(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
セメントと、ブレーン比表面積4000cm2/g以上のCaOとAl2O3のモル比(C/A)が1.0〜2.0である非晶質のカルシウムアルミネート100部に対して無水石膏50〜300部を含有する速硬材をセメント100部に対して5〜50部と、ブレーン比表面積4000cm2/g以上の3CaO・3Al2O3・CaSO4で示される鉱物組成のカルシウムサルホアルミネートを含有する膨張材をセメント100部に対して1〜15部と、減水剤と、遅延剤と、細骨材とを配合してなり、高流動で材料分離やブリーディングが無く短時間の圧縮強度が高い超速硬性無収縮グラウト材。
【請求項２】
さらに、水溶性セルロースエーテルを配合してなる請求項１記載の超速硬性無収縮グラウト材。
【請求項３】
フレッシュモルタルのJ14漏斗流下値が2〜5秒であることを特徴とする請求項１又は２記載の超速硬性無収縮グラウト材。
【請求項４】
フレッシュモルタルの降伏値が10〜40Paで、塑性粘度が0.5〜3.0Pa・sであることを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の超速硬性無収縮グラウト材。
【請求項５】
材齢２時間後の硬化体の圧縮強度が10N/mm2以上であることを特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載の超速硬性無収縮グラウト材。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、主に、土木・建築分野において、緊急工事や寒冷地工事等に使用される超速硬性無収縮グラウト材に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般にグラウト材は、プレパックドコンクリート工法、機械基礎への充填、及び鋼板補強用の充填等に使用され、良好な充填性や高流動性が要求される。さらに、グラウト材は、施工時間に制約があるような工事、例えば、道路等の緊急を要する工事において、充填性だけでなく、短時間で実用強度を満足しなければならないという課題がある。また、充填したグラウト材と鋼板との剥離防止や、機械基礎における寸法安定性のため無収縮であることが要求される。
しかしながら、従来の超速硬性のグラウト材は、高流動性にすると材料分離やブリーディングが発生し易く、強度発現も低いという課題があった（例えば、特開平１２−３４１５４号公報等）。また、道路や法面等の勾配のある傾斜部位の施工には適さないという課題があった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明者は、これらの課題を鋭意検討した結果、特定の速硬材と膨張材を含有してなる超速硬性無収縮グラウト材により、高流動性にしても材料分離やブリーディングが無く、速硬性、無収縮性及び施工性を達成することができるとの知見を得て本発明を完成するに至った。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
即ち、本発明は、（１）セメントと、ブレーン比表面積4000cm2/g以上のCaOとAl2O3のモル比(C/A)が1.0〜2.0である非晶質のカルシウムアルミネート100部に対して無水石膏150〜200部を含有する速硬材をセメント100部に対して5〜50部と、ブレーン比表面積4000cm2/g以上の3CaO・3Al2O3・CaSO4で示される鉱物組成のカルシウムサルホアルミネートを含有する膨張材をセメント100部に対して1〜15部と、減水剤と、遅延剤と、細骨材とを配合してなり、高流動で材料分離やブリーディングが無く短時間の圧縮強度が高い超速硬性無収縮グラウト材、（２）さらに、水溶性セルロースエーテルを配合してなる（１）の超速硬性無収縮グラウト材、（３）フレッシュモルタルのJ14漏斗流下値が2〜5秒であることを特徴とする（１）又は（２）の超速硬性無収縮グラウト材、（４）フレッシュモルタルの降伏値が10〜40Paで、塑性粘度が0.5〜3.0Pa・sであることを特徴とする（１）乃至（３）の何れかに記載の超速硬性無収縮グラウト材、（５）材齢２時間後の硬化体の圧縮強度が10N/mm2以上であることを特徴とする（１）乃至（４）の何れかに記載の超速硬性無収縮グラウト材である。
【０００５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を更に詳細に説明する。
【０００６】
本発明で使用する速硬材とは、特に限定されるものではないが、結晶質又は非晶質のカルシウムアルミネートと、石膏類とからなり、水和反応でエトリンガイトを生成するものが好ましい。ここで、カルシウムアルミネートとは、カルシアを含む原料とアルミナを含む原料等を混合して、キルン焼成や電気炉溶融等の熱処理をして得られる、CaOとAl2O3とを主成分とする水和活性を有する物質の総称である。具体的には、3CaO・Al2O3(C3A)、12CaO・7Al2O3(C12A7)、5CaO・3Al2O3(C5A3)、CaO・Al2O3(CA)、及びCaO・2Al2O3(CA2)等の結晶質のカルシウムアルミネート、これらに対応する組成の非晶質のカルシウムアルミネートである。中でも、非晶質のカルシウムアルミネートでCaOとAl2O3のモル比(C/A)が1.0.〜2.0のものが好ましく、1.6〜1.8がより好ましい。
さらに、ハロゲン元素を含有した11CaO・7Al2O3・CaF2(C11A7CaF2)、3CaO・3Al2O3・CaF2(C3A3CaF2)や、ナトリウム、カリウム等のアルカリ金属を含有したカルシウムアルミネートも使用可能である。
【０００７】
石膏類には無水石膏、半水石膏、及び二水石膏があり、中でも速硬性の面で無水石膏の使用が好ましい。石膏類の使用量は、カルシウムアルミネート100部に対して、50〜300部が好ましい。（以下、部は質量単位を表す）
【０００８】
速硬材の使用量は、特に限定されるものではないが、セメント100部に対して、5〜50部が好ましく、5部未満ではその効果は少なく、50部を超えてもその効果の向上は期待できない。
【０００９】
速硬材の粒度は、ブレーン比表面積4000cm2/g以上が好ましく、4000〜9000cm2/gがより好ましく、5000〜7000cm2/gがさらに好ましい。速硬材の粒度が4000cm2/g未満では十分な速硬性が期待できなく、9000cm2/gを超えて使用してもその効果の向上は期待できなく、不経済である。
【００１０】
本発明で使用する膨張材とは、特に限定されるものではないが、3CaO・3Al2O3・CaSO4(C3A3CaSO4)で示される鉱物組成のカルシウムサルホアルミネートを主成分とし、水和反応でエトリンガイトを生成するものや、遊離石灰(CaO)を主成分とし、水和反応でCa(OH)2を生成させるもの等が挙げられる。
【００１１】
膨張材の使用量は、セメント100部に対して、1〜15部が好ましく、5〜10部がより好ましい。1部未満では無収縮性の効果は少なく、15部を超えると膨張量が大きく膨張破壊する場合がある。
【００１２】
膨張材の粒度は、通常、ブレーン比表面積2000〜3000cm2/g程度であるが、本発明の膨張材の粒度は、ブレーン比表面積4000cm2/g以上が好ましく、4000〜9000cm2/gがより好ましく、5000〜7000cm2/gがさらに好ましい。膨張物質の粒度が4000cm2/g未満では、材料分離を生じたり長期耐久性が悪くなる場合があり、9000cm2/gを超えてもその効果の向上は期待できなく、不経済である。
【００１３】
本発明では、使用水量を減らし流動性を高めるために、一般に使用されている減水剤、高性能減水剤、高性能AE減水剤、及び流動化剤等の混和剤を添加する。例えば、ポリアルキルアリルスルホン酸塩の縮合物、ナフタレンスルホン酸塩の縮合物、リグニンスルホン酸塩の縮合物、及びポリカルボン酸塩等が挙げられ、これらのうちの一種又は二種以上が使用可能である。使用形態は、液体又は粉体の何れでもよい。
【００１４】
混和剤の使用量は、セメント100部に対して、0.1〜5部が好ましい。0.1部未満ではその効果は少なく、5部を超えて使用してもその効果の向上は期待できなく、不経済である。
【００１５】
本発明で使用するセメントは、特に限定されるものではないが、普通、早強、及び超早強等の各種ポルトランドセメントや、これらポルトランドセメントにフライアッシュあるいは高炉スラグを添加した各種混合セメント等が挙げられる。
【００１６】
本発明の超速硬無収縮グラウト材は、通常、セメント、速硬材、膨張材、及び混和剤に、砂と水を混合して調製する。超速硬無収縮グラウト材のセメント／細骨材比は、通常、1/0.5〜1/3の範囲にあり、水と、セメント、速硬材、及び膨張材からなる結合材との比である水／結合材比は、通常、30〜50%の範囲が好ましいが、気温や水温等の外的要因や、所要の目標軟度により調整される。
【００１７】
本発明の超速硬無収縮グラウト材の混練りは、特に限定されるものではないが、グラウトミキサ、高速ハンドミキサ、及び強制撹拌ミキサ等が使用され、練りあがったモルタルは、ポンプ圧送等で施工現場に供給される。
【００１８】
本発明の超速硬無収縮グラウト材の可使時間(作業可能時間)の調整は、凝結遅延剤を添加することで行われる。凝結遅延剤(以下、遅延剤という)は、特に限定されるものではないが、通常、ホウ酸ナトリウムや炭酸ナトリウム等の無機塩や、グルコン酸、酒石酸、及びクエン酸等の有機酸又はその塩を主成分とするものが用いられる。
【００１９】
遅延剤の使用量は、通常、セメント100部に対して、0.1〜5部が好ましい。0.1部未満ではその効果は少なく、5部を超えると超速硬無収縮グラウト材が硬化しなくなる場合がある。
【００２０】
本発明の超速硬無収縮グラウト材のフレッシュモルタル（まだ固まらないモルタルのことをいう）の流動性は、特に限定されるものではないが、J14漏斗流下値が2〜5秒が好ましく、2秒未満では材料分離が発生したり強度発現が低下する場合があり、5秒を超えると充填性が悪くなる場合がある。
【００２１】
本発明の超速硬無収縮グラウト材の施工は、平坦部や傾斜部等様々な場所で行われる。平坦部の施工においては、超速硬無収縮グラウト材の注入性だけを考慮すれば良いが、勾配のある傾斜部ではダレが発生し均一に充填されない場合がある。本発明では、このダレを抑えるために水溶性セルロースエーテル(以下、単にセルロースエーテルという)を配合することが好ましい。
【００２２】
本発明で使用するセルロースエーテルは、特に限定されるものではないが、水に速やかに分散する一方で直ちに粘性を上昇させることがなく、セメント中のアルカリと反応すると粘性が上昇する性質を持ったものが好ましく、具体的には、メチルセルロースやヒドロキシプロピルメチルセルロース等を主成分としたものが挙げられる。
【００２３】
セルロースエーテルの使用量は、セメント100部に対して、0.001〜0.05部が好ましく、0.005〜0.02部がより好ましい。0.001部未満ではモルタルにダレを生じるおそれがあり、0.05部を超えると充填不良や硬化不良になる場合がある。
【００２４】
セルロースエーテルの超速硬無収縮グラウト材への添加方法としては、特に限定されるものではないが、予めセルロースエーテルを水に添加し、スラリー水として配合して混練りすることが好ましい。また、予めセルロースエーテルを、セメント、速硬材、膨張材、及び細骨材とドライブレンドし、施工時に水と混合することも可能である。
【００２５】
本発明の超速硬無収縮グラウト材は、充填性や施工性の面から、フレッシュモルタルのレオロジー定数である降伏値が10〜40Pa、塑性粘度が0.5〜3.0Pa・sであることが好ましく、降伏値が20〜30Pa、塑性粘度が1.0〜2.0Pa・sがより好ましい。降伏値や塑性粘度がこれらの範囲を外れると、充填性や施工性が悪くなる場合がある。
【００２６】
本発明の超速硬無収縮グラウト材にセルロースエーテルを添加することにより、塑性粘度を余り変化させずに降伏値を高め、フレッシュモルタルにチクソトロピックな性質を付与し、ポンプ圧送性や施工性を向上させることが可能である。さらに、施工箇所の勾配や形状によって、セルロースエーテルの使用量を調整して配合することが好ましい。
【００２７】
本発明の超速硬無収縮グラウト材は、混練り後、材齢２時間の硬化体の圧縮強度で10N/mm2以上を発現することにより、例えば、工事が終了してから２時間後に実用強度に達するため、早期に通常の状態に開放することが可能となる等、経済的で合理的な施工を提供することができる。
【００２８】
【実施例】
以下、実施例により本発明をさらに詳細に説明するが、これらに限定されるものではない。
【００２９】
実施例１
セメント100部に対する速硬材、膨張材の使用量と粒度を表１に示すように変え、さらに、混和剤0.6部、遅延剤0.3部、及び細骨材135部を混合したものに、水／(結合材＝セメント＋速硬材＋膨張材)比が40%となるように水を添加して高速ハンドミキサを用い混練りし、超速硬性無収縮グラウト材を作製した。そのフレッシュモルタルのブリーディング、コンシステンシー、及びハンドリングタイム、並びに、硬化体の材齢７日の寸法変化率、及び材齢２時間の圧縮強度の測定を行った。その結果を表２に示す。
【００３０】
＜使用材料＞
セメント：普通ポルトランドセメント、市販品
速硬材：酸化カルシウムとアルミナを原料とし、電気炉で溶融した後急冷して調製した、C/A（モル比）=1.7の非晶質カルシウムアルミネート100部に無水石膏を150部を配合したもの。これを粉砕することにより、粒度調整を行った。
膨張材：主成分がカルシウムサルホアルミネートのブレーン比表面積2800cm2/gの市販品。これを粉砕することにより、粒度調整を行った。
混和剤：ナフタレンスルホン酸系の高性能減水剤、市販品
遅延剤：主成分が有機酸の市販品
砂：5mm下の石灰砂
水：水道水
【００３１】
＜測定方法＞
ブレーン比表面積：JIS R 5201に準じて測定。
コンシステンシー：土木学会コンクリート標準示方書(JSCE-F541)のＪ漏斗（Ｊ14漏斗）によるコンシステンシーの測定に準じ、流下値を測定した。
寸法変化率：JIS A 6202(B)に準じて測定。材齢7日の寸法変化率を測定した。
圧縮強度：土木学会コンクリート標準示方書(JSCE-G522)に準じ、２時間後に測定した。
ブリーディング：土木学会コンクリート標準示方書(JSCE-F533)に準じ、ブリーディング量を測定した。
可使時間：目視判定（混練り後、流動性が無くなるまでの時間）
【００３２】
【表１】
0004519985.tif 000002
【００３３】
【表２】
0004519985.tif 000003
【００３４】
表２から、本発明のブレーン比表面積4000cm2/g以上の速硬材と膨張材を含有してなる超速硬性無収縮グラウト材のフレッシュモルタルは、J14漏斗流下値が5秒以下と良好な流動性を示し、ブリーディングが無く、寸法変化率は膨張側で無収縮であり、材齢２時間の硬化体の圧縮強度が10N/mm2以上と良好であることが判る。
【００３５】
実施例２
表１の配合No.Gの速硬材と膨張材において、速硬材のカルシウムアルミネートのC/Aモル比と無水石膏の配合比を表３に示すように変えたこと以外は、実施例１と同様に行った。その結果を表４に示す。
【００３６】
【表３】
0004519985.tif 000004
【００３７】
【表４】
0004519985.tif 000005
【００３８】
表４から、本発明の速硬材のC/Aモル比が1.0〜2.0であるカルシウムアルミネート100部に対し無水石膏が50〜300部を配合した超速硬性無収縮グラウト材のフレッシュモルタルは、J14漏斗流下値が5秒以下と良好な流動性を示し、ブリーディングが無く、寸法変化率は膨張側で無収縮であり、材齢２時間の硬化体の圧縮強度が10N/mm2以上と良好であることが判る。
【００３９】
実施例３
表１の配合No.Gの速硬材と膨張材を用い、セメント100部に対して表５に示す量のセルロースエーテルを添加したこと以外は、実施例１と同様に超速硬性無収縮グラウト材を作製した。
モデル試験として、JIS A 1106記載の10×10×40cmの型枠に最大粒径40mmの粗骨材を敷き詰め、全体の勾配が55/1000となるように型枠を傾け超速硬性無収縮グラウト材を型枠の勾配の高い方から注入した場合について、J14漏斗流下値、可使時間、降伏値、及び塑性粘度を測定、及びダレ状況と脱型後の充填状況を確認した。その結果を表５に示す。
【００４０】
＜使用材料＞
セルロースエーテル：メチルセルロース系の市販品
【００４１】
＜測定方法＞
降伏値、塑性粘度：レオロジー定数、村田、鈴木、管壁にすべりを伴うグラウトモルタルの管内流動に関する研究、土木学会論文集、No.384に記載の傾斜管グラウト粘度測定器を用いて測定
充填状況：目視
ダレ：目視
【００４２】
【表５】
0004519985.tif 000006
【００４３】
表３から、セルロースエーテルを添加することにより、本発明の超速硬性無収縮グラウト材のフレッシュモルタルは、良好な充填性とダレの抑制効果を示すことが判る。
【００４４】
実施例４
表１の配合No.Gの速硬材と膨張材を用い、セメント100部、速硬材30部、膨張材5部、混和剤0.5部、遅延剤0.8部、及び細骨材140部を混合したものに、水／結合材比が40%となるように水を添加し、高速ハンドミキサで混練りして超速硬性無収縮グラウト材Ａを作製した。さらに、セメント100部に対して、0.005部のセルロースエーテルを配合し、水／結合材比が38%の超速硬性無収縮グラウト材Ｂを作製した。超速硬性無収縮グラウト材の物性を表６に示す。
【００４５】
【表６】
0004519985.tif 000007
【００４６】
モデル試験として、長さ3000mm×幅600mmで高さが一方が550mm、他方が385mmの側面が台形形状（上面の傾斜が55/1000の勾配）の木製型枠に、実施例３で使用した最大粒径40mmの粗骨材を敷き詰め、勾配の高い方から超速硬性無収縮グラウト材Ａを注入し、勾配の低い方の表層から50mm下まで注入した後、超速硬性無収縮グラウト材Ｂを同様に注入し、充填状況、ダレ状況の観察、及び硬化後に型枠を脱型して内部の観察を行った。その結果、勾配のある斜面においてもダレを生じず、表層部及び内部への充填性が良好であることが判った。
【００４７】
【発明の効果】
本発明の超速硬性無収縮グラウト材は、フレッシュモルタルの流動性を高くしても、材料分離やブリーディングの発生が無く、充填性が良好であるだけでなく、硬化後の短時間の圧縮強度が高く、無収縮性であるため、経済的で合理的な施工を提供することができる。さらに、セルロースエーテルを添加することによって、勾配のある斜面においてもダレを生じない等の施工性を向上させる効果を奏する。