(57)【要約】【課題】フレッシュモルタルの性状では、作業に適した流動性を確保するために使用される水量を減じながら、優れたワーカビリティーを発揮し、出来上がった硬化物の性状では、コンクリート母材との接着強度の向上、乾燥収縮の低減、ひび割れの低減、曲げ強度の向上、弾性の付与、および外部環境からの腐食因子の浸透抑制を図ることができる補修材料または被覆材料であるモルタルの組成物を提供する。【解決手段】本発明に係るモルタルの組成物は、エステル型の水系ウレタン樹脂、水硬性粉体、骨材および混和材料を必須成分として含むものである。【選択図】        なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
エステル型の水系ウレタン樹脂、水硬性粉体、骨材および混和材料を必須成分として含むことを特徴とするモルタルの組成物。
【請求項２】
前記エステル型の水系ウレタン樹脂が、エステル系またはポリエステル系の水系ウレタン樹脂成分を主体とした水溶性樹脂または水系エマルジョンであり、自己乳化型または強制乳化型である請求項１記載のモルタルの組成物。
【請求項３】
エステル型の水系ウレタン樹脂が、平均粒子径が２．０μｍ以下である請求項１又は２記載のモルタルの組成物。
【請求項４】
エステル系の水系ウレタン樹脂（固形分）／水硬性粉体比が１〜２０重量％である請求項１乃至３のいずれかに記載のモルタルの組成物。
【請求項５】
エステル系の水系ウレタン樹脂（固形分）／セメント比が１〜２５重量％である請求項１乃至４のいずれかに記載のモルタルの組成物。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、建築構造物などの補修用に使用するモルタルの組成物に関するもので、特に施工時のワーカビリティーの改善と施工後の構造物の耐久性を向上させるための補修材料または被覆材料に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来においては、コンクリート構造物の寿命は半永久的と考えられてきたが、最近ではコンクリート構造物の劣化が大きな社会問題としてクローズアップされている。すなわち、コンクリート構造物は社会基盤を形作っている公共性の高いものとしての重要性を持っているので、新設時は勿論のこと、劣化した構造物を補修する場合においても、耐久性を向上させる補修材料や被覆材料または補修システム等の要望が多くなっている。鉄筋コンクリート構造物の劣化は大きく分けると外部要因と内部要因になるが、何れにしても該構造物の寿命は、内部に埋め込まれている鉄筋の腐食による構造的な限度耐力までの時間として論じられることが多い（非特許文献１  ｐ．６９〜８７、ｐ．３０６〜３２９参照）。
【０００３】
一般的に行なわれている補修工程は、腐食した鉄筋を防錆処理した後（一般的には防錆塗装を行なう）、各種のモルタル組成物を使用することで行われる。各種のモルタル組成物は、ワーカビリティーの向上、コンクリート母材との接着強度の向上、ひび割れの生じ難いもの、曲げ強度の向上、弾性の付与および外部環境からの腐食因子の浸透抑制等を主な目的としたものである。その組成物としては粉体部に混和液部を混ぜたものであり、粉体部は水硬性粉体、骨材および混和材料からなり、混和液部は水を含めた各種の樹脂からなっている（非特許文献２参照）。
【０００４】
その混和液部の樹脂としては一般的には下記のものがあげられる。水性ポリマーディスパージョン系としてはスチレンブタジエンゴム系（ＳＢＲ系）、クロロプレンゴムラテックス系（ＣＲラテックス系）、メタアクリル酸メチルブタジエンゴム系、アクリロニトリルブタジエンゴム系が、樹脂エマルジョン系としてはポリアクリル酸エステル系、エチレン酢酸ビニル系、スチレンアクリル酸エステル系、ポリプロピレン系、ポリ酢酸ビニル系、エポキシ樹脂系、ウレタン樹脂系、歴青質エマルジョン系のアスファルト系やゴムアスファルト系が、混合ディスパージョン系の混合ラテックス系や混合エマルジョン系がある。また、再乳化形粉末樹脂（粉末エマルジョンを含む）としてはエチレン酢酸ビニル系、酢酸ビニルビニルバーサテート系、スチレンアクリル酸エステル系、ポリアクリル酸エステル系がある。また水溶性ポリマー（モノマーを含む）ではセルロース誘導体、ポリビニルアルコール、アクリル酸塩がある。更に液状ポリマーでは不飽和ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂などがある（非特許文献２  ｐ．２６〜ｐ．５４「ポリマーディスパージョン」、非特許文献３  ｐ．２４０〜ｐ．２６１「ポリマー混和剤」参照）。これに類する特許文献としては、例えば下記の特許文献１乃至９を挙げることができる。
【０００５】
また、従来のセメント組成物では、粉体部に水硬性粉体、骨材及び混和材料等を含み、水のみで練り混ぜた時のフレッシュモルタルの性質では、ワーカビリティーの良好な、すなわち、特に作業に適した流動性を確保するためには使用する水量が多くなり、水／水硬性粉体比（または水／セメント比）は大きくなりがちであり、その結果、該セメント組成物で造った硬化物は、ひび割れが生じ易く、乾燥収縮が大きく、強度の低下や密実性が低くなりがちで、外部からの腐食因子の浸透が大きく耐久性が悪いものになっていた。これらの欠点を改善するための方法として、水の替わりに各種の水溶性樹脂または水分散樹脂を含んだ混和液を使用して練り混ぜたセメント組成物（ポリマーモルタル組成物）を使用することが考えられる。かかるポリマーモルタル組成物によれば、適度の連行空気量があり、ワーカビリティーの向上、保水性、ブリージングや材料分離に対する抵抗性等が改善され、また硬化物は接着強度の向上、曲げ強度の向上および密実性の向上等を図ることができる（非特許文献２  ｐ．９９〜ｐ．１８１、第５章「ポリマーセメントペースト（ＰＣＰ）の性質」、非特許文献３  ｐ．２４５〜ｐ．２５３「ポリマー混和剤．３ポリマー混和剤の作用機構とポリマーセメントコンクリートおよびモルタルの性質」参考）。
【０００６】
しかし、混和液として使用されている従来の各種の水溶性樹脂または水分散樹脂を含んだポリマーモルタルでは、ワーカビリティーの良好な、特に作業に適した流動性を確保するには、やはり水／水硬性粉体比（または水／セメント比）が大きくなりがちである。その結果、硬化体の密実性が低くなり、外部からの腐食因子の浸透に対する遮蔽性に乏しくなり、耐久性が低いという欠点があった。
【０００７】
さらに、これらの従来技術の課題を改善するために、セメント組成物を効率良く硬化させるための各種セメント用化学混和材料等が開発されている（例えば：非特許文献１  ｐ．１９〜ｐ．２７「混和材料」、非特許文献２  ｐ．５２〜ｐ．６８「第５章混和材料」、特許文献１０乃至１２参照）。しかし、これらを使用したセメント組成物でも上記の欠点を充分に解決したものではない。
【０００８】
【特許文献１】
特開２０００−７４０５号公報
【特許文献２】
特開平１１−１５７９０５号公報
【特許文献３】
特開平１１−７９８２０号公報
【特許文献４】
特開平１０−８７３５９号公報
【特許文献５】
特開平９−３０１７５８号公報
【特許文献６】
特開平８−１６９７４４号公報
【特許文献７】
特開平７−１０１７６２号公報
【特許文献８】
特開平７−６１８４８号公報
【特許文献９】
特開平６−１２７９８７号公報
【特許文献１０】
特開２０００−２１９５５７号公報
【特許文献１１】
特開平８−５９３２４号公報
【特許文献１２】
特開平６−１２７９８７号公報
【非特許文献１】
（社）日本コンクリート工学協会発行「コンクリート技術の要点２０００」
【非特許文献２】
徳本実著、高分子刊行会発行「ポリマー混入セメント」
【非特許文献３】
大濱嘉彦著、（株）シーエムシー発行「コンクリート混和剤の開発技術」
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、その目的は、フレッシュモルタルの性状では、作業に適した流動性を確保するために使用される水量を減じながら、優れたワーカビリティーを発揮し、出来上がった硬化物の性状では、コンクリート母材との接着強度の向上、乾燥収縮の低減、ひび割れの低減、曲げ強度の向上、弾性の付与、および外部環境からの腐食因子の浸透抑制を図ることができる補修材料または被覆材料であるモルタルの組成物を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は、混和液部はエステル型の水系ウレタン樹脂を含んだ組成で、粉体部は水硬性粉体、骨材および混和材料を含んだ組成であり、これらの混和液部と粉体部とを練り混ぜるモルタルの組成物、すなわちポリマーモルタルの組成物が、上記の課題解決に有用であることを見出して本発明を開発するに至った。
【００１１】
すなわち、本発明は、エステル型の水系ウレタン樹脂、水硬性粉体、骨材および混和材料を必須成分として含むモルタルの組成物（ポリマーモルタルの組成物）である（請求項１）。このエステル型の水系ウレタン樹脂は、エステル系またはポリエステル系の水系ウレタン樹脂成分を主体とした水溶性樹脂または水系エマルジョンであり（請求項２）、更に、自己乳化型または強制乳化型からなっている。またこれらのものは、平均粒子径が２．０μｍ以下（請求項３）と微細であり水との相性も良く、高性能水減剤や高性能ＡＥ減水剤を含んだ粉体部と練り混ぜた時の使用推量は少ないにもかかわらず（水／水硬性粉体比が低い）、フレッシュモルタルの性質として増粘性、流動性、コテ切れ性、ブリージングや材料分離に対する抵抗性等の向上、すなわちワーカビリティーが改善される。その結果、出来上がったコンクリート母材との接着強度の向上、乾燥収縮の低減、ひび割れの生じ難いもの、曲げ強度の向上、弾性の付与および外部環境からの腐食因子の浸透抑制等が著しく改善される。
【００１２】
より詳しくは、前記エステル型の水系ウレタン樹脂は、エステル系またはポリエステル系の水系ウレタン樹脂成分を主体とした水溶性樹脂または水系エマルジョンであり、自己乳化型または強制乳化型とすることができる（請求項２）。このエステル系またはポリエステル系の水系ウレタン樹脂成分を主体とした水溶性樹脂または水系エマルジョンはエステル系には、エステル・エーテル系が含まれる。
【００１３】
ここで水系ウレタン樹脂とは、ポリウレタン又はそのプレポリマーが水に分散された状態のものである。該水系ウレタン樹脂は、その粒径により０．００１μｍ以下は水溶液、０．００１〜０．１μｍはコロイド分散、０．１μｍ以上ではエマルジョンの３種類に分類できるが、本発明においては、平均粒子径が２．０μｍ以下であることが好ましい（請求項３）。平均粒子径が２．０μｍを上回ると、水になじみ難く、ワーカビリティーの低下を招く。
【００１４】
またこのエステル系またはポリエステル系の水系ウレタン樹脂成分を主体とした水溶性樹脂または水系エマルジョンは脂肪族系（無黄変型）と芳香族系イソシアネート系（黄変型）である。好ましくは芳香族系イソシアネート系（黄変型）である。
【００１５】
またこのエステル系またはポリエステル系の水系ウレタン樹脂成分を主体とした水溶性樹脂または水系エマルジョンはアニオン系、カチオン系、ノニオン系、弱アニオン系およびノニオン／弱アニオン系である。好ましくはアニオン系とノニオン系である。より好ましくはノニオン系である。
【００１６】
またこのエステル型の水系ウレタン樹脂は、エステル系またはポリエステル系の水系ウレタン樹脂成分を主体とした水溶性樹脂または水系エマルジョンであり、そのガラス転移点（Ｔｇ）は−６０℃〜５０℃であり、好ましくは−４０〜２０℃であり、より好ましくは−２０℃〜１０℃である。
【００１７】
エステル系の水系ウレタン樹脂（固形分）／水硬性粉体比は、１重量％以上、２０重量％以下であることが好ましく（請求項４）、より好ましくは３〜１５重量％の範囲であり、さらに好ましくは５〜１２重量％の範囲である。それは、１重量％以下の場合、フレッシュモルタルの性質では、ワーカビリティーの良好な、特に作業に適した流動性を確保するために使用する水量の低減ができず、出来上がった硬化物はコンクリート母材との接着強度の向上、乾燥収縮の低減、ひび割れの生じ難いもの、曲げ強度の向上、弾性の付与および外部環境からの腐食因子の浸透抑制等に関する改善目的が達成できない。また２０重量％を超えるとフレッシュモルタルの性質では増粘性を伴うので成形性が悪くなるというワーカビリティーの悪いものになるので、作業に適した流動性を確保するために使用する水量は増加することになり、上記の１重量％以下の場合と同じような結果になる。
【００１８】
本特許のモルタルの組成物において、エステル系の水系ウレタン樹脂（固形分）／セメント比は１〜２５重量％の範囲であり（請求項５）、好ましくは３〜２０重量％の範囲であり、さらに好ましくは５〜１５重量％の範囲である。これらは、前記のエステル系の水系ウレタン樹脂（固形分）／水硬性粉体比の場合と同じ理由による。
【００１９】
本発明のモルタルの組成物において、水硬性粉体とは水と練り混ぜた時に硬化または凝結するものをいい、それはセメントと一部の混和材（水硬性粉体）を指す。そのセメントとは、ポルトランドセメントで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、超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、耐硫酸塩ポルトランドセメントであり、混合セメントでは高炉セメント、シリカセメント、フラアッシュセメントであり、特殊セメントでは白色ポルトランドセメント、アルミナセメント、超速硬セメント、低発熱セメント、高ビーライトセメントであり、また、一部の混和材（水硬性粉体）では、フライアッシュ、高炉スラグ微粉末、シリカフューム、火山灰（シラスバルーン）、珪酸白土である。この中で好ましいものはセメントで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、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、白色ポルトランドセメント、高ビーライトセメントであり、一部の混和材（水硬性粉体）では、フライアッシュ、高炉スラグ微粉末、シリカフューム、火山灰（シラスバルーン）、珪酸白土である。より好ましいもの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、中庸熱ポルトランドセメント、高ビーライトセメントであり、一部の混和材（水硬性粉体）では、フライアッシュ、高炉スラグ微粉末、シリカフューム、火山灰（シラスバルーン）、珪酸白土である。
【００２０】
本発明のモルタルの組成物において、骨材は無機系骨材もしくは有機系骨材がある。無機系骨材では、川砂や砂利、山や陸の砂や砂利、海の砂や砂利、砕石や砕砂、人口軽骨骨材、高炉スラグ砕石、天然珪酸質やガラス、セラミックス、ムライト、炭化珪素等の無機材料を粉砕したもの、人口繊維はガラス繊維と炭素繊維、金属繊維は鋼繊維、ステンレス繊維がある。有機系骨材では、プラスチックの粉砕物、植物繊維はすさと竹、合成繊維はポリエチレン系、ポリプロピレン系、ポリエステル系、アクリル系、ナイロン系、アラミド系、ビニロン系、ポリアミド系、ポリアクリロニトリル系がある。本発明では「モルタル」と「コンクリート」との区別は付けず、細骨材と粗骨材が使える。ここで「モルタル」と「コンクリート」の定義としては、組成物を作るために使用される骨材の最大粒経のみが異なる組成物を指し、「モルタル」は、骨材の粒径範囲が０．０５ｍｍ〜４ｍｍの細かい細骨材であり、「コンクリート」は、骨材の粒径範囲が４ｍｍ以上の粗い粗骨材を指す。その中で好ましくは最大粒経が４ｃｍ以下である（朝倉書店「改訂新版コンクリート工学ハンドブック」第２章、骨材、ｐ．８４参照）。
【００２１】
また本発明のモルタルの組成物において、混和材料では混和材と混和剤に区別される。混和材とは使用量が比較的多く、それ自体の容積がモルタルの練り上がり容積に算入されるものを、また混和剤とは使用量が少量であり、それ自体の容積がモルタルの練り上がり容積に算入されないものを指す（例えば：非特許文献２．ｐ．２５〜ｐ．２６、第３章混和材料。非特許文献４．第４章、混和材料ｐ．１３９）。混和材は珪酸質微粉末、石灰石微粉末、膨張剤のエトリンガイド系と石灰系、着色剤（顔料）、超早強混和材がある。また混和剤はワーカビリティーを改善するＡＥ剤、減水剤、ＡＥ減水剤、高性能減水剤、高性能ＡＥ減水剤、流動化剤が、凝結硬化時間を調節する促進剤、遅延剤、超遅延剤、急結剤が、防水効果を与える防水剤が、空気泡をコントロールする気泡剤、発泡剤が、その他では保水剤（増粘剤）、乾燥収縮低減剤、消泡剤等がある。更に硬化体組織の改質助剤として水分散金属酸化物のチタン化合物、シリカ化合物、リチュウム化合物を含むこととする。これらの中で硬化体組織の改質助剤以外は、大部分が界面活性剤である。その中で好ましくは、高性能減水剤はナフタレンスルホン酸系、ポリカルボン酸系、アミノスルホン酸系、メラミン系があり、保水剤および増粘剤はメチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、ポリビニールアルコールがあり、乾燥収縮低減剤は低級アルコールのアルキレンオキシド付加物系、グリコールエーテル・アミノアルコール系、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系があり、消泡剤は多鎖状非イオン系、非イオン系、非イオン・シリコン系、ポリオキシエチレン系、ポリオキシエチレン・ポリオキシプロピレン系、エマルジョン系、ポリエーテル系、エステル系の界面活性剤があり、水分散金属酸化物のチタン化合物は酸化チタン、シリカ化合物はコロイダルシリカ、リチウム化合物は酸化リチウム、リチウムシリケートがある。
【００２２】
上記のモルタルの組成物に併用して使用できるものとしては、ゴムラテックス系では天然ゴムラテックスと、合成ゴムラテックス系ではスチレンブタジエンゴム、クロロプレンゴム、メタクリル酸メチルブタジエンゴム、アクリロニトリルブタジエンゴムが、樹脂エマルジョン系では、ポリアクリル酸エステル、エチレン酢酸ビニル、スチレンアクリル酸エステル、プロピオン酸ビニル、ポリプロピレン、ポリ酢酸ビニル、エポキシ樹脂、歴青質エマルジョン系のアスファルトやゴムアスファルトやパラフィンが、混合ディスパージョン系の混合ラテックスや混合エマルジョンがある。また、再乳化形粉末樹脂（粉末エマルジョンを含む）としてはエチレン酢酸ビニル、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がある。また水溶性ポリマー（モノマーを含む）ではセルロース誘導体、ポリビニルアルコール、アクリル酸塩がある。更に液状ポリマーでは不飽和ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂などを併用して使用することができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
本発明の実施例と比較例下記にあげて説明する。本発明はこれらに限定されるものではない。
【００２４】
（供試体の製作方法）  セメント組成物の練り混ぜ方法は、ＪＩＳＲ５２０１「セメントの物理試験方法」に示されたミキサーを使用し、モルタル組成物の粉体部を先にミキサーの容器に投入し、次に混和液部の全量を投入した後、直ちにミキサーを運転して連続９０秒間の練り混ぜを行なった後、試験用の試料とした。その後各種の物性試験、すなわち、長さ変化試験、圧縮・曲げ強度試験、接着試験、透水試験、劣化試験を実施するため、夫々の試験用型枠に詰めて供試体を作製した。供試体作製後の養生方法は、その表面が凝結した後に濡れ紙で覆っても傷が付かなくなった時点で供試体を試験用型枠に入れたままの状態に保ち表面を濡れ紙で覆い、更にその試験用型枠の全体をナイロン袋に入れて湿潤養生した。
【００２５】
（長さ変化試験）  モルタル共試体の硬化後における乾燥による長さ変化試験方法は、ＪＩＳＡ１１２９「モルタル及びコンクリートの長さ変化試験方法（ダイヤルゲージによる方法）」に準じて行った。この時の養生条件は、基長測定までが打設後温度２０±２℃、湿度８０％以上で４８時間経過した後で脱型した。その後更に５日間、温度２０±２℃の水中養生を行った。材令２８日までの測定では温度２０±２℃、湿度６０±１０％の養生を行なった。
【００２６】
（圧縮・曲げ強度試験）  ＪＩＳＡ１１７２「ポリマーセメントモルタルの曲げ及び圧縮強さ」に準じて行なった。この時の養生条件は、打設後温度２０±２℃、湿度８０％以上で４８時間経過した後で脱型した。その後更に５日間、温度２０±２℃の水中養生を行った。材令２８日までの各材令での測定までは温度２０±２℃、湿度６０±１０％の養生を行なった。共試体の寸法は４×４×１６ｃｍで各３本とした。
【００２７】
（接着試験）  建研式試験機を使用して試験を行った。詳しくは、硬化した表面層をペーパーで研磨してから、各々３本の供試体に対して試験を行った。
【００２８】
（透水試験）  ＪＩＳＡ１４０４「建築用防水剤の試験方法」に準じて行った。水圧は、３ｋｇ／ｃｍ２  ×１ｈｒとした。
【００２９】
（劣化試験）  条件：共試体の寸法は４×４×１６ｃｍで各々３本、材令２８日後に浸漬する（規準値）。温度４０±２℃の市水中、浸漬試験期間は１ヶ月、２ヶ月。判定は圧縮試験で実施する。供試体の養生条件は成形後、温度２０±２℃、湿度８０％以上で４８時間経過した後脱型。温度２０±２℃の水中で５日間養生した。さらに温度２０±２℃、湿度６０±１０％で２１日間養生を行なった。
【００３０】
実施例１〜５では、本発明のモルタルの組成物は粉体部では骨材／水結合材比を１．５に固定したものと、混和液部のエステル系の水系ウレタン樹脂を練り混ぜて試験用の共試体を作成した。また比較例１では本発明の粉体部と同一のもので、混和液部は水のみとした。これらの配合条件は表１に示し、各種の評価試験結果を表２に示す。
【００３１】
（使用材料）
〈粉体部〉
・セメント  ＪＩＳに規定の普通ポルトランドセメント、（粉末度２５００ｃｍ２  ／ｇ、質量３．１６）
・細骨材  ＪＩＳに規定の珪砂３号、珪砂５号、珪砂７号（質量２．６０）
・混和材  シリカフューム（粒径０．１５μｍ、質量２．２）とシラスバルーン（平均粒径２００μｍ、質量）
・酸化チタン（少量）
〈混和液部〉
・水系ウレタン樹脂  無黄変型ポリエステル系、強制乳化型、ノニオン型、平均粒子径２．０μｍ以下
・混和剤  高性能減水剤。液体系のポリカルボン酸系、消泡剤は液体の非イオン・シリコン系
・フライアッシュ（２種）ｇ／ｃｍ３  （少量）
・リチウムシリケート（少量）
【００３２】
【表１】
2004189512.tif 000002
【００３３】
【表２】
2004189512.tif 000003
【００３４】
【発明の効果】
本発明であるエステル型の水系ウレタン樹脂、水硬性粉体、骨材、混和材料を必須成分として含むことを特徴としたモルタルの組成物（ポリマーモルタル組成物）を使用することで、フレッシュモルタルの性質では、ワーカビリティーが良好で、更に、作業に適した流動性を確保するために使用する水量の低減と、出来上がった硬化物はコンクリート母材との接着強度の向上、また長さ変化率が示す耐乾乾燥収縮の低減、ひび割れの生じ難いもの、曲げ強度の向上、透水試験や劣化試験の結果が示す外部環境からの腐食因子の浸透抑制等に優れたモルタルの組成物が得られた。このモルタルの組成物は、建築構造物のみに限らず、土木構造物等の鉄筋コンクリート部や一般コンクリート部の補修材料または被覆材料としても好適である。