(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
カルシウムスルホアルミネート、減水剤、フッ素含有石灰質物質、及び半水セッコウを含有してなるグラウト混和材であって、前記減水剤が、ポリアルキルアリルスルホン酸塩の縮合物及び／又はナフタレンスルホン酸塩の縮合物と、ポリカルボン酸塩とを含有するものであり、前記フッ素含有石灰質物質が、CaO原料とCaF２原料との混合物を熱処理して生成した、CaOとCaF２とを有効成分とする膨張性物質であるグラウト混和材。
【請求項２】
前記カルシウムスルホアルミネートが、カルシウムスルホアルミネート、減水剤、フッ素含有石灰質物質、及び半水セッコウを含有してなるグラウト混和材100重量部中、30〜50重量部である請求項１に記載のグラウト混和材。
【請求項３】
セメントと、請求項１又は請求項２に記載のグラウト混和材とを含有してなるセメント組成物。
【請求項４】
請求項３に記載のセメント組成物と、該セメント組成物100重量部に対して、０〜300重量部の細骨材とを含有してなるグラウト材。
【請求項５】
細骨材が、最大粒径5.0mm以下で、2.5mm篩残分０〜５重量％、1.2mm篩残分20〜35重量％、0.6mm篩残分35〜45重量％、0.3mm篩残分10〜25重量％、0.15mm篩残分15〜20重量％、及び0.15mm未満０〜５重量％の粒度分布を有する細骨材であることを特徴とする請求項４に記載のグラウト材。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、土木・建築分野における構造物の一体化を図るグラウト工事に使用するグラウト混和材、セメント組成物、及びそれを用いたグラウト材に関するものである。
本発明でいうモルタルとは、セメントぺーストとセメントモルタルとを総称するものである。
【０００２】
【従来の技術とその課題】
従来、土木・建築分野において使用されるグラウト材、特に、無収縮グラウト混和材として、カルシウムスルホアルミネート系膨張材を膨張成分とする無収縮グラウト混和材や、石灰系膨張材と鉄粉とを膨張成分とする無収縮グラウト混和材が提案されている（特公昭48−9331号公報、特公昭56−6381号公報）。
これらは、いずれも作業性や充填性を保有し、グラウト工事を円滑に完了させる材料であったが、通常実施されている砂セメント比（Ｃ／Ｓ）１の場合、無収縮グラウト混和材を、ポルトランドセメントと無収縮グラウト混和材の合計 100重量部中、11重量部程度と多量に配合しなければ、無収縮グラウト材としての性能を満足するものではないという課題があった。特に鉄粉を膨張成分として使用する場合は、その使用量がさらに多くなるという課題があった。
そのため、従来の無収縮グラウト混和材ではグラウト工事において計量が容易でなく、安価に実施することもできないという課題があった。
【０００３】
また、無収縮グラウト混和材の使用量を低減すると、流動性が損なわれたり、ブリーディングが発生するなど、コンクリート構造物との一体化を図ることができないという課題もあった。
【０００４】
さらに、従来の無収縮グラウト混和材、セメント、及び細骨材を混合してなるグラウト材の細骨材の粒度分布によっては、グラウトに必要な流動性が損なわれるため、使用する水を増やすことにより流動性を調整する方法がとられるが、水を増やすことにより、材料分離、ブリーディングの発生、さらには、硬化後のモルタルの強度低下などが発生するという課題があった。
【０００５】
本発明者は種々検討を重ねた結果、特定のグラウト混和材又はそれと特定の粒度分布を有する細骨材を使用することにより、前記課題が解決できる知見を得て本発明を完成するに至った。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
即ち、本発明は、カルシウムスルホアルミネート、減水剤、フッ素含有石灰質物質、及び半水セッコウを含有するグラウト混和材であって、減水剤が、ポリアルキルアリルスルホン酸塩の縮合物及び／又はナフタレンスルホン酸塩の縮合物と、ポリカルボン酸塩とを含有するものであり、フッ素含有石灰質物質が、CaO原料とCaF２原料との混合物を熱処理して生成した、CaOとCaF２とを有効成分とする膨張性物質であるグラウト混和材であり、カルシウムスルホアルミネートが、カルシウムスルホアルミネート、減水剤、フッ素含有石灰質物質、及び半水セッコウを含有してなるグラウト混和材100重量部中、30〜50重量部である該グラウト混和材であり、セメントと、該グラウト混和材とを含有するセメント組成物であり、該セメント組成物と、該セメント組成物100重量部に対して、細骨材０〜300重量部を含有するグラウト材であり、細骨材が、最大粒径5.0mm以下で、 2.5mm篩残分０〜５重量％、1.2 mm篩残分20〜35重量％、0.6mm篩残分35〜45重量％、0.3mm篩残分10〜25重量％、0.15mm篩残分15〜20重量％、及び0.15mm未満０〜５重量％の粒度分布を有する細骨材である該グラウト材である。
【０００７】
以下、本発明をさらに詳しく説明する。
【０００８】
本発明で使用するカルシウムスルホアルミネートは、化学成分のCaO／Al２O３モル比が２〜６、CaSO４／Al２O３モル比が２〜４の範囲のもので、具体的にはアウイン（３CaO・３Al２O３・CaSO４）を主成分とするものである。市販品としては、例えば、電気化学工業（株）商品名「デンカＣＳＡ＃２０」が挙げられ、これを粉砕したものも使用可能である。
なお、カルシウムスルホアルミネート（以下ＣＳＡという）はモルタル表面での分散不良などによる粒子の突起などの局部的な膨張を防止し、付着や均一な膨張性を発揮させるために、88μｍ篩を全通する程度に粉砕された微細なものが好ましく、その粒度はブレーン値で 5,000〜7,000cm２/gがより好ましい。5,000cm２/g未満ではモルタル表面に粒子の突起など、局部的な膨張を示す可能性があり、7,000cm２/gを超えると水和反応性が高くなりモルタルのフローダウンを生じやすくなる場合がある。
ＣＳＡの使用量は、本発明の目的を阻害しない範囲であれば特に限定されるものではないが、カルシウムスルホアルミネート、減水剤、フッ素含有石灰質物質、及び半水セッコウを含有してなるグラウト混和材 100重量部中、30〜50重量部が好ましく、35〜45重量部がより好ましい。30重量部未満ではモルタルの膨張が小さくなる可能性があり、50重量部を超えるとその水和反応性によりモルタルのフローダウンが生じやすくなる場合がある。
【０００９】
本発明で使用する減水剤は、ポリアルキルアリルスルホン酸塩の縮合物（以下ＰＡＳという）及び／又はナフタレンスルホン酸塩の縮合物（以下ＮＳという）と、ポリカルボン酸塩（以下ＰＣという）とを含有するものである。
ＰＡＳとは、ポリアルキルアリルスルホン酸塩のホルマリン縮合物を主成分とする界面活性剤で、粉末状で使用することができる。市販品としては、例えば、第一工業製薬（株）商品名「セルフロー」や出光石油化学（株）商品名「ＩＰＣ」などが挙げられる。
ＮＳとは、ナフタレンスルホン酸塩のホルマリン縮合物を主成分とする界面活性剤で、粉末状で使用することができる。市販品としては、例えば、花王（株）商品名「マイティー」や三洋化成工業（株）商品名「三洋レベロンＰ」などが挙げられる。
ＰＣとは、ポリカルボン酸系の水溶性ポリマーを主成分とするもので、粉末状で使用することができる。市販品としては、例えば、日本ゼオン（株）商品名「クインフロー」等が挙げられる。
減水剤中のＰＡＳ及び／又はＮＳと、ＰＣとの配合割合としては、ＰＡＳ及び／又はＮＳがＰＣの２〜６重量倍量が好ましい。２重量倍量未満ではフローダウンなどの流動性の経時変化や作業性が悪化する場合があり、６重量倍量を超えると流動性が良すぎて、材料分離が生じやすくなる場合がある。
減水剤の使用量は、グラウト混和材 100重量部中、10〜15重量部が好ましい。10重量部未満では流動性の経時変化が悪くなり、ブリーディングが発生しやすく、15重量部を超えるとペースト部分と細骨材との材料分離を生じやすくなり、モルタル表面に発生する気泡が多く目立つ場合がある。
【００１０】
本発明で使用するフッ素含有石灰質物質（以下Ｆ−Caという）とは、フッ素を含有する石灰質の物質であり、例えば、CaO 原料とCaF2原料との混合物を熱処理して生成した、 CaOとCaF2とを有効成分とする膨張性物質等が挙げられる。
この膨張性物質 100重量部中のCaF2の含有量は、10〜30重量部が好ましく、15〜25重量部がより好ましい。
Ｆ−Caの粒度は、88μｍ篩を全通する程度に粉砕したものが好ましい。
Ｆ−Caの使用量は本発明の目的を阻害しない範囲であれば特に制限されるものではないが、グラウト混和材 100重量部中、30〜50重量部が好ましく、35〜45重量部がより好ましい。30重量部未満ではモルタルの膨張が小さくなる場合があり、50重量部を超えると過膨張によりモルタルが破壊される場合がある。
【００１１】
本発明では、モルタルのブリーディング防止や初期強度発現性の安定化の面から半水セッコウを使用する。
半水セッコウ（以下、ＣＳという）は、88μｍ篩を全通する程度に粉砕したものが好ましい。
ＣＳの使用量は本発明の目的を阻害しない範囲であれば特に制限されるものではないが、グラウト混和材 100重量部中、５〜15重量部が好ましく、８〜12重量部がより好ましい。５重量部未満ではモルタルの膨張が小さくなる可能性があり、15重量部を超えると過膨張によりモルタルが破壊される場合がある。
【００１２】
グラウト混和材の混合方法は特に限定されるものではないが、各成分を適正な割合で混合し、同時に粉砕して88μｍ篩を通過させる方法や各々別々に粉砕した後混合する方法などが可能である。
【００１３】
本発明のグラウト混和材の配合量は、グラウト材としての目的を阻害しない範囲であれば特に限定されるものではなく、セメントとグラウト混和材からなるセメント組成物と細骨材との比率により配合量を変更することが可能である。例えば、セメント組成物と細骨材の比率Ｃ／Ｓが１／１のグラウト材の場合、セメント組成物 100重量部中、グラウト混和材は５〜10重量部が好ましく、６〜８重量部がより好ましい。５重量部未満では流動性が悪くなり、ブリーディングが生じやすく、構造物の一体化を目的としたグラウト工事を行うことが難しくなる場合があり、10重量部を超えると、著しく流動性が向上し、モルタルの材料分離が生じやすくなる場合がある。
【００１４】
ここでセメントとしては、普通、早強、超早強、及び中庸熱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又は高炉スラグなどを混合した各種混合セメント等が挙げられるが、本発明の目的を阻害しない範囲内で特に限定されるものではない。
【００１５】
本発明のグラウト材を混り混ぜる際に使用する水の量は、グラウト材としての目的を阻害しない範囲であれば特に限定されるものではないが、セメント組成物 100重量部に対して、30〜40重量部が好ましく、34〜38重量部がより好ましい。30重量部未満では流動性が悪化し、ブリーディングが生じやすく、グラウト工事を行うことが難しくなる場合があり、40重量部を超えると、著しく流動性が向上し、モルタルの材料分離が生じやすくなる場合がある。
【００１６】
本発明で使用する細骨材としては、ＪＩＳで規格化された５mm以下のものが使用できる。またその材質についてはケイ砂や石灰砂など一般的な細骨材が使用でき特に制限されるものではない。
本発明の細骨材は、最大粒径 5.0mm以下で、 2.5mm篩残分０〜５重量％、1.2 mm篩残分20〜35重量％、0.6 mm篩残分35〜45重量％、0.3 mm篩残分10〜25重量％、0.15mm篩残分15〜20重量％、及び0.15mm未満０〜５重量％の粒度分布を有する細骨材が好ましい。
これらの粒度分布の細骨材の配合量は、流動性が良好で材料分離を起こさないグラウト材とすることから、セメント組成物 100重量部に対して、０〜 300重量部が好ましく、80〜 120重量部がより好ましい。 300重量部を超えるとグラウト材としての流動性を確保するためのグラウト混和材の使用量が著しく増加したり、グラウト材中に含まれるセメントの量がすくなくなるために、目標とする強度発現性が得られなくなる場合がある。
【００１７】
【実施例】
以下、実験例により本発明を具体的に説明するが、本発明はこれら実験例に限定されるものではない。
【００１８】
実験例１
セメント93重量部と、表１に示すＣＳＡ、ＰＡＳ、ＰＣ、Ｆ−Ca、及びＣＳからなるグラウト混和材７重量部に、 2.5mm篩残分 2.8重量％、1.2 mm篩残分25.2重量％、0.6 mm篩残分39.3重量％、0.3 mm篩残分15.5重量％、0.15mm篩残分15.5重量％、及び0.15mm未満 1.7重量％の粒度分布を有する細骨材を、セメントとグラウト混和材とからなるセメント組成物 100重量部に対して、 100重量部配合してグラウト材を調製した。
調製したグラウト材 100重量部に対して、36重量部の水を混合し、その流動性であるＪ14ロート流下値、ブリーディングの有無、初期膨張率、及び圧縮強度を測定した。結果を表１に併記する。
グラウト材の練混ぜと測定方法は、30℃、相対湿度80％の室内で行った。
【００１９】
＜使用材料＞
セメント  ：普通ポルトランドセメント、市販品
細骨材    ：ケイ砂、最大粒径５mm以下
ＣＳＡ    ：主成分３CaO ・３Al2O3 ・CaSO4 、市販品、ブレーン値6,250cm2/g、88μｍ篩残分５％
ＰＡＳ    ：主成分ポリアルキルアリルスルホン酸塩、市販品
ＰＣ      ：主成分ポリカルボン酸系の水溶性ポリマー、市販品
Ｆ−Ca    ：主成分フッ化カルシウム含有石灰質物質、市販品
ＣＳ      ：半水セッコウ、市販品
水        ：水道水
【００２０】
＜測定方法＞
Ｊ14ロート流下値：土木学会基準
ブリーディング：土木学会基準
初期膨張率：土木学会基準
圧縮強度  ：材齢１日の強度をφ５×10cmの供試体を用いて測定
【００２１】
【表１】
0004208211.tif 000002
【００２２】
実験例２
グラウト混和材中のＣＳＡ、Ｆ−Ca、及びＣＳの量を表２に示すように変化したこと以外は実験例１と同様に行った。結果を表２に併記する。
【００２３】
【表２】
0004208211.tif 000003
【００２４】
実験例３
ＣＳＡ40重量部、ＰＡＳ８重量部、ＰＣ２重量部、Ｆ−Ca40重量部、及びＣＳ10重量部からなるグラウト混和材を、セメントとグラウト混和材からなるセメント組成物 100重量部中、表３に示す量配合したこと以外は実験例１と同様に行った。結果を表３に併記する。
【００２５】
【表３】
0004208211.tif 000004
【００２６】
実験例４
セメント93重量部と、ＣＳＡ40重量部、ＰＡＳ８重量部、ＰＣ２重量部、Ｆ−Ca40重量部、及びＣＳ10重量部からなるグラウト混和材７重量部とに、表４に示す粒度分布の細骨材 100重量部を配合したこと以外は実験例１と同様に行った。結果を表４に併記する。
【００２７】
【表４】
0004208211.tif 000005
【００２８】
実験例５
セメント93重量部と、ＣＳＡ40重量部、ＰＡＳ８重量部、ＰＣ２重量部、Ｆ−Ca40重量部、及びＣＳ10重量部からなるグラウト混和材７重量部と、 2.5mm篩残分 2.8重量％、1.2 mm篩残分25.2重量％、0.6 mm篩残分39.3重量％、0.3 mm篩残分15.5重量％、0.15mm篩残分15.5重量％、及び0.15mm未満 1.7重量％の粒度分布を有する細骨材を、セメントとグラウト混和材とからなるセメント組成物 100重量部に対して、表５に示す量配合したこと以外は実験例１と同様に行った。結果を表５に併記する。
【００２９】
【表５】
0004208211.tif 000006
【００３０】
【発明の効果】
本発明のグラウト混和材、それを用いたセメント組成物、及び特定粒度の細骨材からなるグラウト材を使用することにより、
１）流動性が良好で、かつ、フローダウンの少ない作業性に優れたグラウトモルタルが得られる。
２）充填、硬化後にモルタル自体の収縮が少ないことから、構造物と一体化が図れる。
などの効果が得られる。
したがって、土木・建築分野における逆打グラウト、機械基礎グラウト、その他グラウト工事を円滑に行うことが可能である。