JP6223770B2

JP6223770B2 - インサート

Info

Publication number: JP6223770B2
Application number: JP2013212918A
Authority: JP
Inventors: 小野　剛士; 剛士小野; 玲江里口; 豪士中崎
Original assignee: Taiheiyo Cement Corp
Current assignee: Taiheiyo Cement Corp
Priority date: 2013-10-10
Filing date: 2013-10-10
Publication date: 2017-11-01
Anticipated expiration: 2033-10-10
Also published as: JP2015074592A

Description

本発明は、コンクリート構造物の中に埋設されて、各種の部材を取り付けるためのインサートに関する。

トンネル、ビル、橋等のコンクリート構造物の、内壁、天井、側壁等に、吊り天井、配管設備、空調設備等の各種の部材を取り付ける際に、コンクリート構造物の中にインサートを埋設し、このインサートに各種の部材を取り付けることが広く行われている。
インサートとしては、従来、種々の材質や構造を有するものが提案されている。
例えば、特許文献１に、コンクリート構造物内に埋設され、被取付部材を取り付けるための取付けボルトが螺合するボルト孔を有するインサート器具であって、該インサート器具が、少なくとも、セメント、ポゾラン質微粉末、最大粒径２ｍｍ以下の細骨材、減水剤、及び水を含む配合物の硬化体からなることを特徴とするインサート器具が記載されている。

また、特許文献２に、構造物内に埋設された状態にて、略中心に形成されたねじ穴へ先端側からボルト締結することにより、前記構造物に各部材を取り付けるインサート器具であって、前記ねじ穴内のねじ山を補強する、線状の補強部材が埋設されていることを特徴とするインサート器具が記載されている。
特許文献２には、前記インサート器具が、少なくともセメント、ポゾラン質微粉末、骨材、水、及び減水剤が含有された配合物を硬化させたコンクリートにより構成されることも記載されている。

特開２００４−３１６３０３号公報特開２００３−２６１９８６号公報

上述の特許文献１に記載されているインサート器具は、セメント、水等を含む配合物の硬化体からなるため、大きな引き抜き抵抗力が要求されるコンクリート構造物（例えば、トンネルの内壁のコンクリートセグメントや、橋桁や、橋梁用床版等）に適用した場合、ボルト孔のねじ山が破損してしまうおそれがあると考えられる。
また、上述の特許文献２に記載されているインサート器具は、線状の補強部材の埋設に手間がかかり、製造が容易でないうえに、大きな引き抜き抵抗力が要求されるコンクリート構造物に適用した場合、ねじ穴内のねじ山が破損してしまうおそれがあると考えられる。
本発明の目的は、大きな引き抜き抵抗力が要求されるコンクリート構造物に適用することができ、かつ、容易に製造することができるインサートを提供することである。

本発明者は、上記課題を解決するために鋭意検討した結果、ボルトを挿入するためのボルト挿入孔を有するインサート本体と、このインサート本体の内部に配設され、かつ、ボルトを螺合するためのボルト取付部とによって、インサートを構成するとともに、インサート本体の材質として、セメント、ＢＥＴ比表面積が１０〜２０ｍ^２／gのポゾラン質微粉末、ブレーン比表面積が３，０００〜１０，０００ｃｍ^２／ｇの無機粒子、最大粒径が２ｍｍ以下の細骨材、減水剤、有機繊維、及び水を含む水硬性の組成物の硬化体を採用し、かつ、ボルト取付部として、ボルトを螺合するための螺刻部を有する金属製の部材を採用すれば、前記の目的を達成しうることを見出し、本発明を完成した。

本発明は、以下の［１］〜［２］を提供するものである。
［１］ボルトを挿入するためのボルト挿入孔を有するインサート本体と、該インサート本体の内部に配設され、かつ、上記ボルトを螺合するためのボルト取付部からなるインサートであって、上記インサート本体が、セメント、ＢＥＴ比表面積が１０〜２０ｍ^２／gのポゾラン質微粉末、ブレーン比表面積が３，０００〜１０，０００ｃｍ^２／ｇの無機粒子、最大粒径が２ｍｍ以下の細骨材、減水剤、有機繊維、及び水を含む組成物の硬化体からなり、上記ボルト取付部が、上記ボルトを螺合するための螺刻部を有する金属製の部材であることを特徴とするインサート。
［２］上記無機粒子が、ブレーン比表面積が５，０００ｃｍ^２／ｇ以上で、１０，０００ｃｍ^２／ｇ以下の無機粒子Ａと、ブレーン比表面積が３，０００ｃｍ^２／ｇ以上で、５，０００ｃｍ^２／ｇ未満であり、かつ、上記セメントよりも大きなブレーン比表面積を有する無機粒子Ｂからなる、上記［１］に記載のインサート。

本発明のインサートは、特定の材質からなるインサート本体と、特定の材質からなるボルト取付部を組み合わせてなるので、大きな引き抜き抵抗力が要求されるコンクリート構造物（例えば、トンネルの内壁のコンクリートセグメントや、橋桁や、橋梁用床版等）に、本発明のインサートを適用した場合であっても、インサートに螺合されたボルトが、インサートの螺刻部のねじ山を破損させたり、あるいは、インサートから引き抜けるなどの問題は、生じない。
また、本発明のインサートは、インサートの型の中に、ボルト取付部、及び、ボルト挿入孔に対応する補助部材を設置した後、インサート本体の材料を投入して硬化させ、次いで、補助部材を除去するという方法によって、容易に製造することができる。

本発明のインサートの一例を、軸線を通る切断面で切断した状態を示す断面図である。図１に示すインサートを、天井からの被吊り下げ部材の吊り下げのために用いている適用例を示す図である。

以下、図面を参照しつつ、本発明のインサートの実施形態例を説明する。
図１中、インサート１は、セメント質硬化体からなるインサート本体２と、金属製の部材であるボルト取付部３からなる。インサート本体２を形成するセメント質硬化体については、後で詳述する。
インサート本体２は、拡径部２ａと円柱部２ｂとから一体に形成されている。
拡径部２ａは、円錐台の形状に形成されており、インサート１がコンクリート構造物１０（図２参照）から引き抜けないようにするためのものである。拡径部２の軸線付近には、ボルト取付部３を配設するための空洞部が、形成されている。
円柱部２ｂは、円柱状に形成されており、挿通されるボルト１１（図２参照）をぐらつかないように支持するためのものである。円柱部２ｂの軸線付近の一部（上部）には、ボルト取付部３を配設するための空洞部が、形成されている。また、円柱部２の軸線付近の残部（下部）には、ボルト取付部３を配設するための空洞部の下方に連なる空洞部として、ボルトを挿通するためのボルト挿入孔２ｃが、形成されている。なお、円柱部２ｂにおいて、ボルト取付部３を配設するための空洞部は、ボルトを挿通するためのボルト挿入孔２ｃよりも大きな径を有するように形成されている。

ボルト取付部３は、円形の板状体である頭部３ａと、頭部３ａの下面の中央から下方に延びて形成されている円筒状の筒状部３ｂとから一体に形成されている。
ボルト取付部３を形成する金属としては、特に限定されないが、例えば、鉄鋼、ステンレス等が挙げられる。
円筒状の筒状部３ｂの内周面には、挿通されるボルト１１（図２参照）と螺合するための螺刻部３ｃが形成されている。
なお、円筒状の筒状部３ｂの軸線は、ボルト挿入孔２ｃの軸線と一致している。

次に、インサート本体２を形成するセメント質硬化体について説明する。
インサート本体２は、セメント、ＢＥＴ比表面積が１０〜２０ｍ^２／gのポゾラン質微粉末、ブレーン比表面積が３，０００〜１０，０００ｃｍ^２／ｇの無機粒子、最大粒径が２ｍｍ以下の細骨材、減水剤、有機繊維、及び水を含む組成物の硬化体からなる。
セメントの例としては、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、低熱ポルトランドセメント等の各種ポルトランドセメントが挙げられる。
本発明において、組成物の作業性を向上させようとする場合には、中庸熱ポルトランドセメントや低熱ポルトランドセメントを使用することが好ましい。また、組成物の早期強度を向上させようとする場合には、早強ポルトランドセメントを使用することが好ましい。
セメントのブレーン比表面積は、好ましくは２，５００〜４，８００ｃｍ^２／ｇ、より好ましくは３，０００〜３，７００ｃｍ^２／ｇである。該ブレーン比表面積が好ましい範囲内であると、硬化後の強度発現性がより向上するなどの利点がある。

ＢＥＴ比表面積が１０〜２０ｍ^２／gのポゾラン質微粉末の例としては、シリカフューム、シリカダスト、フライアッシュ、スラグ、火山灰、シリカゲル、沈降シリカ等が挙げられる。該ＢＥＴ比表面積が１０〜２０ｍ^２／gの範囲内であると、硬化後の強度発現性を優れたものとすることができる。
一般に、シリカフュームやシリカダストは、粉砕しなくても、上記のＢＥＴ比表面積の数値範囲内に収まっていることが多いので、本発明において好ましく用いられる。
該ポゾラン質微粉末の配合量は、硬化後の強度発現性等の観点から、セメント１００質量部に対して、好ましくは３〜５０質量部、より好ましくは１０〜４０質量部である。

ブレーン比表面積が３，０００〜１０，０００ｃｍ^２／ｇの無機粒子としては、珪石粉末、スラグ、石灰石粉末、長石類、ムライト類、アルミナ粉末、石英粉末、フライアッシュ、火山灰、シリカゾル、炭化物粉末、窒化物粉末等が挙げられる。中でも、珪石粉末、スラグ、石灰石粉末及び石英粉末は、コストや硬化後の品質安定性の観点から、本発明において好ましく用いられる。
該無機粒子の配合量は、セメント１００質量部に対して、好ましくは５〜５５質量部、より好ましくは１０〜５０質量部、より好ましくは２０〜５０質量部である。無機粒子の配合量が上記の好ましい範囲内であると、組成物の作業性や、硬化後の強度発現性及び耐久性を向上させることができる。
本発明において、ブレーン比表面積が３，０００〜１０，０００ｃｍ^２／ｇの無機粒子は、ブレーン比表面積が５，０００ｃｍ^２／ｇ以上で、１０，０００ｃｍ^２／ｇ以下の無機粒子Ａと、ブレーン比表面積が３，０００ｃｍ^２／ｇ以上で、５，０００ｃｍ^２／ｇ未満であり、かつ、セメントよりも大きなブレーン比表面積を有する無機粒子Ｂを含むことができる。
このように、粒度の異なる２種の無機粒子を含ませることによって、１種の無機粒子のみを用いる場合と比べて、組成物の作業性や、硬化後の強度発現性及び耐久性を向上させることができる。

無機粒子Ａと無機粒子Ｂは、同じ種類の粒子（例えば、石灰石粉末）を使用してもよいし、異なる種類の粒子（例えば、石灰石粉末及び石英粉末）を使用してもよい。
無機粒子Ａと無機粒子Ｂとのブレーン比表面積の差は、組成物の作業性、及び、硬化後の強度発現性及び耐久性の観点から、好ましくは１，０００ｃｍ^２／ｇ以上、より好ましくは２，０００ｃｍ^２／ｇ以上である。
セメントと無機粒子Ｂとのブレーン比表面積の差は、組成物の作業性、及び、硬化後の強度発現性及び耐久性の観点から、好ましくは２００ｃｍ^２／ｇ以上、より好ましくは４００ｃｍ^２／ｇ以上である。

無機粒子Ａの配合量は、セメント１００質量部に対して、好ましくは３〜５０質量部、より好ましくは５〜４５質量部、特に好ましくは７〜４５質量部である。
無機粒子Ｂの配合量は、セメント１００質量部に対して、好ましくは１〜４０質量部、より好ましくは２〜３５質量部、特に好ましくは３〜３０質量部である。
無機粒子Ａと無機粒子Ｂの合計量は、セメント１００質量部に対して、好ましくは５〜５５質量部、より好ましくは１０〜５０質量部、より好ましくは２０〜５０質量部である。
無機粒子Ａ及び無機粒子Ｂの配合量（各配合量、合計の配合量）が上記の好ましい範囲内であると、組成物の作業性や、硬化後の強度発現性及び耐久性を向上させることができる。

細骨材としては、川砂、陸砂、海砂、砕砂、珪砂またはこれらの２種以上の混合物等が挙げられる。
本発明において、細骨材の最大粒径は、組成物の流動性、及び、硬化後の強度発現性及び耐久性等の観点から、２ｍｍ以下、好ましくは１．５ｍｍ以下である。
細骨材の配合量は、組成物の作業性や、自己収縮や、硬化後の強度発現性及び耐久性等の観点から、セメント１００質量部に対して、好ましくは５０〜２５０質量部、より好ましくは８０〜２００質量部である。

減水剤としては、リグニン系、ナフタレンスルホン酸系、メラミン系、ポリカルボン酸系の減水剤、ＡＥ減水剤、高性能減水剤、高性能ＡＥ減水剤等が挙げられる。
中でも、減水効果の観点から、高性能減水剤及び高性能ＡＥ減水剤が好ましい。また、高性能減水剤及び高性能ＡＥ減水剤の中でも、減水効果の観点から、ポリカルボン酸系のものが特に好ましい。
減水剤の配合量は、セメント１００質量部に対して固形分換算で、好ましくは０．１〜４質量部、より好ましくは０．１〜２質量部である。該配合量が０．１質量部以上であると、組成物の作業性を良好にすることができる。該配合量が４質量部以下であると、材料分離や著しい凝結遅延を防止することができ、また、硬化後の強度発現性を、より優れたものとすることができる。
なお、減水剤は、液状と粉末状のいずれも使用することができる。

有機繊維としては、ビニロン繊維、ポリプロピレン繊維、ポリエチレン繊維、アラミド繊維等が挙げられる。中でも、ビニロン繊維は、コストや入手のし易さの点で好ましく用いられる。
有機繊維の寸法は、組成物中の有機繊維の材料分離の防止や、硬化後の破壊エネルギーの向上の観点から、直径が０．００５〜１．０ｍｍ、長さが２〜３０ｍｍであることが好ましく、直径が０．０１〜０．５ｍｍ、長さが５〜２５ｍｍであることがより好ましい。
有機繊維のアスペクト比（繊維長／繊維直径）は、好ましくは２０〜２００、より好ましくは３０〜１５０である。
有機繊維の配合量は、組成物中の体積百分率で、好ましくは０．１〜１０％、より好ましくは０．３〜９％、特に好ましくは０．５〜８％である。該配合量が好ましい範囲内であれば、硬化後の破壊エネルギーを向上させることができ、また、組成物中にファイバーボールが生じ難くなる。

水の量は、上述のセメント、ポゾラン質微粉末、及び無機粒子の合計量１００質量部に対して、好ましくは１０〜３０質量部、より好ましくは１２〜２５質量部である。水の量が好ましい範囲内であると、組成物の作業性、及び、硬化後の機械的特性が、より優れたものとなる。
硬化前の組成物のフロー値は、好ましくは２４０ｍｍ以上、より好ましくは２５０ｍｍ以上である。ここで、フロー値とは、「ＪＩＳＲ５２０１（セメントの物理試験方法）１１．フロー試験」に記載される方法において、１５回の落下運動を行なわないで測定した値（本明細書中、０打ちフロー値ともいう。）である。
硬化後の組成物の圧縮強度は、好ましくは１３０Ｎ／ｍｍ^２以上、より好ましくは１４０Ｎ／ｍｍ^２以上である。硬化後の組成物の曲げ強度は、好ましくは１５Ｎ／ｍｍ^２以上である。

上述のセメント等の各材料の混練方法は、特に限定されず、例えば、（１）各材料を一括してミキサに投入し、混練する方法や、（２）各材料を各々個別にミキサに投入し、混練する方法や、（３）有機繊維以外の材料をミキサに投入して１次混練した後、該混練物に有機繊維を投入して２次混練する方法等が挙げられる。本発明においては、混練時間の短縮等から、前記（３）の方法で混練することが好ましい。
混練に用いるミキサは、通常のコンクリートの混練に用いられるどのタイプのものでもよく、例えば、揺動型ミキサ、パンタイプミキサ、二軸練りミキサ等が用いられる。
インサートの型枠の中に投入した後の組成物の養生方法も、特に限定されず、例えば、気中養生、蒸気養生等が挙げられる。

本発明のインサートの製造方法について説明する。
本発明のインサートの製造方法の一例としては、挿通されるボルト１１（図２参照）の径よりも若干大きな径を有する円柱状の補助部材（図１中のボルト挿入孔２ｃ及び筒状部３ｂの内部空間を形成させるためのもの）と、ボルト取付部３を着脱可能に連結させてなるもの（以下、空洞形成用部材という。）を、ボルト取付部３の頭部３ａが下方に位置するように、平板の上面に載置し、次いで、空洞形成用部材の周囲に、インサート本体２を形成させるための型枠を載置し、その後、この型枠と、空洞形成用部材の間の内部空間に、上述のセメント等を含む組成物（繊維補強モルタル）を投入して充填し、この組成物を養生して硬化させ、最後に、空洞形成用部材の補助部材、及び、型枠を取り除けば、繊維補強モルタルからなるインサート本体２と、金属製の部材であるボルト取付部３とからなるインサート１を得ることができる。

本発明のインサート１は、例えば、図２に示すように、コンクリート構造体１０から被吊下げ部材１４を吊り下げるための部材として用いることができる。
図２中、コンクリート構造体１０の中に埋め込まれたインサート１に、下方からボルト１１の上部が挿入され、また、インサート１のボルト取付部３の螺刻部３ｃ（図１参照）に、ボルト１１の先端付近の部分が螺合されている。
ボルト１１の下端には、ボルト１１と吊バンド１３を連結するための吊用タン１２が取り付けられている。吊用タン１２の下端には、円環状の吊バンド１３が取り付けられている。
被吊下げ部材１４（例えば、配管設備の部品である冷却空気の流通用の管）は、円環状の吊バンド１３によって支持されている。

以下、実施例に基いて本発明を説明する。
［インサート本体用の組成物の調製］
（１）材料
セメント：ブレーン比表面積が３，３００ｃｍ^２／ｇの中庸熱ポルトランドセメント（太平洋セメント社製）
ポゾラン質微粉末：ＢＥＴ比表面積が１５ｍ^２／gのシリカフューム
無機粒子Ａ：ブレーン比表面積が７，５００ｃｍ^２／ｇの珪石粉末
無機粒子Ｂ：ブレーン比表面積が４，０００ｃｍ^２／ｇの珪石粉末
細骨材：最大粒径が０．６ｍｍの砂
減水剤：ポリカルボン酸系の高性能ＡＥ減水剤
有機繊維：ビニロン繊維（長さ：６ｍｍ、直径：０．２ｍｍ）
水：水道水
（２）混練
セメント１００質量部、シリカフューム２６質量部、「無機粒子Ａ」３５質量部、「無機粒子Ｂ」３質量部、砂１２６質量部、高性能ＡＥ減水剤１．２質量部（固形分換算）、及び、水２３質量部を、一括して二軸練りミキサに投入して７分間混練後、該混練物にビニロン繊維をセメント１００質量部に対して０．８質量部（組成物中の体積割合で０．５％）の量で添加して２分間混練した。
得られた繊維補強モルタルの物性を測定した。その結果、圧縮強度は１８０Ｎ／ｍｍ^２、曲げ強度は２０Ｎ／ｍｍ^２、０打ちフロー値は２８０ｍｍであった。

［インサートの製造］
図１に示すインサート１を製造した。
具体的には、まず、挿通されるボルト１１の径よりも若干大きな径を有する円柱状の補助部材と、ステンレス製のボルト取付部３を着脱可能に連結させてなるもの（空洞形成用部材）を、ボルト取付部３の頭部３ａが下方に位置するように、平板の上面に載置した。次いで、空洞形成用部材の周囲に、インサート本体２を形成させるための型枠を載置し、その後、この型枠と、空洞形成用部材の間の内部空間に、繊維補強モルタルを投入して充填した。型枠内の繊維補強モルタルは、２０℃で４８時間前置き後、９０℃で４８時間蒸気養生して、硬化させた。最後に、補助部材及び型枠を取り除いて、インサート１を得た。

１インサート
２インサート本体
２ａ拡径部
２ｂ円柱部
２ｃボルト挿入孔
３ボルト取付部
３ａ頭部
３ｂ筒状部
３ｃ螺刻部
１０コンクリート構造体
１１ボルト
１２吊用タン
１３吊バンド
１４被吊下げ部材

Claims

ボルトを挿入するためのボルト挿入孔を有するインサート本体と、該インサート本体の内部に配設され、かつ、上記ボルトを螺合するためのボルト取付部からなるインサートであって、
上記インサート本体が、上記ボルト取付部を配設するための空洞部を有する、円錐台の形状に形成された拡径部（ただし、該円錐台の形状は、上記ボルト挿入孔が位置する側とは反対側に向かって拡径したものである。）と、上記ボルト挿入孔を有する、円柱状の形状に形成された円柱部とから一体に形成されたものであって、セメント、ＢＥＴ比表面積が１０〜２０ｍ^２／gのポゾラン質微粉末、ブレーン比表面積が３，０００〜１０，０００ｃｍ^２／ｇの無機粒子、最大粒径が２ｍｍ以下の細骨材、減水剤、有機繊維、及び水を含む組成物の硬化体からなり、
上記ボルト取付部が、円形の板状体である頭部と、上記頭部の下面の中央から下方に延びて形成されている円筒状の筒状部とから一体に形成されたものであって、上記円筒状の筒状部の内周面に、上記ボルトを螺合するための螺刻部を有する金属製の部材であることを特徴とするインサート。
上記無機粒子が、ブレーン比表面積が５，０００ｃｍ^２／ｇ以上で、１０，０００ｃｍ^２／ｇ以下の無機粒子Ａと、ブレーン比表面積が３，０００ｃｍ^２／ｇ以上で、５，０００ｃｍ^２／ｇ未満であり、かつ、上記セメントよりも大きなブレーン比表面積を有する無機粒子Ｂからなる請求項１に記載のインサート。