JP6985547B1 - グラウト材料、グラウトモルタル組成物及び硬化体 - Google Patents

Abstract

【課題】流動性が高く、自己治癒効果をより高めることができるグラウト材料、グラウトモルタル組成物及び硬化体を提供する。【解決手段】セメント、膨張材、ガス発泡物質、減水剤、細骨材からなるグラウト材料であって、ＳＯ３の量が０．５質量％以上１０．０質量％以下、ＭｇＯの量が０．１質量％以上３．０質量％以下である、グラウト材料。【選択図】なし

Description

本発明は、土木・建築業界において使用されるグラウト材料、グラウトモルタル組成物及びグラウトモルタル組成物を用いてなる硬化体に関する。

グラウト材料は、モルタル、コンクリートの作業性や充填性を改善し、グラウト工事を円滑に行うために使用されている。
主な用途としては、地下構造物の施工、橋梁支承部の据付け、各種機械類の据付け、耐震補強における壁、柱の間隙充填等であり、構造物の間隙を充填して一体化するために、（１）充填箇所および充填方法等に応じた所要の流動性、（２）充填後にブリーディング、沈下および空隙を発生させない無収縮性、（３）構造物の使用条件に応じた所要の各種強度などが要求される（例えば、非特許文献１参照）。

セメント硬化体は、セメントの水和又は乾燥に伴って体積が減少することから、ひび割れが発生したり、既存構造体との付着性能が低下したりする危険性がある。ひび割れの発生は美観を損ねるばかりか、構造物の安定性、防水性及び水密性に悪影響を与える危険性がある。
そのため、セメントの収縮を補償し、ひび割れ発生抑制や、構造体との付着性能を保持する目的で、使用される膨張材としては、例えば、３ＣａＯ・３Ａｌ_２Ｏ_３・ＣａＳＯ_４（アウイン）、ＣａＳＯ_４及びＣａＯを主成分とするカルシウムサルホアルミネート系(アウイン系膨張材)、遊離石灰を主成分とする石灰系（石灰系膨張材）のほか、遊離石灰−水硬性物質−セッコウ類を含有してなる膨張材等がある。

セメント、膨張材の他、特定の減水剤を組み合せることにより、温度依存性が少なく、流動性・充填性保持効果が著しく高く、長期に亘り強度増進効果を付与したグラウト材料が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
さらに、優れた流動性、泡発生の抑制、最適な長さ変化率、体積膨張率を保持した高強度グラウト材料が提案されている（例えば、特許文献２参照）。

しかしながら、従来のグラウト材料は、流動性が低く、硬化体にひび割れが発生し、またひび割れ発生後も、自己治癒効果が低い課題がある。

特許３８９４７８０号公報 国際公開第２００７／０２９３９９パンフレット

新セメント・コンクリート用混和材料、３０４−３０７頁、笠井芳夫・坂井悦郎著、技術書院、平成１９年1月１５発行

そこで、本発明は、流動性が高く、自己治癒効果をより高めることができるグラウト材料、グラウトモルタル組成物及び硬化体を提供することを目的とする。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、本発明者らは、上記課題を解決すべく、種々の努力を重ねた結果、特定量のＳＯ_３、ＭｇＯを含有することで、流動性が高く、自己治癒効果をより高めることができ、耐久性が向上できることを知見し、本発明を完成するに至った。本発明の要旨は、以下のとおりである。
［１］セメント、膨張材、ガス発泡物質、減水剤、細骨材からなるグラウト材料であって、ＳＯ_３の量が０．５質量％以上１０．０質量％以下、ＭｇＯの量が０．１質量％以上３．０質量％以下である、グラウト材料。
［２］前記膨張材は、テルネサイトを含有し、前記テルネサイトの含有量は、前記膨張材１００質量部に対して、０．０５質量部以上２０質量部以下である、［１］に記載のグラウト材料。
［３］さらに急硬材を含有し、前記急硬材は、カルシウムアルミネートを含有し、前記カルシウムアルミネートがＣａＯ／Ａｌ_２Ｏ_３モル比１．２以上３．０以下であり、前記カルシウムアルミネートの含有割合は、前記セメント１００質量部に対して、２質量部以上２０質量部以下である、［１］又は［２］に記載のグラウト材料。
［４］前記細骨材の含有割合は、前記セメント１００質量部に対して、４０質量部以上３００質量部以下である、［１］〜［３］のいずれかに記載のグラウト材料。
［５］さらに亜硝酸塩を含有し、前記亜硝酸塩の含有割合は、セメント１００質量部に対して、２質量部以上２０質量部以下である、［１］〜［４］のいずれかに記載のグラウト材料。
［６］［１］〜［５］のいずれかに記載のグラウトモルタル材料と水とを含有するグラウトモルタル組成物。
［７］［６］に記載のグラウトモルタル組成物を用いてなる硬化体。

本発明によれば、流動性が高く、自己治癒効果をより高めることができるグラウト材料、グラウトモルタル組成物及び硬化体を提供することができる。

以下、本発明を詳細に説明する。
なお、本明細書における部や質量％は特に規定しない限り質量基準である。
また、本明細書でいうグラウトモルタルとは、粗骨材のないペースト、細骨材を含有するモルタルを総称するものである。

本発明のグラウト材料は、セメント、膨張材、ガス発泡物質、減水剤、細骨材を含有してなるものであり、ＳＯ_３の量が０．５質量％以上１０．０質量％以下、ＭｇＯの量が０．１質量％以上３．０質量％以下である。
本発明におけるグラウト材料は、含有するＳＯ_３、ＭｇＯの量に着目し、ＳＯ_３、ＭｇＯの量がグラウト材料の流動性、自己治癒効果に影響することを突き止めた。すなわち、グラウト材料に含まれるＳＯ_３の量が０．５質量％未満、ＭｇＯの量が０．１質量％未満であると、流動性が低下し、自己治癒効果が低くなってしまう。また、ＳＯ_３の量が１０.０質量％、ＭｇＯの量が３．０質量％を超えると、流動性が低下し、自己治癒効果の低下をもたらしてしまう。
グラウト材料に含まれるＳＯ_３の量は、流動性を高め、自己治癒効果を向上させる観点から、０．５質量％以上であることが好ましく、０．７質量％以上であることがより好ましく、０．８質量％以上であることがさらに好ましい。また、グラウト材料に含まれるＳＯ_３の量は、同様の観点から、１０．０質量％以下であることが求められるが、８．０質量％以下であることが好ましく、６．０質量％以下であることがさらに好ましい。
グラウト材料に含まれるＭｇＯの量は、流動性を高め、自己治癒効果を向上させる観点から、０．１質量％以上であることが好ましく、０．１５質量％以上であることがより好ましく、０．２質量％以上であることがさらに好ましい。また、グラウト材料に含まれるＭｇＯの量は、同様の観点から、３．０質量％以下であることが好ましく、２．０質量％以下であることがより好ましく、１．０質量％以下であることがさらに好ましい。

グラウト材料に含まれるＳＯ_３、ＭｇＯ量の量は、例えば、グラウト材料を作製する際にＳＯ_３、ＭｇＯを含有する混和剤を添加して調整することができる。また、ＳＯ_３、ＭｇＯ量は、蛍光Ｘ線回折法（ＸＲＦ）で測定することができる。

本発明で使用するセメントとは、特に限定されるものではなく、普通、早強、超早強、低熱および中庸熱等の各種セメント、これらのセメントに、高炉スラグやフライアッシュやシリカフュームなどを混合した各種混合セメント、都市ゴミ焼却灰や下水汚泥焼却灰を原料として製造された環境調和型セメント（エコセメント）、市販されている微粒子セメントなどが挙げられ、各種セメントや各種混合セメントを微粉末化して使用することも可能である。また、通常セメントに使用されている成分（例えばセッコウ等）量を増減して調整されたものも使用可能である。
本発明では、高い流動性、塩害抵抗性や鉄筋との付着強度、防錆の観点から、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。

本発明で使用するセメントは、製造コストや強度発現性の観点から、セメントのブレーン比表面積値は、２，５００ｃｍ^２／ｇ以上７，０００ｃｍ^２／ｇ以下であることが好ましく、２，７５０ｃｍ^２／ｇ以上６，０００ｃｍ^２／ｇ以下であることがより好ましく、３，０００ｃｍ^２／ｇ以上４，５００ｃｍ^２／ｇ以下であることがさらに好ましい。
ブレーン比表面積値は、ＪＩＳ Ｒ ５２０１（セメントの物理試験方法）に準拠して求められる。

本発明で使用する膨張材は、特に限定されるものではなく、膨張性水和物を生成させ、ブリーディングを抑制するものであれば、いかなるものでも使用可能である。
膨張材として遊離石灰、遊離マグネシア、カルシウムフェライト、エトリンガイト系、石灰系、エトリンガイト−石灰複合系を含むものが知られ特に限定されるものではないが、長期安定性の観点から、遊離石灰を含むものが好ましい。遊離石灰を含むものとしては、例えば、遊離石灰−無水セッコウ系、遊離石灰−水硬性化合物系、ならびに、遊離石灰−水硬性化合物−無水セッコウ系などが挙げられる。
本発明で使用する膨張材は、テルネサイトを含有することが好ましい。テルネサイトは、５ＣａＯ・２ＳｉＯ_２・ＳＯ_３で表される鉱物であり、水硬反応を促進する。又、テルネサイト自体はほとんど反応しないためフィラーのような役割を果たして、流動性保持性を良好にすると推定される。そのため、高温時でも流動性の保持効果を保つことができる。
テルネサイトの含有量は、膨張材１００質量部に対して、０．０５質量部以上２０質量部以下であることが好ましく、０．１質量部以上１８質量部以下であることがより好ましく、０．５質量部以上１５質量部以下であることがさらに好ましい。テルネサイトの含有量が上記範囲内であることで、硬化促進と流動性保持性をともに良好にすることができる。
本発明では、膨張性能が良好なことから、遊離石灰−水硬性化合物−無水セッコウ系を用いることが好ましく、特に遊離石灰の含有量が４０質量％を超えるものが好ましい。
ここで、水硬性化合物としては、例えば、アウイン、カルシウムフェライト、カルシウムアルミノフェライト、カルシウムシリケート、カルシウムアルミネートなどの１種または２種以上が挙げられる。本発明では、膨張材としては、市販の膨張材や静的破砕材が利用できる。
膨張材や静的破砕材は各社より市販されており、その代表例としては、例えば、デンカ社製「デンカＣＳＡ♯２０」、「デンカパワーＣＳＡ」、太平洋マテリアル社製「エクスパン」、「ハイパーエクスパン」、「Ｎ−ＥＸ」、「ブライスター」やこれらの粉砕品などが挙げられる。

本発明で使用する膨張材の粒度は、特に限定されるものではないが、ブレーン比表面積値で２，０００ｃｍ^２／ｇ以上２５，０００ｃｍ^２／ｇ以下の範囲のものが好ましく、２，２００ｃｍ^２／ｇ以上１５，０００ｃｍ^２／ｇ以下のものがより好ましく、２，４００ｃｍ^２／ｇ以上１０，０００ｃｍ^２／ｇ以下のものがさらに好ましい。膨張材のブレーン比表面積値が上記下限値以上であることで、ブリーディングを抑制することができる。また、膨張材のブレーン比表面積値が上記上限値以下であることで、十分な膨張性を得ることができる。

本発明で使用する膨張材の含有割合は、セメント１００質量部に対して、０．５質量部以上２０質量部以下が好ましく、１．０質量部以上１８質量部以下がより好ましく、２質量部以上１５質量部以下がさらに好ましい。膨張材の含有割合が上記下限値以上であることで、ひび割れ抑制効果を得やすくなる。膨張材の含有割合が上記上限値以下であることで、強度発現性が良好となる。膨張材の含有割合が上記範囲内であることで、本発明の効果を満たすグラウト材料、即ち、流動性を高め、自己治癒効果を向上させるグラウトモルタル材料とすることが容易になる。

本発明のグラウト材料は、セメント、膨張材、ガス発泡物質、減水剤、細骨材とともに、凝結を促進し、短期での強度増進を図るの観点から、急硬材を含有させることが可能である。
本発明に使用する急硬材としては、凝結を促進し、短期での強度増進を図るものであれば、特に限定されるものではない。急硬材は、凝結を促進するものとして、ギ酸カルシウムに代表される有機酸のカルシウム塩、硝酸塩、硫酸塩、炭酸塩、チオシアン酸塩、アミン類、無水マレイン酸、水ガラスに代表される珪酸塩、硫酸アルミニウム、及び、ミョウバンに代表されるアルミニウム塩、カルシウムアルミネート（アルミン酸カルシウム）、アルミン酸塩等が挙げられる。これらの中では、強度発現性の点から、アルミン酸塩が好ましく、カルシウムアルミネート（ＣＡ）を含むことが好ましい。カルシウムアルミネートは、石膏と併用することで強度発現性が良好となる観点でより好ましい。石膏の使用量は、カルシウムアルミネート１００質量部に対して、８０質量部以上２５０質量部以下であることが好ましく、９０質量部以上２２０質量部以下であることがより好ましく、１００質量部以上２００質量部以下であることがさらに好ましい。石膏の含有割合が上記下限値以上であることで、早期硬化性を得やすくなる。また、石膏の含有割合が上記上限値以下であることで、強度発現性、自己治癒効果が良好となる。石膏の含有割合が上記範囲内であることで、本発明の効果を満たす補修モルタル材料の早期硬化性、自己治癒効果を向上させるグラウト材料とすることが容易になる。
カルシウムアルミネートは、カルシア原料とアルミナ原料などを混合して、キルンで焼成し、あるいは、電気炉で溶融し冷却して得られるＣａＯとＡｌ_２Ｏ_３とを主成分とする水和活性を有する物質の総称であり、結晶質、又は非晶質のいずれであっても使用可能である。硬化時間が早く、初期強度発現性が高い材料である。カルシウムアルミネートの代表的なものとしてはアルミナセメントが挙げられ、通常、市販品が使用できる。例えば、アルミナセメント１号、アルミナセメント２号などが使用できる。なかでも、アルミナセメントよりも短時間で硬化し、その後の初期強度発現性が高い点から、溶融後に急冷した非晶質カルシウムアルミネートが好ましい。
カルシウムアルミネートのなかでも、ＣａＯとＡｌ_２Ｏ_３とのモル比（ＣａＯ／Ａｌ_２Ｏ_３モル比）は、１．２以上３．０以下であることが好ましく、１．７以上２．５以下であることがより好ましい。モル比が上記範囲内であることで、硬化時間をより短縮して初期強度発現性を高めることができる。

本発明では、カルシウムアルミネート中に含まれる不純物は１５質量％以下であることが初期強度発現性の点から好ましく、１０質量％以下であることがさらに好ましい。ここで不純物とは、ＣａＯとＡｌ_２Ｏ_３以外の物質をいう。該不純物が１５質量％を超えると硬化に時間を費やし、さらに低温時には固まらない場合がある。不純物の代表例としては、酸化ケイ素や酸化マグネシウムや酸化硫黄が挙げられるが、その他に、有機物、アルカリ金属酸化物、アルカリ土類金属酸化物、酸化チタン、酸化鉄、アルカリ金属ハロゲン化物、アルカリ土類金属ハロゲン化物、アルカリ金属硫酸塩、該アルカリ土類金属硫酸塩等がＣａＯやＡｌ_２Ｏ_３の一部に置換又は固溶したものがある。しかし、これらに限定されない。

本発明で使用するカルシウムアルミネートのガラス化率は、反応活性の面で７０質量％以上が好ましく、９０質量％以上がより好ましい。ガラス化率が７０質量％未満であると初期強度発現性が低下する場合がある。カルシウムアルミネートのガラス化率は、反応活性の点で７０質量％以上が好ましく、９０質量％以上がより好ましい。ガラス化率は、測定サンプルについて、粉末Ｘ線回折法により結晶鉱物のメインピーク面積Ｓを予め測定し、その後１，０００℃で２時間加熱後、（１〜１０℃）／分の冷却速度で徐冷し、粉末Ｘ線回折法による加熱後の結晶鉱物のメインピーク面積Ｓ_０を求め、これらのＳ_０及びＳの値を用い、次の式を用いてガラス化率_Ｘを算出する。
ガラス化率_Ｘ（質量％）＝１００×（１−Ｓ／Ｓ_０）
カルシウムアルミネートの粒度は、初期強度発現性の面で、ブレーン比表面積値３，０００ｃｍ^２／ｇ以上が好ましく、５，０００ｃｍ^２／ｇ以上がより好ましい。カルシウムアルミネートの粒度が上記下限値以上であることで、硬化時間が短くなることで初期強度発現性が良好となり、自己治癒性能が良好となる。

本発明で使用する急硬材の含有割合は、セメント１００質量部に対して、１質量部以上３０質量部以下であることが好ましく、３質量部以上２５質量部以下であることがより好ましく、５質量部以上２０質量部以下であることがさらに好ましい。また、急硬材としてカルシウムアルミネートを含有する場合、カルシウムアルミネートの含有割合は、セメント１００質量部に対して、２質量部以上２０質量部以下であることが好ましく、３質量部以上１８質量部以下であることがより好ましく、４質量部以上１５質量部以下であることがさらに好ましい。急硬材の含有割合が上記下限値以上であることで、早期硬化性、ひび割れ抑制効果を得やすくなる。また、急硬材の含有割合が上記上限値以下であることで、強度発現性が良好となる。急硬材の含有割合が上記範囲内であることで、自己治癒効果を向上させることが容易となり、本発明の効果を満たす補修モルタル材料を得られる。

本発明で使用するガス発泡物質とは、グラウトモルタル組成物を施工した後、まだ固まらない状態のグラウト材料がブリーディングによる沈下や収縮するのを抑止する目的で用いものをいう。本発明で使用するガス発泡物質としては、水と混練後に気体を発生するものであればよく、特に限定されるものではない。

ガス発泡物質としては、植物油及び鉱物油等の油状物質が挙げられる。また、ガス発泡物質としては、ステアリン酸で表面処理した燐片状のアルミニウム粉末、及びアトマイズ製法で製造したアルミニウム粉末等の粉末物質が挙げられる。また、ガス発泡物質としては、アゾ化合物、ニトロソ化合物及びヒドラジン誘導体等のアルカリ雰囲気下で窒素ガスを発泡する窒素ガス発泡物質が挙げられる。また、ガス発泡物質としては、過炭酸ナトリウム、過炭酸カリウム及び過炭酸アンモニウムなどの過炭酸塩、過ホウ酸ナトリウムや過ホウ酸カリウム等の過ホウ酸塩、過マンガン酸ナトリウム及び過マンガン酸カリウムなどの過マンガン酸塩、並びに、過酸化水素等の過酸化物質が挙げられる。
本発明で使用するガス発泡物質としては、沈下抑制効果が大きいことから、ステアリン酸等で表面処理したアルミニウム粉末を用いることが好ましい。

本発明で使用するガス発泡物質として使用する窒素ガス発泡物質は、グラウト材料中に含まれるセメントが、水と共に練混ぜた際に生成するアルカリとの反応により、窒素ガスを発生する化合物を含有するものであり、一酸化炭素、二酸化炭素、及びアンモニアなどのガスを副生してもよい。
本発明で使用する窒素ガス発泡物質としては、構造物と一体化させるために、また、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、さらには、乾燥状態に置かれた際のひび割れ抵抗性を向上させるために使用できるものであれば特に限定されるものではない。

ガス発泡物質の含有割合は、セメント１００質量部に対して、０．０００１質量部以上１質量部以下が好ましく、０．０００５質量部以上０.５質量部以下がより好ましく、０．００１質量部以上０.２質量部以下がさらに好ましい。ガス発泡物質の含有割合が上記下限値以上であることで、充分な初期膨張効果を付与することができる。また、ガス発泡物質の含有割合が上記上限値以下であることで、強度発現性が良好となる。

本発明で使用する減水剤は、各材料の分散を助けるとともに、練り上がったグラウトモルタルの流動性を付与する役割を担う。

本発明で使用する減水剤は、特に限定されるものではなく、例えば、ナフタレン系減水剤、メラミン系流減水剤、アミノスルホン酸系減水剤、及びポリカルボン酸系減水剤が挙げられ、本発明ではこれら減水剤のうちの一種又は二種以上が使用可能である。
減水剤の具体例としては、例えば、ナフタレン系減水剤としては、エヌエムビー社製商品名「レオビルドＳＰ−９シリーズ」、花王社製商品名「マイティ２０００シリーズ」、及び日本製紙社製商品名「サンフローＨＳ−１００」などが挙げられる。メラミン系減水剤としては、日本シーカ社製商品名「シーカメント１０００シリーズ」及び日本製紙社製商品名「サンフローＨＳ−４０」などが挙げられる。アミノスルホン酸系減水剤としては、藤沢薬品工業社製商品名「パリックＦＰ−２００シリーズ」などが挙げられる。ポリカルボン酸系減水剤としては、エヌエムビー社製商品名「レオビルドＳＰ−８シリーズ」、グレースケミカルズ社製商品名「ダーレックススーパー１００ＰＨＸ」、及び竹本油脂社製商品名「チューポールＨＰ−８シリーズ」、「チューポールＨＰ−１１シリーズ」などが挙げられる。
減水剤には粉末状のものも存在する。具体的には、ナフタレン系減水剤としては、花王社製商品名「マイティ１００」、三洋化成工業社製商品名「三洋レベロンＰ」、及び第一工業製薬社製商品名「セルフロー１１０Ｐ」などが挙げられる。メラミン系減水剤としては、ＢＡＳＦポゾリス社製「メルメントＦ１０Ｍ」などが挙げられる。ポリカルボン酸系減水剤としては、例えば、三菱化成社製商品名「クインフロー７５０」や花王社製商品名「ＣＡＤ９０００Ｐ」などが挙げられる。

減水剤の含有割合は、セメント１００質量部に対して、固形分換算で０．１質量部以上２質量部以下が好ましく、０．２質量部以上１．８質量部以下がより好ましく、０．３質量部以上１．０質量部以下がさらに好ましい。減水剤の含有割合が上記下限値以上であることで、十分な流動性を得ることができる。また、減水剤の含有割合が上記上限値以下であることで、材料分離を抑制することができる。

本発明で使用する細骨材の化学成分は、ＣａＯの割合が８５質量％以上、ＳｉＯ_２の割合が０．２質量％以上１５質量％以下であることが好ましい。細骨材の化学成分として、ＣａＯの割合及びＳｉＯ_２の割合が上記範囲内であることで、高い流動性、中性化抵抗性や鉄筋との付着強度、防錆に優れるグラウト材料が得られる。
ＣａＯの割合は、８７質量％以上であることが好ましく、８９質量％以上であることがより好ましく、９１質量％以上であることがさらに好ましい。ＣａＯの割合の上限は、特に限定されないが、９９質量％以下であることが好ましく、９８．５質量％以下であることがより好ましい。
ＳｉＯ_２の割合は、０．２５質量％以上１３質量％以下であることが好ましく、０．３質量％以上１１質量％以下であることがより好ましく、０．４質量％以上１０質量％以下であることがさらに好ましい。
細骨材の化学成分を上記範囲内及び後述範囲内にするために、珪砂、方解石、変成岩であるスカポライト、火成岩である石英、カリ長石等を混合させて調製する。化学成分は、本発明の範囲に入るよう、蛍光Ｘ線回折で確認しながら、各岩を混合し調整する。なお、本発明で使用する細骨材の化学成分は、酸化物換算で計算したものである。

本発明で使用する細骨材としては、通常のセメントモルタルやコンクリートに使用するものと同様の細骨材が使用可能である。即ち、川砂、砕石、砕砂、石灰砂、けい砂、色砂、及び人工軽量骨材等が使用可能であり、これらを組み合わせることも可能である。特に、流動性を高め、自己治癒効果を目的とした用途では、シリカ質のけい砂や石灰砂の使用が好ましく、細骨材の粒度は、ＪＩＳ６〜８号が好ましい。細骨材の粒度が上記範囲内であることで、十分な流動性及び自己治癒効果が得られる。

細骨材の含有割合は、セメント１００質量部に対して、４０質量部以上３００質量部以下であることが好ましく、４５質量部以上２７５質量部以下であることがより好ましく、５０質量部以上２５０質量部以下であることがさらに好ましい。細骨材の含有割合が上記範囲内であることで、十分な流動性及び自己治癒効果が得られる。

本発明のグラウト材料は、セメント、膨張材、ガス発泡物質、減水剤、細骨材とともに、自己治癒効果を向上させる観点から、亜硝酸塩を含有させることが可能である。亜硝酸塩としては、特に限定されるものではないが、亜硝酸リチウム、亜硝酸ナトリウム、亜硝酸カリウム、亜硝酸カルシウム、亜硝酸マグネシウム、及び亜硝酸バリウムが挙げられ、これらのうち、自己治癒効果に優れ、アルカリ骨材反応に対して影響のない亜硝酸リチウム及び亜硝酸カルシウムが好ましい。亜硝酸塩の形態としては粉体でも溶液でも特に限定されるものではない。

亜硝酸塩の含有割合は、セメント１００質量部に対して、２質量部以上２０質量部以下が好ましく、５質量部以上１８質量部以下がより好ましく、７質量部以上１６質量部以下がさらに好ましい。亜硝酸塩の含有割合が上記範囲内であることで、流動性を高め、自己治癒効果を向上させることができる。

本発明のグラウト材料は、セメント、膨張材、ガス発泡物質、減水剤、細骨材とともに、強度発現性の改善や耐酸性の向上、可使時間の確保に加えて、寸法安定性を良好にする観点から、シリカ質微粉末を含有させることが可能である。

シリカ質微粉末としては、高炉水砕スラグ微粉末等の潜在水硬性物質、フライアッシュや、シリカフュームなどのポゾラン物質を挙げることができ、中でも、シリカフュームが好ましい。
シリカフュームの種類は限定されるものではないが、流動性の観点から、不純物としてＺｒＯ_２を１０％以下含有するシリカフュームや、酸性シリカフュームの使用がより好ましい。酸性シリカフュームとは、シリカフューム１ｇを純水１００ｃｃに入れて攪拌した時の上澄み液のｐＨが５．０以下の酸性を示すものをいう。

シリカ質微粉末の粉末度は特に限定されるものではないが、通常、高炉水砕スラグ微粉末とフライアッシュは、ブレーン値で３，０００ｃｍ^２／ｇ以上９，０００ｃｍ^２／ｇ以下の範囲にあり、シリカフュームは、ＢＥＴ比表面積で２万ｃｍ^２／ｇ以上３０万ｃｍ^２／ｇ以下の範囲にある。

シリカ質微粉末の含有割合は、セメント１００質量部に対して、１質量部以上２０質量部以下が好ましく、２質量部以上１５質量部以下がより好ましく、３質量部以上１０質量部以下がさらに好ましい。シリカ質微粉末の含有割合が上記下限値以上であることで、強度発現性の改善、耐酸性の向上、可使時間の確保、及び寸法安定性を良好にすることができる。また、シリカ質微粉末の含有割合が上記上限値以下であることで、流動性を向上させ、自己治癒効果を向上させることができる。

本発明では、性能に悪影響を与えない範囲で、凝結調整剤、ＡＥ剤、防錆剤、撥水剤、抗菌剤、着色剤、防凍剤、石灰石微粉末、高炉徐冷スラグ微粉末、下水汚泥焼却灰やその溶融スラグ、都市ゴミ焼却灰やその溶融スラグ、及びパルプスラッジ焼却灰等の混和材料、消泡剤、増粘剤、収縮低減剤、スチールファイバー、ビニロンファイバー、炭素繊維、及びワラストナイト繊維等の繊維物質、ポリマー、ベントナイト、セピオライトなどの粘土鉱物、並びに、ハイドロタルサイトなどのアニオン交換体等のうちの一種又は二種以上を、本発明の目的を実質的に阻害しない範囲で使用することが可能である。

本発明のグラウト材料において、各材料の混合方法は特に限定されるものではなく、それぞれの材料を施工時に混合しても良いし、あらかじめ一部を、あるいは全部を混合しておいても差し支えない。
混合装置としては、既存のいかなる装置、例えば、傾胴ミキサ、オムニミキサ、ヘンシェルミキサ、Ｖ型ミキサ、及びナウタミキサなどの使用が可能である。

本発明のグラウトモルタル組成物は、既述の本発明のグラウト材料と水とを含有するものであり、グラウト材料と水とを混錬してなる。
本発明の練り混ぜ水量は、使用する目的・用途や各材料の含有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、グラウト材料１００質量部に対して、１０質量部以上７０質量部以下であることが好ましく、１４質量部以上６５質量部以下であることがより好ましく、１６質量部以上６０質量部以下であることがさらに好ましい。練り混ぜ水量が上記下限値以上であることで、流動性の低下を抑制し、発熱量が極めて大きくなることを抑制することができる。また、練り混ぜ水量が上記上限値以下であることで、強度発現性を確保することができる。

本発明において、グラウト材料と水との練り混ぜ方法は特に限定されるものではないが、回転数が９００ｒｐｍ以上のハンドミキサ、通常の高速グラウトミキサ、又は二軸型の強制ミキサを使用することが好ましい。

ハンドミキサや高速グラウトミキサでの練り混ぜは、例えば、ペール缶等の容器やミキサにあらかじめ所定の水を入れ、その後ミキサを回転させながらグラウトモルタル組成物を投入し、３分以上練り混ぜることが好ましい。又、強制ミキサでの練り混ぜは、例えば、あらかじめグラウトモルタル組成物をミキサに投入し、ミキサを回転させながら所定の水を投入し、少なくとも４分以上練り混ぜることが好ましい。練り混ぜ時間が所定時間未満では、練り不足のため適切なグラウトモルタルの流動性が得られない場合がある。
練り混ぜられたグラウトモルタルは、通常、手動式注入ガン、ダイヤフラム式手押しポンプ、あるいは、スクイズ式等のモルタルポンプにより施工箇所まで圧送し、充填施工されることで、本発明のグラウトモルタル組成物を用いてなる硬化体となる。

以下、本発明の実験例に基づいて、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。

実験例１
セメント１００質量部に対して、膨張材１１．１質量部、ガス発泡物質０．００２５質量部、減水剤０．５質量部を含有し、急硬材、細骨材、亜硝酸塩をセメント１００質量部に対して表１に示す質量部を含有するように調製し、グラウト材料を得た。次いで、当該グラウト材料について、蛍光Ｘ線回折によりＳＯ_３含有量を測定し、かつ、蛍光Ｘ線回折によりＭｇＯ含有量を測定したうえで、その測定値を考慮しながら、最終的なグラウト材料において下記表１に記載のＳＯ_３含有量及びＭｇＯ含有量となるようにＳＯ_３含有混和剤（材質名：硫酸カリウム）、ＭｇＯ含有混和剤（材質名：炭酸マグネシウム）を混合し、グラウト材料を調製した。
得られたグラウト材料１００質量部に対して、水２３質量部で混練しグラウトモルタル組成物を調製した。
調製したグラウトモルタル組成物の流動性、自己治癒効果を測定した。結果を表１に併記する。

＜使用材料＞
・セメント：試製セメント（セメント工場の調合原料及び化学成分の調整に各種市販の純薬を用いた。）、ブレーン値３，４５０ｃｍ^２／ｇ
・膨張材：ＣａＯ原料、Ａｌ_２Ｏ_３原料、ＳｉＯ_２原料、ＣａＳＯ_４原料を配合し、混合粉砕した後１，２００℃で焼成してクリンカを合成し、ボールミルを用いてブレーン比表面積で３，０００ｃｍ^２／ｇに粉砕して、作製した。なお、テルネサイトの同定と含有量は、蛍光Ｘ線から求めた化学組成と粉末Ｘ線回折の同定結果に基づいて計算により求めた。膨張材１００質量部に含まれるテルネサイトの含有量を表１に示す。
・ガス発泡物質：ステアリン酸で表面処理した燐片状のアルミニウム粉末、市販品
・減水剤：ナフタレン系減水剤、市販品（第一工業製薬社製「セルフロ−１１０Ｐ」）
・水：水道水
・細骨材：石灰砂、０．６ｍｍ下を５０％、０．６〜１．２ｍｍを５０％混合したものを使用した。
・急硬材Ａ：ＣａＯ４３％、Ａｌ_２Ｏ_３５３％となるように調整し、電気炉で溶融・急冷した非晶質カルシウムアルミネート、ガラス化率９８％以上、ブレーン比表面積６，０５０ｃｍ^２／ｇ、カルシウムアルミネート１００質量部に石膏を１５０質量部混合したものを用いた。
・急硬材Ｂ：ギ酸カルシウム、試薬
・急硬材Ｃ：硝酸カルシウム、試薬
・亜硝酸塩：亜硝酸リチウム水溶液、固形分濃度４０％を用い、表１に示す質量部は固形分の量を示す。

＜測定項目＞
・流動性：ＪＳＣＥ−Ｆ ５４１に準拠し、３０℃環境下のＪ_１４漏斗流下値で練混ぜ直後と３０分後に測定した。
・自己治癒効果：ＪＩＳＡ６２０６に準拠し鉄筋拘束条件下で１０ｃｍ×１０ｃｍ×４０ｃｍの形状でグラウト材を打設し、材齢５６日後、供試体表面に歪ゲージを取り付け曲げ試験を行い、ひび割れ幅が０．１ｍｍのひび割れが生じた時点で、曲げ試験を終了させた。その後、湿度９８質量％、３５℃の条件下で２８日静置後、湿度６０質量％、２０℃の条件下で７日静置を５サイクル繰り返えし、ひび割れが閉塞している面積割合（閉塞した面積／ひび割れが生じた面積）を測定し、自己治癒効果を確認した。

表１の結果より、特定量のＳＯ_３、ＭｇＯを含有することで高い流動性、自己治癒効果を示すことを確認した。

本発明のグラウト材料は、特定量のＳＯ_３、ＭｇＯを含有することで高い流動性、自己治癒効果を持つグラウト材料、グラウトモルタル組成物およびそのグラウト方法を提供することが可能となり、橋脚の鋼板巻き立て工法、大型しゅう座の充填工法、補強鉄筋の定着材、その他の間隙充填、コンクリートの断面修復、セルフレベリング床材等、並びに、土木・建築用途等、広範囲に利用できる。

Claims (8)

1. セメント、膨張材、ガス発泡物質、減水剤、細骨材からなるグラウト材料であって、前記膨張材がテルネサイトを含有するグラウト材料。
2. ＳＯ _３ の量が０．５質量％以上１０.０質量％以下、ＭｇＯの量が０．１質量％以上３．０質量％以下である、請求項１に記載のグラウト材料。
3. 前記テルネサイトの含有量は、前記膨張材１００質量部に対して、０．０５質量部以上２０質量部以下である、請求項１又は２に記載のグラウト材料。
4. さらに急硬材を含有し、
   前記急硬材は、カルシウムアルミネートを含有し、
   前記カルシウムアルミネートがＣａＯ／Ａｌ_２Ｏ_３モル比１．２以上３．０以下であり、
   前記カルシウムアルミネートの含有割合は、前記セメント１００質量部に対して、２質量部以上２０質量部以下である、請求項１〜３のいずれか１項に記載のグラウト材料。
5. 前記細骨材の含有割合は、前記セメント１００質量部に対して、４０質量部以上３００質量部以下である、請求項１〜４のいずれか１項に記載のグラウト材料。
6. さらに亜硝酸塩を含有し、
   前記亜硝酸塩の含有割合は、セメント１００質量部に対して、２質量部以上２０質量部以下である、請求項１〜５のいずれか１項に記載のグラウト材料。
7. 請求項１〜６のいずれか１項に記載のグラウト材料と水とを含有するグラウトモルタル組成物。
8. 請求項７に記載のグラウトモルタル組成物を用いてなる硬化体。