JP6824778B2

JP6824778B2 - ポリマーセメントコンクリート及びその施工方法

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Publication number: JP6824778B2
Application number: JP2017036347A
Authority: JP
Inventors: 信哉赤江; 紳也佐竹
Original assignee: Taiheiyo Materials Corp
Current assignee: Taiheiyo Materials Corp
Priority date: 2017-02-28
Filing date: 2017-02-28
Publication date: 2021-02-03
Anticipated expiration: 2037-02-28
Also published as: JP2018140899A

Description

本発明は、ポリマーセメントコンクリート及びその施工方法に関する。

近年、道路橋等では、ＲＣ床版の輪荷重による疲労せん断破壊や鋼床版のＵリブルート部からの疲労損傷が多数生じており、床版上の舗装の一部を強度の高い材料に置き換えて、床板に作用する力を低減させる対策が講じられている。

このような床版を補強する方法として、例えば、鋼床版の上に、樹脂系塗膜材による防水層を形成し、その防水層の上に鋼繊維補強コンクリート舗装を行う工法（特許文献１参照）、鋼板上面に、ポリマーセメント比が９〜３０重量％であるポリマーセメントモルタル層を接着させる工法（特許文献２参照）が知られている。鋼板等との接着性を高めるために、上記工法で用いるポリマーセメントモルタルには流動性があり、充填性が高いことが求められている。また、ポリマーセメントモルタル層を均一な厚さとするために、振動締固め手段を用いて打設したポリマーセメントモルタルを締固めている（特許文献３参照）。

しかしながら、勾配を有する床版を補強するような場合、振動締固めを行うときに与える振動によってポリマーセメントモルタルが勾配下方に流れてしまい、均一な厚みを得るのが難しいばかりでなく、流れ出したポリマーセメントモルタルが型枠から溢れ出ることがあった。一方、振動締固めの時間を短くすると、ポリマーセメントモルタルが勾配下方に流れる量を抑えることはできるものの、施工後に表面の平滑性が不十分となり、うねりが発生したり、下地との付着性が十分に得られないという問題があった。

そこで、勾配を有するところで振動を与えても流れにくく、施工後の表面の平滑性に優れるポリマーセメントモルタルとして、特定の粒度分布を有する細骨材、セメント用ポリマー、増粘剤及びセメントを含有するポリマーセメントモルタルが提案されている（特許文献４参照）。

特開２００５−３１４９９２号公報特開２００８−１７９９９５号公報特開２００８−１７９９９３号公報特開２０１２−１４０２６５号公報

しかしながら、従来のポリマーセメントモルタルを急勾配（例えば１０％を超えるような勾配）の箇所に施工した場合、ダレが生じてしまうという課題があった。

従って、本発明は、急勾配（例えば、１０％を超えるような勾配）を有する箇所で振動を与えてもダレが生じにくく、下地との付着性が良好なポリマーセメントコンクリートを提供することを目的とする。

本発明者は、上記課題を解決すべく検討したところ、ポリマーセメントコンクリートの構成材料として、速硬性セメント、骨材、セメント用ポリマー、水及び凝結遅延剤を特定の配合量で使用し、且つ細骨材率（全骨材（細骨材＋粗骨材）に対する細骨材の容積比率（以下％表示））を特定の数値範囲とすることで、上記課題を解決できることを見出した。

即ち、本発明は、（Ａ）速硬性セメント１００質量部、（Ｂ）骨材５７５〜７５０質量部、（Ｃ）セメント用ポリマー８〜１８質量部（固形分換算）、（Ｄ）水３５〜４５質量部及び（Ｅ）凝結遅延剤１〜１０質量部を含有し、且つ細骨材率が４０〜５０％であることを特徴とするポリマーセメントコンクリートである。

本発明によれば、急勾配（例えば、１０％を超えるような勾配）の箇所で振動を与えてもダレが生じにくく、下地との付着性が良好なポリマーセメントコンクリートを提供することができる。

以下、本発明を詳細に説明する。
本発明のポリマーセメントコンクリートは、（Ａ）速硬性セメントと、（Ｂ）骨材と、（Ｃ）セメント用ポリマーと、（Ｄ）水と、（Ｅ）凝結遅延剤とを必須成分として含有するものである。

本発明に用いる（Ａ）速硬性セメントは、カルシウムアルミネート類を有効成分として含有するものが好ましく、１１ＣａＯ・７Ａｌ_２Ｏ_３・ＣａＸ_２（Ｘはハロゲン原子を示す）又は３ＣａＯ・３Ａｌ_２Ｏ_３・ＣａＳＯ_４（アウイン）を有効成分として含有するものがより好ましい。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若しくはスーパージェットセメントとして市販されている。本発明に用いる（Ａ）速硬性セメントとしてはアウイン系セメントが最も好ましい。
また、カルシウムアルミネート類としては、この他にもＣａＯをＣ、Ａｌ_２Ｏ_３をＡ、Ｆｅ_２Ｏ_３をＦで表示した場合、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、Ｃ_４ＡＦ等と表示されるカルシウムアルミノフェライト、アルミナセメント、並びにこれらにＳｉＯ_２、Ｋ_２Ｏ、Ｆｅ_２Ｏ_３、ＴｉＯ_２等が固溶又は化合したもの等が含まれる。なお、カルシウムアルミネート類は結晶質、非晶質のいずれであってもよい。これらのカルシウムアルミネート類と石膏等の無機塩類を配合して調製された速硬性混和材を、ポルトランドセメントに添加したものも速硬性セメントとして用いることができる。
さらに、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等が使用できる。その置き換え量は、可使時間の確保、早期強度発現性及び繰返し載荷に対する耐久性の点から、速硬性セメントの２０質量％以下であることが好ましい。

本発明に用いる（Ｂ）骨材は、コンクリートで通常使用される骨材であれば特に限定されるものではない。例えば、細骨材でいえば、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。粗骨材でいえば、川砂利、陸砂利、砕石、人工粗骨材、スラグ粗骨材、再生粗骨材等が挙げられる。
細骨材の粒度は、通常、１０ｍｍふるいを全通し、５ｍｍふるいを８５質量％以上通過するものであればよい。ダレ性および施工性の点から、最大粒径５ｍｍ以下であり、且つ粒径０．１５ｍｍ以下の粒子の割合が２５質量％以下である細骨材が好ましく、最大粒径５ｍｍ以下であり、且つ粒径０．１５ｍｍ以下の粒子の割合が２０質量％以下である細骨材がより好ましい。
粗骨材の粒度は、通常、５ｍｍふるいに８５質量％以上とどまるものであればよい。コンシステンシーの点から、最小粒径５ｍｍ以上であり、且つ最大粒径２５ｍｍ以下である粗骨材が好ましく、最小粒径５ｍｍ以上であり、且つ最大粒径２０ｍｍ以下である粗骨材がより好ましい。

（Ｂ）骨材の配合量は、（Ａ）速硬性セメント１００質量部に対して、５７５〜７５０質量部であり、６００〜７２５質量部であることが好ましく、６２５〜７００質量部であることがより好ましい。（Ｂ）骨材の配合量が５７５質量部未満であると、可使時間の確保が困難となったり、勾配を有する箇所への打設の際にダレを生じる恐れがある。一方、（Ｂ）骨材の配合量が７５０質量部を超えると、施工性が悪くなったり、下地との付着性が低下する恐れがある。骨材における細骨材率は、４０〜５０％であり、４１．５〜４８％であることが好ましい。細骨材率が４０％未満であると、施工性が悪くなったり、勾配を有する箇所への打設の際にダレを生じる恐れがある。一方、細骨材率が５０％を超えると、施工性が悪くなったり、下地との付着性が低下する恐れがある。

本発明に用いる（Ｃ）セメント用ポリマーは、ＪＩＳＡ６２０３「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であることが好ましい。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及び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。これらの中でも、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最も好ましい。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が調整される。セメント混和用のスチレンブタジエンゴムとしては、安定性及び接着性に優れるという点から、結合スチレン量が５０〜７０質量％のものが好ましい。

（Ｃ）セメント用ポリマーの配合量は、（Ａ）速硬性セメント１００質量部に対して、固形分換算で８〜１８質量部であり、１０〜１６質量部であることが好ましい。（Ｃ）セメント用ポリマーの配合量が８質量部未満であると、金属やコンクリートとの付着強度が十分に確保できない恐れがある。一方、（Ｃ）セメント用ポリマーの配合量が１８質量部を超えると、勾配を有する箇所への打設の際にダレを生じる恐れがある。

（Ｄ）水の配合量は、（Ａ）速硬性セメント１００質量部に対して、３５〜４５質量部であり、３７〜４３質量部であることが好ましい。（Ｄ）水の配合量が３５質量部未満であると、施工性が低下する恐れがある。一方、（Ｄ）水の配合量が４５質量部を超えると、勾配を有する箇所への打設の際にダレを生じる恐れがある。

本発明に用いる（Ｅ）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れらの塩、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などの無機塩、糖類などの群から選ばれる少なくとも一種を含むものが挙げられる。これらの中でも、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から選ばれる少なくとも一種を含むものが好ましい。凝結遅延剤は、粉状体、液状体（例えば、水溶液、エマルジョン、懸濁液の形態）いずれであってもかまわない。凝結遅延剤を一定量添加することで流動性の微調整が可能となり、結果として、勾配を有する箇所への打設の際にダレを生じにくくさせることができる。

（Ｅ）凝結遅延剤の配合量は、（Ａ）速硬性セメント１００質量部に対して、凝結遅延剤中の有効成分（固形成分）として１〜１０質量部であり、１．５〜５質量部であることが好ましい。（Ｅ）凝結遅延剤の配合量が１質量部未満であると、可使時間の確保が困難となり充填不足になる恐れがある。一方、（Ｅ）凝結遅延剤の配合量が１０質量部を超えると、流動性が悪くなる恐れがある。

本発明のポリマーセメントコンクリートには、（Ｆ）減水剤を更に含有させてもよい。（Ｆ）減水剤を配合することにより、ポリマーセメントコンクリートの流動性を向上させることができる。本発明に用いることのできる（Ｆ）減水剤には、高性能減水剤、高性能ＡＥ減水剤、ＡＥ減水剤、流動化剤が含まれる。このような減水剤としては、ＪＩＳＡ６２０４「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及びアクリル系減水剤が挙げられる。これらの中でも、ナフタレンスルホン酸系減水剤が好ましい。

（Ｆ）減水剤を用いる場合、その配合量は、（Ａ）速硬性セメント１００質量部に対して、０．５〜１０質量部であることが好ましく、１〜５質量部であることがより好ましい。（Ｆ）減水剤の配合量が０．５質量部未満であると、流動性の向上効果が得られない恐れがある。一方、（Ｆ）減水剤の配合量が１０質量部を超えると、初期強度発現性が低下する恐れがある。

本発明のポリマーセメントコンクリートには、（Ｇ）膨張材を更に含有させてもよい。（Ｇ）膨張材を配合することにより、ポリマーセメントコンクリートの収縮率を調整しやすくなる。本発明に用いることのできる（Ｇ）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。

（Ｇ）膨張材を用いる場合、その配合量は、（Ａ）速硬性セメント１００質量部に対して、０．５〜５質量部であることが好ましく、１〜３質量部であることがより好ましい。（Ｇ）膨張材の配合量が０．５質量部未満であると、収縮率を調整できない恐れがある。一方、（Ｇ）膨張材の配合量が５質量部を超えると、過膨張となりひび割れの恐れがある。

更に、本発明の効果が損なわれない範囲で、本発明のポリマーセメントコンクリートに当該技術分野で公知の混和剤を添加してもよい。そのような混和剤としては、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。

本発明のポリマーセメントコンクリートの製造方法は、通常のポリマーセメントモルタル若しくはコンクリートと同様であり、特に限定されない。ポリマーセメントコンクリートの構成材料の混練に使用する器具としては、例えば、ホバートミキサ、ハンドミキサ、傾胴ミキサ、２軸ミキサ等が挙げられる。

本発明のポリマーセメントコンクリートの施工方法は、上述したポリマーセメントコンクリートを、５〜２０％の勾配、好ましくは１０〜１５％の勾配を有する箇所に打設した後、振動締固めを行うことを含むものである。本発明のポリマーセメントコンクリートは、振動を与えてもダレが生じにくいので、１０％を超えるような急勾配の箇所においても良好に施工することができる。

以下、本発明の実施例に基づいて、本発明を更に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。使用した構成材料の詳細を表１に示す。

［ポリマーセメントコンクリートの配合設計］
速硬性セメント１００質量部に対して、細骨材、粗骨材、セメント用ポリマー（固形分換算）、水及び凝結遅延剤を表２に示される配合設計とした。

［ポリマーセメントコンクリートの作製］
２３±２℃環境下において、ポリマーディスパージョンを５０Ｌ傾胴ミキサに添加し、表２で配合設計したポリマーセメントコンクリート（粗骨材以外）を添加し、６０秒間混練した。その後、粗骨材を添加し、６０秒間更に混練してポリマーセメントコンクリートを作製した。なお、ポリマーセメントコンクリートの練混ぜ量は、１バッチ当たり約３５Ｌに設定した。

［評価方法］
＜コンシステンシー＞
ＪＩＳＡ１１０１「コンクリートのスランプ試験方法」に準じて、２３±２℃環境下で測定した。なお、１．５ｃｍ以上のスランプ値であれば、コンシステンシーが良好であると判断した。結果を表３に示す。
＜付着強度＞
２３±２℃環境下において、ＪＩＳ平板（３００×３００×１００ｍｍ）にポリマーセメントコンクリートを５０ｍｍ打重ね、試験体を作製した。試験体は、材齢２８日まで気中養生し、φ１００ｍｍでの付着強度を測定した。なお、１．５Ｎ／ｍｍ^２以上の付着強度であれば、付着性が良好であると判断した。結果を表３に示す。
＜ダレ性＞
２３±２℃環境下において、縦１８００ｍｍ×横９００ｍｍ×厚さ５０ｍｍの木製型枠（縦断勾配１２％）に厚さ５０ｍｍでポリマーセメントコンクリートを打設し、バイブレーターにより底部から上部にかけて振動締固めを行った。バイブレーターにより締固めている間にポリマーセメントコンクリートにダレが生じて厚さ５０ｍｍの底部から溢れるか否かを目視により確認した。溢れなかったものを○、溢れたものを×とした。結果を表３に示す。
＜施工性＞
ダレ性の評価と同様に、木製型枠にポリマーセメントコンクリートを打設し、バイブレーターによる振動締固め作業が全面に亘ってできるか否かを確認した。作業できた場合を○、作業できなかった場合を×とした。結果を表３に示す。

表３から分かるように、実施例であるＮｏ．１〜３、６、７、１０、１１、１４、１５、１８及び１９のポリマーセメントコンクリートは、１０％を超える勾配の箇所で振動を与えてもダレを生じずに施工でき、且つ下地コンクリートとの付着性が良好であった。これに対し、Ｎｏ．４、８、１３及び２１のポリマーセメントコンクリートは、付着強度が１．５Ｎ／ｍｍ^２未満であり、下地コンクリートとの付着性が不十分であった。また、Ｎｏ．５、９、１２及び１６のポリマーセメントコンクリートは、ダレが生じて型枠底部からの溢れが確認された。Ｎｏ．４、１７及び２０は、スランプ値が小さく、コンシステンシーが不良であった。

Claims

（Ａ）速硬性セメント１００質量部、（Ｂ）骨材５７５〜７５０質量部、（Ｃ）セメント用ポリマー８〜１８質量部（固形分換算）、（Ｄ）水３５〜４５質量部及び（Ｅ）凝結遅延剤１〜１０質量部を含有し、且つ細骨材率が４０〜５０％であることを特徴とするポリマーセメントコンクリート。
前記細骨材が、最大粒径５ｍｍ以下であり、且つ粒径０．１５ｍｍ以下の粒子の割合が２５質量％以下であることを特徴とする請求項１に記載のポリマーセメントコンクリート。
（Ｆ）減水剤を更に含有することを特徴とする請求項１又は２に記載のポリマーセメントコンクリート。
（Ｇ）膨張材を更に含有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のポリマーセメントコンクリート。
前記（Ａ）速硬性セメントが、１１ＣａＯ・７Ａｌ_２Ｏ_３・ＣａＸ_２（Ｘはハロゲン原子を示す）又は３ＣａＯ・３Ａｌ_２Ｏ_３・ＣａＳＯ_４（アウイン）を有効成分として含有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載のポリマーセメントコンクリート。
請求項１〜５のいずれか一項に記載のポリマーセメントコンクリートを５〜２０％の勾配を有する箇所に打設した後、振動締固めを行うことを特徴とするポリマーセメントコンクリートの施工方法。