JP2013234101A - 耐硫酸性グラウト組成物及びこれを用いた充填工法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明に係る耐硫酸性グラウト組成物は、セメントを含むものであり、セメント100質量部に対して、数平均分子量が2000〜6000でありかつ重量平均分子量が3000〜30000であるナフタレンスルホン酸塩縮合物を固形分基準で0.3〜5質量部と、膨張材5〜20質量部と、発泡材0.1〜0.8質量部と、細骨材とを含む。
【選択図】図4
Description
硫酸侵食とは、下水道及び温泉地等の環境下で発生する硫酸イオンがモルタル、コンクリートから溶出するカルシウムイオンと反応して脆い石膏を形成し、形成された石膏層が脱落後また新たに石膏を形成するというサイクルによって、モルタル構造物、コンクリート構造物が侵食される現象である。
数平均分子量及び重量平均分子量が上記の特定の範囲であるナフタレンスルホン酸塩縮合物は、ナフタレン構造に続くスルホン酸基がセメント粒子表面のカルシウムイオン等の多価カチオンに吸着し、吸着点から極近傍に嵩高い剛直なナフタレン構造やそれに続くポリマーがセメント粒子表面を被覆することでカルシウムイオンの溶出を抑制したり、硫酸イオンとの反応を抑制すると考えられる。
[使用材料]
以下に示す材料を使用した。
(1)セメント
普通ポルトランドセメント(C):ブレーン比表面積 3270cm2/g(JIS R 5201−1997 「セメントの物理試験」に準じて測定した。試料ベットのポロシティーは0.50とした。)
(2)石灰石粉末
石灰石粉末(LSP):ブレーン比表面積 4500cm2/g(JIS R 5201−1997 「セメントの物理試験」に準じて測定した。試料ベットのポロシティーは0.47とした。)
(4)骨材
珪砂(S1)(表乾密度2.58g/cm3、粗粒率3.62)
珪砂(S2)(表乾密度2.65g/cm3、粗粒率2.71)
(5)練混ぜ水
上水道水(W)
(6)ナフタレンスルホン酸塩縮合物(A)
ゲルろ過クロマトグラフィー(GFC:Gel Filtration Chromatography)により、以下に示す条件で、下記式で示されるナフタレンスルホン酸ナトリウムのホルマリン縮合物の数平均分子量及び重量平均分子量を測定した。
GFC装置:日本分光株式会社製 PU−2085plus型システム
カラム:東ソー株式会社製 GMPW(内径7.8mm×長さ300mm)
溶離液:50mM LiCl水溶液/CH3CN=60/40(容量比)
注入量:10μL
溶離液流速:0.6mL/min
カラム温度:40℃
検出器:紫外吸収型(波長260nm)
標準試料:ポリスチレンスルホン酸、p−トルエンスルホン酸
表1に示すように、ポリスチレンスルホン酸とp−トルエンスルホン酸の分子量と保持時間の関係を測定し、この測定結果から図1に示す分子量較正曲線を作成した。
TNS−100(V1):太平洋マテリアル社製
Acti-Gel208(V2):ITC社製
(8)凝結促進剤(RA)
硫酸アルミニウム:大明化学工業社製
(9)膨張材(Z)
カルシウムサルホアルミネート(太平洋ジプカル:太平洋マテリアル社製)
(10)発泡材(CA)
アルミニウム粉末:大和金属粉工業社製(粒径44μm以下60%以上のアルミニウム粉)
表3に示す配合割合で、JIS R 5201‐1997「セメントの物理試験」における練混ぜ方法に準じてモルタル組成物及びグラウト組成物を調製した。具体的には、以下のように調製した。
練り鉢に、材料を表3に示す配合割合で投入し、直ちに練混ぜ機でパドルを低速(自転速度:毎分140±5回転、公転速度:62±5回転)で回転させながら練混ぜた。モルタル組成物の場合は、水(W)、普通ポルトランドセメント(C)及び石灰石微粉末(LSP)、化学混和剤(A)、分離低減剤(V1、V2)、凝結促進剤(RA)を使用し、グラウト組成物の場合は更に膨張材(Z),発泡材(CA)を使用した。
得られたモルタル組成物を用いて、JIS R 5201‐1997「セメントの物理試験方法 11.フロー試験」に記載される方法において、打撃を与えずに測定した値(以下「0打フロー」という。)、0打フロー250mmに到達した時間及びモルタル組成物の分離の有無を目視で確認した。モルタル組成物に材料分離が生じた場合を×、材料分離あるいは沈降が生じなかった場合を○として評価した。結果を表4に示す。膨張材及び発泡材を添加しても,モルタルフローは320〜330mm程度であり,分離も生じていなかった。この結果より,膨張材及び発泡材を添加してもフレッシュ性状に変化がないことを確認した。
[供試体の調製]
直径5cm×高さ10cmの円筒型枠に調製したモルタル組成物を流し込み、渦電流式非接触変位センサーを用いて膨張収縮量を測定した。具体的には,流し込んだモルタル組成物の上に、乾燥防止のため丸型の塩化ビニール板を置き、その上に検出物体として金属板を置いて、発振の変化により、材齢7日までの変位を測定した。測定状況を図2及び図3に、測定結果を表5、表6及び図4にそれぞれ示す。
温度20±2℃、相対湿度60±5%で養生し,流し込みから(打設)材齢7日まで変位を測定し,材齢7日で収縮しないことを確認した。
表5に示すように,始発から材齢7日までの膨張量が零に近い参考例2が、添加量が少なくコスト的に優位あることが確認できる。そこで、この参考例2のモルタル組成物に発泡材、膨張材及び細骨材を加えグラウト組成物を調製した(実施例1、2、比較例1)。表6に示すように,材齢7日における長さ変化率が1000〜2000の範囲である実施例1及び実施例2が,過度な膨張又は収縮が生じていないことを確認した。一方、発泡材をセメント100質量部に対して0.9質量部と過剰添加すると、過度な膨張が生じた。このように,膨張材及び発泡材を適度に用いることで収縮を抑制できることを確認した。参考のため、図4に実施例1の経過時間に対する長さ変化を示す。
<硬化体の調製>
縦4cm×横4cm×長さ16cmの角柱型枠に調製したモルタル組成物を流し込み、20℃で一昼夜養生した後脱型し、その後水温20℃の水中で28日間養生してモルタル硬化体を得て,試験用の供試体とした。
JIS原案の「コンクリートの溶液浸漬による耐薬品性試験方法」に基づいて、耐硫酸性の試験を行った。具体的には、養生終了後、片側面(暴露面)以外を樹脂によって防食塗装した供試体を5質量%硫酸水溶液(pH約0.3、20±2℃)に浸漬し、浸漬期間4週間(4W)、8週間(8W)、13週間(13W)、26週間(26W)後に硫酸水溶液から供試体を取り出した。取り出した供試体を湿式切断機で端面から2cm幅で切断し、切断面にフェノールフタレイン溶液を噴霧し、中性化深さを測定した。中性化深さは以下の式(1)で求めた。結果を表7に示す。比較用として汎用コンクリートの試験結果を併記する。なお、汎用コンクリートの配合を表8に示す。汎用コンクリートは、普通セメントを用い、粗骨材には硬質砂岩砕石(G2),細骨材には海砂(S2)を使用した。また、分散剤には一般的に使用されるポゾリスNo.70(Ad)を使用した。
<中性化深さの算出式>
中性化深さ(mm)=L−L1・・・式(1)
式中、Lは硫酸水溶液に浸漬する前の供試体の長さ3点の平均値(mm)を示し、L1は硫酸水溶液に所定期間浸漬した後の供試体の着色した部分の長さ3点の平均値(mm)を示す(図5参照)。
以上のように、耐硫酸性を有するセメント組成物に膨張材及び発泡材を適量で使用することにより,間隙に充填可能なグラウトとしての新たな用途を見出すことが可能となった。
Claims (7)
- セメントを含む耐硫酸性グラウト組成物であって、
セメント100質量部に対して、数平均分子量が2000〜6000でありかつ重量平均分子量が3000〜30000であるナフタレンスルホン酸塩縮合物を固形分基準で0.3〜5質量部と、膨張材5〜20質量部と、発泡材0.1〜0.8質量部と、細骨材とを含むことを特徴とする耐硫酸性グラウト組成物。 - セメント100質量部に対して、更に石灰石微粉末を30〜400質量部含む、請求項1に記載の耐硫酸性グラウト組成物。
- 前記膨張材は、カルシウムアルミネート及び/又は生石灰を含む、請求項1又は2に記載の耐硫酸性グラウト組成物。
- 前記発泡材は、アルミニウム粉末である、請求項1〜3のいずれか一項に記載の耐硫酸性グラウト組成物。
- 更に、分離低減剤を含む、請求項1〜4のいずれか一項に記載の耐硫酸性グラウト組成物。
- セメント100質量部に対して、更に分離低減剤を0.5〜5質量部含む、請求項1〜5のいずれか一項に記載の耐硫酸性グラウト組成物。
- コンクリート構造物の隙間に、請求項1〜6のいずれか一項に記載の耐硫酸性グラウト組成物を充填する工程を備える充填工法。
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