JP2021155229A

JP2021155229A - 繊維補強モルタル組成物及び繊維補強モルタル

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Publication number: JP2021155229A
Application number: JP2020054090A
Authority: JP
Inventors: 信哉赤江; Shinya Akae
Original assignee: Taiheiyo Materials Corp
Current assignee: Taiheiyo Materials Corp
Priority date: 2020-03-25
Filing date: 2020-03-25
Publication date: 2021-10-07
Anticipated expiration: 2040-03-25

Abstract

【課題】施工性がよく、初期及び長期の強度発現性に優れる繊維補強モルタル組成物を提供すること。【解決手段】セメント、ポゾラン物質、細骨材及び繊維類を含み、ポゾラン物質の含有量が、セメント１００質量部に対し、１〜３５質量部であり、細骨材の含有量が、セメント１００質量部に対し、８０〜４３０質量部であり、繊維類の含有量が、セメント１００体積部に対し、０．０２〜８体積部である、繊維補強モルタル組成物。【選択図】なし

Description

本発明は、繊維補強モルタル組成物及び繊維補強モルタルに関する。

近年、建築構造物や土木構造物に対する超高層化、大規模化、高耐久性化等の要求が一層明確になっている。このような建築物を実現するために高強度モルタルの開発が行われている。このような高強度モルタルとして、例えば、特許文献１には、少なくとも、セメント、ポゾラン質微粉末、粒径３．５ｍｍ以下の細骨材、減水剤及び水を含む超高強度モルタルが開示されている。

各種構造物に用いられるコンクリートは、本来、耐久性に優れるものであるが、構造や使用環境によってその一部が劣化する場合がある。このような劣化は、コンクリートの強度低下等の原因となるため、修復さらには補強する際は、下地躯体の変形への追従やひび割れの低減を目的として、短繊維をモルタル組成物に配合し、引張りや靭性等の特性を向上した繊維補強モルタル組成物を用いる場合がある（例えば、特許文献２）。

特開２００４−０４３２３４号公報特開２０１１−１２１７９５号公報

ところで、道路や鉄道等の構造物の部分的な補修工事のように工事できる時間が限られている場合、繊維補強モルタルには、施工がしやすく、施工後に速やかに強度発現することが求められている。しかしながら、従来の繊維補強モルタル組成物において、施工性と初期及び長期の強度発現性とを両立することは難しいという課題があった。

従って、本発明は、施工性がよく、初期及び長期の強度発現性に優れる繊維補強モルタル組成物及び繊維補強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した結果、ポゾラン物質及び細骨材の含有量を調整し、特定の体積割合で繊維類を配合することで、施工性と初期及び長期の強度発現性とを両立できることを見出した。

すなわち、本発明は、以下の［１］〜［５］で示される。
［１］セメント、ポゾラン物質、細骨材及び繊維類を含み、ポゾラン物質の含有量が、セメント１００質量部に対し、１〜３５質量部であり、細骨材の含有量が、セメント１００質量部に対し、８０〜４３０質量部であり、繊維類の含有量が、セメント１００体積部に対し、０．０２〜８体積部である、繊維補強モルタル組成物。
［２］ポゾラン物質が、シリカフュームを含む、［１］に記載の繊維補強モルタル組成物。
［３］繊維類が、有機繊維である、［１］又は［２］に記載の繊維補強モルタル組成物。
［４］繊維類の長さが、１〜３０ｍｍである、［１］〜［３］のいずれかに記載の繊維補強モルタル組成物。
［５］［１］〜［４］のいずれかに記載の繊維補強モルタル組成物と、水とを含み、水の含有量が、セメント１００質量部に対し、２５〜５０質量部である、繊維補強モルタル。

本発明によれば、施工性がよく、初期及び長期の強度発現性に優れる繊維補強モルタル組成物及び繊維補強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。

本実施形態の繊維補強モルタル組成物は、セメント、ポゾラン物質、細骨材及び繊維類を含む。

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。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。

セメントは、早期におけるより良好な強度発現性の観点から、速硬性セメントが好ましい。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、Ｃ１_２Ａ_７、Ｃ_５Ａ_３、ＣＡ、Ｃ_３Ａ_５、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_２ＡＦ、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。

ポゾラン物質は、ＪＩＳＡ６２０１：２０１５に記載されている各種フライアッシュ、ＪＩＳＡ６２０７：２０１６に記載されているシリカフューム、スラグ粉末、非晶質アルミノシリケート等が挙げられる。ポゾラン物質は、長期の強度発現や施工性に一層優れるという観点から、シリカフューム、非晶質アルミノシリケートが好ましい。ポゾラン物質は、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。

ポゾラン物質の含有量は、セメント１００質量部に対し、１〜３５質量部である。ポゾラン物質の含有量が上記範囲外であると、繊維補強モルタルとしたときの性状が優れず施工性が低下し、あるいは長期の強度発現性が得られにくい。初期の強度発現性と長期の強度発現性とがより一層両立しやすいという観点から、ポゾラン物質の含有量は、セメント１００質量部に対し、５〜３０質量部であることが好ましく、１０〜２５質量部であることがより好ましい。

細骨材は特に限定されるものではなく、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、これらの中でも珪砂が好ましい。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。

細骨材の含有量は、セメント１００質量部に対し、８０〜４３０質量部である。細骨材の含有量が上記範囲外であると、繊維補強モルタルとしたときの性状が優れず施工性が低下し、また強度発現性が得られにくい。施工性を更に良好にするという観点から、細骨材の含有量は、セメント１００質量部に対し、１００〜３５０質量部であることが好ましく、１５０〜３００質量部であることがより好ましい。

繊維類としては、例えば、ビニロン繊維、ポリプロピレン繊維、ナイロン繊維、アクリル繊維等の有機繊維；鋼繊維；ガラス繊維等の無機繊維が挙げられる。繊維類は、分散性がより良好であるという観点から、有機繊維であることが好ましく、ビニロン繊維、ポリプロピレン繊維がより好ましい。繊維類は、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。

繊維類の長さは、１〜３０ｍｍであることが好ましく、１．５〜２５ｍｍであることがより好ましく、１．８〜２０ｍｍであることが更に好ましく、２〜１５ｍｍであることが最も好ましい。繊維類の長さが上記範囲内であれば、繊維補強モルタルにおける分散性が更に向上する。

繊維類の含有量は、セメント１００体積部に対し、０．０２〜８体積部である。繊維類の含有量が体積基準で上記範囲外であると、繊維補強モルタルとしたときの性状（フレッシュ性状）が悪化し、施工性が低下する。施工性が更に優れるという観点から、繊維類の含有量は、セメント１００体積部に対し、０．０５〜７．５体積部であることが好ましく、０．０８〜７体積部であることがより好ましい。

上記した通り、繊維類の含有量は、体積基準で上記範囲内であればよいが、質量基準での繊維類の含有量は、セメント１００質量部に対し、０．０１〜５質量部であることが好ましく、０．０３〜３質量部であることがより好ましく、０．０５〜２．５質量部であることが更に好ましい。繊維類の含有量が質量基準で上記範囲内であれば、施工性がよくなる傾向にある。

本実施形態の繊維補強モルタル組成物は膨張材を含んでもよい。膨張材は、コンクリート用膨張材として一般に使用されているＪＩＳ適合の膨張材（ＪＩＳＡ６２０２：２００８）であれば、何れの膨張材でもかまわない。膨張材としては、例えば、遊離生石灰を主成分とする膨張材（生石灰系膨張材）、アウインを主成分とする膨張材（エトリンガイト系膨張材）、遊離生石灰とエトリンガイト生成物質の複合系膨張材が挙げられる。これらの中では、生石灰系膨張材が好ましい。膨張材は、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。膨張材はブレーン比表面積が２０００〜６０００ｃｍ^２／ｇのものを使用することが好ましい。

膨張材の含有量は、セメント１００質量部に対し、０．１〜１０質量部であることが好ましく、０．５〜８質量部であることがより好ましく、１〜５質量部であることが更に好ましい。膨張材の含有量が上記範囲内であれば、圧縮強度、寸法変化率等がより一層優れたものとなる。

本実施形態の繊維補強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、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、セメント１００質量部に対し、０．１〜１０質量部であることが好ましく、０．３〜５質量部であることがより好ましく、０．５〜２．５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より良好な流動性及びコテ性状が得られやすく、硬化時の強度発現性もより向上しやすい。

本実施形態の繊維補強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。これらの中では、クエン酸、クエン酸塩、酒石酸、酒石酸塩、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、セメント１００質量部に対し、０．１〜８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、０．８〜３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傾向にある。

本実施形態の繊維補強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、石膏類、セメント用ポリマー、発泡剤、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、増粘剤、粉じん低減剤、強度増進剤、石粉、土鉱物粉末等が挙げられる。

本実施形態の繊維補強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。

本実施形態の繊維補強モルタル組成物は、水と混合して繊維補強モルタルとすることができ、水の含有量は用途に応じて適宜調整すればよい。繊維補強モルタルにおいて、水の含有量は、セメント１００質量部に対し、２５〜５０質量部であることが好ましく、３０〜４５質量部であることがより好ましく、３３〜４２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、より施工性を確保しやすく、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。

本実施形態の繊維補強モルタルの調製は、通常の繊維補強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。

本実施形態の繊維補強モルタル組成物は、モルタルとした時のフレッシュ性状が良好であるため施工性に優れ、また硬化時における初期及び長期の強度発現性に優れたものである。従って、本実施形態の繊維補強モルタル組成物及び繊維補強モルタルは、速やかな施工が求められる道路や鉄道等のコンクリート構造物の補修においても好適に用いることができる。また、その施工方法は特に限定されず、凹部にコテで充填する方法、充填後にバイブレーター等で均した後にコテで仕上げる方法、補修箇所に吹付け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。なお、実験は全て２０℃で行った。

実施例で用いる材料は以下のとおりである。
セメント：速硬性セメント（比重３ｇ／ｃｍ^３、略号Ｃ）
細骨材：珪砂（粒度調整済み、略号Ｓ）
ポゾラン物質：シリカフューム（ＢＥＴ比表面積１０．２ｍ^２／ｇ、略号ＳＦ）
繊維類：ナイロン系有機繊維（繊維長５ｍｍ、比重１．１４ｇ／ｃｍ^３、略号Ｆ１）
繊維類：ポロプロピレン系有機繊維（繊維長１２ｍｍ、比重０．９１ｇ／ｃｍ^３、略号Ｆ２）
繊維類：ナイロン系有機繊維（繊維長２０ｍｍ、比重１．１４ｇ／ｃｍ^３、略号Ｆ３）
繊維類：ガラス繊維（繊維長２４ｍｍ、比重２．５５ｇ／ｃｍ^３、略号Ｆ４）
膨張材：生石灰系膨張材
減水剤：ナフタレンスルホン酸系減水剤
凝結遅延剤：クエン酸塩

［繊維補強モルタル組成物の配合設計］
セメント１００質量部に対し、細骨材、ポゾラン物質及び繊維を表１に示す割合とし、膨張材を２質量部、減水剤を１．５質量部、凝結遅延剤を１質量部として配合設計した。

［繊維補強モルタルの作製］
２０℃環境下において、セメント１００質量部に対し、上水道水３７質量部を１０Ｌの円筒容器に添加し、表１で配合設計した繊維補強モルタル組成物の各材料を添加し、ハンドミキサーで６０秒混練してモルタルを約３Ｌ作製した。

［評価方法］
各項目について、以下の方法で評価した。評価結果を表１に示す。
１）圧縮強度
土木学会基準ＪＳＣＥ−Ｇ５０５０−２０１０「円柱供試体を用いたモルタルまたはセメントペーストの圧縮強度試験方法（案）」に準じて、材齢３時間及び２８日における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。材齢２８日の供試体は翌日に脱型した後、材齢日まで水中で養生した。養生は常に２０℃の恒温槽内で行った。
２）フレッシュ性状
ａ）分散性
繊維補強モルタルをハンドミキサーにて作製する際、繊維の固まり等の発生により均一に繊維が分散されていない場合を不良（×）と評価し、繊維が均一に分散されていることが確認された場合を良好（○）と評価した。
ｂ）軟度
ＪＩＳＲ５２０１：２０１５「セメントの物理試験方法」１２．フロー試験に準じて、２０℃環境下で測定した。各繊維補強モルタルの配合において繊維を含まない標準サンプルを準備し、これの１５打フローを測定した。次いで各繊維補強モルタルの１５打フローを測定した。各繊維補強モルタルの１５打フローの値が、対応する標準サンプルのフロー値と比較して、８０％未満である場合を不良（×）と評価し、８０％以上である場合を良好（○）と評価した。
ｃ）仕上げ性
型枠（３０ｃｍ×３０ｃｍ×２ｃｍ）に繊維補強モルタルを打設し、コテ均しによる仕上げ性の評価を行った。仕上げ作業にやや時間を要した場合（打設後から仕上げ作業完了までに５分以上）を○と評価し、さらに美観的に良好でない場合（モルタル表面が多少凸凹している等）を×と評価した。上記以外は◎と評価した。

実施例の繊維補強モルタルは、良好なフレッシュ性状を有するため施工性がよく、また材齢３時間及び２８日間における強度発現性も高かった。一方、比較例の繊維補強モルタルは、フレッシュ性状が劣るものや強度発現性に劣るものであった。

Claims

セメント、ポゾラン物質、細骨材及び繊維類を含み、
前記ポゾラン物質の含有量が、前記セメント１００質量部に対し、１〜３５質量部であり、
前記細骨材の含有量が、前記セメント１００質量部に対し、８０〜４３０質量部であり、
前記繊維類の含有量が、前記セメント１００体積部に対し、０．０２〜８体積部である、繊維補強モルタル組成物。
前記ポゾラン物質が、シリカフュームを含む、請求項１に記載の繊維補強モルタル組成物。
前記繊維類が、有機繊維である、請求項１又は２に記載の繊維補強モルタル組成物。
前記繊維類の長さが、１〜３０ｍｍである、請求項１〜３のいずれか一項に記載の繊維補強モルタル組成物。
請求項１〜４のいずれか一項に記載の繊維補強モルタル組成物と、水とを含み、
前記水の含有量が、前記セメント１００質量部に対し、２５〜５０質量部である、繊維補強モルタル。