JP6011149B2 - 水硬性組成物 - Google Patents

Description

本発明は、水と混練することなしに粉体状態で施工することが可能な水硬性組成物に関する。

建築物などの仕上げや補修にはセメントモルタルが使用される。しかし、モルタルセメントは施工前に水と混練する必要があるが、施工する場所に応じて水との比率を変化させる必要があり、この調整には熟練した知識と経験を必要とする。

また、セメントモルタルを適切に混練状態としても、塗りつけを美しく仕上げ、さらに硬化後の強度を高くするにも、熟練した技術を要する。さらに、セメントモルタルは、混練を停止すると硬化がはじまり、流動性が変化していくため、混練したセメントモルタルを施工できる可使時間は限られており、手際よく施工を行う必要もある。

そこで、流動性の経時変化を少なくし、可使時間を長くした水硬性組成物が報告されている（例えば、特許文献１）。しかしながら、施工するためには、水で予め練ることが必要であり、可使時間は長くなるとはいえ限界があった。

特開２００８−２０１６１２号公報

本発明者は、前記のような従来のセメントモルタルにおける問題を根本的に解決するべく、可使時間の影響を受けずに施工する手法について鋭意検討したところ、セメントを含む水硬性組成物を粉体のまま成形し、その上から散水して硬化させるという、従来のセメントモルタルとは全く異なる新規な施工方法を着想した。
しかしながら、市販のセメントモルタルを粉体のまま使用すると、
（１）水で練っていないために粘度および流動性がなく、所望の形に成形すること自体が非常に困難である、
（２）配合成分であるセメントの粒度が細かく、その形状が丸いため、転圧をかけて強制的に成形しようとしても、周囲に粉体が逃げてしまう、
（３）強い圧力で転圧を行っても、セメントモルタルの内部には僅かながら空気が残っており、散水時にその気泡が割れや崩れを発生させてしまう、
（４）水の表面張力が原因で透水性能の低下が起こり、硬化不良が発生してしまう、
などの問題があった。
そこで、さらに検討した結果、これらの問題を解決することに初めて成功し、本発明を完成させた。

すなわち、本発明の目的は、従来のモルタルセメントとは異なり、粉体で成形することができ、散水することで成形した形状で硬化することが可能であり、可使時間が実質的に無限の水硬性組成物を提供することにある。
また、本発明の他の目的は、前記水硬性組成物を用いた新規な施工方法を提供することにある。

本発明の要旨は、
（１）セメントおよび骨材を主成分とする水硬性組成物であって、
セメント１００重量部に対し骨材として粒径５ｍｍ以下の細骨材を２００〜４００重量部含有し、
石膏を３〜８重量％、消泡剤を０．０１〜１重量％及び高性能減水剤を０．０１〜０．１重量％含有し、かつ
粉体で成形した状態が散水によって維持して硬化される特性を備えた水硬性組成物、
（２）さらに有機繊維を０．０１〜１重量％含有する前記（１）記載の水硬性組成物、
（３）凝結遅延剤を実質的に含有しない前記（１）または（２）記載の水硬性組成物、
（４）前記（１）〜（３）いずれか記載の水硬性組成物を粉体で所望の形状に成形し、次いで散水することで水硬性組成物を硬化させる施工方法、
（５）水硬性組成物の表面を濡らすように散水して前記表面を硬化させ、次いで前記水硬性組成物全体を硬化させる量の水を散水する前記（４）記載の施工方法
に関する。

本発明の水硬性組成物は、粉体で所望の形に成形することが可能であり、さらに散水することで前記の形状を維持しながら硬化することができる。
したがって、本発明の水硬性組成物は、従来のモルタルセメントのように水で練る場合に生じる可使時間の制限が実質的になく、また、水との比率を調節するための知識や経験、仕上げを美しくするための熟練の技術などの様々な問題も生じないため、現場での施工が極めて簡便に行える点で、従来の施工方法とは一線を画する画期的な効果が奏される。

以下、本発明の実施の形態について説明する。
〔１〕水硬性組成物
本発明の水硬性組成物は、セメントおよび骨材を主成分とする水硬性組成物であって、
石膏、消泡剤及び高性能減水剤を含有し、かつ
粉体で成形した状態が散水によって維持して硬化される特性を備える。
本発明では、セメントおよび骨材を主成分としながら、さらに石膏、消泡剤及び高性能減水剤を含有することで、粉体の状態で立体形状を含む所望の形状に成形することができ、さらに散水した場合でも、前記の成形した状態が維持しながら硬化される。

本発明において「粉体で成形した状態が散水によって維持して硬化される特性」とは、水硬性組成物を粉体のまま、手などで圧力をかけて成形した後、ジョウロなどで上から散水した場合に、前記の成形した状態が水で大きく崩れずに維持されて硬化させる特性をいう。

通常、市販のセメントモルタル用組成物では、粉体のまま手などで圧力をかけて成形しても非常にさらさらとした状態であるため、立体的な成形を行っても成形状態を維持することは難しい。また、転圧などで強制的に立体的に成形した場合も、ジョウロなどで上から散水するとセメントなどが簡単に流れてしまい、成形した状態が崩れてしまう。また、割れ目などに市販のセメントモルタル用組成物を粉体のまま充填しても、散水するとセメントモルタル用組成物の表面の粉体が水滴で動いてしまい細かい凹凸が生じたり、さらに散水量が多いとセメントモルタル用組成物が割れ目から流出してしまう。したがって、前記「粉体で成形した状態が散水によって維持して硬化される特性」とは、従来のセメントモルタル用組成物のように水で練ることを前提とする水硬性組成物にはない新規な特性である。

本発明の水硬性組成物は、硬化後の強度を適度に保つ観点から、主成分としてセメントと骨材を、合計で８０重量％以上含有することが好ましく、９０重量％以上がより好ましい。

前記セメントとしては、普通ポルトランドセメント、早強ポルトランドセメント、中庸熱ポルトランドセメント、高炉セメント、シリカセメント、フライアッシュセメント、アルミナセメント、超早強ポルトランドセメント等の各種のセメントを用いることができる。
また、これらのセメントは、２種類以上を混合して用いてもよい。

前記骨材としては、セメントモルタルに使用できる骨材であればよく、粗骨材、細骨材のいずれでもよい。また、川砂、山砂、海砂、陸砂、軽石、火山噴出物などの天然骨剤や砕砂、砕砂、高炉スラグ、高温焼成して得られる人工軽量骨材などの人工骨材、コンクリート廃材から取り出した再生骨材等を使用することができる。中でも、本発明では、骨材の粒径は５ｍｍ以下に調整することで水硬性組成物を転圧してもセメントが逃げなくなり、粉体のままで成形することが可能になるので好ましい。

本発明の水硬性組成物中における前記セメントと骨材の比率は、圧をかけて粉体状の水硬性組成物を成形した場合に逃げずに成形しやすくする観点から、セメント１００重量部に対して骨材２００〜４００重量部の範囲に調整することが好ましい。

前記石膏としては、無水石膏、半水石膏、二水石膏などを使用することができる。

本発明の水硬性組成物中における石膏の含有量は、散水時の速やかに水硬性組成物を凝結状態に遷移させ、成形した形状を散水しても表面のわけや崩れを抑えセメントの流出を防止する観点から、３〜８重量％に調整することが好ましい。

前記消泡剤としては、ポリエーテル系、シリコーン系、アルコール系、鉱油系、植物油系、非イオン性界面活性剤等を使用することができる。
中でも、粉体状の水硬性組成物中に分散し易い観点から、消泡剤としてはポリエーテル系消泡剤が好ましい。

本発明の水硬性組成物中における消泡剤の含有量は、粉体状の水硬性組成物に散水した際に、水硬性組成物中での気泡の発生を抑え、水硬性組成物内部への水の浸透性（以下、透水性という）を良好に保って、硬化不良、気泡の発生による水硬性組成物表面の割れ、崩れを防止する観点から、０．０１〜１重量％に調整することが好ましい。

前記高性能減水剤とは、コンクリート用混和材料である減水剤のなかでも特に高い減水性能を持った混和剤であり、具体的には減水率が１２％以上のものをいう。
本発明の水硬性組成物は散水で硬化させるため、従来のセメントモルタルのように水で混練することで各成分を均一に分散させることができないことから、高性能減水剤を用いることで、各成分、特に消泡剤の分散性を高めることができる。
高性能減水剤としては、例えば、ナフタレンスルホン酸塩、メラミンスルホン酸塩、ポリスチレンスルホン酸塩、ポリカルボン酸塩などを基剤とするものが使用される。

本発明の水硬性組成物中における高性能減水剤の含有量は、各成分、特に消泡剤の分散性を高める観点から、０．０１〜０．１重量％に調整することが好ましい。

本発明の水硬性組成物は、繊維を含有することが好ましい。本発明の水硬性組成物は、散水すると、硬化は表面から内部に向って順に進行していくため、硬化した上部とまだ硬化していない下部との間で断層が形成されやすく、その結果として割れが生じて強度が低下する場合がある。したがって、前記繊維を水硬性組成物中に配合することで、水硬性組成物自体の均一性を向上させて前記のような断層の発生を抑制し、強度をより向上させることが可能になる。

前記繊維としては、セメントモルタル用の市販の繊維であればよく、例えば、ポリオレフィン繊維、ポリビニルアルコール繊維、ポリエステル繊維、アラミド繊維及びナイロン繊維よりなどを使用される。これらの繊維は２種類以上を混合して用いてもよい。繊維のサイズや形状については、モルタルセメント用に市販されているものであれば特に限定はない。

本発明の水硬性組成物中における繊維の含有量は、前記効果を発揮し易い観点から、０．０１〜１重量％に調整することが好ましい。

また、本発明の水硬性組成物は、粉体で成形し散水して硬化させることができるために、水で混練する際の可使時間は実質的に無制限となる。したがって、本発明の水硬性組成物は、凝結遅延剤のようなセメントペーストでの凝結を調整するための薬剤を配合する必要はなく、実質的に含有していなくてもよい点で従来のセメントモルタルとは大きく相違する。
前記凝結遅延剤としては、オキシカルボン酸塩、リグニンスルフォン酸塩などが挙げられる。

また、本発明の水硬性組成物は、粉体で成形した状態が散水によって維持して硬化される特性を損なわない範囲で、目的に応じて、下地との接着剤、減水剤、増粘剤などの混和剤を含有してもよい。また、前記混和剤の含有量は、本発明の水硬性組成物の特性を損なわない範囲で使用すればよい。例えば、接着剤の含有量は、０．０５〜１重量％の範囲に調整することが好ましい。

本発明の水硬性組成物は、前記の各成分を混合することで調製することができる。なお、各成分の混合する順番について、限定はない。

〔２〕施工方法
本発明の施工方法としては、前記した本発明の水硬性組成物を粉体で所望の形状に成形し、次いで散水することで水硬性組成物を硬化させることで行う。

所望の形状に成形する際には、手で形を整えるほか、コテ、ヘラなどを道具類や転圧用のローラーなどの大型の装置を用いてもよい。

散水の方法としては、１回目の散水で成形した水硬性組成物の表面を硬化させておくことで、水硬性組成物の成形した状態を維持し易くすることができる。

具体的には、まず、成形した水硬性組成物の表面を濡らすような散水を行って前記表面を硬化させる。この場合の散水には、ジョウロ、スプリンクラー、ノズルなどのように小さな水滴をかけられるものを使用する。また、散水する際の水の勢いは小さい方が水硬性組成物の成形状態を維持し易いので好ましく、中でも初めに散水する場合には、霧状で散水できるスプレー等がより好ましい。

次いで、前記水硬性組成物全体を硬化させることができる量の水を散水する。この場合の散水にも前記と同様にジョウロ、スプリンクラー、ノズルを用いればよいが、散水する水の勢いは強くてもよい。また、水硬性組成物全体を硬化させることができる量は、使用した水硬性組成物の量に応じて適宜決定すればよい。

散水後、水硬性組成物が硬化するまでの時間として、約３０分程度は前記水硬性組成物の表面に加重しないことが好ましい。温度条件については特に限定はなく、常温であればよい。

実施例では、以下の成分を使用した。
セメント：ポルトランドセメント
骨材：炭酸カルシウム（篩の呼び寸法：２．８ｍｍ〜０．１５ｍｍ）
石膏：α石膏
消泡剤：サンノコプコ株式会社製「ＳＮ−デフォーマー１４ＨＰ」
高性能減水剤：高性能ＡＥ減水剤（太平洋マテリアル株式会社製）
繊維：コンクリート用ポリオレフィン系補強繊維（ポリプロピレンストロングファイバー）

（実施例１〜３）
下記の表１に示す組成となるように各成分を市販のミキサーに添加・混合して３種類の水硬性組成物を調製した。

セメント製の平面な地面上に、実施例１〜３でで得られた水硬性組成物を長辺３０ｃｍ、短辺１３ｃｍの範囲に盛り、長辺の一方端の高さを１０ｃｍ、反対の端の高さを地面と同じにするような傾斜を設けるように立体的に成形した。
次いで、２００ｍＬ容のスプレーで、水硬性組成物の表面の全面が濡れる程度に、霧状に散水した。
前記散水をしてから３０分程度経過した後、同じジョウロを用いて水硬性組成物を硬化させる十分量の水を散水した。
２度目の散水をしてから、３０分程度経過した後、硬化した水硬性組成物の様子や硬さを調べた。

前記の３種類の硬化した水硬性組成物はいずれも、粉体で成形したときの状態を維持して硬化していた。また、硬化した水硬性組成物の上に体重約６０ｋｇの人間が乗ったり、木製のハンマーで叩いても割れなかったことから、通常のモルタルセメントの場合と同程度の硬さであった。
また、散水した水が当たっていた水硬性組成物の表面にはセメントなどの粉体が流出した様子はなく、ヒビ割れもなかった。

（比較例1）
石膏を使用しない以外は実施例２と同様の組成にして水硬性組成物を作製した。得られた水硬性組成物を実施例１と同様にして粉体状態で成形した後散水したところ、水硬性組成物は硬化したものの、表面に割れや崩れが生じており、さらに散水した水が当たっている表面にはセメントなどの粉体が流出した溝が生じていた。

（比較例２）
消泡剤を使用しない以外は実施例２と同様にして水硬性組成物を作製した。得られた水硬性組成物を実施例１と同様にして粉体状態で成形した後散水したところ、水硬性組成物は硬化したものの、表面に割れや崩れが生じていた。

（比較例３）
高性能減水剤を使用しない以外は実施例２と同様にして水硬性組成物を作製した。得られた水硬性組成物を実施例１と同様にして粉体状態で成形した後散水したところ、水硬性組成物はバラバラに硬化してしまったことから、消泡剤がうまく分散しなかったと考えられた。

（比較例４）
市販されているモルタルセメント用組成物を購入して、実施例１と同様にして粉体状態で成形しようとしたが、いずれも非常にさらさらした状態であり、実施例１のような立体的な成形は困難であった。
そこで、強制的に転圧して成形し、実施例１と同様に散水したところ、水がかかると同時に粉体が流れてしまい、最終的には成形物は崩れてなくなってしまった。
最後に、セメント製の下地にある割れ目に前記市販されているモルタルセメント用組成物を充填してから散水したところ、水がかかると同時に粉体が浮いてしまい、割れ目から流出してしまった。

Claims (5)

1. セメントおよび骨材を主成分とする水硬性組成物であって、
   セメント１００重量部に対し骨材として粒径５ｍｍ以下の細骨材を２００〜４００重量部含有し、
   石膏を３〜８重量％、消泡剤を０．０１〜１重量％及び高性能減水剤を０．０１〜０．１重量％含有し、かつ
   粉体で成形した状態が散水によって維持して硬化される特性を備えた水硬性組成物。
2. さらに有機繊維を０．０１〜１重量％含有する請求項１記載の水硬性組成物。
3. 凝結遅延剤を実質的に含有しない請求項１または２記載の水硬性組成物。
4. 請求項１〜３いずれか記載の水硬性組成物を粉体で所望の形状に成形し、次いで散水することで水硬性組成物を硬化させる施工方法。
5. 水硬性組成物の表面を濡らすように散水して前記表面を硬化させ、次いで前記水硬性組成物全体を硬化させる量の水を散水する請求項４記載の施工方法。