JP2006290694A

JP2006290694A - Ｐｃグラウト材料及びこれを用いたｐｃグラウトの製造方法

Info

Publication number: JP2006290694A
Application number: JP2005115759A
Authority: JP
Inventors: Junichi Izumo; 淳一出雲; Kiyoshi Kirikawa; 潔桐川; Toyoji Iwanaga; 豊司岩永
Original assignee: Construction Research and Technology GmbH; PS Mitsubishi Construction Co Ltd
Current assignee: Construction Research and Technology GmbH; PS Mitsubishi Construction Co Ltd
Priority date: 2005-04-13
Filing date: 2005-04-13
Publication date: 2006-10-26

Abstract

【解決すべき課題】ブリーディングの発生が極めて少なく、先流れおよび空隙の発生を防止する、ＰＣグラウト材料及びＰＣグラウトの製造方法を提供する。
【解決手段】ＰＣグラウト注入方向に下り勾配が１５度以上にシース管が配置されたプレストレスコンクリートに用いられるＰＣグラウト材料であって、セメントおよびブレーン値が１０，０００ｃｍ^２／ｇ以上の高炉スラグ微粉末をセメント量に対し６７〜１５０％含有する、前記ＰＣグラウト材料。
【選択図】なし

Description

本発明は、ＰＣグラウト材料及びこれを用いたＰＣグラウトの製造方法に関する。

プレストレストコンクリート（以下ＰＣという）グラウトは、ＰＣ鋼材とシース管との間隙を埋めてコンクリートとＰＣ鋼材とを一体化するとともに、ＰＣ鋼材の腐食を防ぐ働きをしている。このため、ＰＣグラウトの充填が不良の場合には、高応力下で用いられるＰＣ鋼材の腐食を引き起こし、ＰＣ構造物の耐久性を著しく低下させる。これまでに行われた既存ＰＣ構造物の調査結果によれば、ＰＣグラウトの充填不良によるＰＣ構造物の劣化事例が報告されている。

従来、セメントにメラミンスルホン酸系化合物と水溶性高分子等からなる混和剤を添加することにより、低粘性ＰＣグラウトおよび高粘性ＰＣグラウトとして、使用用途に応じて使い分けられていたが、低粘性ＰＣグラウトでは、粘性の低さから作業性は良好なものの、グラウトが先流れし空隙を発生するという問題を有していた。また、高粘性ＰＣグラウトの場合、先流れ等は低粘性のものに比べてしにくいものの、注入区間が長いと、注入圧力がポンプやホースの許容圧力を超えてしまい、シース内でグラウトが閉塞したり、グラウト漏れが発生するという問題があった。
また、現場施行における労力低減等を目的として、セメント、膨張剤、炭酸カルシウム、高性能減水剤、増粘剤および遅延剤等からなるプレミックス型ＰＣグラウト材も提案されているが（特許文献１および２）、低粘性タイプは先流れ性を考慮したものではなく、高粘性タイプは下り勾配部においても先流れが発生せず充填性は満足するものであるが、ポンプ注入圧等の取り扱い性の問題は解決されていない。

一方、ブリーディング率が極めて低く、適当な流動性により注入作業性が大幅に改善されるＰＣグラウト材料として、セメント、ブレーン値が８，０００ｃｍ^２／ｇ以上の高炉スラグ微粉末およびセメント分散剤を含むＰＣグラウト材料が開示されている（特許文献３）。
しかし、上記文献は、先流れを防止し空隙の発生を防ぐという課題を解決するものではない。

特開２００２−２８５１５２号公報特開２００３−４０６６４号公報特開２００１−２２６１６４号公報

したがって、本発明が解決しようとする課題は、ブリーディングの発生が極めて少なく、かつ、先流れすることなく良好な充填性を有するＰＣグラウト材料及びＰＣグラウトの製造方法を提供することにある。

本発明者は、上記の課題を解決するために種々研究を重ねた結果、セメントに特定粉末度以上の高炉スラグ微粉末を、セメント分散剤とともに配合したＰＣグラウト材料及びそのＰＣグラウトの製造方法が上記課題を一挙に解決できることを見出し、本発明を完成するに至った。
即ち、本発明は、ＰＣグラウト注入方向に下り勾配が１５度以上にシース管が配置されたプレストレスコンクリートに用いられるＰＣグラウト材料であって、セメントおよびブレーン値が１０，０００ｃｍ^２／ｇ以上の高炉スラグ微粉末をセメント量に対し６７〜１５０％含有する、前記ＰＣグラウト材料に関する。
また、本発明は、セメント分散剤および増粘剤を含有する、前記ＰＣグラウト材料に関する。
さらに、本発明は、水／粉体比が４０〜４５重量％で使用される、前記ＰＣグラウト材料に関する。
さらにまた、本発明は、セメント分散剤をセメントと該高炉スラグ微粉末との合計重量に対して０．０１〜２．０重量％、増粘剤を０．０５〜３．０重量％含有することを特徴とする、前記ＰＣグラウト材料に関する。
本発明は、また、セメント分散剤がナフタリンスルホン酸ホルマリン縮合物、メラミンスルホン酸ホルマリン縮合物、ポリカルボン酸、リグニンスルホン酸塩、オキシカルボン酸及びこれらの塩から選ばれる１種または２種以上であることを特徴とする、前記ＰＣグラウト材料に関する。

本発明は、増粘剤がセルロース系高分子化合物である、前記ＰＣグラウト材料に関する。
また、本発明は、フロー値が１３０〜１８０ｍｍである、前記ＰＣグラウト材料と水を練り混ぜて製造したＰＣグラウトに関する。
さらに本発明は、前記ＰＣグラウト材料に、水を加えて練り混ぜることを特徴とする、ＰＣグラウトの製造方法に関する。
本発明は、さらにまた、ＰＣグラウトのフロー値が１３０〜１８０ｍｍとなるように水を加えて練り混ぜることを特徴とする、前記ＰＣグラウトの製造方法に関する。

本発明に係るＰＣグラウト材料は、ブリーディング率が極めて低く、また、適度な流動性を有しているので低い注入圧での長距離圧送ができ、施工に於ける作業時間の短縮による施工の改善、並びにシース管曲げ下り部において先流れや空隙の発生を防止でき、ＰＣ構造物の耐久性を長期間維持するといった効果がある。

以下に、本発明の実施の形態を説明することにより本発明をさらに詳述する。
本発明における高炉スラグ微粉末の粉末度は、ブレーン値で１０，０００ｃｍ^２／ｇ以上であればよく、好ましくは１２，０００ｃｍ^２／ｇ以上である。ブレーン値が１０，０００ｃｍ^２／ｇ未満では、ＰＣグラウトの流動性が良好となるが充填性が低下する傾向を示し、かつ、ブリーディングが発生する傾向を示す。また、本発明のＰＣグラウト材料は、ブレーン値が１０，０００ｃｍ^２／ｇ以上の高炉スラグ微粉末を、セメント量に対し６７重量％以上、１５０重量％以下含有するのが好適である。高炉スラグ微粉末の含有量が６７重量％未満では、先流れや空隙が発生する可能性が高くなり、１５０重量％を越えると粘度が大きくなることにより、ポンプ圧送性に影響を及ぼす場合がある。

本発明のＰＣグラウト材料におけるセメント分散剤としては、ＰＣグラウトの流動性を改善するために使用するものであり、ナフタリンスルホン酸、メラミンスルホン酸、ポリカルボン酸、リグニンスルホン酸、オキシカルボン酸及びこれらの塩を例示することがで、これらの塩としては、アルカリ金属、アルカリ土類金属を例示することができる。また、本発明のＰＣグラウト材料におけるセメントとしては、普通ポルトランドセメント、早強ポルトランドセメント、中庸熱セメント、耐硫酸塩セメントなど市販されているセメントであればいずれでも使用できる。
本発明のＰＣグラウト材料における増粘剤としては、セルロース系高分子化合物が好適であり、例えば、カルボキシメチルセルロース、メチルセルロール、ヒドロキシプロピルメチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロースなどが挙げられる。
本発明のＰＣグラウト材料の具体的な実施態様としては、セメント１００重量部、ブレーン値が１０，０００ｃｍ^２／ｇ以上の高炉スラグ微粉末６７〜１５０重量部及びセメント分散剤がセメントと該高炉スラグ微粉末との合計重量に対して０．０１〜２．０重量％、および増粘剤がセメントと該高炉スラグ微粉末との合計重量に対して０．０１〜３．０重量％を含有するのがよい。
セメント分散剤が０．０１重量％未満では注入圧力が増加する傾向を示し、２．０重量％を超えると、先流れが発生する可能性が高くなる。また、増粘剤が０．０１重量％未満では、ブリーディングが増大する傾向を示し、３．０重量％を超えると、注入圧力が増加する傾向を示す。

本発明のＰＣグラウト材料は、水／粉体比、すなわち、水とセメントおよび該高炉スラグ微粉末の合計重量比が、４０〜４５％で使用されるのが好ましく、特に４２〜４４％である。水粉体比が４０％を下回ると、セメント分散剤および増粘剤の配合割合によっても影響されるが、粘度が高くなるためポンプ圧送性に影響を及ぼす恐れがあり、４５％を超えると先流れの発生が起こる可能性が高くなる。
本発明のＰＣグラウト材料は、セメント、ブレーン値が１０，０００ｃｍ^２／ｇ以上の高炉スラグ微粉末、および任意にセメント分散剤および増粘剤をプレミックスした状態で、或いは使用時にそれぞれの材料を別々に計量して使用してもよい。

本発明のＰＣグラウト材料を水と練り混ぜることによりＰＣグラウトを製造するが、該方法により製造されたＰＣグラウトのフロー値は、１３０〜１８０ｍｍ、好ましくは１３５〜１７５ｍｍの範囲となるように水を加えて練り混ぜることにより製造する。フロー値を係る範囲とすることにより、ＰＣグラウトの先流れの発生を防止することができ、結果として空隙の少ない充填を可能にする。

以下、実施例及び比較例を挙げて、本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。

１．ＰＣグラウト材の配合及び練混ぜ方法
１）配合
試験に使用したＰＣグラウトの配合を、表１に示す。粘性特性の違いや高炉スラグ微粉末の配合量が流動性、および充填性に与える影響を調べるため、高粘性型グラウト、低粘性型グラウト、高炉スラグ配合グラウト（セメント量に対し67、100、150%配合）の6種類のグラウトを製造することにした。

C：普通ポルトランドセメント（密度３．１６ｇ／ｃｍ^３、ブレーン値３２９０ｃｍ^２／ｇ）、
BS：高炉スラグ微粉末（密度２．９０ｇ／ｃｍ^３、ブレーン値１２，４００ｃｍ^２／ｇ）、
W：水道水、
SP：セメント分散剤（ポリカルボン酸系）、
SF：増粘剤（セルロース系高分子化合物）、
Ad：混和剤（低粘度用；ＧＦ−１７００、高粘度用；ＧＦ−１７２０）
Ｐ：粉体（ポルトランドセメントと高炉スラグ粉末の合計）

２）練混ぜ方法
グラウトの練混ぜは、回転数1,000rpm、練混ぜ容量100リットルのグラウトミキサを使用して行った。

２．試験方法
本試験に使用した実験装置を図１に示す。透明な塩化ビニルパイプを用いて、直線部および下り勾配部からなる実験装置を製作した。管底面にはPC鋼線を配置し、電動グラウトポンプにより一定注入量（約13リットル/分）でグラウトをこの実験装置に注入して、グラウトの先端角度、ポンプの注入圧力およびグラウトの充填状況について調べた。実験に使用した電動グラウトポンプは、連続的にグラウトが注入できるスネーク式ポンプを採用し、注入時の圧力を計測するためにポンプ吐出口に圧力計を取付けた。また、注入時のグラウトの先端角度および平均速度については、直線部に1台、および下り勾配部に2台のデジタルビデオカメラを計3台設置して撮影を行い、実験終了後、撮影したデジタル画像を解析することにより求めた。

３．実験パラメータ
本実験のパラメータを表２に示す。グラウトタイプの違い、傾斜角、シース径を実験パラメータとし、１３通り（実施例１〜９、および比較例１〜４）の注入試験を行った。傾斜角については、PC橋の中で最も曲げ下り角度が大きいと考えられる斜版橋やフィンバック橋の傾斜角を想定し、20度および30度を実験パラメータとした。

４．試験結果
１）フレッシュ性状
JSCE-F 531-1999に規定されるJP漏斗を用いた流下時間、フロー試験値および回転粘度計による粘度の測定結果を表３に示す。また、日本道路公団規格ＪＨＳ４２０：２００４「ＰＣグラウトのブリーディング率及び体積変化率試験方法」による試験の結果、表３の実施例１〜９および比較例１〜４のＰＣグラウトは、ブリーディングが発生しなかった。表３に示すとおり、降伏値および塑性粘度については、グラウトをビンガム流体と仮定して、回転数5、10、20、50、100rpmの場合に計測された値の直線近似より求めた値である。スラグ配合型グラウトの場合、JP漏斗試験ではグラウトが閉塞してしまい計測が行えなかった。また、塑性粘度の値も、高粘性型グラウトよりも高い結果となった。しかし、回転粘度計により求めたずり応力−ずり速度の関係からは、スラグ配合型グラウトは高粘性型グラウトや低粘性型グラウトと違い、ずり速度が増加してもずり応力がそれ程増加しない傾向が認められる（図２参照）。すなわち、スラグ配合型グラウトの場合、塑性粘度は一定ではなく、ずり速度の増加に伴い塑性粘度は減少する特徴を有していることが理解される。スラグ配合型グラウトは、高粘性型グラウトおよび低粘性型グラウトに比べてフロー値が小さく、フローコーンの形状が残る結果となった。フロー値は降伏値および塑性粘度の影響を受けると考えられるが、製造したグラウトの塑性粘度と降伏値を比較すると、より降伏値の影響を受けているものと考えられる。

２）充填状況および先端角度
実験における各種グラウトの代表的な充填上場およびデジタル画像により求めた先端角度を表４に示す。スラグの配合率が大きくなるほど、先端角度が大きくなる傾向が認められる。また、粘性の違いに着目すると、スラグ配合型、高粘性型、低粘性型の順に先端角度が大きくなる傾向が認められた。空隙については、高粘性型および低粘性型グラウトでは高粘性型グラウトで傾斜角20度の場合以外は先流れが発生し、管内に空隙が生じる結果となった。スラグ配合型グラウトについては、すべてのケースにおいて先流れは発生せず、空隙も生じなかった。これは、スラグ配合型グラウトは、傾斜部の先端角度が高粘性型グラウトおよび低粘性型グラウトに比べて大きかったために管内に空隙が生じずに充填できたものと考えられる。

３）注入圧力
注入試験時におけるグラウトポンプの注入圧力を図３に示す。高炉スラグ微粉末の配合率が大きくなるに従って、注入圧力は大きくなる傾向が認められる。これは、スラグ配合率が大きくなるに従って、塑性粘度が増加するためであると考えられる。しかし、スラグ配合型グラウトの塑性粘度は高粘性型グラウトよりも大きいにも関わらず、傾斜角度20度における配合率150%のタイプを除けば、高粘性型グラウトよりも注入圧力は小さい結果となった。これは、スラグ配合型グラウトは、ずり速度の増加に伴い粘性が低下する性質があり、管内面および鋼材表面と接するグラウトの粘性が流動することによって低下し、注入圧力が高粘性型グラウト程に上がらなかったものと考えられる。

本発明のＰＣグラウト材料は、ブリーディングが発生せず、またポンプ圧送性が良好であるにも拘わらず、先流れおよび空隙の発生を防止できるため、単純な形状のみならず、シース管形状が複雑なプレストレストコンクリートに好適に適用される。

充填性評価の実験装置の概要である。ＰＣグラウトのすり速度とすり応力の関係を表す。ＰＣグラウトの処方とポンプ注入時最大圧力を表す。

符号の説明

Ａグラウト注入口
Ｂポンプ
Ｃ圧力計
Ｄデジタルビデオカメラ
Ｅ傾斜角度（20または30度）
Ｆグラウト排出口

Claims

ＰＣグラウト注入方向に下り勾配が１５度以上にシース管が配置されたプレストレスコンクリートに用いられるＰＣグラウト材料であって、セメントおよびブレーン値が１０，０００ｃｍ^２／ｇ以上の高炉スラグ微粉末をセメント量に対し６７〜１５０％含有する、前記ＰＣグラウト材料。
セメント分散剤および増粘剤を含有する、請求項１に記載のＰＣグラウト材料。
水／粉体比が４０〜４５％で使用される、請求項１または２に記載のＰＣグラウト材料。
セメント分散剤をセメントと該高炉スラグ微粉末との合計重量に対して０．０１〜２．０重量％、増粘剤を０．０５〜３．０重量％含有することを特徴とする、請求項２または３に記載のＰＣグラウト材料。
セメント分散剤がナフタリンスルホン酸ホルマリン縮合物、メラミンスルホン酸ホルマリン縮合物、ポリカルボン酸、リグニンスルホン酸塩、オキシカルボン酸及びこれらの塩から選ばれる１種または２種以上であることを特徴とする、請求項２〜４のいずれかに記載のＰＣグラウト材料。
増粘剤がセルロース系高分子化合物である、請求項２〜５のいずれかに記載のＰＣグラウト材料。
フロー値が１３０〜１８０ｍｍである、請求項１〜６のいずれかに記載のＰＣグラウト材料と水を練り混ぜて製造したＰＣグラウト。
請求項１〜６のＰＣグラウト材料に、水を加えて練り混ぜることを特徴とする、ＰＣグラウトの製造方法。
ＰＣグラウトのフロー値が１３０〜１８０ｍｍとなるように水を加えて練り混ぜることを特徴とする、請求項８に記載のＰＣグラウトの製造方法。