JP4493957B2

JP4493957B2 - ポリマーセメント組成物、ポリマーセメントグラウトモルタル、及びそれを用いた補修材

Info

Publication number: JP4493957B2
Application number: JP2003313487A
Authority: JP
Inventors: 健一安達
Original assignee: Denki Kagaku Kogyo KK
Current assignee: Denka Co Ltd
Priority date: 2003-09-05
Filing date: 2003-09-05
Publication date: 2010-06-30
Anticipated expiration: 2023-09-05
Also published as: JP2005082416A

Description

本発明は、補修部位に充填する用途に好適な、硬化収縮が少ない耐久性の良好な補修用のポリマーセメント組成物、それを含有してなる補修材料、ポリマーセメントグラウトモルタル、及びそれを含有してなる補修材に関する。

従来より、コンクリート断面修復材として、速硬セメント、繊維長３〜20mmの短繊維、及び再乳化粉末樹脂を含有するコンクリート断面修復材が知られている(特許文献１参照)。

また、コンクリート断面修復材として、水の未添加状態で、セメントに、粉末度5,000cm²/g以上の分級フライアッシュ、繊維長３〜20mmの短繊維や再乳化型粉末樹脂が混合されたコンクリート断面修復材が開示されている(特許文献２参照)。
さらに、セメントと、ポリアクリル酸エステル樹脂系、スチレンブタジエン合成ゴム系、又は酢酸ビニルベオバアクリル共重合系のうち少なくとも一種のポリマーと、界面活性作用を有する有機系の収縮低減剤とを含有してなるポリマーセメント組成物が提案されている(特許文献３参照)。
特開平１１−２７８９０３号公報特開２００１−３２２８５８号公報特開２００３− ５５０１８号公報

しかし、特許文献１に記載されている技術は、プレミックスタイプで粉体と水のみを計量すれば良く、短期強度が高いという長所を有するものの、長さ変化が大きくひび割れ評価も７日程度の短期間での評価であり、長期間の耐久性は不明である。
また、特許文献２に記載されている技術は、プレミックスタイプで粉体と水のみを計量すれば良いという長所を有するものの、ひび割れ評価が７日程度の短期間での評価であり、長期間の耐久性は不明である。
さらに、特許文献３に記載されている技術は、プレミックスタイプで粉体と水のみを計量すれば良いという長所を有するものの、ひび割れ評価が５、20、及び30℃での短期間促進での評価で、長期間の耐久性は不明であり、かつ、対象用途が岩のひび割れ注入に特定されており、補修用グラウト材として要求されるフレッシュ時の良好な流動性（グラウチング性）、無収縮性、及びノンブリーディングなどの特性が不明であった。

本発明者は、鋭意検討を重ねた結果、特定の配合組成や物質を組み合わせることで、優れた流動性を備え、硬化収縮量が少なく、付着性、耐久性、及び施工性に優れるため、各種グラウチング・補修工事、中でもコンクリートの断面修復補修用途に好適に使用できるポリマーセメントモルタル組成物およびポリマーセメントグラウトモルタルが得られることを見出し本発明を完成するに至った。
本発明はかかるポリマーセメントモルタル組成物やポリマーセメントグラウトモルタルを提供することを目的とするものである。

本発明は、ポルトランドセメント100部に対して、膨張材を１〜20部、さらに、ポルトランドセメントと膨張材の合計100部に対して、再乳化型粉末樹脂を３〜20部、1.2mm未満のものが50〜75％で、1.2〜４mmのものが50〜25％の混合物である骨材を150〜300部、長さ３〜30mmの繊維物質を0.2〜10部、収縮低減剤を0.3〜７部、減水剤を固形物換算で0.1〜５部、及び消泡剤を0.01〜0.05部を含有してなるポリマーセメント組成物であり、該ポリマーセメント組成物と、該ポリマーセメント組成物中のポルトランドセメントと膨張材の合計100部に対して、30〜50部の水とを混合してなるポリマーセメントグラウトモルタルであり、該ポリマーセメント組成物を含有する補修材料であり、該ポリマーセメントグラウトモルタルを含有する補修材である。

以下、本発明を更に詳細に説明する。
なお、本明細書における補修とは、コンクリートの断面修復補修、道路、歩道、アスファルト舗装部、及びコンクリート舗装部等の各種補修を総称する。
また、本発明における「部」は、特に規定のない限り質量基準である。

本発明では、ポルトランドセメント、膨張材、再乳化型粉末樹脂、骨材、長さ３〜30mmの繊維物質、収縮低減剤、減水剤、消泡剤、及び水を混合してポリマーセメントグラウトモルタルを製造する。

本発明で使用するポルトランドセメントとしては、通常市販されている、普通、早強、中庸熱、及び超早強等のポルトランドセメント、これらポルトランドセメントに、フライアッシュや高炉スラグなどを混合した各種混合セメント、さらに、これらの各種混合セメントを微粉砕したものも使用可能である。

本発明で使用する膨張材としては、一般に用いられているカルシウムサルホアルミネート系膨張材や生石灰系膨張材が使用可能である。
膨張材の使用量は、ポルトランドセメント(以下、単にセメントという)100部に対して、１〜20部が好ましく、２〜15部がより好ましい。１部未満では自己収縮を充分に抑えることができない場合があり、20部を超えると過剰膨張が発生する場合がある。

本発明で使用する再乳化型粉末樹脂(以下、粉末樹脂という)としては、ポリアクリル酸エステル、酢酸ビニル、エチレン−酢酸ビニル、酢酸ビニル−バーサチック酸ビニル、スチレン−アクリル酸エステル、又はアクリル酸エステル−酢酸ビニル−バーサチック酸ビニルなどを主成分とする粉末状の樹脂を使用することが可能であり、そのうち、耐久性の面からはアクリル酸エステル−酢酸ビニル−バーサチック酸ビニルを主成分とするものがより好ましい。
その再乳化粉末樹脂の製法は、粉末化方法やブロッキング防止法等の製法に限定されず、いずれの製造方法のものも使用可能である。

従来の技術では、ポリマーを溶剤で稀釈したポリマーディスパージョンとセメントモルタルプレミックス品と水を計量し、練り混ぜる手法が主流であった。
本発明において、粉末樹脂は、ポリマーディスパージョンに比べて水分含有量が極めて少ないため、セメントに混合しておいても水を加えない限り硬化し難いことからあらかじめプレミックスしておくことができ、施工現場でのポリマーの計量、混合という煩雑な作業を省略でき、施工作業性が向上する。
また、粉末樹脂がセメントと共に結合材的な役割を果たし、均一に分散して作用するため、計量後添加する場合に比べ、補修を要するコンクリートに対する付着強度の面でも有利に作用する。
粉末樹脂の使用量は、セメントと膨張材の合計100部に対して、３〜20部が好ましい。３部未満では耐久性や付着性能が不充分な場合があり、20部を超えるとコストアップになると共にフレッシュ時の流動性が確保できない場合がある。

本発明で使用する骨材は、セメント混練物の流動性を改善するために、また、セメント硬化体の耐久性を改善するために使用するもので、川砂、海砂、及び珪砂等が使用可能である。
さらに、所望の特性のセメント硬化体を得るためにはその粒度構成や配合量にも好適な範囲があり、骨材の粒度としては、粒度は４mm以下のものが好ましく、さらに、1.2mm未満のものが50〜75％で、1.2〜４mmのものが50〜25％である混合物が好ましく、特に、1.2〜４mmのものの割合が45〜25％である混合物がより好ましい。最大粒度が４mmを超えると流動性や充填性が低下し、1.2〜４mmのものの割合が25％未満では耐久性に劣り、50％を超えると必要な早期強度が得られない場合がある。
骨材の使用量は、セメントと膨張材の合計100部に対して、150〜300部が好ましく、150〜250部がより好ましい。150部未満ではひび割れが発生しやすくなる場合があり、300部を超えると充分な流動性の確保が難しくなる場合がある。

本発明で使用する繊維物質としては、耐アルカリガラス繊維、炭素繊維、アラミド繊維、ビニロン繊維、ポリプロピレン繊維、ポリエチレン繊維、及びアクリル繊維等が挙げられる。
繊維物質としては、収束繊維や無収束繊維があるが、いずれも使用可能である。
繊維物質の繊維長は、３〜30mmである。繊維長が３mm未満ではひび割れ発生防止効果が充分でない場合があり、30mmを超えると混練性や施工性が低下する場合がある。
繊維物質の使用量は、セメントと膨張材の合計100部に対して、0.2〜10部が好ましく、0.3〜５部がより好ましい。0.2部未満ではひび割れ発生防止効果が充分でない場合があり、10部を超えると混練性や施工性が低下する場合がある。

本発明で使用する収縮低減剤は、使用することにより未反応の水分の逸散を防止しセメント水和物の乾燥収縮を抑制するもので、具体的には、アルコール系、低級アルコールアルキレンオキシド誘導体系、グリコール系、グリコールエーテル・アミノアルコール誘導体系、及びポリエーテル系等の界面活性作用を有する有機系化合物を使用することができる。
収縮低減剤の使用量は、セメントと膨張材の合計100部に対して、0.3〜７部が好ましい。0.3部未満では収縮低減効果が充分でない場合があり、７部を超えるとコストアップになり、フレッシュ時の流動性が低下する場合がある。

本発明では、グラウトモルタルとしての流動性を確保し単位水量を減少させるため、ポリマーセメントモルタル組成物に減水剤を混合させる。減水剤は粉体、液体いずれの形態のものも使用可能である。
減水剤としては、ポリオール誘導体、リグニンスルホン酸塩やその誘導体、及び高性能減水剤等が挙げられ、これらの一種又は二種以上が使用可能である。これらの中では、流動性や減水効果の面から、高性能減水剤が好ましい。

高性能減水剤としては、ナフタレンスルホン酸塩、メラミンスルホン酸塩、及びアルキルアリールスルホン酸塩のホルマリン縮合物、並びに、ポリカルボン酸系高分子化合物等が挙げられる。これらの中で、凝結遅延効果、流動性、及び圧送性が大きい面で、ナフタレンスルホン酸塩、メラミンスルホン酸塩、ポリカルボン酸系高分子化合物の一種又は二種以上を選択使用することがより好ましい。

減水剤の使用量は、セメントと膨張材の合計100部に対して、固形物換算で0.1〜５部が好ましく、0.3〜２部がより好ましい。0.1部未満では良好な流動性が得られない場合があり、５部を超えると必要以上の凝結遅延を起こし、強度発現性に悪影響を与える場合がある。

本発明で使用する消泡剤は、粉末樹脂混合時の連行空気を減少し、セメント硬化体の圧縮・曲げ強度向上等に寄与するもので、具体的には、ポリオキシアルキレン脂肪酸エステルなどの非イオン界面活性剤が使用可能である。
消泡剤の使用量は、セメントと膨張材の合計100部に対して、0.01〜0.05部が好ましい。0.01部未満では消泡効果が不充分な場合があり、0.05部を超えると泡が発生し材料分離が起こり易くなる場合がある。

本発明で使用する水の量は、ポルトランドセメントと膨張材の合計100部に対して、30〜50部が好ましく、35〜45部がより好ましい。30部未満では充分な流動性が得られない場合があり、50部を超えると充分な耐久性が得られない場合がある。

本発明のポリマーセメントモルタル組成物には、さらに必要に応じて、本発明のポリマーグラウトモルタルの目的を阻害しない範囲で他の混和材又は混和剤、即ち、フライアッシュやシリカフュームなどのポゾラン物質、防錆剤、メチルセルロースなどの水中不分離混和剤、増粘剤、保水剤、防水剤、発泡剤、防凍剤、及び着色剤等を併用することが可能である。

本発明のポリマーセメント組成物は、ポルトランドセメント、膨張材、粉末樹脂、骨材、長さ３〜30mmの繊維物質、収縮低減剤、減水剤、及び消泡剤を成分として含有してなるものであり、本発明のポリマーセメントグラウトモルタルは該ポリマーセメント組成物と水を混合したものである。

本発明のポリマーセメントグラウトモルタルは、あらかじめ前記のポリマーセメントモルタル組成物を構成する成分の全部を混合している状態の組成物であって、現場で水を加えて練り混ぜるだけで使用されるプレミックスタイプとなっているものに水のみを添加、混練して調製されることが好ましいが、セメント、膨張材、粉末樹脂、骨材、繊維物質、収縮低減剤、減水剤、及び消泡剤からなる成分を使用現場で混合して調製されるものであってもよい。

本発明のポリマーセメントグラウトモルタルを使用した施工方法としては、例えば、コンクリート劣化部分をはつり、鉄筋の錆び落としを実施し、プライマー処理の後、型枠を設置し、型枠内に本発明のポリマーセメントグラウトモルタルを充填し、硬化させる方法等が挙げられる。

本発明のポリマーセメントグラウトモルタルは、例えば、橋脚下や港湾のコンクリート劣化部分の補修だけではなく、アスファルトやコンクリートで舗装された道路、歩道、処理場、及び駐車場の表層の沈下や亀裂が発生した部分を補修するために使用することもできる。

本発明のポリマーセメントグラウトモルタルは優れた流動性を有し、長さ変化が小さく、耐久性に優れ、コンクリートとの付着強度特性も優れている。
各種補修工事、なかでも橋梁周囲部の断面修復、港湾構造物コンクリート部位の補修の他、車道や歩道のアスファルトやコンクリートなどによる舗装部の補修部分に充填して補修する用途等に好適に使用できるなどの効果を奏する。

以下、実施例に基づいて本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例によって限定されるものではない。

セメント100部、膨張材５部、並びに、セメントと膨張材の合計100部に対して、粉末樹脂８部、骨材Ａ／骨材Ｂが60／40部の骨材180部、表１に示す長さの繊維物質0.5部、収縮低減剤４部、減水剤0.3部、及び消泡剤0.02部を配合し、ポリマーセメント組成物を調製した。
調製した、ポリマーセメント組成物中のセメントと膨張材の合計100部に対して、水40部を加えて混練してポリマーセメントグラウトモルタルを作製した。
作製したポリマーセメントグラウトモルタルの静置フロー値、硬化収縮量、圧縮強度、付着強度、及び耐久性を測定・評価した。結果を表１に示す。

＜使用材料＞
セメントα：普通ポルトランドセメント、市販品
セメントβ：早強ポルトランドセメント、市販品
膨張材：カルシウムサルホアルミネート系膨張材、市販品、ブレーン値6,000cm²/g
粉末樹脂：アクリル酸エステル−酢酸ビニル−バーサチック酸ビニル粉末樹脂、市販品
骨材Ａ：新潟県姫川産天然砂、粒度1.2mm未満、比重2.62
骨材Ｂ：新潟県姫川産天然砂、粒度1.2〜４mm、比重2.65
減水剤：主成分メラミンスルフォン酸塩、市販品、粉状
繊維物質：ポリプロピレン繊維、市販品
収縮低減剤：低級アルコールアルキレンオキシド誘導体系、市販品
消泡剤：主成分シリコーン、市販品
市販補修用モルタル：住友大阪セメント社製「フィルコンLL」、骨材／セメント比1.2

＜測定・評価方法＞
静置フロー値：JIS R 5201-1997の15回の落下運動を与えない場合に準じ、フレッシュ時の性状を20℃で評価、判定基準は200mm以上
硬化収縮量：JIS A 1171「ポリマーセメントモルタルの試験方法」に準じて試験体を作成し、JIS A 1129「モルタル及びコンクリートの長さ変化試験方法」に準じて20℃、60％で28日材齢の乾燥収縮を測定、判定基準は28日の長さ変化率0.05％以下
圧縮強度：JIS R 5201-1997に準じ、水中養生28日材齢で評価、判定基準は28日で30N/mm²以上
付着強度：JHS 416「モルタル断面修復材・コンクリートとの付着性」に準じ、コンクリート表面に厚さ１cm充填施工し、20℃、85％で28日材齢の付着強度を建研式引張試験機で測定、判定基準は28日材齢で1.5N/mm²以上
耐久性：30×30cmのコンクリート板上に、ポリマーセメントモルタルを厚さ１cm充填して充填・施工した。コンクリート板と一体になった試験体を屋外に設置し、ひび割れ発生開始までの日数、ひび割れの程度を評価し、ひび割れ発生までの日数が60日を超え、程度が幅0.2mm未満と極微小のものを○、日数が60日未満で程度が幅0.2〜0.5mmと中のものを△、日数が60日未満で程度が幅0.5超と大のものを×とした。

セメントα100部、膨張材５部、並びに、セメントと膨張材の合計100部に対して、粉末樹脂８部、骨材Ａ／骨材Ｂが60／40部で表２に示す量の骨材、長さ６mmの繊維0.5部、収縮低減剤４部、減水剤0.3部、及び消泡剤0.02部を配合し、ポリマーセメント組成物を調製したこと以外は実施例１と同様に行った。結果を表２に併記する。

セメントα100部、セメントα100部に対して表３に示す膨張材、並びに、セメントと膨張材の合計100部に対して、粉末樹脂８部、骨材Ａ／骨材Ｂが60／40部の骨材180部、長さ６mmの繊維物質0.5部、収縮低減剤４部、減水剤0.3部、及び消泡剤0.02部を配合し、ポリマーセメント組成物を調製したこと以外は実施例１と同様に行った。結果を表３に併記する。

セメントα100部、膨張材５部、並びに、セメントと膨張材の合計100部に対して、表４に示す粉末樹脂、骨材Ａ／骨材Ｂが60／40部の骨材180部、長さ６mmの繊維物質0.5部、収縮低減剤４部、減水剤0.3部、及び消泡剤0.02部を配合し、ポリマーセメント組成物を調製したこと以外は実施例１と同様に行った。結果を表４に併記する。

セメントα100部、膨張材５部、並びに、セメントと膨張材の合計100部に対して、粉末樹脂８部、骨材Ａ／骨材Ｂが60／40部の骨材180部、表５に示す繊維物質、収縮低減剤４部、減水剤0.3部、及び消泡剤0.02部を配合し、ポリマーセメント組成物を調製したこと以外は実施例１と同様に行った。結果を表５に併記する。

セメントα100部、膨張材５部、並びに、セメントと膨張材の合計100部に対して、粉末樹脂８部、骨材Ａ／骨材Ｂが60／40部の骨材180部、長さ６mmの繊維物質0.5部、表６に示す収縮低減剤、減水剤0.3部、及び消泡剤0.02部を配合し、ポリマーセメント組成物を調製したこと以外は実施例１と同様に行った。結果を表６に併記する。

セメントαを使用し、ポリマーセメント組成物中のセメントと膨張材の合計100部に対して、表７に示す水を使用したこと以外は実施例１と同様に行った。結果を表７に併記する。

Claims

ポルトランドセメント100部に対して、膨張材を１〜20部、さらに、ポルトランドセメントと膨張材の合計100部に対して、再乳化型粉末樹脂を３〜20部、1.2mm未満のものが50〜75％で、1.2〜４mmのものが50〜25％の混合物である骨材を150〜300部、長さ３〜30mmの繊維物質を0.2〜10部、収縮低減剤を0.3〜７部、減水剤を固形物換算で0.1〜５部、及び消泡剤を0.01〜0.05部を含有してなることを特徴とするポリマーセメント組成物。
請求項１に記載のポリマーセメント組成物と、該ポリマーセメント組成物中のポルトランドセメントと膨張材の合計100部に対して、30〜50部の水とを混合してなるポリマーセメントグラウトモルタル。
請求項１に記載のポリマーセメント組成物を含有してなる補修材料。
請求項２に記載のポリマーセメントグラウトモルタルを含有してなる補修材。