JP3872288B2 - 吹き付け補修材料 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、モルタル吹付材料を湿式吹付法に適用する場合に、吹付に適するように流動性が高く、ポンプ圧送による材料分離や閉塞を起こさない適度な粘度を有する性状を実現するモルタル吹き付け補修材料に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
短繊維を混入してコンクリートおよびモルタルを練り混ぜ、同繊維を３次元ランダム配向させることにより、引張・曲げ強度および靭性を向上させた短繊維補強セメント複合材料（以下、ＦＲＣと称する）が一般に普及している。
【０００３】
このようなＦＲＣで、原材料の組み合わせを最適化することにより、大きな引張ひずみ能力を実現し、飛躍的に靭性を向上させることのできる技術が提案されており、その結果、引張ひずみが１％を超えるような高靭性ＦＲＣが実現している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ＦＲＣを吹付けモルタルとして適用する場合、該吹付けモルタルには基本的にアクリル等の高分子繊維が含有される（繊維混入体積比１％程度以下）ことになるが、これら繊維の役割は主として、吹き付け厚さの増加、仕上げ性の向上等の吹き付けの施工性を改善することおよび乾燥収縮ひび割れの低減であり、吹付け材料の引張強度等の機械的な特性の向上を意図したものではない。
【０００５】
そして、建設部材として現実的に使用可能な材料コスト範囲に属する汎用繊維を用いる場合、一般的には体積比として１％程度を越える繊維混入量が必要であるが、この様に体積比として１％を超える繊維量をモルタルに加えた場合、信頼性の高い部材を吹付によって実現することは以下の理由から、従来困難とされてきた。
【０００６】
(1)モルタルの吹付施工法として、モルタルを予め練り混ぜ、ポンプ圧送して吹付ける方式の施工法（湿式吹付施工法）が一般的であるが、この方法を用いた場合には、１％を超える繊維量を含むとポンプ圧送時の材料分離や圧送ホースの詰まりが生じるなどの問題が生じるため、吹付に適する性状を保つことができない。
【０００７】
(2)モルタルと繊維を別途に吹付ける方式（ダイレクトスプレー方式）もあるが、この方法では上向きに吹付けることが困難であるとともに、繊維の分散が十分でなく、信頼性の高い部材とすることができない。
【０００８】
このような背景により、吹付によるモルタル補修材料として１％を超える繊維混入体積比を有するもので、コスト的に合理的な繊維を適用できると共に高い機械性能を示す吹付材料は、従来、建設技術分野に存在していなかったのが実状であった。
【０００９】
本発明の目的は前記従来の湿式吹付法によるモルタル材料に存在した問題点を解決し、湿式吹付に十分適応するように流動性が高く、ポンプ圧送による材料分離や閉塞を起こさない適度な粘度を有する性状を実現できる吹き付け補修材料を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は前記目的を達成するため、材令28日の硬化体の引張試験において引張ひずみが１％以上を示すクラック分散型の短繊維補強セメント複合材料であって、下記〔Ｆ１〕の条件を満たすＰＶＡ（poly vinyl alcohol）短繊維を、下記〔Ｍ１〕の条件を満たす調合マトリクスに、１越え３vol.％の配合量で、配合したことを要旨とするものである。
〔Ｍ１〕
・水結合材重量比（Ｗ／Ｃ）を25％以上
・細骨材と結合材の重量比（Ｓ／Ｃ）が１．５以下
・細骨材の最大粒径０．８mm以下、平均粒径０．４mm以下
・単位水量を２５０kg/m３以上４５０kg/m３以下
・練り上がり時の空気量を３．５％以上２０％以下
・高性能ＡＥ減水剤量を３０kg/m３未満
〔Ｆ１〕
・繊維径を０．０５mm以下
・繊維長を５〜２０mm
・繊維引張強度を１５００ＭＰａ以上〜２４００ＭＰａ以下
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を詳細に説明する。本発明で用いる高靭性ＦＲＣは、以下に述べるような材料である。
【００１２】
〔実施例１〕
吹付け補修材料は、セメント複合材料であり、(1)材令28日の硬化体の引張試験において引張ひずみが１％以上を示すクラック分散型の短繊維補強セメント複合材料である。(2)補強用短繊維は、下記〔Ｆ１〕の条件を満たすＰＶＡ(poly vinyl alcohol)短繊維である。(3)ＰＶＡ(poly vinyl alcohol）短繊維を、下記〔Ｍ１〕の条件を満たす調合マトリクスに、１越え３vol.％の配合量で配合している。
【００１３】
調合マトリクスの条件〔Ｍ１〕
・水結合材重量比（Ｗ／Ｃ）を25％以上
・細骨材と結合材の重量比（Ｓ／Ｃ）が１．５以下
・細骨材の最大粒径０．８mm以下、平均粒径０．４mm以下
・単位水量を２５０kg/m３以上４５０kg/m３以下
・練り上がり時の空気量を３．５％以上２０％以下
・高性能ＡＥ減水剤量を３０kg/m３未満
【００１４】
ＰＶＡ(poly vinyl alcohol）短繊維としての条件〔Ｆ１〕
・繊維径を０．０５mm以下
・繊維長を５〜２０mm
・繊維引張強度を１５００ＭＰａ以上〜２４００ＭＰａ以下
【００１５】
（実験結果）
本発明の前記組成を有する吹付け補修材料に関する実験結果を以下に示す。
実験の結果、吹付を適切に行うにはテーブルフロー値１６５mm以上の値が必要であることが分かった。これ以下であると、吹付のガン先で材料が適当に分散せず吹付面に付着することができない。
【００１６】
しかし、テーブルフロー値が１６５mm以上であっても、フレッシュモルタルの粘度が足りないと、ポンプ圧送時に材料分離を起こし、繊維が凝集してファイバーボールを生成するため、吹付後の力学性能が発揮できない。この材料分離を防ぎかつテーブルフロー値１６５mm以上を確保するため、高性能ＡＥ減水剤量を３０kg/m３未満とし、空気量を３．５％以上２０％以下混入することが必要であることが判明した。
【００１７】
また好ましくは、適度な粒度の粉体量を確保するため、骨材は最大粒径０．８mm以下, 平均粒径０．４mm以下を使用する。必要に応じてセメントの一部をフライアッシュや高炉スラグ等の混和材で代替する。場合によっては、ウレタン樹脂を主成分とする保水剤を２０kg/m３以下の範囲で添加することにより、テーブルフロー値を増加させ、かつ材料分離をより確実に防止することができる。
【００１８】
これに加えて、水結合材重量比（Ｗ／Ｃ）を２５％以上とすると、モルタル吹付けの作業性を向上するために、有効である。
【００１９】
下記表１は実験結果を示す。
【表１】
【００２０】
ケース１に対して、比較例１ではテーブルフロー値を向上させるため高性能ＡＥ減水剤量を増やした場合であるが、練り上がり後およびポンプ圧送時に材料分離を生じた。ケース２に対して比較例２は空気量が少なくテーブルフロー値が１６５mmに満たない場合であるが、この場合ガン先で材料の分散が不良であった。
【００２１】
ケース３と比較して、比較例３では最大粒径および平均粒径がそれぞれ０．８mmと０．４mmを超える細骨材を使用しているが、繊維分散の不良が生じている。なお、ケース４〜６からはＳ／Ｃの数値範囲等の参考例が示される。
【００２２】
次に、本発明の吹付け補修材料を用いた施工方法を以下に説明する。本発明の吹付け補修材料を用いる断面修復工法は、コンクリート構造物の経年劣化によりコンクリートが剥落する、または鉄筋に腐食が生じる等の場合に、劣化したコンクリートを除去し（例えばウォータージェット等の方法による）、鉄筋を取り替えるまたは防錆処理を施して除去したコンクリート部分を本補修材料を吹付け工法にて適用して修復する構造物の補修工法である。
【００２３】
また、本発明材料を用いることで、部材の補修のみならず補強も実現することができる。図１は柱の補強方法の一例である。
【００２４】
既存柱躯体１の周囲に配筋２を施し、高靭性ＦＲＣ補修材料３により吹付け施工を行って断面を増大させる。この場合補強する対象荷重は地震力であるが、高靭性ＦＲＣ補修材料３が高いせん断強度を有しているので、補強鉄筋量を大幅に減じることが可能となる。場合によっては、高靭性ＦＲＣ補修材料３の高い材料強度（せん断、引張、圧縮）により、鉄筋なしでの補強とすることもできる。
【００２５】
また、地震により大きな変形を受けても補強部材表面の高靭性ＦＲＣ補修材料３に発生するひび割れは微小なレベルに抑えられるから、地震後の補修を軽微なものとすることができる。
【００２６】
【発明の効果】
以上述べたように本発明の吹き付け補修材料は、従来の湿式吹付法によるモルタル材料に存在した問題点を解決し、湿式吹付に十分適応するように流動性が高く、ポンプ圧送による材料分離や閉塞を起こさない適度な粘度を有する性状を実現できるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の吹き付け補修材料の使用例として柱の補強方法を示す横断平面図である。
【符号の説明】
１…既存柱躯体
２…配筋
３…高靭性ＦＲＣ補修材料
【発明の属する技術分野】
本発明は、モルタル吹付材料を湿式吹付法に適用する場合に、吹付に適するように流動性が高く、ポンプ圧送による材料分離や閉塞を起こさない適度な粘度を有する性状を実現するモルタル吹き付け補修材料に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
短繊維を混入してコンクリートおよびモルタルを練り混ぜ、同繊維を３次元ランダム配向させることにより、引張・曲げ強度および靭性を向上させた短繊維補強セメント複合材料（以下、ＦＲＣと称する）が一般に普及している。
【０００３】
このようなＦＲＣで、原材料の組み合わせを最適化することにより、大きな引張ひずみ能力を実現し、飛躍的に靭性を向上させることのできる技術が提案されており、その結果、引張ひずみが１％を超えるような高靭性ＦＲＣが実現している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ＦＲＣを吹付けモルタルとして適用する場合、該吹付けモルタルには基本的にアクリル等の高分子繊維が含有される（繊維混入体積比１％程度以下）ことになるが、これら繊維の役割は主として、吹き付け厚さの増加、仕上げ性の向上等の吹き付けの施工性を改善することおよび乾燥収縮ひび割れの低減であり、吹付け材料の引張強度等の機械的な特性の向上を意図したものではない。
【０００５】
そして、建設部材として現実的に使用可能な材料コスト範囲に属する汎用繊維を用いる場合、一般的には体積比として１％程度を越える繊維混入量が必要であるが、この様に体積比として１％を超える繊維量をモルタルに加えた場合、信頼性の高い部材を吹付によって実現することは以下の理由から、従来困難とされてきた。
【０００６】
(1)モルタルの吹付施工法として、モルタルを予め練り混ぜ、ポンプ圧送して吹付ける方式の施工法（湿式吹付施工法）が一般的であるが、この方法を用いた場合には、１％を超える繊維量を含むとポンプ圧送時の材料分離や圧送ホースの詰まりが生じるなどの問題が生じるため、吹付に適する性状を保つことができない。
【０００７】
(2)モルタルと繊維を別途に吹付ける方式（ダイレクトスプレー方式）もあるが、この方法では上向きに吹付けることが困難であるとともに、繊維の分散が十分でなく、信頼性の高い部材とすることができない。
【０００８】
このような背景により、吹付によるモルタル補修材料として１％を超える繊維混入体積比を有するもので、コスト的に合理的な繊維を適用できると共に高い機械性能を示す吹付材料は、従来、建設技術分野に存在していなかったのが実状であった。
【０００９】
本発明の目的は前記従来の湿式吹付法によるモルタル材料に存在した問題点を解決し、湿式吹付に十分適応するように流動性が高く、ポンプ圧送による材料分離や閉塞を起こさない適度な粘度を有する性状を実現できる吹き付け補修材料を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は前記目的を達成するため、材令28日の硬化体の引張試験において引張ひずみが１％以上を示すクラック分散型の短繊維補強セメント複合材料であって、下記〔Ｆ１〕の条件を満たすＰＶＡ（poly vinyl alcohol）短繊維を、下記〔Ｍ１〕の条件を満たす調合マトリクスに、１越え３vol.％の配合量で、配合したことを要旨とするものである。
〔Ｍ１〕
・水結合材重量比（Ｗ／Ｃ）を25％以上
・細骨材と結合材の重量比（Ｓ／Ｃ）が１．５以下
・細骨材の最大粒径０．８mm以下、平均粒径０．４mm以下
・単位水量を２５０kg/m３以上４５０kg/m３以下
・練り上がり時の空気量を３．５％以上２０％以下
・高性能ＡＥ減水剤量を３０kg/m３未満
〔Ｆ１〕
・繊維径を０．０５mm以下
・繊維長を５〜２０mm
・繊維引張強度を１５００ＭＰａ以上〜２４００ＭＰａ以下
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を詳細に説明する。本発明で用いる高靭性ＦＲＣは、以下に述べるような材料である。
【００１２】
〔実施例１〕
吹付け補修材料は、セメント複合材料であり、(1)材令28日の硬化体の引張試験において引張ひずみが１％以上を示すクラック分散型の短繊維補強セメント複合材料である。(2)補強用短繊維は、下記〔Ｆ１〕の条件を満たすＰＶＡ(poly vinyl alcohol)短繊維である。(3)ＰＶＡ(poly vinyl alcohol）短繊維を、下記〔Ｍ１〕の条件を満たす調合マトリクスに、１越え３vol.％の配合量で配合している。
【００１３】
調合マトリクスの条件〔Ｍ１〕
・水結合材重量比（Ｗ／Ｃ）を25％以上
・細骨材と結合材の重量比（Ｓ／Ｃ）が１．５以下
・細骨材の最大粒径０．８mm以下、平均粒径０．４mm以下
・単位水量を２５０kg/m３以上４５０kg/m３以下
・練り上がり時の空気量を３．５％以上２０％以下
・高性能ＡＥ減水剤量を３０kg/m３未満
【００１４】
ＰＶＡ(poly vinyl alcohol）短繊維としての条件〔Ｆ１〕
・繊維径を０．０５mm以下
・繊維長を５〜２０mm
・繊維引張強度を１５００ＭＰａ以上〜２４００ＭＰａ以下
【００１５】
（実験結果）
本発明の前記組成を有する吹付け補修材料に関する実験結果を以下に示す。
実験の結果、吹付を適切に行うにはテーブルフロー値１６５mm以上の値が必要であることが分かった。これ以下であると、吹付のガン先で材料が適当に分散せず吹付面に付着することができない。
【００１６】
しかし、テーブルフロー値が１６５mm以上であっても、フレッシュモルタルの粘度が足りないと、ポンプ圧送時に材料分離を起こし、繊維が凝集してファイバーボールを生成するため、吹付後の力学性能が発揮できない。この材料分離を防ぎかつテーブルフロー値１６５mm以上を確保するため、高性能ＡＥ減水剤量を３０kg/m３未満とし、空気量を３．５％以上２０％以下混入することが必要であることが判明した。
【００１７】
また好ましくは、適度な粒度の粉体量を確保するため、骨材は最大粒径０．８mm以下, 平均粒径０．４mm以下を使用する。必要に応じてセメントの一部をフライアッシュや高炉スラグ等の混和材で代替する。場合によっては、ウレタン樹脂を主成分とする保水剤を２０kg/m３以下の範囲で添加することにより、テーブルフロー値を増加させ、かつ材料分離をより確実に防止することができる。
【００１８】
これに加えて、水結合材重量比（Ｗ／Ｃ）を２５％以上とすると、モルタル吹付けの作業性を向上するために、有効である。
【００１９】
下記表１は実験結果を示す。
【表１】
ケース１に対して、比較例１ではテーブルフロー値を向上させるため高性能ＡＥ減水剤量を増やした場合であるが、練り上がり後およびポンプ圧送時に材料分離を生じた。ケース２に対して比較例２は空気量が少なくテーブルフロー値が１６５mmに満たない場合であるが、この場合ガン先で材料の分散が不良であった。
【００２１】
ケース３と比較して、比較例３では最大粒径および平均粒径がそれぞれ０．８mmと０．４mmを超える細骨材を使用しているが、繊維分散の不良が生じている。なお、ケース４〜６からはＳ／Ｃの数値範囲等の参考例が示される。
【００２２】
次に、本発明の吹付け補修材料を用いた施工方法を以下に説明する。本発明の吹付け補修材料を用いる断面修復工法は、コンクリート構造物の経年劣化によりコンクリートが剥落する、または鉄筋に腐食が生じる等の場合に、劣化したコンクリートを除去し（例えばウォータージェット等の方法による）、鉄筋を取り替えるまたは防錆処理を施して除去したコンクリート部分を本補修材料を吹付け工法にて適用して修復する構造物の補修工法である。
【００２３】
また、本発明材料を用いることで、部材の補修のみならず補強も実現することができる。図１は柱の補強方法の一例である。
【００２４】
既存柱躯体１の周囲に配筋２を施し、高靭性ＦＲＣ補修材料３により吹付け施工を行って断面を増大させる。この場合補強する対象荷重は地震力であるが、高靭性ＦＲＣ補修材料３が高いせん断強度を有しているので、補強鉄筋量を大幅に減じることが可能となる。場合によっては、高靭性ＦＲＣ補修材料３の高い材料強度（せん断、引張、圧縮）により、鉄筋なしでの補強とすることもできる。
【００２５】
また、地震により大きな変形を受けても補強部材表面の高靭性ＦＲＣ補修材料３に発生するひび割れは微小なレベルに抑えられるから、地震後の補修を軽微なものとすることができる。
【００２６】
【発明の効果】
以上述べたように本発明の吹き付け補修材料は、従来の湿式吹付法によるモルタル材料に存在した問題点を解決し、湿式吹付に十分適応するように流動性が高く、ポンプ圧送による材料分離や閉塞を起こさない適度な粘度を有する性状を実現できるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の吹き付け補修材料の使用例として柱の補強方法を示す横断平面図である。
【符号の説明】
１…既存柱躯体
２…配筋
３…高靭性ＦＲＣ補修材料
Claims (1)
- 材令28日の硬化体の引張試験において引張ひずみが１％以上を示すクラック分散型の短繊維補強セメント複合材料であって、下記〔Ｆ１〕の条件を満たすＰＶＡ（poly vinyl alcohol）短繊維を、下記〔Ｍ１〕の条件を満たす調合マトリクスに、１越え３vol.％の配合量で、配合したことを特徴とする吹付け補修材料。
〔Ｍ１〕
・水結合材重量比（Ｗ／Ｃ）を25％以上
・細骨材と結合材の重量比（Ｓ／Ｃ）が１．５以下
・細骨材の最大粒径０．８mm以下、平均粒径０．４mm以下
・単位水量を２５０kg/m３以上４５０kg/m３以下
・練り上がり時の空気量を３．５％以上２０％以下
・高性能ＡＥ減水剤量を３０kg/m３未満
〔Ｆ１〕
・繊維径を０．０５mm以下
・繊維長を５〜２０mm
・繊維引張強度を１５００ＭＰａ以上〜２４００ＭＰａ以下
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| JP2000392567A JP3872288B2 (ja) | 2000-12-25 | 2000-12-25 | 吹き付け補修材料 |
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