(57)【要約】【課題】吹き付け後の硬化体の初期から中長期に渡る圧縮強度に優れ、しかも、吹き付け直後の表面仕上性にも優れた繊維補強超速硬モルタルとその構造物及びその乾式吹付け方法を提供する。【解決手段】本発明の繊維補強超速硬モルタルは、超速硬セメントと、細骨材と、無機繊維または合成繊維と、前記超速硬セメントに対して０．０３〜０．１重量％の凝結遅延剤と、水とを含有してなることを特徴とする。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
超速硬セメントと、細骨材と、無機繊維または合成繊維と、前記超速硬セメントに対して０．０３〜０．１重量％の凝結遅延剤と、水とを含有してなることを特徴とする繊維補強超速硬モルタル。
【請求項２】
前記凝結遅延剤は、カルボン酸および／またはカルボン酸複合物を含有してなることを特徴とする請求項１記載の繊維補強超速硬モルタル。
【請求項３】
前記合成繊維は、ポリアミド系繊維、ポリビニルアルコール系繊維、ポリ塩化ビニリデン系繊維、ポリ塩化ビニール系繊維、ポリアクリロニトリル系繊維、ポリエステル系繊維、ポリエチレン系繊維、ポリプロピレン系繊維、ポリウレタン系繊維、ポリフルオロエチレン系繊維の群から選択された１種または２種以上であることを特徴とする請求項１または２記載の繊維補強超速硬モルタル。
【請求項４】
前記無機繊維は、鋼繊維、ガラス繊維、炭素繊維の群から選択された１種または２種以上であることを特徴とする請求項１または２記載の繊維補強超速硬モルタル。
【請求項５】
前記細骨材の表面水率は２〜６％であることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項記載の繊維補強超速硬モルタル。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれか１項記載の繊維補強超速硬モルタルを養生、硬化してなる繊維補強超速硬モルタル構造物であって、
養生３日後の圧縮強度は２０Ｎ／ｍｍ２以上であることを特徴とする繊維補強超速硬モルタル構造物。
【請求項７】
超速硬セメントと、細骨材と、無機繊維または合成繊維とを混練して繊維補強超速硬ドライモルタルとし、
次いで、吹付ノズルにより、前記繊維補強超速硬ドライモルタルに、前記超速硬セメントに対して０．０３〜０．１重量％の凝結遅延剤を含む水溶液を添加しつつ吹き付けることを特徴とする繊維補強超速硬モルタルの乾式吹付け方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、繊維補強超速硬モルタルとその構造物及びその乾式吹付け方法に関し、特に、鉄道や道路等の高架橋、トンネル等の断面修復工法等、鉄筋コンクリート構造物の劣化に対する補修や補強に好適に用いられ、吹き付け後の硬化体の初期から中長期に渡る圧縮強度に優れ、しかも、吹き付け直後の表面仕上性にも優れた繊維補強超速硬モルタルとその構造物及びその乾式吹付け方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、各種要因による鉄筋コンクリート構造物や鉄骨鉄筋コンクリート構造物等のコンクリート構造物の劣化に対する対策として、各種の補修、補強工法が提案されている。これらの工法の１つとして、初期強度発現性を最大の特徴とする特殊セメントである超速硬セメントを含む繊維補強モルタルが提案されている（例えば、特許文献１参照）。この超速硬セメントを含む繊維補強モルタルは、乾式吹付け工法により施工される（例えば、特許文献２、３参照）。
この工法は、超速硬セメントの有する初期強度発現性、乾式吹付け工法の有する施工性、繊維混入による補強効果を兼ね備えた工法であり、鉄道や道路等の高架橋、トンネル等の断面修復工法として広く利用されている。
【０００３】
【特許文献１】
特開平４−２１４０５５号公報
【特許文献２】
特開昭６３−３９６５５号公報
【特許文献３】
特開平１−１０８７４号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来の超速硬セメントを用いた繊維補強乾式吹付け工法では、上述したように初期強度発現性を大きな特徴の一つとして使用されてきたが、経済性等の面から工事の実施期間の短縮という要望がなされ、これに伴いさらに高い初期強度発現性が求められてきている。
【０００５】
例えば、超速硬コンクリート・モルタルでは、凝結遅延剤を混入すると、凝結時間を遅延させる結果となり、これに伴い初期強度が低下する傾向がみられる。
このため、通常は作業性が確保される範囲内で、凝結遅延剤の添加量を極力少なくするのが一般的であり、乾式吹付け工法においても、凝結遅延剤を添加することによって初期強度発現性が悪くなり、また一作業当たりの施工厚みが薄くなると考えられてきた。
【０００６】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、吹き付け後の硬化体の初期から中長期に渡る圧縮強度に優れ、しかも、吹き付け直後の表面仕上性にも優れた繊維補強超速硬モルタルとその構造物及びその乾式吹付け方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は、超速硬セメントを含む繊維補強モルタルとその構造物及びその乾式吹付け方法について種々の研究を重ねた結果、添加すると逆効果を及ぼすと考えられていた凝結遅延剤を超速硬セメントに対して限定量添加することにより、乾式吹付け後における初期強度を大きく改善することができ、しかも吹き付け直後の表面仕上性も優れたものとなることを見出し、本発明を完成するに至った。
【０００８】
すなわち、本発明の繊維補強超速硬モルタルは、超速硬セメントと、細骨材と、無機繊維または合成繊維と、前記超速硬セメントに対して０．０３〜０．１重量％の凝結遅延剤と、水とを含有してなることを特徴とする。
【０００９】
前記凝結遅延剤は、カルボン酸および／またはカルボン酸複合物を含有することが好ましい。
前記合成繊維は、ポリアミド系繊維、ポリビニルアルコール系繊維、ポリ塩化ビニリデン系繊維、ポリ塩化ビニール系繊維、ポリアクリロニトリル系繊維、ポリエステル系繊維、ポリエチレン系繊維、ポリプロピレン系繊維、ポリウレタン系繊維、ポリフルオロエチレン系繊維の群から選択された１種または２種以上であることが好ましい。
前記無機繊維は、鋼繊維、ガラス繊維、炭素繊維の群から選択された１種または２種以上であることが好ましい。
前記細骨材の表面水率は２〜６％であることが好ましい。
【００１０】
本発明の繊維補強超速硬モルタル構造物は、本発明の繊維補強超速硬モルタルを養生、硬化してなる構造物であって、養生３日後の圧縮強度は２０Ｎ／ｍｍ２以上であることを特徴とする。
【００１１】
本発明の繊維補強超速硬モルタルの乾式吹付け方法は、超速硬セメントと、細骨材と、無機繊維または合成繊維とを混練して繊維補強超速硬ドライモルタルとし、次いで、吹付ノズルにより、前記繊維補強超速硬ドライモルタルに前記超速硬セメントに対して０．０３〜０．１重量％の凝結遅延剤を含む水溶液を添加しつつ吹き付けることを特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明の繊維補強超速硬モルタルとその構造物及びその乾式吹付け方法の一実施の形態について説明する。
本実施形態の繊維補強超速硬モルタルは、超速硬セメントと、細骨材と、無機繊維または合成繊維と、前記超速硬セメントに対して０．０３〜０．１重量％の凝結遅延剤と、水とを含有したものである。
【００１３】
超速硬セメントは、水和反応によりエトリンガイトと称される水和物に化学変化するアルミン酸石灰化合物を主成分とするもので、水和反応後、極めて短時間で硬化が可能である。
細骨材は、通常の川砂等の細骨材を使用することができるが、表面水率が２〜６％の細骨材がより好ましい。表面水率２〜６％の細骨材を使用することで、乾式吹付け後の初期から中長期に渡る圧縮強度をかなり向上させることができ、さらに、乾式吹付け施工時の粉塵発生率およびはね返り率を低減することができる。
圧縮強度が向上する理由は、超速硬セメント等と混練する際に、細骨材の表面にて超速硬セメントの水和反応が生じ、細骨材との付着性が向上するからである。
【００１４】
合成繊維は、モルタルの機械的強度を向上させるために添加されるもので、超速硬セメントや細骨材との付着力を高めるためには、表面が親水性のものが好ましい。この合成繊維としては、ポリアミド系繊維、ポリビニルアルコール系繊維、ポリ塩化ビニリデン系繊維、ポリ塩化ビニール系繊維、ポリアクリロニトリル系繊維、ポリエステル系繊維、ポリエチレン系繊維、ポリプロピレン系繊維、ポリウレタン系繊維、ポリフルオロエチレン系繊維の群から選択された１種または２種以上が好適に用いられる。
これらの合成繊維は、単独で用いてもよく、複数種を混合して用いてもよい。
【００１５】
無機繊維も、合成繊維と同様、モルタルの機械的強度を向上させるために添加されるもので、超速硬セメントや細骨材との付着力を高めるためには、表面が親水性のものが好ましい。この無機繊維としては、鋼繊維、ガラス繊維、炭素繊維の群から選択された１種または２種以上が好適に用いられる。
上記の鋼繊維としては、通常のスチール繊維の他、炭素鋼繊維、ステンレス鋼繊維等が好適に用いられる。また、ガラス繊維としては、アルカリ性に対して耐久性のある耐アルカリガラス繊維等が好適に用いられる。また、炭素繊維としては、ピッチ系炭素繊維、ＰＡＮ系炭素繊維等が好適に用いられる。
これらの無機繊維は、単独で用いてもよく、複数種を混合して用いてもよい。
【００１６】
凝結遅延剤は、吹付け時のモルタルのワーカビリティを改善し、吹付け時（初期）から中長期に至る圧縮強度を向上させるために添加するもので、超速硬セメントの主成分であるアルミン酸石灰化合物の水和反応を抑制するものであればどの様な種類のものでも良いが、カルボン酸および／またはカルボン酸複合物を含有したものが好ましい。このカルボン酸としては、クエン酸、グルコン酸、コハク酸、酒石酸等が、また、カルボン酸複合物としては、クエン酸三ナトリウム、グルコン酸ナトリウム等が好適に用いられる。
なお、上記のカルボン酸および／またはカルボン酸複合物以外のものとしては、ホウ酸、炭酸ナトリウム等の無機化合物が好適に用いられる。
【００１７】
この凝結遅延剤は、単独でモルタル中に混ぜてもよいが、モルタル中に均一に分散させるためには、予め水に溶解して水溶液として使用することがより好ましい。この凝結遅延剤の添加量は、超速硬セメントに対して０．０３〜０．１重量％とするのが好ましい。
凝結遅延剤の添加量を上記の範囲に限定することにより、モルタルを養生・硬化して得られる硬化体（モルタル構造物）の充填率の向上効果が、水和反応の遅れによる強度発現の遅れを上回り、吹付け時（初期）から中長期に渡る圧縮強度の改善に寄与することとなる。
【００１８】
ここで、凝結遅延剤の添加量を上記の範囲に限定した理由は、凝結遅延剤の添加量が０．０３重量％未満であると、吹付け時のモルタルのワーカビリティの改善による圧縮強度の向上が得られず、また、添加量が０．１重量％を超えると、凝結の遅延効果のために圧縮強度の向上が得られないからである。
【００１９】
この繊維補強超速硬モルタルの組成比としては、超速硬セメントの単位量を４００〜７００ｋｇ／ｍ３、細骨材の単位量を１０００〜２０００ｋｇ／ｍ３、水の単位量を１６０〜２８０ｋｇ／ｍ３とし、無機繊維または合成繊維の単位量を０．０１〜１３０ｋｇ／ｍ３、凝結遅延剤の混入率を超速硬セメントに対して０．０３〜０．１重量％としたものが好ましい。
この組成比のより好ましい範囲は、超速硬セメントの単位量を４７０〜５７０ｋｇ／ｍ３、細骨材の単位量を１４７０〜１６７０ｋｇ／ｍ３、水の単位量を２００〜２６０ｋｇ／ｍ３とし、無機繊維または合成繊維の単位量を８〜１００ｋｇ／ｍ３、凝結遅延剤の混入率を超速硬セメントに対して０．０３〜０．１重量％としたものである。
【００２０】
次に、本実施形態の繊維補強超速硬モルタルの乾式吹付け方法について説明する。
図１は、本実施形態の乾式吹付け方法を実施する際に用いられるモルタル乾式吹付装置を示す概略構成図であり、図において、符号１は超速硬セメントと、細骨材と、無機繊維または合成繊維とを混練して繊維補強超速硬ドライモルタルとするミキサ、２はこの繊維補強超速硬ドライモルタルを搬送するベルトコンベア、３は搬送された繊維補強超速硬ドライモルタルを気流と共に搬送する配管、４は配管３内に高圧の空気を送り込むコンプレッサ、５は配管３の先端部に設けられ繊維補強超速硬ドライモルタルと後述する凝結遅延剤を含む水溶液とを混ぜて吹き付ける吹付ノズル、６は超速硬セメントに対して０．０３〜０．１重量％の凝結遅延剤を含む水溶液を貯留する水槽、７はこの水溶液を送り出す送液ポンプ、８はこの水溶液の流量を所定の流量に制御する定流量弁、９はこの水溶液を水槽６から吹付ノズル５に搬送する配管である。
【００２１】
この乾式吹付け方法では、まず、ミキサ１を用いて超速硬セメントと、表面水率が２〜６％の細骨材と、無機繊維または合成繊維とを混練して、繊維補強超速硬ドライモルタルとする。
一方、上記の超速硬セメントに対して０．０３〜０．１重量％の凝結遅延剤を量り取り、この凝結遅延剤を予め設定された量の水に溶解して所定濃度の凝結遅延剤を含む水溶液を作製し、水槽６に貯留する。
【００２２】
次いで、上記の繊維補強超速硬ドライモルタルを配管３を介して吹付ノズル５に送り込むと同時に、上記の水溶液を配管９を介して吹付ノズル５に注入する。吹付ノズル５では、送られてきた繊維補強超速硬ドライモルタルに上記の水溶液を添加すると同時に、この混合物をコンプレッサ４から送られてくる高圧空気により先端部から吹付け面に向かって吹き付け、この吹付け面上に繊維補強超速硬モルタルを形成する。
【００２３】
ここでは、繊維補強超速硬ドライモルタルは、吹付ノズル５内で水溶液に接触して繊維補強超速硬モルタルになると同時に、高圧の空気により吹付け面に吹付けられるので、このモルタルは水和反応がほぼ未反応の状態で吹付ノズル５から均一に散逸して吹付け面に付着し、特別な表面仕上処理等を施すこと無く、所定の形状に仕上げることができる。
また、吹付け面に補強用の鉄筋が予め配筋されている場合には、繊維補強超速硬モルタルの鉄筋の裏側への回り込みが良好に行われ、結果的に鉄筋との付着強度も改善される。
以上により、吹付け面上に乾式吹付け方法により繊維補強超速硬モルタルを形成することができる。
【００２４】
この表面に形成された繊維補強超速硬モルタルは、所定の期間、養生させることにより水和反応が進行して硬化し、所定の形状および所定の圧縮強度を有する繊維補強超速硬モルタル構造物となる。
この構造物の養生３日後の圧縮強度は２０Ｎ／ｍｍ２以上である。
この構造物は、吹付け後の初期から中長期に渡る圧縮強度に優れており、しかも、吹付け直後の表面仕上性にも優れている。
【００２５】
【実施例】
以下、実施例及び比較例により本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例によって限定されるものではない。
【００２６】
Ａ．繊維補強超速硬モルタルの作製
材料となる超速硬セメント、細骨材、無機繊維または合成繊維、凝結遅延剤および水については、表１に示す仕様のものを用いた。
ここでは、鋼繊維としてスチール繊維を、ポリビニルアルコール系繊維としてビニロン繊維を、それぞれ用いた。
表１中、ρは真密度（ｇ／ｃｍ３）、ｄｓは砂の真密度（ｇ／ｃｍ３）、ＦＭは粗粒率、σｔは引張強度（ｋｇｆ／ｍｍ２）をそれぞれ示している。
【００２７】
粗粒率は、日本工業規格ＪＩＳ  Ａ  １１０２「骨材のふるい分け試験方法」に準拠して求めた。具体的には、８０、４０、２０、１０、５、２．５、１．２、０．６、０．３、０．１５ｍｍふるいの、各ふるいを通らない全部の試料の重量百分率の和を１００で割った値を求めた。
【００２８】
【表１】
2004292248.tif 000002
【００２９】
次いで、これらの材料を用い、繊維の種類、凝結遅延剤の超速硬セメントに対する割合（重量％）、超速硬セメントに対する水の割合（Ｗ／Ｃ：重量％）、超速硬セメントに対する細骨材の比（Ｓ／Ｃ：重量比）およびそれぞれの単位量を表２に示すように設定し、本実施形態の乾式吹付け方法によりＮｏ．１〜１０の供試体を作製した。
【００３０】
ここでは、スチール繊維について、凝結遅延剤の添加量が本発明の範囲内のもの（実施例）を３点、範囲外のもの（比較例）を２点、それぞれ作製し、Ｎｏ．１〜５の供試体とした。
また、ビニロン繊維についても同様に、凝結遅延剤の添加量が本発明の範囲内のもの（実施例）を３点、範囲外のもの（比較例）を２点、それぞれ作製し、Ｎｏ．６〜１０の供試体とした。
【００３１】
【表２】
2004292248.tif 000003
【００３２】
これらの供試体は、「吹付けコンクリートの圧縮強度試験用供試体の作り方（ＪＳＣＥ−Ｆ５６１）、土木学会コンクリート標準示方書基準編（１９９９年）、及び「吹付け鋼繊維補強コンクリートの強度及びタフネス試験用供試体の作り方」（ＪＳＣＥ−Ｆ５５３）、土木学会コンクリート標準示方書基準編（１９９９年）に準じて作製した。
【００３３】
Ｂ．繊維補強超速硬モルタルの評価１
次いで、これらの供試体の圧縮強度を測定した。
各供試体から、外径１０ｃｍ、高さ２０ｃｍのコア型の試験片を切り出し、各試験片の圧縮強度を、日本工業規格ＪＩＳ  Ａ  １１０７、試験方法（１９９３年）に準拠して測定した。
表３に各試供体の圧縮強度の測定結果を示す。なお、比較し易くするために、これらの測定結果を図２および図３にも示してある。ここでは、吹き付け後の経過日数を材令（日）で表している。
【００３４】
【表３】
2004292248.tif 000004
【００３５】
以上の測定結果によれば、スチール繊維（Ｎｏ．１〜５）、ビニロン繊維（Ｎｏ．６〜１０）のいずれの試験片においても、凝結遅延剤の添加量が増加するにしたがって圧縮強度が向上することが認められ、特に、凝結遅延剤の添加量が０．０５重量％のときにその効果が顕著に現れることが分かった。また、凝結遅延剤の添加量が０．２０重量％では圧縮強度が低下することも分かった。
例えば、添加量が０．０５重量％の場合では、添加量が０重量％のものと比べて、材令１日の圧縮強度は、スチール繊維（Ｎｏ．３）で１．２２倍、ビニロン繊維（Ｎｏ．８）で１．１８倍になる。
【００３６】
また、添加量が０．１０重量％の場合では、添加量が０．０５重量％のものと比べて、材令１日の圧縮強度が低くなり、その後、材令７日、２８日においてほぼ同等の圧縮強度となっている。この材令１日の圧縮強度が低くなっている理由は、添加量が増加したために、極初期の強度発現が遅れてしまっていることによると考えられる。
【００３７】
Ｃ．繊維補強超速硬モルタルの評価２
凝結遅延剤を添加した超速硬モルタルの表面仕上性について評価した。
ここでは、表１に示す材料を用い、表２に示す組成の超速硬モルタルを吹付けた直後のコテによる表面仕上性について評価した。
まず、予め用意したコンクリート板（１．０ｍ×１．０ｍ×０．０５ｍ）の表面をウォータジェットにより目粗し、このコンクリート板を垂直に設置した。
次いで、このコンクリート板に本実施形態の乾式吹付け方法により繊維補強超速硬モルタルを水平に吹付け、得られた供試体（Ｎｏ．１〜１０）の吹付け直後のコテ仕上げ性を評価した。
【００３８】
ここでは、各供試体の評価を同一基準で行うために、コテ仕上げ作業における１つの供試体に掛かるコテの回数、方向を全て同一とした。また、コテに掛かる力を一定とするために、コテの柄の部分に荷重計を取付け、コテに掛かる力を一定に保った。コテ仕上げ完了後の各供試体の表面の仕上がり状態については、目視により評価した。
目視評価の結果を表４に示す。
【００３９】
【表４】
2004292248.tif 000005
【００４０】
以上の評価結果によれば、スチール繊維（Ｎｏ．１〜５）、ビニロン繊維（Ｎｏ．６〜１０）のいずれの供試体においても、凝結遅延剤の添加量を０．０３〜０．１重量％とすることで、コテ仕上げ性の良好な繊維補強超速硬モルタルが得られることが分かった。特に、凝結遅延剤の添加量が０．０５重量％の場合、平滑性に優れた表面が得られることが分かり、コテ仕上げ性が良好であることが確認された。
【００４１】
一方、凝結遅延剤の添加量が０重量％（Ｎｏ．１、６）の場合では、表面の凹凸が大きく、平滑な面を得ることができなかった。また、凝結遅延剤の添加量が２．０重量％（Ｎｏ．５、１０）の場合では、凝結遅延剤により水和反応が遅れることにより、コテ作業時に加わる力が表面のダレを起こし、表面の平滑性を悪化させることが分かった。
【００４２】
なお、上記のスチール繊維の替わりに炭素鋼繊維、ステンレス鋼繊維を用いても、ほぼ同様の効果が得られることが確認された。
また、上記のビニロン繊維の替わりに、ポリアミド繊維、ポリ塩化ビニリデン繊維等を用いても、ほぼ同様の効果が得られることが確認された。
【００４３】
【発明の効果】
本発明の繊維補強超速硬モルタルによれば、超速硬セメントと、細骨材と、無機繊維または合成繊維と、前記超速硬セメントに対して０．０３〜０．１重量％の凝結遅延剤と、水とを含有することで、吹き付け後の硬化体の圧縮強度を向上させることができ、吹き付け直後の表面仕上性も向上させることができる。
【００４４】
本発明の繊維補強超速硬モルタル構造物によれば、本発明の繊維補強超速硬モルタルを養生、硬化し、養生３日後の圧縮強度を２０Ｎ／ｍｍ２以上としたので、吹き付け後の硬化体の初期から中長期に渡る圧縮強度を向上させることができ、吹き付け直後の表面仕上性も向上させることができる。
【００４５】
本発明の繊維補強超速硬モルタルの乾式吹付け方法によれば、超速硬セメントと、細骨材と、無機繊維または合成繊維とを混練して繊維補強超速硬ドライモルタルとし、次いで、吹付ノズルにより、前記繊維補強超速硬ドライモルタルに前記超速硬セメントに対して０．０３〜０．１重量％の凝結遅延剤を含む水溶液を添加しつつ吹き付けるので、吹き付け後の硬化体の初期から中長期に渡る圧縮強度に優れ、しかも、吹き付け直後の表面仕上性にも優れた繊維補強超速硬モルタル構造物を作製することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態の繊維補強超速硬モルタルの乾式吹付け方法を実施する際に用いられるモルタル乾式吹付装置を示す概略構成図である。
【図２】スチール繊維を用いた繊維補強超速硬モルタルの凝結遅延剤の添加量と圧縮強度との関係を示す図である。
【図３】ビニロン繊維を用いた繊維補強超速硬モルタルの凝結遅延剤の添加量と圧縮強度との関係を示す図である。
【符号の説明】
１  ミキサ
２  ベルトコンベア
３  配管
４  コンプレッサ
５  吹付ノズル
６  水槽
７  送液ポンプ
８  定流量弁
９  配管
【図１】
2004292248.tif 000006
【図２】
2004292248.tif 000007
【図３】
2004292248.tif 000008