(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
セメント、超微粉末物質、増粘剤、ポリマー、膨張材、及び混合骨材を含有してなり、セメント100部に対して、超微粉末物質が１〜10部、増粘剤が0.05〜１部、及び混合骨材が150〜300部であり、混合骨材が、90％以上が粒子径2.0mm以下で、密度2.4〜2.8g/cm3の細骨材100部に対して、吸水率15％以下、最大粒子径1.0mm以下、及びかさ密度0.1〜1.0g/cm3の軽量細骨材４〜15部を混合したものであることを特徴とする吹付け材料。
【請求項２】
細骨材が石灰石を粉砕したものであることを特徴とする請求項１に記載の吹付け材料。
【請求項３】
軽量細骨材が独立気泡を有する発泡体であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の吹付け材料。
【請求項４】
セメント100部に対して、さらに、流動化剤0.05〜0.5部を含有してなる請求項１〜３のうちの一項に記載の吹付け材料。
【請求項５】
請求項１〜４のうちの一項に記載の吹付け材料を用いることを特徴とする吹付け工法。
【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、建築分野で使用される吹付け材料及び吹付け工法に関する。
なお、本発明における部や％は特に規定しない限り質量基準で示す。
【０００２】
【従来の技術】
従来、コンクリートの表面仕上げや断面修復には、主にセメントモルタルが使用されている。
セメントモルタルは、通常、モルタルミキサなどでセメント、骨材、及び水を攪拌・混合して製造され、その施工方法としては、鏝で塗り付けて仕上げを行う方法等が通常である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、鏝仕上げは熟練が必要なうえ、10mm以上の厚塗りが困難で、多大な労力がかかるため、セメントモルタルをポンプで圧送して吹付ける方法が提案されている(特開平06-128007号公報、特開平09-012379号公報)。
しかしながら、この方法では、吹付けたセメントモルタルが跳ね落ちたり、ダレたりして目的とする施工ができ難く、一回の吹付けで50mm以上の厚吹きができにくいという課題があった。
また、セメント分のこわばりにより、ポンプ圧送性が悪化し、施工性を悪くするという課題もあった。
【０００４】
本発明者は、前記課題を解決すべく種々検討を重ねた結果、特定の吹付け材料を使用することにより、吹付け施工時のセメントモルタルの跳ね返りや脱落が少なく、効率的な施工が可能となり、厚付けや大断面の施工ができるだけでなく、ひび割れが少ないなどの効果を奏するとの知見を得て本発明を完成するに至った。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
即ち、本発明は、セメント、超微粉末物質、増粘剤、ポリマー、膨張材、及び混合骨材を含有してなり、セメント100部に対して、超微粉末物質が１〜10部、増粘剤が0.05〜１部、及び混合骨材が150〜300部であり、混合骨材が、90％以上が粒子径2.0mm以下で、密度2.4〜2.8g/cm3の細骨材100部に対して、吸水率15％以下、最大粒子径1.0mm以下、及びかさ密度0.1〜1.0g/cm3の軽量細骨材４〜15部を混合したものである吹付け材料であり、細骨材が石灰石を粉砕したものである該吹付け材料であり、軽量細骨材が独立気泡を有する発泡体である該吹付け材料であり、セメント100部に対して、さらに、流動化剤0.05〜0.5部を含有してなる該吹付け材料であり、該吹付け材料を用いた吹付け工法である。
【０００６】
【発明の実態の形態】
以下、本発明を詳細に説明する。
【０００７】
本発明で使用するセメントとして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、又はスラグなどを混合した各種混合セメントなどが挙げられる。
【０００８】
本発明で使用する超微粉末物質(以下、超微紛という)は、モルタルをポンプ圧送したときの材料分離防止や、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、平均粒径が20μｍ以下のものであれば、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、及び超微粉砕したスラグやベントナイトなどが挙げられ、硬化後のモルタルを緻密化するために、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。
超微紛の使用量は、通常、セメント100部に対して、１〜10部であり、２〜５部が好ましい。１部未満ではモルタルの材料分離防止が期待できないうえ、モルタルが跳ね返ったり、脱落しやすい場合があり、10部を超えるとその効果の向上が期待できない場合がある。
【０００９】
本発明で使用する増粘剤は、モルタルの粘度を調整するものであり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、ポリビニルアルコール、ポリアクリル酸やそのナトリウム塩やカリウム塩、及びポリエチレンオキサイドなどが挙げられ、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部に対して、0.05〜１部であり、0.1〜0.5部が好ましい。0.05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、１部を超えるとその効果の向上が期待できない場合がある。
【００１０】
本発明で使用するポリマーは、モルタルの跳ね返り防止や下地部分との付着性改善やモルタルの耐久性向上のために使用されるもので、特に限定されるものではないが、JIS A 6203に規定されているセメント混和剤ポリマーディスパージョンであれば使用可能である。例えば、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、及び天然ゴムなど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、酢酸ビニルビニルバーサテート系共重合体、及びスチレン・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等の樹脂エマルジョンなどが挙げられる。
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る。
ポリマーの使用量は、通常、セメント100部に対して、固形分で３〜15部が好ましく、４〜10部がより好ましい。３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、15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。
【００１１】
本発明で使用する膨張材は、モルタルの乾燥ひび割れを低減するために使用されるもので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る。
膨張材の使用量は、通常、セメント100部に対して、３〜10部が好ましく、５〜８部がより好ましい。３部未満ではモルタルのひび割れ防止が充分できない場合があり、10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。
【００１２】
本発明の吹付け材料は、90％以上が粒子径2.0mm以下で、密度2.4〜2.8g/cm3の細骨材100部に対して、吸水率15％以下、最大粒子径1.0mm以下、及びかさ密度0.1〜1.0g/cm3以下の軽量細骨材を４〜15部配合した混合骨材を含有するものである。
【００１３】
本発明で使用する90％以上が粒子径2.0mm以下で、密度2.4〜2.8g/cm3の細骨材とは、粒子径や密度がこの範囲であれば特に限定されるものではなく、例えば、川や山から産出する骨材を粒度調整して得られるものが使用可能であり、そのうち、主成分が炭酸カルシウムの石灰石を原料とする細骨材が好ましい。
粒子径が2.0mmを超えると跳ね返りが増加する場合があり、粒子径2.0mm以下が90％未満では、吹付けたとき、大きい粒子径の骨材割合が増加するため、跳ね返り量が増加する場合がある。
また、密度が2.4g/cm3未満では骨材強度が低下する場合があり、2.8g/cm3を超えると跳ね返りが増加する場合がある。
【００１４】
本発明で使用する吸水率15％以下、最大粒子径1.0mm以下、及びかさ密度0.1〜1.0g/cm3の軽量細骨材とは、吸水率、最大粒子径、及びかさ密度がこの範囲であれば特に限定されるものではなく、通常、軽量骨材と言われているもので、シラスバルーンや黒曜石等のうち、吸水率、最大粒子径、及びかさ密度がこの範囲内のものが使用可能である。そのうち、骨材強度が高いためガラス質のものが好ましい。
軽量細骨材の吸水率は、モルタルを練り混ぜるときの流動性に影響を与え、吸水率が小さいほど流動性が低下する恐れが少なく、本発明では、吸水率が15％以下である。
また、吸水率が少ない軽量細骨材は、独立気泡を多く有する発泡体であるため、水分吸収による流動性への影響が少なく、軽量細骨材は独立気泡を有する発泡体であることが好ましい。
軽量細骨材の最大粒子径が1.0mmを超えると鏝仕上げを行うと仕上げ面が平滑になり難く、かさ密度が0.1g/cm3未満では練り混ぜた時に単位容積質量が小さくなりすぎ強度発現性が悪くなる場合があり、1.0g/cm3を超えると跳ね返りの低減効果が低下する場合がある。
軽量細骨材の使用量は、細骨材100部に対して、４〜15部が好ましい。４部未満では吹付けたときにダレや剥落が多くなる場合があり、15部を超えるとモルタルの圧送性や耐久性に支障をきたす場合がある。
【００１５】
混合骨材の使用量は、セメント100部に対して、150〜300部が好ましい。150部未満では吹付けたときにダレが多くなる場合があり、300部を超えると跳ね返りが多くなる場合がある。
【００１６】
本発明で使用す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、及びポリカルボン酸系等が挙げられ、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部に対して、0.05〜0.5部が好ましく、0.08〜0.2部がより好ましい。0.05部未満では流動性を改善する効果が発揮されない場合があり、0.5部を超えると流動性が良すぎ、吹付けたときにダレや跳ね返りが多くなる場合がある。
本発明の流動化剤の混合方法は特に限定されるものではないが、例えば、あらかじめセメントに、また、セメントや水に分散しておくことが好ましい。
【００１７】
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可能である。
繊維の種類としては、ビニロン繊維やプロピレン繊維に代表される高分子繊維類、鋼繊維、ガラス繊維、及び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部に対して、0.05〜２部が好ましく、0.1〜１部がより好ましい。0.05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、２部を超えるとモルタルの流動性に悪影響を与える場合がある。
【００１８】
本発明では、必要に応じ防錆剤、収縮低減剤、消泡剤、防凍剤、抗菌剤、及び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。
【００１９】
本発明の吹付け材料と混合する水量は、モルタルのポンプ圧送性、吹付け性、及び硬化物性を得るため、通常、セメント100部に対して、30〜70部が好ましく、35〜50部がより好ましい。30部未満ではモルタルの流動性が低下する場合があり、70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。
【００２０】
本発明の吹付け材料の施工方法は、吹付け材料と水とを混合し、練り混ぜたモルタルをポンプで圧送し、圧送途中で圧縮空気を合流混合して吹付ける方法であれば、吹付けシステムや方法は特に限定されるものではない。
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り、吹飛ばし性をよくするために、吹付け先端を細くした吹付けノズルを用いることが好ましく、吹付けノズル先端にパイプをセットしてモルタルの飛散を防止する方法も可能である。
【００２１】
【実施例】
以下、実験例により本発明を詳細に説明する。
【００２２】
実験例１
セメント100部、超微粉２部、増粘剤0.2部、膨張材５部、及び細骨材100部に対して、表１に示す量の軽量細骨材を混合した混合骨材200部を加え、モルタルを調製した。
調製したモルタル100部に対して、水を13部、該モルタル中のセメント100部に対して、ポリマーを固形分で６部混合し、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、ノズル口径10mmの市販ノズルを用いて、モルタル吐出量0.6m3/h、圧縮空気圧0.75MPa、及び圧縮空気量0.4m3/hの吹付け条件で吹付け、厚吹き性と跳ね返り率を測定した。その結果を表１に併記する。
【００２３】
＜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
超微粉    ：シリカフューム、市販品
増粘剤    ：メチルセルロース、市販品
膨張材    ：アウイン系膨張材、市販品
細骨材    ：新潟県青海町産石灰砂、最大粒子径2.0mm、密度2.67g/cm3
軽量細骨材：かさ密度0.65g/cm3、吸水率5.2％、最大粒子径0.6mm、市販品
ポリマー  ：スチレン・ブタジエンゴムラテックス、固形分45％、市販品
【００２４】
＜測定方法＞
厚吹き性  ：コンクリート製パネルを天端に設置し、パネルとノズルとの距離を30cmとして吹付け、１回の吹付けでの吹付け量が10cm以上のとき〇、10cm未満のとき×とした。
跳ね返り率：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量を計測し下記式により算出した。
跳ね返り率(％)＝[跳ね返った量(kg)／時間あたりのモルタル吐出量(kg/min)×吹付け時間(min)]×100
【００２５】
【表１】
0003768172.tif 000002
【００２６】
表１より、本発明の吹付け材料は厚吹き性に優れ、跳ね返り率が低いことが判る。
【００２７】
実験例２
セメント100部、表２に示す超微粉、増粘剤0.2部、膨張材５部、及び細骨材100部に対して、軽量細骨材６部を混合した混合骨材を、セメント100部に対して200部加えて、モルタルを調製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。
【００２８】
【表２】
0003768172.tif 000003
【００２９】
表２より、本発明の吹付け材料は厚吹き性に優れ、跳ね返り率が低いことが判る。
【００３０】
実験例３
セメント100部、超微粉２部、表３に示す増粘剤、膨張材５部、及び細骨材100部に対して、軽量細骨材６部を混合した混合骨材を、セメント100部に対して200部加えて、モルタルを調製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。
【００３１】
【表３】
0003768172.tif 000004
【００３２】
表３より、本発明の吹付け材料は厚吹き性に優れ、跳ね返り率が低いことが判る。
【００３３】
実験例４
セメント100部、超微粉２部、増粘剤0.2部、膨張材５部、及び細骨材100部に対して、軽量細骨材６部を混合した混合骨材を、セメント100部に対して200部加えてモルタルを調製した。
調製したモルタル100部に対して、水を13部、セメント100部に対して、固形分で表４に示すポリマーを加え、パン型左官ミキサーで練り混ぜたこと以外は実験例１と同様に吹付け、その圧縮強度と中性化深さとを測定した。結果を表４に併記する。
【００３４】
＜測定方法＞
圧縮強度  ：供試体は４×４×16cmの３連型枠に吹付け、JIS A 1171に準拠し、材齢28日で圧縮強度試験を行った。
中性化深さ：供試体は４×４×16cmの３連型枠に吹付け、JIS A 1171に準拠して養生した材齢28日の供試体を、炭酸ガス濃度５％、温度30℃、及び湿度60％の促進条件のもと、促進中性化試験槽で28日間貯蔵し、その後、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。
【００３５】
【表４】
0003768172.tif 000005
【００３６】
表４より、本発明の吹付け材料はポリマーを使用することにより、圧縮強度の低下が少なく、中性化が著しく抑制されることが判る。
【００３７】
実験例５
セメント100部、超微粉２部、増粘剤0.2部、表５に示す膨張材、及び細骨材100部に対して、軽量細骨材６部を混合した混合骨材を、セメント100部に対して200部加えてモルタルを調製したこと以外は実験例１と同様に吹付け、圧縮強度とひびわれ発生状況を測定した。結果を表５に併記する。
【００３８】
＜測定方法＞
ひび割れ発生状況：コンクリートパネルに吹付け後、鏝仕上げを行って厚みを20mmに調整した。56日間屋外に暴露しひび割れの有無を目視で観察した。
【００３９】
【表５】
0003768172.tif 000006
【００４０】
表５より、本発明の吹付け材料は膨張材を使用することにより、圧縮強度の低下がなく、ひび割れの発生が無いことが判る。
【００４１】
実験例６
セメント100部、超微粉２部、増粘剤0.2部、膨張材５部、表６に示す流動化剤、及び細骨材100部に対して、軽量細骨材６部を混合した混合骨材を、セメント100部に対して200部加えてモルタルを調製した。
調製したモルタル100部に対して、水を12部、セメント100部に対して、ポリマーを固形分で６部加え、パン型左官ミキサーで練り混ぜたこと以外は実験例１と同様に吹付け、モルタルのフローと圧縮強度とを測定した。結果を表６に併記する。
【００４２】
＜使用材料＞
流動化剤  ：メラミン系流動化剤、市販品
【００４３】
＜測定方法＞
フロー    ：JIS R 5201に準拠した。
【００４４】
【表６】
0003768172.tif 000007
【００４５】
表６より、本発明の吹付け材料は流動化剤を使用することにより、フローが向上し、圧縮強度の低下が殆どないことが判る。
【００４６】
実験例７
セメント100部、超微粉２部、増粘剤0.2部、並びに、表７に示す膨張材、流動化剤、及び繊維を加え、細骨材100部に対して、軽量細骨材６部を混合した混合骨材を、セメント100部に対して200部加え、モルタルを調製したこと以外は実験例１と同様に吹付け、モルタルのフロー、跳ね返り率、圧縮強度、及び曲げタフネスを測定した。結果を表７に併記する。
【００４７】
＜使用材料＞
繊維      ：ビニロン繊維、繊維長６mm、市販品
【００４８】
＜測定方法＞
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７】
0003768172.tif 000008
【００５０】
表７より、本発明の吹付け材料は、膨張材、流動化剤、及び繊維を使用することにより、フロー、跳ね返り率、及び圧縮強度に優れ、曲げタフネスが著しく向上することが判る。
【００５１】
実験例８
セメント100部、超微粉２部、増粘剤0.2部、膨張材５部加え、細骨材100部に対して、表８に示すかさ密度の軽量細骨材６部を混合した混合骨材を、セメント100部に対して200部加えてモルタルを調製したこと以外は実験例１と同様に吹付け、跳ね返り率と圧縮強度を測定した。結果を表８に併記する。
なお、かさ密度の調整は軽量細骨材の発泡度合や粒度を変化させることで行った。
【００５２】
＜使用材料＞
かさ密度0.08g/cm3の軽量細骨材：吸水率8.2％、最大粒子径1.0mm
かさ密度0.18g/cm3の軽量細骨材：吸水率7.8％、最大粒子径1.0mm
かさ密度0.65g/cm3の軽量細骨材：吸水率5.2％、最大粒子径0.6mm
かさ密度0.92g/cm3の軽量細骨材：吸水率4.9％、最大粒子径0.6mm
かさ密度1.18g/cm3の軽量細骨材：吸水率5.0％、最大粒子径0.6mm
【００５３】
【表８】
0003768172.tif 000009
【００５４】
表８より、かさ密度が大きくなると跳ね返り率が増加し、かさ密度が小さくなると圧縮強度が低下する傾向を示し、適度なかさ密度範囲があることが判る。
【００５５】
実験例９
表９に示す吸水量の異なる軽量細骨材を用いたこと以外は実験例８と同様に、モルタルを調整し吹付けを行いフローを測定した。その結果を表９に示す。
【００５６】
＜使用材料＞
吸水率68.1％の軽量細骨材：真珠岩パーライト、かさ密度0.16g/cm3、最大粒子径1.0mm、市販品
吸水率13.5％の軽量細骨材：シラスバルーン、かさ密度0.59g/cm3、最大粒子径1.0mm、市販品
【００５７】
【表９】
0003768172.tif 000010
【００５８】
表９より、吸水率が大きいとフローが低下することが判る。
【００５９】
実験例１０
表１０に示すように最大粒子径が異なる軽量細骨材を用いたこと以外は実験例８と同様にモルタルを調整し吹付けを行い鏝仕上げ性を評価した。その結果を表１０に併記する。
なお、最大粒子径の調整は軽量細骨材の粒度を調整することで行い、かさ密度や吸水率はほぼ同じである。
【００６０】
＜使用材料＞
最大粒子径1.5mmの軽量細骨材：かさ密度0.62、吸水率6.3％
最大粒子径0.8mmの軽量細骨材：かさ密度0.64、吸水率5.9％
最大粒子径0.6mmの軽量細骨材：かさ密度0.65、吸水率6.1％
【００６１】
＜測定方法＞
鏝仕上げ性：壁に厚さ30mm程度となるように吹付けて、金鏝を用いて３回同一箇所の表面を均す。その時、仕上げ面に骨材の凹凸が明確に確認されれば×、さほど目立たず平滑に仕上がっていれば〇とした。
【００６２】
【表１０】
0003768172.tif 000011
【００６３】
表１０より、最大粒子径が大きいと鏝仕上げ性が悪くなることが判る。
【００６４】
実験例１１
表１１に示すように最大粒子径が異なる細骨材を用いたこと以外は実験例８と同様にモルタルを調整し吹付けを行い跳ね返り率を測定した。その結果を表１１に示す。
なお、最大粒子径の調整は細骨材の粒度を調整することで行い、吸水率や密度はほぼ同じである。
【００６５】
＜使用材料＞
最大粒子径2.5mmの細骨材：密度2.66、吸水率1.2％
最大粒子径1.0mmの細骨材：密度2.67、吸水率1.1％
【００６６】
【表１１】
0003768172.tif 000012
【００６７】
表１１より、最大粒子径が小さくなると跳ね返り率が減少することが確認できる。
【００６８】
【発明の効果】
本発明の吹付け材料を用いることにより、セメントモルタルの跳ね返りや脱落が少なく、効率的な施工が可能となり、厚付けや大断面の施工ができるだけでなく、ひび割れが少ない。また、分割して吹付けを行う手間が省けるので施工スピードの短縮化が図れる。