モルタル用軽量骨材の製造方法
【課題】強度に優れ、かつ耐アルカリ性や耐透水性にも優れた、モルタル用軽量骨材の製造方法を提供する。
【解決課題】有機ポリマーのエマルションまたは溶液を発泡ガラスにコーティングし、余剰のエマルションまたは溶液を除去することからなる、モルタル用軽量骨材の製造方法。
【解決課題】有機ポリマーのエマルションまたは溶液を発泡ガラスにコーティングし、余剰のエマルションまたは溶液を除去することからなる、モルタル用軽量骨材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モルタル用軽量骨材の製造方法に関し、より詳細には発泡ガラスを用いたモルタル用軽量骨材の製造方法に関するものであり、モルタル用軽量骨材の用途は、軽量裏込モルタル（コンクリート）、軽量吹付けモルタル（コンクリート）、左官用プレミックス軽量モルタル（コンクリート）等である。
【背景技術】
【０００２】
トンネル覆工コンクリート背面の空隙を埋めるための軽量裏込め材や、盛土材、間隙充填材等には、従来から非セメント系では硬質発泡ウレタンが使用され、セメント系ではエアモルタルが使用されている。
【０００３】
これらの材料は一般的に高価であり、裏込め材等に大量使用する場合には経済性、合理性に著しく欠けている。その上、圧縮強度も１．５Ｎ／ｍｍ２以下と十分でない。しかも、発泡ウレタンの場合には、気温、湿度によって発泡倍率が変化するためウレタンの比重や強度の管理が難しい。また、ウレタンの原料モノマーを充填口で混合し重合させてポリマーとするため、有毒性物質である未重合モノマーが残留しやすく、特に流水箇所等では二次公害を引き起こす可能性があった。
【０００４】
一方、エアモルタルは、強度が低いことに加えて、練混ぜ、運搬(ポンプ圧送等)の際にエアが消滅しやすく比重の管理が難しい。特に水中施工の場合、増粘剤を使用してもエアが水に溶解して消滅することがあり、設計通りの管理ができない。水深によっては、その圧力で体積減少する等の現象が起こり、単位容積質量の管理が不安定で強度管理が難しい欠点もあった。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
廃ガラスから製造される軽量骨材（発泡ガラス）を使用するモルタルおよびコンクリートが、各種の構造物に適用されようとしている。しかし、廃ガラスを使用するモルタルは、長期耐久性が問題となる。その理由は、ガラスが一般にセメント中のアルカリ成分により劣化しやすく、また、発泡ガラス自体の吸水率がきわめて高いためである。ガラスの耐アルカリ性を改善する目的で、発泡ガラスを粘度鉱物でコーティングしてコンクリートやモルタル中に使用することも提案されているが、発泡ガラスの高吸水率を改善できていない。このように、発泡ガラスをその耐久性を向上させた上で使用する方法は開発途上である。
【０００６】
軽量モルタルには、構造物の要求性能の観点から、モルタルおよびコンクリート自体に一層の軽量化と高強度化を必要とする場合がある。例えば、モルタルおよびコンクリートを吹付け工法で打設することが合理的な施工といえるが、モルタルおよびコンクリート吹付け工法に使えるような経済的でかつ耐久性に優れた軽量骨材は開発されていない。
【０００７】
したがって、強度に優れ、かつ耐アルカリ性等の耐薬品性や耐透水性にも優れたモルタル用軽量骨材、ならびにそれを用いた軽量モルタルが要望されている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者は、上記の課題を鋭意検討した結果、発泡ガラス軽量骨材を有機ポリマーでコーティングすることにより、発泡ガラス軽量骨材の優れた性質を活かすことができることを発見し、強度に優れ、かつ耐薬品性、耐透水性にも優れた軽量モルタルを作製することに成功した。
【０００９】
すなわち、本発明は、発泡ガラスに有機ポリマーをコーティングしてなるモルタル用軽量骨材の製造方法を提供する。なお、本明細書で使用する「モルタル」という用語はコンクリートを含むことを意図する。
【００１０】
本発明では、発泡ガラス軽量骨材を有機ポリマーでコーティングすることにより、セメントからくる強アルカリによってガラス中のシリカ成分が溶出する危険性を回避できる。また、発泡ガラス骨材が有機ポリマーでコーティングされることで、耐透水性も改善される。具体的には、ガラス骨材を有機ポリマーでコーティングすることによって、骨材の吸水率をコーティング前の約４０％以下に改善することができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、軽量かつ高強度であるとともに、耐薬品性、耐透水性等にも優れたモルタル用軽量骨材が得られる。発泡ガラス原料に廃ガラスを使用すれば、製造コストを低減でき、かつ環境問題の解決策となる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の発泡ガラス軽量骨材の樹脂コーティング率と吸水率の関係を示すグラフである。
【図２】本発明の発泡ガラス軽量骨材の耐アルカリ性を示すグラフである。
【図３】本発明のモルタルのフロー試験値の経時変化を示すグラフである。
【図４】水セメント比に対する単位容積質量および材齢２８日圧縮強度の変化を示したグラフである。
【図５】流動性試験装置の概略図である。
【図６】吹付けモルタル付着強度測定装置の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
上記発泡ガラスの材質には、ガラスに使われるものなら広く使用できる。代表例として、ソーダライムガラス、カリガラス、ホウケイ酸ガラス、鉛クリスタルガラス、光学ガラス、結晶化ガラス等がある。これらの廃ガラスを再利用することが、コスト的にも環境上の理由からも有利である。本発明によれば、パイレックス（登録商標）ガラスのようなガラス溶解温度が高くリサイクルし難いガラスも再利用可能である。これらのうち、特にソーダライムガラスが、板ガラス、ビンガラス、管球ガラス等の安価な廃棄物から大量に入手できる点で好ましい。
【００１４】
上記発泡ガラスの密度は、通常、１ｇ／ｃｍ3未満であり、好ましくは０．６〜０．８ｇ／ｃｍ3の範囲内にある。発泡ガラスの粒径は、通常、０．０５〜２５ｍｍでよく、好ましくは０．１〜１０ｍｍ、さらに好ましくは０．２〜５．０ｍｍである。
【００１５】
発泡ガラスは、微細な独立気泡が集合した構造をとることが高強度を発現する上で好ましい。このような発泡ガラスの製造方法は、当業界に周知である。例えば、上記ガラス原料を粒径５〜５００μｍに粉砕し、篩い分けして粒度をそろえたガラス粉末を、発泡剤および添加剤と混合し、造粒し、焼成、徐冷することにより得ることができる。発泡剤には、炭酸カルシウム、炭酸バリウム、炭酸マグネシウム、炭化珪素、ホウ砂、ホウ酸、酸化ホウ素、カーボン等がある。焼成温度は、通常、ガラスの軟化点以下の温度であり、ガラス組成に応じて決まる。具体的には、６００〜１２００℃の範囲内である。また、商品名Ｇライト（クリスタルクレイ（株）製）等の市販の発泡ガラスを使用してもよい。
【００１６】
発泡ガラスをコーティングする有機ポリマーには、通常、有機化学の分野で従来公知の天然または合成の高分子を特に制限なく使用できる。代表的な例としては、アクリル樹脂、ＭＭＡ樹脂、エポキシ樹脂、塩化ビニル樹脂、ポリエステル樹脂、ウレタン樹脂、シリコーン樹脂、アルキッド樹脂、アミノアルキッド樹脂、酢酸ビニル樹脂、フッ素樹脂、フェノール樹脂、ポリ塩化ビニリデン等の合成樹脂；ロジン、セラック、あまに油、やし油等の天然樹脂・油；セルロース誘導体；天然ゴムおよびスチレンブタジエンゴム(SBR)、塩化ゴム、シリコーンゴム、アクリルゴム、フッ素ゴム等の合成ゴム；ならびにエポキシシラン、アクリルシラン等のシランカップリング剤が挙げられる。これらの有機ポリマーは、単独に使用しても二種以上を併用してもよい。特にアクリル樹脂、ＭＭＡ樹脂、エポキシ樹脂、塩化ビニル樹脂、ポリエステル樹脂、合成ゴム等のうち、なるべく硬度の高い樹脂を選択することが望ましい。
【００１７】
ガラス骨材をコーティングする際の有機ポリマーの形態は、コーティングを実施する時期や場所に応じて変化する。すなわち、モルタル施工現場にてガラス骨材をコーティングする場合、ガラス骨材を現場に搬入する前にコーティング処理する場合等である。モルタル施工現場での発泡ガラスのコーティングは、作業利便性の点で有利である。
【００１８】
そこで、モルタル施工現場でガラス骨材をコーティングする場合、有機ポリマーの形態は、溶剤タイプでもエマルションタイプでもよいが、好ましくはエマルションタイプ、特に好ましくはセメント混和用ポリマーエマルションとして市販されている形態のものである。
【００１９】
一方、ガラス骨材を現場に搬入する前にコーティング処理する場合、または、特に耐酸性または耐アルカリ性の化学的耐久性が高度に要求される場合、有機ポリマーの形態は、溶剤タイプでもエマルションタイプでもよいが、特に好ましくは溶剤系のエポキシ樹脂、あるいはＭＭＡ樹脂等の硬度の高い樹脂を選択する。
【００２０】
前記有機ポリマーが、有機ポリマーとセメント、シリカヒューム、フライアッシュ、スラグ等の水硬性無機材料との混合物の形態にあってもよい。この混合物を使用することで、発泡ガラス軽量骨材とモルタル主成分のセメントとの密着性を向上させることができる。この場合、有機ポリマーはエマルションの形態のものを使用する。有機ポリマー「Ｐ」と水硬性無機材料「Ｃ」との混合比率（質量比（Ｐ：Ｃ））は、通常、１００：０．５〜５０．０、好ましくは１００：１．０〜２０．０の範囲である。水硬性無機材料の混合量が少なすぎると、前記の効果が得られず、逆に高過ぎると、水硬性無機材料からのアルカリ成分の侵入によって軽量骨材の強度低下を招く。
【００２１】
有機ポリマーの使用量は、有機ポリマーがエマルションの形態の場合、発泡ガラス骨材の質量に対して、通常、０．５〜１０．０％、好ましくは１．０〜７．０％である。一方、有機ポリマーが、有機ポリマーと水硬性無機材料との混合物の形態の場合、発泡ガラス骨材の質量に対して、通常、１．０〜３０．０％、好ましくは３．０〜２０．０％である。
【００２２】
本発明の発泡ガラス骨材は、例えば有機ポリマーのエマルションまたは溶液を発泡ガラスにコーティングし、余剰のエマルションまたは溶液を適宜、遠心分離機等を用いて除去した後、場合により自然乾燥または加熱乾燥することにより得られる。コーティングされた樹脂が発泡ガラス内に侵入してもよい。また、発泡ガラス同士の接着と塊状化を防止するために、発泡ガラスの有機ポリマー塗布面にさらに水硬性無機材料等の粉末を塗してもよい。コーティングされ、適宜乾燥された発泡ガラス軽量骨材は、現場で施工するまでの間、貯蔵することができる。
【００２３】
本発明の別の側面は、水硬性無機材料、および前記有機ポリマーをコーティングした発泡ガラス軽量骨材を含むモルタルに関する。
【００２４】
本発明のモルタルは、セメントモルタルの範囲にあるが、密度の小さい細骨材に発泡ガラスを使用することで、モルタルの単位容積質量を０．７〜１．８ｔ／ｍ3の範囲にして、従来の発泡ウレタンやエアモルタルと同様の密度を実現できる。加えて、裏込充填材に適用する場合には、圧縮強度を従来のエアモルタルの１０倍程度である２０N/mm2以上に高めることが可能である。さらに，吹付け工法、左官用プレミックスモルタルとして用いた場合には、４０N/mm2程度の高強度が得られる。
【００２５】
水硬性無機材料は、普通ポルトランドセメント、早強ポルトランドセメント、超早強ポルトランドセメント、中庸熱ポルトランドセメント、低熱ポルトランドセメント等のポルトランドセメント、超速硬性セメント、アルミナセメント、セメント系膨張材、石膏等から選択される。
【００２６】
前記モルタルには、水硬性無機材料を３５０〜８００ｋｇ／ｍ3で使用し、そして軽量骨材を２００〜５５０ｋｇ／ｍ３の範囲で使用する。水硬性無機材料と水の混合比率は、通常、質量比で１００：３０〜５５である。
【００２７】
本発明のモルタルには、水硬性無機材料、前記軽量骨材、水および空気粒の他に、本発明以外の軽量骨材、混和材、混和剤等を、本発明の効果を妨げない範囲で添加することができる。混和材としては、例えばシリカヒューム、フライアッシュ、スラグ粉末等の人工微粉末、ならびに石粉等の非水硬性微粉末が挙げられる。混和剤には、ＡＥ剤、減水剤、硬化促進剤、硬化遅延剤、急結剤、防水剤、分離低減剤、発泡剤、防錆剤、流動化剤等が挙げられる。
【００２８】
モルタルに酸性土壌等に対する耐薬品性が要求される場合、モルタルにセメント混和用ポリマーエマルションを添加してもよい。その使用量は、水硬性無機材料１００重量部に対してポリマーエマルションを４〜２７重量部（ポリマーエマルションの樹脂固形分濃度を４５％とする）、すなわち水硬性無機材料１００重量部に対してポリマーエマルション樹脂固形分を２〜１２重量部とする。これらの適正の配合割合は、目的とする軽量モルタルの耐薬品性、透水係数等を考慮して、当業者の通常レベルの技術範囲内で適宜決定できる。
【００２９】
本発明のモルタルに、通常のエアモルタルのエアを体積で３０％程度混入することで、比重１．０以下の超軽量で強度の高いモルタルを作製することも可能である。
【００３０】
トンネルの背面等の空洞に裏込め材を充填する場合、必要のない部分へ材料を充填することは、設計上、コスト等を考慮すると問題となる。分離低減剤、流動化剤、水硬性無機材料等の配合条件を変化させることにより、充填する範囲を限定できる適度な流動性を持った揺変性のある充填材料を作製することができる。
【００３１】
軽量骨材の密度が水よりも小さ過ぎて分離して浮き上がる場合には、分離低減剤を使用する。分離低減剤には、メチルセルロース、エチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース等のセルロース系、ＰＷＡ(ポリニトリルビニリデンアクリレート)系、ポリアクリルアミド、多糖類等の高分子材料がある。分離低減剤の使用量は、目的とする軽量モルタルの充填箇所が水中である場合、セルフレベリング性を要求される場合といった施工条件で変わる。通常、セルロース系の場合、水硬性無機材料：分離低減剤の質量比１００:０．１〜０．５で使用し、またＰＷＡ(固形分濃度２％)の場合、１００:０．１〜０．３の範囲で使用する。両分離低減剤を併用してもよい。
【００３２】
本発明のモルタルに、ガラス繊維、鋼繊維、合成繊維、セルロース繊維、炭素繊維等の補強繊維を追加することによって、厚付け断面修復材として施工することも可能である。また、水硬性無機材料に作用する硬化促進剤をノズルで混合することによって、難燃性耐火被覆モルタルの吹付施工も可能である。
【００３３】
本発明のモルタルは、上記の各成分を公知の方法および装置を用いて混練することにより得られる。混練装置として、具体的には、ドラムミキサー、可倒式ミキサー等の重量式ミキサー；パン型ミキサー、パグ型ミキサー等の強制練りミキサー；オムニミキサー等を用いる。混練時間その他の混練条件は、モルタルの試し練りによる練り上がり状態を見ながら適宜調整すればよい。
【００３４】
本発明の軽量骨材を使用したモルタルは、強度が従来のものより高く、しかも、本発明のモルタルは、気泡剤等を使用してエアを混入するといった軽量化方法をとらずに、それ自体軽量である骨材を使用するために、練混ぜ、運搬、打込み中に密度が変化する等の性状が変化することがない。したがって、本発明の軽量骨材は、軽量裏込め材、軽量盛土材、間隙充填材、厚付け断面修復材、軽量二次製品、吹付工法による難燃性耐火被覆材、吹付けコンクリート（モルタル）、左官用コンクリート（モルタル）等、多目的の用途に利用できる。
【実施例】
【００３５】
以下に実施例を示して、本発明をより詳細に説明する。なお、特記しない限り、部は重量部を意味する。
【００３６】
〔実施例１〕−発泡ガラス骨材のプレコーティングと吸水率測定−
市販の発泡ガラス（商品名Gライト2号（クリスタルクレイ社製））を所定量計り取り、袋状のネットに入れた後、このネットを、アクリルエマルション（商品名TJ乳剤、武田薬品工業社製、固形分濃度４５％）を充分量入れてある容器に２分間程度の期間浸した。その後、ネットを取り出し、余分なポリマーエマルションを取り除き、次いで遠心分離機に５分間かけた。こうして得られた軽量骨材には、軽量骨材に対して質量比６％のポリマーエマルションがプレコーティングされた。処理前に０．６５ｇ／ｃｍ３あった軽量骨材の密度は、処理後に０．６８ｇ／ｃｍ３となった。
【００３７】
コートされた発泡ガラス骨材自体の２４時間吸水率を、ＪＩＳ Ａ １１３４に準拠して測定した。比較のためにポリマーエマルションでコーティングしない骨材の吸水率も測定した。ポリマーエマルションによる表理処理前に１１．２％あった吸水率は、処理により４．９％と約半分の吸水率となった。
【００３８】
〔実施例２〕−コーティングされた発泡ガラス軽量骨材の加圧吸水試験−
軽量骨材のコーティングによる吸水特性の変化を調べるために、発泡ガラス軽量骨材を有機ポリマーでコーティングした後、加圧吸水率を測定した。有機ポリマーには、アクリル樹脂エマルション(全固形分濃度４５％)、溶剤系エポキシ樹脂、アクリルエマルション(Ｐ)と水硬性無機材料（Ｃ）とを混合したポリマーセメントミルク(Ｐ：Ｃ＝２：１)の３種類を用いた。
まず、実施例１のプレコーティングと同様の手順に従って、上記の有機ポリマーを表１に示すコーティング樹脂/骨材となるように塗布した。次いで、加水圧力１kgf/cm２、圧力保持時間１０分間とし、非排水状態の容器に軽量骨材を投入して、吸水率試験を実施した。表１に各材料でコーティングした場合の吸水率の測定結果を示す。
【００３９】
【表１】
【００４０】
図１は、表１の結果をグラフ化したものである。図１を見てわかるように、吸水率は、コーティング樹脂量が多くなるに従って低下する傾向にある。
【００４１】
〔実施例３〕−コーティングされた発泡ガラス軽量骨材の耐アルカリ性試験−
軽量骨材をコーティングすることによって、耐アルカリ性がどの程度改善されるのかを確認するため、コーティングした軽量骨材を５％ＮａＯＨ水溶液に浸し、所定期間たった後の質量減少率を測定した。コーティングには、アクリルエマルションを使用した。質量減少率は、所定期間浸漬後、水溶液中から骨材を取り出し、１５０μｍのふるいの上で水洗いし、残った骨材の表面水を拭き取り、その時の質量を測定することにより算出した。表２に、５％ＮａＯＨ水溶液に浸漬した軽量骨材の質量減少率の測定結果を示す。
【００４２】
【表２】
【００４３】
図２は、表２の結果をグラフ化したものである。図２を見てわかるように、コーティング樹脂の対骨材質量比が大きくなるに従い、アルカリ環境下での質量減少率が小さくなる。
【００４４】
〔実施例４〜７〕−モルタル製造試験−
実施例４〜７のそれぞれにおいて、本発明の発泡ガラス軽量骨材を用いてモルタルを調製し、その評価試験を行った。
まず、実施例１で得たプレコーティング済み発泡ガラス軽量骨材を、表３の配合成分表に示す早強ポルトランドセメント、水、高性能減水剤、消泡剤および分離低減剤と混合することによりモルタルを調製した。このとき、モルタルの配合条件として、水セメント比(Ｗ／Ｃ)を４０〜４８％、軽量骨材(Ｓ)とセメント(Ｃ)の混合比をＳ:Ｃ＝０．６７〜０．７５:１．０、減水剤（Ａｄ１）対セメントの質量比を０．３〜１．０の間で変更した。また、消泡剤（Ａｄ２）および分離低減剤（Ａｄ３）は、セメント質量比でそれぞれ０．１５％および０．２５％一定となるように添加した。水セメント比を変化させたときに、所要の流動性を確保するため、高性能減水剤（商品名：レオビルドＳＰ８Ｓ、（株）ポゾリス物産製）をセメント質量に対する比率で０．３〜１．０％添加した。実施例４〜７の最終的な配合比を、表４にまとめて示す。表面処理した軽量骨材の１ｍ３に占める容積率Ｓｖは５０％以上であった。
【００４５】
【表３】
【００４６】
【表４】
【００４７】
得られたモルタルの性状を確認するために、フロー、水中不分離性、空気量、単位容積質量、および圧縮強度の測定試験を実施した。
フロー測定試験は、ＪＩＳ Ｒ ５２０１(セメントの強さ試験)に準拠した。実施例６では、経時的な流動性の変化(フローロス)を確認するために、軽量モルタルを練り混ぜ３０分及び６０分静置後のフロー試験も実施した。
水中分離性の確認は、所定容積の透明容器にモルタル試料を投下して目視で行った。不分離性が良好なものを○とし、不良のものを×とした。
空気量測定試験および単位容積質量測定試験はＪＩＳ Ａ １１１６（まだ固まらないコンクリートの単位容積質量及び空気量の重量による試験方法（重量方法）に準拠した。
圧縮強度測定試験は、ＪＩＳ Ａ １１１５（まだ固まらないコンクリートの試料採取方法）、ＪＩＳ Ａ １１３２（コンクリートの強度試験用供試体の作り方）、およびＪＩＳ Ａ １１０８(コンクリートの圧縮強度試験方法)に準拠した。
【００４８】
表５に、本発明のモルタルの測定試験結果を示す。水セメント比を４０〜４８％に設定した軽量モルタルは、いずれも良好な流動性を示した。フロー試験による結果は１５０ｍｍ程度であった。流動性の経時的な変化も、図３のグラフに示すようにほとんど確認されなかった。水中不分離性に関し、水中に投下した場合でも、セメント粒子等が洗い出されることはなく、充分な水中不分離性が確保されていた。
【００４９】
【表５】
【００５０】
図４に、水セメント比に対する単位容積質量および材齢２８日圧縮強度の変化をグラフ化したものを示す。本発明の軽量モルタルの単位容積質量は、１．１〜１．２ｔ／ｍ３の範囲にあった。これは、トンネル背面の空隙に注入した場合でも、材料は自然流下せず、かつ、覆工コンクリートに対して有害な圧力等が加わることのないものである。本発明のモルタルの強度発現性状（材齢２８日圧縮強度）については、常に２０Ｎ／ｍｍ２以上の強度が得られ、従来の軽量空隙充填材料、軽量盛土、問隙充填材料に比べて１０倍以上の高強度が確保されていた。
【００５１】
本発明のモルタルの間隙への充填特性の特徴として、設定した間隔以下の隙間には材料が充填されないことがある。これにより、設計段階での合理的な材料設計が可能になる。そこで、間隙通過性の試験を、図５に示す試験装置を用いて確認した。この試験装置は、適用箇所を想定した材料の流下角度(傾斜角度)を変化させることが可能なものであり、設定可能な傾斜角度は最大３０°の範囲である。
【００５２】
この試験装置を用いて本発明の軽量モルタルの間隙通過性を試験した結果、傾斜角度２０°において、隙間約２ｃｍ×幅２０ｃｍで材料の流下が完全に停止した。
【００５３】
〔実施例８〕−吹付け工法による軽量モルタルの断面修復材としての使用例−
実施例１で得たプレコーティング済み発泡ガラス軽量骨材を、表６の配合成分表に示す普通ポルトランドセメント、水、減水剤、セメント混和用ポリマーエマルションと混合してモルタルを調製し、吹付け施工により各種の評価試験を実施した。このとき、モルタルの配合条件として、水セメント比(Ｗ／Ｃ)を３３％、軽量骨材(Ｓ)とセメント(Ｃ)の混合比を０．５：１．０、減水剤(Ａｄ1)対セメントの質量比を０．８％とした。また、ノズルにて混合した急結剤(Ａｄ2)対セメントの質量比を１５．０％とした。配合表を表７に示す。表面処理した軽量骨材の１m3中に示す容積Ｓvは５０％以上であった。表中のＰ／Ｃは、セメント(Ｃ)とセメント混和用ポリマーエマルション(Ｐ)との混合比率である。
【００５４】
【表６】
【００５５】
【表７】
【００５６】
吹付けモルタルの物性確認のために、以下の項目の試験をした。
フロー試験は、ＪＩＳ Ｒ ５２０１(セメントの強さ試験)に準拠した。
単位容積質量試験は、ＪＩＳ Ａ １１６１(まだ固まらないコンクリートの単位容積質量及び空気量の重量による試験方法(重量方法))に準拠した。
圧縮強度試験および長さ変化率試験用の供試体は、ＪＳＣＥ Ｆ−５６１(吹付けコンクリートの圧縮強度用供試体の作り方)に基本的に準拠して作製した。
圧縮強度試験は、直径７５ｍｍ、高さ１５０ｍｍの円柱コア試験体を対象として、ＪＩＳ Ａ １１０８(コンクリートの圧縮強度試験方法)に準拠した。
また、長さ変化率は、ＪＩＳ Ａ １１２９(モルタル及びコンクリートの長さ変化率試験方法)に準拠して実施した。
また、付着強度試験として、乾燥状態にした３０ｃｍ×３０ｃｍ×６ｃｍの平板に本軽量モルタルを吹付け施工し、材齢２８日において図６に示す方法で付着強度試験を実施した。具体的には、モルタル表面に上部引張用ジグを接着し、モルタルにジグ側面に沿って基板に達する切り込みを入れ、上部引張用ジグをモルタル面に対して垂直に引き上げた。そして、モルタルが基板から剥離した時点での引張り荷重を測定した。
【００５７】
表８に、本発明のモルタルを吹付け施工したときの評価試験結果を示す。結果のとおり、本発明のモルタルは、吹付け工法施工可能な軽量モルタルとして満足のゆくものであった。また、フロー２２０ｍｍが得られたモルタルの圧送性は良好であり、仕上げ性も良好であった。
【００５８】
【表８】
【００５９】
〔実施例９〕−左官工法による軽量モルタルの断面修復材としての使用例−
実施例1の手順と同様であるが、粒径１．２ｍｍのガラスを使用し、処理後の密度が０．７８ｇ／ｃｍ３となるようにアクリルエマルションでプレコーティングした発泡ガラス軽量骨材を、表９の配合成分表に示す速硬性セメント、水、珪砂、減水剤、再乳化型粉末樹脂であるセメント混和用ポリマー、収縮低減剤、消泡剤、繊維と混合してモルタルを調製し、左官工法により試験体を作製した後、各種の評価試験を実施した。
このとき、モルタルの配合条件として、水セメント比(Ｗ／Ｃ)を３８％、軽量骨材(Ｓ)と珪砂(ＳＳ)との混合比を０．６：０．４、減水剤(Ａｄ1)対セメントの質量比を０．３％，収縮低減剤(Ａｄ2)対セメントの質量比を３．０％，消泡剤(Ａｄ3)対セメントの質量比を０．５％とした。また、繊維混入率はモルタルの容積比率で０．３％とした。配合表を表１０に示す。表面処理した軽量骨材の１m3中に示す容積Ｓvは２７％程度であった。表１０中のＰ２／Ｂはセメント(Ｃ＋Ｖ)と再乳化型粉末樹脂(Ｐ２)との混合比率である。
【００６０】
【表９】
【００６１】
【表１０】
【００６２】
吹付けモルタルの物性確認のために、フロー、単位容積質量、圧縮強度、長さ変化率の測定を実施例８と同様の手順で実施した。表１１に、本発明のモルタルを左官施工した場合の評価試験結果を示す。フロー１３１ｍｍが得られた本発明のモルタルの仕上げ性は良好であった。
【００６３】
【表１１】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モルタル用軽量骨材の製造方法に関し、より詳細には発泡ガラスを用いたモルタル用軽量骨材の製造方法に関するものであり、モルタル用軽量骨材の用途は、軽量裏込モルタル（コンクリート）、軽量吹付けモルタル（コンクリート）、左官用プレミックス軽量モルタル（コンクリート）等である。
【背景技術】
【０００２】
トンネル覆工コンクリート背面の空隙を埋めるための軽量裏込め材や、盛土材、間隙充填材等には、従来から非セメント系では硬質発泡ウレタンが使用され、セメント系ではエアモルタルが使用されている。
【０００３】
これらの材料は一般的に高価であり、裏込め材等に大量使用する場合には経済性、合理性に著しく欠けている。その上、圧縮強度も１．５Ｎ／ｍｍ２以下と十分でない。しかも、発泡ウレタンの場合には、気温、湿度によって発泡倍率が変化するためウレタンの比重や強度の管理が難しい。また、ウレタンの原料モノマーを充填口で混合し重合させてポリマーとするため、有毒性物質である未重合モノマーが残留しやすく、特に流水箇所等では二次公害を引き起こす可能性があった。
【０００４】
一方、エアモルタルは、強度が低いことに加えて、練混ぜ、運搬(ポンプ圧送等)の際にエアが消滅しやすく比重の管理が難しい。特に水中施工の場合、増粘剤を使用してもエアが水に溶解して消滅することがあり、設計通りの管理ができない。水深によっては、その圧力で体積減少する等の現象が起こり、単位容積質量の管理が不安定で強度管理が難しい欠点もあった。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
廃ガラスから製造される軽量骨材（発泡ガラス）を使用するモルタルおよびコンクリートが、各種の構造物に適用されようとしている。しかし、廃ガラスを使用するモルタルは、長期耐久性が問題となる。その理由は、ガラスが一般にセメント中のアルカリ成分により劣化しやすく、また、発泡ガラス自体の吸水率がきわめて高いためである。ガラスの耐アルカリ性を改善する目的で、発泡ガラスを粘度鉱物でコーティングしてコンクリートやモルタル中に使用することも提案されているが、発泡ガラスの高吸水率を改善できていない。このように、発泡ガラスをその耐久性を向上させた上で使用する方法は開発途上である。
【０００６】
軽量モルタルには、構造物の要求性能の観点から、モルタルおよびコンクリート自体に一層の軽量化と高強度化を必要とする場合がある。例えば、モルタルおよびコンクリートを吹付け工法で打設することが合理的な施工といえるが、モルタルおよびコンクリート吹付け工法に使えるような経済的でかつ耐久性に優れた軽量骨材は開発されていない。
【０００７】
したがって、強度に優れ、かつ耐アルカリ性等の耐薬品性や耐透水性にも優れたモルタル用軽量骨材、ならびにそれを用いた軽量モルタルが要望されている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者は、上記の課題を鋭意検討した結果、発泡ガラス軽量骨材を有機ポリマーでコーティングすることにより、発泡ガラス軽量骨材の優れた性質を活かすことができることを発見し、強度に優れ、かつ耐薬品性、耐透水性にも優れた軽量モルタルを作製することに成功した。
【０００９】
すなわち、本発明は、発泡ガラスに有機ポリマーをコーティングしてなるモルタル用軽量骨材の製造方法を提供する。なお、本明細書で使用する「モルタル」という用語はコンクリートを含むことを意図する。
【００１０】
本発明では、発泡ガラス軽量骨材を有機ポリマーでコーティングすることにより、セメントからくる強アルカリによってガラス中のシリカ成分が溶出する危険性を回避できる。また、発泡ガラス骨材が有機ポリマーでコーティングされることで、耐透水性も改善される。具体的には、ガラス骨材を有機ポリマーでコーティングすることによって、骨材の吸水率をコーティング前の約４０％以下に改善することができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、軽量かつ高強度であるとともに、耐薬品性、耐透水性等にも優れたモルタル用軽量骨材が得られる。発泡ガラス原料に廃ガラスを使用すれば、製造コストを低減でき、かつ環境問題の解決策となる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の発泡ガラス軽量骨材の樹脂コーティング率と吸水率の関係を示すグラフである。
【図２】本発明の発泡ガラス軽量骨材の耐アルカリ性を示すグラフである。
【図３】本発明のモルタルのフロー試験値の経時変化を示すグラフである。
【図４】水セメント比に対する単位容積質量および材齢２８日圧縮強度の変化を示したグラフである。
【図５】流動性試験装置の概略図である。
【図６】吹付けモルタル付着強度測定装置の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
上記発泡ガラスの材質には、ガラスに使われるものなら広く使用できる。代表例として、ソーダライムガラス、カリガラス、ホウケイ酸ガラス、鉛クリスタルガラス、光学ガラス、結晶化ガラス等がある。これらの廃ガラスを再利用することが、コスト的にも環境上の理由からも有利である。本発明によれば、パイレックス（登録商標）ガラスのようなガラス溶解温度が高くリサイクルし難いガラスも再利用可能である。これらのうち、特にソーダライムガラスが、板ガラス、ビンガラス、管球ガラス等の安価な廃棄物から大量に入手できる点で好ましい。
【００１４】
上記発泡ガラスの密度は、通常、１ｇ／ｃｍ3未満であり、好ましくは０．６〜０．８ｇ／ｃｍ3の範囲内にある。発泡ガラスの粒径は、通常、０．０５〜２５ｍｍでよく、好ましくは０．１〜１０ｍｍ、さらに好ましくは０．２〜５．０ｍｍである。
【００１５】
発泡ガラスは、微細な独立気泡が集合した構造をとることが高強度を発現する上で好ましい。このような発泡ガラスの製造方法は、当業界に周知である。例えば、上記ガラス原料を粒径５〜５００μｍに粉砕し、篩い分けして粒度をそろえたガラス粉末を、発泡剤および添加剤と混合し、造粒し、焼成、徐冷することにより得ることができる。発泡剤には、炭酸カルシウム、炭酸バリウム、炭酸マグネシウム、炭化珪素、ホウ砂、ホウ酸、酸化ホウ素、カーボン等がある。焼成温度は、通常、ガラスの軟化点以下の温度であり、ガラス組成に応じて決まる。具体的には、６００〜１２００℃の範囲内である。また、商品名Ｇライト（クリスタルクレイ（株）製）等の市販の発泡ガラスを使用してもよい。
【００１６】
発泡ガラスをコーティングする有機ポリマーには、通常、有機化学の分野で従来公知の天然または合成の高分子を特に制限なく使用できる。代表的な例としては、アクリル樹脂、ＭＭＡ樹脂、エポキシ樹脂、塩化ビニル樹脂、ポリエステル樹脂、ウレタン樹脂、シリコーン樹脂、アルキッド樹脂、アミノアルキッド樹脂、酢酸ビニル樹脂、フッ素樹脂、フェノール樹脂、ポリ塩化ビニリデン等の合成樹脂；ロジン、セラック、あまに油、やし油等の天然樹脂・油；セルロース誘導体；天然ゴムおよびスチレンブタジエンゴム(SBR)、塩化ゴム、シリコーンゴム、アクリルゴム、フッ素ゴム等の合成ゴム；ならびにエポキシシラン、アクリルシラン等のシランカップリング剤が挙げられる。これらの有機ポリマーは、単独に使用しても二種以上を併用してもよい。特にアクリル樹脂、ＭＭＡ樹脂、エポキシ樹脂、塩化ビニル樹脂、ポリエステル樹脂、合成ゴム等のうち、なるべく硬度の高い樹脂を選択することが望ましい。
【００１７】
ガラス骨材をコーティングする際の有機ポリマーの形態は、コーティングを実施する時期や場所に応じて変化する。すなわち、モルタル施工現場にてガラス骨材をコーティングする場合、ガラス骨材を現場に搬入する前にコーティング処理する場合等である。モルタル施工現場での発泡ガラスのコーティングは、作業利便性の点で有利である。
【００１８】
そこで、モルタル施工現場でガラス骨材をコーティングする場合、有機ポリマーの形態は、溶剤タイプでもエマルションタイプでもよいが、好ましくはエマルションタイプ、特に好ましくはセメント混和用ポリマーエマルションとして市販されている形態のものである。
【００１９】
一方、ガラス骨材を現場に搬入する前にコーティング処理する場合、または、特に耐酸性または耐アルカリ性の化学的耐久性が高度に要求される場合、有機ポリマーの形態は、溶剤タイプでもエマルションタイプでもよいが、特に好ましくは溶剤系のエポキシ樹脂、あるいはＭＭＡ樹脂等の硬度の高い樹脂を選択する。
【００２０】
前記有機ポリマーが、有機ポリマーとセメント、シリカヒューム、フライアッシュ、スラグ等の水硬性無機材料との混合物の形態にあってもよい。この混合物を使用することで、発泡ガラス軽量骨材とモルタル主成分のセメントとの密着性を向上させることができる。この場合、有機ポリマーはエマルションの形態のものを使用する。有機ポリマー「Ｐ」と水硬性無機材料「Ｃ」との混合比率（質量比（Ｐ：Ｃ））は、通常、１００：０．５〜５０．０、好ましくは１００：１．０〜２０．０の範囲である。水硬性無機材料の混合量が少なすぎると、前記の効果が得られず、逆に高過ぎると、水硬性無機材料からのアルカリ成分の侵入によって軽量骨材の強度低下を招く。
【００２１】
有機ポリマーの使用量は、有機ポリマーがエマルションの形態の場合、発泡ガラス骨材の質量に対して、通常、０．５〜１０．０％、好ましくは１．０〜７．０％である。一方、有機ポリマーが、有機ポリマーと水硬性無機材料との混合物の形態の場合、発泡ガラス骨材の質量に対して、通常、１．０〜３０．０％、好ましくは３．０〜２０．０％である。
【００２２】
本発明の発泡ガラス骨材は、例えば有機ポリマーのエマルションまたは溶液を発泡ガラスにコーティングし、余剰のエマルションまたは溶液を適宜、遠心分離機等を用いて除去した後、場合により自然乾燥または加熱乾燥することにより得られる。コーティングされた樹脂が発泡ガラス内に侵入してもよい。また、発泡ガラス同士の接着と塊状化を防止するために、発泡ガラスの有機ポリマー塗布面にさらに水硬性無機材料等の粉末を塗してもよい。コーティングされ、適宜乾燥された発泡ガラス軽量骨材は、現場で施工するまでの間、貯蔵することができる。
【００２３】
本発明の別の側面は、水硬性無機材料、および前記有機ポリマーをコーティングした発泡ガラス軽量骨材を含むモルタルに関する。
【００２４】
本発明のモルタルは、セメントモルタルの範囲にあるが、密度の小さい細骨材に発泡ガラスを使用することで、モルタルの単位容積質量を０．７〜１．８ｔ／ｍ3の範囲にして、従来の発泡ウレタンやエアモルタルと同様の密度を実現できる。加えて、裏込充填材に適用する場合には、圧縮強度を従来のエアモルタルの１０倍程度である２０N/mm2以上に高めることが可能である。さらに，吹付け工法、左官用プレミックスモルタルとして用いた場合には、４０N/mm2程度の高強度が得られる。
【００２５】
水硬性無機材料は、普通ポルトランドセメント、早強ポルトランドセメント、超早強ポルトランドセメント、中庸熱ポルトランドセメント、低熱ポルトランドセメント等のポルトランドセメント、超速硬性セメント、アルミナセメント、セメント系膨張材、石膏等から選択される。
【００２６】
前記モルタルには、水硬性無機材料を３５０〜８００ｋｇ／ｍ3で使用し、そして軽量骨材を２００〜５５０ｋｇ／ｍ３の範囲で使用する。水硬性無機材料と水の混合比率は、通常、質量比で１００：３０〜５５である。
【００２７】
本発明のモルタルには、水硬性無機材料、前記軽量骨材、水および空気粒の他に、本発明以外の軽量骨材、混和材、混和剤等を、本発明の効果を妨げない範囲で添加することができる。混和材としては、例えばシリカヒューム、フライアッシュ、スラグ粉末等の人工微粉末、ならびに石粉等の非水硬性微粉末が挙げられる。混和剤には、ＡＥ剤、減水剤、硬化促進剤、硬化遅延剤、急結剤、防水剤、分離低減剤、発泡剤、防錆剤、流動化剤等が挙げられる。
【００２８】
モルタルに酸性土壌等に対する耐薬品性が要求される場合、モルタルにセメント混和用ポリマーエマルションを添加してもよい。その使用量は、水硬性無機材料１００重量部に対してポリマーエマルションを４〜２７重量部（ポリマーエマルションの樹脂固形分濃度を４５％とする）、すなわち水硬性無機材料１００重量部に対してポリマーエマルション樹脂固形分を２〜１２重量部とする。これらの適正の配合割合は、目的とする軽量モルタルの耐薬品性、透水係数等を考慮して、当業者の通常レベルの技術範囲内で適宜決定できる。
【００２９】
本発明のモルタルに、通常のエアモルタルのエアを体積で３０％程度混入することで、比重１．０以下の超軽量で強度の高いモルタルを作製することも可能である。
【００３０】
トンネルの背面等の空洞に裏込め材を充填する場合、必要のない部分へ材料を充填することは、設計上、コスト等を考慮すると問題となる。分離低減剤、流動化剤、水硬性無機材料等の配合条件を変化させることにより、充填する範囲を限定できる適度な流動性を持った揺変性のある充填材料を作製することができる。
【００３１】
軽量骨材の密度が水よりも小さ過ぎて分離して浮き上がる場合には、分離低減剤を使用する。分離低減剤には、メチルセルロース、エチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース等のセルロース系、ＰＷＡ(ポリニトリルビニリデンアクリレート)系、ポリアクリルアミド、多糖類等の高分子材料がある。分離低減剤の使用量は、目的とする軽量モルタルの充填箇所が水中である場合、セルフレベリング性を要求される場合といった施工条件で変わる。通常、セルロース系の場合、水硬性無機材料：分離低減剤の質量比１００:０．１〜０．５で使用し、またＰＷＡ(固形分濃度２％)の場合、１００:０．１〜０．３の範囲で使用する。両分離低減剤を併用してもよい。
【００３２】
本発明のモルタルに、ガラス繊維、鋼繊維、合成繊維、セルロース繊維、炭素繊維等の補強繊維を追加することによって、厚付け断面修復材として施工することも可能である。また、水硬性無機材料に作用する硬化促進剤をノズルで混合することによって、難燃性耐火被覆モルタルの吹付施工も可能である。
【００３３】
本発明のモルタルは、上記の各成分を公知の方法および装置を用いて混練することにより得られる。混練装置として、具体的には、ドラムミキサー、可倒式ミキサー等の重量式ミキサー；パン型ミキサー、パグ型ミキサー等の強制練りミキサー；オムニミキサー等を用いる。混練時間その他の混練条件は、モルタルの試し練りによる練り上がり状態を見ながら適宜調整すればよい。
【００３４】
本発明の軽量骨材を使用したモルタルは、強度が従来のものより高く、しかも、本発明のモルタルは、気泡剤等を使用してエアを混入するといった軽量化方法をとらずに、それ自体軽量である骨材を使用するために、練混ぜ、運搬、打込み中に密度が変化する等の性状が変化することがない。したがって、本発明の軽量骨材は、軽量裏込め材、軽量盛土材、間隙充填材、厚付け断面修復材、軽量二次製品、吹付工法による難燃性耐火被覆材、吹付けコンクリート（モルタル）、左官用コンクリート（モルタル）等、多目的の用途に利用できる。
【実施例】
【００３５】
以下に実施例を示して、本発明をより詳細に説明する。なお、特記しない限り、部は重量部を意味する。
【００３６】
〔実施例１〕−発泡ガラス骨材のプレコーティングと吸水率測定−
市販の発泡ガラス（商品名Gライト2号（クリスタルクレイ社製））を所定量計り取り、袋状のネットに入れた後、このネットを、アクリルエマルション（商品名TJ乳剤、武田薬品工業社製、固形分濃度４５％）を充分量入れてある容器に２分間程度の期間浸した。その後、ネットを取り出し、余分なポリマーエマルションを取り除き、次いで遠心分離機に５分間かけた。こうして得られた軽量骨材には、軽量骨材に対して質量比６％のポリマーエマルションがプレコーティングされた。処理前に０．６５ｇ／ｃｍ３あった軽量骨材の密度は、処理後に０．６８ｇ／ｃｍ３となった。
【００３７】
コートされた発泡ガラス骨材自体の２４時間吸水率を、ＪＩＳ Ａ １１３４に準拠して測定した。比較のためにポリマーエマルションでコーティングしない骨材の吸水率も測定した。ポリマーエマルションによる表理処理前に１１．２％あった吸水率は、処理により４．９％と約半分の吸水率となった。
【００３８】
〔実施例２〕−コーティングされた発泡ガラス軽量骨材の加圧吸水試験−
軽量骨材のコーティングによる吸水特性の変化を調べるために、発泡ガラス軽量骨材を有機ポリマーでコーティングした後、加圧吸水率を測定した。有機ポリマーには、アクリル樹脂エマルション(全固形分濃度４５％)、溶剤系エポキシ樹脂、アクリルエマルション(Ｐ)と水硬性無機材料（Ｃ）とを混合したポリマーセメントミルク(Ｐ：Ｃ＝２：１)の３種類を用いた。
まず、実施例１のプレコーティングと同様の手順に従って、上記の有機ポリマーを表１に示すコーティング樹脂/骨材となるように塗布した。次いで、加水圧力１kgf/cm２、圧力保持時間１０分間とし、非排水状態の容器に軽量骨材を投入して、吸水率試験を実施した。表１に各材料でコーティングした場合の吸水率の測定結果を示す。
【００３９】
【表１】
【００４０】
図１は、表１の結果をグラフ化したものである。図１を見てわかるように、吸水率は、コーティング樹脂量が多くなるに従って低下する傾向にある。
【００４１】
〔実施例３〕−コーティングされた発泡ガラス軽量骨材の耐アルカリ性試験−
軽量骨材をコーティングすることによって、耐アルカリ性がどの程度改善されるのかを確認するため、コーティングした軽量骨材を５％ＮａＯＨ水溶液に浸し、所定期間たった後の質量減少率を測定した。コーティングには、アクリルエマルションを使用した。質量減少率は、所定期間浸漬後、水溶液中から骨材を取り出し、１５０μｍのふるいの上で水洗いし、残った骨材の表面水を拭き取り、その時の質量を測定することにより算出した。表２に、５％ＮａＯＨ水溶液に浸漬した軽量骨材の質量減少率の測定結果を示す。
【００４２】
【表２】
【００４３】
図２は、表２の結果をグラフ化したものである。図２を見てわかるように、コーティング樹脂の対骨材質量比が大きくなるに従い、アルカリ環境下での質量減少率が小さくなる。
【００４４】
〔実施例４〜７〕−モルタル製造試験−
実施例４〜７のそれぞれにおいて、本発明の発泡ガラス軽量骨材を用いてモルタルを調製し、その評価試験を行った。
まず、実施例１で得たプレコーティング済み発泡ガラス軽量骨材を、表３の配合成分表に示す早強ポルトランドセメント、水、高性能減水剤、消泡剤および分離低減剤と混合することによりモルタルを調製した。このとき、モルタルの配合条件として、水セメント比(Ｗ／Ｃ)を４０〜４８％、軽量骨材(Ｓ)とセメント(Ｃ)の混合比をＳ:Ｃ＝０．６７〜０．７５:１．０、減水剤（Ａｄ１）対セメントの質量比を０．３〜１．０の間で変更した。また、消泡剤（Ａｄ２）および分離低減剤（Ａｄ３）は、セメント質量比でそれぞれ０．１５％および０．２５％一定となるように添加した。水セメント比を変化させたときに、所要の流動性を確保するため、高性能減水剤（商品名：レオビルドＳＰ８Ｓ、（株）ポゾリス物産製）をセメント質量に対する比率で０．３〜１．０％添加した。実施例４〜７の最終的な配合比を、表４にまとめて示す。表面処理した軽量骨材の１ｍ３に占める容積率Ｓｖは５０％以上であった。
【００４５】
【表３】
【００４６】
【表４】
【００４７】
得られたモルタルの性状を確認するために、フロー、水中不分離性、空気量、単位容積質量、および圧縮強度の測定試験を実施した。
フロー測定試験は、ＪＩＳ Ｒ ５２０１(セメントの強さ試験)に準拠した。実施例６では、経時的な流動性の変化(フローロス)を確認するために、軽量モルタルを練り混ぜ３０分及び６０分静置後のフロー試験も実施した。
水中分離性の確認は、所定容積の透明容器にモルタル試料を投下して目視で行った。不分離性が良好なものを○とし、不良のものを×とした。
空気量測定試験および単位容積質量測定試験はＪＩＳ Ａ １１１６（まだ固まらないコンクリートの単位容積質量及び空気量の重量による試験方法（重量方法）に準拠した。
圧縮強度測定試験は、ＪＩＳ Ａ １１１５（まだ固まらないコンクリートの試料採取方法）、ＪＩＳ Ａ １１３２（コンクリートの強度試験用供試体の作り方）、およびＪＩＳ Ａ １１０８(コンクリートの圧縮強度試験方法)に準拠した。
【００４８】
表５に、本発明のモルタルの測定試験結果を示す。水セメント比を４０〜４８％に設定した軽量モルタルは、いずれも良好な流動性を示した。フロー試験による結果は１５０ｍｍ程度であった。流動性の経時的な変化も、図３のグラフに示すようにほとんど確認されなかった。水中不分離性に関し、水中に投下した場合でも、セメント粒子等が洗い出されることはなく、充分な水中不分離性が確保されていた。
【００４９】
【表５】
【００５０】
図４に、水セメント比に対する単位容積質量および材齢２８日圧縮強度の変化をグラフ化したものを示す。本発明の軽量モルタルの単位容積質量は、１．１〜１．２ｔ／ｍ３の範囲にあった。これは、トンネル背面の空隙に注入した場合でも、材料は自然流下せず、かつ、覆工コンクリートに対して有害な圧力等が加わることのないものである。本発明のモルタルの強度発現性状（材齢２８日圧縮強度）については、常に２０Ｎ／ｍｍ２以上の強度が得られ、従来の軽量空隙充填材料、軽量盛土、問隙充填材料に比べて１０倍以上の高強度が確保されていた。
【００５１】
本発明のモルタルの間隙への充填特性の特徴として、設定した間隔以下の隙間には材料が充填されないことがある。これにより、設計段階での合理的な材料設計が可能になる。そこで、間隙通過性の試験を、図５に示す試験装置を用いて確認した。この試験装置は、適用箇所を想定した材料の流下角度(傾斜角度)を変化させることが可能なものであり、設定可能な傾斜角度は最大３０°の範囲である。
【００５２】
この試験装置を用いて本発明の軽量モルタルの間隙通過性を試験した結果、傾斜角度２０°において、隙間約２ｃｍ×幅２０ｃｍで材料の流下が完全に停止した。
【００５３】
〔実施例８〕−吹付け工法による軽量モルタルの断面修復材としての使用例−
実施例１で得たプレコーティング済み発泡ガラス軽量骨材を、表６の配合成分表に示す普通ポルトランドセメント、水、減水剤、セメント混和用ポリマーエマルションと混合してモルタルを調製し、吹付け施工により各種の評価試験を実施した。このとき、モルタルの配合条件として、水セメント比(Ｗ／Ｃ)を３３％、軽量骨材(Ｓ)とセメント(Ｃ)の混合比を０．５：１．０、減水剤(Ａｄ1)対セメントの質量比を０．８％とした。また、ノズルにて混合した急結剤(Ａｄ2)対セメントの質量比を１５．０％とした。配合表を表７に示す。表面処理した軽量骨材の１m3中に示す容積Ｓvは５０％以上であった。表中のＰ／Ｃは、セメント(Ｃ)とセメント混和用ポリマーエマルション(Ｐ)との混合比率である。
【００５４】
【表６】
【００５５】
【表７】
【００５６】
吹付けモルタルの物性確認のために、以下の項目の試験をした。
フロー試験は、ＪＩＳ Ｒ ５２０１(セメントの強さ試験)に準拠した。
単位容積質量試験は、ＪＩＳ Ａ １１６１(まだ固まらないコンクリートの単位容積質量及び空気量の重量による試験方法(重量方法))に準拠した。
圧縮強度試験および長さ変化率試験用の供試体は、ＪＳＣＥ Ｆ−５６１(吹付けコンクリートの圧縮強度用供試体の作り方)に基本的に準拠して作製した。
圧縮強度試験は、直径７５ｍｍ、高さ１５０ｍｍの円柱コア試験体を対象として、ＪＩＳ Ａ １１０８(コンクリートの圧縮強度試験方法)に準拠した。
また、長さ変化率は、ＪＩＳ Ａ １１２９(モルタル及びコンクリートの長さ変化率試験方法)に準拠して実施した。
また、付着強度試験として、乾燥状態にした３０ｃｍ×３０ｃｍ×６ｃｍの平板に本軽量モルタルを吹付け施工し、材齢２８日において図６に示す方法で付着強度試験を実施した。具体的には、モルタル表面に上部引張用ジグを接着し、モルタルにジグ側面に沿って基板に達する切り込みを入れ、上部引張用ジグをモルタル面に対して垂直に引き上げた。そして、モルタルが基板から剥離した時点での引張り荷重を測定した。
【００５７】
表８に、本発明のモルタルを吹付け施工したときの評価試験結果を示す。結果のとおり、本発明のモルタルは、吹付け工法施工可能な軽量モルタルとして満足のゆくものであった。また、フロー２２０ｍｍが得られたモルタルの圧送性は良好であり、仕上げ性も良好であった。
【００５８】
【表８】
【００５９】
〔実施例９〕−左官工法による軽量モルタルの断面修復材としての使用例−
実施例1の手順と同様であるが、粒径１．２ｍｍのガラスを使用し、処理後の密度が０．７８ｇ／ｃｍ３となるようにアクリルエマルションでプレコーティングした発泡ガラス軽量骨材を、表９の配合成分表に示す速硬性セメント、水、珪砂、減水剤、再乳化型粉末樹脂であるセメント混和用ポリマー、収縮低減剤、消泡剤、繊維と混合してモルタルを調製し、左官工法により試験体を作製した後、各種の評価試験を実施した。
このとき、モルタルの配合条件として、水セメント比(Ｗ／Ｃ)を３８％、軽量骨材(Ｓ)と珪砂(ＳＳ)との混合比を０．６：０．４、減水剤(Ａｄ1)対セメントの質量比を０．３％，収縮低減剤(Ａｄ2)対セメントの質量比を３．０％，消泡剤(Ａｄ3)対セメントの質量比を０．５％とした。また、繊維混入率はモルタルの容積比率で０．３％とした。配合表を表１０に示す。表面処理した軽量骨材の１m3中に示す容積Ｓvは２７％程度であった。表１０中のＰ２／Ｂはセメント(Ｃ＋Ｖ)と再乳化型粉末樹脂(Ｐ２)との混合比率である。
【００６０】
【表９】
【００６１】
【表１０】
【００６２】
吹付けモルタルの物性確認のために、フロー、単位容積質量、圧縮強度、長さ変化率の測定を実施例８と同様の手順で実施した。表１１に、本発明のモルタルを左官施工した場合の評価試験結果を示す。フロー１３１ｍｍが得られた本発明のモルタルの仕上げ性は良好であった。
【００６３】
【表１１】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
有機ポリマーのエマルションまたは溶液を発泡ガラスにコーティングし、余剰のエマルションまたは溶液を除去することからなる、モルタル用軽量骨材の製造方法。
【請求項２】
前記余剰のエマルションまたは溶液を除去した後、乾燥することからなる、請求項１に記載のモルタル用軽量骨材の製造方法。
【請求項３】
前記コーティングをモルタル施工現場で行う、請求項１または２に記載のモルタル用軽量骨材の製造方法。
【請求項１】
有機ポリマーのエマルションまたは溶液を発泡ガラスにコーティングし、余剰のエマルションまたは溶液を除去することからなる、モルタル用軽量骨材の製造方法。
【請求項２】
前記余剰のエマルションまたは溶液を除去した後、乾燥することからなる、請求項１に記載のモルタル用軽量骨材の製造方法。
【請求項３】
前記コーティングをモルタル施工現場で行う、請求項１または２に記載のモルタル用軽量骨材の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１２−９６９９５（Ｐ２０１２−９６９９５Ａ）
【公開日】平成２４年５月２４日（２０１２．５．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−３０６３６（Ｐ２０１２−３０６３６）
【出願日】平成２４年２月１５日（２０１２．２．１５）
【分割の表示】特願２００１−２８１０２６（Ｐ２００１−２８１０２６）の分割
【原出願日】平成１３年９月１７日（２００１．９．１７）
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第１項適用申請有り 平成１３年９月１日 社団法人土木学会発行の「第５６回年次学術講演会 講演概要集 第５部」に発表
【出願人】（３０３０５６３６８）東急建設株式会社 (225)
【出願人】（５９１１８５５４８）昭栄薬品株式会社 (2)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年５月２４日（２０１２．５．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年２月１５日（２０１２．２．１５）
【分割の表示】特願２００１−２８１０２６（Ｐ２００１−２８１０２６）の分割
【原出願日】平成１３年９月１７日（２００１．９．１７）
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第１項適用申請有り 平成１３年９月１日 社団法人土木学会発行の「第５６回年次学術講演会 講演概要集 第５部」に発表
【出願人】（３０３０５６３６８）東急建設株式会社 (225)
【出願人】（５９１１８５５４８）昭栄薬品株式会社 (2)
【Ｆターム（参考）】
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