JP6404021B2 - 補修補強用速硬性ポリマーセメントモルタル組成物及びそれを用いた補修補強方法 - Google Patents

Description

本発明は、コンクリート床状構造物を補修補強するのに有用な速硬性を有するポリマーセメントモルタル組成物に関する。

通常のコンクリート構造物のひび割れや剥離の補修には、セメント水和物に起因する乾燥収縮性、耐薬品性、及び強度などに関する課題を解決する目的で、モルタルに、各種ポリマーを混和したポリマーセメントモルタルが建設材料として広く用いられている。しかしながら、従来のポリマーセメントモルタルでは、セメントが硬化するまでに長時間かかり、その傾向は特に低温では顕著になるため、現場での施工に関しては必ずしも十分とはいえるものではない。このため、例えば、超速硬性セメントを用いた速硬性ポリマーセメント組成物が提案されている（特許文献１、２参照）。

特開２０１１−０１６８８１号公報 特開２０１３−２３４４８９号公報

しかしながら、特許文献１記載のモルタル組成物は、繊維を必須成分として含むため薄層の補修用モルタル組成物としては使用できず、また水／セメント比が小さいためコンシステンシーが悪く、十分な圧縮強度も得られない。また、特許文献２記載のモルタル組成物は、繊維を含むためアスファルト舗装路面の補修には使用できても、薄層補修が要求されるコンクリート床状構造物には使用できず、減水剤も使用されていない。
従って、本発明の課題は、コンクリート床版のようなコンクリート床状構造物の薄層の補修、補強に適用できる速硬性ポリマーセメントモルタル組成物及びこれを用いたコンクリート床状構造物の補修、補強方法を提供することにある。

そこで本発明者は、コンクリート床状構造物の補修、補強に薄層であっても適用できる組成物を開発すべく研究したところ、速硬性セメント組成物、細骨材及びセメント用ポリマーに加えて減水剤を配合し、さらに一定量の水を使用すれば、薄層箇所においても収縮が小さく、また反り変化率が小さいため補修材のひび割れや剥離による不具合が生じにくい速硬性ポリマーセメントモルタル組成物が得られることを見出し、本発明を完成した。

すなわち、本発明は、次の［１］〜［４］の発明を提供するものである。

〔１〕コンクリート床状構造物の補修又は補強に用いるモルタル組成物であって、
（Ａ）速硬性セメント組成物 １００質量部に対し、
（Ｂ）細骨材 １００〜３８０質量部、
（Ｃ）セメント用ポリマー 固形分換算で１０〜３０質量部、
（Ｄ）減水剤 ０．１〜５質量部、
（Ｅ）水 ２５〜４５質量部を含有し、
細骨材が、粒径０．０９ｍｍ超０．１５ｍｍ以下の粒子の含有率、粒径０．１５ｍｍ超０．３０ｍｍ以下の粒子の含有率、粒径０．３０ｍｍ超０．６０ｍｍ以下の粒子の含有率、粒径０．６０ｍｍ超１．１８ｍｍ以下の粒子の含有率、及び粒径１．１８ｍｍ超２．３６ｍｍ以下の粒子の含有率が何れも１０質量％以上あり、且つ、粒径０．０９ｍｍ以下の粒子の含有率および粒径２．３６ｍｍを超える粒子の含有率が５質量％未満である、
速硬性ポリマーセメントモルタル組成物。
〔２〕反り評価試験における材齢２８日の長さ変化率が３５０×１０^-6以下である〔１〕に記載の速硬性ポリマーセメントモルタル組成物。
〔３〕補修又は補強が、厚さ５０ｍｍ以下の薄層の補修又は補強である〔１〕又は〔２〕に記載の速硬性ポリマーセメントモルタル組成物。
〔４〕〔１〕〜〔３〕のいずれかに記載の速硬性ポリマーセメントモルタル組成物を、コンクリート床状構造物の補修又は補強箇所に充填及び／又は塗布することを特徴とするコンクリート床状構造物の補修又は補強方法。

通常、コンクリート床状構造物の薄層箇所の補修は乾燥により収縮しやすく、収縮が生じた場合、ひび割れが生じやすい施工環境である。また、上下面に収縮差が生じると反りが生じ、補修材と母材の剥離が生じるおそれがある。ところが、本発明の速硬性ポリマーセメントモルタル組成物を用いれば、良好な流動性を有するため施工性に優れており薄層箇所においても収縮が小さく、また反り変化率が小さいために、補修材のひび割れや剥離による不具合が生じにくい。
また、細骨材の粒径がコントロールされた本発明の速硬性ポリマーセメントモルタル組成物を用いれば、薄層箇所での収縮がさらに抑制でき、反り変化率も小さくでき、ひび割れや剥離も生じない。

反り評価試験に用いた銅製のパンチングボードの上面図及び側面図を示す。 反り評価試験用供試体の上面図及び側面図を示す。 反りの測定状況を示す写真である。

本発明のコンクリート床状構造物の補修又は補強に用いる速硬性ポリマーセメントモルタル組成物は、
（Ａ）速硬性セメント組成物 １００質量部に対し、
（Ｂ）細骨材 １００〜４００質量部、
（Ｃ）セメント用ポリマー 固形分換算で１０〜３０質量部、
（Ｄ）減水剤 ０．１〜５質量部、
（Ｅ）水 ２５〜４５質量部を含有することを特徴とする。

本発明に用いる（Ａ）速硬性セメント組成物は、１１ＣａＯ・７Ａｌ_２Ｏ_３・ＣａＸ_２又は３ＣａＯ・３Ａｌ_２Ｏ_３・ＣａＳＯ_４（アウイン）を有効成分として含有する。１１ＣａＯ・７Ａｌ_２Ｏ_３・ＣａＸ_２は、いわゆるカルシウムアルミネートハロゲン化物系セメントである。ハロゲン原子としては、フッ素原子が特に好ましい。また、アウインは、カルシウムサルホアルミネート系セメント（アウイン系セメント）とも称されるものである。これらは、超速硬セメントと呼ばれるものであり、商品名ジェットセメント、スーパージェットセメントとして市販されている。本発明においては、特にアウイン系セメントが好ましい。

（Ａ）速硬性セメント組成物中の１１ＣａＯ・７Ａｌ_２Ｏ_３・ＣａＸ_２及び／又はアウインの含有量は、所望の速硬性を奏する量であれば限定されないが、練混ぜ後３時間でコンクリートとの付着強度１．０Ｎ／ｍｍ^２以上、曲げ強度３．０Ｎ／ｍｍ^２以上を得る量であるのが好ましい。

（Ａ）速硬性セメント組成物においては、速硬性セメントの一部をポルトランドセメントに置き換えてもよい。ここでポルトランドセメントとしては、普通ポルトランドセメント、早強ポルトランドセメント、超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が使用できる。その含有量は可使時間確保、早期強度発現性、繰り返し載荷に対する耐久性の点から、（Ａ）速硬性セメント組成物中、２０質量％以下が好ましい。

本発明に用いる（Ｂ）細骨材としては、川砂、珪砂、砕砂、寒水石、石灰石砂、スラグ骨材等が挙げられる。これらの細骨材の中から、真比重及び粒径比率が適当なものを選択して用いるのが好ましい。細骨材の真比重は練混ぜ水量を多くせず、長さ変化率が材齢７日で０．０１％以下に抑制して金属との付着強度を確保し、繰り返し載荷に対する耐久性を維持し、曲げ強度を高くする点から、２．０以上が好ましい。

（Ｂ）細骨材の粒径は、薄層を均一な厚みで補修できる施工性、長さ変化率の抑制効果等の点から、粒径０．０９ｍｍ超から２．３６ｍｍ以下までの範囲で広く分布しているのが好ましく、特に粒径０．０９ｍｍ超０．１５ｍｍ以下の粒子の含有率、０．１５ｍｍ超０．３０ｍｍ以下の粒子の含有率、０．３０ｍｍ超０．６０ｍｍ以下の粒子の含有率、０．６０ｍｍ超１．１８ｍｍ以下の粒子の含有率、１．１８ｍｍ超２．３６ｍｍ以下の粒子の含有率が何れも１０質量％以上あり、且つ、粒径０．０９ｍｍ以下の粒子の含有率および粒径２．３６ｍｍを超える粒子の含有率が５質量％未満であることが好ましい。

細骨材の含有量は、速硬性セメント１００質量部に対して１００〜４００質量部含有させる。これにより、乾燥収縮が低減され、金属およびコンクリートとの高い付着強度及び繰り返し載荷に対する耐久性が得られる。より好ましい含有量は、１５０〜３８０質量部であり、特に好ましくは２００〜３５０質量部である。

（Ｃ）セメント用ポリマーとしては、ＪＩＳ Ａ ６２０３「セメント混和用ポリマーディスパージョン及び再乳化形粉末樹脂」に規定されるポリマーが好ましい。このようなセメント用ポリマーとしては、ポリマーディスパージョン、再乳化形粉末樹脂が挙げられる。ポリマーディスパージョンとしては、スチレンブタジエンゴム等の合成ゴム系；天然ゴム系；ゴムアスファルト系；エチレン酢酸ビニル系；アクリル酸エステル系；樹脂アスファルト系が好ましい。この中でも、合成ゴム系が好ましく、合成ゴムラテックス、ポリアクリル酸エステル、エチレン酢酸ビニルがより好ましく、コンクリートとの接着性の点から、スチレンブタジエンゴムが特に好ましい。スチレンブタジエンゴムは、スチレンとブタジエンを共重合した合成ゴムの一種であり、スチレン含有量や加硫量により品質を調整する。セメント混和用としては、結合スチレン量が５０〜７０質量％のものが多く、安定性や接着性を向上させて使用されている。

ポリマーの含有量は、速硬性セメント１００質量部に対して、固形分換算で１０〜３０質量部である。１０質量部未満では、金属、コンクリートとの付着強度が十分でない。一方、５０質量部を超えると、強度発現性が低下し、繰り返し載荷に対する耐久性が低下する。より好ましい含有量は１１〜２８質量部、さらに好ましくは１２〜２５質量部である。

本発明に用いられる減水剤は、高性能減水剤、高性能ＡＥ減水剤、ＡＥ減水剤、流動化剤を含む。このような減水剤としては、ＪＩＳ Ａ ６２０４「コンクリート用化学混和剤」に規定される減水剤が挙げられる。具体的には、ポリカルボン酸系減水剤、ナフタレンスルホン酸系減水剤、リグニンスルホン酸系減水剤、アクリル系減水剤が挙げられる。この中では、ナフタレンスルホン酸系減水剤が好ましい。本発明においては、減水剤を一定量配合することにより、流動性が良好となり、特に薄層箇所への施工性が良好になるとともに、均一な厚みで施工できることにより、反りが生じ難くなる。

（Ｄ）減水剤の含有量は、速硬性セメント１００質量部に対して、０．１〜５質量部であり、より好ましくは０．３〜４質量部であり、さらに好ましくは０．５〜３質量部である。０．１質量部未満では、流動性が向上しない。一方、５質量部を超えると、凝結が遅延する。

また、（Ｃ）減水剤と水の配合比は、流動性、圧縮強度および収縮量に影響を与えるので、減水剤／水の質量比は、０．００３〜０．１６が好ましく、０．０１〜０．１０がより好ましい。

本発明においては、水を速硬性セメント１００質量部に対し２５〜４５質量部使用する。２５質量部未満では、流動性が低下し、薄層を均一な厚さに施工できない。一方、４５質量部を超えると、材料が分離したり、収縮量が大きくなったりする。好ましい水の量は２７〜４０質量部であり、より好ましくは２８〜３５質量部である。

本発明においては、さらに膨張材を添加することが好ましい。膨張材を少量配合することにより、収縮率の調整効果がある。膨張材としては、アウインを主成分とするカルシウムサルホアルミネート（アウイン）系膨張材、遊離石灰を主成分とする石灰系膨張材等があり、これらいずれの膨張材も使用できる。
膨張材の含有量は、収縮率の調整、供試体の反り量抑制、流動性確保等の点から、速硬性セメント１００質量部に対して２〜１５質量部含有させることが好ましい。より好ましくは、３〜１０質量部である。

本発明のポリマーセメントモルタル組成物は、凝結遅延剤を添加することは有効である。特に、夏場等ポリマーセメントモルタルの練上がり温度が高くなる場合は、凝結遅延剤を配合することが好ましい。凝結遅延剤としては、例えばクエン酸、グルコン酸、リンゴ酸、酒石酸などの有機酸、又はその塩、ホウ酸、ホウ酸ナトリウム等のホウ酸塩、リン酸塩、アルカリ金属炭酸塩、アルカリ金属重炭酸塩等の無機塩、糖類などの群の中から選ばれる一種又は二種以上を含む液状体（例えば、水溶液、エマルジョン、懸濁液の形態）のものが挙げられる。中でも、クエン酸、クエン酸塩、酒石酸、酒石酸塩、アルカリ金属炭酸塩の群の中から選ばれる一種又は二種以上を含む水溶液が好ましい。凝結遅延剤の添加量は、凝結遅延剤中の有効成分（固形成分）が、速硬性セメント１００質量部に対して、０．０５〜２．０質量部であることが好ましい。

さらに、本発明の特長が損なわれない範囲で各種添加剤（材）が併用されても良い。この種の添加剤としては、例えば消泡剤、防水剤、防錆剤、収縮低減剤、増粘剤、保水剤、顔料、撥水剤、白華防止剤、繊維等が挙げられる。ただし、繊維は、薄層補修、補強に用いる場合には、含有しないのが好ましい。

本発明の速硬性ポリマーセメントモルタル組成物は、通常のポリマーセメントモルタルと同様に、ホバートミキサ、ハンドミキサ、傾胴ミキサ、２軸ミキサ等を用いて練り混ぜ後に混練物を補修必要箇所に充填施工すればよい。ただし、速硬性であるため、混練後は速やかに施工するのが好ましく、また補修箇所に充填する際は振動機を用いて振動させるのが好ましい。さらに表面仕上げはコテで行えばよい。

本発明の速硬性ポリマーセメントモルタル組成物により得られるモルタルは、反り評価試験における材齢２８日の長さ変化率が３５０×１０^-6以下であり、収縮に伴う反り抵抗性に優れている。本発明における「反り評価試験」は、縦５０ｍｍ、横１０００ｍｍ、高さ１０ｍｍの鋼製のパンチングボード上に作製されたモルタル供試体の反りの程度を評価する試験である。本評価方法は、下面がパンチングボードに拘束され、かつモルタルの厚みが小さいため、従来の収縮率評価試験に比べ、実際の薄層の補修又は補強の実態に近く、評価方法として好適である。

本発明の速硬性ポリマーセメントモルタル組成物は、初期流動性を有し、収縮に伴う反り抵抗性に優れていることから、コンクリート床状構造物等の薄層の補修又は補強に適している。ここで薄層とは、５０ｍｍ以下の厚さを言う。より好ましくは３０ｍｍ以下の厚さである。特に好ましくは２０ｍｍ以下である。補修箇所は必ずしも平坦とはいえないことから、場所によっては上記の厚みを超える箇所があってもよいが、補修面積の８０％以上が上記の厚み以下の薄層であることを意味する。コンクリート床状構造物には、コンクリート床版、例えばコンクリート製の橋床、倉庫床、工場床などが含まれる。

RC（Reinforced-Concrete；鉄筋コンクリート）床版の補修は、床版の損傷部をはつり出し、はつり出した箇所を補修材により断面修復して完了する。一方、RC床版の補強には、打替え工法・増厚工法・プレストレス導入工法・シート接着工法などが用いられる。なかでも、増厚工法は、補強効果や施工期間およびコスト面で他工法よりも優れており、多くの現場で採用されている。本発明の速硬性ポリマーセメントモルタル組成物は、この増厚工法にも適している。

以下、実施例により本発明を具体的に詳しく説明するが、本発明はここに表した実施例に限定されるものではない。

＜使用材料＞
速硬性セメント：太平洋セメント（株）製「商品名；スーパージェットセメント」
細骨材（１）：珪砂３号 宇部サンド工業(株)製「商品名 宇部珪砂３号Ａ」
細骨材（２）：珪砂５号 宇部サンド工業（株）製「商品名 宇部珪砂新特５号Ａ」
細骨材（３）：珪砂６号 宇部サンド工業（株）製「商品名 宇部珪砂６号」
細骨材（４）：珪砂７号 宇部サンド工業（株）製「商品名 宇部珪砂７号」
ポリマー：ＳＢＲエマルジョン 太平洋マテリアル（株）製「商品名；太平洋ＣＸ−Ｂ」
減水剤：ナフタレンスルホン酸系高性能減水剤 花王（株）製「商品名；マイティ１００」
遅延剤：クエン酸 市販試薬 顆粒状（速硬性セメント１００質量部に対し０．２０質量部）

＜細骨材の調整＞
上記の細骨材を用いて粒度調整を行い、粒度分布の異なる３種類の細骨材（Ａ、Ｂ、Ｃ）を得た。得られた細骨材の粒度分布を表１に示す。

＜ポリマーセメントモルタルの作製＞
上記に表す材料の中から選定される材料、調整した細骨材Ａ及び水を表２に示す配合量となるようにホバートミキサに投入し、温度約２０℃で３分間混練し、ポリマーセメントモルタルを作製した。

試験例１
作製したポリマーセメントモルタルに対し、次の評価を行った。
＜コンシステンシーの評価＞
ＪＩＳＲ５２０１に準拠した方法で、２０℃の実験室で練り上がった直後のモルタルのフロー値（１５打フロー）を測定し、左官施工に適ったコンシステンシーが得られているかの評価指標とした。尚、コンシステンシーはフロー値が慨ね１３０〜２１０ｍｍであれば工事に適うと判断される。フロー値の測定結果を表３に示す。

表３から、Ｗ／Ｃが小さい場合、Ｐ／Ｃが小さい場合、Ｐ／Ｃが大きい場合、Ｓ／Ｃが大きい場合、減水剤が少ない場合には、フロー値が小さく施工性が低下することがわかる。また、Ｗ／Ｃが大きい場合はフロー値が大きすぎる。また減水剤が多すぎると、凝結が遅延した。

＜圧縮強度の評価＞
作製したポリマーセメントモルタルを内径５０ｍｍで長さ１００ｍｍの円筒管内に充填し、２０℃の温度下で３時間気中養生した後脱型してモルタル供試体を作製した。該モルタル供試体を、ＪＳＣＥ−Ｇ５０５−１９９９「円柱供試体を用いたモルタル又はセメントペーストの圧縮強度試験方法」に準じて、圧縮強度を測定した。その結果を表４に示す。

表４より、Ｗ／Ｃが小さい場合、Ｗ／Ｃが大きい場合、Ｐ／Ｃが小さい場合、Ｐ／Ｃが大きい場合、Ｓ／Ｃが小さい場合、Ｓ／Ｃが大きい場合は、いずれも２８日材齢の強度が十分でない。

＜反り評価試験＞
作製したポリマーセメントモルタルを縦５０ｍｍ、横１０００ｍｍ、高さ１０ｍｍで底面に鋼製のパンチングボードを敷設した型枠に充填し、２０℃の温度下で２時間気中養生した後脱型してモルタル供試体を作製した。該モルタル供試体の厚みとたわみ量を測定し、モルタル供試体の下面（パンチングボード側の長さ：ｂ₀）に対する上面（打設面側の長さ：ｂ₀）の長さ変化率を算出した。パンチングボードを図１に、反り評価試験用の供試体を図２に示す。たわみ量の測定状況を図３に示す。長さ変化率の算出方法を式１に示す。また、その結果を表５に表す。

ｂ₀：パンチングボード側の長さ（1000mm）
ｂ₁：打設面側の長さ（mm）
長さ変化率：（ｂ₀−ｂ₁）／ｂ₀
ｈ：たわみ量（mm）
ｄ：厚み（mm）

表５より、Ｗ／Ｃが小さい場合、Ｗ／Ｃが大きい場合、Ｐ／Ｃが小さい場合、Ｐ／Ｃが大きい場合、Ｓ／Ｃが小さい場合、Ｓ／Ｃが大きい場合、減水剤が少ない場合、及び減水剤が多い場合は、材齢２８日における長さ変化率が３５０×１０^-6を超えた。

＜収縮率評価試験＞
作成したポリマーセメントモルタルを縦１００ｍｍ、横４００ｍｍ、高さ１００ｍｍの型枠に充填し、２０℃の温度下で２時間気中養生した後脱型してモルタル供試体を作製した。ＪＩＳ Ａ１１２９−２「モルタル及びコンクリートの長さ変化測定方法−第２部：コンタクトゲージ方法」の測定方法を参考として、材齢２時間を基長としたときの該モルタル供試体の長さ変化率を測定した。結果を表６に表す。

表６より、Ｗ／Ｃが小さい場合、Ｗ／Ｃが大きい場合、Ｐ／Ｃが小さい場合、Ｐ／Ｃが大きい場合、Ｓ／Ｃが小さい場合、Ｓ／Ｃが大きい場合に、収縮率が大きく、長さ変化率が大きかった。

試験例２
粒度分布の異なる３種類の細骨材（細骨材Ａは、試験例１で用いたもの）を用いて、ポリマーセメントモルタルを製造し、試験例１と同様のモルタルの評価を行った。細骨材以外の使用材料は試験例１と同じである。ポリマーセメントモルタルの配合を表７に、評価結果を表８〜表１１に示す。
なお、実施例８及び９は参考例であって、本発明の範囲に含まれるものではない。

表７〜表１１より、細骨材の粒度分布が粒径０．０９ｍｍ超０．１５ｍｍ以下の粒子の含有率、粒径０．１５ｍｍ超０．３０ｍｍ以下の粒子の含有率、粒径０．３０ｍｍ超０．６０ｍｍ以下の粒子の含有率、粒径０．６０ｍｍ超１．１８ｍｍ以下の粒子の含有率、及び粒径１．１８ｍｍ超２．３６ｍｍ以下の粒子の含有率が何れも１０質量％以上あり、且つ、粒径０．０９ｍｍ以下の粒子の含有率および粒径２．３６ｍｍを超える粒子の含有率が５質量％未満である場合は、反り評価試験における長さ変化率が小さく、特に良好である。

Claims (4)

1. コンクリート床状構造物の補修又は補強に用いるモルタル組成物であって、
   （Ａ）速硬性セメント組成物 １００質量部に対し、
   （Ｂ）細骨材 １００〜３８０質量部、
   （Ｃ）セメント用ポリマー 固形分換算で１０〜３０質量部、
   （Ｄ）減水剤 ０．１〜５質量部、
   （Ｅ）水 ２５〜４５質量部を含有し、
   細骨材が、粒径０．０９ｍｍ超０．１５ｍｍ以下の粒子の含有率、粒径０．１５ｍｍ超０．３０ｍｍ以下の粒子の含有率、粒径０．３０ｍｍ超０．６０ｍｍ以下の粒子の含有率、粒径０．６０ｍｍ超１．１８ｍｍ以下の粒子の含有率、及び粒径１．１８ｍｍ超２．３６ｍｍ以下の粒子の含有率が何れも１０質量％以上あり、且つ、粒径０．０９ｍｍ以下の粒子の含有率および粒径２．３６ｍｍを超える粒子の含有率が５質量％未満である、
   速硬性ポリマーセメントモルタル組成物。
2. 反り評価試験における材齢２８日の長さ変化率が３５０×１０^-6以下である請求項１に記載の速硬性ポリマーセメントモルタル組成物。
3. 補修又は補強が、厚さ５０ｍｍ以下の薄層の補修又は補強である請求項１又は２に記載の速硬性ポリマーセメントモルタル組成物。
4. 請求項１〜３のいずれかに記載の速硬性ポリマーセメントモルタル組成物を、コンクリート床状構造物の補修又は補強箇所に充填及び／又は塗布することを特徴とするコンクリート床状構造物の補修又は補強方法。