JP4615669B2 - 重量グラウトモルタル用混和材及び結合材、並びに重量グラウトモルタル - Google Patents
重量グラウトモルタル用混和材及び結合材、並びに重量グラウトモルタル Download PDFInfo
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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遮蔽用の重量グラウトモルタル用混和材及び結合材、並びに重量グラウトモルタルに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、セメントに減水剤を添加した結合材に重量骨材を配合した重量モルタルは、放射線遮蔽物、遮音壁、機械基礎等の用途に適用されている。これら重量モルタルは、セメントを主成分とする結合材100部に対して、300部以下の重量骨材を配合しているのが現状であり、硬化モルタルの乾燥単位容積質量は、2.15〜2.23t/m3程度であった。
なお、本発明で用いる％、部は、質量単位を表す。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、例えば、放射線遮蔽能を向上させるには、硬化モルタルの乾燥単位容積質量を高くする必要があるが、乾燥単位容積質量3.30t/m3以上を得ようとすると、フレッシュモルタル（未だ固まらないモルタル）の材料分離、ブリーディングの発生や流動性の低下が著しく、重量グラウトモルタルとして使用できないという課題があった。
【０００４】
【課題の解決手段】
本発明は、上記の課題を解決するため鋭意検討した結果、特定の炭素含有量のポゾラン系微粉末を含有した重量グラウトモルタル混和材や結合材を配合した重量グラウトモルタルを使用することにより、前記課題が解消されるという知見を得て、本発明を完成するに至った。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
即ち、本発明は、（１）セメントと、炭素含有量0.6〜2.0％のポゾラン系微粉末のシリカフューム又は該シリカフュームに膨張材及び／又は減水剤とを含有する重量グラウトモルタル用混和材からなる結合材100部中、炭素含有量0.6〜2.0％のポゾラン系微粉末のシリカフューム2〜10部、該結合材100部に対して、最大粒径5mmで比重3.0以上の重量骨材を500〜1000部を配合してなる、フレッシュモルタルの流動性に優れ、材料分離やブリーディングが無い重量グラウトモルタル、（２）硬化モルタルの乾燥単位容積質量が3.30t/m3以上、材齢28日の圧縮強度が40N/mm2以上であることを特徴とする（１）の重量グラウトモルタル、（３）フレッシュモルタルのミニスランプフローが260〜320mmである（１）の重量グラウトモルタルである。
【０００６】
以下、本発明をさらに詳細に説明する。
【０００７】
本発明の重量グラウトモルタル用混和材とは、炭素含有量0.6〜2.0％のポゾラン系微粉末を含有するものであり、さらに、膨張材及び／又は減水剤を含有したものが好ましい。本発明の結合材とは、セメントと、該重量グラウトモルタル用混和材からなるものである。また、本発明の重量グラウトモルタルとは、該結合材に重量骨材を配合したものである。
【０００８】
本発明に係わる炭素含有量が0.6〜2.0％のポゾラン系微粉末とは、特に限定されるものではないが、例えば、高炉水砕スラグ、フライアッシュ及びシリカフューム等の微粉末、籾殻等の焼成灰、アエロジル等の非晶質の微粉末、アルミノケイ酸塩を主成分とする粘土鉱物を焼成した微粉末等が挙げられる。中でもシリカフュームがフレッシュモルタルの良好な流動性、ブリーディングの防止や強度発現の点で好ましい。
【０００９】
ポゾラン系微粉末の炭素含有量は、0.6〜2.0％が好ましく、0.8〜1.8％がより好ましい。0.6％未満ではフレッシュモルタルにブリーディングが発生し易く、良好な流動性が得られなく、2.0％を超えてもさらなる効果の向上は望めない。
【００１０】
ポゾラン系微粉末の使用量は、結合材100部中、2〜10部であり、2部未満では、フレッシュモルタルにブリーディングが発生し易く、10部を超えて使用すると良好な流動性が得られ難くなる。
【００１１】
本発明に係わる膨張材とは、特に限定されるものではないが、カルシウムサルホアルミネート系や生石灰系のものが挙げられる。
【００１２】
膨張材の使用量は、結合材100部に対して、5〜15部が好ましい。5部未満では硬化モルタルの膨張量が小さく、15部以上では膨張量が大きくなり過ぎ、寸法安定性が低い。
【００１３】
本発明に係わる減水剤とは、特に限定されるものではなく、一般に減水剤、ＡＥ減水剤、高性能減水剤、高性能ＡＥ減水剤、流動化剤等の流動化効果を有するものであり、例えば、メラミンスルホン酸ホルムアルビデヒド縮合物の塩、ナフタレンスルホン酸ホルムアルデヒド縮合物の塩、高分子量リグニンスルホン酸塩、及びポリカルボン酸塩を主成分とするもの等が挙げられる。
【００１４】
減水剤の使用量は、結合材100部に対して、1.0〜6.0部が好ましい。1.0部未満では減水効果が低く、流動性が悪くなり、6.0部を超えて使用すると材料分離を起こし、初期強度発現が低くなる場合がある。
【００１５】
本発明に係わるセメントとは、特に限定されるものではないが、普通、早強、及び超早強等の各種ポルトランドセメントや、これらポルトランドセメントにフライアッシュ、高炉スラグ、又は、シリカを混合した各種混合セメントや中庸熱ポルトランドセメント、並びにマスコンクリート用低発熱セメント等である。
【００１６】
本発明では、混練り直後のモルタルの初期膨張を得るため、水と混練りした際にガスを発生する発泡剤を併用することが好ましい。発泡剤としては、特に限定されるものではなく、例えば、金属粉末や過酸化物が挙げられる。中でもアルミニウム粉末が好ましいが、アルミニウム粉末の表面は酸化されやすく、酸化皮膜で覆われると反応が低下するため、植物油、鉱物油、あるいはステアリン酸等で表面処理したものがある。
【００１７】
発泡剤の使用量は、結合材100部に対して、0.001〜0.004部が好ましい。0.001部未満では硬化モルタルの膨張量が少なすぎ、0.004部を超えると膨張量が大きすぎ、強度発現が低下する場合がある。
【００１８】
本発明に係わる重量骨材とは、特に限定されるものではないが、比重が3.0以上のもが好ましく、例えば、鉄粒、砂鉄、磁鉄鉱、赤鉄鉱、褐鉄鉱、バライト、転炉風砕スラグ及び鋼繊維等が挙げられる。比重が3.0未満では、硬化モルタルの乾燥単位容積質量3.30t/m3以上を満足できない場合がある。
【００１９】
重量骨材の粒径は、特に限定されるものではないが、最大粒径5mm以下のものが好ましい。この範囲を外れる重量骨材を使用すると、フレッシュモルタルに材料分離やブリーディングの発生が起きたり、良好な流動性が得られない場合がある。また、フレッシュモルタルの流動性を向上させる面から、重量骨材の形状は球形に近いものがよい。
【００２０】
重量骨材の使用量は、結合材100部に対して、500〜1000部が好ましい。500部未満では硬化モルタルの乾燥単位容積質量3.30t/m3以上を満足できない場合があり、1000部を超えるとフレッシュモルタルに材料分離やブリーディングが大きくなる場合がある。
【００２１】
重量グラウトモルタルに使用する水の量は、結合材100部に対して、30〜60部が好ましい。30部未満では流動性が低下し、60部を超えるとフレッシュモルタルに材料分離やブリーディングの発生、強度発現の低下が起きる場合がある。
【００２２】
本発明の重量グラウトモルタルのフレッシュ性状は、ミニスランプフローで260〜320mmであることが好ましい。260mm未満ではフレッシュモルタルの流動性が悪く施工性が悪くなる場合があり、320mmを超えるとフレッシュモルタルに材料分離やブリーディングが発生する場合がある。
【００２３】
本発明の重量グラウトモルタルの混練り方法は、特に限定されるものではなく、通常、パン型あるいは二軸型の強制ミキサを使用して混練りされる。
【００２４】
本発明の重量グラウトモルタルで作製した硬化モルタルの材齢28日の圧縮強度は、40N/mm2以上である。40N/mm2未満であるとさらに養生期間が必要となったり、設計基準に達しない場合が出てくる。
【００２５】
【実施例】
以下、本発明を実施例に基づいて、本発明をさらに説明する。
【００２６】
実施例１
表１に示す様々な炭素含有量のポゾラン系微粉末であるシリカフューム及び膨張材と、セメントと、重量骨材をパン型強制練りミキサに投入した後、攪拌しながら水と減水剤を投入し、90秒間攪拌して重量グラウトモルタルを作製した。作製したモルタルの流動性、ブリーディング率の測定、材料分離の有無の判定を行った。その結果を表１に示す。
【００２７】
＜使用材料＞
セメント：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
ポゾラン系微粉末：シリカフューム、炭素含有量が0.5、0.6、0.8、1.5、1.8、2.1％の６種類、市販品。炭素含有量は、JIS A 6201に準じ電量滴定法（堀場製作所 クーロマチックC VK-1D）で測定。
金属粉末：アルミニウム粉末、市販品
減水剤：ポリカルボン酸塩系高性能減水剤、市販品（液体）
重量骨材：チリ産磁鉄鉱粉、比重4.77、5mmフルイ下品
水：飲料水
【００２８】
＜モルタル配合＞
結合材：セメント、膨張材及びシリカフュームの合計100部中、セメント85部、膨張材10部、シリカフューム5部とし、さらにアルミニウム粉末0.002部、減水剤3部を配合。
重量骨材：結合材100部に対して700部を配合。
【００２９】
＜混練り機＞
モルタルミキサ：パン型強制練りミキサ、太平洋金属社製、型式TM-55
【００３０】
＜試験方法＞
流動性：JIS A 1173に準じてミニスランプフロー値を測定。
ブリーディング率：JIS A 1123に準じて測定。
材料分離：目視判定。
【００３１】
【表１】
【００３２】
表１から明らかなように、本発明のシリカフュームの炭素含有量0.6〜2.0％の範囲では、フレッシュモルタルは良好な流動性を有し、ブリーディング、材料分離の発生が無いが、シリカフュームの炭素含有量が0.6％未満では、フレッシュモルタルの流動性は低下し、ブリーディング、材料分離が発生し、シリカフュームの炭素含有量が2.0％を超えてもさらなる効果の向上は望めないことがわかる。
【００３３】
実施例２
表２に示すように、結合材と重量骨材の配合を変え、硬化モルタルの圧縮強度、長さ変化率及び乾燥単位容積質量を測定したこと以外は、実施例１と同様に行った。
【００３４】
＜試験方法＞
圧縮強度：JIS A 1108に準じて、φ5×10cmの円柱供試体を作製し、1日後に脱型、20℃水中養生を行い材齢28日で測定した。
長さ変化率：JIS A 6202(B)に準じて、材齢７日の長さ変化率を測定した。
乾燥単位容積質量：JASS 5N T-601に準じて測定。
【００３５】
＜使用材料＞
ポゾラン系微粉末：シリカフューム、炭素含有量1.5%、市販品
【００３６】
【表２】
【００３７】
【表３】
【００３８】
表２、表３から明らかなように、本発明の重量グラウトモルタルは、硬化モルタルの乾燥単位容積質量が3.30t/m3以上においても、フレッシュモルタルに材料分離やブリーディングが無く、ミニスランプフローが260〜320mmと良好な流動性を示し、且つ、硬化モルタルの長さ変化率は膨張を示し、材齢28日の圧縮強度が40 N/mm2以上であることがわかる。
【００３９】
【発明の効果】
本発明の重量グラウトモルタル用混和材、結合材を使用すると、フレッシュモルタルの流動性に優れ、材料分離やブリーディングが無く、硬化モルタルの乾燥単位容積質量が大きく、寸法安定性が高く、強度発現が良好である重量グラウトモルタルが得られる。
【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遮蔽用の重量グラウトモルタル用混和材及び結合材、並びに重量グラウトモルタルに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、セメントに減水剤を添加した結合材に重量骨材を配合した重量モルタルは、放射線遮蔽物、遮音壁、機械基礎等の用途に適用されている。これら重量モルタルは、セメントを主成分とする結合材100部に対して、300部以下の重量骨材を配合しているのが現状であり、硬化モルタルの乾燥単位容積質量は、2.15〜2.23t/m3程度であった。
なお、本発明で用いる％、部は、質量単位を表す。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、例えば、放射線遮蔽能を向上させるには、硬化モルタルの乾燥単位容積質量を高くする必要があるが、乾燥単位容積質量3.30t/m3以上を得ようとすると、フレッシュモルタル（未だ固まらないモルタル）の材料分離、ブリーディングの発生や流動性の低下が著しく、重量グラウトモルタルとして使用できないという課題があった。
【０００４】
【課題の解決手段】
本発明は、上記の課題を解決するため鋭意検討した結果、特定の炭素含有量のポゾラン系微粉末を含有した重量グラウトモルタル混和材や結合材を配合した重量グラウトモルタルを使用することにより、前記課題が解消されるという知見を得て、本発明を完成するに至った。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
即ち、本発明は、（１）セメントと、炭素含有量0.6〜2.0％のポゾラン系微粉末のシリカフューム又は該シリカフュームに膨張材及び／又は減水剤とを含有する重量グラウトモルタル用混和材からなる結合材100部中、炭素含有量0.6〜2.0％のポゾラン系微粉末のシリカフューム2〜10部、該結合材100部に対して、最大粒径5mmで比重3.0以上の重量骨材を500〜1000部を配合してなる、フレッシュモルタルの流動性に優れ、材料分離やブリーディングが無い重量グラウトモルタル、（２）硬化モルタルの乾燥単位容積質量が3.30t/m3以上、材齢28日の圧縮強度が40N/mm2以上であることを特徴とする（１）の重量グラウトモルタル、（３）フレッシュモルタルのミニスランプフローが260〜320mmである（１）の重量グラウトモルタルである。
【０００６】
以下、本発明をさらに詳細に説明する。
【０００７】
本発明の重量グラウトモルタル用混和材とは、炭素含有量0.6〜2.0％のポゾラン系微粉末を含有するものであり、さらに、膨張材及び／又は減水剤を含有したものが好ましい。本発明の結合材とは、セメントと、該重量グラウトモルタル用混和材からなるものである。また、本発明の重量グラウトモルタルとは、該結合材に重量骨材を配合したものである。
【０００８】
本発明に係わる炭素含有量が0.6〜2.0％のポゾラン系微粉末とは、特に限定されるものではないが、例えば、高炉水砕スラグ、フライアッシュ及びシリカフューム等の微粉末、籾殻等の焼成灰、アエロジル等の非晶質の微粉末、アルミノケイ酸塩を主成分とする粘土鉱物を焼成した微粉末等が挙げられる。中でもシリカフュームがフレッシュモルタルの良好な流動性、ブリーディングの防止や強度発現の点で好ましい。
【０００９】
ポゾラン系微粉末の炭素含有量は、0.6〜2.0％が好ましく、0.8〜1.8％がより好ましい。0.6％未満ではフレッシュモルタルにブリーディングが発生し易く、良好な流動性が得られなく、2.0％を超えてもさらなる効果の向上は望めない。
【００１０】
ポゾラン系微粉末の使用量は、結合材100部中、2〜10部であり、2部未満では、フレッシュモルタルにブリーディングが発生し易く、10部を超えて使用すると良好な流動性が得られ難くなる。
【００１１】
本発明に係わる膨張材とは、特に限定されるものではないが、カルシウムサルホアルミネート系や生石灰系のものが挙げられる。
【００１２】
膨張材の使用量は、結合材100部に対して、5〜15部が好ましい。5部未満では硬化モルタルの膨張量が小さく、15部以上では膨張量が大きくなり過ぎ、寸法安定性が低い。
【００１３】
本発明に係わる減水剤とは、特に限定されるものではなく、一般に減水剤、ＡＥ減水剤、高性能減水剤、高性能ＡＥ減水剤、流動化剤等の流動化効果を有するものであり、例えば、メラミンスルホン酸ホルムアルビデヒド縮合物の塩、ナフタレンスルホン酸ホルムアルデヒド縮合物の塩、高分子量リグニンスルホン酸塩、及びポリカルボン酸塩を主成分とするもの等が挙げられる。
【００１４】
減水剤の使用量は、結合材100部に対して、1.0〜6.0部が好ましい。1.0部未満では減水効果が低く、流動性が悪くなり、6.0部を超えて使用すると材料分離を起こし、初期強度発現が低くなる場合がある。
【００１５】
本発明に係わるセメントとは、特に限定されるものではないが、普通、早強、及び超早強等の各種ポルトランドセメントや、これらポルトランドセメントにフライアッシュ、高炉スラグ、又は、シリカを混合した各種混合セメントや中庸熱ポルトランドセメント、並びにマスコンクリート用低発熱セメント等である。
【００１６】
本発明では、混練り直後のモルタルの初期膨張を得るため、水と混練りした際にガスを発生する発泡剤を併用することが好ましい。発泡剤としては、特に限定されるものではなく、例えば、金属粉末や過酸化物が挙げられる。中でもアルミニウム粉末が好ましいが、アルミニウム粉末の表面は酸化されやすく、酸化皮膜で覆われると反応が低下するため、植物油、鉱物油、あるいはステアリン酸等で表面処理したものがある。
【００１７】
発泡剤の使用量は、結合材100部に対して、0.001〜0.004部が好ましい。0.001部未満では硬化モルタルの膨張量が少なすぎ、0.004部を超えると膨張量が大きすぎ、強度発現が低下する場合がある。
【００１８】
本発明に係わる重量骨材とは、特に限定されるものではないが、比重が3.0以上のもが好ましく、例えば、鉄粒、砂鉄、磁鉄鉱、赤鉄鉱、褐鉄鉱、バライト、転炉風砕スラグ及び鋼繊維等が挙げられる。比重が3.0未満では、硬化モルタルの乾燥単位容積質量3.30t/m3以上を満足できない場合がある。
【００１９】
重量骨材の粒径は、特に限定されるものではないが、最大粒径5mm以下のものが好ましい。この範囲を外れる重量骨材を使用すると、フレッシュモルタルに材料分離やブリーディングの発生が起きたり、良好な流動性が得られない場合がある。また、フレッシュモルタルの流動性を向上させる面から、重量骨材の形状は球形に近いものがよい。
【００２０】
重量骨材の使用量は、結合材100部に対して、500〜1000部が好ましい。500部未満では硬化モルタルの乾燥単位容積質量3.30t/m3以上を満足できない場合があり、1000部を超えるとフレッシュモルタルに材料分離やブリーディングが大きくなる場合がある。
【００２１】
重量グラウトモルタルに使用する水の量は、結合材100部に対して、30〜60部が好ましい。30部未満では流動性が低下し、60部を超えるとフレッシュモルタルに材料分離やブリーディングの発生、強度発現の低下が起きる場合がある。
【００２２】
本発明の重量グラウトモルタルのフレッシュ性状は、ミニスランプフローで260〜320mmであることが好ましい。260mm未満ではフレッシュモルタルの流動性が悪く施工性が悪くなる場合があり、320mmを超えるとフレッシュモルタルに材料分離やブリーディングが発生する場合がある。
【００２３】
本発明の重量グラウトモルタルの混練り方法は、特に限定されるものではなく、通常、パン型あるいは二軸型の強制ミキサを使用して混練りされる。
【００２４】
本発明の重量グラウトモルタルで作製した硬化モルタルの材齢28日の圧縮強度は、40N/mm2以上である。40N/mm2未満であるとさらに養生期間が必要となったり、設計基準に達しない場合が出てくる。
【００２５】
【実施例】
以下、本発明を実施例に基づいて、本発明をさらに説明する。
【００２６】
実施例１
表１に示す様々な炭素含有量のポゾラン系微粉末であるシリカフューム及び膨張材と、セメントと、重量骨材をパン型強制練りミキサに投入した後、攪拌しながら水と減水剤を投入し、90秒間攪拌して重量グラウトモルタルを作製した。作製したモルタルの流動性、ブリーディング率の測定、材料分離の有無の判定を行った。その結果を表１に示す。
【００２７】
＜使用材料＞
セメント：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
ポゾラン系微粉末：シリカフューム、炭素含有量が0.5、0.6、0.8、1.5、1.8、2.1％の６種類、市販品。炭素含有量は、JIS A 6201に準じ電量滴定法（堀場製作所 クーロマチックC VK-1D）で測定。
金属粉末：アルミニウム粉末、市販品
減水剤：ポリカルボン酸塩系高性能減水剤、市販品（液体）
重量骨材：チリ産磁鉄鉱粉、比重4.77、5mmフルイ下品
水：飲料水
【００２８】
＜モルタル配合＞
結合材：セメント、膨張材及びシリカフュームの合計100部中、セメント85部、膨張材10部、シリカフューム5部とし、さらにアルミニウム粉末0.002部、減水剤3部を配合。
重量骨材：結合材100部に対して700部を配合。
【００２９】
＜混練り機＞
モルタルミキサ：パン型強制練りミキサ、太平洋金属社製、型式TM-55
【００３０】
＜試験方法＞
流動性：JIS A 1173に準じてミニスランプフロー値を測定。
ブリーディング率：JIS A 1123に準じて測定。
材料分離：目視判定。
【００３１】
【表１】
表１から明らかなように、本発明のシリカフュームの炭素含有量0.6〜2.0％の範囲では、フレッシュモルタルは良好な流動性を有し、ブリーディング、材料分離の発生が無いが、シリカフュームの炭素含有量が0.6％未満では、フレッシュモルタルの流動性は低下し、ブリーディング、材料分離が発生し、シリカフュームの炭素含有量が2.0％を超えてもさらなる効果の向上は望めないことがわかる。
【００３３】
実施例２
表２に示すように、結合材と重量骨材の配合を変え、硬化モルタルの圧縮強度、長さ変化率及び乾燥単位容積質量を測定したこと以外は、実施例１と同様に行った。
【００３４】
＜試験方法＞
圧縮強度：JIS A 1108に準じて、φ5×10cmの円柱供試体を作製し、1日後に脱型、20℃水中養生を行い材齢28日で測定した。
長さ変化率：JIS A 6202(B)に準じて、材齢７日の長さ変化率を測定した。
乾燥単位容積質量：JASS 5N T-601に準じて測定。
【００３５】
＜使用材料＞
ポゾラン系微粉末：シリカフューム、炭素含有量1.5%、市販品
【００３６】
【表２】
【表３】
表２、表３から明らかなように、本発明の重量グラウトモルタルは、硬化モルタルの乾燥単位容積質量が3.30t/m3以上においても、フレッシュモルタルに材料分離やブリーディングが無く、ミニスランプフローが260〜320mmと良好な流動性を示し、且つ、硬化モルタルの長さ変化率は膨張を示し、材齢28日の圧縮強度が40 N/mm2以上であることがわかる。
【００３９】
【発明の効果】
本発明の重量グラウトモルタル用混和材、結合材を使用すると、フレッシュモルタルの流動性に優れ、材料分離やブリーディングが無く、硬化モルタルの乾燥単位容積質量が大きく、寸法安定性が高く、強度発現が良好である重量グラウトモルタルが得られる。
Claims (3)
- セメントと、炭素含有量0.6〜2.0％のポゾラン系微粉末のシリカフューム又は該シリカフュームに膨張材及び／又は減水剤を含有する重量グラウトモルタル用混和材からなる結合材100部中、炭素含有量0.6〜2.0％のポゾラン系微粉末のシリカフューム2〜10部、該結合材100部に対して、最大粒径5mmで比重3.0以上の重量骨材を500〜1000部を配合してなる、フレッシュモルタルの流動性に優れ、材料分離やブリーディングが無い重量グラウトモルタル。
- 硬化モルタルの乾燥単位容積質量が3.30t/m3以上、材齢28日の圧縮強度が40N/mm2以上であることを特徴とする請求項１記載の重量グラウトモルタル。
- フレッシュモルタルのミニスランプフローが260〜320mmである請求項１記載の重量グラウトモルタル。
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