JP2008050212A - 吹付け材料及びそれを用いた吹付け工法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】セメントと、ポゾラン微粉末と、高分子増粘剤及び/又はホルマイト系鉱物と、骨材の砂と、軽量骨材と、膨張材と、収縮低減剤と、流動化剤及び/又は空気連行剤と、凝結促進剤と、溶融紡糸した玄武岩繊維とを含有する吹付け材料であり、
セメント100質量部に対して骨材の砂100〜260質量部、前記砂100質量部に対してかさ密度0.7g/cm3以下の軽量骨材を2〜15質量部含有する前記の吹付け材料である。高分子増粘剤がヒドロキシエチルメチルセルロースであり、結晶性シリカの含有率が1質量%以下のホルマイト鉱物であり、収縮低減剤が粉末状ポリオキシアルキレン誘導体であることが好ましい。前記吹付け材料を1層あたりの吹付け厚さを90mm以上とする吹付け工法である。
【選択図】なし
Description
このような補修工事では、修復断面積が広い場合は吹付け工法が多く適用される。吹付けによる施工方法は、一般的に、練り混ぜたモルタルをポンプで圧送し、圧縮空気と混合し、モルタルを吹き飛ばして施工する方法であり、システムが機械化されているので施工スピードが速く、補修断面への付着性に優れ、鉄筋裏側への密実な充填も可能という利点がある。
ポリマーエマルジョンを混和することにより、耐久性を向上させたり、付着力を向上させたり、粉塵やリバウンドを低減させたりする効果を付与できるが、ポリマーエマルジョンは高価な材料であり吹付けモルタルとして高価である。また、ポリマーエマルジョンを混和した吹付け材料の1層あたりの吹付け厚みは、天井面に吹き付けた場合50mm未満であり、それ以上厚みを増すとダレや剥がれが発生したりする。
一方、吹付け厚みを増すため、ポリマーセメントモルタルにセメントの硬化を促進する急結剤を添加する吹付け方法があり、50mm以上の厚付けが可能である。安定した厚付け性を確保するためには急結剤の添加が必須であり、急結剤を使用しないで安定した厚付け性を確保することは困難である。
また、ポリマーエマルジョンを含有しないセメントモルタルに急結剤を混入する技術も知られており、50mm以上の厚付けが可能であるが、トンネル等の一次覆工、地山崩落防止、のり面保護等の用途に限られている。また、補修材料の長期的な耐久性能は求められていないのが実情である。
例えば、セメント:砂:フライアッシュまたはスラグ微粉末=1:2.7:0.1〜4.0:1.0であるモルタルに対して、ホルマイト系鉱物の解砕物が対セメント重量比で0.5〜5.0%で含有され、さらに減水剤が対セメント重量比で0.5〜5.0%で含有する吹付け材料(特許文献1参照)。
また、水硬性セメント100重量部に対して細骨材100〜400重量部およびモンモリロナイト鉱物0.01〜10重量部とを含有する吹付け材料(特許文献2参照)。
さらに、従来工法の場合、1回あたりの塗り厚さは壁面で20〜40mm、天井面で10〜20mm程度であり多層塗りをしなければならないので、これを改善した補修用セメント組成物(特許文献3参照)。
特に環境条件が要因でのひび割れでは、温度、通風、湿度の影響で水分逸散速度が増大し、硬化する前あるいは硬化初期に発生する初期ひび割れが問題となる場合がある。特に、屋外での施工や適切な養生が行えない場所で注意が必要である。初期ひび割れを低減する方法としては、散水養生、シート養生等で水分逸散を抑制する方法もあるが、これら養生対策ができない場合は、エマルジョン系の被膜養生剤を散布したり、材料自体に初期ひび割れ抵抗性を持たせる必要があり、材料自体に初期ひび割れ抵抗性を持たせる方法として、短繊維を混入する方法がある(非特許文献1参照)。
浜田敏裕、末森寿志、斎藤忠、平居孝之、ビニロン短繊維によるコンクリートのプラスチック収縮ひび割れ抑制に関する実験的研究、コンクリート工学年次論文集、Vol.22、No.2、pp.319−324、2000
ロックウールは、例えば、安山岩、玄武岩、スラグ等を原料にキューポラや電気炉で1500〜1600℃の高温で溶かし、炉から流し遠心力や圧縮空気、高圧蒸気で吹き飛ばし繊維状とした人造鉱物繊維の一種であり、安価ではあるが、形態が綿状や粒状のものであるため、ドライモルタルへの均一混合ができないといった課題があり、人造鉱物繊維をドライの水硬性材料へ混合する場合は吹き飛ばしてウール状にしたものではなく、紡糸して繊維化したものが好ましい。例えば、石炭灰を数千度の高温で溶融紡糸して繊維化したフライアッシュファイバーで強化したセメント複合材料が知られている(特許文献4、5参照)。また、玄武岩を1500〜1600℃で溶融紡糸し繊維化する製造方法が知られている(特許文献6参照)。
さらに、ポリマーエマルジョンは高価な材料であり、補修モルタル自体のコストも高くなる等の課題があった。また、ポリマーエマルジョンを含まず急結剤を併用する場合は、耐久性能が一般コンクリートに比べ劣るという課題があった。
また、急結剤を併用しない場合、ホルマイト系鉱物やモンモリロナイト系鉱物を配合することでダレやリバウンドが減り厚付け性は良好になるが、補修材料としての耐久性能や、天井面でも安定して90mm以上厚付けできる性能を持つ材料がなかった。
(1)セメントと、ポゾラン微粉末と、高分子増粘剤及び/又はホルマイト系鉱物と、骨材の砂と、軽量骨材と、膨張材と、収縮低減剤と、流動化剤及び/又は空気連行剤と、凝結促進剤と、溶融紡糸した玄武岩繊維とを含有する吹付け材料。
(2)セメント100質量部に対して骨材の砂100〜260質量部、前記砂100質量部に対してかさ密度0.7g/cm3以下の軽量骨材を2〜15質量部含有する(1)の吹付け材料。
(3)高分子増粘剤がヒドロキシエチルメチルセルロースである(1)または(2)の吹付け材料。
(4)結晶性シリカの含有率が1質量%以下のホルマイト鉱物を使用することを特徴とする(1)〜(3)のいずれかの吹付け材料。
(5)収縮低減剤が粉末状ポリオキシアルキレン誘導体であり、その一般式がX{O(AO)nR}mで示され、Xが2〜8個の水酸基を有する化合物の残基、AOが炭素数2〜18のオキシアルキレン基、Rが水素原子、炭素数1〜18の炭化水素基、又は炭素数2〜18のアシル基、nが30〜1000、mが2〜8で、前記オキシアルキレン基の60モル%以上がオキシエチレン基である(1)〜(4)のいずれかの吹付け材料。
(6)(1)〜(5)のいずれかの吹付け材料を用いて1層あたりの吹付け厚さを90mm以上とする吹付け工法。
(7)(1)〜(5)のいずれかの吹付け材料を用いて補修したコンクリート。
ポゾラン微粉末の粒度は、特に限定されるものではないが、3000cm2/g以上が好ましい。
中でもヒドロキシエチルメチルセルロースが好ましい。ヒドロキシエチルメチルセルロース中のヒドロキシエトキシル基含有量は4〜20%で、この粉末を2%水溶液となるように熱水に混合後、分散した後、攪拌しながら冷却し30℃において光の透光度が45%以上のものが好ましい。このセルロース誘導体は、低温から高温領域の幅広い温度領域においてアルカリ中での溶解性に優れるため粘性付与効果にばらつきがないのが特徴であり、ホルマイト系鉱物と併用した場合、温度に左右されにくい安定的なチクソトロピック性を得ることができる。これに、他の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、ヒドロキシプロピルセルロース、カルボキシメチルセルロース、ポリビニルアルコール、ポリアクリル酸やそのナトリウム塩やカリウム塩、及びポリエチレンオキサイド等を併用することも可能である。
ホルマイト系鉱物の平均長さは、1〜3ミクロンのものが適度なチクソトロピック性を与える点で好ましい。また、結晶性シリカの含有率が1%以下のホルマイト鉱物を使用することが安全性の点で好ましい。
骨材は施工する現場で混合してもよいが、予めセメントと混合しておく場合は、骨材を乾燥させた乾燥骨材を使用すればよい。
軽量骨材の種類としては、特に限定されるものではないが、火力発電所から発生するフライアッシュバルーン、シラスバルーン、黒曜石等の天然材料を原料とし焼成した発泡体、廃ガラス等のリサイクル材料を原料とし焼成したものが挙げられ、かさ密度0.7g/cm3以下のものであれば使用できる。
nの値が30未満であると融点が低くなり粉体で使用することが難しくなり、nの値が1000を超えると粘度が高くなり製造が難しくなる。
オキシエチレン基が60モル%未満であると融点が低くなり粉体で使用することが難しくなり、セメント溶液中での溶解性が悪くなる。
本発明の流動化剤の混合方法は、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に、又はセメントや水に分散しておくことが好ましい。
空気連行剤の種類としては、特に限定されるものではなく、市販されているものが使用できる。例えば、ヴィンソル等の脂肪酸石鹸類、ポリオキシエチレンアルキルサルフェート等の高級アルコール硫酸エステル塩類、ポリオキシエチレンアルキルエーテルやポリオキシアルキルフェニルエーテル等のエーテル類、ポリオキシエチレンソルビタンオレェート等のエステルエーテル類、ベタイン類、イミダゾリンベタイン類等が挙げられる。
凝結促進剤の種類としては、リチウム、ナトリウム、カリウムの炭酸塩、重炭酸塩、硫酸塩、ケイ酸塩、水酸化物、ギ酸塩、酢酸塩等が挙げられる。これらの中で、モルタルの練り混ぜや圧送に悪影響を与えにくい点でリチウム、ナトリウム、カリウムのケイ酸塩やギ酸塩の使用が好ましい。
凝結促進剤の添加によりモルタルの練り混ぜや圧送に悪影響を与えても、有機酸やリン酸塩等の凝結遅延剤を併用することで改善できるのであれば凝結遅延剤と併用して使用してもよい。
溶融紡糸した玄武岩繊維の繊維径は、2〜50μmが好ましく、7〜20μmがより好ましい。2μmより小さいと、安定的に製造することが困難であり、50μmを超えると初期ひび割れ低減効果が低下する場合がある。
溶融紡糸した玄武岩繊維の繊維長は、2〜15mmが好ましく、5〜10mmがより好ましい。2mmより小さいと初期ひび割れ低減効果が小さく、15mmを超えるとドライモルタルに混合したときの分散性が悪くなる場合がある。
溶融紡糸した玄武岩繊維は、繊維が単独にほぐれた単繊維状態(繊維径としては0.1mm以上となる)ではなく、サイジング剤等で繊維径50μm以下の単繊維を束状にした収束状態のものを使用することが好ましい。適度に接着力のある収束状にすることで、ドライモルタルと混合した時に簡単にほぐれて均一な混合が可能となる。
また、本発明では、性能に影響を与えない範囲内で、各種有機繊維、炭素繊維、鋼繊維等の溶融紡糸した玄武岩繊維以外の繊維と併用して使用することも可能である。
セメント:普通ポルトランドセメント、市販品
骨材:新潟県青海産石灰砂乾燥品、かさ密度1.62g/cm3、最大粒径1.2mm
軽量骨材:中国産フライアッシュバルーン、かさ密度0.42g/cm3、最大粒子径0.8mm
膨張材:カルシウムサルホアルミネート系膨張材、市販品
収縮低減剤:ポリオキシアルキレン誘導体、HO−(CH2CH2O)189−H、市販品
流動化剤:メチロールメラミン系流動化剤、市販品
空気連行剤:ポリオキシエチレンアルキルサルフェート系空気連行剤、市販品
凝結促進剤:ケイ酸ナトリウム、市販品
ポゾラン微粉末:高炉水砕スラグ、ブレーン比表面積7500cm2/g、市販品
高分子増粘剤:ヒドロキシエチルメチルセルロース、ヒドロキシエトキシ基含有量6%、30℃の透光度55%、市販品
溶融紡糸した玄武岩繊維:繊維径10μm、繊維長6mm、収束タイプ、市販品
ビニロン繊維:繊維径26μm、繊維長6mm、収束タイプ、市販品
繊維の分散性:容量50リットルの傾胴ミキサーにセメント各繊維を配合した吹付け材料30kgを入れ15分間攪拌した。得られたドライ混合物を1m2の正方形容器に移し、同じ面積になるように9分割した。各分割した部分から500gサンプリングし2.5mmの篩でドライ混合物を篩い、篩に残った繊維の質量を計測し、平均値と標準偏差から変動係数を算出し分散性を評価した。
外観:正方形容器に移したときに目視観察し、ファイバーボール(繊維が分散せず絡み合った状態)等の有無を確認した。
ひび割れ状況:発生したひび割れに沿って全ひび割れ長さを計測した。
ホルマイト系鉱物:アタパルジャイト、結晶性シリカ含有率1%未満、市販品
流動性:JIS R 5201に規定されているフロー試験を実施した。
リバウンド率:天井面に設置したコンクリート製プレキャスト板に2分間吹き付けたときに落下した材料と吹付けに使用した全モルタル量との百分率。
厚付け性:縦400mm×横600mm×厚さ60mmのコンクリート製U形側溝ふたに厚み90mmとなるように吹き付けたときの厚付け性を評価した。吹き付けて24時間後の落下や浮きの有無を確認した。落下や浮きがなければ○とした。
Claims (7)
- セメントと、ポゾラン微粉末と、高分子増粘剤及び/又はホルマイト系鉱物と、骨材の砂と、軽量骨材と、膨張材と、収縮低減剤と、流動化剤及び/又は空気連行剤と、凝結促進剤と、溶融紡糸した玄武岩繊維とを含有する吹付け材料。
- セメント100質量部に対して骨材の砂100〜260質量部、前記砂100質量部に対してかさ密度0.7g/cm3以下の軽量骨材を2〜15質量部含有する請求項1に記載の吹付け材料。
- 高分子増粘剤がヒドロキシエチルメチルセルロースである請求項1または2に記載の吹付け材料。
- 結晶性シリカの含有率が1質量%以下のホルマイト鉱物を使用することを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の吹付け材料。
- 収縮低減剤が粉末状ポリオキシアルキレン誘導体であり、その一般式がX{O(AO)nR}mで示され、Xが2〜8個の水酸基を有する化合物の残基、AOが炭素数2〜18のオキシアルキレン基、Rが水素原子、炭素数1〜18の炭化水素基、又は炭素数2〜18のアシル基、nが30〜1000、mが2〜8で、前記オキシアルキレン基の60モル%以上がオキシエチレン基である請求項1〜4のいずれかに記載の吹付け材料。
- 請求項1〜5のいずれかに記載の吹付け材料を用いて1層あたりの吹付け厚さを90mm以上とする吹付け工法。
- 請求項1〜5のいずれかに記載の吹付け材料を用いて補修したコンクリート。
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