JP7091099B2

JP7091099B2 - Ｐｃグラウト

Info

Publication number: JP7091099B2
Application number: JP2018048878A
Authority: JP
Inventors: 恵輔高橋; 一輝宮本; 靖彦戸田
Original assignee: 宇部興産建材株式会社
Priority date: 2017-06-27
Filing date: 2018-03-16
Publication date: 2022-06-27
Anticipated expiration: 2038-03-16
Also published as: JP2019006665A

Description

本発明は、ＰＣグラウトに関する。

ＰＣグラウトは、例えば、ポストテンション方式ＰＣ（プレストレストコンクリート）のダクト内に配置されたＰＣ鋼材を腐食から保護するためや、コンクリートとＰＣ鋼材を一体化するために、ダクト内に充填されるグラウトである（例えば、特許文献１を参照。）。ＰＣグラウトは、ダクト内にポンプ圧送されて充填される。このため、ＰＣグラウトには、ポンプ圧送可能な流動性を有することが求められている。

特開２００１－３１１３１１号公報

ポストテンション方式ＰＣのＰＣグラウトが充填されるダクトには、下り勾配の傾斜部が存在することがある。その傾斜部にＰＣグラウトが充填される際に、ＰＣグラウトの鉛直方向における下側部分が、上側部分よりも先行して流動する、所謂「先流れ」が生じることがある。ＰＣグラウトの先流れが生じると、ダクト内に空気が残留することがある。

また、ダクトに充填されたＰＣグラウトが硬化するときに、体積が減少するとダクト内に未充填部が発生し、ダクト内に空気が残留することがある。

このように、ダクト内に残留空気が生じると、ＰＣ鋼材に、ＰＣグラウトの硬化物により好適に被覆されていない部分が生じる場合がある。その場合、ＰＣ鋼材の表面に十分な不動態皮膜が形成されず、ＰＣ鋼材に錆が生じることにより、ＰＣ鋼材の耐久性が低下する虞がある。しかしながら、先流れやブリーディングの発生を抑制する為に、ＰＣグラウトの流動性を低くすると、ＰＣグラウトを圧送するために要する圧力が高くなりすぎ、ＰＣグラウトを好適に充填することが困難になる場合がある。従って、先流れや体積減少が生じにくく、かつ、圧送性に優れたＰＣグラウトが求められている。

本発明の主な目的は、先流れや体積減少が生じにくく、かつ、圧送性に優れたＰＣグラウトを提供することにある。

本発明者らは、鋭意研究の結果、ポルトランドセメント１００質量部に対して、ポリカルボン酸系流動化剤０．０６質量部～０．１５質量部、セルロース系増粘剤０．３０質量部～０．５０質量部、及びシリカフューム３．０質量部～４．０質量部を含み、かつ、水硬性組成物１００質量部に対して、水３０～４４質量部を含むＰＣグラウトは、先流れや体積減少が生じにくく、かつ、圧送性に優れていることを見出し、本発明を成すに至った。

すなわち、本発明に係るＰＣグラウトは、ポルトランドセメント、ポリカルボン酸系流動化剤、セルロース系増粘剤及びシリカフュームを含む水硬性組成物と、水とを含むＰＣグラウトである。本発明に係るＰＣグラウトは、ポルトランドセメント１００質量部に対して、ポリカルボン酸系流動化剤０．０６質量部～０．１５質量部、セルロース系増粘剤０．３０質量部～０．５０質量部、及びシリカフューム３．０質量部～４．０質量部を含む。本発明に係るＰＣグラウトは、水硬性組成物１００質量部に対して、水３０～４４質量部を含む。

本発明に係るＰＣグラウトでは、シリカフュームのＢＥＴ比表面積が１５ｍ^２／ｇ～２５ｍ^２／ｇであることが好ましい。

本発明に係るＰＣグラウトでは、２０℃におけるセルロース系増粘剤の１質量％水溶液のせん断速度０．１ｓ^－１における粘度が、１Ｐａ・ｓ～２０Ｐａ・ｓであることが好ましい。２０℃におけるセルロース系増粘剤の１質量％水溶液のせん断速度３０ｓ^－１における粘度が、０．００１Ｐａ・ｓ～０．０１５Ｐａ・ｓであることが好ましい。

本発明に係るＰＣグラウトが、無機系膨張材、消泡剤、収縮低減剤及び凝結調整剤の群から選ばれる少なくとも１つをさらに含むことが好ましい。

本発明によれば、先流れや体積減少が生じにくく、かつ、圧送性に優れたＰＣグラウトを提供することができる。

本発明に係るＰＣグラウトは、例えば、ポストテンション方式ＰＣ（プレストレストコンクリート）の作製等に好適に用いることができる。

本発明に係るＰＣグラウトは、水硬性組成物を含むＰＣグラウト用セメント組成物と、水とを含む。具体的には、本発明に係るＰＣグラウトは、水硬性組成物を含むＰＣグラウト用セメント組成物と、水との混練物である。

本発明に係るＰＣグラウトは、ポルトランドセメント、ポリカルボン酸系流動化剤、セルロース系増粘剤及びシリカフュームを含む水硬性組成物と、水とを含み、ポルトランドセメント１００質量部に対して、ポリカルボン酸系流動化剤０．０６質量部～０．１５質量部、セルロース系増粘剤０．３０質量部～０．５０質量部、及びシリカフューム３．０質量部～４．０質量部を含み、水硬性組成物１００質量部に対して、水３０～４４質量部を含む。このため、本発明に係るＰＣグラウトは、先流れや体積減少が生じにくく、かつ、圧送性に優れている。

（ＰＣグラウト用セメント組成物）
ＰＣグラウト用セメント組成物は、水硬性組成物を含む。

（水硬性組成物）
本発明において、水硬性組成物は、ポルトランドセメント、ポリカルボン酸系流動化剤、セルロース系増粘剤及びシリカフュームを含む。

（ポルトランドセメント）
好ましく用いられるポルトランドセメントとしては、例えば、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、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及び耐硫酸塩ポルトランドセメント等が挙げられる。これらのポルトランドセメントのうちの１種のみを用いてもよいし、複数種類を混合して用いてもよい。

上記ポルトランドセメントのなかでも、本発明に係るＰＣグラウト用セメント組成物を用いて調製したＰＣグラウトの硬化特性を良好にする観点からは、普通ポルトランドセメント、早強ポルトランドセメント及び超早強ポルトランドセメントからなる群から選ばれた少なくとも１種のポルトランドセメントを用いることがより好ましい。

（ポリカルボン酸系流動化剤）
ポリカルボン酸系流動化剤としては、例えば、ポリカルボン酸系流動化剤、ポリエーテル・ポリカルボン酸系流動化剤、変形ポリカルボン酸系流動化剤等が挙げられる。これらのポリカルボン酸系流動化剤のうちの１種のみを用いてもよいし、複数種類を混合して用いてもよい。これらのポリカルボン酸系流動化剤のなかでも、より優れた先流れとより優れたポンプ圧送性を実現する観点から、ポリエーテル・ポリカルボン酸系流動化剤がより好ましく用いられる。

ポリカルボン酸系流動化剤の含有量は、ポルトランドセメント１００質量部に対して、０．０６質量部～０．１５質量部であり、好ましくは０．０７質量部～０．１４質量部であり、より好ましくは０．０７５質量部～０．１３５質量部である。ポリカルボン酸系流動化剤の含有量を上記範囲とすることにより、より良好な圧送性を実現することができる。

（セルロース系増粘剤）
本発明に係るＰＣグラウトは、有機系増粘剤として、セルロース系増粘剤を含む。有機系増粘剤として、セルロース系増粘剤のみを用いてもよいし、セルロース系増粘剤に加え、セルロース系増粘剤以外の種類の有機系増粘剤を併用してもよい。その場合、セルロース系増粘剤は、有機系増粘剤１００質量部に対して、５０質量部以上用いることが好ましく、７０質量部以上用いることがより好ましい。また、好ましく用いられるセルロース系増粘剤以外の種類の有機系増粘剤の具体例としては、デンプン系増粘剤、グアーガム系増粘剤、ビニル系増粘剤等が挙げられる。

セルロース系増粘剤としては、例えば、ヒドロキシメチルセルロース、ヒドロキシエチルメチルセルロース、ヒドロキシプロピルメチルセルロース等の少なくとも１種を主成分として含むセルロース系増粘剤を好適に用いることができる。セルロース系増粘剤は、上記セルロースのうちの１種のみを主成分として含んでいてもよく、複数種類を主成分として含んでいてもよい。

なお、本発明において、「主成分として含む」とは、５０質量％以上含むことを意味する。

セルロース系増粘剤の含有量は、ポルトランドセメント１００質量部に対して、０．３０質量部～０．５０質量部であり、好ましくは、０．３２質量部～０．４８質量部であり、より好ましくは、０．３４質量部～０．４６質量部であり、さらに好ましくは、０．３６質量部～０．４４質量部である。セルロース系増粘剤の含有量を上記範囲内とすることにより、ＰＣグラウト充填時の先流れをさらに抑制することができる。

セルロース系増粘剤の１質量％水溶液の２０℃、せん断速度０．１ｓ^－１における粘度は、１Ｐａ・ｓ～２０Ｐａ・ｓであることが好ましく、５Ｐａ・ｓ～１５Ｐａ・ｓであることがより好ましく、７Ｐａ・ｓ～１３Ｐａ・ｓであることがさらに好ましく、８Ｐａ・ｓ～１２Ｐａ・ｓであることがなお好ましい。

セルロース系増粘剤の１質量％水溶液の２０℃、せん断速度０．１ｓ^－１における粘度を上記範囲とすることで、ＰＣグラウト充填時の先流れをさらに抑制することができる。

セルロース系増粘剤の１質量％水溶液の２０℃、せん断速度３０ｓ^－１における粘度は、０．００１Ｐａ・ｓ～０．０１５Ｐａ・ｓであることが好ましく、０．００２Ｐａ・ｓ～０．０１３Ｐａ・ｓであることがより好ましく、０．００３Ｐａ・ｓ～０．０１Ｐａ・ｓであることがさらに好ましく、０．００４Ｐａ・ｓ～０．００９Ｐａ・ｓであることがなお好ましい。

セルロース系増粘剤の１質量％水溶液の２０℃、せん断速度３０ｓ^－１における粘度を上記範囲とすることで、ＰＣグラウトのポンプ圧送性をさらに改善することができる。また、ＰＣグラウト硬化時の体積減少率をより低くすることができる。

なお、「ポンプ圧送性」とは、ＰＣグラウトをダクト内に圧送するときに必要となる圧力のことであり、当該圧力が低いほどポンプ圧送性が良好となる。

（シリカフューム）
本発明に係るＰＣグラウトは、無機系増粘材として、シリカフュームを含む。無機系増粘材として、シリカフュームのみを用いてもよいし、シリカフュームに加え、シリカフューム以外の種類の無機系増粘材を併用してもよい。その場合、シリカフュームは、無機系増粘材１００質量部に対して、５０質量部以上用いることが好ましく、７０質量部以上用いることがより好ましい。また、好ましく用いられるシリカフューム以外の種類の無機系増粘材の具体例としては、ベントナイト、カオリナイト、タルク等が挙げられる。

シリカフュームの主成分は、シリカである。シリカフュームとしては、アルミニウム含有量が少ないシリカフュームが好ましく用いられる。アルミニウムは水と反応し、膨張作用の大きな水素を発生させるため、ＰＣグラウト硬化物の強度低下に繋がる虞があるためである。

シリカフュームの含有量は、ポルトランドセメント１００質量部に対して、３．０質量部～４．０質量部であり、好ましくは、３．１質量部～３．９質量部であり、より好ましくは、３．２質量部～３．８質量部であり、さらに好ましくは、３．３質量部～３．７質量部である。シリカフュームの含有量を上記範囲内とすることにより、ＰＣグラウト充填時の先流れをより効果的に抑制することができる。

シリカフュームのＢＥＴ比表面積は、好ましくは１５ｍ^２／ｇ～２５ｍ^２／ｇであり、より好ましくは１６ｍ^２／ｇ～２４ｍ^２／ｇであり、さらに好ましくは１７ｍ^２／ｇ～２３ｍ^２／ｇである。シリカフュームのＢＥＴ比表面積を上記範囲とすることにより、ＰＣグラウト充填時の先流れをより効果的に抑制することができる。また、ＰＣグラウトのポンプ圧送性をさらに改善することができる。

（その他の成分）
本発明に係るＰＣグラウトは、本発明の効果が損なわれない範囲で、ポルトランドセメント、ポリカルボン酸系流動化剤、セルロース系増粘剤及びシリカフューム以外の成分をさらに含んでいてもよい。

（無機系膨張材、消泡剤、収縮低減剤、凝結調整剤）
本発明に係るＰＣグラウトは、本発明の効果が損なわれない範囲で、無機系膨張材、消泡剤、収縮低減剤及び凝結調整剤の群から選ばれる少なくとも１種をさらに含んでいることが好ましい。無機系膨張材、消泡剤、収縮低減剤及び凝結調整剤の群から選ばれる少なくとも１種の合量は、ポルトランドセメント１００質量部に対して、好ましくは０．１質量部～８．５質量部であり、より好ましくは０．１５質量部～７．８５質量部であり、さらに好ましくは０．２質量部～７．２質量部である。

（無機系膨張材）
無機系膨張材を用いることにより、高い圧縮強度を有するＰＣグラウト硬化体を実現し得る。

好ましく用いられる無機系膨張材としては、例えば、生石灰－石膏系膨張材、石膏系膨張材、カルシウムサルフォアルミネート系膨張材等が挙げられる。これらのうちの１種のみを用いてもよいし、複数種類を混合して用いてもよい。無機系膨張材の含有量は、ポルトランドセメント１００質量部に対して、好ましくは３質量部～７質量部であり、より好ましくは３．５質量部～６．５質量部であり、さらに好ましくは４質量部～６質量部である。無機系膨張材の含有量を上記範囲とすることで、より高い圧縮強度を有するＰＣグラウト硬化体を得ることができる。より高い圧縮強度を実現する観点からは、上記無機系膨張材のなかでも、生石灰－石膏系膨張材を用いることがより好ましい。

（消泡剤）
消泡剤を用いることにより、より高い圧縮強度を有するＰＣグラウト硬化体を実現し得る。

好ましく用いられる消泡剤としては、例えば、鉱油系、シリコーン系、アルコール系、ポリエーテル系等の合成物質又は植物由来の天然物質等が挙げられる。これらのうちの１種のみを用いてもよいし、複数種類を混合して用いてもよい。消泡剤の含有量は、ポルトランドセメント１００質量部に対して、好ましくは０．２質量部～０．５質量部であり、より好ましくは０．２５質量部～０．４５質量部であり、さらに好ましくは０．３質量部～０．４質量部である。消泡剤の含有量を上記範囲とすることで、より高い圧縮強度を有するＰＣグラウトが実現できる。優れた分散性と優れた持続効果を実現する観点からは、ポリエーテル系や鉱油系の消泡剤がより好ましく用いられる。

（収縮低減剤）
収縮低減剤を用いることにより、硬化体のひび割れが生じ難いＰＣグラウトが実現し得る。

好ましく用いられる収縮低減剤としては、例えば、低級・高級アルコールアルキレンオキシド付加物やグリコールエーテル誘導体などが挙げられる。これらのうちの１種のみを用いてもよいし、複数種類を混合して用いてもよい。収縮低減剤の含有量は、ポルトランドセメント１００質量部に対して、好ましくは０．１質量部～０．５質量部であり、より好ましくは０．１５質量部～０．４５質量部であり、さらに好ましくは０．２質量部～０．４質量部である。消泡剤の含有量を上記範囲とすることで、硬化体のひび割れの発生を抑えることが可能となる。ＰＣグラウト硬化物の寸法安定性をさらに向上する観点からは、上記収縮低減剤のなかでもポリエーテル誘導体がより好ましく用いられる。

（凝結調整剤）
凝結調整剤を用いることにより、硬化時間が適度に長く、適度な可使時間を有するＰＣグラウトを実現し得る。

好ましく用いられる凝結調整剤の具体例としては、例えば、ナトリウム塩、具体的には、硫酸ナトリウム及び重炭酸ナトリウム等の無機ナトリウム塩や、酒石酸ナトリウム、リンゴ酸ナトリウム、クエン酸ナトリウム及びグルコン酸ナトリウム等の有機ナトリウム塩などが挙げられる。これらのうちの１種のみを用いてもよいし、複数種類を混合して用いてもよい。凝結調整剤の含有量は、ポルトランドセメント１００質量部に対して、好ましくは０．１質量部～０．５質量部であり、より好ましくは０．１質量部～０．４５質量部であり、さらに好ましくは０．１質量部～０．４質量部である。消泡剤の含有量を上記範囲とすることで、硬化時間が適度に長く、適度な可使時間を有するＰＣグラウトを実現し得る。

（水）
本発明に係るＰＣグラウトは、水硬性組成物１００質量部に対して３０質量部～４４質量部の水を含む。すなわち、本発明に係るＰＣグラウトは、１００質量部の水硬性組成物と、３０質量部～４４質量部の水との混練物である。先流れとポンプ圧送性の観点から、水の含有量は、水硬性組成物１００質量部に対して、好ましくは３２質量部～４２質量部であり、より好ましくは質量部３４～４０質量部である。ＰＣグラウトにおける水の含有量を上記範囲とすることにより、先流れが生じにくく、かつ圧送性に優れたＰＣグラウトが得られる。

（先流れ性）
本発明に係るＰＣグラウトの先流れは、好ましくは０．１ｃｍ～３ｃｍであり、より好ましくは０．１ｃｍ～２ｃｍである。

なお、ＰＣグラウトの先流れは、下記の先流れ性試験を行うことにより測定することができる。

まず、直径が６５ｍｍのアクリル管を鉛直方向に沿って配置した状態で、アクリル管に混練直後のＰＣグラウトを４３０ｇ充填する。次に、ＰＣグラウトが充填されたアクリル管の下部がアクリル管の上部よりも上となるように水平方向から１５°傾けて、ＰＣグラウトの流動がストップするまでアクリル管を静置した。その状態で、ＰＣグラウトの下端部の鉛直方向下端と、上端との間のアクリル管の軸心に沿った距離を測定し、その距離をＰＣグラウトの先流れとする。

（レオロジー特性）
本発明に係るＰＣグラウトのせん断応力０．１ｓ^－１時のレオロジー特性は、好ましくは３０Ｐａ～１６８Ｐａ、より好ましくは３２Ｐａ～１００Ｐａ、さらに好ましくは３５Ｐａ～８０Ｐａである。

本発明に係るＰＣグラウトのせん断応力３０ｓ^－１時のレオロジー特性は、好ましくは７０Ｐａ～２９９Ｐａ、より好ましくは１００Ｐａ～２５０Ｐａである。

本発明に係るＰＣグラウトのレオロジー特性を上記範囲とすることにより、より良好なポンプ圧送性を実現でき、かつ、先流れをより効果的に抑制することができる。

なお、ＰＣグラウトのレオロジー特性は、下記の試験を行うことにより測定することができる。

ＡｎｔｏｎＰａａｒ社製レオメーターＭＣＲ１０１を用いて、共軸二重円筒治具ＣＣ２７／Ｐ６に混練直後のＰＣグラウトを充填し、低せん断速度０．１ｓ^－１及び高せん断速度３０ｓ^－１のそれぞれにおいてせん断応力（Ｐａ）を測定し、測定値をレオロジー特性とする。

（ＰＣグラウト硬化時の体積減少率）
本発明において、１．５時間後におけるＰＣグラウト硬化時の体積収縮率は、０．２０％以下であることが好ましく、０．１７％以下であることがより好ましく、０．１５％以下であることがさらに好ましい。

なお、ＰＣグラウト硬化時の体積収縮率は、鉛直管を用いたＪＳＣＥ－Ｆ５３５に準拠して測定することができる。

なお、上記各試験は、２０℃、湿度６５％ＲＨの条件下において行う。

以下、本発明について、具体的な実施例に基づいて、さらに詳細に説明するが、本発明は以下の実施例に何ら限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲において適宜変更して実施することが可能である。

（比較例１）
下記の表１に示す配合割合で原料（総量１６ｋｇ）をアイリッヒミキサーを用いて７分間混合し、水硬性組成物を調製した。

なお、ポルトランドセメントとしては、具体的には、早強ポルトランドセメント（ブレーン比表面積４４４０ｃｍ^２／ｇ）を用いた。

有機系増粘剤としては、セルロース系増粘剤「主成分：ヒドロキシプロピルメチルセルロース」（せん断速度０．１ｓ^－１の粘度９．７６Ｐａ・ｓ、せん断速度３０ｓ^－１の粘度０．００６７８Ｐａ・ｓ）を用いた。

無機系増粘材としては、シリカフューム（ＢＥＴ比表面積２０．０ｍ^２／ｇ）を用いた。

流動化剤としては、ポリエーテル・ポリカルボン酸系流動化剤を用いた。

次に、調製したＰＣグラウト用セメント組成物１６ｋｇに水（水道水）６．４ｋｇを加え、２０℃、湿度６５％ＲＨに維持された恒温恒湿室内において、ケミスターラーを用いて２分間混練することによりＰＣグラウトを得た。

（比較例２）
水硬性組成物の配合割合を表１に示す割合とし、水を５．７６ｋｇ加えたこと以外は、比較例１と同様にしてＰＣグラウトを調製した。

（実施例１、２）
水硬性組成物の配合割合を表１に示す割合としたこと以外は、比較例２と同様にしてＰＣグラウトを調製した。

（実施例３）
水硬性組成物の配合割合を表１に示す割合とし、凝結調整剤として酒石酸ナトリウム及び重炭酸ナトリウムを１：１の割合で用いたこと以外は、比較例２と同様にしてＰＣグラウトを調製した。

（評価）
実施例１～３及び比較例１、２のそれぞれで作製したＰＣグラウトにつき、上記評価方法により、レオロジー特性及び体積変化率を評価した。結果を表１に示す。

なお、ポンプ圧送性に関しては、３０ｓ^－１時のせん断応力が３００Ｐａ以内の材料は○と判断し、３００Ｐａを超える材料は×と判断した。

上記方法により算出した体積変化率が１．５時間後において０．２０％以下であれば○と判断し、０．２０％より大きい場合は、×と判断した。

Claims

早強ポルトランドセメント、ポリエーテル・ポリカルボン酸系流動化剤、セルロース系増粘剤及びシリカフュームを含む水硬性組成物と、水とを含むＰＣグラウトであって、
ポルトランドセメント１００質量部に対して、ポリエーテル・ポリカルボン酸系流動化剤０．０８質量部～０．１５質量部、セルロース系増粘剤０．３０質量部～０．５０質量部、及びシリカフューム３．０質量部～４．０質量部を含み、
前記セルロース系増粘剤はヒドロキシプロピルメチルセルロースを５０質量％以上含んでおり、
前記シリカフュームのＢＥＴ比表面積は１５ｍ ^２／ｇ～２５ｍ ^２／ｇであり、
水硬性組成物１００質量部に対して、水３０～４４質量部を含む、ＰＣグラウト。
無機系膨張材、消泡剤、収縮低減剤及び凝結調整剤の群から選ばれる少なくとも１つをさらに含む、請求項１に記載のＰＣグラウト。
酒石酸ナトリウム及び重炭酸ナトリウムを含有する凝結調整剤をさらに含む、請求項１又は２に記載のＰＣグラウト。