JP4340200B2 - グラウト用セメント組成物及びグラウト材料 - Google Patents
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Description
急硬性のグラウト材料の要求物性としては、流動性が良好でその保持性に優れること、短期強度の発現性に優れること、及び寸法安定性に優れ、膨張破壊等を起さないことなどが挙げられ、これら全ての要求性能を満足することが求められている。
しかしながら、流動性の保持性能を満たそうとすると、短期強度の発現性が得られにくくなったり、逆に、短期強度の発現性を良好にしようとすると、流動性の保持時間が確保できなかったり、膨張破壊を起したりして、急硬性のグラウト材料の開発は未だ充分とはいえず、さらなる改良が望まれている。
この場合、床版はプレキャストであるため、一定の品質をもっている。ところが、これらPC床版の接合部には現場打ちのグラウト材料が使用され、この材料の強度発現性にプレストレス導入のタイミングが委ねられている。
このような背景から、PC床版の接合部に用いられるグラウト材料には急硬性のグラウト材料が必要とされている。
しかしながら、この水硬性材料を用いてグラウト材料を調製しても、流し込み可能な流動性を20分以上確保することができず、また4時間で40N/mm2を発現することもできないものであった。
また、カルシウムアルミネートとセッコウ類からなる急硬成分を5〜50%含有する急硬セメントに1価及び/又は3価の金属の硫酸塩等を配合した超速硬セメント組成物も知られている(特許文献5参照)。
しかしながら、これらのセメント組成物を用いてグラウト材料を調製しても、流し込み可能な流動性を20分以上確保することができるものの、4時間で40N/mm2を発現するようなグラウト材料とはならないものであった。
すなわち、本発明は、結合材と、カルシウム以外の硫酸塩等を含有してなる促進剤、ポリエーテル系高性能減水剤、及び有機酸等からなる凝結調整剤とを含有するグラウト用セメント組成物において、前記結合材が、3CaO・SiO2固溶体、11CaO・7Al2O3・CaF2及び無水セッコウを含有してなる水硬性材料、並びにアルミノケイ酸カルシウムガラス及び無水セッコウを含有してなる急硬材からなることを特徴とするグラウト用セメント組成物である。
また、前記グラウト用セメント組成物は、高炉水砕スラグ微粉末を含有してなること、ガス発泡物質を含有してなることができる。
好ましくは、前記結合材は、前記水硬性材料75〜85部、前記急硬材15〜25部からなり、前記結合材100部に対して、前記促進剤が1.5〜4部、前記ポリエーテル系高性能減水剤が0.2〜2部、前記凝結調整剤が0.1〜2部である。
さらに、前記グラウト用セメント組成物と、細骨材及び水とを混合してなるグラウト材料である。好ましくは、該グラウト材料は、水/結合材比が35〜50%である。
なお、本発明における部や%は特に規定しない限り質量基準で示す。
すなわち、本発明は、結合材と、アルミニウムを含有する硫酸塩からなる促進剤、ポリエーテル系高性能減水剤、及び有機酸からなる凝結調整剤とを含有するグラウト用セメント組成物において、前記結合材が、3CaO・SiO2固溶体、11CaO・7Al2O3・CaF2及び無水セッコウを含有してなる水硬性材料75〜85部、並びにアルミノケイ酸カルシウムガラス及び無水セッコウを含有してなる急硬材15〜25部からなり、かつ、前記アルミノケイ酸カルシウムガラス100部に対して、前記急硬材中の無水セッコウが75〜125部であり、前記結合材100部に対して、前記促進剤が1.5〜4部、前記ポリエーテル系高性能減水剤が0.2〜2部、前記凝結調整剤が0.1〜2部であることを特徴とするグラウト用セメント組成物である。
また、前記グラウト用セメント組成物は、高炉水砕スラグ微粉末を含有してなること、ガス発泡物質を含有してなることができる。
前記高炉水砕スラグ微粉末を、前記水硬性材料に対して、30部以内の範囲で置換して使用することが好ましい。
前記ガス発泡物質が過酸化物質、アルミ粉、又は炭素質物質であり、前記結合材100部に対して、前記過酸化物質が0.01〜0.2部、前記アルミ粉が0.001〜0.02部、前記炭素質物質が1〜12部であることが好ましい。
さらに、前記グラウト用セメント組成物と、細骨材及び水とを混合してなるグラウト材料である。好ましくは、該グラウト材料は、水/結合材比が35〜50%である。
なお、本発明における部や%は特に規定しない限り質量基準で示す。
また、11CaO・7Al2O3・CaF2(以下、C11A7CaF2という)は、カルシウムアルミネートの1種であり、12CaO・7Al2O3にフッ素が固溶した化合物を総称するものである。ただし、C11A7CaF2中のFのモル比は必ずしも1ではなく、通常は0.5〜1の間の値となっている。
C3S固溶体、C11A7CaF2、及び無水セッコウを含有してなる水硬性材料(以下、水硬材料という)は、C3S固溶体とC11A7CaF2を主体とするクリンカーを焼成し、後から無水セッコウを加えて調製される。
ここで、C3S固溶体とC11A7CaF2を主体とするクリンカーは、C3S固溶体やC11A7CaF2のほかに、微量の2CaO・SiO2固溶体(C2S固溶体)やカルシウムアルミノフェライトを含有している。
なお、本発明では、C3S固溶体とC11A7CaF2とをそれぞれ別々に合成して混合したものでは、優れた短期強度発現性などの本発明の効果は得られない。
水硬材料中の無水セッコウは特に限定されるものではないが、強度発現性の面から、通常、II型無水セッコウが使用される。
水硬材料の粉末度は、通常、ブレーン比表面積値(以下、ブレーン値という)で、4,000〜6,000cm2/gが好ましく、4,500〜5,500cm2/gがより好ましい。ブレーン値が4,000cm2/g未満では強度発現性が充分でない場合があり、6,000cm2/gを超えると流動性の経時変化が大きくなる場合がある。
また、水硬材料として、市販の「ジェットセメント」が使用可能である。
CAS製造用原料としては、Ca0質原料、Al2O3質原料、及びSiO2質原料が挙げられる。
CaO質原料としては、生石灰、消石灰、及び石灰石等が、また、Al2O3質原料としては、アルミナ、ボーキサイト、ダイアスポア、長石、及び粘土等が、さらには、SiO2質原料としては、珪砂、白土、及び珪藻土等が使用可能である。また、比較的安価な高炉スラグに、Ca0質原料とAl2O3質原料を補うことも可能である。
CASは、上記Ca0質原料、Al2O3質原料、及びSiO2質原料を所定の割合で配合し、直接通電式溶融炉や高周波炉等を用いて溶融し、得られた溶融体を圧縮空気や高圧水により吹き飛ばす方法、あるいは、水中に流し込む方法等により製造される。また、ロータリーキルンで溶融し、急冷することによって製造することも可能である。
CASのガラス化率は、通常、95%以上である。
また、CASの粒度は、ブレーン値で、4,000〜8,000cm2/gが好ましく、5,000〜7,000cm2/gがより好ましい。4,000cm2/g未満では短期強度の発現性が充分でない場合があり、8,000cm2/gを超えると流動性の保持時間が充分でなくなる場合がある。
促進剤の使用量は、水硬材料と急硬材からなる結合材100部に対して、1.5〜4部が好ましい。1.5部未満では短期や低温時の強度発現性が充分でない場合があり、4部を超えると流動性の保持時間が充分でなくなる場合がある。
高性能減水剤の使用量は特に限定されるものではないが、通常、結合材100部に対して、固形分換算で0.2〜2部が好ましい。0.2部未満では流動性が充分でなく、充填されない場合があり、2部を超えると材料分離を起す場合がある。
ポリエチレングリコール鎖 一般式
(CH2−CH2−O)
凝結調節剤の使用量は特に限定されるものではないが、通常、結合材100部に対して、0.1〜2部が好ましく、0.2〜1部がより好ましい。0.1部未満では流動性の保持時間が充分でない場合があり、2部を超えると強度発現性が充分でない場合がある。
本発明において、水硬材料75〜85部、急硬材15〜25部、結合材100部に対して、1.5部〜4部の促進剤、0.2〜2部の高性能減水剤、及び0.2〜2部の凝結調整剤に併用することが好ましい。水硬材料が75部未満であったり、急硬材が25部を超えると寸法安定性が悪くなったり膨張破壊を起す場合がある。逆に、水硬材料が85部を超えたり、急硬材が15部未満では短期強度発現性が充分でない場合がある。なお、高炉水砕スラグ微粉末は前記水硬性材料に対して、30部以内の範囲で置換して使用することが好ましい。30部を超えて使用すると初期強度発現性が充分でない場合がある。ガス発泡物質の配合割合は、特に限定されるものではないが、通常、アルミ粉ならば、結合材100部に対して、0.001〜0.02部の範囲で使用でき、0.003〜0.01部の範囲がより好ましい。0.001部未満では、充分な初期膨張効果を付与することができない場合があり、0.02部を超えて使用すると、過膨張となって強度発現性が悪くなる場合がある。ガス発泡物質が過酸化物質ならば、結合材100部に対して、0.01〜0.2部の範囲で使用でき、0.05〜0.15部の範囲がより好ましい。0.01未満では、充分な初期膨張効果を付与することができない場合があり、0.2部を超えて使用すると、過膨張となって強度発現性が悪くなる場合がある。また、ガス発泡物質が炭素質物質ならば、結合材100部に対して、1〜12部の範囲で使用でき、3〜10部の範囲がより好ましい。1部未満では、充分な初期膨張効果を付与することができない場合があり、12部を超えて使用すると、過膨張となって強度発現性が悪くなる場合がある。
細骨材の配合量は特に限定されるものではないが、通常、グラウト用セメント組成物100部に対して、200部以下が好ましく、150部以下がより好ましい。200部を超えると流動性や強度発現性が悪くなる場合がある。
このグラウト用セメント組成物を用いて、水/結合材比40%で練混ぜてグラウト材料を調製し、流動性、圧縮強度、及び長さ変化率を評価した。結果を表1に併記する。
水硬材料 :住友大阪セメント社製商品名「ジェットセメント」、比重3.06
急硬材 :CASと無水セッコウの等量混合物、比重2.90
促進剤A :硫酸アルミニウム、試薬1級
高性能減水剤:ポリエーテル系、花王社製商品名「マイティ21HP−Z」
凝結調節剤 :クエン酸、試薬1級
水 :水道水
流動性 :土木学会標準示方書(JSCE−F541)のJ14ロートによるコンシステンシーの測定に準じて流下値を測定。流下値が10秒以内を確保できる保持時間を流動性とした。
圧縮強度 :材齢4時間の圧縮強度をJIS A 1108に準じて測定した。
長さ変化率:JIS A 6202(B)に準じて測定した。
急硬材を含有しない比較例の実験No.1−6及び1−7のグラウト材料は、材齢4時間の圧縮強度が低く、短期強度の発現が得られない。
促進剤を含有しない比較例の実験No.1−8のグラウト材料は、材齢4時間の圧縮強度が低く、凝結調整剤、高性能減水剤を含有しない比較例の実験No.1−9及び1−10のグラウト材料は、混練不能もしくは流し込み不能であった。
促進剤B :硫酸カリウム、試薬1級
促進剤C :硫酸カリウムアルミニウム、試薬1級
また、高性能減水剤を0.2〜2.0部含有する実験No.2−8〜2−10のグラウト材料は、流動性を20分以上確保でき、材齢4時間で圧縮強度40N/mm2を発現することができた。実験No.2−7のグラウト材料は、高性能減水剤の量が少ないため、流し込み不能となり、実験No.2−11のグラウト材料は、高性能減水剤の量が多いため、流動性は20分以上確保できたが、4時間の圧縮強度は低くなった。
細骨材イ :ケイ石系細骨材、7号ケイ砂、比重2.62、粒径5mm下
細骨材ロ :石灰石系細骨材、新潟県青海鉱山産の石灰石の粉砕物、比重2.71、粒径5mm下
細骨材ハ :ケイ石粉、細骨材イの粉砕物、ブレーン値4,000cm2/g、粒径5mm下
細骨材ニ :石灰石粉、細骨材ロの粉砕物、ブレーン値4,000cm2/g、粒径5mm下
高炉水砕スラグ微粉末:関東エスメント社製商品名「エスメント」
曲げ強度 :材齢28日の曲げ強度をJIS A 1106に準じて測定した。
ガス発泡物質a:過炭酸ナトリウム、試薬1級。
ガス発泡物質b:過ホウ酸ナトリウム、試薬1級。
ガス発泡物質c:アルミ粉、工業品。
ガス発泡物質d:炭素質物質、市販のコークス。
初期膨張率:土木学会「膨張コンクリート設計施工指針(案)」付録2.付属書「膨張材を用いた充填モルタルの施工要領(案)」に従い測定。ただし、表中の−は収縮側、+は膨張側を示す。
Claims (9)
- 結合材と、アルミニウムを含有する硫酸塩からなる促進剤、ポリエーテル系高性能減水剤及び有機酸からなる凝結調整剤とを含有するグラウト用セメント組成物において、前記結合材が、3CaO・SiO2固溶体、11CaO・7Al2O3・CaF2及び無水セッコウを含有してなる水硬性材料75〜85部、並びにアルミノケイ酸カルシウムガラス及び無水セッコウを含有してなる急硬材15〜25部からなり、かつ、前記アルミノケイ酸カルシウムガラス100部に対して、前記急硬材中の無水セッコウが75〜125部であり、前記結合材100部に対して、前記促進剤が1.5〜4部、前記ポリエーテル系高性能減水剤が0.2〜2部、前記凝結調整剤が0.1〜2部であることを特徴とするグラウト用セメント組成物。
- 高炉水砕スラグ微粉末を含有してなることを特徴とする請求項1に記載のグラウト用セメント組成物。
- 前記高炉水砕スラグ微粉末を、前記水硬性材料に対して、30部以内の範囲で置換して使用することを特徴とする請求項2に記載のグラウト用セメント組成物。
- ガス発泡物質を含有してなることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載のグラウト用セメント組成物。
- 前記ガス発泡物質が過酸化物質であり、前記結合材100部に対して、前記過酸化物質が0.01〜0.2部であることを特徴とする請求項4に記載のグラウト用セメント組成物。
- 前記ガス発泡物質がアルミ粉であり、前記結合材100部に対して、前記アルミ粉が0.001〜0.02部であることを特徴とする請求項4に記載のグラウト用セメント組成物。
- 前記ガス発泡物質が炭素質物質であり、前記結合材100部に対して、前記炭素質物質が1〜12部であることを特徴とする請求項4に記載のグラウト用セメント組成物。
- 請求項1〜請求項7のいずれか一項に記載のグラウト用セメント組成物と、細骨材及び水とを混合してなるグラウト材料。
- 水/結合材比が35〜50%であることを特徴とする請求項8に記載のグラウト材料。
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