JP2006329726A - フレッシュモルタル等のコンシステンシー評価方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 最大せん断力による妥当なコンシステンシーの評価方法を提供すること。
【解決手段】 施工現場において、混練したフレッシュモルタル等の中にベーンブレードを挿入すると共に、同ベーンブレードを回転させた際に、同ベーンブレードがフレッシュモルタル等から受ける最大回転モーメントを測定して、同最大回転モーメントの測定値よりフレッシュモルタル等の最大せん断力を算出する一方、あらかじめ設定したフロー値から、所望の最大せん断力を選定し、この選定した最大せん断力と、上記算出した最大せん断力とを比較して、フレッシュモルタル等の強度を推定可能とした。
【選択図】 図３

Description

本発明は、フレッシュ状態のモルタル等、例えば、通常のモルタル、コンクリートをウエットスクリーニングして得られたモルタル、セメントミルク、漆喰、ポリマーセメントモルタル等のコンシステンシーを評価する方法に関する。

従来、コンクリート構造物の断面修復作業や断面増厚作業に使用されるポリマーセメントモルタル（以下「ＰＣＭ」という）は、再乳化形粉末樹脂を使用したプレミックスポリマーセメントモルタルのように配合の変動要素が少ない材料であっても、温度や湿度などの環境条件が変動する施工現場においては、施工性が異なる場合がある。

そのため、実際の施工では、水／粉体比（以下「Ｗ／Ｐｗ」という）の調整が必要となることが多く、かかるＷ／ＰｗがＰＣＭの硬化後の品質に影響を与えることから、その把握は重要である。

そこで、フレッシュ状態でのＰＣＭのコンシステンシーを評価する手法として、一般的に、フロー試験（JIS R 5201）やスランプ試験（JIS A1171）が採用されており、さらには、改良したスランプ試験（例えば、特許文献１参照）も提案されている。
特開平９−２１８１９６号公報

ところが、前記したフロー試験やスランプ試験や改良型のスランプ試験は、施工現場において、混練されたモルタル等を試験することが困難で、適用し難いという不具合がある。

例えば、フロー試験では、フローテーブルを150Kg以上のコンクリート台に固定する必要性があり、現場での適用が困難である。

そこで、本発明では、施工現場において、混練したフレッシュモルタル等の中にベーンブレードを挿入すると共に、同ベーンブレードを回転させた際に、同ベーンブレードがフレッシュモルタル等から受ける最大回転モーメントを測定して、同最大回転モーメントの測定値よりフレッシュモルタル等の最大せん断力を算出する一方、あらかじめ設定したフロー値から、所望の最大せん断力を選定し、この選定した最大せん断力と、上記算出した最大せん断力とを比較して、フレッシュモルタル等の強度を推定可能としたことを特徴とするフレッシュモルタル等のコンシステンシー評価方法を提供するものである。

ここで、フレッシュモルタル等とは、例えば、通常のモルタル、コンクリートをウエットスクリーニングして得られたモルタル、セメントミルク、漆喰、ポリマーセメントモルタル等をいう。

また、本発明は、以下の構成にも特徴を有する。

（１）あらかじめ実験室で得られた水／粉体比毎の経過時間と最大せん断力との関係グラフに、請求項１にて算出した最大せん断力を対応させて、施工現場で実際に配合された水／粉体比を推定可能としたこと。

（２）あらかじめ実験室で得られた水／粉体比毎の経過時間と最大せん断力との関係グラフに、請求項１にて算出した最大せん断力と請求項２にて推定した水／粉体比とを対応させて、可使時間を割り出し可能としたこと。

（１）請求項１記載の本発明に係るフレッシュモルタル等のコンシステンシー評価方法では、施工現場において、混練したフレッシュモルタル等の中にベーンブレードを挿入すると共に、同ベーンブレードを回転させた際に、同ベーンブレードがフレッシュモルタル等から受ける最大回転モーメントを測定して、同最大回転モーメントの測定値よりフレッシュモルタル等の最大せん断力を算出する一方、あらかじめ設定したフロー値から、所望の最大せん断力を選定し、この選定した最大せん断力と、上記算出した最大せん断力とを比較して、フレッシュモルタル等の強度を推定可能としている。

このようにして、施工現場において、物理量であるフレッシュモルタル等の最大回転モーメントを簡単にかつ確実に測定して、同最大回転モーメントの測定値よりフレッシュモルタル等の最大せん断力を簡単に算出することができる。

また、実験室において、フレッシュモルタル等のフロー値と最大せん断力とを測定することにより、両者の関係グラフを得ることができ、かかる関係グラフから両者は強い相関関係にあることがわかる。

そして、かかる両者の相関関係を利用して、あらかじめ設定したフロー値から所望の最大せん断力を選定することができる。

そこで、実験室において選定した最大せん断力と、施工現場において算出した最大せん断力とを比較することにより、施工現場において混練したフレッシュモルタル等の強度を精度良く推定することができる。

その結果、最大せん断力によるコンシステンシーの評価方法は、妥当である上に、詳細に評価することができて、有利なものといえる。

（２）請求項２記載の本発に係るフレッシュモルタル等のコンシステンシー評価方法では、あらかじめ実験室で得られた水／粉体比毎の経過時間と最大せん断力との関係グラフに、請求項１にて算出した最大せん断力を対応させて、施工現場で実際に配合された水／粉体比を推定可能としている。

このようにして、施工現場において実際に配合された水／粉体比を、容易に推定することができるようにしているため、かかる水／粉体比が、あらかじめ設定されたものと異なる場合には、施工現場において、迅速かつ確実に調整・対応することができる。

その結果、フレッシュモルタル等の所望の強度を、確実に発現させることができる。

（３）請求項３記載の本発明に係るフレッシュモルタル等のコンシステンシー評価方法では、施工現場において、フレッシュモルタル等の最大回転モーメントを測定して、同最大回転モーメントの測定値よりフレッシュモルタル等の最大せん断力を算出する一方、あらかじめ実験室で得られた水／粉体比毎の経過時間と最大せん断力との関係グラフに、請求項１にて算出した最大せん断力と請求項２にて推定した水／粉体比とを対応させて、可使時間を割り出し可能としている。

このようにして、実験室において得られた水／粉体比毎の経過時間と最大せん断力との関係グラフに、施工現場において推定された水／粉体比とを対応させて、可使時間、すなわち、フレッシュモルタル等の練り上げ作業終了から施工開始までの時間を正確に割り出すことができる。

従って、作業者は、割り出された可使時間に基づいて、施工を計画的にかつ効率良く行うことができる。

また、作業条件によっては、施工現場において水／粉体比を調整することにより、適宜、可使時間を所望の長さに調整することもできる。

その結果、作業条件や作業者の熟練度・能力等に応じて、施工精度と施工能率を著しく向上させることができる。

以下に、本発明に係るフレッシュモルタル等のコンシステンシー評価方法の最良の形態について、図面を参照しながら説明する。

ここで、本実施の形態では、フレッシュモルタル等としてＰＣＭ（ポリマーセメントモルタル）を使用しており、同ＰＣＭは、表１に示すように、特殊セメントと骨材と有機質混和材と有機質短繊維（以下，「粉体Ｐｗ」という）を主要成分として、表１に示す重量比にて構成しているものである。

まず、施工現場において、図１及び図２に示すモーメント測定装置Ａにより、混練したＰＣＭの最大回転モーメントＭmaxを測定する。

ここで、モーメント測定装置Ａは、図１及び図２に示すように、上端面開放の容器１と、同容器１内に上方から挿入して配置した装置本体２とを具備している。

そして、装置本体２は、回転操作体３と、同回転操作体３に取り付けたトルクメータ４と、同トルクメータ４に上端部を連動連結したベーンシャフト５と、同ベーンシャフト５の下端部に直交させて取り付けた二枚のベーンブレード6,6と、上記ベーンシャフト５の中途部に取り付けて、容器１の上端部に固定する固定体７と、同固定体７に取り付けた回転角度表示計８とを具備している。図２中、Ｗは容器１の外径（例えば、１５０mm）、Ｈ1はベーンブレード６の高さ（例えば、４０mm）、Ｈ2はベーンブレード６の埋設深さ（例えば、１０mm）、Ｄはベーンブレード６の幅（例えば、１０mm）である。

また、ＰＣＭの混練作業は、例えば、ホバート型モルタル練りミキサーを使用して、低速で空練りを一定時間（例えば、１０秒間）行い、次に、練り混ぜを一定時間（例えば、９０秒間）行い、次に、掻き落としを行い、次に、練り混ぜを一定時間（例えば、２１０秒間）行う。

このようにして、練り上げたＰＣＭの最大モーメントＭmaxを測定する際には、容器１中に練り上げたＰＣＭ10を入れ、同ＰＣＭ10中にベーンブレード6,6を挿入させると共に、同状態にて容器１の上端部に固定体７を固定して、ベーンシャフト５を鉛直に起立させた状態となす。

続いて、回転操作体３を把持して、一定速度（例えば、毎秒１０°）にてベーンシャフト５の軸線廻りに回転させる。

そして、この際にベーブレード6,6がＰＣＭ10から受ける抵抗力がベーンシャフト５を介してトルクメータ４にモーメントとして検出されるものであり、同トルクメータ４により最大回転モーメントＭmaxを測定することができる。

次に、上記のように測定した最大回転モーメントより下記の数式（１）を用いて最大せん断力τ_maxを算出し、同最大せん断力τ_maxをＰＣＭ10のコンシステンシーの評価指標とすることができる。

また、ＰＣＭ10において、図６〜図８に、それぞれフロー値と最大せん断力との関係、スランプ値と最大せん断力との関係、及び、Ｗ／Ｐｗ（水／粉体比）と最大せん断力との関係を示すように、最大せん断力は、既往のコンシステンシー評価指標であるフロー値、スランプ値、及び、Ｗ／Ｐｗ（水／粉体比）との間に強い相関関係があり、いずれの関係も指数関数で表現することができる。なお、フロー値は、フロー試験（JIS R 5201）により得られた値であり、また、スランプ値は、スランプ試験（JIS A1171）により得られた値である。

そして、Ｗ／Ｐｗ（水／粉体比）とフロー値と最大せん断力との関係は、線形軸を用いて示すと図９のようになり、Ｗ／Ｐｗ（水／粉体比）と最大せん断力との関係を、実線のようなＷ／Ｐｗ＝１７％の付近を変化点とした直線で表すと、強い相関性が得られた。

ここで、実際の吹き付け施工におけるフロー値の目安は、１３０mm〜１５０mmであり、Ｗ／Ｐｗで表すと１７％前後となり、その範囲におけるＰＣＭ10のコンシステンシーの状態の変化が示唆されるが、フロー値はＷ／Ｐｗとの関係が直線的であることから、その変化を表現することが困難である。

一方、最大せん断力では、上記の通り同範囲に変化点が現れることから、ＰＣＭ10の正常の変化を実際に近い形で表現しているといえる。

これらより、最大せん断力による評価方法は、フロー試験に比べ、ＰＣＭ10のコンシステンシーをより詳細に評価することが可能である。

すなわち、図９の説明図である図３に示すように、フロー値を１３５mmと設定することにより、同フロー値１３５mmと、フロー値と最大せん断力との直線関係を示すフロー・せん断直線L1との交点P1に対応するＷ／Ｐｗの値ａと、同交点P1と、Ｗ／Ｐｗと最大せん断力との直線関係を示す水／粉体比・せん断直線L2との交点P2に対応する最大せん断力の値ｂとを選定することができる。

また、フロー値を１４０mmと設定することにより、同フロー値１４０mmと、フロー値と最大せん断力との直線関係を示すフロー・せん断直線L1との交点P3に対応するＷ／Ｐｗの値ｃと、同交点P3と、Ｗ／Ｐｗと最大せん断力との直線関係を示す水／粉体比・せん断直線L3との交点P4に対応する最大せん断力の値ｄとを選定することができる。

そして、選定した最大せん断力の値b,dと、算出した最大せん断力τ_maxとを比較することにより、ＰＣＭ10の強度を推定することができる。

また、図４に示すように、あらかじめ実験室で得られた水／粉体比毎の経過時間と最大せん断力との関係グラフG1,G2,G3,G4,G5に、算出した最大せん断力τ_maxを対応させることにより、施工現場で実際に配合された水／粉体比を推定することができる。

すなわち、算出した最大せん断力τ_maxとして、値ｅが得られた場合に、経過時間をｔ1と設定すると、水／粉体比の値ｆを選定することができ、かかる水／粉体比の値ｆが適切な値かどうかを検討して、水と粉体との比が所望の値となるように、速やかに調整することができる。

さらには、図４に示す関係グラフG1,G2,G3,G4,G5に、算出した最大せん断力τ_maxとして得られた値ｇと、上記のようにして推定した水／粉体比の関係グラフG2との交点P5から、対応する経過時間としての可使時間t2を割り出すことができる。

ここで、図５に示すように、天井部11にＰＣＭ10を塗布した際に、同ＰＣＭ10の自重により垂れ下がり部12が形成されるが、この垂れ下がり部12の落下を防止する限界は、最大せん断力τ_max＞垂れ下がり部12の重量Ｗａ／断面積Ｚである。Ｗ1は、垂れ下がり部12が生じている部分のＰＣＭ10の肉厚である。

従って、かかる最大せん断力を確保することのできる可使時間t2を割り出しておくことにより、適切な施工時間を計画することができる。

以下に、実験室における実験内容とその結果を実施例として説明する。

〔最大せん断力によるＷ／Ｐｗの推定〕
実際の施工におけるＰＣＭのフロー値の目安が１３０mmから１５０mmであることを考慮して、予備実験で得た図１０のＷ／Ｐｗとフロー値との関係から本実験のＷ／Ｐｗを１５.５％から１７.５％に設定した。

そして、Ｗ／Ｐｗ＝１５.５，１６.０，１６.５，１７.０，１７.５％の５水準のＰＣＭを製造し、練り上がり後の最大せん断力の経時変化を測定した。測定時間は１０分間とし、１時間まで行った。

〔打ち込み時間までの経過時間と強度の関係〕
一般に強度に影響しない施工可能時間は練り混ぜから１時間以内とされていることから、練り上がり後１時間までのＰＣＭを用いて製作した供試体の圧縮・曲げ・付着試験を「ポリマーセメントモルタルの試験方法JIS A 1171」に準拠して行った。

ＰＣＭの配合は、Ｗ／Ｐｗ＝１６.５％とし、圧縮／曲げ試験供試体は、テーブルバイブレータによる方法(JIS R 5201)で締め固め、付着試験供試体はコテ塗りによる方法で製作した。

〔実験結果〕
（最大せん断力によるＷ／Ｐｗの推定）
図１１に練り上がりからの経過時間と最大せん断力の関係を示す。図のように、いずれのＷ／Ｐｗにおいても経過時間と最大せん断力には強い相関が見られ、経過時間と最大せん断力の関係からＷ／Ｐｗが推定できるものと考えられる。

また、この相関を利用すれば、フレッシュ時のＰＣＭのコンシステンシーから硬化後の強度を推定できる可能性がある。

（打ち込みまでの経過時間と強度の関係）
図１２に練り上がりからの経過時間と強度の関係を示す。図は、経過時間と強度の間には有意な相関がないことを示しており、練り上がりからの経過時間が６０分までであれば、打ち込みまでの経過時間が硬化後の強度に及ぼす影響は極めて小さいことがわかる。

〔まとめ〕
（１）ＰＣＭの練り上がりからの最大せん断力の変化でＷ／Ｐｗを推定することができる。

（２）練り混ぜ経過後１時間までであれば、練り置き時間はＰＣＭの品質に影響を及ぼさないと判断できる。

〔コンシステンシーの評価方法〕
ＰＣＭのコンシステンシーは、一般にフロー値により評価される。しかし、フロー値は工学量であるため吹き付けメカニズムの検討には適さないことから、物理量である最大せん断力によるコンシステンシー評価を試みた。最大せん断力の測定には、前記したモーメント測定装置Ａを用いた。

〔吹き付け条件と強度の関係〕
ＰＣＭは床に置いた型枠に上方向から垂直に吹き付けた。型枠は化粧合板製型枠（３０×３０×４cm）と強さ試験用型枠（４×４×１６cm）を用いた。表２に吹き付け条件を示す。

脱型は、打ち込み後、２４時間で行い、材令７日まで標準養生を行った後に、JIS R 5201に準拠して曲げ強度と圧縮強度を測定した。なお、平板試供体（３０×３０×４cm）は、材令５日にカッターで４×４×１６cmに切り出した。

〔吹き付け条件と吹き付け性状の関係〕
付着試験用標準試験板（３０×３０×６cm）を縦置きにし、垂直面に対して水平方向から１０秒間ＰＣＭを吹き付けた。表３に吹き付け条件を示す。

なお、試験板の表面はグラインダーで荒く研磨した後にサンドペーパー（NO.150）で仕上げた。吹き付け性状の評価は、層厚、たれ、付着の状況等を目視にて観察した。

〔実験結果〕
（フロー値と最大せん断力の関係）
図１３に、ＰＣＭの最大せん断力とフロー値の関係を示す。図のように、両者は強い相関関係にあり、最大せん断力もＰＣＭのコンシステンシーの評価指標となり得るものと考えられる。

（吹き付け条件と強度の関係）
図１４に吹き付け距離と強度の関係を示す。図から吹き付け距離により圧縮強度が若干変動するが、同一条件での結果のばらつきを考慮すると、その差はほとんどないと判断できる。また、他の条件（Ｗ／Ｃ＝１８％、２０％）の場合も、同じ傾向にあることから、吹き付け距離はＰＣＭ強度に影響しないといえる。

（吹き付け条件と吹き付け性状の関係）
図１５に吹き付け条件毎の垂直中央断面の層厚分布と正面から撮影した画像を示す。まず、たれは、Ｗ／Ｃ＝１８％と２０％で発生した。このことから、たれの発生を決定するτ_maxの境界値は、τ_max＝１０８６Pa〜１９６５Pa間にあると推定される。

また、Ｗ／Ｃ＝１６.５％の距離１０cmと、Ｗ／Ｃ＝２０％の距離３０cmで、吹き付け後に壁面に沿ってＰＣＭが落下した。この原因として、前者はτ_maxが大きいことで層厚が厚くなり、単位付着面積に作用する自重が大きいためで、後者はτ_maxが小さいとＰＣＭと壁面の付着力も小さくなるためと推察される。

以上のことから、τ_maxはＰＣＭのたれの発生や吹き付け可能な層厚などの推定に利用できるものと考えられる。

〔まとめ〕
本実験の結果をまとめると、以下のようである。

（１）最大せん断力もＰＣＭのコンシステンシーの評価指標となる。

（２）垂直下方向に吹き付けた場合の強度は、吹き付け距離の影響をほとんど受けない。

（３）τ_maxはＰＣＭのたれの発生や吹き付け可能な層厚などの推定に利用できるものと考えられる。

モーメント測定装置の斜視図。 同モーメント測定装置の断面正面説明図。 Ｗ／Ｐｗとフロー値及び最大せん断力の関係を示すグラフ。 Ｗ／Ｐｗ毎の経過時間と最大せん断力の関係を示すグラフ。 ＰＣＭを塗布した天井部のたれの説明図。 フロー値と最大せん断力の関係を示すグラフ。 スランプ値と最大せん断力の関係を示すグラフ。 Ｗ／Ｐｗと最大せん断力の関係を示すグラフ。 Ｗ／Ｐｗとフロー値及び最大せん断力の関係を示すグラフ。 Ｗ／Ｐｗとフロー値の関係を示すグラフ。 Ｗ／Ｐｗ毎の経過時間と最大せん断力の関係を示すグラフ。 経過時間と強度試験の関係を示すグラフ。 最大せん断力とフロー値の関係を示すグラフ。 吹き付け距離と強度の関係を示すグラフ。 吹き付け後のＰＣＭの状態を示す説明図。

符号の説明

Ａ モーメント測定装置
１ 容器
２ 装置本体
３ 回転操作体
４ トルクメータ
５ ベーンシャフト
６ ベーンブレード
７ 固定体
８ 回転角度表示計
10 ＰＣＭ
11 天井部
12 垂れ下がり部

Claims (3)

1. 施工現場において、混練したフレッシュモルタル等の中にベーンブレードを挿入すると共に、同ベーンブレードを回転させた際に、同ベーンブレードがフレッシュモルタル等から受ける最大回転モーメントを測定して、同最大回転モーメントの測定値よりフレッシュモルタル等の最大せん断力を算出する一方、
   あらかじめ設定したフロー値から、所望の最大せん断力を選定し、この選定した最大せん断力と、上記算出した最大せん断力とを比較して、フレッシュモルタル等の強度を推定可能としたことを特徴とするフレッシュモルタル等のコンシステンシー評価方法。
2. あらかじめ実験室で得られた水／粉体比毎の経過時間と最大せん断力との関係グラフに、請求項１にて算出した最大せん断力を対応させて、施工現場で実際に配合された水／粉体比を推定可能としたことを特徴とするフレッシュモルタル等のコンシステンシー評価方法。
3. あらかじめ実験室で得られた水／粉体比毎の経過時間と最大せん断力との関係グラフに、請求項１にて算出した最大せん断力と請求項２にて推定した水／粉体比とを対応させて、可使時間を割り出し可能としたことを特徴とするフレッシュモルタル等のコンシステンシー評価方法。

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