JP2008143759A

JP2008143759A - 高強度グラウト材

Info

Publication number: JP2008143759A
Application number: JP2006335630A
Authority: JP
Inventors: Akita Kawakami; 明大川上; Akio Sugiura; 章雄杉浦
Original assignee: Sumitomo Osaka Cement Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Osaka Cement Co Ltd
Priority date: 2006-12-13
Filing date: 2006-12-13
Publication date: 2008-06-26
Anticipated expiration: 2026-12-13
Also published as: JP5432431B2

Abstract

【課題】高い流動性と良好な強度発現性を兼ね備えたグラウト材を提供する。
【解決手段】セメント１００重量部と、下記（ａ）〜（ｄ）の性状を有するシリカフュームを１５〜５０重量部、細骨材０〜２００重量部、減水剤０．１〜０．８重量部、および水を含有する高強度グラウト材。
（ａ）平均粒子径が０．５〜２．０μｍ
（ｂ）ＢＥＴ法比表面積が２〜１５ｍ²／ｇ
（ｃ）９５０℃での強熱減量が１．０重量％以下
（ｄ）６０％水スラリーの２０℃でのｐＨが２．５〜７．０
【選択図】なし

Description

本発明は、高い流動性および強度発現性をグラウトに付与するためのグラウト用混和材、および該混和材を含むグラウト材に関する。

グラウト材とは、地盤、構造物周辺、部材間の隙間や継目、補強鋼材のまわりの狭い間隙や空洞部を止水、補強、鋼材保護、安定化などの目的のために充填する、流動性のよい充填材料である。
グラウト材の性能としては、「強度発現性」が求められるとともに、隙間をあけずに空間を充填できるために、及び良好な作業性（ポンプ圧送性）のために、「高い流動性」が要求され、ポンプ圧送時の閉塞防止や充填後の安定した強度発現のために、「混練水がブリーディングしないこと」、「細骨材が分離しないこと」が求められる。
これらの性能を満たすものとして、セメント、シリカフュームを代表とするポゾラン物質、細骨材およびポリカルボン酸系等の減水剤を配合したグラウト材（例えば特許文献１、特許文献２）が提案されている。

しかしながら、一般的なシリカフューム、すなわちセメント業界で使用されるシリカフュームの約９割を占めるフェロシリコン起源のシリカフュームは、多量の未燃カーボンを含むため、未燃カーボンが減水剤成分を吸着し、減水剤の効果が大きく低下する。しかし、上記従来技術のような比較的多い減水剤量、あるいはさらに過剰の減水剤量を使用した場合、グラウト材中の混練水のブリーディング、セメントペースト分と骨材の材料分離が生じる恐れがある。また、フェロシリコン起源のシリカフュームは、粒子径が小さく、比表面積が大きいため、これを使用する場合グラウト材の流動性確保のために比較的多量の水の添加が必要となり有効な強度発現ができなくなる。さらに、一般的に使用されるシリカフュームは、通常、水中でのｐＨが高いため、凝集して二次粒子を生成し、やはりグラウト材の流動性は低下する。
従って、一般的に使用されるフェロシリコン起源のシリカフュームでは、高い流動性の高強度グラウト材を得ることは容易ではない。
また、一般的なグラウトの混練には、コンクリートミキサーよりもトルクの小さいハンドミキサーやグラウトミキサーが使用され、簡便な装置による容易な混練性が要望される。しかしながら、特許文献１のグラウト材は混練性が不十分なためか、その製造においてコンクリートミキサーを使用することが記載されている。

特開２００１−２４０４５２号公報特開平１１−４９５４９号公報

本発明は、減水剤添加量が低くても、高い流動性と良好な強度発現性を兼ね備え、かつ簡便な装置による容易な混練性を有するグラウト材を提供することを目的とする。

本発明者らが鋭意検討した結果、未燃カーボン含有量（９５０℃での強熱減量）が少なく、特定範囲のｐＨ、粒子径を有するシリカフュームを用いることで、減水剤添加量が低くても高い流動性であり、良好な強度発現性のグラウト材が得られることを見出し、本発明を完成した。
すなわち、本発明は
（１）セメント１００重量部と、下記（ａ）〜（ｄ）の性状を有するシリカフュームを１５〜５０重量部、細骨材０〜２００重量部、減水剤０．１〜０．８重量部、および水を含有する高強度グラウト材；
（ａ）平均粒子径が０．５〜２．０μｍ
（ｂ）ＢＥＴ法比表面積が２〜１５ｍ²／ｇ
（ｃ）９５０℃での強熱減量が１．０重量％以下
（ｄ）６０％水スラリーの２０℃でのｐＨが２．５〜７．０
（２）水／セメント比が２０〜４０重量％である（１）の高強度グラウト材；
を提供する。

本発明で使用するシリカフュームは、未燃カーボン含有量（９５０℃での強熱減量）が少なく、ｐＨ、粒子径が特定の範囲内にあるため、減水剤の効果が発現しやすく、分散性に優れ、減水剤添加量が低くても高い流動性（すぐれた充填性、作業性）が確保でき、良好な強度発現性を有するグラウト材を与える。また、本発明の高強度グラウト材は、混練性が大幅に改善され、ハンドミキサーやグラウトミキサーを利用しても十分に混練が可能である。

以下、本発明を詳細に説明する。
本発明で使用するシリカフュームは、（ａ）平均粒子径が０．５〜２．０μｍ；（ｂ）ＢＥＴ法比表面積が２〜１５ｍ²／ｇ；（ｃ）９５０℃での強熱減量が１．０重量％以下；（ｄ）６０％水スラリーの２０℃でのｐＨが２．５〜７．０という性状を有する。

本発明で使用するシリカフュームの（ａ）平均粒子径は０．５〜２．０μｍであり、より好ましくは０．７〜１．５μｍである。平均粒子径が０．５μｍ以下であると流動性が低下し、充填性、作業性の確保が困難であり、２．０μｍ以上であるとブリーディング、材料分離の発生、または、反応性、硬化体の緻密性（マイクロフィラー効果）の面で充分な強度発現を得ることが困難である。
また、本発明で使用するシリカフュームの（ｂ）ＢＥＴ法による比表面積は２〜１５ｍ²／ｇであり、より好ましくは７〜１２ｍ²／ｇである。ＢＥＴ比表面積が２ｍ²／ｇ以下であるとブリーディング、材料分離の発生、または、反応性、硬化体の緻密性（マイクロフィラー効果）の面で充分な強度発現を得ることが困難であり、１５ｍ²／ｇ以上であると流動性が低下し、充填性、作業性の確保が困難である。

本発明で使用するシリカフュームの（ｃ）９５０℃での強熱減量（未燃カーボン含有量）は１．０重量％以下であり、より好ましくは０.５重量％以下である。９５０℃での強熱減量（未燃カーボン含有量）が１．０重量％以下であると、減水剤成分が未燃カーボンに吸着されることが抑制できる。従って、減水剤の効果が十分に発現され、減水剤添加量が少ない配合であってもセメント粒子やシリカフュームの分散性が良好となり、グラウト材の流動性や強度発現性が良好となる。

本発明で使用するシリカフュームの（ｄ）６０％水スラリーの２０℃でのｐＨは２．５〜７．０であり、より好ましくは３．０〜５．０である。該ｐＨが２．５以下であると予めセメントと混合した場合の安定性が低下し、該ｐＨが７．０以上であると粒子が凝集し、２次粒子を形成しやすくなることで、シリカフュームの分散性の悪化によりグラウト材の流動性の低下が発生する。

本発明で使用するシリカフュームは、上記（ａ）〜（ｄ）の性状を満足するものであれば製法や原料物質等は特に限定されないが、通常、ジルコニア製造時の副産物であるシリカフュームにおいて、かかる性状を満たすものを見出しやすい。よって、主としてジルコニア起源のシリカフュームのバッチから（ａ）〜（ｄ）の性状を満足するものを選別して本発明のグラウト材に使用するのが好ましい。

上記シリカフュームのグラウト材への配合量は、グラウト材に要求されるワーカビリティー、強度、耐久性などの所望の性能を付与する量であり、セメント１００重量部に対し、１５〜５０重量部含有させる。配合量が１５重量部未満では増粘作用の低下のためにブリーディング、細骨材の分離が起こり、配合量が５０重量部を超えるとグラウト材の流動性が低下する。

本発明で使用するセメントは、特に限定されず、いずれのセメントも使用することができる。例えば、普通、中庸熱、低熱、早強、超早強、耐硫酸塩など各種ポルトランドセメント、高炉セメントやフライアッシュセメントおよびシリカセメントなどの混合セメント、アルミナセメントやジェットセメントなどの超速硬セメント、アーウィン系セメントなどが挙げられる。

本発明のグラウト材は、セメント、上記シリカフュームのほか、細骨材、減水剤、水および必要に応じ、膨張材、消泡剤、発泡剤などを含有する。
細骨材としては、粒径５．０ｍｍ以下の川砂、陸砂、海砂、砕砂、珪砂、スラグ骨材などが使用でき、セメント１００重量部に対して０〜２００重量部配合され、より好ましくは、５０〜１５０重量部である。該細骨材量が２００重量部を超えるとセメント量、シリカヒューム量が低下することとなり、安定的な高流動性、高強度が得られない。

減水剤としては、公知の高性能減水剤、ＡＥ減水剤、高性能ＡＥ減水剤等が使用できるが、高強度のグラウトを得るためには、高性能ＡＥ減水剤を使用することが好ましい。減水剤の添加量はセメント１００重量部に対して０．１〜０．８重量部であり、より好ましくは、０．２〜０．６重量部である。該減水剤添加量が０．１重量部以下であると良好な流動性を得ることができず、０．８重量部を超えるとブリーディング、あるいは細骨材の分離が発生する。

本発明のグラウト材において、水は、水／セメント比２０〜４０重量％で添加される。

膨張材、消泡剤、発泡剤などは公知の材料、薬剤が特に制限なく使用できる。

以下に本発明の実施例を挙げ、さらに詳しく本発明を説明する。

実施例
（使用原材料）
セメント：早強ポルトランドセメント（住友大阪セメント（株））
シリカフュームＡ：ＳＦシリカフューム（巴工業（株））
シリカフュームＢ：９００Ｗ（エルケム・ジャパン（株））
シリカフュームＣ：ＥＦＡＣＯ（巴工業（株））
シリカフュームＤ：９４０Ｕ（エルケム・ジャパン（株））
細骨材：３号珪砂と５号珪砂とを重量比１：１で混合したもの
水：上水道水
減水剤：マイティ２１P（花王（株））

使用したシリカフュームＡ〜Ｄの性状を表１に示す。
強熱減量はＪＩＳＡ６２０１「コンクリート用フライアッシュ」に準じて９５０℃で測定し、未燃カーボン量の指標とした。平均粒子径はレーザー回析式粒度分布計によって測定した。ＢＥＴ比表面積は、「窒素吸着法」によって測定した。また、６０％水スラリーの２０℃でのｐＨはＪＩＳＺ８８０２−１９８６「ｐＨ測定法」に基づいて測定した。

表１より、シリカフュームＡは、強熱減量（未燃カーボン含有量）が極めて小さく、ｐＨも他のシリカフュームに比べて低い。シリカフュームＢは、強熱減量は小さいがｐＨが高く、シリカフュームＣは、ｐＨは低いが強熱減量が大きい。また、シリカフュームＤは強熱減量、平均粒子径、ＢＥＴ比表面積、ｐＨのいずれもが本発明の範囲外である。

（配合試験）
表２の配合比（重量部）でセメント、シリカフューム、細骨材、減水剤を混合し、適量の消泡剤、発泡剤などをプレミックスした粉体を水に投入後、ハンドミキサーを使用し混練を行った。

得られた混練物であるグラウト材の流動性、ブリーディング、細骨材の分離状況を評価した。ブリーディングは、ＪＳＣＥ−Ｆ５３２「ＰＣグラウトのブリーディング率および膨張率測定方法」に準拠し、打設後３時間でのブリーディング率を測定した。流動性は、ＪＳＣＥ−Ｆ５３１「ＰＣグラウトの流動性試験方法」に準拠し、Ｊ１４流下時間を測定した。Ｊ１４流下時間が「５〜１５秒」であれば高流動性のグラウト材であり、すぐれた充填性、作業性のグラウト材となる。
細骨材の分離状況は、混練終了１０分後の細骨材分離の有無を指触観察した。
また、得られた混練物からφ５０ｍｍ×１００ｍｍの圧縮強度測定用円柱供試体を作製した。円柱供試体は材齢１日で脱型し、２０℃で封緘養生し、材齢２８日でＪＩＳＡ１１０８に準じた圧縮強度試験を実施した。
これらの試験結果を表２に示す。

表２に示すように、シリカフュームＡを配合した実施例１〜３は、Ｊ１４流下時間が８〜１４秒であり、高流動性のグラウト材が得られ、ブリーディング、細骨材の分離はなく、材齢２８日における圧縮強度も高強度であった。
しかしながら、シリカフュームＡの配合量が本発明で規定する量より少ない比較例４では細骨材が分離し、規定量より多い比較例５では、Ｊ１４流下時間が１５秒を超え、高流動性とはいい難いものであった。

一方、シリカフュームＢ，Ｃ，Ｄを配合した比較例１〜３、比較例６〜８では、Ｊ１４流下時間が長く、流動性に大きく劣り、圧縮強度も若干低めであった。

以上のように強熱減量（未燃カーボン含有量）が１．０重量％以下で、ｐＨが２．５〜７．０であり、所定の粒径、比表面積であるシリカフュームを所定量配合したグラウト材は高流動性であり、強度発現性にもすぐれることが分る。

Claims

セメント１００重量部と、下記（ａ）〜（ｄ）の性状を有するシリカフュームを１５〜５０重量部、細骨材０〜２００重量部、減水剤０．１〜０．８重量部、および水を含有する高強度グラウト材。
（ａ）平均粒子径が０．５〜２．０μｍ
（ｂ）ＢＥＴ法比表面積が２〜１５ｍ²／ｇ
（ｃ）９５０℃での強熱減量が１．０重量％以下
（ｄ）６０％水スラリーの２０℃でのｐＨが２．５〜７．０
水／セメント比が２０〜４０重量％である請求項１に記載の高強度グラウト材。