JP2019163176A

JP2019163176A - ポリマーセメントモルタル

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Publication number: JP2019163176A
Application number: JP2018050480A
Authority: JP
Inventors: 信哉赤江; Shinya Akae
Original assignee: Taiheiyo Materials Corp
Current assignee: Taiheiyo Materials Corp
Priority date: 2018-03-19
Filing date: 2018-03-19
Publication date: 2019-09-26
Anticipated expiration: 2038-03-19
Also published as: JP7082451B2

Abstract

【課題】流動性に優れ、ブリーディングが生じず、且つ凍結融解抵抗性に優れたポリマーセメントモルタルを提供すること。【解決手段】速硬性セメントと、細骨材と、セメント用ポリマーと、水とを含み、速硬性セメント１００質量部に対し、セメント用ポリマーの含有量が固形分換算で３１〜５２質量部であり且つ水の含有量が３５〜６０質量部である、ポリマーセメントモルタル。【選択図】なし

Description

本発明は、ポリマーセメントモルタルに関する。

コンクリート構造物（例えば、鉄筋コンクリート（ＲＣ）床版又はボックスカルバートの中床版等の床版、壁、天井部）には、疲労、乾燥収縮等の要因によってひび割れが生じる。この種の劣化が進行したり、ひび割れがすり合わされたりすることによって、ひび割れ幅が大きくなると、劣化箇所から水、塩化物イオン等の劣化因子がコンクリート構造物内に侵入する。この結果、コンクリート構造物に埋没されている鉄筋が腐食する。コンクリート構造物のひび割れによる損傷を放置していると、最終的に内部の鉄筋が腐食して断面欠損し、構造物の安全性が保てなくなる。このため、劣化した箇所を補修材により補修する必要がある。施工箇所は様々な環境・位置に存在するため、その用途に合わせた材料が求められている。

上記補修材又は補強材として、ポリマーセメントモルタルが提案されている。例えば、特許文献１には、コンクリート床上構造物の補修、補強の際に薄層であっても適用できる、良好な流動性を有したポリマーセメントモルタル組成物が開示されている。

特開２０１６−２３１０３号公報

ところで、間隙部等の施工箇所によってはポリマーセメントモルタルに更なる流動性が求められる。しかしながら、水セメント比で流動性を改善しようとした場合、ブリーディングが発生しやすくなり、その両立が困難であった。また、凍結融解抵抗性といった耐久性の向上も、ポリマーセメントモルタルに対して求められてきている。

従って、本発明は、流動性に優れ、ブリーディングが生じず、且つ凍結融解抵抗性に優れたポリマーセメントモルタルを提供することを目的とする。

本発明者は、上記課題について鋭意検討を重ねた結果、セメント用ポリマー及び水の含有量を調整することで流動性、耐ブリーディング性及び凍結融解抵抗性に優れたポリマーセメントモルタルが得られることを見出した。

すなわち、本発明は、以下の［１］〜［４］で示される。
［１］速硬性セメントと、細骨材と、セメント用ポリマーと、水とを含み、速硬性セメント１００質量部に対し、セメント用ポリマーの含有量が固形分換算で３１〜５２質量部であり且つ水の含有量が３５〜６０質量部である、ポリマーセメントモルタル。
［２］セメント用ポリマー（固形分換算）及び水の含有量の合計が、速硬性セメント１００質量部に対し、７０〜９５質量部である、［１］に記載のポリマーセメントモルタル。
［３］細骨材の含有量が、速硬性セメント１００質量部に対し、１００〜４００質量部である、［１］又は［２］に記載のポリマーセメントモルタル。
［４］間隙充填用である、［１］〜［３］のいずれかに記載のポリマーセメントモルタル。

本発明によれば、流動性に優れ、ブリーディングが生じず、且つ凍結融解抵抗性に優れたポリマーセメントモルタルを提供することができる。

以下、本発明の実施形態について詳細に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。

本実施形態のポリマーセメントモルタルは、速硬性セメントと、細骨材と、セメント用ポリマーと、水とを含む。

速硬性セメントは、カルシウムアルミネート類を有効成分として含有するものが好ましく、１１ＣａＯ・７Ａｌ_２Ｏ_３・ＣａＸ_２（Ｘはハロゲン原子を示す）又は３ＣａＯ・３Ａｌ_２Ｏ_３・ＣａＳＯ_４（アウイン）を有効成分として含有するものがより好ましい。１１ＣａＯ・７Ａｌ_２Ｏ_３・ＣａＸ_２は、いわゆるカルシウムアルミネートハロゲン化物系セメントである。ハロゲン原子としては、フッ素原子が好ましい。また、アウインは、カルシウムサルホアルミネート系セメント（アウイン系セメント）とも称されるものである。これらは超速硬性セメントと呼ばれるものであり、商品名ジェットセメント又はスーパージェットセメントとして市販されている。速硬性セメントは、アウイン系セメントが最も好ましい。
また、カルシウムアルミネート類としては、この他にもＣａＯをＣ、Ａｌ_２Ｏ_３をＡ、Ｆｅ_２Ｏ_３をＦで表示した場合、Ｃ_３Ａ、Ｃ_２Ａ、Ｃ_１２Ａ_７、ＣＡ、ＣＡ_２等と表示される鉱物組成を有するカルシウムアルミネート、Ｃ_４ＡＦ等と表示されるカルシウムアルミノフェライト、アルミナセメント、並びにこれらにＳｉＯ_２、Ｋ_２Ｏ、Ｆｅ_２Ｏ_３、ＴｉＯ_２等が固溶又は化合したもの等が含まれる。カルシウムアルミネート類は結晶質又は非晶質のいずれであってもよいし、結晶質及び非晶質の混合体のようなものでもよい。これらのカルシウムアルミネート類と石膏等の無機塩類とを配合して調製された速硬性混和材を、ポルトランドセメントに添加したものも速硬性セメントとして用いることができる。

本実施形態のポリマーセメントモルタルにおいて、本発明の効果に影響のない範囲であれば、速硬性セメントとは別にその他のセメント成分を一部含んでもよい。その他のセメントは、種々のものを使用することができ、例えば、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、エコセメント等が挙げられる。その他のセメントは、一種を単独で用いてもよく、二種以上を併せて用いてもよい。

細骨材としては、例えば、川砂、珪砂、砕砂、寒水石、石灰石砂、スラグ骨材等が挙げられる。細骨材は、これらの中から、微細な粉や粗い骨材を含まない粒度に調整した珪砂、石灰石等の骨材を用いることが好ましい。細骨材は、一種を単独で用いてもよく、二種以上を併せて用いてもよい。細骨材は、通常用いられる粒径５ｍｍ以下のもの（５ｍｍふるい通過分）を使用するのが好ましい。

細骨材の粒度は特に限定されるものではなく、必要とする細骨材の粒度の範囲内で調整することができる。細骨材は、ＪＩＳＡ１１０２：２０１４「骨材のふるい分け試験方法」により規定される粗粒率からその粒度を考慮することができる。モルタル時において、より良好な流動性が得られやすく、ブリーディングを抑制しやすいという観点から、細骨材の粗粒率は、１〜４であることが好ましく、１．５〜３．８であることがより好ましく、２〜３．５であることが最も好ましい。

細骨材の含有量は、速硬性セメント１００質量部に対し、１００〜４００質量部であることが好ましく、１１０〜３６０質量部であることがより好ましく、１２０〜３２０質量部であることが最も好ましい。細骨材の含有量が上記範囲内であれば、モルタル時において、より良好な流動性が得られやすく、ブリーディングを抑制しやすい。

セメント用ポリマーは、ＪＩＳＡ６２０３：２０１５「セメント混和用ポリマーディスパージョン及び再乳化形粉末樹脂」に規定されるポリマーが好ましい。このようなセメント用ポリマーとしては、ポリマーディスパージョン、再乳化形粉末樹脂等が挙げられる。ポリマーディスパージョンとしては、スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）等の合成ゴム系；天然ゴム系；ゴムアスファルト系；エチレン酢酸ビニル系；アクリル酸エステル系；樹脂アスファルト系等が挙げられる。ポリマーディスパージョンは、中でも、合成ゴム系、エチレン酢酸ビニル系及びアクリル酸エステル系が好ましく、具体的には、合成ゴムラテックス、ポリアクリル酸エステル、エチレン酢酸ビニルがより好ましい。再乳化形粉末樹脂としては、スチレンブタジエンゴム等の合成ゴム系；アクリル酸エステル系；エチレン酢酸ビニル系；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等が挙げられる。セメント用ポリマーとしては、ポリマーディスパージョンを用いてもよく、再乳化形粉末樹脂を用いてもよく、ポリマーディスパージョン及び再乳化形粉末樹脂を併用してもよい。
セメント用ポリマーの中でも、コンクリートとの接着性がより向上するという観点から、スチレンブタジエンゴムのポリマーディスパージョン及び／又は再乳化粉末樹脂が好ましい。スチレンブタジエンゴムは、スチレン及びブタジエンを共重合した合成ゴムの一種であり、スチレン含有量や加硫量により品質を適宜調整することができる。セメント混和用としては、結合スチレン量が５０〜７０質量％のものが多く、安定性や接着性を向上させて使用されている。セメント用ポリマーは、一種を単独で用いてもよく、二種以上を併せて用いてもよい。

セメント用ポリマーの含有量は、速硬性セメント１００質量部に対し、固形分換算で３１〜５２質量部である。セメント用ポリマーの含有量が上記範囲外であると、モルタル時に流動性が低下したり、ブリーディングが発生したり、硬化時に凍結融解抵抗性が低下する。モルタル時において、より良好な流動性が得られやすく、ブリーディングを抑制しやすく、硬化時の凍結融解抵抗性がより向上するという観点から、セメント用ポリマーの含有量は、速硬性セメント１００質量部に対し、固形分換算で３２〜４８質量部であることが好ましく、３３〜４５質量部であることがより好ましい。

本実施形態のポリマーセメントモルタルにおいて、水の含有量は、速硬性セメント１００質量部に対し、３５〜６０質量部である。水の含有量が上記範囲外であると、モルタル時に流動性が低下したり、ブリーディングが発生したり、硬化時に凍結融解抵抗性が低下する。モルタル時において、より良好な流動性が得られやすく、ブリーディングを抑制しやすく、硬化時の凍結融解抵抗性がより向上するという観点から、水の含有量は、速硬性セメント１００質量部に対し、３８〜５５質量部であることが好ましく、４０〜５０質量部であることがより好ましく、４２〜４５質量部であることが最も好ましい。

本実施形態のポリマーセメントモルタルにおいて、セメント用ポリマー（固形分換算）及び水の含有量の合計が、速硬性セメント１００質量部に対し、７０〜９５質量部であることが好ましく、７３〜９０質量部であることがより好ましく、７６〜８５質量部であることが最も好ましい。セメント用ポリマー（固形分換算）及び水の含有量の合計が上記範囲内であれば、モルタル時において、より良好な流動性が得られやすく、ブリーディングを抑制しやすく、硬化時の凍結融解抵抗性がより向上しやすい。

本実施形態のポリマーセメントモルタルは、減水剤を含んでもよい。減水剤は、高性能減水剤、高性能ＡＥ減水剤、ＡＥ減水剤及び流動化剤を含む。このような減水剤としては、ＪＩＳＡ６２０４：２０１１「コンクリート用化学混和剤」に規定される減水剤が挙げられる。減水剤としては、例えば、ポリカルボン酸系減水剤、ナフタレンスルホン酸系減水剤、リグニンスルホン酸系減水剤、メラミン系減水剤、アクリル系減水剤が挙げられる。これらの中では、ナフタレンスルホン酸系減水剤が好ましい。減水剤は、一種を単独で用いてもよく、二種以上を併せて用いてもよい。

減水剤の含有量は、速硬性セメント１００質量部に対し、０．３〜７．５質量部であることが好ましく、０．５〜４質量部であることがより好ましく、１〜２．５質量部であることが最も好ましい。減水剤の含有量が上記範囲内であれば、モルタルとした際により良好な流動性が得られやすく、硬化時の強度発現性もより向上しやすい。

本実施形態のポリマーセメントモルタルは、凝結遅延剤を含んでもよい。凝結遅延剤を含むことで、ポリマーセメントモルタルの練り上り温度が高くなる夏場等においても、可使時間を確保しやすい。凝結遅延剤としては、例えば、クエン酸、グルコン酸、リンゴ酸、酒石酸等の有機酸又はその塩；ホウ酸、ホウ酸ナトリウム等のホウ酸塩、リン酸塩、アルカリ金属炭酸塩、アルカリ金属重炭酸塩等の無機塩；糖類が挙げられる。これらの中でも、クエン酸、クエン酸塩、酒石酸、酒石酸塩及びアルカリ金属炭酸塩が好ましい。凝結遅延剤は、粉体であってもよく、液状体（例えば、水溶液、エマルジョン、懸濁液の形態）であってもよい。凝結遅延剤は、一種を単独で用いてもよく、二種以上を併せて用いてもよい。

凝結遅延剤の含有量は、速硬性セメント１００質量部に対し、０．３〜７．５質量部であることが好ましく、０．５〜５質量部であることがより好ましく、０．７〜２質量部であることが最も好ましい。凝結遅延剤の含有量が上記範囲内であれば、可使時間を更に確保しやすく、初期強度発現性が低下しにくい傾向にある。

本実施形態のポリマーセメントモルタルには、本発明の効果が損なわれない範囲で各種混和剤（材）を配合してもよい。混和剤（材）としては、例えば、消泡剤、防水剤、防剤、収縮低減剤、増粘剤、保水剤、顔料、撥水剤、白華防止剤、繊維が挙げられる。

本実施形態のポリマーセメントモルタルは、ＪＩＳＲ５２０１：２０１５「セメントの物理試験方法」１２．フロー試験に準じて、２０℃環境下で測定されるフロー値（０打）が２００〜３００ｍｍであることが好ましく、２２０〜２９０ｍｍであることがより好ましく、２５０〜２８０ｍｍであることが最も好ましい。ポリマーセメントモルタルのフロー値（０打）が上記範囲内であれば、より良好な流動性を有するため、間隙部等への施工がより容易になる。

本実施形態のポリマーセメントモルタルの調製は、通常用いられる混練器具により上述した各成分を混合することで調製でき、その器具は特に限定されるものではない。混練器具としては、例えば、モルタルミキサ、ハンドミキサ、傾胴ミキサ、２軸ミキサ等が挙げられる。

本実施形態のポリマーセメントモルタルは、良好な流動性を有しつつ、ブリーディングも発生しにくいものであり、硬化時には凍結融解抵抗性にも優れたものとなる。そのため、このようなポリマーセメントモルタルは、例えば、コンクリート構造体、鋼・コンクリート複合構造体、道路等の補修・補強材料として使用できることに加え、更に、グラウトのように狭い間隙や空洞等への補修・補強・充填材料としての間隙充填用モルタルとしても使用できる。本実施形態のポリマーセメントモルタルの使用方法は適宜選択することができ、例えば、凹部にコテで充填する方法、補修箇所に吹付ける方法、間隙部に流し込み充填する方法等が選択できる。

以下、実施例を挙げて本発明を詳細に説明するが、本発明はこれに限定されるものでは
ない。

実施例で用いる材料と略称は以下のとおりである。
・セメント
ＣＳＡ：超速硬性セメント（アウイン系）
ＮＣ：普通ポルトランドセメント
・細骨材
Ｓ：珪砂系細骨材（粗粒率２．２）
・セメント用ポリマー
Ｐ：スチレン系ポリマー
・水
Ｗ：上水道

［ポリマーセメントモルタル組成物の配合設計］
セメント１００質量部に対して、細骨材及びセメント用ポリマー（固形分換算）を表１に示す量とし、減水剤（ナフタレンスルホン酸系減水剤）を１質量部とし、凝結遅延剤（クエン酸）を１質量部として配合設計した。

［ポリマーセメントモルタルの作製］
２０℃環境下において、セメント用ポリマー（ポリマーディスパージョン）を１０Ｌの円筒容器に添加し、表１で配合設計したポリマーセメントモルタル組成物の各材料及び水を添加し、ハンドミキサで９０秒混練してポリマーセメントモルタルを約５Ｌ作製した。

［評価方法］
各項目については、以下の方法で評価した。評価結果を表２に示す。
・コンシステンシー
ＪＩＳＲ５２０１：２０１５「セメントの物理試験方法」１２．フロー試験に準じて、２０℃環境下でポリマーセメントモルタルのフロー値（０打）を測定した。
・ブリーディング
ＪＩＳＡ１１２３：２０１１「コンクリートのブリーディング試験方法」に準じて、２０℃環境下でポリマーセメントモルタルのブリーディングを測定し、その有無を確認した。
・相対的動弾性係数
供試体の寸法は、１００×１００×４００ｍｍの角柱供試体とした。供試体は調製翌日に脱型した後、材齢日まで気中で養生した。養生は常に２０℃の恒温槽内で行った。養生した供試体を用いて、ＪＩＳＡ１１４８：２０１０「コンクリートの凍結融解試験方法」に準じて、ポリマーセメントモルタルの硬化体の相対的動弾性係数を測定し、凍結融解抵抗性を評価した。

Claims

速硬性セメントと、細骨材と、セメント用ポリマーと、水とを含み、
前記速硬性セメント１００質量部に対し、前記セメント用ポリマーの含有量が固形分換算で３１〜５２質量部であり且つ前記水の含有量が３５〜６０質量部である、ポリマーセメントモルタル。
前記セメント用ポリマー（固形分換算）及び前記水の含有量の合計が、前記速硬性セメント１００質量部に対し、７０〜９５質量部である、請求項１に記載のポリマーセメントモルタル。
前記細骨材の含有量が、前記速硬性セメント１００質量部に対し、１００〜４００質量部である、請求項１又は２に記載のポリマーセメントモルタル。
間隙充填用である、請求項１〜３のいずれか一項に記載のポリマーセメントモルタル。