JP7118527B2 - グラウト - Google Patents

Description

本発明は、グラウト組成物及びグラウトに関する。

土木・建築分野において、構造物の隙間に対して流動性が良好なグラウトモルタル等のセメント系グラウト材を充填することが行われている。この際、充填する隙間の大きさによって、グラウト材に求められる流動性が異なる。

例えば１０ｃｍ以上の広い隙間にグラウト材を充填するときは、ある程度の流動性（例えば、ＪＳＣＥ－Ｆ ５４１－１９９９「充てんモルタルの流動性試験方法」に規定されるＪ１４漏斗を用いた流下時間で６～１０秒）であれば、充填可能である。一方で、より狭い隙間、例えば３ｃｍ以下の隙間に充填する場合は、上述したグラウト材よりも高い流動性のグラウト材が使用される（例えば、特許文献１及び２）。

特開２０１２－０５１７４１号公報 特開２０１２－１３６４０３号公報

ところで、セメントを主体とするグラウト材はセメントの特性に影響を受けやすいため、セメントの品質によっては２５℃以上の高温環境下で使用した場合、しまりやすくなり、可使時間が確保しにくいという課題があった。また、グラウト材は間隙に対して用いられることもあるため、硬化後に隙間ができないように初期膨張性も求められている。

したがって、本発明は、高温環境下であっても可使時間を十分に確保することができ、且つ硬化時の初期膨張性に優れるグラウト組成物及びグラウトを提供することを目的とする。

本発明者は、上記課題について鋭意検討を重ねた結果、特定のセメント及び発泡剤の含有量を調整することで、可使時間を十分に確保しつつ、硬化時の初期膨張性に優れるグラウト組成物及びグラウトが得られることを見出した。

すなわち、本発明は例えば以下のとおりである。
［１］セメント成分と、膨張材と、発泡剤とを含み、セメント成分において、普通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、混合セメント及びエコセメントからなる群から選択される少なくとも一種のセメント類の含有率が、セメント成分全質量を基準として８５質量％以上であり、発泡剤の含有量が、セメント成分１００質量部に対して０．０００１～０．００５質量部である、グラウト組成物。
［２］骨材の含有量が、セメント成分１００質量部に対して１０質量部以下である、［１］のグラウト組成物。
［３］セメント成分の含有率が、グラウト組成物全質量を基準として９０～９８質量％である、［１］又は［２］のグラウト組成物。
［４］増粘剤を更に含み、増粘剤の含有量が、セメント成分１００質量部に対して０．０１～０．１質量部である、［１］～［３］のいずれかのグラウト組成物。
［５］消泡剤を更に含み、消泡剤の含有量が、セメント成分１００質量部に対して０．００１～０．０８質量部である、［１］～［４］のいずれかのグラウト組成物。
［６］［１］～［５］のいずれかのグラウト組成物と、水とを含み、水の含有量が、セメント成分１００質量部に対して２８～４０質量部である、グラウト。

本発明によれば、高温環境下であっても可使時間を十分に確保することができ、且つ硬化時の初期膨張性に優れるグラウト組成物及びグラウト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。

本実施形態のグラウト組成物は、セメント成分と、膨張材と、発泡剤とを含む。

セメント成分は、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；高炉スラグ、フライアッシュ又はシリカフュームを含む混合セメント；エコセメント；速硬性セメント等が挙げられる。セメント成分は、一種を単独で用いてもよく、二種以上を併せて用いてもよい。

本実施形態のセメント成分において、普通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、混合セメント及びエコセメントからなる群から選択される少なくとも一種のセメント類の含有率が、セメント成分全質量を基準として８５質量％以上である。当該セメント類の含有率が上記範囲外であると、２５℃以上の高温条件下において可使時間を確保しにくくなる。当該セメント類の含有率は、より可使時間を確保しやすくするという観点から、セメント成分全質量を基準として９０質量％以上であってもよく、９５質量％以上であってもよく、９８質量％以上であってもよく、１００質量％であってもよい。

本実施形態のセメント成分において、早強セメント、超早強セメント、速硬性セメント、及び／又はアルミナセメントの含有率は、セメント成分全質量を基準として１５質量％未満であってもよく、１０質量％以下であってもよく、５質量以下であってもよく、２質量％以下であってもよく、０質量％であってもよい。早強セメント、超早強セメント、速硬性セメント、及び／又はアルミナセメントの含有率が上記範囲内であれば、２５℃以上の高温条件下において可使時間を更に確保しやすくなる傾向にある。

セメント成分は、グラウト組成物全質量を基準として９０～９８質量％であることが好ましく、９２～９８質量％であることがより好ましく、９５～９８質量％であることが更に好ましい。セメント成分の含有量が上記範囲内であれば、より良好な流動性を得やすくなる。

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（ＪＩＳ Ａ ６２０２：２００８）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）、アーウィンを主成分とする膨張材（エトリンガイト系膨張材）、遊離生石灰とエトリンガイト生成物質の複合系膨張材が挙げられる。膨張材は、一種を単独で用いてもよく、二種以上を併せて用いてもよい。膨張材はブレーン比表面積が２０００～６０００ｃｍ^２／ｇのものを使用することが好ましい。

膨脹材の含有量は、セメント成分１００質量部に対して１～４．５質量部であることが好ましく、１．２～４質量部であることが好ましく、１．５～３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、可使時間を確保しつつ、硬化後にひび割れを起こしにくい傾向にある。

発泡剤は特に限定されず、例えば水と混練後に気体を発生する物質であればよい。発泡剤としては、アルミニウムや亜鉛等の両性金属の粉末、過酸化物質等が挙げられる。発泡剤としては、効果的に発泡し、膨張作用をより一層発揮することができるという観点から、アルミニウム粉末が好ましい。

発泡剤の含有量は、セメント成分１００質量部に対して０．０００１～０．００５質量部である。発泡剤の含有量が上記範囲外であると、硬化時の初期膨張性に乏しい恐れや過度に膨張して強度低下を招く恐れがある。発泡剤の含有量は、硬化時においてより適切な膨張性能を発揮しやすくするという観点から、セメント成分１００質量部に対して０．０００２～０．００２質量部であることが好ましく、０．０００３～０．００１質量部であることがより好ましい。

本実施形態のグラウト組成物は、消泡剤を含有してもよい。消泡剤は、一般のコンクリートに使用される消泡剤であれば特に限定されず、例えば、鉱油系消泡剤、エステル系消泡剤、アミン系消泡剤、アミド系消泡剤、ポリエーテル系消泡剤、シリコン系消泡剤が挙げられる。

消泡剤の含有量は、セメント成分１００質量部に対して０．００１～０．０８質量部であることが好ましく、０．００２～０．０５質量部であることがより好ましく、０．００３～０．０２質量部であることが更に好ましい。消泡剤の含有量が上記範囲内であれば、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優れたものになりやすい。

本実施形態のグラウト組成物は、増粘剤を含有してもよい。増粘剤の種類は特に限定されず、例えば、セルロース系増粘剤、アクリル系増粘剤、グアーガム系増粘剤が挙げられる。増粘剤としてはセルロース系増粘剤が好ましい。セルロース系増粘剤としては、例えば、カルボキシメチルセルロース、メチルセルロース、ヒドロキシプロピルメチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロースが挙げられる。増粘剤は、一種を単独で用いてもよく、二種以上を併せて用いてもよい。

増粘剤の含有量は、セメント成分１００質量部に対して０．０１～０．１質量部であることが好ましく、０．０１５～０．０８質量部であることがより好ましく、０．０２～０．０６質量部であることが更に好ましい。増粘剤の含有量が上記範囲内であれば、より良好な流動性が得られやすく、ブリーディングが発生しにくい傾向にある。

本実施形態のグラウト組成物は、本発明の効果を損なわない範囲で細骨材を含んでもよい。細骨材としては、例えば、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。細骨材は、一種を単独で用いてもよく、二種以上を併せて用いてもよい。

細骨材の含有量は、セメント成分１００質量部に対して１０質量部以下であることが好ましく、５質量部以下であることがより好ましく、２質量部以下であることが更に好ましい。また、本実施形態のグラウト組成物において、細骨材は実質的に含まれなくてもよい。本明細書において「細骨材は実質的に含まれない」とは、セメント成分１００質量部に対して０～０．５質量部であるものを指す。細骨材の含有量が上記範囲内であれば、より小さな間隙に対しての充填性が向上しやすくなる。

本実施形態のグラウト組成物には、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、しまり剤、防水剤、防錆剤、収縮低減剤、保水剤、顔料、撥水剤、白華防止剤、繊維、ポリマーが挙げられる。

本実施形態のグラウト組成物は、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、ハンドミキサ、傾胴ミキサ、二軸ミキサ等が挙げられる。

本実施形態のグラウト組成物は、水と混合してグラウト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、セメント成分１００質量部に対して２８～４０質量部であることが好ましく、３０～３８質量部であることがより好ましく、３２～３６質量部であることが更に好ましい。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。

本実施形態のグラウトの調製は、通常のグラウト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。

本実施形態のグラウト組成物及びグラウトは、２５℃以上といった高温環境下であっても可使時間を十分に確保することができ、且つ硬化時の初期膨張性に優れるものである。そのため、本実施形態のグラウト組成物及びグラウトは、狭い間隙や空洞等への補修・補強・充填材料としての間隙充填用グラウトとしても使用でき、また高温条件下であっても長時間流動性を確保することができるため、トンネル内等の高温環境下での使用にも適している。本実施形態のグラウトの使用方法は適宜選択することができ、例えば、間隙部に流し込み充填する方法等が選択できる。

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。

実施例で用いる材料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
早強セメント
・膨張材（生石灰系膨張材）
・しまり材（カルシウムアルミネート系）
・減水剤（メラミン系減水剤）
・消泡剤（ポリエーテル系消泡剤）
・発泡剤（アルミニウム粉末）

［グラウトの調製］
各材料を表１に示す割合とし、グラウト組成物を配合設計した。３０℃又は２５℃環境下において、表１で配合設計したグラウト組成物の各材料及び水を円筒容器に添加し、ハンドミキサで９０秒間混練して、グラウトを約１３Ｌ作製した。水は、セメント１００質量部に対して３４質量部（３０℃環境品）又は３５質量部（２５℃環境品）添加した。

［評価方法］
・流動性保持性状確認試験
ＪＩＳ Ｒ ５２０１：２０１５「セメントの物理試験方法」１２．フロー試験で１５回落下運動を行わない静置フロー（０打）を測定した。測定は３０℃又は２５℃で行った。練り上がり直後と練り混ぜ後６０分とのフロー値の差を求め差が５０ｍｍ以内ものを良好とした。なお、練り上がり後１５分毎にハンドミキサで５秒間撹拌を行った。
試験結果を表２に示す。
・圧縮強度
土木学会基準ＪＳＣＥ－Ｇ ５０５－２０１０「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、材齢８時間におけるグラウト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。調製及び養生は常に３０℃又は２５℃の恒温槽内で行った。試験結果を表３に示す。
・初期膨張試験
土木学会基準のＪＳＣＥ－Ｆ－５３３－２０１３「ＰＣグラウトのブリーディング率および膨張率試験方法」に準じて、３０℃又は２５℃環境下で硬化体の初期膨張率を測定した。試験結果を表４に示す。

Claims (4)

1. セメント成分、生石灰系膨張材、発泡剤、メラミン系減水剤、セルロース系増粘剤、及びポリエーテル系消泡剤を含むグラウト組成物と、水とを含み、
   前記セメント成分において、普通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、混合セメント及びエコセメントからなる群から選択される少なくとも一種のセメント類の含有率が、前記セメント成分全質量を基準として９０質量％以上であり、
   前記発泡剤の含有量が、前記セメント成分１００質量部に対して０．０００１～０．００５質量部であり、
   前記膨張材の含有量が、前記セメント成分１００質量部に対して１～３質量部であり、
   骨材の含有量が、前記セメント成分１００質量部に対して１０質量部以下であり、
   前記減水剤の含有量が、前記セメント成分１００質量部に対し、０．１１～０．９７質量部であり、
   前記増粘剤の含有量が、前記セメント成分１００質量部に対して０．０１～０．１質量部であり、
   前記消泡剤の含有量が、前記セメント成分１００質量部に対して０．００１～０．０８質量部であり、
   前記セメント成分の含有率が、前記グラウト組成物全質量を基準として９０～９８質量％であり、
   前記水の含有量が、前記セメント成分１００質量部に対して２８～４０質量部である、グラウト。
2. しまり材を更に含む、請求項１に記載のグラウト。
3. ３０℃環境下において、ＪＩＳ Ｒ ５２０１：２０１５「セメントの物理試験方法」１２．フロー試験に基づき１５回落下運動を行わない静置フロー（０打）を測定し、練り上がり直後と練り混ぜ後６０分とのフロー値の差が５０ｍｍ以内である、請求項１又は２に記載のグラウト。
4. 間隙充填用である、請求項１～３のいずれか一項に記載のグラウト。