JP6959151B2

JP6959151B2 - モルタル組成物及びモルタル

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Publication number: JP6959151B2
Application number: JP2018005774A
Authority: JP
Inventors: 中原　和彦
Original assignee: Taiheiyo Materials Corp
Current assignee: Taiheiyo Materials Corp
Priority date: 2018-01-17
Filing date: 2018-01-17
Publication date: 2021-11-02
Anticipated expiration: 2038-01-17
Also published as: JP2019123646A

Description

本発明は、モルタル組成物及びモルタルに関する。

流動性の高いモルタルは、土木構造物、建築構造物等の構築又は補修、あるいは機械の設置のための基礎作製等のために用いられている。このようなモルタルの中でも、密度の大きい重量骨材を用いた重量モルタルは、放射線遮蔽壁、耐震壁、遮音壁、機械装置の基礎構造物の注入用として用いられる（例えば、特許文献１及び２）。

特開２００５−０４７７７２号公報特開２００１−１９９７５４号公報

重量モルタルは、一般的にその単位容積質量が大きくなるほど強度発現性に優れ、放射線の遮蔽性にも優れるといわれている。しかしながら、単位容積質量を大きくするために重量骨材を多く使用したり、より重い重量骨材を使用したりすると、材料分離が起こりやすく、流動性が低下する恐れがある。

したがって、本発明は、一定以上の単位容積質量を備え、且つ、適切な流動性を有する新たなモルタル組成物及びモルタルを提供することを課題とする。

本発明者らは、上記課題について鋭意検討を重ねた結果、重量骨材とそれ以外の細骨材を併用し、骨材全体の粒度を調整することで、一定以上の単位容積質量を備え、且つ、適切な流動性を有するモルタル組成物及びモルタルが得られることを見出した。

すなわち、本発明は以下のとおりである。

［１］セメントと、膨張材と、密度３．０ｇ／ｃｍ³以上である重量骨材及び密度３．０ｇ／ｃｍ³未満の細骨材を有する骨材とを含有し、骨材において、骨材全質量に対し、粒径が０．１５ｍｍ以下である粒子の割合が２１〜３８質量％である、モルタル組成物。
［２］骨材において、骨材全質量に対し、粒径が０．１５ｍｍ超０．６ｍｍ以下の粒子の割合が２〜７０質量％であり、粒径が０．６ｍｍ超１．２ｍｍ以下である粒子の割合が９〜７７質量％である、［１］のモルタル組成物。
［３］骨材の含有量が、セメント１００質量部に対し、２１０〜３００質量部である、［１］又は［２］のモルタル組成物。
［４］重量骨材の含有率が、骨材全質量に対し、６０〜９８質量％である、［１］〜［３］のいずれかのモルタル組成物。
［５］［１］〜［４］のいずれかのモルタル組成物と、水とを含有し、水の含有量が、セメント１００質量部に対し、４０〜６０質量部である、モルタル。
［６］練り上がり時の単位容積質量が２．５０〜２．８５ｇ／ｃｍ³である、［５］のモルタル。

本発明によれば、一定以上の単位容積質量を備え、且つ、適切な流動性を有する新たなモルタル組成物及びモルタルを提供することができる。

以下、本発明の実施形態について詳細に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。

本実施形態のモルタル組成物は、（ａ）セメントと、（ｂ）膨張材と、（ｃ）（ｃ１）密度３．０ｇ／ｃｍ³以上である重量骨材及び（ｃ２）密度３．０ｇ／ｃｍ³未満の細骨材を有する骨材とを含有する。

（ａ）セメントは、種々のものを使用することができ、例えば、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、エコセメント、速硬性セメント等が挙げられる。セメントは、一種を単独で用いてもよく、二種以上を組み合わせて用いてもよい。
セメントには、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あり、１１ＣａＯ・７Ａｌ₂Ｏ₃・ＣａＸ₂（Ｘはハロゲン原子を示す）又は３ＣａＯ・３Ａｌ₂Ｏ₃・ＣａＳＯ₄（アウイン）を有効成分として含有するものも含まれる。
また、カルシウムアルミネート類と石膏等の無機塩類と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。カルシウムアルミネート類は結晶質又は非晶質のいずれであってもよいし、結晶質と非晶質の混合体であってもよい。セメントとしては、可使時間がより長く且つ初期の強度発現性が更に高いという観点から、普通ポルトランドセメント、早強ポルトランドセメント、又は、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混合したものが好ましい。

（ｂ）膨張材は、コンクリート用膨張材として一般に使用されているＪＩＳ適合の膨張材（ＪＩＳＡ６２０２：２００８）であれば、何れの膨張材でもかまわない。膨張材としては、例えば、遊離生石灰を主成分とする膨張材（生石灰系膨張材）、アウインを主成分とする膨張材（エトリンガイト系膨張材）等が挙げられる。膨張材は、一種を単独で用いてもよく、二種以上を組み合わせて用いてもよい。
膨張材は、低温環境下での強度発現性に一層優れるという観点から、中でも、遊離生石灰を２５〜９０質量％含む生石灰系膨張材が好ましい。生石灰系膨張材に含まれる遊離生石灰以外の成分としては、３ＣａＯ・ＳｉＯ₂（エーライト）、２ＣａＯ・ＳｉＯ₂（ビーライト）等のカルシウムシリケート、硫酸カルシウム等が挙げられる。また、膨張材はブレーン比表面積が２０００〜６０００ｃｍ²／ｇのものを使用することが好ましい。

膨張材の含有量は、セメント１００質量部に対し、１〜１０質量部であることが好ましく、２〜８質量部であることがより好ましく、３〜６質量部であることが更に好ましい。膨張材の含有量が上記範囲内であれば、より適切な膨張性状を発揮しやすくなり、硬化体が一層破壊されにくくなる。

本実施形態のモルタル組成物において、（ｃ）骨材は、（ｃ１）密度３．０ｇ／ｃｍ^３以上である重量骨材及び（ｃ２）密度３．０ｇ／ｃｍ³未満の細骨材を少なくとも有する。骨材として重量骨材及び細骨材を併用しない場合、適した流動性が得られず、またモルタルの材料分離を充分に抑えられない可能性がある。骨材は、重量骨材及び細骨材共に、通常用いられる粒径５ｍｍ以下のもの（５ｍｍふるい通過分）を使用することが好ましい。

重量骨材及び細骨材を有する骨材において、その粒度は、骨材全質量に対し、粒径が０．１５ｍｍ以下である粒子の割合が２１〜３８質量％である。骨材の粒度が上記範囲外であると、モルタル時の流動性が低下したり、材料分離を充分に抑えられなかったりする。骨材の粒度は、モルタル時においてより良好な流動性を確保するという観点から、粒径が０．１５ｍｍ以下である粒子の割合が、骨材全質量に対し、２１〜３５質量％であることが好ましく、２１〜３０質量％であることがより好ましく、２３〜２８質量％であることが更に好ましい。

また、粒径が０．１５ｍｍ超である粒子については特に限定されないが、０．１５ｍｍ超０．６ｍｍ以下の粒子及び０．６ｍｍ超１．２ｍｍ以下の粒子を併用することが好ましい。粒径が０．１５ｍｍ超０．６ｍｍ以下である粒子の割合は特に限定されないが、モルタル時においてより良好な流動性が得られやすく、材料分離を抑制しやすいという観点から、骨材全質量に対し、２〜７０質量％であることが好ましく、２〜６０質量％であることがより好ましく、１０〜５５質量％であることが更に好ましく、２０〜５０質量％であることが特に好ましい。
粒径が０．６ｍｍ超１．２ｍｍ以下である粒子の割合は特に限定されないが、モルタル時においてより良好な流動性が得られやすく、材料分離を抑制しやすいという観点から、骨材全質量に対し、９〜７７質量％であることが好ましく、１５〜７７質量％であることがより好ましく、２０〜５０質量％であることが更に好ましく、２２〜４０質量％であることが特に好ましい。
本明細書において、骨材の粒度は、骨材全量を混合した後にふるい分けし、１．２ｍｍふるいを通過して０．６ｍｍふるい残留分を粒径が０．６ｍｍ超１．２ｍｍ以下である粒子とし、０．６ｍｍふるいを通過して０．１５ｍｍふるい残留分を粒径が０．１５ｍｍ超０．６ｍｍ以下である粒子とし、０．１５ｍｍふるい通過分を０．１５ｍｍ以下である粒子とする。

骨材の含有量は、セメント１００質量部に対し、２１０〜３００質量部であることが好ましく、２５０〜３００質量部であることがより好ましく、２５０〜２９０質量部であることが更に好ましい。骨材の含有量が上記範囲内であれば、単位容積質量を大きくしつつ、流動性を確保しやすい。

（ｃ１）重量骨材は、単位容積質量を大きくして硬化体の強度発現性及び放射線遮蔽性に優れるという観点から、密度が３．０ｇ／ｃｍ³以上である。重量骨材の密度は、３．０ｇ／ｃｍ³〜６．５ｇ／ｃｍ³以下であることが好ましく、３．０ｇ／ｃｍ³〜６．０ｇ／ｃｍ³以下であることがより好ましく、３．０ｇ／ｃｍ³〜５．０ｇ／ｃｍ³以下であることが更に好ましい。重量骨材の密度が上記範囲内であれば、単位容積質量を大きくしつつ、流動性を確保しやすい。このような重量骨材としては、例えば、橄欖岩、柘榴石、重晶石、針鉄鉱、褐鉄鉱、バリウム方解石、銅スラグ、フェロニッケルスラグ、フェロクロムスラグ、クロマイト、電気炉酸化スラグ骨材が挙げられる。重量骨材は、一種を単独で用いてもよく、二種以上を組み合わせて用いてもよい。

重量骨材の粒度は特に限定されるものではなく、上記骨材の粒度の範囲内で調整することができる。重量骨材は、ＪＩＳＡ１１０２：２０１４「骨材のふるい分け試験方法」により規定される粗粒率からその粒度を考慮することができる。モルタル時において、より良好な流動性が得られやすく、材料分離を抑制しやすいという観点から、重量骨材の粗粒率は０．９〜３であることが好ましく、１〜２．５であることがより好ましく、１．２〜１．９であることが更に好ましい。

重量骨材の含有率は、骨材全質量に対し、６０〜９８質量％であることが好ましく、７０〜９８質量％であることがより好ましく、７５〜９８質量％であることが更に好ましい。重量骨材の含有率が上記範囲内であれば、単位容積質量を大きくしつつ、流動性を確保しやすい。

（ｃ２）細骨材は、上記重量骨材よりも密度が軽い骨材を指し、具体的には密度が３．０ｇ／ｃｍ³未満である。細骨材の密度は、一定以上の単位容積質量を確保するという観点から、０．０５ｇ／ｃｍ³以上であることが好ましく、１ｇ／ｃｍ³以上であることがより好ましく、２ｇ／ｃｍ³以上であることが更に好ましい。このような細骨材としては、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。細骨材は、一種を単独で用いてもよく、二種以上を組み合わせて用いてもよい。

細骨材の粒度は特に限定されるものではなく、上記骨材の粒度の範囲内で調整することができる。細骨材は、ＪＩＳＡ１１０２：２０１４「骨材のふるい分け試験方法」により規定される粗粒率からその粒度を考慮することができる。モルタル時において、より良好な流動性が得られやすく、材料分離を抑制しやすいという観点から、細骨材の粗粒率は１〜４であることが好ましく、１．５〜３．８であることがより好ましく、２〜３．５であることが更に好ましい。

本実施形態のモルタル組成物は、流動性を確保しやすいという観点から、減水剤を含んでもよい。減水剤は、高性能減水剤、高性能ＡＥ減水剤、ＡＥ減水剤及び流動化剤を含む。このような減水剤としては、ＪＩＳＡ６２０４：２０１１「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。減水剤としては、例えば、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、メラミン系減水剤、アクリル系減水剤が挙げられる。これらの中では、ナフタレンスルホン酸系減水剤が好ましい。減水剤は、一種を単独で用いてもよく、二種以上を組み合わせて用いてもよい。

減水剤の含有量は、セメント１００質量部に対し、０．５〜５質量部であることが好ましく、０．５〜３質量部であることがより好ましい。減水剤の含有量が上記範囲内であれば、モルタルとした際により良好な流動性が得られやすく、硬化時の強度発現性もより向上しやすい。

本実施形態のモルタル組成物はポゾラン微粉末を含んでもよい。ポゾラン微粉末は、例えば、フライアッシュ、シリカフューム、高炉水砕スラグが挙げられる。これらの中では、シリカフュームが好ましい。ポゾラン微粉末は、一種を単独で用いてもよく、二種以上を組み合わせて用いてもよい。ポゾラン微粉末は、材料分離抵抗性、強度発現性及び耐風化性を一層向上させるという観点から、ＢＥＴ比表面積が８〜２０ｃｍ²／ｇであることが好ましく、８〜１５ｃｍ²／ｇであることがより好ましい。

ポゾラン微粉末の含有量は、セメント１００質量部に対し、８〜２０質量部であることが好ましく、１０〜１８質量部であることがより好ましく、１２〜１６質量部であることが更に好ましい。ポゾラン微粉末の含有量が上記範囲内であれば、モルタル時により良好な流動性を確保しやすい。

本実施形態のモルタル組成物は発泡剤を含んでもよい。発泡剤としては、例えば、アルミニウムや亜鉛等の両性金属の粉末、過酸化物質が挙げられる。発泡剤は、一種を単独で用いてもよく、二種以上を組み合わせて用いてもよい。

発泡剤の含有量は、セメント１００質量部に対し、０．０００５〜０．００４質量部であることが好ましく、０．０００５〜０．００３質量部であることがより好ましく、０．００１〜０．００３質量部であることが更に好ましい。発泡剤の含有量が上記範囲内であれば、モルタル充填後の沈下減少を防止しやすく、過度な膨張による強度低下を起こしにくい。

本実施形態のモルタル組成物には、本発明の効果が損なわれない範囲で各種混和剤（材）を配合してもよい。混和剤（材）としては、例えば、石膏、芒硝、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、繊維が挙げられる。

本実施形態のモルタル組成物は、通常用いられる混練器具により上記した各成分を混合することで調製でき、その器具は特に限定されるものではない。混練器具としては、例えば、グラウトミキサ、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。

本実施形態のモルタル組成物は、水と混合してモルタルとして調製することができ、その水の含有量は用途に応じて適宜調整すればよい。水の含有量は、セメント１００質量部に対し、４０〜６０質量部であることが好ましく、４５〜５５質量部であることがより好ましく、４８〜５３質量部であることが更により好ましい。水の含有量が上記範囲内であれば、より流動性を確保しやすく、材料分離の発生、硬化体の収縮の増加及び初期強度発現性の低下を抑制しやすい。

本実施形態のモルタルは、練り上がり時の単位容積質量が２．５０〜２．８５ｇ／ｃｍ³であることが好ましく、２．５０〜２．８０ｇ／ｃｍ³であることがより好ましく、２．５８〜２．７５ｇ／ｃｍ³であることが更に好ましい。モルタルの単位容積質量が上記範囲内であれば、モルタル時にはより適切な流動性を維持しつつ、硬化体を乾燥させたときの乾燥単位容積質量（ＪＡＳＳ５ＮＴ−６０１）を大きくしやすいため、強度発現性及び放射線遮蔽性に一層優れるものとなる。

本実施形態のモルタルの調製は、通常のモルタルと同様の混練器具を使用することができ、特に限定されるものではない。混練器具としては、例えば上述したものを用いることができる。

本実施形態のモルタル組成物及びモルタルは、柔らかすぎず、硬すぎない適切な流動性を有するため充填性がよく作業性に優れ、且つ単位容積質量を充分に備えたものとなる。そのため、このようなモルタル組成物及びモルタルは、いわゆる重量モルタルとして使用でき、例えば、放射線遮蔽壁、耐震壁、遮音壁、機械装置の基礎構造物の注入用として用いることができる。

以下、実施例を挙げて本発明を詳細に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。

［材料］
実施例で用いる材料と略称は以下のとおりである。
・セメント：普通ポルトランドセメント
・膨張材：生石灰系膨張材
・ポゾラン微粉末：シリカフューム、ＢＥＴ１２ｍ²／ｇ
・発泡剤：アルミニウム粉末
・減水剤：ナフタレンスルホン酸系減水剤
・重量骨材：電気炉酸化スラグ骨材、密度３．７ｇ／ｃｍ³
・細骨材：石灰石砂、密度２．７ｇ／ｃｍ³

［モルタルの作製］
セメント１００質量部に対し、膨張材４質量部、ポゾラン微粉末１５質量部、減水剤１質量部、発泡剤０．００２５質量部、重量骨材、及び細骨材を加え、乾式混合することで、モルタル組成物を調製した。重量骨材及び細骨材は、表１に示す割合で添加した。
調製したモルタル組成物に対して水を添加し、ハンドミキサで９０秒間混練してモルタルを作製した。水はセメント１００質量部に対して５１質量部添加した。

［評価方法］
各項目については以下の方法で評価した。評価結果を表１に示す。
（フロー値の測定）
ＪＩＳＲ５２０１：２０１５「セメントの物理試験方法」１２．フロー試験で規定されるフローコーンを用いたフローコーン取り去り後のフロー値（落下運動無し）に準拠し、練り混ぜ直後のモルタルについてフロー値を測定した。
（Ｊ漏斗流下値の測定）
土木学会基準ＪＳＣＥ−Ｆ５４１−２０１３「充てんモルタルの流動性試験方法（案）」に準拠し、練り混ぜ直後のＪ１４漏斗流下時間を測定した。
（単位容積質量の測定）
ＪＩＳＡ１１７１：２０１６「ポリマーセメントモルタルの試験方法」６．４単位容積質量試験に準拠し、単位容積質量を測定した。
（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又はセメントペーストの圧縮強度試験方法（案）」に準じて、各材齢におけるモルタル硬化体の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。養生は、材齢２４時間で型枠を外すまで２０℃湿潤養生とし、その後直ちに２０℃水中に移し、試験直前まで２０℃の水中養生とした。

表１より、重量骨材と細骨材とを併用し、０．１５ｍｍ以下の粒径の骨材量を調整したモルタル組成物は、モルタルとした際に柔らかすぎず、且つ硬すぎない適切な流動性を確保しつつ、単位容積質量を大きくすることができた。

Claims

セメントと、膨張材と、密度３．０ｇ／ｃｍ³以上である重量骨材及び密度３．０ｇ／ｃｍ³未満の細骨材を有する骨材とを含有し、
前記骨材の含有量が、前記セメント１００質量部に対し、２１０〜３００質量部であり、
前記骨材において、前記骨材全質量に対し、前記重量骨材の割合が６０〜９８質量％であり、
前記骨材において、前記骨材全質量に対し、粒径が０．１５ｍｍ以下である粒子の割合が２１〜３８質量％である、モルタル組成物。
前記骨材において、前記骨材全質量に対し、粒径が０．１５ｍｍ超０．６ｍｍ以下の粒子の割合が２〜７０質量％であり、粒径が０．６ｍｍ超１．２ｍｍ以下である粒子の割合が９〜７７質量％である、請求項１に記載のモルタル組成物。
前記骨材の含有量が、前記セメント１００質量部に対し、２５０〜３００質量部である、請求項１又は２に記載のモルタル組成物。
前記重量骨材の含有率が、前記骨材全質量に対し、７０〜９８質量％である、請求項１〜３のいずれか一項に記載のモルタル組成物。
請求項１〜４のいずれか一項に記載のモルタル組成物と、水とを含有し、
前記水の含有量が、前記セメント１００質量部に対し、４０〜６０質量部である、モルタル。
練り上がり時の単位容積質量が２．５０〜２．８５ｇ／ｃｍ³である、請求項５に記載のモルタル。