JP2021155310A

JP2021155310A - 耐塩性グラウト組成物及び耐塩性グラウト

Info

Publication number: JP2021155310A
Application number: JP2020060356A
Authority: JP
Inventors: 智内田; Satoshi Uchida; 道和俵; Michikazu Tawara
Original assignee: Oriental Shiraishi Corp; Taiheiyo Materials Corp
Current assignee: Oriental Shiraishi Corp; Taiheiyo Materials Corp
Priority date: 2020-03-30
Filing date: 2020-03-30
Publication date: 2021-10-07
Anticipated expiration: 2040-03-30

Abstract

【課題】流動性及び材料分離抵抗性に優れ、且つ強度発現性及び耐塩性にも優れる耐塩性グラウト組成物及び耐塩性グラウトを提供すること。【解決手段】セメント、非晶質アルミノシリケート及び高炉スラグからなる結合材と、ナフタレンスルホン酸系減水剤を含む減水剤と、膨張材と、細骨材とを含み、結合材１００質量部に対し、高炉スラグの含有量が２〜４５質量部であり、前記ナフタレンスルホン酸系減水剤の含有量が０．５５〜１．５質量部である、耐塩性グラウト組成物。【選択図】なし

Description

本発明は、耐塩性グラウト組成物及び耐塩性グラウトに関する。

土木構造物、建築構造物等の建築・補修又は機械の設置等、土木工事又は建築工事において流動性の高いセメント系グラウトが使用される機会は多い。近年、このようなコンクリート構造物の高性能化のために、グラウト等のセメント系材料は高強度化・高耐久化が望まれている。また、沿岸部等では塩分に曝されることから、セメント系グラウトは施工場所によっては耐塩性も求められている。

グラウト、モルタル、コンクリート等を高強度化するためには、高性能減水剤等の薬剤を添加して水セメント比を低減させる方法や、メタカオリン等のポゾラン物質をセメント系材料に混和する方法が知られている（例えば、特許文献１）。

特開２０１６−３７４０７号公報

ポゾラン物質は高強度化及び耐塩害性の付与といった観点から有用であるが、混和率の増加にともない、流動性の低下、練り混ぜ時間の増大等の施工性に課題が生じることもあった。さらにグラウト材は材料分離（ブリーディング）抵抗性が一般的に求められる。そのため、高強度・耐塩性でありながら流動性に優れ、材料分離が生じないセメント系材料が望まれている。

したがって、本発明は、流動性及び材料分離抵抗性に優れ、且つ強度発現性及び耐塩性にも優れる耐塩性グラウト組成物及び耐塩性グラウトを提供することを目的とする。

本発明者らは上記課題について鋭意検討した結果、非晶質アルミノシリケートと高炉スラグを併用し、特定の減水剤を使用することで、流動性、材料分離抵抗性、強度発現性、耐塩性に優れる耐塩性グラウト組成物及び耐塩性グラウトが得られることを見出した。

すなわち、本発明は以下の［１］〜［５］である。
［１］セメント、非晶質アルミノシリケート及び高炉スラグからなる結合材と、ナフタレンスルホン酸系減水剤を含む減水剤と、膨張材と、細骨材とを含み、結合材１００質量部に対し、高炉スラグの含有量が２〜４５質量部であり、前記ナフタレンスルホン酸系減水剤の含有量が０．５５〜１．５質量部である、耐塩性グラウト組成物。
［２］セメントが、普通ポルトランドセメント及び早強ポルトランドセメントである、［１］に記載の耐塩性グラウト組成物。
［３］発泡剤を更に含む、［１］又は［２］に記載の耐塩性グラウト組成物。
［４］消泡剤を更に含む、［１］〜［３］のいずれかに記載の耐塩性グラウト組成物。
［５］［１］〜［４］のいずれかに記載の耐塩性グラウト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、３０〜５０質量部である、耐塩性グラウト。

本発明によれば、流動性及び材料分離抵抗性に優れ、且つ強度発現性及び耐塩性にも優れる耐塩性グラウト組成物及び耐塩性グラウト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説明する。

本実施形態の耐塩性グラウト組成物は、セメント、非晶質アルミノシリケート及び高炉スラグからなる結合材と、ナフタレンスルホン酸系減水剤を含む減水剤と、膨張材と、細骨材とを含む。

本明細書において、結合材はセメント、非晶質アルミノシリケート及び高炉スラグの三成分からなる。

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；高炉スラグ、フライアッシュ又はシリカフュームを含む混合セメント；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。セメントとしては、初期の強度発現性が更に増加するという観点から、普通ポルトランドセメント、早強ポルトランドセメントが好ましく、これらを併用することがより好ましい。普通ポルトランドセメント及び早強ポルトランドセメントを併用する場合、その質量割合は［普通ポルトランドセメントの質量］／［早強ポルトランドセメントの質量］で０．１１〜０．９であることが好ましく、０．２〜０．８であることがより好ましく、０．４〜０．７であることが更に好ましい。普通ポルトランドセメント及び早強ポルトランドセメントの質量割合が上記範囲内であれば、流動性がより一層向上する。

セメントの含有量は、結合材１００質量部に対し、４０〜９５質量部であることが好ましく、４２〜９２質量部であることがより好ましく、４５〜９０質量部であることが更に好ましい。

非晶質アルミノシリケートは、粘土鉱物に由来し、非晶質部分を含むアルミノシリケートであれば特に限定されず、いずれも使用可能である。原料である粘土鉱物の例としては、カオリン鉱物、雲母粘土鉱物、スメクタイト型鉱物、及びこれらが混合生成した混合層鉱物が挙げられる。非晶質アルミノシリケートは、これらの結晶性アルミノシリケートを、例えば焼成・脱水して非晶質化することにより得られる。非晶質アルミノシリケートとしては、反応性に更に優れるという観点から、カオリナイト、ハロサイト、ディッカイト等のカオリン鉱物由来のものが好ましく、カオリナイトを焼成して得られるカオリナイト焼成物がより好ましい。非晶質アルミノシリケートは、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。
本明細書において「非晶質」とは、粉末Ｘ線回折装置による測定で、原料である粘土鉱物に由来するピークがほぼ見られなくなることをいう。本実施形態に係る非晶質アルミノシリケートは非晶質の割合が７０質量％以上であればよく、好ましくは９０質量％以上、より好ましくは１００質量％、即ち粉末Ｘ線回折装置による測定でピークが全く見られないものが最も好ましい。非晶質の割合は標準添加法により求めた値である。非晶質の割合が高いアルミノシリケート、即ち結晶質の割合が低いアルミノシリケートは、非晶質の割合が低いアルミノシリケートに比べて、同じ混和量における強度発現性が更によい傾向にある。アルミノシリケートの非晶質化のための加熱としては、外熱キルン、内熱キルン、電気炉等による焼成、及び溶融炉を用いた溶融等が挙げられる。

非晶質アルミノシリケートの含有量は、高強度を確保しつつ、良好な流動性を確保しやすいという観点から、結合材１００質量部に対し、３〜２０質量部であることが好ましく、５〜１５質量部であることがより好ましく、７〜１２質量部であることが更に好ましい。

高炉スラグは、銑鉄製造工程で発生するものであり、高炉徐冷スラグや高炉水砕スラグが挙げられる。高炉スラグは微粉末であることが好ましい。高炉スラグの比表面積はブレーン比表面積で３０００〜１００００ｃｍ^２／ｇであることが好ましく、３５００〜９５００ｃｍ^２／ｇであることがより好ましく、３８００〜９０００ｃｍ^２／ｇであることが更に好ましい。

高炉スラグの含有量は、結合材１００質量部に対し、２〜４５質量部である。高炉スラグの含有量が上記範囲外であると、十分な強度発現性と十分な耐塩性が得られない。高炉スラグの含有量は、温度による性状の変化が小さくなりやすいという観点から、結合材１００質量部に対し、３〜３０質量部であることがより好ましく、３〜２０質量部であることが更に好ましい。

本実施形態に係る減水剤は、ナフタレンスルホン酸系減水剤を含む。減水剤としては、ナフタレンスルホン酸系減水剤以外にもＪＩＳＡ６２０４：２０１１「コンクリート用化学混和剤」に規定される減水剤も併せて用いることができる。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。

ナフタレンスルホン酸系減水剤の含有量は、結合材１００質量部に対し、０．５５〜１．５質量部である。ナフタレンスルホン酸系減水剤の含有量が上記範囲外であると、材料分離が生じるおそれがあり、流動性も低下する。ナフタレンスルホン酸系減水剤の含有量は、材料分離抵抗性及び流動性をより一層向上させるという観点から、結合材１００質量部に対し、０．６〜１．４質量部であることが好ましく、０．６５〜１．２質量部であることがより好ましい。

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）、アーウィ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。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、結合材１００質量部に対して１〜８質量部であることが好ましく、１．５〜７質量部であることがより好ましく、２〜６．５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、流動性を確保しつつ、硬化後に乾燥収縮によるひび割れを起こしにくい。

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、石灰石砂等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）を使用することが好ましく、粒径２．５ｍｍ以下のもの（２．５ｍｍふるい通過分）が細骨材全質量の９０質量％以上であるものを使用することがより好ましく、粒径２．５ｍｍ以下のもの（２．５ｍｍふるい通過分）が細骨材全質量の９５質量％以上であるものを使用することが更に好ましい。

細骨材の含有量は、良好な流動性が得られやすく、材料分離抵抗性を確保しやすいという観点から、結合材１００質量部に対して６０〜１５０質量部であることが好ましく、７０〜１４０質量部であることがより好ましく、８０〜１３０質量部であることが更に好ましい。

本実施形態の耐塩性グラウト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、アルミニウム粉末が好ましい。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、硬化時においてより適切な膨張性能を発揮しやすくするという観点から、結合材１００質量部に対して０．０００２〜０．００４質量部であることが好ましく、０．０００５〜０．００３質量部であることがより好ましく、０．０００８〜０．００２質量部であることが更に好ましい。

本実施形態の耐塩性グラウト組成物は、消泡剤を含有してもよい。消泡剤は、一般のコンクリートに使用される消泡剤であれば特に限定されず、例えば、鉱油系消泡剤、エステル系消泡剤、アミン系消泡剤、アミド系消泡剤、ポリエーテル系消泡剤、シリコーン系消泡剤が挙げられる。

消泡剤の含有量としては、結合材１００質量部に対し、０．００３〜０．２質量部であることが好ましく、０．００５〜０．１５質量部であることがより好ましく、０．００８〜０．１質量部であることが更に好ましい。

本実施形態の耐塩性グラウト組成物には、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、セメント用ポリマー、増粘剤、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、石粉、土鉱物粉末、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。

本実施形態の耐塩性グラウト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。

本実施形態の耐塩性グラウト組成物は、水と混合して耐塩性グラウト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質量部に対して３０〜５０質量部であることが好ましく、３２〜４５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。

本実施形態の耐塩性グラウトの調製は、通常の耐塩性グラウト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。

本実施形態の耐塩性グラウト組成物及び耐塩性グラウトは、流動性及び材料分離抵抗性に優れ、その硬化時には高い強度発現性と耐塩性を示すものである。したがって、本実施形態の耐塩性グラウト組成物及び耐塩性グラウトは、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グラウト、鉄筋入りコンクリート二次製品、トンネル、高速道路、橋梁等のコンクリート補修用グラウトとして利用できるだけでなく、沿岸部等の高い塩分濃度に曝される環境下においても好適に利用できる。

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。

セメント：
普通ポルトランドセメント
早強ポルトランドセメント
非晶質アルミノシリケート：カオリナイト焼成物
高炉スラグ１：ブレーン比表面積４０００ｃｍ^３／ｇ
高炉スラグ２：ブレーン比表面積８０００ｃｍ^３／ｇ
減水剤：
ナフタレンスルホン酸系減水剤
ポリカルボン酸系減水剤
リグニンスルホン酸系減水剤
膨張材：生石灰系膨張材
発泡剤：アルミニウム粉末
消泡剤：シリコーン系消泡剤
細骨材：石灰石砂（粒径２．５ｍｍ以下含有率９５質量％以上）

［グラウトの作製］
セメント、非晶質アルミノシリケート及び高炉スラグからなる結合材１００質量部に対して、各種材料を表１に示す割合とし、膨張材を４質量部、発泡剤を０．００１質量部、消泡剤を０．０１質量部、細骨材を１００質量部として配合設計し、グラウト組成物を調製した。２０℃環境下において、１０Ｌの円筒容器に配合設計したグラウト組成物と水を添加し、ハンドミキサーで９０秒混練してグラウトを作製した。水は結合材１００質量部に対し、３８質量部となるように添加した。

［評価方法］
下記の評価方法にて、各種グラウトの評価を行った。各試験結果は表１に示す。実験は全て２０℃にて行った。
・Ｊ漏斗流下値の測定
土木学会基準ＪＳＣＥ−Ｆ５４１−２０１３「充てんモルタルの流動性試験方法（案）」に準拠し、Ｊ１４漏斗流下時間を測定した。
・フローの測定
ＪＩＳＲ５２０１：２０１５「セメントの物理試験方法」のフロー試験に準じて流動性試験を実施した。フロー値は引抜きフロー値（０打）を測定した。
・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、材齢７日及び２８日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。なお、比較例３及び４については、練り上げ後のグラウト時の性状（Ｊ１４漏斗の流下速度、フロー値、材料分離等）が良好ではなかったため測定しなかった。
・耐塩性試験
直径５０ｍｍ、高さ１００ｍｍの供試体を作成し、脱型後２８日間水中養生した後、１０質量％の塩化ナトリウム水溶液に浸漬させた。浸漬期間４週及び８週の供試体を割裂後、割裂面にフルオレセインナトリウム水溶液及び硝酸銀水溶液を噴霧し、表面から呈色していない部分までの距離を測定した。なお、比較例３及び４については、練り上げ後のグラウト時の性状（Ｊ１４漏斗の流下速度、フロー値、材料分離等）が良好ではなかったため測定しなかった。
・不分離性試験
混練したグラウトを円筒容器の中で１分間静置し、そのときの状況を目視により確認して分離状況を評価した。円筒容器の底に骨材が沈下したものを×、材料分離（ブリーディング）が発生しなかったものを○として評価した。

実施例のグラウトは、グラウト時の流動性や材料分離抵抗性もよく、硬化時の圧縮強度がよく、塩化物イオンの浸透も少なかった。一方で、比較例のグラウトは、グラウト時の性状が悪いものや、硬化時の塩化物イオンの浸透抑制が不十分なものが見られた。

Claims

セメント、非晶質アルミノシリケート及び高炉スラグからなる結合材と、ナフタレンスルホン酸系減水剤を含む減水剤と、膨張材と、細骨材とを含み、
前記結合材１００質量部に対し、前記高炉スラグの含有量が２〜４５質量部であり、前記ナフタレンスルホン酸系減水剤の含有量が０．５５〜１．５質量部である、耐塩性グラウト組成物。
前記セメントが、普通ポルトランドセメント及び早強ポルトランドセメントである、請求項１に記載の耐塩性グラウト組成物。
発泡剤を更に含む、請求項１又は２に記載の耐塩性グラウト組成物。
消泡剤を更に含む、請求項１〜３のいずれか一項に記載の耐塩性グラウト組成物。
請求項１〜４のいずれか一項に記載の耐塩性グラウト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、３０〜５０質量部である、耐塩性グラウト。