JP4938244B2 - 高流動性無収縮モルタルおよびそれ用のドライモルタル組成物 - Google Patents

Description

この発明は高流動性無収縮モルタルおよびそれ用のドライモルタル組成物、詳しくは土木、建築分野で使用され、コンクリートなどに挟まれた隙間部に充填される高流動性無収縮モルタルおよびそれ用のドライモルタル組成物に関し、特に、隙間部が２０ｍｍ未満の狭い箇所への充填に好適な高流動性無収縮モルタルおよびそれ用のドライモルタル組成物に関する。

無収縮モルタルとは、セメント、砂、減水剤、膨張材、アルミニウム粉末などの発泡剤、消泡剤および分離低減材などからなる粉体と、水とを練り混ぜて得られたモルタルである。無収縮モルタルは、橋梁などの沓座用材料および機械基礎用材料として使用されている。その他、逆打ちコンクリート工法、橋脚の鋼板巻きたて工法などでの施工時にも利用されている。そのため、流動性、分離抵抗性、寸法安定性および強度特性に優れている必要がある。

従来、無収縮モルタルに関して、（１）カルシウムサルフォアルミネートを主体とする組成物を主成分とし、これに適量の有機糊剤、発泡剤、分散剤および急結剤を含有する特許文献１のグラウト用セメント混和材、（２）セメント、石灰系膨張材、活性シリカ質微粉末、分散剤、鉄粉を含有する特許文献２の無収縮グラウト材、（３）ブレーン値４０００ｃｍ^２／ｇ以上の膨張物質と流動化剤とを含有する特許文献３のグラウト用のセメント混和材、などが提案されている。
特公昭４８−９３３１号公報 特公昭５６−６３８１号公報 特開平７−２３７９５０号公報

しかしながら、このような無収縮モルタルは、Ｊ１４漏斗流下時間が６〜１０秒程度と粘性が高く、また骨材の最大粒径が２〜３ｍｍと大きかった。そのため、隙間部の間隔が２０ｍｍ以上となる箇所のみに用いられていた。隙間が２０ｍｍ未満の箇所に適用すると、細部に至るまで充填することができないおそれがある。
次に、この細部への未充填現象を説明する。まず、一端部に注入口が形成され、他端部に空気抜き口が形成された型枠に、合成繊維製の３次元成形体（例えば商品名：サランロックＯＳ−１２０）を収納したものを準備する。そして、注入口から型枠内に無収縮モルタルを注入し、繊維補強モルタル成形体を作製する。このとき、従来の無収縮モルタルでは粘性が高く、骨材の最大粒径が２〜３ｍｍと大きい。そのため、注入された無収縮モルタルが型枠内の途中で止まってしまい、空気抜き口まで達することができず、未充填の部分が残るおそれがあった。

そこで、例えば水の量や減水剤の量を増やし、無収縮モルタルの流動性を高めることが考えられる。しかしながら、これでは水と砂とが分離してしまう。
また、繊維補強モルタル成形体の作製時には、このような無収縮モルタルの充填性についてだけではなく、無収縮モルタルの硬化体について、具体的には高い寸法安定性や、高い圧縮強度についても留意する必要があった。

そこで、発明者は、鋭意研究の結果、特定の物性を有した無収縮モルタルであれば、これらの全ての課題を同時に解消することができることを知見し、この発明を完成した。
この発明は、間隔が２０ｍｍ未満の狭い箇所にも充填できるほどの高い流動性を有しているにも拘らず、材料分離が発生し難く、硬化物においても高い圧縮強度が得られる高流動性無収縮モルタルおよびそれ用のドライモルタル組成物を提供することを目的としている。

請求項１に記載の発明は、セメントと、セメント１００重量部に対して最大粒径が０．３〜０．７ｍｍの砂１１０〜１６０重量部と、セメント１００重量部に対して減水剤０．２〜０．３重量部と、セメント１００重量部に対して膨張材４〜１０重量部と、セメント１００重量部に対して発泡剤０．０００１〜０．００１重量部と、セメント１００重量部に対して０．１〜０．２重量部の消泡剤と、セメント１００重量部に対して１〜９重量部の分離低減材とからなるドライモルタル組成物であって、上記分離低減材が微粉高炉スラグ、シリカフューム、石灰石微粉および粘土鉱物から選ばれる１種または２種以上であり、上記ドライモルタル組成物と水とを水セメント比２０〜２４％で練り混ぜたフレッシュモルタルは、ＪＡ漏斗流下時間が２０〜４０秒で、ＪＡＳＳ１５Ｍ−１０３「セルフレベリング材の品質基準」によるフロー値が１６〜２２ｃｍで、硬化物の材齢２８日圧縮強度が５０〜７０Ｎ／ｍｍ^２で、ペーストと水との分離がなくかつ上記ペーストと上記砂との分離もなく、厚さ１ｃｍの空洞部に充填可能なものであるドライモルタル組成物である。

請求項１に記載の発明によれば、フレッシュモルタル（硬化する前の流動性を有した生モルタル）のＪＡ漏斗流下時間が２０〜４０秒、ＪＡＳＳ１５Ｍ−１０３「セルフレベリング材の品質規準」によるフロー値が１６〜２２ｃｍ、および硬化物の材齢２８日圧縮強度が５０〜７０Ｎ／ｍｍ^２としたので、従来の無収縮モルタルに比べて非常に高い流動性が得られる。そのため、隙間部の間隔が２０ｍｍ未満の箇所にも充填することができる。それにも拘らず、材料分離が発生し難い。しかも、そのフレッシュモルタルの硬化物にあっては、高い圧縮強度が得られる。

この発明によれば、従来の無収縮モルタルでは不可能な狭い隙間への充填が可能となり、隙間を狭く設計することで無収縮モルタルの使用量が低減し、低コスト化を図ることができる。また、型枠内に合成繊維の３次元成形体を配置して高流動性無収縮モルタルを注入することで、繊維補強モルタル成形体が得られ、これを橋梁などの沓座の施工に応用することで、施工の簡便化、施工時間の短縮が図れる。一方、コンクリートのひび割れを補修する場合、微粉セメント系ひび割れ注入材では適用外であったひび割れ幅３ｍｍ以上の大きなひび割れに対しても、この発明の高流動性無収縮モルタルの適用が可能であり、ひび割れの補修に役立つ。

この発明では、高流動性無収縮モルタルの流動性を評価する方法として、ＪＳＣＥ−Ｆ５３１−１９９９「ＰＣグラウトの流動性試験方法」によるＪＡ漏斗流下時間と、ＪＡＳＳ１５Ｍ−１０３「セルフレベリング材の品質規準」によるフロー値とを併用する。これは、施工現場での測定の簡便化を考慮したためである。
この発明の高流動性無収縮モルタルは、ＪＡ漏斗流下時間が２０〜４０秒である。ＪＡ漏斗流下時間が２０秒未満では、無収縮モルタルの材料分離が生じるおそれがある。また、４０秒を超えると無収縮モルタルの充填性が悪くなるおそれがある。無収縮モルタルの好ましいＪＡ漏斗流下時間は２５〜３５秒である。この範囲であれば、無収縮モルタルの材料分離が発生せず充填性が高まるというさらに好適な効果が得られる。

この発明の高流動性無収縮モルタルは、フロー値が１６〜２２ｃｍである。フロー値が１６ｃｍ未満では、無収縮モルタルの充填性が悪くなるおそれがある。また、２２ｃｍを超えると、無収縮モルタルの材料分離が生じるおそれがある。無収縮モルタルの好ましいフロー値は１７〜２１ｃｍである。この範囲であれば、無収縮モルタルの材料分離が発生せず充填性が高まるというさらに好適な効果が得られる。
この発明の高流動性無収縮モルタルは、硬化物の材齢２８日圧縮強度が５０〜７０Ｎ／ｍｍ^２である。５０Ｎ／ｍｍ^２未満の圧縮強度では、橋梁などの沓座や機械基礎用のモルタルとして適さない場合が多い。また、７０Ｎ／ｍｍ^２を超える強度の発現は、砂の使用量を減少させることで可能であるが、その場合、無収縮モルタルの寸法安定性は低下する。無収縮モルタルの硬化物の好ましい圧縮強度は５５〜６５Ｎ／ｍｍ^２である。この範囲であれば無収縮モルタルの硬化物の圧縮強度および寸法安定性がともに高まるというさらに好適な効果が得られる。

この発明で使用するセメントとしては、普通、早強、中庸熱などの各種ポルトランドセメント、これらのポルトランドセメントに高炉スラグやフライアッシュなどを混合した各種混合セメントを採用することができる。
水／材料比は、２０〜２４％が好ましい。２０％未満では、無収縮モルタルの流動性不足のためにその充填性が低下する。また、２４％を超えると無収縮モルタルの材料分離が生じる場合がある。

この発明で使用する砂としては、川砂、山砂、珪砂および石灰砂などを採用することができる。ただし、粒径の調整が容易な乾燥珪砂が好ましい。
砂の使用量は、セメント１００重量部に対して、１１０〜１６０重量部が好ましい。１１０重量部未満では、無収縮モルタルの硬化物の寸法安定性に問題を生じる場合があり、１６０重量部を超えると、無収縮モルタルの硬化物の圧縮強度が低くなる場合がある。
この発明で使用する減水剤としては、β−ナフタレンスルホン酸系の減水剤、メラミンスルホン酸系の減水剤、リグニンスルホン酸系の減水剤、およびポリカルボン酸系の減水剤などを採用することができる。
減水剤の使用量は、セメント１００重量部に対して、０．２〜０．３重量部が好ましい。０．２重量部未満では、無収縮モルタルの流動性が不足する場合があり、０．３重量部を超えると、無収縮モルタルの材料分離が生じる場合がある。

この発明で使用する膨張材としては、水和反応によりエトリンガイトを生成するカルシウムサルフォアルミネート（ＣＳＡ）系の膨張材または生石灰（ＣａＯ）系の膨張材を採用することができる。
膨張材の使用量は、セメント１００重量部に対して、４〜１０重量部が好ましい。４重量部未満では無収縮モルタルの膨張が充分でない場合があり、１０重量部を超えると無収縮モルタルの膨張量が大き過ぎて、硬化体にひび割れが発生する場合がある。
この発明で使用する発泡剤としては、例えばアルミニウム粉末を採用することができる。
発泡剤の使用量は、セメント１００重量部に対して、０．０００１〜０．００１重量部が好ましい。０．０００１重量部未満では、発泡剤による無収縮モルタルの発泡量が少な過ぎる場合があり、０．００１重量部を超えるとこの発泡量が多くなり、無収縮モルタルの硬化物の強度が低下する場合がある。

この発明で使用する消泡剤としては、例えば非イオン性界面活性剤であって、水によく分散するものを採用することができる。
消泡剤の使用量は、セメント１００重量部に対して、０．１〜０．２重量部が好ましい。０．１重量部未満では、消泡作用が不足して無収縮モルタルの硬化物の圧縮強度が低下する場合があり、０．２重量部を超えても消泡の効果にはほとんど変化がなく、経済的でないおそれがある。

また、この発明で使用する分離低減材としては、微粉高炉スラグ、シリカフューム、石灰石微粉、および粘土鉱物などを採用することができる。このうち、無収縮モルタルの強度発現にも寄与する微粉高炉スラグやシリカフュームが好ましい。シリカフュームとしては、ＳｉＯ_２の含有率が８５〜９５％、平均粒径が０．１〜０．２μｍ、比表面積が１４００００〜２６００００ｃｍ^２／ｇ、比重が２．０〜２．６程度のものを使用することがきる。無収縮モルタルの粘性を高めるメチルセルロースなどの増粘剤は適さない。
この発明の高流動性無収縮モルタルを練り混ぜるミキサとしては、ハンドミキサ、グラウトミキサなどを採用することができる。練り混ぜ方法としては、例えば容器またはミキサに所定の量の水を満たした後、セメント、砂、減水剤、膨張材、発泡剤、消泡剤および分離低減材などの粉体またはそれらの粉体をプレミックスしたものを添加し、練り混ぜる。練り混ぜ時間は、例えば２〜３分間である。

この発明の高流動性無収縮モルタルおよびそれ用のドライモルタル組成物は、最大粒径０．３〜０．７ｍｍの砂を含有する。最大粒径が０．３ｍｍ未満の細かい砂、または、最大粒径が０．７ｍｍを超える粗い砂を含有すると、高流動性無収縮モルタルの充填性が悪くなる場合がある。この発明の高流動性無収縮モルタルは、セメント、砂、減水剤、膨張材、発泡剤、消泡剤および分離低減材を含有する。

請求項２に記載の発明は、請求項１のドライモルタル組成物と水とを、水セメント比２０〜２４％で練り混ぜて得られた高流動性無収縮モルタルである。

請求項１および請求項２に記載の発明によれば、従来の無収縮モルタルに比べて非常に高い流動性を有し、隙間部の間隔が２０ｍｍ未満の箇所にも充填が可能であるにも拘らず、材料分離が生じ難く、しかもその硬化物は圧縮強度が高い高流動性無収縮モルタルを得ることができる。

以下、この発明の実施例を具体的に説明する。ただし、この発明はこれらに限定されるものではない。

（１）無収縮モルタルの使用材料を、以下に示す。
セメント: 早強ポルトランドセメント（三菱マテリアル社製）
砂：最大粒径０．１ｍｍの珪砂、最大粒径０．３ｍｍの珪砂、最大粒径０．５ｍｍの珪砂、最大粒径０．７ｍｍの珪砂、最大粒径２．０ｍｍの珪砂（日窒工業社製）
減水剤：ポリカルボン酸系減水剤、ポリティ３３５Ｓ（ライオン社製）
膨張材：カルシウムサルフォアルミネート系膨張材、デンカＣＳＡ＃２０（電気化学工業社製）
発泡剤：アルミニウム粉末（市販品）
消泡剤：非イオン性界面活性剤、ＳＮデフォーマー１４ＨＰ（サンノプコ社製）
分離低減材：シリカフューム（市販品）
水：水道水

（２）無収縮モルタルの配合を以下に示す。
表１に示すように、砂をセメント１００重量部に対して、１１２重量部、１３４重量部、１５６重量部、１７８重量部の４水準とし、減水剤を０．２０重量部、０．２５重量部、０．３０重量部の３水準とする。また、シリカフュームをセメント１００重量部に対して、１重量部、３重量部、５重量部、７重量部、９重量部の５水準とする。さらには、何れもセメント１００重量部に対して、膨張材を７重量部、発泡剤を０．０００５重量部、消泡剤を０．１５重量部とする。これらを混合し、それぞれドライモルタルを作製した。
これらのドライモルタル１００重量部に対して、水をそれぞれ２２重量部ずつ加え、その後、ハンドミキサにより各２分間練り混ぜ、各無収縮モルタルをそれぞれ得た。これらの無収縮モルタルに対して、以下の試験をそれぞれ実施した。

（３）評価項目および評価方法
ａ）ＪＡ漏斗流下時間の評価
ＪＳＣＥ−Ｆ５３１−１９９９「ＰＣグラウトの流動性試験方法」に準拠した。
ｂ）フロー値の評価
ＪＡＳＳ１５Ｍ−１０３「セルフレベリング材の品質規準」に準拠した。

ｃ）分離の有無の評価
モルタル中のペーストと水との分離については、ＪＳＣＥ−Ｆ５２２−１９９９「プレパックドコンクリートの注入モルタルのブリーディング率および膨張率試験方法（ポリエチレン袋）」に準拠し、ペーストと砂との分離については、容器内にモルタルを約５００ｍｌ入れ３０分経過後に砂の沈降の有無を確認した。３時間後のブリーディング率が０．１％未満、かつ、３０分後に砂の沈降が認められなかった場合に分離が無いと判定し、それ以外は分離が有ると判定した。

ｄ）材齢２８日圧縮強度の評価
ＪＳＣＥ−Ｇ５２１−１９９９「プレパックドコンクリートの注入モルタルの圧縮強度試験方法」に準拠した。
ｅ）充填性の評価
図１に示すように、まず、長さ３ｍ、幅２０ｃｍ、厚さ１ｃｍの空洞部（内部空間）を有し、かつ一端部に無収縮モルタルの注入部（注入口）１１が形成され、他端部に空気抜き部（空気抜き口）１２が形成された細長い型枠１０を組む。その際、型枠１０の空洞部に、長さ２．９ｍ、幅２０ｃｍ、厚さ１ｃｍの合成繊維の３次元成形体（商品名：サランロックＯＳ−１２０、東洋クッション社製）１３を収納しておく（図２）。
その後、注入部１１から無収縮モルタルを型枠１０の空洞部に注入した。このとき、空気抜き部１２から無収縮モルタルが流出し、しかも硬化した無収縮モルタルに未充填箇所が認められなければ充填性は良好と判定し、そうでなければ充填性は不良と判定した。

〔試験例１〜９、比較例１〜１３〕
表１に示す成分配合で得られた無収縮モルタルについて、ａ）ＪＡ漏斗流下時間、ｂ）フロー値、ｃ）材料分離の有無、ｄ）材齢２８日圧縮強度、ｅ）無収縮モルタルの充填性についての評価をそれぞれ行った。その結果を、同じく表１に示す。

表１に示すように、ＪＡ漏斗流下時間が２０秒未満、または、フロー値が２２ｃｍ以上では、無収縮モルタルに材料分離が認められた。フロー値が２６ｃｍ以上では材料分離のために充填性が不良であった。また、ＪＡ漏斗流下時間が４０秒以上またはフロー値が１６ｃｍ未満では、充填性が不良であった。ＪＡ漏斗流下時間が２０〜４０秒で、かつフロー値が１６〜２２ｃｍの試験例の無収縮モルタルでは、材料分離が発生せず、狭い箇所への充填性が良好であった。また、砂の最大粒径が０．３〜０．７ｍｍのときに材料分離が発生せず、充填性が良好なモルタルが得られた。

（ａ）この発明の実施例１に係る高流動性無収縮モルタルの充填性の評価用の型枠を示す正面図である。（ｂ）この発明の実施例１に係る高流動性無収縮モルタルの充填性の評価用型枠を示す側面図である。 この発明の実施例１に係る高流動性無収縮モルタルの充填性の評価用の型枠に収納される３次元成形体を示す拡大写真である。

１０ 型枠、
１１ 注入部、
１２ 空気抜き部、
１３ ３次元成形体。

Claims (2)

1. セメントと、セメント１００重量部に対して最大粒径が０．３〜０．７ｍｍの砂１１０〜１６０重量部と、セメント１００重量部に対して減水剤０．２〜０．３重量部と、セメント１００重量部に対して膨張材４〜１０重量部と、セメント１００重量部に対して発泡剤０．０００１〜０．００１重量部と、セメント１００重量部に対して０．１〜０．２重量部の消泡剤と、セメント１００重量部に対して１〜９重量部の分離低減材とからなるドライモルタル組成物であって、
   上記分離低減材が微粉高炉スラグ、シリカフューム、石灰石微粉および粘土鉱物から選ばれる１種または２種以上であり、
   上記ドライモルタル組成物と水とを水セメント比２０〜２４％で練り混ぜたフレッシュモルタルは、ＪＡ漏斗流下時間が２０〜４０秒で、ＪＡＳＳ１５Ｍ−１０３「セルフレベリング材の品質基準」によるフロー値が１６〜２２ｃｍで、硬化物の材齢２８日圧縮強度が５０〜７０Ｎ／ｍｍ^２で、ペーストと水との分離がなくかつ上記ペーストと上記砂との分離もなく、厚さ１ｃｍの空洞部に充填可能なものであるドライモルタル組成物。
2. 請求項１のドライモルタル組成物と水とを、水セメント比２０〜２４％で練り混ぜて得られた高流動性無収縮モルタル。