JP3766833B2

JP3766833B2 - Ｐｃグラウト用混和剤

Info

Publication number: JP3766833B2
Application number: JP2004035320A
Authority: JP
Inventors: 孝彦佐々木; 英信立松; 晴次広瀬; 隆裕山口
Original assignee: Railway Technical Research Institute; Kyokuto Kogen Concrete Shinko Co Ltd
Current assignee: Railway Technical Research Institute; Kyokuto Kogen Concrete Shinko Co Ltd
Priority date: 2004-02-12
Filing date: 2004-02-12
Publication date: 2006-04-19
Anticipated expiration: 2024-02-12
Also published as: JP2005225706A

Description

本発明は、主にＰＣグラウトに用いられるＰＣグラウト用混和剤に関する。

（技術的背景）
鉱工業製品の生産やリサイクル過程あるいは人間の日常生活から排出される廃棄物・副産物は、その大部分が焼却、あるいは埋め立て処分されている。しかしながら、昨今の埋め立て処分場の逼迫および廃棄物への規制強化により、将来的に大量の埋め立て処分が期待できなくなってきている。

そのため、廃棄物・副産物の積極的な利用が望まれており、セメント産業においても、セメントの製造過程で種々の廃棄物・副産物を原料として活用することで循環型社会の構築に貢献している。

ところで、コンクリート構造物の劣化の一つに塩化物が関与する鋼材の腐食がある。これを未然に防止するために、例えばコンクリート中の塩化物含有量（ＪＩＳＡ５３０８；１９９８年改訂）や、ポルトランドセメントの塩化物イオン（ＪＩＳＲ５２１０；１９９７年改訂）など、製品とそれを構成する材料それぞれについて許容される塩化物量が規定されている。

このようにコンクリート構造物にとって塩化物は有害なものであるが、しかしながら、セメントの製造過程で活用している種々の廃棄物・副産物には、有害物である塩化物を含んでいる場合がある。

このような状況下のもと、平成１３年１０月に「コンクリート中の塩分総量規制及びアルカリ骨材反応抑制に関する懇談会」が設立され、セメント産業が循環型社会の構築に対して、より一層の貢献をするために、「コンクリートの耐久性を確保できるコンクリートの塩化物総量規制値：０．３ｋｇ／ｍ^３を満足する範囲内で、セメント中の塩化物量の規制値：２００ｐｐｍ（０．０２％）を緩和する」ことを国土交通省に提案する旨が示された。

平成１４年１２月、これを受けた国土交通省は、国土交通省の直轄工事においては、普通ポルトランドセメントの塩化物量の規制値を２００ｐｐｍ（０．０２％）以下から３５０ｐｐｍ（０．０３５％）以下に緩和する、との通知を関係者に行い、平成１５年１１月、かかるＪＩＳ規格が改訂された。

（従来の技術）
ところで、橋梁等には、ＰＣ鋼線を用いてコンクリートに圧縮応力を作用させるプレストレストコンクリート構造が採用されている。

このものは、周知の通り、このＰＣ鋼線と呼ばれる高強度の鋼材を緊張し固定することで、コンクリートに圧縮力を付与するものであるが、そのＰＣ鋼線が挿通された孔（詳細にはシースの孔）にセメントミルクなどの流動性のあるＰＣグラウトを注入し固化させて、コンクリート構造物として一体化させている。

このようにプレストレストコンクリートは、コンクリート構造物と言っても、セメントに砂と砂利などの骨材と水とを混ぜ合わせた所謂コンクリート部分と、セメントと水とＰＣグラウト用混和剤とを混ぜ合わせたＰＣグラウト部分がある。

この後者にあげたＰＣグラウト用混和剤は、ＰＣグラウトのブリーディングの防止、充填性と流動性を向上（安定化）させるために用いられるもので、上記したようにＰＣ鋼線が挿通された長尺の孔に隙間なくＰＣグラウトが充填されるためには必須のものである。

このようなＰＣグラウト用混和剤の先行技術は、たとえば、ＣａＯ原料、Ａｌ_２Ｏ_３原料、及びＣａＳＯ_４原料を含む配合物を熱処理して生成する膨張物質と、側鎖にカルボキシル基とポリアルキレンオキサイド構造を有するポリカルボン酸系重合体とを含有してなるものがあり、この構成によれば、たとえば、夏場等のグラウト材料温度が３０℃を越えるような使用条件においても、施工に必要な期間、充分なグラウト効果が得られる、としている（例えば特許文献１参照）。
特開平１１−７９８１６号公報（第１頁）

ところで、上記したように、セメント、すなわち、普通ポルトランドセメントの塩化物イオン量は、２００ｐｐｍ（０．０２％）以下から３５０ｐｐｍ（０．０３５％）以下に緩和されたが、ＰＣグラウトや砂利等の骨材を混入させてなるコンクリートととしての塩化物イオンの総量規制値、０．３ｋｇ／ｍ^３は従来通りである。

このことは、骨材を要さず単位セメント量が大きいＰＣグラウトにおいては、単位容積当たりの塩化物イオンの総量は、単純に上昇することになり、ＰＣグラウトとしての耐久性が懸念されたり、極端な場合は硬化ＰＣグラウトの塩化物イオンの総量規制値、０．３ｋｇ／ｍ^３を越えるケースもある。

そこで、本発明は、かかる問題を解消するために、上記したようなＰＣグラウト用混和剤と組合せて使用可能で、かつ塩化物イオンがより多く含有される規制緩和後のセメントを用いて練混ぜられた、ＰＣグラウトの硬化後の可溶性塩化物イオン量を低減して、従来通りの耐久性を確保できる混和剤を提供することを目的とする。

硬化コンクリートに含まれる塩化物は可溶性の塩化物イオンとセメント水和物の一種であるフリーデル氏塩として固定される塩化物に区分される。このうち、鋼材の腐食に関わるのは、可溶性塩化物イオンであり、これを減少させれば塩化物イオンに起因する鋼材腐食の可能性を軽減できる。

そこで、本件発明者らは、可溶性塩化物イオンを減少させるのに顕著な効果を奏する物質を鋭意研究したところ、ゼオライトが極めて効果的であることを確認した。

すなわち、請求項１にかかるＰＣグラウト用混和剤は、交換性陽イオンの半分以上をカルシウムイオンに置換したカルシウム型の合成または人工ゼオライトを有し、セメント量に対して重量比で前記合成または人工ゼオライト粉末を１．０％〜３．０％、添加してなることを特徴とする。
請求項２にかかるＰＣグラウト用混和剤は、交換性陽イオンの７割以上をカルシウムイオンに置換したカルシウム型の合成または人工ゼオライトを有し、セメント量に対して重量比で前記合成または人工ゼオライト粉末を１．０％〜３．０％、添加してなることを特徴とする。

このように従来からある周知のＰＣグラウト用混和剤にゼオライトを組合せたことで下記の作用が生じる。
つまり、普通ポルトランドセメントに含有される塩化物イオンとしての総量は変化しないが、このゼオライトの属性を利用し、専ら利用することで、硬化ＰＣグラウト中の可溶性塩化物イオン量が低減できる。

すなわち、ゼオライトはセメント水和物と反応して、構造中に塩化物イオンを持つカルシウム-アルミニウム系水和物であるフリーデル氏塩を生成する。この反応によって、硬化ＰＣグラウト中の可溶性塩化物イオンの一部を固定化することにより、可溶性の塩化物イオンを低減させる。
なお、この前記したゼオライトは、粉末状であることが好適であり、さらに、その添加量は、使用セメント量の重量比で概ね１％程度であることが好適である。

以上のように、本発明にかかるＰＣグラウト用混和剤は、ＰＣグラウト中に含有される可溶性塩化物イオンを低減するから、塩化物が多く含有されたＰＣグラウトでも、かかる混和剤を用いることで、塩化物イオンに起因する鋼材腐食の可能性を軽減でき、現行規格通りの流動性と耐久性が確保されたＰＣグラウトを製造することができる。
また、ゼオライトの組合せかたとしては、従来のＰＣグラウト用混和剤にゼオライトを添加するだけなので、製造工程や製造装置に大幅な改良を行うことなく製造することができる。人体に対しても無害であり、取扱いに際して特別な処置を施す必要が全くない。

また、ゼオライトは、天然に産するもののほかに合成または人工のものがある。天然に産するものは、交換性陽イオンとしてアルカリ金属元素であるナトリウムを含む。ナトリウムイオンはアルカリ骨材反応による劣化の原因となることがあることに加え、硬化したＰＣグラウトの耐久性の低下を招くこともあり、交換性陽イオンの半分以上をカルシウムイオンに置換したカルシウム型の合成または人工ゼオライトを用いることが良く、さらには、交換性陽イオンの７割以上をカルシウムイオンに置換したカルシウム型の合成または人工ゼオライトを用いることが望ましい。さらに、合成または人工のゼオライトは粉末であることから、天然のゼオライトのように粉砕する手間が省けると共に、容易に入手することができる。

ここでは、本実施の形態の一例を説明する。
本実施の形態にかかるＰＣグラウト用混和剤は、メラミン系の高性能減水剤をベースとして増粘剤をブレンドした非膨張型の従来からのＰＣグラウト用混和剤の一種と、およそ半分の交換性陽イオンをカルシウムに置換しケイ素とアルミニウムを主な成分とした合成ゼオライト粉末を組合せて構成される。

まず、合成ゼオライトの効果を確認する。合成ゼオライトを種々の水準で添加した試料の可溶性塩化物イオン量の測定結果を表１および図１に示す。

試験に用いた試料は、単位セメント量１３００ｋｇ／ｍ³、水セメント比４５％で作製した。

Ｌｏｔ．Ｎｏ．１は含まれる塩化物イオン量がＰＣグラウトの塩化物イオン総量規制値、０．３ｋｇ／ｍ³に調整された試料である。また、３５０ｐｐｍの塩化物イオンを含む普通ポルトランドセメントを用いて、単位セメント量が１３００ｋｇ／ｍ^３の試料を作製すると、含まれる塩化物イオンの総量は、０．５ｋｇ／ｍ³となる。Ｎｏ．２以降は、塩化ナトリウムを用いて含まれる塩化物イオン量をおよそ０．５ｋｇ／ｍ³に調整した試料である。

Ｌｏｔ．Ｎｏ．３〜６は、Ｎｏ．２に合成ゼオライト粉末をそれぞれセメント量に対して重量比で０．５％（Ｌｏｔ．Ｎｏ．３）、１．０％（Ｌｏｔ．Ｎｏ.４）、２．０％（Ｌｏｔ．Ｎｏ．５）、３．０％（Ｌｏｔ．Ｎｏ．６）となるように添加した試料である。

Ｌｏｔ．Ｎｏ．１とＮｏ．２の全塩化物イオン量はそれぞれ、０．２３４ｋｇ、０．４００４ｋｇである。これに対して、可溶性塩化物イオン量は、表１に示されるようにそれぞれ、Ｎｏ．１：０．０２４ｋｇ、Ｎｏ．２：０．０４１ｋｇと約１０分の１の量になっている。ＰＣグラウトを模擬した試料は単位セメント量が極めて高いために、セメントの水和に起因して固定される塩化物イオン量が多いことを示している。

Ｌｏｔ．Ｎｏ．３は、セメント重量に対して０．５％の合成ゼオライト粉末を添加した試料である。可溶性塩化物イオン量は０．０４１ｋｇで、ゼオライト添加による可溶性塩化物イオン量の減少はほとんど認められなかった。一方、セメント重量に対して合成ゼオライト粉末が１．０％添加されたＬｏｔ．Ｎｏ．４では、可溶性塩化物イオン量が０．０１２ｋｇとなり、約３〜４分の１の量に減少した。この結果、３５０ｐｐmの塩化物イオンが含まれているセメントを用いた場合でも、セメント重量の１％の合成ゼオライトを添加することにより、可溶性塩化物イオン量は、Ｌｏｔ．Ｎｏ．１以下となることが明らかとなった。

ゼオライトをセメント重量の２％以上添加したＬｏｔ．Ｎｏ.５、６では可溶性塩化物イオン量は大幅に減少した．この実験結果をグラフ化すると、図１のようになる。

このように、ゼオライト粉末を組み合わせることで、可溶性塩化物イオンを顕著に低減させることが確認され、少なくとも、セメント量に対して重量比で合成ゼオライト粉末が１．０％以上となるように構成したＰＣグラウト用混和剤は、結果的に防錆性に優れていることが確認できた。

次に、合成ゼオライト粉末の添加がＰＣグラウトの流動性などに及ぼす影響について検討した。供試体は、従来のＰＣグラウト用混和剤のみを用いたグラウト（Ｃａｓｅ１）と、これにさらにゼオライト粉末を添加したグラウト（Ｃａｓｅ２）の2種類とした．表２には、各グラウトの材料比率を示し、表３には実験結果を示す。

なお、Ｃａｓｅ２では、従来のＰＣグラウト用混和剤をセメント重量の１％、合成ゼオライト粉末をセメント重量の１％添加した

流動性は、ＪＰロートを用い、ロート流下時間により評価した（ＪＳＣＥ−Ｆ５３１）。また、ブリーディング水と膨張率はポリエチレン袋を使用した方法（ＪＳＣＥ−Ｆ５３２）により評価した。

合成ゼオライト粉末の添加が流動性などに及ぼす影響について検討した結果を以下に示す。
まず流動性についてであるが、Ｃａｓｅ１が１１．１秒、Ｃａｓｅ２は１２．９秒と、Ｃａｓｅ２のグラウトの方が、僅かながら粘性が高くなっている。

ブリーディング水の発生の有無であるが、両者ともその兆候は視認できず、良好な結果が得られた。
膨張率は、Ｃａｓｅ２のグラウトの方が、僅かながら膨脹していることが確認された。
圧縮強度は、合成ゼオライト粉末を添加したＣａｓｅ２の方が若干大きくなる傾向が示された。

以上のことから、合成ゼオライト粉末を添加しても実際の適用に何ら問題がないことが確認された。

このように、本実施の形態にかかるＰＣグラウト用混和剤は、塩化物イオンが多く含有されたセメントでも、施工性を損なうことなく可溶性塩化物イオンを低減させて鋼材腐食の可能性を軽減することが可能である。
なお、高炉スラグセメントなど他のセメントと合成ゼオライト粉末を組合せても、可溶性塩化物イオン量を低減させることができる。

以上、本実施の形態にかかるＰＣグラウト用混和剤を説明したが、上述した実施の形態は、本発明の好適な実施の形態の一例を示すものであり、本発明は上記した実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内において、種々変形実施が可能である。

ゼオライト含有率をパラメータに、可溶性塩化物イオン量を示した線図である。

Claims

交換性陽イオンの半分以上をカルシウムイオンに置換したカルシウム型の合成または人工ゼオライトを有し、セメント量に対して重量比で前記合成または人工ゼオライト粉末を１．０％〜３．０％、添加してなることを特徴とするＰＣグラウト用混和剤。
交換性陽イオンの７割以上をカルシウムイオンに置換したカルシウム型の合成または人工ゼオライトを有し、セメント量に対して重量比で前記合成または人工ゼオライト粉末を１．０％〜３．０％、添加してなることを特徴とするＰＣグラウト用混和剤。