JP6645820B2 - 水中不分離性モルタル組成物 - Google Patents
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- Curing Cements, Concrete, And Artificial Stone (AREA)
Description
本発明は、土木・建築業界において、主に水中グラウトに使用される水中不分離性モルタル組成物に関する。
橋脚や橋台などの構造物を水中に構築する際、モルタル・コンクリートを水中に打設することがある。水中への打設に適したモルタル・コンクリートとして水中不分離モルタル・コンクリートが知られている。この水中不分離モルタル・コンクリートは充填性が良好なため充填にバイブレータを必要としない。また、水に溶け難いため汚濁の発生を抑制した施工が可能である。
水中不分離モルタル・コンクリートとしては、水中不分離混和剤をベースとなるモルタル又はコンクリートに添加し練混ぜたものが知られている。この水中不分離混和剤としては、水溶性セルロースエーテル系の高分子材料が用いられている（特許文献１）。
また、ベースコンクリートに水中不分離混和剤を海水に添加したスラリーを混合して練混ぜ、亜硝酸塩系混和剤を添加し、凝結時間を短縮した水中不分離性コンクリートも提案されている（特許文献２）。
水中不分離モルタル・コンクリートとしては、水中不分離混和剤をベースとなるモルタル又はコンクリートに添加し練混ぜたものが知られている。この水中不分離混和剤としては、水溶性セルロースエーテル系の高分子材料が用いられている（特許文献１）。
また、ベースコンクリートに水中不分離混和剤を海水に添加したスラリーを混合して練混ぜ、亜硝酸塩系混和剤を添加し、凝結時間を短縮した水中不分離性コンクリートも提案されている（特許文献２）。
しかしながら、水中不分離モルタル・コンクリートは、通常ベースとなるモルタル・コンクリートよりも減水剤の添加量が多いこと、及び、水中不分離混和剤の特性から、通常のモルタル・コンクリートよりも凝結時間に時間を要してしまうことが問題であった。このため、打設した水中不分離モルタル・コンクリートの凝結前に水の流れが生じてしまうと、モルタル・コンクリートの流失が生じてしまう恐れがある。また、凝結時間の遅延により、作業工程の延長の恐れがある。また、海水が使用できる場所であれば、特許文献２のような手段により、解決出来うるが、海水が使用できない場所（河川、湖沼等）の水中打設には、不向きであり、限定的なものであった。
従って、本発明の課題は、海、河川等に拘わらず、水中打設が必要である様々な場所において打設可能であり且つ凝結時間を短縮し、初期強度発現性が良好な水中不分離性モルタル組成物を提供することにある。
そこで、本発明者は、前記課題を解決すべく種々検討した結果、セメント、細骨材、ポリカルボン酸系減水剤及び増粘剤を含有し、かつポリカルボン酸系減水剤としてアルカリ金属とアルカリ土類金属の両者を含有する減水剤を用いれば、凝結時間を短縮でき、かつ初期強度発現性が向上することを見出し、本発明を完成した。
すなわち、本発明は、次の〔１〕〜〔７〕を提供するものである。
〔１〕セメント、細骨材、ポリカルボン酸系減水剤及び増粘剤を含有する水中不分離性モルタル組成物であって、
セメントとして、普通ポルトランドセメント及び早強ポルトランドセメントを含み、早強ポルトランドセメントに対する普通ポルトランドセメントの質量比が１５／８５〜８５／１５であり、
ポリカルボン酸系減水剤が、化学成分として、アルカリ金属及びカルシウムを含むアルカリ土類金属からそれぞれ１種類以上の成分を含有することを特徴とする水中不分離性モルタル組成物。
〔２〕さらにメラミン系減水剤を含有する〔１〕に記載の水中不分離性モルタル組成物。
〔３〕セメント１００質量部に対して、細骨材３０〜１２５質量部、メラミン系減水剤０．５〜１．５質量部、ポリカルボン酸系減水剤０．５〜１．３質量部及び増粘剤０．３〜０．６質量部含有する〔２〕に記載の水中不分離性モルタル組成物。
〔４〕さらに膨張材を含有する〔１〕〜〔３〕のいずれかに記載の水中不分離性モルタル組成物。
〔５〕さらに消泡剤を含有する〔１〕〜〔４〕のいずれかに記載の水中不分離性モルタル組成物。
〔６〕さらに発泡剤を含有する〔１〕〜〔５〕のいずれかに記載の水中不分離性モルタル組成物。
〔７〕凝結時間の終結が１６時間以内となる〔１〕〜〔６〕のいずれかに記載の水中不分離性グラウトモルタル組成物。
セメントとして、普通ポルトランドセメント及び早強ポルトランドセメントを含み、早強ポルトランドセメントに対する普通ポルトランドセメントの質量比が１５／８５〜８５／１５であり、
ポリカルボン酸系減水剤が、化学成分として、アルカリ金属及びカルシウムを含むアルカリ土類金属からそれぞれ１種類以上の成分を含有することを特徴とする水中不分離性モルタル組成物。
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〔３〕セメント１００質量部に対して、細骨材３０〜１２５質量部、メラミン系減水剤０．５〜１．５質量部、ポリカルボン酸系減水剤０．５〜１．３質量部及び増粘剤０．３〜０．６質量部含有する〔２〕に記載の水中不分離性モルタル組成物。
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〔５〕さらに消泡剤を含有する〔１〕〜〔４〕のいずれかに記載の水中不分離性モルタル組成物。
〔６〕さらに発泡剤を含有する〔１〕〜〔５〕のいずれかに記載の水中不分離性モルタル組成物。
〔７〕凝結時間の終結が１６時間以内となる〔１〕〜〔６〕のいずれかに記載の水中不分離性グラウトモルタル組成物。
本発明の水中不分離性モルタル組成物を用いれば、海、河川等に拘わらず、水中打設が必要である様々な場所において打設可能であり且つ凝結時間を短縮し、初期強度発現性が良好なモルタルを形成できる。
本発明の水中不分離性モルタル組成物は、セメント、細骨材、ポリカルボン酸系減水剤及び増粘剤を含有してなり、ポリカルボン酸系減水剤が化学成分として、アルカリ金属及びアルカリ土類金属からそれぞれ１種類以上の成分を含有することを特徴とする。
本発明で使用するポリカルボン酸系減水剤は、化学成分としてアルカリ金属及びアルカリ土類金属から、それぞれ１種類以上の成分を含有する。例えば、アルカリ金属の場合、リチウム、ナトリウム、カリウム等が挙げられ、アルカリ土類金属の場合、マグネシウム、カルシウム等が挙げられる。含有する成分がアルカリ金属のみの場合、又はアルカリ土類金属のみの場合、凝結遅延をする恐れがある。一方、アルカリ金属及びアルカリ土類金属をそれぞれ１種類以上含有する場合、凝結遅延を改善する効果があり、好ましい。該アルカリ土類金属がカルシウムであれば、さらに好ましい。
本発明で使用するポリカルボン酸系減水剤の形態は、液状、粉末状の何れのものも使用できる。
また、ポリカルボン酸系減水剤の使用量は、適正な流動性を得る点及び凝結時間の遅延や強度低下を防止する点から、セメント１００質量部に対して、０．５〜１．３質量部が好ましい。より好ましくは、０．５５〜１．１質量部である。
また、ポリカルボン酸系減水剤の使用量は、適正な流動性を得る点及び凝結時間の遅延や強度低下を防止する点から、セメント１００質量部に対して、０．５〜１．３質量部が好ましい。より好ましくは、０．５５〜１．１質量部である。
本発明では、さらにメラミン系減水剤及びポリカルボン酸系減水剤を併用して使用することが好ましい。メラミン系減水剤は保持時間確保の点において、効果的である。
本発明で使用するメラミン系減水剤の形態は、液状、粉末状何れのものも使用できる。また、メラミン系減水剤の使用量は、適正な流動性を得る点及び凝結時間の遅延や強度低下を防止する点から、セメント１００質量部に対して、０．５〜１．５質量部が好ましい。より好ましくは、０．６５〜１．３質量部である。
本発明で使用するメラミン系減水剤の形態は、液状、粉末状何れのものも使用できる。また、メラミン系減水剤の使用量は、適正な流動性を得る点及び凝結時間の遅延や強度低下を防止する点から、セメント１００質量部に対して、０．５〜１．５質量部が好ましい。より好ましくは、０．６５〜１．３質量部である。
本発明で使用するセメントとしては、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、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、各種の産業廃棄物を主原料として製造されるエコセメントなどが挙げられ、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、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。
また、普通ポルトランドセメントと早強ポルトランドセメントを併用することがより好ましく、普通ポルトランドセメントと早強ポルトランドセメントの質量比は、良好な水中不分離性を得る点、凝結時間の遅延防止、初期強度発現性の点から１５／８５〜８５／１５が好ましい。より好ましくは質量比が２０／８０〜８０／２０である。
また、普通ポルトランドセメントと早強ポルトランドセメントを併用することがより好ましく、普通ポルトランドセメントと早強ポルトランドセメントの質量比は、良好な水中不分離性を得る点、凝結時間の遅延防止、初期強度発現性の点から１５／８５〜８５／１５が好ましい。より好ましくは質量比が２０／８０〜８０／２０である。
本発明では水中不分離性を付与するため増粘剤を使用する。増粘剤としては、水溶性のセルロース系、アクリル系、グアーガム系などが使用でき、これらの１種又は２種以上の使用が可能である。少量で水中不分離性が高いことから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が、特に限定されない。
上記増粘剤の使用量は、適正な水中不分離性を得る点、粘性保持、良好な流動性を維持する点からセメント１００質量部に対して、０．３〜０．６質量部が好ましい。より好ましくは、０．３５〜０．５質量部である。
上記増粘剤の使用量は、適正な水中不分離性を得る点、粘性保持、良好な流動性を維持する点からセメント１００質量部に対して、０．３〜０．６質量部が好ましい。より好ましくは、０．３５〜０．５質量部である。
本発明ではさらに細骨材を使用する。細骨材としては、例えば、川砂、海砂、山砂、砕砂、人工細骨材、スラグ細骨材、再生細骨材等が挙げられ、これらの１種又は２種以上の使用が可能である。モルタルが高い流動性を得ることから、公称呼び寸法１０ｍｍの篩に留まる粒子が１質量％未満であることが好ましく、公称呼び寸法５ｍｍの篩に留まる粒子が１質量％未満であることがより好ましい。
細骨材の使用量は、大量打設した際に良好な水中不分離性を得る点、熱ひび割れの発生を防止する点、充分な圧縮強度を得る点から、セメント１００質量部に対して、３０〜１２５質量部が好ましい。より好ましくは、５０〜１００質量部である。
細骨材の使用量は、大量打設した際に良好な水中不分離性を得る点、熱ひび割れの発生を防止する点、充分な圧縮強度を得る点から、セメント１００質量部に対して、３０〜１２５質量部が好ましい。より好ましくは、５０〜１００質量部である。
本発明に係わるグラウトモルタルは、主に、水中に打設するものであるが、気中で打設することもあり、その際の乾燥収縮を補償し、ひび割れの発生を抑制する効果は特に大きいものである。そのような際の乾燥収縮を補償する点から膨張材を使用するのが好ましい。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種又は２種以上が使用可能である。このうち、生石灰系膨張材がより好ましい。
膨張材の粉末度は、流動性を確保する点から、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、適性な膨張性状を得る点から、セメント１００質量部に対して、０．５〜３．５質量部が好ましい。より好ましくは、０．７〜３．２質量部である。
膨張材の粉末度は、流動性を確保する点から、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、適性な膨張性状を得る点から、セメント１００質量部に対して、０．５〜３．５質量部が好ましい。より好ましくは、０．７〜３．２質量部である。
本発明では連行した空気を消泡させ、空気連行からくる強度低下を防止する目的で消泡剤を使用する。その形態は減水剤と同様、液状、粉末状の何れのものも使用できる。
消泡剤の使用量は、セメント１００質量部に対して、０．０５〜０．３質量部が好ましい。
消泡剤の使用量は、セメント１００質量部に対して、０．０５〜０．３質量部が好ましい。
本発明の水中不分離性モルタル組成物をグラウト材として利用する場合、構造物と一体化させるためや、まだ固まらない状態のグラウトモルタルが沈下や収縮するのを抑止するために発泡剤を使用する。発泡剤としては、アルミニウム粉末や過酸化物質等が挙げられ、アルミニウム粉末の使用が好ましい。
発泡剤の使用量は、セメント１００質量部に対して、０．００５〜０．０１５質量部が好ましい。
発泡剤の使用量は、セメント１００質量部に対して、０．００５〜０．０１５質量部が好ましい。
水の使用量は、各材料の配合割合によって変化するため特に限定されるものではないが、流動性の確保と凝結時間の遅延防止の点から、水固体比で２３．０〜２８．０％が好ましく、２４．５〜２６．５％がより好ましい。ここで、水固体比とは、水中不分離性モルタル組成物中の固体（粉体及び骨材の合計量）の質量（Ｐ）に対する混練に用いる水の質量（Ｗ）の比率（Ｗ／Ｐ）である。
本発明の水中不分離性モルタル組成物は水と混練して用いる。水と混練する方法は特に限定されず、例えば、水に本発明の水中不分離性モルタル組成物を全量加えて混練する方法、水に水中不分離成分の混和剤を添加し、その後セメント、細骨材を混練し、モルタルを作製する方法等がある。また、混練に用いる器具や混練装置も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、パン型コンクリートミキサ、パグミル型コンクリートミキサ、重力式コンクリートミキサ、グラウトミキサ、ハンドミキサ、左官ミキサ等が挙げられる。
本発明の水中不分離性モルタル組成物を用いたモルタルは、凝結時間の終結が１６時間以内となるのが好ましい。
本発明の水中不分離性モルタル組成物を用いたモルタルは、凝結時間の終結が１６時間以内となるのが好ましい。
以下、実施例に基づいて本発明をさらに説明するが、本発明がこれらに限定されるものではない。
実施例１
［使用材料］
使用材料を表１に示した。水以外の材料はいずれも固体成分である。また、使用したポリカルボン酸系減水剤（ＰＣ−１〜ＰＣ−８）を表２に示した。ポリカルボン酸系減水剤中の含有成分については、蛍光Ｘ線分析により評価した。但し、アルカリ金属及びアルカリ土類金属成分について０．０１ｍｏｌ／ｇ（アルカリ金属及びアルカリ土類金属酸化物としてｍｏｌ換算）未満の場合、含有成分と見なさないものとした。
［使用材料］
使用材料を表１に示した。水以外の材料はいずれも固体成分である。また、使用したポリカルボン酸系減水剤（ＰＣ−１〜ＰＣ−８）を表２に示した。ポリカルボン酸系減水剤中の含有成分については、蛍光Ｘ線分析により評価した。但し、アルカリ金属及びアルカリ土類金属成分について０．０１ｍｏｌ／ｇ（アルカリ金属及びアルカリ土類金属酸化物としてｍｏｌ換算）未満の場合、含有成分と見なさないものとした。
［配合設計］
セメント１００質量部に対して、膨張材２質量部、消泡剤０．１質量部、発泡剤０．００７質量部とし、それ以外の使用材料を表３に示す配合割合となるように配合設計した。
セメント１００質量部に対して、膨張材２質量部、消泡剤０．１質量部、発泡剤０．００７質量部とし、それ以外の使用材料を表３に示す配合割合となるように配合設計した。
［モルタル作製］
２０℃条件下において、配合設計し混合した（水は除く）モルタル組成物を水の入ったステンレス製円筒容器に投入し、ハンドミキサで１２０秒撹拌し、モルタルを作製した。なお、水固体比を２５．５％とした。
作製したモルタルを以下に示す評価試験方法により、２０℃条件下で評価した。
２０℃条件下において、配合設計し混合した（水は除く）モルタル組成物を水の入ったステンレス製円筒容器に投入し、ハンドミキサで１２０秒撹拌し、モルタルを作製した。なお、水固体比を２５．５％とした。
作製したモルタルを以下に示す評価試験方法により、２０℃条件下で評価した。
［流動性試験］
ＪＩＳ Ｒ ５２０１「セメントの物理試験方法」１１．「フロー試験」（ただし、１５打の落下運動は行わず、引き抜きフローとする）に準じて、テーブルフロー値を測定した。流動性の指標は、練り上り直後のテーブルフロー値が２００ｍｍ以上とした。また、テーブルフロー値の測定は、フローコーンを引き抜き後、５分経過後のテーブルフロー値とした。
ＪＩＳ Ｒ ５２０１「セメントの物理試験方法」１１．「フロー試験」（ただし、１５打の落下運動は行わず、引き抜きフローとする）に準じて、テーブルフロー値を測定した。流動性の指標は、練り上り直後のテーブルフロー値が２００ｍｍ以上とした。また、テーブルフロー値の測定は、フローコーンを引き抜き後、５分経過後のテーブルフロー値とした。
［水中不分離性］
土木学会「水中不分離性コンクリート設計施工指針（案）」付属書２「水中不分離性コンクリートの水中不分離度試験方法（案）」に準じて、懸濁物質量を測定した。水中不分離度の指標は、土木学会規準コンクリート用水中不分離性混和剤品質規格（案）に示されている懸濁物質量５０ｍｇ／Ｌ以下とした。
土木学会「水中不分離性コンクリート設計施工指針（案）」付属書２「水中不分離性コンクリートの水中不分離度試験方法（案）」に準じて、懸濁物質量を測定した。水中不分離度の指標は、土木学会規準コンクリート用水中不分離性混和剤品質規格（案）に示されている懸濁物質量５０ｍｇ／Ｌ以下とした。
［凝結試験］
ＪＩＳ Ａ １１４７「コンクリートの凝結時間試験方法」に準じ、凝結時間を測定した。
［圧縮強度試験］
ＪＳＣＥ−Ｇ−５４１「充填モルタルの圧縮強度試験」に準じ、水中作製供試体の作り方は、ＪＳＣＥ−Ｆ−５０４に準じ、材齢２４時間における圧縮強度を測定した。なお、供試体の寸法は、直径５０ｍｍ、高さ１００ｍｍとした。
ＪＩＳ Ａ １１４７「コンクリートの凝結時間試験方法」に準じ、凝結時間を測定した。
［圧縮強度試験］
ＪＳＣＥ−Ｇ−５４１「充填モルタルの圧縮強度試験」に準じ、水中作製供試体の作り方は、ＪＳＣＥ−Ｆ−５０４に準じ、材齢２４時間における圧縮強度を測定した。なお、供試体の寸法は、直径５０ｍｍ、高さ１００ｍｍとした。
試験結果を表４に示した。セメント、細骨材、ポリカルボン酸系減水剤及び増粘剤を含有する水中不分離性モルタル組成物であって、当該ポリカルボン酸系減水剤が化学成分として、アルカリ金属及びアルカリ土類金属からそれぞれ少なくとも１種類以上の成分を含むものであれば、凝結時間の終結が１６時間以内を満足し、初期強度発現性が良好である（Ｎｏ．１−１、２〜５、９）。それに対して、Ｎｏ．６〜８、Ｎｏ．１０、１１は凝結時間の終結が１６時間以内を満足せず、初期強度発現性が低い。
実施例２
セメント１００質量部に対して、膨張材２質量部、消泡剤０．１質量部、発泡剤０．００７質量部とし、それ以外の使用材料を表５に示す配合割合となるように配合設計した。また、上記同様の評価試験を行った。
セメント１００質量部に対して、膨張材２質量部、消泡剤０．１質量部、発泡剤０．００７質量部とし、それ以外の使用材料を表５に示す配合割合となるように配合設計した。また、上記同様の評価試験を行った。
試験結果を表６に示した。セメント１００質量部に対して、細骨材３０〜１２５質量部、メラミン系減水剤０．５〜１．５質量部、ポリカルボン酸系減水剤０．５〜１．３質量部及び増粘剤０．３〜０．６質量部であれば、凝結時間の終結が１６時間以内を満足し、初期強度発現性が良好である（Ｎｏ．１−４〜１−１１）。また、早強強ポルトランドセメントに対する普通ポルトランドセメントの質量比が１５／８５〜８５／１５であれば、同様に凝結時間の終結が１６時間以内を満足し、初期強度発現性が良好である（Ｎｏ．１−２、１−３）。
Claims (7)
- セメント、細骨材、ポリカルボン酸系減水剤及び増粘剤を含有する水中不分離性モルタル組成物であって、
セメントとして、普通ポルトランドセメント及び早強ポルトランドセメントを含み、早強ポルトランドセメントに対する普通ポルトランドセメントの質量比が１５／８５〜８５／１５であり、
ポリカルボン酸系減水剤が、化学成分として、アルカリ金属及びカルシウムを含むアルカリ土類金属からそれぞれ１種類以上の成分を含有することを特徴とする水中不分離性モルタル組成物。 - さらにメラミン系減水剤を含有する請求項１に記載の水中不分離性モルタル組成物。
- セメント１００質量部に対して、細骨材３０〜１２５質量部、メラミン系減水剤０．５〜１．５質量部、ポリカルボン酸系減水剤０．５〜１．３質量部及び増粘剤０．３〜０．６質量部含有する請求項２に記載の水中不分離性モルタル組成物。
- さらに膨張材を含有する請求項１〜３のいずれか１項に記載の水中不分離性モルタル組成物。
- さらに消泡剤を含有する請求項１〜４のいずれか１項に記載の水中不分離性モルタル組成物。
- さらに発泡剤を含有する請求項１〜５のいずれか１項に記載の水中不分離性モルタル組成物。
- 凝結時間の終結が１６時間以内となる請求項１〜６のいずれか１項に記載の水中不分離性グラウトモルタル組成物。
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