JP2020083697A

JP2020083697A - Ｕリブ用対低温速硬型軽量充填モルタル組成物及びそのモルタル

Info

Publication number: JP2020083697A
Application number: JP2018219573A
Authority: JP
Inventors: 勉西岡; Tsutomu Nishioka; 佳彦高田; Yoshihiko Takada; 康素青木; Yasumoto Aoki; 美早藤林; Biso Fujibayashi; 中原　和彦; Kazuhiko Nakahara; 和彦中原; 亮太鎌田; Ryota Kamata
Original assignee: Hanshin Expressway Co Ltd; Taiheiyo Materials Corp
Current assignee: Hanshin Expressway Co Ltd; Taiheiyo Materials Corp
Priority date: 2018-11-22
Filing date: 2018-11-22
Publication date: 2020-06-04
Anticipated expiration: 2038-11-22
Also published as: JP7150575B2

Abstract

【課題】低温環境下においても十分な流動性を備え、速硬性であり、且つ、長期での強度発現性に優れるＵリブ用対低温速硬型軽量充填モルタル組成物及びそのモルタルを提供すること。【解決手段】セメント、カルシウムアルミネート類及び石膏類からなる結合材と、単位容積質量が０．３ｋｇ／Ｌ以下の軽量骨材とを含み、結合材は、結合材全質量を基準として、カルシウムアルミネート類の質量割合が２０〜３５質量％であり、石膏類の質量割合が１５〜２５質量％であり、軽量骨材の含有量は、結合材１００質量部に対し、４〜９．５質量部である、Ｕリブ用対低温速硬型軽量充填モルタル組成物。【選択図】なし

Description

本発明は、Ｕリブ用対低温速硬型軽量充填モルタル組成物及びそのモルタルに関する。

土木構造物や建築構造物の補強・補修、又は機械の設置等において、流動性の高いセメント系グラウト材が用いられている。既設鋼床版下面に設置されているＵリブ等の中空部材の補強として、中空部材にモルタルを充填する方法があり、当該モルタルとしては、既設部材への負荷低減の観点から軽量のものが望まれている。このような課題を解決するものとして、充填性に優れた軽量充填モルタルが提案されている（例えば特許文献１）。一方で、既設構造物の補強又は補修工事では、工事できる時間が限られている場合がある。このような用途に対してモルタル充填後、速やかに強度発現する速硬型軽量グラウト組成物が提案されている（例えば特許文献２）。また、既設鋼床版下面の中空部材に充填するモルタルが提案されている（例えば特許文献３）。

特開２０１４−２２１７０２号公報特開２０１６−１１３３２７号公報特開２００７−１９７２３９号公報

ところで、Ｕリブに充填するためのモルタルとしては、工事できる時間を考慮すると短時間で硬化することが望まれる一方で、同時に十分な施工作業を行うための流動性の確保も必要とされている。しかしながら、これらの特性の両立は困難であった。また、季節や環境によっては、低温時（１５℃未満）に施工する場合もあり、このような場合には短時間での硬化が更に困難になるという課題もあった。

したがって、本発明は、低温環境下においても十分な流動性を備え、速硬性であり、且つ、長期での強度発現性に優れるＵリブ用対低温速硬型軽量充填モルタル組成物及びその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、石膏類、カルシウムアルミネート類、及び軽量骨材の割合を調整することで、低温環境下でも好適な特性を示すモルタル組成物及びそのモルタルが得られることを見出した。

本発明は、すなわち以下の［１］〜［４］に関する。
［１］セメント、カルシウムアルミネート類及び石膏類からなる結合材と、単位容積質量が０．３ｋｇ／Ｌ以下の軽量骨材とを含み、結合材は、結合材全質量を基準として、カルシウムアルミネート類の質量割合が２０〜３５質量％であり、石膏類の質量割合が１５〜２５質量％であり、軽量骨材の含有量は、結合材１００質量部に対し、４〜９．５質量部である、Ｕリブ用対低温速硬型軽量充填モルタル組成物。
［２］減水剤及び／又は増粘剤を更に含む、［１］に記載のモルタル組成物。
［３］アルカリ金属炭酸塩及び／又は凝結遅延剤を更に含む、［１］又は［２］に記載のモルタル組成物。
［４］［１］〜［３］のいずれかに記載のモルタル組成物と水とを含み、水の含有量が、結合材１００質量部に対し、５０〜６５質量部である、Ｕリブ用対低温速硬型軽量充填モルタル。

本発明によれば、低温環境下においても十分な流動性を備え、速硬性であり、且つ、長期での強度発現性に優れるＵリブ用対低温速硬型軽量充填モルタル組成物及びそのモルタルを提供することができる。

以下、本発明の一実施形態について詳細に説明する。なお、本明細書において「Ｕリブ」とは、Ｕ字の形状をした閉断面のリブを指し、「対低温」とは、１５℃未満の環境下においても、十分な流動性、速硬性、及び長期での強度発現性に優れる性質を示すものを指す。

本実施形態のＵリブ用対低温速硬型軽量充填モルタル組成物は、セメント、カルシウムアルミネート類及び石膏類からなる結合材と、単位容積質量が０．３ｋｇ／Ｌの軽量骨材とを含む。

本実施形態に係る結合材は、セメント、カルシウムアルミネート類及び石膏類の三成分からなる。

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、速硬性セメント等が挙げられる。これらの中でも、低温時においても十分な速硬性を確保しやすいという観点から、早強ポルトランドセメントが好ましい。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。

カルシウムアルミネート類としては、ＣａＯをＣ、Ａｌ_２Ｏ_３をＡ、Ｎａ_２ＯをＮ、及びＦｅ_２Ｏ_３をＦとして表したとき、Ｃ_３Ａ、Ｃ_２Ａ、Ｃ_１２Ａ_７、ＣＡ、又は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、カルシウムアルミネートにハロゲンが固溶又は置換したＣ_３Ａ_３・ＣａＦ_２やＣ_１１Ａ_７・ＣａＦ_２等と表示されるカルシウムフルオロアルミネートを含むカルシウムハロアルミネート、Ｃ_８ＮＡ_３やＣ_３Ｎ_２Ａ_５等と表示されるカルシウムナトリウムアルミネート、カルシウムリチウムアルミネート、アルミナセメント、並びにＣ_３Ａ_３・ＣａＳＯ_４等と表示されるカルシウムサルホアルミネートを総称するものである。このカルシウムアルミネート類は、結晶質のもの、非結晶質のもの、非晶質及び結晶質が混在したもののいずれも使用可能である。カルシウムアルミネート類は、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。カルシウムアルミネート類の粉末度は、初期強度発現性をより向上させるという観点から、ブレーン比表面積で３０００ｃｍ^２／ｇ以上であることが好ましく、５０００ｃｍ^２／ｇ以上であることがより好ましい。また、カルシウムアルミネート類の粉末度は、ブレーン比表面積で８０００ｃｍ^２／ｇ以下であることが好ましい。

カルシウムアルミネート類の質量割合は、結合材全質量を基準として２０〜３５質量％である。カルシウムアルミネート類の含有割合が上記範囲外の場合、低温時においても可使時間の確保と強度発現性の両立が十分に確保できない。強度発現性を更に向上させるという観点から、カルシウムアルミネート類の質量割合は、結合材全質量を基準として、２３〜３４質量％であることが好ましく、２５〜３３質量％であることがより好ましい。

石膏類としては、例えば、無水石膏、半水石膏、二水石膏が挙げられる。石膏類としては、強度発現性を更に向上させるという観点から、無水石膏が好ましい。石膏類は、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。

石膏類の質量割合は、結合材全質量を基準として１５〜２５質量％である。石膏類が上記範囲外の場合、強度発現性に劣る。強度発現性を更に向上させるという観点から、石膏類は、結合材全質量を基準として、２０〜２５質量％であることが好ましく、２１〜２５質量％であることがより好ましい。

カルシウムアルミネート類と石膏類の合計質量割合は、低温時においても可使時間の確保と強度発現性の両立の観点から、結合材全質量を基準として３９〜６０質量％が好ましく、４５〜５９質量％がより好ましく、４９〜５９質量％が更に好ましい。

軽量骨材は、特に限定されるものではなく、例えば、黒曜石、シラス又は真珠岩等の火成岩を粉砕し、焼成発泡させた無機系発泡性骨材であるパーライト、火力発電所で発生するフライアッシュバルーン、発泡ガラス粒（ガラスバルーン）等が挙げられる。軽量骨材は、通常用いられる粒径５ｍｍ以下のもの（５ｍｍふるい通過分）を使用することが好ましい。軽量骨材は、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。

軽量骨材は、単位容積質量（ｋｇ／Ｌ）が０．３ｋｇ／Ｌ以下のものである。軽量骨材の単位容積質量が０．３ｋｇ／Ｌ超であると、モルタルの単位容積質量が大きくなり、充填後において既設部材への負荷が増大する。既設部材への負荷を更に低減するという観点から、軽量骨材の単位容積質量は、０．２８ｋｇ／Ｌ以下であることが好ましく、０．２５ｋｇ／Ｌ以下であることがより好ましい。また、軽量骨材の単位容積質量は０．０１ｋｇ／Ｌ以上であることが好ましい。

軽量骨材の含有量は、結合材１００質量部に対し、４〜９．５質量部である。軽量骨材の単位容積質量が上記範囲外である場合、モルタルの単位容積質量が大きくなり、充填後において既設部材への負荷の増加や、作業性が困難となる虞がある。既設部材への負荷を更に低減するという観点から、軽量骨材の含有量は、結合材１００質量部に対し、４．３〜９質量部であることが好ましく、４．５〜８質量部であることがより好ましい。

本実施形態のモルタル組成物は、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、メラミン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、結合材１００質量部に対し、０．０２〜１質量部であることが好ましく、０．０３〜０．５質量部であることがより好ましく、０．０５〜０．３質量部であることが更に好ましい。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、材料分離が起き難く、より良好な流動性が得られやすく、硬化時の圧縮強度もより向上しやすい。

本実施形態のモルタル組成物は、増粘剤を含有してもよい。増粘剤の種類は特に限定されず、例えば、セルロース系増粘剤、アクリル系増粘剤、グアーガム系増粘剤が挙げられる。増粘剤としてはセルロース系増粘剤が好ましい。セルロース系増粘剤としては、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が挙げられる。増粘剤は、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。

増粘剤の含有量は、結合材１００質量部に対し、０．０５〜１質量部であることが好ましく、０．１〜０．５質量部であることがより好ましく、０．１〜０．３質量部であることが更に好ましい。増粘剤の含有量が上記範囲内であれば、モルタルとした際に、材料分離やブリーディングの発生を抑制しやすく、良好な流動性を保持しやすい。

本実施形態のモルタル組成物は、アルカリ金属炭酸塩を含有してもよい。アルカリ金属炭酸塩は、アルカリ金属（水素原子を除く周期表第一族元素）の炭酸塩であれば特に限定されるものではない。アルカリ金属炭酸塩としては、強度発現性を更に促進させるという観点から、炭酸リチウム、炭酸ナトリウム、炭酸カリウムが好ましい。アルカリ金属炭酸塩は、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。

アルカリ金属炭酸塩の含有量は、結合材１００質量部に対して０．１〜１質量部であることが好ましく、０．２〜０．８質量部であることがより好ましく、０．３〜０．６質量部であることが更に好ましい。アルカリ金属炭酸塩の含有量が上記範囲内であれば、より一層強度発現性に優れる。

本実施形態のモルタル組成物は、凝結遅延剤を含んでもよい。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、及び酒石酸塩が好ましい。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、結合材１００質量部に対して０．１〜１質量部であることが好ましく、０．１５〜０．８質量部であることがより好ましく、０．２〜０．５質量部であることが更に好ましい。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。

本実施形態のモルタル組成物は、発泡剤を含んでもよい。発泡剤は特に限定されず、例えば水と混練後に気体を発生する物質であればよい。発泡剤としては、アルミニウムや亜鉛等の両性金属の粉末、過炭酸ナトリウム等の過酸化物質等が挙げられる。発泡剤としては、効果的に発泡し、膨張作用をより一層発揮することができるという観点から、過炭酸ナトリウムが好ましい。発泡剤は、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。

発泡剤の含有量は、結合材１００質量部に対して０．０１〜０．２質量部であることが好ましく、０．０３〜０．１質量部であることがより好ましく、０．０５〜０．１質量部であることが更に好ましい。発泡剤の含有量が上記範囲内であれば、モルタル充填後の沈下減少を防止しやすく、過度な膨張による強度低下を起こしにくい。

本実施形態のモルタル組成物には、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、膨張材、セメント用ポリマー、消泡剤、防水剤、防錆剤、収縮低減剤、保水剤、顔料、撥水剤、白華防止剤、繊維、高炉スラグ微粉末、石粉、粘土鉱物粉末、スラグ粉末、フライアッシュ、シリカフューム、無機質フィラー、火山灰等が挙げられる。

本実施形態のモルタル組成物を製造する方法は、特に限定されず、例えば、Ｖ型混合機や可傾式コンクリートミキサー等の重力式ミキサー、ヘンシェル式ミキサー、噴射型ミキサー、リボンミキサー、パドルミキサー等のミキサーにより混合することで製造することができる。モルタル組成物の製造方法としては、軽量骨材の形状を保持し、品質を維持するという観点から、リボンミキサーやパドルミキサーを用いる方法が好ましい。また、袋やポリエチレン製容器等の容器に各材料を計り取り投入する方法により、本実施形態のモルタル組成物を製造することもできる。

本実施形態のモルタル組成物は、水と混合してモルタルとして調製することができ、その水の含有量は用途に応じて適宜調整すればよい。水の含有量は、結合材１００質量部に対し、５０〜６５質量部であることが好ましく、５２〜６３質量部であることがより好ましく、５３〜６０質量部であることが更に好ましい。水の含有量が上記範囲内であれば、より流動性を確保しやすく、材料分離の発生、硬化体の収縮の増加及び初期強度発現性の低下を抑制しやすい。

本実施形態のモルタルは、フロー値が１６０〜２４０ｍｍであることが好ましく、１８０〜２３５ｍｍであることがより好ましく、１９０〜２３０ｍｍであることが更に好ましい。モルタルのフロー値が上記範囲内であれば、Ｕリブ充填の際に充填しやすく、先流れによる空気溜りが発生しにくい。

本実施形態のモルタルは、単位容積質量が１．３５ｋｇ／Ｌ以下であることが好ましく、１．３０ｋｇ／Ｌ以下であることがより好ましく、１．２８ｋｇ／Ｌ以下であることが更に好ましい。また、モルタルの単位容積質量は１．００ｋｇ／Ｌ以上であることが好ましい。モルタルの単位容積質量が上記範囲内であれば、既設部材への負荷を更に低減することができる。

本実施形態のモルタルの調製は、通常のモルタル組成物と同様の混練器具を使用することができ、特に限定されるものではない。混練器具としては、例えば、モルタルミキサー、グラウトミキサー、ハンドミキサー、傾胴ミキサー、二軸ミキサー等が挙げられる。

本実施形態のモルタル組成物及びそのモルタルは、軽量であり、低温環境下であっても流動性に優れ、速硬性を有し、且つ、長期での強度発現性に優れるものである。したがってこのようなモルタル組成物及びそのモルタルは、冬季や北部等の低温環境下において、中空部材であるＵリブの充填に好適に用いることができる。

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は以下のとおりである。
セメント：早強ポルトランドセメント
カルシウムアルミネート類：アルミナセメント
石膏類：無水石膏
軽量骨材Ａ：真珠岩系軽量骨材（単位容積質量０．１ｋｇ／Ｌ）
軽量骨材Ｂ：真珠岩系軽量骨材（単位容積質量０．２５ｋｇ／Ｌ）
アルカリ金属炭酸塩：炭酸ナトリウム、炭酸リチウム
増粘剤：メチルセルロース系増粘剤
減水剤：メラミン系減水剤
凝結遅延剤：クエン酸
発泡剤：過炭酸ナトリウム

［モルタル組成物の配合設計］
セメント、カルシウムアルミネート類及び石膏類からなる結合材１００質量部に対して、各種材料を表１に示す量として配合設計した。

［モルタルの作製］
１０℃又は５℃環境下において、１０Ｌの円筒容器に配合設計したモルタル組成物３０００ｇと水を添加し、ハンドミキサーで９０秒混練してモルタルを作製した。水は、結合材１００質量部に対して５５質量部を添加した。

［評価方法］
下記の評価方法にて、各種モルタルの評価を行った。１０℃で評価した結果を表２に示し、５℃で評価した結果を表３に示す。
・フロー値
ＪＩＳＲ５２０１：２０１５「セメントの物理試験方法」１２．フロー試験に準じて、各温度環境下でモルタルのフロー値（０打）を測定した。
・単位容積質量の測定
ＪＩＳＡ１１７１：２０１６「ポリマーセメントモルタルの試験方法」６．４単位容積質量試験に準拠し、単位容積質量を測定した。
・可使時間
練上がり後のモルタルを５Ｌ容器に移し替え、練上がり直後から１５分毎に上記フロー値を測定した。ただし、測定前はさじでモルタルを５回撹拌したものをサンプルとした。可使時間の指標として、フロー値が１６０ｍｍを下回るまでの時間を測定した。例えば、７５分後のフロー値が１６０ｍｍ以上であり、９０分後のフロー値が１６０ｍｍ以下若しくは測定不可の場合、可使時間を７５分とした。
・圧縮強度
土木学会基準ＪＳＣＥ−Ｇ５０５−２０１０「円柱供試体を用いたモルタル又はセメントペーストの圧縮強度試験方法（案）」に準じて、各材齢におけるモルタル硬化体の圧縮強度を測定した。供試体の寸法は、直径５０ｍｍ、高さ１００ｍｍとした。養生は、材齢が２４時間以内のものは材齢直前まで各温度にて型枠のまま湿潤養生とした。材齢２８日は、２４時間後に型枠を脱枠し、以降材齢２８日まで水中養生とした。

表２から、実施例１〜７のモルタルは、１０℃という低温環境下において流動性（フロー値）、並びに４時間及び２８日における圧縮強度に優れたものであることが示された。また、表３から、実施例１〜５のモルタルは、５℃という更に厳しい低温条件下であっても流動性と速硬性を維持できることが示された。

Claims

セメント、カルシウムアルミネート類及び石膏類からなる結合材と、単位容積質量が０．３ｋｇ／Ｌ以下の軽量骨材とを含み、
前記結合材は、該結合材全質量を基準として、前記カルシウムアルミネート類の質量割合が２０〜３５質量％であり、前記石膏類の質量割合が１５〜２５質量％であり、
前記軽量骨材の含有量は、前記結合材１００質量部に対し、４〜９．５質量部である、Ｕリブ用対低温速硬型軽量充填モルタル組成物。
減水剤及び／又は増粘剤を更に含む、請求項１に記載のモルタル組成物。
アルカリ金属炭酸塩及び／又は凝結遅延剤を更に含む、請求項１又は２に記載のモルタル組成物。
請求項１〜３のいずれか一項に記載のモルタル組成物と水とを含み、
前記水の含有量が、前記結合材１００質量部に対し、５０〜６５質量部である、Ｕリブ用対低温速硬型軽量充填モルタル。