JP2009161386A - 軽量セメント組成物用プライマー、これを用いた金属・軽量セメント組成物複合体及び金属・軽量セメント組成物複合体の形成方法 - Google Patents

Abstract

【課題】金属と軽量セメント組成物が剥離し難い軽量セメント組成物用プライマーを提供すること。また、金属と軽量セメント組成物が剥離し難い金属・軽量セメント組成物複合体を提供すること。また、金属と軽量セメント組成物が剥離し難い金属・軽量セメント組成物複合体の形成方法を提供すること。
【手段】本発明は、特定のモルタル組成物と特定のポリマー（共重合体）と水とを、特定割合で配合することによって上記課題を解決した。
【選択図】なし

Description

本発明は、軽量セメント組成物用プライマーに関し、詳しくは、金属と軽量セメント組成物が剥離し難い軽量セメント組成物用プライマーに関する。また、本発明は、金属・軽量セメント組成物複合体に関し、詳しくは、金属と軽量セメント組成物が剥離し難い金属・軽量セメント組成物複合体に関する。また、本発明は、金属・軽量セメント組成物複合体の形成方法に関し、詳しくは、形成した金属・軽量セメント組成物複合体の金属と軽量セメント組成物が剥離し難い金属・軽量セメント組成物複合体の形成方法に関する。

土木工事又は建築工事において、コンクリートやモルタル等のセメント組成物、並びに鋼材や鋳鉄等の金属は、数多く使用されている。また、セメント組成物と金属を組み合わせたものも、数多く使用されている。しかし、軽量化や断熱性向上するためなどで、金属と組み合わせるセメント組成物に、軽量骨材を使用した軽量モルタルや軽量コンクリート等の軽量セメント組成物を用いることも知られている。ところで、セメント組成物は、金属に対する付着性があまり良くないために、アクリル系ポリマーエマルジョンを必須成分とするプライマー組成物が提案されている（例えば特許文献１参照）。しかし、軽量セメント組成物に含まれる軽量骨材の多くは、吸水率が高く、また吸水する能力を有したまま使用されることが多いため、硬化後の軽量セメント組成物は、自己の内部の軽量骨材に水分が吸われてしまうために硬化後の収縮が大きく、金属と軽量セメント組成物が剥離を起こし易いという問題があった。そこで、軽量セメント組成物と金属が剥離し難い技術が求められていた。
特開２００１−２１４１２３号公報

本発明は、金属と軽量セメント組成物が剥離し難い軽量セメント組成物用プライマーを提供することを目的とする。また、本発明は、金属と軽量セメント組成物が剥離し難い金属・軽量セメント組成物複合体を提供することを目的とする。また、本発明は、金属と軽量セメント組成物が剥離し難い金属・軽量セメント組成物複合体の形成方法を提供することを目的とする。

本発明は、特定のモルタル組成物と特定のポリマーと水とを特定割合で配合することによって上記課題を解決した。即ち、本発明は、以下の（１）で表す軽量セメント組成物用プライマー、（２）で表す金属・軽量セメント組成物複合体、並びに（３）又は（４）で表す金属・軽量セメント組成物複合体の形成方法である。
（１）セメントと軽量骨材を含有するモルタル組成物１００質量部と、スチレン・ブタジエン共重合体を２５〜５０質量部、水を３０〜６０質量部含有してなる軽量セメント組成物用プライマー。
（２）上記(１)の軽量セメント組成物用プライマーを介して、金属と軽量セメント組成物が接合している金属・軽量セメント組成物複合体。
（３）セメントと軽量骨材を含有するモルタル組成物１００質量部と、スチレン・ブタジエン共重合体を２５〜５０質量部、水を３０〜６０質量部含有してなる軽量セメント組成物用プライマーを塗布した金属表面に、軽量セメント組成物を積層する金属・軽量セメント組成物複合体の形成方法。
（４）セメントと軽量骨材を含有するモルタル組成物１００質量部と、スチレン・ブタジエン共重合体を２５〜５０質量部、水を３０〜６０質量部含有してなる軽量セメント組成物用プライマーが、上記（１）の軽量セメント組成物用プライマーである上記（３）の金属・軽量セメント組成物複合体の形成方法。

本発明によれば、金属と軽量セメント組成物が剥離し難い軽量セメント組成物用プライマーが得られる。また、本発明によれば、金属と軽量セメント組成物が剥離し難い金属・軽量セメント組成物複合体が得られる。また、本発明によれば、金属と軽量セメント組成物が剥離し難い金属・軽量セメント組成物複合体の形成方法が得られる。

本発明に使用するモルタル組成物は、セメントと軽量骨材を含有する。本発明に使用するモルタル組成物に含まれるセメントとしては、水硬性セメントであれば何れのものでもよく、例えば、普通、早強、超早強、低熱及び中庸熱等の各種ポルトランドセメント、エコセメント、並びにこれらポルトランドセメント又はエコセメントに、フライアッシュ、高炉スラグ、シリカフューム又は石灰石微粉末等を混合した各種混合セメント、太平洋セメント社製「ジェットセメント」（商品名）や住友大阪セメント社製「ジェットセメント」（商品名）等の超速硬セメント、アルミナセメント等が挙げられ、これらを一種単独で用いる又は二種以上併用することができる。プライマーの強度が高いことから、セメントとして普通ポルトランドセメント又は／及び早強ポルトランドセメントを使用することが好ましい。本発明に使用するモルタル組成物に含まれるセメントの含有率は、４０〜６０質量％とすることが、プライマーの強度が高いので好ましい。４０質量％未満ではプライマーの強度が低い虞があり、６０質量％を超えると軽量セメント組成物との接着力が不足する虞がある。

また、本発明に使用するモルタル組成物に含まれる軽量骨材としては、パーライト、シラスバルーン、膨張バーミュキライト、膨張頁岩、軽石等の無機質軽量骨材、発泡ポリスチレンや発泡ポリエチレン−酢酸ビニル共重合物の合成樹脂又はゴムの発泡物等の有機質軽量骨材、並びに無機質粉末を含有する合成樹脂又はゴムの発泡物等の有機質と無機質が複合した軽量骨材から選ばれる一種又は二種以上を使用できる。ここで使用する軽量骨材は、本発明のプライマーと軽量セメント組成物との接着力を高めるのに効果があり、軽量であることから、壁などの鉛直面に塗布しても落ちることが少なく、軽量セメント組成物との接着力を維持できる。本発明に使用するモルタル組成物に含まれる軽量骨材の含有率は、１５〜２０質量％とすることが、プライマーの強度が高いので好ましい。１５質量％未満では軽量セメント組成物との接着力が不足する虞がある。２０質量％を超えるとプライマーの強度が低い虞がある。

本発明に使用するスチレン・ブタジエン共重合体は、特定量含有することで、金属との接着力が高く且つ金属との剥離が起こり難い。本発明に使用するスチレン・ブタジエン共重合体としては、スチレン又はその誘導体と、ブタジエン又はその誘導体とが共重合したものが使用でき、エマルション又は再乳化型粉末樹脂のものが好適である。剥離が起こり難いことから、ガラス転移点が０℃以下のものが好ましい。本発明に使用するスチレン・ブタジエン共重合体の量は、上記のセメントと軽量骨材を含有するモルタル組成物１００質量部に対し、スチレン・ブタジエン共重合体を２５〜５０質量部とする。２５質量部未満では、金属との接着力が不足し且つ金属との剥離が起こり易い。また、５０質量部を超えると、鉛直面に塗布する場合に、プライマー又はその上に積層する軽量セメント組成物が垂れやすい。より好ましいスチレン・ブタジエン共重合体の量は、上記のセメントと軽量骨材を含有するモルタル組成物１００質量部に対し、スチレン・ブタジエン共重合体を固形分として３０〜４５質量部とする。

本発明に使用する水は、水道水が推奨されるが特に限定されるものではない。スチレン・ブタジエン共重合体がエマルションの場合は、これに含まれる水も勘案する。本発明に使用する水の量は、上記のセメントと軽量骨材を含有するモルタル組成物１００質量部に対し、３０質量部〜６０質量部とすることが、金属及び軽量セメント組成物との接着力が高いことから好ましく、４５質量部〜５５質量部が更に好ましい。３０質量部未満では、プライマーが硬いため、金属面に塗布し難く、金属との付着力が不足する虞がある。また、６０質量部を超えると、プライマーの強度が低く、金属及び軽量セメント組成物との接着力が不足する虞がある。

本発明の軽量セメント組成物用プライマーには、セメント、軽量骨材、スチレン・ブタジエン共重合体及び水以外に、上記以外の材料の一種又は二種以上を本発明の効果を損なわない範囲で添加することができる。このような材料としては、例えば減水剤，ＡＥ減水剤,高性能減水剤,高性能ＡＥ減水剤,流動化剤等のセメント分散剤、増粘剤、軽量骨材以外の骨材、スチレン・ブタジエン共重合体以外のセメント用ポリマー、発泡剤、起泡剤、消泡剤、防水材、防錆材、収縮低減剤、保水剤、顔料、繊維、撥水剤、白華防止剤、膨張材(剤)、急結剤(材)、急硬剤(材)、高炉スラグ微粉末、石粉、シリカフューム、火山灰、表面硬化剤、保水剤等が挙げられる。

本発明の軽量セメント組成物用プライマーは、セメントと軽量骨材を含有するモルタル組成物、スチレン・ブタジエン共重合体、水及び必要により更に添加する材料を、混合して製造する。本発明の軽量セメント組成物用プライマーを製造する方法は特に限定されず、例えば水に本発明の軽量セメント組成物用プライマーを形成する水以外の各材料全量加え混合する方法、水を撹拌しながら他の材料を一つずつ加え更に混合する方法、本発明の軽量セメント組成物用プライマーの各材料を２以上に分けてそれぞれ混合し、これらを合わし更に混合する方法等がある。また、混合に用いる器具や混合装置も特に限定されないが、ミキサを用いることが量を多く混合できるので好ましい。用いることのできるミキサとしては連続式ミキサでもバッチ式ミキサでも良く、例えばパン型コンクリートミキサ、パグミル型コンクリートミキサ、重力式コンクリートミキサ、グラウトミキサ、ハンドミキサ、左官ミキサ等が挙げられる。

本発明の金属・軽量セメント組成物複合体の形成方法は、セメントと軽量骨材を含有するモルタル組成物１００質量部と、スチレン・ブタジエン共重合体を２５〜５０質量部、水を３０〜６０質量部含有してなる軽量セメント組成物用プライマーを塗布した金属表面に、軽量セメント組成物を積層することで、金属・軽量セメント組成物複合体を形成する。セメントと軽量骨材を含有するモルタル組成物、スチレン・ブタジエン共重合体、水などは、上記のものと同じである。当該軽量セメント組成物用プライマーが、上記の軽量セメント組成物用プライマーであると、金属と軽量セメント組成物がより剥離し難いことから好ましい。当該軽量セメント組成物用プライマーを塗布する金属表面は、特に限定されず、防錆塗膜を有していてもよい。また、金属表面は、ブラスト処理やサンダー処理等を行った凹凸面の方が上記の軽量セメント組成物用プライマーと金属表面との付着が増すので好ましいが、平滑面でもよい。また、金属の種類も限定されないが、アルミニウム、アルミニウム合金、亜鉛、亜鉛合金、錫、錫合金、鉛又は鉛合金などの両性金属を多く含有するものの場合は、プライマー中の水酸基と反応し水素ガスを発生するので、好ましくは上記の軽量セメント組成物用プライマーを塗布する前に金属表面にプライマー中の水酸基と両性金属との反応を阻害する層を形成する方がよい。このような層としては、例えば、セメントを含まないスチレン・ブタジエン共重合体やアクリル系樹脂等のポリマーエマルションを塗布し形成した層が挙げられる。

金属表面に上記の軽量セメント組成物用プライマーを塗布する方法は、特に限定されないが、例えば、ローラーで塗る方法、刷毛で塗る方法、スプレーガンを用いて吹き付ける方法、鏝で塗りつける方法等が好ましい方法として挙げられる。

上記の軽量セメント組成物用プライマーに軽量セメント組成物を積層する方法は、特に限定されないが、ローラーで塗る方法、刷毛で塗る方法、スプレーガンを用いて吹き付ける方法、鏝で塗りつける方法、型枠を組みその中に充填する方法、ショットクリート等が好ましい方法として挙げられる。

本発明に用いる軽量セメント組成物としては、セメント、軽量骨材及び水を含む軽量モルタル又は軽量コンクリートがある。ここで用いるセメントとしては、水硬性セメントであればよく、例えば、普通、早強、超早強、低熱及び中庸熱等の各種ポルトランドセメント、エコセメント、並びにこれらポルトランドセメント又はエコセメントに、フライアッシュ、高炉スラグ、シリカフューム又は石灰石微粉末等を混合した各種混合セメント、太平洋セメント社製「ジェットセメント」（商品名）や住友大阪セメント社製「ジェットセメント」（商品名）等の超速硬セメント、アルミナセメント等が挙げられ、これらを一種単独で用いる又は二種以上併用することができる。

また、本発明に用いる軽量セメント組成物に含まれる軽量骨材としては、パーライト、シラスバルーン、膨張バーミュキライト、膨張頁岩、軽石等の無機質軽量骨材、発泡ポリスチレンや発泡ポリエチレン−酢酸ビニル共重合物の合成樹脂又はゴムの発泡物等の有機質軽量骨材、並びに無機質粉末を含有する合成樹脂又はゴムの発泡物等の有機質と無機質が複合した軽量骨材から選ばれる一種又は二種以上を使用できる。

また、本発明に用いる軽量セメント組成物に含まれる水は、水道水が推奨されるが特に限定されるものではない。必要により添加する混和材料に含まれる水を用いてもよい。

また、本発明に用いる軽量セメント組成物には、セメント、軽量骨材及び水以外の材料の一種又は二種以上を本発明の効果を損なわない範囲で添加することができる。このような材料としては、例えば減水剤，ＡＥ減水剤,高性能減水剤,高性能ＡＥ減水剤,流動化剤等のセメント分散剤、増粘剤、軽量骨材以外の骨材、セメント用ポリマー、発泡剤、起泡剤、消泡剤、防水材、防錆材、収縮低減剤、保水剤、顔料、繊維、撥水剤、白華防止剤、膨張材(剤)、急結剤(材)、急硬剤(材)、高炉スラグ微粉末、石粉、シリカフューム、火山灰、表面硬化剤、保水剤等が挙げられる。

本発明に用いる軽量セメント組成物の配合割合は、特に限定されず、軽量セメント組成物の用途、使用方法、求められる物性等により、適宜定めればよい。

本発明に用いる軽量セメント組成物を製造する方法は特に限定されず、例えば水に本発明の軽量セメント組成物を形成する水以外の各材料全量加え混合する方法、水を撹拌しながら他の材料を一つずつ加え更に混合する方法、本発明の軽量セメント組成物を形成する各材料を２以上に分けてそれぞれ混合し、これらを合わし更に混合する方法等がある。また、混合に用いる器具や混合装置も特に限定されないが、ミキサを用いることが量を多く混合できるので好ましい。用いることのできるミキサとしては連続式ミキサでもバッチ式ミキサでも良く、例えばパン型コンクリートミキサ、パグミル型コンクリートミキサ、重力式コンクリートミキサ、グラウトミキサ、ハンドミキサ、左官ミキサ等が挙げられる。

本発明の金属・軽量セメント組成物複合体は、上記の軽量セメント組成物用プライマーを介して、上記の金属と上記の軽量セメント組成物が接合している。本発明の金属・軽量セメント組成物複合体を形成するには、上記の金属・軽量セメント組成物複合体の形成方法によればよい。

［実施例１］
＜モルタル組成物の作製＞
表１に示す配合のセメントと軽量骨材を含有するモルタル組成物（以下「モルタル組成物Ａ」という。）をパグミル型ミキサで製造した。使用した材料は以下に示すものを用いた。
＜使用材料＞
セメント： 普通ポルトランドセメント
軽量骨材： 膨張バーミュキライト（バーミキュライト原石を粉砕し、粒径１．５〜２．５ｍｍに分級した後、斜炉を用い焼成したもの）
混和材料１： アルミノケイ酸塩鉱物粉末
混和材料２： 石灰石微粉末
混和材料３： ナフタレンスルホン酸塩系高性能減水剤

＜プライマーの作製＞
表２に示す配合の各種プライマーをハンドミキサ（回転数；１０００ｒ．ｐ．ｍ．，羽根直径；１００ｍｍ）で製造した。使用した材料は以下に示すものを用いた。
＜使用材料＞
セメントと軽量骨材を含有するモルタル組成物： モルタル組成物Ａ
ポリマーエマルション１： スチレン・ブタジエン共重合体エマルション(共重合体含有率；４５質量％、水含有率；５５質量％、ガラス転移点；−１０℃、最低造膜温度；１０℃) （記号；ＳＢ）
ポリマーエマルション２： アクリル酸エステル・メタクリル酸エステル共重合体水性エマルション(共重合体含有率；２１．０質量％、水含有率；７７．０質量％、ガラス転移点；４℃、最低造膜温度；１℃) （記号；ＡＣ）
水： 水道水

作製した各プライマーの性能試験として、直接引張試験、直接せん断試験及び接着性試験を以下に示す通り行った。その結果を表３に示す。
＜直接引張試験＞
直接引張試験は、ＪＣＩ−ＳＰＣ５「ポリマーセメントモルタルの接着強さ試験方法（案）」５．１「引張接着強さ試験方法」に準拠しておこなった。このとき、７０×７０×８ｍｍの鋼板を被着体として、その表面に、内のり寸法４０×４０×１０ｍｍの型枠を用いて、製造した各プライマーを吹付けにより成形し３０℃で２週間養生したものを供試体とした。なお、用いた鋼板のプライマーとの接着面には防錆塗膜が施してあった。

＜直接せん断試験＞
直接せん断試験は、ＪＣＩ−ＳＰＣ５「ポリマーセメントモルタルの接着強さ試験方法（案）」５．２「せん断接着強さ試験方法」に準拠しておこなった。このとき、４０×４０×８０ｍｍの鋼製直方体を被着体として、その４０×４０ｍｍの一方の表面に製造した各プライマーを打ち継ぎ、寸法４０×４０×１６０ｍｍの直方体としたものを３０℃で２週間養生し、供試体とした。なお、用いた鋼製の被着体のプライマーとの接着面には防錆塗膜が施してあった。

＜接着性試験＞
５００×１０００×８ｍｍの鋼板の５００×１０００ｍｍの１面に、製造したプライマーを塗布量が１．５ｋｇ／ｍ^２となるように、スプレーガンを用いて吹き付けた。その吹き付けたプライマーの表面に、モルタル組成物Ａ１００質量部と水７５質量部とをパン型コンクリートミキサにより３分間混合し製造した、上記の軽量セメント組成物に相当する軽量モルタルを吹付装置で吹き付け、該軽量モルタルの厚みが３０ｍｍとなるように、鏝と定規で軽量モルタルの表面を調整し、接着性試験用の供試体を作製した。作製した接着性試験用の供試体を室内で７０日間保管した後に、打音検査により、軽量モルタルとプライマーとの間、又は鋼板とプライマーとの間の剥離（浮き）の有無を確認した。なお、用いた鋼板のプライマーとの接着面には防錆塗膜が施してあった。また、供試体作製時は、鋼板を鉛直に立てて、プライマーの吹き付け、軽量モルタルの吹き付け及び表面の調整を行った。

本発明の実施例に当たる配合Ｎｏ．３及びＮｏ．４のプライマー（本発明品１及び本発明品２のプライマー）は、引張強度、せん断強度ともに高く、且つ接着性試験結果において、金属との接着性が優れ、金属との剥離が起こらなかった。しかし、配合Ｎｏ．７のプライマー（参考品５のプライマー）は、直接引張試験結果及び直接せん断試験結果が高いにも拘わらず、接着性試験において、金属との剥離が起こった。また、供試体作製時に、何れの試験水準においても、プライマー及び軽量モルタルが垂れることは無かった。

本発明によれば、鋼板や鋳鉄等の金属と、軽量モルタルや軽量コンクリート等の軽量セメント組成物との接着性が優れた複合体が得られるので、鋼管や鋼殻に軽量セメント組成物を充填し一体化させた軽量鋼コンクリート複合体、軽量鋼モルタル複合体が得られ、これらを構造物の部材として用いることができる。また、本発明は、鋼構造物表面に軽量モルタルや軽量コンクリート等の軽量セメント組成物を被覆した構造体に利用できる。また、本発明は、橋脚の鋼板巻きたて工事において利用することもできる。

Claims (4)

1. セメントと軽量骨材を含有するモルタル組成物１００質量部と、スチレン・ブタジエン共重合体を２５〜５０質量部、水を３０〜６０質量部含有してなる軽量セメント組成物用プライマー。
2. 請求項１記載の軽量セメント組成物用プライマーを介して、金属と軽量セメント組成物が接合している金属・軽量セメント組成物複合体。
3. セメントと軽量骨材を含有するモルタル組成物１００質量部と、スチレン・ブタジエン共重合体を２５〜５０質量部、水を３０〜６０質量部含有してなる軽量セメント組成物用プライマーを塗布した金属表面に、軽量セメント組成物を積層する金属・軽量セメント組成物複合体の形成方法。
4. セメントと軽量骨材を含有するモルタル組成物１００質量部と、スチレン・ブタジエン共重合体を２５〜５０質量部、水を３０〜６０質量部含有してなる軽量セメント組成物用プライマーが、請求項１記載の軽量セメント組成物用プライマーである請求項３記載の金属・軽量セメント組成物複合体の形成方法。