JP6475488B2

JP6475488B2 - 速硬型軽量グラウト組成物

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Publication number: JP6475488B2
Application number: JP2014253767A
Authority: JP
Inventors: 昌範柴垣; 中原　和彦; 和彦中原
Original assignee: Taiheiyo Materials Corp
Current assignee: Taiheiyo Materials Corp
Priority date: 2014-12-16
Filing date: 2014-12-16
Publication date: 2019-02-27
Anticipated expiration: 2034-12-16
Also published as: JP2016113327A

Description

本発明は、速硬型軽量グラウト組成物に関する。詳しくは、練上り単位容積質量が１．６ｋｇ／Ｌ以下の軽量グラウト材が得られるにも関わらず、流し込みが容易にできる高流動性及び作業性を確保し、且つ、材料分離抵抗性に優れ無収縮性を有し、グラウト練り混ぜ後、短時間で圧縮強度発現性を有する速硬型軽量グラウト組成物に関する。

土木構造物や建築構造物の構築や補修、或いは機械の設置等において、用途に合わせて流動性の高い、さまざまな無収縮セメント系グラウト材（無収縮モルタル）が多く使用されている。例えば、道路橋に用いられる鋼床版のデッキプレート下面に配置されているＵリブ等の鋼製中空部材にセメント系グラウト材を充填することで補強を行うことがある。耐久性の観点や既設部材への負担軽減等の目的で、練り上がりの単位容積質量が１．６ｋｇ／Ｌ程度以下と軽量のセメント系グラウト材が提案されている（例えば、特許文献１〜３参照）。
また、道路や鉄道の高架橋の橋脚や建物の柱等の耐震補強工事として、鋼板巻き立て工法が用いられ、鋼板と橋脚等の既設部材との間の空隙を充填するために無収縮セメント系グラウト材が使用されている。この種の用途に用いられるグラウト材は、鋼板の膨らみ防止のために、上記と同様に軽量セメント系グラウト材（以下、「軽量グラウト材」と云うことがある）が用いられることが多い。

特許文献１及び３記載の軽量グラウト材は、高流動性を有し、練り上がりの単位容積質量が１．６ｋｇ／Ｌ以下で軽量であるものの、凝結時間（硬化性状）は遅く、例えば、グラウトを打ち継ぐには、翌日まで養生することが必要であり、また、低温下ではさらに凝結時間が遅れ、養生期間を長くする必要があった。補修工事等をより効率的に行い、工期を短縮するには大きな課題であった。
また、特許文献２には、塩基性塩化カルシウム系の硬化促進剤が１０３ｋｇ／ｍ^３混和した軽量グラウト材（急硬タイプ）が記載されている。ＪＩＳＡ５３０８、建築学会（ＪＡＳＳ５）及び土木学会（コンクリート標準示方書）などでは、コンクリート中の塩化物含有量が原則的には０．３０ｋｇ／ｍ^３以下と定められている。鋼製中空部材内又は鋼板と既設部材との間の空隙に、特許文献３記載の急硬タイプの軽量グラウト材を充填すると、鋼製中空部材や鋼板或いはそれらを固定するボルト等の鋼材が錆び易いという欠点がある。

軽量グラウト材の強度発現性を高め、速硬化する方法として、カルシウムアルミネート類を混和する方法がある（例えば特許文献４参照）。

特開２０１０−１５５７５５号公報特許第４０８４３９０号公報特許第５０３５７２１号公報特開２００１−０９７７５９号公報

しかしながら、速硬化手段としてカルシウムアルミネート類を混和した軽量グラウト材においては、充填作業に可能な長い可使時間が得られ、且つ材齢３時間における強度が高く速硬性を備えるグラウト材が得られなかった。
従って、本発明は、従来の上記課題の解決、即ち、軽量グラウト材中の塩化物含有量が０．３０ｋｇ／ｍ^３以下でありながら、材齢３時間における強度が高く速硬性であり、グラウト材としての高流動性及び充分な可使時間を備え、練り上がりの単位容積質量が１．６ｋｇ／Ｌ以下と軽量である軽量グラウト材が得られる速硬型軽量グラウト組成物を提供することを目的とする。例えば、既設鋼床版Ｕリブ等への中空部材や耐震補強工事の鋼板巻き立て工法による鋼板と橋脚間の空隙に軽量モルタルを流し込み充填した場合、２〜３時間で打ち継ぐことができ、また、その日のうちに次の作業工程に進むことができ、作業効率を上げ工期を大幅に短縮することができる。さらに、単位容積質量１．６ｋｇ／Ｌ以下と軽量であり、高流動で且つ、材料分離抵抗性を有し、既設鋼製部材との一体化を図り、短期強度発現性を有する軽量グラウト組成物を提供することを目的とする。

そこで本発明者は、前記課題解決のため鋭意検討した結果、セメント、石膏に加えて、特定の組成と粉末度を有するカルシウムアルミネート類及び軽量骨材を含有し、結合材に対し軽量骨材を特定割合で混和することにより、上記課題を解決できることを見出し、本発明を完成させた。

すなわち、本発明は、次の〔１〕〜〔６〕の速硬型軽量グラウト組成物を提供するものである。
〔１〕（Ａ）セメント、（Ｂ）石膏、（Ｃ）ＣａＯ・Ａｌ₂Ｏ₃を５０〜８０質量％及び１２ＣａＯ・７Ａｌ ₂ Ｏ ₃ を０．１〜２０質量％含有し、且つ粉末度３５００〜５５００ｃｍ²／ｇであるカルシウムアルミネート類、並びに（Ｄ）単位容積質量０．５ｋｇ／Ｌ以下の軽量骨材を含有し、
（Ａ）セメント、（Ｂ）石膏及び（Ｃ）カルシウムアルミネート類の合計１００質量部に対し、（Ｄ）軽量骨材を１０〜３０質量部含有することを特徴とする速硬型軽量グラウト組成物。
〔２〕更に、（Ｅ）増粘剤及び（Ｆ）凝結遅延剤から選ばれる１種又は２種以上を含有する〔１〕記載の速硬型軽量グラウト組成物。
〔３〕更に、（Ｇ）発泡剤を含有する〔１〕又は〔２〕記載の速硬型軽量グラウト組成物。
〔４〕（Ｇ）発泡剤が過炭酸塩を含有するものである〔３〕記載の速硬型軽量グラウト組成物。
〔５〕（Ａ）セメント、（Ｂ）石膏及び（Ｃ）カルシウムアルミネート類の合計１００質量部に対し、（Ｃ）カルシウムアルミネート類の含有量が１０〜４０質量部、（Ｂ）石膏の含有量が５〜３０質量部である〔１〕〜〔４〕のいずれかに記載の速硬型軽量グラウト組成物。
〔６〕（Ａ）セメント、（Ｂ）石膏及び（Ｃ）カルシウムアルミネート類の合計１００質量部に対し、過炭酸塩を０．０３〜０．２質量部含有する〔４〕又は〔５〕記載の速硬型軽量グラウト組成物。

本発明によれば、軽量グラウト材中の塩化物含有量が０．３０ｋｇ／ｍ^３以下でありながら、材齢３時間における強度が高く速硬性であり、グラウト材としての高流動性及び充分な可使時間を備え、練り上がりの単位容積質量が１．６ｋｇ／Ｌ以下と軽量である軽量グラウト材が得られる速硬型軽量グラウト組成物が提供できる。
本発明の速硬型軽量グラウト組成物を用いれば、混練物の練上り単位容積質量が１．６ｋｇ／Ｌ以下の軽量グラウト材であるにも関わらず、流し込みが容易にできる高流動性及び作業性（可使時間）を適度に確保し、且つ、材料分離抵抗性に優れ、グラウト材練り混ぜ後、３時間以内の短時間で圧縮強度発現性を有する速硬性を発現するので、２〜３時間後にグラウト材を打ち継ぐことができ、また、作業効率や工期を大幅に短縮することができる。また、発泡剤及び増粘剤を含有する本発明の速硬性軽量グラウト組成物は、ノンブリーディングで無収縮性を有するため、適度な膨張発現によって部材との一体化を図った構造物を得ることができる。
例えば、既設鋼床版Ｕリブ等への中空部材や耐震補強工事の鋼板巻き立て工法による鋼板と橋脚間の空隙等の鋼材が存在する空隙に、本発明による軽量グラウト材を流し込み充填した場合、軽量グラウト材中の塩化物含有量が０．３０ｋｇ／ｍ^３以下でありながら、２〜３時間で打ち継ぐことができる。また、その日のうちに次の作業工程に進むことができ、作業効率を上げ工期を大幅に短縮することができる。さらに、本発明によれば、水と混練したグラウト材が、単位容積質量１．６ｋｇ／Ｌ以下と軽量であり、高流動で且つ、材料分離抵抗性を有し、既設鋼製部材との一体化を図り、短期強度発現性を有する軽量グラウト組成物が得られる。

以下、本発明を実施形態に基づいて具体的に説明する。なお、％は特に示す場合及び単位固有の場合を除き質量％である。

本発明の速硬型軽量グラウト組成物に使用する（Ａ）セメントは、水硬性であればよく、例えば、普通、早強、低熱、中庸熱、白色等の各種ポルトランドセメント、エコセメント、並びにこれらポルトランドセメント又はエコセメントにフライアッシュ、高炉スラグ、シリカヒューム等を混合した各種混合セメント等の１種又は２種以上が挙げられる。なかでも、早強性があり、材料分離抵抗性の点から早強ポルトランドセメントが混和されていることが好ましい。また、本発明の速硬型軽量グラウト組成物における（Ａ）セメントは、（Ａ）セメント、（Ｂ）石膏及び（Ｃ）カルシウムアルミネート類の合計１００質量部に対し、３０〜８５質量部含有することが好ましく、４０〜７５質量部含有することがより好ましい。

本発明の速硬型軽量グラウト組成物に使用する（Ｂ）石膏は、特に限定されないが、可使時間の確保と効果的な促進作用の観点からII型無水石膏が好ましい。石膏は、主にカルシウムアルミネート類と反応しエトリンガイト（３ＣａＯ・Ａｌ_２Ｏ_３・３ＣａＳＯ_４・３２Ｈ_２Ｏ）を生成させ、これによりグラウトの硬化を促進させることができるとともに、初期強度発現性を高めることができる。使用する無水石膏の粉末度は３０００ｃｍ^２／ｇ以上のものが、所望の反応活性が得られるので好ましい。より好ましくは粉末度が６０００ｃｍ^２／ｇ以上の石膏が良い。粉末度の上限は特に制限されないが、粉末度を高めるコストが嵩む割にはその効果が鈍化することから概ね１００００ｃｍ^２／ｇ程度が適当である。

本発明の速硬型軽量グラウト組成物は、短期強度発現性、初期流動性、可使時間の確保の点から（Ａ）セメント、（Ｂ）石膏及び（Ｃ）カルシウムアルミネート類の合計１００質量部に対し、（Ｂ）石膏の含有量が５〜３０質量部であることが好ましい。

本発明の速硬型軽量グラウト組成物に使用する（Ｃ）カルシウムアルミネート類とは、ＣａＯをＣ、Ａｌ_２Ｏ_３をＡ、及びＦｅ_２Ｏ_３をＦ、Ｎａ_２ＯをＮとして表したとき、Ｃ_３Ａ、Ｃ_２Ａ、Ｃ_１２Ａ_７、Ｃ_５Ａ_３、ＣＡ、Ｃ_３Ａ_５、又はＣＡ_２等と表示される鉱物組成を有するカルシウムアルミネート、Ｃ_２ＡＦ及びＣ_４ＡＦ等と表示されるカルシウムアルミノフェライト、カルシウムアルミネートにハロゲンが固溶又は置換したＣ_３Ａ_３・ＣａＦ_２やＣ_１１Ａ_７・ＣａＦ_２等と表示されるカルシウムフロロアルミネートを含むカルシウムハロアルミネート、Ｃ_８ＮＡ_３やＣ_３Ｎ_２Ａ_５等と表示されるカルシウムナトリウムアルミネート、カルシウムリチウムアルミネートや、一般的に市販されているアルミナセメントや超速硬セメント、並びにこれらにＳｉＯ_２（以下Ｓと表示。）、Ｋ_２Ｏ、Ｆｅ_２Ｏ_３、ＴｉＯ_２等が固溶又は化合したものを総称するものである。

カルシウムアルミネート類を得る方法としては、ＣａＯ原料とＡｌ_２Ｏ_３原料等をロータリーキルンや電気炉等によって熱処理して得る方法が挙げられる。カルシウムアルミネート類を製造する際のＣａＯ原料としては、例えば、石灰石や貝殻等の炭酸カルシウム、消石灰等の水酸化カルシウム、あるいは、生石灰等の酸化カルシウムを挙げることができる。また、Ａｌ_２Ｏ_３原料としては、ボーキサイト、石油化学工業等より排出される廃アルミナ触媒等のアルミナ廃棄物、アルミ鉱滓（アルミドロス）やその精錬過程で発生するアルミ残灰、アルミニウム切削屑等の廃金属アルミニウム、アルミニウム粉末等が挙げられる。

本発明で使用する（Ｃ）カルシウムアルミネート類は、ＣＡと表示される鉱物組成の含有量が５０質量％以上のものである。５０質量％未満では、グラウトの作業性が失われた後、硬化に至るまでに時間を要し、短時間でシマリ性状を発現するが硬化に至らないので好ましくない。ここで云うシマリ性状とは、流し込み施工ができない程度の流動性不良となる状態となることを意味する。鉱物組成の含有量は、ＣＡの含有量を除き特に限定されないが、グラウトの作業性が失われた後、硬化に至るまでの時間をより短くするために、Ｃ_１２Ａ_７と表示される鉱物組成が２０質量％以内で含有していることが好ましい。含まれるＣＡを５０〜８０質量％且つＣ_１２Ａ_７を０．１〜２０質量％であるカルシウムアルミネート類が、所望の可使時間を確保し且つ硬化促進性に優れる点から好ましく、更には、含まれるＣＡを５０〜７０質量％且つＣ_１２Ａ_７を５〜２０質量％であるカルシウムアルミネート類が短時間材齢での圧縮強度発現性を向上させる点でより好ましい。本発明で使用するカルシウムアルミネート類には、ＣＡ及びＣ_１２Ａ_７以外に、ＣＡ_２、Ｃ_２ＡＳ等の他の鉱物を含有させることができる。

本発明で使用する（Ｃ）カルシウムアルミネート類の粉末度は、作業性を確保し、短時間で強度発現性を発揮させるため、３５００〜５５００ｃｍ^２／ｇの粉末度とする。３５００ｃｍ^２／ｇ未満では、反応活性が乏しく所望の短期強度発現性が得られず、５５００ｃｍ^２／ｇを超えると、反応活性が過大となり、初期のシマリが早すぎ、作業を行う充分な可使時間が確保できず、流動性保持時間が短く充填作業まで行えない又は行い難い場合が生じるので好ましくない。

本発明の速硬型軽量グラウト組成物は、低温環境下での硬化促進効果、高温環境下での可使時間の確保の点から、（Ａ）セメント、（Ｂ）石膏及び（Ｃ）カルシウムアルミネート類の合計１００質量部に対し、（Ｃ）カルシウムアルミネート類の含有量が１０〜４０質量部であることが好ましい。

本発明の速硬型軽量グラウト組成物に使用する（Ｄ）軽量骨材は、単位容積質量０．５ｋｇ／Ｌ以下の軽量骨材とする。単位容積質量０．５ｋｇ／Ｌを超える軽量骨材は、水と混練しグラウト材にした場合、練り上がり単位容積質量（混練直後の単位容積質量）が、安定して１．６ｋｇ／Ｌ以下とするのが難しく軽量グラウト材としての効果が得られないので好ましくない。また、混練するときに高速のハンドミキサーやグラウトミキサを用いても、安定して１．６ｋｇ／Ｌ以下の練り上がり単位容積質量とし易いことから、本発明に使用する（Ｄ）軽量骨材は、単位容積質量０．０３ｋｇ／Ｌ以上の軽量骨材とする。単位容積質量０．０３ｋｇ／Ｌ未満の軽量骨材は、高速のハンドミキサーやグラウトミキサを用いて混練すると、混練時に壊れる軽量骨材が増加し、練り上がり単位容積質量が安定して１．６ｋｇ／Ｌ以下とすることが難しい。

本発明で使用する軽量骨材の種類は特に限定されず、セメント組成物に使用可能な軽量骨材であれば良く、例えば黒曜石、シラス又は真珠岩等の火成岩を粉砕し過熱したパーライトやシラスバルーン等、並びにフライアッシュバルーン等が挙げられ、ｐＨ８以下の軽量骨材が好ましい。廃ガラスを原料に加熱発泡させて製造したガラス質発泡体等のｐＨ８を超える軽量骨材は、長期的にモルタル中で変質又は反応する虞が高いため、長期的に使用する場合は好ましくない。また、セメント水和物との付着が優れているので、グラウト材（モルタル）の硬化後の圧縮強度が高いことから、無機質軽量骨材が好ましい。

本発明の速硬型軽量グラウト組成物は、（Ａ）セメント、（Ｂ）石膏及び（Ｃ）カルシウムアルミネート類の合計１００質量部に対し、（Ｄ）軽量骨材を１０〜３０質量部含有する。１０質量部未満では、練り上がり単位容積質量が安定して１．６ｋｇ／Ｌ以下とするのが難しく、軽量グラウト材としての効果が得られないので好ましくなく、３０質量部以上では、練り混ぜたグラウト材が脆弱化し、或いは流し込みに容易な高流動性が得られないので好ましくない。

本発明の速硬型軽量グラウト組成物は、材料分離抵抗性、可使時間の確保の点から（Ｅ）増粘剤及び（Ｆ）凝結遅延剤から選ばれる１種又は２種以上を含有することが好ましい。また、無収縮性を確保する点から（Ｇ）発泡剤を含有することが好ましい。一方で、高流動性や練混ぜ性を向上させるには、一般的にセメント分散剤を混和することが好ましいとされているが、本発明では、セメント分散剤を混和しても高流動性は大きく向上せず、かえって材料分離抵抗性が低下しブリーディングの発生が懸念されるため、極力混和しないことが好ましい。セメント分散剤を混和する場合においても、材料分離抵抗性やブリーディング抑制の点から、セメント、石膏、カルシウムアルミネート類の合計１００質量部に対し、０．４質量部以下が好ましく、セメント分散剤を混和しないことがより好ましい。

本発明の速硬型軽量グラウト組成物に使用する（Ｅ）増粘剤は、水溶性のセルロース系、アクリル系、グアーガム系などの増粘剤が使用でき、これらの一種又は二種以上の使用が可能であるが、ブリーディングを招くような凝結遅延の影響が生じない程度の少量で、材料分離することなく高い流動性が得やすいことより、水溶性セルロースが好ましい。水溶性セルロースとしては、セルロース系高分子化合物、例えば、カルボキシメチルセルロース、メチルセルロース、ヒドロキシアルキルセルロース、ヒドロキシプロピルメチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース等の水溶性セルロースエーテルが好ましい例として例示でき、特に限定されない。
（Ｅ）増粘剤の含有量は、セメント、石膏及びカルシウムアルミネート類の合計１００質量部に対し、０．０２〜０．５質量部が好ましく、０．０５〜０．３質量部がより好ましい。

本発明の速硬型軽量グラウト組成物に使用する（Ｆ）凝結遅延剤は、モルタルやコンクリートで使用できるものであれば何れの凝結遅延剤でも良く、例えばクエン酸、酒石酸、グルコン酸、ヘプトン酸等の有機酸や、或いは、これらの有機酸の塩、ホウ酸塩、リン酸塩等の無機塩を挙げることができる。
（Ｆ）凝結遅延剤の含有量は、セメント、石膏及びカルシウムアルミネート類の合計１００質量部に対し、０．０５〜０．８質量部が好ましく、０．１〜０．４質量部がより好ましい。

本発明の速硬型軽量グラウト組成物に使用する（Ｇ）発泡剤は、軽量のグラウトモルタルを発泡させるだけでなく、効果的に促進・硬化させるために過炭酸ナトリウム等の過炭酸塩が好ましい。一方で、一般的にグラウトモルタルの無収縮性を担保するには、アルミニウム粉末や過酸化物質などの発泡剤を混和することが知られているが、速硬性あるいは急硬性のグラウトモルタルに適用すると、その中に混和されている速硬性混和剤や凝結遅延剤などにより、発泡効果が阻害され、効果的に安定した無収縮性が発揮され難い。そのため、効果的に安定して発泡性を付与するために、更に炭酸ナトリウム、炭酸リチウム等の炭酸塩と併用して使用することが好ましい。
（Ｇ）発泡剤の含有量は、セメント、石膏及びカルシウムアルミネート類の合計１００質量部に対し、発泡性の点、ブリーディングや強度低下防止の点から、０．０１〜１質量部が好ましい。過炭酸塩を用いる場合、その含有量は、発泡性の点、ブリーディングや強度低下防止の点から、セメント、石膏及びカルシウムアルミネート類の合計１００質量部に対し、０．０３〜０．２質量部が好ましい。また、過炭酸塩に炭酸塩を併用する場合の炭酸塩の含有量は、発泡性の点、発泡促進の点、可使時間確保の点から、セメント、石膏及びカルシウムアルミネート類の合計１００質量部に対し、０．１〜０．５質量部が好ましい。

本発明の速硬型軽量グラウト組成物には、セメント、石膏、カルシウムアルミート類、発泡剤、増粘剤、凝結遅延剤以外に、混和材料及び軽量骨材以外の骨材から選ばれる一種又は二種以上を本発明の効果を実質損なわない範囲で併用することができる。この混和材料としては、例えばセメント分散剤、膨張材、軽量骨材以外の骨材、セメント用ポリマー、防水材、防錆剤、収縮低減剤、保水剤、顔料、繊維、撥水剤、白華防止剤、消泡剤、高炉スラグ微粉末、石粉、粘土鉱物粉末、スラグ粉末、フライアッシュ、シリカフューム、無機質フィラー、火山灰、撥水剤、表面硬化剤等が挙げられる。また、軽量骨材以外の骨材としては、例えば、川砂、陸砂、海砂、砕砂、珪砂、川砂利、陸砂利、砕石及び人工骨材等が挙げられ、これらの一種又は二種以上を使用することができる。

本発明の速硬型軽量グラウト組成物は、好ましくはプレミックスモルタルとして使用する。従って、所定量の水を計量し混練するだけですぐに使用できるように、本発明の速硬型軽量グラウト組成物の配合成分のすべてが予め混合され、粉末状であるプレミックスモルタルとすることができる。

本発明の速硬型軽量グラウト組成物は配合成分をプレミックス化させる方法は限定されず、Ｖ型混合機や可傾式コンクリートミキサ等の重力式ミキサー、ヘンシェルミキサー、噴射型ミキサー、リボンミキサー、パドルミキサー、ナウターミキサー等で混合される。また、袋やポリエチレン製容器等の容器に直接、各材料を計り取り投入する方法により、本発明の速硬型軽量グラウト組成物をプレミックス化することもできる。

以下、本発明の実施例を比較例と共に示す。なお、本発明の範囲は以下の実施例に限定されない。

〔実施例１・比較例１〕
使用材料を表１に示す。表１の材料を用い、パドルミキサーを用いて混合し、本発明の速硬型軽量グラウト組成物（本発明品１〜９）を作製した。また、比較参考品として参考品（１〜５）のグラウト組成物も同時に作製した。作成した各グラウト組成物の配合割合を表２に示す。各速硬型軽量グラウト組成物は、セメント、石膏、カルシウムアルミネート類の合計１００質量部に対し、５８〜７５質量部の水で、高速ハンドミキサー（回転数１０００ｒｐｍ）を用いて９０秒間、水と練り混ぜ、混練物（グラウトモルタル、グラウト材）を作製した。作製したグラウトモルタルの各種品質試験を、環境温度２０℃、湿度８０％以上の恒温室内で行った。

表２の本発明品（１〜９）と参考品（１〜５）の速硬型軽量グラウト組成物について、流動性および単位容積質量（軽量性の確保）、可使時間（作業性）、膨張収縮率（無収縮性）、速硬性（材齢３時間及び材齢２８日圧縮強度）を測定し評価した。各評価試験方法を以下に示す。

〔流動性試験〕
（１）土木学会コンクリート標準示方書ＪＳＣＥ−Ｆ５３１「ＰＣグラウトの流動性試験方法」に準拠し、Ｊ_１４漏斗を用いたときの流下時間（Ｊ_１４漏斗流下時間）を測定した。本発明品の指標として、練り上がり直後のＪ_１４漏斗流下時間が４〜１０秒のときを、グラウト材としての流動性を備わっている（高流動性）とした。

〔単位容積質量測定試験〕
（２）ＪＩＳＡ１１７１「ポリマーセメントモルタルの試験方法」６．３単位容積質量試験に準拠し、単位容積質量を測定した。軽量性の指標として、単位容積質量は、１．６ｋｇ／Ｌ以下とした。

〔可使時間の測定〕
（３）４００ｍｌのポリカップにグラウトモルタルを３／４程度まで入れ、５分間毎にカップ間で３回移し変える動作を行い、ポリカップを傾けてもグラウト材（モルタル）がポリカップに完全に、又は一部残り、流動性が低下した時間を測定した。但し、５分よりも短い間隔で確認したものもある。可使時間の指標として、流し込みが充分可能な時間として１５分以上とした。また、この測定のときに、細骨材の顕著な沈降及びブリーディング水の発生の有無を目視で確認することにより材料分離の有無を確認した。

〔膨張収縮率測定試験〕
（４）土木学会基準ＪＳＣＥ−Ｆ５４２−１９９９「充てんモルタルのブリーディング率および膨張率試験方法」に準拠して、材齢７日における膨張率（初期膨張率）を測定した。

〔速硬性〕
（５）ＪＩＳＡ１１０８「コンクリートの圧縮強度試験方法」に準じ、材齢３時間及び材齢２８日の圧縮強度を測定した。供試体寸法は、φ５×１０ｃｍとし、養生方法は、材齢３時間は気中養生、材齢２８日は、翌日脱枠後、以降水中養生とした。材齢３時間において圧縮強度が測定できたものを「速硬性あり」と評価した。

流動性および単位容積質量（軽量性の確保）、可使時間（作業性）、膨張収縮率（無収縮性）、速硬性（材齢３時間及び材齢２８日圧縮強度）測定試験結果を表３に示す。本発明の実施例１−１〜１−７は、何れも、Ｊ₁₄漏斗流下時間が４．２〜８．２秒の高流動性であり、可使時間を３０分以上確保し、単位容積質量も１．６ｋｇ／Ｌ以下の軽量性が確認され、初期膨張率は正の値を示し膨張が認められた。さらに、材齢３時間の圧縮強度発現性が認められ、速硬性が確認された。また、材齢２８日の圧縮強度は、５Ｎ／ｍｍ²以上であり、部材への応力伝達には充分な強度発現性が確認された。また、更に本発明の実施例１−１〜１−７は、何れも、初期膨張率は正の値を示し膨張が認められ、何れも無収縮性が示された。即ち、本発明の実施例１−１〜１−７のグラウト組成物は、無収縮モルタルが得られることが示された。本発明品８及び９を使用した実施例１−８及び１−９は、高流動性であり、可使時間を３０分以上確保し、単位容積質量も１．６ｋｇ／Ｌ以下の軽量性で速硬性であることが確認された一方で、セメント、石膏、カルシウムアルミネート類の合計１００質量部に対し、過炭酸ナトリウムの含有量が０．０３〜０．２質量部及び炭酸ナトリウムの含有量が０．１〜０．５質量部を満たさないため、膨張率は０％未満の収縮挙動となり、無収縮性は満足できなかった。

一方、カルシウムアルミネート類のＣＡ含有率が５０質量％未満の比較例１−３、粉末度が３５００ｃｍ²／ｇ未満の比較例１−１は、何れも材齢３時間の圧縮強度発現性がなく、速硬性がないことが確認され、粉末度が５５００ｃｍ²／ｇ以上の比較例１−２は、初期のシマリが早く、可使時間が８分と作業性が確保できなかった。また、セメント、石膏、カルシウムアルミネート類の合計１００質量部に対し、軽量骨材が３０質量部を超えて３６．６質量部を含有してなる比較例１−４は、高流動性が確保できずJ₁₄漏斗流下時間は閉塞により測定できず、作業性が確保できず材齢３時間の圧縮強度発現性もなく、即ち速硬性がないことが確認された。又、セメント、石膏、カルシウムアルミネート類の合計１００質量部に対し、軽量骨材が１０質量部未満の５．８質量部を含有してなる比較例１−５は、単位容積質量が１．７１ｋｇ／Ｌと軽量性に乏しいことが確認された。尚、細骨材の顕著な沈降及びブリーディング水の発生は、実施例及び比較例の何れのグラウト材にも見られなかった。

〔実施例２・比較例２〕
表２の本発明品（１〜５）と参考品（１〜５）のグラウト組成物について、実施例１と同じ練混ぜ水量で、高速ハンドミキサー（回転数１０００ｒｐｍ）を用いて９０秒間、水と練り混ぜ、混練物（グラウトモルタル、グラウト材）を作製した。実施例１と同じ各種品質試験を、何れも環境温度３０℃、湿度８０％以上の恒温室内で行った。

流動性および単位容積質量（軽量性の確保）、可使時間（作業性）、膨張収縮率（無収縮性）、速硬性（材齢３時間及び材齢２８日圧縮強度）測定試験結果を表４に示す。本発明の実施例は、３０℃の高温環境下においても、何れもＪ_１４漏斗流下時間が４．３〜７．８秒の高流動性であり、高温下でも可使時間を１５分以上確保し、単位容積質量も１．６ｋｇ／Ｌ以下の軽量性が確認され、膨張率も正の値（膨張）が認められた。さらに、材齢３時間の圧縮強度発現性が認められ、速硬性が確認された。また、材齢２８日の圧縮強度は、８Ｎ／ｍｍ^２以上であり、部材への応力伝達には充分な強度発現性が確認された。

一方、カルシウムアルミネート類のＣＡ含有率が５０質量％未満の比較例２−３、粉末度が３５００ｃｍ²／ｇ未満の比較例２−１は、何れも材齢３時間の圧縮強度発現性がなく、速硬性がないことが確認され、粉末度が５５００ｃｍ²／ｇ以上の比較例２−２は、初期のシマリが早く、可使時間が４分と作業性が確保できなかった。
また、セメント、石膏、カルシウムアルミネート類の合計１００質量部に対し、軽量骨材が３０質量部を超えて３６．６質量部を含有してなる比較例２−４は、高流動性が確保できずJ₁₄漏斗流下時間は閉塞により測定できず、作業性が確保できず材齢３時間の圧縮強度発現性もなく速硬性がないことが確認された。又は、セメント、石膏、カルシウムアルミネート類の合計１００質量部に対し、軽量骨材が１０質量部未満の５．８質量部を含有してなる比較例２−５は、単位容積質量が１．７１ｋｇ／Ｌと軽量性に乏しく、可使時間も７分と短いことが確認された。尚、細骨材の顕著な沈降及びブリーディング水の発生は、実施例及び比較例の何れのグラウト材にも見られなかった。

〔実施例３・比較例３〕
表１の材料を用い、パドルミキサーを用いて混合し、本発明の速硬型軽量グラウト組成物（本発明品１０〜１３）を作製した。また、比較参考品として参考品（６〜１０）も同時に作製した。作成した各グラウト組成物の配合割合を表５に示す。各速硬型軽量グラウト組成物は、セメント、石膏、カルシウムアルミネート類の合計１００質量部に対し、５８〜７２質量部の水で、高速ハンドミキサー（回転数１０００ｒｐｍ）を用いて９０秒間、水と練り混ぜ、混練物（グラウトモルタル、グラウト材）を作製した。実施例１と同様の各種品質試験を低温環境下５℃の恒温室内で行った。

流動性および単位容積質量（軽量性の確保）、可使時間（作業性）、膨張率（無収縮性）、速硬性（材齢３時間）及び材齢２８日圧縮強度測定試験結果を表６に示す。本発明の実施例は、何れもＪ_１４漏斗流下時間が４．８〜７．１秒の高流動性であり、低温下において可使時間を４５分以上確保し、単位容積質量も１．６ｋｇ／Ｌ以下の軽量性が確認され、膨張率も正の値（膨張）が認められた。さらに、材齢３時間の圧縮強度発現性が認められ、速硬性が確認された。また、材齢２８日の圧縮強度は、６Ｎ／ｍｍ^２以上であり、部材への応力伝達には充分な強度発現性が確認された。

一方、カルシウムアルミネート類のＣＡ含有率が５０質量％未満の比較例３−３、粉末度が３５００ｃｍ²／ｇ未満の比較例３−１は、何れも材齢３時間の圧縮強度発現性がなく、速硬性がないことが確認され、粉末度が５５００ｃｍ²／ｇ以上の比較例３−２は、初期のシマリが早く、可使時間が５分と作業性が確保できなかった。
また、セメント、石膏、カルシウムアルミネート類の合計１００質量部に対し、軽量骨材が３０質量部を超えて３６．６質量部を含有してなる比較例３−４は、高流動性が確保できずJ₁₄漏斗流下時間は閉塞により測定できず、作業性が確保できず材齢３時間の圧縮強度発現性もなく、速硬性がないことが確認された。又、セメント、石膏、カルシウムアルミネート類の合計１００質量部に対し、軽量骨材が１０質量部未満の４．８質量部を含有してなる比較例３−５は、単位容積質量が１．７０ｋｇ／Ｌと軽量性に乏しいことが確認された。尚、細骨材の顕著な沈降及びブリーディング水の発生は、実施例及び比較例の何れのグラウト材にも見られなかった。

本発明の速硬型軽量グラウト組成物を用いれば、流し込みが容易に可能な高い流動性を発現し、１５分以上の可使時間を確保し、且つ材料分離抵抗性に優れた無収縮性を発揮し、１〜３時間の短時間で圧縮強度発現性を有する単位容積質量１．６ｋｇ／Ｌ以下の速硬型軽量グラウトが得られ、例えば、既設鋼床版Ｕリブ等への中空部材や耐震補強工事の鋼板巻き立て工法による鋼板と橋脚間の空隙に軽量モルタルを流し込み充填した場合、２〜３時間後にグラウトを打ち継ぐことができ、また、作業効率や工期を大幅に短縮することができる。また、本発明の速硬性軽量グラウト組成物は、ノンブリーディングで無収縮性を有するため、適度な膨張発現によって部材との一体化を図った構造物を得ることができる。

Claims

（Ａ）セメント、（Ｂ）石膏、（Ｃ）ＣａＯ・Ａｌ₂Ｏ₃を５０〜８０質量％及び１２ＣａＯ・７Ａｌ ₂ Ｏ ₃ を０．１〜２０質量％含有し、且つ粉末度３５００〜５５００ｃｍ²／ｇであるカルシウムアルミネート類、並びに（Ｄ）単位容積質量０．５ｋｇ／Ｌ以下の軽量骨材を含有し、
（Ａ）セメント、（Ｂ）石膏及び（Ｃ）カルシウムアルミネート類の合計１００質量部に対し、（Ｄ）軽量骨材を１０〜３０質量部含有することを特徴とする速硬型軽量グラウト組成物。
更に、（Ｅ）増粘剤及び（Ｆ）凝結遅延剤から選ばれる１種又は２種以上を含有する請求項１記載の速硬型軽量グラウト組成物。
更に、（Ｇ）発泡剤を含有する請求項１又は２記載の速硬型軽量グラウト組成物。
（Ｇ）発泡剤が過炭酸塩を含有するものである請求項３記載の速硬型軽量グラウト組成物。
（Ａ）セメント、（Ｂ）石膏及び（Ｃ）カルシウムアルミネート類の合計１００質量部に対し、（Ｃ）カルシウムアルミネート類の含有量が１０〜４０質量部、（Ｂ）石膏の含有量が５〜３０質量部である請求項１〜４のいずれか１項記載の速硬型軽量グラウト組成物。
（Ａ）セメント、（Ｂ）石膏及び（Ｃ）カルシウムアルミネート類の合計１００質量部に対し、過炭酸塩を０．０３〜０．２質量部含有する請求項４又は５記載の速硬型軽量グラウト組成物。