JP5387463B2 - 水硬性組成物 - Google Patents
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水硬性成分の構成要素が前記の範囲にない場合には、水硬性モルタル(スラリー)が優れた流動特性や材料分離抵抗性を安定して得られ難くなり、さらに断熱温度の上昇による硬化過程でのひび割れ、圧縮強度の低下及びブリーディングなど硬化物性の不良を生じることがあるため好ましくない。
水硬性成分量が前記の範囲より多い場合には、流動特性が悪化する傾向が強くなり、さらに断熱温度が上昇して硬化過程でのひび割れを生じる確率が高まり、前記の範囲より少ない場合には、圧縮強度が低下する傾向が強くなり、さらにブリーディングを生じ易くなることから好ましくない。
添加量が前記の範囲より少ないと寸法変化率が大きく、硬化過程でひび割れを生じる傾向が高くなり、また前記の範囲より多すぎても添加量に見合った効果は期待できず単に不経済であるだけでなく、ブリーディングを生じる傾向が高まることから好ましくない。
また、ナフタレンスルフォン酸系流動化剤は、水硬性組成物100質量%中に、好ましくは0.350〜0.480質量%、より好ましくは0.360〜0.475質量%、さらに好ましくは0.380〜0.470質量%であることが好ましい。
流動化剤の添加量が、それぞれの好ましい範囲より少ないと、水硬性成分を速やかに分散させる効果が乏しくなって充分な効果(良好な流動性状、優れた材料分離抵抗性)が発現せず、また好ましい範囲より多すぎても添加量に見合った効果は期待できず単に不経済であるだけでなく、ブリーディングを生じる傾向が高まることから好ましくない。
細骨材ついては、珪砂、川砂、海砂、山砂、砕砂などの砂類、石英粉末、廃FCC触媒などを用いることが特に好ましい。
細骨材の粒度構成が前記の範囲(「特定の粒度構成」という)にない場合には、水硬性モルタル(スラリー)が優れた流動特性や材料分離抵抗性を安定して得られ難くなり、また水硬性モルタル(スラリー)を、スラリーポンプを用いて長距離(100m)圧送した際に、水硬性モルタル(スラリー)中の細骨材が材料分離を生じてスラリーホースを閉塞させることがあるため好ましくない。
無機系膨張材としては、例えば遊離生石灰を膨張成分として含むものや、カルシウムサルフォアルミネート等のエトリンガイト形成物質を膨張成分とする市販品を使用することができる。好ましくは、収縮補償効果とともに反応時の水和発熱によって低温環境下の強度増強効果を有する生石灰を有効成分として含む膨張材が特に好ましく、この場合膨張材中の生石灰含有量は特に限定されないが、生石灰含有量が高いもの(100重量%を含む)では水和反応が急激に進行することがあるので80重量%以下の含有量が好ましい。
添加量が少ないと寸法変化率も大きく、充分な膨張効果を発現せず、また多すぎても硬化過程で膨張過多によるひび割れを生じることから好ましくない。
本発明で使用する消泡剤としては、シリコン系、アルコール系、ポリエーテル系などの合成物質又は植物由来の天然物質などを用いることができる。特にポリエーテル系の消泡剤を好適に用いることができる。
消泡剤の添加量は、水硬性組成物100質量%に対して、好ましくは0.001〜2.0質量%、より好ましくは0.008〜1.2質量%、さらに好ましくは0.03〜0.5質量%の範囲で用いることが好ましい。
添加量が好ましい範囲より少ないと充分な消泡効果を発現せず、型枠などに充填した際にエア溜りを生じやすく、構造物との一体性が損なわれることがあり、また添加量が好ましい範囲より多すぎても流動特性が悪化する場合があり、ブリーディングを生じ易くなることから好ましくない。
増粘剤の添加量は、水硬性組成物100質量%に対して、好ましくは0.001〜0.6質量%、より好ましくは0.01〜0.06質量%、さらに好ましくは0.015〜0.03質量%の範囲で用いることが好ましい。
金属系膨張材としては、アルミニウム粉、鉄粉などの金属粉を使用することができるが、中でも比重の面から、アルミニウム粉の使用が特に好ましい。アルミニウム粉は、JIS K5906:1998「塗装用アルミニウム粉」の第2種に準ずるものが好適に使用できる。
本発明の水硬性組成物は、所定量の水と速やかに混練され、安定して優れた流動性状と良好な材料分離抵抗性とを有するスラリーが得られることから、前記の水硬性組成物を貯蔵するタンクを備えた水硬性モルタル(スラリー)調製・施工用トラックを使用した施工方法に好適に用いることができる。
混練条件Aとは、温度20℃、湿度65%の恒温室において、恒温室と同温度に養生した水硬性組成物と水を用い、2Lポリ容器に表1から表6等に示す所定の水比の水を入れ、図4に示す形状のタービン羽根を取り付けた0.15KW攪拌機を使用し、300rpmで攪拌しながら水硬性組成物1500gを全量投入後、780rpmで2分間混練して、水硬性モルタル(スラリー)を調製するものである。
水の添加量は、用いる水硬性成分や水硬性組成物に応じて、適宜選択して用いることができる。水硬性組成物と水との質量比率である水比(水/水硬性組成物)は、好ましくは0.080〜0.500、さらに好ましくは0.090〜0.400、特に好ましくは0.110〜0.200の範囲であることが好ましい。なお、水比は水の添加量を水硬性組成物の質量で除した値を用いる。
1)ブリーディング率が、好ましくは0.3%以下、より好ましくは0.2%以下、特に好ましくは0.1%以下である。
2)エア量が、好ましくは4.5%以下、より好ましくは4.0%以下、特に好ましくは3.5%以下である。
1)圧縮強度(材齢28日)が、好ましくは40N/mm2以上、より好ましくは45N/mm2以上、さらに好ましくは50N/mm2以上である。
2)長さ変化率(材齢7日)が、好ましくは−22×10−4以上、より好ましくは−21×10−4以上、さらに好ましくは−20×10−4以上である。
3)簡易断熱養生温度の最高温度が、好ましくは87℃以下、より好ましくは86℃以下、さらに好ましくは85℃以下である。
4)ひび割れ確認(目視)が、○:ひび割れ無しである。
特に、大規模な現場で大量のグラウチングを行うような場合に、連続的に水硬性モルタル(スラリー)を調製して、連続的に施工箇所へ供給・打設施工する場合にその性能を発揮するものである。
1)J14ロート流下値(秒):
土木学会基準「充てんモルタルの流動性試験方法(JSCE F541−1999)」に準拠して、水硬性モルタル(スラリー)のJ14ロート法による流下値を示す。
土木学会基準「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(JSCE F541−1999)」に準拠して、水硬性モルタル(スラリー)の練り混ぜ2時間後のブリーディング率を示す。
温度20℃、湿度65%の条件で混練した水硬性モルタル(スラリー)を用い、温度20℃、湿度95%の条件で硬化させ、翌日脱型後、20℃の水中で28日間養生した試験体φ5×10cmを用い、JIS A1108:2006に準拠して評価を行う。
土木学会基準「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(JSCE F541-1999)」に準拠して、膨張収縮率を示す。
ミキサー装置の排出ポンプ出口に、内径32cmで長さ25m、50m又は100mのスラリーホースを接続して評価を行う。
ポンプは、モーノポンプ、型番:2NM50(兵神装備社製)を用いて行う。
水硬性モルタル(スラリー)の圧送性の評価指標は、○:閉塞無し、×:閉塞有りとする。
長さ変化率の測定は、図5に示す装置を用いる。長さ変化率の測定は、混練直後の水硬性モルタル(スラリー)を型内部の型枠の高さまで打設し、打設直後より長さ変化の測定を開始し、測定間隔は10分毎で行い、材齢7日まで測定する。測定条件は、20℃、RH65%の気中で行う。
水硬性モルタル(スラリー)の硬化時の長さ変化率は、図5(a)に示す変位センサーの端部と、変位センサーの端部と隣接するSUS製円盤との間隔の変化量(mm)を、水硬性モルタル(スラリー)の硬化体の内部に位置する2枚のSUS製円盤の間隔(b=480mm)で除した値とする。
簡易断熱養生温度の測定は、図6に示す装置を用いる。簡易断熱養生温度の測定は、混練直後の水硬性モルタル(スラリー)を断熱材中の型枠に打設し、打設直後より簡易断熱養生温度の測定を開始し、測定間隔は5分毎で行う。測定条件は、20℃、RH65%の恒温室内で行う。
温度20℃、湿度65%の条件で混練した水硬性モルタル(スラリー)を用い、縦20cm×横12cm×高さ2cmのプラスティック容器に流し込み、温度35℃、湿度60%の条件で硬化させ、打ち込み7日後のひび割れ有無を目視にて確認する。評価指標は、○:ひび割れ無し、×:ひび割れ有りとする。
温度20℃、湿度65%の条件で混練した水硬性モルタル(スラリー)を用い、JIS A1128:2005「フレッシュコンクリートの空気量の圧力による試験方法」に準拠して、エア量を示す。
温度20℃、湿度65%の恒温室において、恒温室と同温度に養生した水硬性組成物と水を用い、2Lポリ容器に表1から表6に示す所定水比の水(比較例1〜4及び実施例1〜3の場合の水比は16.1%)を入れ、図4に示すタービン羽根を取り付けた0.15KW攪拌機(新東科学社製、品番:スリーワンモータBL600)を使用し、300rpmで攪拌しながら水硬性組成物1500gを全量投入後、780rpmで2分間混練して、水硬性モルタル(スラリー)を調製することを混練条件Aとする。
1)水硬性成分:
・早強ポルトランドセメント(宇部早強セメント、ブレーン比表面積4500cm2/g)。
・普通ポルトランドセメント(宇部普通セメント、ブレーン比表面積3300cm2/g)。
比表面積の評価法は、JIS R5201−1997に規定されているブレーン空気透過装置を用いて測定されたものである。
2)細骨材:
・珪砂A : N30、瓢屋社製。
・珪砂B : S4、JFEミネラル社製。
・珪砂C : N50、瓢屋社製。
・珪砂D : N70、瓢屋社製。
・珪砂E : N40、瓢屋社製。
・珪砂F : SN40、瓢屋社製。
・珪砂G : SN50、瓢屋社製。
・珪砂H : SN70、瓢屋社製。
3)膨張材:
・無機系膨張材:太平洋ハイパーエクスパン構造用(太平洋マテリアル社製)。
・金属系膨張材:アルミニウム粉(粒度44μm以下60%以上、大和金属粉工業社製)。
4)流動化剤:
・流動化剤a:ポリカルボン酸系流動化剤、メルフラクスAP101F(BASFポゾリス社製)。
・流動化剤b:ナフタレンスルフォン酸系流動化剤、マイティ100(花王社製)。
5)収縮低減剤:ポリエーテル系収縮低減剤、ヒビダン(竹本油脂社製)
6)消泡剤:
・消泡剤A:ポリエーテル系消泡剤、B107F(ADEKA社製)
・消泡剤B:ポリエーテル系消泡剤、B115F(ADEKA社製)
7)ミクロシリカ:ブレーン比表面積19000cm2/g、BASFポゾリズ社製
8)増粘剤
・増粘剤A:セルロース系増粘剤、ハイユーローズ(宇部興産社製)。
・増粘剤B:変性アクリルアミド系増粘剤、スタービス4302F(BASFポゾリス社製)。
・増粘剤C:ヒドロキシプロピルメチルセルロース系増粘剤、SCH300L(信越化学工業社製)
表1に示す配合割合で水硬性組成物と水とを混練条件Aにしたがって混練して水硬性モルタル(スラリー)を調製し、同恒温室にてJ14ロート流下値(秒)を、温度35℃、湿度60%の恒温室にてひび割れ確認(目視)を測定した。測定結果を表1に示す。また、同水硬性モルタル(スラリー)を用いて長さ変化率を測定した結果を図7に示す。
表2に示す配合割合で水硬性組成物と水とを混練条件Aにしたがって混練して水硬性モルタル(スラリー)を調製し、同恒温室にてJ14ロート流下値(秒)、ブリーディング率(%)を測定した。さらに温度35℃、湿度60%の恒温室にてひび割れ確認(目視)を測定した。水硬性組成物を混練条件Aで混練して調整したスラリーを硬化させた水硬性モルタル(スラリー)硬化体について28日圧縮強度を測定した。測定結果を表2に示す。また、参考例1、2、5、参考比較例2、5の水硬性モルタル(スラリー)を用いて長さ変化率を測定した結果を図8に、参考例1、2、5、参考比較例2〜5の水硬性モルタル(スラリー)を用いて簡易断熱養生温度(℃)を測定した結果を図9に示す。
表3に示す配合割合で水硬性組成物と水とを混練条件Aにしたがって混練して水硬性モルタル(スラリー)を調製し、同恒温室にてJ14ロート流下値(秒)及びブリーディング率(%)を測定した。水硬性組成物を混練条件Aで混練して調整したスラリーを硬化させた水硬性モルタル(スラリー)硬化体について28日圧縮強度を測定した。また、使用した細骨材の粒度構成を表3に示す。測定結果を表3に示す。
表4に示す配合割合で水硬性組成物と水とを混練条件Aにしたがって混練して水硬性モルタル(スラリー)を調製し、同恒温室にてJ14ロート流下値(秒)、ブリーディング率(%)を測定した。測定結果を表4に示す。
表5に示す配合割合で水硬性組成物と水とを混練条件Aにしたがって混練して水硬性モルタル(スラリー)を調製し、同恒温室にてJ14ロート流下値(秒)、膨張収縮率(%)及びブリーディング率(%)を測定した。さらに温度35℃、湿度60%の恒温室にてひび割れ確認(目視)を測定した。測定結果を表5に示す。また、同水硬性モルタル(スラリー)を用いて長さ変化率を測定した結果を図10に示す。
表6に示す配合割合で水硬性組成物と水とを混練条件Aにしたがって混練して水硬性モルタル(スラリー)を調製し、同恒温室にてJ14ロート流下値(秒)、ブリーディング率(%)及びエア量(%)を測定した。水硬性組成物を混練条件Aで混練して調整したスラリーを硬化させた水硬性モルタル(スラリー)硬化体について28日圧縮強度を測定した。測定結果を表6に示す。
参考例11の水硬性組成物を用いて、水硬性組成物と所定量の水とをミキサー装置を備えたスラリー製造・供給装置(図1)に供給して連続的に混練し、水硬性モルタル(スラリー)を連続製造してスラリーを一旦リザーバータンクに収容した。
水硬性モルタル(スラリー)は、リザーバータンク中で約2分間、多重螺旋状攪拌板とパドル型攪拌板とを配置した複合攪拌羽根を有する攪拌機によって強制攪拌条件下に保持した後、スラリー製造設備の吐出ポンプ(スラリーポンプ)を用いて吐出した。
スラリー製造設備の吐出ポンプ(スラリーポンプ)から吐出した水硬性モルタル(スラリー)は、ポンプから吐出直後を0mとし、ポンプに接続した内径が32mmで長さが25m、50m、75m及び100mのスラリーホースの筒先より吐出させてポンプ圧送性を評価した。また、連続製造してリザーバータンクに収容したスラリーと、吐出ポンプ(スラリーポンプ)を用いて、ポンプからの吐出直後を0mとし、25m、50m、75m及び100mのスラリーホースの筒先より吐出させてスラリーについて、J14ロート流下値、ブリーディング率、ひび割れ(目視)及び28日圧縮強度を測定した。
スラリー中に含まれる水比は、リザーバに収容したスラリーを一部取り出して電子レンジ法により測定した。
ポンプ圧送性、J14ロート流下値、ブリーディング率、ひび割れ(目視)及び28日圧縮強度の測定結果を表7に示す。
表8に示す配合割合で水硬性組成物と水とを混練条件Aにしたがって混練して水硬性モルタル(スラリー)を調製した。なお、比較例1〜4及び実施例1〜3の水比は16.1%とした。このスラリーを、温度5℃、湿度65%の恒温室にてJ14ロート流下値(秒)、フロー値及び消泡時間等を測定した。測定結果を表8に示す。
1:表面に気泡抜け跡の凹凸有り
2:表面に気泡抜け跡の凹凸がわずかに有り
3:表面に気泡抜け跡の凹凸無し
1:かわばりの発生有り
2:かわばりの発生無し
11 : スラリー製造・供給装置
12 : 水硬性組成物
13 : ホッパー
14 : ホッパースクリュー
15 : 給水口
16 : 混練装置(ミキサー)
17 : 水
18 : モルタル(スラリー)排出口
19 : 水硬性モルタル(スラリー)
20 : リザーバータンク
21 : 水硬性モルタル(スラリー)
22 : スターラースクリュー(多重螺旋状攪拌板とパドル型攪拌板とを配置した複合攪拌羽根)
23 : 移送スクリュー
24 : スネークポンプ(スラリーポンプ)
25 : 水硬性モルタル(スラリー)
26、27 : モーター
28 : 動力伝達ベルト
31 : 水硬性モルタル・スラリー調製・施工用トラック
32 : 水硬性組成物の供給口
33 : 水硬性組成物タンク
34 : 水硬性スラリー
35 : 混練装置(ミキサー)
36 : ホッパー
37 : 水硬性組成物
38 : スクリューフィーダー
39 : 水タンク
40 : 水供給ポンプ
41 : 水供給パイプ
42 : 多重螺旋状攪拌板とパドル型攪拌板とを配置した複合攪拌羽根
43 : 水硬性スラリータンク(リザーバータンク)
44 : スラリーポンプ
45 : スラリーホース
Claims (4)
- 水硬性成分と、細骨材と、ポリエーテル系収縮低減剤と、ポリカルボン酸系流動化剤又はナフタレンスルフォン酸系流動化剤と、消泡剤と、無機系膨張材と、ヒドロキシプロピルメチルセルロース系増粘剤とを含む水硬性組成物であって、
水硬性組成物は水硬性組成物100質量%中に、
水硬性成分を34.0〜38.0質量%含み、
ポリエーテル系収縮低減剤を0.10〜0.50質量%含み、
ポリカルボン酸系流動化剤を0.050〜0.075質量%又はナフタレンスルフォン酸系流動化剤を0.350〜0.480質量%含み、
消泡剤を0.001〜2.0質量%含み、
無機系膨張材を0.3〜4.0質量%含み、
ヒドロキシプロピルメチルセルロース系増粘剤を0.001〜0.6質量%含み、
さらに、水硬性成分は、水硬性成分100質量%中に
早強ポルトランドセメントを55.0〜65.0質量%含み、
普通ポルトランドセメントを35.0〜45.0質量%含む、
水硬性組成物。 - 請求項1に記載の水硬性組成物と水とを混練して得られる水硬性モルタル。
- 請求項2に記載の水硬性モルタルを硬化させて得られる水硬性モルタルの硬化体。
- 請求項1に記載の水硬性組成物を貯蔵するタンクを備えた水硬性モルタル調製・施工用トラックに搭載したミキサーを用いて、水硬性組成物と水とを連続的に混練して水硬性モルタルを調製する工程と、前記トラックに搭載されたスラリーポンプによりスラリーホースを介して水硬性モルタルを施工箇所へ連続的に供給・打設して硬化させる工程とを含む、グラウト用の水硬性モルタルの施工方法。
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