JP2008239356A

JP2008239356A - 高強度無収縮グラウト用混和材及び高強度無収縮グラウト材

Info

Publication number: JP2008239356A
Application number: JP2007078001A
Authority: JP
Inventors: Tadashi Matsumoto; 忠司松本; Hidekazu Kawabata; 秀和川端; Yasuo Koga; 康男古賀
Original assignee: Mitsubishi Materials Corp
Current assignee: Mitsubishi Materials Corp
Priority date: 2007-03-24
Filing date: 2007-03-24
Publication date: 2008-10-09

Abstract

【課題】高強度無収縮グラウト用混和材及び高強度無収縮グラウト材において、高価なシリカフュームを用いずに、流動性を確保すると共に初期強度の発現性を高めること。
【解決手段】平均粒径が２μｍ以下であると共に、円形度が０．９０以上の球状である石灰石微粉末からなる。これを高強度無収縮グラウト材に用いることで、粒子形状が球状に近い状態の石灰石微粉末によって従来のシリカフュームを使用した高強度グラウト材に劣らない流動性を有し、しかも初期強度において、従来の高強度グラウト材を超えた高い発現性を得ることも可能である。
【選択図】図１

Description

本発明は、建築・土木分野において耐震補強工事等の注入材として用いられる高強度無収縮グラウト用混和材及び高強度無収縮グラウト材に関する。

従来、耐震補強材料、コンクリート構造物を構成する各種プレキャスト部材を接合したり、機械台座やアンカーボルトなどを固定したり、その他、各種土木・建築工事において注入材として高強度無収縮グラウト材が用いられている。
例えば、特許文献１には、セメント、石灰系膨張材、活性シリカ質微粉末、分散材を含有する無収縮グラウト材が記載されている。

また、特許文献２には、早強セメント、シリカフュームセメント、珪砂、膨張材、減水剤、界面活性剤からなるセメント系高強度無収縮グラウト材が提案されている。
さらに、特許文献３には、シリカフューム、微粉高炉スラグ、石灰石微粉を分離低減材（混和材）として用いた高強度無収縮グラウト材が提案されている。

特開昭５２−１５０４３４号公報特開平１１−４９５４９号公報特開２００６−２４８８３１号公報

上記従来の技術には、以下の課題が残されている。
すなわち、特許文献１に記載の技術では、活性シリカ質微粉末の混和材として非晶質シリカ粉末、フライアッシュ、高炉スラグが例示されているが、得られる圧縮強度が６０Ｎ／ｍｍ^２で、近年要望されている１００Ｎ／ｍｍ^２を超える高強度化に対応することができない。
また、特許文献２及び３に記載の技術では、グラウト材の高強度化、流動性の安定化及び適度の粘性を得るためにシリカフュームが混和材（分離低減材）として使用されているが、シリカフュームは高価で、副産物であるため良質なものの入手が困難であるというデメリットがある。グラウト材は、セメント、珪砂、膨張材、高性能減水材、界面活性剤等の各種材料を調合するため、シリカフュームの品質によっては、グラウト材の流動性不足や強度発現性の低下等が生じるおそれがある。

本発明は、前述の課題に鑑みてなされたもので、高価で品質の変動があるシリカフュームを用いずに、流動性を確保すると共に初期強度の発現性が高い高強度無収縮グラウト用混和材及び高強度無収縮グラウト材を提供することを目的とする。

本発明は、前記課題を解決するために以下の構成を採用した。すなわち、本発明の高強度無収縮グラウト用混和材は、水、ポルトランドセメント、珪砂、膨張材、減水剤、発泡剤及び混和材で構成される高強度無収縮グラウト材に用いられる前記混和材であって、平均粒径が２μｍ以下であると共に、円形度が０．９０以上の球状である石灰石微粉末からなることを特徴とする。

この高強度無収縮グラウト用混和材は、平均粒径が２μｍ以下であると共に、円形度が０．９０以上の球状である石灰石微粉末からなるので、高強度無収縮グラウト材に用いることで、粒子形状が球状に近い状態の石灰石微粉末によって従来のシリカフュームを使用した高強度無収縮グラウト材に劣らない流動性を有し、しかも初期強度において、従来の高強度グラウト材を超えた高い発現性を得ることも可能である。なお、ここで円形度は、（粒子の投影した面積に等しい円の周長）／（粒子の投影の輪郭長）として定義される。

本発明の高強度無収縮グラウト材は、水、ポルトランドセメント、珪砂、膨張材、減水剤、発泡剤及び上記本発明の高強度無収縮グラウト用混和材で構成されることを特徴とする。すなわち、この高強度無収縮グラウト材では、従来のシリカフュームに換えて混和材として上記本発明の高強度無収縮グラウト用混和材を用いているので、従来のシリカフュームを混和材として使用した場合に比べて、グラウト材の流動性及び強度発現性も損なわず、さらに初期強度を増進させることができる。

また、本発明の高強度無収縮グラウト材は、前記混和材が、前記ポルトランドセメントに対して１〜１５重量部で混合されていることを特徴とする。すなわち、この高強度無収縮グラウト材では、ポルトランドセメントに対して１〜１５重量部で上記本発明の高強度無収縮グラウト用混和材を混合するので、Ｊ_１４ロート流下時間が１０秒未満となると共に、材料の分離が生じない。

本発明によれば、以下の効果を奏する。
すなわち、本発明に係る高強度無収縮グラウト用混和材によれば、平均粒径が２μｍ以下であると共に、円形度が０．９０以上の球状である石灰石微粉末からなるので、高強度無収縮グラウト材に用いることで、球状に近い石灰石微粉末によって従来のシリカフュームを使用した高強度グラウト材に劣らない流動性を有し、しかも初期強度の高い特性を得ることができる。したがって、本発明の高強度無収縮グラウト用混和材を用いた高強度無収縮グラウト材によれば、低コストで高い流動性及び強度発現性を有し、品質の安定したグラウト材が得られる。

以下、本発明に係る高強度無収縮グラウト用混和材及びこれを用いた高強度無収縮グラウト材の一実施形態を、図１及び図２を参照しながら説明する。

本実施形態の高強度無収縮グラウト用混和材は、水、ポルトランドセメント、珪砂、膨張材、減水剤、発泡剤及び混和材で構成される高強度無収縮グラウト材に用いられる混和材であって、図１に示すように、平均粒径が２μｍ以下であると共に、円形度が０．９０以上の球状である石灰石微粉末からなる。
また、上記高強度無収縮グラウト用混和材を用いた高強度無収縮グラウト材は、上記高強度無収縮グラウト用混和材がポルトランドセメントに対して１〜１５重量部で混合されている。なお、上記高強度無収縮グラウト材に、必要に応じて消泡剤を添加しても構わない。

上記ポルトランドセメントとしては、早強ポルトランドセメントが採用される。
上記珪砂は、主に石英からなる鉱物や岩石である珪石の砂状物であり、本発明の珪砂は、化学成分（ＳｉＯ_２）が８０％から１００％のものを用いる。珪砂は、グラウト材に添加することで、減水効果、硬化安定性（硬化体の収縮、ひび割れなどを緩和する）を発揮する。
上記膨張材としては、水和反応によりエトリンガイトを生成するカルシウムサルファアルミネート（ＣＳＡ）系の膨張材又は生石灰（ＣａＯ）系の膨張材を採用することができる。この膨張材は、グラウト材に添加することで、この材料が無収縮材となるように、硬化する際に収縮調整を行う。

上記減水剤は、セメント粒子を分散させ、所定の強度を得るのに必要な水量を減少させることができる。すなわち、減水剤は、添加することで、セメントと水との反応を捉えて、混練時の流動性を水を減らしても保つ効果と、一定時間流動性を保つ効果がある。すなわち、グラウト材の粒子を分散させて注入作業性を高めると共に、混練時の水量を減じて強度を向上させる目的で、減水剤は添加される。これら減水剤は、ポリカルボン酸系、メラミンスルホン酸系、ナフタレンスルホン酸系、リグニンスルホン酸系、アミノスルホン酸系などと呼ばれるものが好ましい。

上記発泡剤としては、例えばアルミニウム粉末を採用することができる。
上記消泡剤は、混練時に含んだ大径気泡の破泡、抑泡及び脱泡といった効果により、硬化体の組成を緻密化して均質にするために用いるものである。消泡剤としては、エーテル類、脂肪酸エステル、脂肪酸アミド、脂肪酸金属石けん、高級アルコール、高重合グリコール類、有機リン酸塩、シリコーン類等が挙げられる。

この高強度無収縮グラウト用混和材は、対向衝突湿式粉砕法、すなわちスラリー状の石灰石粉砕原料を高圧で対向衝突させて得たものである。より詳述すれば、まず石灰石をローラミルで乾式粉砕した後、分級して例えば平均粒径１８．６μｍの石灰石粉砕原料とする。この石灰石粉砕原料を水性スラリー（溶媒：水道水）とし、対向衝突式粉砕法で上記平均粒径及び円形度となるように超微粉末化した後、必要に応じて気流乾燥機によって乾燥させて本実施形態の高強度無収縮グラウト用混和材が作製される。なお、上記対向衝突湿式粉砕法による粉砕条件は、例えば吐出圧力２００ＭＰａ、固形分濃度２０％、分散剤添加率１％による３０分間の湿式粉砕とされる。また、乾式粉砕でも粉砕原理が対向衝突方式であれば、使用が可能である。

上記石灰石は、その構成鉱物の５０％以上が方解石またはアラゴナイト（ＣａＣＯ_３）とドロマイト（ＣａＭｇ（ＣＯ_３）_２）よりなる堆積岩で、方解石またはアラゴナイトがドロマイトよりはるかに多い岩石である。本発明の石灰石は、方解石またはアラゴナイトが８０％から１００％のものを用いる。石灰石は、生成過程で、隠微晶質、粗粒結晶質のものがあるがどちらも使用できる。また、かき殻等の貝殻の成分もアラゴナイトであり、石灰石と同様に使用することが可能である。

このように得られた高強度無収縮グラウト用混和材の円形度は、走査型電子顕微鏡で粒子形状を観察し、これを画像処理することにより、以下の円形度の式（１）に基づいて求める。なお、真円の円形度は、１．００である。また、この高強度無収縮グラウト用混和材の走査型電子顕微鏡写真の一例を図１に示す。
円形度＝（粒子の投影した面積に等しい円の周長）／（粒子の投影の輪郭長） …（１）

このようにして得た円形度を、以下の表１に示す。また、平均粒径は、レーザー回折散乱式粒度分析計（島津製作所製 SALD-2100型）を使用してＤ５０値を測定した。
なお、比較例として、石灰石を乾式粉砕したままの石灰石微粉砕物（比較例１）と、さらに分級を進めて本実施形態の高強度無収縮グラウト用混和材と同等の平均粒径とした石灰石微粉砕物（比較例２）を、走査型電子顕微鏡で粒子形状を観察し、同様に求めた円形度を併せて表１に示す。また、図２に、比較例１における走査型電子顕微鏡写真の一例を示す。

表１にからわかるように、比較例１，２は、円形度が低く粒子形状がいびつで球状になっていないのに対し、本実施形態の高強度無収縮グラウト用混和材では、比較例に比べて０．９０以上の高い円形度を有し、真円の円形度１．００に近い球状になっていることがわかる。

本実施形態の高強度無収縮グラウト用混和材では、平均粒径が２μｍ以下であると共に、円形度が０．９０以上の球状である石灰石微粉末からなるので、高強度無収縮グラウト材に用いることで、粒子形状が球状に近い状態の石灰石微粉末によって従来のシリカフュームを使用した高強度グラウト材に劣らない流動性を有し、しかも圧縮強度が初期強度において、従来の高強度グラウト材を超えた高い発現性を得ることができる。

また、ポルトランドセメントに対して１〜１５重量部で上記本発明の高強度無収縮グラウト用混和材を混合するので、後述する実施例に示すように、Ｊ_１４ロート流下時間が１０秒未満となると共に、材料の分離が生じない。
さらに、いわゆる対向衝突湿式粉砕法によって石灰石粉砕原料を超微粉末化するので、図３に示すように、均一でシャープな粒度分布かつ高い円形度を有した石灰石微粉末が得られ、優れた流動性及び初期強度の発現性を得ることができる。

次に、本発明に係る高強度無収縮グラウト用混和材を実際に用いて、高強度無収縮グラウト材を作製して評価した実施例について具体的に説明する。
＜実施例１＞
上述した対向衝突湿式粉砕法で、粉砕時間を変化させて平均粒径及び円形度の異なる石灰石微粉末を作製し、本実施例（試験例１〜３）の混和材とした。これらの混和材をそれぞれ添加したグラウト材１００重量部に対して、水を２２重量部加えて、ハンドミキサーにより２分間練り混ぜてモルタルを作製した。

上記グラウト材の材料配合及び混合は、以下のように行った。すなわち、早強ポルトランドセメント１００重量部に対して、珪砂１３５重量部、減水材０．２５重量部、膨張材７重量部、本発明の高強度無収縮グラウト用混和材５重量部、消泡剤０．１５重量部、発泡剤０．０００５重量部を約５０ｋｇにように計量し、プロシェアー型ミキサーで３０分間混合して、グラウト材を作製した。

また、混和材以外の上記各材料は、以下のものを使用した。
・セメント：早強ポルトランドセメント（三菱マテリアル社製）
・珪砂：3号、4号、5号、6号珪砂混合品（日窒工業社製）
・減水材：ポリカルボン酸系減水剤・ポリティ（登録商標）335S（ライオン社製）
・膨張材：カルシウムサルフォアルミネート系膨張材・デンカ（登録商標）CSA#20（電気化学工業社製）
・消泡剤：非イオン系界面活性剤・SNデフォマー14HP（サンノプコ社製）
・混和材：シリカフューム（市販品）
・水：水道水（水温20℃）

作製した上記グラウト材について、流動性、フロー値、材料分離の有無、膨張率及び圧縮強度について評価した結果を表２に示す。なお、比較例として、混和材としてシリカフューム（市販品）を添加したモルタル（比較例３）、対向衝突湿式粉砕法により平均粒径４．８μｍとした石灰石微粉末を添加したモルタル（比較例４）及び石灰石を乾式粉砕（ローラミルで粉砕後に分級）して平均粒径０．７５μｍに分級したものを混和材として添加したモルタル（比較例５）について、同様に評価した結果も併せて表２に示す。

なお、各評価項目は、以下のように設定した。
・流動性：Ｊ_１４ロートによる流下時間の測定。
ＪＳＣＥ−Ｆ５３１−１９９９「ＰＣグラウトの流動性試験方法」に準拠。
・フロー値：ＪＡＳＳ１５Ｍ−１０３「セルフレベリング材の品質基準」に準拠。
・材料の分離性：セメントペーストと砂との分離について、フロー試験後の状況を目視して判断した。
・圧縮強度：ＪＳＣＥ−Ｇ５２１−１９９９「プレパックドコンクリートの注入モルタルの圧縮強度試験方法」に準拠。材齢は、３日、７日、２８日とした。
・膨張率：ＪＳＣＥ−Ｆ５４２−１９９９に準拠

この結果からわかるように、本実施例（試験例１〜３）は、いずれもシリカフュームを用いた比較例３と同等の流動性を有していると共に、圧縮強度が材齢３日、７日、２８日のいずれも比較例３を超えて高い強度発現性を得ている。なお、平均粒度が２．０μｍを超えている比較例４及び乾式粉砕して分級した比較例５では、流動性が低く材料の分離が生じていると共に、圧縮強度が本実施例（試験例１〜３）及びシリカフュームを用いた比較例３よりも低くなっている。

＜実施例２＞
上記材料配合および混合の条件で、本実施例１の試験例３で用いた石灰石微粉末をセメントに対して０重量部（比較例６）、１重量部（試験例４）、２．５重量部（試験例５）、５重量部（試験例３）、１０重量部（試験例６）、１５重量部（試験例７）、１７．５重量部（比較例７）、２０重量部（比較例８）でそれぞれ添加したグラウト材を作製した。これらのグラウト材１００重量部に対して、水を２２重量部ずつ加えて、ハンドミキサーにより２分間練り混ぜ、各モルタルを得た。これらを本実施例１と同様の性能評価方法に従い、それぞれを評価した結果を表３に示す。

この表からわかるように、石灰石微粉末をセメントに添加していない比較例６では、Ｊ_１４ロート流下時間がかなり短いと共にフロー値も大きく、流動性が出すぎるため、材料分離を起こしている。
また、石灰石微粉末をセメントに対して１７．５重量部及び２０重量部で添加した比較例７，８では、Ｊ_１４ロート流下時間が１８秒以上となり、極めて流動性が低いことがわかる。特に、比較例８では、石灰石微粉末の添加が多すぎるために粘性が上昇して、フロー値等の測定ができず、グラウト材の効果を示さない。

なお、グラウト材としての必須条件は、上記評価項目である（１）Ｊ_１４ロート流下時間、（２）フロー値（流動性）、（３）無収縮性、（４）強度であり、これら各項目で製品として要望される物性は以下の通りである。
（１）Ｊ_１４ロート流下時間：６〜１０秒前後（さらには、８秒前後が好ましい。）
（２）フロー値（流動性）：１５０〜１８０ｍｍ
（３）無収縮性（膨張収縮率）：０〜±０．２％
（４）強度（圧縮強度Ｎ／ｍｍ^２）：材齢３日＝４０〜５０、材齢７日＝６０〜８０、材齢２８日＝８０〜１００
したがって、上記実施例の評価結果から、石灰石微粉末をセメントに対して２．５〜５重量部添加したものが、Ｊ_１４ロート流下時間が８秒前後となり、より好適である。

なお、本発明の技術範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。

本発明に係る高強度無収縮グラウト用混和材の一実施形態を示す走査型電子顕微鏡写真である。本発明に係る高強度無収縮グラウト用混和材の従来例を示す走査型電子顕微鏡写真である。本発明に係る高強度無収縮グラウト用混和材の一実施形態において、湿式粉砕で処理した粉砕物と未処理のものとを比較した粒度分布測定の結果を示すグラフである。

Claims

水、ポルトランドセメント、珪砂、膨張材、減水剤、発泡剤及び混和材で構成される高強度無収縮グラウト材に用いられる前記混和材であって、
平均粒径が２μｍ以下であると共に、円形度が０．９０以上の球状である石灰石微粉末からなることを特徴とする高強度無収縮グラウト用混和材。
水、ポルトランドセメント、珪砂、膨張材、減水剤、発泡剤及び請求項１に記載の高強度無収縮グラウト用混和材で構成されることを特徴とする高強度無収縮グラウト材。
請求項２に記載の高強度無収縮グラウト材において、
前記混和材が、前記ポルトランドセメントに対して１〜１５重量部で混合されていることを特徴とする高強度無収縮グラウト材。