JP7002223B2 - スラブ軌道用モルタル - Google Patents

Description

本発明は、軌道スラブとコンクリート路盤の間に使用されるスラブ軌道用モルタルに関する。

従来、軌道保守作業の省力化を目的として、軌道スラブとコンクリート路盤との間にセメントアスファルトモルタル（以下、ＣＡモルタル）をてん充したスラブ軌道が新幹線や在来線に多く採用されてきた。このＣＡモルタルてん充層は、レールを直結するコンクリート製軌道スラブとコンクリート路盤との間にあって、軌道スラブの支持と列車走行時の荷重、衝撃、振動等を吸収分散させるための緩衝層として設けられている。そして、このＣＡモルタルてん充層には、セメント、アスファルト乳剤、砂および遅延剤などより構成されたＣＡモルタルが、一般的に使用されてきた。しかし、これを寒冷地に使用した場合には、凍結融解抵抗性が不十分のため劣化が進行し、補修が必要となっているのが現状である。

これに対応するため、合成樹脂エマルジョンと空気連行剤を併用することによりモルタル硬化体組織が緻密となり吸水率を小さくすること、および耐凍害性に有効な気泡が導入される結果、優れた耐久性を付与させることが報告されている（特許文献１）。

特開２００４－０４３２０７号公報

しかし、施工時の温度、モルタル混練方法、混練時間、混練容量によって、空気連行剤による耐凍害性に有効な気泡量の導入は大きく変動するため、実用性には大きな課題があった。

従って本発明の課題は、施工条件に左右されず耐凍害性に優れ、軌道スラブを支持する強度発現性を有し、更には緩衝層としての適度な弾性を有し、施工性にも優れるスラブ軌道用モルタルを提供することにある。

そこで、本発明者らは、上記の課題を解決すべく種々検討した結果、特定量のセメント、細骨材、アスファルト乳剤、ゴム粉及び水を含有し、ゴム粉を最大粒子径５００μｍ以下、平均粒子径５０～３００μｍ、含有量３～２５体積％/モルタルとすることにより、耐凍害性に優れ、施工性も良好で、さらにスラブ軌道の支持および緩衝層としても優れるスラブ軌道用モルタルが得られるという知見を得て、本発明を完成するに至った。

すなわち、本発明は、次の〔１〕を提供するものである。

急硬性セメント１００質量部、細骨材２５～２５０質量部、アスファルト乳剤５０～２００質量部、凝結調整剤０．０１～２質量部、ゴム粉及び水２０～１５０質量部を含有し、ゴム粉が、最大粒子径５００μｍ以下、平均粒子径５０～３００μｍ、含有量３～２５体積％/モルタルであり、材齢２８日のヤング率が３２０～８００Ｎ／ｍｍ ² であり、材齢１時間の圧縮強度が０．１Ｎ／ｍｍ ² 以上、材齢２８日の圧縮強度が１～１０Ｎ／ｍｍ ² であり、土木学会の旧Ｊロート法（Ｊ１０ロート）によるフロータイムが３５秒以下であることを特徴とするスラブ軌道用モルタル。

本発明のスラブ軌道用モルタルを用いれば、従来では施工条件に左右されやすかった耐凍害性を安定して向上させることができ、軌道スラブを支持する強度発現性を有し、緩衝層としての機能も有し、施工性にも優れるため、新幹線や在来線への施工に適する。

本発明のスラブ軌道用モルタルは、セメント、細骨材、アスファルト乳剤、ゴム粉、及び水を含有する。

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、中庸熱等の各種ポルトランドセメント、高炉セメントやフライアッシュセメントのような混合セメント、スラグを主成分とする特殊セメント等の公知のセメントが挙げられる。これらセメントを単独または２種以上を組み合わせて使用しても良い。

また、本発明で使用する好ましいセメントとしては、速硬性、急硬性混和材を配合したセメント、超速硬セメント等の公知の急硬性セメントが挙げられる。スラブ軌道の交換作業が夜間における列車の通過する間合いで行なわれる場合は、急硬性が必須要件として求められる。速硬性、急硬性混和材としては、ＣａＯとＡｌ₂Ｏ₃を主成分とする化合物、固溶体、ガラス質もしくはこれらが混合したものであって、水和活性物質であれば何れのものでも良い。また、エトリンガイト生成による初期強度発現性増進作用を付与するため無水や２水等の石膏を併用してもよい。これらセメントおよび急硬性セメントを単独または２種以上を組み合わせて使用しても良い。

さらに急硬性セメントを使用する場合は、適度な施工時間と初期強度発現性を確保するため、一般に凝結調整剤を使用する。凝結調整剤としては、セメントに使用できるものであれば限定されないが、例えば有機酸又はその塩、糖類、アルミン酸塩及び炭酸塩から選ばれる１種又は２種以上が挙げられる。
凝結調整剤の使用量は、施工時間の確保と強度発現性のバランスの点から、セメント１００質量部に対して、０．０１～２質量部が好ましく、０．０２～１．５質量部がより好ましい。

本発明で使用する細骨材としては、特に制限されるものではなく、通常のモルタル、コンクリートに使用される細骨材を何れも使用できる。例えば、硅砂や軽量骨材などが挙げられる。
細骨材の使用量は、セメント１００質量部に対して２５～２５０質量部が好ましく、５０～２００質量部がより好ましい。２５質量部未満の場合、ＣＡモルタル内のゴム粉の分散性が低下しやすく、耐凍害性が低下することがある。２５０質量部を超える場合は、材料分離が発生しやすく、施工性も低下しやすくなるので好ましくない。

本発明で使用するアスファルト乳剤としては、特に制限されるものではない。アスファルト乳剤として使用するアスファルトとしては、例えば、天然アスファルト、ストレートアスファルト、ブローンアスファルト、セミブローンアスファルト、溶剤脱瀝アスファルト等が挙げられる。これらの公知のアスファルトを含有する乳剤が挙げられる。これらのアスファルト乳剤は、単独または２種以上を組み合わせて使用しても良い。アスファルト乳剤は、一般的に固形分４５～７０質量％を含む乳剤であるのが好ましい。
アスファルト乳剤の使用量は、セメント１００質量部に対して５０～２００質量部が好ましく、６０～１８０質量部がより好ましい。５０質量部未満の場合、緩衝層としての性能が不十分となりやすく、２００質量部を超える場合は、強度発現性が低下し、列車通過時に生じる振動の影響により耐久性が低下しやすくなるので好ましくない。

本発明で使用するゴム粉としては、適度な弾性を有すれば、特に制限されるものではなく、例えば、天然ゴムやＳＢＲ（スチレンブタジエンゴム）やＮＢＲ（ニトリルゴム）等の公知のものが挙げられ、乗用車、トラック、バスで使用された廃タイヤを粉砕したものが経済性・環境性から好ましい。これらゴム粉は、単独または２種以上を組み合わせて使用しても良い。

ゴム粉の最大粒子径は５００μｍ以下であり、より好ましくは３００μｍである。５００μｍより大きいと強度発現性や施工性が大きく低下する場合がある。ゴム粉の平均粒子径は５０～３００μｍであり、より好ましくは７５～２５０μｍである。５０μｍより小さいと粉砕等微粒子化に要する手間が多くなるため経済的でなく、３００μｍより大きいと耐凍害性が大きく低下する場合がある。ゴム粉の使用量は、モルタルの３～２５体積％であり、より好ましくは５～２０体積％である。３体積％未満では耐凍害性が大きく低下する場合があり、２５体積％を超えると施工性や強度発現性が大きく低下する場合がある。

本発明のスラブ軌道用モルタルに使用する水の量は、セメント１００質量部に対して、１０～２００質量部が好ましく、２０～１５０質量部がより好ましい。１０質量部未満では、施工性が大きく低下する場合があり、２００質量部を超えると強度発現性や材料分離防止の点から好ましくない。

本発明のスラブ軌道用モルタルには、前記成分の他、耐凍害性、施工性、強度発現性、更には緩衝層として支障を及ぼさない範囲で、必要により他のモルタル・コンクリートに使用される混和剤、例えば、減水剤、分散剤、流動化剤、増粘剤、膨張材、消泡剤、収縮低減剤、防錆剤、繊維などのほか、フライアッシュ、ベントナイト、高炉スラグなどの混和材などを配合することができる。

本発明のスラブ軌道用モルタルの作製方法は特段限定されるものではなく、一例を示すとグラウトミキサーにアスファルト乳剤と水を計量した後、事前にドライミックスした残りの成分を投入し、適度に混練を行なえば良い。

本発明のスラブ軌道用モルタルは、施工条件に左右されずに優れた耐凍害性を有するとともに、弾性及び強度発現性に優れる、さらに施工性も良好である。

本発明のスラブ軌道用モルタルは、衝撃、振動等を吸収分散させるための緩衝層として十分な性能を得る点から、材齢２８日のヤング率が１０００Ｎ／ｍｍ²以下が好ましく、８００Ｎ／ｍｍ²以下がより好ましい。

本発明のスラブ軌道用モルタルは、列車通過時に生じる振動の影響による耐久性を維持する点、及び衝撃、振動等を吸収分散させるための緩衝層としての十分な性能を得る点から材齢２８日の圧縮強度が１～１０Ｎ／ｍｍ²が好ましく、２～８Ｎ／ｍｍ²がより好ましい。また、スラブ軌道の交換作業が夜間における列車の通過する間合いで行なわれる場合は、材齢１時間で０．１Ｎ／ｍｍ²以上が好ましい。

本発明のスラブ軌道用モルタルは、充填性低下によって未充填箇所が発生するのを防止し、緩衝層として十分な性能を得る点、施工時のポンプ圧送性を維持する点から土木学会の旧Ｊロート法（Ｊ１０ロート）によるフロータイムが３５秒以下が好ましく、３０秒以下がより好ましい。

本発明のスラブ軌道用モルタルは、新幹線や在来線に多く採用されている軌道スラブとコンクリート路盤との間に使用され、列車走行時の荷重、衝撃、振動等を吸収分散させるための緩衝層として有用であり、施工性にも優れるため、特に既存緩衝層の補修にも有用である。

以下、実施例により本発明を具体的に詳しく説明する。なお、実施例１及び９は参考例である。

以下に示すＡ～Ｈから選定される材料を表１の配合割合となるよう使用した。なお、材料Ｂを用いる配合は、凝結遅延剤としてクエン酸（試薬）をセメント１００質量部に対して、０．２質量部配合した。また、ゴム粉は密度１．２ｇ／ｃｍ³として、作製したモルタルに体積換算で表１となるよう配合した。スラブ軌道用モルタルは、２０℃でセメント、細骨材、アスファルト乳剤、ゴム粉、および水を用いて作製し、フロータイム、圧縮強度、ヤング率、耐凍害性を測定した。結果を表２に記す。

＜使用材料＞
Ａ；セメント（太平洋セメント株式会社製早強ポルトランドセメント）
Ｂ；急硬性セメント（試作品、普通ポルトランドセメント７０質量部、速硬性混和材Ｆａｃｅｔ（太平洋マテリアル株式会社製）３０質量部を混合）
Ｃ；細骨材（栃木県日光市産、比重２．６０、ＦＭ値１．６）
Ｄ；アスファルト乳剤（市販品）
Ｅ；水（水道水）
Ｆ；ゴム粉１（最大粒子径３００μｍ、平均粒径１５０μｍ、試作品）
Ｇ；ゴム粉２（最大粒子径５００μｍ、平均粒径２５０μｍ、試作品）
Ｈ；ゴム粉３（最大粒子径１ｍｍ、平均粒径５５０μｍ、試作品）

＜試験方法＞
フロータイム；土木学会の旧Ｊロート法（Ｊ１０ロート 容量６４０ｃｃ）の流下時間を測定した。
圧縮強度；モルタルを直径５ｃｍ×高さ１０ｃｍに成形して、ＪＩＳ Ａ １２１６「土の一軸圧縮試験方法」に準じて材齢１時間と２８日で測定した。但し、材料分離を生じたり、流動性が著しく低いため均質な供試体が作製できなかった場合は測定しなかった。
ヤング率；モルタルを直径５ｃｍ×高さ１０ｃｍに成形して、材齢２８日で０～０．０３Ｎ／ｍｍ²で２回予備載荷後、３回目にＪＩＳ Ａ １２１６「土の一軸圧縮試験方法」に準じて圧縮強度を測定し、応力ひずみ曲線の原点と最大応力の１／３ピーク点の割線より求めた。
耐凍害性；ＪＩＳ Ａ １１４８「コンクリートの凍結融解試験方法」のＡ法（水中凍結融解試験方法）に準拠して成形２８日後の供試体を用いて、３００サイクル後の相対動弾性係数（％）を測定し、７５％以上を良好、７５％未満を不良とした。

表２の結果から、ゴム粉、骨材、アスファルト乳剤および水が過剰、過少あるいは含まれない場合（比較例１、２、４、５、６、７、８、９）、ゴム粉の粒径が過大である場合（比較例３）には、耐凍害性や流動性が不良となったり、ヤング率が高く緩衝層として不十分であったり、十分な圧縮強度が得られないものとなった。これに対し、本発明のスラブ軌道用モルタルは、流動性が良好で、さらに硬化後の強度発現性、ヤング率、耐凍害性も良好であることがわかる。

Claims (1)

1. 急硬性セメント１００質量部、細骨材２５～２５０質量部、アスファルト乳剤５０～２００質量部、凝結調整剤０．０１～２質量部、ゴム粉及び水２０～１５０質量部を含有し、ゴム粉が、最大粒子径５００μｍ以下、平均粒子径５０～３００μｍ、含有量３～２５体積％/モルタルであり、材齢２８日のヤング率が３２０～８００Ｎ／ｍｍ ² であり、材齢１時間の圧縮強度が０．１Ｎ／ｍｍ ² 以上、材齢２８日の圧縮強度が１～１０Ｎ／ｍｍ ² であり、土木学会の旧Ｊロート法（Ｊ１０ロート）によるフロータイムが３５秒以下であることを特徴とするスラブ軌道用モルタル。