JP5871614B2

JP5871614B2 - グラウト材

Info

Publication number: JP5871614B2
Application number: JP2011286844A
Authority: JP
Inventors: 中島　裕; 裕中島; 則雄高橋
Original assignee: Taiheiyo Materials Corp
Current assignee: Taiheiyo Materials Corp
Priority date: 2010-12-28
Filing date: 2011-12-27
Publication date: 2016-03-01
Anticipated expiration: 2031-12-27
Also published as: JP2012148967A

Description

本発明は、建築、土木工事等に用いるセメント系グラウト材に関する。

建設・土木工事で、高密配筋箇所や小間隙等のセメント系組成物を難充填構造箇所に充填する場合、高流動のグラウト材が使用されることがある。高流動化されたグラウト材は、一般に含水率を５０〜７０体積％程度にしたものが多く、それ故材料分離が発生し易い。材料分離抑制のために通常のモルタルやコンクリートで汎用される増粘剤は、粘性の増大によって高い流動性が確保し難くなることから使用が制約される。また減水剤を大量に使用して含水率を下げようとすると硬化不良を起こす虞があった。このためカルシウムアルミネート等の速硬成分を併用して、分離する前に凝結硬化させることが行われている。（例えば、特許文献１参照。）この方策は、ブリーディング水発生をある程度抑制できるものの、より確実に材料分離を防ごうとすると速硬性を高める必要があり、施工時間が著しく短くなったり、良好な充填性を奏させるような流動性の確保ができなかった。逆に、高い速硬性のセメント組成物を得る場合に、高流動性を付与させると、所望の速硬性が得難くなり、速硬性の低下が避けられなかった。

特開２００７−１７７０７７号公報

本発明は、高い含水率にすることなく、例えば建設・土木工事でこれまで難充填構造箇所と云われれていた箇所を充填するのに十分適した高い流動状態を充填時に容易に得られるセメント系のグラウト材であって、材料分離が起こらず、しかも施工後は速やかに硬化できるグラウト材を提供することを課題とする。

本発明者は、前記課題解決のため検討を重ねた結果、材料分離が生じやすい高い含水比化によって予め高流動状態にせずとも、低い流動状態のセメント組成物であっても温度を上げると大幅に粘性が低下して高い流動性が得られ、冷却すると粘性が上昇するという知見から、調合時の含水混練物は材料分離を生じない程度の粘性状態であって、特定の加温状態でのみ特に高い流動性が得られ、施工後に冷えると粘性が増加して凝結・硬化が急速に進むことのできるグラウト材を見出し、しかも該グラウト材は硬化体性状に支障を生じなかったことから本発明を完成させた。

即ち、本発明は、ポルトランドセメント１００質量部、カルシウムアルミネート２０〜２００質量部、無水石膏、カルシウムアルミネートとポルトランドセメントの合計含有量１００質量部に対して凝結促進剤０．０５〜２質量部並びに凝結遅延剤０．０２〜２質量部及び水を含有するグラウト材であって、無水石膏（ＣＳ）とカルシウムアルミネート（ＣＡ）の含有質量比（ＣＳ／ＣＡ）が０．１〜０．６であり、且つ施工時の環境温度よりも１０℃〜５０℃高くなるよう加熱せしめたものであることを特徴とするグラウト材である。

また、本発明は、さらに増粘剤を含有する前記のグラウト材である。

本発明によれば、グラウト材の作製時から保存時においては高い流動状態でなくても良いため、材料分離を十分抑制し得る粘性状態のグラウト材にすることができ、そして大量の減水剤の導入や水／セメント比を高める注水等の配合上の特段の操作を行うことなく、施工時にその粘性を任意に低減できる。このため、例えば建設・土木工事で難充填構造箇所と称されれている対象にも施工に適した流動状態の所望品質のグラウト材を支障なく簡単に高密充填することが可能で、施工後は速やかに均質な硬化物が得られる。

本発明のグラウト材はポルトランドセメントを必須含有する。使用するポルトランドセメントは、特に限定されるものではなく、例えば普通、早強、超早強、中庸熱、低熱等の各種ポルトランドセメントが使用できる。またこれらのポルトランドセメントを主要水硬性物質とする例えば高炉セメント等の混合セメントも使用することができる。好ましくは所望の性状を支障なく発現させることができるため普通又は早強ポルトランドセメントを使用する。

本発明のグラウト材はカルシウムアルミネートを必須含有する。使用するカルシウムアルミネートは、主要化学成分としてＣａＯとＡｌ₂Ｏ₃を含む水和活性物質であれば何れのものでも良く、化合物、固溶体又はガラス質等として、さらには左記何れかのものの混合物が例示でき、アルミナセメントでも良い。より具体的には、例えば１２ＣａＯ・７Ａｌ₂Ｏ₃、ＣａＯ・Ａｌ₂Ｏ₃、３ＣａＯ・Ａｌ₂Ｏ₃、ＣａＯ・２Ａｌ₂Ｏ₃、ＣａＯ・６Ａｌ₂Ｏ₃等が挙げられる。またＣａＯとＡｌ₂Ｏ₃に加えて他の化学成分が加わったものでも良く、他の化学成分も単体で、或いはＣａＯやＡｌ₂Ｏ₃の何れか又は両者と反応した生成物であっても良い。具体的には、例えば４ＣａＯ・３Ａｌ₂Ｏ₃・ＳＯ₃、１１ＣａＯ・７Ａｌ₂Ｏ₃・ＣａＦ₂、Ｎａ₂Ｏ・８ＣａＯ・３Ａｌ₂Ｏ₃等が挙げられる。また、例示以外のＣａＯとＡｌ₂Ｏ₃の含有モル比となるカルシウムアルミネートでも良く、ＣａＯとＡｌ₂Ｏ₃の含有モル比の値は特に制限されるものではない。本発明のグラウト材は、好ましくは、カルシウムアルミネートを含有セメント量１００質量部に対し、２０〜２００質量部含有する。２０質量部未満では速硬性が低下する虞があるため適当ではなく、２００質量部を超えると強度発現性が阻害される虞があるので適当ではない。カルシウムアルミネートの粒度は、所望の速硬性を円滑に得る上でブレーン比表面積で２０００〜１００００ｃｍ²／ｇのものを使用するのが好ましい。

また、本発明のグラウト材は無水石膏を含有する。無水石膏は何れの結晶系に属するものでも良い。また所謂化学石膏と称されているものでも、天然石膏の何れでも良い。望ましくは良好な反応活性が得られ易いため化学石膏を使用する。無水石膏の粉末度は特に限定されないが、好ましくは、速硬性が確保でき、中長期強度発現性も高いものが得易くなることからブレーン比表面積で２０００〜２００００ｃｍ²／ｇとする。無水石膏の含有量（ポルトランドセメント中に予め含まれている分を除く。）は、含有するカルシウムアルミネート１００質量部に対し、１０〜６０質量部とする。即ち、無水石膏（ＣＳ）とカルシウムアルミネート（ＣＡ）の含有質量比（ＣＳ／ＣＡ）が０．１〜０．６のグラウト材であることを必須とする。含有質量比（ＣＳ／ＣＡ）が０．１未満では、注水によってカルシウムアルミネートと反応生成するエトリンガイトの生成量が不足し、グラウト材の含水率が高い場合には結合水量が不足し、硬化遅延を起こすことがあるので好ましくない。また、含有質量比（ＣＳ／ＣＡ）が０．６を超えると過膨張や凝結遅延を生じることがあるので好ましくない。

また、本発明のグラウト材は、凝結促進剤と凝結遅延剤の両者を凝結調整用に含有するものである。凝結促進剤と凝結遅延剤はモルタルやコンクリートに使用できるものなら何れのものも使用できる。具体的には凝結促進剤として、例えば、アルカリ金属炭酸塩、アルカリ金属硫酸塩、硝酸塩、アルミン酸塩等が挙げられる。この中でもカルシウムアルミネートが併用される系での凝結促進作用が高いことから炭酸リチウムを凝結促進剤として使用するのが好ましい。また、凝結遅延剤としては、例えば、クエン酸、酒石酸、グルコン酸、ヘプトン酸等のオキシカルボン酸又はその塩を有効成分とするものが挙げられる。この中でも加熱した際の硬化発現状態が早く、且つ相応の可使時間付与作用も有し易いことからクエン酸又はその塩の使用が好ましい。凝結促進剤を含有する場合の好適な含有量は含有するセメントとカルシウムアルミネートの合計量１００質量部に対し、０．０５〜２質量部とする。０．０５質量部未満では実質的な配合効果が見られず、速硬性が低下する虞があるので好ましくない。また２質量部を超えると促進作用は殆ど向上しないので好ましくない。また、凝結遅延剤を含有する場合の好適な含有量はセメントとカルシウムアルミネートの合計量１００質量部に対し、０．０２〜２質量部とする。０．０２質量部未満では実質的な配合効果が見られず、また２質量部を超えると凝結が遅延しすぎたり、速硬性が喪失傾向になるので好ましくない。

また、本発明のグラウト材は水を含有する。グラウト材作製時の水の注水使用量は、水を注水してなるグラウト材の５０〜８０体積％とするのが好ましい。５０体積％未満では例えば建設・土木工事で難充填構造箇所を充填するのに十分適した高流動状態が得難くなるので適当ではない。８０体積％を超えると材料分離の発生や硬化不良となることもあるので適当ではない。

また、本発明のグラウト材は本発明の効果を実質喪失させない限り、前記以外の成分を含むものであっても良い。このような成分として、例えば何れもモルタル又はコンクリートに使用できる、増粘剤、分散剤（減水剤、高性能減水剤、高性能ＡＥ減水剤等の減水剤類を含む）、収縮低減剤、消泡剤、空気連行剤、膨張材、ポゾラン反応性物質、繊維が挙げられる。このうち、増粘剤を含有すると、より確実に材料分離を抑制できる。増粘剤はモルタルやコンクリートに使用できるものなら何れのものでも良い。具体的にはセルロース誘導体や糖類を例示できる。増粘剤の含有量はセメント含有量１００質量部に対し、０．０５〜２質量部とする。０．０５質量部未満では実質的な配合効果が得られず、また２質量部を超えると、粘性が強くなり過ぎて、加熱しても難充填構造箇所の充填施工に適した流動性を得ることが困難になることがあるので適当ではない。

また、本発明のグラウト材は、以上の成分を含有してなる含水未硬化状態のものを、施工時の環境温度よりも１０℃〜５０℃高くなるよう加熱せしめたものである。好ましくは２０〜５０℃高い温度、より好ましくは３０〜５０℃高い温度とする。施工時の環境温度とは、グラウト材を例えば充填施工する施工場所の気温である。例えば施工場所の気温が２５℃なら３５〜７５℃となるよう加熱する。望ましくは、グラウト含水の気化が顕著になり、性状安定性を保つのが困難になるので、グラウト材の温度が１００℃以上となる加熱は推奨されない。施工時の環境温度よりも１０℃未満の加温では、小間隙充填施工に適した高い流動状態にならないため好ましくない。また、外気温よりも５０℃を超える高い温度へ加熱すると、加温時と冷却時の体積差が大きくなり過ぎ、例えば一旦充填した施工部位に硬化前の充填物が体積減少を起こして空隙が生じたり、また、セメント硬化が促進され過ぎて、充填施工に支障をきたすこともあるため好ましくない。

本発明のグラウト材を作製にあたっては、例えば、水以外の構成成分を予め混合したものを施工現場で注水混練するか、または水を含む全構成成分を混合器等に一括投入して混練して混練物を得る。この混練物を施工時に環境温度よりも２０〜５０℃高くなるように加熱し、この加熱物を施工箇所にグラウト注入や充填等する。加熱装置は特に制限されないが、市販のスクイーズポンプ等の吐出口に金属製のグラウト注入管を連結させ、その管の外周をヒーター材で覆う方法が例示される。

以下、本発明を実施例によって具体的に説明するが、本発明は記載された実施例に限定されるものではない。

普通ポルトランドセメント（太平洋セメント株式会社製）、アルミナセメント（ケルネオス社製）、ＩＩ型無水石膏（市販化学石膏、ブレーン比表面積７０００ｃｍ²／ｇ）、炭酸リチウム（粉末状市販試薬）、クエン酸（粉末状市販試薬）、メチルセルロース系増粘剤（信越化学工業株式会社製）及び水を用い、表１の配合割合となるよう２０℃の気温下で、ハンドミキサを用いて１２０秒間、回転速度１１００ｒｐｍで混練し、グラウト材を作製した。作製したグラウト材の２０℃での０打のフロー値をＪＩＳＲ５２０１「セメントの物理試験方法」に準拠した方法で測定した。また、２０℃で２時間放置したグラウト材の表面にブリーディング水が発生しているか否かを、ＪＩＳＡ１１２３「コンクリートのブリーディング試験方法」に準じた方法で調べた。ブリーディング水の発生が全くなかったものをブリーディング水発生無し（○）と判断し、それ以外の状況となったものをブリーディング水発生有り（×）と判断した。以上の結果も表１に表す。

次いで、気温２０℃の環境下で、加熱装置と温度センサーが付加されたステンレスタンクに前記の通り作製したグラウト材を入れ、表２に記載する温度にグラウト材を加熱した。尚、加熱前のグラウト材自体の温度は２０℃であった。所定の温度に加熱したグラウト材のフロー値を前期と同様の方法で測定した。また、この加熱グラウト材を内寸が直径５０ｍｍで高さ１００ｍｍの円柱状型枠に充填し、２０℃の恒温度実験室内に放置した。材齢２４時間後に脱型し、供試体を作製した。該供試体をＪＩＳＡ１１０８「コンクリートの圧縮強度試験方法」に従って圧縮強度を測定した。以上の結果を表２に表す。

表２の結果から、本発明のグラウト材は、常温下では材料分離抵抗が十分具備された流動状態のものであり、加熱すると、含水率約８０体積％のグラウト材（比較例４）に匹敵する程度の高い流動性を呈するグラウト材になることがわかる。また、本発明のグラウト材は、加熱により高流動化しても、冷えると高い早期強度が得られ、何ら支障なく速硬性を発現することができることがわかる。

Claims

ポルトランドセメントとカルシウムアルミネートと無水石膏と凝結促進剤と凝結遅延剤と水とを含有するグラウト材であって、
前記カルシウムアルミネートは、前記ポルトランドセメント１００質量部に対して、２０〜２００質量部、
前記凝結促進剤は、前記ポルトランドセメントと前記カルシウムアルミネートとの合計量１００質量部に対して、０．０５〜２質量部、
前記凝結遅延剤は、前記ポルトランドセメントと前記カルシウムアルミネートとの合計量１００質量部に対して、０．０２〜２質量部、
（前記無水石膏の量（前記ポルトランドセメント中に含有されていた分は除かれる。））／（前記カルシウムアルミネートの量）＝０．１〜０．６、
前記水は前記グラウト材の５０〜８０体積％、
加熱されて施工時における前記グラウト材の温度が３３℃〜７０℃である
ことを特徴とするグラウト材。
更に増粘剤を含有する
ことを特徴とする請求項１のグラウト材。
前記グラウト材は、そのフロー値（ＪＩＳＲ５２０１「セメントの物理試験方法」に準拠した方法で測定）が０．４〜０．６ｍである
ことを特徴とする請求項１又は請求項２のグラウト材。
請求項１〜請求項３いずれかのグラウト材が、施工時におけるグラウト材の温度は３３〜７０℃であるように加熱される
ことを特徴とする方法。