JP2018108909A

JP2018108909A - 耐火性モルタル組成物

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Publication number: JP2018108909A
Application number: JP2017000581A
Authority: JP
Inventors: 宮口　克一; Katsuichi Miyaguchi; 克一宮口; 隆典山岸; Takanori Yamagishi
Original assignee: Denka Co Ltd
Current assignee: Denka Co Ltd
Priority date: 2017-01-05
Filing date: 2017-01-05
Publication date: 2018-07-12
Anticipated expiration: 2037-01-05
Also published as: JP6830817B2

Abstract

【課題】従来技術の持つ課題を解消し、ポリマーセメントモルタルの持つ特長を損なうことなく、耐火試験における爆裂を防止可能なモルタル組成物を提供する。【解決手段】セメント１００質量部に対して、石灰石微粉末を０．５質量部以上５質量部以下、ＪＩＳＡ６２０３で規定されるセメント混和用ポリマーを１質量部以上４質量部以下、融点が３００℃以下の有機短繊維を０．３質量部以上１．５質量部以下含有することを特徴とする耐火性モルタル組成物であり、さらに、セメント１００質量部に対して、骨材を１００質量部以上２５０質量部以下含有することを特徴とする耐火性モルタル組成物であり、有機短繊維の繊維長が２ｍｍ以上１５ｍｍ以下であることを特徴とする耐火性モルタル組成物、である。【選択図】なし

Description

本発明は、主に土木・建築分野において使用される耐火性モルタル組成物に関する。

建築建造物や土木構造物（例えば道路トンネル）では、万が一の火災発生時、構造物内に取り残された人を構造物の外まで安全に避難する時間を確保する必要がある。

建築および土木構造物の補修用に広く使われているポリマーセメントモルタルは、高い接着性および耐久性を有しているが、有機物を多く含むため、火災を想定した燃焼試験を行うと爆裂してしまう危険性がある。そのため、ポリマーセメントモルタルで補修を行った構造物の火災では、火災時の熱により補修箇所が爆裂し、内部に取り残された人を安全に外部へ誘導する際に支障が生じる可能性がある。

このポリマーセメントモルタルを含むセメント・コンクリートに耐火性を付与するため、水結合材比３５％以下の高強度コンクリートにおいて、５００℃加熱時の重量残存率が３０％以下である有機短繊維を０．０５〜０．３５容量％含有する混和材料と石灰石骨材とが混入されていることを特徴とする高強度コンクリート（特許文献１）、ギ酸カルシウム、有機繊維、骨材、セメント、水及び急結剤を含有してなることを特徴とする耐火被覆用モルタル（特許文献２）、粗シェルサンドを、水及び有機物を除くのに充分な時間及び３００℃を越えない温度で加熱して、粒子サイズが最大で１５ｍｍで空孔が１０〜２５容量％の多孔性シェルサンドとし、当該シェルサンドと少なくとも１種類の水硬性結合剤とを混合してなるモルタルまたはコンクリート（特許文献３）、セメント及び乳剤を含み、かつ、硬化した状態で８０Ｎ／ｍｍ^２以上の圧縮強度を有する耐火性セメント組成物（特許文献４）、セメントと水を、水セメント比が４０〜７５％となるように混合した後、セルロース繊維を投入し、前記セルロース繊維を均一に分散させた後、細骨材を混合することを特徴とする耐爆裂性セメントモルタルの製造方法（特許文献５）、セメント、水、セルロース繊維、水溶性ポリマー、細骨材、および必要に応じて各種添加材（剤）を配合してなることを特徴とする耐爆裂性セメントモルタル（特許文献６）、セメント、パーライト、水及び分離抑制剤を含み、前記分離抑制剤が、ヒドロキシプロピルメチルセルロースと、アルミン酸カルシウムとを含み、前記ヒドロキシプロピルメチルセルロース／セメント比が０．１〜５質量％の範囲で、前記アルミン酸カルシウム／セメント比が０．０１〜５質量％の範囲で、パーライト／セメント比が、２０〜１５０質量％であることを特徴とする軽量耐火断熱セメントモルタル（特許文献７）、エチレン含有量が２５〜７０モル％であるエチレンービニルアルコール系共重合体を成分とする繊維を含有してなり、かつ当該繊維が下記（１）〜（３）を満足してなる耐爆裂性水硬性硬化体（（１）繊維繊度が１〜１００ｄｔｅｘ、（２）繊維長さが１〜３０ｍｍ、（３）含有量が水硬性硬化体１００容積％に対し、０．０５〜０．５容積％）（特許文献８）、ＣａＯ／Ａｌ_２Ｏ_３モル比が１．０〜３．０であるカルシウムアルミネート、石膏、凝結遅延剤、膨張材、および吸水ポリマーを含有してなり、カルシウムアルミネート１００質量部に対して、石膏５０〜２００質量部、凝結遅延剤０．０５〜２質量部、膨張材１〜１５質量部、及び吸水ポリマー０．５〜５質量部である、こて仕上げ性が良好な耐火被覆材（特許文献９）、アスペクト比３〜５０の廃キップをセメント硬化体１ｍ^３あたり１〜３０ｋｇ含有する耐爆裂性セメント硬化体（特許文献１０）などが知られている。

特開２０１２−００１３９５号公報特開２００６−１８２６２９号公報特許第４２９０２２６号明細書特開２０１４−０７６９１７号公報特許第４８７８０８６号明細書特開２００４−３３１４５０号公報特許第５５３６５０９号明細書特許第４０９０７６２号明細書特許第５０３７８１８号明細書特許第５１５５５２１号明細書

しかしながら、補修用モルタルに適用するには石灰石骨材では耐火性が不足していたり（特許文献１）、ギ酸カルシウムや粗シェルサンドなどの特別な原料が必要であったり（特許文献２、３、６〜１０）、補修用モルタルとするには作業性に難があったり（特許文献４）、施工現場での作業に手間がかかったり（特許文献５）するものであり、上記の用途に適用するには課題があった。
本発明者らは鋭意努力した結果、特定の材料を使用することにより従来技術の持つ課題を解消し、ポリマーセメントモルタルの持つ特長を損なうことなく、耐火試験における爆裂を防止可能なモルタル組成物が得られるとの知見を得て、本発明を完成するに至った。

すなわち、本発明は、（１）セメント１００質量部に対して、石灰石微粉末を０．５質量部以上５質量部以下、ＪＩＳＡ６２０３で規定されるセメント混和用ポリマーを１質量部以上４質量部以下、融点が３００℃以下の有機短繊維を０．３質量部以上１．５質量部以下含有することを特徴とする耐火性モルタル組成物、であり（２）さらに、セメント１００質量部に対して、骨材を１００質量部以上２５０質量部以下含有することを特徴とする（１）に記載の耐火性モルタル組成物であり、（３）有機短繊維の繊維長が２ｍｍ以上１５ｍｍ以下であることを特徴とする（１）又は（２）に記載の耐火性モルタル組成物、である。

本発明により、ポリマーセメントモルタルの持つ特長を損なうことなく、ＩＳＯ８３４の標準加熱曲線に準拠して１１００℃まで加熱しその後放冷する耐火性試験において、爆裂しない耐火性モルタル組成物が得られる。これらを用いることにより、火災時の避難時間を確保が可能となる。

以下、本発明を詳しく説明する。
本発明で使用する部や％は特に規定のない限り質量基準である。

本発明で使用する石灰石微粉末は、市販のいかなる石灰石微粉末でも使用することが可能であるが、粉末度はブレーン値で１,０００ｃｍ^２／ｇ以上１０,０００ｃｍ^２／ｇ以下が好ましく、２,０００ｃｍ^２／ｇ以上４,０００ｃｍ^２／ｇ以下がより好ましい。１,０００ｃｍ^２／ｇ未満では、耐火性モルタル組成物の表面仕上げ性に悪影響を及ぼす場合があり、一方、１０,０００ｃｍ^２／ｇを超えると耐火性モルタル組成物の粘性が増え、仕上げ性に悪影響を及ぼす場合がある。石灰石微粉末の使用量は耐火性モルタル組成物中のセメント１００質量部に対し、０．５質量部以上５質量部以下が好ましく、１質量部以上４質量部以下がより好ましい。０．５質量部未満では水蒸気等のガスを逃がす経路が十分に形成できないため耐火性が劣る場合があり、一方、５質量部を超えると、石灰石微粉末が分解して生成される二酸化炭素ガスにより爆裂の危険性が増し、耐火性に劣る場合がある。

本発明で使用する有機短繊維は融点が３００℃以下のものを使用する。有機短繊維の融点が３００℃を超えると、耐火性試験時に耐火性モルタル組成物内部にたまる水蒸気の圧力を逃がす経路が確保できなくなる恐れがある。３００℃以下であれば特に材質は問わないが、代表的なものとして、ポリプロピレン、ナイロン、ビニロン、アクリル、アラミド、ポリエチレンなどがあり、これらから１種または２種以上を組み合わせて使用することが可能である。
有機繊維の使用量は耐火性モルタル組成物中のセメント１００質量部に対して、０．３質量部以上１．５質量部以下であり、０．５質量部以上１．０質量部以下がより好ましい。０．３質量部未満では、水蒸気等のガスを逃がす経路が十分に形成できないため耐火性が劣る場合があり、一方、１．５質量部を超えると耐火性モルタル組成物の流動性が損なわれ、作業性が劣る場合がある。
有機繊維の長さは２ｍｍ以上１５ｍｍ以下が好ましく、４ｍｍ以上１２ｍｍ以下がより好ましい。２ｍｍ未満では、水蒸気等のガスを逃がす経路が十分に形成できないため耐火性に劣る場合があり、一方、１５ｍｍを超えるとモルタルの仕上げ面から繊維が突出したままになる場合があり、耐火性モルタル組成物の作業性が劣る場合がある。

本発明で使用するセメント混和用ポリマーはＪＩＳＡ６２０３「セメント混和用ポリマーディスパージョンおよび再乳化型樹脂」に規定されるものであれば、いかなるものも使用可能である。使用量は、固形分換算で耐火性モルタル組成物中のセメント１００質量部に対して、１質量部以上４質量部以下が好ましく、１．５質量部以上２．５質量部以下がより好ましい。１質量部未満では一般的なポリマーセメントモルタルとして十分な付着強度が得られない場合があり、一方、４質量部を超えると耐火性に劣る場合がある。

本発明で使用するセメントは、市販のいかなるセメントでも使用が可能であり、代表的にはＪＩＳＲ５２０１「セメント」に規定されるポルトランドセメントや、アルミナセメントなどがある。

本発明で使用する骨材は、市販のいかなる骨材でも使用可能であるが、石灰石など、１１００℃まで加熱すると分解してガスを放出するものは、耐火性に悪影響をあたえるので好ましくない。代表的なものとして、硅砂、軽量骨材及びスラグ骨材などが挙げられる。骨材の使用量は、耐火性モルタル組成物中のセメント１００質量部に対して、１００質量部以上２５０質量部以下が好ましく、１１０質量部以上２００質量部以下がより好ましい。１００質量部未満であると、モルタルの粘性が増して仕上げ性に悪影響を与えることがあり、一方、２５０質量部を超えると、十分な強度が得られないことがある。

本発明で使用する耐火性モルタル組成物の水／セメント比は、一般的に求められる作業性や圧縮強度等を発現する範囲として、４０％以上６０％以下が好ましい。水／セメント比が４０％未満では、粘性が増して仕上げ性に悪影響を与えることがあり、一方、６０％を超えると十分な強度が得られないことがある。

本発明では、その他に減水剤、高性能減水剤、ＡＥ減水剤、高性能ＡＥ減水剤、流動化剤、消泡剤、増粘剤、防錆剤、防凍剤、収縮低減剤、急硬材、凝結調整剤、及びガラス繊維や炭素繊維等の繊維状物質、ベントナイト等の粘土鉱物、並びに、ハイドロタルサイト等のアニオン交換体等のうちの一種又は二種以上を、本発明の目的を実質的に阻害しない範囲で使用することが可能である。

本発明では、各材料の混合方法は特に限定されるものではなく、それぞれの材料を施工時に混合しても良いし、あらかじめその一部、あるいは全部を混合しておいても差し支えない。混合装置としては、既存の如何なる装置も使用可能であり、例えば、傾胴ミキサ、オムニミキサ、ヘンシェルミキサ、Ｖ型ミキサ、プロシェアミキサ、ユニバーサルミキサ及びナウターミキサ等が挙げられる。

以下、実施例、比較例を挙げてさらに詳細に内容を説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。

（実施例１）
セメント１００質量部に対して、骨材、石灰石微粉末、セメント混和用ポリマー及び有機短繊維を表１示す割合で配合し、水／セメント比４５％として耐火性モルタル組成物を作製した。なお、耐火性モルタル組成物のフロー値が１６０±５ｍｍとなるよう、減水剤をセメント１００質量部に対して０．１〜０．５質量部の範囲で使用した。

ＪＩＳＡ１１７１「ポリマーセメントモルタルの試験方法」に準拠して供試体を作製し、材齢２日で脱型後、材齢７日まで２０℃水中養生を行い、その後２０℃６０％ＲＨの恒温恒湿室内で乾燥養生を材齢２８日まで行ったモルタルの材齢２８日における圧縮強度及び付着強度を測定した。

また、３００×３００×６０ｍｍのコンクリート歩道版の表面をサンドブラスト処理し、表面を水湿し処理した状態で、調製した耐火性モルタル組成物を厚み３０ｍｍで塗りつけて耐火試験用供試体を作製した。供試体作製後、２０℃６０％ＲＨの恒温恒湿室にて３か月間養生を行い、耐火試験を実施した。結果を表１に示す。

＜使用材料＞
セメント：普通ポルトランドセメント、市販品、ブレーン値２,２００ｃｍ^２／ｇ、密度３．１５ｇ／ｃｍ^３
骨材：５号硅砂、密度２．６１ｇ／ｃｍ^３
石灰石微粉末：石灰石微粉末Ａ、市販品、ブレーン値２,３００ｃｍ^２／ｇ、密度２．６０ｇ／ｃｍ^３
セメント混和用ポリマー：セメント混和用ポリマーＡ、市販品、アクリル樹脂系粉末ポリマー
有機短繊維：有機短繊維Ａ、ビニロン繊維、市販品、長さ６ｍｍ
減水剤：メラミン系粉末減水剤、市販品
水：水道水
＜測定方法＞
圧縮強度：ＪＩＳＡ１１７１に準拠
付着強度：ＪＩＳＡ１１７１に準拠
モルタルの仕上げ性：耐火試験用供試体作製時に、コテ仕上げ性を評価
◎：コテにモルタルが残らず、スムーズに平滑な仕上げが可能
○：コテにモルタルが残るが、平滑な仕上げが可能
△：コテでは平滑な仕上げが困難であるが、供試体の作製は可能
×：コテ仕上げが困難で、供試体の作製が困難
耐火性：「かぶり厚さ確保のための補修材料・工法選定マニュアル（案）」に記載のＩＳＯ８３４に準拠し、標準過熱曲線に従い耐火加熱を行った。加熱条件は、加熱開始より２０分で７００℃、６０分で９００℃、１８０分で１１００℃となるようにし、１１００℃到達時点で加熱を停止し自然放冷した。加熱開始から２４時間後に供試体を加熱炉から取り出し、爆裂の有無を観察した。

（実施例２）
配合は実験ＮＯ．１−４と同じとし、以下に示す石灰石微粉末を使用したこと以外は実施例１と同様に行った。結果を表２に示す。

＜使用材料＞
石灰石微粉末Ａ：ブレーン値２,３００ｃｍ^２／ｇ、密度２．６０ｇ／ｃｍ^３
石灰石微粉末Ｂ：ブレーン値８００ｃｍ^２／ｇ、密度２．６０ｇ／ｃｍ^３
石灰石微粉末Ｃ：ブレーン値１,０００ｃｍ^２／ｇ、密度２．６０ｇ／ｃｍ^３
石灰石微粉末Ｄ：ブレーン値４,０００ｃｍ^２／ｇ、密度２．６０ｇ／ｃｍ^３
石灰石微粉末Ｅ：ブレーン値１０,０００ｃｍ^２／ｇ、密度２．６０ｇ／ｃｍ^３
石灰石微粉末Ｆ：ブレーン値１２,０００ｃｍ^２／ｇ、密度２．６０ｇ／ｃｍ^３

（実施例３）
配合は実験ＮＯ．１−４と同じとし、以下に示す有機短繊維を使用したこと以外は実施例１と同様に行った。結果を表３に示す。

＜使用材料＞
有機短繊維Ａ：ビニロン繊維、長さ６ｍｍ
有機短繊維Ｂ：ビニロン繊維、長さ１．５ｍｍ
有機短繊維Ｃ：ビニロン繊維、長さ２ｍｍ
有機短繊維Ｄ：ビニロン繊維、長さ４ｍｍ
有機短繊維Ｅ：ビニロン繊維、長さ１２ｍｍ
有機短繊維Ｆ：ビニロン繊維、長さ１５ｍｍ
有機短繊維Ｇ：ビニロン繊維、長さ２０ｍｍ
有機短繊維Ｈ：ポリプロピレン繊維、長さ６ｍｍ
有機短繊維Ｉ：ナイロン繊維、長さ６ｍｍ
有機短繊維Ｊ：アクリル繊維、長さ６ｍｍ
有機短繊維Ｋ：鋼繊維、長さ６ｍｍ

（実施例４）
配合は実験ＮＯ．１−４と同じとし、以下に示すセメント混和用ポリマーを使用したこと以外は実施例１と同様に行った。なお、セメント混和用ポリマーＥについては、エマルジョン中の水分を練り混ぜ水から差し引いて使用した。結果を表４に示す。

＜使用材料＞
セメント混和用ポリマーＡ：市販品、アクリル樹脂系粉末ポリマー
セメント混和用ポリマーＢ：市販品、エチレン酢酸ビニル系粉末ポリマー
セメント混和用ポリマーＣ：市販品、ベオバ系粉末ポリマー
セメント混和用ポリマーＤ：市販品、アクリルスチレン樹脂系粉末ポリマー
セメント混和用ポリマーＥ：市販品、ＳＢＲ系ポリマーエマルジョン（固形分濃度４５％）

（実施例５）
配合は実験ＮＯ．１−４と同じとし、以下に示すようにセメントと骨材の比率を変更したこと以外は実施例１と同様に行った。結果を表５に示す。

（実施例６）
配合は実験ＮＯ．１−４と同じとし、以下に示すように水／セメント比を変更したこと以外は実施例１と同様に行った。結果を表６に示す。

本技術により、主に土木・建築分野における補修用途に好適に使用できる耐火性モルタル組成物が得られる。ポリマーセメントモルタルの特長を損なうことなく、耐火試験における爆裂を防止可能な耐火性モルタル組成物が得られる

Claims

セメント１００質量部に対して、石灰石微粉末を０．５質量部以上５質量部以下、ＪＩＳＡ６２０３で規定されるセメント混和用ポリマーを１質量部以上４質量部以下、融点が３００℃以下の有機短繊維を０．３質量部以上１．５質量部以下含有することを特徴とする耐火性モルタル組成物。
さらに、セメント１００質量部に対して、骨材を１００質量部以上２５０質量部以下含有することを特徴とする請求項１に記載の耐火性モルタル組成物。
有機短繊維の繊維長が２ｍｍ以上１５ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１又は２に記載の耐火性モルタル組成物。