(57)【要約】【課題】凝結時間が非常に長く且つ硬化中の材料分離が少なく且つ適度な粘性、低収縮率、高圧縮強度等のグラウトに一般的に求められる種々の特性をも兼ね備えたグラウト組成物、及び制約が少なく簡便且つ安価に行なうことができ、且つ鋼材の劣化が少ないＰＣ構造物の製造方法を提供する。【解決手段】高ビーライト系ポルトランドセメントと、凝結遅延剤と、分散剤とを含むセメント系グラウト組成物、並びにシース内に鋼材を挿入し前記グラウト組成物を注入する工程、コンクリートを打設し養生する工程、及び前記養生終了後に、前記鋼材を緊張及び定着させる工程を含むプレストレストコンクリート構造物の製造方法。【選択図】      なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
高ビーライト系ポルトランドセメントと、凝結遅延剤と、分散剤とを含むセメント系グラウト組成物。
【請求項２】
前記高ビーライト系ポルトランドセメントが、ビーライト（２ＣａＯ・ＳｉＯ２）を４０質量％以上含有する請求項１記載のグラウト組成物。
【請求項３】
前記凝結遅延剤が、リグニンスルホン酸塩、オキシカルボン酸塩、ポリオール有機酸誘導体又はこれらの組み合わせである請求項１記載のグラウト組成物。
【請求項４】
前記分散剤がポリカルボン酸系高分子化合物、ナフタレンスルホン酸系高分子化合物、アルキルアリルスルホン酸系高分子化合物、メラミンスルホン酸系高分子化合物、アミノスルホン酸系高分子化合物、又はこれらの組み合わせであるグラウト組成物。
【請求項５】
平均粒径が２００μｍ以下の無機質混和材、分離低減剤又はこれらの組み合わせをさらに含み：
前記無機混和材が石粉、シリカフュ−ム、高炉スラグ微粉末、フライアッシュ又はこれらの組み合わせであり、
前記分離低減剤がセルロースエーテル系、アクリルポリマー系、グリコール系、バイオポリサッカライド系、繊維素誘導体ポリマー系若しくは澱粉系の分離低減剤又はこれらの組み合わせである
請求項１記載のグラウト組成物。
【請求項６】
低級アルコールのアルキレンオキシド付加物系、ポリエーテル系、アルコール系、低分子量アルキレンオキシド共重合体系若しくはグリコールエーテル・アミノアルコール誘導体系の有機系収縮低減剤又はこれらの組み合わせである有機系収縮低減剤をさらに含む、請求項１記載のグラウト組成物。
【請求項７】
シース内に鋼材を挿入し請求項１記載のグラウト組成物を注入する工程、
コンクリートを打設し養生する工程、及び
前記養生終了後に、前記鋼材を緊張及び定着させる工程
を含むプレストレストコンクリート構造物の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、土木、建築分野で使用されるセメント系グラウト組成物に関し、特に、硬化時間が長いため、空隙の発生を防止できるグラウト充填方法に有利に用いることができるセメント系グラウト組成物に関する。
【０００２】
【従来の技術】
プレストレストコンクリート（以下ＰＣという）構造物の製造は、一般的には以下の手順で行なわれている。
（１）鉄筋組立、シースの設置および型枠組立
（２）コンクリートの打設および養生
（３）シース内のダクトにＰＣ鋼材の挿入
（４）ＰＣ鋼材の緊張および定着
（５）ダクトにセメント系グラウトの注入
【０００３】
このような従来の工法では、ダクトに注入されたグラウトが、空隙無く充填されているか否かを検査することが極めて難しいという問題点がある。グラウトの充填が不完全で空隙が存在していると、鋼材が劣化しやすくなり、ＰＣ構造物の耐久性が損なわれてしまう。
【０００４】
空隙のないグラウトの充填を可能とする方法として、特許文献１は、プレグラウティング工法、即ちコンクリートの打設前にシースにグラウトを注入し、充填されたか否かを確認してからコンクリートを打設することを提案している。この場合、上記工程（１）〜（５）を、（１）→（３）→（５）→（２）→（４）の順で行なうこととなるので、グラウトが注入された後、コンクリートの打設及び養生を待ってからＰＣ鋼材に緊張が与えられる。ここで、緊張が与えられる前にグラウトが硬化してしまうと鋼材が固定化され緊張を与えることができなくなるので、プレグラウティング工法においてはコンクリートの打設の工期は非常に短く制約され、施工条件についても様々な制約が課されることになる。
【０００５】
施工管理が容易で且つ安価にプレグラウティング工法を行ないうるグラウトとして、特許文献２に記載されるような凝結遅延剤を含むグラウトを用いることが考えられる。特許文献２においては、添加率１．０〜２．０％といった高い配合割合で凝結遅延剤を添加している。
【０００６】
しかしながら、十分な凝結遅延を得るためにこのように大量の凝結遅延剤を添加すると、グラウトの材料分離が発生し、ブリーディング等の現象が起こり、結局鋼材を劣化させることになり実用に耐えない。この傾向は、コンクリートの養生の際に発生する温度が９５℃程度とより高い場合には一層強まる。
【０００７】
一方凝結遅延剤の添加量を少なくすれば、コンクリートの打設・養生の期間においてかなり硬化してしまう場合が多く、プレグラウティング工法に用いることは実用上非常に困難である。そのため、プレグラウティング工法に容易に用いうるグラウトは、従来得られていないのが実状である。
【０００８】
【特許文献１】
特開２００１−３０２２６号公報
【特許文献２】
特開２０００−１４５０１８号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、凝結時間が非常に長く、且つ硬化中の材料分離が少なく、且つ適度な粘性、低収縮率、高圧縮強度といったグラウトに一般的に求められる種々の特性をも兼ね備えたグラウト組成物を提供することにある。
【００１０】
本発明のさらなる目的は、制約が少なく簡便且つ安価に行なうことができ、且つ鋼材の劣化が少ないＰＣ構造物の製造方法を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、高ビーライト系ポルトランドセメントと、凝結遅延剤と、分散剤とを含むセメント系グラウト組成物が提供される。
【００１２】
また、本発明によれば、シース内に鋼材を挿入し前記グラウト組成物を注入する工程、コンクリートを打設し養生する工程、及び前記養生終了後に、前記鋼材を緊張及び定着させる工程を含むプレストレストコンクリート構造物の製造方法が提供される。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明のグラウト組成物は、高ビーライト系ポルトランドセメントを含む。前記高ビーライト系ポルトランドセメントとしては、ビーライト（２ＣａＯ・ＳｉＯ２）を２４質量％以上、好ましくは４０質量％以上含有するものを用いることができる。特に、ビーライトを４０質量％以上含有するものを用いた場合、凝結時間を大幅に遅延することができ好ましい。また、高ビーライト系ポルトランドセメントは、その比表面積が４０００ｃｍ２／ｇ以下であることが、水和反応及び自己収縮量を抑制できるため好ましい。
【００１４】
本発明のグラウト組成物は、凝結遅延剤を含む。前記凝結遅延剤としては、リグニンスルホン酸塩、オキシカルボン酸塩、ポリオール有機誘導体又はこれらの組み合わせを挙げることができ、特に、ポリオール有機誘導体を用いることが好ましい。
【００１５】
本発明のグラウト組成物は、分散剤を含む。前記分散剤としては、ポリカルボン酸系高分子化合物、ナフタレンスルホン酸系高分子化合物、アルキルアリルスルホン酸系高分子化合物、メラミンスルホン酸系高分子化合物、アミノスルホン酸系高分子化合物、又はこれらの組み合わせを挙げることができ、特に、ポリカルボン酸系高分子化合物を用いることが、低配合量で流動性等を向上できるため好ましい。
【００１６】
本発明のグラウト組成物は、任意に、無機質混和材を含むことができる。前記無機質混和材としては、平均粒径２００μｍ以下のものであることが好ましい。前記無機混和材としては、石灰石微粉末等の石粉、シリカフュ−ム、高炉スラグ微粉末、フライアッシュ又はこれらの組み合わせを用いることができる。
【００１７】
本発明のグラウト組成物は、任意に、分離低減剤を含むことができる。前記分離低減剤としては、プレグラウティング工法におけるコンクリートの硬化熱により加熱された環境下、例えば９５℃の高温下においても分離低減効果を維持しうるものが好ましく、具体的にはセルロースエーテル系、アクリルポリマー系、グリコール系、バイオポリサッカライド系、繊維素誘導体ポリマー系若しくは澱粉系の分離低減剤又はこれらの組み合わせを用いることができ、特に、セルロースエーテル系分離低減剤が好ましい。
【００１８】
本発明のグラウト組成物は、任意に、有機系収縮低減剤を含むことができる。前記有機収縮低減剤としては、低級アルコールのアルキレンオキシド付加物系、ポリエーテル系、アルコール系、低分子量アルキレンオキシド共重合体系若しくはグリコールエーテル・アミノアルコール誘導体系のもの又はこれらの組み合わせ等を用いることができる。
【００１９】
本発明のグラウト組成物は、上記の各成分に加え、水、膨張剤、防錆剤及び消泡剤等の各種成分を必要に応じ含むものであってもよい。
【００２０】
通常のノンブリーディング型グラウトの水粉体比は４０〜４５質量％であるが、本発明のグラウト組成物においては、水粉体比即ち高ビーライト系ポルトランドセメントと無機混和材との合計に対する水の質量比は、４０％以下とすることが好ましい。但し、本発明のグラウト組成物は、プレミックス、即ち水以外の成分を予め配合したものをも包含する。即ち、本発明のグラウト組成物をプレミックスとして調製し、袋詰めなどの形態で施工現場に供給し、施工現場でミキサを用いて水と練り混ぜて使用することができる。一方、プレミックスを行なわず、各成分を施工現場で配合したものも、本発明のグラウト組成物に包含される。
【００２１】
本発明のグラウト組成物では、高ビーライト系ポルトランドセメントと無機混和材との質量比は、３０：７０〜９５：５とすることが好ましい。この配合とすることにより、グラウトの硬化遅延時間を十分に長くすることができ、自己収縮量を低減することができる。
【００２２】
前記分散剤の配合割合は、高ビーライト系ポルトランドセメントと無機混和材との合計１００質量部に対し０．０５〜１．５質量部とすることができる。この配合とすることにより、グラウト注入施工に必要な流動性を十分に確保することができる。
【００２３】
前記凝結遅延剤の配合割合は、高ビーライト系ポルトランドセメントと無機混和材との合計１００質量部に対し０．１５〜１．０質量部とすることができる。この配合とすることにより、数日間以上といった長期にわたる硬化遅延性を得ることができる。
【００２４】
前記分離低減剤の配合割合は、高ビーライト系ポルトランドセメントと無機混和材との合計１００質量部に対して０．０５〜０．５質量部であることが好ましい。この配合とすることにより、例えば９５℃程度の高温となるコンクリート養生時の温度条件においても、また数ヶ月間といった長期間の硬化期間においても、ブリーディングを十分に抑制することができる。
【００２５】
前記有機系収縮低減材の配合割合は、高ビーライト系ポルトランドセメントと無機混和材との合計１００質量部に対して０．１〜２．０質量部とすることが好ましい。この配合とすることにより、グラウトの自己収縮を十分に低減することができる。
【００２６】
本発明のグラウト組成物の製造方法は、特に限定されず、工場又は施工現場で、プレミックス又は水をも含んだ組成物となるよう、各成分を配合し、混合することにより調製することができる。
【００２７】
本発明のグラウト組成物は、長い凝結時間及び低いブリーディング率を有するものとすることができる。具体的には、下記の特性を有するものとすることができる：
（１）グラウトの凝結時間（ＪＩＳ  Ｒ  ５２０１−９７に準拠）：３日間〜６ヶ月間
（２）グラウトのブリーディング率（ＪＳＣＥ−Ｆ５３２−１９９９に準拠、但し、試験温度が５〜８０℃）：０％
（３）流動性（ＪＳＣＥ−Ｆ５３１−１９９９に準拠）：６秒以上
（４）膨張率（ＪＳＣＥ−Ｆ５３２−１９９９に準拠）：−０．５〜＋０．５％
（５）圧縮強度（ＪＳＣＥ−Ｇ５３１−１９９９に準拠）：凝結後２８日で３０Ｎ／ｍｍ２以上
【００２８】
本発明のＰＣ構造物の製造方法は、いわゆるプレグラウティング工法であり、シース内に鋼材を挿入し前記本発明のグラウト組成物を注入する工程、コンクリートを打設し養生する工程、及び前記養生終了後に前記鋼材を緊張及び定着させる工程を含む。
【００２９】
より具体的には、型枠等を設け、型枠内にシース及び必要に応じて鉄筋等を設け、シース内のダクトに鋼材を挿入し、ダクトに前記本発明のグラウト組成物を注入し、コンクリートを打設し養生してから、その後まだグラウト組成物が硬化しないうちに鋼材に緊張を与え、定着させることができる。
【００３０】
または、予めダクト内に鋼材を挿入しグラウト組成物を注入したシースを鋼材の製造工場等において調製し、これを型枠内に設置し、コンクリートを打設し養生し、鋼材を緊張及び定着させることもできる。
【００３１】
本発明の製造方法の態様は、工程の一部又は全部を工場で行なう構造物の製造、及び施工現場での施工における構造物の製造の両方を包含する。
【００３２】
ダクトに鋼材及び本発明のグラウト組成物を注入した後、コンクリートを打設する前に、必要に応じてダクト内にグラウト組成物が空隙なく充填されたか否かを検査することができる。検査方法は特に限定されないが、具体的には例えばダクトとしてポリエチレン製又は塩化ビニル製等の、目視可能な透明度を有するものを採用し、目視により確認することができる。また、ダクトとして従来の工法において用いられている透明でないものを用いた場合でも、各種の非破壊的な検査を行なうことができる。コンクリート打設前の検査であるので、いずれの検査方法を用いても、従来の工法に比べて遥かに容易且つ確実な検査を行なうことができる。さらに、空隙が発見された場合、必要に応じて、グラウトの再注入等の方法により空隙を除去することができる。
【００３３】
型枠、鉄筋、打設するコンクリート、鋼材、その他の施工に必要な資材及びその構成の方法は、従来の工法において採用されていたものと同様のものとすることができる。特に、コンクリートとして養生に際しての発熱量が大きいものや、養生に長期間を要するものであっても、本発明の製造方法を容易に用いることができる。
【００３４】
本発明の製造方法により製造しうるＰＣ構造物の種類は特に限定されず、ＰＣ桁、ＰＣ管、ＰＣ床版等の各種のＰＣ製品を製造することができる。
【００３５】
【発明の効果】
本発明のグラウト組成物は、凝結時間が非常に長く、且つ硬化中の材料分離が少なく、且つ適度な粘性、低膨張率、高圧縮強度といったグラウトに一般的に求められる種々の特性をも兼ね備えたグラウト組成物であるので、制約が少なく簡便且つ安価に行なうことができ、且つ施工後の鋼材の劣化が少ない本発明のＰＣ構造物の製造方法において有用に用いることができる。
【００３６】
【実施例】
以下に本発明を実施例を参照してより詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されない。
【００３７】
【実施例１】
表１に示す材料を混合し、表１の配合１〜１２に示す組成のグラウト組成物を調製した。なお、表中に示す、使用した材料及びその略号はそれぞれ以下の通りである。
【００３８】
（使用材料）
Ｉ．セメント
・低熱ポルトランドセメント（略号：ＬＣ）：ビーライト含有率＝５４％、密度＝３．２２（太平洋セメント（株）製）
・普通ポルトランドセメント（略号：ＮＣ）：ビーライト含有率＝２４％、密度＝３．１５（太平洋セメント（株）製）
【００３９】
ＩＩ．粉末状セメント分散剤
・粉末状ポリカルボン酸系セメント分散剤（略号：ＰＣ）：市販品（商品名：コアフローＮＦ−１００、太平洋マテリアル（株）製）
・ナフタレンスルホン酸系セメント分散剤（略号：Ｎ）：市販品（商品名：マイティー１００、花王（株）製）
【００４０】
ＩＩＩ．無機質混和材
・シリカフューム  （略号：ＳＦ）：密度＝２．２、比表面積＝２００，０００ｃｍ２／ｇ、市販品（商品名：マイクロシリカ９４０Ｕ、エルケム社製）
・石灰石微粉末（略号：ＬＳＰ）：密度＝２．６７、比表面積＝３８４０ｃｍ２／ｇ、市販品（商品名：工業用タンカル、吉澤石灰工業（株）製）
【００４１】
ＩＶ．粉末状セメント凝結遅延剤
・オキシカルボン酸系セメント凝結遅延剤（略号：ＯＲ）：市販品（商品名：パリックＴ、エフ・ピーケー（株）製）
・ポリオール有機誘導体系セメント凝結遅延剤（略号：ＰＲ）：市販品（商品名：ＴＡ−１、ポリオール系有機酸誘導体、竹内技術研究所製）
【００４２】
Ｖ．粉末状分離低減剤
・セルロースエーテル系分離低減剤（略号：Ｖ）：市販品（商品名：マーポローズ、松本油脂製薬（株）製）
【００４３】
ＶＩ．有機系収縮低減剤
・粉末状有機系収縮低減剤（略号：ＴＧ）：低級アルコールのアルキレンオキシド付加物系（太平洋セメント（株）製）
【００４４】
ＶＩＩ．練混ぜ水
水道水
【００４５】
【表１】
2004300003.tif 000002
【００４６】
【実施例２】
実施例１で得られた配合１〜１２のグラウト組成物について、下記の通りの各種試験を実施した。結果を表２に示す。なお、養生の際の周囲温度は、練り混ぜ後１日目は図１に示す養生パターンに従い、その後は２０℃とした。
【００４７】
（試験の方法）
Ｉ．流動性：コンクリート標準示方書「ＰＣグラウトの流動性試験方法（ＪＳＣＥ−Ｆ５３１−１９９９）」に準拠し、ＪＰロートの流下時間で測定した。
【００４８】
ＩＩ．ブリーディング：コンクリート標準示方書「ＰＣグラウトのブリーディング率および膨張率試験方法（ポリエチレン袋方法）（ＪＳＣＥ−Ｆ５３２−１９９９）」に準拠し測定した。
【００４９】
ＩＩＩ．凝結時間：ＪＩＳ  Ｒ  ５２０１「セメントの物理試験方法」に準拠し測定した。
【００５０】
ＩＶ．膨張率：コンクリート標準示方書「ＰＣグラウトのブリーディング率および膨張率試験方法（ポリエチレン袋方法）（ＪＳＣＥ−Ｆ５３２−１９９９）」に準拠し測定した。
【００５１】
Ｖ．圧縮強度：コンクリート標準示方書「ＰＣグラウトの圧縮強度試験方法（ＪＳＣＥ−Ｇ５３１−１９９９）」に準拠し測定した。
【００５２】
【表２】
2004300003.tif 000003
【００５３】
表２に示す試験の結果より、本発明のグラウト組成物は、凝結の始発時間が非常に遅延されているにもかかわらず、凝結に際しブリーディングを起こさず、プレグラウティング工法に非常に適したグラウト組成物であることが分かる。
【００５４】
特に、配合２と配合３との対比より、ビーライト含有割合が高いＬＣをセメントとして用いた場合には、凝結の始発時間をさらに遅延させうることが分かる。また、配合１と配合２との対比より、ポリオール有機誘導体系の凝結遅延剤を用いた場合にも、凝結始発時間を遅延させうることが分かる。配合３と配合４との対比より、ＰＣ型の分散剤を用いた場合、より少量の使用で凝結始発時間の遅延の効果が得られることが分かる。また、配合６〜１２の結果より、無機混和材及び分離低減剤をさらに添加することにより、大幅に凝結始発時間を遅延させながら、膨張率が低く、且つブリーディングのない、理想的なプレグラウティング工法用のグラウト組成物としうることが分かる。
【００５５】
【実施例３】
（ＰＣ構造物の製造例）
型枠に、鉄筋及びプラスチック製の透明なシースを組み、シース内に鋼材を挿入し、実施例１で調製した配合７のグラウト組成物を注入した。その後、目視でシース内部の空隙の有無を検査し、空隙があればグラウト組成物を再注入した。その後型枠内に水、早強ポルトランドセメント、細骨材、粗骨材及び減水剤を下記表３に示す組成で含むコンクリートを打設し、７日間養生した。なお、このコンクリートは、気温２５℃を超える場合コンクリートの打設温度は３０℃以上となり、１日間養生した時点でコンクリートの温度は９０〜９５℃となりうる。コンクリートの養生中、コンクリートの温度は約９５℃に達した。養生終了後、グラウト組成物はまだ硬化していなかったことを確認し、鋼材に緊張を加え、ＰＣ構造物を得た。
【００５６】
【表３】
2004300003.tif 000004
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例２における、練り混ぜ後１日目の養生の周囲温度のパターンを示すグラフである。
【図１】
2004300003.tif 000005
【手続補正書】
【提出日】平成15年4月4日(2003.4.4)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４１】
ＩＶ．粉末状セメント凝結遅延剤
・オキシカルボン酸系セメント凝結遅延剤（略号：ＯＲ）：市販品（商品名：パリックＴ、エフ・ピーケー（株）製）
・ポリオール有機誘導体系セメント凝結遅延剤（略号：ＰＲ）：市販品（商品名：ＴＡ−１、ポリオール系有機酸誘導体、竹内技術研究所製）