JP4124996B2

JP4124996B2 - セメント系ｐｃグラウト組成物

Info

Publication number: JP4124996B2
Application number: JP2001338894A
Authority: JP
Inventors: 承寧呉; 晃大熊; 正樹石森; 浩志林
Original assignee: Taiheiyo Cement Corp; Oriental Shiraishi Corp
Current assignee: Taiheiyo Cement Corp; Oriental Shiraishi Corp
Priority date: 2001-11-05
Filing date: 2001-11-05
Publication date: 2008-07-23
Anticipated expiration: 2021-11-05
Also published as: JP2003137634A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、土木、建築分野で使用されるセメント系グラウト組成物であって、水以外の材料を既調合（プレミックス）で供給することが可能なセメント系グラウト材に関する。さらに詳しくは、プレストレストコンクリート（ＰＣ）構造物（以下、ＰＣ構造物と呼ぶ）を製造する際のＰＣグラウト材として好適なセメント系グラウト組成物に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＰＣ構造物を製造する工法の一つとして、ポストテンション工法、すなわち、部材コンクリート硬化物に金属やプラスチック製などのシース管を埋め込んでダクトを形成し、ダクトを通してＰＣ鋼材を通して緊張させることで部材コンクリートにプレストレスを導入する工法がある。ここで、ＰＣ鋼材を腐食から保護したり、ＰＣ鋼材と部材コンクリート硬化物との間の一体性を確保するなどの目的で、ダクト内にはグラウト（以下、ＰＣグラウトと呼ぶ）が注入される。
【０００３】
ＰＣグラウトには、材料の分離がなくブリーディングの発生がないこと、安定して良好な流動性を有し空隙を残さずダクト内に注入できること、ＰＣ鋼材と部材コンクリート硬化物との間の一体性が確保できること、ＰＣ鋼材を腐食させないこと、十分な圧縮強度を有することなどの性能が求められている。
【０００４】
従来、ＰＣグラウトの材料としては、ポルトランドセメント、減水剤、水及びアルミニウム粉などを含有した、水／結合材比が４５％程度のセメントミルクが使用されてきた。しかしながら、近年のＰＣ構造物の長大化に対応するため、ＰＣグラウト材の性能としては、高い流動性を長時間（概ね６０分）保持でき、高強度（６０Ｎ／ｍｍ²以上、より好ましくは７０Ｎ／ｍｍ²以上）を発現することが要求されている。また、ＰＣ鋼材を腐食から保護するためにはグラウト硬化体を密実にして、ＰＣ鋼材を塩分などから遮断する必要があるため、水／結合材比をなるべく低減することが望ましい。
【０００５】
従来のＰＣグラウトでは、流動性を安定して長時間保持するために、水量を増加させる必要がある。このため、水量増加によりブリーディングの増加や強度低下を生じることがあった。そのため、現状では、混和剤として減水剤と有機系増粘剤を使用することにより、比較的長い可使時間とブリーディングの発生を防止したノンブリーディングタイプのＰＣグラウトが使用されるようになってきている。このノンブリーディングタイプのＰＣグラウトには、低粘性型（Ｊ₁₄ロート流下時間４〜８秒未満）と高粘性型（Ｊ₁₄ロート流下時間８〜１２秒未満）がある。しかし、いずれも流動性が十分に高くなく、また経時的な低下も生じるため、特に注入距離が長い場合やシース内の空隙率が小さい場合には、充填不良を生じることがあった。また、注入時間が長時間必要になったり、高圧で注入する必要が生じたりするなど、作業性についても満足できるものではなかった。さらに、いずれのＰＣグラウトも水結合材比が比較的高く（概ね４０〜４５％）、圧縮強度が５０Ｎ／ｍｍ²程度であるため、ＰＣ構造物の高強度化への対応も不十分であった。以上の理由から、従来のＰＣグラウトおよびノンブリーディングタイプのＰＣグラウトは近年のＰＣ構造物の長大化に充分対応できるものではなかった。
【０００６】
そのため、石灰石粉末を配合して低粘性とし、流動性の長時間確保を図ったり（特開平２−１０２１６２号公報）、石灰石粉末とナフタレンスルホン酸ホルマリン高縮合物などを主成分とする高性能減水剤および増粘剤を配合することで（特開平９−３０８５５号公報）、ブリーディングを防止し、かつ流動性も長時間確保する方法が試みられている。しかしながら、いずれの方法も、作業性向上及び良好な充填性のために必要である安定して高い流動性（混練直後のＪ₁₄ロート流下時間４秒未満であり、６０分経過後の流下時間の増加が１秒未満）を十分に満足するものではなかった。また、強度発現性についても十分ではなかった。
また、高ビーライト系セメントと高性能減水剤との組み合わせや、高ビーライト系セメントとシリカフュームとを組み合わせて使用することにより、水セメント比を低減し、低粘性かつ高強度のコンクリートを製造する技術（特開平５−２１３６５３号公報、特開平１１−２９３４９号公報）が開発されている。しかしながら、これらの技術をそのまま用いてＰＣグラウトなどの骨材を含まないセメントペーストを製造しても、上記の必要とする安定して高い流動性の確保はできなかった。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記従来の問題点を解決し、近年のＰＣ構造物の長大化に適応可能なＰＣグラウト材として、安定して高い流動性（混練直後のＪ₁₄ロート流下時間４秒未満であり、６０分経過後の流下時間の増加が１秒未満）を有し、低い注入圧で良好な充填性を確保でき、さらに分離抵抗性に優れブリーディングを生じず、高い圧縮強度を発現するセメント系グラウト組成物を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決する手段】
本発明者らは、前記課題解決のため鋭意検討した結果、高ビーライト系セメントと、カーボン含有量が１．５重量％未満であり、平均粒径が約０．２０μｍ以下であるシリカフュームとからなる基材に、ポリカルボン酸系高分子化合物を主成分とする粉末状セメント分散剤を配合することにより、安定して高い流動性（混練直後のＪ₁₄ロート流下時間４秒未満であり、６０分経過後の流下時間の増加が１秒未満）が得られるとともに、ブリーディングも発生せず、高い圧縮強度を発現することを見出し、前記課題を解決し、本発明を完成するに至った。
ここで、Ｊ₁₄ロート流下時間とは、土木学会規準「ＰＣグラウト試験方法（ＪＳＣＥ−Ｆ５３１−１９９９）」に準じて測定する流動性を示す秒単位の値である。
【０００９】
すなわち、本発明は、高ビーライト系セメントと、カーボン含有量が１．５重量％未満であり、平均粒径が約０．２０μｍ以下であるシリカフュームと、ポリカルボン酸系高分子化合物を主成分とする粉末状セメント分散剤とを含有するセメント系グラウト組成物である。
【００１０】
これらの配合割合としては、高ビーライト系セメントを８５〜９８重量部、シリカフュームを２〜１５重量部、高ビーライト系セメントとシリカフュームの合計１００重量部に対して、粉末状セメント分散剤を０．０５〜０．４重量部の割合で含むことが好ましい。
【００１１】
【発明の実施の形態】
１．使用材料について
本発明においては、高ビーライト系セメントを必須の成分として含有する。高ビーライト系セメントとは、普通ポルトランドセメントの主成分であるエーライトの含有量を減らし、中庸熱ポルトランドセメントより更にビーライト含有量を多くして、水和熱を一層低くした低熱ポルトランドセメントをいう。高ビーライト系セメントとしては、ビーライト（２ＣａＯ・ＳｉＯ₂）を４０重量％以上含有するものが好適に使用できる。特に、ビーライト含有量が５０重量％以上であり、ブレーン比表面積が４５００ｃｍ²／ｇ以下のものが好ましい。低粘性化して良好な流動性を長時間確保するために好適だからである。
【００１２】
本発明において、低粘性化とブリーディング防止を図るために配合物に必須とされるシリカフュームは、カーボン含有量が１．５重量％未満であり、平均粒径が０．２０μｍ以下である。カーボン含有量が１．５重量％未満の場合、高い流動性を長時間確保し易くなるので、注入圧の増加や充填不良が生じ難くなる。また、施工上外観も良好となる。平均粒径が０．２０μｍ以下の場合、良好な材料分離防止効果が得られ、ブリーディングが生じないため充填不良を防止でき、ＰＣ鋼材と部材コンクリートの一体性が良好に確保できる。特に、平均粒径が０．１２〜０．１７μｍの範囲のものがより好ましい。平均粒径が０．１２μｍ以上の場合、流動性の経時変化が極めて少なくなるからである。なお、シリカフュームを用いることにより強度発現性も良くなる。
【００１３】
本発明において、配合物に必須の成分として含有される粉末状セメント分散剤は、ポリカルボン酸系高分子化合物を主成分としている。これは、低水比でも低粘性による良好な流動性を長時間確保するために使用する。ポリカルボン酸系高分子化合物を主成分とする粉末状セメント分散剤は、ナフタレンスルホン酸ホルマリン高縮合物やメラミンスルホン酸ホルマリン高縮合物を主成分とする従来の粉末分散剤に比べ、流動化性能および流動性の保持性が高い。
この粉末状セメント分散剤は、ポリアルキレングリコール鎖を有するポリカルボン酸系高分子化合物を主成分とする液を乾燥粉末化することにより得ることができる。このような高分子化合物としては、基−ＣＯＯＭ（Ｍは水素原子、アルカリ金属、アルカリ土類金属、アンモニウム又は有機アミンを示す）及びポリアルキレングリコール鎖を有する（メタ）アクリル酸系共重合体、またはポリアルキレングリコールアルケニルエーテル−無水マレイン酸共重合体（ただし、多価金属塩を除く）等が好ましい。ポリアルキレングリコール鎖としては、炭素数２〜４のポリアルキレングリコール鎖が好ましく、より好ましくは−Ｏ（ＣＨ₂ＣＨ（Ｒ^a）Ｏ）_b−で示されるものである。ここでＲ^aは水素原子又はメチル基を示し、ｂは２〜２００が好ましい。また、乾燥粉末化する前に、上記の液に、亜硫酸塩などの還元性無機化合物と、アミン系化合物などの還元性有機化合物とを添加することが好ましい。これらの各添加量（固形分）は、ポリカルボン酸系高分子化合物の固形分含有量の０．０１〜２．５重量％とすることが好ましい。また、上記の液はｐＨ７〜９に調整しておくことが好ましい。乾燥粉末化は混練攪拌を行いながら実施することが好ましい。（特開２００１−００２７８８号公報に記載の粉末状水硬性組成物用分散剤は、本発明の粉末状セメント分散剤として用いることができる）。
【００１４】
本発明のグラウト組成物は、上記成分以外の他の成分、例えば、水、防錆剤、増粘剤、消泡剤などを必要に応じて適宜含むものであっても良い。
【００１５】
２．各使用材料の配合割合について
高ビーライト系セメントとシリカフュームの配合割合は、重量比で、高ビーライト系セメント／シリカフューム＝８５／１５〜９８／２の割合で配合することが好ましい。この配合割合であれば、ブリーディングを防止して低粘性で良好な充填性を確保することが容易となる。より好ましい高ビーライト系セメントとシリカフュームの配合割合は、重量比でセメント／シリカフューム＝８８／１２〜９６／４である。
【００１６】
粉末状セメント分散剤の配合割合は、高ビーライト系セメントとシリカフュームの合計１００重量部に対し、０．０５〜０．４重量部が好ましく、より好ましくは０．１〜０．３重量部である。配合割合を０．０５〜０．４重量部の範囲にすることで、ブリーディングを生じることなく、良好な流動性を確保することができる。
【００１７】
本発明において、グラウト組成物に配合する水の量は、グラウト組成物の流動性やブリーディング防止性能、また硬化後の強度発現や性状安定性などから、高ビーライト系セメントとシリカフュームの合計１００重量部に対して、４０重量部未満が好ましく、２８〜３８重量部がより好ましい。水の配合量を４０重量部未満にすることで、高強度を確保することができる。ただし、水の配合量が２８重量部未満の場合、良好な流動性の確保が難しくなる場合がある。本発明のグラウト組成物は、高ビーライト系セメントとシリカフュームの合計１００重量部に対し、４０重量部未満の水を加えて混練することにより、混練直後のＪ₁₄ロート流下時間が４秒未満で６０分経過後の流下時間の増加が１秒未満である安定して高い流動性を示し、かつブリーディングを発生しないことを特徴とする。
【００１８】
３．製造方法その他について
本発明のセメント系グラウト組成物は、上記材料を従来通りの方法で既調合（プレミックス）して、通常袋詰めなどの形態で提供され、施工現場でミキサを用いて水と混練した後使用される。ここで使用されるミキサは特に限定されるものではなく、一般にグラウト製造で使用されている混練機なら何れのものを用いて行ってもよく、例えば、グラウトミキサ、パン型ミキサ、二軸練りミキサ、ハンドミキサなどを使用することができる。その他、セメント系グラウト組成物の使用方法も従来と変わらない。
【００１９】
【実施例】
以下、実施例及び比較例に基づいて本発明にかかるセメント系グラウト組成物について説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００２０】
〔使用材料〕
・高ビーライト系セメント及び普通セメント
・シリカフューム
実施例及び比較例に用いたセメントの化学成分および粉末度（比表面積）を表１に示す。同様に、シリカフュームの化学成分、平均粒径および粉末度（比表面積）を表２に示す。
【００２１】
【表１】

【００２２】
【表２】

【００２３】
・本発明のポリカルボン酸系高分子化合物を主成分とする粉末状セメント分散剤（略号：ＳＰ）の製造方法
次の製造方法により製造したものを用いた。メタクリル酸ナトリウム５４モル％、メタリルスルホン酸ナトリウム７モル％、メチルアクリレート８モル％、メトキシポリ(ｎ＝４０)エチレングリコールメタクリルレート１６モル％並びにメトキシポリ(ｎ＝２３)エチレングリコールメタクリルレート１５モル％を重合させてなる分子量１１９００の高分子化合物を主成分とする固形分濃度４５％の水溶液各８００gに、ｐＨ調整のために１０重量％濃度の水酸化ナトリウム水溶液７５．２gを加えて常温で約３分間撹拌し、次いで、亜硫酸ソーダ及びトリエタノールアミンを、高分子化合物の固形分１００重量部に対して各０．５重量部添加し３分間撹拌した。これを処理容積が１Ｌのニーダー型混練撹拌機に入れて温度９０℃、３０ｔｏｒｒの減圧下で混練しながら濃縮・乾燥を行った。得られた粉粒体を粉砕機で粉砕し、分級して粒径５０〜５００μmの粉末（ＳＰ）を製造した。尚、該粉末の含水率は２．１重量％であった。
【００２４】
・従来の粉末状セメント分散剤
比較例に用いる従来の粉末状セメント分散剤として、商品名：マイティー１００（主成分：ナフタレンスルホン酸ホルマリン高縮合物）（花王（株）製）（略号：ＭＴ）を使用した。
・従来のＰＣグラウト用混和剤
比較例に用いる従来のＰＣグラウト用混和剤として、セルロースエーテルとメラミンスルホン酸ホルマリン高縮合物を主成分とする市販の混和剤（略号：ＳＥＭ）を使用した。
【００２５】
〔グラウトの製造〕
各材料を、表３に表す配合量となるように、あらかじめプレミックスし、水を基材１００重量部に対して所定量加えハンドミキサ（回転数１１００ｐｐｍ）を用いて５分間混練してグラウト材を作製した。
【００２６】
【表３】

【００２７】
〔試験方法〕
得られたグラウト材について以下の試験を実施した。試験結果を表４〜表６に示す。
▲１▼流動性
Ｊ₁₄ロート流下時間測定方法
土木学会基準「ＰＣグラウト試験方法（ＪＳＣＥ−Ｆ５３１−１９９９）」に準じてＪ₁₄ロート流下時間を混練直後、３０分経過後および６０経過後に測定した。ロート落ち口の内径は１４ｍｍのものを使用した。
▲２▼ブリーディング
ブリーディング率測定方法
土木学会基準「ＰＣグラウト試験方法（ポリエチレン袋方法）（ＪＳＣＥ−Ｆ５３２−１９９９）に準じて材齢２０時間でのブリーディング率を測定した。
▲３▼強度発現性
圧縮強度測定方法
土木学会基準「ＰＣグラウト試験方法（ＪＳＣＥ−Ｇ５３１−１９９９）に準じて材齢２８日の圧縮強度を測定した。
【００２８】
【表４】

【００２９】
【表５】

【００３０】
【表６】

【００３１】
表４に示すように、実施例である配合番号１〜９は、混練直後のＪ₁₄ロート流下時間が４秒未満で、かつ６０分経過後の流下時間の増加が１秒未満であった。よって、作業性の向上と良好な充填性を確保するために必要な低い粘性と安定して高い流動性を得ることができた。また、表５に示すように、これら実施例は、材齢２０時間でのブリーディング率が０．０％であり、ブリーディング防止機能も良好であった。さらに、表６に示すように、これら実施例は、材齢２８日の圧縮強度が７０Ｎ／ｍｍ²以上であり、高い強度を発現した。このように実施例では、良好な品質のＰＣ構造物を製造するための優れた性能を得ることができた。
【００３２】
一方、比較例である配合番号１０及び１４〜１６は、混練直後のＪ₁₄ロート流下時間が４秒以上で、さらに６０分経過後の流下時間の増加が２秒以上であった。また、カーボン含有率が１．５重量％以上であるシリカフュームを用いた配合番号１１及び１２は、混練直後のＪ₁₄ロート流下時間は４秒未満であったが、６０分経過後の流下時間の増加が１秒以上であった。さらに、平均粒径が０．２０μｍ以上であるシリカフュームを用いた配合番号１３は、混練直後のＪ₁₄ロート流下時間は４秒未満であったが、６０分経過後の流下時間の増加が１秒以上であった。また、材齢２０時間でのブリーディング率が０．２％であり、ブリーディングを生じているため、良好な充填性を確保できるものではなかった。このように、これら比較例は、ＰＣグラウト材に使用できる安定して高い流動性と、ブリーディング防止機能を得ることはできなかった。
【００３３】
【発明の効果】
本発明のセメント系グラウト組成物は、混練直後のＪ₁₄ロート流下時間が４秒未満で、６０分経過後の流下時間の増加が１秒未満であるため、従来用いられてきたセメント系グラウト組成物に比べ、高い流動性を安定して長時間保持することができ、長大なＰＣ構造物や、鋼材が過密に配置されている部位に対しても、低い注入圧で短時間に注入工事を行うことができる。さらに分離抵抗性に優れブリーディングが生じないため完全充填が可能であり、プレストレストコンクリート構造物の耐久性を向上させることができる。そのうえ、水以外の材料をプレミックスした形態で施工現場に供給できるため、施工の効率化を図ることができる。

Claims

高ビーライト系セメントと、平均粒径が０．２０μｍ以下であってカーボン含有量が１．５重量％未満であるシリカフュームと、ポリカルボン酸系高分子化合物を主成分とする粉末状セメント分散剤とを含有するセメント系ＰＣグラウト組成物であって、このセメント系ＰＣグラウト組成物に水を加えて混練した際に、ＪＳＣＥ−Ｆ５３１−１９９９に準じて測定した混練直後のＪ ₁₄ ロート流下時間が４秒未満で、かつ６０分経過後の流下時間の増加が１秒未満である流動性を有するセメント系ＰＣグラウト組成物。
上記高ビーライト系セメントを８５〜９８重量部、上記シリカフュームを２〜１５重量部、高ビーライト系セメントとシリカフュームの合計１００重量部に対して上記粉末状セメント分散剤を０．０５〜０．４重量部の割合で含む請求項１に記載のセメント系ＰＣグラウト組成物。