JP2008031008A - 低収縮モルタル組成物 - Google Patents

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Abstract

【課題】乾燥収縮を著しく低減するだけでなく、中性化抑制効果を有し、凝結促進剤を併用しなくても低温性状を改善できる低収縮モルタル組成物を提供する。
【解決手段】アルミナセメント、骨材、膨張材、および一般式(1)で表されるA成分が10〜90質量%、一般式(2)で表されるB成分が10〜90質量%の割合からなる乾燥収縮低減剤を含有することを特徴とする低収縮モルタル組成物。
一般式(1) HO{(AO)a(C24O)b}−H
ただし、AOは炭素数3および/または4のオキシアルキレン基を表し、a、bはそれぞれ、1≦a、1≦bであり、また、2≦(a+b)≦30、0.4≦a/bである。ランダム付加物でもブロック付加物でも良い。
一般式(2) R´O(A´O)n´−H
ただし、R´は炭素数で2〜8のアルキル基を表し、A´Oは炭素数2および/または3のオキシアルキレン基を表し、n´は1〜10を表す。
【選択図】なし

Description

本発明は、主に土木、建築分野において使用されるモルタル組成物に関する。
土木、建築工事で使用されるモルタルに発生するひび割れには、硬化しつつある段階で表面の温度低下や風等が原因で発生するひび割れ、セメントの水和による自己収縮で発生するひび割れ、断面の大きな箇所で補修した場合に著しい水和熱が発生して生じるひび割れ、硬化後徐々に乾燥し水分が逸散することで発生する乾燥収縮によるひび割れ等がある。
モルタルの乾燥収縮によるひび割れ防止対策として、従来から乾燥収縮低減剤が使用されている。例えば、炭素数1〜4の低級アルコールのアルキレンオキサイド付加物(特許文献1)、エチレンオキサイド、プロピレンオキサイドのブロックまたはランダム化合物(特許文献2)、フェノールまたはアルキルフェノールのアルキルオキサイド付加物(特許文献3)、ビスフェノールのアルキルオキサイド付加物(特許文献4)、鎖状炭化水素にエチレンオキサイドとプロピレンオキサイド付加物(特許文献5)等が知られている。
特公昭56−51148号公報 特公平1−53214号公報 特公昭62−10947号公報 特公平5−40714号公報 特開2001−163653号公報
しかしながら、従来の乾燥収縮低減剤は充分な性能ではなく、低温性状における強度発現が遅れるという問題もあった。また、エチレンオキサイドとプロピレンオキサイドとの共重合により構成されたポリオキシアルキレン基を有する化合物とオキシエチレンを有する化合物とを組み合わせた乾燥収縮低減剤は、硬化体の強度低下を起こさず、効率的に乾燥収縮を抑制することが知られているが(特許文献6)、中性化抑制や低温性状における強度発現に関する記載はない。
特開2003−171155号公報
また、乾燥収縮低減剤を補修用途の材料に配合し乾燥収縮を抑制する技術として、例えば、ある特定のポリオキシアルキレン誘導体をポリマーセメントモルタルに配合した吹付け材料(特許文献7)や、ある特定のポリオキシアルキレン誘導体を配合したモルタルにアルミン酸塩や炭酸塩、硫酸アルミニウムを急結剤として混合する吹付け材料等が知られている(特許文献8、9)。これらは、低温性状についての記載がない。
特開2004−203699号公報 特開2005−082432号公報 特開2005−104826号公報
さらに、ある特定のポリオキシアルキレン誘導体を使用した場合の低温性状を改善する目的でケイ酸塩や有機カルボン酸金属塩等の凝結促進剤を配合する技術も知られている(特許文献10、11)。
特開2005−089227号公報 特開2005−089228号公報
本発明は、特定の乾燥収縮低減剤などを使用することによって、乾燥収縮を著しく低減するだけでなく、中性化抑制効果を有し、低温性状が良好な低収縮モルタル組成物を提供する。
すなわち、本発明は、以下の構成を取る。
(1)アルミナセメント、骨材、膨張材、および一般式(1)で表されるA成分が10〜90質量%、一般式(2)で表されるB成分が10〜90質量%の割合からなる乾燥収縮低減剤を含有することを特徴とする低収縮モルタル組成物。
一般式(1) HO{(AO)a(C24O)b}−H
ただし、AOは炭素数3および/または4のオキシアルキレン基を表し、a、bはそれぞれ、1≦a、1≦bであり、また、2≦(a+b)≦30、0.4≦a/bである。ランダム付加物でもブロック付加物でも良い。
一般式(2) R´O(A´O)n´−H
ただし、R´は炭素数で2〜8のアルキル基を表し、A´Oは炭素数2および/または3のオキシアルキレン基を表し、n´は1〜10を表す。
(2)乾燥収縮低減剤が液体である(1)の低収縮モルタル組成物。
(3)スラグ、シリカフューム、およびフライアッシュの中から選ばれる一種以上の無機粉末を含有する(1)または(2)の低収縮モルタル組成物。
(4)ポリマーディスパージョンを含有する(1)〜(3)のいずれかの低収縮モルタル組成物。
(5)繊維を含有する(1)〜(4)のいずれかの低収縮モルタル組成物。
(6)凝結促進剤を含有する(1)〜(5)のいずれかの低収縮モルタル組成物。
(7)消泡剤を含有する(1)〜(6)のいずれかの低収縮モルタル組成物。
本発明は、従来の乾燥収縮低減剤とは異なる組成の乾燥収縮低減剤などにより、乾燥収縮を著しく低減するだけでなく、中性化抑制効果を有し、低温性状が良好な低収縮モルタル組成物が得られる。
以下、本発明を詳細に説明する。
本発明で使用するアルミナセメントとは、モノカルシウムアルミネートを主要鉱物として含有するクリンカー粉砕物から得られるものであり、例えば、アルミナセメント1号やアルミナセメント2号などが使用できる。アルミナセメントの粉末度は、水和活性の点で2000〜8000cm/gが好ましい。また、アルミナセメントの粒度調整を行い、粒子径5μm以下の粒子を全体の30質量%未満としたものが硬化するときの収縮が小さくなるので好ましい。
本発明で使用する骨材とは、通常のモルタルに使用できるものであれば特に限定されるものではなく、川砂、川砂利、陸砂、陸砂利、砕砂、海砂等の天然骨材や、フライアッシュバルーン、黒曜石を原料として焼成して製造した骨材、セラミックバルーン、シラスバルーン、廃ガラスを原料とし焼成して製造した軽量骨材や、比重3.0g/cm以上の重量骨材を使用することもできる。重量骨材としては、例えば、電気炉酸化期スラグ系骨材や、フェロニッケルスラグ、フェロクロムスラグ、銅スラグ、亜鉛スラグおよび鉛スラグなどを総称する非鉄精錬スラグ骨材等が挙げられる。
本発明の乾燥収縮低減剤は、一般式(1)で表されるA成分と一般式(2)で表されるB成分を組み合わせたことに特徴がある。
A成分は、一般式(1) HO{(AO)a(C24O)b}−Hで表されるものである。一般式(1)に示されるAOは、炭素数3および/または4のオキシアルキレン基を表す。炭素数3はオキシプロピレン基、炭素数4はオキシブチレン基を表す。AOは炭素数が5以上であるとセメントと混和する場合、混合による均一化が期待できず、乾燥収縮低減効果が小さくなるので炭素数4以下が好ましい。AOがオキシプロピレン基とオキシブチレン基との共重合の場合は、ランダム付加でもブロック付加でもよい。a、bは、それぞれ、1≦a、1≦bを示し、また、2≦(a+b)≦30、0.4≦a/bを示す。好ましくは12≦(a+b)≦30である。また、1≦a/b≦10がより好ましく、さらに好ましくは1≦a/b≦5である。a、bがこの範囲を外れるとセメントと混和する場合、空気連行性が大きくなり、強度低下を生じ、乾燥収縮低減効果も小さくなる場合がある。(AO)と(CO)との組み合わせは、ランダム付加物でもブロック付加物でも良い。
B成分は、一般式(2) R´O(A´O)n´−Hで表されるものである。一般式(2)で示されるRは、炭素数2〜8のアルキル基を表し、例えば、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、イソブチル基、t−ブチル基、n−ペンチル基、イソペンチル基、n−ヘキシル基、イソヘキシル基、n−ヘプチル基、イソヘプチル基、n−オクチル基、イソオクチル基を表し、n−ブチル基、イソブチル基、t−ブチル基が好ましく、n−ブチル基がより好ましい。A´Oは炭素数2および/または3のオキシアルキレン基を表す。炭素数2はオキシエチレン基、炭素数3はオキシプロピレン基を表す。nは1〜10を表し、A´Oが2種以上のオキシアルキレン基の場合は、オキシエチレン基、オキシプロピレン基の重合形態は特に限定されず、ランダム共重合、ブロック共重合、ランダム共重合/ブロック共重合であって良い。nが10を超えると、乾燥収縮低減効果が小さくなるので10以下が好ましく、1〜5がさらに好ましい。
本発明の乾燥収縮低減剤のA成分とB成分との配合割合は、A成分が10〜90質量%、B成分が10〜90質量%が好ましい。A成分が10質量%よりも少ない場合や90質量%より多い場合は、充分な複合効果が得られず乾燥収縮低減効果が小さくなる。また、A成分が10質量%より少ないと強度発現が改善できない場合がある。
本発明の乾燥収縮低減剤の使用量は、アルミナセメント100質量部に対して、0.1〜10質量部が好ましく、0.5〜5質量部がより好ましい。0.1質量部未満では効果は小さく、10質量部を超えると強度発現に影響する場合がある。
本発明の乾燥収縮低減剤は、固体状および液状であってもよいが、液状である方がアルミナセメントや砂と混合した場合の均一性が優れる。
本発明の乾燥収縮低減剤の混合方法は、施工現場で水と練り混ぜるときに添加して混合してもよく、予めドライモルタルにプレミックスしても良い。現場で添加する場合は計量する作業が生じるので作業の簡素化を考慮すれば予めプレミックスした方がよい。
本発明で使用する膨張材は、モルタルの収縮抑制効果を発揮するために使用するもので、本発明の乾燥収縮低減剤と併用することで相乗効果が期待できる。
膨張材の種類としては、特に限定されるものではなく、一般に市販されているものが使用できる。例えば、エトリンガイト系膨張材、石灰系膨張材、石灰−エトリンガイト複合系膨張材等が挙げられる。これらを2種以上混合して使用してもよい。
本発明の膨張材の使用量は、アルミナセメント100質量部に対して、1〜10質量部が好ましく、2〜8質量部がより好ましい。1質量部未満では、充分な収縮抑制の相乗効果が期待できず、10質量部を超えると膨張が大きすぎて強度低下を起こす場合がある。
本発明で使用するポリマーディスパージョンとは、例えば、JIS A 6203で規定されているセメント混和用のポリマーであり、中性化、塩害、凍害等の耐久性を向上させ、モルタルの付着強度、曲げ強度、引張強度等の強度特性を改善する目的で使用する。例えば、アクリロニトリル・ブタジエンゴム、スチレン・ブタジエンゴム、クロロプレンゴム、および天然ゴム等のゴムラテックス、エチレン・酢酸ビニル共重合体、ポリアクリル酸エステル、酢酸ビニルビニルバーサテート系共重合体、およびスチレン・アクリル酸エステル共重合体やアクリロニトリル・アクリル酸エステルに代表されるアクリル酸エステル系共重合体、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂に代表される液状ポリマー等が挙げられ、これらの1種または2種以上の混合物を使用できる。
本発明のポリマーディスパージョンの使用量は、アルミナセメント100質量部に対して、固形分換算で1〜20質量部が好ましく、3〜15質量部がより好ましい。1質量部未満では耐久性の向上効果が小さく、20質量部を超えると強度発現性に影響する場合がある。
本発明で使用する無機粉末とは、スラグ、シリカフューム、フライアッシュの中から選ばれる少なくとも1種であり、ダレ防止や各種耐久性を改善する目的で使用する。
本発明の無機粉末の使用量は、アルミナセメント100質量部に対して、1〜20質量部が好ましく、3〜15質量部がより好ましい。1質量部未満ではダレ防止効果が小さく、20質量部を超えると強度発現性が低下する場合がある。
本発明で使用する繊維とは、モルタルのダレを改善したり、硬化する前のひび割れ防止効果を付与する目的で使用する。繊維の種類としては、特に限定されるものではなく、無機繊維、高分子繊維のいずれも使用できる。無機繊維としては、フライアッシュ、スラグ、玄武岩等を原料とし溶融吹き飛ばしたロックウールや溶融紡糸した繊維状のもの、ガラス繊維、鋼繊維等が挙げられる。高分子繊維としては、ビニロン繊維、ポリプロピレン繊維、ポリエチレン繊維、ナイロン繊維、アクリル繊維等が挙げられる。
本発明の繊維の使用量は、アルミナセメントと骨材あるいはアルミナセメントと無機粉末と骨材の合計100質量部に対して、0.02〜2質量部が好ましく、0.05〜1質量部がより好ましい。0.02質量部未満ではひび割れ抑制効果が小さく、2質量部を超えると適度なモルタルの流動性を確保しづらくなる。
本発明で使用する凝結促進剤とは、硬化時間をコントロールするもので、特に低温環境下で使用するものであり、炭酸、重炭酸、硫酸、ケイ酸、リン酸、硝酸、亜硝酸等のナトリウム塩、カリウム塩、及びリチウム塩や、ステアリン酸、乳酸、クエン酸等の有機酸のリチウム塩や、リチウムを含有する粘土鉱物等が挙げられる。硬化時間の調整のし易さの点でリチウムを含有する粘土鉱物が好ましい。
本発明の凝結促進剤の使用量は、アルミナセメント100質量部に対して、0.01〜1質量部が好ましく,0.05〜0.5質量部がより好ましい。0.01質量部未満では、凝結促進効果が小さく、1質量部を超えると凝結時間が早くなり、作業性が悪くなる場合がある。
本発明で使用する消泡剤とは、適度な空気連行性を調整する目的で使用する。消泡剤の種類としては、高級脂肪酸のアルキレンオキサイド付加物、グリコールのエチレンオキサイド付加物等のポリエーテル系消泡剤、ジメチルシリコーン等のシリコーン系消泡剤、トリブチルホスフェート等のトリアルキルホスフェート系消泡剤等がある。
本発明の消泡剤の使用量は、アルミナセメント100質量部に対して、0.001〜0.5質量部が好ましく、0.003〜0.1質量部がより好ましい。0.001質量部未満では消泡効果は小さく、0.5質量部を超えても消泡効果が頭打ちとなり不経済となる場合がある。
本発明の低収縮モルタル組成物は、その性能に悪影響を与えない範囲で各種混和剤を添加することができる。例えば、AE減水剤、高性能AE減水剤、流動化剤、防錆剤、防凍剤、凝結調整剤、粘土鉱物、増粘剤、抗菌剤等が挙げられる。
本発明の低収縮モルタル組成物を用いた施工方法は、特に限定されるものではない。補修工事で行われている左官工法、吹付け工法、グラウト工法いずれの工法でも使用できる。例えば、欠損した箇所あるいは劣化部を除去した後の断面修復、不陸箇所等を平滑にする表面被覆材として使用可能である。それぞれの工法に適合するモルタル性状に水量や各種混和剤等を使用して調整すればよい。
以下、実施例で説明する。
アルミナセメント100質量部に対して、骨材(砂)200質量部、表1に示すA成分として(イ)50質量部とB成分として(ロ)50質量部の混合物からなる乾燥収縮低減剤2質量部、膨張材を表2に示すように加え低収縮モルタル組成物を調製した。その低収縮モルタル組成物100質量部に対して水を45質量部加えモルタルミキサーで練混ぜた。得られたモルタルについて養生後、圧縮強度比、乾燥収縮低減比、中性化深さを測定した。なお、比較例(実験No.1-1〜実験No.1-5)では乾燥収縮低減剤をモルタルに加えなかった。結果を表2に示す。
(使用材料)
アルミナセメント:電気化学工業社製、アルミナセメント1号
膨張材:電気化学工業社製、CSA#20
砂:東海リテック社製、5、6、7号の各硅砂を等量配合、最大粒径1.2mm
水:水道水
乾燥収縮低減剤:表1に示す(イ)50質量部と表2に示す(ロ)50質量部の混合物
Figure 2008031008
(試験方法)
圧縮強度比:得られたモルタルを4×4×16cmの型枠に詰め、温度20℃、湿度60%の部屋で気中養生した。その時の測定材齢は1日及び28日。また、温度5℃、湿度60%の部屋で気中養生した。その時の測定材齢は1日、28日。圧縮強度の測定はJIS R 5201に準拠した。圧縮強度比は、各材齢において、本発明の乾燥収縮低減剤を含むモルタルの圧縮強度測定値/乾燥収縮低減剤無添加のモルタルの圧縮強度測定値として%で表した。
乾燥収縮低減比:JIS A 1129−3のモルタル及びコンクリートの長さ変化試験方法、ダイヤルゲージ法に準拠し温度20℃、湿度60%で材齢2日を基点とし材齢30日後の長さ変化を測定した。乾燥収縮低減比は、材齢30日後の本発明の乾燥収縮低減剤を含むモルタルの長さ変化測定値/乾燥収縮低減剤無添加のモルタルの長さ変化測定値として%で表した。
中性化深さ:JIS A 1171に準拠して測定した。
Figure 2008031008
表2より、本発明の低収縮モルタル組成物は、常温、低温において圧縮強度発現性は良好で、乾燥収縮を著しく低減していることが分かる。また、優れた中性化抑制効果を有していることが分かる。
実施例1の実験No.1-8において、乾燥収縮低減剤のA成分とB成分の種類(表1、表3)と配合割合を表4に示すように変えたこと以外は実施例1と同様に行った。結果を表4に示す。
Figure 2008031008
Figure 2008031008
表4より、本発明の低収縮モルタル組成物は、常温、低温において圧縮強度発現性は良好で、乾燥収縮を著しく低減していることが分かる。また、優れた中性化抑制効果を有していることが分かる。
実施例1の実験No.1-8において、乾燥収縮低減剤の使用量を表5に示すように変えたこと以外は実施例1と同様に行った。結果を表5に示す。
Figure 2008031008
表5より、本発明の低収縮モルタル組成物は、常温、低温において圧縮強度発現性は良好で、乾燥収縮を著しく低減していることが分かる。また、優れた中性化抑制効果を有していることが分かる。
実施例1の実験No.1-8において、さらに、アルミナセメント100質量部に対して、ポリマーディスパージョン(固形分換算)の使用量を表6に示すように変えたこと以外は実施例1と同様に行った。結果を表6に示す。
(使用材料)
ポリマーディスパージョン:エロテックス社製、再乳化型粉末スチレン−アクリル系樹脂
Figure 2008031008
表6より、本発明の低収縮モルタル組成物は、ポリマーディスパージョンを添加することにより、さらに乾燥収縮を低減し、より優れた中性化抑制効果を有していることが分かる。
実施例1の実験No.1-8において、さらに、アルミナセメント100質量部に対して、無機粉末の使用量を表7に示すように変え、ダレ抵抗性を評価したこと以外は実施例1と同様に行った。結果を表7に示す。
(使用材料)
無機粉末:シリカフューム、市販品、BET比表面積10m/g
(試験方法)
ダレ抵抗性:縦30cm×横30cm×厚み6cmのコンクリート製平版の表面を湿らせ、厚み2cmでモルタルを塗り付けて24時間後の付着状態を観察した。異常なければ○とし、はらんだり、ずれ落ちたりすれば×とした。試験は温度20℃、湿度60%の室内で行った。
Figure 2008031008
表7より、本発明の低収縮モルタル組成物は、無機粉末を添加することにより、ダレ抵抗性が良好であることが分かる。
実施例1の実験No.1-8において、さらに、アルミナセメントと砂の合計100質量部に対して、繊維の使用量を表8に示すように変え、実施例5と同様にダレ抵抗性を測定し、さらに、モルタルの硬化前のひび割れ抵抗性を測定したこと以外は実施例1と同様に行った。結果を表8に示す。
(使用材料)
繊維:クラレ社製、ビニロン繊維、繊維長6mm、繊維径26μm
(試験方法)
硬化前のひび割れ抵抗性:横30cm×縦30cm×厚さ6cmのコンクリート平板に厚み1cmとなるように打設した。打設完了した試験体は、度60%、度5℃で、風機で風速1〜3mの風をあてた状態で1日後のひび割れ状況を確認した。ひび割れ発生が無ければ○とし、微細ひび割れまたは2本以内の場合は△、3本以上の場合は×とした。
Figure 2008031008
表8より、本発明の低収縮モルタル組成物は、繊維を添加することにより、ダレ抵抗性、ひび割れ抵抗性が良好であることが分かる。
実施例1の実験No.1-8において、さらに、アルミナセメント100質量部に対して、凝結促進剤の使用量を表9に示すように変え、低温(5℃)での硬化性状を評価したこと以外は実施例1と同様に行った。結果を表9に示す。
(使用材料)
凝結促進剤:エレメンティスジャパン社製、ベントンOC、リチウム含有粘土鉱物(ヘクトライト)、リチウム含有量1質量%
(試験方法)
低温での硬化性状:5℃の恒温室において、4×4×16cmの型枠にモルタルを打設、その硬化時間(指で押してへこまない時点)を測定した。
Figure 2008031008
表9から、本発明の低収縮モルタル組成物は、凝結促進剤を添加することにより、低温での硬化性状が著しく向上することが分かる。
実施例1の実験No.1-8において、さらに、アルミナセメント100質量部に対して、消泡剤の使用量を表10に示すように変え、モルタルの単位容積質量を測定したこと以外は実施例1と同様に行った。結果を表10に示す。
(使用材料)
消泡剤:ポリエーテル系消泡剤、市販品
(試験方法)
単位容積質量:JIS A 1171に準拠して測定した。
Figure 2008031008
表10から、本発明の低収縮モルタル組成物は、消泡剤を添加すると、単位容積質量が増え、さらに乾燥収縮を低減し、より優れた中性化抑制効果を有していることが分かる。
本発明は、乾燥収縮を著しく低減するだけでなく、中性化抑制効果を有し、低温性状が良好な低収縮モルタル組成物が得られるので、土木、建築分野において、特に補修工事等に適用できる。

Claims (7)

  1. アルミナセメント、骨材、膨張材、および一般式(1)で表されるA成分が10〜90質量%、一般式(2)で表されるB成分が10〜90質量%の割合からなる乾燥収縮低減剤を含有することを特徴とする低収縮モルタル組成物。
    一般式(1) HO{(AO)a(C24O)b}−H
    ただし、AOは炭素数3および/または4のオキシアルキレン基を表し、a、bはそれぞれ、1≦a、1≦bであり、また、2≦(a+b)≦30、0.4≦a/bである。ランダム付加物でもブロック付加物でも良い。
    一般式(2) R´O(A´O)n´−H
    ただし、R´は炭素数で2〜8のアルキル基を表し、A´Oは炭素数2および/または3のオキシアルキレン基を表し、n´は1〜10を表す。
  2. 乾燥収縮低減剤が液体である請求項1記載の低収縮モルタル組成物。
  3. スラグ、シリカフューム、およびフライアッシュの中から選ばれる少なくとも1種の無機粉末を含有する請求項1または2記載の低収縮モルタル組成物。
  4. ポリマーディスパージョンを含有する請求項1〜3のいずれか1項記載の低収縮モルタル組成物。
  5. 繊維を含有する請求項1〜4のいずれか1項記載の低収縮モルタル組成物。
  6. 凝結促進剤を含有する請求項1〜5のいずれか1項記載の低収縮モルタル組成物。
  7. 消泡剤を含有する請求項1〜6のいずれか1項記載の低収縮モルタル組成物。
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