃ：ビニロン繊維、繊維径0.20mm、繊維長12mm、引張強度1,500N/mm²、破断伸度10％
繊維Ｄ：ビニロン繊維、繊維径0.05mm、繊維長 3mm、引張強度1,500N/mm²、破断伸度10％
繊維Ｅ：ビニロン繊維、繊維径0.05mm、繊維長 5mm、引張強度1,500N/mm²、破断伸度10％
繊維Ｆ：ビニロン繊維、繊維径0.05mm、繊維長20mm、引張強度1,500N/mm²、破断伸度10％
繊維Ｇ：ビニロン繊維、繊維径0.05mm、繊維長25mm、引張強度1,500N/mm²、破断伸度10％
繊維Ｈ：ビニロン繊維、繊維径0.05mm、繊維長12mm、引張強度 880N/mm²、破断伸度10％
繊維Ｉ：ビニロン繊維、繊維径0.05mm、繊維長12mm、引張強度1,000N/mm²、破断伸度10％
繊維Ｊ：炭素繊維、繊維径0.05mm、繊維長12mm、引張強度3,500N/mm²、破断伸度１％
繊維Ｋ：ガラス繊維、繊維径0.05mm、繊維長12mm、引張強度2,200N/mm²、破断伸度３％
繊維Ｌ：ポリエチレン繊維、繊維径0.05mm、繊維長12mm、引張強度2,600N/mm²、破断伸度５％
繊維Ｍ：ポリプロピレン繊維、繊維径0.05mm、繊維長12mm、引張強度600N/mm²、破断伸度20％

セメント100部に対して、細骨材100部、固形分換算で本ポリマー10部、減水剤0.5部、及び粘調剤0.1部とし、本モルタル組成物100容量部中、繊維Ａ２部を配合し、表３に示す水セメント比を使用したこと以外は実施例１と同様に行った。結果を表３に併記する。

セメント100部に対して、細骨材100部、固形分換算の本ポリマー10部、表４に示す減水剤と粘調剤、本モルタル組成物100容量部中、表４に示す繊維Ａを配合し、水セメント比40％の本モルタルを調製したこと以外は実施例１と同様に行った。結果を表４に併記する。

Claims

セメント、細骨材、セメント混和用ポリマーディスパージョン、粘調剤、減水剤、及び繊維を含有してなる吹付け施工用モルタル組成物。
セメント100部に対して、細骨材が50〜250部であり、セメント混和用ポリマーディスパージョンが固形分換算で２〜20部であり、粘調剤が0.05〜１部であり、減水剤が２部以下であることを特徴とする請求項１に記載の吹付け施工用モルタル組成物。
セメント100部に対して、細骨材が50〜250部であり、セメント混和用ポリマーディスパージョンが固形分換算で２〜20部であり、粘調剤が0.05〜１部であり、減水剤が２部以下であり、繊維が吹付け施工用モルタル組成物100容量部中、1.0〜3.0容量部であることを特徴とする請求項１に記載の吹付け施工用モルタル組成物。
繊維の径が0.15mm以下、長さが５〜20mm、及び引張強度が1,000N/mm²以上であることを特徴とする請求項１〜３のうちのいずれか１項に記載の吹付け施工用モルタル組成物。
繊維の破断伸度が３％以上であることを特徴とする請求項１〜４のうちのいずれか１項に記載の吹付け施工用モルタル組成物。
請求項１〜５のうちのいずれか１項に記載の吹付け施工用モルタル組成物と、該吹付け施工用モルタル組成物中のセメント100部に対して、25〜50部の水を配合してなる吹付け施工用モルタル。
請求項６に記載の吹付け施工用モルタルを吹き付けることを特徴とする吹付け工法。
コンクリート構造物躯体表面に、連続繊維シートを貼り付け、その後、請求項６に記載の吹付け施工用モルタルを吹き付けることを特徴とする吹付け補修工法。
連続繊維シートがポリビニルアルコール繊維からなることを特徴とする請求項８に記載の吹付け補修工法。