JP2022176037A - グラウト材料、グラウトモルタル組成物及び硬化体 - Google Patents

Abstract

【課題】水和熱、乾燥収縮を低減し、かつ、減水剤を過多とせずに充填性を高めたグラウト材料、グラウトモルタル組成物及び硬化体を提供すること。【解決手段】セメント、膨張材、ガス発泡物質、減水剤、細骨材Ａ、細骨材Ｂを含有するグラウト材料であって、前記細骨材Ａの粒子径が１．２ｍｍ未満であって、平均粒子径が０．４～０．８ｍｍであり、前記細骨材Ｂの粒子径が１．２～１０ｍｍの範囲であって、平均粒子径が２～９ｍｍであり、前記細骨材Ａと前記細骨材Ｂの質量比（細骨材Ａ／細骨材Ｂ）が５０～２００％であり、安息角が４０～５５°であるグラウト材料である。【選択図】なし

Description

本発明は、主に、土木・建築業界において使用されるグラウト材料、グラウトモルタル組成物、及びグラウトモルタル組成物を用いてなる硬化体に関する。

グラウト材料は、モルタル、コンクリートの作業性や充填性を改善し、グラウト工事を円滑に行うために使用されている。
主な用途としては、地下構造物の施工、橋梁支承部の据付け、各種機械類の据付け、耐震補強における壁、柱の間隙充填等であり、構造物の間隙を充填して一体化するために、（１）充填箇所および充填方法等に応じた所要の流動性、（２）充填後にブリーディング、沈下および空隙を発生させない無収縮性、（３）構造物の使用条件に応じた所要の各種強度などが要求される（例えば、非特許文献１参照）。

セメント硬化体は、セメントの水和又は乾燥に伴って体積が減少することから、ひび割れが発生したり、既存構造体との付着性能が低下したりする危険性がある。ひび割れの発生は美観を損ねるばかりか、構造物の安定性、防水性及び水密性に悪影響を与える危険性がある。
そのため、セメントの収縮を補償し、ひび割れ発生抑制や、構造体との付着性能を保持する目的で、使用される膨張材としては、例えば、３ＣａＯ・３Ａｌ_２Ｏ_３・ＣａＳＯ_４（アウイン）、ＣａＳＯ_４及びＣａＯを主成分とするカルシウムサルホアルミネート系(アウイン系膨張材)、遊離石灰を主成分とする石灰系（石灰系膨張材）のほか、遊離石灰－水硬性物質－セッコウ類を含有してなる膨張材等がある。

セメント、膨張材の他、特定の減水剤を組み合せることにより、温度依存性が少なく、流動性・充填性保持効果が著しく高く、長期に亘り強度増進効果を付与したグラウト材料が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
さらに、優れた流動性、泡発生の抑制、最適な長さ変化率、体積膨張率を保持した高強度グラウト材料が提案されている（例えば、特許文献２参照）。

しかしながら、従来の膨張材を含有するグラウト材料は、品質保証期間を超えて貯蔵すると外部より浸入してくる水分、特に高温時での流動性の保持効果及び膨張性能が低下してしまう危険性があった。また、マスコンクリートの様な比較的大きな部位へ施工した場合、水和熱が大きく、乾燥収縮ひび割れが発生することや、充填性を高めるために減水剤が過多となって、グラウト材が固液分離する危険性があった。
そこで、水和熱、乾燥収縮を低減し、かつ、減水剤を過多とせずに充填性を高めたいといった課題がある。

特許３８９４７８０号公報 国際公開第２００７／０２９３９９パンフレット

新セメント・コンクリート用混和材料、３０４－３０７頁、笠井芳夫・坂井悦郎著、技術書院、平成１９年1月１５発行

本発明は、水和熱、乾燥収縮を低減し、かつ、減水剤を過多とせずに充填性を高めたグラウト材料、グラウトモルタル組成物及び硬化体を提供することを目的とする。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、本発明者らは、上記課題を解決すべく、種々の努力を重ねた結果、特定の細骨材を組み合わせて調製したグラウト材料が、水和熱、乾燥収縮が小さく、さらに充填性を向上させることを知見し、本発明を完成するに至った。本発明の要旨は、以下のとおりである。
［１］セメント、膨張材、ガス発泡物質、減水剤、細骨材Ａ、細骨材Ｂを含有するグラウト材料であって、前記細骨材Ａの粒子径が１．２ｍｍ未満であって、平均粒子径が０．４～０．８ｍｍであり、前記細骨材Ｂの粒子径が１．２～１０ｍｍの範囲であって、平均粒子径が２～９ｍｍであり、前記細骨材Ａと前記細骨材Ｂの質量比（細骨材Ａ／細骨材Ｂ）が５０～２００％であり、安息角が４０～５５°であるグラウト材料。
［２］前記膨張材は、テルネサイトを含有し、前記テルネサイトの含有量は、前記膨張材１００質量部に対して、０．０５質量部以上２０質量部以下である、上記［１］に記載のグラウト材料。
［３］前記細骨材Ａは、ＪＩＳ Ａ１１２１「ロサンゼルス試験機による粗骨材のすりへり試験」による粗粒率の低下が７０％以上１００％以下である、上記［１］又は［２］に記載のグラウト材料。
［４］前記細骨材Ａの化学成分は、ＣａＯの割合が８５質量％以上、ＳｉＯ_２の割合が０．２質量％以上１４質量％以下、Ｋ_２Ｏの割合が４０質量ｐｐｍ以上３，０００質量ｐｐｍ以下、ＳＯ_３の割合が４０質量ｐｐｍ以上３，０００質量ｐｐｍ以下であり、前記細骨材Ｂの化学成分は、ＳｉＯ_２の割合が７５質量％以上である、上記［１］～［３］のいずれかに記載のグラウト材料。
［５］前記細骨材Ａの化学成分は、Ｆｅ_２Ｏ_３の割合が０．１質量％以上３．０質量％以下、Ａｌ_２Ｏ_３の割合が０．１質量％以上３．０質量％以下である、上記［１］～［４］のいずれかに記載のグラウト材料。
［６］前記細骨材Ａの含有割合は、前記セメント１００質量部に対して、５０質量部以上３００質量部以下であって、前記細骨材Ｂの含有割合は、前記セメント１００質量部に対して、５０質量部以上３００質量部以下である、上記［１］～［５］のいずれかに記載のグラウト材料。
［７］上記［１］～［６］のいずれかに記載のグラウト材料と水とを含有する、グラウトモルタル組成物。
［８］上記［７］に記載のグラウトモルタル組成物を用いてなる、硬化体。

本発明によれば、水和熱、乾燥収縮を低減し、かつ、減水剤を過多とせずに充填性を高めたグラウト材料、グラウトモルタル組成物及び硬化体を提供することができる。

以下、本発明を詳細に説明する。
なお、本明細書における部や％は特に規定しない限り質量基準である。
また、本明細書でいうグラウトモルタルとは、粗骨材のないペースト、細骨材を含有するモルタルを総称するものである。

本発明のグラウト材料は、セメント、膨張材、ガス発泡物質、減水剤、細骨材Ａ、細骨材Ｂを含有するグラウト材料であって、前記細骨材Ａの粒子径が１．２ｍｍ未満であって、平均粒子径が０．４～０．８ｍｍであり、前記細骨材Ｂの粒子径が１．２～１０ｍｍの範囲であって、平均粒子径が２～９ｍｍであり、前記細骨材Ａと前記細骨材Ｂの質量比（細骨材Ａ／細骨材Ｂ）が５０～２００％であり、安息角が４０～５５°であるグラウト材料である。
本発明者らは、細骨材に着目し、安息角、および、特定の粒子径の細骨材２種類の比率がグラウト材料の充填性に影響することを突き止めた。本発明は、かかる知見に基づき完成したものである。
すなわち、グラウト材料の安息角が４０°未満、または、５５°を超える、または、細骨材Ａの平均粒子径が０．４ｍｍ未満、または、０．８ｍｍを超える、または、細骨材Ｂの平均粒子径が２ｍｍ未満、または、９ｍｍを超える、または、前記細骨材Ａと前記細骨材Ｂの質量比（細骨材Ａ／細骨材Ｂ)が５０％未満、または、２００％を超えると充填性が低くなってしまう。

＜安息角＞
本発明のグラウト材料の安息角は、４０～５５°である。安息角がこの範囲であると充填性が向上する。以上の観点から、安息角は４２～５０°であることが好ましく、４３～４９°であることがより好ましく、４５～４８°であることがさらに好ましい。
グラウト材料の安息角は、例えば、グラウト材料に含まれるセメント、膨張材、ガス発泡物質、減水剤、細骨材Ａ、細骨材Ｂなどの粒子径、割合を変えることで調整することができる。特に、本発明のグラウト材料の主な成分であるセメントおよび細骨材の粒子径による影響が大きく、粒子径が小さいほど安息角は小さくなる傾向がある。例えば、細骨材Ａを２０～４０質量％、細骨材Ｂを２０～６０質量％、セメントの粒子径として５～２０μｍのものを１０～４０質量％含有させることで安息角４０～５５°のグラウト材が得られる。また、使用する材料に応じてセメントとして、より微細なものを用いることでグラウト材の安息角を調整することが可能である。さらに膨張材についても、添加量が多い場合には、その粒子径によって、安息角を調整することができ、本発明の効果を奏する範囲とすることが可能である。
なお、安息角は、測定試料を漏斗を使って、φ８０ｍｍのテーブルへ自然落下させて、形成した粉体の山の角度を測定することで得た。

＜細骨材＞
本発明のグラウト材料は、２種類の細骨材を有し、一方の細骨材（細骨材Ａ）は、粒子径が１．２ｍｍ未満の粒子である。細骨材Ａの粒子径がこの範囲であると、充填性が向上する。以上の観点から、細骨材Ａの粒子径は１．１ｍｍ以下であることが好ましく、粒子径は１．０ｍｍ以下であることがさらに好ましい。また、細骨材Ａは、平均粒子径が０．４～０．８ｍｍである。細骨材Ａの平均粒子径がこの範囲であると、充填性が向上する。以上の観点から、細骨材Ａの平均粒子径は、０．５～０．８ｍｍであることが好ましく、平均粒子径は、０．６～０．８ｍｍであることがさらに好ましい。
また、本発明のグラウト材料が有する他の細骨材（細骨材Ｂ）は、粒子径が１．２～１０ｍｍの範囲の粒子であって、平均粒子径は２～９ｍｍである。細骨材Ｂの粒子径が上記範囲であると、細骨材Ａとのバランスがとれ、上記好適な安息角が得られやすい。以上の観点から、細骨材Ｂの粒子径は１．２～８ｍｍの範囲であることが好ましく、１．２～６ｍｍの範囲であることがさらに好ましい。
また、細骨材Ｂの平均粒子径が上記範囲であると、細骨材Ａとのバランスがとれ、上記好適な安息角が得られ、本発明の効果が達成される。以上の観点から、平均粒子径は３～７ｍｍであることがより好ましく、４～５ｍｍであることがさらに好ましい。
さらに、前記細骨材Ａと前記細骨材Ｂの質量比(細骨材Ａ／細骨材Ｂ)は、５０～２００％である。当該質量比がこの範囲であることで、本発明の効果が達成される。以上の観点から、細骨材Ａと細骨材Ｂの質量比は、７０～１８０％であることがより好ましく、９０～１６０％であることがさらに好ましい。なお、ここで質量比は、細骨材Ａの質量を細骨材Ｂの質量で除した結果をパーセント表示にしたものである。
また、粒子径、および、平均粒子径はふるい分け法による重量通過百分率から求めた。

＜セメント＞
本発明で使用するセメントとは、特に限定されるものではなく、普通、早強、超早強、低熱および中庸熱等の各種セメント、これらのセメントに、高炉スラグやフライアッシュやシリカフュームなどを混合した各種混合セメント、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）、市販されている微粒子セメントなどが挙げられ、各種セメントや各種混合セメントを微粉末化して使用することも可能である。また、通常セメントに使用されている成分（例えば石膏等）量を増減して調整されたものも使用可能である。
本発明では、水和熱、乾燥収縮、充填性の観点から、普通ポルトランドセメントや早強ポルトランドセメントを選定することが好ましい。

本発明で使用するセメントは、製造コストや強度発現性の観点から、セメントのブレーン比表面積値は、２，５００ｃｍ^２／ｇ以上７，０００ｃｍ^２／ｇ以下であることが好ましく、２，７５０ｃｍ^２／ｇ以上６，０００ｃｍ^２／ｇ以下であることがより好ましく、３，０００ｃｍ^２／ｇ以上４，５００ｃｍ^２／ｇ以下であることがさらに好ましい。
ブレーン比表面積値は、ＪＩＳ Ｒ ５２０１（セメントの物理試験方法）に準拠して求められる。

＜膨張材＞
本発明で使用する膨張材は、特に限定されるものではなく、膨張性水和物を生成させ、ブリーディングを抑制するものであれば、いかなるものでも使用可能である。
膨張材としては、遊離石灰、遊離マグネシア、カルシウムフェライト、エトリンガイト系、石灰系、エトリンガイト-石灰複合系を含むものが知られ、特に限定されるものではないが、長期安定性の観点から、遊離石灰を含むものが好ましい。遊離石灰を含むものとしては、例えば、遊離石灰－無水セッコウ系、遊離石灰－水硬性化合物系、ならびに、遊離石灰－水硬性化合物－無水セッコウ系などが挙げられる。

本発明で使用する膨張材は、テルネサイトを含有することが好ましい。テルネサイトは、５ＣａＯ・２ＳｉＯ_２・ＳＯ_３で表される鉱物であり、水硬反応を促進する。又、テルネサイト自体はほとんど反応しないためフィラーのような役割を果たして、流動性保持性を良好にすると推定される。そのため、高温時でも流動性の保持効果を維持することができる。
テルネサイトの含有量は、膨張材１００質量部に対して、０．０５質量部以上２０質量部以下であることが好ましく、０．１質量部以上１８質量部以下であることがより好ましく、０．５質量部以上１５質量部以下であることがさらに好ましい。テルネサイトの含有量が上記範囲内であることで、硬化促進と流動性保持性をともに良好にすることができる。

本発明では、膨張性能が良好なことから、遊離石灰－水硬性化合物－無水セッコウ系を用いることが好ましく、特に遊離石灰含有量が４０質量％を超えるものが好ましい。
ここで、水硬性化合物としては、例えば、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種以上が挙げられる。本発明では、膨張材としては、市販の膨張材や静的破砕材が利用できる。
膨張材や静的破砕材は各社より市販されており、その代表例としては、例えば、デンカ社製「デンカＣＳＡ♯２０」、「デンカパワーＣＳＡ」、太平洋マテリアル社製「エクスパン」、「ハイパーエクスパン」、「Ｎ－ＥＸ」、「ブライスター」やこれらの粉砕品などが挙げられる。

本発明で使用する膨張材の粒度は、特に限定されるものではないが、ブレーン比表面積値で２，０００ｃｍ^２／ｇ以上２５，０００ｃｍ^２／ｇ以下の範囲のものが好ましく、２，２００ｃｍ^２／ｇ以上１５，０００ｃｍ^２／ｇ以下のものがより好ましく、２，４００ｃｍ^２／ｇ以上１０，０００ｃｍ^２／ｇ以下のものがさらに好ましい。膨張材のブレーン比表面積値が上記下限値以上であることで、ブリーディングを抑制することができる。また、膨張材のブレーン比表面積値が上記上限値以下であることで、十分な膨張性を得ることができる。

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２０質量部以下が好ましく、１質量部以上１８質量部以下がより好ましく、２質量部以上１５質量部以下がさらに好ましい。膨張材の含有割合が上記下限値以上であることで、ひび割れ抑制効果を得やすくなる。一方、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グラウト材料、即ち、低い水和熱、乾燥収縮、および、充填性に優れるグラウト材料とすることが容易になる。

＜ガス発泡物質＞
本発明で使用するガス発泡物質とは、グラウトモルタル組成物を施工した後、まだ固まらない状態のグラウト材料がブリーディングによる沈下や収縮するのを抑止する目的で用いるものをいう。本発明で使用するガス発泡物質としては、水と混練後に気体を発生するものであればよく、特に限定されるものではない。

ガス発泡物質としては、植物油及び鉱物油等の油状物質が挙げられる。また、ガス発泡物質としては、ステアリン酸で表面処理した燐片状のアルミニウム粉末、及びアトマイズ製法で製造したアルミニウム粉末等の粉末物質が挙げられる。また、ガス発泡物質としては、アゾ化合物、ニトロソ化合物及びヒドラジン誘導体等のアルカリ雰囲気下で窒素ガスを発泡する窒素ガス発泡物質が挙げられる。また、ガス発泡物質としては、過炭酸ナトリウム、過炭酸カリウム及び過炭酸アンモニウムなどの過炭酸塩、過ホウ酸ナトリウムや過ホウ酸カリウム等の過ホウ酸塩、過マンガン酸ナトリウム及び過マンガン酸カリウムなどの過マンガン酸塩、並びに、過酸化水素等の過酸化物質が挙げられる。
本発明で使用するガス発泡物質としては、沈下抑制効果が大きいことから、ステアリン酸等で表面処理したアルミニウム粉末を用いることが好ましい。

本発明で使用するガス発泡物質として使用し得る窒素ガス発泡物質は、グラウト材料中に含まれるセメントが、水と共に練混ぜた際に生成するアルカリとの反応により、窒素ガスを発生する化合物を含有するものであり、一酸化炭素、二酸化炭素、及びアンモニアなどのガスを副生してもよい。
本発明で使用する窒素ガス発泡物質としては、構造物と一体化させるために、また、まだ固まらない状態のグラウトモルタルが沈下や収縮するのを抑止するために、さらには、乾燥状態に置かれた際のひび割れ抵抗性を向上させるために使用できるものであれば特に限定されるものではない。

ガス発泡物質の含有割合は、セメント１００質量部に対して、０．０００１質量部以上１質量部以下が好ましく、０．０００５質量部以上０.５質量部以下がより好ましく、０．００１質量部以上０.２質量部以下がさらに好ましい。ガス発泡物質の含有割合が上記下限値以上であることで、充分な初期膨張効果を付与することができる。また、ガス発泡物質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。

＜減水剤＞
本発明で使用する減水剤は、各材料の分散を助けるとともに、練り上がったグラウトモルタルの流動性を付与する役割を担う。

本発明で使用する減水剤は、特に限定されるものではなく、例えば、ナフタレン系減水剤、メラミン系減水剤、アミノスルホン酸系減水剤、及びポリカルボン酸系減水剤が挙げられ、本発明ではこれら減水剤のうちの一種又は二種以上が使用可能である。
減水剤の具体例としては、例えば、ナフタレン系減水剤としては、エヌエムビー社製商品名「レオビルドＳＰ－９シリーズ」、花王社製商品名「マイティ２０００シリーズ」、及び日本製紙社製商品名「サンフローＨＳ－１００」などが挙げられる。メラミン系減水剤としては、日本シーカ社製商品名「シーカメント１０００シリーズ」及び日本製紙社製商品名「サンフローＨＳ－４０」などが挙げられる。アミノスルホン酸系減水剤としては、藤沢薬品工業社製商品名「パリックＦＰ－２００シリーズ」などが挙げられる。ポリカルボン酸系減水剤としては、エヌエムビー社製商品名「レオビルドＳＰ－８シリーズ」、グレースケミカルズ社製商品名「ダーレックススーパー１００ＰＨＸ」、及び竹本油脂社製商品名「チューポールＨＰ－８シリーズ」、「チューポールＨＰ－１１シリーズ」などが挙げられる。
減水剤には粉末状のものも存在する。具体的には、ナフタレン系減水剤としては、花王社製商品名「マイティ１００」、三洋化成工業社製商品名「三洋レベロンＰ」、及び第一工業製薬社製商品名「セルフロー１１０Ｐ」などが挙げられる。メラミン系減水剤としては、ＢＡＳＦポゾリス社製「メルメントＦ１０Ｍ」などが挙げられる。ポリカルボン酸系減水剤としては、例えば、花王社製商品名「ＣＡＤ９０００Ｐ」などが挙げられる。

減水剤の含有割合は、セメント１００質量部に対して、固形分換算で０．１質量部以上５質量部以下が好ましく、０．２質量部以上４質量部以下がより好ましく、０．３質量部以上３．５質量部以下がさらに好ましい。減水剤の含有割合が上記下限値以上であることで、十分な流動性を得ることができる。また、減水剤の含有割合が上記上限値以下であることで、材料分離を抑制することができる。

＜細骨材Ａ＞
本発明で使用する細骨材Ａの化学成分は、ＣａＯの割合が８５質量％以上、ＳｉＯ_２の割合が０．２質量％以上１４質量％以下であることが好ましい。細骨材Ａの化学成分として、ＣａＯの割合及びＳｉＯ_２の割合が上記範囲内であることで、低い水和熱、乾燥収縮、および、充填性に優れるグラウト材料が得られる。
ＣａＯの割合は、８７質量％以上であることが好ましく、８９質量％以上であることがより好ましく、９１質量％以上であることがさらに好ましい。ＣａＯの割合の上限は、特に限定されないが、９９質量％以下であることが好ましく、９８．５質量％以下であることがより好ましい。
ＳｉＯ_２の割合は、０．２５質量％以上１３質量％以下であることが好ましく、０．３質量％以上１１質量％以下であることがより好ましく、０．４質量％以上１０質量％以下であることがさらに好ましい。
細骨材Ａの化学成分を上記範囲内及び後述範囲内にするために、珪砂、方解石、変成岩であるスカポライト、火成岩である石英、カリ長石等を混合させて調製する。化学成分は、本発明の範囲に入るよう、蛍光Ｘ線回折で確認しながら、各岩を混合し調整する。なお、本発明で使用する細骨材Ａの化学成分は、酸化物換算で計算したものである。

本発明で使用する細骨材Ａは、化学成分として、Ｋ_２Ｏ、ＳＯ_３、Ｆｅ_２Ｏ_３、Ａｌ_２Ｏ_３を含有することが好ましい。細骨材ＡがＫ_２Ｏ、ＳＯ_３、Ｆｅ_２Ｏ_３、Ａｌ_２Ｏ_３を含有することで、低い水和熱、乾燥収縮、および、充填性に寄与することができる。
Ｋ_２Ｏの割合は、４０質量ｐｐｍ以上３，０００質量ｐｐｍ以下であることが好ましく、５０質量ｐｐｍ以上２，５００質量ｐｐｍ以下であることがより好ましく、６０質量ｐｐｍ以上２，２５０質量ｐｐｍ以下であることがさらに好ましく、７０質量ｐｐｍ以上２，０００質量ｐｐｍ以下であることがよりさらに好ましい。
ＳＯ_３の割合は、４０質量ｐｐｍ以上３，０００質量ｐｐｍ以下であることが好ましく、５０質量ｐｐｍ以上２，５００質量ｐｐｍ以下であることがより好ましく、６０質量ｐｐｍ以上２，２５０質量ｐｐｍ以下であることがさらに好ましく、７０質量ｐｐｍ以上２，０００質量ｐｐｍ以下であることがよりさらに好ましい。
Ｆｅ_２Ｏ_３の割合は、０．１質量％以上３．０質量％以下であることが好ましく、０．１３質量％以上２．５質量％以下であることがより好ましく、０．１５質量％以上２．０質量％以下であることがさらに好ましい。
Ａｌ_２Ｏ_３の割合は、０．１質量％以上３．０質量％以下であることが好ましく、０．１３質量％以上２．５質量％以下であることがより好ましく、０．１５質量％以上２．０質量％以下であることがさらに好ましい。

本発明で使用する細骨材Ａは、ＪＩＳ Ａ１１２１「ロサンゼルス試験機による粗骨材のすりへり試験」による粗粒率の低下が７０％以上１００％以下であることが好ましく、７５％以上９９％以下であることがより好ましく、８０％以上９８％以下であることがさらに好ましく、８５％以上９７％以下であることがよりさらに好ましい。細骨材Ａの粗粒率の低下が上記下限値以上であることで、充填性を向上させることができる。また、細骨材の粗粒率の低下が上記上限値以下であることで、充填性を向上させることができる。なお、本明細書において「細骨材の粗粒率」とは、ふるい分けを行った結果より求まる値であって、細骨材の大きさの概略値を示す指数をいう。また、本明細書において「細骨材の粗粒率の低下」とは、ロサンゼルス試験機による粗骨材のすりへり試験の試験前の粗粒率と試験後の粗粒率を対比し、試験後の粗粒率の低下した割合をいう。
細骨材の粗粒率の低下を上記範囲内にするために、珪砂、方解石、変成岩であるスカポライト、火成岩である石英、カリ長石等を混合させて調製する。細骨材の粗粒率の低下は、本発明の範囲に入るよう、ロサンゼルス試験機による粗骨材のすりへり試験で確認しながら、各岩を混合し調整する。
細骨材の粗粒率の低下が上記範囲内であれば、細骨材の産地や原産は特に限定されるものではない。

細骨材Ａの含有割合は、セメント１００質量部に対して、５０質量部以上３００質量部以下であることが好ましく、７５質量部以上２５０質量部以下であることがより好ましく、１５０質量部以上２３０質量部以下であることがさらに好ましい。細骨材Ａの含有割合が上記下限値以上であることで、発熱量を低減することができ、収縮を抑制し、ひび割れを抑制することができる。また、細骨材の含有割合が上記上限値以下であることで、充填性に優れるグラウト材料を得ることができる。

＜細骨材Ｂ＞
本発明で使用する細骨材Ｂの化学成分は、ＳｉＯ_２の割合が７５質量％以上であることが好ましい。細骨材Ｂの化学成分として、ＳｉＯ_２の割合が７５質量％以上であることで、低い水和熱、乾燥収縮、および、充填性に優れるグラウト材料が得られる。
ＳｉＯ_２の割合は、上記観点から、７８質量％以上であることがより好ましく、８０質量％以上であることがさらに好ましい。
細骨材Ｂの化学成分を上記範囲内及び後述範囲内にするために、珪砂、方解石、変成岩であるスカポライト、火成岩である石英、カリ長石等を混合させて調製する。化学成分は、本発明の範囲に入るよう、蛍光Ｘ線回折で確認しながら、各岩を混合し調整する。なお、本発明で使用する細骨材Ｂの化学成分は、酸化物換算で計算したものである。

細骨材Ｂの含有割合は、セメント１００質量部に対して、５０質量部以上３００質量部以下であることが好ましく、７０質量部以上２８０質量部以下であることがより好ましく、９０質量部以上２５０質量部以下であることがさらに好ましい。細骨材Ｂの含有割合が上記下限値以上であることで、発熱量を低減することができ、収縮を抑制し、ひび割れを抑制することができる。また、細骨材の含有割合が上記上限値以下であることで、充填性に優れるグラウト材料を得ることができる。

＜シリカ質微粉末＞
本発明のグラウト材料は、セメント、膨張材、ガス発泡物質、減水剤、細骨材Ａ、細骨材Ｂとともに、強度発現性の改善や耐酸性の向上、可使時間の確保に加えて、寸法安定性を良好にする観点から、シリカ質微粉末を含有させることが可能である。

シリカ質微粉末としては、高炉水砕スラグ微粉末等の潜在水硬性物質、フライアッシュや、シリカフュームなどのポゾラン物質を挙げることができ、中でも、シリカフュームが好ましい。
シリカフュームの種類は限定されるものではないが、流動性の観点から、不純物としてＺｒＯ_２を１０％以下含有するシリカフュームや、酸性シリカフュームの使用がより好ましい。酸性シリカフュームとは、シリカフューム１ｇを純水１００ｃｃに入れて攪拌した時の上澄み液のｐＨが５．０以下の酸性を示すものをいう。

シリカ質微粉末の粉末度は特に限定されるものではないが、通常、高炉水砕スラグ微粉末とフライアッシュは、ブレーン値で３，０００ｃｍ^２／ｇ以上９，０００ｃｍ^２／ｇ以下の範囲にあることが好ましく、シリカフュームは、ＢＥＴ比表面積で２万ｃｍ^２／ｇ以上３０万ｃｍ^２／ｇ以下の範囲にあることが好ましい。

シリカ質微粉末の含有割合は、セメント１００質量部に対して、１質量部以上２０質量部以下が好ましく、２質量部以上１５質量部以下がより好ましく、３質量部以上１０質量部以下がさらに好ましい。シリカ質微粉末の含有割合が上記下限値以上であることで、強度発現性の改善、耐酸性の向上、可使時間の確保、及び寸法安定性を良好にすることができる。また、シリカ質微粉末の含有割合が上記上限値以下であることで、流動性を向上させ、鉄筋との付着力、防錆効果を向上させることができる。

本発明では、性能に悪影響を与えない範囲で、凝結調整剤、ＡＥ剤、防錆剤、撥水剤、抗菌剤、着色剤、防凍剤、石灰石微粉末、高炉徐冷スラグ微粉末、下水汚泥焼却灰やその溶融スラグ、都市ゴミ焼却灰やその溶融スラグ、及びパルプスラッジ焼却灰等の混和材料、消泡剤、増粘剤、収縮低減剤、スチールファイバー、ビニロンファイバー、炭素繊維、及びワラストナイト繊維等の繊維物質、ポリマー、ベントナイト、セピオライトなどの粘土鉱物、並びに、ハイドロタルサイトなど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。

本発明のグラウト材料において、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良いし、あらかじめ一部を、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、既存のいかなる装置、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、及びナウタミキサなどの使用が可能である。

＜グラウトモルタル組成物＞
本発明のグラウトモルタル組成物は、既述の本発明のグラウト材料と水とを含有するものであり、グラウト材料と水とを混錬してなる。
本発明の練り混ぜ水量は、使用する目的・用途や各材料の含有割合によって変化するため特に限定されるものではないが、グラウト材料１００質量部に対して、５質量部以上７０質量部以下であることが好ましく、７質量部以上６５質量部以下であることがより好ましく、９質量部以上６０質量部以下であることがさらに好ましい。練り混ぜ水量が上記下限値以上であることで、流動性の低下を抑制し、発熱量が極めて大きくなることを抑制することができる。また、練り混ぜ水量が上記上限値以下であることで、強度発現性を確保することができる。

本発明において、グラウト材料と水との練り混ぜ方法は特に限定されるものではないが、回転数が９００ｒｐｍ以上のハンドミキサ、通常の高速グラウトミキサ、又は二軸型の強制ミキサを使用することが好ましい。

ハンドミキサや高速グラウトミキサでの練り混ぜは、例えば、ペール缶等の容器やミキサにあらかじめ所定の水を入れ、その後ミキサを回転させながらグラウト材料を投入し、３分以上練り混ぜることが好ましい。また、強制ミキサでの練り混ぜは、例えば、あらかじめグラウト材料をミキサに投入し、ミキサを回転させながら所定の水を投入し、少なくとも４分以上練り混ぜることが好ましい。練り混ぜ時間が所定時間未満では、練り不足のため適切なグラウトモルタルの流動性が得られない場合がある。

＜硬化体＞
練り混ぜられたグラウトモルタル組成物は、通常、手動式注入ガン、ダイヤフラム式手押しポンプ、あるいは、スクイズ式等のモルタルポンプにより施工箇所まで圧送し、充填施工されることで、本発明のグラウトモルタル組成物を用いてなる硬化体となる。

以下、本発明の実験例に基づいて、本発明をさらに説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。

実験例１（Ｎｏ．１－１～１－９）
セメント１００質量部に対して、膨張材１２．０質量部、ガス発泡物質０．００２５質量部、減水剤１．５質量部、細骨材（Ａ＋Ｂ）３００質量部を含有するように調製し、グラウト材料を得た。
得られたグラウト材料１００質量部に対して、水１５質量部で混練しグラウトモルタル組成物を調製した。
調製したグラウトモルタル組成物の簡易断熱温度上昇、乾燥収縮、充填性を測定した。結果を表１に併記する。なお、乾燥収縮は長さ変化で表した。数値の絶対値が大きいほど乾燥収縮が大きいことを意味する。

＜使用材料＞
・セメント：試製セメント（セメント工場の調合原料及び化学成分の調整に各種市販の純薬を用い、ＳＯ_３量の調整には純薬の無水せっこうを用いた。）、塩素量１．５質量％ｐｐｍ、ブレーン値３，４５０ｃｍ^２／ｇ
・膨張材：ＣａＯ原料、Ａｌ_２Ｏ_３原料、ＳｉＯ_２原料、ＣａＳＯ_４原料を配合し、混合粉砕した後１，２００℃で焼成してクリンカを合成し、ボールミルを用いてブレーン比表面積で３，０００ｃｍ^２／ｇに粉砕して、作製した。なお、テルネサイトの鉱物組成は蛍光Ｘ線から求めた化学組成と粉末Ｘ線回折の同定結果に基づいて計算により求めた。膨張材１００質量部に含まれるテルネサイトの含有量を表１に示す。
・ガス発泡物質：ステアリン酸で表面処理した燐片状のアルミニウム粉末、市販品
・凝結調整剤：試薬１級のクエン酸２５部と試薬１級の炭酸カリウム７５部の混合物
・減水剤：ナフタレン系減水剤、市販品（第一工業製薬社製「セルフロ－１１０Ｐ」）
・水：水道水
・細骨材Ａ、Ｂ：表１に示す細骨材を用いて試験をした。細骨材の化学成分の測定は、蛍光Ｘ線分析により行った。また、化学成分の調製のため、珪砂（愛知県産）、方解石（ＣａＣＯ_３）、変成岩であるスカポライト（（Ｎａ,Ｃａ,Ｋ）４Ａｌ_４Ｓｉ_９Ｏ_２４（Ｃｌ,ＣＯ_３,ＳＯ_４））、火成岩である石英（ＳｉＯ_２）、カリ長石（ＫＡｌＳｉ_３Ｏ_８）を混合して、化学成分を調製した。
なお、平均粒子径は、上述の通りふるい分け法による重量通過百分率から求めた値である。

＜測定項目＞
・簡易断熱温度上昇：２Ｌの簡易ポットにて、練混ぜ直後からの最大温度を測定した。
・長さ変化（乾燥収縮）：ＪＩＳ Ａ ６２０２に準拠し、材齢２８日の長さ変化を測定した。
・静置フロー：ＪＩＳ Ｒ ５２０１に準拠し、練混ぜ直後と１５分後と３０分後に測定した。
・充填率性：１２００×１２００ｍｍの型枠中央に１０００×１０００ｍｍのアクリル板を高さ１００ｍｍの位置に固定した。間隙部の奥にホースノズルを入れ、手前に引きながらコンクリートを充填し、充填後、空隙量を測定した。

表１の結果より、特定の粒子径の細骨材２種類を特定の比率で含有した、特定の安息角のグラウト材を用いることで水和熱、乾燥収縮を低減し、充填性を高めることができることが確認できた。

実験例２（Ｎｏ．１－３、Ｎｏ．２－１～２－４）
表２に示す細骨材を配合してグラウトモルタル組成物を調製したこと以外は実験例１と同様に行った。結果を表２に併記する。膨張材中のテルネサイトは膨張材１００質量部中５質量部のものを使用した。
ロサンゼルス試験機による細骨材のすりへり試験は、まず、ロサンゼルス試験機に細骨材Ａを５ｋｇと鉄球６個を投入する。鉄球の平均直径は約４６．８ｍｍとし、１個の質量は３９０～４４５ｇとする。次いで、ロサンゼルス試験機を５００回転（毎分３０回転）させた。次いで、篩目の寸法が５ｍｍ、２．５ｍｍ、１．２ｍｍ、０．６ｍｍ、０．３ｍｍ、０．１５ｍｍの金属製網ふるいを用いて、ロサンゼルス試験機から採取した細骨材のふるい分けを行った。ロサンゼルス試験機へ投入前の細骨材Ａの粗粒率（Ｒ１）と、ロサンゼルス試験機へ投入後の細骨材Ａの粗粒率（Ｒ２）を対比し、試験後の粗粒率の低下を以下の式により算出した。なお、粗粒率Ｒ１及びＲ２は、ＪＩＳ Ａ １１０２に準拠して計算した。
粗粒率の低下＝Ｒ２／Ｒ１
なお、Ｎｏ．２－１～２－４で用いたグラウト材料としては、Ｎｏ．１－３と同様の組成のものを用いた。すなわち、細骨材Ａ及び細骨材Ｂの粒子径、平均粒子径、細骨材Ａ／細骨材Ｂ（質量比）、安息角は１－３と同様である。

表２の結果より、特定の粒子径の細骨材２種類を特定の比率で含有し、特定の化学成分、粗粒率の低下が特定範囲である細骨材を含有した、特定の安息角のグラウト材にを用いることで水和熱、乾燥収縮を低減し、充填性を高めることができることが確認できた。

実験例３（Ｎｏ．１－３、Ｎｏ．３－１～３－４）
表３に示す細骨材を配合してグラウトモルタル組成物を調製したこと以外は実験例１と同様に行った。結果を表３に併記する。
なお、Ｎｏ．３－１～３－４で用いたグラウト材料としては、Ｎｏ．１－３と同様の組成のものを用いた。すなわち、細骨材Ａ及び細骨材Ｂの粒子径、平均粒子径、細骨材Ａ／細骨材Ｂ（質量比）、安息角は１－３と同様である。

表３の結果より、特定の粒子径および特定の化学成分の細骨材２種類を特定の比率で含有した、特定の安息角のグラウト材を用いることで水和熱、乾燥収縮を低減し、充填性を高めることができることが確認できた。

本発明のグラウト材料は、特定の細骨材を組み合わせて調製したグラウト材料であって、水和熱、乾燥収縮を低減し、充填性を高めることができるグラウトモルタル組成物を与えるものである。したがって、このグラウトモルタル組成物は、橋脚の鋼板巻き立て工法、大型しゅう座の充填工法、補強鉄筋の定着材、その他の間隙充填、コンクリートの断面修復、セルフレベリング床材等、並びに、土木・建築用途等、広範囲に利用できる。

Claims (8)

1. セメント、膨張材、ガス発泡物質、減水剤、細骨材Ａ、細骨材Ｂを含有するグラウト材料であって、
   前記細骨材Ａの粒子径が１．２ｍｍ未満であって、平均粒子径が０．４～０．８ｍｍであり、前記細骨材Ｂの粒子径が１．２～１０ｍｍの範囲であって、平均粒子径が２～９ｍｍであり、前記細骨材Ａと前記細骨材Ｂの質量比（細骨材Ａ／細骨材Ｂ）が５０～２００％であり、
   安息角が４０～５５°であるグラウト材料。
2. 前記膨張材は、テルネサイトを含有し、
   前記テルネサイトの含有量は、前記膨張材１００質量部に対して、０．０５質量部以上２０質量部以下である、請求項１に記載のグラウト材料。
3. 前記細骨材Ａは、ＪＩＳ Ａ１１２１「ロサンゼルス試験機による粗骨材のすりへり試験」による粗粒率の低下が７０％以上１００％以下である、請求項１又は２に記載のグラウト材料。
4. 前記細骨材Ａの化学成分は、ＣａＯの割合が８５質量％以上、ＳｉＯ_２の割合が０．２質量％以上１４質量％以下、Ｋ_２Ｏの割合が４０質量ｐｐｍ以上３，０００質量ｐｐｍ以下、ＳＯ_３の割合が４０質量ｐｐｍ以上３，０００質量ｐｐｍ以下であり、
   前記細骨材Ｂの化学成分は、ＳｉＯ_２の割合が７５質量％以上である、請求項１～３のいずれか１項に記載のグラウト材料。
5. 前記細骨材Ａの化学成分は、Ｆｅ_２Ｏ_３の割合が０．１質量％以上３．０質量％以下、Ａｌ_２Ｏ_３の割合が０．１質量％以上３．０質量％以下である、請求項１～４のいずれか１項に記載のグラウト材料。
6. 前記細骨材Ａの含有割合は、前記セメント１００質量部に対して、５０質量部以上３００質量部以下であって、前記細骨材Ｂの含有割合は、前記セメント１００質量部に対して、５０質量部以上３００質量部以下である、請求項１～５のいずれか１項に記載のグラウト材料。
7. 請求項１～６のいずれか１項に記載のグラウト材料と水とを含有する、グラウトモルタル組成物。
8. 請求項７に記載のグラウトモルタル組成物を用いてなる、硬化体。