(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＣａＯ原料、Ｆｅ2Ｏ3原料及びＣａＳＯ4原料を熱処理して得られる、遊離石灰、カルシウムフェライト及び無水セッコウからなる膨張物質と、ポゾラン物質と、減水剤とを含有してなる重量グラウトモルタル用混和材。
【請求項２】
セメントと、請求項１記載の重量グラウトモルタル用混和材からなる重量グラウトモルタル用セメント組成物。
【請求項３】
請求項２記載の重量グラウトモルタル用セメント組成物と、比重3.0以上の重量骨材からなる重量グラウトモルタル。
【請求項４】
さらに、比重2.5〜3.0未満の骨材を配合してなる請求項３記載の重量グラウトモルタル。
【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・建築分野で使用される重量グラウトモルタル用混和材及びセメント組成物、並びに重量グラウトモルタルに関する。
【０００２】
【従来の技術】
重量モルタルは、放射線遮蔽物、防音壁、機械基礎等の用途に使用されており、通常、硬化モルタルの乾燥単位容積質量が2.15t/m3以上のものを意味している。重量モルタルに要求される性能は多様であり、（１）流動性に優れること、（２）材料分離、ブリーディングを生じないこと、（３）寸法安定性が良好なこと（収縮しないこと）、（４）比重が大きく放射線の遮蔽効果に優れること等が挙げられる。従来の重量グラウトモルタル用混和材としては、例えば、膨張物質とポゾラン物質と減水剤とを含有するもの等がある（特開昭62-275049号公報）。
【０００３】
【発明が解決しようとしている課題】
しかしながら、最近では、重量グラウトモルタルに要求される性能は益々高くなってきている。中でも、施工を円滑に行うために重要視される流動性の保持性能の更なる向上が望まれているが、従来の重量グラウトモルタルは、流動性の保持性能が必ずしも充分でなく、特に30℃を超える高温条件では経時的なコンシステンシーの低下が大きいものであった。
【０００４】
また、従来の重量グラウトモルタルは、比重差が大きい結合材と重量骨材を配合するため、フレッシュモルタルに材料分離やブリーディングが発生し易いという課題があった。
【０００５】
本発明者らは、前記課題を解決すべく鋭意検討した結果、特定の組成の膨張物質を使用することによって、重量グラウトモルタルのフレッシュモルタルの流動性の保持性能を著しく改善し、さらに、比重3.0以上の骨材に比重2.5〜3.0未満の骨材を併用することにより材料分離やブリーディングを抑制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。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
即ち、本発明は、ＣａＯ原料、Ｆｅ2Ｏ3原料及びＣａＳＯ4原料を熱処理して得られる、遊離石灰、カルシウムフェライト及び無水セッコウからなる膨張物質と、ポゾラン物質と、減水剤とを含有してなる重量グラウトモルタル用混和材であり、セメントと、該重量グラウトモルタル用混和材からなる重量グラウトモルタル用セメント組成物である。また、該重量グラウトモルタル用セメント組成物に比重3.0以上の重量骨材をからなる重量グラウトモルタルであり、さらに、比重2.5〜3.0未満の骨材を配合した該重量グラウトモルタルである。
【０００７】
【本発明の詳細な説明】
以下、本発明を詳細に説明する。
【０００８】
本発明の膨張物質とは、 ＣａＯ原料、Ｆｅ2Ｏ3原料及びＣａＳＯ4原料を熱処理し、遊離石灰、カルシウムフェライト及び無水セッコウらなるクリンカーを合成して、これを粉砕して製造される。 遊離石灰、カルシウムフェライト及び無水セッコウを別々に合成し、これらを混合したものでは、本発明のような効果は得られない。
【０００９】
遊離石灰、カルシウムフェライト及び無水セッコウの割合については、特に限定されるものではないが、膨張物質100部中、遊離石灰は30〜60部が好ましく、40〜50部がより好ましい。カルシウムフェライトは10〜40部が好ましく、15〜25部がより好ましい。無水セッコウは10〜40部が好ましく、20〜30部がより好ましい。膨張物質中の各化合物の組成割合が前記割合の範囲に無いと、硬化モルタルの十分な寸法安定性が得られない場合がある。
【００１０】
本発明の膨張物質の粒度は、ブレーン比表面積2000〜6000cm2/gが好ましく、2500〜4500 cm2/gがより好ましい。膨張物質のブレーン比表面積が2000cm2/g未満では、長期耐久性が悪くなる場合があり、6000cm2/gを超えると、硬化モルタルの十分な寸法安定性が得られない場合がある。
【００１１】
本発明の遊離石灰は、通常、ｆ−ＣａＯと表されるものである。
本発明のカルシウムフェライトとは、ＣａＯ−Ｆｅ2Ｏ3系化合物を総称するものであり、特に限定されるものではないが、一般的に、ＣａＯをＣ、Ｆｅ2Ｏ3をＦとすると、Ｃ2ＦやＣＦ等の化合物が良く知られているが、本発明では、寸法安定性が良好であることより、Ｃ2Ｆが好ましい。
【００１２】
本発明の膨張物質を製造する際に使用される原料は、ＣａＯ原料としては、石灰石や消石灰等が挙げられ、Ｆｅ２Ｏ３原料としては、各種カラミや圧延スケール等の産業副産物や工業用の各種酸化鉄等が挙げられ、ＣａＳＯ４原料としては、二水セッコウ、半水セッコウ及び無水セッコウ等が挙げられる。
【００１３】
熱処理方法としては、ロータリーキルンや電気炉等を使用することによって行うことができ、熱処理温度は1100〜1600℃であり、1300〜1500℃程度の範囲が好ましく、1300〜1400℃程度がより好ましい。1100℃未満では、得られた膨張物質の膨張性能が十分でない場合があり、1600℃を超えると揮散するSOＸが多くなり環境負荷が大きくなるため好ましくない。
【００１４】
膨張物質中に存在する不純物は、その総量が本発明の目的を実質的に阻害しない範囲、例えば、10％程度以下であることが好ましい。不純物の具体例としては、Ａｌ２Ｏ３、ＴｉＯ２、Ｎａ２Ｏ、Ｋ２Ｏ、ＭｇＯ、Ｂ２Ｏ３、Ｐ２Ｏ５、フッ素化合物、塩素化合物等が挙げられる。
【００１５】
本発明のポゾラン物質とは、水酸化カルシウムと反応して硬化する性質を有する、高炉水砕スラグ、フライアッシュ、シリカフューム等が挙げられる。中でも、シリカフュームを使用することが、材料分離抵抗性の面から、また、強度発現性の面から好ましい。
【００１６】
シリカフュームには、シリカフラワー、シリカダスト、又は、マイクロシリカ等と呼ばれるものがあり、銅を製造する際の脱酸剤や、脱硫剤として使用されるもの、あるいは銅に合金元素を加えるために使用されるフェロシリコン等のフェロアロイや各種材料の原料となる金属シリコンの製造時に副生する産業副産物である。シリカフュームの特性としては、比重2.0〜2.3程度、かさ比重0.25〜0.30程度、ブレーン比表面積15000〜250000cm2/g程度のものが使用される。
【００１７】
本発明の減水剤とは、特に限定されるものではなく、一般に減水剤、ＡＥ減水剤、高性能減水剤、高性能ＡＥ減水剤、流動化剤等の減水効果や流動化効果を有するものである。例えば、メラミンスルホン酸アルビデヒド縮合物の塩、ナフタレンスルホン酸ホルムアルデヒド縮合物の塩、高分子量リグニンスルホン酸塩、及びポリカルボン酸塩を主成分とするものが挙げられる。その形態としては、粉末あるいは液体のものがあるが、何れも使用することができる。
【００１８】
本発明の重量グラウトモルタル用混和材中の各成分の使用割合は、特に限定されるものではないが、膨張物質の使用量は、重量グラウトモルタル用混和材100部中、50〜75部が好ましく、55〜70部がより好ましい。50部未満では硬化モルタルの充分な寸法安定性が得られない場合があり、75部を超えると長期耐久性が悪くなったり、フレッシュモルタルの充分な材料分離抵抗性が得られない場合がある。ポゾラン物質の使用割合は、10〜50部が好ましく、20〜40部がより好ましい。10部未満ではフレッシュモルタルの充分な材料分離抵抗性が得られない場合があり、50部を超えて使用すると、硬化モルタルの充分な寸法安定性が得られない場合がある。また、減水剤の使用割合は、5〜30部が好ましく、10〜20部がより好ましい。5部未満では、フレッシュモルタルの充分な流動性が得られない場合があり、30部を超えると材料分離を生じる場合がある。
【００１９】
本発明の重量グラウトモルタル用混和材の使用量は、特に限定されるものではないが、セメントと、重量グラウトモルタル用混和材からなる重量グラウトモルタル用セメント組成物100部中、5〜15部が好ましく、7〜13部がより好ましい。5部未満では本発明の効果、即ち、フレッシュモルタルの優れた流動性、材料分離抵抗性や、硬化モルタルの寸法安定性が得られない場合があり、20部を超えて使用すると、フレッシュモルタルに材料分離を生じたり、硬化モルタルの長期安定性が悪くなる場合がある。
【００２０】
本発明に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、高炉スラグ、又は、シリカ質を混合した各種混合セメントや、中庸熱ポルトランドセメント、低熱セメントが使用できる。
【００２１】
本発明では、混練り後のモルタルの初期膨張を得るため、水と混練りした際にガスを発生させる発泡剤を併用することが好ましい。発泡剤の種類としては、特に限定されるものではなく、例えば、アルミ粉末、流動コークス等の炭素質物質、過酸化物が挙げられる。 中でもアルミニウム粉末が好ましいが、アルミニウム粉末の表面は酸化されやすく、酸化皮膜で覆われると反応が低下するため、植物油、鉱物油、あるいはステアリン酸等で表面処理したものがある。
【００２２】
発泡剤の使用量は、セメント組成物100部に対して、0.001〜0.004部が好ましい。0.001部未満では、混練りした重量グラウトモルタルの初期膨張量が少なすぎ、沈下現象を生じる場合があり、0.004部を超えると、初期膨張量が過膨張となったり、強度発現性が低下する場合がある。
【００２３】
本発明では、消泡剤を使用する場合がある。その種類としては、特に限定されるものではないが、非イオン系及びカチオン系の粉末界面活性剤や水溶性シリコンの粉末が使用できる。
【００２４】
本発明では、比重3.0以上の重量骨材を使用するが、該重量骨材に比重2.5〜3.0未満の骨材を併用することによって、フレッシュモルタルの流動性の向上や、材料分離、ブリーディングの抑制を行ったり、硬化モルタルの乾燥単位容積質量を調整することができる。
【００２５】
骨材の使用量は、重量グラウトモルタル用セメント組成物100部に対して、比重3.0以上の重量骨材又は該重量骨材と比重2.5〜3.0未満の骨材からなる骨材を、150〜300部配合することが好ましく、200〜250部配合することがより好ましい。150部未満では、単位セメント量が増加し、硬化モルタルの寸法安定性が悪くなったり、所定の乾燥単位容積質量が得られない場合があり、300部を超えると、フレッシュモルタルの流動性や材料分離抵抗性が悪くなる場合がある。
【００２６】
本発明の重量グラウトモルタルは、全骨材中の重量骨材の使用割合を変えることによって、硬化モルタルの乾燥単位容積質量の値を任意に調整することが出来る。本発明に使用する骨材中の重量骨材の割合は、全骨材100部中、20〜100部が好ましく、30〜80部がより好ましい。20部未満では、2.15 t/m3以上の乾燥単位容積質量を得ることが困難となる。比重2.5〜3.0未満の骨材を併用すると、フレッシュモルタルの流動性や材料分離抵抗性を向上することができる。
【００２７】
本発明の重量骨材とは、特に限定されるものではないが、比重3.0以上のものが好ましく、3.5以上がさらに好ましい。その具体例としては、例えば、磁鉄鉱、褐鉄鉱、赤鉄鉱等の各種鉄鉱石、鉄粒、砂鉄、重晶石、玄武岩や風砕スラグ等が挙げられる。重量骨材の粒形としては、特に限定されるものではないが、球状のものが好ましく、粒径は5.0mm以下のものが好ましい。
【００２８】
本発明の比重2.5〜3.0未満の骨材とは、特に限定されるものではないが、天然砂等でJISやJASSあるいは土木学会基準の骨材品質試験に適合しているものであれば良い。
【００２９】
本発明の重量グラウトモルタルに使用する練り混ぜ水は、特に限定されるものではないが、飲料水に準ずる水が好ましく、重量グラウトモルタル用セメント組成物100部に対して、25〜60部が好ましく、35〜45部がより好ましい。25部未満では、フレッシュモルタルの流動性が十分でない場合があり、60部を超える場合は、材料分離抵抗性が低下したり、目標とする硬化モルタルの乾燥単位容積質量が得られなくなる場合がある。
【００３０】
本発明の重量グラウトモルタルのフレッシュモルタルの流動性は、J14漏斗流下値で6〜12秒が好ましい。また、テーブルフロー値（JIS R 5201）としては、260〜320mmが好ましい。J14漏斗流下値が6秒未満の場合は、材料分離を生じやすく、12秒を超える場合は、流動性が悪く、施工性が低下する場合がある。テーブルフロー値で320mmを超える場合は、材料分離を生じやすく、260mm未満の場合は、施工性が低下する場合がある。
【００３１】
本発明の重量グラウトモルタルの練り混ぜ方法は、特に限定されるものではないが、通常の生コンプラント及びコンクリートモービル車、並びに施工現場で設置されたモルタル用ミキサ等を用いて混練りすることが出来る。
【００３２】
【実施例】
以下、本発明を実施例に基づいてさらに説明する。
【００３３】
実施例１
ＣａＯ原料、Ｆｅ2Ｏ3原料及びＣａＳＯ4原料を配合し、混合粉砕した後、電気炉を用いて１３５０℃の熱処理を行い、表１に示すような組成のクリンカーを合成し、ボールミルによりブレーン比表面積3500±300cm2/gに粉砕して膨張物質を調製した。膨張物質を粉末Ｘ線回折法で同定したところ、遊離石灰、Ｃ2Ｆ及び無水セッコウの存在を確認した。膨張物質の化合物組成は、化学組成を基に計算により算出した。化学組成はJIS R 5202に準じて求めた。
【００３４】
これらの膨張物質を使用し、膨張物質65部、ポゾラン物質ａ20部及び減水剤イ15部とを配合して重量グラウトモルタル用混和材（以下、混和材という）を調製した。この混和材を使用し、セメント91部及び混和材9部からなる重量グラウトモルタル用セメント組成物（以下、セメント組成物という）を調製した。次いで、セメント組成物100部に対し、比重3.8の骨材イ70部と比重2.6の骨材ロ130部からなる骨材200部を配合し、セメント組成物100部に対し、水37部を配合して重量モルタルを混練りし、フレッシュモルタルのコンシステンシーの経時変化、ブリーディング率及び硬化モルタルの長さ変化率の測定を行った。膨張物質の化合物組成を表１に、試験結果を表２に示す。
【００３５】
＜使用材料＞
ＣａＯ原料：試薬１級炭酸カルシウム
Ｆｅ2Ｏ3原料：試薬１級酸化第二鉄
ＣａＳＯ4原料：試薬１級無水セッコウ
セメント：市販普通ポルトランドセメント
ポゾラン物質a：市販シリカフューム、ブレーン比表面積200000cm2/g
減水剤イ：市販メラミンスルホン酸アルビデヒド縮合物系
骨材イ：市販スラグ系重量骨材、比重3.80
骨材ロ：天然珪砂、比重2.60
練り混ぜ水：飲料水
【００３６】
＜試験方法＞
コンシステンシー：土木学会基準JSCE-F541に準じて、混練り直後と１５分後のJ14漏斗流下値を測定。
ブリーディング率：JIS A 1123に準じて測定。
長さ変化率：JIS A 6202に準じて、材齢７日で測定。
【００３７】
【表１】
0004244102.tif 000002
【００３８】
【表２】
0004244102.tif 000003
【００３９】
表１、表２より、本発明の混和材を使用した重量グラウトモルタルは、フレッシュモルタルの流動性に優れ、ブリーディングが無く、且つ、硬化モルタルは収縮が無く寸法安定性が良好であることが判る。
【００４０】
実施例２
混和材100部中の成分の割合をポゾラン物質ａ20部、膨張物質Ｈ及び減水剤イの使用量を表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。結果を表３に併記する。
【００４１】
【表３】
0004244102.tif 000004
【００４２】
表３より、減水剤を含有していない比較例と比べ、本発明の混和材を使用した重量グラウトモルタルは、特にフレッシュモルタルの流動性に優れ、ブリーディングが無く、且つ、硬化モルタルは収縮が無く寸法安定性が良好であることが判る。
【００４３】
実施例３
膨張物質Ｈ65部、ポゾラン物質20部及び減水剤イ15部からなる混和材を調製し、表４に示すようにポゾラン物質の種類を変えたこと以外は、実施例１と同様に行った。結果を表４に併記する。
【００４４】
＜使用材料＞
ポゾラン物質b：市販高炉スラグ微粉末、ブレーン比表面積5000cm2/g
ポゾラン物質c：市販フライアッシュ、ブレーン比表面積4000cm2/g
【００４５】
【表４】
0004244102.tif 000005
【００４６】
表４より、ポゾラン物質を含有していない比較例と比べ、本発明の混和材を使用した重量グラウトモルタルは、フレッシュモルタルの流動性に優れ、ブリーディングが無く、且つ、硬化モルタルは収縮が無く寸法安定性が良好であることが判る。
【００４７】
実施例４
膨張物質Ｈ65部、ポゾラン物質ａ20部及び減水剤15部からなる混和材を調製し、減水剤の種類を表５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。結果を表５に併記する。
【００４８】
＜使用材料＞
減水剤ロ：市販ナフタレンスルホン酸ホルムアルデヒド縮合物塩系
減水剤ハ：市販高分子量リグニンスルホン酸塩系
減水剤ニ：市販ポリカルボン酸塩系
減水剤ホ：市販メラミンスルホン酸アルビデヒド縮合物及びポリカルボン酸塩の混合物
【００４９】
【表５】
0004244102.tif 000006
【００５０】
表５より、本発明の混和材を使用した重量グラウトモルタルは、フレッシュモルタルの流動性に優れ、ブリーディングが無く、且つ、硬化モルタルは収縮が無く寸法安定性が良好であることが判る。
【００５１】
実施例５
膨張物質Ｈ65部、ポゾラン物質a20部及び減水剤イ15部からなる混和材を調製し、混和材の使用量を表６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。結果を表６に併記する。
【００５２】
【表６】
0004244102.tif 000007
【００５３】
表６より、本発明の混和材を使用した重量グラウトモルタルは、該混和材の使用量が増加するにつれ、フレッシュモルタルの流動性が向上し、ブリーディングが無く、且つ、硬化モルタルは収縮が無く寸法安定性が良好であることが判る。
【００５４】
実施例６
膨張物質Ｈ65部、ポゾラン物質ａ20部及び減水剤イ15部からなる混和材を調製し、比重3.80の骨材イと比重2.60の骨材ロを併用し、全骨材100部中の骨材イ及び骨材ロの使用割合を表７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。さらに、乾燥単位容積質量を測定した。結果を表７に併記する。
【００５５】
＜試験方法＞
乾燥単位容積質量：JASS 5N T-601に準じて測定。
【００５６】
【表７】
0004244102.tif 000008
【００５７】
表７より、比重の異なる骨材を併用した本発明の重量グラウトモルタルは、フレッシュモルタルの流動性に優れ、ブリーディングが無く、且つ、硬化モルタルは収縮が無く寸法安定性が良好で、高い乾燥単位容積質量が得られることが判る。
【００５８】
【発明の効果】
本発明の重量モルタル用混和材及びセメント組成物を使用することにより、フレッシュモルタルの流動性、材料分離抵抗性に優れ、且つ、硬化モルタルの寸法安定性に優れた重量グラウトモルタルが得られる。また、比重の異なる骨材を併用することにより、乾燥単位容積質量を調整することが可能となる。