JP5073688B2 - 吹付け材料及び吹付け工法 - Google Patents

Description

本発明は、土木・建築分野において使用される吹付け材料及び吹付け工法に関する。例えば、補修・補強するための吹付け材料及び吹付け工法に関する。

コンクリート構造物は、早期劣化の作用により劣化が進行すると、表面にひび割れや浮き等が発生する。コンクリート構造物は、繰返し載荷による疲労や火害を受けると、ひび割れや爆裂等によりコンクリート片のはく落が発生する。その対策として、劣化した部分を打音検査等で確認し、電動ピック、エアピック、ウォータージェット等により取り除き、新たに補修部材で充填し、補修する工事が行われる。

このような補修工事では、補修断面積が広い場合は吹付け工法が多く適用される。吹付けによる施工方法としては、例えば、練り混ぜたモルタルをポンプで圧送し、圧縮空気と混合し、モルタルを吹き飛ばして施工する方法が挙げられる。この施工方法は、システムが機械化されているので施工スピードが速く、補修断面への付着性に優れ、鉄筋裏側への密実な充填も可能という利点がある。

吹付け工法においては、ＪＩＳ Ａ ６２０３に規定されたポリマーエマルジョンを含有するポリマーセメントモルタルが使われる場合が多い。

ポリマーエマルジョンを混合することにより、耐久性を向上させたり、付着力を向上させたり、粉塵やリバウンドを低減させたりする効果を付与できる。しかし、ポリマーエマルジョンは高価である。ポリマーエマルジョンを混合した吹付け材料の１層当たりの吹付け厚みは、天井面に吹き付けた場合、５０ｍｍ未満である。それ以上厚みを増すとダレや剥がれが発生する場合がある。

吹付け厚みを増すために、ポリマーセメントモルタルに急結剤を添加する吹付け方法が挙げられる。この吹付け方法は、５０ｍｍ以上の厚付けが可能である。しかし、この吹付け方法は、急結剤が必須であり、急結剤を使用しないで安定した厚付け性を確保することは困難である。

ポリマーエマルジョンを含有しないセメントモルタルに、急結剤、４Ａ元素含有物を混入する吹付け方法がある。この吹付け方法は、５０ｍｍ以上の厚付けが可能である。しかし、この吹付け方法の用途は、トンネル等の一次覆工、地山崩落防止、のり面保護等の用途に限られている（特許文献１、２参照）。しかし、４Ａ元素含有物は硫酸チタン等であり、チタンラクテートについては記載がない。

特開２００３−２４６６１号公報 特開２００３−１１２９５６号公報

本発明者は、前記課題を解決すべく種々検討を重ねた結果、特定の吹付け材料を採用することにより前記課題が解決できるとの知見を得て本発明を完成するに至った。

即ち、本発明は、（１）セメント１００質量部、（２）膨張材２〜２０質量部、（３）収縮低減剤１〜６質量部、（４）減水剤０.０５〜４質量部、（５）発泡物質０.０００１〜０.００３質量部、（６）チタンラクテートが固形分換算で０.０５〜５質量部、（７）セメントと膨張材からなる結合材１００質量部に対して、細骨材９０〜２５０質量部、（８）吹付け組成物１００容量部中、繊維０.０１〜１.０容量部を含有してなる吹付け材料であり、チタンラクテートが、チタン濃度５．０〜１０．０質量％であり、ｐＨが２．０〜７．０である水溶液である該吹付け材料であり、膨張材が、カルシウムサルホアルミネート系膨張材である該載の吹付け材料であり、収縮低減剤が、ポリオキシアルキレン誘導体である該吹付け材料であり、繊維が、ビニロン繊維である該吹付け材料であり、該吹付け材料と水を含有してなる吹付けモルタルであり、該吹付けモルタルを、吹付けてなる吹付け工法であり、吹付けモルタルを吹付けて補修してなるコンクリートである。

本発明により、安定した厚付け性や長期的な耐久性能を確保できる。

以下、本発明を詳細に説明する。尚、本発明で使用する部や％は、特に規定のない限り質量規準である。

本発明では、セメント、膨張材、収縮低減剤、繊維、減水剤、発泡物質、チタンラクテート、及び細骨材からなる吹付け材料と水とを混練りして、吹付けモルタルを調製するものである。

本発明で使用するセメントとしては、普通、早強、超早強、低熱、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、フライアッシュ、シリカ、又は石灰石粉末等を混合した各種混合セメント、並びに、廃棄物利用型セメント、いわゆるエコセメント等が挙げられる。

本発明で使用する膨張材としては、カルシウムサルホアルミネート系膨張材、カルシウムアルミノフェライト系膨張材、及び石灰系膨張材等が挙げられる。これらの中では、効果が大きい点で、カルシウムサルホアルミネート系膨張材が好ましい。

膨張材の使用量は、セメント１００部に対して、２〜２０部が好ましく、４〜１５部がより好ましい。２部未満では収縮低減効果が小さい場合があり、２０部を超えても収縮低減効果が期待できないばかりか、圧縮強度が小さくなる場合がある。

本発明で使用するチタンラクテートは液状でも粉末状でも使用できるが、液状のほうが、施工性に優れる点から、好ましい。液状の有機チタン化合物であるチタン水溶液のチタン濃度は５．０〜１０．０％が好ましく、６．０〜９．０％がより好ましい。５．０％未満では十分な凝集が得られず十分な厚付けが得られない場合があり、１０．０％を超えると水溶液が安定しない場合がある。水溶性チタン水溶液のｐＨは２．０〜７．０が好ましく、３．０〜６．０がより好ましい。２．０未満では強酸となり、施工時の安全性に課題がある場合がある。７．０を超えると、水溶液が安定しない場合がある。

チタンラクテートの使用量は、セメント１００部に対して、固形分換算で、０.０５〜５部が好ましく、０.１〜３部がより好ましい。０.０５部未満ではフローダウンせず、５０ｍｍ以上の厚付けができない場合があり、５部を超えると流動性が低下し、作業性に劣る場合がある。

本発明で使用する収縮低減剤は、例えば、硬化後の吹付けモルタルの乾燥収縮を抑制し、ひび割れの発生を抑制するものである。収縮低減剤としては、ＲＯ（ＡＯ）ｎＨ（ただし、Ｒは炭素数４〜６のアルキル基、Ａは炭素数２〜３の一種又は二種以上のアルキレン基、ｎは１〜１０の整数）で示される低級アルコールのアルキレンオキサイド付加物を主体としたものや、一般式Ｘ｛Ｏ（ＡＯ）ｎＲ｝ｍ（ただし、Ｘは２〜８個の水素基を有する化合物の残基、ＡＯは炭素数２〜１８のオキシアルキレン基、Ｒは水素原子、炭素数１〜１８の炭化水素基、又は炭素数２〜１８のアシル基、ｎは３０〜１０００、ｍは２〜８）で示され、そのオキシアルキレン基の６０モル％以上はオキシエチレン基であるポリオキシアルキレン誘導体等が挙げられる。これらの中では、効果が大きい点で、ポリオキシアルキレン誘導体が好ましい。

収縮低減剤の使用量は、セメント１００部に対して、１〜６部が好ましく、２〜５部がより好ましい。１部未満では乾燥収縮低減効果が小さい場合があり、６部を超えると強度発現性が低下する場合がある。

本発明で使用する繊維は、例えば、ひび割れが発生するのを防ぎ、破壊時の挙動が脆性的になるのを防ぐ目的で、使用するものである。繊維としては、ビニロン繊維やポリエチレン繊維等が挙げられる。これらの中では、高強度である点で、ビニロン繊維が好ましい。

繊維の使用量は、吹付け組成物１００容量部中、０.０１〜 １.０容量部が好ましく、０.０５〜０.５容量部がより好ましい。吹付け組成物とは、セメント、膨張材、収縮低減剤、減水剤、発泡物質、チタンラクテート、及び細骨材を含有する組成物をいう。０.０１容量部未満では、厚付けした吹付け材料が剥落してしまう場合があり、１.０容量部を超えると吹付け材料の粘性が高く、安定した吹付けができずに、圧送性、施工性が劣る場合がある。

本発明で使用する減水剤は、例えば、セメントに対する分散作用や空気連行作用を有し、流動性改善や強度増進するものである。減水剤としては、ポリアルキルアリルスルホン酸塩の縮合物、ナフタレンスルホン酸塩の縮合物、リグニンスルホン酸塩の縮合物、メラミンスルホン酸塩の縮合物、及びポリカルボン酸塩の縮合物等が挙げられる。減水剤は一種又は二種以上を使用しても良い。減水剤は全て粉末状で使用しても良い。

減水剤の使用量は、セメント１００部に対して、０.０５〜４部が好ましく、０．５〜３．０部がより好ましい。０.０５部未満では所定の流動性が得られない場合があり、４部を超えると材料分離の発生や圧縮強度が低下する場合がある。

本発明で使用する発泡物質は、例えば、水と混練後に、気体を発生する物質である。発泡物質は、例えば、吹付けモルタルの初期膨張性が得られ、吹付けモルタルの沈下現象を防止し、構造物との一体化を図るものである。発泡物質としては、金属粉末や過酸化物質等が挙げられる。これらの中では、アルミニウム粉末が好ましい。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性が低下するため、植物油、鉱物油、又はステアリン酸等で表面処理したアルミニウム粉末を使用することが好ましい。

発泡物質の使用量は、セメント１００部に対して、０.０００１〜０.００３部が好ましく、０．０００５〜０．００２部がより好ましい。０.０００１部未満では膨張量が極めて少なくなる場合があり、０.００３部を超えると膨張量が大きく強度が低下する場合がある。

本発明で使用する細骨材としては、川砂、海砂、砕砂、及び珪砂等が挙げられる。プレミックス製品として使用する際は、乾燥砂が好ましい。細骨材の最大粒径は、５．０ｍｍ以下が好ましい。

細骨材の使用量は、セメントと膨張材からなる結合材１００部に対して、９０〜２５０部が好ましく、１５０〜２００部がより好ましい。９０部未満では収縮量が多くなる場合があり、２５０部を超えると強度や流動性が低下する場合がある。

本発明で使用する練混ぜ水量は、セメントと膨張材からなる結合材１００部に対して、３０〜５５部が好ましく、３５〜５０部がより好ましい。この範囲外では、流動性の低下や材料分離が発生し、強度発現性が低下する場合もある。

本発明では、消泡剤、増粘剤、防錆剤、防凍剤、セメント急硬材、凝結調整剤、高分子エマルジョン、ポゾラン微粉末、ベントナイト等の粘土鉱物、ハイドロタルサイト等のアニオン交換体等を、本発明の目的を実質的に阻害しない範囲で使用しても良い。

本発明では、各材料の混合方法は特に限定されるものではない。それぞれの材料を施工時に混合してもよく、あらかじめその一部あるいは全部を混合しておいてもよい。

混合装置としては、既存のいかなる装置の使用可能である。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、及びナウターミキサ等が使用可能である。

本発明の吹付け材料の施工方法は、吹付け材料と水とを混合し、練り混ぜたモルタルをポンプで圧送し、圧送途中で圧縮空気を合流して吹き付ける方法であれば、吹付けシステムや方法は特に限定されるものではない。

以下に実験例を挙げて本発明をさらに具体的に説明する。本発明はこれら実験例に限定されるものではない。

セメント１００部、表１に示す量（固形分）のチタンラクテート、膨張材１０部、収縮低減剤３部、減水剤１.５部、発泡物質０.００１６部、結合材１００部に対して細骨材１８０部と水４３部、及び、吹付け組成物１００容量部中繊維０.１５容量部を添加して、高速ハンドミキサを用いて練り混ぜ、吹付けモルタルを作製し、フローを測定し、これをスクイズポンプで圧送し、吐出ノズル手前で圧縮空気を合流させて吹付けた後、リバウンド率、長さ変化率、及び圧縮強度を測定した。結果を表１に併記する。

＜使用材料＞
セメント：普通ポルトランドセメント、密度３．１５ｇ／ｃｍ^３、市販品
チタンラクテート：乳酸チタン水溶液、固形分濃度８％、ｐＨ５．０、市販品
膨張材：カルシウムサルホアルミネート系膨張材、密度２．８３ｇ／ｃｍ^３
収縮低減剤：ポリオキシアルキレン誘導体系、粉末、市販品、日本油脂社製、商品名「ＤＳＰ−Ｅ４０」
繊維：ビニロン繊維、密度１．３０ｇ／ｃｍ^３、市販品
減水剤：ナフタレンスルホン酸系減水剤、市販品
発泡物質：アルミニウム粉末、市販品、大和金属粉工業社製、商品名「Ｎｏ．Ｅ」
細骨材：石灰石砕砂、密度２．６２ｇ／ｃｍ^３、絶乾状態、最大粒径、４．５ｍｍ
硫酸チタン：硫酸チタン水溶液、固形分濃度８％

＜測定方法＞
流動性（フロー）：ＪＩＳ Ｒ ５２０１に規定されているフロー試験により測定した。
リバウンド率：天井面に設置したコンクリート製プレキャスト板に、吹付けモルタルを厚み９０ｍｍとなるように吹き付けた。吹付けを終了してから２４時間後に、落下した材料と吹付けに使用した全モルタル量との百分率により算出した。
長さ変化率：日本道路公団試験方法（ＪＨＳ ４１６ １９９９）「断面修復材の品質規格試験方法」に準じて、２０℃、８０％ＲＨの恒温恒湿室内で、吹付けモルタルを型枠に打設した。２日後に脱型後、２０℃、５０％ＲＨの条件下で気中養生を ２８日間行った後、長さ変化率を測定した。
圧縮強度：土木学会標準示方書（ＪＳＣＥ−Ｇ５４１−１９９９）「充てんモルタルの圧縮強度試験方法」に準じて、２０℃、８０％ＲＨの恒温恒湿室で、吹付けモルタルを型枠に打設した。１日後から２０℃の水中養生を行い、材齢２８日の圧縮強度を測定した。

表１から、チタンラクテートを適量使用することにより、リバウンド率が小さいので厚吹きが可能である、流動性が大きいので圧送性が優れる、等の本発明の効果が得られることが確認された。硫酸チタンを使用した場合、本発明の効果が得られない。

セメント１００部、チタンラクテート１.５部（固形分）、表２に示す量の膨張材、表２に示す量の収縮低減剤、減水剤１.５部、及び発泡物質０.００１６部を添加し、結合材１００部に対して細骨材１８０部と水４３部、並びに、吹付け組成物１００容量部中繊維０.１５容量部を添加して、高速ハンドミキサを用い練り混ぜ吹付けモルタルを作製し、フロー、長さ変化率、体積膨張率、及び圧縮強度を測定したこと以外は実験例１と同様に行った。結果を表２に併記する。

＜測定方法＞
体積膨張率：土木学会標準示方書（ＪＳＣＥ Ｆ５４２ １９９９）「充てんモルタルのブリーディング率および膨張率試験方法」に準じて、２０℃、８０％ＲＨの恒温恒湿室内で、吹付けモルタルを型枠に打設した。打設後１日に体積膨張率を測定した。

表２から以下確認された。膨張材と収縮低減剤を適量使用することにより、本発明の効果が得られる。

セメント１００部、チタンラクテート１.５部（固形分）、膨張材１０部、収縮低減剤３部、減水剤１.５部、及び発泡物質０.００１６部、結合材１００部に対して細骨材１８０部と水４３部、並びに、吹付け組成物１００容量部中表３に示す容量部の繊維を添加して、高速ハンドミキサを用い練り混ぜ、吹付けモルタルを作製し、フローを測定し、これをスクイズポンプで圧送し、吐出ノズル手前で圧縮空気を合流させて吹付けた後、リバウンド率、長さ変化率、及び圧縮強度を測定したこと以外は実験例１と同様に行った。結果を表３に併記する。

表３から以下確認された。繊維を適量使用することにより、本発明の効果が得られる。

実施例より、本発明は、以下要求に近い性能を満足する。
(１)収縮量が少ない。
(２)乾燥収縮の低減によるひび割れがない。
(３)ブリーディングや材料分離がない。
(４)水和熱抑制による温度ひび割れがない。

本発明は、急結剤を併用しなくても１回の吹付けで厚付けが可能となるから、施工スピードを短縮化できる。本発明は、硬化収縮を防止し、大幅にひび割れ発生を低減できる。本発明は、断面修復や断面の増し打ち部に使用できる。

本発明では、土木、建築分野での補修工事に幅広く適用できる。

Claims (8)

1. （１）セメント１００質量部、（２）膨張材２〜２０質量部、（３）収縮低減剤１〜６質量部、（４）減水剤０.０５〜４質量部、（５）発泡物質０.０００１〜０.００３質量部、（６）チタンラクテートを固形分換算で０.０５〜５質量部、（７）セメントと膨張材からなる結合材１００質量部に対して、細骨材９０〜２５０質量部、（８）吹付け組成物１００容量部中、繊維０.０１〜１.０容量部を含有してなる吹付け材料。
2. チタンラクテートが、チタン濃度５．０〜１０．０質量％であり、ｐＨが２．０〜７．０である水溶液である請求項１に記載の吹付け材料。
3. 膨張材が、カルシウムサルホアルミネート系膨張材である請求項１又は２記載の吹付け材料。
4. 収縮低減剤が、ポリオキシアルキレン誘導体である請求項１〜３のいずれか１項に記載の吹付け材料。
5. 繊維が、ビニロン繊維である請求項１〜４のいずれか１項に記載の吹付け材料。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載の吹付け材料と水を含有してなる吹付けモルタル。
7. 請求項６に記載の吹付けモルタルを、吹付けてなる吹付け工法。
8. 請求項６に記載の吹付けモルタルを吹付けて補修してなるコンクリート。