JP6262979B2

JP6262979B2 - Ｐｃグラウト用の添加材およびｐｃグラウト

Info

Publication number: JP6262979B2
Application number: JP2013208292A
Authority: JP
Inventors: 盛岡　実; 実盛岡; 宮口　克一; 克一宮口
Original assignee: Denka Co Ltd; Denki Kagaku Kogyo KK; Oriental Shiraishi Corp
Current assignee: Denka Co Ltd; Oriental Shiraishi Corp
Priority date: 2013-10-03
Filing date: 2013-10-03
Publication date: 2018-01-17
Anticipated expiration: 2033-10-03
Also published as: JP2015071509A

Description

本発明は、主に、橋梁分野で使用されるＰＣグラウト用の添加材およびＰＣグラウトに関する。
なお、本発明では、特に断りがない限り、ＰＣとはプレストレストコンクリートの略称である。

橋梁の長寿強化が大きな話題となっている。道路や鉄道の橋梁は、一度、造成すると、長期間にわたって供用しなければならないため、その耐久性が非常に重要である。中でも、ポストテンションのプレストレストコンクリート橋梁では、シース管にＰＣ鋼材を配置し、その間隙に充填するシースグラウト材が重要な役割を担っている。

ＰＣグラウトはわずかな間隙から充填する必要があるため、流動性に優れることが必要である。一般的に、ＰＣグラウトはペーストタイプのものが多い。細骨材を配合すると、間隙充填性が不十分になるためである。
一方、ＰＣグラウト材は単位セメント量が著しく多く、セメントから由来する塩化物イオンが０．３ｋｇ／ｍ^３を大幅に上回ってしまう課題も有していた。

近年、セメントの塩化物量の許容値が２００ｍｇ／ｋｇまで緩和されたこともあり、益々、ＰＣグラウト材の内在塩化物がＰＣ鋼線の腐食に及ぼす影響が懸念されている。

他方で、塩害を抑制する混和材としては、セメント・コンクリートに早強性を付与し、かつ、鉄筋の腐食を防止する目的で、ＣａＯ・２Ａｌ_２Ｏ_３とセッコウを主体とし、ブレーン比表面積値が８０００ｃｍ^２／ｇの微粉を含有するセメント混和材を使用する方法が知られている（特許文献１、２参照）。

また、鉄筋の防錆を目的として、亜硝酸塩（特許文献３、４参照）やゼオライト（特許文献５参照）を添加する方法も提案されている。
しかしながら、亜硝酸塩は流動性の経時変化が大きくなり、ＰＣグラウト材の充填性を阻害する場合も多いものであった。

さらに、亜硝酸型ハイドロカルマイトを添加する方法も提案されている（特許文献６参照）。亜硝酸型ハイドロカルマイトは、防錆効果を発揮するものの、混和したセメント組成物は流動性が悪くなり、充填性に悪影響を及ぼす恐れがあった。

そこで、ＣａＯ／Ａｌ_２Ｏ_３モル比が０．３〜０．７のカルシウムアルミネートをセメント混和材とする提案もある（特許文献７参照）。
しかしながら、この混和材は、流動性の経時変化が大きいことや、収縮が大きい課題があった。
そのため、塩害を効果的に抑止でき、流動性や収縮も改善できるセメント混和材の開発が望まれていた。

本発明者らは、前記の課題に鑑み、ＣａＯ／Ａｌ_２Ｏ_３モル比が０．３〜０．７で、強熱減量が０．５〜５％、ＣａＯ・２Ａｌ_２Ｏ_３を５０％以上含有するカルシウムアルミネートが、ＰＣグラウト用の混和材として適していることを知見し、本発明を完成するに至った。

特公昭５４−０１７７７１号公報特開昭４７−０３５０２０号公報特開昭５３−００３４２３号公報特開平０１−１０３９７０号公報特開平０３−２２４６３５号公報特開平０４−１５４６４８号公報特開２００５−１０４８２８号公報

ＰＣグラウトの流動性を阻害することなく、内在塩化物による発錆を効果的に抑止できるセメント混和材を提供する。

本発明は、（１）ＣａＯ／Ａｌ_２Ｏ_３モル比が０．３〜０．７で、強熱減量が１．０％より多くかつ５％以下であり、ＣａＯ・２Ａｌ_２Ｏ_３を４０％以上含有し、ＣａＯ・Ａｌ_２Ｏ_３含有量が５０％未満であるカルシウムアルミネートを含有するＰＣグラウト用の添加材、（２）カルシウムアルミネートのブレーン比表面積が２０００〜６０００ｃｍ^２／ｇであることを特徴とする前記（１）のＰＣグラウト用の添加材、（３）ＣａＯ／Ａｌ _２Ｏ _３モル比が０．３〜０．７で、強熱減量が０．５〜５％、ＣａＯ・２Ａｌ _２Ｏ _３を４０％以上含有し、ＣａＯ・Ａｌ _２Ｏ _３含有量が５０％未満であるカルシウムアルミネートを含有する添加材と、ポルトランドセメントを含有するＰＣグラウト材とからなるＰＣグラウトであり、前記ＰＣグラウト材１００部に対して、前記添加材を１〜５部使用することを特徴とするＰＣグラウト、である。

本発明のＰＣグラウト用の添加材を使用することにより、ＰＣグラウトの流動性を阻害することなく、内在塩化物による発錆を効果的に抑止できるなどの効果を奏する。

以下、本発明を詳細に説明する。
なお、本発明で使用する部や％は特に規定しない限り質量基準である。

本発明で使用するカルシウムアルミネート化合物（以下、ＣＡ化合物という）とは、カルシアを含む原料と、アルミナを含む原料などを混合して、キルンでの焼成や電気炉での溶融等の熱処理をして得られる、ＣａＯとＡｌ_２Ｏ_３を主成分とする化合物を総称するものである。
本発明のＣＡ化合物は、その組成が、ＣａＯ／Ａｌ_２Ｏ_３モル比で、０．３〜０．７の範囲にあるものである。ＣＡ化合物が、例えば、ＳｉＯ_２やＲ_２Ｏ（Ｒはアルカリ金属）が含有していても、本発明の目的を損なわない限り使用可能である。
ＣＡ化合物のＣａＯ／Ａｌ_２Ｏ_３モル比は、０．３〜０．７であり、０．４〜０．６であることが好ましい。ＣａＯ／Ａｌ_２Ｏ_３モル比が０．３未満では、塩化物イオンの遮蔽効果が充分に得られない場合があり、逆に０．７を超えると急硬性が現れるようになり、可使時間が確保できない場合がある。
ＣＡ化合物の粉末度は、ブレーン比表面積（以下、ブレーン値という）で２０００〜７０００ｃｍ^２／ｇが好ましく、３０００〜６０００ｃｍ^２／ｇがより好ましい。２０００ｃｍ^２／ｇ未満の粗粒では充分な塩化物イオンの遮蔽効果が得られない場合があり、７０００ｃｍ^２／ｇを超える微粉では急硬性が現れるようになり、可使時間が確保できない場合がある。

本発明では、ＣＡ化合物の強熱減量が０．５〜５％の範囲にあるものを適用する。１．０〜３％が好ましい。強熱減量が０．５％未満では、流動性や収縮が改善されない。逆に、５％を超えると、強度発現性や塩害抑制効果が悪くなる場合がある。

本発明のセメント混和材のＣａＯ・２Ａｌ_２Ｏ_３などのＣＡ化合物の含有量は、Ｘ線回折リートベルト法で定量する。その他の化合物として、ＣａＯ・６Ａｌ_２Ｏ_３、ＣａＯ・Ａｌ_２Ｏ_３、２ＣａＯ・Ａｌ_２Ｏ_３・ＳｉＯ_２などが混在するが、ＣａＯ・Ａｌ_２Ｏ_３の含有量は５０％未満であることが必要である。

本発明のＰＣグラウト用セメント混和材の使用量は、ＰＣグラウト材１００部に対して１〜５部が好ましく、２〜４部がより好ましい。１部未満では、防錆効果が十分でない場合があり、５部を超えると、流動性の制御が難しくなる場合がある。

本発明のＰＣグラウト用の添加材は、ＰＣグラウトに配合されているセメントの種類は特に限定されないが、セメントとしては、普通、早強、超早強、低熱、及び中庸熱等の各種ポルトランドセメントや、これらポルトランドセメントに、高炉スラグ、フライアッシュ、又はシリカを混合した各種混合セメント、石灰石粉末や高炉徐冷スラグ微粉末等を混合したフィラーセメント、並びに、都市ゴミ焼却灰や下水汚泥焼却灰を原料として製造された環境調和型セメント（エコセメント）等のポルトランドセメントが挙げられ、これらのうちの１種又は２種以上が使用可能である。

本発明では、通常、市販のＰＣグラウト材に本発明のＰＣグラウト用の添加材を配合して用いる。
ＰＣグラウト材とは、ポストテンション型ＰＣ構造物のＰＣ鋼材のシース内の充てんに用いるセメント系材料で、流動性や材料不分離性に優れる。市販品としては、大平洋マテリアル社「太平洋ハイジェクター」、日鉄住金高炉セメント社「エスセイバーＰＣ」などがある。

以下、さらに詳細に内容を説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。

「実験例１」
表１に示すＣＡ化合物をＰＣグラウト用の添加材とし、市販のＰＣグラウト材１００部に対して３部配合した。このＰＣグラウト材を用いて、充填性および自由塩化物量を調べた。また、促進発錆試験を行い、発錆状況を観察した。結果を表１に併記する。

＜使用材料＞
ＣＡ化合物Ａ：ＣａＯ／Ａｌ_２Ｏ_３モル比０．２、ブレーン値４０００ｃｍ^２／ｇ。ＣａＯ・２Ａｌ_２Ｏ_３含有量５％、ＣａＯ・６Ａｌ_２Ｏ_３含有量９０％。強熱減量３％。
ＣＡ化合物Ｂ：ＣａＯ／Ａｌ_２Ｏ_３モル比０．３、ブレーン値４０００ｃｍ_２／ｇ。ＣａＯ・２Ａｌ_２Ｏ_３含有量４０％、ＣａＯ・６Ａｌ_２Ｏ_３含有量５５％。強熱減量３％。
ＣＡ化合物Ｃ：ＣａＯ／Ａｌ_２Ｏ_３モル比０．４、ブレーン値４０００ｃｍ^２／ｇ。ＣａＯ・２Ａｌ_２Ｏ_３含有量６０％、ＣａＯ・６Ａｌ_２Ｏ_３含有量３５％。強熱減量３％。
ＣＡ化合物Ｄ：ＣａＯ／Ａｌ_２Ｏ_３モル比０．５、ブレーン値４０００ｃｍ^２／ｇ。ＣａＯ・２Ａｌ_２Ｏ_３含有量９５％。強熱減量３％。
ＣＡ化合物Ｅ：ＣａＯ／Ａｌ_２Ｏ_３モル比０．６、ブレーン値４０００ｃｍ^２／ｇ。ＣａＯ・２Ａｌ_２Ｏ_３含有量６５％。ＣａＯ・Ａｌ_２Ｏ_３含有量３０％。強熱減量３％。
ＣＡ化合物Ｆ：ＣａＯ／Ａｌ_２Ｏ_３モル比０．７、ブレーン値４０００ｃｍ^２／ｇ。ＣａＯ・２Ａｌ_２Ｏ_３含有量５０％。ＣａＯ・Ａｌ_２Ｏ_３含有量４５％。強熱減量３％。
ＣＡ化合物Ｇ：ＣａＯ／Ａｌ_２Ｏ_３モル比０．９、ブレーン値４０００ｃｍ^２／ｇ。ＣａＯ・２Ａｌ_２Ｏ_３含有量１０％、ＣａＯ・Ａｌ_２Ｏ_３含有量８５％。強熱減量３％。
ＰＣグラウト材：太平洋マテリアル社製「ハイジェクター（Ｐｒｅｍｉｘ−ＡＤ）」。
水：水道水

＜測定方法＞
ＣＡ化合物の含有量：サンプルを、粉末Ｘ線回折装置：Ｍａｌｔｉ−Ｆｌｅｘ（リガク社製）にセットし、測定範囲：２δ＝１０〜６０°、スキャンスピード：５°／ｍｉｎでスキャンし、Ｘ線回折プロファイルを測定する。得られたＸ線回折プロファイルを、リートベルト解析ソフトＰＤ−ＸＬ（リガク社製）にて解析し、ＣａＯ・２Ａｌ_２Ｏ_３などの含有量を算出する。
充填性：５０×５０×１．５ｃｍのアクリル板２枚を隙間１ｍｍで作製し、一方向からグラウトを行い、充てんした面積を評価し、９５％以上充てんできれば○、９５％未満は×として評価した。
自由塩化物量の比率：ＰＣグラウト材の硬化体を用いて、全塩化物量と固定塩化物量を測定し、自由塩化物量を計算し、その比率を求めた。測定はＪＩＳＡ１１５４に準拠した。
発錆状況：４×４×１６ｃｍの型枠内に、φ９ｍｍ１４ｃｍの丸鋼を設置し、各種のＰＣグラウトを充てんした。材齢２８日まで２０℃水中養生を行った後、供試体の半分を１０％ＮａＣｌ水溶液で浸漬した状態で４０℃の乾燥機内に設置した。促進試験は１年間実施した。試験終了後、丸鋼を取り出し、腐食面積を測定した。腐食面積が０％以上１０％未満を○、１０％以上３０％未満を△、３０％以上を×として評価した。

表１より、本発明のＣＡ化合物を適用することにより、流動性の保持が良好となり、自由塩化物量が激減していることが分かる。

「実験例２」
ＣＡ化合物ＤをＰＣグラウト用の添加材（実験No.1-5）として使用し、ＣＡ化合物Ｄの強熱減量を表２に示すように変化したこと以外は実験例１と同様に行った。結果を表２に併記する。

表２より、強熱減量が０．５〜５％の範囲にある本発明のＣＡ化合物をＰＣグラウト用の添加材として適用することにより、流動性の保持が良好となり、自由塩化物量が激減していることが分かる。また、防錆効果にも優れることが分かる。

「実験例３」
ＣＡ化合物ＤをＰＣグラウト用の添加材（実験No.1-5）として使用し、ＣＡ化合物Ｄの粉末度を表３に示すように変化したこと以外は実験例１と同様に行った。結果を表３に併記する。

表３より、ＣＡ化合物の粉末度がブレーン値で２０００〜６０００ｃｍ^２／ｇの範囲にある本発明のＰＣグラウト用の添加材を適用することにより、充填性が良好となり、自由塩化物量も激減していることが分かる。また、防錆効果にも優れることが分かる。

「実験例４」
表４に示すようにＰＣグラウト用の添加材（実験No.1-5）の使用量を変化したこと以外は実験例１と同様に行った。結果を表４に併記する。

表４より、本発明のＰＣグラウト用の添加材を適量適用することにより、充填性を損なうことなく、自由塩化物量が激減し、防錆効果にも優れることが分かる。

本発明のＰＣグラウト用の添加材を使用することにより、充填性を損なうことなく、自由塩化物量が激減し、防錆効果にも優れるなどの効果を奏するため、主に、土木分野において橋梁建設のＰＣグラウトなどの用途に適する。

Claims

ＣａＯ／Ａｌ_２Ｏ_３モル比が０．３〜０．７で、強熱減量が１．０％より多くかつ５％以下であり、ＣａＯ・２Ａｌ_２Ｏ_３を４０％以上含有し、ＣａＯ・Ａｌ_２Ｏ_３含有量が５０％未満であるカルシウムアルミネートを含有するＰＣグラウト用の添加材。
カルシウムアルミネートのブレーン比表面積が２０００〜６０００ｃｍ^２／ｇである請求項１に記載のＰＣグラウト用の添加材。
ＣａＯ／Ａｌ _２Ｏ _３モル比が０．３〜０．７で、強熱減量が０．５〜５％、ＣａＯ・２Ａｌ _２Ｏ _３を４０％以上含有し、ＣａＯ・Ａｌ _２Ｏ _３含有量が５０％未満であるカルシウムアルミネートを含有する添加材と、ポルトランドセメントを含有するＰＣグラウト材とからなるＰＣグラウトであり、
前記ＰＣグラウト材１００部に対して、前記添加材を１〜５部使用することを特徴とするＰＣグラウト。