JP4563835B2 - モルタル組成物、モルタル、及びそれを用いたモルタル硬化体 - Google Patents
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Description
本発明は、主に、土木・建築業界において使用されるモルタル組成物、モルタル、及びそれを用いたモルタル硬化体に関する。
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。
合理化施工を目指す際、超速硬性で自己充填性やセルフレベリング性をもつ高流動モルタルが必要となる場合が多い。
従来、超速硬性で高流動なモルタルとしては、３時間で実用強度を発現する超速硬グラウトモルタルが提案されている（特許文献１〜特許文献４参照）。
しかしながら、最近では、さらなる合理化施工の要求や、新たなニーズへの対応から、より短時間で実用強度を発現する、例えば、１時間程度で20N/mm2以上を満たす、超速硬で高流動のモルタルの開発が強く求められている。
従来、超速硬性で高流動なモルタルとしては、３時間で実用強度を発現する超速硬グラウトモルタルが提案されている（特許文献１〜特許文献４参照）。
しかしながら、最近では、さらなる合理化施工の要求や、新たなニーズへの対応から、より短時間で実用強度を発現する、例えば、１時間程度で20N/mm2以上を満たす、超速硬で高流動のモルタルの開発が強く求められている。
このような性能を満たす材料としては樹脂モルタルがあるが、樹脂モルタルは非常に高価な材料であるため、実用されるケースは限られているのが現状である。
また、超速硬で高流動のモルタルの要求性能としては、可使時間も重要な性能となる。
施工時間や使用器具等の洗浄時間も考慮すると、最低でも10分以上、できれば15分以上の可使時間の確保が望ましい。
しかしながら、可使時間を長く確保することは、硬化時間を遅らせることになるため、可使時間を長く確保して、材齢１時間での要求強度を満たすことが困難となっており、従来の技術では、充分な可使時間を確保しつつ、材齢１時間で20N/mm2以上を満たすことは不可能であった。
施工時間や使用器具等の洗浄時間も考慮すると、最低でも10分以上、できれば15分以上の可使時間の確保が望ましい。
しかしながら、可使時間を長く確保することは、硬化時間を遅らせることになるため、可使時間を長く確保して、材齢１時間での要求強度を満たすことが困難となっており、従来の技術では、充分な可使時間を確保しつつ、材齢１時間で20N/mm2以上を満たすことは不可能であった。
また、樹脂モルタルの用途に安価な無機系の材料を適用することができれば、大幅なコストダウンにもつながる。
さらに、従来の超速硬で高流動のモルタルは温度依存性が大きく、低温環境下での強度発現性が課題となっていた。
即ち、20℃以上では所定の材齢で要求強度を満たすものの、５℃などの低温では、所定の材齢で要求強度を満たすことができないものであった。
これは、無機系の超速硬で高流動のモルタルにおいても、また、樹脂モルタルにおいても共通の課題であった。
したがって、温度依存性の小さい超速硬で高流動のモルタルの開発が望まれている。
即ち、20℃以上では所定の材齢で要求強度を満たすものの、５℃などの低温では、所定の材齢で要求強度を満たすことができないものであった。
これは、無機系の超速硬で高流動のモルタルにおいても、また、樹脂モルタルにおいても共通の課題であった。
したがって、温度依存性の小さい超速硬で高流動のモルタルの開発が望まれている。
一方、カルシウムアルミネートを使用するグラウトモルタルも提案されている（特許文献５、特許文献６参照）。
しかしながら、これらのグラウトモルタルは、材齢１時間あるいは材齢３時間という短時間で20N/mm2以上を発現できるものではなかった。
しかしながら、これらのグラウトモルタルは、材齢１時間あるいは材齢３時間という短時間で20N/mm2以上を発現できるものではなかった。
さらに、水和発熱のより小さい超速硬で高流動のモルタルも求められている。
これは、超速硬で高流動のモルタルは水和発熱量が非常に大きいため、部材厚の大きな用途への適用が限定されるためである。
水和発熱量を小さくするためには、細骨材の配合割合を高める必要があるが、単に細骨材配合率を高めた場合には流動性が低下し、また、初期強度発現性も悪くなってしまうという課題があった。
これは、超速硬で高流動のモルタルは水和発熱量が非常に大きいため、部材厚の大きな用途への適用が限定されるためである。
水和発熱量を小さくするためには、細骨材の配合割合を高める必要があるが、単に細骨材配合率を高めた場合には流動性が低下し、また、初期強度発現性も悪くなってしまうという課題があった。
また、酸化ジルコニウムを含有するシリカフュームを使用したモルタル・コンクリートが提案されている（特許文献７参照参照）。
一方、重量骨材を使用するグラウトモルタルも提案されている（特許文献８参照）。
しかしながら、これらのグラウトモルタルも材齢１時間又は材齢３時間という短時間で20N/mm2以上を発現できるものではなかった。
しかしながら、これらのグラウトモルタルも材齢１時間又は材齢３時間という短時間で20N/mm2以上を発現できるものではなかった。
そこで、本発明者は、前記課題を解決すべく、種々の努力を重ねた結果、特定のモルタル組成物が、流動性に優れ、充分な可使時間を確保しつつ、材齢１時間で20N/mm2以上の圧縮強度を発現し、温度依存性が小さく、長期強度や耐久性の面からも信頼性が高く、水和発熱量がより小さく、しかも、重量モルタルとしても利用できる超速硬で高流動のモルタルとなることを知見し、本発明を完成するに至った。
本発明は、流動性に優れ、充分な可使時間を確保しつつ、材齢１時間で20N/mm2以上の圧縮強度を発現し、温度依存性が小さく、長期強度や耐久性の面からも信頼性が高く、水和発熱量がより小さく、しかも、重量モルタルとしても利用できる超速硬で高流動のモルタルを提供する。
本発明は、CaO/Al 2 O 3 モル比が0.75〜2.0のカルシウムアルミネート、シリカ質微粉末、炭酸リチウム、炭酸リチウム以外のアルカリ炭酸塩、クエン酸、酒石酸、リンゴ酸、グルコン酸、及びコハク酸のオキシカルボン酸又はそれらのナトリウム、カリウム、カルシウム、マグネシウム、アンモニウム、及びアルミニウム塩のいずれかである有機酸類、及び細骨材を配合してなり、カルシウムアルミネート100部に対して、シリカ質微粉末が１〜20部、炭酸リチウムが0.1〜２部、炭酸リチウム以外のアルカリ炭酸塩が0.1〜１部、有機酸類が0.1〜0.5部、及び細骨材が200〜300部であり、細骨材が、高炉徐冷スラグ系細骨材、電気炉酸化期スラグ系細骨材、フェロニッケルスラグ系細骨材、フェロクロムスラグ系細骨材、及び銅スラグ系細骨材等の人工骨材や橄欖岩系やエメリー鉱系の天然骨材から選ばれる一種又は二種以上の密度3.0g/cm3以上の重量骨材を細骨材100部中、10部以上含有するモルタル組成物であり、シリカ質微粉末がシリカフュームを含む該モルタル組成物であり、シリカ質微粉末が酸性シリカフュームを含む該モルタル組成物であり、酸性シリカフユームが酸化ジルコニウムを含有する該モルタル組成物であり、さらに、ガス発泡物質を、また、繊維物質を含有する該モルタル組成物であり、該モルタル組成物と水とを混合してなるモルタルであり、水と、カルシウムアルミネートとシリカ質微粉末からなる結合材との割合である水結合材比が30〜40％である、また、J14ロート流下値が10±３秒である該モルタルであり、該モルタルを硬化してなるモルタル硬化体である。
本発明で使用するカルシウムアルミネート(以下、ＣＡという)とは、CaOとAl2O3を主成分とする化合物を総称するものであり、具体例としては、例えば、CaO・2Al2O3、CaO・Al2O3、12CaO・7Al2O3、11CaO・7Al2O3・CaF2、及び3CaO・3Al2O3・CaSO4などと表される結晶性のカルシウムアルミネートや、CaOとAl2O3成分を主成分とする非晶質の化合物が挙げられる。
ＣＡを得る方法としては、CaO原料とAl2O3原料等をロータリーキルンや電気炉等によって熱処理して製造する方法が挙げられる。
ＣＡを製造する際のCaO原料としては、例えば、石灰石や貝殻等の炭酸カルシウム、消石灰等の水酸化カルシウム、あるいは、生石灰等の酸化カルシウムが挙げられる。
また、Al2O3原料としては、例えば、ボーキサイトやアルミ残灰と呼ばれる産業副産物のほか、アルミニウム粉等が挙げられる。
ＣＡを得る方法としては、CaO原料とAl2O3原料等をロータリーキルンや電気炉等によって熱処理して製造する方法が挙げられる。
ＣＡを製造する際のCaO原料としては、例えば、石灰石や貝殻等の炭酸カルシウム、消石灰等の水酸化カルシウム、あるいは、生石灰等の酸化カルシウムが挙げられる。
また、Al2O3原料としては、例えば、ボーキサイトやアルミ残灰と呼ばれる産業副産物のほか、アルミニウム粉等が挙げられる。
本発明のＣＡのCaO/Al2O3モル比は、0.75〜2.0が好ましく、1.0〜1.5がより好ましい。CaO/Al2O3モル比が0.75未満では充分な強度発現性が得られない場合があり、CaO/Al2O3モル比が2.0を超えると優れた流動性や充分な可使時間が得られない場合がある。
ＣＡの粒度は特に限定されるものではないが、通常、ブレーン比表面積値(以下、ブレーン値という)で3,000〜9,000cm2/gが好ましく、4,000〜8,000cm2/gがより好ましい。3,000cm2/g未満では強度発現性が充分でない場合があり、9,000cm2/gを超えると流動性の保持や可使時間の確保が困難になる場合がある。
ＣＡの粒度は特に限定されるものではないが、通常、ブレーン比表面積値(以下、ブレーン値という)で3,000〜9,000cm2/gが好ましく、4,000〜8,000cm2/gがより好ましい。3,000cm2/g未満では強度発現性が充分でない場合があり、9,000cm2/gを超えると流動性の保持や可使時間の確保が困難になる場合がある。
ＣＡを工業的に製造すると、例えば、Li2O、Na2O、K2O、MgO、TiO2、MnO、Fe2O3、SiO2、P2O5、S、及びFなどの不純物が含まれることがある。
これらの不純物の存在は本発明の目的を実質的に阻害しない範囲、通常は、不純物の合計が10％以下の範囲では、特に問題とはならない。
これらの不純物の存在は本発明の目的を実質的に阻害しない範囲、通常は、不純物の合計が10％以下の範囲では、特に問題とはならない。
また、本発明では、4CaO・Al2O3・Fe2O3、6CaO・2Al2O3・Fe2O3、及び6CaO・Al2O3・2Fe2O3などのカルシウムアルミノフェライト、2CaO・Fe2O3やCaO・Fe2O3などのカルシウムフェライト、ゲーレナイト2CaO・Al2O3・SiO2やアノーサイトCaO・Al2O3・2SiO2などのカルシウムアルミノシリケート、メルビナイト3CaO・MgO・2SiO2、アケルマナイト2CaO・MgO・2SiO2、及びモンチセライトCaO・MgO・SiO2などのカルシウムマグネシウムシリケート、トライカルシウムシリケート3CaO・SiO2、ダイカルシウムシリケート2CaO・SiO2、及びランキナイト3CaO・2SiO2、ワラストナイトCaO・SiO2などのカルシウムシリケート、カルシウムチタネートCaO・TiO2、遊離石灰、並びに、リューサイト(Na2O、K2O)・Al2O3・SiO2などをＣＡが含む場合がある。本発明ではこれらの結晶質又は非晶質が混在することも可能である。
本発明で使用するシリカ質微粉末(以下、シリカ粉という)は、強度発現性の改善、耐酸性の向上、及び可使時間の確保等のために使用するもので、高炉水砕スラグ微粉末、フライアッシュ、及びシリカフュームなどの潜在水硬性物質やポゾラン物質を挙げることができ、そのうち、シリカフュームの使用が好ましく、酸性シリカフュームの使用がより好ましい。
酸性シリカフュームとは、シリカフューム１ｇを純水100ccに入れて攪拌した時の上澄み液のｐＨが5.0以下の酸性を示すシリカフュームである。
酸性シリカフュームのなかでは、優れた流動性と充分な可使時間確保の面から酸化ジルコニウムを含有する酸性シリカフュームが好ましい。
酸化ジルコニウムを含有する酸性シリカフュームは、例えば、電気炉でジルコンサンドを電融した際、サイクロンなどで粒子を回収した後、分級して製造される。
酸化ジルコニウムを含有する酸性シリカフュームの粒径は、従来のシリカフュームの粒径の２〜10倍程度、大きくなりやすい。
また、酸化ジルコニウムを含有する酸性シリカフューム中の酸化ジルコニウムの含有率は１〜10％が好ましく、３〜６％がより好ましい。１％未満では優れた流動性が得られない場合があり、10％を超えると硬化遅延を起こし、充分な初期強度発現性が得られない場合がある。
シリカ粉の粉末度は特に限定されるものではないが、通常、高炉水砕スラグ微粉末とフライアッシュは、ブレーン値で3,000〜9,000cm2/gが好ましく、酸性シリカフュームは、ブレーン値で２万〜20万cm2/gが好ましく、酸化ジルコニウムを含有する酸性シリカフュームの粉末度はブレーン値で８万〜17万cm2/gが好ましい。酸性シリカフュームの粉末度が２万cm2/g未満では強度発現性の改善が充分でない場合があり、20万cm2/gを超えると優れた流動性が得られない場合がある。
酸性シリカフュームとは、シリカフューム１ｇを純水100ccに入れて攪拌した時の上澄み液のｐＨが5.0以下の酸性を示すシリカフュームである。
酸性シリカフュームのなかでは、優れた流動性と充分な可使時間確保の面から酸化ジルコニウムを含有する酸性シリカフュームが好ましい。
酸化ジルコニウムを含有する酸性シリカフュームは、例えば、電気炉でジルコンサンドを電融した際、サイクロンなどで粒子を回収した後、分級して製造される。
酸化ジルコニウムを含有する酸性シリカフュームの粒径は、従来のシリカフュームの粒径の２〜10倍程度、大きくなりやすい。
また、酸化ジルコニウムを含有する酸性シリカフューム中の酸化ジルコニウムの含有率は１〜10％が好ましく、３〜６％がより好ましい。１％未満では優れた流動性が得られない場合があり、10％を超えると硬化遅延を起こし、充分な初期強度発現性が得られない場合がある。
シリカ粉の粉末度は特に限定されるものではないが、通常、高炉水砕スラグ微粉末とフライアッシュは、ブレーン値で3,000〜9,000cm2/gが好ましく、酸性シリカフュームは、ブレーン値で２万〜20万cm2/gが好ましく、酸化ジルコニウムを含有する酸性シリカフュームの粉末度はブレーン値で８万〜17万cm2/gが好ましい。酸性シリカフュームの粉末度が２万cm2/g未満では強度発現性の改善が充分でない場合があり、20万cm2/gを超えると優れた流動性が得られない場合がある。
本発明で使用する炭酸リチウムは、ＣＡの硬化を促進し、短時間での強度発現性を実現させるために使用するものである。炭酸リチウム以外のリチウム塩もＣＡの硬化を促進するが、流動化することができず、また、可使時間も確保できない。
本発明で使用する炭酸リチウム以外のアルカリ炭酸塩(以下、炭酸アルカリという)は、有機酸類と併用することで、流動化や可使時間の確保に重要な役割を果たすもので、特に限定されるものではないが、その具体例としては、例えば、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸アンモニウム、重炭酸ナトリウム、重炭酸カリウム、及び重炭酸アンモニウムなどの１価の炭酸塩や重炭酸塩が使用可能である。
有機酸類は、炭酸アルカリとともに、流動化や可使時間の確保に重要な役割を果たすもので特に限定されるものではないが、その具体例としては、例えば、クエン酸、酒石酸、リンゴ酸、グルコン酸、及びコハク酸等のオキシカルボン酸又はそれらのナトリウム、カリウム、カルシウム、マグネシウム、アンモニウム、及びアルミニウム塩等が挙げられ、そのうち、クエン酸が好ましい。
本発明において、有機酸類を用いずに炭酸アルカリのみを用いた場合や、逆に、炭酸アルカリを用いずに有機酸類のみを用いた場合には、流動化や可使時間の確保ができない。これらを併用してはじめて流動化や可使時間の確保が可能となる。
本発明で使用する細骨材は、発熱量や寸法変化の低減、耐酸性や耐久性の確保の面から重要な役割を果たす。
本発明において、細骨材の一部あるいは全部が、密度3.0g/cm3以上の重量骨材であることが好ましい。
重量骨材以外の細骨材としては、例えば、ケイ砂系、石灰石系、高炉水砕スラグ系、及び再生骨材系細骨材等が使用でき、本発明では、耐酸性等の面からケイ砂系細骨材の使用が好ましい。
本発明において、細骨材の一部あるいは全部が、密度3.0g/cm3以上の重量骨材であることが好ましい。
重量骨材以外の細骨材としては、例えば、ケイ砂系、石灰石系、高炉水砕スラグ系、及び再生骨材系細骨材等が使用でき、本発明では、耐酸性等の面からケイ砂系細骨材の使用が好ましい。
重量骨材は、流動性の向上、水和発熱量の低減、及び強度発現性の改良効果を担うもので、密度が3.0g/cm3以上であれば良く特に限定されるものではないが、その具体例としては、例えば、高炉徐冷スラグ系細骨材、電気炉酸化期スラグ系細骨材、フェロニッケルスラグ系細骨材、フェロクロムスラグ系細骨材、及び銅スラグ系細骨材等の人工骨材が、また、橄欖岩(かんらん岩、オリビンサンド)系細骨材やエメリー鉱系細骨材等の天然骨材が挙げられ、本発明では、これらのうちの一種又は二種以上を併用することが可能である。
重量骨材の密度は、3.0g/cm3以上であり、3.2g/cm3以上が好ましい。3.0g/cm3未満では、本発明の効果が得られない場合がある。
本発明では、本発明の効果が顕著に得られることから、球状の重量骨材を選定することが好ましい。
細骨材中の重量骨材の重量骨材の配合割合は、細骨材100部中、10部以上が好ましく、20部以上がより好ましい。10部未満では流動性が得られない場合がある。
重量骨材の密度は、3.0g/cm3以上であり、3.2g/cm3以上が好ましい。3.0g/cm3未満では、本発明の効果が得られない場合がある。
本発明では、本発明の効果が顕著に得られることから、球状の重量骨材を選定することが好ましい。
細骨材中の重量骨材の重量骨材の配合割合は、細骨材100部中、10部以上が好ましく、20部以上がより好ましい。10部未満では流動性が得られない場合がある。
本発明は、ＣＡ、シリカ粉、炭酸リチウム、炭酸アルカリ、有機酸類、及び細骨材の各材料を配合してなり、細骨材が密度3.0g/cm3以上の重量骨材を含有する超速硬で高流動のモルタル組成物である。
各材料の配合割合は、CaO/Al2O3モル比が0.75〜1.5のＣＡ100部に対して、シリカ粉１〜20部、炭酸リチウム0.1〜２部、炭酸アルカリ0.1〜１部、有機酸類0.1〜0.5部、及び細骨材200〜300部が好ましく、該ＣＡ100部、シリカ粉３〜10部、炭酸リチウム0.3〜1.5部、炭酸アルカリ0.2〜0.7部、有機酸類0.1〜0.3部、及び細骨材200〜250部がより好ましい。各材料の配合割合がこの範囲外では、本発明の効果、即ち、流動性に優れ、充分な可使時間を確保しつつ、材齢１時間で20N/mm2以上の圧縮強度を発現し、耐酸性にも優れ、温度依存性が小さく、長期強度や耐久性の面からも信頼性が高く、水和発熱量がより小さく、しかも、重量モルタルとしても利用できる超速硬で高流動のモルタルを得ることができない場合がある。
各材料の配合割合は、CaO/Al2O3モル比が0.75〜1.5のＣＡ100部に対して、シリカ粉１〜20部、炭酸リチウム0.1〜２部、炭酸アルカリ0.1〜１部、有機酸類0.1〜0.5部、及び細骨材200〜300部が好ましく、該ＣＡ100部、シリカ粉３〜10部、炭酸リチウム0.3〜1.5部、炭酸アルカリ0.2〜0.7部、有機酸類0.1〜0.3部、及び細骨材200〜250部がより好ましい。各材料の配合割合がこの範囲外では、本発明の効果、即ち、流動性に優れ、充分な可使時間を確保しつつ、材齢１時間で20N/mm2以上の圧縮強度を発現し、耐酸性にも優れ、温度依存性が小さく、長期強度や耐久性の面からも信頼性が高く、水和発熱量がより小さく、しかも、重量モルタルとしても利用できる超速硬で高流動のモルタルを得ることができない場合がある。
シリカ粉の配合割合が１部未満では、強度発現性の改善、耐酸性の向上、及び可使時間の確保等の効果が得られない場合があり、逆に、20部を超えると、流動性が得られにくく、また、初期強度発現性も充分でなくなる場合がある。
また、炭酸リチウムの配合割合が0.1部未満では、材齢１時間で20N/mm2以上の初期強度を発現することができない場合があり、２部を超えて使用してもさらなる効果の増進が期待できず、むしろ、強度発現性が低下する方向に向く場合がある。
また、炭酸アルカリの配合割合が0.1部未満では、優れた流動性や充分な可使時間が確保できない場合があり、１部を超えると凝結遅延が強くなり、材齢１時間で20N/mm2以上の圧縮強度を発現することができない場合がある。
さらに、有機酸類の配合割合が0.1部未満では、優れた流動性や充分な可使時間が得られない場合があり、0.5部を超えると凝結遅延が強くなり、材齢１時間で20N/mm2以上の圧縮強度を発現することができない場合がある。
そして、細骨材の配合割合が200部未満では、発熱量が大きすぎて、大型構造物の打設に適用できない場合や、収縮が大きくなり、ひび割れが生じやすい場合があり、逆に、300部を超えると流動性が得られない場合がある。
また、炭酸リチウムの配合割合が0.1部未満では、材齢１時間で20N/mm2以上の初期強度を発現することができない場合があり、２部を超えて使用してもさらなる効果の増進が期待できず、むしろ、強度発現性が低下する方向に向く場合がある。
また、炭酸アルカリの配合割合が0.1部未満では、優れた流動性や充分な可使時間が確保できない場合があり、１部を超えると凝結遅延が強くなり、材齢１時間で20N/mm2以上の圧縮強度を発現することができない場合がある。
さらに、有機酸類の配合割合が0.1部未満では、優れた流動性や充分な可使時間が得られない場合があり、0.5部を超えると凝結遅延が強くなり、材齢１時間で20N/mm2以上の圧縮強度を発現することができない場合がある。
そして、細骨材の配合割合が200部未満では、発熱量が大きすぎて、大型構造物の打設に適用できない場合や、収縮が大きくなり、ひび割れが生じやすい場合があり、逆に、300部を超えると流動性が得られない場合がある。
水の使用量は、使用する目的・用途や各材料の配合割合によって変化するため特に限定されるものではないが、通常、水と、ＣＡとシリカ粉からなる結合材との割合である水結合材比で30〜40％の範囲が好ましく、33〜37％がより好ましい。水結合材比が30％未満では流動性を得ることが難しく、その結果として細骨材を200部以上配合することができずに、発熱量が極めて大きくなる場合がある。逆に40％を超えると強度発現性を確保することが困難なばかりか、長期的に強度低下を起す場合がある。
本発明では、さらに、ガス発泡物質を併用することが可能である。
ガス発泡物質は、本発明の超速硬で高流動のモルタルをグラウト材料として利用する場合、構造物を一体化させるために、まだ固まらない状態の超速硬で高流動のモルタルが沈下や収縮するのを抑止する働きを担う。
ガス発泡物質の具体例としては、例えば、アルミニウム粉末や炭素物質のほか、過ホウ酸塩、過炭酸塩、過硫酸塩、及び過マンガン酸塩等の過酸化物質等が挙げられ、本発明では、炭素物質、過ホウ酸塩、過炭酸塩、及び過マンガン酸塩を用いることが、沈下抑制効果が大きいことから好ましい。
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、炭素質物質ならば、結合材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、15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、ガス発泡物質がアルミニウム粉ならば、結合材100部に対して、0.0001〜0.1部が好ましく、0.001〜0.01部がより好ましい。0.0001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、0.1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。
さらに、ガス発泡物質が過酸化物質ならば、結合材100部に対して、0.001〜１部が好ましく、0.01〜0.1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、１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。
ガス発泡物質は、本発明の超速硬で高流動のモルタルをグラウト材料として利用する場合、構造物を一体化させるために、まだ固まらない状態の超速硬で高流動のモルタルが沈下や収縮するのを抑止する働きを担う。
ガス発泡物質の具体例としては、例えば、アルミニウム粉末や炭素物質のほか、過ホウ酸塩、過炭酸塩、過硫酸塩、及び過マンガン酸塩等の過酸化物質等が挙げられ、本発明では、炭素物質、過ホウ酸塩、過炭酸塩、及び過マンガン酸塩を用いることが、沈下抑制効果が大きいことから好ましい。
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、炭素質物質ならば、結合材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、15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、ガス発泡物質がアルミニウム粉ならば、結合材100部に対して、0.0001〜0.1部が好ましく、0.001〜0.01部がより好ましい。0.0001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、0.1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。
さらに、ガス発泡物質が過酸化物質ならば、結合材100部に対して、0.001〜１部が好ましく、0.01〜0.1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、１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。
本発明では、ひび割れ抵抗性を向上の面から繊維物質を併用することが可能である。
繊維物質は特に限定されるものではないが、その具体例としては、例えば、スチールファイバー、ビニロンファイバー、炭素繊維、及びワラストナイト繊維等が挙げられる。
繊維物質の配合割合は、結合材100部に対して、0.1〜３部が好ましく、0.5部〜２部がより好ましい。0.1部未満ではひび割れ低減効果が充分でない場合があり、３部を超えて使用してもさらなる効果の増進が期待できないばかりか、流動性が悪くなる場合がある。
繊維物質は特に限定されるものではないが、その具体例としては、例えば、スチールファイバー、ビニロンファイバー、炭素繊維、及びワラストナイト繊維等が挙げられる。
繊維物質の配合割合は、結合材100部に対して、0.1〜３部が好ましく、0.5部〜２部がより好ましい。0.1部未満ではひび割れ低減効果が充分でない場合があり、３部を超えて使用してもさらなる効果の増進が期待できないばかりか、流動性が悪くなる場合がある。
本発明では、前記材料の他、石灰石微粉末、高炉徐冷スラグ微粉末、下水汚泥焼却灰やその溶融スラグ、都市ゴミ焼却灰やその溶融スラグ、及びパルプスラッジ焼却灰等の混和材料、減水剤、ＡＥ減水剤、高性能減水剤、高性能ＡＥ減水剤、消泡剤、増粘剤、防錆剤、防凍剤、収縮低減剤、ポリマー、凝結調整剤、ベントナイトなどの粘土鉱物、並びに、ハイドロタルサイトなどのアニオン交換体等のうちの一種又は二種以上を、本発明の目的を実質的に阻害しない範囲で使用することが可能である。
本発明において、各材料の混合方法は特に限定されるものではなく、それぞれの材料を施工時に混合しても良いし、あらかじめ一部を、あるいは全部を混合しておいても差し支えない。
混合装置としては、既存のいかなる装置も使用可能であり、例えば、傾胴ミキサ、オムニミキサ、ヘンシェルミキサ、Ｖ型ミキサ、及びナウタミキサなどの使用が可能である。
本発明は、流動性に優れ、材齢１時間で20N/mm2以上の圧縮強度を発現し、しかも、長期強度や耐久性の面からも信頼性の高い超速硬で高流動のモルタルであって、水和発熱量や収縮の小さいなどの効果を奏する。
実験例１
表１に示すＣＡ100部、シリカ粉Ａ５部、炭酸リチウム１部、炭酸アルカリ(1)0.3部、有機酸類α0.2部、細骨材150部、及び重量骨材ａ50部を配合し、ＣＡとシリカ粉からなる結合材の合計100部に対して、練り水35部を使用してモルタルを調製し、モルタルの流動性、可使時間、及び圧縮強度を測定した。また、強度比を確認した。結果を表１に併記する。
表１に示すＣＡ100部、シリカ粉Ａ５部、炭酸リチウム１部、炭酸アルカリ(1)0.3部、有機酸類α0.2部、細骨材150部、及び重量骨材ａ50部を配合し、ＣＡとシリカ粉からなる結合材の合計100部に対して、練り水35部を使用してモルタルを調製し、モルタルの流動性、可使時間、及び圧縮強度を測定した。また、強度比を確認した。結果を表１に併記する。
＜使用材料＞
ＣＡイ ：CaO/Al2O3モル比0.75、強熱減量1.0％、結晶質、主成分CaO・Al2O3とCaO・2Al2O3、ブレーン値5,000cm2/g
ＣＡロ ：CaO/Al2O3モル比1.0、強熱減量1.0％、結晶質、主成分CaO・Al2O3、ブレーン値5,000cm2/g
ＣＡハ ：CaO/Al2O3モル比1.0、強熱減量1.0％、非晶質、主成分CaO・Al2O3とCaO・2Al2O3、試薬１級のシリカを７％添加して、1,650℃で溶融後、急冷して合成。ブレーン値5,000cm2/g
ＣＡニ ：CaO/Al2O3モル比1.5、強熱減量1.0％、非晶質、主成分CaO・Al2O3と12CaO・7Al2O3、試薬１級のシリカを３％添加して、1,650℃で溶融後、急冷して合成。ブレーン値5,000cm2/g
ＣＡホ ：CaO/Al2O3モル比2.0、強熱減量1.0％、非晶質、主成分CaO・Al2O3と12CaO・7Al2O3、試薬１級のシリカを１％添加して、1,650℃で溶融後、急冷して合成。ブレーン値5,000cm2/g
ＣＡヘ ：CaO/Al2O3モル比1.0、強熱減量1.5％、結晶質、主成分CaO・Al2O3、ブレーン値5,000cm2/g
ＣＡト ：CaO/Al2O3モル比1.0、強熱減量2.0％、結晶質、主成分CaO・Al2O3、ブレーン値5,000cm2/g
シリカ粉Ａ：酸性シリカフューム、ブレーン値15万cm2/g、ｐＨ４、酸化ジルコニウム含有率3.3％
炭酸リチウム：試薬一級
炭酸アルカリ(1)：炭酸カリウム、試薬一級
有機酸類α：クエン酸、試薬１級
細骨材 ：６号ケイ砂と７号ケイ砂の等量混合物
重量骨材ａ：電気炉酸化期スラグ系、密度3.6g/cm3
水 ：水道水
ＣＡイ ：CaO/Al2O3モル比0.75、強熱減量1.0％、結晶質、主成分CaO・Al2O3とCaO・2Al2O3、ブレーン値5,000cm2/g
ＣＡロ ：CaO/Al2O3モル比1.0、強熱減量1.0％、結晶質、主成分CaO・Al2O3、ブレーン値5,000cm2/g
ＣＡハ ：CaO/Al2O3モル比1.0、強熱減量1.0％、非晶質、主成分CaO・Al2O3とCaO・2Al2O3、試薬１級のシリカを７％添加して、1,650℃で溶融後、急冷して合成。ブレーン値5,000cm2/g
ＣＡニ ：CaO/Al2O3モル比1.5、強熱減量1.0％、非晶質、主成分CaO・Al2O3と12CaO・7Al2O3、試薬１級のシリカを３％添加して、1,650℃で溶融後、急冷して合成。ブレーン値5,000cm2/g
ＣＡホ ：CaO/Al2O3モル比2.0、強熱減量1.0％、非晶質、主成分CaO・Al2O3と12CaO・7Al2O3、試薬１級のシリカを１％添加して、1,650℃で溶融後、急冷して合成。ブレーン値5,000cm2/g
ＣＡヘ ：CaO/Al2O3モル比1.0、強熱減量1.5％、結晶質、主成分CaO・Al2O3、ブレーン値5,000cm2/g
ＣＡト ：CaO/Al2O3モル比1.0、強熱減量2.0％、結晶質、主成分CaO・Al2O3、ブレーン値5,000cm2/g
シリカ粉Ａ：酸性シリカフューム、ブレーン値15万cm2/g、ｐＨ４、酸化ジルコニウム含有率3.3％
炭酸リチウム：試薬一級
炭酸アルカリ(1)：炭酸カリウム、試薬一級
有機酸類α：クエン酸、試薬１級
細骨材 ：６号ケイ砂と７号ケイ砂の等量混合物
重量骨材ａ：電気炉酸化期スラグ系、密度3.6g/cm3
水 ：水道水
＜測定方法＞
流動性 ：JSCEに準じて、J14ロート流下値
可使時間 ：J14ロート流下値が12秒を超え、充分な流し込みできなくなった時点
圧縮強度 ：モルタルを型枠に詰めて4cm×4cm×16cmの供試体を作成し、材齢28日の圧縮強度をJIS R 5201に準じて測定
強度比 ：促進加温法にて強度の低下現象を確認、材齢28日まで20℃の水中養生を行った供試体を、40℃の温水中に28日間入れて養生。促進加温を行う前の圧縮強度に対する促進加温後の強度の比の相対値
流動性 ：JSCEに準じて、J14ロート流下値
可使時間 ：J14ロート流下値が12秒を超え、充分な流し込みできなくなった時点
圧縮強度 ：モルタルを型枠に詰めて4cm×4cm×16cmの供試体を作成し、材齢28日の圧縮強度をJIS R 5201に準じて測定
強度比 ：促進加温法にて強度の低下現象を確認、材齢28日まで20℃の水中養生を行った供試体を、40℃の温水中に28日間入れて養生。促進加温を行う前の圧縮強度に対する促進加温後の強度の比の相対値
実験例２
ＣＡヘ100部に対して、表２に示すシリカ粉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２に併記する。
ＣＡヘ100部に対して、表２に示すシリカ粉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２に併記する。
＜使用材料＞
シリカ粉Ｂ：高炉水砕スラグ、ブレーン値4,000cm2/g
シリカ粉Ｃ：フライアッシュ、ブレーン値4,000cm2/g
シリカ粉Ｄ：シリカ粉Ａ30部とシリカ粉Ｂ70部の混合物
シリカ粉Ｅ：シリカフューム、ブレーン値20万cm2/g
シリカ粉Ｂ：高炉水砕スラグ、ブレーン値4,000cm2/g
シリカ粉Ｃ：フライアッシュ、ブレーン値4,000cm2/g
シリカ粉Ｄ：シリカ粉Ａ30部とシリカ粉Ｂ70部の混合物
シリカ粉Ｅ：シリカフューム、ブレーン値20万cm2/g
実験例３
ＣＡヘ100部に対して、表３に示す炭酸リチウム、炭酸アルカリ、及び有機酸類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３に併記する。
ＣＡヘ100部に対して、表３に示す炭酸リチウム、炭酸アルカリ、及び有機酸類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３に併記する。
＜使用材料＞
アルカリ炭酸塩(2)：炭酸ナトリウム、試薬１級
アルカリ炭酸塩(3)：炭酸水素ナトリウム、試薬１級
有機酸類β：酒石酸、試薬１級
有機酸類γ：グルコン酸ナトリウム、試薬１級
アルカリ炭酸塩(2)：炭酸ナトリウム、試薬１級
アルカリ炭酸塩(3)：炭酸水素ナトリウム、試薬１級
有機酸類β：酒石酸、試薬１級
有機酸類γ：グルコン酸ナトリウム、試薬１級
実験例４
ＣＡへを使用し、ＣＡへとシリカ粉Ａからなる結合材100部に対して、表４に示す細骨材と水結合材比を採用し、モルタルの流動性、可使時間、圧縮強度、及び温度上昇を測定し、強度比を確認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。
ＣＡへを使用し、ＣＡへとシリカ粉Ａからなる結合材100部に対して、表４に示す細骨材と水結合材比を採用し、モルタルの流動性、可使時間、圧縮強度、及び温度上昇を測定し、強度比を確認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。
＜使用材料＞
重量骨材ｂ：高炉徐冷スラグ系、比重3.00
重量骨材ｃ：フェロクロムスラグ系、比重3.20
重量骨材ｄ：フェロニッケルスラグ系、比重3.20
重量骨材ｅ：天然橄欖岩（かんらん岩）系、比重3.20
重量骨材ｂ：高炉徐冷スラグ系、比重3.00
重量骨材ｃ：フェロクロムスラグ系、比重3.20
重量骨材ｄ：フェロニッケルスラグ系、比重3.20
重量骨材ｅ：天然橄欖岩（かんらん岩）系、比重3.20
＜測定方法＞
温度上昇 ：モルタル200ccをポリスチレンカップに入れて、上面のみを開放状態として断熱体で覆い、熱電対を配設して最高到達温度を測定
温度上昇 ：モルタル200ccをポリスチレンカップに入れて、上面のみを開放状態として断熱体で覆い、熱電対を配設して最高到達温度を測定
実験例５
ＣＡヘを使用し、ＣＡヘ100部に対して、表５に示すガス発泡物質を使用したこと以外は実施例１と同様に行い、流動性、可使時間、圧縮強度、及び初期膨張率を測定し、強度比やひび割れ状況を確認した。結果を表５に併記する。
ＣＡヘを使用し、ＣＡヘ100部に対して、表５に示すガス発泡物質を使用したこと以外は実施例１と同様に行い、流動性、可使時間、圧縮強度、及び初期膨張率を測定し、強度比やひび割れ状況を確認した。結果を表５に併記する。
＜使用材料＞
ガス発泡物質I ：コークス、市販品
ガス発泡物質II ：アルミニウム粉、市販品
ガス発泡物質III：過ホウ酸ナトリウム、試薬１級
ガス発泡物質I ：コークス、市販品
ガス発泡物質II ：アルミニウム粉、市販品
ガス発泡物質III：過ホウ酸ナトリウム、試薬１級
＜測定方法＞
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。
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。
実験例６
ＣＡへを使用し、ＣＡヘ100部に対して、表６に示す繊維物質を使用し、流動性、可使時間、及び圧縮強度を測定し、強度比やひび割れ状況を確認した。結果を表６に併記する。
ＣＡへを使用し、ＣＡヘ100部に対して、表６に示す繊維物質を使用し、流動性、可使時間、及び圧縮強度を測定し、強度比やひび割れ状況を確認した。結果を表６に併記する。
＜使用材料＞
繊維物質i ：ビニロンファイバー、市販品
繊維物質ii ：スチールファイバー、市販品
繊維物質iii：ワラストナイトファイバー、市販品
繊維物質i ：ビニロンファイバー、市販品
繊維物質ii ：スチールファイバー、市販品
繊維物質iii：ワラストナイトファイバー、市販品
＜測定方法＞
ひび割れ抵抗性：モルタルを50cm×50cmのコンクリート板上に厚さ1cmで塗りつけ、相対湿度60％、温度20℃の環境で乾燥した。塗りつけたモルタルに発生したひび割れ情況を観察した。優はひび割れ全くなし、良はひび割れが２本以下、可はひび割れが３〜５本、不可はひび割れが５本を超えて多数発生。
ひび割れ抵抗性：モルタルを50cm×50cmのコンクリート板上に厚さ1cmで塗りつけ、相対湿度60％、温度20℃の環境で乾燥した。塗りつけたモルタルに発生したひび割れ情況を観察した。優はひび割れ全くなし、良はひび割れが２本以下、可はひび割れが３〜５本、不可はひび割れが５本を超えて多数発生。
実験例７
ＣＡヘを使用し、ＣＡヘ100部に対して、炭酸リチウム１部、アルカリ炭酸塩(1)0.3部、有機酸類α0.2部、細骨材150部、及び重量骨材ａ50部を配合し、結合材100部に対して、35部の練り水を使用し、表７に示す環境温度でモルタルを調製し、そのモルタルの流動性、可使時間、及び圧縮強度を測定した。結果を表７に併記する。
ＣＡヘを使用し、ＣＡヘ100部に対して、炭酸リチウム１部、アルカリ炭酸塩(1)0.3部、有機酸類α0.2部、細骨材150部、及び重量骨材ａ50部を配合し、結合材100部に対して、35部の練り水を使用し、表７に示す環境温度でモルタルを調製し、そのモルタルの流動性、可使時間、及び圧縮強度を測定した。結果を表７に併記する。
＜使用材料＞
市販モルタル：超速硬で高流動のモルタル、主成分、ポルトランドセメント、非晶質カルシウムアルミネート、無水セッコウ
市販モルタル：超速硬で高流動のモルタル、主成分、ポルトランドセメント、非晶質カルシウムアルミネート、無水セッコウ
本発明の超速硬で高流動のモルタルは、優れた流動性と充分な可使時間を確保でき、短時間での強度発現性に優れて温度依存性も小さく、しかも、長期強度や耐久性の面からも信頼性の高い超速硬で高流動のモルタルであって、かつ、水和発熱量や収縮量の小さい超速硬で高流動のモルタルであるため、土木や建築用途に広範に利用でき、間隙充填、セルフレベリング床材、及びライニング材などに適する。
Claims (10)
- CaO/Al 2 O 3 モル比が0.75〜2.0のカルシウムアルミネート、シリカ質微粉末、炭酸リチウム、炭酸リチウム以外のアルカリ炭酸塩、クエン酸、酒石酸、リンゴ酸、グルコン酸、及びコハク酸のオキシカルボン酸又はそれらのナトリウム、カリウム、カルシウム、マグネシウム、アンモニウム、及びアルミニウム塩のいずれかである有機酸類、及び細骨材を配合してなり、カルシウムアルミネート100質量部に対して、シリカ質微粉末が１〜20質量部、炭酸リチウムが0.1〜２質量部、炭酸リチウム以外のアルカリ炭酸塩が0.1〜１質量部、有機酸類が0.1〜0.5質量部、及び細骨材が200〜300質量部であり、細骨材が、高炉徐冷スラグ系細骨材、電気炉酸化期スラグ系細骨材、フェロニッケルスラグ系細骨材、フェロクロムスラグ系細骨材、及び銅スラグ系細骨材等の人工骨材や橄欖岩系やエメリー鉱系の天然骨材から選ばれる一種又は二種以上の密度3.0g/cm3以上の重量骨材を細骨材100質量部中、10質量部以上含有することを特徴とするモルタル組成物。
- シリカ質微粉末がシリカフュームを含有することを特徴とする請求項１に記載のモルタル組成物。
- シリカ質微粉末が酸性シリカフュームを含有することを特徴とする請求項１に記載のモルタル組成物。
- 酸性シリカフユームが酸化ジルコニウムを含有することを特徴とする請求項３に記載のモルタル組成物。
- さらに、ガス発泡物質を含有することを特徴とする請求項１〜請求項４のうちの一項に記載のモルタル組成物。
- さらに、繊維物質を含有することを特徴とする請求項１〜請求項５のうちの一項に記載のモルタル組成物。
- 請求項１〜請求項６のうちの一項に記載のモルタル組成物と水とを混合してなるモルタル。
- 水と、カルシウムアルミネートとシリカ質微粉末からなる結合材との割合である水結合材比が30〜40％であることを特徴とする請求項７に記載のモルタル。
- J14ロート流下値が10±３秒であることを特徴とする請求項７又は請求項８に記載のモルタル。
- 請求項７〜請求項９のうちの一項に記載のモルタルを硬化してなるモルタル硬化体。
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| KR20190076602A (ko) * | 2017-12-22 | 2019-07-02 | 주식회사 포스코 | 페로니켈슬래그와 고로수재슬래그를 포함하는 복합슬래그 잔골재 |
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