JP4916786B2 - 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、コンクリート構造物等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、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。

既設のコンクリートの表面仕上げ及び断面修復には、主にモルタルが使用されている。モルタルは、通常、モルタルミキサー等でセメント、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く、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して吹付ける方法が提案されている（特許文献１〜３参照）。

特開平９−１２３７９号公報 特開平９−２９６４５３号公報 特開平１０−２１６６２８号公報

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より吹付けることにより、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、（１）セメント、骨材、及び粘土質耐火モルタル、さらに、セメント用ポリマーを含有してなり、粘土質耐火モルタルがセメント１００部に対して３〜３０部、セメント用ポリマーがセメント１００部に対して固形分換算で１〜１５部である吹付け用セメント組成物、（２）（１）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、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、吹付けモルタルのリバウンドを低減し、吹付け直後のモルタルの剥落、ダレを防止できるため、吹付けモルタルの吹き厚を厚くすることができ、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、吹付けモルタルの圧送性や強度発現性が良好である。

以下、本発明を詳細に説明する。
なお、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、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にくい点で、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やすくなる場合があり、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。

本発明で使用する水の量は、セメント等からなる結合材において、水結合材比（Ｗ／Ｃ）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。

本発明で使用する粘土質耐火モルタルは、吹付けたモルタルの剥落、ダレを防ぐことを目的とし使用する。耐火モルタルは、ＪＩＳ Ｒ ２５０１に規定され、熱硬性耐火モルタル、気硬性耐火モルタル、水硬性耐火モルタルに分類される。熱硬性耐火モルタルは、本発明で使用する粘土質耐火モルタルである、シャモット質耐火モルタル及び、ろう石質耐火モルタルに分類される。その主な用途としてはレンガの目地等に使用されている。粘土質耐火モルタルは、木節粘土又は／及びろう石質粘土からなる結合材と耐火粘土焼成物、サヤ、耐火れんが屑、ろう石等の微粉の骨材からなっている。

粘土質耐火モルタルの粉末の粒度としては、最大で１ｍｍ以下で０．１ｍｍ以下が５０％以上を有する物が好ましい。粉末の粒度が最大で１ｍｍを超え、０．１ｍｍ以下が５０％未満の場合、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。

粘土質耐火モルタル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。

粘土質耐火モルタルの使用量は、通常、セメント１００部に対して、３〜３０部が好ましく、５〜２０部がより好ましい。３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、３０部を超えると、その効果の向上が期待できなく、モルタルの流動性や短期、長期の強度に影響する。

粘土質耐火モルタルの混合方法は、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バージョン、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附着性の向上、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、超微粉末物質、膨張材を併用してもよい。例えば、減水剤は、モルタルの流動性を改善し、短・長期の強度改善ができ、液状や粉状のものいずれも使用できる。繊維や超微粉末物質は、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い。また、膨張材は吹付けモルタルの収縮低減効果が有り、亀裂防止に効果を有し、いずれも使用できる。

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、ピストンポンプ又は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修復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、主にコンクリートの表面仕上げ及び断面修復材料として好ましく使用され、吹付け工法としては、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程度である。

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、ポリマー５部（固形分換算）、Ｗ／Ｃ（セメント）＝４５％、及び表１に示す量の粘土質耐火モルタルを細骨材に置換して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（０．３ｍ^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：新潟県糸魚川市青海産石灰砂、比重２．６７、最大骨材寸法１．５ｍｍ
粘土質耐火モルタル（イ）：シャモット質耐火モルタル（帝国窯業社製）、粉末粒度（最大粒径０．７ｍｍ、０．１ｍｍ以下が７５％）
粘土質耐火モルタル（ロ）：シャモット質耐火モルタル（帝国窯業社製）、粉末粒度（最大粒径０．８ｍｍ、０．１ｍｍ以下が７０％）
粘土質耐火モルタル（ハ）：シャモット質耐火モルタル（帝国窯業社製）、粉末粒度（最大粒径１．０ｍｍ、０．１ｍｍ以下が６０％）
粘土質耐火モルタル（ニ）：シャモット質耐火モルタル（帝国窯業社製）、粉末粒度（最大粒径１．２ｍｍ、０．１ｍｍ以下が４５％）
ポリマー：スチレン・ブタジエンゴム（ＳＢＲ）（市販品）、（固形分＝４１％）

（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した。
リバウンド率：コンクリート板(３０×６０ｃｍ)を２ｍの高さの所に横に設置して、そのコンクリート板の下面に対して下から吹付けを行った。その時のコンクリート板に吹付けたセメントモルタルの質量と、リバウンドして落下したセメントモルタルの質量とを測定し、落下したセメントモルタル量（ｋｇ）／吹付けたセメントモルタル量（ｋｇ）×１００（％）とした。
付着性：上記コンクリート板の下面におおよそ１０ｃｍの円形状にセメントモルタルを吹付け、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」
実験例１の実験No.1-4において、ポリマー（固形分換算）の量を表２に示すように変えたこと以外は、実験例１と同様に行った。その結果を表２に示す。

（測定方法）
圧縮強度：ＪＩＳ Ｒ ５２０１に準拠した。

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、付着性が高く、さらに、強度発現性が高いことが判る。

「実験例３」
実験例１の実験No.1-4において、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３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３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、吹付けモルタルのリバウンドを低減し、吹付け直後のモルタルの剥落、ダレを防止できるため、吹付けモルタルの吹き厚を厚くすることができ、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、吹付けモルタルの圧送性や強度発現性が良好である。したがって、コンクリート構造物の補修に極めて有用であり、土木、建築分野で幅広く適用できる。

Claims (2)

1. セメント、骨材、及び粘土質耐火モルタル、さらに、セメント用ポリマーを含有してなり、粘土質耐火モルタルがセメント１００部に対して３〜３０部、セメント用ポリマーがセメント１００部に対して固形分換算で１〜１５部である吹付け用セメント組成物。
2. 請求項１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、吹付ノズルから吹付けることを特徴とする吹付け工法。