JP5160762B2 - グラウト用セメントモルタル組成物 - Google Patents
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Description
グラウト用セメント混和材に要求される性能としては、(1)無収縮であること、(2)流動性が良好でその保持性が良好であること、(3)ブリーディングや材料分離がないことなどが要求されるが、近年、コンクリートの高強度化が進んできたため、用途によってはグラウト材料にも高強度化が必要となり、充填箇所によっては高流動化が要求されている(非特許文献1参照)。
(1)セメント、膨張材、石膏、ポゾラン微粉末、減水剤及び細骨材を含有してなるグラウト用セメントモルタル組成物において、前記膨張材が、ブレーン比表面積値2,000〜6,000cm2/gのカルシウムアルミノフェライト系張材で、セメント、膨張材、石膏及びポゾラン微粉末からなる結合材100部中、1〜4部であり、前記ポゾラン微粉末が、二酸化珪素(SiO2)含有率が90%以上で水素イオン濃度が酸性領域にあるシリカ質微粉末で、セメント、膨張材、石膏及びポゾラン微粉末からなる結合材100部中、5〜15部であり、及び前記減水剤が、ポリカルボン酸系減水剤で、セメント、膨張材、石膏及びポゾラン微粉末からなる結合材100部に対して、0.24〜0.40部であることを特徴とするグラウト用セメントモルタル組成物である。
(2)前記石膏が、無水石膏であることを特徴とする前記(1)のグラウト用セメントモルタル組成物である。
(3)前記石膏が、ブレーン比表面積値で3,000〜6,000cm2/gであることを特徴とする前記(1)又は(2)のいずれか一項のグラウト用セメントモルタル組成物である。
(4)前記石膏が、セメント、膨張材、石膏及びポゾラン微粉末からなる結合材100部中、1〜5部であることを特徴とする前記(1)〜(3)のいずれか一項のグラウト用セメントモルタル組成物である。
(5)前記細骨材が、密度3.0g/cm3以上の重量骨材であることを特徴とする前記(1)〜
(4)のいずれか一項のグラウト用セメントモルタル組成物である。
(6)前記(1)〜(4)のいずれか一項のグラウト用セメントモルタル組成物と水とを混合してなるグラウトモルタルである。
(7)水/結合材比が20〜30%であることを特徴とする前記(6)のグラウトモルタルである。
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。
CaO原料としては石灰石や消石灰等が、Al2O3原料としてはボーキサイトやアルミ残灰等が、Fe2O3原料としては銅カラミや市販の酸化鉄等が、そして、CaSO4原料としては二水石膏、半水石膏、及び無水石膏等が挙げられる。
C4AF膨張材の使用量は、セメント、膨張材、石膏及びポゾラン微粉末からなる結合材(以下、結合材と略する)100部中1〜4部であり、2〜3部が好ましい。1部未満では良好な膨張性や保水性が得られない場合があり、4部を超えると同様に良好な膨張性が得られない場合がある。
シリカ質微粉末の製造方法は、例えば金属シリコン微粉末を火炎中で酸化させる方法や高温火炎中でシリカ質原料微粉末を溶融する方法において原料の熱処理条件を調整し、捕集温度を550℃以上にすることによって製造することができる。また、電気炉においてジルコンサンドを電融した際にサイクロンなどで捕集した後分級して製造されるものもある。
その平均粒子径は、1μm以下の超微粒子である。
減水剤の使用形態は粉体、液体のいずれでも使用できるがプレミックス製品として使用する際には粉体が好ましく、グラウト用セメントモルタル組成物100部に対するポリカルボン酸系減水剤の使用量は、粉体で0.05〜0.20部が好ましく、0.07〜0.15部がより好ましい。
ポリカルボン酸系減水剤が0.05部未満では高流動が得られない場合があり、0.20部を超えると泡が発生したり凝結遅延を起こす場合がある。また、本発明の効果を阻害しない範囲でメラミンスルホン酸系減水剤、リグニンスルホン酸系減水剤を併用することができる。
発泡剤としては特に限定されるものではなく、例えば、金属粉末や過酸化物等が挙げられる。なかでもアルミニウム粉末が好ましいが、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が好ましい。
発泡剤の使用量は、結合材100部に対して、0.0003〜0.003部が好ましい。0.0003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低下が著しくなる場合がある。
細骨材の使用量は、結合材100部に対して、70〜150部が好ましい。70部未満では収縮量が多くなる場合があり、150部を超えると強度や流動性が低下する場合がある。
ハンドミキサ又は高速グラウトミキサでの練り混ぜは、ペール缶等練り容器又はミキサにあらかじめ所定の水を入れ、その後ミキサを回転させながら前記結合材と細骨材を混合したグラウト用セメントモルタル組成物を投入し2分以上練り混ぜる。また、強制ミキサでの練り混ぜは、あらかじめ前記混合したグラウト用セメントモルタル組成物をミキサに投入しミキサを回転させながら所定の水を投入し少なくとも2分以上練り混ぜる。練り混ぜ時間が2分未満では、練り不足のため適切なグラウト用セメントモルタルの流動性が得られ難い場合がある。
また、作製したグラウトモルタルを、20℃、80%RHの恒温恒湿室で、型枠に打設し、長さ変化率、及び圧縮強度を測定した。長さ変化率、圧縮強度は1日で脱型後、材齢まで20℃水中養生とした。結果を表1に併記する。
セメント :普通ポルトランドセメント、市販品
膨張材A :C4AF膨張材、ブレーン値2,900cm2/g、市販品
膨張材B :C4AF膨張材、ブレーン値1,900cm2/g
膨張材C :C4AF膨張材、ブレーン値5,830cm2/g
膨張材D :C4AF膨張材、ブレーン値6,090cm2/g
膨張材E :CSA系膨張材、ブレーン値2,850cm2/g 、市販品
石膏α :天然無水石膏、ブレーン値4,200cm2/g
ポゾラン微粉末a:シリカフューム、PH=2.90、SiO2含有率95.2%、市販品
減水剤 :ポリカルボン酸塩系減水剤、市販品 消泡剤 :ポリオキシエチレンアルキルエーテル系、市販品
発泡剤 :アルミニウム粉末、市販品
細骨材 :フェロクロムスラグ、密度3.20g/cm3、2.0mm下品、市販品
流動性 :日本規格協会JIS R5201-1997「セメントの物理試験方法」11.フロー試験で15回の落下運動を行わない静置フローを測定。流動性の経時変化は、その都度グラウトモルタルを高速ハンドミキサにて10秒間練り返して測定
長さ変化率:日本規格協会JIS A 6202「コンクリート用膨張材」の附属書1「膨張材のモルタルによる膨張性試験方法」に準じて測定。材齢7日の測定値
圧縮強度 :土木学会JSCE-G505-1999「円柱供試体を用いたモルタルまたはセメントペーストの圧縮強度試験方法」に準じて測定。材齢28日の測定値
C4AF膨張材は、結合材100部中、1部未満では流動性、圧縮強度は得られるが長さ変化率は小さく、1部から流動性、圧縮強度にあわせて長さ変化率の効果が顕著になり、4部を超えると流動性は高くなるが、圧縮強度が低下し、長さ変化率が大きくなりすぎるから、1〜4部が好ましい。
これに対して、膨張材E(CSA系)を配合したグラウトモルタル(実験NO.1-11〜1-12)は、流動性の保持性が悪く、また長さ変化率はC4AF系膨張材に比べ小さく混和率を多くする必要がある。したがって、本発明では、膨張材としてC4AF系膨張材を使用する。
石膏β :天然無水石膏、ブレーン値2,800cm2/g
石膏γ :天然無水石膏、ブレーン値6,500cm2/g
これに対して、石膏を含有しない実験No.2-1の比較例のグラウトモルタルは、流動性は優れているが、圧縮強度が低い。また、5部を超えて含有させた場合、圧縮強度は含有しない場合より高いが増進はみられない(実験NO.2-4)。
ブレーン値が3,000cm2/g未満の石膏βを含有したグラウトモルタルは、流動性は優れているが、圧縮強度の増進がみられず、また、ブレーン値が6,000cm2/gを超えた石膏γを含有したグラウトモルタルは、圧縮強度は高いが、流動性の保持が短くなる(実験No.2-5〜2-6)。
したがって、ブレーン値が3,000から6,000cm2/gの石膏を、結合材100部中、1〜5部含有させてグラウトモルタルとすることが好ましい。
ポゾラン微粉末b:シリカフューム、PH=6.45、SiO2含有率99.9%
ポゾラン微粉末c:シリカフューム、PH=7.73、SiO2含有率96.3%、市販品
ポゾラン微粉末d:シリカフューム、PH=9.49、SiO2含有率89.1%、市販品
減水剤N :ナフタレンスルホン酸系減水剤、市販品
これに対して、二酸化珪素(SiO2)含有率が90%以上であるが水素イオン濃度がアルカリ領域であるポゾラン微粉末c、及び二酸化珪素(SiO2)含有率が90%未満で水素イオン濃度がアルカリ領域であるポゾラン微粉末dを含有する実験No.3-7〜3-10の比較例のグラウトモルタルは、ポゾラン微粉末aと同等の減水剤量では練り混ぜができず、減水剤量を増して練り混ぜても、泡が多量に発生し、優れた流動性が得にくく、また長さ変化率、圧縮強度が低下する。
したがって、二酸化珪素(SiO2)含有率が90%以上で水素イオン濃度が酸性領域にあるポゾラン微粉末を使用することにより、優れた流動性保持、適当な長さ変化率、高い圧縮強度のグラウトモルタルが得られるという本発明の効果を奏することが確認された。
また、減水剤として、ポリカルボン酸系減水剤に代えてナフタレンスルホン酸系減水剤(減水剤N)を配合したグラウトモルタル(実験No.3-11〜3-12)では、二酸化珪素(SiO2)含有率が90%以上で水素イオン濃度が酸性領域にあるポゾラン微粉末を使用した場合でも、ポリカルボン酸系減水剤と同等の減水剤量では練り混ぜができず、減水剤量を多く必要とし、このため泡の発生が多くなり好ましくない。
したがって、ポリカルボン酸系減水剤を使用することにより、優れた流動性保持、適当な長さ変化率、高い圧縮強度のグラウトモルタルが得られるという本発明の効果を奏すること、ポリカルボン酸系減水剤以外の減水剤を使用したのでは、このような効果は奏しないことが確認された。
<使用材料>
細骨材 :珪砂、密度2.60g/cm3 、2.0mm下品、市販品
これに対して水/結合材比が20%未満では、練り混ぜに大きな負荷がかかり練り混ぜが困難な場合があり、また水/結合材比が30%を超える実験NO.5-3では、泡の発生が多量にみられ流動性保持は優れているが圧縮強度が低下する。
したがって、本発明におけるグラウト用セメントモルタル組成物の練り混ぜに使用される水/結合材比は20〜30%が好ましい。
Claims (7)
- セメント、膨張材、石膏、ポゾラン微粉末、減水剤及び細骨材を含有してなるグラウト用セメントモルタル組成物において、前記膨張材が、ブレーン比表面積値2,000〜6,000cm2/gのカルシウムアルミノフェライト系膨張材で、セメント、膨張材、石膏及びポゾラン微粉末からなる結合材100部中、1〜4部であり、前記ポゾラン微粉末が、二酸化珪素(SiO2)含有率が90%以上で水素イオン濃度が酸性領域にあるシリカ質微粉末で、セメント、膨張材、石膏及びポゾラン微粉末からなる結合材100部中、5〜15部であり、及び前記減水剤が、ポリカルボン酸系減水剤で、セメント、膨張材、石膏及びポゾラン微粉末からなる結合材100部に対して、0.24〜0.40部であることを特徴とするグラウト用セメントモルタル組成物。
- 前記石膏が、無水石膏であることを特徴とする請求項1に記載のグラウト用セメントモルタル組成物。
- 前記石膏が、ブレーン比表面積値で3,000〜6,000cm2/gであることを特徴とする請求項1又は2に記載のグラウト用セメントモルタル組成物。
- 前記石膏が、セメント、膨張材、石膏及びポゾラン微粉末からなる結合材100部中、1〜5部であることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載のグラウト用セメントモルタル組成物。
- 前記細骨材が、密度3.0g/cm3以上の重量骨材であることを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載のグラウト用セメントモルタル組成物。
- 請求項1〜5のいずれか一項に記載のグラウト用セメントモルタル組成物と水とを混合してなるグラウトモルタル。
- 水/結合材比が20〜30%であることを特徴とする請求項6に記載のグラウトモルタル。
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