JP5111065B2

JP5111065B2 - グラウト材

Info

Publication number: JP5111065B2
Application number: JP2007293539A
Authority: JP
Inventors: 賢一一瀬; 泰道神代; 賢斎藤; 洋宣藤井
Original assignee: Sika Ltd; Obayashi Corp
Current assignee: Obayashi Corp; Sika Japan Ltd
Priority date: 2007-11-12
Filing date: 2007-11-12
Publication date: 2012-12-26
Anticipated expiration: 2027-11-12
Also published as: JP2009120411A

Description

本発明は、超高強度のグラウト材に関する。

グラウト材は、主に、岩石や地盤、鉄骨柱などの隙間を埋めるために使用される材料であって、硬化後に所定の強度をもってこれらを固定する。例えば、グラウト材は、プレストレスト・コンクリートをポストテンション方式で製造する際、ＰＣ鋼材とシースとの間を埋めるときに使用される。また、プレキャストコンクリート部材における鉄筋継手部分や目地部分の充填用として使用される。

現在市販されている高強度グラウトは、鉄筋継手用に開発されたもので１２０Ｎ／ｍｍ^２程度の設計基準強度にまで対応が可能である。しかしながら、施工性が要求される目地用の高強度グラウトについては、現在、１００Ｎ／ｍｍ^２程度の設計基準強度までにしか対応できない。
特許第２８０３４０６号公報特許第２８５３４０３号公報特開２００６−２９８６７９号公報特開２００２−２２０２７１号公報

隙間を埋めるグラウト材としては、施工性を高めるために流動性が求められる一方、より高い設計基準強度に対応可能なものが望まれていた。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、高い強度と流動性とを兼ね備えたグラウト材を提供することを目的とする。

このような目的を達成するために本発明に係るグラウト材は、中庸熱ポルトランドセメント、シリカフューム、ボーキサイトまたはムライト、及び、水が調合されたグラウト材であって、前記中庸熱ポルトランドセメントと前記シリカフュームの合計質量対前記水の質量が１００：１８〜１００：２０となるように調合され、前記中庸熱ポルトランドセメントと前記シリカフュームの合計質量対前記ボーキサイトまたはムライトの質量が１００：５０〜１００：６０となるように調合されたことを特徴とする。
ボーキサイトまたはムライトを含むグラウト材において、このような割合で中庸熱ポルトランドセメント、シリカフューム、及び、水を調合することによって、高い強度と流動性とを兼ね備えたグラウト材を提供することができる。

また、このような割合で中庸熱ポルトランドセメント、シリカフューム、及び、ボーキサイトまたはムライトを調合することによって、特に高い強度と流動性とを兼ね備えたグラウト材を提供することができる。

また、本発明に係るグラウト材において、前記中庸熱ポルトランドセメントとシリカフュームの合計質量対前記シリカフュームの質量が１００：１５〜１００：２０となるように調合されたことを特徴とする。
このような割合でシリカフュームを調合することによって、特に高い強度と流動性とを兼ね備えたグラウト材を提供することができる。

また、本発明に係るグラウト材において、前記ボーキサイトまたはムライトにおけるルータイルの含有率が３．５％以下であることを特徴とする。
このように、細骨材としてのボーキサイトまたはムライトにおけるルータイルの含有率を少なくすることによって、より強度の高いグラウト材を提供することができる。

また、本発明に係るグラウト材において、前記ボーキサイトまたはムライトの粒径が２．５ｍｍ以下であることを特徴とする。
このように、細骨材としてのボーキサイトまたはムライトの粒径を小さくすることによって、より強度の高いグラウト材を提供することができる。

また、本発明に係るグラウト材において、前記ボーキサイトがコランダム（α−Ａｌ_２Ｏ_３）及びムライト（Ａｌ_６Ｓｉ_２Ｏ_１３）を主成分としたボーキサイトであるであることを特徴とする。
このようなボーキサイトを細骨材として使用することによって、強度の高いグラウト材を提供することができる。

また、本発明に係るグラウト材において、さらに、ポリカルボン酸系化合物の高性能減水剤が調合されたことを特徴とする。
このようにすることによって、調合する水の割合を減らすことができるので強度の高いグラウト材を提供することができる。また、水の割合を減らすことができるのでグラウト材の凝結時間を短縮することができる。

本発明によれば、高い強度と流動性とを兼ね備えたグラウト材を提供することができる。

図１は、本実施形態におけるグラウト材の調合を説明するための表である。図には、本実施形態におけるグラウト材の試験体Ｎｏ．１〜Ｎｏ．４に対する各材料の構成比を示す。

表における「Ｗ」は水Ｗを示し、「Ｃ」は中庸熱ポルトランドセメントＣを示す。また、「ＺＦＦ」はシリカフュームＺＦＦを示し、「ＥＸ」は膨張剤ＥＸを示す。また、「Ｓ２」はボーキサイトＳ２を示し、「Ａｄ」は高性能減水剤を示す。また、「消泡」は消泡剤を示す。

さらに、表には中庸熱ポルトランドセメントＣとシリカフュームＺＦＦとの合計質量に対する水Ｗの質量の割合（Ｗ／（Ｃ＋ＺＦＦ））（％）が示されている。また、中庸熱ポルトランドセメントＣとシリカフュームＺＦＦの合計質量に対するボーキサイトＳ２の質量の割合（Ｓ２／（Ｃ＋ＺＦＦ））が示されている。

また、表における「標水」は、標準水中養生における材齢２８日の圧縮強度（Ｎ／ｍｍ^２）を示す。また、「封かん」は、封かん養生における材齢２８日の圧縮強度（Ｎ／ｍｍ^２）を示す。ここでは、圧縮強度の試験方法として、ＪＩＳＡ１１０８が採用される。本実施形態では、標準水中養生及び封かん養生における材齢２８日の圧縮強度が１５０Ｎ／ｍｍ^２を超えるグラウト材を提供する。

表の「Ｊ１４」は、下端内径を１４ｍｍの漏斗（所謂、ＪＰ漏斗）を採用したＰＣグラウトの流動性試験方法（土木学会制定：ＪＳＣＥ−Ｆ５３１−１９９９）の流下試験（以下、Ｊ１４漏斗試験という）における流下時間を示す。

プレキャストコンクリート部材の目地材としてグラウト材を使用する場合、圧縮強度が１５０Ｎ／ｍｍ^２を超えるグラウト材であったとしても、実用性の観点からＪ１４漏斗試験における流下時間は５０秒以内であることが望ましく、さらに、流下時間を３０秒以内にすることができれば生産性を向上させることができる。本実施形態では、Ｊ１４漏斗試験における流下時間が５０秒以内のグラウト材を提供し、特に試験体Ｎｏ．１及びＮｏ．２については、流下時間が３０秒以内であるグラウト材を提供する。

以下、本実施形態におけるグラウト材が採用する材料の詳細について説明する。本実施形態では、セメントとして、例えば、密度が３．２１ｇ／ｃｍ^３である中庸熱ポルトランドセメントが採用される。グラウト材は部材間に圧入され部材同士を固定するため、ひび割れ等の不具合を生じないことが重要である。中庸熱ポルトランドセメントＣは、水和熱を低く抑えることができるので、グラウト材の硬化前後の体積変化を少なくして、ひび割れ等の不具合の発生率を低くすることができる。

また、中庸熱ポルトランドセメントＣは低熱ポルトランドセメントよりも流動性が高い。よって、本実施形態のように、中庸熱ポルトランドセメントＣを採用することによって流動性が高く施工性の良好なグラウト材を提供することができる。また、中庸熱ポルトランドセメントＣを採用することで、グラウト材の強度を向上させることができる。

シリカフュームＺＦＦは、例えば、酸化珪素ＳｉＯ_２を質量比で８５％以上含有し、比表面積が８〜２０ｍ^２／ｇの微粉末であって、密度が２．３０±０．２０ｇ／ｃｍ^３のものが採用される。また、本実施形態において、中庸熱ポルトランドセメントＣとシリカフュームＺＦＦの合計質量に対するシリカフュームＺＦＦの質量は、（ＺＦＦ／（Ｃ＋ＺＦＦ））＝１５〜２０％となるように調合される。

ボーキサイトＳ２は、グラウト材の細骨材としての役割を果たす。ボーキサイトＳ２は、例えば、表乾密度が３．３９ｇ／ｃｍ^３のガイアナ産ボーキサイトである。また、ボーキサイトＳ２は、焼成ボーキサイトであって、コランダム（α−Ａｌ_２Ｏ_３）及びムライト（Ａｌ_６Ｓｉ_２Ｏ_１３）を主成分とする。また、このボーキサイトＳ２のルータイル（ＴｉＯ_２）の含有量は３．５％以下である。また、本実施形態では、２．５ｍｍ以下の粒径のボーキサイトを採用し、グラウト材の流動性を改善している。

図２は、細骨材に珪砂を調合した場合のグラウト材を説明するための表である。この表におけるグラウト材の調合では、細骨材としてボーキサイトＳ２ではなく珪砂Ｓ１が採用される。表における「Ｓ１」は、珪砂Ｓ１を示す。ここでは、例えば、密度２．６０ｇ・ｃｍ^３の宇部珪砂７号が採用される。材齢２８日の強度を参照すると、封かん養生における圧縮強度は１５６．４Ｎ／ｍｍ^２となっており、１５０Ｎ／ｍｍ^２を超えているものの、標準水中養生における圧縮強度は１２７．１Ｎ／ｍｍ^２となっており、１５０Ｎ／ｍｍ^２の圧縮強度を満たさない。

一方、図１の表を参照すると、標準水中養生及び封かん養生において試験体Ｎｏ．１〜Ｎｏ．４のいずれも１５０Ｎ／ｍｍ^２を超える圧縮強度を実現している。このように、細骨材として強度発現性の優れるボーキサイトＳ２を採用することによって、１５０Ｎ／ｍｍ^２を超える高い圧縮強度を有するグラウト材を提供することができる。

ところで、一般に、中庸熱ポルトランドセメントＣとシリカフュームＺＦＦと水Ｗを混合したペースト中の水Ｗの割合を減らした方が高い圧縮強度を得られる傾向があり、中庸熱ポルトランドセメントＣとシリカフュームＺＦＦの合計質量に対する水Ｗの質量の割合（Ｗ／（Ｃ＋ＺＦＦ））を少なくすることが望ましいと考えられる。図示しないが、中庸熱ポルトランドセメントＣとシリカフュームＺＦＦの合計質量に対する水Ｗの割合（Ｗ／（Ｃ＋ＺＦＦ））を２０％より大きくした場合は所望の強度を得られない。また、水の割合を増やすこととすると、ボーキサイトＣの比重が高いため、細骨材の分離という不具合を生ずるおそれもある。

その一方で、中庸熱ポルトランドセメントＣとシリカフュームＺＦＦの合計質量に対する水Ｗの質量の割合（Ｗ／（Ｃ＋ＺＦＦ））を少なくしすぎると、グラウト材としての流動性が悪化し、Ｊ１４漏斗試験において５０秒以下という流下時間を実現することが困難となる。

図３は、水の調合を少なくした場合のグラウト材を説明するための表である。この表において、中庸熱ポルトランドセメントＣとシリカフュームＺＦＦの合計質量に対する水Ｗの質量の割合（Ｗ／（Ｃ＋ＺＦＦ））は、１７％となっている。このときの、材齢２８日の標準水中養生及び封かん養生における圧縮強度は、共に１５０Ｎ／ｍｍ^２を超える。これは、水の割合を減らしたことで圧縮強度が増したためである。しかしながら、Ｊ１４漏斗試験における流下時間を参照すると５６．５秒となっており、本実施形態において所望される５０秒を超えてしまう。

図１の表を参照すると、試験体Ｎｏ．１〜Ｎｏ．４のＪ１４漏斗試験における流下時間はいずれも５０秒を下回る。このように、中庸熱ポルトランドセメントＣとシリカフュームＺＦＦの合計質量に対する水Ｗの質量の割合（Ｗ／（Ｃ＋ＺＦＦ））を本実施形態のように１８％〜２０％の範囲とすることで、Ｊ１４漏斗試験において５０秒以下という流下時間、及び、１５０Ｎ／ｍｍ^２という圧縮強度を実現しつつ、不具合の生じないグラウト材を提供することができる。

ところで、細骨材の割合を少なくするとグラウト材の流動性は高くなると考えられ、中庸熱ポルトランドセメントＣとシリカフュームＺＦＦに対するボーキサイトＳ２の割合を少なくすることで、流下時間を短くすることができると考えられる。しかしながら、ボーキサイトＳ２は前述の通り優れた強度発現性を有するため、その調合を少なくすると本実施形態で所望される圧縮強度を実現することが困難となる。

図４は、ボーキサイトＳ２の調合を少なくした場合のグラウト材を説明するための表である。この表において、中庸熱ポルトランドセメントＣとシリカフュームＺＦＦの合計質量に対するボーキサイトＳ２の質量の割合（Ｓ２／（Ｃ＋ＺＦＦ））は、０．３となっている。これは、ペースト成分に対するボーキサイトＳ２の割合が本実施形態のグラウト材よりも少ない。このときの材齢２８日の標準水中養生における圧縮強度は１５７．６Ｎ／ｍｍ^２となっており、本実施形態で所望される１５０Ｎ／ｍｍ^２を超えることができたものの、封かん養生における圧縮強度は１４３．７Ｎ／ｍｍ^２となっており、所望される圧縮強度を満たさない。

一方、図１の表を参照すると、標準水中養生及び封かん養生において試験体Ｎｏ．１〜Ｎｏ．４のいずれも１５０Ｎ／ｍｍ^２を超える圧縮強度を実現している。このように、中庸熱ポルトランドセメントＣとシリカフュームＺＦＦの合計質量に対するボーキサイトＳ２の質量の割合（Ｓ２／（Ｃ＋ＺＦＦ））を０．５〜０．６の範囲とすることで、Ｊ１４漏斗試験において５０秒以下という流下時間、及び、１５０Ｎ／ｍｍ^２という圧縮強度を実現して、高い強度と流動性とを兼ね備えたグラウト材を提供することができる。

高性能減水剤Ａｄは、例えば、ポリカルボン酸系化合物の粉体状高性能減水剤または液体状高性能減水剤が採用される。グラウト材の強度は、水に対するセメント比にも大きく左右され、一般的に水の割合が少ないほどその強度は増す。また、比重の高いボーキサイトＳ２がセメントペーストから分離しないようにするためにも、水の割合を少なくすることが望ましい。しかしながら、水の割合を少なくするとグラウト材の流動性が悪化する。ここでは、水の割合を少なくしつつグラウト材の高い流動性を確保するために高性能減水剤が使用される。特に、ポリカルボン酸系化合物の粉体状高性能減水剤または液体状高性能減水剤は、例えばナフタリン系の減水剤よりも水の割合を少なくすることができるので、これを採用することで高い強度を有するグラウト材を提供することができる。また、水の割合を少なくすることができるので、グラウト材の凝結時間を短縮することができる。

膨張剤ＥＸは、例えば、石灰系の膨張材であって、密度が３．１９ｇ／ｃｍ^３の膨張材が採用される。グラウト材は主に部材間の隙間を埋めることに使用されるため、硬化前後においてその伸縮量が少ないことが望ましい。膨張剤ＥＸは、グラウト材の水和収縮を緩和させることができる。また、隙間に対するグラウト材の充填性を良好にすることができる。

また、本実施形態における消泡剤は、例えば、日本シーカ社製アンチフォームが使用される。

このように、図１の表に示されるような調合にすることで、標準水中養生及び封緘養生における材齢２８日のグラウト材は、いずれも１５０Ｎ／ｍｍ^２を超える圧縮強度を実現する。また、これらのグラウト材のＪ１４漏斗試験における流下時間はいずれも５０秒を下回る。このような調合にすることで、高い強度と流動性とを兼ね備えるグラウト材を提供することができる。

特に、試験体Ｎｏ．１及びＮｏ．２のグラウト材のＪ１４漏斗試験における流下時間は、いずれも３０秒を下回る。よって、グラウト材の調合を試験体Ｎｏ．１及びＮｏ．２のようにすることで、超高強度のグラウト材の中でも流動性の高いグラウト材を提供することができる。このように流動性に優れるので、部材間に容易に圧入することができる。

また、本実施形態におけるグラウト材は、流動性に優れ、かつ、圧縮強度が１５０Ｎ／ｍｍ^２を超えるので、設計基準強度１２０Ｎ／ｍｍ^２以上の超高強度コンクリートを用いたプレキャスト部材の接続に採用することもできる。このように超高強度コンクリート部材の接続が行えるようになるので、様々な態様の超高強度コンクリートのプレキャスト化が可能とし、現場における打継ぎ処理を省くことができるようになる。また、超高強度コンクリート部材の製作精度を向上させることができ、施工上の不具合を生じにくくすることができるので、品質のよいコンクリート構造物を構築できるようになる。また、超高強度コンクリート部材の接続が行えることにより超高層鉄筋コンクリート造の建設において、現場サイクル工程を短縮することができる。

本実施形態におけるグラウト材の調合を説明するための表である。細骨材に珪砂を調合した場合のグラウト材を説明するための表である。水の調合を少なくした場合のグラウト材を説明するための表である。ボーキサイトの調合を少なくした場合のグラウト材を説明するための表である。

符号の説明

Ｗ水、ＺＦＦシリカフューム、Ｃ中庸熱ポルトランドセメント、
ＥＸ膨張剤、Ｓ１珪砂、Ｓ２ボーキサイト、Ａｄ減水剤

Claims

中庸熱ポルトランドセメント、シリカフューム、ボーキサイトまたはムライト、及び、水が調合されたグラウト材であって、前記中庸熱ポルトランドセメントと前記シリカフュームの合計質量対前記水の質量が１００：１８〜１００：２０となるように調合され、
前記中庸熱ポルトランドセメントと前記シリカフュームの合計質量対前記ボーキサイトまたはムライトの質量が１００：５０〜１００：６０となるように調合されたことを特徴とするグラウト材。
前記中庸熱ポルトランドセメントとシリカフュームの合計質量対前記シリカフュームの質量が１００：１５〜１００：２０となるように調合されたことを特徴とする請求項１に記載のグラウト材。
前記ボーキサイトまたはムライトにおけるルータイルの含有率が３．５％以下であることを特徴とする請求項１又は２に記載のグラウト材。
前記ボーキサイトまたはムライトの粒径が２．５ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のグラウト材。
前記ボーキサイトがコランダム（α−Ａｌ_２Ｏ_３）及びムライト（Ａｌ_６Ｓｉ_２Ｏ_１３）を主成分としたボーキサイトであることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のグラウト材。
さらに、ポリカルボン酸系化合物の減水剤が調合されたことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のグラウト材。