JP2022143998A

JP2022143998A - 耐火モルタル組成物

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Publication number: JP2022143998A
Application number: JP2021044823A
Authority: JP
Inventors: 隆典山岸; Takanori Yamagishi; 崇佐々木; Takashi Sasaki
Original assignee: Denka Co Ltd
Current assignee: Denka Co Ltd
Priority date: 2021-03-18
Filing date: 2021-03-18
Publication date: 2022-10-03
Anticipated expiration: 2041-03-18
Also published as: JP7054744B1

Abstract

【課題】火災時等の熱により補修した箇所がひび割れたり、爆裂したりすることを抑えることができる耐火モルタル組成物を提供する。【解決手段】セメントと、テルネサイトを含む膨張材と、粉末ポリマーと、有機繊維とを含む耐火モルタル組成物である。【選択図】なし

Description

本発明は、耐火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、火災時等の熱により補修した箇所がひび割れたり、補修箇所が爆裂したりして、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。

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技術としては、例えば、特許文献１～１０等が知られている。

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。

以上から、本発明は、火災時等の熱により補修した箇所がひび割れたり、爆裂したりすることを抑えることができる耐火モルタル組成物を提供することを目的とする。

本発明者らは、上記課題を解決すべく種々検討を行った結果、下記本発明により当該課題を解決できることを見出して本発明を完成するに至った。すなわち本発明は下記のとおりである。

［１］セメントと、テルネサイトを含む膨張材と、粉末ポリマーと、有機繊維とを含む耐火モルタル組成物。
［２］前記テルネサイトを、前記膨張材中０．０５～２０質量％含む［１］に記載の耐火モルタル組成物。
［３］前記有機繊維を、前記耐火モルタル組成物中０．１～０．５質量％含む［１］又は［２］に記載の耐火モルタル組成物。

本発明によれば、火災時等の熱により補修した箇所がひび割れたり、爆裂したりすることを抑えることができる耐火モルタル組成物を提供することができる。

以下、本発明の実施形態（本実施形態）について詳細に説明する。なお、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。

本実施形態に係る耐火モルタル組成物は、セメントと、テルネサイトを含む膨張材と、粉末ポリマーと、有機繊維とを含む
以下、本実施形態に係る耐火モルタル組成物の各材料等について説明する。

（セメント）
セメントとしては、普通、早強、超早強、低熱、及び中庸熱などの各種ポルトランドセメントや、これらポルトランドセメントに、高炉スラグ、フライアッシュ、又はシリカを混合した各種混合セメント、石灰石粉末や高炉徐冷スラグ微粉末などを混合したフィラーセメント、並びに、都市ゴミ焼却灰や下水汚泥焼却灰を原料として製造された環境調和型セメント（エコセメント）などのポルトランドセメントが挙げられ、これらのうちの一種又は二種以上が使用可能である。

セメントの含有量は、ひび割れや耐爆裂性を考慮して、耐火モルタル組成物中、３０～５０％であることが好ましく、３５～４５％であることがより好ましい。

本発明で使用する膨張材の含有割合は、セメント１００質量部に対して０．５質量部以上１５質量部以下が好ましく、０．７質量部以上１３質量部以下がより好ましく、１質量部以上１０質量部以下が更に好ましい。膨張材の含有割合が上記下限値以上であるとで、ひび割れ抑制効果を得やすくなる。膨張材の含有割合が上記上限値以下であることで、強度発現性が良好となる。膨張材の含有割合が上記範囲内であることで、本発明の効果を満たす耐火性能に優れたモルタルを得ることができる。

（テルネサイトを含む膨張材）
テルネサイトは、５ＣａＯ・２ＳｉＯ_２・ＳＯ_３で表される鉱物であり、これを膨張材に含有することで、ひび割れと耐爆裂性を向上することができる。
膨張材中には、テルネサイト以外にアウイン、カルシウムフェライト、カルシウムアルミノフェライト、カルシウムシリケート、カルシウムアルミネートなどの１種または２種以上といった材料が含有されていてもよい。膨張材中のテルネサイトの含有量は、０．０５～２０％であることが好ましく、１．０～１８％であることがより好ましい。テルネサイトの含有量が０．０５～２０％であることで、ひび割れ抵抗性と耐爆裂性を向上することができる。テルネサイトの含有量は、膨張材のＸＲＤ測定により求めることができる。

（粉末ポリマー）
粉末ポリマーは、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。

具体的には、ポリ酢酸ビニル、酢酸ビニル－アクリル共重合体、酢酸ビニル－アクリル酸エステル共重合体、変性酢酸ビニル、エチレン－酢酸ビニル共重合体、エチレン－酢酸ビニル－塩化ビニル共重合体、酢酸ビニルビニルバーサテート共重合体等の酢酸ビニル系樹脂；ポリアクリル酸エステル、ポリメタクリル酸エステル、アクリル酸エステル－スチレン共重合体、スチレン－アクリル共重合体、メタクリル酸アルキルエステルとアクリル酸アルキルエステルの共重合体等のアクリル系樹脂；ポリエチレン及びポリプロピレン等のポリオレフィン系樹脂；スチレン－ブタジエン共重合体、クロロプレンゴム、アクリロニトリル－ブタジエン共重合体、メチルメタクリレート－ブタジエン共重合体等の合成ゴム；から選ばれる１種又は２種以上を用いることが好ましい。
なかでも、ひび割れと耐爆裂性の観点から、酢酸ビニル-アクリル共重合体、酢酸ビニル-アクリル酸エステル共重合体、ポリアクリル酸エステル、ポリメタクリル酸エステル、アクリル酸エステル-スチレン共重合体、スチレン-アクリル共重合体、メタクリル酸アルキルエステルとアクリル酸アルキルエステルの共重合体等のアクリル系樹脂が好ましい。

粉末ポリマーの含有量は、良好付着強度と耐火性のバランスを考慮して、耐火モルタル組成物中、０．３～１．５％であることが好ましく、０．５～１．０％であることがより好ましい。

（有機繊維）
有機短繊維の融点は、耐火性及び耐ひび割れ性の観点から、３００℃以下のものを使用することが好ましい。具体的には、ポリプロピレン、ナイロン、ビニロン、アクリル、アラミド、ポリエチレン等があり、これらから１種又は２種以上を組み合わせて使用することが可能である。
なかでも、ひび割れや耐爆裂性の観点から、ポリプロピレンが好ましく、より良好な効果を得る観点から、その弾性係数が６，０００～９，０００Ｎ／ｍｍ^２のポリプロピレンがより好ましい。

有機繊維の平均長さは、耐火性及び作業性の観点から、２～１５ｍｍが好ましく、４ｍｍ～１２ｍｍ以下がより好ましい。また、平均径は、１０～３０μｍが好ましく、１３～２５μｍであることがより好ましい。
なお、本明細書でいう有機繊維は、既述の粉末ポリマーとは形状が相違する。

また、耐火性と耐火性モルタル組成物の流動性の観点から、耐火モルタル組成物において、有機繊維を、０．１～０．５％含むことが好ましく、０．１５～０．３５％含むことがより好ましい。０．１～０．５％含むことで、ひび割れ低減や耐爆裂性を向上させることができる。

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、石灰積など、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、珪砂、軽量骨材およ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。

本実施形態に係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。

本実施形態では、既述の材料の他に、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無機繊維状物質、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。

本実施形態では、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よいし、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。

（実験例１）
セメント、骨材、膨張材中のテルネサイト、粉末ポリマー、有機繊維を表１示す割合となるように配合し、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。膨張材を添加する場合のその量は、セメント１００質量部に対して２．５部とした。

＜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
膨張材：エトリンガイト系膨張材、テルネサイトの含有量５％
粉末ポリマー：市販品、アクリル樹脂系粉末ポリマー
有機繊維：ポリプロピレン繊維、平均長さ６ｍｍ、平均径１８μｍ、密度０．９１ｇ／ｃｍ^３、弾性係数７５４０Ｎ／ｍｍ^２
骨材：珪砂５号
水：水道水

（耐火試験：爆裂の評価）
４０×４０×１６０ｍｍの３連鋼製型枠の仕切り板を取り除いた型枠にてモルタル組成物を作製した。１層の厚みを１０ｍｍとし、３層塗りを行い、厚みを３０ｍｍとした。２層目のモルタル組成物が硬化後、ステンレスのメッシュを乗せてから３層目の塗り付けを行った。モルタル組成物の養生は、温度２０℃湿度６０％の恒温室にて材齢７日まで養生したものとした。
なお、耐火試験の加熱条件は、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、ひび割れと爆裂の有無を観察した。

（ひび割れの評価）
ひび割れの評価を、試験体全面にある場合を「全面」、部分的にある場合を「部分的」、ごくわずかな場合を「微少」、ひび割れが無い場合を「無し」とした。また爆裂に関しては、有り無しで評価した。結果を表１に示す。「微少」及び「無し」であれば合格といえる。

［実験例２］
セメント、骨材、膨張材中のテルネサイト、粉末ポリマー、有機繊維を表２示す割合となるように配合し、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。膨張材の量は、セメント１００質量部に対して２．５部とした。
実験例１と同様に、「耐火試験：爆裂の評価」、「ひび割れの評価」を行った。結果を表２に示す。

［実験例３］
セメント、骨材、膨張材中のテルネサイト、粉末ポリマー、有機繊維を、表３示す割合となるように配合し、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。膨張材の量は、セメント１００質量部に対して２．５％とした。
実験例１と同様に、「耐火試験：爆裂の評価」、「ひび割れの評価」を行った。結果を表３に示す。

本発明は、特に土木分野、建築分野等における補修用途に好適に使用できる。

Claims

セメントと、テルネサイトを含む膨張材と、粉末ポリマーと、有機繊維とを含む耐火モルタル組成物。
前記テルネサイトを、前記膨張材中０．０５～２０質量％含む請求項１に記載の耐火モルタル組成物。
前記有機繊維を、前記耐火モルタル組成物中０．１～０．５質量％含む請求項１又は２に記載の耐火モルタル組成物。