補修用モルタル組成物
【課題】初期ひび割れの抵抗性を向上させ、フローダウンを抑制し（作業時間の延長）、長期間貯蔵しても膨張性能の低下が少なく、さらに特殊な梱包材を用いないでも、貯蔵安定性に優れたモルタル組成物を提供する。
【解決手段】ポルトランドセメント、膨張材、ポリマーおよび細骨材を含有してなり、膨張材が、遊離石灰、水硬性化合物、および無水石膏を含有するクリンカまたはクリンカ粉砕物を炭酸ガス雰囲気で加熱処理し炭酸カルシウムを生成させて得られる膨張材であり、ポルトランドセメントと膨張材からなる結合材１００部中、膨張材が２〜１０部、ポリマーが結合材１００部に対して１〜２０部、細骨材が５０〜２５０部である補修用モルタル組成物であり、さらに、収縮低減剤、繊維類、減水剤を含有する前記補修用モルタル組成物、である。
【解決手段】ポルトランドセメント、膨張材、ポリマーおよび細骨材を含有してなり、膨張材が、遊離石灰、水硬性化合物、および無水石膏を含有するクリンカまたはクリンカ粉砕物を炭酸ガス雰囲気で加熱処理し炭酸カルシウムを生成させて得られる膨張材であり、ポルトランドセメントと膨張材からなる結合材１００部中、膨張材が２〜１０部、ポリマーが結合材１００部に対して１〜２０部、細骨材が５０〜２５０部である補修用モルタル組成物であり、さらに、収縮低減剤、繊維類、減水剤を含有する前記補修用モルタル組成物、である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主に、土木・建築分野において使用されるモルタル組成物に関する。
【背景技術】
【０００２】
コンクリート構造物は、塩害、中性化、凍結融解、および化学的腐食などの作用により劣化が進行し、表面にひび割れや浮きなどが発生する恐れがある。その対策として、劣化した部分を打音検査などで確認し、電動ピック、エアピック、ウォータージェットなどにより取り除き、新たに補修部材で充填し補修する工事が行われている。修復断面が小さい小規模な補修工事では、ポリマーセメントモルタルを練混ぜてコテ塗りで断面修復を行う場合が多い（特許文献１、２参照）。
【０００３】
コテ塗りなどで補修する場合には、使用するモルタルの塗り易さや付着性といった施工性に優れた材料が好まれる。そのため、モルタルに適度な粘りや抗ダレ性を付与することを目的に特許文献１、２に記載されているようにフライアッシュやシリカフュームなどの無機微粉末を配合した材料が使用されている。
また、ポリマーセメントモルタルは、ポリマーの混和により硬化組織が密実化することで炭酸ガス、塩化物イオン、水の透過性を抑制して耐久性を付与するものであるが、完全な遮断はできない。特に、水分の蒸発によって生じる乾燥収縮の影響によって、数ヶ月のレベルでひび割れが発生する場合がある。これを解決するために、収縮低減剤を配合することも行われている（特許文献３参照）が、低温環境下では著しく凝結が遅延する場合がある。
【０００４】
一方で、セメントの収縮を補償し、ひび割れ発生抑制や、構造体との付着性能を保持する目的で、膨張材が用いられている。膨張材としては、例えば、３ＣａＯ・３Ａｌ２Ｏ３・ＣａＳＯ４（アウイン）、ＣａＳＯ４およびＣａＯを主成分とするカルシウムサルホアルミネート系(以下、アウイン系膨張材という)と、遊離石灰を主成分とする石灰系（以下、石灰系膨張材という）の他、遊離石灰−水硬性物質−セッコウ類を含有してなる膨張材などがある。
【０００５】
セメント、骨材、膨張材、乾燥収縮低減剤、ポリマーを用い、その膨張材と収縮低減剤の相乗効果によりモルタル・コンクリートの収縮低減を図ることや（特許文献４参照）、セメント、膨張材、再乳化型粉末樹脂、骨材、繊維物質、収縮低減剤、減水剤、および消泡剤を含有するポリマーセメント組成物が提案されている。（特許文献５参照）
【０００６】
しかしながら、膨張材を含有するセメント組成物は、品質保証期間を超えて貯蔵すると外部より浸入してくる水分によって、膨張性能が低下する場合があり、それによって硬化体のひび割れ発生や構造体との付着性能が低下する危険性があった。さらに、長期の収縮を補償する目的で使用する膨張材は、初期に十分な養生を行わないとプラスティック収縮により初期ひび割れが発生する恐れがあった。
【０００７】
そこで、貯蔵によるセメントプレミックス製品の劣化（モルタル性状の劣悪化、膨張性能の低下）を遅延させる方法としてセメント、石灰系膨張材、および減水剤を主成分とする結合材からなるセメントプレミックス組成物をポリエチレン袋に梱包したセメントプレミックス製品が提案されている。（特許文献６参照）
【０００８】
この方法によると、セメントプレミックス組成物の品質保証期間は延長させるものの、特殊な梱包材を使用することが必要であり、さらに梱包時の製造効率を向上させるため、包装袋にピンホールやスリットを入れるなど、梱包材に特殊な加工を施す必要があった。
【０００９】
また、従来の膨張材は高温多湿な環境で長期間貯蔵した場合、膨張性能が低下し、特にセメントとあらかじめ混合した場合には、膨張性能の低下が顕著になるという課題を解消する目的で、膨張材を炭酸ガス雰囲気で加熱処理し炭酸カルシウムを生成させて貯蔵安定性を向上させる方法が提案されている。（特許文献７参照）
【００１０】
この膨張材には、骨材の他、減水剤や流動化剤、消泡剤、収縮低減剤、高分子エマルジョン、繊維類、その他添加剤が併用できることは示されているものの、具体的な使用量は示されておらず、その効果は膨張性能の他についても何ら示唆されていなかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００１−３２２８５８号公報
【特許文献２】特開２００３−８９５６５号公報
【特許文献３】特開２００３−５５０１８号公報
【特許文献４】特開２００８−３１００６号公報
【特許文献５】特開２００５−８２４１６号公報
【特許文献６】特許３９３９１３５号公報
【特許文献７】国際公開第２０１０／１４３５０６号パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明は、前記課題を解決しようとするものであり、初期ひび割れの抵抗性を向上させ、フローダウンを抑制し（作業時間の延長）、長期間貯蔵しても膨張性能の低下が少なく、さらに特殊な梱包材を用いないでも、貯蔵安定性に優れたモルタル組成物を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
すなわち本発明は、（１）ポルトランドセメント、膨張材、ポリマーおよび細骨材を含有してなり、膨張材が、遊離石灰、水硬性化合物、および無水石膏を含有するクリンカまたはクリンカ粉砕物を炭酸ガス雰囲気で加熱処理し炭酸カルシウムを生成させて得られる膨張材であり、ポルトランドセメントと膨張材からなる結合材１００部中、膨張材が２〜１０部、ポリマーが結合材１００部に対して１〜２０部、細骨材が５０〜２５０部である補修用モルタル組成物、（２）さらに、収縮低減剤を結合材１００部に対して１〜８部含有する（１）の補修用モルタル組成物、（３）さらに、繊維類を結合材１００部に対して０．０５〜０．７部含有する（１）または（２）の補修用モルタル組成物、（４）さらに、減水剤を含有する（１）〜（３）のいずれかの補修用モルタル組成物、である。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の補修用モルタル組成物は、初期ひび割れの抵抗性を向上させ、長期間貯蔵しても膨張性能の低下が少なく、フローダウンを抑制し（作業時間の延長）、さらに特殊な梱包材を用いないでも、貯蔵安定性に優れるなどの効果を奏する。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明を詳細に説明する。
本発明で使用する部や％は特に規定のない限り質量基準である。
【００１６】
本発明で使用するセメントとは、特に限定されるものではなく、普通、早強、超早強、低熱、および中庸熱の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、高炉スラグ、フライアッシュ、またはシリカを混合した各種混合セメント、エコセメント、白色セメント、超速硬セメント、石灰石微粉末などを混合したフィラーセメントなどが挙げられる。
【００１７】
本発明で使用するポリマーとは、例えば、ＪＩＳ Ａ ６２０３で規定されているセメント混和用のポリマーであり、水の中にポリマーの微粒子が分散しているポリマーディルパージョンや、ゴムラテックスおよび樹脂エマルジョンに安定剤などを加えたものを乾燥して得られる再乳化形粉末樹脂などを称するものであり、中性化、塩害、凍害等の耐久性を向上させ、モルタルの付着強度、曲げ強度、引張強度などの強度特性を改善する目的で使用する。
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、および天然ゴムなどのゴムラテックス、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、およびスチレン・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、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂に代表される液状ポリマーなどが挙げられ、これらの１種または２種以上の混合物を使用できる。
【００１８】
本発明のポリマーの使用量は、セメントと膨張材からなる結合材１００部に対して、固形分換算で１〜２０部が好ましく、３〜１０部がより好ましい。１部未満では耐久性の向上効果が小さく、２０部を超えると強度発現性に影響する場合がある。
【００１９】
本発明で使用する膨張材は、遊離石灰、水硬性化合物、および無水石膏を含有するクリンカ、またはクリンカ粉砕物を炭酸ガス雰囲気で加熱処理し炭酸カルシウムを生成させて得られるものである。
遊離石灰、水硬性化合物、無水石膏、および炭酸カルシウムが同一粒子中に存在している粒子を含有していることが好ましい。
【００２０】
本発明の膨張材は、ＣａＯ原料、Ａｌ２Ｏ３原料、Ｆｅ２Ｏ３原料、ＳｉＯ２原料、およびＣａＳＯ４原料を適宜混合して熱処理して得られるクリンカまたはクリンカ粉砕物を炭酸ガスで処理して得られるものである。
本発明で云う遊離石灰とは、通常ｆ−ＣａＯと呼ばれるものである。
本発明で云う水硬性化合物とは、３ＣａＯ・３Ａｌ２Ｏ３・ＣａＳＯ４で表されるアウイン、３ＣａＯ・ＳｉＯ２（Ｃ３Ｓと略記）や２ＣａＯ・ＳｉＯ２（Ｃ２Ｓと略記）で表されるカルシウムシリケート、４ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３・Ｆｅ２Ｏ３（Ｃ４ＡＦと略記）や６ＣａＯ・２Ａｌ２Ｏ３・Ｆｅ２Ｏ３（Ｃ６Ａ２Ｆと略記）、６ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３・Ｆｅ２Ｏ３（Ｃ６ＡＦと略記）で表されるカルシウムアルミノフェライト、２ＣａＯ・Ｆｅ２Ｏ３（Ｃ２Ｆと略記）などのカルシウムフェライトであり、これらのうちの１種または２種以上を含むことが好ましい。本発明の膨張材に含まれる炭酸カルシウムの形態は特に限定されるものではない。
【００２１】
ＣａＯ原料としては石灰石や消石灰などが挙げられ、Ａｌ２Ｏ３原料としてはボーキサイトやアルミ残灰などが挙げられ、Ｆｅ２Ｏ３原料としては銅カラミや市販の酸化鉄などが、ＳｉＯ２原料としては珪石などが、ＣａＳＯ４原料としては二水石膏、半水石膏および無水石膏などが挙げられる。
これら原料には不純物を含む場合があるが、本発明の効果を阻害しない範囲内では特に問題とはならない。不純物としては、ＭｇＯ、ＴｉＯ２、ＺｒＯ２、ＭｎＯ、Ｐ２Ｏ５、Ｎａ２Ｏ、Ｋ２Ｏ、Ｌｉ２Ｏ、硫黄、フッ素、塩素などが挙げられる。
【００２２】
本発明の膨張材に使用するクリンカの熱処理方法は特に限定されるものではないが、電気炉やキルン等を用いて１１００〜１６００℃の温度で焼成することが好ましく、１２００〜１５００℃がより好ましい。１１００℃未満では膨張性能が充分でなく、１６００℃を超えると無水石膏が分解する場合がある。
【００２３】
本発明の膨張材に使用するクリンカに含まれる各鉱物の割合は、以下の範囲であることが好ましい。遊離石灰の含有量は、クリンカ１００部中、１０〜７０部が好ましく、４０〜６０部がより好ましい。水硬性化合物の含有量は、クリンカ１００部中、１０〜５０部が好ましく、２０〜３０部がより好ましい。無水石膏の含有量は、クリンカ１００部中、１〜５０部が好ましく２０〜３０部がより好ましい。前記範囲外では、膨張量が極端に大きくなって圧縮強度が低下したり、膨張量が小さくなる場合がある。
【００２４】
鉱物の含有量は、従来一般の分析方法で確認することができる。例えば、粉砕した試料を粉末Ｘ線回折装置にかけ、生成鉱物を確認するとともにデータをリートベルト法にて解析し、鉱物を定量することができる。また、化学成分と粉末Ｘ線回折の同定結果に基づいて、鉱物量を計算によって求めることもできる。
【００２５】
本発明の膨張材を調製するための炭酸ガスの処理条件は以下の範囲であることが好ましい。
炭酸化処理容器への炭酸ガスの流量は、炭酸化処理容器の容積１Ｌあたり０．０１〜０．１Ｌ／ｍｉｎであることが好ましい。０．０１Ｌ／ｍｉｎ未満ではクリンカの炭酸化に時間がかかる場合があり、０．１Ｌ／ｍｉｎ以上に高めてもさらなる炭酸化処理速度の向上が得られず不経済である。なお、本条件は、炭酸化処理容器としてるつぼを使用し、るつぼを電気炉内に静置し、炭酸ガスを流して反応させた場合の条件であり、他の方法でクリンカと炭酸ガスを反応させる場合はこの限りではない。
炭酸化処理容器の温度は２００〜８００℃とすることが好ましい。２００℃未満ではクリンカの炭酸化反応が進行しない場合があり、８００℃以上では一度炭酸カルシウムに変化したとしても再び脱炭酸化反応が生じ、炭酸カルシウムを生成させることができない場合がある。
なお、クリンカの炭酸化は未粉砕のクリンカをそのまま炭酸化しても良いし、クリンカを粉砕してから炭酸化しても良い。本発明でいう炭酸化処理容器は特に限定されるものではなく、クリンカと炭酸ガスを接触させ反応させることが出来ればよく、電気炉でも良いし、流動層式加熱炉でも良いし、クリンカを粉砕するミルでも良い。
【００２６】
炭酸カルシウムの割合は、クリンカ１００部中、０．５〜１０部であることが好ましく、１〜５部がより好ましい。各鉱物の組成割合が前記範囲内にないと優れた膨張性能や初期の圧縮強度、貯蔵安定性が得られない場合がある。
炭酸カルシウムの含有量は、示差熱天秤（ＴＧ−ＤＴＡ）や示差熱熱量測定（ＤＳＣ）などによって、炭酸カルシウムの脱炭酸に伴う重量変化から定量することができる。
【００２７】
本発明の膨張材は、同一粒子中に遊離石灰、水硬性化合物、無水石膏、および炭酸カルシウムが存在する粒子を含有していることが好ましい。
遊離石灰、水硬性化合物、無水石膏、および炭酸カルシウムが同一粒子中に存在しているかどうかは電子顕微鏡などによって確認することができる。具体的には、膨張材を樹脂で包埋し、アルゴンイオンビームで表面処理を行い、粒子断面の組織を観察するとともに、元素分析を行うことで炭酸カルシウムが同一粒子内に存在しているか確認することができる。
【００２８】
本発明の膨張材の粉末度は、ブレーン比表面積で２０００〜９０００ｃｍ２／ｇが好ましく、３０００〜６０００ｃｍ２／ｇがより好ましい。２０００ｃｍ２／ｇ未満では長期に亘って膨張し硬化体組織が壊れたり、９０００ｃｍ２／ｇを超えると膨張性能が低下したり、流動性が低下したり、フローダウンが大きくなる場合がある。
【００２９】
本発明の膨張材の使用量は、補修材料の配合によって変化するため特に限定されるものではないが、通常、セメントと膨張材からなる結合材１００部中、２〜１０部が好ましく、４〜８部がより好ましい。２部未満では充分な膨張性能が得られない場合があり、１０部を超えて使用すると過膨張となり硬化体に膨張クラックを生じる場合がある。
【００３０】
本発明で使用する収縮低減剤は、使用することにより未反応の水分の逸散を防止しセメント水和物の乾燥収縮を抑制するもので、具体的には、アルコール系、低級アルコールアルキレンオキシド誘導体系、グリコール系、グリコールエーテル・アミノアルコール誘導体系、およびポリエーテル系等の界面活性作用を有する有機系化合物を使用することができる。
収縮低減剤の使用量は、セメントと膨張材からなる結合材１００部に対して、1〜８部が好ましい。1部未満では収縮低減効果が充分でない場合があり、８部を超えるとコストアップになるばかりかフレッシュ時の流動性が低下したり、凝結遅延や強度低下を生じる場合がある。
【００３１】
本発明で使用する繊維類は、ひび割れ抵抗性や曲げ耐力を向上させるものである。繊維の種類としては、ビニロン繊維やプロピレン繊維、ナイロン繊維などの高分子繊維類、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、特に限定されるものではない。
繊維類の使用量は、セメントモルタル１００部に対して０．０５〜０．７部が好ましく、０．０８〜０．５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、０．７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。繊維の長さはコテ仕上げ面の美観の点で１５ｍｍ以下が好ましい。
【００３２】
本発明で使用する減水剤は、特に限定させるものでなく、セメントに対する分散作用や空気連行作用を有し、流動性改善や強度増進するものの総称であり、具体的には、ナフタレンスルホン酸系減水剤、メラミンスルホン酸系減水剤、リグニンスルホン酸系減水剤、およびポリカルボン酸系減水剤が使用でき、減水剤の使用形態は、液体、粉体のいずれも使用可能であるが、プレミックス製品として使用する際には粉体が好ましい。
減水剤の使用量は特に限定されるものではない。減水剤の種類により減水率に差があり適正量はそれぞれ異なるが、通常、セメントと膨張材からなる結合材１００部に対して、固形分換算で０．０５〜１．０部が好ましい。０．０５部未満では流動性が充分でなくなる場合があり、１.０部を超えると材料分離を起す場合がある。
【００３３】
本発明ではさらに消泡剤を使用することができる。消泡剤とは、適度な空気連行性を調整する目的で使用することができる。消泡剤の種類としては、高級脂肪酸のアルキレンオキサイド付加物、グリコールのエチレンオキサイド付加物等のポリエーテル系消泡剤、ジメチルシリコーンなどのシリコーン系消泡剤、トリブチルホスフェートなどのトリアルキルホスフェート系消泡剤等がある。
【００３４】
本発明の消泡剤の使用量は、セメントと膨張材からなる結合材１００部に対して、０．００１〜０．５部が好ましく、０．００３〜０．１部がより好ましい。０．００１部未満では消泡効果は少なく、０．５部を超えても消泡効果が頭打ちとなり不経済となる場合がある。
【００３５】
本発明で使用する細骨材は通常使われている川砂、海砂、砕砂、珪砂、軽量骨材などが挙げられ、それらのうち１種または２種以上を混合して使用することが可能であり、プレミックス製品として使用する際にはそれらの乾燥砂が好ましい。
細骨材の最大粒度は、２ｍｍ以下が好ましい。それ以上では、コテ仕上げ時の作業性が損なわれたり、仕上げ面が荒々しい感じとなる場合がある。
細骨材の使用量は、結合材１００部に対して、５０〜２５０部が好ましくい。２５０部を超えると強度不足が発生したり、作業性が損なわれたりする場合がある。
【００３６】
本発明で使用する練混ぜ水量は特に限定されるものではないが、通常、水／結合材比で２５〜５０％が好ましく、３０〜４５％がより好ましい。この範囲外では、練混ぜが困難であったり、材料分離や強度低下を起こしたりする場合がある。
【００３７】
また更には添加材（剤）として、増粘剤、防錆剤、防凍剤、および凝結調整剤ならびにセメント急硬材、ベントナイトなどの粘土鉱物、ゼオライトなどのイオン交換体、シリカ質微粉末、炭酸カルシウム、水酸化カルシウム、石膏、ケイ酸カルシウムのうち１種又は２種以上を、本発明の目的を実質的に阻害しない範囲で使用することが可能である。
【００３８】
以下に実施例を挙げて本発明をさらに具体的に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
【実施例】
【００３９】
「実験例１」
ＣａＯ原料、Ａｌ２Ｏ３原料、Ｆｅ２Ｏ３原料、ＳｉＯ２原料、ＣａＳＯ４原料を表１に示す鉱物割合となるように配合し、混合粉砕した後１３５０℃で熱処理してクリンカを合成し、ボールミルを用いてブレーン比表面積で３０００ｃｍ２／ｇに粉砕した。この粉砕物２５ｇをアルミナ製るつぼに入れて電気炉内にセットし、炭酸ガスの流量を電気炉内容積１Ｌあたり０．０５Ｌ／ｍｉｎ、焼成温度６００℃、１ｈｒ反応させ、生成した炭酸カルシウムの生成量を定量して膨張材とした。さらに、炭酸ガス処理をクリンカー粉砕前に上記を同様な条件で行い、その後ブレーン比表面積３０００ｃｍ２／ｇに粉砕した膨張材も用いた（実験No.1-8）。
【００４０】
この膨張材を使用して、セメントと膨張材からなる結合材１００部中、膨張材を６部、結合材１００部に対して骨材２００部、ポリマー７部をＶ型ブレンダーにて均一に混合した。
２０℃の室内で、その補修用モルタル組成物に水を４２部加えモルタルミキサーで練混ぜてセメントモルタルとし、所定材齢での長さ変化と圧縮強度試験を行った。結果を表１に示す。
さらに、促進貯蔵試験した補修用セメント組成物についても同様な実験を行った。
なお、比較として炭酸ガス処理をせずクリンカを粉砕しただけの膨張材（実験No.1-9〜11）、炭酸ガス処理をせずクリンカを粉砕しただけの膨張材に炭酸カルシウム粉末を混合した膨張材（実験No.1-12）についても同様の実験を行った。
【００４１】
（使用材料）
ＣａＯ原料：石灰石
Ａｌ２Ｏ３原料：ボーキサイト
Ｆｅ２Ｏ３原料：酸化鉄
ＳｉＯ２原料：珪石
ＣａＳＯ４原料：二水石膏
炭酸ガス：市販品
セメント：普通ポルトランドセメント、市販品
細骨材：石灰石砕砂 最大粒径１．２ｍｍ
ポリマー：アクリル−酢酸ビニル−バーサチック酸ビニル系共重合体 市販品
炭酸カルシウム粉末：市販品、２００メッシュ通過品
【００４２】
（試験方法）
鉱物組成：化学組成と粉末Ｘ線回折の同定結果に基づいて計算により求めた。
炭酸カルシウムの生成量：示差熱天秤（ＴＧ−ＤＴＡ）の５００〜７５０℃の脱炭酸に伴う重量変化より定量した。
膨張材粒子内の鉱物分布：シリコン製の容器に膨張材を入れ、エポキシ樹脂を流しこみ硬化させ、硬化物をイオンビーム加工機（ＳＭ−０９０１０、日本電子製）にて断面加工し、ＳＥＭ−ＥＤＳ分析装置にて確認した。
長さ変化率：ＪＩＳ Ａ １１７１ ポリマーセメントモルタルの試験方法に準じ材齢２８日までの長さ変化率を測定した。
圧縮強度：ＪＩＳ Ａ １１７１ ポリマーセメントモルタルの試験方法に準じ材齢２８日の圧縮強度を測定した。
促進貯蔵試験：補修用モルタル組成物２５ｋｇを３重クラフト紙の内装に２０μｍ厚の高密度ポリエチレンシートを貼り付けた梱包材内に梱包し、シールして３５℃、９０％RH室内で１ヶ月間存置した。
【００４３】
【表１】
【００４４】
表１によれば、実験No.1-4と実験No.1-12を比較すると、鉱物含有量は同様であるが、炭酸カルシウムを混合したものは促進貯蔵後の収縮率が大きくなっている。これは炭酸カルシウムの粒子が存在するのみでは、貯蔵安定性の向上には効果がないことを意味し、クリンカを炭酸ガス処理することによって、クリンカ表面に炭酸カルシウムの皮膜層が生成され、膨張に寄与する鉱物の貯蔵劣化を抑制しているものと推察できる。
【００４５】
「実験例２」
実験No.1-4で使用した膨張材二を用い添加率を表２のように変化させたこと以外は実験例１と同様に行った。結果を表２に示す。
【００４６】
【表２】
【００４７】
表２によれば、膨張材の添加率を増加するに従い、長さ変化率は小さくなり、促進貯蔵後でも、収縮補償効果を示していることが分かる。
【００４８】
「実験例３」
実験No.1-4で使用した膨張材二を用い、ポリマーの添加率を表２のように変化させて、付着強度と圧縮強度、中性化深さを測定したこと以外は実験例１と同様に行った。結果を表３に示す。
【００４９】
（試験方法）
付着強度：横３０×縦３０×厚さ６ｃｍのサンドブラストしたコンクリート板にプライマー（エチレン−酢酸ビニル系エマルジョン）を１５０ｇ／ｍ２となるように刷毛で塗り、補修モルタルを２ｃｍ厚みとなるように塗り付け、表面のコテ仕上げを行い試験体とした。材齢２８日後にコアリングにより高速カッターで下地のコンクリート部まで切断し削孔し、専用の引抜き治具を取り付け建研式付着力試験機で測定した。試験体の養生は温度２０℃、湿度６０％、一検体当たりの付着面積は１６００ｍｍ２とした。
中性化深さ：ＪＩＳ Ａ １１７１に準拠した。
【００５０】
【表３】
【００５１】
表３によれば、ポリマー４〜１５部を加えることにより、付着強度が向上し、中性化深さも浅くなり、中性化抵抗性が向上しているのがわかる。特に、ポリマーを４〜１０部にすると、付着強度、中性化抵抗性の向上が顕著になるものである。
【００５２】
「実験例４」
市販の膨張材を処理し、流動性と中性化深さを測定したこと以外は実験例１と同様に行った。結果を表３に示す。
【００５３】
（使用材料）
市販膨張材Ａ：遊離石灰５０部、アウイン１２部、カルシウムアルミノフェライト（４ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３・Ｆｅ２Ｏ３）５部、カルシウムシリケート（２ＣａＯ・ＳｉＯ２）３部、無水石膏３０部。
市販膨張材Ｂ：遊離石灰５２部、カルシウムアルミノフェライト（４ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３・Ｆｅ２Ｏ３）４部、カルシウムシリケート（２ＣａＯ・ＳｉＯ２）１０部、カルシウムシリケート（３ＣａＯ・ＳｉＯ２）１２部、無水石膏２０部。
【００５４】
（試験方法）
流動性：ＪＩＳ-Ｒ５２０１によるテーブルフロー値
【００５５】
【表４】
【００５６】
表４より、膨張材をＣＯ２処理することにより、フローダウンは小さくなり、更に市販品をＣＯ２処理しても、貯蔵による収縮量の増大は小さく、中性化深さも促進貯蔵前と同程度の値を示しており、貯蔵安定性が向上していることがわかる。中性化抵抗性（貯蔵安定性）が向上した原因としては、ＣＯ２処理によりクリンカ中のｆ-ＣａＯの周りにも炭酸カルシウムの皮膜層が生成されたことにより、水和による消化が遅延し、更に促進中性化で炭酸化養生からによるＣＯ２アタックが緩慢化されたことによるものと考えられる。
【００５７】
「実験例５」
市販の膨張材ＡとそれをＣＯ２処理した実験No.4-2の膨張材を用い、ポリマーの量を表５のように変化させ、初期ひび割れ抵抗性の測定を行ったこと以外は実験例１と同様に行った。結果を表５に示す。
【００５８】
初期ひび割れ抵抗性：横３０×縦３０×厚さ６ｃｍのサンドブラストしたコンクリート板にプライマー（エチレン−酢酸ビニル系エマルジョン）を１５０ｇ／ｍ２となるように刷毛で塗り、３０℃-４０％ＲＨ恒温室内で補修モルタルを２ｃｍ厚みとなるように塗り付け、表面のコテ仕上げを行い試験体とした。打設２時間後から送風機により風をあてながら材齢２４時間まで存置し、ひび割れの有無について確認した。
【００５９】
【表５】
【００６０】
表５によれば、ＣＯ２処理した膨張材とポリマーを併用することにより初期ひび割れ抵抗性が向上することが分る。
【００６１】
「実験例６」
実験No.1-4で使用した粉末度３０００ｃｍ２／ｇの膨張材二と実験No.4-1で使用した市販膨張材Ａの炭酸ガス処理品を結合材１００部中５部と表５に示す収縮低減剤を使用したこと以外は実験例１と同様に行い、長さ変化率とひび割れ確認試験を行った。結果を表６に示す。
【００６２】
（使用材料）
収縮低減剤：ポリオキシアルキレン誘導体、市販品
【００６３】
（試験方法）
ひび割れ確認試験：ＪＨＳ４３２ ５．１ひび割れ抵抗試験方法に準じ２０℃-８０％ＲＨ恒温室内で試験体を作製。材齢４８時間で３０℃-４０％ＲＨ恒温室内に移動し、送風機により風をあてながら材齢２８日まで存置し、ひび割れの有無について確認した。
【００６４】
【表６】
【００６５】
表６より、収縮低減剤を１〜８部を膨張材と併用することにより、長さ変化率が小さくなり、収縮低減効果を奏するのがわかる。特に、収縮低減剤を３〜８部にすると、長さ変化率が極めて小さくなり、更には高い圧縮強度が維持されるものである。
【００６６】
「実験例７」
実験No.1-4で使用した粉末度３０００ｃｍ２／ｇの膨張材二を結合材１００部中５部と表７に示す繊維類、減水剤を使用したこと以外は実験例１と同様に行い、モルタルの流動性（実験例４）と曲げタフネスを測定した。結果を表７に示す。
【００６７】
（使用材料）
繊維類：ビニロン繊維、繊維長さ６ｍｍ、繊維径０．０２７ｍｍ、収束タイプ、市販品
減水剤：ナフタレンスルホン酸系、市販品、粉末状
【００６８】
（試験方法）
曲げタフネス：ＪＣＳＥ−Ｇ ５５２−２０１０ 鋼繊維補強コンクリートの曲げ強度および曲げタフネス試験方法（案）に準じ材齢２８日の曲げタフネスを測定した。
【００６９】
【表７】
【００７０】
表７より、繊維類を０．０５〜０．７部を加えることにより、曲げタフネスが向上し、一方で減水剤を０．０１〜０．５０部加えることで流動性が改善されることがわかる。
【産業上の利用可能性】
【００７１】
本発明の補修用モルタル組成物を採用することにより、フローダウンを抑制し（作業時間の延長）、初期ひび割れの抵抗性が向上し、長期間保管しても、製造直後とほぼ同等なモルタル物性を示し、製品価値を損なうことが無いなどの優れた効果を奏し、土木・建築分野で幅広く使用することができる。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主に、土木・建築分野において使用されるモルタル組成物に関する。
【背景技術】
【０００２】
コンクリート構造物は、塩害、中性化、凍結融解、および化学的腐食などの作用により劣化が進行し、表面にひび割れや浮きなどが発生する恐れがある。その対策として、劣化した部分を打音検査などで確認し、電動ピック、エアピック、ウォータージェットなどにより取り除き、新たに補修部材で充填し補修する工事が行われている。修復断面が小さい小規模な補修工事では、ポリマーセメントモルタルを練混ぜてコテ塗りで断面修復を行う場合が多い（特許文献１、２参照）。
【０００３】
コテ塗りなどで補修する場合には、使用するモルタルの塗り易さや付着性といった施工性に優れた材料が好まれる。そのため、モルタルに適度な粘りや抗ダレ性を付与することを目的に特許文献１、２に記載されているようにフライアッシュやシリカフュームなどの無機微粉末を配合した材料が使用されている。
また、ポリマーセメントモルタルは、ポリマーの混和により硬化組織が密実化することで炭酸ガス、塩化物イオン、水の透過性を抑制して耐久性を付与するものであるが、完全な遮断はできない。特に、水分の蒸発によって生じる乾燥収縮の影響によって、数ヶ月のレベルでひび割れが発生する場合がある。これを解決するために、収縮低減剤を配合することも行われている（特許文献３参照）が、低温環境下では著しく凝結が遅延する場合がある。
【０００４】
一方で、セメントの収縮を補償し、ひび割れ発生抑制や、構造体との付着性能を保持する目的で、膨張材が用いられている。膨張材としては、例えば、３ＣａＯ・３Ａｌ２Ｏ３・ＣａＳＯ４（アウイン）、ＣａＳＯ４およびＣａＯを主成分とするカルシウムサルホアルミネート系(以下、アウイン系膨張材という)と、遊離石灰を主成分とする石灰系（以下、石灰系膨張材という）の他、遊離石灰−水硬性物質−セッコウ類を含有してなる膨張材などがある。
【０００５】
セメント、骨材、膨張材、乾燥収縮低減剤、ポリマーを用い、その膨張材と収縮低減剤の相乗効果によりモルタル・コンクリートの収縮低減を図ることや（特許文献４参照）、セメント、膨張材、再乳化型粉末樹脂、骨材、繊維物質、収縮低減剤、減水剤、および消泡剤を含有するポリマーセメント組成物が提案されている。（特許文献５参照）
【０００６】
しかしながら、膨張材を含有するセメント組成物は、品質保証期間を超えて貯蔵すると外部より浸入してくる水分によって、膨張性能が低下する場合があり、それによって硬化体のひび割れ発生や構造体との付着性能が低下する危険性があった。さらに、長期の収縮を補償する目的で使用する膨張材は、初期に十分な養生を行わないとプラスティック収縮により初期ひび割れが発生する恐れがあった。
【０００７】
そこで、貯蔵によるセメントプレミックス製品の劣化（モルタル性状の劣悪化、膨張性能の低下）を遅延させる方法としてセメント、石灰系膨張材、および減水剤を主成分とする結合材からなるセメントプレミックス組成物をポリエチレン袋に梱包したセメントプレミックス製品が提案されている。（特許文献６参照）
【０００８】
この方法によると、セメントプレミックス組成物の品質保証期間は延長させるものの、特殊な梱包材を使用することが必要であり、さらに梱包時の製造効率を向上させるため、包装袋にピンホールやスリットを入れるなど、梱包材に特殊な加工を施す必要があった。
【０００９】
また、従来の膨張材は高温多湿な環境で長期間貯蔵した場合、膨張性能が低下し、特にセメントとあらかじめ混合した場合には、膨張性能の低下が顕著になるという課題を解消する目的で、膨張材を炭酸ガス雰囲気で加熱処理し炭酸カルシウムを生成させて貯蔵安定性を向上させる方法が提案されている。（特許文献７参照）
【００１０】
この膨張材には、骨材の他、減水剤や流動化剤、消泡剤、収縮低減剤、高分子エマルジョン、繊維類、その他添加剤が併用できることは示されているものの、具体的な使用量は示されておらず、その効果は膨張性能の他についても何ら示唆されていなかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００１−３２２８５８号公報
【特許文献２】特開２００３−８９５６５号公報
【特許文献３】特開２００３−５５０１８号公報
【特許文献４】特開２００８−３１００６号公報
【特許文献５】特開２００５−８２４１６号公報
【特許文献６】特許３９３９１３５号公報
【特許文献７】国際公開第２０１０／１４３５０６号パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明は、前記課題を解決しようとするものであり、初期ひび割れの抵抗性を向上させ、フローダウンを抑制し（作業時間の延長）、長期間貯蔵しても膨張性能の低下が少なく、さらに特殊な梱包材を用いないでも、貯蔵安定性に優れたモルタル組成物を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
すなわち本発明は、（１）ポルトランドセメント、膨張材、ポリマーおよび細骨材を含有してなり、膨張材が、遊離石灰、水硬性化合物、および無水石膏を含有するクリンカまたはクリンカ粉砕物を炭酸ガス雰囲気で加熱処理し炭酸カルシウムを生成させて得られる膨張材であり、ポルトランドセメントと膨張材からなる結合材１００部中、膨張材が２〜１０部、ポリマーが結合材１００部に対して１〜２０部、細骨材が５０〜２５０部である補修用モルタル組成物、（２）さらに、収縮低減剤を結合材１００部に対して１〜８部含有する（１）の補修用モルタル組成物、（３）さらに、繊維類を結合材１００部に対して０．０５〜０．７部含有する（１）または（２）の補修用モルタル組成物、（４）さらに、減水剤を含有する（１）〜（３）のいずれかの補修用モルタル組成物、である。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の補修用モルタル組成物は、初期ひび割れの抵抗性を向上させ、長期間貯蔵しても膨張性能の低下が少なく、フローダウンを抑制し（作業時間の延長）、さらに特殊な梱包材を用いないでも、貯蔵安定性に優れるなどの効果を奏する。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明を詳細に説明する。
本発明で使用する部や％は特に規定のない限り質量基準である。
【００１６】
本発明で使用するセメントとは、特に限定されるものではなく、普通、早強、超早強、低熱、および中庸熱の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、高炉スラグ、フライアッシュ、またはシリカを混合した各種混合セメント、エコセメント、白色セメント、超速硬セメント、石灰石微粉末などを混合したフィラーセメントなどが挙げられる。
【００１７】
本発明で使用するポリマーとは、例えば、ＪＩＳ Ａ ６２０３で規定されているセメント混和用のポリマーであり、水の中にポリマーの微粒子が分散しているポリマーディルパージョンや、ゴムラテックスおよび樹脂エマルジョンに安定剤などを加えたものを乾燥して得られる再乳化形粉末樹脂などを称するものであり、中性化、塩害、凍害等の耐久性を向上させ、モルタルの付着強度、曲げ強度、引張強度などの強度特性を改善する目的で使用する。
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、および天然ゴムなどのゴムラテックス、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、およびスチレン・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、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂に代表される液状ポリマーなどが挙げられ、これらの１種または２種以上の混合物を使用できる。
【００１８】
本発明のポリマーの使用量は、セメントと膨張材からなる結合材１００部に対して、固形分換算で１〜２０部が好ましく、３〜１０部がより好ましい。１部未満では耐久性の向上効果が小さく、２０部を超えると強度発現性に影響する場合がある。
【００１９】
本発明で使用する膨張材は、遊離石灰、水硬性化合物、および無水石膏を含有するクリンカ、またはクリンカ粉砕物を炭酸ガス雰囲気で加熱処理し炭酸カルシウムを生成させて得られるものである。
遊離石灰、水硬性化合物、無水石膏、および炭酸カルシウムが同一粒子中に存在している粒子を含有していることが好ましい。
【００２０】
本発明の膨張材は、ＣａＯ原料、Ａｌ２Ｏ３原料、Ｆｅ２Ｏ３原料、ＳｉＯ２原料、およびＣａＳＯ４原料を適宜混合して熱処理して得られるクリンカまたはクリンカ粉砕物を炭酸ガスで処理して得られるものである。
本発明で云う遊離石灰とは、通常ｆ−ＣａＯと呼ばれるものである。
本発明で云う水硬性化合物とは、３ＣａＯ・３Ａｌ２Ｏ３・ＣａＳＯ４で表されるアウイン、３ＣａＯ・ＳｉＯ２（Ｃ３Ｓと略記）や２ＣａＯ・ＳｉＯ２（Ｃ２Ｓと略記）で表されるカルシウムシリケート、４ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３・Ｆｅ２Ｏ３（Ｃ４ＡＦと略記）や６ＣａＯ・２Ａｌ２Ｏ３・Ｆｅ２Ｏ３（Ｃ６Ａ２Ｆと略記）、６ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３・Ｆｅ２Ｏ３（Ｃ６ＡＦと略記）で表されるカルシウムアルミノフェライト、２ＣａＯ・Ｆｅ２Ｏ３（Ｃ２Ｆと略記）などのカルシウムフェライトであり、これらのうちの１種または２種以上を含むことが好ましい。本発明の膨張材に含まれる炭酸カルシウムの形態は特に限定されるものではない。
【００２１】
ＣａＯ原料としては石灰石や消石灰などが挙げられ、Ａｌ２Ｏ３原料としてはボーキサイトやアルミ残灰などが挙げられ、Ｆｅ２Ｏ３原料としては銅カラミや市販の酸化鉄などが、ＳｉＯ２原料としては珪石などが、ＣａＳＯ４原料としては二水石膏、半水石膏および無水石膏などが挙げられる。
これら原料には不純物を含む場合があるが、本発明の効果を阻害しない範囲内では特に問題とはならない。不純物としては、ＭｇＯ、ＴｉＯ２、ＺｒＯ２、ＭｎＯ、Ｐ２Ｏ５、Ｎａ２Ｏ、Ｋ２Ｏ、Ｌｉ２Ｏ、硫黄、フッ素、塩素などが挙げられる。
【００２２】
本発明の膨張材に使用するクリンカの熱処理方法は特に限定されるものではないが、電気炉やキルン等を用いて１１００〜１６００℃の温度で焼成することが好ましく、１２００〜１５００℃がより好ましい。１１００℃未満では膨張性能が充分でなく、１６００℃を超えると無水石膏が分解する場合がある。
【００２３】
本発明の膨張材に使用するクリンカに含まれる各鉱物の割合は、以下の範囲であることが好ましい。遊離石灰の含有量は、クリンカ１００部中、１０〜７０部が好ましく、４０〜６０部がより好ましい。水硬性化合物の含有量は、クリンカ１００部中、１０〜５０部が好ましく、２０〜３０部がより好ましい。無水石膏の含有量は、クリンカ１００部中、１〜５０部が好ましく２０〜３０部がより好ましい。前記範囲外では、膨張量が極端に大きくなって圧縮強度が低下したり、膨張量が小さくなる場合がある。
【００２４】
鉱物の含有量は、従来一般の分析方法で確認することができる。例えば、粉砕した試料を粉末Ｘ線回折装置にかけ、生成鉱物を確認するとともにデータをリートベルト法にて解析し、鉱物を定量することができる。また、化学成分と粉末Ｘ線回折の同定結果に基づいて、鉱物量を計算によって求めることもできる。
【００２５】
本発明の膨張材を調製するための炭酸ガスの処理条件は以下の範囲であることが好ましい。
炭酸化処理容器への炭酸ガスの流量は、炭酸化処理容器の容積１Ｌあたり０．０１〜０．１Ｌ／ｍｉｎであることが好ましい。０．０１Ｌ／ｍｉｎ未満ではクリンカの炭酸化に時間がかかる場合があり、０．１Ｌ／ｍｉｎ以上に高めてもさらなる炭酸化処理速度の向上が得られず不経済である。なお、本条件は、炭酸化処理容器としてるつぼを使用し、るつぼを電気炉内に静置し、炭酸ガスを流して反応させた場合の条件であり、他の方法でクリンカと炭酸ガスを反応させる場合はこの限りではない。
炭酸化処理容器の温度は２００〜８００℃とすることが好ましい。２００℃未満ではクリンカの炭酸化反応が進行しない場合があり、８００℃以上では一度炭酸カルシウムに変化したとしても再び脱炭酸化反応が生じ、炭酸カルシウムを生成させることができない場合がある。
なお、クリンカの炭酸化は未粉砕のクリンカをそのまま炭酸化しても良いし、クリンカを粉砕してから炭酸化しても良い。本発明でいう炭酸化処理容器は特に限定されるものではなく、クリンカと炭酸ガスを接触させ反応させることが出来ればよく、電気炉でも良いし、流動層式加熱炉でも良いし、クリンカを粉砕するミルでも良い。
【００２６】
炭酸カルシウムの割合は、クリンカ１００部中、０．５〜１０部であることが好ましく、１〜５部がより好ましい。各鉱物の組成割合が前記範囲内にないと優れた膨張性能や初期の圧縮強度、貯蔵安定性が得られない場合がある。
炭酸カルシウムの含有量は、示差熱天秤（ＴＧ−ＤＴＡ）や示差熱熱量測定（ＤＳＣ）などによって、炭酸カルシウムの脱炭酸に伴う重量変化から定量することができる。
【００２７】
本発明の膨張材は、同一粒子中に遊離石灰、水硬性化合物、無水石膏、および炭酸カルシウムが存在する粒子を含有していることが好ましい。
遊離石灰、水硬性化合物、無水石膏、および炭酸カルシウムが同一粒子中に存在しているかどうかは電子顕微鏡などによって確認することができる。具体的には、膨張材を樹脂で包埋し、アルゴンイオンビームで表面処理を行い、粒子断面の組織を観察するとともに、元素分析を行うことで炭酸カルシウムが同一粒子内に存在しているか確認することができる。
【００２８】
本発明の膨張材の粉末度は、ブレーン比表面積で２０００〜９０００ｃｍ２／ｇが好ましく、３０００〜６０００ｃｍ２／ｇがより好ましい。２０００ｃｍ２／ｇ未満では長期に亘って膨張し硬化体組織が壊れたり、９０００ｃｍ２／ｇを超えると膨張性能が低下したり、流動性が低下したり、フローダウンが大きくなる場合がある。
【００２９】
本発明の膨張材の使用量は、補修材料の配合によって変化するため特に限定されるものではないが、通常、セメントと膨張材からなる結合材１００部中、２〜１０部が好ましく、４〜８部がより好ましい。２部未満では充分な膨張性能が得られない場合があり、１０部を超えて使用すると過膨張となり硬化体に膨張クラックを生じる場合がある。
【００３０】
本発明で使用する収縮低減剤は、使用することにより未反応の水分の逸散を防止しセメント水和物の乾燥収縮を抑制するもので、具体的には、アルコール系、低級アルコールアルキレンオキシド誘導体系、グリコール系、グリコールエーテル・アミノアルコール誘導体系、およびポリエーテル系等の界面活性作用を有する有機系化合物を使用することができる。
収縮低減剤の使用量は、セメントと膨張材からなる結合材１００部に対して、1〜８部が好ましい。1部未満では収縮低減効果が充分でない場合があり、８部を超えるとコストアップになるばかりかフレッシュ時の流動性が低下したり、凝結遅延や強度低下を生じる場合がある。
【００３１】
本発明で使用する繊維類は、ひび割れ抵抗性や曲げ耐力を向上させるものである。繊維の種類としては、ビニロン繊維やプロピレン繊維、ナイロン繊維などの高分子繊維類、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、特に限定されるものではない。
繊維類の使用量は、セメントモルタル１００部に対して０．０５〜０．７部が好ましく、０．０８〜０．５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、０．７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。繊維の長さはコテ仕上げ面の美観の点で１５ｍｍ以下が好ましい。
【００３２】
本発明で使用する減水剤は、特に限定させるものでなく、セメントに対する分散作用や空気連行作用を有し、流動性改善や強度増進するものの総称であり、具体的には、ナフタレンスルホン酸系減水剤、メラミンスルホン酸系減水剤、リグニンスルホン酸系減水剤、およびポリカルボン酸系減水剤が使用でき、減水剤の使用形態は、液体、粉体のいずれも使用可能であるが、プレミックス製品として使用する際には粉体が好ましい。
減水剤の使用量は特に限定されるものではない。減水剤の種類により減水率に差があり適正量はそれぞれ異なるが、通常、セメントと膨張材からなる結合材１００部に対して、固形分換算で０．０５〜１．０部が好ましい。０．０５部未満では流動性が充分でなくなる場合があり、１.０部を超えると材料分離を起す場合がある。
【００３３】
本発明ではさらに消泡剤を使用することができる。消泡剤とは、適度な空気連行性を調整する目的で使用することができる。消泡剤の種類としては、高級脂肪酸のアルキレンオキサイド付加物、グリコールのエチレンオキサイド付加物等のポリエーテル系消泡剤、ジメチルシリコーンなどのシリコーン系消泡剤、トリブチルホスフェートなどのトリアルキルホスフェート系消泡剤等がある。
【００３４】
本発明の消泡剤の使用量は、セメントと膨張材からなる結合材１００部に対して、０．００１〜０．５部が好ましく、０．００３〜０．１部がより好ましい。０．００１部未満では消泡効果は少なく、０．５部を超えても消泡効果が頭打ちとなり不経済となる場合がある。
【００３５】
本発明で使用する細骨材は通常使われている川砂、海砂、砕砂、珪砂、軽量骨材などが挙げられ、それらのうち１種または２種以上を混合して使用することが可能であり、プレミックス製品として使用する際にはそれらの乾燥砂が好ましい。
細骨材の最大粒度は、２ｍｍ以下が好ましい。それ以上では、コテ仕上げ時の作業性が損なわれたり、仕上げ面が荒々しい感じとなる場合がある。
細骨材の使用量は、結合材１００部に対して、５０〜２５０部が好ましくい。２５０部を超えると強度不足が発生したり、作業性が損なわれたりする場合がある。
【００３６】
本発明で使用する練混ぜ水量は特に限定されるものではないが、通常、水／結合材比で２５〜５０％が好ましく、３０〜４５％がより好ましい。この範囲外では、練混ぜが困難であったり、材料分離や強度低下を起こしたりする場合がある。
【００３７】
また更には添加材（剤）として、増粘剤、防錆剤、防凍剤、および凝結調整剤ならびにセメント急硬材、ベントナイトなどの粘土鉱物、ゼオライトなどのイオン交換体、シリカ質微粉末、炭酸カルシウム、水酸化カルシウム、石膏、ケイ酸カルシウムのうち１種又は２種以上を、本発明の目的を実質的に阻害しない範囲で使用することが可能である。
【００３８】
以下に実施例を挙げて本発明をさらに具体的に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
【実施例】
【００３９】
「実験例１」
ＣａＯ原料、Ａｌ２Ｏ３原料、Ｆｅ２Ｏ３原料、ＳｉＯ２原料、ＣａＳＯ４原料を表１に示す鉱物割合となるように配合し、混合粉砕した後１３５０℃で熱処理してクリンカを合成し、ボールミルを用いてブレーン比表面積で３０００ｃｍ２／ｇに粉砕した。この粉砕物２５ｇをアルミナ製るつぼに入れて電気炉内にセットし、炭酸ガスの流量を電気炉内容積１Ｌあたり０．０５Ｌ／ｍｉｎ、焼成温度６００℃、１ｈｒ反応させ、生成した炭酸カルシウムの生成量を定量して膨張材とした。さらに、炭酸ガス処理をクリンカー粉砕前に上記を同様な条件で行い、その後ブレーン比表面積３０００ｃｍ２／ｇに粉砕した膨張材も用いた（実験No.1-8）。
【００４０】
この膨張材を使用して、セメントと膨張材からなる結合材１００部中、膨張材を６部、結合材１００部に対して骨材２００部、ポリマー７部をＶ型ブレンダーにて均一に混合した。
２０℃の室内で、その補修用モルタル組成物に水を４２部加えモルタルミキサーで練混ぜてセメントモルタルとし、所定材齢での長さ変化と圧縮強度試験を行った。結果を表１に示す。
さらに、促進貯蔵試験した補修用セメント組成物についても同様な実験を行った。
なお、比較として炭酸ガス処理をせずクリンカを粉砕しただけの膨張材（実験No.1-9〜11）、炭酸ガス処理をせずクリンカを粉砕しただけの膨張材に炭酸カルシウム粉末を混合した膨張材（実験No.1-12）についても同様の実験を行った。
【００４１】
（使用材料）
ＣａＯ原料：石灰石
Ａｌ２Ｏ３原料：ボーキサイト
Ｆｅ２Ｏ３原料：酸化鉄
ＳｉＯ２原料：珪石
ＣａＳＯ４原料：二水石膏
炭酸ガス：市販品
セメント：普通ポルトランドセメント、市販品
細骨材：石灰石砕砂 最大粒径１．２ｍｍ
ポリマー：アクリル−酢酸ビニル−バーサチック酸ビニル系共重合体 市販品
炭酸カルシウム粉末：市販品、２００メッシュ通過品
【００４２】
（試験方法）
鉱物組成：化学組成と粉末Ｘ線回折の同定結果に基づいて計算により求めた。
炭酸カルシウムの生成量：示差熱天秤（ＴＧ−ＤＴＡ）の５００〜７５０℃の脱炭酸に伴う重量変化より定量した。
膨張材粒子内の鉱物分布：シリコン製の容器に膨張材を入れ、エポキシ樹脂を流しこみ硬化させ、硬化物をイオンビーム加工機（ＳＭ−０９０１０、日本電子製）にて断面加工し、ＳＥＭ−ＥＤＳ分析装置にて確認した。
長さ変化率：ＪＩＳ Ａ １１７１ ポリマーセメントモルタルの試験方法に準じ材齢２８日までの長さ変化率を測定した。
圧縮強度：ＪＩＳ Ａ １１７１ ポリマーセメントモルタルの試験方法に準じ材齢２８日の圧縮強度を測定した。
促進貯蔵試験：補修用モルタル組成物２５ｋｇを３重クラフト紙の内装に２０μｍ厚の高密度ポリエチレンシートを貼り付けた梱包材内に梱包し、シールして３５℃、９０％RH室内で１ヶ月間存置した。
【００４３】
【表１】
【００４４】
表１によれば、実験No.1-4と実験No.1-12を比較すると、鉱物含有量は同様であるが、炭酸カルシウムを混合したものは促進貯蔵後の収縮率が大きくなっている。これは炭酸カルシウムの粒子が存在するのみでは、貯蔵安定性の向上には効果がないことを意味し、クリンカを炭酸ガス処理することによって、クリンカ表面に炭酸カルシウムの皮膜層が生成され、膨張に寄与する鉱物の貯蔵劣化を抑制しているものと推察できる。
【００４５】
「実験例２」
実験No.1-4で使用した膨張材二を用い添加率を表２のように変化させたこと以外は実験例１と同様に行った。結果を表２に示す。
【００４６】
【表２】
【００４７】
表２によれば、膨張材の添加率を増加するに従い、長さ変化率は小さくなり、促進貯蔵後でも、収縮補償効果を示していることが分かる。
【００４８】
「実験例３」
実験No.1-4で使用した膨張材二を用い、ポリマーの添加率を表２のように変化させて、付着強度と圧縮強度、中性化深さを測定したこと以外は実験例１と同様に行った。結果を表３に示す。
【００４９】
（試験方法）
付着強度：横３０×縦３０×厚さ６ｃｍのサンドブラストしたコンクリート板にプライマー（エチレン−酢酸ビニル系エマルジョン）を１５０ｇ／ｍ２となるように刷毛で塗り、補修モルタルを２ｃｍ厚みとなるように塗り付け、表面のコテ仕上げを行い試験体とした。材齢２８日後にコアリングにより高速カッターで下地のコンクリート部まで切断し削孔し、専用の引抜き治具を取り付け建研式付着力試験機で測定した。試験体の養生は温度２０℃、湿度６０％、一検体当たりの付着面積は１６００ｍｍ２とした。
中性化深さ：ＪＩＳ Ａ １１７１に準拠した。
【００５０】
【表３】
【００５１】
表３によれば、ポリマー４〜１５部を加えることにより、付着強度が向上し、中性化深さも浅くなり、中性化抵抗性が向上しているのがわかる。特に、ポリマーを４〜１０部にすると、付着強度、中性化抵抗性の向上が顕著になるものである。
【００５２】
「実験例４」
市販の膨張材を処理し、流動性と中性化深さを測定したこと以外は実験例１と同様に行った。結果を表３に示す。
【００５３】
（使用材料）
市販膨張材Ａ：遊離石灰５０部、アウイン１２部、カルシウムアルミノフェライト（４ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３・Ｆｅ２Ｏ３）５部、カルシウムシリケート（２ＣａＯ・ＳｉＯ２）３部、無水石膏３０部。
市販膨張材Ｂ：遊離石灰５２部、カルシウムアルミノフェライト（４ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３・Ｆｅ２Ｏ３）４部、カルシウムシリケート（２ＣａＯ・ＳｉＯ２）１０部、カルシウムシリケート（３ＣａＯ・ＳｉＯ２）１２部、無水石膏２０部。
【００５４】
（試験方法）
流動性：ＪＩＳ-Ｒ５２０１によるテーブルフロー値
【００５５】
【表４】
【００５６】
表４より、膨張材をＣＯ２処理することにより、フローダウンは小さくなり、更に市販品をＣＯ２処理しても、貯蔵による収縮量の増大は小さく、中性化深さも促進貯蔵前と同程度の値を示しており、貯蔵安定性が向上していることがわかる。中性化抵抗性（貯蔵安定性）が向上した原因としては、ＣＯ２処理によりクリンカ中のｆ-ＣａＯの周りにも炭酸カルシウムの皮膜層が生成されたことにより、水和による消化が遅延し、更に促進中性化で炭酸化養生からによるＣＯ２アタックが緩慢化されたことによるものと考えられる。
【００５７】
「実験例５」
市販の膨張材ＡとそれをＣＯ２処理した実験No.4-2の膨張材を用い、ポリマーの量を表５のように変化させ、初期ひび割れ抵抗性の測定を行ったこと以外は実験例１と同様に行った。結果を表５に示す。
【００５８】
初期ひび割れ抵抗性：横３０×縦３０×厚さ６ｃｍのサンドブラストしたコンクリート板にプライマー（エチレン−酢酸ビニル系エマルジョン）を１５０ｇ／ｍ２となるように刷毛で塗り、３０℃-４０％ＲＨ恒温室内で補修モルタルを２ｃｍ厚みとなるように塗り付け、表面のコテ仕上げを行い試験体とした。打設２時間後から送風機により風をあてながら材齢２４時間まで存置し、ひび割れの有無について確認した。
【００５９】
【表５】
【００６０】
表５によれば、ＣＯ２処理した膨張材とポリマーを併用することにより初期ひび割れ抵抗性が向上することが分る。
【００６１】
「実験例６」
実験No.1-4で使用した粉末度３０００ｃｍ２／ｇの膨張材二と実験No.4-1で使用した市販膨張材Ａの炭酸ガス処理品を結合材１００部中５部と表５に示す収縮低減剤を使用したこと以外は実験例１と同様に行い、長さ変化率とひび割れ確認試験を行った。結果を表６に示す。
【００６２】
（使用材料）
収縮低減剤：ポリオキシアルキレン誘導体、市販品
【００６３】
（試験方法）
ひび割れ確認試験：ＪＨＳ４３２ ５．１ひび割れ抵抗試験方法に準じ２０℃-８０％ＲＨ恒温室内で試験体を作製。材齢４８時間で３０℃-４０％ＲＨ恒温室内に移動し、送風機により風をあてながら材齢２８日まで存置し、ひび割れの有無について確認した。
【００６４】
【表６】
【００６５】
表６より、収縮低減剤を１〜８部を膨張材と併用することにより、長さ変化率が小さくなり、収縮低減効果を奏するのがわかる。特に、収縮低減剤を３〜８部にすると、長さ変化率が極めて小さくなり、更には高い圧縮強度が維持されるものである。
【００６６】
「実験例７」
実験No.1-4で使用した粉末度３０００ｃｍ２／ｇの膨張材二を結合材１００部中５部と表７に示す繊維類、減水剤を使用したこと以外は実験例１と同様に行い、モルタルの流動性（実験例４）と曲げタフネスを測定した。結果を表７に示す。
【００６７】
（使用材料）
繊維類：ビニロン繊維、繊維長さ６ｍｍ、繊維径０．０２７ｍｍ、収束タイプ、市販品
減水剤：ナフタレンスルホン酸系、市販品、粉末状
【００６８】
（試験方法）
曲げタフネス：ＪＣＳＥ−Ｇ ５５２−２０１０ 鋼繊維補強コンクリートの曲げ強度および曲げタフネス試験方法（案）に準じ材齢２８日の曲げタフネスを測定した。
【００６９】
【表７】
【００７０】
表７より、繊維類を０．０５〜０．７部を加えることにより、曲げタフネスが向上し、一方で減水剤を０．０１〜０．５０部加えることで流動性が改善されることがわかる。
【産業上の利用可能性】
【００７１】
本発明の補修用モルタル組成物を採用することにより、フローダウンを抑制し（作業時間の延長）、初期ひび割れの抵抗性が向上し、長期間保管しても、製造直後とほぼ同等なモルタル物性を示し、製品価値を損なうことが無いなどの優れた効果を奏し、土木・建築分野で幅広く使用することができる。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポルトランドセメント、膨張材、ポリマーおよび細骨材を含有してなり、膨張材が、遊離石灰、水硬性化合物、および無水石膏を含有するクリンカまたはクリンカ粉砕物を炭酸ガス雰囲気で加熱処理し炭酸カルシウムを生成させて得られる膨張材であり、ポルトランドセメントと膨張材からなる結合材１００部中、膨張材が２〜１０部、ポリマーが結合材１００部に対して１〜２０部、細骨材が５０〜２５０部であることを特徴とする補修用モルタル組成物。
【請求項２】
さらに、収縮低減剤を結合材１００部に対して１〜８部含有する請求項１に記載の補修用モルタル組成物。
【請求項３】
さらに、繊維類を結合材１００部に対して０．０５〜０．７部含有する請求項１または２に記載の補修用モルタル組成物。
【請求項４】
さらに、減水剤を含有する請求項１〜３のいずれか１項に記載の補修用モルタル組成物。
【請求項１】
ポルトランドセメント、膨張材、ポリマーおよび細骨材を含有してなり、膨張材が、遊離石灰、水硬性化合物、および無水石膏を含有するクリンカまたはクリンカ粉砕物を炭酸ガス雰囲気で加熱処理し炭酸カルシウムを生成させて得られる膨張材であり、ポルトランドセメントと膨張材からなる結合材１００部中、膨張材が２〜１０部、ポリマーが結合材１００部に対して１〜２０部、細骨材が５０〜２５０部であることを特徴とする補修用モルタル組成物。
【請求項２】
さらに、収縮低減剤を結合材１００部に対して１〜８部含有する請求項１に記載の補修用モルタル組成物。
【請求項３】
さらに、繊維類を結合材１００部に対して０．０５〜０．７部含有する請求項１または２に記載の補修用モルタル組成物。
【請求項４】
さらに、減水剤を含有する請求項１〜３のいずれか１項に記載の補修用モルタル組成物。
【公開番号】特開２０１３−１００２０２（Ｐ２０１３−１００２０２Ａ）
【公開日】平成２５年５月２３日（２０１３．５．２３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２４５４１０（Ｐ２０１１−２４５４１０）
【出願日】平成２３年１１月９日（２０１１．１１．９）
【出願人】（０００００３２９６）電気化学工業株式会社 (1,539)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月２３日（２０１３．５．２３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１１月９日（２０１１．１１．９）
【出願人】（０００００３２９６）電気化学工業株式会社 (1,539)
【Ｆターム（参考）】
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