JP4428649B2 - 吹付け用セメント組成物及び吹付け工法 - Google Patents

Description

本発明は、コンクリート硬化体の補修に使用される吹付け用セメント組成物及び吹付け工法に関する。
なお、本発明の吹付け用セメント組成物は、セメント等に細骨材を混合したモルタル及び必要に応じて粗骨材を混合したコンクリートであり、以下、本発明で云うモルタルとは、モルタル及びコンクリートを総称するものである。

従来、既設のコンクリートの表面仕上げ及び断面補修には、主にモルタルが使用されている。モルタルは、通常、モルタルミキサ等でセメント、骨材及び水を攪拌混合して製造される。その施工法としては、コテで塗付けて仕上げを行うことが多いが、熟練が必要な上、厚塗りが困難で、多大な労力が掛かるという課題があった。

そのため、モルタルをポンプで圧送する吹付け材料及び吹付け方法が提案されている（特許文献１〜４参照）。
特開平９−１２３７９号公報 特開平９−２９６４５３号公報 特開平１０−２１６６２８号公報 特開２００３−３４２０５３号公報

しかしながら、吹付けたモルタルがリバウンドしたり、厚付けによる剥落、ダレ等により、目的とする施工が出来難いという課題があった。さらに、セメント分の凝結により、ポンプ圧送性が悪化し、安定した作業性が確保できないという課題があった。

また、吹付け工法では、吹付け時のモルタルの剥落やダレを防止するために、何層にも分けて吹付けすることが行われている。１層目の吹付け後、２層目の吹付けを行うには、一層目のモルタルが凝結した後（通常モルタルが締まると言う）に行うため、施工に時間が掛かり、しかも厚吹きの場合は、何層にも分けて吹付けしなければならなく、作業性が非常に悪いという課題もあった。

本発明者は、鋭意検討を重ねた結果、特定の吹付け用セメント組成物を圧搾空気により吹付けることで、上記課題を解決できる知見を得て本発明を完成するに至った。

すなわち、本発明は、セメント、骨材、粘調剤、超微粉末物質、膨張材、セメント用ポリマー、及びかさ密度１．０ｇ／ｃｍ^３以下で平均粒子径１００μｍ以下の軽量骨材粉末を含有してなる吹付け用セメント組成物である。また、該吹付け用セメント組成物と圧搾空気を吹付けノズル先端から３０ｍ以下の位置で混合して、該吹付け用セメント組成物を吹付ノズルから吹付けることを特徴とする吹付け工法である。

本発明の吹付け用セメント組成物及び吹付け工法を使用することにより、吹付け直後のモルタルの剥落、ダレを防止でき、吹付けモルタルの吹き厚を厚くすることが可能となるばかりか、補修厚の厚い個所においては、一次吹付け後の二次吹付けの間隔を極端に短くすることが可能となる。また、強度発現性や圧送性が良好なため、リバウンド、粉塵量を大幅に低減できる。
従って、作業時間が短縮し、作業者の負担も減り、作業性の良好なコンクリートの表面仕上げ及び断面補修吹付け施工ができるという効果を奏するものである。

本発明で使用する部や％は、特に規定のない限り質量基準である。

本発明は、特定の軽量骨材粉末等を含有したモルタルを吹付けコンクリートの表面仕上げ及び断面補修を行う場合に、吹付けたモルタルの剥落、ダレを防ぐことを目的とするものである。さらに、厚吹きにおける各層の吹付け時間間隔を短縮し、施工性の向上を目的とするものである。

本発明で使用するセメントとしては、普通、早強及び中庸熱等の各種ポルトランドセメント、及びこれらポルトランドセメントに高炉スラグ又はフライアッシュ等を混合した各種混合セメント、並びに、通常市販されている各種微粒子セメント、エコセメント等が挙げられる。これらの中では、経済性や作業性が良く、スランプロスが少ない点で、普通ポルトランドセメントを使用することが好ましい。

本発明で使用する骨材としては、通常の粗骨材や細骨材を使用できるが、既設コンクリートの補修用に使用でき、かつ、既設コンクリートへ吹付けた際にリバウンドし難い点で、細骨材率が７０〜１００％の骨材が好ましく、細骨材率が１００％の骨材がより好ましい。そして、安定性が高く密度が２．５ｃｍ^３／ｇ以上の骨材が好ましい。細骨材としては、川砂、山砂、石灰砂、及び珪砂等が使用でき、粗骨材としては、川砂利、山砂利、及び石灰砂利等が使用でき、最大骨材寸法は１０ｍｍ下が好ましい。

本発明で使用するモルタルの配合としては、Ｃ（セメント）／Ｓ（骨材）＝１／１〜１／４が好ましく、１／１．５〜１／３がより好ましい。１／１未満では吹付けたモルタルにクラックが入り易くなる場合があり、１／４を超えると単位セメント量が少なくなり、Ｗ／Ｃ（水セメント比）が上がり、短期や長期強度が低下するばかりか、ポンプ圧送性が悪くなり、吹付けし難くなる場合がある。

本発明で使用する粘調剤としては、モルタルの粘度を調整するもので、特に限定されるものではないが、一般に水溶性高分子物質と呼ばれているもので、メチルセルロース（ＭＣ）、カルボキシルメチルセルロース（ＣＭＣ）、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、アクリル酸、及びポリエチレンオキサイド（ＰＥＯ）等が挙げられ、既設コンクリート等への吹付けモルタルの吹付け時の付着性向上、リバウンド低減、及びモルタル圧送性の向上を目的に使用される。

粘調剤の使用量は、通常、セメント１００部に対して、０．０１〜１部が好ましく、０．０５〜０．５部がより好ましい。０．０１部未満では既設コンクリートなどへの吹付けモルタルの吹付け時の付着性向上、リバウンド低減、及びモルタル圧送性の向上が期待できない場合があり、１部を超えると、その効果の向上が期待できないばかりか経済的でなくなる。

粘調剤の混合方法は、特に限定されるものではないが、予めセメントと混合、若しくは水に溶解して使用することができる。

本発明で使用するセメント用ポリマー（以下、ポリマーという）としては、水性ポリマーディスパージョン、再乳化形粉末樹脂、水溶性ポリマー、液状ポリマー等が挙げられるが、特に限定されるものではない。水性ポリマーディスパージョンとしては、天然ゴムラテックスやアクリルゴム、スチレン・ブタジエンゴム（ＳＢＲ）、クロロプレンゴム（ＣＲ）等の合成ゴムラテックスやエチレン・酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）、ポリアクリル酸エステル（ＰＡＥ）等の樹脂エマルジョン等が挙げられる。ポリマーの形態としては、再乳化型粉末タイプや液体タイプ等がある。これらはモルタルのリバウンド低減や既設コンクリートとの付着性の向上、耐久性向上のため使用される。

ポリマーの使用量は、セメント１００部に対して、固形分換算で１〜１５部が好ましくは、３〜１０部がより好ましい。１部未満では既設コンクリート等と吹付けモルタルの吹付け時の付着性向上、リバウンド低減及びモルタルの耐久性の向上が期待できない場合があり、１５部を超えると、その効果の向上が期待できないばかりか経済的でなくなる。

ポリマーの混合方法は、特に限定されるものではないが、粉体の場合、予めセメントと混合、若しくは混練り時に他の材料と同時投入するか、水に懸濁又は溶解すること等が挙げられ、液体の場合は、混練り時に他の材料と同時投入するか、水に混合して使用する方法などがある。

本発明で使用する軽量骨材粉末の原料としては、膨張頁岩、膨張粘土、膨張スレート、及び焼成フライアッシュ等の人工軽量骨材、火山礫又はその加工品等の天然軽量骨材、並びに膨張スラグ等の副産軽量骨材又はそれらの加工品等が挙げられるが、中でも真珠岩や黒曜石を細かく適当な大きさに粉砕して、８００〜１２００℃の温度で急熱し、約２０倍以上に膨張させた後、微粉砕したものが好ましく、特に真珠岩から作製したものが好ましい。

軽量骨材粉末のかさ密度としては、１．０ｇ／ｃｍ^３以下であることが好ましく、０．８ｇ／ｃｍ^３以下がより好ましく、０．５ｇ／ｃｍ^３以下がさらに好ましい。

軽量骨材粉末の大きさとしては、平均粒子径で１００μｍ以下、好ましくは平均粒子径６０μｍ以下、より好ましくは平均粒子径４０μｍ以下である。平均粒子径が１００μｍを超えると、モルタルを吹付け後のモルタルのフロー低下が少なく、吹付け時のモルタルの剥落、ダレの防止しが困難となり、何層にも分けて吹付けを行う場合は、二次、三次吹付けを早く行うことが出来ない場合がある。

また、軽量骨材粉末のかさ密度や平均粒子径の下限値は、特に限定しないが、かさ密度が０．１ｇ／ｃｍ^３未満であったり、平均粒子径が１０μｍ未満であると、粉砕、分級に時間が掛かり経済的でないばかりか、モルタルの流動性を得るのが困難になる場合がある。
なお、かさ密度はＪＩＳ Ｋ ６７２１「塩化ビニル樹脂試験方法」のかさ比重試験方法、平均粒子径はレーザ回折式粒度分布計により測定した。

モルタルに軽量骨材粉末を混合することより、モルタル混練りから圧送までのフロー低下は少ないが、吹付けたモルタルはフロー低下を起こし、吹付け時のモルタルの剥落、ダレを防止し、吹付け厚を厚くすることが可能となるばかりか、モルタル凝結も早くなり、何層にも分けて吹付けを行う場合は、二次、三次吹付けが、従来より早く行うことができる等の効果を奏する。

軽量骨材粉末の使用量は、通常、セメント１００部に対して、０．１〜１０部が好ましく、０．５〜５部がより好ましい。０．１部未満では吹付け時のモルタルの剥落、ダレを防止効果が期待できない場合があり、１０部を超えると、その効果の向上が期待できないばかりかモルタルの流動性を得るのが困難となり、短期、長期の強度が悪くなる場合がある。

軽量骨材粉末の混合方法は、特に限定されるものではないが、予めセメントと混合しておくのが好ましい。

本発明で使用する超微粉末物質（以下、超微粉と言う）としては、特に制限されるものではないが、例えば、金属シリコンやフェロシリコン合金等を製造する際に副生するシリカフューム、溶融シリカを製造する際に副生するシリカダスト、超微粉砕したスラグ及びベントナイト等が挙げられ、平均粒子径が１０μｍ以下のものが好ましく、１μｍ以下のものがより好ましい。超微粉は、モルタルをポンプ圧送したときの材料分離防止と、吹付けたモルタルのリバウンド低減、剥落防止のため使用される。

超微粉の使用量は、通常、セメント１００部に対して、１〜１５部が好ましく、３〜１０部がより好ましい。１部未満ではモルタルの材料分離防止、リバウンド低減が十分にできない場合があり、１５部を超えると、その効果の向上が期待できない場合がある。

超微粉の混合方法は、特に限定されるものではないが、予めセメントと混合するか、水と混合してスラリーとして使用しても良い。

本発明で使用する膨張材としては、市販の何れも使用可能であるが、カルシウムサルホアルミネート系や生石灰系等のものが挙げられ、モルタルの収縮低減のため用いられる。

膨張材の使用量は、単位セメント量により変動するが、通常、セメント１００部に対して、１〜１０部が好ましく、３〜７部がより好ましい。１部未満ではモルタルのひび割れ防止の期待ができない場合があり、１０部を超えると、その効果の向上が期待できないばかりか異常膨張の原因となる場合がある。

膨張材の混合方法は、特に限定されるものではないが、予めセメントと混合しておくのが好ましい。

本発明では、モルタルの性状を改善する目的で、減水剤やＡＥ剤等の各種混和剤や、繊維を併用してもよい。
例えば、減水剤は、モルタルの流動性を改善し、吹付時の付着性を向上し、粉塵量やリバウンド率を小さくする性能を有するものが好ましく、液状や粉状のものいずれも使用できる。

本発明で使用する水の量は、セメント、超微分及び膨張材とからなる結合材において、水結合材比（Ｗ／Ｂ）で３５〜６０％が好ましく、４０〜５０％がより好ましい。３５％未満だとモルタルの流動性が悪く、ポンプ圧送性に支障を来す場合があり、６０％を超えると強度発現性が低下する場合がある。

本発明の吹付け用セメント組成物と圧搾空気との混合方法としては、例えば、以下の方法が挙げられる。
モルタルを圧送するポンプ、例えばスクイズポンプ、ピストンポンプ、及びスネークポンプ等により、１０ＭＰａ以下の圧力でモルタルを圧送して、吹付ノズル先端から手前の位置、好ましくは吹付ノズル先端から３０ｍ以下、より好ましくは１０ｍ以下の位置で、モルタルと圧搾空気を混合して吹付けモルタルを調製し、この吹付けモルタルを補修個所に吹付ける方法が挙げられる。３０ｍを超えると圧送管内での圧搾空気の圧力損失が大きく、モルタルが圧送管内で閉塞し、圧送が低下、若しくは圧送不良となる場合がある。

なお、圧搾空気は、１Ｍｐａ以下、好ましくは０．４〜０．７Ｍｐａの圧力で、ホースを経由してＹ字管又はシャワーリングへ圧送され、Ｙ字管又はシャワーリングから吐出してモルタルと混合し、吹付けモルタルとしてコンクリートの表面仕上げ及び断面補修に吹付けられるものである。

本発明の吹付け用セメント組成物は、コンクリートの表面仕上げ及び断面補修材料として好ましく使用できる。本発明品を使用した吹付け工法では、例えば、補修吹付け材料を直接、補修個所へ吹付け、一回での吹付け厚さは、天井部で約３０ｍｍ以下程度、側壁部で２０〜５０ｍｍ程度とすることが好ましい。

以下、実験例に基づき詳細に説明する。

実験例１
セメント１００部、細骨材２５０部、粘調剤０．１部、超微粉５部、膨張材５部、ポリマー８部（固形分換算）、Ｗ／Ｂ（セメント、超微粉、膨張材）＝４５％、及び表１に示す量の軽量骨材粉末からなるモルタルをダマカットミキサ（５０Ｌ）で混練りして調製した。このモルタルをスクイズポンプで圧送し、先端８ｍｍφの吹付けノズルの３ｃｍ手前で吹付けノズルシャワーリングから強制的に圧搾空気（０．７ＭＰａ）をモルタルに吹き込み（１．２ｍ^３／ｈ）、モルタルをコンクリート壁に吹付け（Ｏ．３ｍ^３／ｈ）た。なお、圧送ホースは１．５インチφの耐圧ホースを使用し、エアーホースは１／２インチφのホースを使用した。
吹付けたモルタルの測定結果を表１に示す。

（使用材料）
セメント：普通ポルトランドセメント（市販品）、比重３．１６
細骨材：新潟県青海町産石灰砂、比重２．６７、最大骨材寸法５ｍｍ以下
粘調剤０．１部：メチルセルロース（市販品）
超微粉：シリカフューム（市販品）、平均粒子径１μｍ以下
膨張材：アウイン系（市販品）
ポリマー：スチレン・ブタジエンゴム（ＳＢＲ）（市販品）
軽量骨材粉末（Ａ）：真珠岩を焼成後急冷したもの、かさ密度０．２ｇ／ｃｍ^３、平均粒子径３８μｍ（東興パーライト工業社製）

（測定方法）
モルタルフロー（ＪＩＳ Ｒ ５２０１に準拠）：モルタルフローは、モルタル混練り直後に吹付け前として測定し、容器内に吹付けたモルタルを吹付け後としてモルタルフローを測定
かさ密度：ＪＩＳ Ｋ ６７２１「塩化ビニル樹脂試験方法」のかさ比重試験方法で測定
平均粒子径：レーザ回折式粒度分布計で測定
リバウンド率：上面コンクリートに吹付けた質量と、リバウンドして落下した質量とを測定し、落下量（ｋｇ）／吹付け量（ｋｇ）×１００（％）で算出
付着性：上面コンクリートに直径１０ｃｍの円形状にモルタルを吹付け、剥落するまでの吹付け厚さを測定

表１より、本発明の吹付け用セメント組成物を使用することにより、吹付けたモルタルのリバウンド率は低く、付着性が高いことが判る。

実験例２
表２に示す軽量骨材粉末の種類と使用量を変えた以外は、実験例１と同様に行った。その結果を表２に示す。
（使用材料）
軽量骨材粉末（Ａ）：真珠岩を焼成後急冷したもの、かさ密度０．２ｇ／ｃｍ^３、平均粒子径３８μｍ（東興パーライト工業社製）
軽量骨材粉末（Ｂ）：膨張頁岩、かさ密度０．３５ｇ／ｃｍ^３、平均粒子径１１０μｍ（九州フヨーライト社製）
軽量骨材粉末（Ｃ）：焼成フライアッシュ、かさ密度０．９ｇ／ｃｍ^３、平均粒子径１１０μｍ（東北火力社製）
軽量骨材粉末（Ｄ）：焼成フライアッシュ、かさ密度１．２ｇ／ｃｍ^３、平均粒子径１２０μｍ（東北火力社製）

表２より、本発明の吹付け用セメント組成物を使用することにより、吹付けたモルタルのリバウンド率は低く、付着性が高いことが判る。

実験例３
軽量骨材粉末（Ａ）２部、表３に示す量の粘調剤を使用した以外は、実験例１と同様に行った。その結果を表３に示す。

表３より、本発明の吹付け用セメント組成物を使用することにより、吹付けたモルタルのリバウンド率は低く、付着性が高いことが判る。

実験例４
軽量骨材粉末（Ａ）２部、表４に示す量のポリマー（固形分換算）を使用し、圧縮強度を測定した以外は、実験例１と同様に行った。その結果を表４に示す。

（測定方法）
圧縮強度：ＪＩＳ Ｒ ５２０１に準拠した

表４より、本発明の吹付け用セメント組成物を使用することにより、吹付けたモルタルのリバウンド率は低く、付着性が高いことが判る。

実験例５
ポリマー（固形分換算）８部、表５に示す量の超微粉を使用した以外は、実験例４と同様に行った。その結果を表５に示す。

表５より、本発明の吹付け用セメント組成物を使用することにより、吹付けたモルタルのリバウンド率は低く、付着性が高いことが判る。

実験例６
ポリマー（固形分換算）８部、表６に示す量の膨張材を使用し、吹付けモルタルの表面状態を評価した以外は、実験例４と同様に行った。その結果を表６に示す。

（測定方法）
表面状態：３０×３０ｃｍの平版コンクリートに吹付けモルタルを厚さ２ｃｍに吹付け、表面を均した後、２０℃、湿度６０％の室内に１週間放置し、表面の亀裂発生状態を観察した。
○・・・・亀裂無し
△・・・・亀裂が１本
×・・・・亀裂が２本以上

表６より、本発明の吹付け用セメント組成物を使用することにより、吹付けたモルタルの表面に亀裂の発生が少ないことが判る。

実験例７
実験Ｎo.1-4のモルタルを使用し、モルタルと圧搾空気の混合位置を変えた以外は、実験例１と同様に行った。その結果を表７に示す。なお、圧搾空気の導入は、混合位置が１ｍ未満ではシャワーリングで行い、１ｍ以上ではＹ次管を使用して行った。

表７より、本発明の吹付け工法により、吹付けモルタルのリバウンド率と付着性が良好であることが判る。

本発明の吹付け用セメント組成物及び吹付け工法を使用することにより、吹付け直後のモルタルの剥落、ダレを防止でき、吹付けモルタルの吹き厚を厚くすることが可能となるばかりか、強度発現性や圧送性が良好でリバウンド、粉塵量を大幅に低減できるため、コンクリート構造物の補修に極めて有用である。

Claims (2)

1. セメント、骨材、粘調剤、超微粉末物質、膨張材、セメント用ポリマー、及びかさ密度１．０ｇ／ｃｍ^３以下で平均粒子径１００μｍ以下の軽量骨材粉末を含有してなる吹付け用セメント組成物。
2. 請求項１に記載の吹付け用セメント組成物と圧搾空気を吹付けノズル先端から３０ｍ以下の位置で混合して、該吹付け用セメント組成物を吹付ノズルから吹付けることを特徴とする吹付け工法。