(57)【要約】【課題】沈下が少ない気泡モルタルを提供する。【解決手段】ブレーン値が６０００ｃｍ２/ｇ以上の微粉末セメントと凝結促進材を含有してなる気泡モルタル。気泡モルタル５０％以上の気泡を含有することが好ましい。凝結促進材が、カルシウムアルミネートや硫酸塩を含有すること、微粉末セメントがスラグを含有すること、更に、気泡モルタルが凝結遅延材を含有することが好ましい。気泡モルタルは、ＪＨＳ  Ａ３１３のフロー試験において、フロー値２００ｍｍ以上の状態を５分以上保持した後、３０分以内にフロー値が２００ｍｍ以下になることが好ましい。【選択図】    なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
ブレーン値が６０００ｃｍ２/ｇ以上の微粉末セメントと凝結促進材を含有してなる気泡モルタル。
【請求項２】
５０％以上の気泡を含有してなる請求項１記載の気泡モルタル。
【請求項３】
凝結促進材が、微粉末セメント１００質量部に対して、１０〜３０質量部である請求項１又は２記載の気泡モルタル。
【請求項４】
凝結促進材が、カルシウムアルミネートを含有する請求項１〜３のうちの１項記載の気泡モルタル。
【請求項５】
凝結促進材が、硫酸塩を含有する請求項４記載の気泡モルタル。
【請求項６】
更に、凝結遅延材を含有する請求項１〜５のうちの１項記載の気泡モルタル。
【請求項７】
微粉末セメントがスラグを含有する請求項１〜６うちの１項記載の気泡モルタル。
【請求項８】
ＪＨＳ  Ａ３１３のフロー試験において、フロー値２００ｍｍ以上の状態を５分以上保持した後、３０分以内にフロー値が２００ｍｍ以下になる請求項１〜７のうちの１項記載の気泡モルタル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、土木、建築分野で使用される気泡モルタルに関するものである。特に既設の道路、鉄道、水路等、常に振動が加わっている場所に使用される軽量空隙充填材に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
軽量空隙充填材料は、軽量で、その硬化物が低強度である点から、地下やトンネル背面の空洞や空隙、盛土、及び暗渠等の空洞や空隙（以下、空洞と空隙を含めて単に空隙という）の埋め戻し材等に使用されている。
【０００３】
この軽量空隙充填材料を製造する方法としては、モルタルミキサ中でセメント、水、及び起泡剤を激しく攪拌し、空気をモルタル中に巻き込んで分散させる方法等が挙げられる（特許文献１〜３）。この方法は、施工現場で発泡させるため、輸送コストがかからず、作業性も良好であることから多く使用されている。
【０００４】
しかしながら、既設の道路、鉄道、水路等で、常に振動が加わっている空洞や空隙へ充填する場合、軽量空隙充填材料に巻き込ませる空気量を５０％以上にすると、気泡が不安定になり、硬化する前に気泡が潰れたり、脱泡したりして、軽量にならない等の課題があった。
【０００５】
一方、乾燥収縮が少なく、しかも急硬性である発泡コンクリートが提案されている（特許文献４〜６）。しかしながら、微粉末セメントについて、記載はない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平９−７７５４６号公報
【特許文献２】特開昭５７−１４３０９８号公報
【特許文献３】特開平５−１１２９１１号公報
【特許文献４】特開平１１−１００２５０号公報
【特許文献５】特開２００３−５５０２４号公報
【特許文献６】特開平１１−１１６３５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明者は、前記課題を解決すべく種々検討を重ねた結果、気泡モルタルにおいて、ブレーン値が６０００ｃｍ２/ｇ以上の微粉末セメントと凝結促進材を用いる超軽量気泡モルタルを用いることによって、例えば、沈下が少ない気泡モルタルが得られる等の知見を得て本発明を完成するに至った。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００８】
即ち、本発明は、ブレーン値が６０００ｃｍ２/ｇ以上の微粉末セメントと凝結促進材を含有してなる気泡モルタルであり、５０％以上の気泡を含有してなる該気泡モルタルであり、凝結促進材が、微粉末セメント１００質量部に対して、１０〜３０質量部である該気泡モルタルであり、凝結促進材が、カルシウムアルミネートを含有する該気泡モルタルであり、凝結促進材が、硫酸塩を含有する該気泡モルタルであり、更に、凝結遅延材を含有する該気泡モルタルであり、微粉末セメントがスラグを含有する該気泡モルタルであり、ＪＨＳ  Ａ３１３のフロー試験において、フロー値２００ｍｍ以上の状態を５分以上保持した後、３０分以内にフロー値が２００ｍｍ以下になる該気泡モルタルである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明により、沈下が少ない気泡モルタルが得られる。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明を詳細に説明する。
【００１１】
本発明で使用する気泡を含有してなる気泡モルタル（以下単に気泡モルタルという） とは、モルタルミキサ中でモルタルと起泡剤とを激しく攪拌して気泡をモルタル中に含有させたものや、起泡剤を水溶液とし、空気と共に発泡器に供給して連続的に製造した、例えば、シェービングクリーム等のような発泡状のものをモルタルに混合したもの等をいう。本発明で使用する気泡モルタル中の気泡の量（空気量）は、５０％以上が好ましく、６０％以上がより好ましく、７０％以上が最も好ましい。５０％以上だと、気泡モルタルが軽量となり、断熱性が向上する。気泡の量は、例えば、日本道路公団規格ＪＨＳＡ３１３ エアモルタル及びエアミルクの試験方法により測定される。
【００１２】
本発明で使用するモルタルとは、セメントペースト、セメントモルタルを総称するものである。
【００１３】
本発明で使用するセメントとは、ブレーン値（ブレーン比表面積）が６０００ｃｍ２/ｇ以上の微粉末セメントをいう。セメントのブレーン値は７０００ｃｍ２/ｇ以上が好ましく、８０００ｃｍ２/ｇ以上がより好ましい。
【００１４】
セメントとしては、具体的には普通、早強、及び超早強等の各種ポルトランドセメントを、ブレーン値が６０００ｃｍ２/ｇ以上になる様に粉砕や分級をしたものが使用できる。又、それぞれの材料を別々に粉砕や分級をした後に混合しても良い。
【００１５】
本発明で使用するセメントは、スラグを含有することが好ましい。本発明で使用するスラグとしては、高炉から副生される高炉スラグや、転炉、電炉等から副生される製鋼スラグ等が挙げられる。これらの中では、強度発現性の点から、高炉スラグが好ましく、非晶質の高炉スラグがより好ましい。
【００１６】
スラグの使用量は、セメントとスラグの合計１００質量部中、１０〜９５質量部が好ましく、４０〜９０質量部がより好ましく、５０〜８０質量部が最も好ましい。１０質量部未満ではセメントから溶出するアルカリ量が多くなり、ｐＨ値が高くなる場合があり、９５質量部を超えると強度発現性が悪くなる場合がある。
【００１７】
本発明で使用するセメントは、これらのポルトランドセメントに、シリカ、フライアッシュを混合してもよい。
【００１８】
本発明で使用する気泡モルタルは、起泡剤を含有する。起泡剤は特に限定されるものではなく、例えば、界面活性剤や動物性蛋白質等が使用可能である。
【００１９】
起泡剤の使用量は特に限定されるものではなく、通常、気泡モルタル中のセメント１００重量部に対して、０．１〜１質量部が好ましい。０．１質量部未満では気泡が不安定な場合があり、１質量部を超えて使用しても添加効果が期待できない。
【００２０】
起泡剤としては、粉末と溶液が挙げられる。粉末の場合にはセメント中に混合して用いることが出来る。溶液を使用する場合には、起泡剤水溶液の濃度は起泡剤の種類によって異なり、特に限定されるものではないが、通常、固形分濃度１〜１０質量％の水溶液を使用することが好ましい。
【００２１】
起泡剤の使用方法としては、起泡剤を他の材料と同時に攪拌混合して泡立て、気泡モルタルにするミックスフォーム方式と、起泡剤を水と混合して水溶液とし、空気と共に発泡器に供給して連続的に製造した気泡をモルタルと混合して気泡モルタルにするプレフォーム方式が挙げられる。ミックスフォーム方式は施工設備が簡便であるが、含有させる気泡の割合が５０％以上になると導入した気泡が不安定になる場合がある。本発明は特にミックスフォーム方式で有効な技術である。
【００２２】
セメントと混合する水は特に限定されるものではなく、通常、清水の使用が可能である。水の使用量は特に限定されるものではなく、セメント１００質量部に対して、７０〜１２０質量部が好ましい。７０質量部未満では流動性が悪くなる場合があり、１２０質量部を超えると強度発現が遅れる場合がある。
【００２３】
本発明では凝結促進材を用い、流動性を５分以上保時した後、３０分以内に流動性を無くすことが好ましい。例えば、充填する作業時間を確保し、気泡が安定化している状態で充填する点から、ＪＨＳ  Ａ３１３のフロー試験において、フロー値２００ｍｍ以上の状態を５分以上保時した後、３０分以内にフロー値を２００ｍｍ以下にすることが好ましい。
【００２４】
本発明で使用する凝結促進材としては、水ガラスに代表される珪酸塩、硫酸アルミニウムやミョウバンに代表されるアルミニウム塩、カルシウムアルミネート（アルミン酸カルシウム）やアルミン酸ナトリウムに代表されるアルミン酸塩等が挙げられる。これらの中では、強度発現性の点から、アルミン酸塩が好ましく、カルシウムアルミネートがより好ましい。
【００２５】
カルシウムアルミネートとは、ＣａＯ原料やＡｌ２Ｏ３原料等を焼成や溶融等の熱処理をして生成するものであり、化学成分としてＣａＯとＡｌ２Ｏ３を有効成分とするものである。そして、ＣａＯをＣ、Ａｌ２Ｏ３をＡとすると、Ｃ１２Ａ７、ＣＡ、ＣＡ２、及びＣ３Ａ等と示される鉱物組成を主成分とするもので、結晶質、非晶質いずれも使用可能である。これらの中では、非晶質カルシウムアルミネートが好ましい。
【００２６】
本発明では、ＣａＯ原料、Ａｌ２Ｏ３原料、及びＣａＳＯ４原料等を使用して生成するカルシウムサルホアルミネートもカルシウムアルミネートと同様に使用可能である。又、ＳｉＯ２をＳとすると、Ｃ２ＡＳで示される鉱物組成を有するものも、本発明ではカルシウムアルミネートと同様に使用可能である。
【００２７】
カルシウムアルミネートのブレーン値は６，０００ｃｍ２／ｇ以上が好ましい。６，０００ｃｍ２／ｇ未満では気泡の安定性が損なわれる場合がある。
【００２８】
カルシウムアルミネートを使用した場合、流動性の保持性と強度発現性の点から、カルシウムアルミネートと硫酸塩を混合することが好ましい（以下、カルシウムアルミネートや、カルシウムアルミネートと硫酸塩の混合物を急硬材ということもある）。硫酸塩としては、硫酸ナトリウムや硫酸カリウム等のアルカリ金属硫酸塩や、硫酸カルシウム等のアルカリ土類金属硫酸塩等が挙げられる。これらの中では、硫酸カルシウム（セッコウ）が好ましく、無水セッコウがより好ましく、ＩＩ型無水セッコウが最も好ましい。
【００２９】
硫酸塩のブレーン値は、６，０００ｃｍ２／ｇ以上が好ましい。６，０００ｃｍ２／ｇ未満では気泡の安定性が損なわれる場合がある。
【００３０】
硫酸塩の使用量は、カルシウムアルミネート１００質量部に対して、５０〜２００質重量部が好ましく、１００〜１５０質量部がより好ましい。５０質量部未満では強度の伸びが低下する場合があり、２００質量部を超えると強度発現が悪くなる場合がある。
【００３１】
気泡モルタルの練り置きや圧送性を良くするために、適時、凝結遅延剤を併用することが好ましい。
【００３２】
凝結遅延剤は特に限定されるものではなく、有機酸類やアルカリ金属炭酸塩類等が挙げられる。これらの中では、オキシカルボン酸類とアルカリ金属炭酸塩類を併用することが好ましい。オキシカルボン酸類としては、クエン酸、酒石酸、及びグルコン酸等のオキシカルボン酸や、これらの塩等が挙げられる。オキシカルボン酸類の中では、クエン酸が好ましい。アルカリ金属炭酸塩類としては、炭酸ナトリウムや炭酸カリウム等のアルカリ金属炭酸塩や、炭酸水素ナトリウムや炭酸水素カリウム等のアルカリ金属重炭酸塩が挙げられる。これらの中では、炭酸カリウムが好ましい。そのうちの一種又は二種以上が使用可能である。
【００３３】
オキシカルボン酸類とアルカリ金属炭酸塩類を併用した場合の両者の混合割合は、アルカリ金属炭酸塩類１００質量部に対して、オキシカルボン酸類５〜２００質量部が好ましく、１０〜１００質量部がより好ましい。
【００３４】
凝結遅延剤の使用量は特に限定されるものではなく、通常、セメントと凝結促進材の合計１００質量部に対して、０．１〜２質量部が好ましい。０．１質量部未満では凝結が早すぎて作業が出来ない場合があり、２質量部を越えると凝結不良になり、気泡が不安定になる場合がある。
【００３５】
凝結促進材の使用量は、セメント１００質量部に対して、１０〜３０質量部が好ましく、１０〜２０質量部がより好ましい。１０重量部未満では気泡の安定性を良くする効果が悪くなる場合があり、３０重量部を超えると熱膨張する場合がある。
【００３６】
これらの凝結促進材は微粉末セメントに混合して用いることが出来る。特に気泡の安定化の点から３０分以内に流動性を無くなる様に配合することが好ましい。３０分を越えると気泡が不安定になり、消泡して泡が大きくなったり、脱泡して密度が大きくなったりする場合がある。しかしながら、あまり早く流動性を小さくすると、充填する作業時間がなくなるので、フロー値２００ｍｍ以上の状態を５分以上保時することが好ましい。
【００３７】
本発明では、セメント、起泡剤、凝結促進材及び水以外に、骨材や、減水剤、防水剤、及び収縮低減剤等の各種セメント混和材やセメント混和剤の使用が可能である。骨材等の粉体を用いる場合はブレーン値が６０００ｃｍ２/ｇ以上のものを使用することが好ましい。
【実施例】
【００３８】
以下、本発明の実験例に基づいてさらに説明する。
【００３９】
実験例１
表１に示すセメント１００質量部、起泡剤０．５質量部、表１に示す量の凝結促進材、表１に示す量の水、セメントと凝結促進材の合計１００質量部に対して凝結遅延剤０．５質量部をミキサーで混練して気泡モルタルを製造した。その後、気泡モルタルの物性を測定した。その結果を表１に併記した。
【００４０】
＜使用材料＞
セメントａ：ブレーン値３９７０ｃｍ２/ｇの微粉末セメント（普通ポルトランドセメント５０質量部と高炉スラグ５０質量部を混合し、ブレーン値を調製したもの）
セメントｂ：ブレーン値６１００ｃｍ２/ｇの微粉末セメント（普通ポルトランドセメント４０質量部と高炉スラグ６０質量部を混合し、ブレーン値を調製したもの）
セメントｃ：ブレーン値８０２０ｃｍ２/ｇの微粉末セメント（普通ポルトランドセメント３０質量部と高炉スラグ７０質量部を混合し、ブレーン値を調製したもの）
起泡剤：市販品、界面活性剤系、有効成分９７質量％の粉末
凝結促進材：カルシウムアルミネート／ 無水セッコウを質量比１／１．５の割合で混合した混合品
凝結遅延剤：クエン酸／炭酸カリウムを質量比３／７の割合で混合した混合品
水： 水道水
普通ポルトランドセメント：市販品
高炉スラグ：市販品
カルシウムアルミネート：Ｃ１２Ａ７組成に対応する熱処理物を急冷したカルシウムアルミネート、非晶質、ブレーン値６０００ｃｍ２/ｇ
無水セッコウ：ＩＩ型無水セッコウ、ブレーン値６０００ｃｍ２/ｇ
クエン酸：市販品
炭酸カリウム：市販品
【００４１】
＜測定方法＞
安定性試験（沈下量）：直径１０ｃｍ、高さ２０ｃｍの型枠に気泡モルタルを充填した後、型枠に２回／分の振動を６０分間加え、沈下量を測定。沈下量の算出式は以下の通り。
沈下量（％）＝（フロー値が２００ｍｍ以下になった時点の高さ）／（型枠に充填した直後の高さ）×１００。
密度：１リットルの容器に気泡モルタルを充填し測定。
フロー試験：気泡モルタルを製造してから、日本道路公団規格ＪＨＳ  Ａ３１３  フロー試験により、フロー値が２００ｍｍ以下になるまでの時間を測定。
空気量：日本道路公団規格ＪＨＳ  Ａ３１３  エアモルタル及びエアミルクの試験方法により測定。
ブレーン値：ＪＩＳ  Ｒ  ５２０１に準じて測定。
圧縮強度：ＪＩＳ  Ｒ  ５２０１に準じて、所定材齢の圧縮強度を測定。
【００４２】
【表１】
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【００４３】
本発明により、気泡が安定であり、速やかな施工が可能であり、沈下が少ない、超軽量なモルタルが得られる。本発明の気泡モルタルは、長時間振動が加わる箇所、例えば、トンネル、道路、鉄道、水路といった箇所への空隙充填が可能であり、土の代替としても使用可能である。気泡モルタル中の気泡の量を５０％以上にした場合、超軽量となり、断熱性を向上できる。
【００４４】
単に気泡の量を大きくした場合、気泡モルタルが沈下し、断熱性や施工性が得られない可能性があった。本発明は、流動性と強度発現性のいずれをも犠牲にせず、かつ、断熱性や施工性が得られる軽量な気泡モルタルを提供できる。微粉末セメントを使用することにより、硬化前に気泡モルタルの沈下を防ぐことができる。