JP2013136477A

JP2013136477A - 道路補修材

Info

Publication number: JP2013136477A
Application number: JP2011288174A
Authority: JP
Inventors: Yusuke Sugino; 雄亮杉野; Shinya Satake; 紳也佐竹; Atsushi Osaku; 淳大作
Original assignee: Taiheiyo Materials Corp
Current assignee: Taiheiyo Materials Corp
Priority date: 2011-12-28
Filing date: 2011-12-28
Publication date: 2013-07-11
Anticipated expiration: 2031-12-28
Also published as: JP5877580B2

Abstract

【課題】補修や補強作業とりわけ道路補修に適した良好な施工作業性と、工期短縮に繋がる高い初期強度発現性が呈した。また、高い長期強度発現性も具備し、耐久性にも優れた道路補修材を提供する。
【解決手段】結晶質カルシウムアルミネートと非晶質カルシウムアルミネートからなるカルシウムアルミネート６５質量％以上と残部間隙物質からなるクリンカ粉末１２〜３５質量部、普通ポルトランドセメント１００質量部、石膏類を該クリンカ粉末含有質量の０．５〜２倍相当量及びセメント用ポリマー９〜３０質量部を含有する補修用ポリマーセメント系組成物。
【選択図】なし

Description

本発明は、主に道路の補修や補強用、詳しくは道路床版や路盤等の補修や補強用、としてのセメント系の道路補修材に関する。

道路の補修や補強用の材料（以下、道路補修材と称す。）としては、アスファルト類、鋼繊維分散コンクリート、ポリマーセメント等が知られている。ダークアスファルトで代表されるアスファルト系の道路補修材は、通常１５０℃以上の温度で歴青質と骨材等を混合した加熱アスファルト組成物が補修部位に施工される。アスファルト系の道路補修材は加熱される為、施工に際しては相応の機材と加熱用燃料が必要であり、エネルギー消費量も大きい。しかも高温になると弾性係数や剛性が低下し、軟化変形やひび割れが発生し易いなど、耐久性に欠ける。また、鋼繊維分散コンクリートは、車両通行による繰り返し荷重ストレスに耐えることが可能で、強度や対亀裂抵抗性といった補強作用にも優れている。しかし、鋼が錆びるとこれらの特性は失われる。錆の発生・拡大は鋼繊維の被り厚さが不足していたり、冬季に路面散布された融雪剤によって促進され易い。

また、ポリマーセメントを用いた道路補修材は、スチレンブタジエンゴムを有効成分とするラテックスをポリマーに使用したポリマーセメントモルタルが知られている。（例えば、特許文献１参照。）このポリマーセメントモルタルは、弾性係数がポリマーセメントを使用していない一般的なコンクリートの７割程度のため、変形追従性や復元性に優れ、コンクリートはもとより、鉄との付着性も高い。また、透水性や透気性も殆ど無く浸食抵抗性も有する。しかしながら、例示文献のように普通セメントを使用したポリマーセメントモルタル等では、初期強度発現性が低く、一般に緊急性が要される道路補修用としては工期が長くなり過ぎるという問題があった。水セメント比（配合水の質量／配合されるセメント質量）を小さくし、強度発現性を高めても、初期強度に関する限り飛躍的な向上は見られず、一方で水量減少に伴う粘性増大によって、施工作業性の著しい低下と施工表面の粗さをもたらした。このため、ポリマーセメントモルタルのセメントを普通セメントから超速硬セメントに変更し、水セメント比を施工性を低下させることのない水準まで高めることで、初期強度発現性の向上が試みられてきた。（例えば、特許文献２参照。）

特開２００８−１７９９９５号公報特開平１１−９２１９６号公報

超速硬セメントをセメント成分に使用したポリマーセメントモルタルは、ポリマーセメントの一般的特徴に加えて、高い初期強度発現性を具備したものである。しかし、中長期強度発現性は低く、このため、常に通行車両の大きな負荷に晒されるような道路補修材としては強度的な耐久性は十分ではなかった。本発明は、補修や補強作業とりわけ道路補修に適した良好な施工作業性と、工期短縮に繋がる高い初期強度発現性と共に、高い長期強度発現性を具備し、耐久性にも優れた道路補修材を提供することを課題とする。

本発明者は、前記課題解決のため検討を行った結果、普通ポルトランドセメントと他の特定の水和活性物質等とセメント用ポリマーを、特定の配合比で含有するポリマーセメント系組成物が、補修材として前記課題を総じて解決できるものであることを見出し、本発明を完成させた。

即ち、本発明は、次の（１）〜（２）で表す補修用ポリマーセメント系組成物、及び（３）で表す道路補修材である。（１）結晶質カルシウムアルミネートと非晶質カルシウムアルミネートからなるカルシウムアルミネート６５質量％以上と残部間隙物質からなるクリンカ粉末１２〜３５質量部、普通ポルトランドセメント１００質量部、石膏類を該クリンカ粉末含有質量の０．５〜２倍相当量及びセメント用ポリマー９〜３０質量部を含有する補修用ポリマーセメント系組成物。（２）セメント用ポリマーがゴムラテックスである前記（１）の補修用ポリマーセメント系組成物。（３）前記（２）の補修用ポリマーセメント系組成物を含有してなる道路補修材。

本発明によれば、補修用に適した良好な施工性を有し、ポリマーセメント系組成物の強度発現性を初期から長期に至るまで大幅に高めることができるため、補修・補強工事の工期短縮と併せて、施工後も高い耐久性を長期間持続することが可能である。特に、断続的に様々な量の荷重がかかり続ける可能性のある道路補修用には適度な変形追従性も具備するため、従来以上の高い耐久性の道路補修材を得ることができる。

本発明の補修用ポリマーセメント系組成物に含有する普通ポルトランドセメントは、何れのものでも良く、例えば通常入手可能な市販品を使用することができる。また、通常市販されている普通ポルトランドセメントであれば、改めて粒度調整処理を行う必要はなく、そのまま使用できる。普通ポルトランドセメントは補修用ポリマーセメント系組成物において強固な結合相の主要構成成分として寄与する。

本発明の補修用ポリマーセメント系組成物を構成するクリンカ粉末は、結晶質カルシウムアルミネートと非晶質カルシウムアルミネートからなるカルシウムアルミネート６５質量％以上及び残部間隙物質からなるものである。クリンカ粉末は、通常、ＣａＯ源及びＡｌ₂Ｏ₃源となる原料混合物を、例えば１４００〜１６００℃で加熱し、その冷却物を粉砕したものである。クリンカ粉末の６５質量％以上、好ましくは７０〜８５質量％を占めるカルシウムアルミネートは、結晶質と非晶質が共存したものとする。本発明ではこのようなクリンカ粉末を用いることによって、高い初期強度発現性を補修用ポリマーセメント系組成物に発現させる。カルシウムアルミネートの含有率が６５質量％未満のクリンカ粉末では高い初期強度が発現できないことがあるので好ましくない。

該クリンカ粉末中のカルシウムアルミネートを構成する結晶質カルシウムアルミネートは、ＣａＯ・Ａｌ₂Ｏ₃で表されるものである。また、非晶質カルシウムアルミネートは、その殆ど又は全てがＣａＯとＡｌ₂Ｏ₃の含有モル比（ＣａＯ／Ａｌ₂Ｏ₃）が１２／７の非晶質である。カルシウムアルミネート中には微量の不純物が固溶していても良い。カルシウムアルミネート中の結晶質カルシウムアルミネートと非晶質カルシウムアルミネートの含有割合は特に制限されない。好ましくはカルシウムアルミネートが急激な水和反応を起こすことを避け、また施工に適した可使時間を確保し易いことから結晶質カルシウムアルミネート含有量が６０質量％以上が好ましい。より好ましくは８０質量％以上とする。

該クリンカ粉末の残部はカルシウムアルミネート相の間を埋めるように生成する間隙物質である。間隙物質の構成物質は、主としてカルシウムアルミネートを得る為に使用される原料由来の副成分や不可避不純物が反応に関与して生成したものである。具体的には、例えば、ゲーレナイト、カルシウムアルミノフェライト、カルシウムフェライト、アルミン酸マグネシウム、チタン酸カルシウム、カルシウムシリケート又はその固溶体、化学成分としてアルカリ金属酸化物や酸化ケイ素を含有してなるガラス等を挙げられるが、これらに限定されるものではない。クリンカ中に間隙物質が共存生成することで、カルシウムアルミネートの生成温度を下げることができ、且つ水和活性が非常に高いカルシウムアルミネートの風化抑制に寄与する。

該クリンカ粉末の粒度はブレーン比表面積で概ね１５００〜９０００ｃｍ²／ｇが好ましく、３０００〜７０００ｃｍ²／ｇがより好ましい。１５００ｃｍ²／ｇ未満では高い初期強度発現性が得難く、９０００ｃｍ²／ｇを超えると反応活性が高くなり過ぎるのと粉砕コストが高騰するので適当ではない。本発明の補修用ポリマーセメント系組成物中のクリンカ粉末含有量は、普通ポルトランドセメント含有量１００質量部に対し、１２〜３５質量部とする。１２質量部未満では高い初期強度発現性が得られないことがあるので好ましくない。また、３５質量部を超える量では補修作業に適った可使時間の確保が困難になる他、中長期強度発現性の低下や過膨張を起こすことがあるので好ましくない。

本発明の補修用ポリマーセメント系組成物に必須含有される石膏類は、何れの石膏でも使用でき、例えば二水石膏、半水石膏、無水石膏を挙げることができる。また、天然石膏か化学石膏かも使用に際して問われない。好ましくはＩＩ型無水石膏を使用する。本発明の補修用ポリマーセメント系組成物中の石膏類の含有量（普通ポルトランドセメント中に予め存在する石膏分を除く。）は、前記のクリンカ粉末の含有質量の０．５〜２倍に相当する量とする。クリンカ粉末含有質量の０．５倍未満では収縮が大きく、長期強度が低下するため好ましくなく、またクリンカ粉末含有質量の２倍を超える含有量では凝結が遅延し、また全般に強度発現性が低迷するので好ましくない。

本発明の補修用ポリマーセメント系組成物に必須含有されるセメント用ポリマーは、ポリマーセメントに用いることができるものなら何れのポリマーでも良く、例えばＪＩＳＡ６２０３に規定されているようなポリマーディスパーションや再乳化粉末樹脂が挙げられる。具体的なポリマーディスパージョンとしては、ポリアクリル酸エステル、スチレンブタジエン又はエチレン酢酸ビニルを有効成分とするものなどが例示される。また、具体的な再乳化粉末樹脂としては、ポリアクリル酸エステル、スチレンブタジエン、エチレン酢酸ビニル、酢酸ビニル／バーサチック酸ビニルエステル、酢酸ビニル／バーサチック酸ビニル／アクリル酸エステルを有効成分とするものなどが例示される。ポリマーディスパーションと再乳化粉末樹脂を併用したものや例えば２種以上の再乳化型粉末樹脂又はポリマーディスパーションを使用することもできる。ポリマーの含有により付着力、遮水性、曲げ強度、ひび割れ抵抗、耐食性、変形性等を付与又は向上することができる。好ましくは変形追従性に優れ、繰り返し加重に対する耐久性にポリマーの含有量は、セメント含有量１００質量部に対し、固形分換算で９〜３０質量部が好ましい。９質量部未満では前記の特性が殆ど付与されず、また３０質量部を超えると強度が向上せず、粘性も高くなり過ぎて補修材としての施工性が悪化するので適当ではない。より好ましくは１５〜２０質量部とする。

本発明の補修用ポリマーセメント系組成物は前記以外の成分も、本発明の効果を実質的に喪失させない範囲で含有することができる。含有可能な成分のうち、含有を推奨されるものとして、凝結促進剤や凝結遅延剤のような凝結調整剤及び骨材が挙げられる。何れもモルタルやコンクリートに使用できるものなら特に制限されない。具体的には、凝結促進剤として、アルカリ金属の硫酸塩、炭酸塩又はアルミン酸塩、硫酸アルミを例示でき、また凝結遅延剤として、各種カルボン酸又はその塩、燐酸又はその塩、硼酸又はその塩、スルホン酸又はその塩等を例示できる。凝結促進剤と凝結遅延剤はその何れか一方の使用でも良く、両者を併用しても良い。凝結促進剤を使用する場合の含有量は、普通ポルトランドセメント含有量１００質量部に対し、概ね０．１〜５質量部が好ましい。０．１質量部未満では含有効果が実質得られず、また５質量部を超える量ではフレッシュ性状が低下し、可使時間の確保が困難になるため適当でない。また、凝結遅延剤を使用する場合の含有量は、普通ポルトランドセメント含有量１００質量部に対し、概ね０．１〜５質量部が好ましい。０．１質量部未満では含有効果が実質得られず、また５質量部を超える量では初期強度発現性が低下し、さらには長期間未硬化状態となる虞があるので適当ではない。また、骨材は天然又は人工の細骨材が挙げられ、好ましくは強度や耐久性が確保し易いことから普通細骨材が挙げられる。天然細骨材は、例えば川砂、山砂、海砂、砕砂を例示できる。骨材を使用する場合の含有量は、普通ポルトランドセメント含有量１００質量部に対し、概ね１００〜３５０質量部が好ましい。１００質量部未満の含有量では施工時に垂れ易くなる他、肉厚施工物では収縮が大きくなるので適当ではない。また３５０質量部を超えると強度発現性や耐久性が低下するので適当ではない。

上記以外に本発明の補修用ポリマーセメント系組成物に含有できる可能性がある成分としては、例えば膨張材、減水剤類（分散剤、減水剤、高性能減水剤、高性能ＡＥ減水剤など）、樹脂やセラミックス等の繊維、収縮低減剤、消泡剤、増粘剤、保水剤、撥水剤、顔料、増量材、ポゾラン反応性物質等を挙げることができる。

また、本発明の道路補修材は、ポリマーセメントのセメント成分にゴムラテックスを使用した前記の補修用ポリマーセメント系組成物を含有してなるものである。本発明の道路補修材は、補修用ポリマーセメント系組成物以外の成分を含有しなくても良く、また含有する場合は本発明の効果を実質喪失させない限り何れの成分でも許容される。本発明の道路補修材は、道路面の剥離、陥没、轍、亀裂の補修材や増厚工法用の補強材等に使用する。特に、ポットホールと呼ばれるＲＣ床版の局所的な空洞発生に起因する損傷部の補修用に好適である。

本発明の補修用ポリマーセメント系組成物の製造方法は限定されない。一例の概要を示すと、先ず、化学成分として少なくともＣａＯ源（例えば石灰石粉）とＡｌ₂Ｏ₃源（例えばバン土頁岩）となる原料を所望の鉱物相が得られるように配合し、混合した混合物を、電気炉又はロータリーキルン等の加熱装置で概ね１４００℃〜１６００℃で加熱し、自然放冷したクリンカを作製する。該クリンカを例えばボールミルなどの粉砕機で粉砕し、分級処理してブレーン比表面積で概ね１５００〜９０００ｃｍ²／ｇに整粒し、クリンカ粉末を得る。このクリンカ粉末と普通ポルトランドセメントと石膏を所定量混合し、必要に応じ骨材、凝結調整剤などを加え、注水する。注水の際は、例えば、ハンドミキサー、傾胴ミキサー、パン型ミキサー又は二軸混練機等で混練することで補修用ポリマーセメント系組成物が得られる。尚、注水量はセメント配合量１００質量部に対し、好ましくは２５〜５０質量部とする。２５質量部未満では流動性が著しく低下し、施工が困難となることがあるので適当ではなく、５０質量部を超えると高強度化が達成し難くなるので適当ではない。好ましくは、水量を２７〜３５質量部とすると施工性と強度発現性がバランス良く良好となる。

以下、実施例により本発明を具体的に詳しく説明するが、本発明は記載した実施例に限定されるものではない。

［クリンカ粉末の作製］生石灰５５質量部とバン土頁岩（含有化学成分Ａｌ₂Ｏ₃；８８質量％、ＳｉＯ₂；５質量％、ＴｉＯ₂；４．３質量％、Ｆｅ₂Ｏ₃；１．６質量％）４５質量部からなる混合物を、電気炉で１４５０℃で焼成した。焼成物は電気炉の取出口を開放した状態で炉内放冷し、次の主要鉱物相からなるクリンカを作製した。

［主な生成鉱物相］尚、（）内は、クリンカ中に生成した鉱物相の質量割合。
・結晶質カルシウムアルミネート含有割合が８２質量％のカルシウムアルミネート（７６質量％）
・ゲーレナイト（１４．５質量％）、
・チタン酸カルシウム（４．５質量％）、
・カルシウムアルミノフェライト（３質量％）
・アルミン酸マグネシウム（１．７質量％）。

得られたクリンカはボールミルで粉砕し、分級機を用い、ブレーン比表面積約６０００ｃｍ²／ｇのクリンカ粉末（Ａ）を作製した。また、参考のため、原料配合は前記と同じで、約１５５０℃で焼成し、当該温度から焼成物を常温下の炉外に取出すことで急冷したクリンカであって、結晶質カルシウムアルミネートを実質含有しないカルシウムアルミネートを７５質量％含むクリンカも作製した。このクリンカも同様にボールミル粉砕し、ブレーン比表面積約６０００ｃｍ²／ｇのクリンカ粉末（Ｂ）を得た。

［モルタルの作製］得られたクリンカ粉末と、次のＣ〜Ｊから選定される材料及び水を用い、表１に表す配合になるよう混練用容器に一括投入し、ハンドミキサで９０秒間混練し、モルタルを作製した。
Ｃ；普通ポルトランドセメント（太平洋セメント株式会社製）
Ｄ；超速硬セメント（太平洋セメント株式会社製、商品名；スーパージェットセメント）
Ｅ；ＩＩ型無水石膏（ブレーン比表面積８０００ｃｍ²／ｇ）
Ｆ；スチレンブタジエンゴム系ポリマーディスパーション（商品名「太平洋ＣＸＢ」、太平洋マテリアル社製）
Ｇ；アクリル系再乳化型粉末樹脂（アクゾノーベル社製）
Ｈ；細骨材（山形産硅砂）
Ｉ；凝結促進剤（炭酸リチウム、市販品）
Ｊ；凝結遅延剤（クエン酸、市販品）

作製したモルタルに対し、次の評価を行った。
［モルタル混練物の流動性の評価］作製したモルタルについて、ＪＩＳＲ５２０１に準拠した方法で、２０℃の屋内でフロー値を測定した。その結果を表２に表す。

［強度の評価］作製したモルタルを内径５０ｍｍで長さ１００ｍｍの円筒管内に充填し、２０℃の温度下で３時間後に脱型し、所定材齢になるまで常温下で気中養生した。養生後の該供試体は、直ちに、ＪＳＣＥ−Ｇ５０５−１９９９「円柱供試体を用いたモルタル又はセメントペーストの圧縮強度試験方法」に準じて、材齢１，７，２８日の圧縮強度を測定した。また、同様の供試体に対し、ＪＩＳＲ５２０１「セメントの物理試験方法」に準じた方法で曲げ強度（材齢１日）も測定した。その結果を表２に表す。

表２の結果より、本発明品は何れも補修施工に適した流動性と施工工期の短縮に繋がる高い初期強度発現性を呈したことがわかる。また中長期強度発現性も高く、物理的な耐久性にも優れていることがわかる。

Claims

結晶質カルシウムアルミネートと非晶質カルシウムアルミネートからなるカルシウムアルミネート６５質量％以上と残部間隙物質からなるクリンカ粉末１２〜３５質量部、普通ポルトランドセメント１００質量部、石膏類を該クリンカ粉末含有質量の０．５〜２倍相当量及びセメント用ポリマー９〜３０質量部を含有する補修用ポリマーセメント系組成物。
セメント用ポリマーがゴムラテックスである請求項１記載の補修用ポリマーセメント系組成物。
請求項２記載の補修用ポリマーセメント系組成物を含有してなる道路補修材。