(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）ポルトランドセメント、（ｂ）高炉急冷スラグ骨材、（ｃ）ポルトランドセメント１００重量部に対して０．１〜２重量部の有機系界面活性剤を有効成分とする収縮低減剤及び（ｄ）ポルトランドセメント１００重量部に対して０．１〜２．５重量部の樹脂成分を含み、スラグ微粉末を実質的に含まないセメント組成物。
【請求項２】
有機系界面活性剤が低級アルコールアルキレンオキシド付加物である請求項１に記載のセメント組成物。
【請求項３】
樹脂成分がアクリル酸エステル・メタクリル酸エステル共重合体を有効成分とする再乳化型粉末樹脂である請求項１又は２に記載のセメント組成物。
【請求項４】
さらに、無機系の膨張材を有効成分とする収縮低減剤を含む請求項１〜３のいずれか１項に記載のセメント組成物。
【請求項５】
無機系の膨張材が石灰系膨張材である請求項４に記載のセメント組成物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、耐酸性、耐久性及び施工性に優れるセメント組成物に関する
【背景技術】
【０００２】
温泉地帯や下水処理施設などの酸性雰囲気では、コンクリートが酸により腐食・劣化するという問題が生じる。このような場所の劣化箇所の補修方法としては、劣化部を除去した後に耐酸性を有する補修材でコンクリート表面を被覆する方法が実施されている。補修材料としては、ポルトランドセメントに高炉スラグ微粉末及び高炉スラグ細骨材を配合したモルタル（特許文献１）、アルミナセメントに高炉スラグ微粉末やポリマーを配合したモルタル（特許文献２）が提案されている。また、補修工法としては、高炉スラグ微粉末を用いたモルタルでコンクリートを被覆した後、モルタル表面にエポキシ樹脂やアクリル樹脂を塗布する方法が提案されている（特許文献３、４）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特公平３−６１６２４号公報
【特許文献２】特開２００３−８９５６５号公報
【特許文献３】特開２０１０−１６３９号公報
【特許文献４】特開２００９−１２６７６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来の技術による補修材料は、下地コンクリートとの付着強度が低下して補修材の浮きや剥離が生じたり、ひび割れが発生したり、施工欠陥が生じるなどの問題がある。これらの欠陥は外部からの酸の浸透経路となり得るため、仮に補修材自身の耐酸性が良好であったとしても、補修対象となるコンクリートを酸による腐食・劣化から十分に保護することは困難であった。
従って、本発明の課題は、下地コンクリートとの十分な付着強度を有し、剥離やひび割れがなく、耐酸性及び耐久性を有し、かつ施工性も良好なセメント組成物を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明者は、従来の補修材料に配合されている成分について検討したところ、本来、セメントとの水和反応により緻密な硬化体を生成させる目的で配合されている高炉スラグ微粉末は、硬化体の柔軟性を低下させ、硬化体の収縮率を増大させる作用があるため、下地コンクリートとの付着強度が低下しやすく、ひび割れを生じやすくしている可能性が考えられた。また、付着強度を改善する目的で配合されているポリマー作用により、材料の粘性が高くなり、コテ塗り等の施工性を低下させていることも判明した。
そこで、本発明者は、補修用セメント組成物の組成について再検討したところ、ポルトランドセメント及びスラグ骨材に加えて、一定量の有機系界面活性剤を有効成分とする収縮低減剤及び樹脂成分を配合し、かつスラグ微粉末を実質的に含まない組成にすれば、圧縮強度が十分に高く、下地コンクリートとの付着強度が高く、ひび割れが生じ難く、耐酸性と施工性の良好なセメント組成物が得られることを見出し、本発明を完成した。
【０００６】
すなわち、本発明は、（ａ）ポルトランドセメント、（ｂ）スラグ骨材、（ｃ）ポルトランドセメント１００重量部に対して０．１〜２重量部の有機系界面活性剤を有効成分とする収縮低減剤及び（ｄ）ポルトランドセメント１００重量部に対して０．１〜２．５重量部の樹脂成分を含み、スラグ微粉末を実質的に含まないセメント組成物を提供するものである。
【発明の効果】
【０００７】
本発明のセメント組成物を用いれば、圧縮強度６０Ｎ／ｍｍ2以上であり、曲げ強度／圧縮強度比が０．１５以上で、乾燥収縮率が０．１％未満という硬化体が得られ、下地コンクリートとの付着強度が高く、ひび割れが生じ難く、さらに耐酸性に優れ、かつ施工性も良好である。従って本発明のセメント組成物は、耐酸性補修用セメント組成物として特に有用である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
本発明のセメント組成物は、（ａ）ポルトランドセメント、（ｂ）スラグ骨材、（ｃ）ポルトランドセメント１００重量部に対して０．１〜２重量部の有機系界面活性剤を有効成分とする収縮低減剤及び（ｄ）ポルトランドセメント１００重量部に対して０．１〜２．５重量部の樹脂成分を含み、スラグ微粉末を実質的に含まない。
【０００９】
本発明に用いられる（ａ）ポルトランドセメントは、モルタルの結合相を形成する主要成分であり、例えば普通、早強、超早強又は中庸熱等のいずれのポルトランドセメントでも使用することができる。コストや扱い性の点からは普通ポルトランドセメントが好ましいが、早強又は超早強ポルトランドセメントを使用するかこれと普通ポルトランドセメントを併用してもよい。
【００１０】
本発明で使用する（ｂ）スラグ骨材は、スラグ微粉末を実質的に含まないものである。一般的に使用されているブレーン比表面積４０００ｃｍ2／ｇの高炉スラグ微粉末の平均粒径は１０μｍ程度であるが、本発明で使用するスラグ骨材は粒径１０μｍ以下の微粒分量が１重量％未満であり、スラグ微粉末を実質的に含まない。スラグ骨材の粒径は０．１５ｍｍ以上が好ましく、特にセメント組成物がモルタルの場合はＦ.Ｍ.＝２.５程度のスラグ骨材が好適に使用できる。
また、スラグ骨材としては、高炉スラグ骨材、転炉スラグ骨材、銅スラグ骨材、下水汚泥溶融スラグ骨材、都市ゴミ溶融スラグ骨材などが挙げられるが、本発明では、高炉急冷スラグ骨材が特に好適に使用できる。高炉急冷スラグ骨材は反応活性があり、セメントと骨材との界面が強固になるため、高い耐酸性を確保するのに有利である。
スラグ骨材の含有量は、ポルトランドセメント１００重量部に対し、５０〜７００重量部が好ましく、前記のような骨材粒径範囲のモルタルでは８０〜３００重量部が特に好ましい。この配合範囲では、硬化体の優れた強度や耐酸性が得られ、施工性が良好である。
【００１１】
本発明のセメント組成物では、硬化体の収縮を低減して、ひび割れ抵抗性やコンクリートとの付着強度を高めるために（ｃ）有機系界面活性剤を有効成分とする収縮低減剤を含有する。特に、本発明のセメント組成物のように樹脂成分を配合する場合は、粘性の増加により施工性（コテ離れ）が低下し易くなるため、それを改善するために有機系の収縮低減成分を併用することが好ましい。
本発明で用いる収縮低減剤としては、硬化体中の水の表面張力を低下させる作用を有する有機系界面活性剤を有効成分とするものが使用できる。有機系界面活性剤としては、低級アルコールアルキレンオキシド付加物、ポリエーテル、グリコールエーテル誘導体、プロピレングリコールエーテル類などを主成分とする界面活性剤が挙げられ、収縮低減性能の面から、低級アルコールアルキレンオキシド付加物を主成分とする界面活性剤の使用が好ましい。これらの界面活性剤は、液状あるいは吸油性の粉体や繊維などに界面活性成分を担持させた粉末状のものがセメント組成物用の収縮低減剤として市販されており、粉末状の収縮低減剤を用いると、セメント組成物を構成するセメントや骨材などの粉粒体成分と予め混合して使用することができるため、製造品質の安定化や施工効率の向上の面から特に好ましい。
【００１２】
本発明において、（ｃ）有機系界面活性剤を有効成分とする収縮低減剤は、ポルトランドセメント１００重量部に対して０．１〜２重量部の含有量で用いるのが良い。より好ましくは０．３〜１．５重量部、さらに好ましくは０．５〜１．０重量部の範囲で配合するのが良い。この範囲で配合すると、硬化体の収縮が効果的に低減されて良好な硬化物性（ひび割れ抵抗性、付着強度）が得られるとともに、良好な施工性（コテ離れ、付着性）が確保できる。
【００１３】
さらに、本発明のセメント組成物には、無機系の膨張材を有効成分とする収縮低減剤を有機系収縮低減剤と併せて含有使用することができる。無機系の膨張材とは、水和反応により膨張性を発揮してセメント組成物に生じる収縮を低減する材料であり、ＪＩＳ  Ａ６２０２に規定される石灰系やエトリンガイト系の膨張材が使用できる。有機系収縮低減剤と無機系の膨張材のように収縮低減機構の異なる収縮低減成分を併用することにより、セメント組成物の硬化体に生じる収縮をより効果的に低減でき、さらには、曲げ強度／圧縮強度比も向上させることができる。無機系膨張材は、ポルトランドセメント１００重量部に対して０〜１０重量部含有使用することができ、特に２〜５重量部が好ましい。無機系膨張材をこの範囲で配合して有機系収縮低減剤と併用すると、より良好な硬化物性（ひび割れ抵抗性、付着強度）が得られる。
【００１４】
本発明のセメント組成物では、硬化体のひび割れ抵抗性やコンクリートとの付着強度を高めるとともに、良好な施工性（コンクリートとの付着性）を得るために（ｄ）樹脂成分を含有する。特に、セメント組成物に低級アルコールアルキレンオキシド付加物などを主成分とする有機系収縮低減剤を配合する場合は、コンクリートとの付着性が低下する場合があるため、それを改善するために樹脂成分を併用することが好ましい。
本発明における樹脂成分としては、ＪＩＳ  Ａ６２０３に規定されるポリマーディスパージョン又は再乳化性粉末樹脂が使用できる。再乳化性粉末樹脂を用いると、セメント組成物を構成するセメントや骨材などの粉粒体成分と予め混合して使用することができるため、製造品質の安定化や施工効率の向上の面から特に好ましい。再乳化性粉末樹脂としては、具体的には、スチレンブタジエンゴム、エチレン酢酸ビニル、エチレン酢酸ビニルビニルバーサテート、酢酸ビニルビニルバーサテート、スチレンアクリル酸エステル、ポリアクリル酸エステル、酢酸ビニルビニルバーサテートアクリル酸エステル等の樹脂が挙げられる。高い耐酸性とコンクリートとの良好な付着性を確保するためにはアクリル系の樹脂が適しており、特にアクリル酸エステル・メタクリル酸エステル共重合体を主成分とするポリアクリル酸エステルが好適に使用できる。
【００１５】
本発明で用いる（ｄ）樹脂成分は、ポルトランドセメント１００重量部に対して固形分換算で０．１〜２．５重量部の含有量で用いるのが良い。より好ましくは０．５〜２重量部、さらに好ましくは０．８〜１．５重量部の範囲で含有するのが良い。この範囲で配合すると、硬化体の曲げ強度／圧縮強度比が高くなってひび割れ抵抗性が向上し、コンクリートとの付着強度が高まり、さらには良好な施工性（コテ伸び、コテ離れ、付着性）が確保できる。
【００１６】
また、本発明のセメント組成物は、スラグ微粉末を実質的に含有しない。スラグ微粉末を使用したセメント組成物では、硬化体の収縮率の増大や、曲げ強度／圧縮強度比が低下して硬化体の柔軟性が損なわれるという現象が生じる。そのため、そのようなセメント組成物をコンクリート構造物に耐酸性を付与するための補修材として用いると、補修材にひび割れが生じたり、コンクリートとの付着強度が低下して補修材が剥離するなどの不具合が生じ、結果として、コンクリート構造物の耐酸性を確保することが困難となる。
ここで実質的に含有しないとは、本発明のセメント組成物では、粒径１０μｍ以下の微粒分量が１重量％未満のスラグ骨材を使用するということである。
【００１７】
本発明のセメント組成物には、さらに高分子、金属、カーボン又は耐アルカリ性ガラス等の繊維、減水剤、保水剤、空気連行剤、消泡剤等を配合することができる。
【００１８】
本発明のセメント組成物を用いれば、圧縮強度６０Ｎ／ｍｍ2以上、曲げ強度／圧縮強度比が０．１５以上で、乾燥収縮率０．１％未満のモルタルが形成できる。従って、下地コンクリートとの付着強度が高く、ひび割れが生じ難く、耐酸性にも優れる。また、コテ塗り等の施工性も良好である。従って、本発明のセメント組成物は、コンクリートの補修用セメントとして有用であり、特に耐酸性が要求されるコンクリートの補修用として有用である。
【実施例】
【００１９】
次に実施例を挙げて本発明をさらに詳細に説明する。
【００２０】
（使用材料）
普通ポルトランドセメント（ＮＣ）：太平洋セメント社製 普通ポルトランドセメント
アルミナセメント（ＡＣ）：ラファージュ社製 セカール５１ＢＴＦ
スラグ骨材（ＢＳ）：高炉急冷スラグ骨材市販品（Ｆ．Ｍ．＝２．５、最大粒径２.５ｍｍ、１０μｍ通過分１重量％未満）
珪砂細骨材（ＳＳ）：山形県産珪砂市販品（Ｆ．Ｍ．＝２．５、最大粒径２.５ｍｍ）
高炉スラグ微粉末：デイ・シイ社製 セラメント（ブレーン４０００ｃｍ2／ｇ）
繊維：ナイロン短繊維市販品
減水剤：花王社製  マイティー１００（ナフタレン系減水剤）
有機系収縮低減剤：太平洋マテリアル社製  テトラガードＰＷ（有効成分：低級アルコールアルキレンオキシド付加物）
無機系収縮低減剤（膨張材）：太平洋マテリアル社製太平洋エクスパン（石灰系膨張材）
粉末樹脂：アクリル酸エステル・メタクリル酸エステル共重合再乳化型粉末樹脂市販品
保水剤：メチルセルロース系保水剤市販品
消泡剤：ＡＤＥＫＡ社製  アデカネートＢ３１７Ｆ（非イオン系消泡剤）
【００２１】
（性能評価試験）
表１に示す配合割合のセメント組成物の粉体部分１００重量部に対して水１４重量部を加えてホバートミキサで混合し、試験用のモルタルを調整した。得られたモルタルを用いて、以下の性能評価を行った。評価結果を表２及び表３に示す。
【００２２】
（１）施工性：１０℃７０％Ｒ．Ｈ．、２０℃７０％Ｒ．Ｈ．、３０℃７０％Ｒ．Ｈ．の環境下で、以下の評価試験を行った。
モルタルフロー：ＪＩＳ  Ｒ５２０１に準じた方法で、練り混ぜ直後と３０分経過後のモルタルフローを測定した。
コテ作業性（コテ伸び・コテ離れ・下地コンクリートへの付着性の評価）：混合してから１５分後のモルタルをコンクリート平板（３００×９００×６０ｍｍ）にコテで厚さ２０ｍｍに塗付け、コテ作業性を評価した。
（２）曲げ強度、圧縮強度、曲げ強度／圧縮強度比：ＪＩＳ  Ｒ５２０１に準じた方法で、２０℃で水中養生したときの材齢２８日の曲げ強度及び圧縮強度を測定し、曲げ強度／圧縮強度比を算出した。
（３）乾燥収縮率：ＪＩＳ  Ａ１１２９に準じた方法で、２０℃６０％Ｒ．Ｈ．の環境下で養生したときの乾燥収縮率を測定した。
（４）付着強度：コンクリート平板（３００×３００×６０ｍｍ）にモルタルを厚さ２０ｍｍにコテで塗付けて２０℃６０％Ｒ．Ｈ．の環境下で養生し、日本建築仕上材工業会規格（ＮＳＫＳ−００７）に準じた方法で、コンクリート平板に対するモルタルの材齢２８日の付着強度を測定した。
（５）ひび割れ抵抗性：コンクリート平板（３００×９００×６０ｍｍ）にモルタルを厚さ２０ｍｍにコテで塗付け、２０℃７０％Ｒ．Ｈ．の環境下で２８日間養生した後のひび割れ発生状況を目視確認した。
（６）耐酸性：モルタル円柱状試験体（φ７５×１５０ｍｍ）を作成し、東京都下水道局「コンクリート改修技術マニュアル・汚泥処理施設編」に準じた方法で、２０℃の環境下で５％硫酸溶液に２８日間浸漬（５％硫酸溶液は７日毎に全量交換）した後、試験体中央部を試験体底面と平行に切断し、１％フェノールフタレイン溶液の呈色範囲をノギスを用いて測定して硫酸浸透深さを算出した。
【００２３】
【表１】
0005723141.tif 000002
【００２４】
【表２】
0005723141.tif 000003
【００２５】
（施工性の評価）
実施例１〜９はいずれも良好な施工性を有していた。
【００２６】
有機系収縮低減剤と粉末樹脂を共に配合しないと、付着性がやや悪くなる（比較例１）。
有機系収縮低減剤のみを配合し、粉末樹脂を配合しないと、付着性が悪くなる（比較例２）。粉末樹脂のみを配合し、有機系収縮低減剤を配合しないと、コテ離れが悪くなる（比較例３）。高炉スラグ微粉末を配合すると、配合量が多いほどコテ伸びと付着性が低下する（比較例５、６）。有機系収縮低減剤の配合量が多いと付着性が低下する（比較例７）。粉末樹脂の配合量が多いとコテ伸びがやや悪くなり、コテ離れが低下する（比較例８）。アルミナセメント（ＡＣ）を用いると、フローの低下が大きく、コテ伸びと付着性が低下する（比較例９）。
【００２７】
【表３】
0005723141.tif 000004
【００２８】
（曲げ・圧縮強度、収縮、付着強度、ひび割れ抵抗性、耐酸性の評価）
実施例１〜９はいずれも良好な性能を有していた。
圧縮強度６０Ｎ／ｍｍ2以上、曲げ強度／圧縮強度比０．１５以上、乾燥収縮率が０．１％未満であり、良好な耐久性能（付着強度２．５Ｎ以上、高いひび割れ抵抗性）と高い耐酸性能（硫酸浸透深さが２．５ｍｍ以下）を有していた。
また、有機系収縮低減剤と無機系収縮低減剤（膨張材）を併用した配合（実施例５）は、膨張材を使用しない配合（実施例６）に比べ、曲げ強度／圧縮強度比が高く、乾燥収縮率が小さく、耐久性能（付着強度、高いひび割れ抵抗性）をさらに向上させることができる。
【００２９】
有機系収縮低減剤と粉末樹脂を共に配合しないと、曲げ強度と曲げ／圧縮比が低下し、乾燥収縮率が増大し、付着強度・ひび割れ抵抗性、耐酸性が悪化する（比較例１）。有機系収縮低減剤のみを配合し、粉末樹脂を配合しないと、曲げ強度と曲げ／圧縮比、付着強度、ひび割れ抵抗性が低下する（比較例２）。粉末樹脂のみを配合し、有機系収縮低減剤を配合しないと、乾燥収縮率が増大し、付着強度、ひび割れ抵抗性が悪化する（比較例３）。骨材に珪砂細骨材（ＳＳ）を用いると、耐酸性が大きく低下する（比較例４）。高炉スラグ微粉末を配合すると、配合量が多いほど、曲げ強度と曲げ／圧縮比が低下し、乾燥収縮率が増大し、付着強度・ひび割れ抵抗性が悪化する（比較例５、６）。有機系収縮低減剤の配合量が多いと、乾燥収縮率は低下するが、付着強度が若干低下する（比較例７）。粉末樹脂の配合量が多いと曲げ強度と曲げ／圧縮比は向上するが、耐酸性がやや低下する（比較例８）。アルミナセメント（ＡＣ）を用いた場合は、曲げ／圧縮比がやや低く、付着強度とひび割れ抵抗性が低下する（比較例９）。