JP2023135697A - モルタル組成物及びモルタル - Google Patents

Abstract

【課題】勾配部へ施工してもダレが生じにくく、且つ優れた凍結融解抵抗性及び圧縮強度を示すモルタル組成物を提供する。【解決手段】セメントと、ポゾラン物質と、ゴム粉末と、細骨材とを含み、ゴム粉末の含有量が、セメント１００質量部に対し、３～５５質量部であり、ポゾラン物質及びゴム粉末の合計の含有量が、セメント１００質量部に対し、１０～７０質量部であり、ポゾラン物質、ゴム粉末及び細骨材の合計質量に対するポゾラン物質及びゴム粉末の合計質量の比率（［ポゾラン物質及びゴム粉末の合計質量］／［ポゾラン物質、ゴム粉末及び細骨材の合計質量］）が０．０３～０．２３である、モルタル組成物。【選択図】なし

Description

本発明は、モルタル組成物及びモルタルに関する。

コンクリート構造物（例えば、鉄筋コンクリート（ＲＣ）床版又はボックスカルバートの中床版等の床版、壁、天井部）は、ひび割れ等による劣化部から外的因子（水、塩化物、炭酸ガス等）が侵入して劣化が広がる恐れがある。特に寒冷地では、凍害や塩害によってコンクリート構造物は更に劣化する。

そこで、このような凍害に対して抵抗性を持つ材料として、ポリマーセメントモルタルが提案されている。特許文献１には、セメント１００質量部、細骨材２５～２５０質量部、アスファルト乳剤５０～２００質量部、ゴム粉及び水１０～２００質量部を含有し、ゴム粉が、最大粒子径５００μｍ以下、平均粒子径５０～３００μｍ、含有量３～２５体積％／モルタルであることを特徴とするスラブ軌道用モルタルが開示されている。特許文献２には、速硬性セメントと、細骨材と、セメント用ポリマーと、水とを含み、速硬性セメント１００質量部に対し、セメント用ポリマーの含有量が固形分換算で３１～５２質量部であり且つ水の含有量が３５～６０質量部である、ポリマーセメントモルタルが開示されている。

特開２０１８－２０３５６１号公報 特開２０１９－１６３１７６号公報

凍害抵抗性を有する補修材料の場合、凍結融解抵抗性及び圧縮強度をそれぞれ優れた状態で両立させることが求められる。また、近年では補修箇所の多様化に伴い、勾配部で施工した際にもダレのない補修材料が求められている。

従って、本発明は、勾配部へ施工してもダレが生じにくく、且つ優れた凍結融解抵抗性及び圧縮強度を示すモルタル組成物及び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、ゴム粉末及び細骨材を特定の割合で併用することで、ダレが生じにくく、且つ優れた凍結融解抵抗性及び圧縮強度を示すモルタル組成物及びモルタルが得られることを見出した。

すなわち、本発明は、以下の［１］～［６］である。
［１］
セメントと、ポゾラン物質と、ゴム粉末と、細骨材とを含み、前記ゴム粉末の含有量が、前記セメント１００質量部に対し、３～５５質量部であり、前記ポゾラン物質及び前記ゴム粉末の合計の含有量が、前記セメント１００質量部に対し、１０～７０質量部であり、前記ポゾラン物質、前記ゴム粉末及び前記細骨材の合計質量に対する前記ポゾラン物質及び前記ゴム粉末の合計質量の比率（［前記ポゾラン物質及び前記ゴム粉末の合計質量］／［前記ポゾラン物質、前記ゴム粉末及び前記細骨材の合計質量］）が０．０３～０．２３である、モルタル組成物。
［２］
前記ゴム粉末の粗粒率が、１～４である、［１］に記載のモルタル組成物。
［３］
石膏類及びカルシウムアルミネート類を更に含む、［１］又は［２］に記載のモルタル組成物。
［４］
前記細骨材の含有量が、前記セメント１００質量部に対し、１３０～４００質量部である、［１］～［３］のいずれかに記載のモルタル組成物。
［５］
減水剤を更に含む、［１］～［４］のいずれかに記載のモルタル組成物。
［６］
［１］～［５］のいずれか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、前記セメント１００質量部に対し、３０～６０質量部である、モルタル。

本発明によれば、勾配部へ施工してもダレが生じにくく、且つ優れた凍結融解抵抗性及び圧縮強度を示すモルタル組成物及び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。本明細書において、含有量等は全て固形分換算、無水物換算である。

本実施形態のモルタル組成物は、セメントと、ポゾラン物質と、ゴム粉末と、細骨材とを含む。

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。これらの中でも、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。流動性及び強度発現性が一層優れるという観点から、セメントの粉末度は、ブレーン比表面積で２５００～５５００ｃｍ^２／ｇが好ましい。

ポゾラン物質としては、例えば、フライアッシュ、シリカフューム、スラグ微粉末、火山灰、酸性白土や活性白土、カオリン鉱物等のアルミノケイ酸質の粘土鉱物やそれらの焼成物が挙げられる。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。また、高流動性及び水中不分離性の観点から、ポゾラン物質の粉末度は、ブレーン比表面積で１５００～２０００００ｃｍ^２／ｇが好ましく、２０００～５００００ｃｍ^２／ｇがより好ましい。

ポゾラン物質の含有量は、セメント１００質量部に対し、１～６５質量部であることが好ましく、２～５０質量部であることがより好ましく、３～３０質量部であることが更に好ましく、４～２０質量部であることが最も好ましい。ポゾラン物質の含有量が上記範囲内であれば、練り混ぜ性が良好となりやすく、ダレがより一層生じにくくなる。

ゴム粉末としては、その材質が特に限定されるものではなく、例えば、ＪＩＳ Ｋ ６３９７：２００５「原料ゴム及びラテックスの略号」に規定される天然ゴム、合成ゴム、及びこれらを主原料とする再生ゴムが挙げられる。ゴム粉末の主原料としては、天然ゴム（ＮＲ）、ブタジエンゴム（ＢＲ）、ブチルゴム（ＩＩＲ）、イソプレンゴム（ＩＲ）、スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）等のＲグループに分類されるゴムが好ましく、ブチルゴムがより好ましい。ゴム粉末は、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、「ゴム粉末」とは水に不溶な樹脂であり、ＪＩＳ Ａ ６２０３：２０１５「セメント混和用ポリマーディスパージョン及び再乳化形粉末樹脂」に規定されるセメント混和用ポリマーとは異なるものである。ダレがより一層生じにくくなるという観点から、本実施形態のモルタル組成物は、ＪＩＳ Ａ ６２０３：２０１５「セメント混和用ポリマーディスパージョン及び再乳化形粉末樹脂」に規定されるセメント混和用ポリマーを含まないことが好ましい。

ゴム粉末の粒度は特に限定されるものではなく、必要とするゴム粉末の粒度の範囲内で調整することができる。ゴム粉末は、ＪＩＳ Ａ １１０２：２０１４「骨材のふるい分け試験方法」により規定される粗粒率と同様の方法から、その粒度を考慮することができる。モルタル時において、より良好な流動性が得られやすく、ブリーディングを抑制しやすいという観点から、ゴム粉末の粗粒率は、１～４であることが好ましく、１．５～３．８であることがより好ましく、２～３．５であることが更に好ましい。

ゴム粉末の含有量は、セメント１００質量部に対し、３～５５質量部である。ゴム粉末の含有量が上記範囲外であると、練り混ぜ性が低下し、ダレも生じる。練り混ぜ性も良好となりやすく、ダレがより一層生じにくくなり、硬化時の凍結融解抵抗性に一層優れるといった観点から、ゴム粉末の含有量は、セメント１００質量部に対し、４～４０質量部であることが好ましく、５～３０質量部であることがより好ましく、５～２５質量部であることが更に好ましい。

ポゾラン物質及びゴム粉末の合計の含有量は、セメント１００質量部に対し、１０～７０質量部である。ポゾラン物質及びゴム粉末の合計の含有量が上記範囲外であると、練り混ぜ性が低下する。練り混ぜ性や圧縮強度がより一層向上するという観点から、ポゾラン物質及びゴム粉末の合計の含有量は、セメント１００質量部に対し、１１～６０質量部であることが好ましく、１２～５０質量部であることがより好ましく、１３～４０質量部であることが更に好ましい。

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。これらの中でも、微細な粉や粗い骨材を含まない粒度に調整した珪砂、石灰石等の細骨材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）を使用するのが好ましい。

細骨材の粒度は特に限定されるものではなく、必要とする細骨材の粒度の範囲内で調整することができる。細骨材は、ＪＩＳ Ａ １１０２：２０１４「骨材のふるい分け試験方法」により規定される粗粒率からその粒度を考慮することができる。モルタル時において、より良好な流動性が得られやすく、ブリーディングを抑制しやすいという観点から、細骨材の粗粒率は、１～４であることが好ましく、１．５～３．８であることがより好ましく、２～３．５であることが最も好ましい。

細骨材の含有量は、セメント１００質量部に対し、１３０～４００質量部であることが好ましく、１６０～３５０質量部であることがより好ましく、２００～３００質量部であることが更に好ましい。細骨材の含有量が上記範囲内であれば、練り混ぜ性が良好となりやすく、ダレがより一層生じにくくなる。

ポゾラン物質、ゴム粉末及び細骨材の合計質量に対するポゾラン物質及びゴム粉末の合計質量の比率（［ポゾラン物質及びゴム粉末の合計質量］／［ポゾラン物質、ゴム粉末及び細骨材の合計質量］）は０．０３～０．２３である。この比率が上記範囲外であると、練り混ぜ性が低下する。練り混ぜ性や圧縮強度がより一層向上するという観点から、ポゾラン物質、ゴム粉末及び細骨材の合計質量に対するポゾラン物質及びゴム粉末の合計質量の比率は、０．０４～０．２１であることが好ましく、０．０５～０．２０であることがより好ましく、０．０５～０．１９であることが更に好ましい。

本実施形態のモルタル組成物は、カルシウムアルミネート類を含んでもよい。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、初期の圧縮強度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。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含有量は、セメント１００質量部に対し、１０～４０質量部であることが好ましく、１５～３５質量部であることがより好ましく、２０～３２質量部であることがより好ましい。カルシウムアルミネート類の含有量が上記範囲内であれば、初期の圧縮強度が更に向上する。

本実施形態のモルタル組成物は、石膏類を含んでもよい。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、圧縮強度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。

石膏類の含有量は、セメント１００質量部に対し、１０～４０質量部であることが好ましく、１２～３５質量部であることがより好ましく、１５～３０質量部であることが更に好ましい。石膏類の含有量が上記範囲内であれば、圧縮強度が更に向上する。

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、ＪＩＳ Ａ ６２０４：２０１１「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。これらの中でも、ポリカルボ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、０．１～５質量部であることが好ましく、０．３～３質量部であることがより好ましく、０．５～１．５質量部であることが最も好ましい。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が得られやすく、圧縮強度も向上しやすい。

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。凝結遅延剤を配合することで、モルタルの練り上り温度が高くなる夏場等においても、可使時間を確保しやすい。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。これらの中でも、クエン酸、クエン酸塩、酒石酸、酒石酸塩及び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、０．１～５質量部であることが好ましく、０．２～３質量部であることがより好ましく、０．３～１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、初期の圧縮強度が低下しにくい。

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、消泡剤、防水剤、防錆剤、収縮低減剤、増粘剤、保水剤、顔料、撥水剤、白華防止剤、繊維等が挙げられる。

本実施形態のモルタル組成物は、通常用いられる混練器具により上記した各成分を混合することで調製でき、その器具は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、ハンドミキサ、傾胴ミキサ、２軸ミキサ等が挙げられる。

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、セメント１００質量部に対し、３０～６０質量部であることが好ましく、３５～５５質量部であることがより好ましく、４０～５２質量部であることが最も好ましい。水の含有量が上記範囲内であれば、良好な流動性とダレ発生の低減を両立できる傾向にある。

本実施形態のモルタルの調製は、通常のモルタル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、例えば上述したものを用いることができる。

本実施形態のモルタル組成物及びモルタルは、勾配部へ施工してもダレが生じにくく、且つ優れた凍結融解抵抗性及び圧縮強度を示すものとなる。そのため、凍害の発生するような寒冷地や勾配のある箇所の補修・補強材料として使用することができる。本実施形態のモルタルの使用方法は適宜選択することができ、例えば、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。

実施例で用いる材料と略称は以下のとおりである。
使用材料
・セメント（Ｃ）：早強ポルトランドセメント、ブレーン比表面積４５００ｃｍ^２／ｇ
・ポゾラン物質（ＦＡ）：フライアッシュ、ブレーン比表面積２０００ｃｍ^２／ｇ
・ゴム粉末（Ｇ）：再生ゴム、かさ密度０．３８ｇ／ｃｍ^３、平均粒子径０．６～１．５ｍｍ、粗粒率２．９
・細骨材（Ｓ）：珪砂、粒度調整済み、粗粒率３．２
・カルシウムアルミネート：ブレーン比表面積５０００ｃｍ^２／ｇ
・石膏：無水石膏、ブレーン比表面積７０００ｃｍ^２／ｇ
・減水剤：ポリカルボン酸系高性能減水剤
・凝結遅延剤：クエン酸塩

［モルタル組成物の配合設計］
セメント１００質量部に対して、ポゾラン物質、ゴム粉末及び細骨材を表１に示す割合とし、カルシウムアルミネート２８質量部、石膏２２質量部、減水剤０．７質量部、凝結遅延剤０．７質量部として配合設計した。実施例における配合量は全て無水物換算、固形分換算である。

［モルタルの作製］
２０℃環境下において、セメント１００質量部に対して水が４８質量部の割合となるように表１で配合設計したモルタル組成物に水を添加し、ハンドミキサで１２０秒混練してモルタルを約３Ｌ作製した。

［評価方法］
各項目については、以下の方法で評価した。評価結果を表２に示す。
１）フレッシュ性状
ａ）コンシステンシー
ＪＩＳ Ｒ ５２０１：２０１５「セメントの物理試験方法」１２．フロー試験に準じて、２０℃環境下でモルタルのフロー値を測定し、これをコンシステンシーとして評価した。
ｂ）ダレ性
コンクリート平板（３００ｍｍ×３００ｍｍ×６０ｍｍ）を勾配３％の状態に設置し、モルタルを厚さ２０ｍｍ施工した後コテで均してダレ性状を目視観察した。ダレが生じたものを不良（×）と評価し、ダレを生じなかったものを良好（○）と評価した。
２）圧縮強度
土木学会基準ＪＳＣＥ－Ｇ ５０５０－２０１０「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及び高さ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。
３）凍結融解抵抗性
供試体の寸法は、１００ｍｍ×１００ｍｍ×４００ｍｍの角柱供試体とした。供試体を成型後、翌日に脱型し、材齢２８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。養生した供試体を用いて、ＪＩＳ Ａ １１４８：２０１０「コンクリートの凍結融解試験方法」に準じて、供試体の相対動弾性係数を測定し、凍結融解抵抗性を評価した。３００サイクルの後、相対動弾性係数が６０％以上であった場合は○とし、６０％未満であった場合は×と判断した。

Claims (6)

1. セメントと、ポゾラン物質と、ゴム粉末と、細骨材とを含み、
   前記ゴム粉末の含有量が、前記セメント１００質量部に対し、３～５５質量部であり、
   前記ポゾラン物質及び前記ゴム粉末の合計の含有量が、前記セメント１００質量部に対し、１０～７０質量部であり、
   前記ポゾラン物質、前記ゴム粉末及び前記細骨材の合計質量に対する前記ポゾラン物質及び前記ゴム粉末の合計質量の比率（［前記ポゾラン物質及び前記ゴム粉末の合計質量］／［前記ポゾラン物質、前記ゴム粉末及び前記細骨材の合計質量］）が０．０３～０．２３である、モルタル組成物。
2. 前記ゴム粉末の粗粒率が、１～４である、請求項１に記載のモルタル組成物。
3. 石膏類及びカルシウムアルミネート類を更に含む、請求項１又は２に記載のモルタル組成物。
4. 前記細骨材の含有量が、前記セメント１００質量部に対し、１３０～４００質量部である、請求項１～３のいずれか一項に記載のモルタル組成物。
5. 減水剤を更に含む、請求項１～４のいずれか一項に記載のモルタル組成物。
6. 請求項１～５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、前記セメント１００質量部に対し、３０～６０質量部である、モルタル。