JP2017114691A

JP2017114691A - 水中不分離性モルタル組成物

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Publication number: JP2017114691A
Application number: JP2015248463A
Authority: JP
Inventors: 信哉赤江; Shinya Akae
Original assignee: Taiheiyo Materials Corp
Current assignee: Taiheiyo Materials Corp
Priority date: 2015-12-21
Filing date: 2015-12-21
Publication date: 2017-06-29
Anticipated expiration: 2035-12-21
Also published as: JP6626341B2

Abstract

【課題】２０℃未満の環境下においても良好な水中不分離性を具備しつつ、凝結時間の短縮ができる水中不分離性モルタル組成物を提供。【解決手段】（Ａ）セメント１００質量部に対して（Ｂ）細骨材２０〜７０質量部、（Ｃ）増粘剤０．１３〜０．３質量部及び（Ｄ）ポリカルボン酸系減水剤０．４〜０．９質量部を含有し、（Ｃ）増粘剤に対する（Ｄ）ポリカルボン酸系減水剤の質量比（Ｄ／Ｃ）が２．０〜４．０である水中不分離モルタル組成物。（Ａ）セメントが早強ポルトランドセメントであることが好ましく、更に（Ｅ）膨張剤を含有することが望ましく、凝結時間の終結が１６時間以内であることがより好ましい水中不分離性モルタル組成物。【選択図】なし

Description

本発明は、土木・建築業界において、主に水中グラウトに使用される水中不分離性モルタル組成物に関する。

橋脚や橋台などの構造物を水中に構築する際、モルタル・コンクリートを水中に打設することがある。水中への打設に適したモルタル・コンクリートとして水中不分離性モルタル・コンクリートが知られている。この水中不分離性モルタル・コンクリートは充填性が良好なため充填にバイブレータを必要としない。また、水に溶け難いため汚濁の発生を抑制した施工が可能である。

水中不分離性モルタル・コンクリートとしては、水中不分離性混和剤をベースとなるモルタル又はコンクリートに添加し練混ぜたものが知られている。この水中不分離性混和剤としては、セルロース系あるいはアクリル系の高分子材料が用いられている(特許文献１)。
また、ベースコンクリートに水中不分離性混和剤を海水に添加したスラリーを混合して練混ぜ、亜硝酸塩系混和剤を添加し、凝結時間を短縮した水中不分離性コンクリートも提案されている(特許文献２)。

特開平０７−１３８０５５号公報特開２０１３−１７７２７６公報

しかしながら、水中不分離性モルタル・コンクリートは、通常ベースとなるモルタル・コンクリートよりも減水剤の添加量が多いこと、及び水中不分離性混和剤の特性から、通常のモルタル・コンクリートよりも凝結時間に時間を要してしまうことが問題であった。さらに、外気温が２０℃よりも下回る環境下では、凝結時間がさらに遅延し、打設２４時間後においても始発に至らない恐れがある。
また、特許文献２の提案でも２０℃以上環境下（コンクリート温度が２１〜２２℃）におけるものであり、２０℃を下回る環境下では、凝結時間の短縮の効果が小さくなるという問題がある。

従って、本発明の課題は、２０℃を下回る環境下においても、良好な水中不分離性を具備しつつ、凝結時間の短縮が出来る水中不分離性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、特定量のセメント、細骨材、増粘剤及びポリカルボン酸系減水剤を含有させ、増粘剤とポリカルボン酸系減水剤との含有比率を一定の範囲とすることにより、２０℃を下回る環境下においても、良好な水中不分離性を示し、かつ凝結時間を短縮することができることを見出し、本発明を完成した。

すなわち、本発明は、次の〔１〕〜〔４〕を提供するものである。

〔１〕（Ａ）セメント１００質量部に対して、（Ｂ）細骨材２０〜７０質量部、（Ｃ）増粘剤０．１３〜０．３質量部及び（Ｄ）ポリカルボン酸系減水剤０．４〜０．９質量部を含有し、
（Ｃ）増粘剤に対する（Ｄ）ポリカルボン酸系減水剤の質量比（Ｄ／Ｃ）が２．０〜４．０である水中不分離性モルタル組成物。
〔２〕前記（Ａ）セメントが早強ポルトランドセメントである〔１〕に記載の水中不分離性モルタル組成物
〔３〕さらに（Ｅ）膨張材を含有する〔１〕又は〔２〕に記載の水中不分離性モルタル組成物。
〔４〕凝結時間の終結が１６時間以内となる〔３〕に記載の水中不分離性モルタル組成物。

本発明の水中不分離性モルタル組成物を用いれば、２０℃を下回る環境下においても、良好な水中不分離性を示し、且つ、凝結時間を短縮することができる。

本発明の水中不分離性モルタル組成物は、（Ａ）セメント１００質量部に対して（Ｂ）細骨材２０〜７０質量部、（Ｃ）増粘剤０．１３〜０．３質量部及び（Ｄ）ポリカルボン酸系減水剤０．４〜０．９質量部を含有し、（Ｃ）増粘剤に対する（Ｄ）ポリカルボン酸減水剤の質量比（Ｄ／Ｃ）が２．０〜４．０である。

本発明で使用する（Ａ）セメントとしては、普通、早強、超早強、低熱、及び中庸熱等の各種ポルトランドセメント、これらに高炉スラグ粉末、フライアッシュ、又はシリカ粉末を混合した各種混合セメント、各種の産業廃棄物を主原料として製造されるエコセメントなどが挙げられ、これらのうち一種又は二種以上が使用可能である。強度発現性や材料分離抵抗性の観点から、早強ポルトランドセメントが好ましい。

本発明で使用する（Ｂ）細骨材としては、例えば、川砂、海砂、山砂、砕砂、人工細骨材、スラグ細骨材、再生細骨材等が挙げられ、これらの一種又は二種以上の使用が可能である。モルタルが高い流動性を得ることから、公称呼び寸法１０ｍｍの篩に留まる粒子が１質量％未満であることが好ましく、公称呼び寸法５ｍｍの篩に留まる粒子が１質量％未満であることがより好ましい。

（Ｂ）細骨材の使用量は、（Ａ）セメント１００質量部に対して、２０〜７０質量部が好ましい。２０質量部未満では、大量打設した際、良好な水中不分離性が得られず、又は、熱ひび割れが発生する恐れがある。７０質量部を超えると充分な圧縮強度が得られなくなる恐れがある。より好ましくは２０〜６０質量部であり、さらに好ましくは３０〜５０質量部であり、さらに好ましくは３７．５〜４２．５質量部である。

本発明では水中不分離性を付与させるために（Ｃ）増粘剤を使用する。増粘剤としては、水溶性のセルロース系、アクリル系、グアーガム系などが使用でき、これらの一種又は二種以上の使用が可能である。少量で水中不分離性が高いことから水溶性セルロースが好ましい。水溶性セルロースとしては、セルロース系高分子化合物、例えば、カルボキシメチルセルロース、メチルセルロース、ヒドロキシプロピルメチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース等の水溶性セルロースエーテルが好ましい。

増粘剤の使用量は、セメント１００質量部に対して、０．１３〜０．３質量部が好ましい。０．１３質量部未満の場合、良好な水中不分離性が得られない恐れがあり、０．３質量部を超えると凝結時間が遅延する恐れがある。より好ましくは、０．１５〜０．２５質量部であり、さらに好ましくは０．１８〜０．２２質量部である。

本発明では流動性を付与させるために（Ｄ）ポリカルボン酸系減水剤を使用する。ポリカルボン酸系減水剤の形態は、液状、粉末状のいずれもあるが、ドライブレンドとして配合出来る点において、粉末状のものを使用するのが好ましい。
ポリカルボン酸系減水剤の使用量は、セメント１００質量部に対して、０．４〜０．９質量部が好ましい。０．４質量部未満の場合、良好な流動性を確保することが困難となる恐れがあり、０．９質量部を超えると凝結時間が遅延する恐れがある。より好ましくは、０．４５〜０．８質量部であり、さらに好ましくは０．５５〜０．７質量部である。

（Ｃ）増粘剤に対する（Ｄ）ポリカルボン酸系減水剤の質量比（Ｄ／Ｃ）は、２．０〜４．０であることが好ましい。当該質量比が２．０未満の場合、粘性が高くなり過ぎ、充分な流動性が得られず、ポンプ圧送の際ホースが閉塞する、又は、充填性が損なわれる恐れがある。当該質量比が４．０を超える場合、凝結時間が遅延する恐れがある。より好ましい質量比（Ｄ／Ｃ）は、２．５〜３．５である。

水の使用量は、各材料の配合割合によって変化するため特に限定されるものではないが、流動性を得る点及び凝結時間遅延防止の点から、水固体比で２２．０〜２７．０％が好ましく、２３．５〜２６．５％がより好ましい。ここで、水固体比とは、水中不分離性モルタル組成物中の固体（粉体及び骨材の合計量）の質量（Ｐ）に対する混練に用いる水の質量（Ｗ）の比率（Ｗ／Ｐ）である。

本発明では、打設したモルタルの乾燥収縮を補償し、ひび割れの発生を抑制する目的で膨張材を使用することができる。本発明のグラウトモルタルは、主に、水中に打設するものであるが、気中で打設することもあり、その際の乾燥収縮を補償し、ひび割れの発生を抑制する効果は特に大きいものである。
本発明で使用する膨張材としては、水和反応により、エトリンガイトや水酸化カルシウムを生成するものであればよく、カルシウムサルフォアルミネート系膨張材、カルシウムアルミノフェライト系膨張材、生石灰系膨張材、及び石膏系膨張材等が挙げられ、これらの一種又は二種以上が使用可能である。このうち、生石灰系膨張材がより好ましい。

膨張材の粉末度は、適正な膨張率を得、流動性を保持する点から、ブレーン比表面積(以下、ブレーン値という)で２０００〜６０００ｃｍ²／ｇが好ましく、２５００〜５０００ｃｍ²／ｇがより好ましい。
膨張材の使用量は、水と混ぜられて得られる硬化体に、適正な膨張性状を付与する点から、セメント１００質量部に対して、０．５〜３．５質量部が好ましく、０．７〜３．２質量％がより好ましい。

本発明では連行した空気を消泡させ、空気連行からくる強度低下を防止する目的で消泡剤を使用することができる。その形態は減水剤と同様、液状、粉末状のいずれもあるが、ドライブレンドとして配合するため、粉末状のものを使用するのが好ましい。
消泡剤の使用量は、セメント１００質量部に対して、０．０５〜０．３質量部が好ましい。

本発明の水中不分離性モルタル組成物をグラウト材として利用する場合、構造物と一体化させるためや、まだ固まらない状態のグラウトモルタルが沈下や収縮するのを抑止するために発泡剤を使用することが好ましい。発泡剤としては、アルミニウム粉末や過酸化物質等が挙げられ、アルミニウム粉末の使用がより好ましい。
発泡剤の使用量は、セメント１００質量部に対して、０．００５〜０．０１５質量部が好ましい。

本発明の水中不分離性モルタル組成物は水と混練して用いる。水と混練する方法は特に限定されず、例えば水に本発明の水中不分離性モルタル組成物を全量加えて混練する方法、水に増粘剤を添加し、その後セメント、細骨材、ポリカルボン酸系減水剤を混練し、モルタルを作製する方法等がある。また、混練に用いる器具や混練装置も特に限定されないが、ミキサを用いることで量を多く混練出来るため好ましい。用いることの出来るミキサとしては連続式ミキサでもバッチ式ミキサでも良く、例えば、パン型コンクリートミキサ、パグミル型コンクリートミキサ、重力式コンクリートミキサ、グラウトミキサ、ハンドミキサ、左官ミキサ等が挙げられる。本発明の水中不分離性モルタル組成物を用いたモルタルは、凝結時間の終結が１６時間以内となるのが好ましい。

以下、実施例に基づいて本発明をさらに説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。

[使用材料]
使用材料を表１に示した。水以外の材料はいずれも固体成分である。

[配合設計]
セメント１００質量部に対して、膨張材２質量部、消泡剤０．１質量部、発泡剤０．００７質量部とし、それ以外の使用材料を表２に示す配合割合となるように配合設計した。但し、Ｎｏ．２０のセメントは普通ポルトランドセメントを使用した。また、水固体比は水中不分離性モルタル組成物中の固体の合計量に対する水の割合を示した。

[モルタル作製]
１０℃条件下において、表２より配合設計し、混合した(水は除く)モルタル組成物を水の入ったステンレス製円筒容器に投入し、ハンドミキサで１２０秒撹拌し、モルタルを作製した。
作製したモルタルを以下に示す試験方法により、１０℃条件下で評価した。

[流動性試験]
ＪＩＳＲ５２０１「セメントの物理試験方法」１１．「フロー試験」(ただし、１５打の落下運動は行わず、引き抜きフローとする)に準じて、テーブルフロー値を測定した。流動性の指標は、練り上り直後のテーブルフロー値が２００ｍｍ以上とした。また、テーブルフロー値の測定は、フローコーンを引き抜き後、５分経過後のテーブルフロー値とした。

[水中不分離性]
土木学会「水中不分離性コンクリート設計施工指針(案)」付属書２「水中不分離性コンクリートの水中不分離度試験方法(案)」に準じて、懸濁物質量を測定した。水中不分離度の指標は、土木学会規準コンクリート用水中不分離性混和剤品質規格(案)に示されている懸濁物質量５０ｍｇ／Ｌ以下とした。

[凝結試験]
ＪＩＳＡ１１４７「コンクリートの凝結時間試験方法」に準じ、凝結時間を測定した。

[圧縮強度試験]
ＪＳＣＥ−Ｇ−５４１「充填モルタルの圧縮強度試験」に準じ、水中作製供試体の作り方は、ＪＳＣＥ−Ｆ−５０４に準じ、材齢２４時間における圧縮強度を測定した。なお、供試体の寸法は、直径５０ｍｍ、高さ１００ｍｍとした。

試験結果を表３に示す。セメント、細骨材、増粘剤、ポリカルボン酸系減水剤を含有してなり、セメント１００質量部に対して細骨材２０〜７０質量部、増粘剤０．１３〜０．３質量部及びポリカルボン酸系減水剤０．４〜０．９質量部からなり、且つ、増粘剤に対するポリカルボン酸系減水剤の質量比が２．０〜４．０であるならば、１０℃条件下において、良好な水中不分離性を具備しつつ、凝結時間の終結が１６時間以内を満足する(Ｎｏ．１〜３、６、７、１０、１１、１４、１５、２０)。また、水固体比が２３．５〜２６．５％であれば、上記同様に良好な水中不分離性を具備しつつ、凝結時間の終結が１６時間以内を満足する(Ｎｏ．１８、１９)。それに対して、Ｎｏ．４、８では、水中不分離性が不良であり懸濁物質量が５０ｍｇ／Ｌを超えている。Ｎｏ．１２、１６では、流動性が不良であり、フロー値が２００ｍｍに満たない。また、Ｎｏ．５、９、１３、１７では、凝結時間が遅延しており、１６時間以内に終結に至っていない。

Claims

（Ａ）セメント１００質量部に対して、（Ｂ）細骨材２０〜７０質量部、（Ｃ）増粘剤０．１３〜０．３質量部及び（Ｄ）ポリカルボン酸系減水剤０．４〜０．９質量部を含有し、
（Ｃ）増粘剤に対する（Ｄ）ポリカルボン酸系減水剤の質量比（Ｄ／Ｃ）が２．０〜４．０である水中不分離性モルタル組成物。
前記（Ａ）セメントが早強ポルトランドセメントである請求項１に記載の水中不分離性モルタル組成物。
さらに（Ｅ）膨張材を含有する請求項１又は２に記載の水中不分離性モルタル組成物。
凝結時間の終結が１６時間以内となる請求項３に記載の水中不分離性モルタル組成物。