(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
セメント１５〜３５質量％、速硬材１０〜３０質量％、細骨材４０〜７０質量％、添加材料１.０質量%以下、およびシリカフューム(ＳＦ)を結合材(Ｂ)に対して質量比（ＳＦ／Ｂ）で２〜８％含有することによって、水／結合材比３４％〜４４％において、長さ変化率が±２５０×１０−６に抑制され、かつ１５打フロー値が２００mm以上であって、硬化始発時間が３０分以上、および硬化終結時間が７５分以下であると共に、合成ポリマー系増粘・保水剤を０.１〜０.３質量％含有することによって、材齢２８日の静弾性係数が該合成ポリマー系増粘・保水剤を含有しないときの静弾性係数より低減され、かつ凍結融解試験における３００サイクルの相対動弾性係数が８０％以上の凍結融解抵抗性を有することを特徴とする超速硬性セメントモルタル。
【請求項２】
材齢４時間圧縮強度が２８N/mm２以上であり、材齢２８日の静弾性係数が、合成ポリマー系増粘・保水剤を含有しないときの静弾性係数３１.５kN/mm２に対して、３１.１〜３１.２N/mm２に低減されている請求項１に記載する超速硬性セメントモルタル。
【請求項３】
軽量骨材を１０質量％以下含有する請求項１または請求項２に記載する超速硬性セメントモルタル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流動性に優れると共に可使時間が長く、初期強度の発現性に優れ、長さ変化率および静弾性係数が小さい超速硬性セメントモルタルに関する。
【背景技術】
【０００２】
コンクリート床版アスファルト舗装路面の劣化した凹部に補修材を充填することが行われている。従来、補修材として以下の材料が知られている。(イ)骨材と繊維を含み加熱した改質アスファルト乳剤混合物。(ロ)粗骨材をアスファルト被覆して表面に被覆砂を設けた材料。(ハ)熱硬化性樹脂など主成分とする改質アスファルト乳剤、セメント、骨材、およびフィラーなどを含有する補修材。
【０００３】
しかし、アスファルトを主成分とした補修材をコンクリート床版の劣化凹部に用いると、強度が低いために補修部分が弱くなる。また、熱硬化性樹脂を結合材とする補修材は、充填量が多いと熱収縮による空隙が生じる懸念がある。
【０００４】
上記問題を生じない補修材として用いることができるポリマーセメントモルタルが提案されている（特許文献１）。このポリマーセメントモルタルは、急硬性セメント、セメント用ポリマー、細骨材、および水を含有し、単位ポリマー量、水セメント比、ポリマーセメント比を所定範囲にして、コンクリート床版の劣化凹部に充填できるようにした補修材である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【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】
【０００６】
上記ポリマーセメントモルタルの補修材は、現場での混練作業が煩雑であり、また、混和液の調製の際に計量誤差によって所要の品質性能が確保できない場合がある。さらに単位ポリマー量およびポリマーセメント比が大きく、高価なポリマーの使用量が多いのでコスト高になる問題がある。
【０００７】
また、超速硬型のポリマーセメントモルタルは、水和反応速度が速く、発熱温度が高くなり、また水和反応初期に多量のエトリンガイトを生成するため、初期の膨張量が大きくなる傾向がある。このため、既設コンクリート床版の補修材として使用すると、補修部分において躯体コンクリート床版と補修材との境界に歪が生じ易く、付着強度が低下し、再劣化が生じる。また、水セメント比が小さいために材齢28日の強度が大きくなると、静弾性係数も大きくなり、既設コンクリート床版と補修材の静弾性係数の差が大きくなる。この状態で補修後に交通開放して繰返し荷重が掛かると、既設コンクリート床版と補修材との境界にせん断力が生じ、境界から再劣化が生じる。一方、静弾性係数を小さくするためにポリマーを一定量以上添加した場合、初期の膨張量が大きくなり、材料コストも増大するなどの問題がある。
【０００８】
本発明は、上記問題を解決したものであり、長さ変化率が小さく、静弾性係数が一定範囲に抑制されており、可使時間が長く、初期強度の発現に優れおり、コンクリート床版の補修材として最適なセメントモルタルを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、以下の構成によって上記課題を解決したセメントモルタルに関する。
〔１〕セメント１５〜３５質量％、速硬材１０〜３０質量％、細骨材４０〜７０質量％、添加材料１.０質量%以下、およびシリカフューム(ＳＦ)を結合材(Ｂ)に対して質量比（ＳＦ／Ｂ）で２〜８％含有することによって、水／結合材比３４％〜４４％において、長さ変化率が±２５０×１０−６に抑制され、かつ１５打フロー値が２００mm以上であって、硬化始発時間が３０分以上、および硬化終結時間が７５分以下であると共に、合成ポリマー系増粘・保水剤を０.１〜０.３質量％含有することによって、材齢２８日の静弾性係数が該合成ポリマー系増粘・保水剤を含有しないときの静弾性係数より低減され、かつ凍結融解試験における３００サイクルの相対動弾性係数が８０％以上の凍結融解抵抗性を有することを特徴とする超速硬性セメントモルタル。
〔２〕材齢４時間圧縮強度が２８N/mm２以上であり、材齢２８日の静弾性係数が、合成ポリマー系増粘・保水剤を含有しないときの静弾性係数３１.５kN/mm２に対して、３１.１〜３１.２N/mm２の割合で低減されている請求項１に記載する超速硬性セメントモルタル。
〔３〕軽量骨材を１０質量％以下含有する上記[１]または上記[２]に記載する超速硬性セメントモルタル。
【００１０】
〔具体的な説明〕
本発明のセメントモルタルは、セメント１５〜３５質量％、速硬材１０〜３０質量％、細骨材４０〜７０質量％、添加材料１.０質量%以下、およびシリカフューム(ＳＦ)を結合材(Ｂ)に対して質量比（ＳＦ／Ｂ）で２〜８％含有することによって、水／結合材比３４％〜４４％において、長さ変化率が±２５０×１０−６に抑制され、かつ１５打フロー値が２００mm以上であって、硬化始発時間が３０分以上、および硬化終結時間が７５分以下であると共に、合成ポリマー系増粘・保水剤を０.１〜０.３質量％含有することによって、材齢２８日の静弾性係数が該合成ポリマー系増粘・保水剤を含有しないときの静弾性係数より低減され、かつ凍結融解試験における３００サイクルの相対動弾性係数が８０％以上の凍結融解抵抗性を有することを特徴とする超速硬性セメントモルタルである。
【００１１】
本発明のセメントモルタルには、普通ポルトランドセメント、早強ポルトランドセメント、低熱ポルトランドセメント、高炉セメント、フライアッシュセメント、中庸熱セメント、またはシリカセメントなどを使用することができ。セメントの含有量は１５〜３５質量％が好ましい。該セメント量が１５質量％未満では材齢２８日の長期圧縮強度が不足し、一方、３５質量％を上回ると長さ変化率が大きくなるので好ましくない。
【００１２】
本発明のセメントモルタルには速硬材が含有されている。速硬材としては、無水石膏とＣ１２Ａ７クリンカー粉砕物の混合物、あるいは無水石膏とアルミナセメントの混合物などが用いられる。速硬材の含有量は１０〜３０質量％が好ましい。速硬材の含有量が上記範囲より少ないと材齢２時間、材齢４時間の初期圧縮強度が低くなり、上記範囲より多いと硬化時間が短くなりすぎ、硬化始発時間３０分以上が得られなくなるので好ましくない。
【００１３】
本発明のセメントモルタルに含まれる細骨材量は４０〜７０質量％が好ましい。細骨材量が上記範囲より少ないと長さ変化率が大きくなり、上記範囲より多いと初期材齢の圧縮強度が低くなるので好ましくない。細骨材は絶乾密度が２.５〜３.０ｇ/cm３の珪砂、石灰石砕砂、硬質砂岩砕砂、山砂、川砂などが好ましい。
【００１４】
本発明のセメントモルタルはシリカフューム(ＳＦ)を含有する。シリカフュームの含有量は結合材量に対する質量比(ＳＦ／Ｂ)で２〜８％になる範囲が好ましい。結合材(Ｂ)はセメントと速硬材であり、結合材量はその合計量である。ＳＦ／Ｂ比が２〜８％の範囲であることによって、水／結合材比３４％〜４４％において、モルタルの長さ変化率が±２５０×１０−６に抑制されている。ＳＦ／Ｂ比が２未満では、モルタルの長さ変化率を上記範囲に抑制するのが難しい。なお、長さ変化率はＮＥＸＣＯ試験方法（第４編 構造関係試験方法）試験法４３９「床版上面における断面修復用補修材の試験方法」に定められている方法に準拠し、寸法が１００×１００×４００ｍｍの試験体を用いて、材齢２時間で基長を測定し、材齢６時間〜２８日のモルタルについて測定した値である。
【００１５】
一方、ＳＦ／Ｂ比が８を超えると流動性が低下する。具体的には、ＳＦ／Ｂ比が８を超えると、水／結合材比３４％〜４４％において、混練直後の１５打フロー値が２００mm未満に低減する傾向があるので好ましくない。
【００１６】
本発明のセメントモルタルの水／結合材比は３４％〜４４％が好ましい。水／結合材比が上記範囲より小さいと流動性が低下し、所望のフロー値を得るのが難しい。水／結合材比が上記範囲より大きいと長さ変化率が大きくなるので好ましくない。
【００１７】
本発明のセメントモルタルは、硬化開始までの始発時間が３０分以上であり、可使時間が長い。一方、硬化終結時間は７５分以下であり超速硬性を有する。さらに、材齢４時間圧縮強度は２８N/mm２以上であり、初期強度が高い。また、材齢２８日の静弾性係数は２６.５±５kN/mm２であり静弾性係数が所要の範囲内である。
【００１８】
本発明のセメントモルタルは、添加材料を１.０質量％以下含有することができる。添加材料は炭酸ナトリウムやアルミン酸ナトリウム等の刺激剤、消包剤、繊維、凝結促進剤などである。添加材料の含有量は合計量で１.０質量％以下が好ましい。
【００１９】
本発明のセメントモルタルは軽量骨材を１０質量％以下含有することができる。表５に示すように、この１０質量％以下はセメント、速硬材、細骨材および軽量骨材の合計量の内割である。軽量骨材は絶乾密度１.８ｇ/cm３以下が好ましく、天然軽量骨材または人工軽量骨材の何れでも良い。軽量骨材を含有することによって材齢２８日の静弾性係数を小さくすることができる。軽量骨材量に比例して静弾性係数が低下する傾向がある。なお、材齢２８日の静弾性係数を単に静弾性係数と云う場合がある。
【００２０】
軽量骨材の含有量は１０質量％以下が好ましい。軽量骨材の含有量が多くなると材齢４時間の初期圧縮強度が低下する傾向があり、軽量骨材量が１０質量％を超えると、材齢４時間の初期圧縮強度が２８N/mm２より小さくなるので好ましくない。
【００２１】
合成ポリマー系増粘・保水剤を含有する本発明のセメントモルタルに対し、合成ポリマー系増粘・保水剤に代えて再乳化粉末樹脂を含有することによって、本発明とは異なるポリマーセメントモルタルが得られる。再乳化粉末樹脂は静弾性係数を小さくする低下する傾向があり、例えば、再乳化粉末樹脂(Ｐ)を結合材(Ｂ)に対して２質量％以下（Ｐ／Ｂ比２質量％以下）含有することによって、材齢２８日の静弾性係数が、再乳化粉末樹脂を含有しないときの静弾性係数３１.５kN/mm２に対して３１.５kN/mm２未満〜２９.４kN/mm２以上になる割合で低減される。
【００２２】
再乳化粉末樹脂量は２質量％以下が好ましい。再乳化粉末樹脂量に比例して長さ変化率が大きくなる傾向があり、再乳化粉末樹脂量がＰ／Ｂ比２質量％を超えると、長さ変化率が＋２５０×１０−６以上になるので好ましくない。
【００２３】
また、本発明のセメントモルタルとは異なる再乳化粉末樹脂を含有するポリマーセメントモルタルは、例えば、再乳化粉末樹脂(Ｐ)の含有量が結合材(Ｂ)に対する質量比（Ｐ/Ｂ）２％以下において、凍結融解試験の３００サイクルの相対動弾性係数が８０％以上の凍結融解抵抗性を有することができる。
【００２４】
本発明のセメントモルタルは、再乳化粉末樹脂に代えて、合成ポリマー系増粘・保水剤を含有することによって静弾性係数を小さくすることができる。該増粘・保水剤の含有量は０.１〜０.３質量％が好ましい。該増粘・保水剤を０.１〜０.３質量％含有することによって、材齢２８日の静弾性係数が、該増粘・保水剤を含有しないときの静弾性係数３１.５kN/mm２に対して３１.１〜３１.２kN/mm２になる割合で低減される。
【発明の効果】
【００２５】
本発明のセメントモルタルは、長さ変化率が±２５０×１０−６の範囲であるので、空隙の充填材として大量に使用しても、固化後に充填箇所の境界に隙間が生じることが殆どない。また、静弾性係数が２１.５〜３１.５kN/mm２の範囲であるので、コンクリート床版との静弾性係数の差を小さくすることができ、コンクリート床版の補修材として使用したときに、交通開放後に繰返し荷重が加わっても既設コンクリート床版の補修部分から再劣化することが少ない。さらに、本発明のセメントモルタルは、混練直後の１５打フロー値が２００mm以上であり流動性が高く、硬化始発時間（可使時間）が３０分以上であるので施工性が良い。また、材齢４時間の初期圧縮強度が２８N/mm２以上であり、初期強度の発現性が良い。
【００２６】
本発明のセメントモルタルは合成ポリマー系増粘・保水剤を含有することによって、静弾性係数が小さく、凍結融解抵抗性の高いモルタルを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】実施例５の凍結融解試験の結果を示すグラフ
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、本発明を実施例および比較例によって具体的に示す。
１５打フロー値はＪＩＳ  Ｒ  ５２０１「セメントの物理試験方法」に従って測定した。硬化時間はJIS A 1147（2007年）に従って測定し、硬化始発時間を可使時間とした。材齢２時間と材齢４時間の初期圧縮強度はJIS A 1108（2006年）に従って測定した。静弾性係数はJIS A 1149（2010年）に従い、気中養生、材齢２８日ついて測定した。長さ変化率は、ＮＥＸＣＯ試験方法（第４編 構造関係試験方法）試験法４３９「床版上面における断面修復用補修材の試験方法」に従い、気中養生(湿度６０±１０％)を行い、材齢１１０分で脱型し、材齢２時間で基長を測定し、材齢６時間、１、３、７、２８日の長さ変化率を測定した。長さ変化率(×１０−６)は、Ｘ＝(Lm−L0)/L0、Lmは材齢m(時間、日)における供試体の長さ(mm)、L0は基長：材齢2時間における供試体の長さ(mm)である。供試体は１００×１００×４００mmとした。
使用材料を表１に示す。
【００２９】
【表１】
0006653077.tif 000002
【００３０】
〔試験例１〕
表１の材料を使用し、表２に示す材料組成に従ってセメントモルタルを製造した。水結合材比(Ｗ／Ｂ)は３９.０％(水粉体比１６.０％)とした。練混ぜには、ホバートミキサを用いた。容器に粉体と練混ぜ水を入れ、１分間低速で練混ぜ、掻き落し後に高速で２分間練り混ぜた。結果を表３に示した。
ＳＦ/Ｂを２.０％以上にすることによって長さ変化率が±２５０×１０−６の範囲内になる。一方、ＳＦ/Ｂが８.０％を上回ると１５打フローが２００mm以下になり、流動性が低下して施工性が劣るようになる。また、本発明の試料Ａ１〜Ａ４は硬化始発時間が３０分以上であり、硬化終結時間が６５分以下である。初期圧縮強度（２時間、４時間）、材齢２８日の静弾性係数は何れも基準値を満足する。
【００３１】
【表２】
0006653077.tif 000003
【００３２】
【表３】
0006653077.tif 000004
【００３３】
〔試験例２〕
表２の試料Ａ３の材料組成において、水結合材比(Ｗ/Ｂ)を変えてモルタルを製造した。この結果を表４に示す。水結合材比(Ｗ/Ｂ)が３４.０〜４４.０％の範囲で何れも基準値を満足している。水結合材比(Ｗ/Ｂ)が４４.０％より大きいと（試料Ｂ３）、４時間圧縮強度が基準値を充たさなくなる。また、水結合材比(Ｗ/Ｂ)が３４.０％より小さいと（試料Ｂ４）、１５打フローが低下して施工性が悪化し、静弾性係数が基準値を超過するようになる。
【００３４】
【表４】
0006653077.tif 000005
【００３５】
〔試験例３〕
表１の材料を使用し、表５に示す材料組成に従い、軽量骨材の添加量を０質量％〜１５質量％の範囲で変えてセメントモルタルを製造した。水結合材比(Ｗ/Ｂ)は３４.０％(水粉体比１４.０％)とした。この結果を表６に示す。軽量骨材の添加量の増加に比例して静弾性係数(材齢２８日)が小さくなる傾向がある。一方、軽量骨材の添加量が１０質量％を超えると、４時間圧縮強度が基準値より低下するので好ましくない。
【００３６】
【表５】
0006653077.tif 000006
【００３７】
【表６】
0006653077.tif 000007
【００３８】
〔実施例１、試験例４〕
表１の材料を使用し、表７に示す材料組成に従い、再乳化粉末樹脂(Ｐ)の添加量を０質量％〜１.６０質量％の範囲（Ｐ/Ｂ比は０、１、２、４％）で変えてポリマーセメントモルタルを製造した（試験例４）。水結合材比(Ｗ/Ｂ)は３４.０％(水粉体比１４.０％)とした。この結果を表８に示す。Ｐ/Ｂ比の増加に比例して、長さ変化率が大きくなり、Ｐ/Ｂ比が２％以下のときに長さ変化率が±２５０×１０−６の基準値内となった。また、Ｐ/Ｂ比の増加に比例して静弾性係数が小さくなり、材齢２８日の静弾性係数が、再乳化粉末樹脂を含有しないときの静弾性係数３１.５kN/mm２に対して３１.５〜２９.４kN/mm２に低減されている。なお、Ｐ/Ｂ比が０％では基準値の上限であった。
また、再乳化粉末樹脂に代えて、合成ポリマー系増粘・保水剤を０.１〜０.３質量％含有するセメントモルタルを製造した（実施例１）。このセメントモルタルは、該増粘・保水剤を含有しないときの静弾性係数３１.５kN/mm２に対して、３１.１〜３１.２kN/mm２に低減されている。
【００３９】
【表７】
0006653077.tif 000008
【００４０】
【表８】
0006653077.tif 000009
【００４１】
〔実施例２：凍結融解試験〕
試料Ａ１３〜Ａ１７について、凍結融解試験を行った。試験方法は、ＪＩＳＡ １１４８ 「コンクリートの凍結融解試験方法」に準拠して３００サイクルまで行い、相対動弾性係数を測定し、８０％以上を合格とした。この結果を図１に示した。
図示するように、再乳化粉末樹脂をＰ/Ｂ質量比１％含有する試料Ａ１４、Ｐ/Ｂ質量比２％含有する試料Ａ１５、合成ポリマー系増粘・保水剤を０.１質量％含有する試料Ａ１６、０.３質量％含有する試料Ａ１７は、何れも凍結融解抵抗性が格段に向上し、３００サイクル凍結融解の繰返し後も相対動弾性係数８０％以上を維持した。
【００４２】
〔実施例３〕
表１の材料を使用し、表９に示す材料組成に従い、セメント量、速硬材量、細骨材量範囲で変えてセメントモルタルを製造した。水結合材比(Ｗ/Ｂ)は３９.０％(水粉体比１６.０％)とした。この結果を表１０に示す。この結果に示すように、セメント１５〜３５質量％、速硬材１０〜３０質量％、細骨材４０〜７０質量％、および添加材料１.０質量%以下の組成において、シリカフューム量および軽量骨材量を本発明の範囲にすることによって、フロー値、硬化始発時間、初期強度、静弾性係数、長さ変化率の何れも基準値を満足している。
【００４３】
【表９】
0006653077.tif 000010
【００４４】
【表１０】
0006653077.tif 000011
【図１】
0006653077.tif 000012