(57)【要約】【課題】耐磨耗性や耐衝撃性等や耐久性が極めて高く、機械的強度が大きく、しかも容易に製造することができるライニング材を提供する。【解決手段】セメント、ＢＥＴ比表面積が3〜20m2/gの微粉末、細骨材、水、減水剤及び直径0.02〜0.2mmで長さ1〜30mmのモノフィラメントタイプのアラミド繊維を含む配合物の硬化体からなるライニング材。  配合物はブレーン比表面積3500〜10000cm2/gの無機粉末を含むことが好ましい。  さらに、配合物は平均粒度が1mm以下の繊維状粒子又は薄片状粒子を含むことができる。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
セメント、ＢＥＴ比表面積が3〜25m2/gの微粉末、細骨材、水、減水剤及び直径0.02〜0.2mmで長さ1〜30mmのモノフィラメントタイプのアラミド繊維を含む配合物の硬化体からなることを特徴とするライニング材。
【請求項２】
配合物が、ブレーン比表面積3500〜10000cm2/gの無機粉末を含む請求項１記載のライニング材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水流や流木・土砂等で磨耗を受けることの多い水路内壁・底版など、各種磨耗により劣化を受け易い部位のライニング材に関する。
【背景技術】
【０００２】
水路や河川の内壁面・底版面は、通常現場打ちコンクリートや、フリューム等のコンクリート２次製品からなるが、水流による直接磨耗や水流によって流されてくる流木・砂・土砂等による磨耗や衝撃、或いは水流によって発生するキャビテーション等により、激しい浸食を受ける。
【０００３】
このような浸食に対する補修材料としては、通常のセメントモルタルでは磨耗に弱く、比較的短期間で再補修が必要となる。また、ポリマーセメントモルタルは、ノンポリマーのセメントモルタルに対して比較的耐磨耗性に優れるが、やはり比較的短期間で再補修が必要となる。一方、樹脂パネルなどの貼り付けによる更生工法（例えば、特許文献１、２）や、樹脂塗料によるライニング工法などによる表面の補修・補強が知られているが、その材料が大変高価であり、広範囲の補修に適しているとはいいがたい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−１００２９９号公報
【特許文献２】特開平５−２３１０９５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従って本発明は、磨耗を受け易い部位のコンクリートを保護するためのライニング材であって、耐磨耗性や耐衝撃性に優れるライニング材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】
【０００６】
本発明者等は、上記課題を解決するために鋭意研究を重ねた結果、特定の材料を含有する配合物の硬化体からなるライニング材であれば、前記課題を解決することができることを見い出し、本発明を完成するに至った。
すなわち、本発明のライニング材は、セメント、ＢＥＴ比表面積が3〜25m2/gの微粉末、細骨材、水、減水剤及び直径0.02〜0.2mmで長さ1〜30mmのモノフィラメントタイプのアラミド繊維を含む配合物の硬化体からなることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明のライニング材は、耐磨耗性や耐衝撃性等や耐久性が極めて高く、機械的強度が大きく、しかも容易に製造することができる。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、本発明について詳細に説明する。
本発明のライニング材は、セメント、ＢＥＴ比表面積が3〜25m2/gの微粉末、細骨材、水、減水剤及び直径0.02〜0.2mmで長さ1〜30mmのモノフィラメントタイプのアラミド繊維を含む配合物の硬化体からなるものである。
【０００９】
セメントの種類としては、特に限定されないが、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、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の各種ポルトランドセメントや、高炉セメント、フライアッシュセメント等の混合セメントを使用することができる。
本発明においては、配合物の硬化体の早期強度を向上させようとする場合には、早強ポルトランドセメントを使用することが好ましく、配合物の流動性を向上させようとする場合には、中庸熱ポルトランドセメントや低熱ポルトランドセメントを使用することが好ましい。
【００１０】
ＢＥＴ比表面積が3〜25m2/gの微粉末としては、シリカフューム、シリカダスト、フライアッシュ、スラグ、火山灰、シリカゾル、沈降シリカ、石灰石粉末等が挙げられる。一般に、シリカフュームやシリカダストは、そのＢＥＴ比表面積が5〜25m2/gであり、粉砕等をする必要がないので、本発明の微粉末として好適である。また、被粉砕性や流動性等の観点から、石灰石粉末も本発明の微粉末として好適である。
上記微粉末のＢＥＴ比表面積は、3〜25m2/g、好ましくは7〜15m2/gである。該値が3m2/g未満では、硬化体の圧縮強度が低下するうえ、緻密性や耐磨耗性・耐衝撃性等も低下する。一方、該値が25m2/gを越えるものは、入手が困難であるうえ、単位水量が増大し、硬化体の強度、緻密性や耐磨耗性・耐衝撃性等が低下することがある。
上記微粉末の配合量は、セメント100質量部に対して、好ましくは5〜50質量部、より好ましくは10〜40質量部である。配合量が5質量部未満では、硬化体の圧縮強度が低下するうえ、緻密性や耐磨耗性・耐衝撃性等も低下する。一方、配合量が50質量部を越えると、単位水量が増大し、硬化体の強度、緻密性や耐磨耗性・耐衝撃性等が低下することがある。
【００１１】
細骨材としては、川砂、陸砂、海砂、砕砂、珪砂等又はこれらの混合物が挙げられる。  本発明においては、細骨材としては、配合物の流動性や硬化体の強度、緻密性や耐磨耗性・耐衝撃性等から、最大粒径が2.0mm以下、より好ましくは1.5mm以下のものを用いることが好ましい。また、流動性や作業性等から、細骨材中の0.15mm未満の粒子の割合が5.0質量％以下であることが好ましい。
細骨材の配合量は、配合物の流動性や施工性、硬化体の強度、耐磨耗性・耐衝撃性の観点、さらには、自己収縮や乾燥収縮の低減、水和発熱量の低減等の観点から、セメント100質量部に対して、好ましくは50〜250質量部、より好ましくは80〜180質量部である。
【００１２】
水としては、水道水等を使用することができる。
本発明において、水／セメント比は、配合物の流動性や施工性、硬化体の強度、緻密性や、耐磨耗性・耐衝撃性等から、10〜30質量％が好ましく、15〜25質量％がより好ましい。
【００１３】
減水剤としては、リグニン系、ナフタレンスルホン酸系、メラミン系、ポリカルボン酸系の減水剤、ＡＥ減水剤、高性能減水剤または高性能ＡＥ減水剤を使用することができる。なかでも、ポリカルボン酸系の高性能減水剤または高性能ＡＥ減水剤を使用することが好ましい。減水剤を配合することによって、配合物の流動性や施工性、硬化体の緻密性、強度や耐磨耗性・耐衝撃性等が向上する。
減水剤の配合量は、配合物の流動性や分離抵抗性、硬化体の緻密性、強度や耐磨耗性・耐衝撃性、コスト等の面から、セメント100質量部に対して固形分換算で0.1〜4.0質量部が好ましく、0.1〜2.0質量部がより好ましく、0.1〜1.0質量部が特に好ましい。
【００１４】
本発明で使用するアラミド繊維は、直径0.02〜0.2mm（好ましくは0.03〜0.2mm、より好ましくは0.04〜0.2mm）、長さ1〜30mm（好ましくは3〜20mm、より好ましくは5〜16mm）のモノフィラメントタイプの繊維である。アラミド繊維の直径が0.02mm未満では、配合物の流動性や作業性が低下するうえ、硬化体の圧縮強度や、耐磨耗性・耐衝撃性も低下する。一方、直径が0.2mmを越えるアラミド繊維をモノフィラメントタイプの繊維として入手することは困難である。また、直径が0.2mmを越える収束型のアラミド繊維を使用した場合では、同一配合量での本数が少なくなるので、耐磨耗性・耐衝撃性、曲げ強度や破壊エネルギーが低下することがある。アラミド繊維の長さが1mm未満では、入手が困難であるうえ、耐磨耗性・耐衝撃性、曲げ強度や破壊エネルギーが低下することがある。一方、長さが30mmを越えると、配合物の流動性や作業性が極端に低下するうえ、硬化体の圧縮強度や、耐磨耗性・耐衝撃性も低下する。
アラミド繊維の配合量は、配合物の体積の0.5〜3.0％が好ましく、より好ましくは0.8〜2.0％である。配合量が配合物の体積の0.5％未満では、耐磨耗性・耐衝撃性、曲げ強度や破壊エネルギー、特に破壊エネルギーが低下することがある。一方、配合量が3.0％を越えると、配合物の流動性や作業性が極端に低下するうえ、コストも高くなる。
【００１５】
本発明においては、配合物の流動性や作業性、硬化体の強度、緻密性や、耐磨耗性・耐衝撃性等から、アラミド繊維は含水率が50質量％以下のものを使用するのが好ましく、10〜30質量％のものを使用するのがより好ましい。アラミド繊維の含水率が50質量％を越えると、強度発現性が低下することがあり、また、硬化体の緻密性や、耐磨耗性・耐衝撃性等が低下することがある。
なお、本発明において、アラミド繊維の含水率は、105℃で24時間加熱した際の質量減少量から算出される値である。
【００１６】
本発明においては、配合物は、ブレーン比表面積が3500〜10000cm2/gの無機粉末を含有することができる。該無機粉末を含有することにより、配合物の流動性や硬化体の強度発現性、緻密性や、耐磨耗性・耐衝撃性等を高めることができる。
無機粉末としては、スラグ、石灰石粉末、長石類、ムライト類、アルミナ粉末、石英粉末、フライアッシュ、火山灰、シリカゾル、炭化物粉末、窒化物粉末等が挙げられる。なかでも、スラグ、フライアッシュ、石灰石粉末、石英粉末は、コストの点や硬化体の品質安定性の点で好ましく用いられる。
無機粉末のブレーン比表面積は3500〜10000cm2/gが好ましく、4000〜9000cm2/gがより好ましく、5000〜9000cm2/gが特に好ましい。無機粉末のブレーン比表面積が3500cm2/g未満では、硬化体の強度、緻密性や、耐磨耗性・耐衝撃性等が低下するため好ましくない。一方、該値が10000cm2/gを越えると、流動性が低下したり、硬化体の強度、緻密性や、耐磨耗性・耐衝撃性等が低下することがある。さらに、この場合、コストも増大する。
無機粉末の配合量は、セメント100質量部に対して、好ましくは55質量部以下、より好ましくは10〜50質量部である。配合量が55質量部を越えると、流動性が低下したり、硬化体の強度、緻密性や、耐磨耗性・耐衝撃性等が低下することがある。
【００１７】
本発明においては、配合物は、平均粒度が1mm以下の繊維状粒子又は薄片状粒子を含有することができる。ここで、粒子の粒度とは、その最大寸法の大きさ（特に、繊維状粒子ではその長さ）である。該繊維状粒子又は薄片状粒子を含有することにより、硬化後の靱性を高めることができる。
繊維状粒子としては、ウォラストナイト、ボーキサイト、ムライト等が、薄片状粒子としては、マイカフレーク、タルクフレーク、バーミキュライトフレーク、アルミナフレーク等が挙げられる。
繊維状粒子又は薄片状粒子の配合量は、配合物の流動性や施工性、硬化体の靱性等から、セメント100質量部に対して35質量部以下が好ましく、0.1〜5質量部がより好ましい。
なお、繊維状粒子においては、硬化体の靱性を高める観点から、長さ／直径の比で表される針状度が3以上のものを用いるのが好ましい。
【００１８】
本発明においては、配合物の混練方法は、特に限定されるものではなく、通常の方法を用いることができる。また、混練に用いる装置も特に限定されるものではなく、オムニミキサ、パン型ミキサ、二軸練りミキサ、傾胴ミキサ等が用いられる。
【００１９】
本発明のライニング材を水路内壁や底版等にライニングさせる方法としては、
（１）水路内壁や底版等の表面に配合物の混練物を被覆した後、該配合物を硬化させる方法や、
（２）配合物の混練物を所定の型枠を用いて成形し、養生・硬化させることによって硬化体（パネル等）を製造した後、該硬化体（パネル等）を水路内壁や底版等に取り付ける方法、等が挙げられる。
【００２０】
上記（１）の方法において、水路内壁や底版等の表面への配合物の混練物の被覆方法は、特に限定するものではなく、例えば、水路内壁や底版等の表面をワイヤーブラシ掛け程度の粗面にし、ゴミ等をとり除いた後、適当な水湿しを行い、1)こて等を用いて配合物の混練物を塗布する、2)配合物の混練物を流し込む、3)公知の吹付け装置を用いて配合物の混練物を吹付ける等の方法が挙げられる。
配合物の混練物の被覆厚は、硬化後の耐磨耗性・耐衝撃性やコスト等から5〜10mmが好ましい。
被覆後の養生は、配合物の混練物を養生シートで覆い、養生すれば良い。
【００２１】
上記（２）の方法において、配合物の混練物の成形方法は、特に限定されるものではなく、流し込み成形等の慣用の成形方法を採用することができる。また、養生方法も特に限定されるものではなく、常温養生や蒸気養生等を行なえばよいが、養生時間の短縮を考慮した場合、下記に示す一次養生・二次養生を行うことが好ましい。
一次養生としては、配合物を型枠に充填した状態で、5〜40℃で所定時間（例えば、3〜48時間程度）静置する方法が挙げられる。一次養生終了後、脱型し、二次養生する。二次養生としては、60〜95℃で3〜48時間蒸気養生する方法が挙げられる。
硬化体（パネル等）の水路内壁や底版等への取付方法も特に限定されるものではなく、接着材やアンカーを用いて水路内壁や底版等へ取り付ければよい。
なお、硬化体の寸法は、該硬化体の耐磨耗性・耐衝撃性、作業性やコスト等から、縦50〜10000mm×横50〜10000mm×厚5〜150mmが好ましい。
【００２２】
本発明で用いられるセメント、ＢＥＴ比表面積が3〜25m2/gの微粉末、細骨材、水、減水剤及び直径0.02〜0.2mmで長さ1〜30mmのモノフィラメントタイプのアラミド繊維を含む配合物は、「JIS R 5201（セメントの物理試験方法）11.フロー試験」に記載される方法において、15回の落下運動を行なわないで測定したフロー値が、200mm以上と流動性に優れるものであり、水路内壁や底版等への被覆作業や型枠への投入等の作業性に優れるものである。また、該配合物の硬化体は、180N/mm2以上、より好ましくは190N/mm2以上の圧縮強度を有するものである。よって、本発明のライニング材は、極めて緻密で、凍結融解抵抗性、耐磨耗性・耐衝撃性、非透水性等に非常に優れている。
【実施例】
【００２３】
次に、実施例を挙げて本発明をさらに説明するが、本発明は、これら実施例により限定されるものではない。
１．使用材料
以下に示す材料を使用した。
(a)セメント：低熱ポルトランドセメント（太平洋セメント(株)製）
(b)微粉末：シリカフューム（ＢＥＴ比表面積11m2/g）
(c)無機粉末：石英粉末（ブレーン比表面積7000cm2/g）
(d)細骨材：珪砂(粒径0.15〜0.6mm)
(e)減水剤：ポリカルボン酸系高性能減水剤
(f)水：水道水
(g)アラミド繊維：直径：0.045mm、長さ：6mmのモノフィラメント繊維(含水率15質量％)
(h)ポリビニルアルコール繊維：直径：0.3mm、長さ：15mm
(i)鋼繊維：直径：0.2mm、長さ：15mm
【００２４】
２．配合物の製造と評価１
低熱ポルトランドセメント100質量部、シリカフューム30質量部、細骨材120質量部、水22質量部、高性能減水剤0.4質量部（固形分換算）及びアラミド繊維（配合物の体積の1％）を二軸練りミキサに投入し、混練した。該配合物のフロー値を、「JIS R 5201（セメントの物理試験方法）11.フロー試験」に記載される方法において、15回の落下運動を行なわないで測定した。その結果、フロー値は200mmであった。
また、前記配合物をφ50×100mmの型枠に流し込み、20℃で48時間前置き後、90℃で48時間蒸気養生し、硬化体（３本）を得た。該硬化体の圧縮強度（３本の平均値）は182N/mm2であった。
また、前記配合物を4×4×16cmの型枠に流し込み、20℃で48時間前置き後、90℃で48時間蒸気養生し、硬化体（３本）を得た。該硬化体の曲げ強度（３本の平均値）は29N/mm2であった。
また、上記曲げ強度試験において、荷重がひび割れ発生荷重に達してから、１／３に低下するまでの間の荷重−荷重点変位の積分値を供試体断面積で除した値として、破壊エネルギー算出した。なお、荷重点変位としては、曲げ試験機のクロスヘッド変位量を用いた。
該硬化体の破壊エネルギー（３本の平均値）は43kJ/m2であった。
また、前記配合物をφ50×100mmの型枠に流し込み、20℃で48時間前置き後、90℃で48時間蒸気養生し、硬化体（３本）を得た。該硬化体の透水係数を「地盤工学会基準ＪＧＳ ０２３１（土の透水試験法）」に準じて、変水位透水試験方法により測定した。その結果、水の浸透が全く認められず、浸透深さはゼロであった。
また、前記配合物を10×10×40cmの型枠に流し込み、20℃で48時間前置き後、90℃で48時間蒸気養生し、硬化体（３本）を得た。該硬化体の凍結融解試験を、「JIS A 1148（コンクリートの凍結融解試験方法）」に準じて測定した。その結果、耐久性指数（３本の平均値）は、99.8であった。
また、別途、「ASTM C779」に記載されている寸法の供試体を作製（20℃で48時間前置き後、90℃で48時間蒸気養生）し、「ASTM C779」に準じて耐摩耗性を評価した。その結果、60分経過後のすりへり深さは0.70mmであった。
また、別途、「ASTM C418」に記載されている寸法の供試体を作製（20℃で48時間前置き後、90℃で48時間蒸気養生）し、「ASTM C418」に準じて耐摩耗性を評価した。その結果、すりへり体積は0.013cm3/cm3であった。
【００２５】
３．配合物の製造と評価２
低熱ポルトランドセメント100質量部、シリカフューム30質量部、石英粉末30質量部、細骨材120質量部、水22質量部、高性能減水剤0.4質量部（固形分換算）及びアラミド繊維（配合物の体積の1％）を二軸練りミキサに投入し、混練した。
配合物のフロー値、硬化体の圧縮強度、曲げ強度、破壊エネルギー、水の浸透深さ、耐久性指数、すりへり深さ及びすりへり体積を、上記２．と同様に測定した。
その結果、フロー値は212mm、圧縮強度は192N/mm2、曲げ強度は29N/mm2、破壊エネルギーは44kJ/m2、水の浸透深さはゼロ、耐久性指数は99.9、すりへり深さは0.69mm、すりへり体積は0.012cm3/cm3であった。
【００２６】
４．配合物の製造と評価３
低熱ポルトランドセメント100質量部、シリカフューム30質量部、石英粉末30質量部、細骨材120質量部、水22質量部及び高性能減水剤0.4質量部（固形分換算）を二軸練りミキサに投入し、混練した。
配合物のフロー値、硬化体の圧縮強度、曲げ強度、破壊エネルギー及びすりへり深さを、上記２．と同様に測定した。
その結果、フロー値は270mm、圧縮強度は220N/mm2、曲げ強度は17N/mm2、破壊エネルギーは2kJ/m2、すりへり深さは1.27mmであった。
【００２７】
５．配合物の製造と評価４
低熱ポルトランドセメント100質量部、シリカフューム30質量部、石英粉末30質量部、細骨材120質量部、水22質量部、高性能減水剤0.4質量部（固形分換算）及びポリビニルアルコール繊維（配合物の体積の3％）を二軸練りミキサに投入し、混練した。
配合物のフロー値、硬化体の圧縮強度、曲げ強度、破壊エネルギー、すりへり深さ及びすりへり体積を、上記２.と同様に測定した。
その結果、フロー値は260mm、圧縮強度は165N/mm2、曲げ強度は21N/mm2、破壊エネルギーは32kJ/m2、すりへり深さは1.03mm、すりへり体積は0.023cm3/cm3であった。
【００２８】
６．配合物の製造と評価５
低熱ポルトランドセメント100質量部、シリカフューム30質量部、石英粉末30質量部、細骨材120質量部、水22質量部、高性能減水剤0.4質量部（固形分換算）及び鋼繊維（配合物の体積の2％）を二軸練りミキサに投入し、混練した。
配合物のフロー値、硬化体の圧縮強度、曲げ強度、破壊エネルギー、すりへり深さ及びすりへり体積を、上記２．と同様に測定した。
その結果、フロー値は270mm、圧縮強度は200N/mm2、曲げ強度は45N/mm2、破壊エネルギーは45kJ/m2、すりへり深さは0.67mm、すりへり体積は0.011cm3/cm3であった。
【００２９】
７．普通コンクリートの耐磨耗性の評価
普通コンクリートの配合物（単位セメント（普通ポルトランドセメント使用）量327kg/m3、単位水量180kg/m3、細骨材率48％、空気量4.5％の条件）の硬化体を使用して、すりへり深さ及びすりへり体積を、上記２.と同様に測定した（なお、養生は20℃の水中養生を行なった。該普通コンクリートの圧縮強度は35N/mm2であった）。
その結果、すりへり深さは1.74mm、すりへり体積は0.105cm3/cm3であった。