JP6626363B2

JP6626363B2 - 無収縮グラウト組成物

Info

Publication number: JP6626363B2
Application number: JP2016032635A
Authority: JP
Inventors: 信哉赤江; 中原　和彦; 和彦中原; 浩平高山
Original assignee: Taiheiyo Materials Corp
Current assignee: Taiheiyo Materials Corp
Priority date: 2016-02-24
Filing date: 2016-02-24
Publication date: 2019-12-25
Anticipated expiration: 2036-02-24
Also published as: JP2017149599A

Description

本発明は、土木・建築業界において使用される無収縮グラウト組成物に関する。

従来から、グラウト材料としてはセメントに減水剤を加えたものが一般的であり、さらにカルシウムサルファアルミネート系膨張材または石灰系膨張材や、アルミニウム粉末等の発泡剤、メチルセルロース系増粘剤を添加し、無収縮グラウト材とし、これらに、骨材を配合し、モルタルとして土木、建築工事等に広く使用されている。

無収縮グラウト材料に要求される性能としては、無収縮であること、流動性が良いこと、ブリーディングや材料分離がないことなどがある。

土木・建築構造物に使用される無収縮グラウト材料に要求される性能の高度化により流動性の保持性能の向上が求められている。しかしながら、長時間流動性を保持すると、ブリーディングや材料分離の恐れがあった。上記問題点に対して、特定のアルミニウム粉末の発泡剤、増粘剤を用いることにより無収縮性ならびに材料分離を抑制が図られていた（特許文献１）。そのほかにも、特定の増粘剤を使用し、ブリーディングの抑制が図られてきた（特許文献２）。

しかしながら、増粘剤を使用することでブリーディングの抑制が図られる一方で流動性が低下し、施工性に影響を与える恐れがあり、課題であった。特に低温環境下では、流動性の低下に加え、強度発現性の低下の恐れがあり、課題である。

グラウト材料の特徴として、温度依存性が挙げられる。低温環境下では、流動性が低下する傾向にあり、改善するためには分散剤添加量の増加をしなければならなかった。そこで、特定のポリカルボン酸系分散剤を用いることにより、温度依存性の影響の低減が図られてきた（特許文献３）。また、ギ酸塩または硫酸アルミニウム等の凝結調整剤を配合することにより低温環境下での強度発現性を図る技術も報告されている（特許文献４）。

特開２００７−１１９３１６号公報特開２０１４−１０１２４３号公報特開２００６−１８２６２５号公報特開２００７−２６１８４５号公報

しかしながら、特許文献３の技術では、流動性については改善されているが、強度発現性については長期材齢の伸びに不安があった。特に、低温環境下において、顕著であった。また、近年、コンクリート構造物の高強度化に伴い、グラウト材の圧縮強度の要求性能が高強度してきている。常温環境下のみならず低温環境下での強度発現性が良好なグラウト材が求められており、かかる要求性能には、いずれの技術でも十分解決できていなかった。
従って、本発明の課題は、常温環境下に限らず低温環境下において、高い流動性を有するにも拘わらず材料分離が発生せず、無収縮性を有し、且つ高い強度発現性のグラウト組成物を提供することにある。

そこで、本発明者は、多量の増粘剤等を使用することなく前記課題を解決すべく、種々検討したところ、セメント、膨張材、減水剤、凝結促進剤、発泡剤に加えて、骨材の種類と粒度分布を一定の範囲とすることにより、常温環境下に限らず低温環境下においても、高い流動性を有するにも拘わらず材料分離が発生せず、無収縮性を有し、且つ高い強度発現性のグラウト組成物が得られことを見出し、本発明を完成した。

すなわち、本発明は、次の〔１〕〜〔５〕を提供するものである。

〔１〕（Ａ）セメント１００質量部、（Ｂ）膨張材３〜６質量部、（Ｃ）減水剤０．５〜１質量部、（Ｄ）凝結促進剤０．１〜０．３質量部、（Ｅ）発泡剤０．０００５〜０．００２質量部、（Ｆ）粒径１．２ｍｍ以上２．５ｍｍ未満が０．５〜１０質量％、粒径０．６ｍｍ以上１．２ｍｍ未満が３５〜５５質量％、粒径０．３ｍｍ以上０．６ｍｍ未満が２０〜５０質量％、粒径０．３ｍｍ未満が５〜３５質量％の粒度構成である石灰石骨材５０〜９０質量部および（Ｇ）粒径１．２ｍｍ以上２．５ｍｍ未満が３５〜７０質量％、粒径０．６ｍｍ以上１．２ｍｍ未満が２５〜５５質量％および粒径０．６ｍｍ未満が１〜１０質量％の粒度構成である石灰石骨材以外であり、且つ、密度２．３ｇ／ｃｍ³以上３．０ｇ／ｃｍ³未満の天然骨材１０〜５０質量部を含有することを特徴とする無収縮グラウト組成物。
〔２〕（Ｈ）凝結促進剤が無水芒硝である〔１〕記載の無収縮グラウト組成物。
〔３〕さらに、（Ｉ）消泡剤を含有する〔１〕または〔２〕記載の無収縮グラウト組成物。
〔４〕さらに、（Ｊ）増粘剤を含有する〔１〕〜〔３〕のいずれかに記載の無収縮グラウト組成物。
〔５〕５℃環境下において、フロー値が２１０〜２６０ｍｍである〔１〕〜〔４〕のいずれかに記載の無収縮グラウト組成物。

本発明によれば、常温環境下に限らず例えば５℃の低温環境下において、すぐれた施工性と材料分離抵抗性と収縮抵抗性を具備し、且つ高い強度発現性のグラウト組成物が提供される。

本発明の無収縮グラウト組成物は、（Ａ）セメント１００質量部、（Ｂ）膨張材３〜６質量部、（Ｃ）減水剤０．５〜１質量部、（Ｄ）凝結促進剤０．１〜０．３質量部、（Ｅ）発泡剤０．０００５〜０．００２質量部、（Ｆ）粒径１．２ｍｍ以上２．５ｍｍ未満が０．５〜１０質量％、粒径０．６ｍｍ以上１．２ｍｍ未満が３５〜５５質量％、粒径０．３ｍｍ以上０．６ｍｍ未満が２０〜５０質量％、粒径０．３ｍｍ未満が５〜３５質量％の粒度構成である石灰石骨材５０〜９０質量部および（Ｇ）粒径１．２ｍｍ以上２．５ｍｍ未満が３５〜７０質量％、粒径０．６ｍｍ以上１．２ｍｍ未満が２５〜５５質量％および粒径０．６ｍｍ未満が１〜１０質量％の粒度構成である石灰石骨材以外であり、且つ、密度２．３ｇ／ｃｍ³以上３．０ｇ／ｃｍ³未満の天然骨材１０〜５０質量部を含有することを特徴とする。

本発明で使用する（Ａ）セメントは、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、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、またはシリカを混合した各種混合セメント、また、石灰石粉末等の高炉徐冷スラグ微粉末を混合したフィラーセメント、各種の産業廃棄物を主原料として製造される環境調和型セメント、いわゆる、エコセメントなどが挙げられ、これらのうちの１種または２種以上が併用可能である。
本発明では初期強度発現性や材料分離抵抗性の観点から、普通ポルトランドセメントや早強ポルトランドセメントを選定することが好ましい。

本発明では、打設したモルタルの乾燥収縮を補償し、ひび割れの発生を抑制する目的で（Ｂ）膨張材を使用する。
本発明で使用する（Ｂ）膨張材としては、水和反応により、エトリンガイトや水酸化カルシウムを生成するものであればよく、カルシウムサルフォアルミネート系膨張材、カルシウムアルミノフェライト系膨張材、生石灰系膨張材、及び石膏系膨張材等が挙げられ、これらの１種または２種以上が使用可能であり、生石灰系膨張材がより好ましい。
膨張材の粉末度は、ブリーディング抑制、適正な膨張率、流動性の点から、ブレーン比表面積(以下、ブレーン値という)で２０００〜６０００ｃｍ²／ｇが好ましく、２５００〜５０００ｃｍ²／ｇがより好ましい。
膨張材の使用量は、セメント１００質量部に対して３〜６質量部とする。３質量部未満では、水と混ぜられて得られる硬化体に、適正な膨張性状が得られにくくなる恐れがあり、６質量部を超えると膨張量が大きくなり、硬化体が破壊する恐れがある。より好ましくは、３．５〜５．５質量部である。

本発明においては、流動性を得やすくするため、（Ｃ）減水剤を使用する。本発明で使用する減水剤とは、減水剤、高性能減水剤、ＡＥ減水剤、高性能ＡＥ減水剤及び流動化剤等のセメント分散剤のことであり、これらの１種または２種以上を用いることが出来る。減水剤の有効成分としては何れも良いが、具体的には、ナフタレンスルホン酸系減水剤、リグニンスルホン酸塩系減水剤、ポリカルボン酸系減水剤、メラミンスルホン酸塩系減水剤等が挙げられる。
本発明で使用する減水剤の使用量は、セメント１００質量部に対して０．５〜１質量部とする。０．５質量部未満では流動性が充分でない場合があり、１質量部を超えると材料分離を起こす場合がある。より好ましくは、０．６５〜０．８５質量部である。

本発明では、強度発現性を促進させるために（Ｄ）凝結促進剤を使用する。凝結促進剤としては、例えば、アルカリ金属の硫酸塩、炭酸塩、炭酸水素塩、硝酸塩、亜硫酸塩および水酸化物等が挙げられる。その中でも、硫酸ナトリウムがコスト面または効果の面から好ましい。
凝結促進剤の使用量は、セメント１００質量部に対して０．１〜０．３質量部とする。０．１質量部未満では、強度発現性の効果が小さく、０．３質量部を超えると長期強度の伸びが低下する恐れがある。より好ましくは、０．１５〜０．２５質量部である。

本発明では、グラウトモルタルの充填後の沈下現象を防止し、既設の壁や柱等の部材ならびに新規に設置する部材を一体化するために（Ｅ）発泡剤を使用する。
発泡剤としては、特に限定されず、例えば、アルミニウムや亜鉛等の両性金属の粉末や粉末状過酸化物質等が挙げられる。その中でも、アルミニウム粉末は効果的に発泡するため、好ましい。
発泡剤の使用量は、セメント１００質量部に対して０．０００５〜０．００２質量部とする。０．０００５質量部未満では、発泡の効果が小さく、０．００２質量部を超えると膨張量が大きく強度低下を起こす恐れがある。より好ましくは、０．００１〜０．００１５質量部である。

本発明で使用する骨材としては、（Ｆ）特定の粒度構成とする（Ｇ）石灰石細骨材および石灰石細骨材以外であり、且つ、密度２．３ｇ／ｃｍ³以上３．０ｇ／ｃｍ³未満の天然細骨材を併用する。骨材の粒度構成について、粒度が粗い方に偏る場合は、グラウト材の粘性が下がり、流動性が良くなる一方、ブリーディングの発生や強度低下する恐れがある。また、粒度が細かい方に偏る場合は、グラウト材の粘性が上がり、グラウト組成物がより緻密な組織を形成しやすくなり、強度発現性が良くなる一方、流動性が低下し、特に低温環境下でのシマリに影響を与える恐れがある。粒径１．２ｍｍ以上２．５ｍｍ未満の骨材割合は、練上り直後の流動性ならびに施工性に影響を与える。粒径０．６ｍｍ以上１．２ｍｍ未満の骨材割合は、練上り直後の流動性に影響を与える。粒径０．３ｍｍ以上０．６ｍｍ未満および０．３ｍｍ未満の骨材割合は強度発現性に影響を与える。また、粒度構成が極端に偏る場合、グラウト材の風合いが変わる恐れがある。例えば、練り上り直後からグラウト材中の骨材が沈下気味であったり、練り混ぜ後１５分程度で流動性が低下する等である。
（Ｇ）石灰石骨材以外であり、且つ、密度２．３ｇ／ｃｍ³以上３．０ｇ／ｃｍ³未満の天然骨材としては、特に限定されず、川砂、海砂、山砂等が挙げられる。

（Ｆ）石灰石骨材の粒度構成としては、粒径１．２ｍｍ以上２．５ｍｍ未満が０．５〜１０質量％未満、粒径０．６ｍｍ以上１．２ｍｍ未満が３５〜５５質量％、粒径０．３ｍｍ以上０．６ｍｍ未満が２０〜５０質量％、粒径０．３ｍｍ未満が５〜３５質量％が好ましい。
石灰石骨材の使用量は、セメント１００質量部に対して５０〜９０質量部が好ましい。５０質量部未満では、低温環境下での強度が低下し、９０質量部を超えると流動性が低下する恐れがある。より好ましくは、５５〜８０質量部である。

（Ｇ）石灰石骨材以外であり、且つ、密度２．３ｇ／ｃｍ³以上３．０ｇ／ｃｍ³未満の天然骨材の粒度構成としては、粒径１．２ｍｍ以上２．５ｍｍ未満が３５〜７０質量％、粒径０．６ｍｍ以上１．２ｍｍ未満が２５〜５５質量％および粒径０．６ｍｍ未満が１〜１０質量％が好ましい。
石灰石骨材以外であり、且つ、密度２．３ｇ／ｃｍ³以上３．０ｇ／ｃｍ³未満の天然骨材の使用量は、セメント１００質量部に対して１０〜５０質量部が好ましい。１０質量部未満では、流動性が低下し、５０質量部を超えると低温環境下での強度が低下する恐れがある。より好ましくは、１５〜４０質量部である。

本発明で使用する練混ぜ水量は、特に限定されるものではないが、通常、水／セメント比で３３〜３７％が好ましい。この範囲内においては、高い流動性が得られながらも、材料分離を発生せず、且つ高い強度発現性を有することができる。より好ましくは、３４〜３６％である。

また本発明ではさらに、遅延剤、増粘剤、セメント用ポリマー、消泡剤、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、急結剤、急硬剤、凝結遅延剤、空気連行剤、表面硬化剤、高炉スラグ粉末等のスラグ粉末、シリカヒュームやフライアッシュ等のポゾラン等のうち１種または２種以上を本発明の目的を実施質的に阻害しない範囲で使用することが可能である。

本発明に用いる混練器具や混練装置は特に限定されないが、ミキサを用いることで量を多く混練出来るため好ましい。用いることの出来るミキサとしては連続式ミキサでもバッチ式ミキサでも良く、例えば、グラウトミキサ、オムニミキサ、ハンドミキサ、左官ミキサ等が挙げられる。

以下、本発明の実施例に基づいて、本発明をさらに説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。

[実施例１]
使用材料を表１に示す。

石灰石骨材および珪砂について、篩い分けし、以下の粒度構成となるように再混合した。石灰石骨材の粒度構成（Ｓ１〜Ｓ９）を表２、珪砂の粒度構成（Ｓ１０〜Ｓ１５）を表３に示す。また、スラグ骨材（Ｓ１６）はＳ１０の粒度構成と同様になるように調整した。

[配合設計]
セメント１００質量部に対して、膨張材、減水剤、促進剤、発泡剤、細骨材を表４となるように配合設計した。また、セメント１００質量部に対して、消泡剤０．０１質量部、増粘剤０．００１質量部を添加した。但し、セメントは普通ポルトランドセメントおよび早強ポルトランドセメントを５０：５０の割合で混合したものとした。

[グラウト作製]
５および２０℃環境下において、１０Ｌの円筒容器に水１０８０ｇを添加し、表４で配合設計したグラウト組成物６０００ｇを添加し、高速ハンドミキサで６０秒練混し、グラウトを作製した。

[評価方法]
＜流動性＞
ＪＩＳＲ５２０１「セメントの物理試験方法」１１．フリー試験で１５回落下運動を行わない静置フローを、５および２０℃環境下で測定した。
・ブリーディング率
ＪＩＳＡ１１２３「コンクリートのブリーディング試験方法」に準じて、２０℃環境下でブリーディング率を測定した。
＜体積膨張率＞
ＪＳＣＥ−Ｆ５３３−１９９９「ＰＣグラウトのブリーディング率および膨張率試験方法」の膨張率試験方法により、２０℃環境下で材齢７日の体積膨張率を測定した。ただし、試験器への型詰めは練り上り直後のモルタルを充填し基長した。
＜圧縮強度＞
土木学会基準ＪＳＣＥ−Ｇ５０５−２０１０「円柱供試体を用いたモルタルまたはセメントペーストの圧縮強度試験方法（案）」に準じて、材齢２８日における圧縮強度を測定した。供試体の寸法は、直径５０ｍｍ、高さ１００ｍｍとした。また、養生は、５および２０℃の恒温槽内で、翌日に脱型し、その後、材齢日まで標準養生した。

その結果、表４及び表５に示すように、本発明のグラウト組成物は、５℃及び２０℃のいずれの温度条件下でも、優れた施工性と材料分離抵抗性と収縮抵抗性を有し、かつ高い強度発現性を示した。一方、膨張材、減水剤、凝結促進剤、発泡剤の含有量が本発明の範囲外の場合、骨材の粒度分布が本発明の範囲外の場合、また密度の大きいスラグ骨材を使用した場合（Ｓ１６）は、本発明の効果が得られなかった。

Claims

（Ａ）セメント１００質量部、（Ｂ）膨張材３〜６質量部、（Ｃ）減水剤０．５〜１質量部、（Ｄ）凝結促進剤０．１〜０．３質量部、（Ｅ）発泡剤０．０００５〜０．００２質量部、（Ｆ）粒径１．２ｍｍ以上２．５ｍｍ未満が０．５〜１０質量％、粒径０．６ｍｍ以上１．２ｍｍ未満が３５〜５５質量％、粒径０．３ｍｍ以上０．６ｍｍ未満が２０〜５０質量％、粒径０．３ｍｍ未満が５〜３５質量％の粒度構成である石灰石骨材５０〜９０質量部および（Ｇ）粒径１．２ｍｍ以上２．５ｍｍ未満が３５〜７０質量％、粒径０．６ｍｍ以上１．２ｍｍ未満が２５〜５５質量％および粒径０．６ｍｍ未満が１〜１０質量％の粒度構成である石灰石骨材以外であり、且つ、密度２．３ｇ／ｃｍ³以上３．０ｇ／ｃｍ³未満の天然骨材１０〜５０質量部を含有することを特徴とする無収縮グラウト組成物。
（Ｈ）凝結促進剤が無水芒硝である請求項１記載の無収縮グラウト組成物。
さらに、（Ｉ）消泡剤を含有する請求項１または２記載の無収縮グラウト組成物。
さらに、（Ｊ）増粘剤を含有する請求項１〜３のいずれか１項記載の無収縮グラウト組成物。
５℃環境下において、フロー値が２１０〜２６０ｍｍである請求項１〜４のいずれか１項記載の無収縮グラウト組成物。