JP6981797B2

JP6981797B2 - 水硬性組成物及びこれを用いたアンカー素子定着方法

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Publication number: JP6981797B2
Application number: JP2017137722A
Authority: JP
Inventors: 孝之江藤; 牧子伊藤
Original assignee: Nichiyu Giken Kogyo Co Ltd
Current assignee: Nichiyu Giken Kogyo Co Ltd
Priority date: 2017-07-14
Filing date: 2017-07-14
Publication date: 2021-12-17
Anticipated expiration: 2037-07-14
Also published as: JP2019019022A

Description

本発明は、例えばカルバート、ダム堤体、建物のようなコンクリート躯体や岩盤に、鉄筋やアンカーボルトのようなアンカー素子を定着するのに用いられる水硬性組成物及びこれを用いたアンカー定着方法に関する。

カルバート、ダム堤体、トンネル、建物のような既存のコンクリート製人工構造物の耐震強度や耐久性を高めるために、せん断耐力を向上させる補強工事が行われている。また、法面を覆ってそれの崩落を防止するという所謂張コンクリートに、必要に応じて落石防護網や雪崩防止柵のような工作物を取り付ける工事が行われている。これらの工事は、コンクリート構造物を形成しているコンクリート躯体や岩盤に、ドリルやコアボーリングマシンのような回転工具で円筒形の削孔を形成し、そこへ硬化性の定着剤を入れ、さらに鉄筋やアンカーボルトのようなアンカー素子を打ち込んで定着させるというものである。この定着剤として、セメントのような水硬性組成物が採用されている。水硬性組成物は水と接触してペースト化した後、凝結して硬化する。

特許文献１に、水硬性組成物を通水性の容器に封入したアンカー定着カプセルが開示されている。このアンカー定着カプセルを、水に浸して水硬性組成物に吸水させてからコンクリート躯体に開けた削孔に入れ、アンカー素子を打ち込んで容器を破壊することにより、吸水した水硬性組成物が削孔内で凝結・硬化する。それにより、アンカー素子が定着コンクリート躯体に定着する。

このようなアンカー素子の定着方法は、あと施工アンカー工法と呼ばれている。定着剤はアンカー素子と削孔の内壁面との間に充填され、養生を経て硬化する。それによってアンカー素子がコンクリート躯体に定着し、既存のコンクリート構造物のせん断耐力を高めたり、これに工作物を取り付けたりすることができる。あと施工アンカー工法は、工程及び使用する水硬性組成物の形態に応じて、注入方式とカプセル方式とに分類できる。

注入方式の一例として、特許文献２に、一端に吐出口有するシリンダ内に予め収容されているセメント系組成物粉体である水硬性組成物に吐出口から水を注入した後、シリンダカートリッジを手に持って振盪したり、このシリンダカートリッジに機械で振動を与えたりして水硬性組成物と水とを撹拌し、それにより調製した高流動性のセメントペーストを吐出口から押し出しながら、コンクリート構造物に開けた削孔に注入し、そこへアンカー素子を挿入するという方法が記載されている。

注入方式によれば、削孔に充填されたセメントペーストは高い流動性を有しているので、打込機材を用いることなくセメントペーストが注入された削孔にアンカー素子を手で打込むことができる。また、多数の削孔へ流れ作業で次々とセメントペーストを注入できるので、短時間に多数箇所の施工が可能である。

しかし吐出口から水を注入する際、作業者が水を溢してしまうと、注入済の水量が不明となり、セメント系組成物粉体に所要量の水を吸収させることができない。また吐出口からの注水によって、水はセメント系組成物粉体の吐出口側に偏在するので、両者が均一となるよう、注水後にシリンダカートリッジごと振盪して撹拌することを要する。作業を習熟していない不慣れな作業者がシリンダカートリッジを手に持って振盪すると、撹拌が不十分である時に不完全にしか混合できなかったり撹拌が過多である時に空気を過剰に巻き込んでしまったりする。また、このような作業者が撹拌作業に手間取っていると、セメントペーストの凝結始発に達して流動性が失われ、削孔に注入できない。

また、水とセメント系組成物粉体とが分離してしまい、セメントペーストが所期の時間で凝結しなかったり、それの硬化体が所期の強度を発現しなかったりする。そのため、最早シリンダ内のセメント系組成物を、アンカー素子定着に供することができず、廃棄しなければならない。このような作業ミスに起因するセメント系組成物の廃棄は、無駄なコストを生じたり、産業廃棄物を増大させたりする。

一方、カプセル方式の一例として、特許文献３に、水硬性組成物をヒートロン紙のような通水性容器に封入したアンカー定着カプセルを、水に浸して水硬性組成物に吸水させてからコンクリート躯体に開けた削孔に入れ、ハンマードリルのような打込機材を用いてアンカー素子を打ち込んで容器を破壊し、水硬性組成物のペーストが削孔内で凝結・硬化することにより、アンカー素子を定着させるという方法が記載されている。カプセル方式によれば、水硬性組成物と水とを接触させるのに、カプセルを水に浸すだけで済み、その後に撹拌せずとも削孔に入れてアンカー素子を打ち込むことができるので、不慣れな作業者であっても簡便に施工することができる。

この方法に用いられる打込機材は、動作中に振動や騒音を生じるので、施工現場の至近に人家がある場合に振動や騒音の基準値以下に制限される。そのため、打込機材の使用が困難な場合がある。また破壊された容器の破片が、水硬性組成物の硬化体に残存し、これが硬化体の強度を低下させてしまう。

ここで、注入方式における上記の注水作業や撹拌作業を簡素化するのに、水に浸漬したアンカー定着カプセルから、吸水済みの水硬性組成物を取り出して空のシリンダカートリッジに収容して注入方式を実施することが考えられる。しかしアンカー定着カプセルに採用される水硬性組成物はカプセル方式の専用品であるため、これから得られるセメントペーストの流動性が不足して吐出口から押し出せない。また注入方式用の水硬性組成物を通水性容器に収容して水に浸漬すると、これのセメントペーストの流動性が高すぎるため、水から取り出した途端にカプセルが崩れて削孔に挿入できない。

特開昭５８−１５６６９８号公報特開２０１３−１４７８８３号公報特開２０１１−０７９７０８号公報

本発明は前記の課題を解決するためになされたもので、あと施工アンカー工法において、施工現場の状況に応じ注入方式にもカプセル方式にも用いることができ、かつ凝結始発に達するまでの時間を長くして不慣れな作業者でも余裕をもって施工でき、さらに所期の凝結時間と強度とでアンカー素子を定着させることができる水硬性組成物、及びこれを用いることにより簡便に施工できるアンカー素子定着方法を提供することを目的とする。

前記の目的を達成するためになされた本発明の水硬性組成物は、注入方式アンカー素子定着法とカプセル方式アンカー素子定着法との両用で、かつ水との接触により硬化する水硬性組成物であって、ポルトランドセメント、アルミナセメント、及び急結剤を含有する水硬成分と、強度増進剤と、細骨材と、遅延型流動化剤としてのポリカルボン酸エーテルと、凝結時間調整剤とを含み、ＪＩＳＧ５９０１（２０１６）に準拠した前記細骨材の粒度区分を４〜８号としており、前記ポルトランドセメントを２０〜５０質量部、前記アルミナセメントを２０〜５０質量部、前記急結剤を１０〜３０質量部、前記強度増進剤を１〜１０質量部、前記細骨材を１０〜４０質量部、前記凝結時間調整剤を１〜１０質量部、前記遅延型流動化剤を０．４〜０．８質量部とするものである。

水硬性組成物は、例えば、前記ポルトランドセメント及び前記アルミナセメントが、２０〜３０μｍの平均粒子径を有する粉体であるものが挙げられる。

水硬性組成物は、前記強度増進剤が、シリカ微粒子及び／又はカオリンを含んでいてもよい。

水硬性組成物は、前記シリカ微粒子が、シリカフュームであることが好ましい。

本発明のアンカー素子定着方法は、上記いずれかに記載の水硬性組成物が透水性筒状容器に封入されている定着剤カプセルと水とを接触させることにより、前記水硬性組成物に前記水を吸収させて前記水硬性組成物を凝集させる工程と、凝集した前記水硬性組成物を、前記透水性筒状容器から取り出して、先端に筒先と基端に開口とを有するシリンダカートリッジに入れた後、押圧に応じて前記シリンダカートリッジ内を前記筒先に向かって移動する蓋体を前記開口から入れる工程と、前記蓋体を押圧して前記水硬性組成物を前記筒先から押し出して、コンクリート躯体に開けられた削孔に注入する工程と、前記削孔にアンカー素子を挿入し前記水硬性組成物に突き刺して、前記水硬性組成物を硬化させる工程とを、有するものである。

アンカー素子定着方法は、凝集した前記水硬性組成物を、前記シリンダカートリッジ内で掻き回して撹拌し、前記水硬性組成物を分散させて水硬ペーストを調製するものであってもよい。

アンカー素子定着方法は、例えば、注入量指示マークを付した注入チューブを先端部に嵌めているノズルが前記筒先に取り付けられており、前記注入チューブを前記削孔に挿し込んで前記水硬性組成物を注入しつつ前記注入チューブを前記削孔から抜去する方向に前記シリンダカートリッジを移動させ、前記注入量指示マークが前記削孔から出没したときに、前記水硬性組成物の注入を終了するというものが挙げられる。

アンカー素子定着方法は、例えば、前記水と前記定着剤カプセルとを、３〜５分間接触させるというものである。

アンカー素子定着方法は、前記注入する工程の後に、前記シリンダカートリッジの内壁面を洗浄する工程を有していてもよい。

アンカー素子定着方法において、前記透水性筒状容器が、紙を含んでいてもよい。

本発明の水硬性組成物は、水硬性分、細骨材、遅延型流動化剤、強度増進剤、及び凝結時間調整剤を含んでいるので、増粘剤が吸水した水硬性組成物を凝集させて手に持って扱える程度の保形性をこの凝集体に付与できる。その結果、この水硬性組成物を容器に詰めた定着剤カプセルを水に浸漬後、これを手で扱っても容器から遺漏しないので、そのまま削孔に挿入してアンカー素子を挿入するカプセル方式のあと施工アンカー工法にも、容器から取り出した水硬性組成物の凝集体をシリンダカートリッジに挿入して、必要に応じてこれを掻き回し、水硬性ペーストとして削孔に注入してアンカー素子を挿入するという注入方式のあと施工アンカー工法にも、好適に使用することができる。

また、水硬性組成物は増粘効果を発現する強度増進剤を含んでいるので、水硬性組成物の吸水によって凝集しても、外力を加えて高い流動性を呈する水硬ペーストを生じるため、注入方式におけるシリンダカートリッジからの水硬ペーストの押し出しに要する力を低減できることに加えて、カプセル方式・注入方式不問で水硬ペーストへのアンカー素子の挿入抵抗をも低減できる。その結果、作業者の負担を軽減できる。

水硬性組成物は、遅延型流動化剤を含んでいることにより凝結始発に達するまでの時間を比較的長くすることができ、かつＪＩＳＧ５９０１（２０１６）に準拠した粒度区分を４〜８号とする微細粒の細骨材を含んでいるので吸水した水硬性組成物が凝集し易い上に手で扱っても凝集体が崩れ難いので、不慣れな作業者でも余裕をもって施工でき、あと施工アンカー工法における施工ミスを防止できる。

水硬性組成物が、強度増進剤としてポゾラン活性に富む焼成カオリンを含んでいると、凝結開始後に緻密な水和物の結晶を生成するので、高い圧縮強度を有する硬化体を得ることができる。

本発明のアンカー定着方法によれば、上記の水硬性組成物が透水性筒状容器に封入された定着剤カプセルを水に接触させるだけで、水硬性組成物が所要量を過不足なくしかも全体にわたって均等に吸水するので、水を溢したり水の量を誤ったりするミスを生じさせず、所期の凝結時間で確実に注入方式のあと施工アンカー工法を行うことができる。さらにアンカー定着方法は、水硬性組成物が均等に吸水しているので、それの撹拌作業に習熟していない不慣れな作業者であっても簡便にかつ確実に施工を行うことができる。

アンカー定着方法は、吸水によって水硬性組成物が凝集し、これを手で掴むことによって、吐出口を有するシリンダカートリッジに入れるという簡素な工程を有しているので、特段の要領が不要で作業者の習熟度に依存せず、均質な注入方式のあと施工アンカー工法を行うことができる。そのため、常に所期の強度でアンカー素子をコンクリート躯体に定着させることができる。

アンカー定着方法は、凝集した水硬性組成物をシリンダカートリッジ内で掻き回して撹拌する工程を有しているものであると、凝集した水硬性組成物が均一に分散して適度の流動性を有する水硬ペーストを調製できるので、シリンダカートリッジからの水硬ペーストの押し出し抵抗を、格段に低減でき、作業者の負担を軽減することができる。

アンカー素子定着方法は、注入チューブに注入指示マークが付されていると、作業者がコンクリート躯体に開けられた削孔から注入チューブを抜去する方向へとシリンダカートリッジを移動させながら水硬組成物を注入し、注入指示マークが削孔の開口から出没した時点で注入を終了するだけという簡素な作業で、過不足なしで所期量の水硬性組成物を削孔内に注入できる。それにより、水硬性組成物が注入された削孔へアンカー素子を挿入する工程において、過剰量の水硬性組成物が削孔の開口から溢れないので、経済的であり、廃棄物を削減できる。

アンカー素子定着方法は、水硬性組成物を注入する工程が終了した後にシリンダカートリッジの内壁面を洗浄する工程を有していると、シリンダカートリッジを再使用できるので、廃棄物の削減とコストの低減とに資する。

アンカー定着方法は、水硬性組成物を封入した透水性筒状容器が紙を含んでいることによって易破壊性を有していると、凝集した水硬性組成物を取り出すのに、手でこれを破るという簡素な操作で足り、工具を要しないので、作業者はスムーズに施工を行うことができる。

本発明を適用する水硬性組成物を用いた注入方式のあと施工アンカー工法の前半工程を説明する斜視図である。本発明を適用する水硬性組成物を用いた注入方式のあと施工アンカー工法の後半工程を説明する斜視図である。本発明を適用する水硬性組成物を用いたカプセル方式のあと施工アンカー工法を説明する模式一部断面図である。実施例及び比較例の水硬性組成物を用いてコンクリート塊に定着させたアンカーの引張強度試験の結果を示すグラフ、並びに実施例及び比較例の水硬性組成物を用いて調製した硬化体の線膨張試験の結果を示すグラフである。

以下、本発明を実施するための形態を詳細に説明するが、本発明の範囲はこれらの形態に限定されるものではない。

本発明の水硬性組成物は、ポルトランドセメント、アルミナセメント、及び急結剤を含有する水硬成分と、細骨材と、遅延型流動化剤と、強度増進剤と、凝結時間調整剤とを、含んでいる粉体である。

水硬性組成物は、吸水によって粉体を形成する粒子同士が凝集した後、外力を受けることにより流動性を有する水硬ペーストに変化する。その後水硬成分の水和反応の進行に伴って流動性を失って凝結し、その後硬化して硬化体を形成する。凝集した水硬性組成物は、手に持って扱える程度の保形性を有している。

細骨材は、水硬ペーストが凝結後に硬化する際に生じる収縮を低減し、これの硬化体へのクラック発生を防止する。また、水硬成分の水和反応に伴う発熱を緩和し、水硬ペーストの温度上昇を抑えて過度な流動性増大や、凝結時間の延長を防止する。珪砂、川砂、海砂、及び砕砂のような砂類；アルミナクリンカー、シリカ粉、及び石灰石のような無機材；ウレタン砕、ＥＶＡ（ethylene vinyl acetate）フォーム、発泡樹脂の粉砕物から選ばれる少なくとも一種であり、なかでも珪砂が好ましい。

細骨材は、１ｍｍ以上の粗粒子を含んでいないことが好ましい。具体的に、ＪＩＳＧ５９０１（２０１６）の表３に準拠した粒度区分を、４〜８号とすることが好ましく、５．５〜８号とすることがより好ましく、７〜８号とすることが一層好ましい。細骨材の粒度区分がこの範囲であることにより、１ｍｍ以上の粗粒子を排除することができる。この粒度区分にける具体的な粒度分布は、４号で６００〜１１８０μｍ、４．５号で４２５〜８５０μｍ、５号で３００〜６００μｍ、５．５号で２１２〜４２５μｍ、６号で１５０〜３００μｍ、６．５号で１０６〜２１２μｍ、７号で７５〜１５０μｍ、７．５号で５３〜１０６μｍ、８号で３８〜７５μｍである。

粒度区分は、ＪＩＳＧ５９０１（２０１６）の表３に従い、３種の公称目開きを有する網目ふるいによって求められる。細骨材の測定試料全質量に対する各網目ふるいの面上の細骨材の質量比は、７０質量％以上である。

また水硬性組成物中、細骨材は、１０〜４０質量部、好ましくは１０〜３０質量部、より好ましくは１５〜３０質量部含まれている。この範囲の含有量である細骨材は、水硬性組成物全体に対し、下限値を８〜３８質量％、好ましくは８〜２５質量％とし、上限値を２７〜６７質量％、好ましくは２７〜３３質量％としている。このように、細骨材が、粒径１．２ｍｍ未満の細粒で、かつ水硬性組成物中に最大でも６７質量％という低含有率であることによって、水硬性組成物の凝集が阻害されない。細骨材の粒径、含有量、及び含有率が上記の上限値を超えると、吸水完了後に水硬性組成物が凝集し難くなり、透水性筒状容器１１の除去によって凝集体１２ａがすぐさま崩れてシリンダカートリッジ３０に挿入することができなかったり（図１（ｂ）参照）、吸水完了後に水硬成分と細骨材との分離を生じて水硬性組成物や水硬ペーストの再撹拌を要したりする。

遅延型流動化剤は、水硬ペーストの流動性を向上させるとともに、水硬ペーストの凝結始発に達する時間を遅延させるものである。遅延型流動化剤として、例えば、ナフタレンスルホン酸ホルマリン縮合物、メラミンスルホン酸ホルマリン縮合物、芳香族スルホン酸ホルマリン縮合物、ポリスチレンスルホン酸、及びこれらの塩のようなスルホン酸系流動化剤；ポリカルボン酸、ポリカルボン酸エーテル、及びこれらの塩のようなカルボン酸系流動化剤が挙げられる。遅延型流動化剤は、水硬ペースト中に極めて微細な気泡を生成し、この気泡が掻き回された水硬ペースト１２ｂ中で（図１（ｃ）参照）、水硬性分の再凝集と水和反応の進行とを阻害して流動性を向上させるとともに、凝結始発を遅延させていると考えられる。

遅延型流動化剤は、水硬性組成物の吸水開始から水硬ペーストの凝結始発までの時間を、例えば気温２０℃下、水温２０℃の水道水に３分間浸漬した場合、少なくとも１５分間、好ましくは１５〜３０分間、より好ましくは１５〜２５分間のように比較的長くするものである。遅延型流動化剤を用いることによって、所期の流動性を水硬ペーストに付与するのに要する水の量を低減することができる。その結果、水硬成分に対する水の質量比である水／セメント比を、３〜５分間の浸漬時間で、例えば２５〜３５％のように低減できるので、高強度の硬化体を得ることができる。

水硬性組成物中、遅延型流動化剤は、０．１〜１質量部、好ましくは０．１〜０．８質量部、より好ましくは０．１〜０．６質量部含まれている。遅延型流動化剤の含有量が上記の下限値未満であると、水硬ペーストが十分に流動しない上、アンカー素子の打設前に凝結始発に達してしまうので、水硬ペーストのシリンダカートリッジからの押し出し抵抗が増大したり、凝結した水硬ペーストがアンカー素子に纏わりついてそれの挿入抵抗が増大したりして、手作業によるアンカー素子の打ち込みが困難となりワーカビリティを損なってしまう。またコンクリート躯体や張コンクリートに開けられた削孔の内壁とアンカーボルトとの隙間の充填不良を生じアンカーボルトの引抜き強度低下を招来する。一方、遅延型流動化剤の含有量が上限値を超えると、水硬成分の水和反応が過度に阻害されるので、水硬ペーストの凝結及び硬化が過剰に遅延して硬化体の早強性が損なわれる上、長期強度が低下してしまう。

凝結時間調整剤は、水硬ペーストが流動性を失う凝結始発から硬化を開始する凝結終結までの凝結時間の長短を調整する。凝結時間調整剤は、水硬ペースト中の水硬成分の粒子に吸着してそれの表面を被覆し、水硬成分と水との接触を抑制する。それにより、水硬成分の水和反応を徐々に進行させて水硬ペーストの瞬結を防止できる。凝結時間調整剤として、クエン酸、グルコン酸、酒石酸、リンゴ酸、サリチル酸、ｍ−オキシ安息香酸、及びｐ−オキシ安息香酸のようなオキシカルボン酸；リグニンスルホン酸；ソルビトール、ペンチトール、及びヘキシトールのような糖アルコールが挙げられる。凝結時間調整剤は、オキシカルボン酸やリグニンスルホン酸のリチウム塩、カリウム塩、及びナトリウム塩のようなアルカリ金属塩、並びにマグネシウム塩、及びカルシウム塩のようなアルカリ土類金属塩であってもよく、なかでもクエン酸ナトリウムが好ましく、クエン酸三ナトリウムがより好ましい。

水硬性組成物中、凝結時間調整剤は、１〜１０質量部、好ましくは１〜８質量部、より好ましくは１〜５質量部含まれている。含有量がこの上限値を超えると、凝結時間が過度に長くなって凝結終結に達するまでの間に、例えば水硬成分と細骨材との分離を生じてしまう。一方含有量がこの下限値未満であると、水硬成分の水和反応が急激に進行し、水硬ペーストが凝結始発後に直ちに終結に達して硬化するので、硬化体にクラックが生じてアンカー素子の引抜荷重が低下してしまう。

硬化性組成物の水硬成分は、ポルトランドセメント、アルミナセメント、及び急結剤を必須として含むＭ型の膨張系セメントである。ポルトランドセメントは、シリカ（ＳｉＯ_２）、及びカルシア（ＣａＯ）を主成分とし、例えば、シリカを２０〜２５質量％、及びカルシアを６０〜７０質量％を含んでいるものが挙げられる。その他にアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）、マグネシア（ＭｇＯ）、及び酸化鉄（Ｆｅ_２Ｏ_３）が、夫々１〜６質量％含まれている。これらの成分は、例えばケイ酸カルシウム、アルミン酸カルシウム、及びカルシウムアルミノフェライトとして存在している。

ポルトランドセメントとして、具体的に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、耐硫酸塩ポルトランドセメント、及び白色ポルトランドセメントが挙げられる。なかでも早強ポルトランドセメントが好ましい。これらのポルトランドセメントの一種のみを用いてもよく、複数種を混合して用いてもよい。水硬性組成物中、ポルトランドセメントは、２０〜５０質量部、好ましくは３０〜５０質量部、より好ましくは４０〜５０質量部含まれている。

アルミナセメントは、アルミン酸カルシウム（ＣａＯ・Ａｌ_２Ｏ_３）を主成分とする特殊セメントであり、例えばカルシアを２０〜４０質量％、アルミナを４０〜８０質量％、夫々含んでいるものが挙げられる。水硬性組成物中、アルミナセメントは、２０〜５０質量部、好ましくは３０〜４０質量部、より好ましくは３０〜３５質量部含まれている。

ポルトランドセメント及びアルミナセメントは、微粉末状のセメント粉体であり、その平均粒子径を、１０〜５０μｍとするものであることが好ましく、２０〜４０μｍとするものであることがより好ましく、２０〜３０μｍとするものであることがより一層好ましい。なお平均粒子径とは、レーザー回折・散乱法による体積基準分布をいう。このような平均粒子径の測定装置として、例えば、島津レーザー回折式粒度分布測定装置ＳＡＬＤ−３１００−ＷＪＡ１：Ｖ１．００（株式会社島津製作所製）が挙げられる。セメント粉体がこのような微粉末であることによって、吸水に起因するセメント粉体の水和による化学的凝集及びセメント粉体の表面電位による物理的凝集が生じ易くなる。その結果、化学的凝集若しくは物理的凝集、又は両者の相乗効果によって、吸水完了後の凝集体は、透水性筒状容器を除去しても手で扱うことができるほど（図１（ｂ）参照）、形を保つことができると考えられる。

急結剤は、硫酸ナトリウム、硫酸カリウム、硫酸アルミニウム、及び硫酸カルシウムのような硫酸塩が挙げられる。硫酸カルシウムとして、無水石膏（ＣａＳＯ_４）、半水石膏（ＣａＳＯ_４・１／２Ｈ_２Ｏ）、二水石膏（ＣａＳＯ_４・２Ｈ_２Ｏ）のような石膏が、後述するエトリンガイトの生成量を増大させる観点から好ましい。これらの急結剤は、一種のみを用いても複数種を混合して用いてもよい。水硬性組成物中、急結剤は、１０〜３０質量部、好ましくは２０〜３０質量部、より好ましくは２０〜２５質量部含まれている。

強度増進剤は、シリカ微粒子であるシリカフューム、及び／又はカオリンを主成分として含んでいる。シリカフュームは、水硬ペーストの粘度を向上させるという増粘効果を発現するとともに、後述するようにポゾラン活性に富んでいるので、水硬性組成物の硬化体に高い圧縮強度を付与することができる。シリカフュームは、フェロシリコン（ＦｅＳｉ）を電気炉で製造する過程で蒸気化したシリコン酸化物（ＳｉＯ_２）をフィルターで捕集することにより得られる。シリカフュームは、０．１〜０．２μｍの平均粒径、及び０．３〜０．８ｇ／ｃｍ^３のかさ密度を有している。

カオリンはシリカ及びアルミナを含んでいる。カオリンは具体的に焼成カオリン（２ＳｉＯ_２・Ａｌ_２Ｏ_３）が挙げられる。焼成カオリンは、天然粘土鉱物であるカオリン（２ＳｉＯ_２・Ａｌ_２Ｏ_３・２Ｈ_２Ｏ）を、例えばロータリーキルンのような窯に投入し、７００〜７５０℃で、２０〜２５分の滞留時間でか焼することによって得られる。強度増進剤は、焼成カオリンに加えて、高炉スラグ粉末及び／又はフライアッシュのようなシリカ質粉末を含んでいてもよい。

水硬性組成物中の水硬成分は吸水すると、流動性を有する水硬ペーストに変化して水和反応を生じて凝結し、その後硬化して硬化体となる。具体的にアルミナセメント中のアルミン酸カルシウム、石膏、及び水の反応が進行し、アルミン酸硫酸カルシウム水和物であるエトリンガイト（３ＣａＯ・Ａｌ_２Ｏ_３・３ＣａＳＯ_４・３２Ｈ_２Ｏ）を生成する。さらに急結剤である石膏が消費されると、エトリンガイトはアルミナセメント中のアルミン酸カルシウム（アルミネート相）と反応してモノサルフェート水和物を生成する。エトリンガイトやモノサルフェート水和物のようなカルシウムサルフォアルミネート水和物は、かさ高く水に不溶な針状結晶であり、これの成長に伴って、水硬ペーストが膨張しながら凝結して徐々に硬化する。しかも急結剤である石膏が、硫酸カルシウムの供給源となってエトリンガイトの生成量を増大させ、高強度の硬化体を形成する。

水硬ペーストは、アルミナセメント中のカルシアが水に溶解した水酸化カルシウム（Ｃａ(ＯＨ)_２）を含んでいる。強度増進剤に含まれるシリカフュームやカオリンは、この酸化カルシウムと、水に不溶な水和物を生成するという所謂ポゾラン反応を生じる。それにより、例えば、ケイ酸カルシウム水和物（３ＣａＯ・２ＳｉＯ_２・３Ｈ_２Ｏ）や、アルミン酸カルシウム水和物（３ＣａＯ・Ａｌ_２Ｏ_３・６Ｈ_２Ｏ）の微細で密な結晶が生成し、水硬性ペーストを高強度に硬化させる。特に、粉砕により粉末化される高炉スラグや、石炭灰であることにより比較的大きな球形をなしているフライアッシュに比べて、焼成カオリンの粒子は細かいので、単位質量当りに大きな表面積を有している。そのため、シリカフューム及び焼成カオリンは他のシリカ質粉末に比べて、遥かに高いポゾラン活性を有するので、緻密な水和物の結晶を生成し、硬化体により高い圧縮強度を付与する。

このように水硬性組成物は、アルミナセメント、石膏のような急結剤、及びカオリンを主成分とする強度増進剤を含んでいることにより、それの硬化体は、打設後数時間〜１日程度で高い強度を発現するという早強性を発現する。

エトリンガイトの生成及びポゾラン反応に並行して、ポルトランドセメント中のケイ酸カルシウムの水和反応が進行し、トバモライト結晶のようなケイ酸カルシウム水和物の硬化体が生成する。それにより、ケイ酸カルシウムの水和反応は、アルミン酸カルシウムのそれに比較して遅いので、ポルトランドセメントは、打設後、例えば７日〜数か月後以降の長期にわたる高強度維持に優れている。

このように水硬性組成物が、ポルトランドセメント、アルミナセメント、急結剤、強度増進剤、細骨材、凝結時間調整剤、及び遅延型流動化剤を含んでおり、かつこれらが一定範囲の組成比で組み合わされていることによって、凝結始発までの時間を長くして、施工に要する十分な時間を作業者に付与することができる。その結果、不慣れな作業者であっても、注入方式及びカプセル方式に関わらず、あと施工アンカー工法の各工程を、余裕をもって確実に行うことができる。

この水硬性組成物から得られる硬化体の圧縮強度（ＪＩＳＡ１１０８（２００６）に準拠）は、養生温度２０〜２５℃で、打設後わずか１日後に５５〜７０Ｎ／ｍｍ^２に達し、２８日後に８０〜１００Ｎ／ｍｍ^２にまで向上する。さらに、水硬ペーストは、４０〜９０秒の流下値（コンクリート標準示方書に規定するＪＳＣＥ−Ｆ５４１−２０１３充填モルタルの流動性試験方法（Ｊ１４ロート試験）に準拠）、及び１５０〜２８０ｍｍのフロー試験値（ＪＩＳＲ５２０１（２０１５）に準拠）という高い流動性を示す。このため作業者は、水硬ペーストをシリンダカートリッジから押し出したり、アンカー素子を打ち込んだりする作業を、手や腕の力だけで行うことができる。

水硬性組成物は、増粘効果を発現するシリカ微粒子のような強度増進剤に加えて、増粘剤をさらに含んでいてもよい。増粘剤は、水硬成分の粒子同士を粘結させるバインダーのような増粘効果を発現することにより、手に持って扱える程度の保形性を水硬性組成物の凝集体に付与する。さらに、この凝集体が外力を受けて水硬ペーストに変化した際、水硬ペーストに適度の粘度を付与して、水硬ペースト中の水硬成分同士の比重差による分離や水硬成分の沈降による水との分離を防止する。それにより水硬ペースト中、粒子同士の均一な分散を促進し、注入方式に用いられた場合に、水硬ペーストのシリンダカートリッジからの押し出し抵抗を低減する。その結果作業者は、削孔６１ｂへ水硬ペースト１２ｂを注入する際、軽微な力でトリガー５４ａを引くだけで足りる（図２（ｃ）参照）。さらに、増粘剤によって水硬ペーストがチキソトロピーを発現するので、外力が除かれるとそれの粘度が向上して流動性を低減させる。その結果、例えば、ボックスカルバートに例示される暗渠の天井に開けられるような垂直方向の奥行を有する削孔に、上方へ向かって水硬ペーストを注入したとしても、水硬ペーストは削孔の開口から遺漏せず、削孔内にとどまる。

増粘剤は、例えば、メチルセルロース、エチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、ヒドロキシプロピルメチルセルロース、及びカルボキシメチルセルロースが挙げられる。増粘剤として、これらの一種又は複数種を用いることができる。

水硬性組成物中、増粘剤は、０．１〜１質量部、好ましくは０．２〜０．８質量部、より好ましくは０．３〜０．６質量部含まれている。含有量がこの上限値を超えると水硬成分の水和反応を過剰に抑制し、十分な強度を有する硬化体を得ることができない。一方、含有量が下限値未満であると、吸水によって凝集した水硬性組成物の粒子同士を均一に分散させることが困難となり、シリンダカートリッジからの押し出し抵抗が著しく増大する。

本発明の水硬性組成物を用いたあと施工アンカー工法の一例を図１〜３を参照しつつ説明する。

本発明の水硬性組成物を用いた注入方式のあと施工アンカー工法における前半工程の一例を、図１に示す。同図（ａ）に示す定着剤カプセル１０は、透水性筒状容器１１とこれに封入された粉状の水硬性組成物１２とを有している。定着剤カプセル１０は、窄まった両端を有する略円柱形をなしている。透水性筒状容器１１は、例えば紙と樹脂繊維とで構成され、良好な透水性と易破壊性とを有する不織シート製である。

透水性筒状容器１１は、高い透水性と易破砕性とを有する不織シート製であることが好ましい。このような不織シートとして、例えば、上質紙、中質紙、クラフト紙、ケント紙、模造紙、クレープ紙、ヒートロン紙、コーン抄紙、及び和紙のような紙を挙げることができる。これらの原材料は、針葉樹を原材料とするパルプ・広葉樹を原材料とするパルプ等の木材パルプ、ミツマタ・ワラ・バガス・ヨシ・ケナフ・クワ等の非木材パルプ及び古紙パルプの何れか一つを用いてもよいし、複数を混合して形成してもよい。また紙は、レーヨン紙やアセテート紙のような化繊紙であってもよい。

不織シートは、紙に加えて樹脂を含んでいてもよい。それによれば運搬・保管時や施工時に容易に破壊せず、内容物である水硬性組成物１２が遺漏しない。このような樹脂として、例えば、ポリエチレン及びポリプロピレンのようなポリオレフィン樹脂；ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリブチレンテレフタレート、及びポリトリブチレンテレフタレートのようなポリエステル樹脂；ナイロン６、ナイロン６６及びアラミドのようなポリアミド樹脂；アクリロニトリルを主成分とするポリアクリル樹脂が挙げられる。

図１（ａ）に示すように、トレイ２０に水２１を溜める。水２１は、施工現場で容易に入手できることから水道水であることが好ましい。水２１の温度は、５〜３０℃であることが好ましく、１５〜２５℃であることがより好ましい。水２１の温度がこの上限値を超えると、水硬ペースト１２ｂの可使時間が極端に短くなり、あと施工アンカー工法の完了前に凝結終点に達してしまう（図２参照）。一方、この温度が下限値未満であると、水硬ペースト１２ｂの硬化物である硬化体１２ｃの養生の時間を長引かせたり、それの強度低下を招来したりする。水２１に定着剤カプセル１０を浸漬し、水硬性組成物１２に水２１を吸収させる。水２１は、透水性筒状容器１１を通過して粉状の水硬性組成物１２に浸入する。水２１が、水硬性組成物１２に含まれる水硬成分の粒子間に入り込むことによって、これら同士が互いに粘着する。それにより、水硬性組成物１２が凝集する。

定着剤カプセル１０の先端部から基端部までの長さＬは２００〜４００ｍｍであることが好ましく、２００〜３５０ｍｍであることがより好ましく、２００〜３００ｍｍであることが一層好ましく、２５０〜３００ｍｍであることがより一層好ましい。このときの径Ｄは夫々、２０〜４０ｍｍであることが好ましく、２０〜３５ｍｍであることがより好ましく、３０〜３５ｍｍであることが一層好ましい。長さＬがこの範囲内であることにより、定着剤カプセル１０の保管や運搬を簡便にでき、また良好なハンドリング性を付与して、手による取扱時に折れ曲がることによって生じる透水性筒状容器１１の破損を防止できる。

また、径Ｄの値を変更することにより水硬性組成物１２が所要量の水２１を吸収するのに要する時間、すなわち水２１への浸漬時間を変更することができる。径Ｄが上記の範囲内であると浸漬時間を５分間以下、具体的に３〜５分間という短時間にでき、このような短い浸漬時間であっても、２５〜３２質量％の吸水率を得ることができる。吸水率は、水への浸漬前の重量を浸漬後の重量で除した百分率として表される。水２１の所要量は、水硬性組成物１２が吸収し得る水２１の上限量である。そのため、この浸漬時間を超えて定着剤カプセル１０を水２１に浸漬したとしても、水硬性組成物１２は所要量を超えて水２１を吸収しない。また、少なくとも上記浸漬時間を経過すれば、水２１の吸収量が不足しない。しかも、水硬性組成物を収容したシリンダカートリッジへの注水のように、水硬性組成物中に水の偏在を生じず、水硬性組成物１２に満遍なく水２１を接触させることができる。

水２１から定着剤カプセル１０を取り出す。透水性筒状容器１１は、樹脂繊維を含んでいるので、水濡れしていても水硬性組成物１２を遺漏させないまま手で扱える程度の強度を保持している。図１（ｂ）に示すように、定着剤カプセル１０の一端で透水性筒状容器１１の一部を破り、さらに水硬性組成物１２の凝集体１２ａが露出するように、他端に向かって透水性筒状容器１１を捲りながら破ってこれを除去する。それによって凝集体１２ａを透水性筒状容器１１から取り出す。凝集体１２ａは、あたかも偽凝結を生じているかのように固まっているので、透水性筒状容器１１が除去されているにもかかわらず、略円柱形を保持できる。そのため、凝集体１２ａを手で掴んで取り扱うことができる。

図１（ｂ）に示すシリンダカートリッジ３０は、円筒形をなし基端に開口３３を有している筒体３２と、筒体３２の先端で開口３３から離反する方向へ突き出ている筒先３１とを、有している。筒先３１は筒体３２の内空につながっており、筒体３２の内空と外界とを連通させている。筒先３１の外周面に雄ねじが設けられており、雌ねじを内周面に有するキャップ３１ａが筒先３１の雄ねじと螺合している。透水性筒状容器１１から取り出した凝集体１２ａを、開口３３から筒体３２へ挿入する。

図１（ｃ）に、凝集体１２ａの撹拌工程を示す。撹拌機４０は、先端部で突き出た二つの撹拌羽４３を有する回転ロッド４２と、この回転ロッド４２の基端に接続しており、回転ロッド４２を撹拌羽４３ごと回転ロッド４２の中心軸周りに回転させる回転工具４１とを有している。撹拌羽４３は、向かい合った直線状の二辺、並びにこの二辺の一端同士及び他端同士を繋いでいる弧状の二辺を有する小判形をなした板部４３ｂと、弧状の二辺でこの弧に沿って夫々突き出た突出部４３ｄと、板部４３ｂで点対称に開けられた開口部４３ａと、開口部４３ａに一部でつながって突出部４３ｄと離反方向に迫り出した舌片部４３ｃとを有している。撹拌羽４３は、開口部４３ａを挟んだ板部４３ｂの中心を貫通した回転ロッド４２に溶接によって固定されている。二つの撹拌羽４３は、舌片部４３ｃを向かい合わせつつ互いに交差するように回転ロッド４２に直列に固定されている。

撹拌羽４３を回転ロッド４２ごと筒体３２内へ挿入する。回転工具４１を動作させると、回転ロッド４２及び撹拌羽４３が回転する。シリンダカートリッジ３０内の凝集体１２ａは、撹拌羽４３と接触して掻き回されて撹拌される。撹拌時間は２０〜６０秒間であることが好ましく、２０〜４０秒間であることがより好ましい。なお、凝集体１２ａ及び水硬ペースト１２ｂを撹拌する際、開口３３から水硬ペースト１２ｂが遺漏しないように、開口３３を上方へ、筒先３１を下方へ夫々向けてシリンダカートリッジ３０を垂直に固定してもよい。

掻き回されることによって凝集していた凝集体１２ａの粒子は均一に分散し、凝集体１２ａは図１（ｄ）に示す水硬ペースト１２ｂに変化する。水硬ペースト１２ｂは、流動性を有している。凝集体１２ａを、予め水硬ペースト１２ｂとすることにより、シリンダカートリッジ３０から水硬ペースト１２ｂを押し出して削孔に注入する際（図２（ｃ）参照）の押し出し抵抗を、凝集体１２ａをそのまま押し出すよりも、格段に減じることができ、作業者の負担を軽減できる。

次いで図１（ｄ）に示すように、筒体３２及び開口３３の内径よりもわずかに小さな円盤形をなしている蓋体３４を、開口３３に嵌める。蓋体３４は、筒先３１に向かった押圧に応じて、筒体３２内を移動することができる。次いで、基端側にキャップ３１ａと同一の雌ねじを、先端に開口した吐出口を、夫々有するノズル３１ｂに、注入チューブ３１ｃを接続する。注入チューブ３１ｃと吐出口に向かって漸次窄まったノズル３１ｂの先端部とを留め具３１ｄで締付けて固定する。注入チューブ３１ｃの中ほどに、ビニルテープを巻いて貼付し、注入量指示マーク３１ｅを形成する。この注入量指示マーク３１ｅは、張コンクリートのようなコンクリート躯体に開けられた削孔の体積とそこに挿入されるアンカー素子の挿入分の体積との差分を満たす量の水硬ペースト１２ｂが削孔に注入された際に、削孔の開口から露出する位置に付されている（図２（ｄ）参照）。さらに、キャップ３１ａを取り外して、注入チューブ３１ｃが接続されたノズル３１ｂを、筒先３１に螺合させて取り付ける。

図１（ｅ）に示す注入ガン５０は、シリンダカートリッジ３０の筒体３２よりも幾分大きな径を有する湾曲した軒樋形をなしており筒体３２を支持する筒体支持部５２と、筒体支持部５２の先端に立設し筒体３２の先端側を支持する先端側支持部５１と、筒体支持部５２の基端に設けられた基端部５５と、基端部５５に固定された操作部５４と、筒体支持部５２上で先端側支持部５１と基端部５５との間を移動可能なピストン５３と、一端でピストン５３に連結し基端部５５及び操作部５４を貫通してその先へ延び他端で折り返すように湾曲した送出しロッド５６とを、有している。

先端側支持部５１は、筒先３１と接触せずかつ筒体３２の先端側に接触してシリンダカートリッジ３０を支持できるように、２本の爪を有している。操作部５４は、作業者の掌と親指とで把持される把持部５４ｂと、作業者の親指以外の指が掛けられるトリガー５４ａとを有している。トリガー５４ａと送出しロッド５６とは、例えばラチェット機構を介して接続されている。トリガー５４ａが引かれて把持部５４ｂ側に移動することにより、送出しロッド５６は先端側支持部５１へ向かって送り出され、ピストン５３が筒体支持部５２上を移動する。ピストン５３は、注入ガン５０にセットされたシリンダカートリッジ３０の開口３３から筒体３２内へ移動して蓋体３４を押圧できるように、筒体３２及び開口３３より小さい径の円盤形をなしている。

蓋体３４を開口３３に嵌め、送出しロッド５６を先端側支持部５１から離反する方向へ引いてピストン５３を基端部５５側へ移動させる。シリンダカートリッジ３０を、筒先３１が先端側支持部５１の２本の爪の間で突き出るように、注入ガン５０にセットする。次いでトリガー５４ａを複数回引いて、ピストン５３が蓋体３４に当接するまで先端側支持部５１側へ移動させる。

本発明の水硬性組成物を用いた注入方式のあと施工アンカー工法における後半工程の一例を、図２に示す。同図は注入方式によって、落石防護網を固定する支柱を張コンクリートに取り付ける工程を示している。

図２（ａ）に示す張コンクリート６１は、法面６２へのコンクリート張工によって形成され、法面６２を略均一な厚さで覆っている。そのため、張コンクリート６１の表面６１ａは、傾斜している。作業者は、表面６１ａにコアボーリングマシン７１をセットし、それの先端に取り付けられたコアドリル７１ａを回転させて円筒形状の削孔６１ｂを形成する。

図２（ｂ）に示すように、作業者は注入チューブ３１ｃの先端が削孔６１ｂの底面６１ｂ_１に接触する位置まで注入チューブ３１ｃを削孔６１ｂに挿し込む。次いで作業者は同図（ｃ）に示すように、トリガー５４ａを引く。水硬ペースト１２ｂが押し出されて注入チューブ３１ｃから削孔６１ｂ内に注入される。このとき作業者は、注入ガン５０が削孔６１ｂの開口から離反する方向Ｘへ、シリンダカートリッジ３０とともに注入ガン５０を少しずつ移動させつつ、注入チューブ３１ｃの先端部と水硬ペースト１２ｂの液面とを接触させながら水硬ペースト１２ｂの注入を継続する。それにより、水硬ペースト１２ｂの注入量が削孔６１ｂ内で増加することに応じて、注入チューブ３１ｃが削孔６１ｂから抜去される方向へと移動する。また作業者は、水硬ペースト１２ｂの液面が削孔６１ｂの開口へ向かって移動する際に生じる水硬ペースト１２ｂの圧力を感知できる。それによって作業者は、水硬ペースト１２ｂの順調な注入を認識できる。作業者がこの作業を継続すると、同図（ｄ）に示すように、注入量指示マーク３１ｅが削孔６１ｂの開口で出没する。作業者は、この注入量指示マーク３１ｅが、削孔６１ｂの開口で出没したことを目視にて確認した時点で、トリガー５４ａを戻して注入を終了する。このように作業者は、水硬ペーストの注入工程において、注入ガン５０を移動させながら削孔６１ｂの開口を注視するという簡便で簡素な作業を行うだけで、アンカー素子の体積分の空間を削孔６１ｂに残した水硬ペースト１２ｂの注入を行うことができる。その結果、アンカー素子を削孔６１ｂへ挿入した際に、水硬ペースト１２ｂが削孔６１ｂの開口から多量に溢れ出るという不経済を防止できる。

このように、注入チューブ３１ｃに注入量指示マーク３１ｅが付されており、かつ上記のように注入工程を行うことにより、作業者は適切な量の水硬ペースト１２ｂを、過不足なく削孔６１ｂに注入することができる。特に、水硬ペースト１２ｂの注入工程後に、アンカー素子であるアンカーボルト８１を削孔６１ｂに挿入する際（図２（ｅ）参照）、水硬ペースト１２ｂが過剰注入されていることによって、水硬ペースト１２ｂが削孔６１ｂから多量に溢れ出るような無駄や注入不足による施工不良が防止されている。さらに、注入量指示マーク３１ｅを目視するだけという簡便な管理によって、例えば、一つの削孔６１ｂ当たりに要する水硬ペースト１２ｂの量を把握でき、シリンダカートリッジ１本当たりに注入・充填可能な削孔６１ｂの数を決定できる。

図２（ｅ）にアンカー素子の打込工程を示す。アンカー素子であるアンカーボルト８１は、長尺の略円柱形をなしており、それの中心軸に対して略垂直な面をなしている基端（同図（ｆ）参照）と、この基端の面に対して傾斜していることによって楕円形の面を有している先端とを、有している。それによりアンカーボルト８１の先端は鋭く尖っているため、水硬ペースト１２ｂで満たされた削孔６１ｂへ挿入し易い。アンカーボルト８１の先端から中程まで、複数のリブ８１ａが出っ張っている。アンカーボルト８１の基端部の表面に雄ねじ８１ｂが設けられている。この雄ねじ８１ｂに、落石防護網の支柱を固定するナット８３が螺合される（同図（ｆ）参照）。アンカーボルト８１の全長は、規格に示されているアンカーボルトの定着長を満足し、かつ削孔６１ｂに打ち込まれた際に雄ねじ８１ｂが削孔６１ｂの開口から突き出るように、削孔６１ｂの削孔長（奥行）よりも長い。

作業者は、アンカーボルト８１の基端部を手９０で握って、水硬ペースト１２ｂに空気が混入しないようにアンカーボルト８１の中心軸周りに回転させながら、削孔６１ｂ内の水硬ペースト１２ｂに挿し込む。適度な流動性を有する水硬ペースト１２ｂと、アンカーボルト８１の鋭利な先端とによって、作業者は然程、力を要さずとも、アンカーボルト８１を水硬ペースト１２ｂで満たされた削孔６１ｂに打込むことができる。作業者は、水硬ペースト１２ｂの吸水完了時から水硬ペースト１２ｂの凝結始発までの時間である可使時間内にこの工程を行う。可使時間を徒過すると、凝結始発に達した水硬ペースト１２ｂの流動性が、徐々に失われて、アンカーボルト８１の打込抵抗が上昇し、これを手９０による人力で打込むことが困難になってしまう。

作業者は、削孔６１ｂ内でアンカーボルト８１を所定の角度となるように手９０で支持する。凝結終結に達した水硬ペースト１２ｂは硬化を開始するので、アンカーボルト８１は作業者の支持を要さず所定の角度を保ったまま、削孔６１ｂ内に定着する。作業者は必要に応じて、削孔６１ｂからわずかに溢れた水硬ペースト１２ｂを取り除く。

図２（ａ）〜（ｅ）に示す工程を経た張コンクリート６１を同図（ｆ）に示す。水硬ペースト１２ｂの硬化により生じた硬化体１２ｃが削孔６１ｂの開口を塞いでいるとともに、削孔６１ｂの内壁面とアンカーボルト８１との間に密に充填されている。アンカーボルト８１は、張コンクリート６１に定着し、その基端部の雄ねじ８１ｂにナット８３が螺合して支柱８２が固定されている。リブ８１ａのアンカー効果によってアンカーボルト８１は、硬化体１２ｃからの引抜強度を向上させている。

このように、本発明の水硬性組成物を用いた注入方式のあと施工アンカー工法によれば、定着剤カプセル１０を水２１に所定時間浸漬するだけで、水硬性組成物１２に所要量の水２１を吸収させることができるので、水を溢したり計量ミスを生じたりする恐れがあるカートリッジへの注水や、注水後のカートリッジの振盪を要しない。その結果、不慣れな作業者であっても簡便にかつ確実に作業をすることができるので均質な施工が可能で、施工管理を簡素化できるとともに、施工効率を向上させることができる。

その結果作業者は、定着剤カプセル１０の水２１への浸漬時間を厳密に管理せずに済む上、定着剤カプセル１０の透水性筒状容器１１の除去工程（図１（ｂ）参照）からアンカーボルト８１の削孔６１ｂへの挿入工程（図２（ｅ）参照）までを、時間的余裕をもって確実に行うことができる。

なお、水硬ペースト１２ｂの注入工程が終了し、かつシリンダカートリッジ３０の筒体３２内の水硬ペースト１２ｂが注入チューブ３１ｃからすべて排出されて筒体３２内が空となった後に、筒体３２の内壁面を洗浄する工程を行ってもよい。この場合、注入ガン５０のピストン５３が蓋体３４を兼ねていることが好ましい。それによれば、作業者が送出しロッド５６を引いてピストン５３（蓋体３４）を開口３３から取り出した後、筒体３２の内壁を洗浄できる（図１（ｄ）及び（ｅ）参照）。さらにこの洗浄は、ノズル３１ｂを筒体３２から取り除いた後に行うことが好ましい。さらに留め具３１ｄを緩めてノズル３１ｂから注入チューブ３１ｃを取り外し、ノズル３１ｂ及び注入チューブ３１ｃも洗浄することがより好ましい。この洗浄工程において、水やブラシを用いて水硬ペースト１２ｂをこそぎ落してもよい。洗浄工程によれば、筒体３１、ノズル３１ｂ、及び注入チューブ３１ｃを使い捨てとせずに再使用することができるので、廃棄物及び施工コストの低減に資する。この洗浄工程は、水硬ペースト１２ｂの注入工程の直後に行っても、これに引き続くアンカーボルト８１の挿入工程の終了後に行ってもよい。

またアンカー素子の先端は、アンカー素子の基端面に平行な面を有しているという所謂寸切り形状、角錐形状、円錐形状、又は半球形状をなしていてもよく、アンカー素子先端部の互いに向かい合う弧からそれの先端の延長方向へ夫々延びて形成された二つの斜面が弧と向かい合う辺を共有しているという所謂両面カット形状をなしていてもよく、アンカー素子先端部の互いに向かい合う弧からそれの基端方向へ延びて形成された二つの斜面が弧と向かい合う辺を共有しているという所謂先端二又割れ形状をなしていてもよい。

本発明の水硬性組成物を用いたカプセル方式のあと施工アンカー工法の工程を、図３に示す。同図は、上水道資機材として供用される既設の鉄筋コンクリート製ボックスカルバートのせん断耐力を高めることを目的として施される工事の一例として、カプセル方式のあと施工アンカー工法の工程を示している。

図３（ａ）に示すように、ボックスカルバートの鉄筋コンクリート躯体６３の背面６３ｂは地盤６４に接しており、構造鉄筋８４の周りにコンクリートが打設されている。まず鉄筋コンクリート躯体６３へ、構造鉄筋８４と段違いで交差するように、内側面６３ａから背面６３ｂに向かいコアボーリングマシン７１を用いて削孔６３ｃを形成する。さらに同図（ｂ）に示すように、定着剤カプセル１０を水２１に浸漬し、水硬性組成物１２に水２１を吸収させる。定着剤カプセル１０の透水性筒状容器１１は、紙のような易破砕性の不織シート製である。吸水後の定着剤カプセル１０を、削孔６３ｃに挿し込む。

次いで図３（ｃ）に示すように、作業者は手９０でハンマー７２を握り、このハンマー７２で、アンカー素子である尖形をなした補強鉄筋８５の基端部に打撃を加えながら、削孔６３ｃに補強鉄筋８５を挿し込む。補強鉄筋８５の尖った先端に突き破られた透水性筒状容器１１から、水硬ペースト１２ｂが削孔６３ｃ内に流出する。補強鉄筋８５は、水硬ペースト１２ｂを押し退けながら削孔６３ｃ内を進む。補強鉄筋８５の先端が削孔６３ｃの内壁面に突き当たり、補強鉄筋８５の基端が削孔６３ｃ内の水硬ペースト１２ｂに埋没した時点で、ハンマー７２による打撃を終了する。なお、ハンマー７２に代えて電動工具であるハンマードリル（不図示）を用いて、補強鉄筋８５に回転と打撃とを加えることによって、これを削孔６３ｃに挿し込んでもよい。

作業者は必要に応じ、水２１に浸漬した別な定着剤カプセル１０を、さらに削孔６３ｃに挿入し、再度補強鉄筋８５を挿入する。水硬ペースト１２ｂは凝結始発に達するまで、１５〜３０分間という比較的長時間を要し、その間高い流動性を失わない。さらに水硬ペースト１２ｂは、凝結始発から凝結終結に達するまで２０〜３５分間という長時間を要するので、あと施工アンカー工法に不慣れな作業者であっても作業内容を逐次確認しながら確実に施工することができる。

作業者は、図３（ａ）に示す削孔形成工程を繰り返し、夫々異なる箇所に複数の削孔６３ｃを形成する。さらに削孔６３ｃごとに同図（ｂ）及び（ｃ）に示す工程を繰り返し、鉄筋コンクリート躯体６３の複数箇所に補強鉄筋８５を打ち込む。このようなあと施工アンカー工法による施工を経た鉄筋コンクリート躯体６３を同図（ｄ）示す。水硬ペースト１２ｂの硬化により生じた硬化体１２ｃが削孔６３ｃの開口を塞いでいるとともに、削孔６３ｃの内壁面と補強鉄筋８５との間に密に充填されている。補強鉄筋８５は、複数の構造鉄筋８４と立体的に交差しつつ、鉄筋コンクリート躯体６３に定着している。このように鉄筋同士を交差させることにより、鉄筋コンクリート躯体６３のせん断耐力をより高めることができる。

本発明の水硬性組成物を適用した実施例、及び本発明を適用外である比較例を、以下に示す。

（水硬性組成物の調製）
原材料である早強ポルトランドセメント（宇部三菱セメント株式会社製）アルミナセメント（デンカ株式会社製、アルミナセメント１号溶融品）、急結剤（株式会社ノリタケカンパニーリミテッド製、二水石膏＋半水石膏）、強度増進剤（シリカフューム、ＢＡＳＦジャパン株式会社製、製品名：SILICA FUME SILICIUM）、細骨材（珪砂７号、日瓢礦業株式会社製、製品名：Ｎ７０号）、凝結時間調整剤（クエン酸三ナトリウム）、及び遅延型流動化剤（ライオン・スペシャリティ・ケミカルズ株式会社製、製品名：レオパック（登録商標）Ｇ−２００）を、表１に示すように夫々量りとってミキサーに投入して撹拌し、実施例用の水硬性組成物を調製した。

実施例で用いたものと同じ早強ポルトランドセメントのみからなる水硬性組成物を、比較例として用いた。

（定着剤カプセルの作製）
上記で調製した実施例及び比較例の水硬性組成物の５００ｇを、坪量４０ｇ／ｍ^２でヒートロン紙からなる不織シート製透水性筒状容器に封入して、長さ３００ｍｍで径３４ｍｍである実施例及び比較例の定着剤カプセルを、夫々得た。

（水／セメント比の測定）
実施例の定着剤カプセルの重量を計測した後、これを２０℃の水道水に３分浸漬してから取り出して重量を測定した。定着カプセルの重量について、浸漬後重量に対する浸漬前重量の百分率である水／セメント比を求めたところ、２７％であった。

（圧縮試験）
水／セメント比の測定後、実施例の定着剤カプセルの透水性筒状容器を破壊し、凝集した定着剤を取り出して、先端にキャップを嵌めた筒先と基端に開口とを有するシリンダカートリッジに入れた。回転ロッドの先端部に撹拌羽を有している撹拌棒（藤原産業株式会社製、製品名：ペイントミキサーＳＰＭ−４）の基端部を回転工具である電動インパクトドライバーに接続させた撹拌機を用い、開口から撹拌羽をシリンダカートリッジに挿し入れて１分間掻き回して撹拌し、凝集した定着剤をシリンダカートリッジ内で分散させて実施例の水硬ペーストを調製した。実施例の水硬ペーストを型枠に流し入れ、ＪＩＳＡ１１０８（２００６）に準拠して実施例の硬化体を作製した。この硬化体について同規格に準拠して圧縮強度試験を行い、養生３時間後、１日後、３日後、７日後、及び２８日後の圧縮強度（Ｎ／ｍｍ^２）を測定した。その結果、なお、すべての養生条件を２０℃、相対湿度９０％、とした。結果を表２に示す。

実施例と同様に操作して、比較例の硬化体を作製し、圧縮強度を測定した。結果を表２に示す。

実施例の水硬性組成物を用いた硬化体は、わずか３時間の養生で５０Ｎ／ｍｍ^２の圧縮強度を示し、７日後には２８日間養生を行った硬化体のおよそ９０％の圧縮強度にまで達した。実施例の水硬性組成物は、短期間の養生であっても極めて高い圧縮強度を示すことが分かった。一方、比較例の水硬性組成物を用いた硬化体は、実施例のものと比較して、著しく低い圧縮強度しか示さなかった。

（アンカーボルトの引張試験）
１０００×１０００×３０００ｍｍのコンクリート塊に、ハンマードリルを用いて削孔径２８ｍｍの削孔を形成した。このコンクリート塊に定着させるアンカーボルト（ＪＩＳＧ３１１２（２０１０）に規定するＳＤ３４５異形棒鋼、呼び名Ｄ２２、公称断面積３．８７１ｃｍ^２；長さ１０００ｍｍ、先端４５度斜めカット）の定着長を、２２０ｍｍとするため、削孔長を２４５ｍｍとした。実施例の定着剤カプセルを、水／セメント比の２０℃の水道水に３分浸漬した。圧縮試験における操作と同様にして、水硬ペーストを調製した。シリンダカートリッジの開口に蓋体を嵌め、筒先に螺合したキャップを取り外して、注入量指示マークを外周面に有する注入チューブを接続したノズルを筒先に螺合させ、シリンダカートリッジを注入ガンにセットした。次いで注入チューブを削孔へ挿し込んで削孔へ水硬ペーストを注入した。注入ガンを手前に引きながら水硬ペーストの注入を継続した。注入量指示マークの全体が削孔の開口から出没したところで、注入を終了した。その後アンカーボルトを、削孔に手で回転させながら挿し入れ、アンカーボルトをコンクリート塊に定着させた。気温２０℃で１日養生を行って硬化体を生成させた後、油圧ポンプと、これにつながっており油圧ポンプで発生させた油圧によってコンクリート塊からアンカーボルトを引き抜く方向へ引っ張る油圧ジャッキと、油圧ジャッキで生じた荷重を計測するロードセルと、アンカーボルトの変位量を計測する変位計とを、有する引張試験機を用い、ＪＩＳＧ３１１２（２０１０）に準拠して引張試験を行った。なお、サンプル数をＮ＝３とした。結果を図４（ａ）に示す。

比較例の定着剤カプセルについて、実施例と同様に操作して引張試験を行った。なお、サンプル数をＮ＝１とした。結果を図４（ａ）に示す。

図４（ａ）は、実施例の水硬性組成物を用いてコンクリート塊に定着させたアンカーボルトの引張試験の結果を示すグラフであり、変位量と荷重との相関を示している。横軸はアンカーボルトの変位量（ｍｍ）を、縦軸はこのアンカーボルトの引張荷重（ｋＮ）を夫々示している。同図（ａ）に示すように、引張荷重が、ＪＩＳＧ３１１２（２０１０）に規定されているアンカーボルトの降伏点である１３３．５ｋＮ（グラフ中、１２０〜１４０ｋＮ間に付された実線）を超え、同規格に規定される破断点（引張強さ）である１８９．６ｋＮ（グラフ中、１８０〜２００ｋＮ間に付された実線）に達しても、削孔の壁面と硬化体との間が破断したり、アンカーボルトがコンクリート塊から抜けたりしなかった。なお、アンカーボルトが破断する恐れがあるため、引張荷重が１９０ｋＮに達した時点で試験を終了した。一方比較例の水硬性組成物を用いた場合、ＪＩＳ規格に規定されている降伏点に達する前に、硬化体がアンカーボルトごと削孔から抜けてしまった。

（線膨張試験）
線膨張測定器（株式会社丸菱科学機械製作所製）を用いて線膨張試験を行った。この線膨張測定器は、開口した天面及び長手方向と短手方向とを有して直方体形状をなしている型枠と、この型枠の短手方向の一つである変位面に接続して型枠の外方へ延び変位面とともに変位する測定子と、この測定子の変位量を検出する変位センサとを、有している。変位センサは情報処理記憶装置に電気的に接続している。

実施例の定着剤カプセルを用いて、気温２０℃・相対湿度８０％以上の環境下、水温２０℃の水道水に３分間浸漬したこと以外は、圧縮試験と同様に操作して水硬ペーストを調製した。この水硬ペーストを型枠の天面から流し入れて型枠内空を隙間なく充填した。上記の環境を保ったまま、水硬ペーストを養生して変位センサで変位量を検出し、水硬ペーストの硬化過程における一軸線膨張を連続的に計測した。結果を図４（ｂ）に示す。

比較例の定着剤カプセルについて、実施例と同様に操作して線膨張試験を行った。結果を図４（ｂ）に示す。

図４（ｂ）は水硬ペーストの一軸線膨張試験の結果を示すグラフである。このグラフは、時間と変位量との相関を示している。横軸は時間（時間）であり、縦軸は変位量（ｍｍ）である。太線は実施例を、細線は比較例を、夫々示している。試験開始直後に、実施例の変位量は増加し、その後に変位量がほぼ一定で、変位量の減少が見られない。このことから、水硬ペーストは試験開始直後にわずかに膨張し、その後収縮を生じないことが分かった。このことは、本発明の水硬性組成物が、硬化開始時にわずかな膨張を示し、かつ無収縮のセメント含有組成物であることを示している。それにより、本発明の水硬性組成物によれば、硬化体と削孔の内壁面とが密着するため、アンカー素子をコンクリート躯体に高い強度で定着させることができることが分かった。一方比較例の変位量は、試験開始直後から殆ど増加していない。このことは、比較例の水硬性組成物がその硬化過程で膨張しないため硬化体が削孔の壁面に密着せず、アンカー素子が低い強度でしか定着できないことを示している。

本発明の水硬性組成物は、既存のコンクリート製人工構造物のせん断耐力を高めたり、それに工作物を取り付けたりする際、アンカーボルトや鉄筋のようなアンカー素子を定着させるのに用いられる。

１０は定着剤カプセル、１１は透水性筒状容器、１２は水硬性組成物、１２ａは凝集体、１２ｂは水硬ペースト、１２ｃは硬化体、２０はトレイ、２１は水、３０はシリンダカートリッジ、３１は筒先、３１ａはキャップ、３１ｂはノズル、３１ｃは注入チューブ、３１ｄは留め具、３１ｅは注入量指示マーク、３２は筒体、３３は開口、３４は蓋体、４０は撹拌機、４１は回転工具、４２は回転ロッド、４３は撹拌羽、４３ａは開口部、４３ｂは板部、４３ｃは舌片部、４３ｄは突出部、５０は注入ガン、５１は先端側支持部、５２は本体支持部、５３はピストン、５４は操作部、５４ａはトリガー、５４ｂは把持部、５５は基端部、５６は送出しロッド、６１は張コンクリート、６１ａは表面、６１ｂは削孔、６２は法面、６３は鉄筋コンクリート躯体、６３ａは内側面、６３ｂは背面、６３ｃは削孔、６４は地盤、７１はコアボーリングマシン、７１ａはコアドリル、７２はハンマー、８１はアンカーボルト、８１ａはリブ、８１ｂは雄ねじ、８２は支柱、８３はナット、８４は構造鉄筋、８５は補強鉄筋、９０は手である。

Claims

注入方式アンカー素子定着法とカプセル方式アンカー素子定着法との両用で、かつ水との接触により硬化する水硬性組成物であって、ポルトランドセメント、アルミナセメント、及び急結剤を含有する水硬成分と、強度増進剤と、細骨材と、ポリカルボン酸エーテルを含む遅延型流動化剤と、凝結時間調整剤とを含み、ＪＩＳＧ５９０１（２０１６）に準拠した前記細骨材の粒度区分を４〜８号としており、
前記ポルトランドセメントを２０〜５０質量部、前記アルミナセメントを２０〜５０質量部、前記急結剤を１０〜３０質量部、前記強度増進剤を１〜１０質量部、前記細骨材を１０〜４０質量部、前記凝結時間調整剤を１〜１０質量部、前記遅延型流動化剤を０．４〜０．８質量部とすることを特徴とする水硬性組成物。
前記ポルトランドセメント及び前記アルミナセメントが、２０〜３０μｍの平均粒子径を有する粉体であることを特徴とする請求項１に記載の水硬性組成物。
前記強度増進剤が、シリカ微粒子及び／又はカオリンを含んでいることを特徴とする請求項１又は２に記載の水硬性組成物。
前記シリカ微粒子が、シリカフュームであることを特徴とする請求項３に記載の水硬性組成物。
請求項１から４のいずれかに記載の水硬性組成物が透水性筒状容器に封入されている定着剤カプセルと水とを接触させることにより、前記水硬性組成物に前記水を吸収させて前記水硬性組成物を凝集させる工程と、
凝集した前記水硬性組成物を、前記透水性筒状容器から取り出して、先端に筒先と基端に開口とを有するシリンダカートリッジに入れた後、押圧に応じて前記シリンダカートリッジ内を前記筒先に向かって移動する蓋体を前記開口から入れる工程と、
前記蓋体を押圧して前記水硬性組成物を前記筒先から押し出して、コンクリート躯体に開けられた削孔に注入する工程と、
前記削孔にアンカー素子を挿入し前記水硬性組成物に突き刺して、前記水硬性組成物を硬化させる工程とを、
有することを特徴とするアンカー素子定着方法。
凝集した前記水硬性組成物を、前記シリンダカートリッジ内で掻き回して撹拌し、前記水硬性組成物を分散させて水硬ペーストを調製することを特徴とする請求項５に記載のアンカー素子定着方法。
注入量指示マークを付した注入チューブを先端部に嵌めているノズルが前記筒先に取り付けられており、前記注入チューブを前記削孔に挿し込んで前記水硬性組成物を注入しつつ前記注入チューブを前記削孔から抜去する方向に前記シリンダカートリッジを移動させ、前記注入量指示マークが前記削孔から出没したときに、前記水硬性組成物の注入を終了することを特徴とする請求項５又は６に記載のアンカー素子定着方法。
前記水と前記定着剤カプセルとを、３〜５分間接触させることを特徴とする請求項５から７のいずれかに記載のアンカー素子定着方法。
前記注入する工程の後に、前記シリンダカートリッジの内壁面を洗浄する工程を有していることを特徴とする請求項５から８のいずれかに記載のアンカー素子定着方法。
前記透水性筒状容器が、紙を含んでいることを特徴とする請求項５から９のいずれかに記載のアンカー素子定着方法。