JP2010155739A - 超軽量モルタル - Google Patents

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Abstract

【課題】 高さ方向が非常に長い空間に打設しても、材料分離や打設体下部を中心とした膨れ変形が生じることも無く高い初期強度発現性が得られ、また低温で打設・施工しても材料分離や打設体下部を中心とした膨れ変形を起こすこと無く初期強度低下を抑制できる超軽量モルタルを提供する。
【解決手段】 少なくともポルトランドセメントとカルシウムアルミネートと無水石膏からなる結合材と容重0.3kg/L未満の超軽量骨材を含有してなり、該結合材の最大粒径が80μm以下で平均粒径10μm以下、且つ超軽量骨材の最大粒径が1mm以下であることを特徴とする超軽量モルタル。
【選択図】 なし

Description

本発明は、主に建築部材、充填材、グラウト材などとして施工使用するセメント系の超軽量モルタルに関する。
セメント系モルタルを高さ方向に長い空間に打設すると、自重により打設体下部に膨れが起き易くなり、変形の原因となる。このため、[1]モルタルに使用する骨材を軽量化して容重を下げる。(例えば、特許文献1参照。)[2]速硬性を付与して沈下変形が進む前に硬化させる。(例えば、特許文献2参照。)などの方策で対応することが考えられる。このうち、[1]は、軽量骨材又は超軽量骨材を用いることでモルタル容重を大幅に低下できるが、一方で骨材を軽量化するほど施工物の強度が下がり、特に例えば5℃以下の低温での初期強度の発現性が著しく低くなる。また[2]の変形沈下が進む前に硬化させてしまうには速硬成分を大量に用いるか相当強力な速硬成分を用いねばならず、強力な速硬成分は可使時間の確保が困難になり、大量使用すると高い膨張性を呈する物質を生成するものがあった。また、一般に速硬成分使用による速硬作用は低温では低下することから、低温での初期強度発現性が得られ難い。
特開2008−297140号公報 特開2009−217212号公報
本発明は、高さ方向が非常に長い空間に打設しても、打設体下部を中心とした膨れ変形が生じることも無く、また低温で打設・施工しても初期強度低下を抑制できる超軽量モルタルを提供することを課題とする。
本発明者は、検討を重ねた結果、セメント系モルタルの細骨材に超軽量骨材を使用して低容重化を行うに際し、少なくともポルトランドセメント、無水石膏及びカルシウムアルミネートを結合材構成成分とするものであって、その粒径及び互いの粒度関係を特定のものとすることによって、高さがある空間に打設しても変形の原因となる高比重物質の沈降と自重による施工物下部での型枠等への側圧の蓄積を防ぐことができ、併せて低温で打設・施工しても初期強度の低下を大きく抑制できるという知見を得、本発明を完成するに至った。
即ち、本発明は、容重0.3kg/L未満の超軽量骨材と少なくともポルトランドセメントとカルシウムアルミネートと無水石膏からなる結合材を含有してなる超軽量モルタルであって、該結合材の最大粒径が80μm以下で平均粒径10μm以下、且つ超軽量骨材の最大粒径が1mm以下であることを特徴とする超軽量モルタルである。また、本発明は、無水石膏の平均粒径(A)とカルシウムアルミネートの平均粒径(B)の比率(A/B)が0.05<(A/B)<0.5であることを特徴とする前記の超軽量モルタルである。
本発明の超軽量モルタルは、例えば5℃以下の低温で高い初期強度発現性を有するため、厳寒期でも安定して施工使用できる。また、本発明の超軽量モルタルによる施工物は施工対象部位の形状や大きさによらず、施工物下部に膨れ等の変形が生じ難く、且つ材料分離も起こらないため、性状的に均質で寸法精度の高い施工物が容易に得られる。また、本発明の超軽量モルタルは、かなり軽量であるため搬送に便利であることから、特に予混合済(プレミックス)の軽量モルタル用として好適なモルタルである。
本発明の超軽量モルタルは結合材と超軽量骨材を含み、該結合材は、モルタルで水硬性の結合相の形成に用いられる成分からなり、少なくともポルトランドセメントとカルシウムアルミネートと無水石膏からなる。これ以外の成分も結合相の形成に寄与するものであれば結合材に含まれるのを制限されるものではない。このような成分として、例えばフライアッシュ、各種のスラグ微粉、シリカフューム等を挙げることができる。また、該結合材は粒径80μm以下であって、平均粒径10μm以下のものを用いる。本発明では一般的なモルタルで用いる細骨材よりも細かい粒径の超軽量骨材を用いるため、骨材と結合材との密度差による材料分離が生じる可能性を無くす上で、また低温での初期強度発現性を得易くする上で、結合材の粒径を平均粒径10μm以下で最大粒径も80μm以下のものとする。結合材の平均粒径が10μmを超えるモルタルでは高さ方向に長い空間に施工すると材料分離が起り易いので好ましくない。また、最大粒径が80μmを超える粒径の結合材は、水和反応が緩慢に進行し、特に低温下では膨れ変形の抑制に繋がるような所望の初期強度に達しないことがあるので好ましくない。尚、平均粒径の下限値は特に制限されないが、使用する骨材との粒径乖離が大きくなって混合性が低下するので、好ましくは1μm以上とする。
本発明で用いるポルトランドセメントは種類は特に限定されず、例えば普通、早強、超早強、低熱、中庸熱、耐硫酸塩等の各種ポルトランドセメントを挙げることができ、このうち何れか1種又は2種以上を使用する。ポルトランドセメントはモルタル中の結合相形成主成分となるものである。結合材中のポルトランドセメントの含有量は特に制限されないが、好ましくは結合材中30〜80質量%とする。30質量%未満では一般的なモルタル材と比べても強度不足となることがあるので適当ではなく、80質量%を超えると速硬性に寄与する他の結合材形成成分の含有割合が低下し過ぎるので適当でない。
また、本発明で用いるカルシウムアルミネートは、化学成分としてCaOとAl23からなる結晶質やガラス化が進んだ構造の水和活性物質であれば何れのものでも良く、CaOとAl23に加えて他の化学成分が加わった化合物、固溶体、ガラス質物質又はこれらの混合物等でも本発明の効果を実質喪失させない限り何れのものでも良い。前者は、例えば12CaO・7Al23、CaO・Al23、3CaO・Al23、CaO・2Al23、CaO・6Al23等が挙げられ、後者は、例えば4CaO・3Al23・SO3、11CaO・7Al23・CaF2、Na2O・8CaO・3Al23等を挙げられる。好ましくは、低温での強度発現性に優れていることから、非晶質の12CaO・7Al23、CaO・Al23又は/及び3CaO・Al23を少なくとも一部含むものが良い。このようなカルシウムアルミネートの調整方法は、例えば所定配合比にしたCaO源とAl23源の原料混合物を加熱溶融し急冷すれば得られるが、市販のアルミナセメントを使用することもできる。本発明においてカルシウムアルミネートは、水の存在下で無水石膏から供給される硫酸イオンと共にエトリンガイトを生成し、結合相に速硬作用を発現させるために用いる。結合材中のカルシウムアルミネートの含有量は特に制限されないが、好ましくは結合材中10〜60質量%とする。10質量%未満では低温での初期強度発現性が低下することがあるので適当ではなく、60質量%を超えると過膨張を起こすことがある適当でない。また、カルシウムアルミネートの平均粒径は、ポルトランドセメントの平均粒径の4/3倍以上であるのが、C−S−H系水和物の生成速度とエトリンガイト生成速度との均衡が保たれ、良好なモルタル強度発現性が見られるので好ましい。
また、本発明で用いる無水石膏は特に限定されるものではないが、好ましくは可使時間の安定確保と初期強度発現性を同時に備える上で有利なことから、II型無水石膏を用いる。無水石膏は、前述の通り、エトリンガイト形成の際の硫酸イオン供給源となる。結合材中の無水石膏の含有量は、エトリンガイト過剰生成に伴う膨張現象発生を回避する上で、好ましくは結合材中のカルシウムアルミネート含有量(質量%)の0.25倍〜同等量とする。0.25倍未満の量ではエトリンガイトの生成が少なくなり初期強度発現性が低下することがあるので適当ではなく、同等量を超えるとエトリンガイトが大量に生成し、過膨張を起こすので適当でない。また、一般に、該エトリンガイト形成に際して、無水石膏が溶解して硫酸イオンを放出する速度は、共存するカルシウムアルミネートから供給されるアルミン酸イオンの供給速度より遅い。エトリンガイト形成速度を高めて速硬作用を早期に発現させるためには、無水石膏の平均粒径(A)をカルシウムアルミネートの平均粒径(B)よりも相対的に低くし溶解反応活性を高めるのが望ましい。無水石膏を過剰使用せずに、時間的にカルシウムアルミネートからのアルミン酸イオンの供給量と釣り合う硫酸イオン供給量を確保するための好ましい無水石膏の粒径は、無水石膏の平均粒径(A)とカルシウムアルミネートの平均粒径(B)の比率(A/B)で0.05<(A/B)<0.5の関係を充当する平均粒径とする。
また、本発明の超軽量モルタルは、骨材として容重0.3kg/L未満の超軽量骨材を使用し、モルタル全体の容重をかなり少なくしたものである。一方で、超軽量骨材は概して、破損や変形し易く、これを用いたモルタルでは強度発現性が低くなるため、本発明では使用する超軽量骨材の最大粒径を1mm以下とし、骨材粒の比表面積を高めることで強度低下や密度上昇を抑制する。粒径1mmを超える超軽量骨材は、硬化モルタル中では破壊源となり易く、またモルタル混練時に骨材破損し易くなるので好ましくない。本超軽量モルタル中の超軽量骨材含有量は、結合材含有量100質量部に対し、2〜40質量部とするのが好ましい。40質量部を超えるとモルタルが脆弱化するため適当ではなく、2質量部未満では打設時の型枠側圧にかかる負荷が軽減されないので適当ではない。
また、本発明の超軽量モルタルは、前記のような結合材と超軽量骨材以外の材料も本発明の効果を喪失させない範囲で含むことができる。このような材料として、例えば、減水剤、高性能減水剤、高性能AE減水剤、空気連行剤、分散剤、流動化剤、収縮低減剤、消泡剤、スラグ微粉、フライアッシュ、シリカフューム、繊維、保水剤、粘調剤、防錆剤、AE剤、顔料等のモルタルやコンクリートで使用できる混和材・剤などを挙げることができる。
また、本発明の超軽量モルタルは、前記のような結合材と超軽量骨材及び必要に応じて他の混和材・剤などを加え、例えばレディゲミキサやリボンミキサなどの混合機等で乾式混合すれば超軽量前記のプレミックスモルタルを製造できる。また、各配合材料と水を例えばグラウトミキサ等の混練機に投入して混練するか、前記のプレミックスモルタルと水を混練すれば打設施工に供するフレッシュ状態のモルタルが得られる。水の配合量は特に制限されるず、打設用途や施工時の環境などに応じて適宜定めれば良い。通常は、結合材100質量部に対し、20〜100質量部、特に低温での施工では20〜60質量部とすることが初期強度確保上、推奨される。
以下、実施例により本発明を具体的に詳しく説明するが、本発明はここに表す実施例に限定されるものではない。
[結合材の調整]
次のA1〜C3から選定された材料を用い、表1に表す配合となるようレディゲミキサで乾式混合した。これら結合材の平均及び最大粒径も表1に表す。尚、使用材料は何れも市販品であり、配合に先立ち、粉砕及び分級して表1に表す粒径が得られるよう整粒した。粒径の測定は、レーザー式粒度分布測定装置(セイシン企業株式会社製)で行った。
A1;平均粒径13μmのII型無水石膏
A2;平均粒径7μmのII型無水石膏
A3;平均粒径4μmのII型無水石膏
B1;平均粒径20μmのアルミナセメント
B2;平均粒径12μmのアルミナセメント
B3;平均粒径7μmのアルミナセメント
C1;平均粒径21μmの普通ポルトランドセメント
C2;平均粒径13μmの普通ポルトランドセメント
C3;平均粒径6μmの普通ポルトランドセメント
Figure 2010155739
次いで、前記作製した各結合材と、次のF1〜F4から選定された細骨材(市販品)及び混和剤として凝結調整剤(DとE、何れも市販試薬)と顆粒状ポリカルボン酸系高性能減水剤品(G、市販品)を用い、表2に表す配合となるようレディゲミキサで乾式混合し、プレミックスモルタルを作製した。尚、各細骨材は配合に先立ち、分級して所定の最大粒径並びに平均粒径に整粒した。
F1;容重0.15kg/L、最大粒径0.6mm、平均粒径0.3mmの鉱物質発泡骨材
F2;容重0.10kg/L、最大粒径3mm、平均粒径0.8mmの鉱物質発泡骨材
F3;容重0.15kg/L、最大粒径25mm、平均粒径10mmの鉱物質発泡骨材
F4;容重1.55kg/L、最大粒径3mm、平均粒径1.2mmの石灰砂の骨材
D;炭酸リチウム(凝結調整剤;促進剤)
E;クエン酸(凝結調整剤;遅延剤)
G;ポリカルボン酸系高性能減水剤
Figure 2010155739
得られた各プレミックスモルタルに対し、表2の配合量となるよう水を加え、5℃の温度下にてグラウトミキサ(混練回転速度750rpm)で約90秒間混練し、フレッシュモルタルを作製した。フレッシュモルタルを内容積0.5リットルの鋼製円筒容器に隙間無く流し込み、JIS A 1116に準拠した方法で単位容積質量を測定した。またこのフレッシュモルタルを、水平面に置いた1m角の立方体硬化コンクリート試験体の側面に、6mm厚の鋼板を約30mmの幅で巻き、鋼板とコンクリートの間隙に上端まで充填した。次いでこの間隙充填したままのものを約9℃の屋外に放置した。24時間放置後の充填物上端面のブリーディング水の発生状況を肉眼で調べた。ブリーディング水の発生が実質見られなかったものを材料分離「無」と評価し、それ以外は材料分離「有」とした。また、24時間放置後の間隙充填した鋼板の側面に対し、該側面と接するよう長さ約1mの鉛直定規をあて、当てたままの状態の定規を鋼板外周に沿って一周するよう動かし、定規と鋼板容器側面との間に隙間が存在するか否かを目視で調べた。隙間が明確には認められなかったものを膨れ変形「無」とし、隙間が認められたものを膨れ変形「有」と評価した。また、前記のように作製したフレッシュモルタルで、型枠成形によりφ50mmで長さ100mmの円柱状供試体を5℃温度下で作製した。材齢1日の供試体の5℃での圧縮強度をJIS A 1108に準じた方法で測定した。また、同様に20℃でも供試体を作製し、20℃での圧縮強度を測定した。以上の結果を表3に纏めて表す。
Figure 2010155739
表3の結果より、本発明の超軽量モルタルは、何れも材料分離や膨れ変形が見られず、低温でも高い早期強度が発現される。これに対し本発明外のモルタルは、材料分離や膨れ変形が見られる(参考品6〜8)か、低温での強度発現性が著しく低い(参考品9)ものとなった。また過膨張により割れを生じたものも見られた。(参考品10。JIS A 1108規格の供試体が得られなかったため、圧縮強度の測定不能。)

Claims (2)

  1. 容重0.3kg/L未満の超軽量骨材と少なくともポルトランドセメントとカルシウムアルミネートと無水石膏からなる結合材を含有してなる超軽量モルタルであって、該結合材の最大粒径が80μm以下で平均粒径10μm以下、且つ超軽量骨材の最大粒径が1mm以下であることを特徴とする超軽量モルタル。
  2. 無水石膏の平均粒径(A)とカルシウムアルミネートの平均粒径(B)の比率(A/B)が0.05<(A/B)<0.5であることを特徴とする請求項1記載の超軽量モルタル。
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