JP5589258B2 - 水硬性組成物およびその硬化体 - Google Patents
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Description
本発明の第一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(スラリー)を硬化させて得られる水硬性モルタル(スラリー)硬化体である。
1)水硬性組成物は細骨材を含み、水硬性組成物が、1μm以上〜8μm未満の粒子を20.5〜30.0質量%含み、8μm以上〜32μm未満の粒子を10.0〜25.0質量%含み、32μm以上〜300μm未満の粒子を10.0〜40.0質量%含み、300μm以上〜850μm未満の粒子を15.0〜50.0質量%含み、850μm以上の粒子を0.0〜2.0質量%含むこと。
2)流動化剤及び増粘剤を含むこと。
3)水硬性組成物は、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し、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グラウト施工方法に用いられること。
また、本発明の水硬性組成物を用いて調製した水硬性モルタル(スラリー)は、良好な材料分離抵抗性を有していることから、ポンプを使用して長距離圧送することができ、効率的にかつ安定性状の水硬性モルタル(スラリー)を狭隘部の施工場所へ充填することが可能となり、品質の安定した構造物の構築に優れた効果を発揮するものである。
さらに、本発明の水硬性組成物を用いて調製した水硬性モルタル(スラリー)の硬化体は、寸法変化率や断熱温度上昇が小さく、ひび割れ抵抗性にも優れており、高耐久な構造体を得ることができる。
本発明では、分散媒には分散助剤を0.001%加えた水を用い、300秒間超音波およびスターラー撹拌により無機質微粉末を分散し、粒度・形状分布測定器(PITA−1、セイシン企業)を用いて粒子の円形度を測定して、観測粒子3000個の平均を求めて平均円形度とする。なお、平均円形度は観測粒子の実投影面積Aとし、周囲長Pとした際の4πA/P2の値とする。
さらに好ましくは、1μm以上〜8μm未満の粒子を21.0〜29.0質量%含み、8μm以上〜32μm未満の粒子を12.0〜24.0質量%含み、32μm以上〜300μm未満の粒子を11.0〜39.0質量%含み、300μm以上〜850μm未満の粒子を16.0〜48.0質量%含み、850μm以上の粒子を0.0〜1.0質量%含むものを好適に使用できる。
より好ましくは、1μm以上〜8μm未満の粒子を22.0〜27.0質量%含み、8μm以上〜32μm未満の粒子を15.0〜22.0質量%含み、32μm以上〜300μm未満の粒子を12.0〜38.0質量%含み、300μm以上〜850μm未満の粒子を17.0〜46.0質量%含み、850μm以上の粒子を0.0〜0.5質量%含むものを好適に使用できる。
特に好ましくは、1μm以上〜8μm未満の粒子を22.0〜27.0質量%含み、8μm以上〜32μm未満の粒子を15.0〜20.0質量%含み、32μm以上〜300μm未満の粒子を25.0〜38.0質量%含み、300μm以上〜850μm未満の粒子を18.0〜30.0質量%含み、850μm以上の粒子を0.0〜0.2質量%含むものを好適に使用できる。
増粘剤は、セルロース系、蛋白質系、ラテックス系、及び水溶性ポリマー系などを用いることができ、特にセルロース系などを用いることができる。
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、カルシウムサルホ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。
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、所定温度、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6に示す所定水比の水を入れ、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。
水硬性組成物を混練条件Aの条件で、室温20度の恒温室にて調製し、同恒温室にて測定した水硬性モルタル(スラリー)のフロー値を常温時のフロー値(X)とし、水硬性組成物を混練条件Aの条件で、室温30度の恒温室にて調製し、同恒温室にて測定した水硬性モルタル(スラリー)のフロー値(Y)を高温時のフロー値とし、水硬性組成物を混練条件Aの条件で、室温5度の恒温室にて調製し、同恒温室にて測定した水硬性モルタル(スラリー)のフロー値(Z)を低温時のフロー値とした場合に、XとYとの比率が、好ましくはY/X=0.80〜1.10の範囲であり、さらに好ましくはY/X=0.82〜1.07の範囲であり、より好ましくはY/X=0.84〜1.05の範囲であり、特に好ましくはY/X=0.85〜1.03の範囲であることが好ましい。
さらに、XとZとの比率が、好ましくはZ/X=0.90〜1.10の範囲であり、さらに好ましくはY/X=0.92〜1.07の範囲であり、より好ましくはY/X=0.94〜1.06の範囲であり、特に好ましくはZ/X=0.95〜1.05の範囲であることが、年間を通じて優れたフロー性を有する水硬性モルタル(スラリー)を安定して得られ、作業性が向上することから好ましい。
Y/X、および/または、Z/Xが上記範囲から外れた場合、高温時期もしくは低温時期に流動性が損なわれ、水硬性モルタル(スラリー)の性状を微調整しなければならない等、作業性が低下するため好ましくない。
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41N/mm2以上、さらに好ましくは41.5N/mm2以上、特に好ましくは42N/mm2以上である。
2)長さ変化率(材齢7日)が、好ましくは−30×10−4以上、より好ましくは−25×10−4以上、特に好ましくは−24×10−4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93℃以下、より好ましくは90℃以下、特に好ましくは85℃以下である。
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):
土木学会充てんモルタル試験方法(案)(JSCE・F542−1993)に準拠して、グラウトスラリーのJ14ロート法による流下値を示す。
2)フロー試験:
混練条件Aで混練した水硬性モルタル(スラリー)を用い、建築改修工事管理指針に準拠して評価を行う。厚さ5mmのみがき板ガラスの上に内径50mm、高さ100mmの塩化ビニル製パイプを置き、スラリーを充填した後、パイプを引き上げる。広がりが静止した後、直角2方向の直径を測定し、その平均値をフロー値とする。
3)分離:ブリージング袋法(JSCE・F522−1999)に準拠して、ブリージング2%以下を有:分離あり、無:分離なしとする。
4)圧縮強度(N/mm2):
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℃の水中で所定期間養生した試験体φ5×10cmを用い、JIS・A−1108に準拠して評価を行う。
5)ポンプ圧送性:
ミキサー装置の排出ポンプ出口に、内径32cmで長さ10m、50m又は100mのスラリーホースを接続して評価を行う。
水硬性モルタル(スラリー)の筒先にテーパー管を有する圧送試験の評価指標は、○:閉塞無し、×:閉塞ありとする。
水硬性モルタル(スラリー)の筒先にテーパー管を有する圧送試験:ホース100m筒先に図5に示すテーパー管を設置して圧送する。
6)長さ変化率:
長さ変化率の測定は、図6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。
7)簡易断熱養生温度:
簡易断熱養生温度の測定は、図9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。
8)混練条件A:
所定温度、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6に示す所定水比の水を入れ、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。
9)粒度分布の測定方法(測定条件A):
分散媒にはエチルアルコールを用い、60秒間超音波およびスターラー撹拌により無機質微粉末を分散し、屈折率を1.330に設定したレーザー粒度分析装置(LMS−30、セイシン企業)を使用して測定する。
10)平均円形度の測定方法(測定条件B):
分散媒には分散助剤を0.001%加えた水を用い、300秒間超音波およびスターラー撹拌により無機質微粉末を分散し、粒度・形状分布測定器(PITA−1、セイシン企業)を用いて測定して、観測粒子3000個の平均を求め、平均円形度とする。なお、平均円形度は観測粒子の投影面積Aとし、周囲長Pとした際の4πA/P2の値とする。
1)水硬性成分:
・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)。
比表面積の評価法は、JIS・R−5201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。また、篩を使用して測定したポルトランドセメントの粒度構成を表7に示す。
2)無機質微粉末
・無機質微粉末a:ファイナッシュ(四電ビジネス、ブレーン比表面積=5800cm2/g、平均円形度=0.921、平均粒径=4.7μm)
・無機質微粉末b:フライアッシュJISII種(四電ビジネス、ブレーン比表面積=3510cm2/g、平均円形度=0.904、平均粒径=13.2μm)
・無機質微粉末c:フライアッシュJISIV種(四電ビジネス、ブレーン比表面積=2320cm2/g、平均円形度=0.876、平均粒径=22.7μm)
・無機質微粉末d:炭酸カルシウム(宇部マテリアルズ、ブレーン比表面積=5820cm2/g、平均円形度=0.905、平均粒径=7.6μm)
・無機質微粉末e:神鋼パワーメント(神戸製鋼、ブレーン比表面積=4630cm2/g、平均円形度=0.895、平均粒径=10.8μm)
無機質微粉末a〜eのブレーン比比表面積は、JIS・R−5201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。
無機質微粉末a〜eの平均円形度は、測定条件Bにて測定した。
無機質微粉末a〜eの平均粒径および表7に示す無機質微粉末aの粒度構成は、測定条件Aにて測定した。
2)細骨材:
・珪砂A : SS5A、宇部サンド工業社製。
・珪砂B : S6、宇部サンド工業社製。
・珪砂C : S7、宇部サンド工業社製。
・珪砂D : 5号荒、瓢屋社製。
・珪砂E : SC6、山川産業社製。
・珪砂F : S8、山川産業社製。
篩を使用して測定した珪砂A〜Fの粒度構成を表7に示す。
3)膨張材:
・無機系膨張材:アサノジブカル(太平洋セメント社製)。
・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)減水剤:
・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:ポリカルボン酸系流動化剤、メルフラクス2651F(BASFポゾリス社製)。
5)増粘剤:セルロース系増粘剤、ハイユーローズ(宇部興産社製)。
室温20℃の条件下、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、同恒温室にてフロー値(混練直後、練置10分後)、J14ロート流下値(秒)および材料分離状況を測定した。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)硬化体について圧縮強度を測定した。フロー値、J14ロート流下値(秒)、分離状況及び圧縮強度の測定結果を表1に示す。また、使用した無機質微粉末a〜eの特性を表1に示す。
室温20℃の条件下、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、同恒温室にてフロー値(混練直後、練置10分後)、J14ロート流下値(秒)および材料分離状況を測定した。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)硬化体について圧縮強度を測定した。フロー値、J14ロート流下値(秒)、分離状況及び圧縮強度の測定結果を表2に示す。また、使用した無機質微粉末aの特性、および、水硬性組成物の粒度構成を表2に示す。
室温5℃、20℃、30℃の条件下、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、同恒温室にてフロー値(混練直後)及びJ14ロート流下値(秒)の経時変化を測定した。フロー値、J14及びロート流下値(秒)の測定結果を表3に示す。また、使用した無機質微粉末aの特性、および、水硬性組成物の粒度構成を表3に示す。
室温20℃の条件下、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、同恒温室にてフロー値(混練直後、練置10分後、練置20分後、練置30分後)を測定した。フロー値の測定結果、使用した無機質微粉末aの特性、および、水硬性組成物の粒度構成を表4に示す。
室温5℃、20℃、30℃の条件下、表5に示す配合割合で水硬性組成物を調製した。
水硬性組成物を混練条件Aの条件で、室温20度の恒温室にて調製し、同恒温室にて測定した水硬性モルタル(スラリー)のフロー値を常温時のフロー値(X)、水硬性組成物を混練条件Aの条件で、室温30度の恒温室にて調製し、同恒温室にて測定した水硬性モルタル(スラリー)のフロー値(Y)を高温時のフロー値、水硬性組成物を混練条件Aの条件で、室温5度の恒温室にて調製し、同恒温室にて測定した水硬性モルタル(スラリー)のフロー値(Z)を低温時のフロー値を測定した。測定結果を表5に示す。
また、使用した無機質微粉末aの特性、および、水硬性組成物の粒度構成を表5に示す。
表6に示す実施例18及び参考例2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。リザーバータンクに収容したスラリーは、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、ポンプから吐出直後を0mとして、ポンプに接続した内径が32mmで長さが10m、50m、100mのスラリーホースの筒先および100mのスラリーホースの筒先に設置したテーパー管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、10m、50m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、フロー値およびJ14ロート流下値(秒)を測定した。また、スラリー中に含まれる水分量(水比)は、リザーバータンクに収容したスラリーを一部取り出し電子レンジ法により測定した。
ポンプ圧送性、フロー値およびJ14ロート流下値の測定結果を表6に示す。
また、室温20℃の条件下、実施例18および参考例2の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調整した水硬性モルタル(スラリー)を用いて、長さ変化率および簡易断熱養生温度を測定した。長さ変化率測定結果及び簡易断熱養生温度測定結果をそれぞれ図7、図8に示す。
さらにポリカルボン酸系の粉末流動化剤、増粘剤を含み、平均円形度が0.921の無機質微粉末と水硬性成分および細骨材を含む水硬性組成物であって、水硬性組成物が特定の粒度構成を持つ実施例3〜8は、さらにフロー性が向上し、高い材料分離抵抗性を示している。
さらに、平均円形度が0.921の無機質微粉末を用い、特定の粒度構成を有する水硬性組成物を用いた場合、実施例13〜17に示すように、温度変化及び水比(混練水量/水硬性組成物)が変化しても、Z/Xは0.97〜1.02の間の値を示し、Y/Xは0.91〜0.98の間の値を示し、安定したフロー値が得られている。
また、実施例18の水硬性組成物を用いた水硬性モルタル(スラリー)の硬化体は、図7に示すように長さ変化率が大幅に低減されるとともに、図8に示すように断熱温度上昇も小さい値を示し、高耐久な硬化体を得ることができる。
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 : 混練スクリュー
18 : モルタル(スラリー)排出口
19 : モルタル(スラリー)
20 : リザーバータンク
21 : モルタル(スラリー)
22 : スターラースクリュー(螺旋形状撹拌羽根)
23 : 移送スクリュー
24 : スネークポンプ(スラリーポンプ)
25 : モルタル(スラリー)
26、27、28 : モーター
29、30 : 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 : スターラースクリュー(螺旋形状撹拌羽根)
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 (8)
- 水硬性成分と、無機質微粉末としてフライアッシュと、細骨材と、ポリカルボン酸系流動化剤と、セルロース系増粘剤とを含む水硬性組成物であって、
フライアッシュが、ブレーン比表面積が4000cm2/g〜15000cm2/g、平均粒径が10.0μm以下、平均円形度が0.915〜1.000であり、
水硬性成分とフライアッシュとの合計質量100質量%中のフライアッシュが30〜45質量%であり、
1μm以上〜8μm未満の粒子を20.5〜30.0質量%含み、8μm以上〜32μm未満の粒子を10.0〜25.0質量%含み、32μm以上〜300μm未満の粒子を10.0〜40.0質量%含み、300μm以上〜850μm未満の粒子を15.0〜50.0質量%含み、850μm以上の粒子を0〜2質量%含むことを特徴とする水硬性組成物。 - 無機系膨張材をさらに含み、前記無機系膨張材が石灰系膨張材を含有する、請求項1に記載の水硬性組成物。
- 水硬性成分100質量部に対してポリカルボン酸系流動化剤を0.05〜1質量部、セルロース系増粘剤を0.01〜0.08質量部含むことを特徴とする、請求項1又は2に記載の水硬性組成物。
- 水硬性成分100質量部に対して無機系膨張材を3〜20質量部、金属系膨張材を0.0005〜0.005質量部含むことを特徴とする、請求項1〜3のいずれか1項に記載の水硬性組成物。
- 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は、20℃でのフロー値Xと、30℃でのフロー値Y、5℃でのフロー値Zとの比率が、0.80<Y/X<1.10かつ0.90<Z/X<1.10であることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の水硬性組成物。
- 水硬性組成物は、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し、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グラウト施工方法に用いられることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の水硬性組成物。
- 請求項1〜6のいずれか1項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1〜6のいずれか1項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を硬化させて得られる水硬性モルタルの硬化体。
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