JP2011016681A

JP2011016681A - 補修用速硬性ポリマーセメントモルタル組成物及びその施工方法

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Publication number: JP2011016681A
Application number: JP2009161534A
Authority: JP
Inventors: Toshiyuki Saeki; 俊之佐伯; Satoru Matsui; 悟松井; Fujikazu Okubo; 藤和大久保; Toru Ka; 徹鍜
Original assignee: Taiheiyo Materials Corp
Current assignee: Taiheiyo Materials Corp
Priority date: 2009-07-08
Filing date: 2009-07-08
Publication date: 2011-01-27
Anticipated expiration: 2029-07-08
Also published as: JP5543734B2

Abstract

【課題】風力発電所に代表される繰り返し載荷を受けるコンクリート構造物のひび割れや剥離の補修に有用なモルタル組成物を提供する。
【解決手段】（Ａ）１１ＣａＯ・７Ａｌ₂Ｏ₃・ＣａＸ₂（Ｘはハロゲン原子を示す）又はアーウィンを有効成分とする速硬性セメント組成物１００質量部に対し、（Ｂ）真比重が２．０以上であって粒径６００μｍ以上のものと６００μｍ未満のものの比率が１：０．３０〜１：０．６０である細骨材１００〜４００質量部、（Ｃ）ポリマー固形分換算で１０〜５０質量部、（Ｄ）繊維０．２〜１．５質量部、（Ｅ）遅延剤０．１〜１．０質量部、及び（Ｆ）収縮低減剤０．５〜１．５質量部を含有する補修用速硬性ポリマーセメントモルタル組成物。
【選択図】なし

Description

本発明は、風力発電所コンクリート構造部等の繰り返し載荷を受けるコンクリート構造物の補修に用いる速硬性ポリマーセメントモルタル組成物及びその施工方法に関するものである。

風力発電所のコンクリート基礎部分の表層部は、風力発電設備が風圧を受けることで発生する正負の繰り返し載荷を受ける。その結果、ひび割れと剥離が発生し、その剥離は、繰り返し載荷を受け続けることから、時間の経過とともに剥離はコンクリート内部に進行し、有害な損傷を受けることになる。

通常のコンクリート構造物のひび割れや剥離の補修には、セメント水和物に起因する乾燥収縮性、耐薬品性、及び強度などに関する課題を解決する目的で、モルタル、コンクリートに、エチレン−酢酸ビニル共重合体エマルジョンやアクリル酸エステル共重合体エマルジョンのようなポリマーエマルジョン、あるいは、スチレン−ブタジエンゴムのようなゴムラテックスを混和することが従来より行われており、建設材料として広く用いられている。しかしながら、従来のポリマーセメント組成物では、セメントが硬化するまでに長時間かかり、特に低温では顕著になるため、現場での施工に関しては必ずしも十分とはいえるものではないため、速硬性ポリマーセメント組成物が提案されている（特許文献１、２）。しかし、ポリマーを混和する目的が乾燥収縮性、耐薬品性、強度発現性の改善にあったため、風力発電所のように繰り返し載荷を受けた際の損傷低減には寄与しなかった。

また、水で濡れたコンクリート表面との付着力を向上する目的で、アーウィン系速硬セメントとエポキシ樹脂エマルションを組み合わせたポリマーセメントモルタルとその施工方法が考案されている（特許文献３）が、風力発電所のように風圧による正負の繰り返し載荷を受ける箇所へ適用するには十分とは言えない。また、速硬性セメント組成物としては、１１ＣａＯ・７Ａｌ₂Ｏ₃・ＣａＸ₂（Ｘはハロゲン原子を示す）、アーウィン等が提案され、凝結遅延剤としてクエン酸、ヘプトン酸、コハク酸等が提案されている。これらの成分は、凝結時間の調整には有効であるが、断面修復材として仕上がり面の改善ひび割れ低減の改善に関しては有効とは言えない（特許文献４、５、６）。
その他、断面修復材に混和した補強用繊維の分散性改善方法の提案、靭性を付与するためナイロン繊維、ビニロン繊維、アクリル繊維を混和することが提案されているが、乾燥収縮の低減、風力発電所のような繰返し載荷に対する耐久性向上には結びつかない（特許文献７、８）。

特開平４−３２１５４０号公報特開平４−１３２６４８号公報特開２０００−１８５９５７号公報特開平５−２０８８５７号公報特開平１１−２７８９０３号公報特開平９−２９５８４２号公報特開２００５−８４８６号公報特開２００７−２８９５３７号公報

風力発電所のコンクリート基礎部分に施工されたコンクリートは一般的なコンクリートであり、風力発電設備から受ける静的載荷については考慮されているが、風圧による繰り返し載荷については十分に考慮されていない。そのため、表層部にひび割れと剥離が発生し、時間の経過とともにその剥離が内部にまで進行し、有害な損傷を受けている。
通常の断面修復用ポリマーセメントモルタルでひび割れ、剥離箇所の補修を行っても乾燥収縮，既設コンクリートとの付着性は考慮して設計されているが、繰り返し載荷に対する抵抗性を考慮した設計にはなっていない。したがって、通常の断面修復用ポリマーセメントモルタルで補修した場合、時間経過とともに再び損傷を受けてしまう。
従って、本発明の課題は、風力発電所に代表される繰り返し載荷を受けるコンクリート構造物のひび割れや剥離の補修に有用なモルタル組成物を提供することにある。

そこで、本発明者は、繰り返し載荷を受けるコンクリート部のひび割れや剥離の補修に有効なモルタル組成について種々検討したところ、１１ＣａＯ・７Ａｌ₂Ｏ₃・ＣａＸ₂又はアーウィンを有効成分とする速硬性セメント組成物１００質量部に対し、真比重２．０以上粒径６００μｍ以上のものと６００μｍ未満のものの比率が１：０．３０〜１：０．６０である細骨材を１００〜４００質量部配合することにより乾燥収縮の低減が可能であるとともにポリマーを固形分換算で１０〜５０質量部混和しても良好なコテ作業性が得られることを見出した。また、ポリマーを固形分換算で１０〜５０質量部混和することにより繰り返し載荷に対する抵抗性を付与することが可能となり、繊維０．２〜１．５質量部、遅延剤０．１〜１．０質量部を混和させることによりひび割れ抵抗性を向上し、適切な可使時間の確保と良好な施工性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、（Ａ）１１ＣａＯ・７Ａｌ₂Ｏ₃・ＣａＸ₂（Ｘはハロゲン原子を示す）又はアーウィンを有効成分とする速硬性セメント組成物１００質量部に対し、（Ｂ）真比重が２．０以上であって粒径６００μｍ以上のものと６００μｍ未満のものの比率が１：０．３０〜１：０．６０である細骨材１００〜４００質量部、（Ｃ）ポリマー固形分換算で１０〜５０質量部、（Ｄ）繊維０．２〜１．５質量部、（Ｅ）遅延剤０．１〜１．０質量部、及び（Ｆ）収縮低減剤０．５〜１．５質量部を含有する補修用速硬性ポリマーセメントモルタル組成物を提供するものである。
また、本発明は、上記の補修用速硬ポリマーセメントモルタル組成物を練り混ぜ後、混練物を振動機を用いて振動させて補修部に充填することを特徴とする風力発電所のコンクリート構造部の補修施工方法を提供するものである。

本発明により従来のポリマーセメントモルタルよりも早期にコンクリート及び金属との高い付着強度が得られ、曲げ強度も向上する。その結果、繰り返し載荷に対する抵抗性が著しく向上し、風力発電所コンクリート構造部等の補修が可能となる。

付着強度の評価のために本発明モルタルを打設した状態の概略図である。繰り返し載荷試験用試験体の設置状態を示す図である。左側がモルタル面、右側が鋼板面である。負曲げ試験概略図である。白矢印は、載荷を示す。載荷のタイムコースを示す図である。

本発明の補修用速硬性ポリマーセメントモルタル組成物には、前記（Ａ）速硬性セメント組成物、（Ｂ）細骨材、（Ｃ）ポリマー、（Ｄ）繊維、（Ｅ）遅延剤及び収縮低減剤を含む。まず、（Ａ）速硬性セメント組成物は、１１ＣａＯ・７Ａｌ₂Ｏ₃・ＣａＸ₂（Ｘはハロゲン原子を示す）又はアーウィンを有効成分として含有する。１１ＣａＯ・７Ａｌ₂Ｏ₃・ＣａＸ₂は、いわゆるカルシウムアルミネートハロゲン化物系セメントであり、ジェットセメント、スーパージェットセメント（超速硬セメント）と呼ばれるものである。ハロゲン原子としては、フッ素原子が特に好ましい。また、アーウィンは、カルシウムサルホアルミネート（３ＣａＯ・３Ａｌ₂Ｏ₃・ＣａＳＯ₄）系セメントとも称されるものである。

本発明の（Ａ）速硬性セメント組成物中の１１ＣａＯ・７Ａｌ₂Ｏ₃・ＣａＸ₂及び／又はアーウィンの含有量は、所望の速硬性を奏する量であれば限定されないが、練混ぜ後５時間でコンクリートとの付着強度１．０Ｎ／ｍｍ²以上、曲げ強度３．０Ｎ／ｍｍ²以上を得る量であるのが好ましく、具体的には、５〜８５質量％、さらに１０〜７５質量％、特に１５〜７０質量％であるのが好ましい。

本発明の（Ａ）速硬性セメントモルタル組成物には、さらにポルトランドセメント、消泡剤、減水剤、防錆剤、撥水剤を配合してもよい。ここでポルトランドセメントとしては、普通ポルトランドセメント、早強ポルトランドセメント、超早強ポルトランドセメント、中庸熱ポルトランドセメント、低熱ポルトランドセメントが使用でき、その含有量は可使時間確保、金属との付着強度、繰り返し載荷に対する耐久性の点で、成分（Ａ）中に、２０〜７０質量％、さらに２５〜６５質量％が好ましい。成分（Ａ）中に消泡剤は０．１〜１．０質量％、減水剤は、０．１〜１．０質量％が好ましい。ここで減水剤には、高性能減水剤、ＡＥ減水剤、高性能ＡＥ減水剤、流動化剤、分散剤が含まれる。

本発明に用いる（Ｂ）細骨材は、真比重が２．０以上であって粒径６００μｍ以上のものと６００μｍ未満のものの比率が１：０．３０〜１：０．６０である細骨材である。
真比重が２．０未満の細骨材を用いると、練混ぜ水量が大きくなり、長さ変化率が材齢７日で０．０１％を超えるため金属との付着強度が低下し、繰り返し載荷に対する耐久性が低下する。また、曲げ強度が低下する。また、粒径６００μｍ以上のものと６００μｍ未満のものとの比率（６００μｍ以上：６００μｍ未満）が１：０．３未満の場合には、施工性が低下し、付着強度が低下する。
また、この比率が０．６０を超える場合は、長さ変化率が材齢７日で０．０１％を超えるため金属との付着強度が低下し、繰返し載荷に対する耐久性が低下する。
このような細骨材としては、川砂、珪砂、砕砂、寒水石、石灰石砂、スラグ骨材等が挙げられ、これらの細骨材の中から、真比重及び粒径比率が前記範囲のものを選択して用いるのが好ましい。

（Ｂ）細骨材を（Ａ）速硬性セメント組成物１００質量部に対して１００〜４００質量部含有させることにより、乾燥収縮が低減され、高い金属との付着強度及び繰り返し載荷に対する耐久性が得られる。好ましい含有量は、成分（Ａ）１００質量部に対し１５０〜３８０質量部であり、特に好ましくは２００〜３５０質量部である。

本発明に用いる（Ｃ）ポリマーとしては、通常ポリマーセメントに用いられるポリマーであれば特に限定されないが、高い靱性を得る点から、アクリル酸エステル系ポリマー、アクリルスチレン系ポリマー、スチレンブタジエン（ＳＢＲ）系ポリマー、酢酸ビニル系ポリマー、エチレン酢酸ビニル系ポリマー、酢酸ビニル／バーサチック酸ビニルエステル系ポリマー、エチレンビニルアルコール（ＥＶＡ）系ポリマー、酢酸ビニル／バーサチック酸ビニル／アクリル酸エステル系ポリマー等が好ましい。これらのポリマーは、通常ポリマーディスパージョンの形態で市販されているもの、及び再乳化粉末樹脂として市販されているもののいずれでもよく、いずれもＪＩＳＡ６２０３に規定のものを用いることができる。

（Ｃ）ポリマーの含有量は、成分（Ａ）１００質量部に対して、１０〜５０質量部含有させると、金属、コンクリートとの付着強度、繰り返し載荷に対する耐久性、及び初期強度が良好になる。１０質量部未満では、金属、コンクリートとの付着強度が十分でない。一方、５０質量部を超えると、長さ変化率が材齢７日で０．０１％を超えるため金属との付着度が低下し、繰り返し載荷に対する耐久性が低下する。また、初期強度発現性が低下する。より好ましい含有量は１２〜４５質量部、さらに好ましくは１２〜４２質量部である。

本発明に用いる（Ｄ）繊維としては、合成繊維、ガラス繊維及び炭素繊維のいずれでもよく、繊維の配合によりひび割れ分散効果、靱性向上効果が得られる。合成繊維としては、ポリアミド系繊維（ナイロン）、ポリビニルアルコール系繊維（ビニロン）、ポリ塩化ビニリデン系繊維、ポリ塩化ビニール系繊維、ポリアクリルニトリル系繊維（アクリル）、ポリエステル系繊維、ポリエチレン系繊維、ポリプロピレン系繊維、ポリウレタン系繊維、ポリフルオロエチレン系繊維、アラミド繊維の群から選択された１種又は２種以上が好適に用いられる。炭素繊維としては、ＰＡＮ系炭素繊維、ピッチ系炭素繊維等が用いられる。これらのうち、ガラス繊維、ビニロン繊維、アラミド繊維が特に補強効果及びひび割れ分散効果の点で好ましい。

（Ｄ）繊維の含有量は、成分（Ａ）１００質量部に対し０．２〜１．５質量部であると、優れた補強効果及びひび割れ分散効果が得られる。０．２質量部未満では、補強効果、ひび割れ分散効果が得られない。また、１．５質量部を超えると、練混ぜ水量が増し、部長さ変化率が材齢７日で０．０１％を超えるため金属との付着度が低下し、繰り返し載荷に対する耐久性が低下する。好ましい（Ｃ）繊維の含有量は成分（Ａ）１００質量部に対し、０．３〜１．５質量部であり、さらに好ましくは０．４〜１．５質量部である。

本発明に用いる（Ｅ）遅延剤としては、有機系、無機系のいずれの凝結遅延剤でもよく、例えば、オキシカルボン酸類、ヘプトン酸、コハク酸、珪フッ化物又はそれらの塩等が用いられる。より具体的には酒石酸、クエン酸、リンゴ酸、乳酸、グルコン酸及びその塩等が挙げられる。これらの遅延剤は、組み合わせて使用することが可能であり、遅延剤を使用することにより適正な施工時間が確保できる。

（Ｅ）遅延剤の含有量は、施工時間の確保と強度発現性のバランスの点から、成分（Ａ）１００質量部に対し０．１〜１．０質量部であり、より好ましくは０．２〜０．８質量部である。

本発明に用いる（Ｅ）収縮低減剤としては、グリコールエーテル系、低級アルコールのアルキレンオキシド付加物、ポリエーテル系等が用いられる。収縮低減剤の配合により、乾燥収縮が抑制され、金属との付着強度向上、繰り返し載荷に対する耐久性が向上する。（Ｆ）収縮低減剤の含有量は成分（Ａ）に対し０．５〜１．５質量部であり、好ましくは０．６〜１．５質量部、より好ましくは０．６〜１．４質量部である。０．５質量部未満では、長さ変化率が材齢７日で０．０１％を超えるため金属との付着強度が低下し、繰り返し載荷に対する耐久性が低下する。１．５質量部を超えると、強度発現性が低下する。

本発明の補修用速硬性ポリマーセメントモルタル組成物は、通常のポリマーセメントモルタルと同様に、ホバートミキサ、ハンドミキサ、傾胴ミキサ、２軸ミキサ等を用いて練り混ぜ後に混練物を補修必要箇所に充填施工すればよい。ただし、速硬性であるため、混練後は速やかに施工するのが好ましく、また補修箇所に充填する際は振動機を用いて振動させるのが好ましい。さらに表面仕上げはコテで行えばよい。

本発明の補修用速硬性ポリマーセメントモルタル組成物は、速硬性、強度発現性、金属、コンクリートとの付着性が良好であるとともに、繰り返し載荷に対する耐久性が極めて高いので、風力発電所コンクリート構造部の補修用として特に好適である。

次に実施例を挙げて本発明を説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。

実施例（及び参考例）に使用した材料は次の中から選定した。

＜使用材料＞
Ａ１：スーパージェットセメント小野田ケミコ（株）製速硬セメント組成物
Ａ２：普通セメント太平洋セメント（株）製商品名普通ポルトランドセメント
Ａ３：アーウィンカルシウムサルホアルミネート（３ＣａＯ・Ａｌ₂Ｏ₃・ＣａＳＯ₄）比表面積ブレーン４０００ｃｍ²／ｇ
Ａ４：ＩＩ型無水石膏比表面積ブレーン８０００ｃｍ²／ｇ
Ａ５：炭酸リチウム市販試薬粉末状
Ａ６：クエン酸市販試薬顆粒状
Ｂ１：鹿島珪砂３号高野商事（株）製商品名鹿島珪砂３号Ｂ
Ｂ２：珪砂５号前田建材工業（株）製ＪＩＳ５号珪砂
Ｂ３：珪砂６号／７号混合珪砂前田建材工業（株）製ＪＩＳ６号５０％７号５０％混合珪砂
Ｂ４：寒水石ニッチツ（株）製商品名ＮＳＫ−５粒度０．６〜２．５ｍｍ
Ｂ５：寒水石４号日立寒水石（株）製日立寒水石４号粒度０．３〜１．２ｍｍ
Ｂ６：重質炭酸カルシウム粒度８８〜３００μｍ
Ｂ７：黒曜石発泡細骨材太平洋マテリアル製最大粒径２ｍｍ平均粒径０．８ｍｍ嵩比重０．２３
Ｂ８：真珠岩発泡細骨材太平洋マテリアル製最大粒径８８μｍ平均粒径４０μｍ嵩比重０．２１
Ｃ１：ＳＢＲエマルジョン太平洋マテリアル（株）製商品名太平洋ＣＸ−Ｂ
Ｃ２：ＥＶＡ系粉末樹脂旭化成ケミカルズ（株）製商品名ビナパス７０５５Ｎ
Ｄ：ガラス繊維収束型繊維長１０ｍｍ
Ｅ：ロッシェル塩酒石酸ナトリウムカリウム
Ｆ１：液体型収縮低減剤太平洋マテリアル（株）製商品名テトラガードＡＳ２１
Ｆ２：粉末型収縮低減剤太平洋マテリアル（株）製商品名テトラガードＰＷ

［コンシステンシーの評価］
ＪＩＳＲ５２０１に準拠した方法で、２０℃の実験室で練り上がった直後のモルタルのフロー値を測定し、左官施工に適ったコンシステンシーが得られているかの評価指標とした。尚、コンシステンシーはフロー値が慨ね１４０〜１８０ｍｍであれば工事に適うと判断される。

［単位容積質量の測定］
２０℃の実験室で練り上がった直後の本発明のモルタルをＪＩＳＡ１１７１により５００ｍＬステンレス製容器で単位容積質量を測定した。

［曲げ強度の評価］
温度２０℃湿度６０％の実験室で作製した４×４×１６ｃｍの曲げ強度試験用供試体を用い、ＪＩＳＲ５２０１に準拠した方法で、２０℃の試験室で曲げ強度を測定した。曲げ強度試験は、材齢５時間、１日、７日で実施した。

［付着強度の評価］
温度２０℃、湿度６０％の実験室で３００×３００×５０ｍｍの型枠の底板に鋼鉄製４０×４０ｍｍアタッチメントを取り付け、練り上げた本発明のモルタルを、図１のように打設した。所定材齢まで温度２０℃、湿度６０％の実験室で養生し、材齢５時間、１日、７日で付着強度を測定した。付着強度は鋼板製アタッチメントを用い、建研式接着力試験機で測定した。

［繰返し載荷試験］
本発明のモルタルの繰返し載荷に対する耐久性を評価するため、４１０×５００×５０ｍｍの試験体を２０℃、湿度６０％ＲＨの試験室で作製し、材齢７日で繰返し載荷試験を実施し、ひび割れ発生状況を確認した。
（１）試験体の作製
１）供試体の作成は、両面Ｒｚ８０以上でショットブラストを施した５００×５００×１２ｍｍ）鋼板に本発明のモルタルを５００×４００×４５ｍｍ打設した。
２）ひずみゲージ・Π型変位計を本発明のモルタル上に設置した（図２）。

各ひずみゲージから測定器へ接続後，鉄板面を荷重の載荷面とし試験を行った。試験は、本発明のモルタル練混ぜから７日後に実施した。負曲げ試験は、最大１００ｋＮの曲げ試験機を使用して行い、載荷は以下の手順で実施した。

Ｓｔｅｐ１
１．モルタルが降伏するまで２ｋＮピッチで載荷した。
２．載荷荷重を保持したままひび割れ状況を目視にて観察した。
３．観察後、載荷荷重を０ｋＮまで除荷した。

Ｓｔｅｐ２
４．再度２ｋＮピッチにて５０ｋＮまで荷重を載荷した。
５．載荷荷重を保持したままひび割れ進展状況を目視にて観察した。
６．観察後、載荷荷重を０ｋＮまで除去した。

Ｓｔｅｐ３
７．その後、繊維の状況、モルタルひずみ、鋼板ひずみの状況に応じ２ｋＮピッチにて鋼板ゲージを確認しながら３回目の載荷を開始した。
８．載荷荷重を保持したままひび割れ進展状況を目視にて観察した。
９．観察後、載荷荷重を０ｋＮまで除去し、終了した。

表１〜表９に示すように、本発明モルタル組成物を用いれば曲げ強度に優れ、コンクリート及び金属に対する付着強度が優れ、７日齢の長さ変化が０．０１％以下であり、コテ作業性とも優れる。また、繰り返し載荷に対する耐久性が極めて良好であることから、風力発電所のコンクリート部の補修に特に有用であることがわかる。

Claims

（Ａ）１１ＣａＯ・７Ａｌ₂Ｏ₃・ＣａＸ₂（Ｘはハロゲン原子を示す）又はアーウィンを有効成分とする速硬性セメント組成物１００質量部に対し、（Ｂ）真比重が２．０以上であって粒径６００μｍ以上のものと６００μｍ未満のものの比率が１：０．３０〜１：０．６０である細骨材１００〜４００質量部、（Ｃ）ポリマー固形分換算で１０〜５０質量部、（Ｄ）繊維０．２〜１．５質量部、（Ｅ）遅延剤０．１〜１．０質量部、及び（Ｆ）収縮低減剤０．５〜１．５質量部を含有する補修用速硬性ポリマーセメントモルタル組成物。
（Ａ）１１ＣａＯ・７Ａｌ₂Ｏ₃・ＣａＸ₂（Ｘはハロゲン原子を示す）又はアーウィンを有効成分とする速硬性セメント組成物中に、ポルトランドセメントを２０〜７０質量％含有する請求項１記載の補修用速硬性ポリマーセメントモルタル組成物。
繰り返し載荷を受けるコンクリート構造物の補修用である請求項１又は２記載の補修用速硬性ポリマーセメントモルタル組成物。
風力発電所施設のコンクリート構造物の補修用である請求項１〜３のいずれか１項記載の速硬ポリマーセメントモルタル組成物。
請求項１〜３のいずれか１項記載の補修用速硬ポリマーセメントモルタル組成物を練り混ぜ後、混練物を振動機を用いて振動させて補修部に充填することを特徴とする風力発電所のコンクリート構造部の補修施工方法。