JP7305141B1 - セメントペースト、及び、冬季用ｐｃグラウトの施工方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】 採暖措置をとらず安価で一般地区において寒中施工に使用可能な冬季用ＰＣグラウトおよびその施工方法を提供する。【解決手段】 この冬季用ＰＣグラウト材は、少なくとも、セメントと、水と、混和剤と、を混練して成る。セメントは、早強ポルトランドセメントであり、混和剤は、ポリカルボン酸系ポリマーを主成分とするセメント分散剤と、増粘剤と、消泡剤と、から成る。セメント１００質量部に対して、セメント分散剤は０．２０～０．４０質量部含有され、増粘剤は０．０１５～０．０２０質量部含有され、消泡剤は０．０１０～０．０１５質量部含有される。水セメント比を２９～３２％とし、養生期間を２８日とした場合における、初期養生の１日目から７日目の最低気温が－１２℃、かつ、－８℃以下となる１日の累計時間が６時間以下であり、日平均気温が－６．０℃以上となる環境下において、養生期間中に採暖措置をとらない場合であっても、冬季用ＰＣグラウト材の強度が所期の強度以上となることを特徴とする。【選択図】 なし
Description
本発明は、冬季において、所定条件の範囲内で寒中施工とされたＰＣグラウトが凍結することなく、養生期間中に採暖等の措置をとらず所期の強度が得られるＰＣグラウトおよびその施工方法に関するものである。
従来、コンクリート構造体に配設されたシース内にＰＣ鋼材を挿通し、該ＰＣ鋼材を緊張定着することによって構造体にプレストレスを導入した後にシース内にグラウト（ＰＣグラウトという）を充填する、いわゆるポストテンション方式により、建物や橋梁等のＰＣ構造体を建設する方法が知られている。
ＰＣグラウトは充填時には流動性を必要とする以外に、充填後は充分に強度を発現させる必要がある。そのために、土木コンクリート標準示方書では、日平均気温が４℃以下になることが予想される時期を寒中と定義し、寒中においてはＰＣグラウトが凍結する恐れがあるため、グラウトの注入作業は行わないことを標準としている。やむを得ず寒中にＰＣグラウトの注入を行う場合は、注入前にダクト（シース）周辺のコンクリート温度を５℃以上にしておかなければならず、かつ、ＰＣグラウト温度は注入後少なくとも３日間５℃以上に保つことを原則としている。そのために、加熱装置を部材外部に配置して、コンクリート構造体全体を防寒シートで囲い（覆い工）加温するという採暖方法が採られている。しかしながら、採暖するにはコストと手間が掛かるばかりでなく、強風対策等も考慮しなければならず、長大な橋梁や大規模な構造物においては施工が極めて難しい。
一方で、寒中施工とされたＰＣグラウトが特別な採暖手段を取らなくても凍結しない冬季用ＰＣグラウトに関する従来の技術は、複数の特許文献に示されている。特許文献１では、結晶イオン半径の３倍以上の水和イオン半径を示す陽イオンを放出し得る化合物とセメントとを含有する寒中施工用セメント組成物が示された。この組成物を使用することによって、零下２０℃の寒中施工においても凍害が起こらず通常のコンクリート施工を行うことができ、硬化物は充分な強度を示すということが、開示されている。
特許文献２では、ポリカルボン酸アルカリ金属またはポリカルボン酸アルカリ土類金属からなる防凍用セメント添加剤をセメントに配合した防凍セメント組成物を使用することによって、セメント混練物が－１５℃の氷点下においても凍結しないから、寒冷地における加熱養生装置を用いず施工可能にしたということが、開示されている。
特許文献１と２が開示する従来技術は、水和反応が進み強度発現の限界とされる－１０℃以下でも凍結しないとしたものであるが、厳冬期においてはいずれも注入時の作業性、強度の発現性、および経済性などにおいて問題がある。特に、極寒地、例えば、北海道においては、厳しい外気温に加えて、予想困難となる積雪や強風などの不特定な要因がＰＣグラウトの初期凍害に大きく影響するために、その影響を取り除ききれず一般的に利用されるには至っていないのが現状である。
また、前述したように、土木コンクリート標準示方書では、寒中にＰＣグラウトの注入を行う場合は、注入前にダクト（シース）周辺のコンクリート温度を５℃以上にしておかなければならず、かつ、ＰＣグラウト温度は注入後少なくとも３日間５℃以上に保つことを原則としているということより、ＰＣグラウトの寒中施工を行う際に、注入作業時と３日間の初期養生時の部材周囲の環境気温がＰＣグラウトの凍結防止に最も重要な要因になる。つまり、３日間において凍結せずセメントと水との水和反応が確実に進行して初期凍害を防止することさえできれば、ＰＣグラウトの凍結することなく寒中施工が可能となる。
また、前述したように、土木コンクリート標準示方書では、寒中にＰＣグラウトの注入を行う場合は、注入前にダクト（シース）周辺のコンクリート温度を５℃以上にしておかなければならず、かつ、ＰＣグラウト温度は注入後少なくとも３日間５℃以上に保つことを原則としているということより、ＰＣグラウトの寒中施工を行う際に、注入作業時と３日間の初期養生時の部材周囲の環境気温がＰＣグラウトの凍結防止に最も重要な要因になる。つまり、３日間において凍結せずセメントと水との水和反応が確実に進行して初期凍害を防止することさえできれば、ＰＣグラウトの凍結することなく寒中施工が可能となる。
そこで，本発明は、作業性、経済性と実用性を重視し、特に、混練時の施工方法（条件）と初期養生期間（７日間）の外気温を限定し、北海道や山間部のような厳しい外気温に加えて雪や強風の影響が強い施工環境となる厳しい寒冷地を適用範囲から除き、採暖措置をとらず安価で一般地区において寒中施工に使用可能な、冬季用ＰＣグラウトおよびその施工方法を提供することを目的とする。
なお、寒冷地の定義には、行政上や各分野の学会指針等において様々なものがあるが、本願発明では、国土交通省「住宅の次世代省エネルギー基準」」に基づく「寒冷地」に準拠し、それ以外の地区を一般地区という。
なお、寒冷地の定義には、行政上や各分野の学会指針等において様々なものがあるが、本願発明では、国土交通省「住宅の次世代省エネルギー基準」」に基づく「寒冷地」に準拠し、それ以外の地区を一般地区という。
本発明の冬季用ＰＣグラウト材として用いられるセメントペーストは、セメントと、水と、混和剤のみ、を混練して成る。前記セメントは、早強ポルトランドセメントであり、前記混和剤は、ポリカルボン酸系ポリマーを主成分とするセメント分散剤と、増粘剤と、消泡剤のみ、から成り、前記セメント分散剤は、前記セメント１００質量部に対して、０．２０～０．４０質量部含有され、前記増粘剤は、前記セメント１００質量部に対して、０．０１５～０．０２０質量部含有され、前記消泡剤は、前記セメント１００質量部に対して、０．０１０～０．０１５質量部含有され、前記水とセメントとの水セメント比（Ｗ/Ｃ）が２９～３２％であり、前記冬季用ＰＣグラウト材の注入作業が行われた後に養生期間を２８日とした場合における、１日目から７日目の最低気温が－１２℃以上、かつ、－８℃以下となる１日の累計時間が６時間以下であり、日平均気温が－６．０℃以上となる環境下において、前記養生期間中に採暖措置をとらずに寒中施工された前記セメントペーストの強度が以下のようになることを特徴とする。
本発明のセメントペーストは、注入されてからの前記養生期間の日数である材令が１日である場合、圧縮強度が、４．０Ｎ/ｍｍ２以上となり、又は、前記材令が７日である場合、前記圧縮強度が、２０Ｎ/ｍｍ２以上となり、又は、前記材令が２８日である場合、前記圧縮強度が、３０Ｎ/ｍｍ２以上となることを特徴とする。
本発明の冬季用ＰＣグラウトの施工方法は、気温が－１．０～１０．０℃の環境下で混練作業を行うこととする。当該施工方法は、前記セメントと、前記水と、前記混和剤とをミキサーを使用して混練するステップであって、前記ミキサーの回転数が１０００ｒｐｍ以上であり、１回あたりの混練する前記セメントの質量が２５～１００ｋｇであり、混練時間が３分以上であるステップと、前記混練するステップの後に、当該セメントペーストを、１時間経過後のＪＰ漏斗による流下時間が５～１５秒となるように、混練直後の練上がり温度が９．０～１８．０℃の範囲内に収まるように管理するステップと、を備えたことを特徴とする。
本発明によれば、日平均気温が－６．０℃以上の一般地区において、初期養生期間である１日目から７日目の最低気温が－１２℃、かつ、－８℃以下となる１日の累計時間が６時間以下の環境気温を限定した適用範囲として、採暖措置をとらず安価で経済性を持つＰＣグラウトの寒中施工を行うことが可能となる。また、本発明の施工方法は、施工の手間がかからず他の季節と変わらない作業性をもち、養生期間中に面倒な温度管理も不要であり、凍結なく簡単に寒中施工できる方法である。
また、水セメント比（Ｗ/Ｃ）を通常（Ｗ/Ｃ＝４５％）より大幅に減少したにもかかわらず、良好な流動性を保つことができ、施工性を損なうことなく、実用性を有する冬季用ＰＣグラウトである。
また、水セメント比（Ｗ/Ｃ）を通常（Ｗ/Ｃ＝４５％）より大幅に減少したにもかかわらず、良好な流動性を保つことができ、施工性を損なうことなく、実用性を有する冬季用ＰＣグラウトである。
以下、本発明の実施形態に係る冬季用ＰＣグラウト材、及び、冬季用ＰＣグラウト材を用いる施工方法について説明する。
本発明の実施形態に係る冬季用ＰＣグラウト材、及び、冬季用ＰＣグラウト材を用いる施工方法では、一般地区（例えば、気象庁の気候区分による暖地、温暖地など）の冬季において、採暖手段をとることなく、ＰＣグラウトを注入したとき、凍結することなく、所期強度が得られることを目的としている。一方、厳しい外気温（例えば、北海道のような－２０℃）の施工環境にて適用することを、あえて除外している。そのために、本実施形態の冬季用ＰＣグラウト材では、初期養生時の環境気温がＰＣグラウトの凍結防止に最も重要な要因に着目し、適用範囲を一般地区に限定し、構成する材料をバランスよく配合し、うまく組合せることによって、都合よく防凍効果を生み出している。また、配合だけでなく、更に、施工条件を限定することによっても、防凍効果が得られる。このように、本実施形態の冬季用ＰＣグラウト材には、経済性を重視し、一般地区の冬季において採暖手段を用いずにＰＣグラウト施工できればよい、ということを図る。
上記を鑑みて、本発明の実施形態に係る冬季用ＰＣグラウト材は、セメントと、水と、混和剤のみが混練されることで構成される。
上述のセメントとしては、早強ポルトランドセメントが用いられる。早強ポルトランドセメントは、例えば、ＪＩＳ Ｒ ５２１０にて規定される成分組成を充足するものであってもよい。また、セメントが製造される製造地は、任意であってもよい。
上述の混和剤は、セメント分散剤と、増粘剤と、消泡剤とで構成される。混和剤としては、例えば、鋼材の腐食を防ぐために、塩化物イオン量を抑制したものが用いられる。混和剤の性状は、例えば、セメント及び水との混練前には、粉末状を呈していてもよく、また、混練後には、低粘性でブリーディングが発生しないものとすることが好適である。
上述のセメント分散剤としては、ポリカルボン酸系ポリマーを主成分とするものが用いられる。当該主成分は、例えば、変性ポリカルボキシレイト等であってもよく、これに限定されない。セメント分散剤は、上述のセメント１００質量部に対して、０．２０～０．４０質量部含有される。より具体的には、セメント分散剤の含有率が、例えば、セメント１００質量部に対して、０．２０質量部、０．３８質量部であってもよい。
上述の増粘剤は、例えば、メチルセルロース等であってもよく、これに限定されない。当該増粘剤は、上述のセメント１００質量部に対して、０．０１０～０．０２０質量部含有される。より具体的には、増粘剤の含有率が、例えば、０．０１５質量部、０．１７質量部であってもよい。
上述の消泡剤は、例えば、界面活性剤等であってもよく、これに限定されない。当該消泡剤は、上述のセメント１００質量部に対して、０．０１０～０．０１５質量部含有される。より具体的には、消泡剤の含有率が、例えば、セメント１００質量部に対して、０．０１０質量部であってもよい。
本実施形態の冬季用ＰＣグラウト材では、水に対するセメントの重量比率である水セメント比（Ｗ/Ｃ）を２９～３２％とし、養生期間を２８日とした場合における、初期養生の１日目から７日目の最低気温が－１２℃、かつ、－８℃以下となる１日の累計時間が６時間以下であり、日平均気温が－６．０℃以上となる環境下において、前記養生期間中に採暖措置をとらない場合であっても、冬季用ＰＣグラウト材の強度が所期の強度以上となる。
本実施形態の冬季用ＰＣグラウト材では、注入されてからの養生期間の日数である材令が１日である場合、冬季用ＰＣグラウト材の圧縮強度が、所期の強度として４．０Ｎ/ｍｍ２以上となる。材令が７日である場合、圧縮強度が、所期の強度として２０Ｎ/ｍｍ２以上となる。材令が２８日である場合、圧縮強度が、所期の強度として３０Ｎ/ｍｍ２以上となる。圧縮強度の測定としては、例えば、ＪＩＳ Ａ １１０７，１１０８にて規定される圧縮試験方法が用いられてもよい。なお、この特徴の詳細については、［実施例］の欄にて後述する。
本発明の実施形態に係る冬季用ＰＣグラウト材を用いる施工方法は、気温が－１．０～１０．０℃の環境下において、上述のように構成された冬季用ＰＣグラウト材を用いる施工方法である。
ようするに、一般地区において、冬季の昼間での施工を前提とし、環境温度が強度発現の限界とされる－１０℃まで下がる夜中になる前に、水和反応が進み部材のダクト（シース）内のＰＣグラウトに発生する水和熱を活かし初期強度を発現させて、なおかつ、部材内部のダクト（シース）内の温度がＰＣグラウトの凍結に影響するほどまで下がる前に夜明けになり環境温度が上がることを想定した適用範囲とする施工方法である。
具体的な当該施工方法は、２つのステップを備えており、先ず、混練するステップが実行され、次に、練上がり温度を管理するステップが実行されるようになっている。
ようするに、一般地区において、冬季の昼間での施工を前提とし、環境温度が強度発現の限界とされる－１０℃まで下がる夜中になる前に、水和反応が進み部材のダクト（シース）内のＰＣグラウトに発生する水和熱を活かし初期強度を発現させて、なおかつ、部材内部のダクト（シース）内の温度がＰＣグラウトの凍結に影響するほどまで下がる前に夜明けになり環境温度が上がることを想定した適用範囲とする施工方法である。
具体的な当該施工方法は、２つのステップを備えており、先ず、混練するステップが実行され、次に、練上がり温度を管理するステップが実行されるようになっている。
上述の混練するステップは、上述のセメントと、水と、混和剤と、をミキサーを使用して混練するステップである。混練する際のミキサーの回転数は、１０００ｒｐｍ以上である。１回あたりの混練するセメントの質量は、２５～１００ｋｇである。混練時間は、３分以上である。混練の順序としては、例えば、水及び混和剤を３０秒練り混ぜた後に、セメントを投入して更に３分以上練り混ぜるようにしてもよい。
上述の練上がり温度を管理するステップは、上述の混練するステップの後に、少なくとも１時間以上の可使時間の確保と初期凍害の防止を目的とし、当該冬季用ＰＣグラウト材を、１時間経過後のＪＰ漏斗による流下時間が５～１５秒となるように、混練直後の練上がり温度が９．０～１８．０℃の範囲内に収まるように管理するステップである。
本願における管理するステップとは、具体的に下記のように行うこととする。
まず、練上がり温度を測定する。練り上がり温度が所定範囲内である場合には当該混練した冬季用ＰＣグラウト材の注入作業を行う。
もし、上記の確認にて練上がり温度が所定範囲から外れた場合には、材温や水温を調節して再度混練し、練上がり温度を測定する。練り上がり温度が所定範囲内に収まっていることが確認できた場合には当該再度混練した冬季用ＰＣグラウト材の注入作業を行う。
このように、練上がり温度が所定の範囲内に収まることが確認できるまで、調節のための混練を行う。
後述する「実施例」の表１に示すように、試験では所定の環境温度において混練する際に、各実施例における練上がり温度が９．０～１８．５℃の範囲内に収まるように調節することによって、混練から１時間後のＪＰ漏斗による流下時間が４．８～１２．５秒となり、可使時間が１時間以上となることが実証された。
したがって、施工方法としては前述した管理を行うことによって混練後のＰＣグラウトの可使時間を少なくとも１時間以上確保することとする。ただし、本願では実用性を考慮し、施工方法としては、１時間経過後のＪＰ漏斗による流下時間が５～１５秒となることを１時間以上の可使時間を確保できる条件とする。
ＪＰ漏斗を用いた流下時間の測定としては、ＪＳＣＥ－Ｆ ５３１にて規定される流動性試験方法が用いられている。
本願における管理するステップとは、具体的に下記のように行うこととする。
まず、練上がり温度を測定する。練り上がり温度が所定範囲内である場合には当該混練した冬季用ＰＣグラウト材の注入作業を行う。
もし、上記の確認にて練上がり温度が所定範囲から外れた場合には、材温や水温を調節して再度混練し、練上がり温度を測定する。練り上がり温度が所定範囲内に収まっていることが確認できた場合には当該再度混練した冬季用ＰＣグラウト材の注入作業を行う。
このように、練上がり温度が所定の範囲内に収まることが確認できるまで、調節のための混練を行う。
後述する「実施例」の表１に示すように、試験では所定の環境温度において混練する際に、各実施例における練上がり温度が９．０～１８．５℃の範囲内に収まるように調節することによって、混練から１時間後のＪＰ漏斗による流下時間が４．８～１２．５秒となり、可使時間が１時間以上となることが実証された。
したがって、施工方法としては前述した管理を行うことによって混練後のＰＣグラウトの可使時間を少なくとも１時間以上確保することとする。ただし、本願では実用性を考慮し、施工方法としては、１時間経過後のＪＰ漏斗による流下時間が５～１５秒となることを１時間以上の可使時間を確保できる条件とする。
ＪＰ漏斗を用いた流下時間の測定としては、ＪＳＣＥ－Ｆ ５３１にて規定される流動性試験方法が用いられている。
以上説明したように、本発明の実施形態に係る冬季用ＰＣグラウト材によれば、日平均温度が－６．０℃以上の一般地区において，初期養生の１日目から７日目の環境気温と施工条件を限定したことによって、採暖措置をとらず安価で経済性を持つＰＣグラウトの寒中施工を行うことが可能となる。また、本発明の実施形態に係る冬季用ＰＣグラウト材の施工方法は、施工手間がかからず他の季節と変わらない作業性をもち、養生期間中に面倒な温度管理も不要であり、凍結なく簡単に寒中施工できる方法である。
［実施例］
本発明の実施形態に係るＰＣ用冬季グラウト材の性能確認及び使用条件の設定に必要なデータを得るために、各実施例に対応する試験を実施した。表１は、各実施例の試験結果の一覧を示す。実施例は、全１４例であり、それぞれ表１に記載の配合記号としてＡ０，Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４，Ａ６，Ａ７，Ｂ０，Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３，Ｂ４，Ｂ６，Ｂ７がそれぞれ割り当てられている。以下、各実施例を、配合記号に対応するように、実施例Ａ０，Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４，Ａ６，Ａ７，Ｂ０，Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３，Ｂ４，Ｂ６，Ｂ７とそれぞれ称呼する。
本発明の実施形態に係るＰＣ用冬季グラウト材の性能確認及び使用条件の設定に必要なデータを得るために、各実施例に対応する試験を実施した。表１は、各実施例の試験結果の一覧を示す。実施例は、全１４例であり、それぞれ表１に記載の配合記号としてＡ０，Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４，Ａ６，Ａ７，Ｂ０，Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３，Ｂ４，Ｂ６，Ｂ７がそれぞれ割り当てられている。以下、各実施例を、配合記号に対応するように、実施例Ａ０，Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４，Ａ６，Ａ７，Ｂ０，Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３，Ｂ４，Ｂ６，Ｂ７とそれぞれ称呼する。
＜混和剤＞
配合記号の表記「Ａ」「Ｂ」において、それぞれ混和剤を異ならせた。実施例Ａ０，Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４，Ａ６，Ａ７では、混和剤として、Ｎ社製のポリカルボン酸系分散剤に、セルロース系の増粘剤と、消泡剤とを配合した。セメント１００質量部に対して、分散剤、増粘剤、消泡剤の含有率を、それぞれ０．２０質量部、０．０１５質量部、０．０１０質量部とした。実施例Ｂ０，Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３，Ｂ４，Ｂ６，Ｂ７では、混和剤として、Ｌ社製のポリカルボン酸系分散剤に、セルロース系の増粘剤と、消泡剤とを配合した。セメント１００質量部に対して、分散剤、増粘剤、消泡剤の含有率を、それぞれ０．３８質量部、０．０１７質量部、０．０１０質量部とした。
配合記号の表記「Ａ」「Ｂ」において、それぞれ混和剤を異ならせた。実施例Ａ０，Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４，Ａ６，Ａ７では、混和剤として、Ｎ社製のポリカルボン酸系分散剤に、セルロース系の増粘剤と、消泡剤とを配合した。セメント１００質量部に対して、分散剤、増粘剤、消泡剤の含有率を、それぞれ０．２０質量部、０．０１５質量部、０．０１０質量部とした。実施例Ｂ０，Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３，Ｂ４，Ｂ６，Ｂ７では、混和剤として、Ｌ社製のポリカルボン酸系分散剤に、セルロース系の増粘剤と、消泡剤とを配合した。セメント１００質量部に対して、分散剤、増粘剤、消泡剤の含有率を、それぞれ０．３８質量部、０．０１７質量部、０．０１０質量部とした。
＜セメント＞
各実施例において、セメントとして、Ｔ社製の早強ポルトランドセメントを用いた。実施例Ａ０，Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４，Ｂ０，Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３，Ｂ４では、同メーカの三重県製のものを用い、実施例Ａ６，Ａ７，Ｂ６，Ｂ７では、同メーカの北海道製のものを用いた。製造地を異ならせたのは、同じセメントメーカにおける品質のばらつきが、試験結果に及ぼす影響を把握するためである。表１において、水セメント比は、水の質量を、セメントの質量で除した値である。実施例Ａ２，Ｂ２では、水セメント比を０．２９とし、実施例Ａ３，Ｂ３では、水セメント比を０．３２とし、それ以外の実施例では、水セメント比を全て０．３とした。即ち、水セメント比を２９～３２％の範囲内のものとした。
各実施例において、セメントとして、Ｔ社製の早強ポルトランドセメントを用いた。実施例Ａ０，Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４，Ｂ０，Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３，Ｂ４では、同メーカの三重県製のものを用い、実施例Ａ６，Ａ７，Ｂ６，Ｂ７では、同メーカの北海道製のものを用いた。製造地を異ならせたのは、同じセメントメーカにおける品質のばらつきが、試験結果に及ぼす影響を把握するためである。表１において、水セメント比は、水の質量を、セメントの質量で除した値である。実施例Ａ２，Ｂ２では、水セメント比を０．２９とし、実施例Ａ３，Ｂ３では、水セメント比を０．３２とし、それ以外の実施例では、水セメント比を全て０．３とした。即ち、水セメント比を２９～３２％の範囲内のものとした。
＜ＪＰ漏斗流下時間＞
各実施例の原料を混練し、練り上がり温度を測定した後に、ＪＰ漏斗流下時間を計測した。それぞれの工程における気温は、－１．０～１０．０℃の範囲内であった。上述のセメントと、水と、混和剤とをミキサーを使用して、１０００ｒｐｍにて３分以上混練した。ミキサーを止めて混練完了した時における冬季用ＰＣグラウト材の温度を、練り上がり温度として測定した。
各実施例の原料を混練し、練り上がり温度を測定した後に、ＪＰ漏斗流下時間を計測した。それぞれの工程における気温は、－１．０～１０．０℃の範囲内であった。上述のセメントと、水と、混和剤とをミキサーを使用して、１０００ｒｐｍにて３分以上混練した。ミキサーを止めて混練完了した時における冬季用ＰＣグラウト材の温度を、練り上がり温度として測定した。
表１に示すように、実施例Ｂ４にて、練り上がり温度が９．０℃となり、全実施例中で最低温度となった。一方、実施例Ｂ６にて、練り上がり温度が１８．５℃となり、全実施例中で最高温度となった。即ち、各実施例での練り上がり温度を、９．０～１８．５℃の範囲内に推移するよう調整した。
ミキサーを止めて混練完了した時から１時間経過後における、冬季用ＰＣグラウト材のＪＰ漏斗流下時間を測定した。具体的には、三脚にセットして内壁を濡らしたＪＰ漏斗の下端開口を塞いだ状態において、当該ＪＰ漏斗の上端開口から、上記１時間経過後の冬季用ＰＣグラウト材を流入していった。次いで、ＪＰ漏斗上面まで充填を完了させた後に、下端開口を解放して冬季用ＰＣグラウト材の流出を開始すると同時に、時間測定を開始した。そして、流出するグラウト流が途切れるまでの時間を、ＪＰ漏斗流下時間として測定した。
表１に示すように、実施例Ｂ３にて、ＪＰ漏斗流下時間が４．８秒となり、全実施例中で最短時間となった。一方、実施例Ａ０にて、ＪＰ漏斗流下時間が１２．５秒となり、全実施例中で最長時間となった。即ち、各実施例でのＪＰ漏斗流下時間は、４．８～１２．５秒の範囲内に推移した。
このＪＰ漏斗流下時間の範囲は、一般的に、低粘性と呼ばれる粘性レベルを示している。従って、水セメント比を０．２９～０．３２（２９～３２％）、グラウトの練り上がり温度を９．０～１８．０℃に調節することにより、グラウトの注入作業を練り混ぜ後1時間以内であれば、低粘性状態で実施できることが確認された。
＜圧縮強度＞
各実施例において、上述した混練を経て得たグラウトを試験体として成形し、試験体を養生した。各試験体の形状としては、φ５０×１００ｍｍの円柱を成形した。一般地区の冬季環境を再現するため、冷凍庫内で試験体の養生を実行した。
各実施例において、上述した混練を経て得たグラウトを試験体として成形し、試験体を養生した。各試験体の形状としては、φ５０×１００ｍｍの円柱を成形した。一般地区の冬季環境を再現するため、冷凍庫内で試験体の養生を実行した。
図１に示すように、円柱形状の各試験体を、冷凍庫内に立位状態で静置して養生した。なお、養生中において、別途採暖の措置はとらなかった。図２は、表１に示す各実施例の代表例として、試験体の温度、及び、冷凍庫内の温度のタイムチャートを示している。図２で示される試験体の温度のタイムチャートは、例として、実施例Ａ６，Ａ７，Ｂ６，Ｂ７のものである。試験体の中心部を熱電対で測定し、所定のタイミング毎に記録していくことで、タイムチャートを取得した。冷凍庫内の温度は、－１．２～－１１．６℃の範囲内に推移し、平均－６．０℃程度であった。ただし、表１に示す各実施例において、試験時が異なるために試験時に計測された冷凍庫内の最低温度がまちまちであり、その中で計測された最も低い最低温度は－１３．９℃であったものがある。
養生を開始した後に、異なる材令の試験体に対し、圧縮強度をそれぞれ測定した。養生期間を２８日間とし、実施例Ａ０，Ｂ０では、材令７，２８日の各時点における試験体の圧縮強度を測定した。実施例Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４，Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３，Ｂ４では、材令１，７日の各時点における試験体の圧縮強度を測定した。実施例Ａ６，Ａ７，Ｂ６，Ｂ７では、材令１，７，２８日の各時点における試験体の圧縮強度を測定した。
圧縮強度試験としては、３本の試験体の圧縮強度をそれぞれ測定し、表１においては、それらの平均値を圧縮強度の値として示している。例として、実施例Ａ６，Ａ７，Ｂ６，Ｂ７での測定値及び平均値を、以下に示す。
・実施例Ａ６
・・材令１日の圧縮強度
１本目の試験体の測定値：６．１ＭＰａ（Ｎ／ｍｍ２）
２本目の試験体の測定値：４．８ＭＰａ（Ｎ／ｍｍ２）
３本目の試験体の測定値：５．６ＭＰａ（Ｎ／ｍｍ２）
測定値の平均値 ：５．５ＭＰａ（Ｎ／ｍｍ２）
・・材令７日の圧縮強度
１本目の試験体の測定値：３０．０ＭＰａ（Ｎ／ｍｍ２）
２本目の試験体の測定値：２９．０ＭＰａ（Ｎ／ｍｍ２）
３本目の試験体の測定値：２６．４ＭＰａ（Ｎ／ｍｍ２）
測定値の平均値 ：２８．５ＭＰａ（Ｎ／ｍｍ２）
・・材令１日の圧縮強度
１本目の試験体の測定値：６．１ＭＰａ（Ｎ／ｍｍ２）
２本目の試験体の測定値：４．８ＭＰａ（Ｎ／ｍｍ２）
３本目の試験体の測定値：５．６ＭＰａ（Ｎ／ｍｍ２）
測定値の平均値 ：５．５ＭＰａ（Ｎ／ｍｍ２）
・・材令７日の圧縮強度
１本目の試験体の測定値：３０．０ＭＰａ（Ｎ／ｍｍ２）
２本目の試験体の測定値：２９．０ＭＰａ（Ｎ／ｍｍ２）
３本目の試験体の測定値：２６．４ＭＰａ（Ｎ／ｍｍ２）
測定値の平均値 ：２８．５ＭＰａ（Ｎ／ｍｍ２）
・実施例Ａ７
・・材令１日の圧縮強度
１本目の試験体の測定値：６．３ＭＰａ（Ｎ／ｍｍ２）
２本目の試験体の測定値：６．３ＭＰａ（Ｎ／ｍｍ２）
３本目の試験体の測定値：６．１ＭＰａ（Ｎ／ｍｍ２）
測定値の平均値 ：６．２ＭＰａ（Ｎ／ｍｍ２）
・・材令７日の圧縮強度
１本目の試験体の測定値：２８．０ＭＰａ（Ｎ／ｍｍ２）
２本目の試験体の測定値：２６．７ＭＰａ（Ｎ／ｍｍ２）
３本目の試験体の測定値：２１．９ＭＰａ（Ｎ／ｍｍ２）
測定値の平均値 ：２５．５ＭＰａ（Ｎ／ｍｍ２）
・・材令１日の圧縮強度
１本目の試験体の測定値：６．３ＭＰａ（Ｎ／ｍｍ２）
２本目の試験体の測定値：６．３ＭＰａ（Ｎ／ｍｍ２）
３本目の試験体の測定値：６．１ＭＰａ（Ｎ／ｍｍ２）
測定値の平均値 ：６．２ＭＰａ（Ｎ／ｍｍ２）
・・材令７日の圧縮強度
１本目の試験体の測定値：２８．０ＭＰａ（Ｎ／ｍｍ２）
２本目の試験体の測定値：２６．７ＭＰａ（Ｎ／ｍｍ２）
３本目の試験体の測定値：２１．９ＭＰａ（Ｎ／ｍｍ２）
測定値の平均値 ：２５．５ＭＰａ（Ｎ／ｍｍ２）
・実施例Ｂ６
・・材令１日の圧縮強度
１本目の試験体の測定値：５．３ＭＰａ（Ｎ／ｍｍ２）
２本目の試験体の測定値：４．８ＭＰａ（Ｎ／ｍｍ２）
３本目の試験体の測定値：４．８ＭＰａ（Ｎ／ｍｍ２）
測定値の平均値 ：５．０ＭＰａ（Ｎ／ｍｍ２）
・・材令７日の圧縮強度
１本目の試験体の測定値：１５．５ＭＰａ（Ｎ／ｍｍ２）
２本目の試験体の測定値：２６．７ＭＰａ（Ｎ／ｍｍ２）
３本目の試験体の測定値：２６．７ＭＰａ（Ｎ／ｍｍ２）
測定値の平均値 ：２３．０ＭＰａ（Ｎ／ｍｍ２）
・・材令１日の圧縮強度
１本目の試験体の測定値：５．３ＭＰａ（Ｎ／ｍｍ２）
２本目の試験体の測定値：４．８ＭＰａ（Ｎ／ｍｍ２）
３本目の試験体の測定値：４．８ＭＰａ（Ｎ／ｍｍ２）
測定値の平均値 ：５．０ＭＰａ（Ｎ／ｍｍ２）
・・材令７日の圧縮強度
１本目の試験体の測定値：１５．５ＭＰａ（Ｎ／ｍｍ２）
２本目の試験体の測定値：２６．７ＭＰａ（Ｎ／ｍｍ２）
３本目の試験体の測定値：２６．７ＭＰａ（Ｎ／ｍｍ２）
測定値の平均値 ：２３．０ＭＰａ（Ｎ／ｍｍ２）
・実施例Ｂ７
・・材令１日の圧縮強度
１本目の試験体の測定値：５．８ＭＰａ（Ｎ／ｍｍ２）
２本目の試験体の測定値：５．０ＭＰａ（Ｎ／ｍｍ２）
３本目の試験体の測定値：６．１ＭＰａ（Ｎ／ｍｍ２）
測定値の平均値 ：５．６ＭＰａ（Ｎ／ｍｍ２）
・・材令７日の圧縮強度
１本目の試験体の測定値：３７．１ＭＰａ（Ｎ／ｍｍ２）
２本目の試験体の測定値：２４．２ＭＰａ（Ｎ／ｍｍ２）
３本目の試験体の測定値：２７．５ＭＰａ（Ｎ／ｍｍ２）
測定値の平均値 ：２９．６ＭＰａ（Ｎ／ｍｍ２）
・・材令１日の圧縮強度
１本目の試験体の測定値：５．８ＭＰａ（Ｎ／ｍｍ２）
２本目の試験体の測定値：５．０ＭＰａ（Ｎ／ｍｍ２）
３本目の試験体の測定値：６．１ＭＰａ（Ｎ／ｍｍ２）
測定値の平均値 ：５．６ＭＰａ（Ｎ／ｍｍ２）
・・材令７日の圧縮強度
１本目の試験体の測定値：３７．１ＭＰａ（Ｎ／ｍｍ２）
２本目の試験体の測定値：２４．２ＭＰａ（Ｎ／ｍｍ２）
３本目の試験体の測定値：２７．５ＭＰａ（Ｎ／ｍｍ２）
測定値の平均値 ：２９．６ＭＰａ（Ｎ／ｍｍ２）
表１に示すように、材令１日において、実施例Ｂ６にて、圧縮強度が５．０ＭＰａ（Ｎ／ｍｍ２）となり、測定した全実施例中で最小値となった。一方、実施例Ａ１にて、圧縮強度が８．０ＭＰａ（Ｎ／ｍｍ２）となり、測定した全実施例中で最大値となった。即ち、材令１日において、測定した各実施例での圧縮強度は、５．０～８．０ＭＰａ（Ｎ／ｍｍ２）の範囲内に推移した。材令１日において、測定した各実施例での平均の養生温度（即ち、冷凍庫内の温度）は、－６．７～－６．２℃の範囲内に推移した。
材令７日において、実施例Ｂ６にて、圧縮強度が２３．０ＭＰａ（Ｎ／ｍｍ２）となり、測定した全実施例中で最小値となった。一方、実施例Ｂ２にて、圧縮強度が５５．３ＭＰａ（Ｎ／ｍｍ２）となり、測定した全実施例中で最大値となった。即ち、材令７日において、測定した各実施例での圧縮強度は、２３．０～５５．３ＭＰａ（Ｎ／ｍｍ２）の範囲内に推移した。材令７日において、測定した各実施例での平均の養生温度（即ち、冷凍庫内の温度）は、－６．５～－５．７℃の範囲内に推移した。
材令２８日において、実施例Ｂ６にて、圧縮強度が３９．７ＭＰａ（Ｎ／ｍｍ２）となり、測定した全実施例中で最小値となった。一方、実施例Ａ０にて、圧縮強度が５２．６ＭＰａ（Ｎ／ｍｍ２）となり、測定した全実施例中で最大値となった。即ち、材令２８日において、測定した各実施例での圧縮強度は、３９．７～５２．６ＭＰａ（Ｎ／ｍｍ２）の範囲内に推移した。材令２８日において、測定した各実施例での平均の養生温度（即ち、冷凍庫内の温度）は、－６．４～－６．２℃の範囲内に推移した。
従って、水セメント比を０．２９～０．３２（２９～３２％）、グラウトの練り上がり温度を９．０～１８．０℃に調節することにより、平均の養生温度が－６．０℃以上である環境下において、採暖の措置をとることなく、材令１日で４．０ＭＰａ（Ｎ／ｍｍ２）以上の圧縮強度を得られることが確認された。その後、同環境下でも強度の増大が見られ、材令７日で２０．０ＭＰａ（Ｎ／ｍｍ２）以上の圧縮強度を得られ、材令２８日で基準強度である３０．０ＭＰａ（Ｎ／ｍｍ２）以上の圧縮強度を得られることが、確認された。
また、配合記号の表記「Ａ」「Ｂ」において、それぞれ混和剤を異ならせたが、混和剤を構成するポリカルボン酸系分散剤の製品が異なっていても、性能の差が認められなかった。また、セメント製造地が異なっていても、性能の差が認められなかった。
再び図２のタイムチャート参照しつつ、効果についての考察を行う。打設直後（即ち、養生開始）から略２時間が経過すると、何れの試験体の温度も零下となった。その後、各試験体の温度は、－１～－２℃の範囲内に６～７時間ほど維持された。この現象は、水和反応による発熱が起因していると考えられる。実施例の冬季用ＰＣグラウトが凍結せず、初期の強度発現が阻害されない理由は、上述の現象によるものと考えられる。およそ２４時間後（即ち、材令１日）には、グラウト内部温度は平均養生温度と同等の－６℃程度となっているが、この時の圧縮強度は、上記測定のごとく５ＭＰａ程度であり、強度発現が阻害されることなく進んだものと理解できる。なお，この時に計測された最低温度が－１１．６℃、かつ、－８℃以下となる1日の累計時間が６．３時間であった。図３は、例として実施例Ａ４の材令1日で脱型後と圧縮試験後の試験体の状態を示している。図３（ａ）は、脱型後かつ圧縮試験前の試験体を示し、図３（ｂ）は、圧縮試験後の試験体を示している。これらの観測によれば、外見及び内部において、凍結の痕跡は見られなかった。このことからも、実施例の冬季用ＰＣグラウトが凍結しなかったことが、確認された。
水セメント比（Ｗ/Ｃ）については、凍結防止のことを考えると、小さくすることが好ましい反面、水セメント比を小さくすると流動性が悪くなり施工性が劣ることになりがちである。
本願発明では、水セメント比（Ｗ/Ｃ）を通常（Ｗ/Ｃ＝４５％）より大幅に減少したにもかかわらず、練り上がったＰＣグラウト材の可使時間が１時間であることをＪＰロートによる流下時間を確認し、施工性を損なうことなく、良好な流動性を保つことができるようにしてある。また、ＪＳＣＥ－Ｆ５３２－２０１３にて提示されたポリエチレン袋方法を用いて、材料の分離がなくブリーディグの発生がないことを確認した。
本願発明では、水セメント比（Ｗ/Ｃ）を通常（Ｗ/Ｃ＝４５％）より大幅に減少したにもかかわらず、練り上がったＰＣグラウト材の可使時間が１時間であることをＪＰロートによる流下時間を確認し、施工性を損なうことなく、良好な流動性を保つことができるようにしてある。また、ＪＳＣＥ－Ｆ５３２－２０１３にて提示されたポリエチレン袋方法を用いて、材料の分離がなくブリーディグの発生がないことを確認した。
以上、実施形態を示して本発明をより詳細かつ具体的に説明したが、実施形態は単なる例示説明であり、本発明を限定するものではない。
Claims (2)
- セメントと、水と、混和剤のみ、
を混練して成り、冬季用ＰＣグラウト材として用いられるセメントペーストであって、
前記セメントが早強ポルトランドセメントであり、
前記混和剤が、ポリカルボン酸系ポリマーを主成分とするセメント分散剤と、増粘剤と、消泡剤のみ、からなり、
前記セメント分散剤は、前記セメント１００質量部に対して、０．２０～０．４０質量部含有され、
前記増粘剤は、前記セメント１００質量部に対して、０．０１５～０．０２０質量部含有され、
前記消泡剤は、前記セメント１００質量部に対して、０．０１０～０．０１５質量部含有され、
前記水とセメントとの水セメント比が２９～３２％であり、
前記冬季用ＰＣグラウト材の注入作業が行われた後に養生期間を２８日とした場合における、１日目から７日目の最低気温が－１２℃以上、かつ、－８℃以下となる１日の累計時間が６時間以下であり、日平均気温が－６．０℃以上となる環境下において、前記養生期間中に採暖措置をとらずに寒中施工された前記セメントペーストの強度が以下の（１）～（３）のいずれか以上となることを特徴とするセメントペースト。
（１）材令が１日である場合、圧縮強度が、４．０Ｎ/ｍｍ２
（２）材令が７日である場合、圧縮強度が、２０Ｎ/ｍｍ２
（３）材令が２８日である場合、圧縮強度が、３０Ｎ/ｍｍ２ - 気温が－１．０～１０．０℃の環境下で混練作業を行うこととする請求項１に記載のセメントペーストを用いた冬季用ＰＣグラウトの施工方法であって、
前記セメントと、前記水と、前記混和剤とをミキサーを使用して混練するステップであって、前記ミキサーの回転数が１０００ｒｐｍ以上であり、１回あたりの混練する前記セメントの質量が２５～１００ｋｇであり、混練時間が３分以上であるステップと、
前記混練するステップの後に、当該セメントペーストを、１時間経過後のＪＰ漏斗による流下時間が５～１５秒となるように、混練直後の練上がり温度が９．０～１８．０℃の範囲内に収まるように管理するステップと、
を備えたことを特徴とする冬季用ＰＣグラウトの施工方法。
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