JPH1121160A - 超速硬性無収縮グラウト材 - Google Patents

超速硬性無収縮グラウト材

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JPH1121160A
JPH1121160A JP17597497A JP17597497A JPH1121160A JP H1121160 A JPH1121160 A JP H1121160A JP 17597497 A JP17597497 A JP 17597497A JP 17597497 A JP17597497 A JP 17597497A JP H1121160 A JPH1121160 A JP H1121160A
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豊 堤
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将典 大島
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Abstract

(57)【要約】 【課題】本発明は、現行のグラウト材の抱える上記問題
の解決されたグラウト材の提供を目的とする。すなわ
ち、本発明は、無収縮性、早強性、速硬性に優れている
だけでなく、作業特性(高流動性、長可使時間)にも優
れた超速硬性無収縮グラウト材の提供を目的とする。 【解決手段】本発明は、アルミナセメント、高炉スラ
グ、ポルトランドセメント、石膏および消石灰よりなる
水硬性無機結合材と、硫酸アルミニウム類、リチウム塩
および遅延剤よりなる凝結調整剤と、流動化剤、増粘
剤、消泡剤、膨張剤および細骨材とよりなる超速硬性無
収縮グラウト材に関する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、無収縮性に加え、
早強性、超速硬性も有するグラウト材に関する。本発明
のグラウト材は、土木・建築分野におけるトンネルやシ
ールドの裏込め、ダムの継ぎ目、橋梁のシュウ、構造物
の補修や補強、鉄筋継手、機械基礎の固定等の無収縮性
が要求される用途に使用される。
【0002】
【従来の技術】土木・建築構造物の構築、機械設備等の
据え付け用として、ポルトランドセメント、膨張材、細
骨材および混和材料からなる無収縮グラウト材が使用さ
れていたが、早強性、速硬性が不十分であり、しかも、
長期的な乾燥収縮により体積減少を生ずるという問題が
あった。これらの問題を解決するものとして、ポルトラ
ンドセメントに代えて超速硬性の水硬性無機結合材を使
用し、それと各種添加剤を組み合わせた組成よりなる無
収縮グラウト材が幾つか開示されている。例えば、特開
昭61−191550号公報には、3CaO・Si
2 、11CaO・7Al2 3 ・CaX2 (但し、X
はハロゲンを示す)および石膏よりなる水硬性無機結合
材組成物に、石灰系膨張材、減水剤、流動化剤を加えた
無収縮グラウト材が開示され、特開昭56−12525
7号公報には、12CaO・7Al2 3 、石膏および
高活性シリカよりなる水硬性無機結合材組成物に分散剤
を加えた無収縮グラウト材が開示されている。また、特
開平1−230455号公報には、ポルトランドセメン
ト、アルミナセメント、石膏および水酸化カルシウムよ
りなる水硬性無機結合材組成物に、オキシカルボン酸、
亜鉛化合物、膨張材、減水剤および流動化剤を加えたも
のが開示されている。ポルトランドセメントに代えて、
これ等の水硬性無機結合材を使用すれば、速硬性、早強
性については確かに効果があるものの、流動性の低下に
より作業特性が悪くなったり、初期の体積減少を十分補
償できない等の問題が新たに生起する。これ等の問題
は、流動化剤、減水剤、消泡剤、膨張剤等の混和剤を併
用することで若干改善されてはいるが、十分に満足でき
るレベルには達していないのが現状である。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、現行のグラ
ウト材の抱える上記問題の解決されたグラウト材の提供
を目的とする。すなわち、本発明は、無収縮性、早強
性、速硬性に優れているだけでなく、作業特性(高流動
性、長可使時間)にも優れた超速硬性無収縮グラウト材
の提供を目的とする。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明者等は、早強性、
速硬性を本質的に有する水硬性無機結合材、優れた作業
特性を発現させるための凝結調製剤、流動性等を改善す
るための各種混和剤、収縮を補償するための膨張剤に、
更に充填材および細骨材を組合わせた組成物が、上記課
題を解決するグラウト材となることを見出し、本発明を
完成した。すなわち、本発明は、アルミナセメント、高
炉スラグ、ポルトランドセメント、石膏および消石灰よ
りなる水硬性無機結合材と、硫酸アルミニウム類、リチ
ウム塩および遅延剤よりなる凝結調整剤と、流動化剤、
増粘剤、消泡剤、膨張剤および細骨材とよりなる超速硬
性無収縮グラウト材に関する。以下に、本発明を説明す
る。
【0005】
【発明の実施の形態】超速硬性無収縮グラウト材の具備
すべき重要な要件の一つは、作業特性を損なわない適度
な速硬性、早強性およよび膨張性を有することである
が、これらの特性は、第一義的には、主成分である水溶
性無機結合材の種類に依存する。本発明においては、水
硬性無機結合材としてアルミナセメント、高炉スラグの
他、若干のポルトランドセメント、石膏および消石灰よ
りなる組成物を使用し、上記特性を満足する超速硬性無
収縮グラウト材を開発した。
【0006】アルミナセメントは、潜在的に急硬性を有
しており、硬化後は化学的に安定で且つ耐火性にも優れ
た硬化体を与える。また、潜在水硬性を有する高炉スラ
グの存在により、その欠点である硬化体強度の経時的な
低下も抑制される。本発明の超速硬性無収縮グラウト材
においてアルミナセメントの有する上記特性を発揮させ
るためには、水硬性無機結合材100重量部中における
アルミナセメント量は、10〜70重量部とするのが良
い。また、アルミナセメントは、鉱物組成の異なるもの
が数種知られ市販されているが、何れも主成分はモノカ
ルシウムアルミネート(CA)であり、市販品はその種
類によらず使用することができる。
【0007】高炉スラグは、水和物の乾燥収縮が小さい
ことから硬化体の耐クラック性を高めるだけでなく、ア
ルミナセメントの硬化体強度を向上させる効果も有して
いる。また、アルミナセメント水和物の転移に起因する
強度低下を抑制する効果も有している。上記効果を十分
に発揮させるために、水硬性無機結合材100重量部中
における高炉スラグ量は、10〜74重量部とするのが
良い。
【0008】石膏は、急硬性および硬化後の寸法安定性
を保持するのに必要な成分であり、水硬性無機結合材の
成分であるアルミナセメント、ポルトランドセメントお
よび消石灰と反応し、施工初期の膨張性を発現するエト
リンガイトを生成する。石膏は、無水、半水等の石膏が
その種類を問わず、一種または二種以上の混合物として
使用できるが、石膏の配合割合が多すぎると、長期間経
過後の硬化体に異常膨張が起こることがあることから、
水硬性無機結合材100重量部中における石膏量は、1
0〜50重量部とするのが良い。
【0009】アルミナセメント、高炉スラグ、石膏より
成る水硬性無機結合材には、更にポルトランドセメント
を添加する。低価格のポルトランドセメントの添加は、
石膏と反応し施工初期の膨張性を発現するエトリンガイ
トを生成するだけでなく、超速硬性グラウト材のコスト
低減に効果があるが、添加量が多過ぎると流動性が低下
することがあるので、水硬性無機結合材100重量部中
におけるその存在量は1〜10重量部とするのが良い。
本発明で使用可能なポルトランドセメントとしては、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、白色ポルトランドセメン
ト等が挙げられ、一種または二種以上の混合物として使
用できる。
【0010】消石灰は、混練水に溶解し、混練水のpH
を上げ、凝結調製剤として添加する硫酸アルミニウム類
およびリチウム塩の溶解速度を高めて均一混合性を高
め、結果として凝結速度の再現性を高める働きをする
他、先に示した膨張性水和物エトリンガイト形成の一原
料として消費され、無収縮性を発現させる重要な成分で
ある。消石灰の配合割合が少なすぎると、混練水のpH
が上がらず、凝結調整剤である硫酸アルミニウム類およ
びリチウム塩の溶解速度が小さくなり均一な混合が困難
になるだけでなく、硬化の後れを招いたり、初期の膨張
性が十分に発揮されない場合がある。また、多すぎる
と、硬化体の長期強度が低下する傾向にあることから、
水硬性無機結合材100重量部中における存在量は5〜
20重量部とするのが良い。
【0011】ここで述べた成分組成よりなる水硬性無機
結合材は、潜在的に急硬性を有しており、これに適当な
凝結調整剤を添加することにより、作業性を考慮した可
使時間を再現性良く確保できる超速硬性無収縮グラウト
材を得ることができる。本発明の超速硬性無収縮グラウ
ト材においては、水硬性無機結合材に凝結促進材として
のリチウム塩と、凝結遅延剤としての硫酸アルミニウム
類を同時に添加することにより可使時間の第一義的な調
整を行なっている。従って、凝結促進剤と凝結遅延剤の
比、すなわち、硫酸アルミニウム類とリチウム塩の混合
比率は、超速硬性無収縮グラウト材の凝結速度を左右す
る大きな因子である。本発明においては、硫酸アルミニ
ウム類に対するリチウム塩の比をモル比で、0.5〜5
の範囲にするのが良い。硫酸アルミニウム類量に対する
リチウム塩量がモル比で5より大であると、凝結が速す
ぎ自己流動性が低下するため、可使時間が短くなりすぎ
て施工に支障を来たし、また、0.5より小さいと、速
硬性が低下して、膨張剤による膨張と硬化のタイミング
が合わず、グラウト材として実用に供せるものができな
い虞がある。本発明の超速硬性無収縮グラウト材では、
上述の方法と後述する遅延剤を組み合わせることによ
り、凝結速度を施工後10分程度から1時間程度まで任
意の大きさに調整することができる。
【0012】本発明で使用可能なリチウム塩としては、
炭酸リチウム、塩化リチウム、硫酸リチウム、硝酸リチ
ウム、水酸化リチウム等の無機酸塩および酢酸リチウ
ム、酒石酸リチウム、リンゴ酸リチウム、クエン酸リチ
ウム、グリコール酸リチウム等炭素数2〜6の有機カル
ボン酸塩を挙げることが出来るが、中でも、効果、価格
および入手容易さの面で、炭酸リチウムの使用が特に好
ましい。
【0013】一方、本発明で使用可能な硫酸アルミニウ
ム類としては、無水または各種含水量の硫酸アルミニウ
ムの他、カリミョウバン、ナトリウムミョウバン等のミ
ョウバン類、ミョウバン類を加熱脱水した焼ミョウバン
類等の、硫酸基とアルミニウムイオンを成分として含む
複塩を挙げることができる。これ等の硫酸アルミニウム
類は水に対する溶解度が比較的高く、工業用に粉末状態
で市販されているものをそのまま使用できる。
【0014】本発明においては、凝結速度調整剤とし
て、前記した硫酸アルミニウム類、リチウム塩に加え
て、各種セメントに対する凝結遅延作用が従来知られて
いる、酒石酸、クエン酸、リンゴ酸、グリコール酸等の
オキシカルボン酸、または、そのアルカリ金属塩、アル
カリ土類金属塩の一種または二種以上を遅延剤として添
加し、凝結速度のコントロールを更に確実なものにす
る。オキシカルボン酸またはその塩の遅延剤としての添
加量は、水硬性成分100重量部当たり0.001〜2
重量部とするのが良い。添加量が0.001重量部より
少ないと添加効果が発現せず、また、2重量部より大で
あると流動性の低下や硬化不良が生じることがある。
【0015】早強性、超速硬性および無収縮性に加え、
超速硬性無収縮グラウト材が具備すべき他の基本的な特
性は、適度の流動性を有することである。材料分離を抑
制しつつ適度の流動性を確保しつつ、硬化体の強度を高
め、且つ、乾燥収縮を低減させるためには減水効果を合
わせ持つ流動化剤の添加が必要である。特に、本発明に
おける水硬性無機結合材成分の一つであるアルミナセメ
ントの発現強度は、水/セメント比の影響を大きく受け
ることから、減水効果を有する流動化剤を使用して水/
水硬性成分比を小さくすることが不可欠である。減水効
果を合わせ持つ流動化剤としては、メラミンスルホン酸
のホルムアルデヒド縮合物、カゼイン、カゼインカルシ
ウム等、市販のものが、その種類を問わず使用できる
が、量的には、余り少ないと十分な効果が発現せず、ま
た多すぎても添加量に見合った効果は期待できず単に不
経済であるだけでなく、所要の流動性を得るための混連
水量が増大し、同時に粘稠性も大きくなり、充填性が悪
化する。従って、その添加量は、水硬性無機結合材10
0重量部当たり0.01〜2重量部とするのが良い。
【0016】増粘剤、消泡剤の添加は、硬化体表面にお
ける骨材分離、混連時の比較的大きい気泡の発生を抑制
し、硬化体外観の改善が図られるだけでなく気泡による
強度低下を防止する上で効果がある。増粘剤としては、
メチルセルロース、カルボキシメチルセルロース等のセ
ルロース系、カゼイン、ゼラチン、ペクチン等の蛋白質
系、天然ゴム、スチレン−ブタジエンゴム等のラテック
ス系、ポリエチレングリコール、ポリアクリルアモド、
ポリビニルアルコール等の水溶性ポリマー系等の公知の
ものが使用可能である。また、消泡剤としては、シリコ
ン系、アルコール系、ポリエーテル系等合成物質または
植物由来の天然物質等、公知のものが使用可能である。
増粘剤、消泡剤の添加量は、何れも、水硬性無機結合材
100重量部に対して、0.001〜2重量部とするの
が良い。増粘剤の添加量が0.001重量部より少ない
と硬化体表面で骨材分離を生じ、また、2重量部より大
であると流動性の低下を招く虞がある。一方、消泡剤に
ついては、添加量が0.001重量部より少ないと消泡
効果の発現が不十分であり、また、2重量部より多く添
加しても消泡効果の更なる増大は認められない。
【0017】グラウト材に要求される最も基本的な特性
は無収縮性であるが、本発明では、本質的に収縮性の低
い水硬性無機結合材を利用することに加え、膨張剤を添
加することにより、グラウトの施工時に起こる硬化収縮
あるいは硬化体の長期的乾燥収縮を補償し、収縮を完全
に抑制している。本発明における膨張剤としては、酸化
膨張機構による膨張効果を利用する金属粉の使用が好ま
しく、例えば、アルミニウム粉、鉄粉等が使用できる
が、中でも比重の面から、アルミニウム粉の使用が特に
好ましい。アルミニウム粉は、JIS K 5906
「塗装用アルミニウム粉」の第2種に準ずるものが好適
に使用できるが、その添加量は、水溶性無機結合材10
0重量部当たり0.01〜2重量部とするのが良い。添
加量が0.01重量部より少ないと、膨張が不十分であ
り、一方、2より多い場合には、過剰膨張を生じたり、
長期間経過後の硬化体強度の低下を生じることがある。
【0018】本発明のグラウト材には、乾燥収縮量の更
なる低減およびコスト低減を目的として細骨材を添加す
る。細骨材としては、珪砂、川砂、海砂、高炉スラグ、
各種砕石が使用できるが、その径は2mm以下とするの
が好ましい。また、細骨材の過度の添加は、スラリー流
動性の低下や硬化体強度発現性の低下を招く虞があるこ
とから、水硬性無機結合材100重量部当たり200重
量部以下とするのが良い。
【0019】本発明の超速硬性無収縮グラウト材には、
上述の必須成分に加え更に、フライアッシュ、石灰石
粉、シリカ粉等、公知の増量材を添加することができ
る。増量材の添加は、流動性を改善するだけでなくコス
トも低減され好ましい結果を与えるが、添加量が多すぎ
ると、強度発現性の低下を招くので、その添加量は水硬
性無機結合材100重量部当たり200重量部以下とす
るのが好ましい。また、そのサイズは45μm以下とす
るのが効果の点から好ましい。
【0020】以下に具体例を示して、本発明を更に詳し
く説明する。
【実施例】
実施例1〜4および比較例1〜11 (1)使用原料 各例の実施に当たっては、次の原料を
使用した。 アルミナセメント :ブレーン比表面積3,000cm2 /g モノカルシウムアルミネート含有量45重量% 高炉スラグ :ブレーン比表面積4,500cm2 /g ポルトランドセメント:早強ポルトランドセメント ブレーン比表面積4,500cm2 /g 石膏 :II型無水石膏、ブレーン比表面積4,000cm2 / g 消石灰 :市販品 硫酸アルミニウム :無水物 市販品 炭酸リチウム :市販品 酢酸リチウム :二水塩 市販品 遅延剤 :クエン酸ナトリウム、市販品 流動化剤 :メラミン系流動化剤、市販品 増粘剤 :メチルセルローズ系増粘剤、市販品 消泡剤 :ポリエーテル系消泡剤、市販品 膨張剤 :アルミニウム粉系膨張剤、市販品 細骨材 :6号珪砂、市販品
【0021】(2)水硬性無機結合材、モルタル試験体
の調製 水硬性無機結合材成分として、構成成分量を種々変えた
水硬性無機結合材成分100重量部に、所定量の、凝結
調整剤、流動化剤、増粘剤、消泡剤および膨張剤を加え
たものに、更に細骨材100重量部および水50重量部
を加えて3分間混練したものをモルタル試験体とした。
各例における各成分の配合割合を表1に示す。
【0022】(3)モルタルの特性の測定 調製モルタル試験体については以下の測定を行ない、超
速硬性無収縮グラウト材としての特性を評価した。結果
を表2に示す。尚、各測定項目には、超速硬性無収縮グ
ラウト材としての実用性の観点から表2上段に示した合
否の判定基準を設けた。 Jロート流下時間、圧縮強度(3時間、28日)、膨張
率、ブリージング率:土木学会充填モルタル試験方法
(案)(JSCE−F 542−1993)に準じて測
定を行なった。膨張率は、膨張を+、収縮を−で示し
た。また、可使時間は、Jロート流下時間が10秒より
大となるまでに要する混連後の時間で表わした。 表面状態(骨材の分離、気泡跡残存の有無):各成分を
配合して調製したモルタルを300×300mmコンク
リート板上へ厚さ10mmで流し込み、20℃、湿度6
5%の条件下で28日間養生した後、目視により骨材の
分離およ気泡跡残存の観察を行なった。
【0023】
【表1】
【0024】
【表2】
【0025】表2の結果から、本発明の範囲内に含まれ
る組成を有する組成物は、グラウト材に要求される耐収
縮性を備えているだけでなく、速硬性および作業特性
(高流動性、長可使時間)に優れており、更に、表面状
態の良好な硬化体を与えることが分かる。すなわち、超
速硬性グラウト材として優れた性能を備えていることが
分かる。それに対し、本発明の範囲を外れる組成を有す
る組成物では、超速硬性グラウト材に要求される複数個
の基本的基準の一つまたは複数をクリアできず、超速硬
性グラウト材としては適当でないことが分かる。
【0026】
【発明の効果】本発明によるグラウト材は、グラウト材
が備えるべき基本特性である、長期乾燥収縮抑制を含め
た無収縮性を有しているのは当然であるが、従来のグラ
ウト材では問題であった作業特性(高流動性、長可使時
間)を犠牲にすることなく早強性、速硬性が改善されて
いることから、トンネルやシールドの裏込め、ダムの継
ぎ目、橋梁のシュウ、構造物の補修や補強、鉄筋継手、
機械基礎の固定等、土木・建築分野においてその利用価
値は大きい。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 FI C09K 17/06 C09K 17/06 P 17/10 17/10 P E21D 11/00 E21D 11/00 A // C09K 103:00

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】アルミナセメント、高炉スラグ、ポルトラ
    ンドセメント、石膏および消石灰よりなる水硬性無機結
    合材と、硫酸アルミニウム類、リチウム塩および遅延剤
    よりなる凝結調整剤と、流動化剤、増粘剤、消泡剤、膨
    張剤および細骨材とよりなる超速硬性無収縮グラウト
    材。
  2. 【請求項2】水硬性無機結合材が、アルミナセメント1
    0〜70重量部、高炉スラグ10〜74重量部、ポルト
    ランドセメント1〜10重量部、石膏10〜50重量部
    および消石灰5〜20重量部よりなる、請求項1に記載
    の超速硬性無収縮グラウト材。
  3. 【請求項3】凝結調整剤中の、硫酸アルミニウム類とリ
    チウム塩との合量が、水硬性無機結合材100重量部に
    対して0.05〜5重量部である、請求項1または2に
    記載の超速硬性無収縮グラウト材。
  4. 【請求項4】凝結調整剤中の遅延剤の量が、水硬性無機
    結合材100重量部に対して0.001〜2重量部であ
    る、請求項1から3までの何れかに記載の超速硬性無収
    縮グラウト材。
  5. 【請求項5】硫酸アルミニウム類に対するリチウム塩の
    モル比が0.5〜5である、請求項1から4までの何れ
    かに記載の超速硬性無収縮グラウト材。
  6. 【請求項6】水硬性無機結合材100重量部に対する添
    加量が、流動化剤、増粘剤および消泡剤については夫々
    0.001〜2重量部、膨張剤0.01〜2重量部およ
    び細骨材200重量部以下である、請求項1から5まで
    の何れかに記載の超速硬性無収縮グラウト材。
  7. 【請求項7】アルミナセメント10〜70重量部、高炉
    スラグ10〜74重量部、ポルトランドセメント1〜1
    0重量部、石膏10〜50重量部および消石灰5〜20
    重量部よりなる水硬性無機結合材100重量部に対し
    て、合量が0.05〜5重量部であり且つ硫酸アルミニ
    ウム類に対するリチウム塩のモル比が0.5〜5である
    硫酸アルミニウム類とリチウム塩、および、0.001
    〜2重量部の遅延剤よりなる凝結調整剤と、夫々0.0
    01〜2重量部である流動化剤、増粘剤および消泡剤
    と、0.01〜2重量部の膨張剤と、200重量部以下
    の細骨材とを添加してなる超速硬性無収縮グラウト材。
  8. 【請求項8】リチウム塩がリチウムの無機酸塩または炭
    素数2〜6の有機カルボン酸塩から選ばれる一種または
    二種以上である、請求項1から7までの何れかに記載の
    超速硬性無収縮グラウト材。
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