JP4489707B2 - グラウト組成物、それを用いたモルタル又はコンクリート、及びグラウト材料 - Google Patents
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Description
急硬性のグラウト材料の要求物性としては、流動性が良好でその保持性に優れること、短期強度の発現性に優れること、及び寸法安定性に優れることなどが挙げられ、これら全ての要求性能を満足することが求められている。
しかしながら、流動性の保持性能を満たそうとすると、短期強度の発現性が得られにくくなったり、逆に、短期強度の発現性を良好にしようとすると、流動性の保持時間が確保できなかったり、寸法安定性が悪くなったりして、急硬性のグラウト材料の開発は未だ充分とは言えず、さらなる改良が望まれている。
しかしながら、この水硬性材料を用いてグラウト材料を調製しても、流し込み可能な流動性を得ることができず、また、材齢3時間で24N/mm2以上の圧縮強度を発現することもできないものであった。さらには、まだ固まらないグラウト材料の沈下や収縮を補償できるものでもなかった。
また、カルシウムアルミネートとセッコウ類からなる急硬成分を5〜50%含有する急硬セメントに1価及び/又は3価の金属の硫酸塩等を配合した超速硬セメント組成物も知られている(特許文献5参照)。
しかしながら、これらのセメント組成物を用いてグラウト材料を調製しても、流し込み可能な流動性を10分以上確保することができるものの、材齢3時間で24N/mm2以上の圧縮強度を発現できないものであった。
しかしながら、このグラウト材料は、温度依存性が極めて大きく、20℃以上の条件では、良好な強度発現性を示すものの、15℃以下の条件になると、早期に実用強度を発現できるものではなかった。
なお、本発明における部や%は特に規定しない限り質量基準で示す。
クリンカー原料としては、生石灰、消石灰、及び石灰石等のCaO質原料、アルミナ、ボーキサイト、アルミ灰、ダイアスポア、長石、及び粘土等のAl2O3質原料、珪石、珪砂、白土、及び珪藻土等のSiO2質原料、並びに、ホタル石、氷晶石、フッ化カルシウム、フッ化ナトリウム、及びフッ化アルミニウムなどのF質原料が使用可能であり、その他、下水汚泥焼却灰、一般廃棄物、及び産業廃棄物も使用可能である。
3CaO・SiO2固溶体や11CaO・7Al2O3・CaF2の生成は、粉末X線回折装置を用いて判定することが可能である。
また、各鉱物の定量はX線回折リートベルト法によって行うことが可能であり、その定量ソフトには、例えば、Sietronics社の「SIROQUANT」を使用することが可能である。
ここで、C3S固溶体とC11A7CaF2を主体とするクリンカーは、C3S固溶体やC11A7CaF2のほかに、微量の2CaO・SiO2固溶体やカルシウムアルミノフェライトを含有している。
なお、本発明では、C3S固溶体とC11A7CaF2とをそれぞれ別々に合成して混合したものでは、優れた短期強度発現性等の本発明の効果は得られない。
水硬性材料中のC3S固溶体やC11A7CaF2の含有量は特に限定されるものではないが、C3S固溶体60〜80部で、C11A7CaF240〜20部が通常使用される。C3S固溶体が80部を超え、C11A7CaF2が20部未満では短時間強度が充分でない場合があり、C3S固溶体が60部未満で、C11A7CaF2が40部を超えると流動性の保持性が損なわれる場合がある。
また、水硬性材料として、市販の「ジェットセメント」が使用可能である。
水硬性材料中の無水セッコウの含有量は1〜30部が好ましい。1部未満では所定の流動性を確保することが困難となる場合があり、30部を超えると強度発現性が低下する場合がある。
CAS製造用原料としては、Ca0質原料、Al2O3質原料、及びSiO2質原料が挙げられる。
CaO質原料としては、生石灰、消石灰、及び石灰石等が、また、Al2O3質原料としては、アルミナ、ボーキサイト、ダイアスポア、長石、及び粘土等が、さらには、SiO2質原料としては、珪砂、白土、及び珪藻土等が使用可能である。また、比較的安価な高炉スラグに、Ca0質原料とAl2O3質原料を補うことも可能である。
CASは、上記Ca0質原料、Al2O3質原料、及びSiO2質原料を所定の割合で配合し、直接通電式溶融炉や高周波炉等を用いて溶融し、得られた溶融体を圧縮空気や高圧水により吹き飛ばす方法、あるいは、水中に流し込む方法等により製造される。また、ロータリーキルンで溶融し、急冷することによって製造することも可能である。
また、CASのガラス化率は90%以上が好ましく、95%以上がより好ましい。90%未満では短時間強度が低くなる場合がある。
ガラス化率の測定は、例えば、X線回折リートベルト法によって可能であり、通常、ブレーン値5,000cm2/g程度に粉砕した試料に、酸化アルミニウムを内部標準物質として、試料100部中、20〜30部程度配合し、めのう乳鉢で充分混合後、粉末X線回折測定を実施する。測定結果をSietronics社の定量ソフト「SIROQUANT」で解析し、ガラス化率を求めた。
また、CASの粒度は、ブレーン値で、4,000〜8,000cm2/gが好ましく、5,000〜7,000cm2/gがより好ましい。4,000cm2/g未満では短期強度の発現性が充分でない場合があり、8,000cm2/gを超えると流動性の保持時間が充分でなくなる場合がある。
急硬材中の無水セッコウの使用量は、CAS100部に対して、75〜125部が好ましく、90〜110部がより好ましい。75部未満では強度発現性が充分でなくなる場合があり、125部を超えると寸法変化が大きくなって長期耐久性が悪くなる場合がある。
スラグ粉としては特に限定されるものではないが、通常、JIS A 6206-1997に定められている「コンクリート用高炉スラグ微粉末」が使用可能である。
スラグ粉の粉末度は特に限定されるものではなく、ブレーン値で3,000〜10,000cm2/gである。
本発明では、材料分離抵抗性を付与しつつ、流動性が改善されること、また、強度発現性が良好となることなどの理由から、酸性のシリカフュームを選定することが好ましい。 ここで、酸性シリカフュームとは、シリカフューム1gを純粋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。シリカフュームのBET比表面積値(以下、BETという)は、通常、2〜20m2/g程度である。
不純物としては、炭酸カルシウムや酸化カルシウムを含む場合がある。
水酸化カルシウムの比表面積は特に限定されるものではないが、通常、BETで20m2/g以下が好ましく、15m2/g以下がより好ましい。20m2/gを超えると、流動性が悪くなったり、可使時間の確保が困難になる傾向がある。
本発明では、ポリカルボン酸系高性能減水剤と共に、メラミン系高性能減水剤を併用することがより好ましい。ポリカルボン酸系高性能減水剤とメラミン系高性能減水剤を併用することにより、材料分離抵抗性の向上が図れるほか、ポリカルボン酸系高性能減水剤の使用に由来する泡の発生を抑制することが可能である。
メラミン系高性能減水剤の具体例としては、例えば、日本シーカ社製商品名「シーカメントFFパウダー」などを挙げることができる。
高性能減水剤の使用量は特に限定されるものではないが、通常、結合材100部に対して、固形分換算で0.3〜2部が好ましい。0.3部未満では流動性が充分でなく、充填されない場合があり、2部を超えると材料分離を起す場合がある。
凝結調節剤の使用量は特に限定されるものではないが、通常、結合材100部に対して、0.05〜1部が好ましく、0.1〜0.3部がより好ましい。0.05部未満では流動性の保持時間が充分でない場合があり、1部を超えると強度発現性が充分でない場合がある。
硝酸塩類の使用量は特に限定されるものではないが、通常、結合材100部に対して、0.3〜3部が好ましく、0.5〜2部がより好ましい。0.3部未満では流動性を保持する効果が充分でない場合があり、3部を超えると材料分離を生じる場合がある。
ガス発泡物質の具体例としては、例えば、アルミ粉や炭素物質のほか、過硫酸塩、過ホウ酸塩、過炭酸塩、及び過マンガン酸塩等の過酸化物質等が挙げられる。本発明では、炭素物質や過酸化物質を用いることが沈下抑制効果が大きいことから好ましく、中でも、過炭酸塩や過ホウ酸塩を用いることがより好ましい。
ガス発泡物質の使用量は特に限定されるものではないが、通常、アルミ粉ならば、結合材100部に対して、0.0001〜0.1部が好ましく、0.001〜0.01部がより好ましい。0.0001部未満では、充分な初期膨張効果を付与することができない場合があり、0.1部を超えて使用すると、過膨張となって強度発現性が悪くなる場合がある。
また、ガス発泡物質が炭素質物質ならば、結合材100部に対して、1〜15部が好ましく、3〜10部がより好ましい。1部未満では充分な初期膨張効果を付与することができない場合があり、15部を超えて使用すると過膨張となって強度発現性が悪くなる場合がある。
さらに、ガス発泡物質が過酸化物質ならば、結合材100部に対して、0.005〜0.5部が好ましく、0.01〜0.1部がより好ましい。0.005部未満では、充分な初期膨張効果を付与することができない場合があり、0.5部を超えて使用すると、過膨張となって強度発現性が悪くなる場合がある。
真円度の測定方法は特に限定されるものではないが、走査型電子顕微鏡や実体顕微鏡等で撮影した画像を、日本アビオニクス社製画像解析装置等の画像解析装置や、画像解析ソフトウエアなどで解析することが好ましい。球形化細骨材の真円度は、通常、0.8以上である。
重量骨材とは密度3.0g/cm3以上であれば良く、特に限定されるものではないが、その具体例としては、例えば、人工骨材として、高炉徐冷スラグ系細骨材、電気炉酸化期スラグ系細骨材、フェロニッケルスラグ系細骨材、フェロクロムスラグ系細骨材、及び銅スラグ系細骨材等が、また、天然骨材としては、橄欖岩(かんらん岩)系細骨材、いわゆる、オリビンサンドやエメリー鉱等が挙げられ、本発明では、これらの一種又は二種以上を併用することが可能である。
細骨材の使用は特に限定されるものではないが、通常、グラウト組成物100部に対して、100〜200部が好ましく、125部〜175部がより好ましい。100部未満では、発熱量や寸法変化が大きくなる場合があり、200部を超えると流動性や強度発現性が悪くなる場合がある。
ここで、球形化粗骨材とは、粒子表面の角がとれ、粒子形状の球形の度合いが増大したものである。
球形化の度合いは、球形化細骨材と同様に真円度で表すことが可能であり、真円度0.8以上の粗骨材を使用することが好ましい。
粗骨材の最大径は特に限定されるものではないが、通常、20mm以下が好ましく、15mm以下がより好ましい。粗骨材の最大粒径が20mmを超えると、材料分離が生じたり、強度発現性が悪くなる場合がある。
粗骨材の使用量は特に限定されるものではないが、通常、本発明のモルタルと粗骨材からなるコンクリート1m3あたり、1,000kg以下が好ましい。1,000kg/m3を超えると流動性が損なわれる場合がある
表1に示す水硬性材料、急硬材、スラグ粉、シリカフューム、及び水酸化カルシウムを配合して結合材を調製し、この結合材100部に対して、高性能減水剤A0.5部と凝結調節剤0.1部を配合してグラウト組成物を調製した。
調製したグラウト組成物100部に対して、細骨材αを150部配合し、水/結合材比43%となるように水を加えて練混ぜ、モルタルを調製し、ブリーディングや材料分離を観察し、流動性、圧縮強度、及び長さ変化率を、10℃環境下で評価した。結果を表1に併記する。
水硬性材料:住友大阪セメント社製商品名「ジェットセメント」、密度3.06g/cm3、ブレーン値5,500cm2/g
急硬材 :CASと無水セッコウの等量混合物、密度2.90g/cm3、ブレーン値6,000cm2/g
スラグ粉 :高炉水砕スラグ、市販品、密度2.90g/cm3、ブレーン値4,000cm2/g
水酸化カルシウム:市販の消石灰、密度2.25g/cm3、BET5m2/g
シリカフューム:酸性シリカフューム、BET15m2/g
高性能減水剤A:市販のポリカルボン酸系高性能減水剤70部と、市販のメラミン系高性能減水剤30部の混合物
凝結調節剤:無水クエン酸、試薬1級
細骨材α :石灰砂の0.6mm下品と、1.2mm〜0.6mm品の等量混合物、密度2.71g/cm3
水 :水道水
流動性 :土木学会標準示方書(JSCE-F541)のJ14ロートによるコンシステンシーの測定に準じて流下時間を測定
ブリーディング:JIS A 1123に準じて、練り上がりから5分後までを測定し、ブリーディング率を算出
材料分離 :触感判定により、細骨材の沈降を確認
圧縮強度 :40×40×160mmの供試体を作製し、JIS R 5201に準じて、材齢3時間の圧縮強度を測定
長さ変化率:JIS A 6202(B)に準じて測定
水硬性材料58部、急硬材17部、スラグ粉15部、シリカフューム5部、及び水酸化カルシウム5部からなる結合材100部に対して、表2に示す高性能減水剤と硝酸塩類と、凝結調整剤0.1部とを配合してグラウト組成物を調製した。
調製したグラウト組成物100部に対して、細骨材α150部を配合し、水/結合材比43%で練混ぜてモルタルを調製し、ブリーディング、材料分離、及び泡の発生を観察し、流動性、可使時間、圧縮強度、及び長さ変化率を、10℃環境下で評価した。結果を表2に併記する。
高性能減水剤B:ポリカルボン酸系高性能減水剤
硝酸塩類イ:硝酸カルシウム、試薬1級
可使時間 :J14ロートによるコンシステンシーの測定に準じて流下値を測定。流下値が20秒以内を確保できる保持時間を可使時間とした。
泡の発生 :目視により確認
水硬性材料58部、急硬材17部、スラグ粉15部、シリカフューム5部、及び水酸化カルシウム5部からなる結合材100部に対して、高性能減水剤A0.5部、凝結調節剤0.1部、及び表3に示す硝酸塩類を配合してグラウト組成物を調製した。
調製したグラウト組成物100部に対して、細骨材α150部を配合し、水/結合材比43%で練混ぜてモルタルを調製し、ブリーディングや材料分離を観察し、流動性、可使時間、圧縮強度、及び長さ変化率を、10℃環境下で評価した。結果を表3に併記する。
硝酸塩類ロ:亜硝酸カルシウム、試薬1級
硝酸塩類ハ:硝酸塩類イとロの等量混合物
水硬性材料58部、急硬材17部、スラグ粉15部、シリカフューム5部、及び水酸化カルシウム5部からなる結合材100部に対して、高性能減水剤A0.5部、凝結調整剤0.1部、硝酸塩類イ2部、及び表4に示すガス発泡物質を配合してグラウト組成物を調製した。
調製したグラウト組成物100部に対して、細骨材α150部を配合し、水/結合材比43%で練混ぜてモルタルを調製し、ブリーディングと材料分離を観察し、初期膨張率、流動性、可使時間、圧縮強度、及び長さ変化率を、10℃環境下で評価した。結果を表4に併記する。
ガス発泡物質a:過炭酸ナトリウム、試薬1級
ガス発泡物質b:過ホウ酸ナトリウム、試薬1級
ガス発泡物質c:アルミ粉、工業品
ガス発泡物質d:炭素質物質、市販のコークス
初期膨張率:土木学会「膨張コンクリート設計施工指針(案)」付録2.付属書「膨張材を用いた充填モルタルの施工要領(案)」に従い測定。ただし、表中の−は収縮側、+は膨張側を示す。
水硬性材料58部、急硬材17部、スラグ粉15部、シリカフューム5部、及び水酸化カルシウム5部からなる結合材100部に対して、高性能減水剤A0.5部、凝結調整剤0.1部、及び硝酸塩類イ2部を配合してグラウト組成物を調製した。
調製したグラウト組成物100部に対して、表5に示す細骨材を配合し、表5に示す水/結合材比(水比)で練混ぜてモルタルを調製し、ブリーディングと材料分離を観察し、流動性、可使時間、圧縮強度、及び長さ変化率を、10℃環境下で評価した。結果を表5に併記する。
細骨材β :球形化していない6号ケイ砂と7号ケイ砂の等量混合物、真円度0.65
細骨材γ :球形化した、6号ケイ砂と7号ケイ砂の等量混合物、真円度0.8
水硬材料58部と、急硬材17部と、スラグ粉15部と、シリカフューム5部、水酸化カルシウム5部からなる結合材100部に対して、高性能減水剤A0.5部、凝結調整剤0.1部、硝酸塩類イ2部、及びガス発泡物質a0.1部を配合してグラウト組成物を調製した。
調製したグラウト組成物100部に対して、細骨材α150部を配合し、水/結合材比43%で練混ぜてモルタルを調製した。
調製したモルタルに、表6に示す単位量の粗骨材を配合してコンクリートを調製し、スランプフロー、可使時間、初期膨張率、温度上昇、圧縮強度、及び長さ変化率を、10℃環境下で評価した。結果を表6に併記する。
粗骨材δ:市販の玉砂利、ケイ石系、Gmax15mm、真円度0.8、密度2.65g/cm3
粗骨材ε:市販の砕石、ケイ石系、Gmax15mm、真円度0.65、密度2.65g/cm3
スランプフロー:コンクリートの流動性、JIS A 1150に準じて測定
可使時間 :熱電対でコンクリート温度を測定し、練り上がり温度から2℃上昇した時間
膨張側を示す。
温度上昇 :コンクリートの発熱量、φ10cm×高さ20cmの円筒型枠にコンクリートを充填し、供試体中心部温度を熱電対により測定した最高到達温度
圧縮強度 :JIS A 1108に準じて測定
長さ変化率:JIS A 6202(B)に準じ、材齢7日で測定
Claims (18)
- 3CaO・SiO2固溶体、11CaO・7Al2O3・CaF2、及び無水セッコウを有効成分とする水硬性材料、アルミノケイ酸カルシウムガラスと無水セッコウを有効成分とする急硬材、高炉水砕スラグ微粉末、シリカフューム、水酸化カルシウム、高性能減水剤、並びに、凝結調整剤を含有してなり、水硬性材料、急硬材、高炉水砕スラグ微粉末、シリカフューム、及び水酸化カルシウムからなる結合材100部中、水硬性材料が48〜68部、急硬材が10〜20部、高炉水砕スラグ微粉末が5〜25部、シリカフュームが1〜10部、及び水酸化カルシウムが3〜10部であり、結合材100部に対して、高性能減水剤が固形分換算で0.3〜2部、凝結調節剤が0.05〜1部であるグラウト組成物。
- 高性能減水剤が、ポリカルボン酸系高性能減水剤を含有してなる請求項1に記載のグラウト組成物。
- 高性能減水剤が、ポリカルボン酸系高性能減水剤とメラミン系高性能減水剤を含有してなる請求項1又は請求項2に記載のグラウト組成物。
- 凝結調整剤が、有機酸又はその塩である請求項1〜請求項3のうちのいずれか一項に記載のグラウト組成物。
- 亜硝酸カルシウム及び/又は硝酸カルシウムを含有してなる請求項1〜請求項4のうちのいずれか一項に記載のグラウト組成物。
- ガス発泡物質を含有してなる請求項1〜請求項5のうちのいずれか一項に記載のグラウト組成物。
- 凝結調節剤が無水クエン酸である請求項1〜請求項6のうちのいずれか一項に記載のグラウト組成物。
- 結合材100部に対して、高性能減水剤が固形分換算で0.5〜1.5部である請求項1〜請求項7のうちのいずれか一項に記載のグラウト組成物。
- 請求項1〜請求項8のうちのいずれか一項に記載のグラウト組成物と、細骨材と、水とを配合してなるモルタル。
- 水/結合材比が35〜50%である請求項9に記載のモルタル。
- 細骨材が石灰系天然系細骨材及び/又はケイ石系天然系細骨材である請求項9又は請求項10に記載のモルタル。
- 細骨材が0.8以上の真円度を有する球形化細骨材である請求項9〜請求項11のうちのいずれか一項に記載のモルタル。
- 10℃環境下、材齢3時間で24N/mm 2 以上の圧縮強度を発現する請求項9〜請求項12のうちのいずれか一項に記載のグラウト組成物。
- 請求項9〜請求項13のうちのいずれか一項に記載のモルタルからなるグラウト材料。
- 請求項9〜請求項13のうちのいずれか一項に記載のモルタルと、粗骨材とを配合してなるコンクリート。
- 粗骨材の使用量がコンクリート1m 3 あたり、250〜750kgである請求項15に記載のコンクリート。
- 10℃環境下、材齢3時間で24N/mm 2 以上の圧縮強度を発現する請求項15又は請求項16に記載のコンクリート。
- 請求項16又は請求項17に記載のコンクリートからなるグラウト材料。。
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2006
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