(57)【要約】【課題】化学的及び物理的劣化に対する抵抗性が高く、水と練り混ぜて得られるモルタルの単位容積質量が小さく低弾性化を図ることが可能で、ポンプ圧送性に優れ、従来の吹付け材料よりも厚吹き性が向上し、且つ、リバウンド量が少ない吹付け材料及び吹付け工法を提供する。【解決手段】セメント１００質量部に対して、膨張材３〜１０質量部、微粉末０．５〜１０質量部、吸水率が１５％以下で単位容積質量０．５g/cm3以下の骨材１５〜４０質量部と絶乾密度２．０g/cm3以上の骨材８５〜６０質量部を混合してなる混合骨材８０〜１８０質量部、ポリマー２〜１５質量部、及び増粘剤からなる吹付け材料、並びに、該吹付け材料と水を練り混ぜて得られるモルタルをポンプで圧送し、ノズル吐出口手前で圧縮空気を導入して吹き付けることを特徴とする吹付け工法。【選択図】なし 【特許請求の範囲】
【請求項１】
セメント１００質量部に対して、膨張材３〜１０質量部、微粉末０．５〜１０質量部、吸水率が１５％以下で単位容積質量０．５g/cm3以下の骨材１５〜４０質量部と絶乾密度２．０g/cm3以上の骨材８５〜６０質量部を混合してなる混合骨材８０〜１８０質量部、ポリマー２〜１５質量部、及び増粘剤を含有してなる吹付け材料。
【請求項２】
繊維及び／又は流動化剤を含有することを特徴とする請求項１記載の吹付け材料。
【請求項３】
水と請求項１又は２記載の吹付け材料を練り混ぜて得られるモルタルをポンプで圧送し、ノズル吐出口手前で圧縮空気を導入して吹き付けることを特徴とする吹付け工法。
【請求項４】
吹き付けたモルタルの単位容積質量が１．８g/cm3以下で、材齢２８日の静弾性係数が１．７×１０４N/mm2以下であることを特徴とする請求項３記載の吹付け工法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、土木、建築分野で使用される吹付け材料及び吹付け工法に関する。
【背景技術】
【０００２】
コンクリート構造物は、塩害、中性化、凍結融解、及び化学的腐食等の作用により劣化が進行し、表面にひび割れや浮き等が発生する恐れがある。その対策として、劣化した部分を打撃検査等で確認し、電動ピック、エアピック、ウォータージェット等により取り除き、補修材料を充填し補修する工事が行われている。このような工事では、修復断面積が大きくなると機械化されたシステムを用い、施工スピードが速い吹付け工法を採用するケースが多い。
【０００３】
また、道路や鉄道等の高架橋では、車両や列車の通行による繰り返し載荷を長年受けることで疲労し大きく耐荷力が低下したものがある。このような場合は、床版下面に新たに鉄筋や繊維シートを配置し、ポリマーセメントモルタルによる吹付けを行い床版の厚みを増す下面増厚工法が採用されるケースもある。
【０００４】
このような吹付け工法に使用する材料は、塩害、中性化、凍結融解、及び化学的腐食等の化学的劣化要因に対する抵抗性を持つとともに、物理的劣化要因である繰り返し載荷による疲労に対する抵抗性を持つことも必要である。即ち、得られる修復層の硬化後の弾性係数が小さい方が有利となる。又、修復層はなるべく薄くした方がコスト的に有利であり、修復層の低弾性化をより一層図る必要がある。一般に低弾性化を図るためには、得られるモルタルの単位容積質量を小さくすることで実現可能である。
【０００５】
しかしながら、通常の吹付けでは、絶乾密度が２．０g/cm3以上の川砂、砕砂、海砂、珪砂等の天然骨材が使用されており、この種の骨材だけでは質量が大きいため低弾性化を図ることが困難である。従って、軽量骨材が併用されるケースがある。軽量骨材としては、真珠岩、粘板岩、頁岩等を主原料とした工業製品があるが、これらは、モルタルに混入した場合の圧縮強度が低く、また、吸水率が大きいためポンプ圧送時に加圧吸水し圧送ホース内で閉塞するという課題があった。
【０００６】
また、セメント、セラミックス系細骨材、シリカフュームを配合し、比重が１．６以下の軽量モルタルが知られている。しかし、この材料は比重が１．６以下であることから低弾性化を図れると考えられるが、化学的劣化に対する抵抗性については十分でないという課題があった。
【特許文献１】特開平１３−０３９７８２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明者は、上記課題を解決するため鋭意検討を重ねた結果、特定の吹付け材料が、化学的及び物理的劣化に対する抵抗性が高く、水と練り混ぜて得られるモルタルの単位容積質量が小さく低弾性化を図ることが可能で、ポンプ圧送性に優れ、従来の吹付け材料よりも厚吹き性が向上し、且つ、リバウンド量が少ないとの知見を得て本発明を完成した。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
即ち、本発明は、セメント１００質量部に対して、膨張材３〜１０質量部、微粉末０．５〜１０質量部、吸水率が１５％以下で単位容積質量０．５g/cm3以下の骨材１５〜４０質量部と絶乾密度２．０g/cm3以上の骨材８５〜６０質量部を混合してなる混合骨材８０〜１８０質量部、ポリマー２〜１５質量部、及び増粘剤を含有してなる吹付け材料であり、繊維及び／又は流動化剤を含有することを特徴とする該吹付け材料であり、さらに、水と該吹付け材料を練り混ぜて得られるモルタルをポンプで圧送し、ノズル吐出口手前で圧縮空気を導入して吹き付けることを特徴とする吹付け工法であり、吹き付けたモルタルの単位容積質量が１．８g/cm3以下で、材齢２８日の静弾性係数が１．７×１０４N/mm2以下であることを特徴とする該吹付け工法である。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の吹付け材料を用いることにより、従来の吹付け材料よりも厚吹き性や耐久性の向上が図れ、且つ、リバウンド量が少ないので施工環境が良好である。また、吹き付けたモルタルの単位容積質量が小さいので得られる修復部材を低弾性化することができ、修復部材を薄くしても繰り返し載荷等による疲労に強い補修部材の構築が可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明に係るセメントは、特に限定されるものではないが、通常のセメントの使用が可能である。具体的には、普通、早強又は超早強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、シリカ、フライアッシュ又はスラグ等を混合した各種混合セメント等が挙げられる。
【００１１】
本発明に係る微粉末は、特に限定されるものではないが、例えば、金属シリコンやフェロシリコン合金等を製造する際に副生するシリカフューム、溶融シリカを製造する際に副生するシリカダスト、微粉砕したスラグ及びベントナイト等が挙げられ、平均粒径が１０μｍ以下のものが好ましく、１μｍ以下のものがより好ましい。微粉末は、モルタルをポンプ圧送した時の材料分離防止と、吹付けたモルタルが跳ね返ったり、脱落したりするのを防止するために使用される。
【００１２】
微紛末の使用量は、セメント１００質量部に対して、０．５〜１０質量部が好ましく、２〜５質量部がより好ましい。０．５質量部未満では、モルタルの材料分離防止効果が期待できない上、モルタルが跳ね返ったり、脱落し易く、一方、１０質量部を超えるとその効果の更なる向上が期待できないだけでなく、モルタルのポンプ圧送性が悪くなる場合がある。微紛末の混合方法は、特に限定されるものではないが、例えば、予めセメントに分散しておくことが好ましい。
【００１３】
本発明に係る増粘剤は、モルタルの粘度を調整するために使用し、特に限定されるものではないが、一般に水溶性高分子物質と呼ばれているもので、メチルセルロース、カルボキシメチルセルロース、グアーガム、ポリビニルアルコール、アクリル酸共重合物及びポリエチレンオキサイド等が挙げられ、モルタルが跳ね返ったり、脱落したりするのを防止したり、圧送時のモルタルの滑りを良くするために使用される。増粘剤の使用量は、通常、セメント１００質量部に対して、０．０２〜１質量部が好ましく、０．０５〜０．５質量部がより好ましい。０．０２質量部未満では、モルタルの跳ね返りや脱落の防止、ポンプ圧送性の改善ができない場合があり、一方、１質量部を超えるとその効果の向上が期待できないだけでなく、モルタルのポンプ圧送性が悪くなる場合がある。
【００１４】
増粘剤の混合方法は、特に限定されるものではないが、例えば、予めセメントや水に分散しておくことが好ましい。
【００１５】
本発明ではポリマーを併用することが可能である。ポリマーは特に限定されるものではないが、アクリロニトリル・ブタジエンゴム、スチレン・ブタジエンゴム、クロロプレンゴム，天然ゴム等のゴムラテックスや，エチレン・酢酸ビニル共重合体、ポリアクリル酸エステル、スチレン・アクリル酸エステル共重合体やアクリロニトリル・アクリル酸エステルに代表されるアクリル酸エステル系共重合体，酢酸ビニル・ビニルバーサテート系共重合体等の樹脂エマルジョン等が挙げられる。
【００１６】
ポリマーの形態としては、再乳化型粉末タイプや液体タイプがあり、モルタルの跳ね返り防止や下地部分との付着性改善、更にモルタルの耐久性向上のために、どのタイプも使用可能である。ポリマーの使用量は、通常、セメント１００質量部に対して、固形分量で２〜１５質量部が好ましく、４〜１０質量部がより好ましい。２質量部未満では、モルタルの跳ね返り防止や付着強度の改善ができない場合があり、一方、１５質量部を超えて配合してもその効果の向上が期待できない場合がある。ポリマーの混合方法は、特に限定されるものではないが、例えば、予めセメントや水に分散しておくことが好ましい。
【００１７】
本発明に係る膨張材は、特に限定されるものではないが、アウイン系や石灰系等のものが挙げられ、モルタルの乾燥ひび割れを低減するために使用される。膨張材の使用量は、通常、セメント１００質量部に対して、３〜１０質量部が好ましく、５〜８質量部がより好ましい。３質量部未満ではモルタルのひび割れ防止が十分できない場合があり、一方、１０質量部を超えて配合してもその効果の向上が期待できない場合がある。
【００１８】
膨張材の混合方法は、特に限定されるものではなく、予めセメントに分散しておくことが好ましい。
【００１９】
本発明に係る流動化剤は，特に限定されるものではないが，メラミン系，ナフタレン系，リグニン系，ポリカルボン酸系のものが挙げられ，モルタルの流動性の調整に使用される。流動化剤の使用量は，セメント１００質量部に対して，０．０２〜０．５質量部が好ましく，０．０５〜０．３質量部がより好ましい。０．０２質量部未満では，流動性の改善効果が発揮されない場合があり，一方、０．５質量部を越えると流動性が良過ぎて、吹き付けたときにダレや跳ね返りが多くなる恐れがある。
【００２０】
本発明では，吹付けたモルタルの曲げ耐力を向上させることを目的に繊維を配合して使用することができる。繊維の種類としては，ビニロン繊維，ポリプロピレン繊維に代表される高分子繊維類や，鋼繊維，ガラス繊維，炭素繊維に代表される無機繊維類が挙げられる。繊維の使用量は，セメントと骨材の合計１００質量部に対して０．０５〜２質量部が好ましく、０．１〜１質量部がより好ましい。０．０５質量部未満では曲げ耐力を向上させる効果が発揮されない場合があり、一方、２質量部を越えるとモルタルの流動性に悪影響を与える場合がある。
【００２１】
本発明では，必要に応じて、防錆剤，収縮低減剤，消泡剤，防凍剤，抗菌剤，撥水剤等のセメント混和剤を併用することが可能である。
【００２２】
本発明の吸水率が１５％以下で単位容積質量が０．５g/cm3以下の骨材（以下、軽量骨材と述べる。）とは、独立気泡を有する中空構造の軽量骨材である。種類としては、廃ガラスを原料とし焼成して製造したもの、天然鉱物を原料として焼成して製造したもの、磁器質原料を焼成して製造したもの、火力発電所等で発生するフライアッシュに由来するもの、これらの混合物等が挙げられる。これらの中で品質上比較的安定している廃ガラスを原料とし焼成して製造したものや、火力発電所等で発生するフライアッシュに由来するものの使用が好ましい。
【００２３】
本発明の絶乾比重が２．０g/cm3以上の骨材（以下、通常骨材と述べる。）とは、天然に産出する川砂、砕石、珪砂等である。通常骨材は、予めセメント分を混合しておいても良く、又、現場で練混ぜる時に使用してもよい。予めセメント分と混合するときは乾燥させたものを使用する。
【００２４】
本発明の軽量骨材及び通常骨材の粒径は、最大粒子径２．０ｍｍ以下が好ましい。２．０ｍｍを越えると吹付けたときのリバウンドが多くなる恐れがある。
【００２５】
本発明の軽量骨材と通常骨材の混合割合は、軽量骨材１５〜４０質量部に対し、通常骨材８５〜６０質量部が好ましい。通常骨材が８５質量部を越えると静弾性係数を低減することが難しくなり、６０質量部未満ではポンプ圧送時に係る圧送負荷が大きくなる場合がある。
本発明に係る、軽量骨材と通常骨材を混合した混合骨材の使用量は、セメント１００質量部に対して８０〜１８０質量部が好ましく、１００〜１６０質量部がより好ましい。８０質量部未満では、セメント分が多くなりすぎて圧送性状に支障をきたす恐れがあり、一方、１８０質量部を超えると吹き付けて得られるモルタルの単位容積質量及び静弾性係数が大きくなる可能性がある。
【００２６】
本発明の吹付け材料と混合する水の量は、良好なポンプ圧送性、吹付け性状、及び硬化物性を得るために、セメント１００質量部に対して、３０〜６０質量部が好ましく，３５〜５０質量部がより好ましい。３０質量部未満では、モルタルの流動性が低下する場合があり、一方、６０質量部を超えると材料分離が生じたり、強度発現性が低下する場合がある。
【００２７】
本発明の吹付け材料の施工方法としては、特に限定されるものではなく、湿式吹付け工法の何れも適用可能である。例えば、モルタルをポンプにより吹付けノズルに圧送し、ノズル吐出口手前で圧縮空気を吹き込み、吹付け施工する方法等が挙げられる。モルタルと圧縮空気を合流させる手段として、Ｙ字管や二重管を使用する方法等がある。
【実施例１】
【００２８】
セメント１００質量部に対して，表１に示す微粉末，増粘剤０．１質量部，膨張材５質量部，通常骨材８０質量部に対して軽量骨材２０質量部からなる混合骨材を１５０質量部加えドライプレミックスモルタルを調製した。このモルタル中のセメント１００質量部に対して水を４５質量部、ポリマーを固形分で６質量部加え、パン型左官ミキサーで練り混ぜた。練り混ぜて得られたモルタルをスクイズポンプで圧送し、圧送途中で圧縮空気と合流混合させて市販ノズルを用いて吹付けた。厚吹き性とリバウンド率の測定結果を表１に示す。
【００２９】
（吹付け条件）
モルタル吐出量：０．５m3/hr
圧縮空気圧    ：０．７MPa
圧縮空気量    ：０．４m3/hr
ノズル口径    ：１０ｍｍ
【００３０】
（使用材料）
セメント：電気化学工業社製普通ポルトランドセメント  密度３．１５g/cm3
微粉末：シリカフューム  市販品
増粘剤  ：メチルセルロース  市販品
通常骨材：新潟県青海町産石灰砂，最大粒子径２．０ｍｍ、絶乾比重２．６７g/cm3
軽量骨材：単位容積質量０．３２g/cm3  吸水率４．９％，最大粒子径０．６ｍｍ市販品
ポリマー：スチレン−ブタジエン系ラテックス，固形分４５％，市販品
膨張材  ：アウイン系膨張材，市販品
【００３１】
（試験方法）
厚吹き性：コンクリート製パネルを天端に設置し，パネルとノズルの距離を３０ｃｍとし吹付けた。１回の吹付けで５ｃｍ以上吹付けられたら○、５ｃｍ未満なら×とした。
リバウンド率：天端に設置したコンクリート製パネルに３分間吹付けて地面に跳ね返った質量を計測し下記式により算出した。リバウンド率（％）＝〔（跳ね返った量（ｋｇ）／（時間あたりのモルタル吐出量（ｋｇ／分）×（吹付け時間（分）））×１００
【００３２】
【表１】
2005075718.tif 000002
【実施例２】
【００３３】
セメント１００質量部に対して，微粉末２質量部，増粘剤０．１質量部，表２に示す膨張材，通常骨材８０質量部に対して軽量骨材２０質量部からなる混合骨材を１５０質量部加えドライプレミックスモルタルを調製した。このモルタル中のセメント１００質量部に対して水を４５質量部、ポリマーを固形分で６質量部加え、パン型左官ミキサーで練り混ぜた。練り混ぜて得られたモルタルをスクイズポンプで圧送し、圧送途中で圧縮空気と合流混合させて市販ノズルを用いて吹付けた。吹き付けたモルタルの材齢２８日における長さ変化測定結果を表２に示す。
【００３４】
（試験方法）
長さ変化：JISA 1171に準拠した。
【００３５】
【表２】
2005075718.tif 000003
【実施例３】
【００３６】
セメント１００質量部に対して，微粉末２質量部，膨張材５質量部，表３に示す増粘剤，普通骨材８０質量部に対して軽量骨材２０質量部からなる混合骨材を１５０質量部加えドライプレミックスモルタルを調製した。このモルタル中のセメント１００質量部に対して水を４５質量部、ポリマーを固形分で６質量部加え、パン型左官ミキサーで練り混ぜた。練り混ぜて得られたモルタルをスクイズポンプで圧送し、圧送途中で圧縮空気と合流混合させて市販ノズルを用いて吹付けた。ポンプの圧送抵抗（圧送距離３０ｍ）測定結果を表３に示す。
【００３７】
（試験方法）
スクイズポンプ出口に圧力計を取り付け、モルタルを３０ｍ圧送したときの最大圧力を測定した。
【００３８】
【表３】
2005075718.tif 000004
【実施例４】
【００３９】
セメント１００質量部に対して，微粉末２質量部，増粘剤０．１質量部，膨張材５質量部，普通骨材８０質量部に対して軽量骨材２０質量部からなる混合骨材１５０質量部加えドライプレミックスモルタルを調製した。このモルタル中のセメント１００質量部に対して、水を４５質量部、ポリマーを固形分で表４に示すように加え、パン型左官ミキサーで練り混ぜた。練り混ぜて得られたモルタルをスクイズポンプで圧送し、圧送途中で圧縮空気と合流混合させて市販ノズルを用いて吹付けた。吹き付けたモルタルの材齢２８日における圧縮強度と中性化深さ測定結果を表４に示す。
【００４０】
（試験方法）
圧縮強度：供試体は４×４×１６ｃｍの３連型枠に採取し，所定材齢（２８日）で圧縮強度試験を行った。試験方法はＪＩＳ  Ａ  １１７１に準拠した。
中性化深さ：ＪＩＳ  Ａ  １１７１に準拠して養生した材齢２８日の供試体を促進中性化試験槽で２８日間貯蔵した。供試体を取り出し，フェノールフタレイン法により中性化深さを測定した。促進条件は，炭酸ガス濃度：５％，温度：３０℃，湿度６０％とした。
【００４１】
【表４】
2005075718.tif 000005
【実施例５】
【００４２】
セメント１００質量部に対して，微粉末２質量部，増粘剤を０．１質量部，膨張材５質量部，流動化剤を表に示すように加え，普通骨材８０質量部に対して軽量骨材２０質量部からなる混合骨材を１５０質量部加えドライプレミックスモルタルを調製した。このモルタル中のセメント１００質量部に対して水を４２質量部、ポリマーを固形分で６質量部加え、パン型左官ミキサーで練り混ぜた。練り混ぜて得られたモルタルをスクイズポンプで圧送し、圧送途中で圧縮空気と合流混合させて市販ノズルを用いて吹付けた。その時のフローと材齢２８日の圧縮強度を測定した。結果を表５に示す。
【００４３】
（使用材料）
流動化剤：メラミン系流動化剤，市販品
【００４４】
（試験方法）
フロー：ＪＩＳ  Ｒ  ５２０１に準拠した。
【００４５】
【表５】
2005075718.tif 000006
【実施例６】
【００４６】
セメント１００質量部に対して、微粉末２質量部，増粘剤０．１質量部，膨張材５質量部、普通骨材８０質量部に対して軽量骨材２０質量部からなる混合骨材を１５０質量部、及び繊維をセメントと骨材の合計１００質量部に対して表６に示すように加え、ドライプレミックスモルタルを調整した。このモルタル中のセメント１００質量部に対して水を４５質量部、ポリマーを固形分で６質量部加え、パン型左官ミキサーで練り混ぜた。練り混ぜて得られたモルタルをスクイズポンプで圧送し、圧送途中で圧縮空気と合流混合させて市販ノズルを用いて吹付けた。吹き付けたモルタルの圧縮強度、曲げタフネス測定結果を表６に示す。
【００４７】
（使用材料）
繊維：ビニロン繊維，繊維長６ｍｍ，市販品
【００４８】
（試験方法）
曲げタフネス：ＪＳＣＥ  Ｇ  ５５２に準拠した。養生方法は温度２０℃，湿度６０％の部屋で気中養生した。測定材齢は２８日とした。
【００４９】
【表６】
2005075718.tif 000007
【実施例７】
【００５０】
セメント１００質量部に対して，微粉末２質量部，増粘剤を０．１質量部，膨張材５質量部，繊維を０．３質量部加え，通常骨材と軽量骨材の割合を表７に示すように変え、これら混合骨材を１５０質量部加えドライプレミックスモルタルを調整した。このモルタル中のセメント１００質量部に対して水を４５質量部、ポリマーを固形分で６質量部加えパン型左官ミキサーで練り混ぜた。練り混ぜて得られたモルタルをスクイズポンプで圧送し、圧送途中で圧縮空気と合流混合させて市販ノズルを用いて吹付けた。吹き付けたモルタルの単位容積質量、圧縮強度，静弾性係数を測定した。結果を表７に示す。
【００５１】
（使用材料）
軽量骨材A：市販の廃ガラスを原料として焼成して造られた骨材、吸水率８．８％、単位容積質量０．４１g/cm3、最大粒子径１．２ｍｍ
軽量骨材B：市販の火力発電所で発生したものを乾燥した骨材、吸水率５％、単位容積質量０．３４g/cm3、最大粒子径０．６ｍｍ
【００５２】
（試験方法）
単位容積質量：吹き付けたモルタルを採取し、JIS A 1171に準拠して測定した。
静弾性係数  ：JSCE G 502に準拠した。試験体のサイズはφ５×１０ｃｍ、養生方法はJISA 1171に準拠、測定材齢は２８日とした。
【００５３】
【表７】
2005075718.tif 000008
【実施例８】
【００５４】
セメント１００質量部に対して，微粉末２質量部，増粘剤を０．１質量部，膨張材５質量部，繊維を０．３質量部、流動化剤０．１質量部、通常骨材８０質量部、軽量骨材２０質量部からなる混合骨材の添加量を表８に示すように変え、ドライプレミックスモルタルを調整した。このモルタル中のセメント１００質量部に対して水を４２質量部、ポリマーを固形分で６質量部加え、パン型左官ミキサーで練り混ぜた。練り混ぜて得られたモルタルをスクイズポンプで圧送し圧送途中で圧縮空気と合流混合させて市販ノズルを用いて吹付けた。吹き付けたモルタルの単位容積質量、圧縮強度，静弾性係数を測定した。結果を表８に示す。
【００５５】
【表８】
2005075718.tif 000009