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技術 速硬性グラウト組成物

出願人 太平洋マテリアル株式会社
発明者 中原和彦柴垣昌範丸田浩
出願日 2013年12月25日 (5年7ヶ月経過) 出願番号 2013-266317
公開日 2015年7月2日 (4年0ヶ月経過) 公開番号 2015-120624
状態 特許登録済
技術分野 セメント、コンクリート、人造石、その養生
主要キーワード 非接触センサー 成型直後 石油缶 初期膨張 グラウト工 金属製円筒 最大粒度 品質試験
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2015年7月2日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

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課題

材齢24時間まで充分な初期膨張性を付与できる速硬性グラウト組成物の提供。

解決手段

セメントカルシウムアルミネート類石膏過炭酸ナトリウム炭酸ナトリウム及び凝結遅延剤を含有し、前記セメント、カルシウムアルミネート類及び石膏の合計量100質量部に対し、炭酸ナトリウムの含有量が0.3〜1.2質量部、過炭酸ナトリウムの含有量が0.03〜0.2質量部である速硬性グラウト組成物。

概要

背景

土木構造物建築構造物構築又は補修、或いは機械の設置等において、流動性の高いセメント系グラウト材が用いられている。道路鉄道等の構造物補修工事等のように工事できる時間が限られている場合は、グラウト材充填後速やかに強度発現するグラウト材の使用が望まれていることもあり、速硬性のグラウト材が提案されている。従来のグラウト材は既設構造物との一体化を図る為に、初期膨張性、即ち無収縮性が付与されているものが多い。初期の膨張性を付与するためにアルミニウム粉末を配合したグラウト材が提案されている(例えば特許文献1参照)。しかし、速硬性のグラウト材においては安定して初期の膨張が得られない場合があるという課題があった。この課題に対して、過酸化物質を使用することで速硬性のグラウト材においても安定して初期の膨張が得られる超速硬セメント組成物が提案されている(例えば特許文献2参照)。

概要

材齢24時間まで充分な初期膨張性を付与できる速硬性グラウト組成物の提供。セメントカルシウムアルミネート類石膏過炭酸ナトリウム炭酸ナトリウム及び凝結遅延剤を含有し、前記セメント、カルシウムアルミネート類及び石膏の合計量100質量部に対し、炭酸ナトリウムの含有量が0.3〜1.2質量部、過炭酸ナトリウムの含有量が0.03〜0.2質量部である速硬性グラウト組成物。なし

目的

道路や鉄道等の構造物の補修工事等のように工事できる時間が限られている場合は、グラウト材の充填後速やかに強度発現するグラウト材の使用が望まれている

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

セメントカルシウムアルミネート類石膏過炭酸ナトリウム炭酸ナトリウム及び凝結遅延剤を含有し、前記セメント、カルシウムアルミネート類及び石膏の合計量100質量部に対し、炭酸ナトリウムの含有量が0.3〜1.2質量部、過炭酸ナトリウムの含有量が0.03〜0.2質量部である速硬性グラウト組成物

請求項2

更に、減水剤及び骨材から選ばれる1種又は2種以上を含有する請求項1記載の速硬性グラウト組成物。

請求項3

凝結遅延剤の含有量が、セメント、カルシウムアルミネート類及び石膏の合計量100質量部に対し、0.05〜0.3質量部である請求項1又は2記載の速硬性グラウト組成物。

請求項4

更に、炭酸カリウム及び炭酸リチウムから選ばれる1種又は2種の炭酸アルカリ金属塩を含有する請求項1〜3のいずれかに記載の速硬性グラウト組成物。

技術分野

0001

本発明は、速硬性グラウト組成物に関する。

背景技術

0002

土木構造物建築構造物構築又は補修、或いは機械の設置等において、流動性の高いセメント系グラウト材が用いられている。道路鉄道等の構造物補修工事等のように工事できる時間が限られている場合は、グラウト材充填後速やかに強度発現するグラウト材の使用が望まれていることもあり、速硬性のグラウト材が提案されている。従来のグラウト材は既設構造物との一体化を図る為に、初期膨張性、即ち無収縮性が付与されているものが多い。初期の膨張性を付与するためにアルミニウム粉末を配合したグラウト材が提案されている(例えば特許文献1参照)。しかし、速硬性のグラウト材においては安定して初期の膨張が得られない場合があるという課題があった。この課題に対して、過酸化物質を使用することで速硬性のグラウト材においても安定して初期の膨張が得られる超速硬セメント組成物が提案されている(例えば特許文献2参照)。

先行技術

0003

特許第3916326号公報
特開2006−104013号公報

発明が解決しようとする課題

0004

しかしながら、過酸化物質を使用しても場合によっては、発泡反応が早すぎて施工後に初期の膨張が充分に発揮されない場合がある、即ち、既設構造物との一体化が図れない可能性があることが、本発明者らの検討により分かってきた。
速硬性グラウト材は、実施工おいて、石油缶などの数L〜20L程度の金属製缶所要の水とともに投入されハンドミキサ混練され製造されることが多く、混練後、充填完了まで5分程度要することも多い。本発明者らの検討によって、過酸化物質を使用した速硬性グラウト材において、材齢5分における膨張量に対し、材齢24時間における膨張量がマイナス、即ち収縮することがあることが分かった。
本発明は、速硬性のグラウト材としたときに、材齢5分の初期膨張量に対し材齢24時間の初期膨張量が大きい、即ち、材齢24時間においても充分な膨張性(無収縮性)が付与できる速硬性グラウト組成物を提供することを課題とする。

課題を解決するための手段

0005

そこで、本発明者は、前記課題を解決すべく種々の検討を重ねた結果、速硬性グラウト材料過炭酸ナトリウム及び炭酸ナトリウム一定量組み合わせて配合することにより、材齢5分の初期膨張量に対し材齢24時間の初期膨張量が大きい速硬性グラウト組成物が得られることを見出し、本発明を完成した。

0006

すなわち、本発明は、次の〔1〕〜〔4〕を提供するものである。
〔1〕セメントカルシウムアルミネート類石膏、過炭酸ナトリウム、炭酸ナトリウム及び凝結遅延剤を含有し、前記セメント、カルシウムアルミネート類及び石膏の合計量100質量部に対し、炭酸ナトリウムの含有量が0.3〜1.2質量部、過炭酸ナトリウムの含有量が0.03〜0.2質量部である速硬性グラウト組成物。
〔2〕更に、減水剤及び骨材から選ばれる1種又は2種以上を含有する〔1〕記載の速硬性グラウト組成物。
〔3〕凝結遅延剤の含有量が、セメント、カルシウムアルミネート類及び石膏の合計量100質量部に対し、0.05〜0.3質量部である〔1〕又は〔2〕記載の速硬性グラウト組成物。
〔4〕更に、炭酸カリウム及び炭酸リチウムから選ばれる1種又は2種の炭酸アルカリ金属塩を含有する〔1〕〜〔3〕のいずれかに記載の速硬性グラウト組成物。

発明の効果

0007

本発明によれば、グラウト材としたときに、材齢5分の初期膨張量に対し材齢24時間の初期膨張量が大きい、即ち、充分な膨張性(無収縮性)が付与できる速硬性グラウト組成物が得られる。
本発明によれば、グラウト材としたときに、充分な無収縮性、流動性、速硬性を備える速硬性グラウト組成物が得られる。

0008

本発明の速硬性グラウト組成物は、セメント、カルシウムアルミネート類、石膏、過炭酸ナトリウム、炭酸ナトリウム及び凝結遅延剤を含有し、前記セメント、カルシウムアルミネート類及び石膏の合計量100質量部に対し、炭酸ナトリウムの含有量が0.3〜1.2質量部、過炭酸ナトリウムの含有量が0.03〜0.2質量部であることを特徴とする。

0009

本発明で云う速硬性とは、材齢3時間において10N/mm2以上の圧縮強度発現する性能を持つものを云う。

0010

本発明で用いるセメントとしては、普通、早強、超早強、低熱及び中庸熱等の各種ポルトランドセメントエコセメント、並びにこれらポルトランドセメント又はエコセメントに、フライアッシュ高炉スラグシリカフューム又は石灰石微粉末等を混合した各種混合セメント等が挙げられ、これらを一種単独で又は二種以上併用して用いることができる。ここで云うセメントは、カルシウムアルミネート類等の急硬成分を主体とするセメント、例えばアルミナセメント並びに太平洋セメント社製「スーパージェットセメント」(商品名)や住友大阪セメント社製「ジェットセメント」(商品名)等の超速硬セメントは含まれず、これらはカルシウムアルミネート類に含まれる。可使時間が長く且つ初期の強度発現が高いことから、セメントとして普通ポルトランドセメント又は早強ポルトランドセメント或いは普通ポルトランドセメント及び早強ポルトランドセメントを混合したものが好ましい。

0011

本発明で用いるカルシウムアルミネート類としては、CaOをC、Al2O3をA、Na2OをN、及びFe2O3をFとして表したとき、C3A、C2A、C12A7、C5A3、CA、C3A5、又はCA2等と表示される鉱物組成を有するカルシウムアルミネート、C2AF及びC4AF等と表示されるカルシウムアルミノフェライト、カルシウムアルミネートにハロゲンが固溶又は置換したC3A3・CaF2やC11A7・CaF2等と表示されるカルシウムフロロアルミネートを含むカルシウムハロアルミネート、C8NA3やC3N2A5等と表示されるカルシウムナトリウムアルミネート、カルシウムリチウムアルミネート、アルミナセメント、太平洋セメント社製「スーパージェットセメント」(商品名)や住友大阪セメント社製「ジェットセメント」(商品名)等の超速硬セメント、並びにC3A3・CaSO4等と表示されるカルシウムサルホアルミネートを総称するものである。このカルシウムアルミネート類は、結晶質のもの、非結晶質のもの及び非晶質と結晶質が混在したもののいずれも使用可能であり、前記カルシウムアルミネート類のうち一種又は二種以上を使用することが可能である。本発明で使用するカルシウムアルミネート類としては、カルシウムアルミネートが好ましく、アルミナセメントがより好ましい。
本発明においてカルシウムアルミネート類の含有量は、速硬性及び可使時間との両立の点から、特に低温での性状を考慮するとセメント100質量部に対して15〜85質量部が好ましく、より好ましくは、20〜80質量部とする。

0012

本発明で用いる石膏としては、無水石膏二水石膏又は半水石膏を主成分とする粉末であれば特に限定されないが、強度増進作用の観点からII型無水石膏を主成分とするものが好ましい。石膏は、セメント中アルミネート相及びカルシウムアルミネート類等と反応しエトリンガイト(3CaO・Al2O3・3CaSO4・32H2O)を生成させ、これにより速硬性が得られるとともに、グラウト硬化体の収縮を抑制することができる。使用する石膏の粉末度ブレーン法による比表面積で3000cm2/g以上のものが、反応活性が得られるので好ましい。より好ましくは粉末度が6000cm2/g以上の石膏類が良い。粉末度の上限は特に制限されないが、粉末度を高めるコストが嵩む割にはその効果が鈍化することから概ね15000cm2/g以下が適当である。

0013

本発明の速硬性グラウト組成物中における石膏の含有量は、流動性及び可使時間を確保し易く且つ初期強度が高いことから、セメント100質量部に対し15〜45質量部が好ましく、15〜40質量部がより好ましい。

0014

本発明で使用する凝結遅延剤は、速硬性グラウト材の適切な可使時間を得るために用いるものであり、セメント等の水硬性物質凝結遅延作用を及ぼすものであれば特に限定されるものではなく、例えば、クエン酸グルコン酸リンゴ酸および酒石酸等の有機酸またはその塩;ホウ酸ナトリウム等の無機酸塩;糖類等が挙げられ、これらのうちの一種又は二種以上が使用可能である。特にクエン酸、クエン酸塩、酒石酸及び酒石酸塩から選ばれる一種又は二種以上を用いると、速硬性グラウト材が流動性を有する時間が長く且つ初期の強度発現が高いことから好ましい。
本発明の速硬性グラウト組成物中の凝結遅延剤の含有量は、セメント、カルシウムアルミネート類及び石膏の合計量100質量部に対して、初期強度発現性及び可使時間確保の点から、0.05〜0.3質量部が好ましく、0.10〜0.2質量部がより好ましい。

0015

本発明においては、充分な無収縮性を得る点から、過炭酸ナトリウム及び炭酸ナトリウムを一定量含有する。本発明において、過炭酸ナトリウムの含有量は、セメント、カルシウムアルミネート類及び石膏の合計量100質量部に対し、充分な無収縮性を得ながら流動性を得やすいことから、0.03〜0.2質量部とする。0.03質量部未満では、材齢24時間の膨張率が材齢5分の膨張率よりも低くなり、充分な無収縮性が得られない。一方、0.2質量部を超えると、可使時間が短く、充填作業がし難い虞れがある。更に充分な無収縮性と流動性を得やすいことから0.04〜0.15重量部とすることが好ましく、0.04〜0.12重量部とすることがより好ましい。

0016

本発明では、炭酸ナトリウムを使用する。炭酸ナトリウムに代えて炭酸カリウムや炭酸リチウムを使用した場合は、材齢24時間の膨張率が材齢5分の膨張率よりも低くなり、充分な無収縮性が得られない。
本発明において、炭酸ナトリウムの含有量は、セメント、カルシウムアルミネート類及び石膏の合計量100質量部に対し、0.3〜1.2質量部である。0.3質量部未満では、初期膨張量即ち無収縮性が不充分となる虞があり、1.2質量部を超えると可使時間が短く、充填作業がし難い虞がある。より好ましくは、0.3〜1.0質量部であり、最も好ましくは0.3〜0.6質量部である。

0017

本発明の速硬性グラウト組成物においては、炭酸ナトリウムを上記の量含有する限り、他の炭酸アルカリ金属塩、例えば炭酸カリウム及び炭酸リチウムから選ばれる1種又は2種以上を含有していてもよい。当該炭酸ナトリウム以外の炭酸アルカリ金属塩の含有量は、炭酸ナトリウム1質量部に対して0〜0.6質量部が好ましく、0〜0.5質量部がより好ましい。

0018

本発明においては、流動性を得易いことから、減水剤を含有することが好ましい。本発明における減水剤とは、減水剤、高性能減水剤AE減水剤高性能AE減水剤及び流動化剤等のセメント分散剤のことであり、これらの一種又は二種以上を用いることができる。具体的には、ナフタレンスルホン酸系減水剤リグニンスルホン酸塩系減水剤ポリカルボン酸系減水剤メラミンスルホン酸塩系減水剤が挙げられる。
本発明において、減水剤の含有量は、流動性の確保及び材料分離又は強度低下防止の点から、セメント、カルシウムアルミネート類及び石膏の合計量100質量部に対し、0.01〜1質量部が好ましく、0.1〜0.5質量部がより好ましい。

0019

本発明において、充填量が多い場合に発熱量を下げることができることから、骨材を含有することが好ましい。本発明における骨材とは粗骨材及び細骨材のことであり、例えば、川砂海砂山砂砕砂人工細骨材スラグ細骨材再生細骨材川砂利海砂利山砂利砕石人工粗骨材スラグ粗骨材、再生粗骨材等が挙げられ、これらの一種又は二種以上の使用が可能であるが、充填性が高いことから骨材として細骨材を用いることが好ましい。
本発明において、骨材の含有量は、発熱量を下げる効果及び流動性の確保の点から、セメント、カルシウムアルミネート類及び石膏の合計量100質量部に対し、50〜250質量部が好ましく、より好ましくは、100〜200質量部である。

0020

本発明の速硬性グラウト組成物には、セメント、カルシウムアルミネート類、石膏、過炭酸ナトリウム、炭酸ナトリウム、凝結遅延剤、減水剤及び骨材以外に、上記以外の混和材料等の添加材の一種又は二種以上を本発明の効果を損なわない範囲で併用することができる。この添加材としては、例えばセメント用ポリマー、過炭酸ナトリウム以外の発泡剤起泡剤防水剤防錆剤収縮低減剤膨張材増粘剤保水剤顔料、繊維、撥水剤高炉スラグ微粉末、フライアッシュやシリカフューム等のポゾラン石粉等が挙げられる。

0021

本発明の速硬性グラウト組成物は、水を添加して使用する。添加する水の量は、流動性及び速硬性の点から、セメント、カルシウムアルミネート類及び石膏の合計量100質量部に対し、30〜45質量部であるのが好ましく、30〜40質量部がより好ましい。尚、本発明において使用する水の量は、水溶液エマルション等の液状の混和材料に含まれる水量も考慮したものとする。

0022

本発明の速硬性グラウト組成物は、水を加えて混練り後、土木構造物や建築構造物の構築、補修等において、空洞、空隙、隙間、くぼみ等に注入してグラウト材として使用される。

0023

次に実施例を挙げて本発明を更に詳細に説明するが、本発明はこれに限定されない。

0024

実施例1
セメントとカルシウムアルミネート類と石膏(結合材)の合計量100質量部に対し、過炭酸ナトリウム0.08質量部、アルカリ金属炭酸塩0.6質量部、遅延剤0.16質量部、減水剤0.35質量部、消泡剤0.02質量部、細骨材100質量部を乾式混合することで、速硬性グラウト組成物を作製した。このときのカルシウムアルミネート類の含有量はセメント100質量部に対し26質量部とし、石膏の含有量はセメント100質量部に対し20質量部とした。使用材料を以下に示した。
<使用材料>
・セメント:普通ポルトランドセメント(太平洋セメント社製)
・石膏:II型無水石膏(ブレーン比表面積:7100cm2/g)
・カルシウムアルミネート類:アルミナセメント(主成分:CaO・Al2O3)
・過炭酸ナトリウム:過炭酸ナトリウム(市販品)
・アルカリ金属炭酸塩a:炭酸ナトリウム(試薬関東化学社製)
・アルカリ金属炭酸塩b:炭酸リチウム(試薬 関東化学社製)
・アルカリ金属炭酸塩c:炭酸カリウム(試薬 関東化学社製)
・遅延剤:クエン酸(試薬 関東化学社製)
・減水剤:ナフタレンスルホン酸系高性能減水剤(市販品)
・消泡剤:サンノプコ社製消泡剤(市販品)
・細骨材:珪砂最大粒度:2.5mm、F.M.:2.80)

0025

作製した速硬性グラウト組成物100質量部と水17.6質量部をハンドミキサで混練し、速硬性グラウト材を作製した。まず、金属製円筒容器(直径:24cm、深さ:25cm)に、水道水1056gを入れ、ハンドミキサ(回転数:1000r.p.m.、攪拌羽根:直径100mm円盤)の攪拌羽根が水に接する状態で該羽根を回転させながら、速硬性グラウト組成物6000gを投入し、その後90秒間混練した。混練前の各材料の温度は20℃に調整し、混練、及び品質評価試験は、20℃の恒温室内で行った。作製したグラウト材の品質試験として、以下に示す試験を行った。結果を表1に示す。

0026

<品質評価試験>
流動性試験
土木学会基準JSCE−F 541−2010「充てんモルタルの流動性試験方法(案)」に従い、J14漏斗を用いて、混練直後流下時間を測定した。
初期膨張率試験
混練後直ちに直径50mm、高さ100mmの型枠成型し、上部表面に直径40mm、高さ1.5mmのプラスチック板を置き、非接触センサーにて成型直後から24時間までの長さ変化測定を行い、材齢5分と材齢24時間の測定値読み取り、材齢5分の初期膨張量に対し材齢24時間の初期膨張量が大きいものを良好(○)、小さいものを不良(×)と評価した。
・可使時間
速硬性グラウト材は多くは緊急工事等のグラウト工事に用いられることから、充填作業が可能な時間、つまり可使時間として、長時間は必要ないが5分間以上は必要である。そこで、JIS A 1147「コンクリート凝結試験方法」に準じて、作製した速硬性グラウト材の始発時間を測定した。作製した速硬性グラウト材は速硬性の為、始発時間の直前まで充填作業が可能であることから、始発時間を可使時間として評価し、始発時間で5分以上であるものを良好(○)、この範囲から外れるものを不良(×)と評価した。
・圧縮強度
土木学会基準JSCE−G 505−2010「円柱供試体を用いたモルタルまたはセメントペースト圧縮強度試験方法(案)」に準じて、材齢3時間における圧縮強度を測定した。供試体の寸法は、直径50mm、高さ100mmとした。また、養生は20℃の恒温槽内で、材齢直前まで型枠のまま湿潤養生とした。

0027

0028

実施例2
炭酸ナトリウムを使用し、表2に示す量の過炭酸ナトリウムを使用したこと以外は実施例1と同様に品質評価試験を行った。

0029

0030

実施例3
表3に示す量のアルカリ金属炭酸塩を使用したこと以外は実施例1と同様に品質評価試験を行った。

0031

実施例

0032

本発明の実施例に当たる速硬性グラウト材は、何れもグラウト材としての充分な流動性、無収縮性、可使時間及び材齢3時間における圧縮強度を備えていた。
炭酸ナトリウムを含んでいないアルカリ金属炭酸塩を用いた配合No.2およびNo.3の速硬性グラウト材は、初期膨張性(無収縮性)が不良(×)の評価であった。

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