JP7177891B2 - ポリマーセメントモルタル組成物及びポリマーセメントモルタル - Google Patents

Description

本発明は、ポリマーセメントモルタル組成物及びポリマーセメントモルタルに関する。

コンクリート構造物（例えば、鉄筋コンクリート（ＲＣ）床版又はボックスカルバートの中床版等の床版、壁、天井部）には、疲労、乾燥収縮等の要因によってひび割れが生じる。この種の劣化が進行したり、ひび割れがすり合わされたりすることによって、ひび割れ幅が大きくなると、劣化箇所から水、塩化物イオン等の劣化因子がコンクリート構造物内に侵入する。この結果、コンクリート構造物に埋没されている鉄筋が腐食する。コンクリート構造物のひび割れによる損傷を放置していると、最終的に内部の鉄筋が腐食して断面欠損し、構造物の安全性が保てなくなる。このため、劣化した箇所を除去した後、その凹部に補修材又は補強材を充填することが行われている。

補修材又は補強材としては、ポリマーセメントモルタルが提案されている（例えば、特許文献１及び特許文献２）。

特開２０１５－０００８２０号公報 特開２００５－０１５３０６号公報

補修材又は補強材として用いられるポリマーセメントモルタルは、凹部へ充填した後にコテによって仕上げ処理するため、コテ処理による作業性（コテ性状）が求められる。また、ポリマーセメントモルタルは、含有されるポリマーによってダレが見られることがあり、このダレの更なる改善も求められている。しかしながら、良好なコテ性状とダレの抑制との両立は困難であった。

従って、本発明は、良好なコテ性状を有し、且つダレにくいポリマーセメントモルタル組成物及びポリマーセメントモルタルを提供することを目的とする。

本発明者らは、上記課題について鋭意検討を重ねた結果、細骨材及び軽量骨材を併用し、細骨材及び特定の繊維長を有する繊維類の配合量を調整することで、良好なコテ性状を有し、且つダレにくいポリマーセメントモルタル組成物及びポリマーセメント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［１］～［５］で示される。
［１］（Ａ）水硬性セメント、（Ｂ）細骨材、（Ｃ）軽量骨材、（Ｄ）セメント用ポリマー及び（Ｆ）繊維長１０ｍｍ以下の繊維類を含み、（Ｂ）成分の含有量が、（Ａ）成分１００質量部に対し、１１０～２７０質量部であり、且つ（Ｆ）成分の含有量が、（Ａ）成分１００質量部に対し、０．２～１０質量部である、ポリマーセメントモルタル組成物。
［２］（Ｃ）成分の含有量が、（Ａ）成分１００質量部に対し、１～２５質量部である、［１］のポリマーセメントモルタル組成物。
［３］（Ｄ）成分の含有量が、（Ａ）成分１００質量部に対し、固形分換算で２～４５質量部である、［１］又は［２］のポリマーセメントモルタル組成物。
［４］（Ｃ）成分／（（Ｂ）成分＋（Ｃ）成分）が質量基準で０．０２～０．１０である、［１］～［３］のいずれかのポリマーセメントモルタル組成物。
［５］［１］～［４］のいずれかのポリマーセメントモルタル組成物と、水とを含み、水の含有量が、（Ａ）成分１００質量部に対し、２０～４５質量部である、ポリマーセメントモルタル。

本発明によれば、良好なコテ性状を有し、且つダレにくいポリマーセメントモルタル組成物及びポリマーセメント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。

本実施形態のポリマーセメントモルタル組成物は、（Ａ）水硬性セメント、（Ｂ）細骨材、（Ｃ）軽量骨材、（Ｄ）セメント用ポリマー及び（Ｆ）繊維長１０ｍｍ以下の繊維類を含む。

（Ａ）水硬性セメントは、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。水硬性セメントは、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。
速硬性セメントは、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好ましく、１１ＣａＯ・７Ａｌ_２Ｏ_３・ＣａＸ_２（Ｘはハロゲン原子を示す）又は３ＣａＯ・３Ａｌ_２Ｏ_３・ＣａＳＯ_４（アウイン）を有効成分として含有するものがより好ましい。１１ＣａＯ・７Ａｌ_２Ｏ_３・ＣａＸ_２は、いわゆるカルシウムアルミネートハロゲン化物系セメントである。ハロゲン原子は、フッ素原子が好ましい。また、アウインは、カルシウムサルホアルミネート系セメント（アウイン系セメント）とも称されるものである。これらは超速硬セメントと呼ばれるものであり、商品名ジェットセメント又はスーパージェットセメントとして市販されている。速硬性セメントは、アウイン系セメントが最も好ましい。
また、カルシウムアルミネート類としては、この他にもＣａＯをＣ、Ａｌ_２Ｏ_３をＡ、Ｆｅ_２Ｏ_３をＦで表示した場合、Ｃ_３Ａ、Ｃ_２Ａ、Ｃ_１２Ａ_７、Ｃ_５Ａ_３、ＣＡ、Ｃ_３Ａ_５、ＣＡ_２等と表示される鉱物組成を有するカルシウムアルミネート、Ｃ_２ＡＦ、Ｃ_４ＡＦ等と表示されるカルシウムアルミノフェライト、アルミナセメント、並びにこれらにＳｉＯ_２、Ｋ_２Ｏ、Ｆｅ_２Ｏ_３、ＴｉＯ_２等が固溶又は化合したもの等が含まれる。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のようなものでもよい。これらの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。

（Ｂ）細骨材は、特に限定されず、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、これらの中から、微細な粉や粗い骨材を含まない粒度に調整した珪砂、石灰石等の細骨材を用いることが好ましい。細骨材は、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。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。

（Ｂ）細骨材の含有量は、（Ａ）水硬性セメント１００質量部に対し、１１０～２７０質量部である。（Ｂ）細骨材の含有量が上記範囲外であると、モルタルとした際に流動性及びコテ性状が不良となり、硬化時に十分な圧縮強度が得られにくい。モルタルのより良好な流動性及びコテ性状並びに硬化時の圧縮強度向上の観点から、（Ｂ）細骨材の含有量は、（Ａ）水硬性セメント１００質量部に対し、１２０～２００質量部であることが好ましく、１２０～１７０質量部であることがより好ましい。

（Ｃ）軽量骨材は、特に限定されるものではなく、例えば、黒曜石を焼成発泡させた無機系発泡性骨材であるパーライト、火力発電所で発生するフライアッシュバルーン、発泡ガラス粒（ガラスバルーン）等が挙げられる。軽量骨材は、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。軽量骨材は、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。軽量骨材は、例えば、かさ比重（ｋｇ／Ｌ）が０．１～０．８のものが好ましく、０．１５～０．６のものがより好ましい。軽量骨材のかさ比重が上記範囲内であれば、軽量化の効果が得られやすく、モルタルとした際の流動性が低下しにくい傾向にある。

（Ｃ）軽量骨材の含有量は、（Ａ）水硬性セメント１００質量部に対し、１～２５質量部であることが好ましく、１～１５質量部であることがより好ましく、２～１０質量部であることが更により好ましい。（Ｃ）軽量骨材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コテ性状が得られやすく、ダレにくく、硬化時の圧縮強度もより向上しやすい。

本実施形態のポリマーセメントモルタル組成物は、（Ｂ）細骨材と（Ｃ）軽量骨材とが一定の質量比で配合されていることが好ましい。具体的には、（Ｃ）軽量骨材／（（Ｂ）細骨材＋（Ｃ）軽量骨材）が質量基準で、０．０２～０．１０であることが好ましく、０．０２～０．０９７であることがより好ましく、０．０２～０．０６であることが更により好ましい。細骨材と軽量骨材との質量比が上記範囲内であれば、モルタルとした際により良好なコテ性状が得られやすく、ダレにくく、硬化時の圧縮強度もより向上しやすい。

（Ｄ）セメント用ポリマーは、ＪＩＳ Ａ ６２０３：２０１５「セメント混和用ポリマーディスパージョン及び再乳化形粉末樹脂」に規定されるポリマーが好ましい。このようなセメント用ポリマーとしては、ポリマーディスパージョン、再乳化形粉末樹脂等が挙げられる。ポリマーディスパージョンとしては、スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）等の合成ゴム系；天然ゴム系；ゴムアスファルト系；エチレン酢酸ビニル系；アクリル酸エステル系；樹脂アスファルト系等が挙げられる。ポリマーディスパージョンは、中でも、合成ゴム系、エチレン酢酸ビニル系及びアクリル酸エステル系が好ましく、具体的には、合成ゴムラテックス、ポリアクリル酸エステル、エチレン酢酸ビニルがより好ましい。再乳化形粉末樹脂としては、スチレンブタジエンゴム等の合成ゴム系；アクリル酸エステル系；エチレン酢酸ビニル系；酢酸ビニル／バーサチック酸ビニルエステル；酢酸ビニル／バーサチック酸ビニル／アクリル酸エステル等が挙げられる。セメント用ポリマーとしては、ポリマーディスパージョンを用いてもよく、再乳化形粉末樹脂を用いてもよく、ポリマーディスパージョン及び再乳化形粉末樹脂を併用してもよい。
セメント用ポリマーの中でも、コンクリートとの接着性がより向上するという観点から、スチレンブタジエンゴムのポリマーディスパージョン及び／又は再乳化粉末樹脂が好ましい。スチレンブタジエンゴムは、スチレン及びブタジエンを共重合した合成ゴムの一種であり、スチレン含有量や加硫量により品質を適宜調整することができる。セメント混和用としては、結合スチレン量が５０～７０質量％のものが多く、安定性や接着性を向上させて使用されている。セメント用ポリマーは、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。

（Ｄ）セメント用ポリマーの含有量は、（Ａ）水硬性セメント１００質量部に対し、固形分換算で２～４５質量部であることが好ましく、５～４０質量部であることがより好ましく、１０～３０質量部であることが更により好ましく、１０～２５質量部であることが最も好ましい。（Ｄ）セメント用ポリマー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及びコテ性状が得られやすく、ダレにくい。

（Ｆ）繊維類は、その繊維長が１０ｍｍ以下であればその種類は特に限定されるものではなく、天然繊維であってもよく、化学繊維であってもよい。天然繊維としては、例えば、植物繊維、動物繊維等が挙げられる。化学繊維としては、例えば、ガラス等の無機系繊維、レーヨン、セルロース等の天然高分子系繊維、ビニロン等のポリビニルアルコール系繊維、ナイロン等のポリアミド系繊維、その他各種の合成繊維が挙げられる。繊維類は、セメントのアルカリ分に対して耐久性を有するものが好ましい。繊維類は、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。

（Ｆ）繊維類の繊維長は１０ｍｍ以下である。（Ｆ）繊維長１０ｍｍ以下の繊維類を配合しないと、モルタルとした際に流動性及びコテ性状が不良となり、ダレが生じやすく、硬化時に十分な圧縮強度が得られにくい。モルタルのより良好な流動性、コテ性状及びダレ性状並びに硬化時の圧縮強度向上の観点から、（Ｆ）繊維類の繊維長は、０．１～１０ｍｍであることが好ましく、０．１～５ｍｍであることがより好ましく、０．１～１ｍｍであることが更により好ましく、０．１～０．８ｍｍであることが最も好ましい。

（Ｆ）繊維類の含有量は、（Ａ）水硬性セメント１００質量部に対し、０．２～１０質量部である。（Ｆ）繊維類の含有量が上記範囲外であると、モルタルとした際に流動性及びコテ性状が不良となり、ダレが生じやすくなる。モルタルのより良好な流動性、コテ性状及びダレ性状の観点から、（Ｆ）繊維類の含有量は、（Ａ）水硬性セメント１００質量部に対し、０．２～５質量部であることが好ましく、０．２～３質量部であることがより好ましく、０．２～１．５質量部であることが更により好ましい。

本実施形態のポリマーセメント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あれば、繊維長が１０ｍｍ超の繊維類が一部含まれていてもよい。

本実施形態のポリマーセメントモルタル組成物は、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、ＪＩＳ Ａ ６２０４：２０１１「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、二種以上を併せて用いてもよい。

減水剤の含有量は、（Ａ）水硬性セメント１００質量部に対し、０．５～７．５質量部であることが好ましく、１～４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及びコテ性状が得られやすく、ダレにくく、硬化時の圧縮強度もより向上しやすい。

本実施形態のポリマーセメントモルタル組成物は、凝結遅延剤を含んでもよい。凝結遅延剤を含むことで、夏場等ポリマーセメントモルタルの練り上り温度が高くなる場合においても、可使時間を確保しやすい。凝結遅延剤としては、例えば、クエン酸、グルコン酸、リンゴ酸、酒石酸等の有機酸又はその塩；ホウ酸、ホウ酸ナトリウム等のホウ酸塩、リン酸塩、アルカリ金属炭酸塩、アルカリ金属重炭酸塩等の無機塩；糖類が挙げられる。これらの中でも、クエン酸、クエン酸塩、酒石酸、酒石酸塩、アルカリ金属炭酸塩が好ましい。凝結遅延剤は、粉体であってもよく、液状体（例えば、水溶液、エマルジョン、懸濁液の形態）であってもよい。凝結遅延剤は、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。

凝結遅延剤の含有量は、（Ａ）水硬性セメント１００質量部に対し、０．３～７．５質量部であることが好ましく、０．５～５質量部であることがより好ましい。凝結遅延剤の含有量が上記範囲内であれば、可使時間を更に確保しやすく、初期強度発現性が低下しにくい傾向にある。

本実施形態のポリマーセメント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を配合してもよい。混和剤としては，例えば、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、白華防止剤が挙げられる。

本実施形態のポリマーセメントモルタル組成物は、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、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。

本実施形態のポリマーセメントモルタル組成物は、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、（Ａ）水硬性セメント１００質量部に対し、２０～４５質量部であることが好ましく、２２～３８質量部であることがより好ましく、２４～３４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。

本実施形態のポリマーセメントモルタルの調製は、通常のポリマーセメント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。

本実施形態のポリマーセメントモルタル組成物及びポリマーセメントモルタルは、良好なコテ性状を有し、且つダレにくいため、作業性に優れており仕上がりもきれいなものとなる。そのため、このようなポリマーセメントモルタル組成物及びこれを用いて調製したポリマーセメントモルタルは、例えば、コンクリート構造体、鋼・コンクリート複合構造体、道路等の補修・補強材料として用いることもできる。本実施形態のポリマーセメントモルタル組成物及びポリマーセメントモルタルの使用方法は適宜選択することができ、例えば、凹部にコテで充填する方法、充填後バイブレーター等で均した後にコテで仕上げる方法、補修箇所に吹付け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。使用する材料を表１に示す。なお、Ｎｏ．６及び２２のポリマーセメントモルタルは、参考例とする。

［ポリマーセメントモルタル組成物の配合設計］
水硬性セメント１００質量部に対して、細骨材、軽量骨材、セメント用ポリマー（固形分換算）及び繊維の各材料を表２となるように配合設計した。水硬性セメント１００質量部に対して、減水剤は２質量部とし、凝結遅延剤は２質量部とした。なお、Ｎｏ．２２の配合に関しては凝結遅延剤を含んでいない。

［ポリマーセメントモルタルの作製］
２０℃の環境下において、セメント用ポリマー（ポリマーディスパージョン）を１０Ｌの円筒容器に添加し、表２で配合設計したポリマーセメントモルタル組成物の各材料及び水を添加し、ハンドミキサで９０秒混練してポリマーセメントモルタルを約３Ｌ作製した。

［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３に示す。
・コンシステンシー
ＪＩＳ Ｒ ５２０１：２０１５「セメントの物理試験方法」１２．フロー試験に準じて、２０℃環境下でポリマーセメントモルタルのフロー値を測定し、これをコンシステンシーとして評価した。
・コテ性状
型枠（３０×３０×３ｃｍ）にポリマーセメントモルタルを施工した後コテで均して、ポリマーセメントモルタルのコテ性状の評価を行った。モルタル施工からコテ均しの仕上げ作業までの時間が５分以上の時間を要した場合にコテ性状を不良（×）と評価し、仕上げ下作業に５分要しなかった場合にコテ性状を良好（○）と評価し、コテ性状が良好と評価したもののうち、ポリマーセメントモルタルがコテに付着しなかった場合にコテ性状が特に良好（◎）と評価した。
・ダレ性状
型枠（３０×３０×３ｃｍ）を勾配５％の状態に設置し、ポリマーセメントモルタルを施工した後コテで均して、ポリマーセメントモルタルのダレ性状を目視観察した。ダレが生じたものを不良（×）と評価し、ダレを生じなかったものを良好（○）と評価した。
・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２８日におけるポリマーセメント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。供試体は調製翌日に脱型した後、材齢日まで気中で養生した。養生は常に２０℃の恒温槽内で行った。

Claims (8)

1. （Ａ）水硬性セメント、（Ｂ）細骨材、（Ｃ）軽量骨材、（Ｄ）セメント用ポリマー、（Ｆ）繊維長１０ｍｍ以下の繊維類、減水剤及び凝結遅延剤を含み、
   前記（Ｂ）成分の含有量が、前記（Ａ）成分１００質量部に対し、１１０～２７０質量部であり、
   前記（Ｃ）成分の含有量が、前記（Ａ）成分１００質量部に対し、２～１０質量部であり、
   前記（Ｆ）成分の含有量が、前記（Ａ）成分１００質量部に対し、０．２～１０質量部であり、
   前記減水剤の含有量が、前記（Ａ）成分１００質量部に対し、０．５～７．５質量部であり、且つ
   前記凝結遅延剤の含有量が、前記（Ａ）成分１００質量部に対し、０．５～７．５質量部であり、
   界面活性剤系起泡剤を含まない、ポリマーセメントモルタル組成物。
2. 前記ポリマーセメントモルタル組成物のポリマーセメントモルタル硬化体の圧縮強度が３３．５Ｎ／ｍｍ ^２ ～４２．５Ｎ／ｍｍ ^２ である、請求項１に記載のポリマーセメントモルタル組成物。
3. コンクリート構造物の補修・補強用である、請求項１又は２に記載のポリマーセメントモルタル組成物。
4. 前記繊維類が、天然高分子系繊維である、請求項１～３のいずれか一項に記載のポリマーセメントモルタル組成物。
5. 前記（Ｄ）成分が、ポリマーディスパージョンである、請求項１～４のいずれか一項に記載のポリマーセメントモルタル組成物。
6. 前記（Ｄ）成分の含有量が、前記（Ａ）成分１００質量部に対し、固形分換算で２～４５質量部である、請求項１～５のいずれか一項に記載のポリマーセメントモルタル組成物。
7. 前記（Ｃ）成分／（前記（Ｂ）成分＋前記（Ｃ）成分）が質量基準で０．０２～０．１０である、請求項１～６のいずれか一項に記載のポリマーセメントモルタル組成物。
8. 請求項１～７のいずれか一項に記載のポリマーセメントモルタル組成物と、水とを含み、
   前記水の含有量が、前記（Ａ）成分１００質量部に対し、２０～４５質量部である、ポリマーセメントモルタル。