JP4784370B2 - 水硬性組成物 - Google Patents

Description

本発明は、土木・建築分野の各種工事で、鏝塗りモルタル用又は吹付けモルタル用として用いられ、厚付施工が可能なモルタルに使用できる水硬性組成物、及びこのセメント組成物と水とを配合して硬化させて得られる硬化物に関する。

一般にコンクリート断面修復材は、補修される構造物の材質の力学的性質にできる限り類似していることが望ましいことから、セメント系材料が好適であると考えられている。また、十分な接着強度を得るため、及び有害物質の浸入を防止するために、ポリマーディスパージョンや再乳化形粉末樹脂などのいわゆるポリマー混和剤を添加したポリマーセメント系のコンクリート断面修復材が用いられることが多い。

特許文献１には、水硬性セメントと、該水硬性セメント１００重量部に対して細骨材１００〜４００重量部およびモンモリロナイト族鉱物０．０１〜１０重量部とを含有してなることを特徴とするモルタル組成物が開示されている。
特許文献２には、高性能減水剤と、ベントナイト、金雲母、黒鉛、滑石、窒化ホウ素、ゼオライト、活性炭、石炭殻、ケイソウ土、パーライト、及びアタパルジャイトからなる群から選ばれた一種又は二種以上の無機物質、有機酸類及び無機塩類とからなるセメント混和材が開示されている。

特開平０８−２１７５１４号公報 特開昭６４−３０４０号公報

近年、土木建築分野において、建造後数十年を経過して老朽化したコンクリート構造物が増加し、その維持補修工事が増加している。
コンクリート補修のひとつであるコンクリート断面の修復工事では、ポリマーセメント系の断面修復モルタルが用いられることが多く、その施工方法としては、鏝塗り施工や吹付け施工が一般的である。

本発明は、コンクリート構造物の断面修復において、鏝塗り又は吹付けによる施工が可能で、低温から高温の広い温度範囲において、一定の可使時間を有し、特に鏝塗り作業性に優れた特性を有し、さらに施工後の硬化体が寸法安定性及び圧縮強度に優れた性状を有する、コンクリート構造物の断面修復用モルタルに用いることができる水硬性組成物を提供することを目的とした。

本発明者は、セメント及び骨材に特定の繊維状鉱物、有機酸塩、皮ばり防止剤などを組合わせて用いることによって、低温から高温までの広い温度域において、優れた施工作業性、即ち、３０分以上の可使時間を有し、５〜２０ｍｍの厚付けが可能で、優れた鏝塗り作業性が得られ、硬化体の性状についても良好な寸法安定性と高い圧縮強度を安定して得られることを見出して本発明を完成した。

即ち、本発明は、セメント、細骨材、繊維状鉱物、減水剤、有機酸塩、皮ばり防止剤、膨張材及び樹脂エマルジョンとを含むことを特徴とする水硬性組成物である。

以下に、本発明の水硬性組成物の好ましい様態を示し、これらは複数組合わせることができる。
１）有機酸塩がグルコン酸ナトリウム及びリンゴ酸ナトリウムより選ばれた成分を少なくとも１種含むこと。
２）繊維状鉱物がアタパルジャイトであること。
３）水硬性組成物が、さらに有機繊維及び／又は増粘剤を含むこと。
４）水硬性組成物が、鏝塗りモルタル又は吹付けモルタルに用いられること。
５）水硬性組成物が、コンクリート構造物の断面修復において、５〜２０ｍｍの厚付けモルタルに用いられること。
６）水硬性組成物と水とを混練して得られる水硬性モルタルであること。
７）水硬性組成物と水との配合物を硬化させて得られる水硬性モルタルの硬化体であること。

本発明の水硬性組成物は、セメント、細骨材、繊維状鉱物、減水剤、有機酸塩、皮ばり防止剤、膨張材及び樹脂粉を含むものであり、土木建築分野のコンクリート構造物の断面修復において、鏝塗り又は吹付けによる施工が可能で、低温から高温までの広い温度域において、一定の可使時間を有し、５〜２０ｍｍの厚付けが可能で、特に鏝塗り作業性に優れた特性を有し、さらに施工後の硬化体が、寸法安定性及び圧縮強度に優れた性状を有する、コンクリート構造物の断面修復用モルタルに用いることができる水硬性組成物を提供するものである。

本発明の水硬性組成物は、セメント、細骨材、繊維状鉱物、減水剤、有機酸塩、皮ばり防止剤、膨張材及び樹脂エマルジョンとを含むものである。

本発明の水硬性組成物に使用するセメントは特に限定されるものではなく、普通ポルトランドセメント、早強ポルトランドセメント、中庸熱ポルトランドセメント、低熱ポルトランドセメントなどのポルトランドセメントや、高炉セメント、フライアッシュセメントなどの混合セメントを使用することができる。

本発明に使用する細骨材としては、珪砂、川砂、海砂、山砂、陸砂、寒水石、石灰類などが挙げられ、一種又は二種以上の混合物として使用できる。
さらに、細骨材としては、最大粒径が２ｍｍ以下の径の珪砂（４号、５号、６号）、川砂、海砂、寒水石、炭酸カルシウムなどの石灰類などが、鏝塗り作業性や吹付け性が向上するため、好ましく用いることが出来る。
特に骨材として寒水石は、粒度調整や表面の白色度を高くするために配合することが好ましい。
石灰類としては、生石灰、消石灰、仮焼ドロマイト、炭酸カルシウムなどが挙げられ、一種又は二種以上の混合物として使用できる。
細骨材の粒度は、好ましくは０．０１ｍｍ〜３ｍｍ、さらに好ましくは０．０３〜２．５ｍｍ、特に好ましくは０．０５〜２ｍｍのものを好ましく用いることができる。

細骨材の配合量は、セメント１００質量部に対して、好ましくは８０質量部を超えて２００質量部以下、さらに好ましくは１００〜１８０質量部、より好ましくは１１０〜１７０質量部、特に好ましくは１２０〜１６０質量部が、鏝塗り作業性や厚付け性などのために好ましい。

本発明に係る繊維状鉱物としては、各種材料のフィラーとして用いられるワラストナイトや、ホルマイト系の繊維状粘土鉱物であるセピオライト、アタパルジャイト、パリゴルスカイトなどが挙げられ、一種又は二種以上の混合物として使用できる。
特に繊維状鉱物として、セピオライト、アタパルジャイト、パリゴルスカイトなどの粘土鉱物を好ましく用いることができる。
特に本発明のセメント組成物は、アタパルジャイトなどのホルマイト系粘土鉱物を用いることにより、こて送り、こて伸び、こて切れ、こて離れなどのこて塗り作業性や、吹き付け作業性をさらに向上させることができる。
繊維状鉱物の配合量は、セメント１００質量部に対し、繊維状鉱物を好ましくは０．０５〜７質量部、さらに好ましくは０．１〜５質量部、より好ましくは０．３〜４質量部、特に好ましくは０．５〜３質量部含むことが好ましい。

本発明に用いられる減水剤は、ナフタレン系、メラミン系、ポリカルボン酸系などを用いることが出来る。
本発明では、増粘剤を併用するすることが出来るが、その最適な組合わせとなるのは、ポリカルボン酸系が好ましい。
減水剤の添加量は、本発明の特性を損なわない範囲で添加することができ、セメント１００質量部に対して好ましくは０．０１〜０．２０質量部、さらに好ましくは０．０２〜０．１５質量部、特に好ましくは０．０３〜０．１質量部が好ましい。

本発明では、凝結時間を適正に遅延して、流動性、可使時間、硬化性状などを調整するために有機酸塩を使用する。
有機酸塩は、セメント又はセメント組成物の種類及び配合に応じて、添加量及び混合比率を適宜選択して、流動性、可使時間、硬化性状などを調整することができる。
有機酸塩の一例として、酒石酸ナトリウム、リンゴ酸ナトリウム、クエン酸ナトリウム、グルコン酸ナトリウムなど有機酸などのナトリウム塩を好適に用いることが出来る。
特にグルコン酸ナトリウムは、効果、入手容易性、価格の面から好ましい。なお、添加量が多いと、流動性の低下、硬化不良を招いたり、ブリージング水の発生による表面不良が生じることがあるので、注意が必要である。

本発明の水硬性組成物では、ポリマーセメントモルタル表面からの水分蒸発を抑制し、モルタル表面に発生する皮張りを防止するため皮ばり防止剤を用いることが好ましい。皮ばり防止剤を用いることにより、モルタル硬化体表面の外観の悪化を回避できる効果がある。
皮張り防止剤は、高級アルコール、脂肪酸エステル及びシリカを含むものであり、本発明では、特にシリカ成分を５０％以上含むものが好ましい。
皮張り防止剤の配合量は、セメント１００質量部に対して、好ましくは０．０１〜１質量部、さらに好ましくは０．０３〜０．８質量部、特に好ましくは０．０５〜０．５質量部の範囲で配合することで、好ましい皮張り防止効果が得られ、さらにモルタル施工時に良好な作業性が得られる。

本発明の水硬性組成物のモルタルをコンクリート構造物の壁面などに鏝塗り施工する、あるいは吹付け施工する場合、硬化過程の体積変化が極めて小さいことが必要であるが、本発明では、膨張材を配合することにより、モルタルの硬化時に起こる体積変化を抑制することができる。
膨張材としては、カルシウムサルフォアルミネート系、石灰−石膏系及び石灰系などの膨張材の使用が好ましく、一種又は二種以上の混合物として使用できる。特に石灰−石膏系の膨張材を用いることが好ましい。
膨張材の配合量は、セメント１００質量部に対して、石灰−石膏系膨張材では、好ましくは３〜２０質量部、さらに好ましくは５〜１５質量部、より好ましくは６〜１１質量部、特に５〜１０質量部を用いることが好ましい。

本発明の水硬性組成物では、樹脂粉末は、接着強度増進、曲げ強度増進のために配合することが好ましい。

樹脂粉末としては、（メタ）アクリル酸、（メタ）アクリル酸エステルなどの（メタ）アクリル酸誘導体、エチレン、酢酸ビニルなどのα−オレフィン化合物、スチレンなどのビニル化合物、ブタジエンなどを１種以上含む重合体又は共重合体を用いることができる。
（メタ）アクリル酸はメタクリル酸及びアクリル酸であり、（メタ）アクリル酸エステルはメタクリル酸エステル及びアクリル酸エステルである。
樹脂粉末の一例としては、エチレン−酢酸ビニル、スチレン−ブタジエン、アクリロ二トリル−ブタジエンなどの共重合体、または、ポリブテン、ポリ塩化ビニル、ポリアクリレート、ポリ酢酸ビニルなどの重合体などの市販のものを挙げることが出来、これらは２種以上用いることが出来る。

本発明の水硬性組成物では、樹脂エマルジョンを用いることができる。
樹脂エマルジョンは、アクリル系エマルジョンなど溶液中にポリマー成分が分散された物であり、水性液状のものである。
エマルジョンは、アクリル酸、メタクリル酸などの（メタ）アクリル酸、メチル（メタ）アクリレート、エチル（メタ）アクリレート、ブチル（メタ）アクリレート、２−エチルヘキシル（メタ）アクリレートなどの（メタ）アクリル酸エステルなどの（メタ）アクリル酸誘導体の重合体、（メタ）アクリル酸誘導体とスチレンとの重合体などのアクリル系エマルジョンが好ましい。

樹脂エマルジョン及び樹脂エマルジョンより液体成分を除去した高分子粒子は、固形分として、セメント１００質量部に対し、好ましくは０．１〜２０質量部、好ましくは１〜１５質量部、好ましくは５〜１２質量部、特に好ましくは６〜１０質量部配合することができる。

本発明のセメント組成物は、セメント、細骨材、繊維状ホルマイト系鉱物、減水剤、有機酸塩、皮ばり防止剤、膨張材及び樹脂エマルジョンのほかに、必要に応じて本発明の特性を損なわない範囲で、増粘剤、有機短繊維、無機粉体、消泡剤、発泡剤などの成分を適宜配合することができる。

本発明では、モルタルの保水性が向上し、特に床面に厚塗り施工するような場合に、ブリーディング水の発生を大幅に抑制することができるため、増粘剤を用いることが好ましい。
本発明に使用する増粘剤は、セルロース系、蛋白質系、ラテックス系、及び水溶性ポリマー系などを用いることが出来、本発明の特性を損なわない範囲で一種又は二種以上を添加することができる。
本発明では、特にメチルセルロース系増粘剤を好適に用いることができる。
増粘剤の配合量は、本発明の特性を損なわない範囲で添加することができ、セメント１００質量部に対して、好ましくは０．００１〜１質量部、さらに好ましくは０．００５〜０．５質量部、特に０．０１〜０．３質量部を含むことが好ましい。増粘剤の添加量が上記範囲より多くなると、流動性の低下を招く恐れがあり好ましくない。

本発明のセメント組成物においては、クラック防止、こて塗り作業性向上のために有機短繊維を配合することが好ましい。
有機短繊維の種類は、ビニロン繊維、ポリエチレン繊維やポリプロピレンなどのポリオレフィン繊維、アクリル繊維、アラミド繊維、ポリイミド繊維、炭素繊維、耐アルカリガラスなどのガラス繊維を用いることが出来、これらは一種又は二種以上の混合物として使用でき、特にビニロン繊維が好ましく使用できる。
有機短繊維は、直径が０．００５〜１ｍｍ、繊維長が２〜２０ｍｍの物を用いることが出来、さらに直径が０．０１〜０．８ｍｍ、繊維長３〜１５ｍｍの物を用いることが好ましい。
有機短繊維のアスペクト比（繊維長／繊維直径）は、好ましくは２０〜２００、より好ましくは３０〜１８０が好ましい。
有機短繊維の配合量は、セメント１００質量部に対して、好ましくは０．１〜１質量部、さらに好ましくは０．２〜０．８質量部とすることが好ましい。

本発明のセメント組成物では、高炉スラグ粉、フライアッシュなどの無機粉体を、本発明の特性を損なわない範囲で一種又は二種以上を適宜添加することができる。

高炉スラグ粉は、乾燥収縮が硬化体の耐クラック性を高めるだけでなく、モルタル硬化体強度を向上させる効果も有している。
高炉スラグ粉は、ＪＩＳ Ａ ６２０６に規定されるブレーン比表面積３０００ｃｍ2／ｇ以上のものを用いることができる。
高炉スラグ粉の添加量は、セメント１００質量部に対して５〜３０質量部とするのが好ましい。添加量が３０質量部を超えると強度低下を招くことがある。

消泡剤は、シリコン系、アルコール系、ポリエーテル系などの合成物質又は植物由来の天然物質、鉱油系物質など、公知のものを用いることが出来る。
消泡剤の添加量は、本発明の特性を損なわない範囲で添加することができ、セメント１００質量部に対して、好ましくは０．００１〜２質量部、さらに好ましくは０．００５〜１．５質量部、より好ましくは０．０１〜１質量部、特に０．０２〜０．５質量部含むことが好ましい。消泡剤の添加量は、上記範囲内が、消泡効果が認められるために好ましい。

発泡剤としては、酸化膨張機構による膨張効果を利用する金属粉の使用が好ましく、例えば、アルミニウム粉、鉄粉等が使用できるが、比重の面から、アルミニウム粉の使用が特に好ましい。
発泡剤の添加量は、用いるセメント又はセメント組成物により本発明の特性を損なわない範囲で添加することができる。

本発明のセメント組成物は、水の配合量を適宜調整することにより、流動性、保水量、鏝塗り作業性などを調整することができ、鏝塗り用や吹き付け用のモルタルの性状を好適に調整できる。
水の添加量は、水硬性組成物１００質量部に対し、好ましくは７．５〜１８質量部、さらに好ましくは８〜１７質量部、より好ましく８．５〜１６．５質量部、特に好ましくは９〜１６質量部を加えて用いることが好ましい。

本発明の水硬性組成物は、水と混練して、モルタルフロー値が、好ましくは１２０〜２００ｍｍ、さらに好ましくは１４０〜１９０ｍｍ以上、特に好ましくは１５０〜１８０ｍｍのモルタルを得ることが出来る。

本発明の水硬性組成物は、セメント、細骨材、繊維状鉱物、減水剤、有機酸塩、皮ばり防止剤、膨張材及び樹脂エマルジョンとを含むものであり、土木建築分野のコンクリート構造物の断面修復において、鏝塗り又は吹付けによる施工が可能で、低温から高温までの広い温度域において、一定の可使時間を有し、５〜２０ｍｍの厚付けが可能で、特に鏝塗り作業性に優れた特性を有し、さらに施工後の硬化体が、寸法安定性及び圧縮強度に優れた性状を有する、コンクリート構造物の断面修復用モルタルに用いることができる水硬性組成物を提供するものである。

以下、本発明を実施例に基づき、さらに詳細に説明する。但し、本発明は下記実施例により制限されるものでない。

（特性の評価方法）
１）フロー値（ｍｍ） ： 練り上がったモルタルについて、ＪＩＳ Ｒ ５２０１に準じてフロー値の測定を行った。
２）鏝塗り作業性 ： 練り上がったモルタルをコテ板に取り、左官用コテを用いてコンクリート壁面に、２０ｍｍ厚さに塗り付け、次に、仕上コテにて下塗りモルタル表面を押さえて、平滑に仕上げる。
上記の鏝塗り作業の過程で、コテ切れ（鏝残り）、コテ送り（重さ）、コテ伸び（塗り面積）、コテ離れ（ベタツキ）、壁面への塗着性（壁面への付きやすさ）及び厚付け性（壁面への２０ｍｍ以上の厚付け性）の６項目について、４つの指標、大変良好：◎、良好（実用上問題なし）：○、やや不良（実用上問題あり）：△、不良（実用不可）：×、として評価した。
３）可使時間 ： 鏝塗り作業性について、モルタルの練り上がり時と、練り上がりから３０分後の２回評価を行い、いずれの時点でも良好な作業性が得られる場合を○、いずれかの場合に良好な作業性が得られない場合を×、として評価した。
４）圧縮強度（Ｎ／ｍｍ^２） ： 試験体４×４×１６ｃｍを作製し、ＪＩＳ Ｒ ５２０１に準じて材齢２８日の圧縮強度を測定した。
５）長さ変化 ： 長さ変化の測定試験については、ＪＩＳ Ａ １１２９−１のコンタクトゲージ法に準じて行った。

原料は以下のものを使用した。
１）セメント ： ポルトランドセメント（宇部普通ポルトランドセメント、ブレーン比表面積３３００ｃｍ^２／ｇ）。
２）細骨材 ：
・珪砂ａ ： ＳＳ５Ａ珪砂（宇部サンド工業社製）。
・珪砂ｂ ： Ｓ６珪砂（宇部サンド工業社製）。
・寒水石 ： ＫＧ６０（日本カルシウム社製）。
珪砂ａ、珪砂ｂ、寒水石の粒度について、篩を用いて測定した結果を表３に示す。
３）繊維状鉱物 ： アタパルジャイト（ホルマイト系粘土鉱物）、ＡＰＪ、粒径：７４μｍ以下が９５％（ユニオン化成社製）。
４）減水剤 ： ポリエーテル・ポリカルボン酸系減水剤（デグサ社製）。
５）有機酸塩：
・グルコン酸ナトリウム（富田製薬社製）。
・リンゴ酸ナトリウム（扶桑化学工業社製）。
６）皮張り防止剤 ： ＳＮ−９３−Ｐ（サンノプコ社製）。
７）膨張材 ： 石灰−石膏系膨張材、太平洋ジプカル（太平洋セメント社製）。
８）エマルジョン ： スチレン−アクリル共重合樹脂粉末（高圧ガス工業社製）。
９）増粘剤 ： メチルセルロース系増粘剤、ＺＴ６０００（松本油脂社製）。
１０）有機短繊維 ： ビニロン短繊維、繊維長６ｍｍ（クラレ社製、ＦＶ６）。

［実施例１〜３及び比較例１〜７］
相対湿度６５％の条件下、温度５℃、２０℃、３０℃で、表１に示す成分をホバートミキサーを用いて低速で３分間混練して調製したモルタルについて、鏝塗り作業性（コテ作業性、付着性、厚塗り性）、可使時間、長さ変化、圧縮強度を評価・測定した。結果を表２に示す。

繊維状鉱物、減水剤、有機酸塩及び皮ばり防止剤をそれぞれ適正量含む実施例１〜３では、５℃の低温域〜３０℃の高温域まで極めて良好な鏝塗り作業性が得られており、厚付け性についても優れていた。
また、混練り直後から３０分経過した時点までの鏝塗り作業性の経時変化も殆どないことから可使時間が長く、安定した鏝塗り作業性が得られている。
さらに、長さ変化率は極めて小さく、良好な特性を示しており、圧縮強度についても良好な結果が得られている。

繊維状鉱物、減水剤、有機酸塩又は皮ばり防止剤のいずれかの成分を１種または２種以上を含まない比較例１〜７の場合、３０℃の高温域で良好な鏝塗り作業性が得られなかったり（比較例１及び３）、５℃の低温域で良好な鏝塗り作業性が得られなかったり（比較例２、４、７）、或いは比較例５及び６のように、混練り直後から３０分経過した時点までの鏝塗り作業性の経時変化が大きく、安定した鏝塗り作業性を得ることが出来なかった。

本発明の水硬性組成物は、セメント、細骨材、繊維状鉱物、減水剤、有機酸塩、皮ばり防止剤、膨張材及び樹脂粉を含むものであり、土木建築分野のコンクリート構造物の断面修復において、鏝塗り又は吹付けによる施工が可能で、低温域から高温域までの広い温度域において、一定の可使時間を有し、特に鏝塗り作業性に優れた特性を有し、さらに施工後の硬化体が、寸法安定性及び圧縮強度に優れた性状を有する、コンクリート構造物の断面修復用モルタルに用いることができる水硬性組成物を提供するものである。

Claims (8)

1. セメント、細骨材、繊維状鉱物、減水剤、有機酸塩、皮ばり防止剤、膨張材及び樹脂エマルジョンとを含む水硬性組成物であって、
   前記繊維状鉱物がアタパルジャイトであって、
   前記減水剤がポリカルボン酸系減水剤であって、さらにセメント１００質量部に対して、該減水剤０．０１〜０．２０質量部含み、
   前記有機酸塩がグルコン酸ナトリウム及びリンゴ酸ナトリウムより選ばれた成分の少なくとも１種であって、
   前記皮ばり防止剤が高級アルコール、脂肪酸エステル、及びシリカを含み、さらにセメント１００質量部に対して、該皮張り防止剤０．０５〜０．５質量部含む
   水硬性組成物。
2. 前記樹脂エマルジョンより液体成分を除去した高分子粒子は固形分として、セメント１００質量部に対して、１〜１５質量部含むことを特徴とする請求項１に記載の水硬性組成物。
3. セメント１００質量部に対して、前記繊維状鉱物０．５〜３質量部である請求項１又は請求項２に記載の水硬性組成物。
4. 水硬性組成物が、さらに有機繊維及び／又は増粘剤を含むことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の水硬性組成物。
5. 前記皮ばり防止剤がシリカ成分を５０％以上含むことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の水硬性組成物。
6. コンクリート構造物の断面修復において、５ｍｍ〜２０ｍｍの厚付けモルタルに用いられることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の水硬性組成物。
7. 請求項１〜７のいずれか１項に記載の水硬性組成物と水とを混練して得られる水硬性モルタル。
8. 請求項１〜７のいずれか１項に記載の水硬性組成物と水との配合物を硬化させて得られる水硬性モルタルの硬化体。