JP5950099B2 - 水中不分離型無収縮グラウト - Google Patents

Description

本発明は水中環境下で使用する水中不分離性無収縮セメントモルタルに関し，特に，環境温度が異なる場合でも同一の配合で使用できる水中不分離性セメントモルタル充てん組成物及び当該セメントモルタル系充てん組成物に使用するプレミックス粉体に関するものである。

コンクリート構造物の耐震補強、補修、一体化、構造物内部の充てんや機械基礎の形成等には無収縮グラウト（モルタル）が使用される。一般に、無収縮グラウト（モルタル）には見かけ上の体積収縮を起こさないようにするため、収縮を補償するための膨張剤や発泡剤がモルタルに添加されている。さらに、流動性を所定時間確保するために減水剤が添加されている。

無収縮グラウトを水中で施工する場合も多い。通常の無収縮グラウトを水中で施工するとグラウト（モルタル）が水中で材料分離を生じ，硬化体の強度低下を招き、また水を懸濁させるため、施工した構造体や施工環境に悪影響を与える。このため、水中で施工する無収縮グラウトには、一般にメチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、ヒドロキシプロピルメチルセルロース等の水溶性増粘剤が添加されている。

例えば、増粘剤として低置換度ヒドロキシプロピルセルロースを用い、さらに発泡剤、膨張材および減水剤を含有する無収縮モルタルが知られている（特許文献１：特開２００４−１４９３６２号公報）。また、砂の粒度を限定することによって水中での材料分離を抑制した無収縮モルタルが知られている（特許文献２：特開２００９−１４９４５７号公報）。また、増粘剤に特定のポリカルボン酸系減水剤と特定のメラミン系減水剤を併用することによって高温環境下の水中での材料分離を抑制したグラウトモルタル組成物が知られている（特許文献３：特開２００９−１６１３８７号公報）。さらに、増粘剤としてアルキルアリルスルフォン酸塩とアルキルアンモニウム塩を含有する粉末を用いた水中不分離性グラウトモルタルが知られている（特許文献４：特開２００９−１８４８９１号公報）。

特開２００４−１４９３６２号公報 特開２００９−１４９４５７号公報 特開２００９−１６１３８７号公報 特開２００９−１８４８９１号公報

従来の水中不分離型無収縮グラウトは、気中圧縮強度と水中圧縮強度の強度比等の各種性能が環境温度の変化に対して変動すると云う問題があった。具体的には、例えば環境温度５℃〜３０℃の範囲において、温度が変化したときに気中圧縮強度に対する水中圧縮強度の強度比が６０％〜７５％程度に低下する場合があった。これに対応するために，従来の水中不分離型無収縮グラウトは，温度に応じて配合を変更して使用していた。このため，温度に応じて異なる配合で施工することが必要であり，施工の工程が煩雑になるという問題があった。
本発明は、従来の無収縮グラウトにおける上記問題を解決したものであり、環境温度に対して各種物性の変動の小さい水中不分離型無収縮グラウトを提供する。

本発明は以下の水中不分離型無収縮グラウトに関する。
〔１〕モルタルに増粘剤、発泡剤、膨張材、減水剤、および作業性改善剤を含み、モルタルのセメントが早強ポルトランドセメントであり、上記増粘剤がヒドロキシプロピルメチルセルロースからなり、上記作業性改善剤が有機変性したベントナイトからなる水中不分離型無収縮グラウトであって、上記増粘剤の含有量がセメント、膨張材および砂の合計量１００重量部に対して０.１５〜０.２５重量部であり、上記作業性改善剤の含有量がセメント、膨張材および砂の合計量１００重量部に対して０.１０〜０.５０重量部であることを特徴とする水中不分離型無収縮グラウト。
〔２〕材齢２８日圧縮強度の水中気中強度比が９４.９％以上である上記[１]に記載する水中不分離型無収縮グラウト。
〔３〕セメント、砂、増粘剤、発泡剤、膨張材、減水剤、および作業性改善剤を含有するプレミックス粉体からなる上記[１]または上記[２]に記載する水中不分離型無収縮グラウト。

本発明の無収縮グラウトは、ヒドロキシプロピルメチルセルロースからなる増粘剤を含有し、環境温度に対する圧縮強度の水中気中強度比が高く、従って温度依存性が小さく、また水中での懸濁物質量が少なく、水中での材料分離の抵抗性が高い。さらに環境温度に対するＪＩＳ（０打）フロー値の変化が小さく、作業性が良い。

具体的には、本発明の無収縮グラウトは、ヒドロキシプロピルメチルセルロースからなる増粘剤をセメント、膨張材および砂の合計量１００重量部に対して０.１５〜０.２５重量部含有し、さらに有機変性したベントナイトからなる作業性改善剤をセメント、膨張材および砂の合計量１００重量部に対して０.１０〜０.５０重量部含有する。

本発明の無収縮グラウトは、モルタルのセメントが早強ポルトランドセメントであり、材齢２８日圧縮強度の水中気中強度比が９４.９％以上である。

以下、本発明を実施例と共に具体的に説明する。
本発明の無収縮グラウトは、モルタルに増粘剤、発泡剤、膨張材、減水剤、および作業性改善剤を含み、モルタルのセメントが早強ポルトランドセメントであり、上記増粘剤がヒドロキシプロピルメチルセルロースからなり、上記作業性改善剤が有機変性したベントナイトからなる水中不分離型無収縮グラウトであって、上記増粘剤の含有量がセメント、膨張材および砂の合計量１００重量部に対して０.１５〜０.２５重量部であり、上記作業性改善剤の含有量がセメント、膨張材および砂の合計量１００重量部に対して０.１０〜０.５０重量部であることを特徴とする水中不分離型無収縮グラウトである。

本発明の無収縮グラウトは、モルタルに増粘剤、発泡剤、膨張材、減水剤、および作業性改善剤を含む無収縮グラウトである。なお、同一の配合とは、セメント、骨材および膨張材等のすべての材料についての配合量が同一であって、かつ水粉体比が同一であることをいう。

本発明の無収縮グラウトの主成分であるモルタルに使用するセメントは早強ポルトランドセメントである。強度を早く発現し、また水中における材料分離を低減するためには早強ポルトランドセメントが好ましい。

モルタルに配合する砂は、主成分がシリカである通常の珪砂の他に、炭酸カルシウムを主成分とした細骨材を使用することができる。砂の粒度は，モルタルのコンシステンシーを良好にするために連続的な粒度分布を持ったものが良く，例えば実施例の表２に示すような粒度構成が好ましい。モルタルの骨材量は概ね４０質量％〜６０質量％が好ましく、４５〜５５質量％がより好ましい。

本発明の無収縮グラウトは、ヒドロキシプロピルメチルセルロースからなる増粘剤を含有する。ヒドロキシプロピルメチルセルロースは別名をセルロース，あるいは２-ヒドロキシプロピルメチルエーテルと云い、市販品として、信越化学社の「アスカクリーンＤ」（商品名），「メトローズ」（商品名），「Ｌ-ＨＰＣ」（商品名）などを使用することができる。これらのなかで「アスカクリーンＤ」が好ましい。

上記増粘剤の含有量は、セメント、膨張材および砂の合計量１００重量部に対して０.１５〜０.２５重量部が好ましい。増粘剤の含有量が上記範囲を外れると環境温度変化に対するフロー値、懸濁物質量、および水中気中強度比の変化を十分に抑制することが難しくなる。

本発明の無収縮グラウトは、ヒドロキシプロピルメチルセルロースからなる増粘剤と共に、有機変性したベントナイトからなる作業性改善剤を含有することによって、さらに効果を高めることができる。

有機変性したベントナイトからなる作業性改善剤は、モルタル等の作業性（ワーカビリティ）を改善するための薬剤であり、有機変性したベントナイトからなるものは、市販品ではRockwood社製の「NANOTHIXB1490」（商品名）等を使用することができる。

本発明の無収縮グラウトに含まれる膨張材は、セメントおよび水と練混ぜたときに水和反応によってエトリンガイトまたは水酸化カルシウムなどを生成し、コンクリートを膨張させる作用を有する混和材であり、カルシウムサルフォアルミネート系や酸化カルシウム系が使用される。市販品として、電気化学工業社の「パワーCSAタイプＳ」，「パワーCSAタイプＲ」，「パワーCSAタイプＴ」，「CSA#10」，「CSA#20」（商品名）等を使用することができる。

本発明の無収縮グラウトに含まれる発泡剤は、例えばアルミニウム粉末からなるものであり、これを希釈したものや、減水剤を予め加えたものが使用される。

本発明の無収縮グラウトに含まれる減水剤は、粉体であってセメント粒子を分散できるものであればよい。減水剤として、ポリカルボン酸系（ポリカルボン酸高分子，ポリカルボン酸高分子化合物と架橋高分子等），メラミン系（メラミンスルホン酸と変性リグニン，変性メチロースメラミン縮合物と水溶性特殊高分子等）ナフタリンスルフォン酸系等を使用することができる。従来、一部の水中不分離グラウトモルタル組成物に用いられている特定のポリカルボン酸系減水剤や特定のメラミン系減水剤を使用する必要はない。

本発明の無収縮グラウトにおいて、膨張材の含有量はセメント，砂および膨張材に対して内割りで１.５〜３.０質量％、発泡剤の含有量はセメント，砂および膨張材に対して外割りで０.００５〜０.１００質量％、減水剤の含有量はセメント，砂および膨張材に対して外割りで０.０５〜０.５０質量％が適当である。

ヒドロキシプロピルメチルセルロースからなる増粘剤を、セメントと膨張材および砂の合計量１００重量部に対して０.１５〜０.２５重量部含有する水中不分離型の無収縮グラウトは、同一配合において、環境温度５〜３５℃でのフロー値、懸濁物質量、圧縮強度の水中気中強度比の変化が小さい。具体的には、同一の配合において、環境温度５〜３５℃でのフロー値が２００〜３００mmであって、環境温度の変化によるフロー値の変化が小さい。また、環境温度が５℃から３５℃に上昇しても懸濁物質量は５０mg/L以下であって、環境温度の変化による懸濁物質量が抑制されている。さらに、環境温度が５〜３５℃の範囲で変化しても、圧縮強度の水中気中強度比は８０％以上であり、気中圧縮強度（Ｆa）に対する水中圧縮強度（Ｆｑ）の変化が小さく、従って水中気中強度比（Ｆｑ／Ｆａ）が高く、水中での施工において環境温度の変化に対して強度の安定なグラウトである。

ヒドロキシプロピルメチルセルロースからなる増粘剤と共に、ベントナイトまたは有機変性したベントナイトからなる作業性改善剤を含有することによって、環境温度５〜３５℃の範囲において、フロー値を２００〜３００mm、懸濁物質量を４５mg/L以下、および圧縮強度の水中気中強度比を８５％以上に高めることができる。

具体的には、作業性改善剤の含有量を、セメント、膨張材および砂の合計量１００重量部に対して０.１０〜０.５０重量部にすることによって、フロー値を２２０〜２８０mm、懸濁物質量を４０mg/L以下、および圧縮強度の水中気中強度比を９０％以上に高めることができる。

ここで、環境温度は使用材料，試験体およびその周囲の温度であり、例えば「環境温度35℃におけるフロー値」とは、３５℃の試験室で、粉体および水を３５℃にして混練したモルタルで測定したフロー値をいう。また，「環境温度３５℃における圧縮強度」とは、３５℃の試験室で、粉体および水を３５℃にして混練したモルタルで試験体を作製し、所定の材齢まで３５℃で養生した試験体を使用して測定した圧縮強度をいう。

JIS（0打）フロー値は、JIS R 5201-1999「セメントの物理試験方法」に準じて測定したフロー値であり、この規格で規定する上部直径７０mm、下部直径１００mm、高さ６０mmのフローコーンを使用して、１５回の落下運動を与えずに測定したときのモルタルの広がり（mmを単位とする無名数で表す）を云う。

懸濁物質量はグラウトを水中に浸漬したときに上澄みに含まれる懸濁物の質量を云い、JSCE-D 104-2007「コンクリート用水中不分離性混和剤品質規格(案)付属書２(水中不分離性コンクリートの水中不分離度試験方法)」に準拠して測定される。

水中気中強度比とは、JSCE-F 504-1999「水中不分離コンクリートの圧縮強度用水中作製供試体の作り方」に準じて水中で作製した試験体の圧縮強度（水中圧縮強度）と、通常に気中で作製した試験体の圧縮強度（気中圧縮強度）の比（水中圧縮強度／気中圧縮強度×100）を云う。

本発明の実施例を比較例と共に以下に示す。
〔使用材料〕
使用材料を表１に示す。ヒドロキシプルメチルセルロースを主成分とする水中不分離性混和材（商品名「アスカクリーンＤ」：信越化学工業社製）を用いた。作業性を改善するための混和剤「OPTIBENT987」東振化学社製（以下，OPBと略記）と，「NANOTHIXB1490」東振化学社製（以下，NTXと略記）を使用した。使用した珪砂の粒度分布を表２に示した。
〔材料組成〕
粉体の基本の材料組成を表３に示す。セメントと珪砂の比率を各々４９重量部とし，セメントとしてはＮまたはＨを使用した。膨張材（P-CSA），消泡剤（14HP）および発泡剤（AL）および減水剤（PP）の添加率は固定し，混和剤（ACD，OPBおよびNTX）の添加率を変化させた。試料中の水粉体比は全ての粉体の合計量に対する水の割合を示す。試験の水準を表４に示す。
〔材料の混練〕
表１に示す材料を、表３および表４に示す組成になるように秤量してホバートミキサーに入れ、所定量の練混ぜ水を注水した後、低速で３０秒間混練した後にミキサーを一時停止させ、掻き落しを行った後にさらに高速で９０秒間混練した。

〔フロー〕
JIS R 5201-1999「セメントの物理試験方法」に準拠して，０打フローを測定した。
〔懸濁物質量〕
JSCE-D 104-2007「コンクリート用水中不分離性混和剤品質規格(案)付属書２(水中不分離性コンクリートの水中不分離度試験方法)」に準拠して測定した。
〔ｐＨ〕
JSCE-D 104-2007「コンクリート用水中不分離性混和剤品質規格(案)付属書２（水中不分離性コンクリートの水中不分離度試験方法）」に準拠して，作製した試験溶液２００mLを用い，pH計(東亜ディーケーケー社製：HM-30G型)で測定した。
〔圧縮強度〕
JIS A 1108:2006「コンクリートの圧縮試験方法」に準じ，供試体寸法φ５×１０cmの円柱供試体により測定した。なお，水中作製供試体は，JSCE-F 504-1999「水中不分離コンクリートの圧縮強度用水中作製供試体の作り方」に準じて作製した。供試体は材齢２日で脱型し，圧縮強度試験の材齢までそれぞれの試験温度で水中養生した。

〔試験例１〕
表５に示すように，増粘剤ＡＣＤの添加量を変化させて試験を実施した。試験結果を表６に示す。ＡＣＤの添加率が０.１５〜０.２５重量部の範囲では，環境温度を５〜３５℃まで変化させても同一配合でフロー値が２００〜３００ｍｍ，懸濁物質量が５０mg/L以下，気中水中強度比が８０％以上であった。
一方，ＡＣＤの添加率が０.１０重量部および０.３０重量部では（Ｂ１およびＢ３）環境温度２０℃ではフロー値が２００〜３００ｍｍ，懸濁物質量が５０mg/L以下，気中水中強度比が８０％以上であるが，環境温度５℃および３５℃では８０％未満であった。

〔試験例２〕
表７に示すように，増粘剤ＡＣＤの添加量０.２０重量部の粉体について，水粉体比を変化させて試験を実施した。試験結果を表８に示す。水粉体比が２２.０〜２４.０％では，環境温度を５〜３５℃まで変化させてもフロー値が２００〜３００ｍｍ，懸濁物質量が５０mg/L以下，気中水中強度比が８０％以上であった。水粉体比は２２.０〜２４.０％が好ましく，水粉体比が２２.０％未満では，環境温度５℃におけるフロー値が２００ｍｍ以下になる可能性があり好ましくない。また，水粉体比が２４.０％を超えると，環境温度３５℃におけるフロー値が３００ｍｍ以上になる可能性があり好ましくない。

〔試験例３〕
表９に示すように，増粘剤ＡＣＤの添加量０.２０重量部の粉体について，作業性改善剤ＯＰＢの添加率を０〜０.７０重量部まで変化させて，水粉体比２３.０％で試験を実施した。試験結果を表１０に示す。どの粉体についても水粉体比２３.０％で，環境温度を５〜３５℃まで変化させた場合のフロー値が２００〜３００ｍｍ、懸濁物質量が４５mg/L以下，気中水中強度比が８５％以上であった。さらに作業性改善剤ＯＰＢの添加量が０.１０〜０.５０重量部の粉体については，環境温度を５〜３５℃まで変化させた場合のフロー値が２２０〜２８０ｍｍ，懸濁物質量が４０mg/L以下，気中水中強度比が９０％以上となり，温度依存性がさらに小さくなった。

〔試験例４〕
表１１に示すように，増粘剤ＡＣＤの添加量０．２０重量部の粉体について，作業性改善剤ＮＴＸの添加率を０〜０.７０重量部まで変化させて，水粉体比２３.０％で試験を実施した。試験結果を表１２に示す。どの粉体についても水粉体比２３.０％で，環境温度を５〜３５℃まで変化させた場合のフロー値が２００〜３００ｍｍ、懸濁物質量が４５ｍｇ／Ｌ以下，気中水中強度比が８５％以上であった。さらに作業性改善剤ＮＴＸの添加量が０.１０〜０.５０重量部の粉体については，環境温度を５〜３５℃まで変化させた場合のフロー値が２２０〜２８０ｍｍ，懸濁物質量が４０ｍｇ／Ｌ以下，気中水中強度比が９０％以上となり，温度依存性がさらに小さくなった。

〔実施例１〕
表１３に示すように，Ｂ１（ＡＣＤ添加量0.10重量部），Ａ２−２（ＡＣＤ添加量0.20重量部）およびＡ４−３（ＡＣＤ添加量0.20重量部、ＯＰＢ添加量0.30重量部）の粉体について，従来の普通ポルトランドセメントＮに替えて早強ポルトランドセメントＨを使用した。
試験結果を表１４に示す。セメントとしてＨを使用したＡ６−１およびＡ６−２は何れも、Ｎを使用した場合（Ａ４−３およびＡ５−３）に比べて，環境温度が変化してもフロー値の変化が小さくなり，懸濁物質量も低く、Ａ６−２は気中水中強度比も高くなった。

Claims (3)

1. モルタルに増粘剤、発泡剤、膨張材、減水剤、および作業性改善剤を含み、モルタルのセメントが早強ポルトランドセメントであり、上記増粘剤がヒドロキシプロピルメチルセルロースからなり、上記作業性改善剤が有機変性したベントナイトからなる水中不分離型無収縮グラウトであって、上記増粘剤の含有量がセメント、膨張材および砂の合計量１００重量部に対して０.１５〜０.２５重量部であり、上記作業性改善剤の含有量がセメント、膨張材および砂の合計量１００重量部に対して０.１０〜０.５０重量部であることを特徴とする水中不分離型無収縮グラウト。
2. 材齢２８日圧縮強度の水中気中強度比が９４.９％以上である請求項１に記載する水中不分離型無収縮グラウト。
3. セメント、砂、増粘剤、発泡剤、膨張材、減水剤、および作業性改善剤を含有するプレミックス粉体からなる請求項１または請求項２に記載する水中不分離型無収縮グラウト。