淺沼組技術研究報告 №25(2013)

３．補修用ポリマーセメントモルタルの耐久性に関する実験
Experiments on Durability of Polymer-Modified Mortar
立松 和彦＊１

要 旨
市販品および既知の調合のポリマーセメントモルタルを対象に、乾燥収縮、促進中性化、塩化物イオン浸透深さ、凍結融解の耐久性に関する実験を行った。その結果、実験に使用した市販のポリマーセメントの中性化速度は、実施工を想定した養生条件においても一般的なコンクリート（W/C=55%）よりも小さいこと、市販材料の多くが凍結融解に対する抵抗性を有することなどを確認できた。
キーワード：ポリマーセメントモルタル／耐久性／補修／中性化／乾燥収縮／塩化物イオン浸透深さ／凍結融解
１．はじめに

表－1 ポリマーセメントモルタルのポリマー種類・量
およびフレッシュ・強度性状

ポリマーセメントモルタルは、建物の補修・補強等において必要不可欠な材料であるが、耐久性に関する知見が少ないことから、それらに関するデータの蓄積 1)およACDEFGIJKLMNOび評価が必要である。本報告では、市販品および既知の調合のポリマーセメントモルタルを対象に、乾燥収縮、促進中性化、塩化物イオン浸透深さ、凍結融解の耐久性に関する実験結果を報告する。

市
販
品

２．実験概要2.1 使用材料
本実験で使用した市販のポリマーセメントモルタルのポリマー ポリマーセメント比 モルタルフ( ) は単位ﾎﾟﾘﾏｰ量 ロー(mm)
種類
EVA
4～8％
128
約2％
EVA
197
VVA
5～10％
168
PAE
4～10％
150
約4％
PAE
161
PAE
4～5％
147
PAE
4％以下
161
PAE
5～10％
152
PAE
1～5％
192
PAE
2～5％
171
PAE
2～6％
177
188
無し
－3EVA
193
4.2％(20kg/m )3EVA
192
10.5％(50kg/m )区別 記号調合
既知P

空気量(％)
5.8
8.5
6.4
8.5
7.75.2
155.210.24.813.53.53.2

圧縮強さ2(N/mm )50.6
75.255.0
51.5
81.0
67.4
48.1
65.3
43.3
74.855.666.461.5

3.657.0

特性を表－1 に示す。表中の A～J および N～O は文献 1)に示した材料と記号を合わせている。ポリマー種類は、

表－2 下地コンクリートに使用した材料

エチレン・酢酸ビニル共重合樹脂（略称：EVA）、酢酸ビニル・バーサテート共重合樹脂（略称：VVA）、アクリル酸エステル共重合樹脂（略称：PAE）が使用されている。
ポリマー量は、市販品についてはポリマーセメント比セメン ト

普通ポ ルトラ ンドセ メント （密度 :3.15g/cm 3 ）粗骨 材

茨城県 つくば 市産砕 石（表乾 密度 :2.69g/cm 3 ・ 実積率 :60.0%）

細骨 材（P/C）で表し、各材料の混入量はメーカーからの情報提供の通り記載している。調合既知のモルタルについては、混和 剤

3P/C と単位ポリマー量（kg/m ）を併記している。

茨城県 行方市 産陸砂 、栃木 県佐野 市産砕 砂混合（表乾 密度 :2.61g/cm 3 ・ 粗粒率 :2.69 ）リグニ ンスル フォン 酸塩系 AE減 水剤（標準 型Ⅰ種 ）既知の調合のポリマーセメントモルタルについては、
セメントは、普通ポルトランドセメント、細骨材は、大井川産川砂（粗粒率：2.97、表乾密度：2.63g/cm3、吸水表－3 下地コンクリートの調合と圧縮強度
s/a(％)(％)

CWSGAE(N/mm )

55.0

46.6

324

178

8219683.4732.7

率：1.81%）を使用した。ポリマーは，JIS A 6203 に規定1)される EVA を使用した。それぞれの特性値は文献 に示

3W/C

単位量 (kg/m )圧縮強度2されている。調合は、水セメント比 50%、セメント砂比（質量比）を 1:3 とした。
2.2 試験体

躯体保護効果の確認のために使用した下地コンクリー
トは、水セメント比 55%、目標スランプ 18cm、目標空気(1) 中性化試験量 4.5%のレディーミクストコンクリートを使用した。使

中性化の試験体は、ポリマーセメントモルタルのみの用材料を表－2 に、調合および促進中性化開始時（材齢試験体Ⅰと、コンクリート片面にポリマーセメントモル42 日）の圧縮強度を表－3 に示す。
*１技術研究所環境・生産研究担当

タルを 10mm または 30mm 施工した試験体Ⅱの 2 種類と3-1淺沼組技術研究報告 №25(2013)

10または30した。試験体の形状・寸法を図－1 に、実験の要因を表100－4 に示す。試験体Ⅱは、材齢 7 日まで試験体をビニー

アルミテープ

アルミテープコンクリート打設面

コンクリート打設面

ポリマーセメント
モルタルコンクリートルシートで覆って急激な乾燥を防止し、下地コンクリー
100

トの材齢 14 日にポリマーセメントモルタルを施工した。

100ポリマーセメントモルタル(2) その他の試験
中性化以外の試験項目は、乾燥収縮、塩化物イオン浸アルミテープ

アルミテープ

透抵抗性、凍結融解抵抗性とし、表－5 に試験方法およ（単位；mm）

び試験体の寸法を、表－6 に試験体の要因と水準を示す。

試験体Ⅰ

試験体の前養生は、表－6 に示す通りとした。

試験体Ⅱ

図－1 中性化試験体の形状・寸法

2.3 試験方法
表－4(1) 促進中性化試験
促進中性化試験は、JIS A 1153 に従い、試験開始材齢を試験体種類28 日として、20℃・60%R.H.、炭酸ガス濃度 5%の条件で使用材料

1, 4, 8, 13, 26 週経過時点の中性化深さを測定した。中性化深さの測定は、試験体Ⅰは、割裂面の両面を計 10 点測定

養生方法

中性化試験体の要因と水準

試験体Ⅰ：ポリマーセメントモルタルのみ
試験体Ⅱ：コンクリート＋ポリマーセメントモルタル
14種類 （表-1のA～P）
試験体ⅠJIS A 1171

2日脱型(湿空)+水中5日+21日気中

シート養生

2日脱型(湿空)+気中26日

試験体Ⅱ 実施工養生 2日脱型(湿空)+シート養生5日+21日気中施工厚さし、試験体Ⅱは、コンクリート面とポリマーセメントモ

試験体Ⅱ 10mmおよび 30mm

ルタル面の各 5 点ずつ測定した。
表－5(2) 乾燥収縮試験
乾燥収縮試験は、前養生後、JIS A 1129-2（コンタクトゲージ方法）に従い、20℃・60%R.H.の恒温恒湿室で試験体の基長を測定し、その後の保存期間 1, 2, 4, 8, 13, 26 週に測長して、長さ変化率を求めた。なお前養生は、表－6に示すように JIS A 1171 による方法（JIS 養生）とシートその他の試験項目・試験方法および試験体寸法

試験項目（ｱ）乾燥収縮（ｲ）塩化物イオン浸透抵抗性（ｳ）凍結融解抵抗性

試験方法
JIS A 1129-2
JIS A 1171
JIS A 1148*

試験体の寸法 (mm)40×40×160
100×100×100
40×40×160* 試験体の寸法は、JIS A 1171 に従った養生との 2 種類とした。
表－6 その他の試験体の要因と水準(3) 塩化物イオン浸透深さ試験

使用材料 14種類 （表-1のA～P）
JIS A 1171 2日脱型+水中5日（試験開始材齢7日）（ｱ）
シート養生 2日脱型 （試験開始材齢2日）
前養生
方法
2日脱型+水中5日+21日気中（ｲ）（ｳ） JIS A 1171
（試験開始材齢28日）
JIS A 1129 乾燥期間1、2、4、8、13、26週（ｱ）
JIS A 1171 乾燥期間28日
測定期間(ｻｲｸﾙ)
JIS A 1171 浸せき期間28日（56日を追加）（ｲ）
JIS A 1148 300サイクル（ｳ）
JIS A 1171 ただし、200サイクル

塩化物イオン浸透深さ試験は、JIS A 1171 に従い、前養生後、温度 20℃で JIS A 6205 の付属書 1 に規定する塩分溶液に浸せきし、28 日、56 日経過した後に取り出した。
塩化物イオン浸透深さの測定は、割裂面に 0.1%フルオレセインナトリウム水溶液および 0.1N 硝酸銀溶液を噴霧して、蛍光を発する部分を塩化物イオン浸透域とし、塩化物イオンが浸透した 1 側面 5 か所ずつ、計 10 か所を測定した。なお前養生は、JIS A 1171 に従い、材齢 2 日で脱型の後 5 日間水中養生し、その後 21 日間 20℃・60%R.H.

ここに、Ed ：動弾性係数(N/m2)の恒温恒湿室で静置した。

ρ(4) 凍結融解試験：試験体密度(kg/m3)

Vp ：超音波音速(m/s)

凍結融解試験は、JIS A 1148 に従い、前養生後、試験体の水中凍結水中融解を 300 サイクル行い、凍結融解に対する抵抗性を評価するために相対動弾性係数を求めた。
前養生は、JIS A 1171 に従い、材齢 2 日で脱型の後 5 日間

３．実験結果および考察

水中養生し、その後 21 日間 20℃・60%R.H.の恒温恒湿室

3.1 促進中性化試験の結果
図－2 に、養生条件ごとのポリマーセメントモルタルおで静置した。動弾性係数は、測定器により試験体長手方よび下地コンクリートの中性化速度係数を示す。中性化向の縦超音波の伝搬時間から超音波の音速を測定し、式速度係数は、各材齢での試験結果を(2)式に代入し、最小(1)により簡易的に算出した。

EdVp

2二乗法により求めた。なお、試験体Ⅱの実施工養生については、10mm 厚と 30mm 厚の平均値で、下地コンクリ

(1)

3-2

淺沼組技術研究報告 №25(2013)

C

中性化速度係数(mm/week0.5)

ートは全試験体の平均で表した。
(2)

A t

ここに、 C ：中性化深さ(mm)A ：中性化速度係数(mm/week0.5)
t ：試験材齢(week)

5

JIS養生
シート養生
実施工養生

43210A

中性化速度係数は、ポリマーセメント種類により大きく異なっており、ほとんど中性化が進行しないものから、したコンクリート（W/C=55%）よりも小さい値である。

生に比べ、シート養生の中性化速度係数は、1.5～2 倍程度大きくなり、初期養生による影響が大きいことが確認される。また、実施工養生は、JIS 養生とシート養生の中間かシート養生程度となる材料が多い。

50

推定中性化深さ(mm)が多い。養生条件の影響は、全般的な傾向として、JIS 養DEFG

I J K L
試験体記号M N

OPｺﾝｸﾘｰﾄ
ｺﾝｸﾘｰﾄW/C55%

図－2 促進中性化試験の結果

最大で約 3.5mm/week0.5 となるが、いずれの材料も下地とまた、普通モルタル（記号 N）と同等かそれ以下のもの

C

コンクリートのみ
K-10mm
K-30mm
P-10mm
P-30mm4030201003.2 躯体保護効果の評価

0

コンクリート面に施工したポリマーセメントモルタルの中性化に対する躯体保護効果について、李らの文献 2)204060
試験材齢(week)

80

100

図－3 中性化深さの推定結果における考え方に基づき評価を行った。李らの考え方では、表層部のモルタルでの CO2 の拡散に着目し、モルタル層の厚さ(d)、モルタルとコンクリートの Ca(OH)2 量の13 週で推定中性化深さが塗り厚の 10mm を超えて約比より(3)式を用いて中性化抵抗 R(week)を求め、(2)式（C14mm になっていることからもそのことがわかる。その他≦d の場合）および(4)式（C＞d の場合）で中性化深さをの材料については、中性化がモルタル層で留まっており、推定している。

AA

RCA

その前にコンクリートが中性化することはなかった。

2(H / H m )(t T ) R 2RdA

3.3 乾燥収縮試験の結果(3)

図－4 および図－5 に、ポリマーセメントモルタル種類および養生条件毎の乾燥収縮率を示す。調合既知の材料（N, O, P）において、乾燥収縮率は、ポリマーの添加に(4)より大きくなるが、O, P の差はなく、ポリマー量による影響は認められない。一方市販品では、乾燥期間 28 日では、195×10-6～859×10-6、乾燥期間 182 日では、654×10-6

ここに、A’ ：コンクリートの中性化速度係数(mm/week0.5)
d ：モルタル厚さ(mm)T ：モルタル層全てが中性化する時間(week)
H/Hm：Ca(OH)2 量比（ここでは材料 P の単位セメント量比 0.66）～2043×10-6 の間にあり、W/C=50%、セメント砂比（重量比）1:3 のプレーンモルタル（試験体記号 N）と比較して、試験体によって（すなわちポリマーセメントモルタルの種類により）収縮が大きいものと小さいものとの差が大きかった。JIS 養生 182 日を例に取ると、C, E, K, L

図－3 に、コンクリートのみ（W/C=55%）と、最も中の４種類が N より収縮が小さく、F, G, J, M の４種類が N

性化速度係数の大きい市販品の K および調合既知の P をと同程度、A, D, I, O, P の５種類が N より大きな収縮を示

それぞれ 10mm および 30mm 塗り重ねた場合の中性化深した。

さの推定結果を示す。市販品の K においても、下地のコ養生条件の違いとしては、一部を除いて、乾燥期間 28ンクリートと比較すると中性化速度は小さいため、10mm日、182 日共に JIS 養生の結果が大きくなった。その理由厚であっても中性化の進行は（若干であるが）抑制できとして、乾燥開始材齢が 2 日であるシート養生の場合にていることが分かる。また、実験においては、試験体 Dは、基長測定時点で脱型時（材齢 2 日）までの乾燥が含および試験体 K の 10mm 厚施工のものは試験材齢 13 週にまれており、脱型後標準養生して材齢 7 日から乾燥を開おいてモルタル層が全て中性化し、コンクリート部分が始する JIS 養生と比較して相対的には収縮量が小さくな中性化し始めた。図－3 中において、K-10mm は試験材齢ったものと推測される。

3-3

淺沼組技術研究報告 №25(2013)

14JIS養生2000

塩化物イオン浸透深さ（mm）

乾燥収縮率（×10-6）2500
試験材齢：28日

シート養生

1500
1000
500

28日

1256日

10864200A

C

DEF

GI

JKL

M NOAPC

DE

F

試験体記号

図－4 乾燥収縮試験の結果（28 日）

JK

210サイクル

120JIS養生

試験材齢：182日

相対動弾性係数（％）

乾燥収縮率（×10-6）I

L M N OP図－6 塩化物イオン浸透深さ試験の結果

2500
2000

G

試験体記号

シート養生

1500
1000
500

300サイクル

100806040200A0A

CDEFGIJKLM N OPCDEFGIJKL M N OP

試験体記号

試験体記号

図－7 凍結融解試験の結果

図－5 乾燥収縮試験の結果（182 日）
3.5 凍結融解試験の結果
JIS A 1171 では、長さ変化を測定する材齢を 28 日と規図－7 に、ポリマーセメントモルタル種類毎の相対動弾定している。今回の実験において材齢 28 日の場合では、性係数を示す。JIS A 1171 では、200 サイクルでの比較と記号 N のプレーンモルタルを含めどのポリマーセメントなっているが、本実験では 30 サイクルごとに測定したた-6モルタルでも乾燥収縮率は 900×10 以下となっている。

め、210 サイクルで評価することとした。調合既知の材料

しかし、乾燥期間 182 日での乾燥収縮率は、最大で約 2200（記号 N, O, P）において、210 サイクルの相対動弾性係-6×10 に達するものもあり、面積の大きい箇所等で使用す数は、試験体記号 N を除き全てで 85%以下となった。210る場合には、乾燥収縮によるひび割れ等の影響を検討すサイクルではポリマー添加量の増加により低下する傾向る必要があると考えられる。

が認められた。しかし、300 サイクルまでのサイクル数と3.4 塩化物イオン浸透深さ試験の結果動弾性係数の関係では、記号 N のプレーンモルタルと比図－6 に、ポリマーセメントモルタル種類毎の塩化物イ較して相対動弾性係数は低下するものの、添加量によるオン浸透深さを示す。調合既知の材料（記号 N,O,P）では、大きな差はなかった。一方、市販品の 11 種類のうち、相3ポリマー添加量が 20kg/m （記号 O）の浸漬期間 56 日に対動弾性係数が 85%を下回ったものは、210 サイクルでおいて塩化物イオン浸透深さは小さくなるものの、それ試験体記号 A, D の 2 種類、300 サイクルで A, D, J の 3 種以外の影響はほとんどみられない。市販品では、浸透深類となり、それ以外の 8 種類は 300 サイクルまで相対動

さ 0mm の試験体記号 C を除くと、浸漬期間 28 日で 3.0

弾性係数が 85％以上であった。市販品の多くが凍結融解～8.2mm、浸漬期間 56 日で 4.8～12.2mm で、既調合モルに対する抵抗性を有することが確認できた。

タルでは浸漬期間 28 日で 6.9～8.2mm、浸漬期間 56 日で9.0～12.2mm の範囲にあり、ポリマーセメントモルタルの４．まとめ種類による違いは少ない。

本実験により得られたポリマーセメントモルタルの耐また、市販品（試験体記号 A～M）とプレーンモルタ久性についての知見は以下のとおりである。

ル（試験体記号 N）との比較では、浸漬期間 28 日および(1) 実験に使用した市販のポリマーセメントモルタルの56 日とも、全ての市販品の塩化物イオン浸透深さがプレ中性化速度は、実施工を想定した養生条件においてーンモルタルより小さくなった。

も一般的なコンクリート（W/C=55%）よりも小さか

3-4淺沼組技術研究報告 №25(2013)

った。また、このような材料を表層に施工すること

学術講演梗概集、A-1、pp.277-282、2011.8.

によりコンクリートの中性化の進行が抑制できるこ4) 高橋祐一ほか：補修用ポリマーセメントモルタルの耐久性にとが確認された。

関する検討およびその評価、日本建築学会技術報告集、(2) 乾燥収縮率は、乾燥期間 28 日で 900×10-6 以下となっVol.19、No.43、pp.813-818、2013.10.

たが、乾燥期間 182 日では最大で約 2200×10-6 と大きい材料も存在した。
(3) 塩化物イオン浸透深さは、プレーンモルタルと比較して小さくなった。
(4) 相対動弾性係数は、市販品 11 種類のうち 3 種類で85%を下回ったものの、それ以外の 8 種類は 85％以上であった。

なお、本研究は、(一社)日本建設業連合会内に設けたかぶり厚さ確保研究会と(独)建築研究所の共同研究として実施したものである。かぶり厚さ確保研究会は、鹿島建設、東洋建設、竹中工務店、大林組、大成建設、間組、錢高組、熊谷組、長谷工コーポレーション、鴻池組、清水建設、淺沼組、五洋建設、佐藤工業、東亜建設工業、戸田建設、西松建設、前田建設工業、安藤建設、大木建
設、西武建設、大末建設、大日本土木、東急建設、飛島建設、三井住友建設、奥村組、鉄建建設、ピーエス三菱、フジタの 30 社が参画した。なお、本報の内容は、文献 3)と文献 4)に掲載済みである。
また、共同研究全体を通した報告書が(一社)日本建設業連合会と(独)建築研究所から、それぞれ下記の URL で公開されている（どちらも無償でダウンロード可能）ので、参考にされたい。
(一社)日本建設業連合会版ダウンロード URL：
http://www.nikkenren.com/publication/pdf/89/rckennchikubutunokaburiatusanosinnraiseikoujyounikannsur
ukenkyuu.pdf(独)建築研究所版ダウンロード URL：
http://www.kenken.go.jp/japanese/contents/publicat
ions/report/147/index.html［参考文献］
1) 濱崎仁ほか：補修用ポリマーセメントモルタルの力学性状および発熱性状に関する実験（その１～２）、日本建築学会大会
学術講演梗概集、A-1、pp.145-148、2010.9.
2) 李ほか：表層コンクリートの品質と中性化進行に関する解析的検討、日本建築学会構造系論文報告集、No.649、pp.499-504、2010.3.
3) 濱崎仁ほか：補修用ポリマーセメントモルタルの耐久性および吸発熱特性に関する実験（その１～３）、日本建築学会大会
3-5