(57)【要約】【課題】流動性に優れ、且つ、初期強度発現性及び初期以降の強度発現性にも優れる速硬性ポリマーセメント組成物及び速硬性ポリマーセメントモルタルを提供すること。【解決手段】速硬性セメントと、石膏類と、生石灰と、セメント用ポリマーと、粒径０．６ｍｍ以上である細骨材Ａ及び粒径０．０９ｍｍ以上０．３ｍｍ未満である細骨材Ｂを含む細骨材と、を含む速硬性ポリマーセメント組成物であって、石膏類及び生石灰の質量比（［石膏類の質量］／［生石灰の質量］）が１．１以上であり、細骨材Ａ及び細骨材Ｂの合計の含有量が、細骨材の全質量を１００質量部として５０質量部以上であり、細骨材Ａ及び細骨材Ｂの質量比（［細骨材Ａの質量］／［細骨材Ｂの質量］）が１．５〜５である、組成物。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
速硬性セメントと、石膏類と、生石灰と、セメント用ポリマーと、粒径０．６ｍｍ以上である細骨材Ａ及び粒径０．０９ｍｍ以上０．３ｍｍ未満である細骨材Ｂを含む細骨材と、を含む速硬性ポリマーセメント組成物であって、
前記石膏類及び前記生石灰の質量比（［石膏類の質量］／［生石灰の質量］）が１．１以上であり、
前記細骨材Ａ及び前記細骨材Ｂの合計の含有量が、前記細骨材の全質量を１００質量部として５０質量部以上であり、
前記細骨材Ａ及び前記細骨材Ｂの質量比（［細骨材Ａの質量］／［細骨材Ｂの質量］）が１．５〜５である、組成物。
【請求項２】
前記石膏類及び前記生石灰の合計の含有量が、前記速硬性セメント、前記石膏類及び前記生石灰の合計の質量を１００質量部として、２．５〜２０質量部である、請求項１に記載の組成物。
【請求項３】
前期石膏類及び前記生石灰の質量比が１．８〜４である、請求項１又は２に記載の組成物。
【請求項４】
前記速硬性セメント、前記石膏類及び前記生石灰の合計の質量を１００質量部として、
前記セメント用ポリマーを１０〜５０質量部、前記細骨材を２００〜３５０質量部含む、請求項１〜３のいずれか一項に記載の組成物。
【請求項５】
更に減水剤を含む、請求項１〜４のいずれか一項に記載の組成物。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか一項に記載の組成物と、水と、を含み、
前記速硬性セメント、前記石膏類及び前記生石灰の合計の質量を１００質量部として、前記水を２０〜４５質量部含む、速硬性ポリマーセメントモルタル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、速硬性ポリマーセメント組成物及び速硬性ポリマーセメントモルタルに関する。
【背景技術】
【０００２】
コンクリート構造物のひび割れや剥離といった問題に対し、セメント水和物に起因する乾燥収縮性、耐薬品性、強度等に関する課題を解決することを目的として、モルタルに各種ポリマーを混和したポリマーセメントモルタルが建設材料として広く用いられている。しかしながら、従来のポリマーセメントモルタルではセメントが硬化するまでに長時間かかり、その傾向は特に低温でより顕著であった。そのため、従来のポリマーセメントモルタルは、現場での施工に関しては必ずしも十分とはいえるものではなかった。
【０００３】
このような現状に対し、近年、セメントの硬化を早くするために、硬化速度の早い急硬性セメントを用いたポリマーセメントモルタルが提案されている（例えば、特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１３−２３４４８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、ポリマーセメントモルタルは補修・補強材料として用いられていることから、硬化速度だけでなく良好な流動性及び圧縮強度を両立させることも求められている。ポリマーセメントの圧縮強度をより一層高める場合、水セメント比を低減させることでセメント硬化体の緻密化が図られている。しかしながら、水セメント比を低減させると流動性が悪くなる傾向にあり、良好な流動性と圧縮強度を両立することは困難であった。
【０００６】
本発明は、流動性に優れ、且つ、初期強度発現性及び初期以降の強度発現性にも優れる速硬性ポリマーセメント組成物及び速硬性ポリマーセメントモルタルを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者らは、上記課題について鋭意検討した結果、速硬性セメント、石膏類及び生石灰を組み合わせ、更に特定の粒度を持つ細骨材を特定量配合することで、良好な流動性及び強度発現性を両立させることができることを見出した。すなわち、本発明は、例えば以下の［１］〜［６］の速硬性ポリマーセメント組成物及び速硬性ポリマーセメントモルタルである。
［１］速硬性セメントと、石膏類と、生石灰と、セメント用ポリマーと、粒径０．６ｍｍ以上である細骨材Ａ及び粒径０．０９ｍｍ以上０．３ｍｍ未満である細骨材Ｂを含む細骨材と、を含む速硬性ポリマーセメント組成物であって、石膏類及び生石灰の質量比（［石膏類の質量］／［生石灰の質量］）が１．１以上であり、細骨材Ａ及び細骨材Ｂの合計の含有量が、細骨材の全質量を１００質量部として５０質量部以上であり、細骨材Ａ及び細骨材Ｂの質量比（［細骨材Ａの質量］／［細骨材Ｂの質量］）が１．５〜５である、組成物。
［２］石膏類及び生石灰の合計の含有量が、速硬性セメント、石膏類及び生石灰の合計の質量を１００質量部として、２．５〜２０質量部である、［１］に記載の組成物。
［３］石膏類及び生石灰の質量比が１．８〜４である、［１］又は［２］に記載の組成物。
［４］速硬性セメント、石膏類及び生石灰の合計の質量を１００質量部として、セメント用ポリマーを１０〜５０質量部、細骨材を２００〜３５０質量部含む、［１］〜［３］のいずれかに記載の組成物。
［５］更に減水剤を含む、［１］〜［４］のいずれかに記載の組成物。
［６］［１］〜［５］のいずれかに記載の組成物と、水と、を含み、速硬性セメント、石膏類及び生石灰の合計の質量を１００質量部として、水を２０〜４５質量部含む、速硬性ポリマーセメントモルタル。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、流動性に優れ、且つ、初期強度発現性及び初期以降の強度発現性にも優れる速硬性ポリマーセメント組成物及び速硬性ポリマーセメントモルタルを提供することができる。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の実施形態について詳細に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００１０】
本実施形態の速硬性ポリマーセメント組成物は、速硬性セメントと、石膏類と、生石灰と、セメント用ポリマーと、粒径０．６ｍｍ以上である細骨材Ａ及び粒径０．０９ｍｍ以上０．３ｍｍ未満である細骨材Ｂを含む細骨材と、を含む。
【００１１】
速硬性セメントは、カルシウムアルミネート類を有効成分として含有するものが好ましく、１１ＣａＯ・７Ａｌ２Ｏ３・ＣａＸ２（Ｘはハロゲン原子を示す）又は３ＣａＯ・３Ａｌ２Ｏ３・ＣａＳＯ４（アウイン）を有効成分として含有するものがより好ましい。１１ＣａＯ・７Ａｌ２Ｏ３・ＣａＸ２は、いわゆるカルシウムアルミネートハロゲン化物系セメントである。ハロゲン原子はフッ素原子が好ましい。アウインは、カルシウムサルホアルミネート系セメント（アウイン系セメント）とも称されるものである。これらは超速硬セメントと呼ばれるものであり、商品名ジェットセメント若しくはスーパージェットセメントとして市販されている。速硬性セメントとしてはアウイン系セメントが最も好ましい。
カルシウムアルミネート類としては、この他にもＣａＯをＣ、Ａｌ２Ｏ３をＡ、Ｆｅ２Ｏ３をＦで表示した場合、Ｃ３Ａ、Ｃ２Ａ、Ｃ１２Ａ７、Ｃ５Ａ３、ＣＡ、Ｃ３Ａ５又はＣＡ２等と表示される鉱物組成を有するカルシウムアルミネート、Ｃ２ＡＦ、Ｃ４ＡＦ等と表示されるカルシウムアルミノフェライト、アルミナセメント、並びにこれらにＳｉＯ２、Ｋ２Ｏ、Ｆｅ２Ｏ３、ＴｉＯ２等が固溶又は化合したもの等が含まれる。カルシウムアルミネート類は結晶質、非晶質のいずれであってもよい。速硬性セメントとしては、これらのカルシウムアルミネート類と石膏等の無機塩類とを配合して調製された速硬性混和材を、ポルトランドセメントに添加したものを用いることもできる。速硬性セメントは、一種を単独で用いてもよく、二種以上を併せて用いてもよい。
【００１２】
速硬性セメントは、速硬性セメントの一部をポルトランドセメントに置換えたものであってもよい。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、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等が使用できる。ポルトランドセメントの含有量は、より良好な可使時間の確保、早期強度発現性、繰返し載荷に対する耐久性の観点から、速硬性セメント１００質量部に対し、２０質量部以下が好ましく、１０質量部以下がより好ましい。
【００１３】
石膏類は特に限定されるものではなく、例えば、無水石膏、半水石膏、二水石膏等が挙げられる。また、石膏類は、原料履歴も特に限定されるものではなく、例えば各種の化学石膏でもよい。石膏類としては、より一層中長期の強度発現性が増進しやすいという観点から、ＩＩ型無水石膏であってもよい。石膏類は、一種を単独で用いてもよく、二種以上を併せて用いてもよい。石膏類の粒度は特に限定されないが、より制御しやすい反応活性を得るという観点から、ブレーン比表面積で３０００〜１００００ｃｍ２／ｇが好ましい。
【００１４】
生石灰は、水和反応活性を有しているものであれば特に限定されるものではなく、いずれの生石灰であってもよい。本実施形態に係る生石灰としては、酸化カルシウム単体物であってもよく、遊離酸化カルシウムを主成分とする生石灰焼成物であってもよい。生石灰としては、例えば、軟焼生石灰、中焼生石灰、硬焼生石灰、極硬焼生石灰等の生石灰が挙げられる。生石灰は、一種を単独で用いてもよく、二種以上を併せて用いてもよい。生石灰の粒度は特に限定されないが、より制御しやすい反応活性を得るという観点から、ブレーン比表面積で２０００〜６０００ｃｍ２／ｇが好ましい。
【００１５】
石膏類及び生石灰の合計の含有量は、より良好な初期強度発現性が得られるという観点から、速硬性セメント、石膏類及び生石灰の合計の質量を１００質量部として、２．５〜２０質量部が好ましく、５〜１５質量部がより好ましく、５〜１０質量部が更に好ましい。
【００１６】
石膏類及び生石灰の質量比（［石膏類の質量］／［生石灰の質量］）は１．１以上であり、２０以下が好ましい。石膏類及び生石灰の質量比は、例えば、１．１〜１５が好ましく、１．５〜５がより好ましく、１．８〜４が更に好ましく、１．８〜３．５が特に好ましい。石膏類及び生石灰の質量比が上記範囲内であれば、良好な流動性が確保しやすく、初期からの強度発現性にも一層優れるものとなる。
【００１７】
セメント用ポリマーは、ＪＩＳ  Ａ  ６２０３：２０１５「セメント混和用ポリマーディスパージョン及び再乳化形粉末樹脂」に規定されるポリマーが好ましい。このようなセメント用ポリマーとしては、ポリマーディスパージョン、再乳化形粉末樹脂等が挙げられる。ポリマーディスパージョンとしては、スチレンブタジエンゴム等の合成ゴム系；天然ゴム系；ゴムアスファルト系；エチレン酢酸ビニル系；アクリル酸エステル系；樹脂アスファルト系等が挙げられる。ポリマーディスパージョンは、中でも、合成ゴム系、エチレン酢酸ビニル系及びアクリル酸エステル系が好ましく、具体的には、合成ゴムラテックス、ポリアクリル酸エステル、エチレン酢酸ビニルがより好ましい。再乳化形粉末樹脂としては、スチレンブタジエンゴム等の合成ゴム系；アクリル酸エステル系；エチレン酢酸ビニル系；酢酸ビニル／バーサチック酸ビニルエステル；酢酸ビニル／バーサチック酸ビニル／アクリル酸エステル等が挙げられる。セメント用ポリマーとしては、ポリマーディスパージョンを用いてもよく、再乳化形粉末樹脂を用いてもよく、ポリマーディスパージョン及び再乳化形粉末樹脂を併用してもよい。
上記セメント用ポリマーの中でも、コンクリートとの接着性がより向上するという観点から、スチレンブタジエンゴムのポリマーディスパージョン及び／又は再乳化粉末樹脂が好ましい。スチレンブタジエンゴムは、スチレン及びブタジエンを共重合した合成ゴムの一種であり、スチレン含有量や加硫量により品質を適宜調整することができる。セメント混和用としては、結合スチレン量が５０〜７０質量％のものが多く、安定性や接着性を向上させて使用されている。セメント用ポリマーは、一種を単独で用いてもよく、二種以上を併せて用いてもよい。
【００１８】
セメント用ポリマーの含有量は、速硬性セメント、石膏類及び生石灰の合計の質量を１００質量部として、固形分換算で１０〜５０質量部が好ましく、１０〜４０質量部がより好ましく、１０〜３５質量部が更に好ましく、１２．５〜３０質量部が更により好ましく、１５〜２５質量部が特に好ましい。セメント用ポリマーの含有量が上記範囲内であれば、コンクリートとの付着強度を十分に確保しやすく、強度発現性も低下しにくい傾向にある。
【００１９】
細骨材としては、例えば、川砂、珪砂、砕砂、寒水石、石灰石砂、スラグ骨材が挙げられる。これらの細骨材の中では、微細な粉や粗い骨材を含まない粒度調整した珪砂や石灰石砂等の細骨材を用いることが好ましい。細骨材は、通常用いられる粒径５ｍｍ未満のもの(５ｍｍふるい通過分)である。細骨材は、一種を単独で用いてもよく、二種以上を併せて用いてもよい。
【００２０】
本実施形態の速硬性ポリマーセメント組成物は、粒径０．６ｍｍ以上である細骨材Ａ及び粒径０．０９ｍｍ以上０．３ｍｍ未満の細骨材Ｂを含む。細骨材Ａの粒径は、５ｍｍ未満が好ましい。細骨材Ａは、目開き５ｍｍふるいを通過し、目開き０．６ｍｍのふるいに留まるものであり、細骨材Ｂは、目開き０．３ｍｍのふるいを通過し、目開き０．０９ｍｍのふるいに留まるものである。
【００２１】
細骨材Ａ及び細骨材Ｂの合計の含有量は、細骨材の全質量を１００質量部として５０質量部以上であり、７５質量部以上が好ましく、８０質量部以上がより好ましい。細骨材Ａ及び細骨材Ｂの合計の含有量の上限は、細骨材の全質量を１００質量部として、１００質量部であってもよく、９０質量部以下であってもよい。細骨材Ａ及び細骨材Ｂの合計の含有量が上記範囲内であれば、より良好な流動性を確保しやすい。
【００２２】
細骨材Ａ及び細骨材Ｂの質量比（［細骨材Ａの質量］／［細骨材Ｂの質量］）は、１．５〜５であり、１．５〜３が好ましく、１．８〜２．５がより好ましい。細骨材Ａ及び細骨材Ｂの質量比が上記範囲内であれば、より良好な流動性及び長期的な強度発現性を確保しやすい。
【００２３】
細骨材の含有量は、速硬性セメント、石膏類及び生石灰の合計の質量を１００質量部として、２００〜３５０質量部が好ましく、２２５〜３２５質量部がより好ましく、２５０〜３１０質量部が更に好ましい。細骨材の含有量が上記範囲内であれば、可使時間を確保しやすく、より良好な強度発現性が得られやすい。
【００２４】
本実施形態の速硬性ポリマーセメント組成物は、減水剤を含んでもよい。減水剤は、高性能減水剤、高性能ＡＥ減水剤、ＡＥ減水剤及び流動化剤を含む。このような減水剤としては、ＪＩＳ  Ａ  ６２０４：２０１１「コンクリート用化学混和剤」に規定される減水剤が挙げられる。減水剤としては、例えば、ポリカルボン酸系減水剤、ナフタレンスルホン酸系減水剤、リグニンスルホン酸系減水剤、メラミン系減水剤、アクリル系減水剤が挙げられる。これらの中では、ナフタレンスルホン酸系減水剤が好ましい。減水剤は、一種を単独で用いてもよく、二種以上を併せて用いてもよい。
【００２５】
減水剤の含有量は、流動性を確保しやすく、初期強度発現性に一層優れるという観点から、速硬性セメント、石膏類及び生石灰の合計の質量を１００質量部として、０．５〜５質量部が好ましく、１〜３．５質量部がより好ましい。
【００２６】
本実施形態の速硬性ポリマーセメント組成物は、凝結遅延剤を含んでもよい。凝結遅延剤を含むことで、夏場等ポリマーセメントモルタルの練り上り温度が高くなる場合においても、可使時間を確保しやすい。凝結遅延剤としては、例えば、クエン酸、グルコン酸、リンゴ酸、酒石酸等の有機酸又はその塩；ホウ酸、ホウ酸ナトリウム等のホウ酸塩、リン酸塩、アルカリ金属炭酸塩、アルカリ金属重炭酸塩等の無機塩；糖類が挙げられる。これらの中でも、クエン酸、クエン酸塩、酒石酸、酒石酸塩、アルカリ金属炭酸塩が好ましい。凝結遅延剤は、粉体であってもよく、液状体（例えば、水溶液、エマルジョン、懸濁液の形態）であってもよい。凝結遅延剤は、一種を単独で用いてもよく、二種以上を併せて用いてもよい。
【００２７】
凝結遅延剤の含有量は、凝結遅延剤中の有効成分(固形成分)換算で、速硬性セメント、石膏類及び生石灰の合計の質量を１００質量部として、０．５〜５質量部であることが好ましく、１〜３質量部であることがより好ましい。凝結遅延剤の含有量が上記範囲内であれば、可使時間が確保しやすく、初期強度発現性が低下しにくい。
【００２８】
本実施形態の速硬性ポリマーセメント組成物は、本発明の効果が損なわれない範囲で各種混和剤を使用してもよい。混和剤としては，例えば、消泡剤、防水剤、防錆剤、収縮低減剤、増粘剤、保水剤、顔料、撥水、白華防止剤、繊維が挙げられる。
【００２９】
本実施形態の速硬性ポリマーセメント組成物は、粗骨材を使用してコンクリート組成物とすることもできる。粗骨材としては、川砂利、陸砂利、砕石、人工粗骨材、スラグ粗骨材、再生粗骨材等が挙げられる。粗骨材は、粒径が５ｍｍ以上のもの（５ｍｍふるい残留分）であり、２５ｍｍ以下が好ましい。粗骨材の含有量は、通常コンクリートの調製に用いる量の範囲内で適宜設定することができる。
【００３０】
本実施形態の速硬性ポリマーセメント組成物は、通常の用いられる混練器具により混合することで調製でき、その器具は特に限定されるものではない。混練器具としては、例えば、ホバートミキサ、ハンドミキサ、傾胴ミキサ、２軸ミキサ等が挙げられる。
【００３１】
本実施形態の速硬性ポリマーセメント組成物は、水と混合してモルタル又はコンクリートとして調製することができ、その水の含有量は用途に応じて適宜調整すればよい。水の含有量は、速硬性セメント、石膏類及び生石灰の合計の質量を１００質量部として、２０〜５０質量部が好ましく、２２．５〜４０質量部がより好ましく、２５〜４０質量部が更に好ましい。水の含有量が上記範囲内であれば、より流動性を確保しやすく、材料分離の発生、硬化体の収縮の増加及び初期強度発現性の低下を抑制しやすい。
【００３２】
本実施形態の速硬性ポリマーセメントモルタルの調製は、通常のポリマーセメントモルタルと同様の混練器具を使用することができ、特に限定されるものではない。混練器具としては、例えば上述したものを用いることができる。
【００３３】
本実施形態の速硬性ポリマーセメント組成物及びこれを用いた速硬性ポリマーセメントモルタルは、良好な流動性を有し、また、初期の強度発現性が優れており、更に初期以降にも安定した強度発現性を発揮することができるため、施工性及び耐久性に優れるものである。また、本実施形態の速硬性ポリマーセメント組成物及びこれを用いた速硬性ポリマーセメントモルタルは、速硬性セメントを用いているため、硬化速度も速く、作業時間を短縮することができる。そのため、このような速硬性ポリマーセメント組成物及びこれを用いた速硬性ポリマーセメントモルタルは、例えば、コンクリート構造体、道路等の補修・補強材料として用いることもできる。
【実施例】
【００３４】
以下、実施例により本発明を詳細に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００３５】
表１に使用した材料を示し、表２に粒度調整した細骨材を示す。細骨材は、各種ふるいを用いてふるい分けることにより、それぞれの粒度分布のものに調整した。
【００３６】
【表１】
2018154511.tif 000002
【００３７】
【表２】
2018154511.tif 000003
【００３８】
[配合設計]
速硬性セメント、石膏類及び生石灰の合計の質量を１００質量部として、生石灰、石膏類、及び細骨材を表３となるように配合設計し、減水剤及び凝結遅延剤を１質量部ずつ添加して調製した。表３に示す量の水で調製したセメント用ポリマー（固形分換算）に上記粉体を投入し、ハンドミキサで９０秒間練り混ぜることで各種ポリマーセメントモルタルを調製した。
【００３９】
【表３】
2018154511.tif 000004
【００４０】
[評価方法]
・コンシステンシー
ポリマーセメントモルタルの流動性は、コンシステンシーを測定することで評価した。コンシステンシーは、ＪＩＳ  Ｒ  ５２０１：２０１５の［「セメントの物理試験方法」１２．フロー試験］に準じて、２０℃環境下で測定した。コンシステンシーは、１５打フロー／引抜きフローが１．３５以上のものを良好(○)とし、１．３５未満のものを不良(×)として評価した。
【００４１】
・圧縮強度
ポリマーセメントモルタルの強度発現性は、硬化体の圧縮強度を測定することで評価した。圧縮強度は、土木学会基準ＪＳＣＥ−Ｇ  ５０５−２０１０「円柱供試体を用いたモルタルまたはセメントペーストの圧縮強度試験方法（案）」に準じて、材齢２時間及び２８日における硬化体を測定した。供試体の寸法は、直径５０ｍｍ、高さ１００ｍｍとした。また、養生は、初めに２０℃の恒温槽内で行い、翌日に脱型した後、材齢日まで２０℃で気中養生した。材齢２時間で１０Ｎ／ｍｍ２以上、材齢２８日で４５Ｎ／ｍｍ２以上であれば強度発現性が良好と判断した。
【００４２】
［結果］
各試験結果を表４に示す。実施例のポリマーセメントモルタルであれば、流動性に優れ、且つ、初期強度発現性及び初期以降の強度発現性にも優れ、これらの性質を両立できることが示された。一方、石膏類及び生石灰の比率、細骨材の粒度又は含有量が適切でないポリマーセメントモルタルでは、流動性と強度発現性を両立することができなかった。また、早強セメントを用いたポリマーセメントモルタルでは、材齢２時間の時点では硬化していなかった。
【００４３】
【表４】
2018154511.tif 000005