(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
セメント、カルシウムアルミネート、石膏類、細骨材、アルカリ金属炭酸塩、遅延剤、減水剤及びナイロン繊維を含有するグラウト組成物であって、セメント、カルシウムアルミネート及び石膏類からなる結合材１００質量部に対して、細骨材３〜１５質量部、アルカリ金属炭酸塩０．２〜１．０質量部、遅延剤０．０５〜０．２質量部、減水剤０．１５〜０．４質量部及びナイロン繊維０．０５〜０．３質量部を含有することを特徴とする速硬繊維グラウト組成物。
【請求項２】
カルシウムアルミネートのＣａＯとＡｌ2Ｏ3の含有モル比がＣａＯ／Ａｌ2Ｏ3＝１．０〜１．８であり、且つガラス化率が１０％以上である請求項１記載の速硬繊維グラウト組成物。
【請求項３】
ナイロン繊維の繊維長が３〜１５ｍｍである請求項１又は２記載の速硬繊維グラウト組成物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主に、土木・建築業界において使用される速硬グラウト組成物に関する。
【背景技術】
【０００２】
土木・建築分野では、コンクリートとコンクリートの間隙に流動性が良好なグラウト材等を充填する場合が多々ある。現場では、作業効率上、早期に硬化する速硬性のグラウト材が魅力的であり、欠かすことの出来ないグラウト材となりつつある。特に、夜間の緊急工事や低温環境下での作業では速硬性のグラウト材が求められている（特許文献１、２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−１０４０１３号公報
【特許文献２】特開２００７−２３０８３３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、速硬性を具備したグラウト材には、カルシウムアルミネート等の速硬成分の使用が必須である。従来、速硬成分を用いることにより流動性及び可使時間の調整が必要となり、調整が難しかった。特に、低温環境下においては、短期強度の発現性が不良となる場合があり、さらに調整が難しいという課題があった。
従って、本発明は、速硬成分を具備した速硬グラウト組成物でありながら、流動性及び可使時間の調整が容易であり、且つ低温環境下での強度発現が良好なグラウト組成物を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
そこで、本発明者は、カルシウムアルミネートを含有する速硬グラウト材の流動性及び可使時間の調整について種々検討してきた結果、セメント、カルシウムアルミネート及び石膏からなる結合材に対して、細骨材、アルカリ金属炭酸塩、遅延剤、減水剤及び繊維を特定量配合し、特に細骨材の量を少なくし、かつ繊維としてナイロン繊維を使用することにより、流動性及び可使時間の調整が容易となり、且つ低温環境下での強度発現が良好なグラウ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、次の〔１〕〜〔３〕を提供するものである。
【０００７】
〔１〕セメント、カルシウムアルミネート、石膏類、細骨材、アルカリ金属炭酸塩、遅延剤、減水剤及びナイロン繊維を含有するグラウト組成物であって、セメント、カルシウムアルミネート及び石膏類からなる結合材１００質量部に対して、細骨材３〜１５質量部、アルカリ金属炭酸塩０．２〜１．０質量部、遅延剤０．０５〜０．２質量部、減水剤０．１５〜０．４質量部及びナイロン繊維０．０５〜０．３質量部を含有することを特徴とする速硬繊維グラウト組成物。
〔２〕カルシウムアルミネートのＣａＯとＡｌ2Ｏ3の含有モル比がＣａＯ／Ａｌ2Ｏ3＝１．０〜１．８であり、且つガラス化率が１０％以上である〔１〕記載の速硬繊維グラウト組成物。
〔３〕ナイロン繊維の繊維長が３〜１５ｍｍである〔１〕又は〔２〕記載の速硬繊維グラウト組成物。
【発明の効果】
【０００８】
流動性及び可使時間の調整が容易であり、且つ低温環境下での強度発現が良好なグラウト組成物が得られる。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明を詳細に説明する。
【００１０】
本発明における速硬繊維グラウト組成物とは、速硬性を備え繊維を含有するグラウト組成物を云う。
【００１１】
本発明で使用するセメントとしては、普通、早強、超早強、低熱、及び中庸熱等の各種ポルトランドセメント、これらポルトランドセメントに、高炉スラグ、フライアッシュ、又はシリカを混合した各種混合セメント、また、石灰石粉末等の高炉徐冷スラグ微粉末を混合したフィラーセメント、各種の産業廃棄物を主原料として製造される環境調和型セメント、いわゆる、エコセメントなどが挙げられ、これらのうちの一種又は二種以上が併用可能である。本発明では初期強度発現性や材料分離抵抗性の観点から、普通ポルトランドセメントや早強ポルトランドセメントを選定することが好ましい。
本発明におけるセメントの使用量は、強度発現性、速硬性、混練時の練混ぜ易さの点から結合材（セメント、カルシウムアルミネート及び石膏類）１００質量部に対して、６５〜８０質量部が好ましく、６８〜８０質量部がより好ましく、７０〜８０質量部がさらに好ましい。
【００１２】
本発明で使用するカルシウムアルミネートは、初期凝結や強度発現性が向上するものであり、ＣａＯ原料やＡｌ2Ｏ3原料等を混合したものをキルンで焼成したり、電気炉で溶融したりするなどの熱処理をして得られるものをいい、注水後の初期にセメント組成物の凝結を起こさせる速硬成分である。
【００１３】
カルシウムアルミネートの鉱物成分としては、Ｃ3Ａ（３ＣａＯ・Ａｌ2Ｏ3）、Ｃ12Ａ7（１２ＣａＯ・７Ａｌ2Ｏ3）、ＣＡ（ＣａＯ・Ａｌ2Ｏ3）およびＣＡ2（ＣａＯ・２Ａｌ2Ｏ3）などで示されるカルシウムアルミネート熱処理物を粉砕したものなどが挙げられる。さらに、その他の成分として、ＳｉＯ2を含有するアルミノ珪酸カルシウム、Ｃ12Ａ7の１つのＣａＯをＣａＦ2などのハロゲン化物で置き換えたＣ11Ａ7・ＣａＸ2（Ｘはフッ素等のハロゲン）、ＳＯ3成分を含むＣ4Ａｓ・ＳＯ3、ならびに、ナトリウム、カリウム、およびリチウム等のアルカリ金属が一部固溶したカルシウムアルミネートなどが挙げられ、これらの一種または二種以上が使用可能である。
これらの中では、反応活性の面でＣａＯ／Ａｌ2Ｏ3のモル比が１．０〜１．８である熱処理物を急冷したカルシウムアルミネートが好ましい。ＣａＯ／Ａｌ2Ｏ3のモル比が１．０以上の場合、優れた短期強度発現性が得られ、また、１．８以下の場合、優れた流動性が得られる。
また、カルシウムアルミネートに十分な速硬性を付与させるためにガラス化率が１０％以上のものが好ましい。ここでガラス化率は次の方法で導出することができる。すなわち、質量；ＭＳのセメント組成物に含まれる各鉱物の質量を粉末Ｘ線回折により内部標準法等で定量し、定量できた含有鉱物相の総和質量；ＭＣを算出し、残部が純ガラス相と見なし、次式でガラス化率を求める。
【００１４】
【数１】
0006595906.tif 000002
【００１５】
本発明におけるカルシウムアルミネートの使用量は、速硬性、短期強度発現性の点から、結合材（セメント、カルシウムアルミネート及び石膏類）１００質量部に対して、１０〜２５質量部が好ましく、１０〜２２質量部がより好ましく、１０〜２０質量部がさらに好ましい。
【００１６】
本発明で使用する石膏類は、凝結を促進させるものであり、例えば、無水石膏、半水石膏、および二水石膏であり、これらの１種または２種以上が使用可能である。これらの中では、凝結促進の効果の面から無水石膏が好ましい。
本発明における石膏類の使用量は、速硬性、長期強度発現性の点から、結合材（セメント、カルシウムアルミネート及び石膏類）１００質量部に対して、５〜２０質量部が好ましく、５〜１８質量部がより好ましく、５〜１５質量部がさらに好ましい。
【００１７】
本発明で使用する細骨材の具体例としては、例えば、珪砂系、石灰石系、高炉水砕スラグ系、及び再生骨材系等が挙げられ、本発明では、耐酸性等の観点から珪砂系を選定することが好ましい。
本発明における細骨材の使用量は、結合材（セメント、カルシウムアルミネート及び石膏類）１００質量部に対して、３〜１５質量部とする。４〜１３質量部が好ましく、５〜１０質量部がより好ましく、６〜１０質量部が最も好ましい。３質量部未満では可使時間の確保が困難になる恐れがあり、１５質量部を超えると優れた流動性が得られない恐れや小間隙への充填性が悪くなる恐れがある。
【００１８】
本発明で使用するアルカリ金属炭酸塩は、特に限定されるものではない。例えば、炭酸リチウム、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム等が挙げられる。初期凝結の効果ならびにコスト面を考慮すると、好ましくは、炭酸リチウム、炭酸ナトリウムがよい。
本発明におけるアルカリ金属炭酸塩の使用量は、結合材（セメント、カルシウムアルミネート及び石膏類）１００質量部に対して０．２〜１．０質量部とする。０．３〜０．８質量部が好ましく、０．４〜０．７質量部がより好ましく、０．４〜０．６質量部が最も好ましい。０．２質量部未満では初期凝結の促進に効果が低くなる恐れがあり、１．０質量部を超えると流動性を悪くする恐れがある。
【００１９】
本発明で使用する遅延剤は特に限定されるものではない。その具体例としては、例えば、クエン酸、酒石酸、リンゴ酸、グルコン酸、及びコハク酸等のオキシカルボン酸、或いはこれらのナトリウム塩、カリウム塩、カルシウム塩、マグネシウム塩、アンモニウム塩、及びアルミニウム塩などの塩が好ましく、これらの一種又は二種以上が使用可能である。
本発明における遅延剤使用量は、結合材（セメント、カルシウムアルミネート及び石膏類）１００質量部に対して、０．０５〜０．２質量部とする。０．０６〜０．１２質量部が好ましく、０．０６〜０．１質量部がより好ましい。０．０５質量部未満では可使時間の確保が困難になる恐れがあり、０．２質量部を超えると強度発現性が悪くなる恐れがある。
【００２０】
本発明において、流動性を得やすくするため、減水剤を使用することが好ましい。本発明で使用する減水剤とは、減水剤、高性能減水剤、ＡＥ減水剤、高性能ＡＥ減水剤及び流動化剤等のセメント分散剤のことであり、これらの一種又は二種以上を用いることが出来る。具体的には、ナフタレンスルホン酸系減水剤、リグニンスルホン酸塩系減水剤、ポリカルボン酸系減水剤、メラミンスルホン酸塩系減水剤等が挙げられる。
本発明における減水剤の使用量は、結合材（セメント、カルシウムアルミネート及び石膏類）１００質量部に対して０．１５〜０．４質量部とする。０．１７〜０．３質量部が好ましく、０．２〜０．２５質量部がより好ましい。０．１５質量部未満では流動性が充分でない場合があり、０．４質量部を超えると材料分離を起こす場合がある。
【００２１】
本発明においては、繊維としてナイロン繊維を使用する。ナイロン繊維以外の繊維、例えばポリプロピレン繊維では、分散性及び流動性が悪く、狭い場所への充填性が悪く、硬化体性状のバラつきが大きいことから好ましくない。
本発明におけるナイロン繊維の使用量は、結合材（セメント、カルシウムアルミネート及び石膏類）１００質量部に対して、０．０５〜０．３質量部とする。０．０７〜０．２７質量部が好ましく、０．１〜０．２質量部がより好ましい。０．０５質量部未満では低温環境下における短期強度発現性が悪くなる恐れがあり、０．３質量部を超えると優れた流動性が得られない恐れがある。
本発明で使用するナイロン繊維は、繊維長３〜１５ｍｍが好ましい。３ｍｍ未満では低温環境下における短期強度発現性が悪くなる恐れがあり、１５ｍｍを超えると優れた流動性が得られない恐れがある。好ましい繊維長は３〜１３ｍｍであり、より好ましくは３〜１２ｍｍである。
【００２２】
本発明において、グラウト材を構造物と一体化させるために、まだ固まらない状態のグラウトモルタルが沈下や収縮するのを抑制する働きや、乾燥状態に置かれた際のひび割れ抵抗性を向上させるため、過酸化物質又はアルミニウム粉末等の発泡剤を使用することが好ましい。本発明に用いる発泡剤としては、過酸化物質を用いることが安定して硬化時の沈下を抑制できることから好ましい。本発明で使用する過酸化物質は、特に限定されるものではない。例えば、過炭酸ナトリウム、過炭酸カリウム、及び過炭酸アンモニウム等が挙げられ、これらの一種又は二種以上が使用可能である。
本発明において過酸化物質を用いる場合の使用量は、硬化時の沈下を抑制でき且つ高い初期強度が得られ易いことから、結合材（セメント、カルシウムアルミネート及び石膏類）１００質量部に対して、０．０３〜０．１質量部が好ましく、０．０４〜０．０９質量部がより好ましく、０．０４〜０．０６質量部がさらに好ましい。
また、発泡剤としてアルミニウム粉末を用いる場合の使用量は、硬化時の沈下を抑制でき且つ高い初期強度が得られ易いことから、結合材（セメント、カルシウムアルミネート及び石膏類）１００質量部に対して、０．００３〜０．０１質量部が好ましい。
水の使用量は、使用する目的・用途や各材料の配合割合によって変化するため特に限定されるものではないが、良好な流動性を得る点、大きな発熱量を抑制する点及び短期強度発現性確保の点から、水結合材比で３４〜３８％が好ましい。
【００２３】
本発明では、消泡剤、増粘剤、防錆剤、収縮低減剤、ポリマー、ベントナイト等の粘土鉱物のうち一種又は二種以上を、本発明の目的を実質的に阻害しない範囲で使用することが可能である。
【００２４】
本発明の速硬繊維グラウト組成物は、水を混練に用いる。良好な流動性を得る点、大きな発熱量を抑制する点及び短期強度発現性確保の点から、混練に用いる方法は特に限定されず、例えば水に本発明の速硬繊維グラウト組成物を全量加え混練する方法、水に本発明の速硬繊維グラウト組成物を混練しながら加えさらに混練する方法、本発明の速硬繊維グラウト組成物に水を混練しながら加え、さらに混練する方法等が挙げられる。また、混練に用いる器具や混練装置も特に限定されないが、ミキサを用いることが量を多く混練出来るので好ましい。用いることの出来るミキサとしては連続式ミキサでもバッチ式ミキサでも良く、例えば、グラウトミキサ、オムニミキサ、ハンドミキサ、左官ミキサ等が挙げられる。
【００２５】
本発明の速硬繊維グラウト組成物は、速硬性に優れるにもかかわらず、流動性及び可使時間の調整が容易であり、かつ低温環境下でも強度発現性が良好であるこから、早期強度発現が要求されるトンネル工事等の緊急工事に有用である。
【実施例】
【００２６】
以下、本発明の実施例に基づいて、本発明をさらに説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００２７】
実施例１
使用材料を表１に示す。
【００２８】
【表１】
0006595906.tif 000003
【００２９】
［配合設計］
セメント７８質量部、カルシウムアルミネート１３質量部、石膏９質量部からなる結合材１００質量部に対して、過酸化物質、アルカリ金属炭酸塩、遅延剤、減水剤、繊維を表２となるように配合設計した。
【００３０】
【表２】
0006595906.tif 000004
【００３１】
［グラウト作製］
２０℃環境下において、配合設計した粉体を２０ｋｇ秤とり、２６Ｌ円筒容器に秤とった水６．８Ｌに加え、ハンドミキサで６０秒間混練させ、グラウトを作製した。また、５℃環境下において、水７．１Ｌとし、同様の方法でグラウトを作製した。
作製したグラウトの評価試験方法を以下に示す。
【００３２】
［品質評価試験］
・流動性試験
土木学会基準ＪＳＣＥ−Ｆ  ５４１−１９９９「充填モルタルの流動性試験方法」に準じてＪ10漏斗を用いて、混練直後及び混練開始から１０分後の流下時間を測定した。速硬性グラウトモルタル（速硬性グラウト材）は、多くの緊急工事のグラウト工事に用いられていることから、充填可能な時間（可使時間）として長時間（例えば１時間）は必要ないが５分間以上は必要であることから、混練直後及び混練開始から１０分の何れも流下時間が１０秒の範囲内であったものを非常に良好（◎）、１５秒の範囲内であったものを良好（○）、この範囲から外れるものを不良（×）と評価した。試験結果を表３に示す。
【００３３】
・初期膨張率試験
混練後直ちに直径５０ｍｍ、高さ１００ｍｍの型枠に成型し、上部表面に直径４０ｍｍ、高さ１．５ｍｍのプラスチック板を置き、非接触センサーにて成形直後から２４時間までの長さ変化測定を行い、材齢５分と材齢２４時間の測定値を読み取り、材齢５分の初期膨張量（硬化前の膨張量）に対し材齢２４時間の初期膨張量（硬化後の膨張量）が大きいものを良好（○）、小さいものを不良（×）と評価した。試験結果を表３に示す。実施例に当たる試験水準の「良好（○）」の評価の材齢５分の初期膨張量に対する材齢２４時間の初期膨張量から求まる初期膨張率は、何れも０％よりも大きく且つ１％未満であり、過膨張による強度低下の恐れもないもであった。
【００３４】
・圧縮強度
土木学会基準ＪＳＣＥ−Ｇ  ５０５−１９９９「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」に準じ、２０℃環境下において、材齢１時間、材齢１日及び材齢２８日における圧縮強度を測定した。また、５℃環境下において、材齢１時間及び３時間における圧縮強度を測定した。供試体の寸法は、直径５０ｍｍ、高さ１００ｍｍとした。また材齢２８日については、材齢２４時間で型枠を外すまで２０℃の湿潤養生、その後直ちに２０℃の水中に移し試験直前まで２０℃の水中養生とした。試験結果を表４に示す。
【００３５】
試験結果を表３及び表４に示す。結合材１００質量部に対して、細骨材３〜１５質量部、過酸化物質０．０３〜０．１質量部、アルカリ金属炭酸塩０．２〜１．０質量部、遅延剤０．０５〜０．２質量部、減水剤０．１５〜０．４質量部、ナイロン繊維０．０５〜０．３質量部であれば良好な流動性ならびに充分な可使時間を確保出来、且つ低温環境下における材齢１時間の圧縮強度が良好であり、更に初期膨張性が良好である（Ｎｏ．Ａ−１、−２、−３、−４、−５、−８、−９、−１２、−１３、−１６、−１７、−２０、−２１）。それに対して、Ａ−２３では混練開始から１０分後のＪ10漏斗流下値の低下が著しく、可使時間の確保が困難である。また、Ａ−７、−１０、−１４、−１９、−２４では低温環境下での短期強度発現性が低い。Ａ−６、−１１、−１５、−１８、−２２は流動性が悪い。
【００３６】
【表３】
0006595906.tif 000005
【００３７】
【表４】
0006595906.tif 000006
【００３８】
実施例２
セメント７８質量部、カルシウムアルミネート１３質量部、石膏９質量部からなる結合材１００質量部に対して、過酸化物質０．０６質量部、アルカリ金属炭酸塩０．４質量部、遅延剤０．０６質量部、減水剤０．２５質量部、ナイロン繊維０．１６質量部、細骨材６質量部になるように配合設計した。但し、カルシウムアルミネートについてＣａＯ／Ａｌ2Ｏ3モル比及び上記ガラス化率が表５に示すものを使用した。それ以外は実施例１と同様に行った。
【００３９】
【表５】
0006595906.tif 000007
【００４０】
試験結果を表６及び表７に示す。カルシウムアルミネートについてＣａＯとＡｌ2Ｏ3の含有モル比がＣａＯ／Ａｌ2Ｏ3＝１．０〜１．８であり、且つガラス化率が１０％以上であれば、良好な流動性ならびに充分な可使時間を確保出来、且つ低温環境下における材齢１時間の圧縮強度が特に良好である（Ｂ、Ｃ、Ｄ）。
【００４１】
【表６】
0006595906.tif 000008
【００４２】
【表７】
0006595906.tif 000009
【００４３】
実施例３
セメント７８質量部、カルシウムアルミネート１３質量部、石膏９質量部からなる結合材１００質量部に対して、過酸化物質０．０６質量部、アルカリ金属炭酸塩０．４質量部、遅延剤０．０６質量部、減水剤０．２５質量部、ナイロン繊維０．１６質量部、細骨材６質量部になるように配合設計した。但し、ナイロン繊維について繊維長が表８に示すものを使用した。それ以外は実施例１と同様に行った。
【００４４】
【表８】
0006595906.tif 000010
【００４５】
試験結果を表９及び表１０に示す。ナイロン繊維の繊維長が３〜１５ｍｍであれば、良好な流動性ならびに充分な可使時間を確保出来、且つ低温環境下における材齢１時間の圧縮強度が特に良好である（Ｆ、Ｇ）。
【００４６】
【表９】
0006595906.tif 000011
【００４７】
【表１０】
0006595906.tif 000012