JP2016210672A - 疲労耐久性に優れた高引張強度モルタル - Google Patents
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Abstract
Description
さらに、従来の繊維補強モルタルは、混練直後の流動性が高くても、使用時間の経過につれて流動性がかなり低下するため、十分な可使時間を得るのが難しいと云う問題がある。
〔1〕セメント、細骨材、ポゾラン質粉末混和材、補強繊維、および混和剤を含有するモルタルであり、水粉体比9〜13%において練混ぜ直後の静置フロー値が170mm以上であって、上限応力比65%における繰返し応力回数が150万回以上であり、材齢28日の圧縮強度が150N/mm2以上であって、材齢28日の引張強度が7.0N/mm2以上であることを特徴とする高引張強度モルタル。
〔2〕上限応力比80%における繰返し応力回数が1500回以上である上記[1]に記載する高引張強度モルタル。
〔3〕セメントがポルトランドセメントであり、ポゾラン質粉末がシリカフューム、シリカダスト、または微粉末シリカの何れか、あるいは、高炉スラグ微粉末、フライアッシュ、火山灰、または珪藻土の何れかであり、補強繊維が繊維径10μm〜30μmおよび繊維長さ4mm〜10mmのポリビニルアルコール系合成繊維、ナイロン繊維、またはアラミド繊維であり、補強繊維の含有量が0.1〜1.0vol%である上記[1]または上記[2]に記載する高引張強度モルタル。
〔4〕セメント100重量部に対して、細骨材量50〜200重量部、ポゾラン質粉末混和材量2〜20重量部、混和剤量0.2〜2.0重量部、モルタルの体積に対する補強繊維量0.1〜1.0vol%である上記[3]に記載する高引張強度モルタル。
〔5〕水粉体比9〜13%において、練混ぜ直後の静置フロー値が200mm以上であって、練混ぜ3時間までの静置フロー値が190mm以上であり、材齢28日の引張強度が8.0N/mm2以上である上記[1]〜上記[4]の何れかに記載する高引張強度モルタル。
〔6〕練混ぜ直後のフロー値(Fa)に対する、10m圧送後〜40m圧送後のフロー値(Fb)の比(Fb/Fa)が0.90〜1.50である上記[5]に記載する高引張強度モルタル。
〔7〕練混ぜ直後の引張強度(Xa)に対する、10m圧送後〜40m圧送後の引張強度(Xb)の比(Xb/Xa)が0.90〜1.50である上記[5]または上記[6]に記載する高引張強度モルタル。
〔8〕補強繊維が繊維径10μm〜30μmおよび繊維長さ4mm〜8mmのポリビニルアルコール系合成繊維であって、モルタル体積に対する補強繊維量が0.1〜0.3vol%であり、混和剤が変形ポリカルボン酸を主成分とする混和剤であって、混和剤量が0.2〜2.0重量部である上記[5]〜上記[7]の何れかに記載する高引張強度モルタル。
〔9〕アウイン−無水石膏系または酸化カルシウム−無水石膏系の粉末膨張材をセメント100重量部に対して2〜15重量部含有する上記[1]〜上記[8]の何れかに記載する高引張強度モルタル。
以下、本発明の高引張強度モルタルについて具体的に説明する。なお、wt%は特に示す以外はモルタルの粉体全量に対する値である。
また、本発明のモルタルは、長い圧送距離の後でも、引張強度の変化が格段に小さい。具体的には、練混ぜ直後の引張強度(Xa)に対する、10m圧送後〜40m圧送後の引張強度(Xb)の比(Xb/Xa)は0.90〜1.50の範囲内であり、好ましくは0.95〜1.10の範囲内である。
さらに、本発明のモルタルは、長い圧送距離の後でも、引張強度の変化が格段に小さい。具体的には、練混ぜ直後の引張強度(Xa)に対する、10m圧送後〜40m圧送後の引張強度(Xb)の比(Xb/Xa)は0.90〜1.50の範囲内である。
〔使用材料〕
モルタルの材料として表1に示す材料を用いた。補強繊維の種類および混入量を表2に示す。モルタルの配合量比を表3に示す。
試験方法、試験水準を以下に示す。試験環境温度は何れも30℃である。
(イ) 疲労耐久性の試験は、旧JSTM C 7104:1999「繰返し圧縮応力によるコンクリートの疲労試験方法」に準拠した。試験水準は、静的圧縮強度160N/mm2において、上限応力比(S)が80%、70%、65%の3水準、下限応力比は10%、繰返し速度は10Hzとし、繰返し応力回数(N)を測定した。
である。供試体寸法はφ50×100mmである。
(ロ) モルタルのフロー値はJIS-R-5201:1997に従い、0打でのフロー(静置フロー値)を測定した。
(ハ) 引張強度はJIS-A-1113:2006に従い、φ50×100mm(材齢28日)の供試体について測定した。圧縮強度はJIS A 1108「コンクリートの圧縮強度試験方法」に従い、φ50×100mm(材齢28日)の供試体について測定した。
表1および表2の材料を用い、表3に示す配合比に従って、セメント、細骨材、繊維、混和材、混和剤、膨張材を配合し、水粉体比11%に調整して繊維補強モルタルを製造した。この繊維補強モルタルについて、φ50×100mmの供試体を作成し、材齢28日において、繰返し応力回数(N)を測定した。試験水準は、上限応力比(S)が静的圧縮強度の80%、70%、65%の3水準、下限応力比(S10)は静的圧縮強度の10%、繰返し速度は10Hzである。この結果を表4に示した。
表4に示すように、補強繊維としてPVA繊維、ナイロン繊維、アラミド繊維を用い、該繊維の含有量が0.1〜1.0vol%のモルタル(試料A1〜A13)は、練混ぜ直後の静置フロー値が170mm以上であって、上限応力比65%における繰返し応力回数が150万回以上であり、上限応力比80%における繰返し応力回数が1500回以上である。また、材齢1日の圧縮強度が100N/mm2以上であり、材齢28日の引張強度が7.0N/mm2以上である。
一方、該繊維の含有量が0.05vol%の試料A14は繊維量が少なすぎるので、上限応力比65%における繰返し応力回数、および上限応力比80%における繰返し応力回数が何れも試料A1〜A13の繰返し応力回数より大幅に低い。また、該繊維の含有量が1.5vol%の試料A15は繊維量が多すぎるので、練混ぜ直後の静置フロー値が170mmより小さい。従って、繊維の含有量は0.1〜1.0vol%の範囲が好ましい。
また、繊維長さが1mmの試料A12は繊維含有量が0.2vol%でも繰返し応力回数が少なく、繊維長さが12mmの試料A13は繊維含有量が0.2vol%でも練混ぜ直後の静置フロー値が170mmより小さい。従って、補強繊維の繊維長さは4mm〜10mmが好ましい。また、使用繊維の繊維径から補強繊維の繊維径は10μm〜30μmが好ましい。
表1および表2の材料を用い、表5に示す配合比に従って、セメント、細骨材、繊維、混和材、混和剤(変形ポリカルボン酸)、膨張材を配合し、水粉体比9〜13に調整して繊維補強モルタルを製造した。この繊維補強モルタルについて、実施例1と同様の試験を行った。この結果を表6に示す。表6に示すように、セメント100重量部に対して、細骨材量50〜200重量部、ポゾラン質粉末混和材2〜20重量部、混和剤0.2〜2.0重量部の範囲で、練混ぜ直後の静置フロー値が170mm以上であって、上限応力比65%における繰返し応力回数が150万回以上であり、上限応力比80%における繰返し応力回数が1500回以上である。また、材齢1日の圧縮強度が100N/mm2以上であり、材齢28日の引張強度が7.0N/mm2以上である。
表1および表2に示す材料を用い、繊維の配合量を表7に示すように0.1vol%、0.3vol%、0.5vol%にしてモルタルを調製した。このモルタルについて、混練直後のフロー値と材齢28日の引張強度を測定した。この結果を表7、および図1、図2に示した。
上記結果に示すように、ナイロン繊維を配合したモルタルは繊維量約0.5vol%でも混練直後のフロー値は約200mmであり流動性が良いが、材齢28日の引張強度は約7.5N/mm2以下であり、硬化後の引張強度はPVA繊維およびアラミド繊維より低い。アラミド繊維を配合したモルタルは繊維量約0.5vol%において材齢28日の引張強度は約8.4N/mm2と高いが、混練直後のフロー値は約110mmであり、流動性がPVA繊維およびナイロン繊維より低い。一方、PVA繊維を配合したモルタルは、繊維量約0.1vol%〜0.5vol%で材齢28日の引張強度は8.0N/mm2以上と高く、一方、混練直後のフロー値は207mm〜147mmであり、アラミド繊維を用いたモルタルよりも流動性が高い。この結果によれば、引張強度とフロー値の両方を高めるにはPVA繊維がナイロン繊維およびアラミド繊維よりも有利である。
表2に示すPVA繊維(繊維径26μm、繊維長さ6mm)を用い、繊維量0.1vol%としたほかは表3の配合に従い、表8に示す混和剤を用いたモルタルを調製した。このモルタルについて混練直後、1時間経過、2時間経過、3時間経過の各フロー値を測定した。この結果を表8、図3に示す。
この結果に示すように、ポリカルボン酸塩型共重合体を主成分とする混和剤(PM)を配合したモルタルのフロー値は混練直後207mmであるが、混練2時間後100mmに大幅に低下する。ポリエーテル・ポリカルボン酸を主成分とする混和剤(6681)を配合したモルタル、およびポリエチレングレコール基を主成分とする混和剤(FS)のフロー値は、混練直後288mm、290mmと高いが、混練2時間後155mm、139mmに低下し、混練3時間後には何れも100mmまで大幅に低下する。
一方、変形ポリカルボン酸を主成分とする混和剤(AP)を配合したモルタルのフロー値は、混練直後290mmと高く、混練3時間後でも240mmと高い流動性を保持している。この結果から、変形ポリカルボン酸を主成分とする混和剤を用いるのが好ましいことが分かる。従来から常用されているポリカルボン酸塩型共重合体を主成分とする混和剤やポリエーテル・ポリカルボン酸を主成分とする混和剤はポリカルボン酸系であっても、繊維補強モルタルにおいて、本発明と同様の流動性を有するのは難しい。
繊維長4mm、6mm、8mm、10mmのPVA繊維(繊維径26μm)を用い、繊維量を0.1vol%、0.2vol%、0.3vol%とし、混和剤として変形ポリカルボン酸を主成分とする混和剤(AP)をセメント100重量部に対して0.6重量部配合し、水粉体比11%のモルタルを調製した。このモルタルについて混練直後、1時間経過、2時間経過、3時間経過の各フロー値および材齢28日の引張り強度を測定した。この結果を表9、図4〜図7に示す。
この結果に示すように、PVA繊維について繊維長が10mmのモルタルは繊維量が0.1〜0.3vol%の何れの場合にもフロー値が大幅に減少する。一方、繊維長4mm〜8mmのモルタルは繊維量が0.1〜0.3vol%の何れの場合にもフロー値が190mm以上であり、高い流動性を有する。従って、繊維長は4mm〜8mmが好ましい。また、図7に示すように、繊維長4mm〜10mmのPVA繊維は繊維量0.1〜0.3vol%の何れの場合にも、硬化後の引張強度は8.0N/mm2以上であり、高い引張強度を有する。
繊維長6mmのPVA繊維(繊維径26μm)を用い、繊維量を0.1vol%一定にし、混和剤として変形ポリカルボン酸を主成分とする混和剤(AP)を用い、該APの添加量をセメント100重量部に対して0.1〜3.0重量部にし、その他は実施例5と同様にして水粉体比11wt%のモルタルを調製した。このモルタルの混練直後、1時間経過、2時間経過、3時間経過の各フロー値、材齢1日の圧縮強度および材齢28日の引張り強度を測定した。この結果を表10に示す。
この結果に示すように、混和剤の添加量が0.1重量部では、3時間経過後にフロー値が190mm以下になり、所要の流動性が得られなくなる。また、混和剤添加量が3.0重量部になると材齢1日の初期圧縮強度が低下する。一方、混和剤の添加量が0.2〜2.0重量部の範囲では、フロー値およびその時間変化は少なく、また、圧縮強度および引張強度の物性も所要の値を満足する。
繊維長6mmのPVA繊維(繊維径26μm)を用い、繊維量を0.1vol%にし、混和剤として変形ポリカルボン酸を主成分とする混和剤(AP)を用い、該APの添加量をセメント100重量部に対して0.6重量部にし、その他は実施例5と同様にして、水粉体比11wt%のモルタルを調製した。このモルタルを用いてポンプ圧送試験を実施し、水平圧送距離の違いが高強度モルタルの物性に与える影響や、ポンプ圧送時の圧力を計測した。試験は練混ぜ直後と水平圧送距離(10〜40m)ごとに採取した5試料について行った。
フロー値および吐出圧力および引張強度は練混ぜ直後から水平圧送距離10〜40mまで測定した。また、吐出量は水平圧送距離40mにおいて計測した。この結果を表11、図8〜図10に示す。
表11に示すように、圧送後のフローの変化は小さく、練混ぜ直後のフロー値(Fa)に対する圧送後のフロー値(Fb)の比(Fb/Fa)は0.90〜1.50の範囲内であり、具体的には0.98〜1.05である。また、圧送後の引張強度の変化も小さく、練混ぜ直後の引張強度(Xa)に対する圧送後の引張強度(Xb)の比(Xb/Xa)は0.90〜1.50の範囲内であり、具体的には0.98〜1.06である。
また、ポンプ圧送40m後の吐出量は公称能力とほぼ同等であること(測定値0.744m3/h、公称0.800m3/h)から、当該モルタルのポンプ圧送性は良好であることが示された。吐出圧力は水平圧送距離が長くなるほど高くなる傾向にあるものの、圧送距離が長くなるにつれてその勾配が緩慢になる。これは、ポゾラン物質として添加した微小の球形粒子であるシリカフュームのボールベアリング効果により、ホース壁面とモルタルの摩擦が大幅に低減されることによりもたらされるものと考えられる。およそ、100m以上の水平距離を圧送することが可能である。また、材齢28日引張強度は水平圧送距離の違いによる影響は小さく、ほぼ同等であった(8.0〜8.5N/mm2)。
繊維長6mmのPVA繊維(繊維径26μm)を用い、繊維量を0.1vol%にし、混和剤として変形ポリカルボン酸を主成分とする混和剤(AP)を用い、該APの添加量をセメント100重量部に対して0.6重量部にし、その他は実施例5と同様にして、水粉体比11wt%のモルタルを調製した。
図11、図12に示す二重型枠A(外枠10:縦400mm×横400mm×高さ900mm、内枠20と外枠の隙間、a:20mm、b:30mm、c:40mm、d:60mm)を用い、該型枠Aの外枠10と内枠20の隙間a〜dに型枠下部の注入管30を通じて上記モルタルを圧力注入し、モルタル充填の様子を確認した。充填開始後、注入孔から各隙間a〜dに上記モルタルが一様に広がっていくことが確認できた。また、最も間隙の狭い隙間a(20mm)への充填も可能であることを確認した。また、充填中に隙間d(60mm)と隙間a(20mm)について型枠上端からの深さを同時に測定したところ、何れの隙間の充填高さ(上端からの深さ)は同じ値であり、隙間の寸法にかかわらず同等に充填され、充填高さが水平に保たれることを確認した。さらに各隙間の肌面は、材料分離や未充填個所および気泡等は確認されず、密実に充填されていることが確認された。
Claims (9)
- セメント、細骨材、ポゾラン質粉末混和材、補強繊維、および混和剤を含有するモルタルであり、水粉体比9〜13%において練混ぜ直後の静置フロー値が170mm以上であって、上限応力比65%における繰返し応力回数が150万回以上であり、材齢28日の圧縮強度が150N/mm2以上であって、材齢28日の引張強度が7.0N/mm2以上であることを特徴とする高引張強度モルタル。
- 上限応力比80%における繰返し応力回数が1500回以上である請求項1に記載する高引張強度モルタル。
- セメントがポルトランドセメントであり、ポゾラン質粉末がシリカフューム、シリカダスト、または微粉末シリカの何れか、あるいは、高炉スラグ微粉末、フライアッシュ、火山灰、または珪藻土の何れかであり、補強繊維が繊維径10μm〜30μmおよび繊維長さ4mm〜10mmのポリビニルアルコール系合成繊維、ナイロン繊維、またはアラミド繊維であり、補強繊維の含有量が0.1〜1.0vol%である請求項1または請求項2に記載する高引張強度モルタル。
- セメント100重量部に対して、細骨材量50〜200重量部、ポゾラン質粉末混和材量2〜20重量部、混和剤量0.2〜2.0重量部、モルタルの体積に対する補強繊維量0.1〜1.0vol%である請求項3に記載する高引張強度モルタル。
- 水粉体比9〜13%において、練混ぜ直後の静置フロー値が200mm以上であって、練混ぜ3時間までの静置フロー値が190mm以上であり、材齢28日の引張強度が8.0N/mm2以上である請求項1〜請求項4の何れかに記載する高引張強度モルタル。
- 練混ぜ直後のフロー値(Fa)に対する、10m圧送後〜40m圧送後のフロー値(Fb)の比(Fb/Fa)が0.90〜1.50である請求項5に記載する高引張強度モルタル。
- 練混ぜ直後の引張強度(Xa)に対する、10m圧送後〜40m圧送後の引張強度(Xb)の比(Xb/Xa)が0.90〜1.50である請求項5または請求項6に記載する高引張強度モルタル。
- 補強繊維が繊維径10μm〜30μmおよび繊維長さ4mm〜8mmのポリビニルアルコール系合成繊維であって、モルタル体積に対する補強繊維量が0.1〜0.3vol%であり、混和剤が変形ポリカルボン酸を主成分とする混和剤であって、混和剤量が0.2〜2.0重量部である請求項5〜請求項7の何れかに記載する高引張強度モルタル。
- アウイン−無水石膏系または酸化カルシウム−無水石膏系の粉末膨張材をセメント100重量部に対して2〜15重量部含有する請求項1〜請求項8の何れかに記載する高引張強度モルタル。
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水口和彦、阿部忠、河野克哉、川口哲生: "有機繊維を用いた超高強度繊維補強コンクリート部材の曲げ疲労特性に関する基礎的研究", 日本大学生産工学部第47回学術講演会講演概要, vol. 第47回, JPN6019029013, 6 December 2014 (2014-12-06), JP, pages 679 - 682, ISSN: 0004085304 * |
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