鉄筋継手用充填材組成物、それを用いた鉄筋継手用充填材、及びその鉄筋継手充填施工方法
【課題】
優れた流動性とその保持性能が得られ、適当な膨張率、高強度性能を有する鉄筋継手用充填材組成物、それを用いた鉄筋継手用充填材、及びそれを用いた鉄筋継手への充填施工方法を提供すること。
【解決手段】
セメント、SiO2含有率が90％以上で、酸化ジルコニウムを含有し、水素イオン濃度が酸性領域にあるシリカ質微粉末であるポゾラン微粉末、酢酸カルシウム、ポリカルボン酸系減水剤、発泡剤、消泡剤、及び細骨材を含有してなる鉄筋継手用充填材組成物、それを用いた鉄筋継手用充填材、並びに、その鉄筋継手充填施工方法を提供すること。
優れた流動性とその保持性能が得られ、適当な膨張率、高強度性能を有する鉄筋継手用充填材組成物、それを用いた鉄筋継手用充填材、及びそれを用いた鉄筋継手への充填施工方法を提供すること。
【解決手段】
セメント、SiO2含有率が90％以上で、酸化ジルコニウムを含有し、水素イオン濃度が酸性領域にあるシリカ質微粉末であるポゾラン微粉末、酢酸カルシウム、ポリカルボン酸系減水剤、発泡剤、消泡剤、及び細骨材を含有してなる鉄筋継手用充填材組成物、それを用いた鉄筋継手用充填材、並びに、その鉄筋継手充填施工方法を提供すること。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、土木・建築分野で使用される鉄筋継手用充填材組成物、それを用いた鉄筋継手用充填材、及びその鉄筋継手充填施工方法、詳しくは、高流動、高強度の鉄筋継手用充填材組成物、それを用いた鉄筋継手用充填材、及びその鉄筋継手充填施工方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、土木・建築工事に使用されるセメントモルタルのグラウトとしては、セメントに減水剤を加えたものが一般的であり、さらに、カルシウムサルフォアルミネート系膨張材又は石灰系膨張材や、アルミ粉等の発泡剤を添加して無収縮材料とし、これらに川砂や珪砂等を配合し、ペーストやモルタルとして、特に、コンクリート構造物の細かい空隙や逆打ち工法での空隙、構造物の補修や補強箇所、機械装置のベースプレート下や軌道床板下等へ充填する工法等に広く使用されている。
【０００３】
一般に、土木・建築工事において充填施工されるセメントモルタルは、グラウトといわれるが、グラウトには、ＰＣグラウト、プレパックドコンクリート用グラウト、トンネルやシールドの裏込めグラウト、プレキャスト用グラウト、構造物の補修・補強グラウト、鉄筋継手グラウト、橋梁の支承下グラウト、舗装版下グラウト、軌道下グラウト、及び原子力発電所格納容器下グラウトなどがある。
【０００４】
近年、土木・建築構造物に使われるコンクリートの品質が高性能化し、グラウトとして使用されるセメントモルタルに要求される性能も、用途によっては、高流動、高強度等が要求されている。
【０００５】
なかでも、近年、超高層集合住宅の需要が増加し、これに対応して、低層階での柱の大きさのスリム化、本数の低減を目的に、鉄筋コンクリート、プレキャストコンクリートなどに超高強度コンクリートの開発が進められている（非特許文献１、非特許文献２参照）。
【０００６】
【非特許文献１】「最高階数59階の超高層集合住宅の設計と施工」、コンクリート工学、Vol.45、No.3、2007.3
【非特許文献２】「150Ｎの超高強度コンクリートをプレキャスト化」、コンクリート工業新聞、2007年02月22日号
【０００７】
超高強度コンクリートを使用する土木・建築構造物では、鉄筋を接続させる鉄筋継手に充填するセメントモルタルには、躯体のコンクリートの高強度化に伴い、継手部の高強度化等継手耐力の向上も必要となり、併用するプレキャスト部材の目地部の材料とあわせて、高流動性や高い強度発現性が望まれている。
【０００８】
高流動性や高い強度発現性を得るために、セメント、カルシウムアルミノフェライト系膨張材である膨張材、二酸化珪素(SiO2)含有率が90％以上で、水素イオン濃度が酸性領域にあるシリカ質微粉末であるポゾラン微粉末、ポリカルボン酸系減水剤である減水剤、及び細骨材を含有してなる鉄筋継手用充填材を使用することが知られている（特許文献１参照）。
【０００９】
【特許文献１】特開２００８−０９４６７４号公報
【００１０】
特許文献１には、セメントと二酸化珪素(SiO2)含有率が90％以上で水素イオン濃度が酸性領域にあるシリカ質微粉末、ポリカルボン酸系減水剤、及び細骨材を含有することを特徴とする鉄筋継手用充填材が記載されているが、カルシウムアルミノフェライト系膨張材を含有することが必須であり、膨張材を使用しないで、水溶性カルシウム塩を併用することによって、高流動性を付与させることは示されていない。
【００１１】
さらに、製造作業中の取扱いが簡便で、少ない減水剤の使用で高強度や高ワーカビリティを有するモルタル・コンクリートを製造するために、二酸化ケイ素(SiO2)を主成分とし酸化ジルコニウムを一成分として含む微粒子からなる粉体を使用することが知られている(特許文献２参照)。
【００１２】
【特許文献２】特開２００４−２０３７３３号公報
【００１３】
特許文献２には、「セメントと、細骨材と、二酸化ケイ素(SiO2)を主成分とし酸化ジルコニウムを一成分として含む微粒子からなる粉体とを練り混ぜた混合物を用いて調合することを特徴とするモルタル・コンクリートの製造方法。」（請求項２）の発明が記載されており、該微粒子（特殊シリカ質微粉末）として、「SiO2：92.74重量％、ZrO2：4.76重量％、Fe2O3：0.35重量％、Al2O3：0.01重量％未満、TiO2：0.05重量％、H2O：0.18重量％、Na2O：0.02重量％、ｐＨ：4.2、及びＢＥＴ法で測定した比表面積：9.22m2/g。」、「密度：2.45g/cm3、SiO2：94.5重量％、ZrO2：4.0重量％、ｐＨ：３乃至４、平均粒径：１μｍ、及びＢＥＴ法で測定した比表面積：8.7m2/g」のものを使用すること（段落［００２５］や［００５５］）、ポリカルボン酸系減水剤を使用すること（段落［００５４］）が示されているが、「本実施の形態におけるコンクリートの製造方法においては、混和材としての特殊シリカ質微粉末の粒径が大きいことにより、粒径の小さいシリカフュームを使用する従来の場合に比べて混和材の飛散が少ないために、正確な調合比が得られるとともに作業が簡便となる。」（段落［００３８］）と記載されているように、シリカ質微粉末の粒径が重要なものとして示されているだけで、優れた流動性が保持され、高強度の鉄筋継手用充填材を得るために、「二酸化珪素(SiO2)含有率が90％以上で、酸化ジルコニウムを含有し、水素イオン濃度が酸性領域にあるシリカ質微粉末」を使用するという技術的思想の開示はない。
【００１４】
一方、特定のセメント減水剤と、酢酸カルシウムなどの可溶性カルシウム塩からなるセメント強化剤において、前記特定のセメント減水剤と、可溶性カルシウム塩を組み合せることにより、凝結時間が短く、強度発現に優れ、しかも上記減水剤を可溶性カルシウム塩無しで用いた場合よりも流動性に優れるセメント強化剤が得られることが知られている（特許文献３参照）。
【００１５】
【特許文献３】特開平１１−０７９８１２号公報
【００１６】
特許文献３は、特定のセメント減水剤と、酢酸カルシウムなどの可溶性カルシウム塩を組み合せることによって、高流動性が得られるとするものであるが、特定のポゾラン微粉末、ポリカルボン酸系減水剤という限られた減水剤、発泡剤、及び消泡剤を併用することによって、流動性を向上することについては全く記載されていない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
本発明は、前記従来技術にはない課題を解決しようとするものであり、優れた流動性とその保持性能が得られ、さらに高強度を有する鉄筋継手用充填材組成物、それを用いた鉄筋継手用充填材、及びその鉄筋継手充填施工方法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】
【００１８】
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、特定のポゾラン微粉末、特定の水溶性カルシウム塩、特定の減水剤、発泡剤、消泡剤、及び細骨材を含有させた鉄筋継手用充填材組成物を採用することにより前記課題が解決できるとの知見を得て本発明を完成するに至った。
【００１９】
本発明は、前記課題を解決するために、以下の手段を採用する。
(１)セメント、ポゾラン微粉末、水溶性カルシウム塩、減水剤、発泡剤、消泡剤、及び細骨材を含有してなり、膨張材を含有しない鉄筋継手用充填材組成物において、前記ポゾラン微粉末が、SiO2含有率が90質量％以上で、酸化ジルコニウムを含有し、水素イオン濃度が酸性領域にあるシリカ質微粉末であり、前記水溶性カルシウム塩が酢酸カルシウムであり、前記減水剤がポリカルボン酸系減水剤であることを特徴とする鉄筋継手用充填材組成物である。
(２)前記ポゾラン微粉末が、セメントとポゾラン微粉末からなる結合材100質量部中、16〜25質量部であることを特徴とする前記(１)の鉄筋継手用充填材組成物である。
(３)前記水溶性カルシウム塩が、結合材100質量部に対して、0.2〜1.0質量部であることを特徴とする前記（１）又は（２）の鉄筋継手用充填材組成物である。
(４)前記細骨材が、最大粒径2.5mmで密度が3.0g/cm3以上の重量骨材であることを特徴とする前記(１)〜(３)のいずれか一の鉄筋継手用充填材組成物である。
(５)前記(１)〜(４)のいずれか一の鉄筋継手用充填材組成物と、前記結合材100質量部に対して、15〜19質量部の水とを混練してなる鉄筋継手用充填材である。
(６)前記(１)〜(４)のいずれか一の鉄筋継手用充填材組成物に、前記結合材100質量部に対して、15〜19質量部の水を加えて、練り混ぜして、鉄筋継手部分に充填することを特徴とする鉄筋継手充填施工方法である。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の鉄筋継手用充填材組成物を使用し、練り混ぜることにより、優れた流動性とその保持性能、高強度発現性を有する鉄筋継手用充填材組成物、それを用いた鉄筋継手用充填材、それを用いた、引張強さ、剛性、及び靱性を向上させた鉄筋継手、並びに、その鉄筋継手充填施工方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
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。
また、本発明で、セメントモルタルとは、セメントペーストも含むものである。
【００２２】
本発明では、セメント、特定のシリカ質微粉末、酢酸カルシウム、ポリカルボン酸系減水剤、発泡剤、消泡剤、及び細骨材を含有してなる鉄筋継手用充填材組成物であるセメントモルタル組成物を水と混練して、鉄筋継手用充填材であるセメントモルタルを調製し、鉄筋継手に充填するものである。
【００２３】
本発明で使用す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、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、シリカ、又は石灰石微粉等を混合した各種混合セメント、並びに、廃棄物利用型セメント、いわゆるエコセメントなどが挙げられ、そのうち練り混ぜ性や強度発現性の面から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が好ましい。
【００２４】
本発明で使用するシリカ質微粉末であるポゾラン微粉末は、低水比での良好な流動性、ブリーディング防止性能、及び高強度発現性を得るために使用するもので、SiO2含有率が90％以上で、酸化ジルコニウムを含有し、水素イオン濃度が酸性領域にあるシリカ質微粉末で、シリカフューム、それも、いわゆるジルコニア起源シリカフュームと言われるものである。
ここで言う水素イオン濃度とは、シリカフューム20gを純水100gに入れ、マグネティックスタラーにて５分間攪拌した後、懸濁液中の水素イオン濃度をｐＨメータにより計測した値である。
一般に、シリカフュームとは、ＪＩＳ Ａ ６２０７で規定されているように、金属シリコンやフェロシリコンをアーク炉で製造する際に発生ずる排ガスから捕集される非晶質の二酸化けい素を主成分とする球状の超微粒子であり、その製造方法は、前記の他、例えば、金属シリコン微粉末を火炎中で酸化させる方法や高温火炎中でシリカ質原料微粉末を溶融する方法において、原料の熱処理条件を調整し、捕集温度を550℃以上にすることによって製造することができる。また、電気炉においてジルコンサンドを電融した際に、サイクロンなどで捕集した後、分級して製造されるものもある。その平均粒子径は、１μｍ以下の超微粒子である。
本発明では、電気炉においてジルコンサンドを電融した際に、サイクロンなどで捕集した後、分級して製造される、いわゆる、ジルコニア起源シリカフュームを使用する。
ジルコニア起源シリカフュームは、耐火物、研磨・研削材、電子材料、及び窯業顔料等に使用される電融ジルコニア（酸化ジルコニウムZrO2）を製造する際に副生されるもので、ジルコンサンド(ZrSiO4)を、例えば、2,200℃で電融した際に生じる排ガスを集塵したものである。
その平均粒子径は、0.1〜0.3μｍの従来の金属シリコンやフェロシリコンをアーク炉で製造する際に発生ずる排ガスから捕集されるシリカフュームより粒が大きく、平均粒子径は、１μｍである。
シリカ質微粉末の使用量は、セメントとシリカ質微粉末からなる結合材100部中、16〜25部が好ましい。16部未満では強度発現が不充分であったり、ボールベアリング効果がなくなって、練り混ぜ時の負荷が大きくなる場合があり、25部を超えると練り混ぜ時の負荷が大きくなり所定の水量で流動性が得られない場合がある。
【００２５】
本発明では、優れた流動性とその保持性能を得るために、酢酸カルシウムである水溶性カルシウム塩を併用する。
一般に、水溶性カルシウム塩には、酢酸カルシウム、蟻酸カルシウム、及び硝酸カルシウムなどがあるが、本発明では酢酸カルシウムを使用する。
低水比で優れた流動性を得るには、SiO2含有率が90％以上で、酸化ジルコニウムを含有し、水素イオン濃度が酸性領域にあるシリカフュームと、ポリカルボン酸系減水剤を用いることにより可能であるが、セメントの種類によっては、減水剤を多量に添加しなければならない場合があり、初期強度への影響がでるので、減水剤の添加量を一定範囲に抑えるため併用する。
水溶性カルシウム塩の使用量は、結合材100部に対して、0.2〜1.0部が好ましい。0.2部未満では流動性が不充分となる場合があり、1.0部を超えると効果は変わらず低下する場合もある。
【００２６】
減水剤は、セメントに対する分散作用や空気連行作用を有し、流動性の改善や強度を増進するものの総称であり、一般的には、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、及びポリカルボン酸系減水剤等が挙げられるが、本発明では、ポリカルボン酸系減水剤を使用する。ポリカルボン酸系減水剤を使用することにより、流動性の保持性能が良好となる。
減水剤の使用形態は粉体、液体のいずれでも使用できるが、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、結合材100部に対して、有効成分換算で0.4〜1.2部が好ましい。0.4部未満では高流動性が得られない場合があり、1.2部を超えると泡が発生したり凝結遅延を起こす場合がある。
また、本発明の効果を阻害しない範囲でメラミンスルホン酸系減水剤やリグニンスルホン酸系減水剤を併用することができる。
【００２７】
本発明では、練り混ぜ後のセメントモルタルの初期膨張を得るため、水と練り混ぜた際にガスを発生する発泡剤を併用する。
発泡剤としては特に限定されるものではなく、例えば、金属粉末や過酸化物等が挙げられる。なかでも添加量と効果の面からアルミニウム粉末が好ましいが、アルミニウム粉末の表面は酸化されやすく、酸化皮膜で覆われると反応性が低下するため、植物油、鉱物油、又はステアリン酸等で表面処理したアルミニウム粉末が好ましい。
発泡剤の使用量は、結合材100部に対して、0.0001〜0.002部が好ましい。0.0001部未満では発泡効果が不充分となる場合があり、0.002部を超えると発泡が大きく、強度が低下する場合がある。
【００２８】
本発明では消泡剤を使用する。
消泡剤としては特に限定されるものではないが、ポリオキシエチレンアルキルエーテル系消泡剤やプルロニック系化合物消泡剤等が挙げられる。
消泡剤の使用量は、結合材100部に対して、0.05〜0.3部が好ましい。0.05部未満では消泡効果が不充分でエントラップエアや減水剤のエントレンドエアが抜けきれず、流動性が得られにくかったり、強度が不充分となる場合があり、0.3部を超えると消泡された泡がセメントモルタル表面に多量にあがってくる場合がある。
【００２９】
本発明で使用する細骨材としては、重量骨材を使用することが好ましい。
重量骨材としては、流動性の保持性能、強度発現性等が得られ、密度が3.0g/cm3以上で、砕砂であれば特に限定されるものではないが、例えば、磁鉄鉱石、赤鉄鉱石、橄欖岩、フェロクロムスラグ、フェロニッケルスラグ、銅スラグ、及び電気炉酸化スラグなどの砕砂が挙げられる。本発明では、これらのうち一種又は二種以上を併用することが可能である。プレミックス製品として使用する際にはこれら砕砂の乾燥砂が好ましい。
細骨材の粒度は、流動性の面から最大粒径が2.5mmであることが好ましい。
細骨材の使用量は、結合材100部に対して、50〜150部が好ましい。50部未満では鉄筋継手としての靱性が低下する場合があり、150部を超えると流動性や強度が低下する場合がある。
【００３０】
本発明で使用する練り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15〜19％が好ましく、16〜18％がより好ましい。この範囲外では、流動性が大きく低下したり、強度が低下する場合もある。
【００３１】
本発明において、鉄筋継手用充填材組成物と水との練り混ぜは、電動ミキサであれば特に限定されるものではないが、回転数が900r.p.m以上のハンドミキサ、通常の高速グラウトミキサ、又は二軸型の強制ミキサを使用することが好ましい。
ハンドミキサや高速グラウトミキサでの練り混ぜは、例えば、ペール缶等の練り容器やミキサにあらかじめ所定の水を入れ、その後ミキサを回転させながら鉄筋継手用充填材組成物を投入し、３分以上練り混ぜることが好ましい。また、強制ミキサでの練り混ぜは、例えば、あらかじめ前記鉄筋継手用充填材組成物をミキサに投入し、ミキサを回転させながら所定の水を投入し、少なくとも４分以上練り混ぜることが好ましい。練り混ぜ時間が所定時間未満では、練り不足のため適切なセメントモルタルの流動性が得られない場合がある。
【００３２】
鉄筋継手用充填材であるセメントモルタルの充填方法は、鉄筋を鉛直方向に継ぐ場合には、継手内に下側の鉄筋のみを挿入した状態で充填し、その上から上側の鉄筋を継手内に挿入して接合するプレグラウト方式と、あらかじめ継手内に、上下の鉄筋を突き合わせて配置してからポンプによって充填するポストグラウト方式のいずれの方式を採用することができる。また、鉄筋を水平方向に継ぐ場合には、ポストグラウト方式を採用する。
練り混ぜられたセメントモルタルである鉄筋継手用充填材は、通常、手動式注入ガン、ダイヤフラム式手押しポンプ、あるいは、スクイズ式等のモルタルポンプにより鉄筋継手に充填施工される。
【実施例】
【００３３】
以下に実験例を挙げて本発明をさらに具体的に説明するが、本発明はこれら実験例に限定されるものではない。
【００３４】
実験例１
セメントと、セメントとシリカ質微粉末からなる結合材100部中、表１に示すシリカ質微粉末と、結合材100部に対して、酢酸カルシウム0.5部、減水剤ａ0.6部、発泡剤0.0008部、消泡剤0.15部、及び細骨材100部とを混合して、鉄筋継手用充填材組成物であるモルタル材料を調製し、水/結合材比が16％となるように水を添加して、高速ハンドミキサを用い３分間練り混ぜして、鉄筋継手用充填材であるモルタルを作製した。
作製したモルタルを用いて、20℃、80％RHの恒温恒湿室でその流動性を測定した。また、作製したモルタルを、20℃、80％RHの恒温恒湿室で型枠に打設し、膨張率や圧縮強度を測定した。結果を表１に併記する。
【００３５】
＜使用材料＞
セメント ：早強ポルトランドセメント、市販品
シリカ質微粉末Ａ：シリカフューム、SiO2含有率95.2％、ｐＨ=2.90、ZrO2含有、市販品
シリカ質微粉末Ｂ：シリカフューム、SiO2含有率96.3％、ｐＨ=7.73、市販品
シリカ質微粉末Ｃ：シリカフューム、SiO2含有率89.1％、ｐＨ=9.49、市販品
減水剤ａ ：ポリカルボン酸系減水剤、市販品
酢酸カルシウム：市販品
発泡剤 ：アルミニウム粉末、市販品
消泡剤 ：ポリオキシエチレンアルキルエーテル系消泡剤、市販品
細骨材 ：フェロクロムスラグ、密度3.20g/cm3、2.5mm下品、市販品
【００３６】
＜測定方法＞
流動性 ：日本規格協会ＪＩＳ Ｒ ５２０１-1997「セメントの物理試験方法」11.フロー試験で 15回の落下運動を行わない静置フローを測定。ここで使用するフローコーンは、附属書 １セメントの試験方法−凝結と安定性の測定で使用するセメントペースト容器とした。流動性の経時変化はそのつどモルタルを高速ハンドミキサにて10秒間練り返して測定。
膨張率 ：土木学会基準JSCE-F533-1999「ＰＣグラウトのブリーディング率および膨張率試験方法」に準じて測定。材齢１日の測定値。
圧縮強度 ：土木学会JSCE-G505-1999「円柱供試体を用いたモルタルまたはセメントペーストの圧縮強度試験方法」に準じて測定。１日で脱型後、材齢まで20℃水中養生とし、材齢28日の測定値。
【００３７】
【表１】
【００３８】
表１より、SiO2含有率が90％以上で、酸化ジルコニウムを含有し、水素イオン濃度が酸性領域にあるシリカ質微粉末Ａが結合材100部中、16〜25部である実施例の実験No.1- 2〜実験No.1- 4のモルタルは、優れた流動性保持性能や適当な膨張率が得られ、圧縮強度が高いことがわかる。
これに対して、SiO2含有率が90％以上であるが、水素イオン濃度がアルカリ領域であるシリカ質微粉末Ｂや、SiO2含有率が90％未満で、水素イオン濃度がアルカリ領域であるシリカ質微粉末Ｃの比較例の実験No.1-6や実験No.1-7のモルタルは、シリカ質微粉末Ａと同等の減水剤量では練り混ぜができず、減水剤量を増して練り混ぜても、泡が多量に発生し、優れた流動性が得にくく、圧縮強度が低下する。
したがって、優れた流動性とその保持性能、適当な膨張率、高い圧縮強度を得るには、SiO2含有率が90％以上で、酸化ジルコニウムを含有し、水素イオン濃度が酸性領域にあるシリカフュームを使用するのが好ましい。
【００３９】
実験例２
セメントと、結合材100部中シリカ質微粉末Ａ20部と、結合材100部に対して、表２に示す酢酸カルシウム、減水剤ａ0.6部、発泡剤0.0008部、消泡剤0.15部、及び細骨材100部とを混合し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。
【００４０】
【表２】
【００４１】
表２より、酢酸カルシウムの使用量を無添加とした比較例の実験No.2- 1のモルタルは、SiO2含有率が90％以上で、酸化ジルコニウムを含有し、水素イオン濃度が酸性領域にあるシリカ質微粉末Ａを使用しているが、流動性を得ることはできない。また、酢酸カルシウムの使用量を2.0部配合した実験No.2- 4のモルタルは、圧縮強度が低下している。したがって、優れた流動性とその保持性能、適当な膨張率、及び高い圧縮強度を得るには、酢酸カルシウムの使用量が、結合材100部に対して0.2〜1.0部であることが好ましい。
【００４２】
実験例３
セメントと、結合材100部中シリカ質微粉末Ａ20部と、結合材100部に対して、酢酸カルシウム0.50部、表３に示す減水剤、発泡剤0.0008部、消泡剤0.15部、及び細骨材100部とを混合し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。
【００４３】
＜使用材料＞
減水剤ｂ ：ナフタレンスルホン酸系減水剤、市販品
【００４４】
【表３】
【００４５】
表３より、減水剤をナフタレンスルホン酸系減水剤とした比較例の実験No.3- 1と実験No.3- 2のモルタルは、SiO2含有率が90％以上で、酸化ジルコニウムを含有し、水素イオン濃度が酸性領域にあるシリカ質微粉末Ａを使用しているが、ポリカルボン酸系減水剤と同等以上の減水剤量を混ぜても流動性を得ることはできない。上記の比較例に示されるように、ナフタレンスルホン酸系減水剤を使用したのでは、優れた流動性とその保持性能、適当な膨張率、高い圧縮強度を有するモルタルは得られないため、本発明の鉄筋継手用充填材においては、ポリカルボン酸系減水剤を使用する。
【００４６】
実験例４
セメントと、結合材100部中シリカ質微粉末Ａ20部と、結合材100部に対して、酢酸カルシウム0.50部、減水剤ａ0.6部、発泡剤0.0008部、消泡剤0.15部、及び細骨材100部とを混合してモルタルを調製し、表４に示す水/結合材比で練り混ぜたこと以外は実験例１と同様に行った。結果を表４に併記する。
【００４７】
【表４】
【００４８】
表４より、水/結合材比15〜19％で練り混ぜられた実験No.1-3、実験No.4- 1、及び実験No.4- 2のモルタルは、優れた流動性とその保持性能、適当な膨張量、高い圧縮強度が得られる。
これに対して、水/結合材比が19％を超える実験No.4- 3では、泡の発生が多量にみられ、流動性保持は優れているが圧縮強度が低下する。
したがって、本発明における鉄筋継手用充填材の練り混ぜに使用される水/結合材比は15〜19％が好ましい。
【００４９】
実験例５
実験例１の実験No.1- 3のモルタルを使用して鉄筋継手性能を評価した。
試験は、ＳＤ685鉄筋のＤ41を用い、ポストグラウト方式を採用し、継手に鉄筋を挿入後、練り上げたモルタルをダイヤフラム式手動ポンプで継手の注入口から充填し、空気排出口から排出されるのを確認してモルタルの充填を止めた。
モルタルを充填した鉄筋継手試験体は、20℃恒温室で所定の材齢まで養生後、(2007年版 建築物の構造関係技術基準解説書「鉄筋継手性能判定基準」)に定められた試験方法により継手試験を行った。
評価は、市販の高強度鉄筋継手用充填材との比較で行っており、20℃養生における実験No.1- 3配合のモルタルの、市販の高強度鉄筋継手用充填材に対する継手性能比率と、破壊形式を表５に示す。
なお、鉄筋継手試験体は、800mmにカットした鉄筋を使用し、継手長さは620mm、有効埋込み長さは275mmとした。
【００５０】
【表５】
【００５１】
表５より、実験No.1- 3のモルタルを充填した鉄筋継手は、市販の高強度鉄筋継手用充填材を充填したものに比べ、大きく向上した性能を得ることができたことがわかる。
引張強さは、実験No.1- 3のモルタルは、市販の高強度鉄筋継手用充填材に比べ１％程度の増加であるが、破壊形式が市販の高強度鉄筋継手用充填材が「抜出」であるのに対し、すべて「母材破断」であるので明らかに性能は向上しているといえる。
剛性は、実験No.1- 3のモルタルは、市販の高強度鉄筋継手用充填材に比べ２〜５％の増加と増加量が小さいと思われがちであるが、もともと継手の剛性は高いので性能は向上しているといえる。
すべり量は、数値が小さい程有効であり、実験No.1- 3のモルタルは、市販の高強度鉄筋継手用充填材に比べ10〜27％小さく、大きく向上している。
じん性は、実験No.1- 3のモルタルは19％の増加があり、明らかに向上していることがいえる。
これらのことから従来の鉄筋埋込み長さでは、本発明の鉄筋継手用充填材を用いることにより、各判定項目において大きく性能の向上が認められ、鉄筋の埋込み長さを短くできる可能性が高い。また、本発明の鉄筋継手用充填材を用い継手に充填する施工方法については、流動性の保持性に優れているために、ポンプ圧送性に優れ、従来品と同様な施工方法を採用した場合においても、より一層良好な充填性状を示す。
【産業上の利用可能性】
【００５２】
本発明の鉄筋継手用充填材組成物を使用してなるセメントモルタルは、上記のように、優れた流動性とその保持性能、適当な膨張率が得られ、圧縮強度が高いから、土木・建築工事、特に、高強度を要求される鉄筋コンクリート、プレキャストコンクリートなどの構造物において、鉄筋を接続させる鉄筋継手に充填する工法に使用することができる。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、土木・建築分野で使用される鉄筋継手用充填材組成物、それを用いた鉄筋継手用充填材、及びその鉄筋継手充填施工方法、詳しくは、高流動、高強度の鉄筋継手用充填材組成物、それを用いた鉄筋継手用充填材、及びその鉄筋継手充填施工方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、土木・建築工事に使用されるセメントモルタルのグラウトとしては、セメントに減水剤を加えたものが一般的であり、さらに、カルシウムサルフォアルミネート系膨張材又は石灰系膨張材や、アルミ粉等の発泡剤を添加して無収縮材料とし、これらに川砂や珪砂等を配合し、ペーストやモルタルとして、特に、コンクリート構造物の細かい空隙や逆打ち工法での空隙、構造物の補修や補強箇所、機械装置のベースプレート下や軌道床板下等へ充填する工法等に広く使用されている。
【０００３】
一般に、土木・建築工事において充填施工されるセメントモルタルは、グラウトといわれるが、グラウトには、ＰＣグラウト、プレパックドコンクリート用グラウト、トンネルやシールドの裏込めグラウト、プレキャスト用グラウト、構造物の補修・補強グラウト、鉄筋継手グラウト、橋梁の支承下グラウト、舗装版下グラウト、軌道下グラウト、及び原子力発電所格納容器下グラウトなどがある。
【０００４】
近年、土木・建築構造物に使われるコンクリートの品質が高性能化し、グラウトとして使用されるセメントモルタルに要求される性能も、用途によっては、高流動、高強度等が要求されている。
【０００５】
なかでも、近年、超高層集合住宅の需要が増加し、これに対応して、低層階での柱の大きさのスリム化、本数の低減を目的に、鉄筋コンクリート、プレキャストコンクリートなどに超高強度コンクリートの開発が進められている（非特許文献１、非特許文献２参照）。
【０００６】
【非特許文献１】「最高階数59階の超高層集合住宅の設計と施工」、コンクリート工学、Vol.45、No.3、2007.3
【非特許文献２】「150Ｎの超高強度コンクリートをプレキャスト化」、コンクリート工業新聞、2007年02月22日号
【０００７】
超高強度コンクリートを使用する土木・建築構造物では、鉄筋を接続させる鉄筋継手に充填するセメントモルタルには、躯体のコンクリートの高強度化に伴い、継手部の高強度化等継手耐力の向上も必要となり、併用するプレキャスト部材の目地部の材料とあわせて、高流動性や高い強度発現性が望まれている。
【０００８】
高流動性や高い強度発現性を得るために、セメント、カルシウムアルミノフェライト系膨張材である膨張材、二酸化珪素(SiO2)含有率が90％以上で、水素イオン濃度が酸性領域にあるシリカ質微粉末であるポゾラン微粉末、ポリカルボン酸系減水剤である減水剤、及び細骨材を含有してなる鉄筋継手用充填材を使用することが知られている（特許文献１参照）。
【０００９】
【特許文献１】特開２００８−０９４６７４号公報
【００１０】
特許文献１には、セメントと二酸化珪素(SiO2)含有率が90％以上で水素イオン濃度が酸性領域にあるシリカ質微粉末、ポリカルボン酸系減水剤、及び細骨材を含有することを特徴とする鉄筋継手用充填材が記載されているが、カルシウムアルミノフェライト系膨張材を含有することが必須であり、膨張材を使用しないで、水溶性カルシウム塩を併用することによって、高流動性を付与させることは示されていない。
【００１１】
さらに、製造作業中の取扱いが簡便で、少ない減水剤の使用で高強度や高ワーカビリティを有するモルタル・コンクリートを製造するために、二酸化ケイ素(SiO2)を主成分とし酸化ジルコニウムを一成分として含む微粒子からなる粉体を使用することが知られている(特許文献２参照)。
【００１２】
【特許文献２】特開２００４−２０３７３３号公報
【００１３】
特許文献２には、「セメントと、細骨材と、二酸化ケイ素(SiO2)を主成分とし酸化ジルコニウムを一成分として含む微粒子からなる粉体とを練り混ぜた混合物を用いて調合することを特徴とするモルタル・コンクリートの製造方法。」（請求項２）の発明が記載されており、該微粒子（特殊シリカ質微粉末）として、「SiO2：92.74重量％、ZrO2：4.76重量％、Fe2O3：0.35重量％、Al2O3：0.01重量％未満、TiO2：0.05重量％、H2O：0.18重量％、Na2O：0.02重量％、ｐＨ：4.2、及びＢＥＴ法で測定した比表面積：9.22m2/g。」、「密度：2.45g/cm3、SiO2：94.5重量％、ZrO2：4.0重量％、ｐＨ：３乃至４、平均粒径：１μｍ、及びＢＥＴ法で測定した比表面積：8.7m2/g」のものを使用すること（段落［００２５］や［００５５］）、ポリカルボン酸系減水剤を使用すること（段落［００５４］）が示されているが、「本実施の形態におけるコンクリートの製造方法においては、混和材としての特殊シリカ質微粉末の粒径が大きいことにより、粒径の小さいシリカフュームを使用する従来の場合に比べて混和材の飛散が少ないために、正確な調合比が得られるとともに作業が簡便となる。」（段落［００３８］）と記載されているように、シリカ質微粉末の粒径が重要なものとして示されているだけで、優れた流動性が保持され、高強度の鉄筋継手用充填材を得るために、「二酸化珪素(SiO2)含有率が90％以上で、酸化ジルコニウムを含有し、水素イオン濃度が酸性領域にあるシリカ質微粉末」を使用するという技術的思想の開示はない。
【００１４】
一方、特定のセメント減水剤と、酢酸カルシウムなどの可溶性カルシウム塩からなるセメント強化剤において、前記特定のセメント減水剤と、可溶性カルシウム塩を組み合せることにより、凝結時間が短く、強度発現に優れ、しかも上記減水剤を可溶性カルシウム塩無しで用いた場合よりも流動性に優れるセメント強化剤が得られることが知られている（特許文献３参照）。
【００１５】
【特許文献３】特開平１１−０７９８１２号公報
【００１６】
特許文献３は、特定のセメント減水剤と、酢酸カルシウムなどの可溶性カルシウム塩を組み合せることによって、高流動性が得られるとするものであるが、特定のポゾラン微粉末、ポリカルボン酸系減水剤という限られた減水剤、発泡剤、及び消泡剤を併用することによって、流動性を向上することについては全く記載されていない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
本発明は、前記従来技術にはない課題を解決しようとするものであり、優れた流動性とその保持性能が得られ、さらに高強度を有する鉄筋継手用充填材組成物、それを用いた鉄筋継手用充填材、及びその鉄筋継手充填施工方法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】
【００１８】
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、特定のポゾラン微粉末、特定の水溶性カルシウム塩、特定の減水剤、発泡剤、消泡剤、及び細骨材を含有させた鉄筋継手用充填材組成物を採用することにより前記課題が解決できるとの知見を得て本発明を完成するに至った。
【００１９】
本発明は、前記課題を解決するために、以下の手段を採用する。
(１)セメント、ポゾラン微粉末、水溶性カルシウム塩、減水剤、発泡剤、消泡剤、及び細骨材を含有してなり、膨張材を含有しない鉄筋継手用充填材組成物において、前記ポゾラン微粉末が、SiO2含有率が90質量％以上で、酸化ジルコニウムを含有し、水素イオン濃度が酸性領域にあるシリカ質微粉末であり、前記水溶性カルシウム塩が酢酸カルシウムであり、前記減水剤がポリカルボン酸系減水剤であることを特徴とする鉄筋継手用充填材組成物である。
(２)前記ポゾラン微粉末が、セメントとポゾラン微粉末からなる結合材100質量部中、16〜25質量部であることを特徴とする前記(１)の鉄筋継手用充填材組成物である。
(３)前記水溶性カルシウム塩が、結合材100質量部に対して、0.2〜1.0質量部であることを特徴とする前記（１）又は（２）の鉄筋継手用充填材組成物である。
(４)前記細骨材が、最大粒径2.5mmで密度が3.0g/cm3以上の重量骨材であることを特徴とする前記(１)〜(３)のいずれか一の鉄筋継手用充填材組成物である。
(５)前記(１)〜(４)のいずれか一の鉄筋継手用充填材組成物と、前記結合材100質量部に対して、15〜19質量部の水とを混練してなる鉄筋継手用充填材である。
(６)前記(１)〜(４)のいずれか一の鉄筋継手用充填材組成物に、前記結合材100質量部に対して、15〜19質量部の水を加えて、練り混ぜして、鉄筋継手部分に充填することを特徴とする鉄筋継手充填施工方法である。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の鉄筋継手用充填材組成物を使用し、練り混ぜることにより、優れた流動性とその保持性能、高強度発現性を有する鉄筋継手用充填材組成物、それを用いた鉄筋継手用充填材、それを用いた、引張強さ、剛性、及び靱性を向上させた鉄筋継手、並びに、その鉄筋継手充填施工方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
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。
また、本発明で、セメントモルタルとは、セメントペーストも含むものである。
【００２２】
本発明では、セメント、特定のシリカ質微粉末、酢酸カルシウム、ポリカルボン酸系減水剤、発泡剤、消泡剤、及び細骨材を含有してなる鉄筋継手用充填材組成物であるセメントモルタル組成物を水と混練して、鉄筋継手用充填材であるセメントモルタルを調製し、鉄筋継手に充填するものである。
【００２３】
本発明で使用す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、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、シリカ、又は石灰石微粉等を混合した各種混合セメント、並びに、廃棄物利用型セメント、いわゆるエコセメントなどが挙げられ、そのうち練り混ぜ性や強度発現性の面から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が好ましい。
【００２４】
本発明で使用するシリカ質微粉末であるポゾラン微粉末は、低水比での良好な流動性、ブリーディング防止性能、及び高強度発現性を得るために使用するもので、SiO2含有率が90％以上で、酸化ジルコニウムを含有し、水素イオン濃度が酸性領域にあるシリカ質微粉末で、シリカフューム、それも、いわゆるジルコニア起源シリカフュームと言われるものである。
ここで言う水素イオン濃度とは、シリカフューム20gを純水100gに入れ、マグネティックスタラーにて５分間攪拌した後、懸濁液中の水素イオン濃度をｐＨメータにより計測した値である。
一般に、シリカフュームとは、ＪＩＳ Ａ ６２０７で規定されているように、金属シリコンやフェロシリコンをアーク炉で製造する際に発生ずる排ガスから捕集される非晶質の二酸化けい素を主成分とする球状の超微粒子であり、その製造方法は、前記の他、例えば、金属シリコン微粉末を火炎中で酸化させる方法や高温火炎中でシリカ質原料微粉末を溶融する方法において、原料の熱処理条件を調整し、捕集温度を550℃以上にすることによって製造することができる。また、電気炉においてジルコンサンドを電融した際に、サイクロンなどで捕集した後、分級して製造されるものもある。その平均粒子径は、１μｍ以下の超微粒子である。
本発明では、電気炉においてジルコンサンドを電融した際に、サイクロンなどで捕集した後、分級して製造される、いわゆる、ジルコニア起源シリカフュームを使用する。
ジルコニア起源シリカフュームは、耐火物、研磨・研削材、電子材料、及び窯業顔料等に使用される電融ジルコニア（酸化ジルコニウムZrO2）を製造する際に副生されるもので、ジルコンサンド(ZrSiO4)を、例えば、2,200℃で電融した際に生じる排ガスを集塵したものである。
その平均粒子径は、0.1〜0.3μｍの従来の金属シリコンやフェロシリコンをアーク炉で製造する際に発生ずる排ガスから捕集されるシリカフュームより粒が大きく、平均粒子径は、１μｍである。
シリカ質微粉末の使用量は、セメントとシリカ質微粉末からなる結合材100部中、16〜25部が好ましい。16部未満では強度発現が不充分であったり、ボールベアリング効果がなくなって、練り混ぜ時の負荷が大きくなる場合があり、25部を超えると練り混ぜ時の負荷が大きくなり所定の水量で流動性が得られない場合がある。
【００２５】
本発明では、優れた流動性とその保持性能を得るために、酢酸カルシウムである水溶性カルシウム塩を併用する。
一般に、水溶性カルシウム塩には、酢酸カルシウム、蟻酸カルシウム、及び硝酸カルシウムなどがあるが、本発明では酢酸カルシウムを使用する。
低水比で優れた流動性を得るには、SiO2含有率が90％以上で、酸化ジルコニウムを含有し、水素イオン濃度が酸性領域にあるシリカフュームと、ポリカルボン酸系減水剤を用いることにより可能であるが、セメントの種類によっては、減水剤を多量に添加しなければならない場合があり、初期強度への影響がでるので、減水剤の添加量を一定範囲に抑えるため併用する。
水溶性カルシウム塩の使用量は、結合材100部に対して、0.2〜1.0部が好ましい。0.2部未満では流動性が不充分となる場合があり、1.0部を超えると効果は変わらず低下する場合もある。
【００２６】
減水剤は、セメントに対する分散作用や空気連行作用を有し、流動性の改善や強度を増進するものの総称であり、一般的には、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、及びポリカルボン酸系減水剤等が挙げられるが、本発明では、ポリカルボン酸系減水剤を使用する。ポリカルボン酸系減水剤を使用することにより、流動性の保持性能が良好となる。
減水剤の使用形態は粉体、液体のいずれでも使用できるが、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、結合材100部に対して、有効成分換算で0.4〜1.2部が好ましい。0.4部未満では高流動性が得られない場合があり、1.2部を超えると泡が発生したり凝結遅延を起こす場合がある。
また、本発明の効果を阻害しない範囲でメラミンスルホン酸系減水剤やリグニンスルホン酸系減水剤を併用することができる。
【００２７】
本発明では、練り混ぜ後のセメントモルタルの初期膨張を得るため、水と練り混ぜた際にガスを発生する発泡剤を併用する。
発泡剤としては特に限定されるものではなく、例えば、金属粉末や過酸化物等が挙げられる。なかでも添加量と効果の面からアルミニウム粉末が好ましいが、アルミニウム粉末の表面は酸化されやすく、酸化皮膜で覆われると反応性が低下するため、植物油、鉱物油、又はステアリン酸等で表面処理したアルミニウム粉末が好ましい。
発泡剤の使用量は、結合材100部に対して、0.0001〜0.002部が好ましい。0.0001部未満では発泡効果が不充分となる場合があり、0.002部を超えると発泡が大きく、強度が低下する場合がある。
【００２８】
本発明では消泡剤を使用する。
消泡剤としては特に限定されるものではないが、ポリオキシエチレンアルキルエーテル系消泡剤やプルロニック系化合物消泡剤等が挙げられる。
消泡剤の使用量は、結合材100部に対して、0.05〜0.3部が好ましい。0.05部未満では消泡効果が不充分でエントラップエアや減水剤のエントレンドエアが抜けきれず、流動性が得られにくかったり、強度が不充分となる場合があり、0.3部を超えると消泡された泡がセメントモルタル表面に多量にあがってくる場合がある。
【００２９】
本発明で使用する細骨材としては、重量骨材を使用することが好ましい。
重量骨材としては、流動性の保持性能、強度発現性等が得られ、密度が3.0g/cm3以上で、砕砂であれば特に限定されるものではないが、例えば、磁鉄鉱石、赤鉄鉱石、橄欖岩、フェロクロムスラグ、フェロニッケルスラグ、銅スラグ、及び電気炉酸化スラグなどの砕砂が挙げられる。本発明では、これらのうち一種又は二種以上を併用することが可能である。プレミックス製品として使用する際にはこれら砕砂の乾燥砂が好ましい。
細骨材の粒度は、流動性の面から最大粒径が2.5mmであることが好ましい。
細骨材の使用量は、結合材100部に対して、50〜150部が好ましい。50部未満では鉄筋継手としての靱性が低下する場合があり、150部を超えると流動性や強度が低下する場合がある。
【００３０】
本発明で使用する練り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15〜19％が好ましく、16〜18％がより好ましい。この範囲外では、流動性が大きく低下したり、強度が低下する場合もある。
【００３１】
本発明において、鉄筋継手用充填材組成物と水との練り混ぜは、電動ミキサであれば特に限定されるものではないが、回転数が900r.p.m以上のハンドミキサ、通常の高速グラウトミキサ、又は二軸型の強制ミキサを使用することが好ましい。
ハンドミキサや高速グラウトミキサでの練り混ぜは、例えば、ペール缶等の練り容器やミキサにあらかじめ所定の水を入れ、その後ミキサを回転させながら鉄筋継手用充填材組成物を投入し、３分以上練り混ぜることが好ましい。また、強制ミキサでの練り混ぜは、例えば、あらかじめ前記鉄筋継手用充填材組成物をミキサに投入し、ミキサを回転させながら所定の水を投入し、少なくとも４分以上練り混ぜることが好ましい。練り混ぜ時間が所定時間未満では、練り不足のため適切なセメントモルタルの流動性が得られない場合がある。
【００３２】
鉄筋継手用充填材であるセメントモルタルの充填方法は、鉄筋を鉛直方向に継ぐ場合には、継手内に下側の鉄筋のみを挿入した状態で充填し、その上から上側の鉄筋を継手内に挿入して接合するプレグラウト方式と、あらかじめ継手内に、上下の鉄筋を突き合わせて配置してからポンプによって充填するポストグラウト方式のいずれの方式を採用することができる。また、鉄筋を水平方向に継ぐ場合には、ポストグラウト方式を採用する。
練り混ぜられたセメントモルタルである鉄筋継手用充填材は、通常、手動式注入ガン、ダイヤフラム式手押しポンプ、あるいは、スクイズ式等のモルタルポンプにより鉄筋継手に充填施工される。
【実施例】
【００３３】
以下に実験例を挙げて本発明をさらに具体的に説明するが、本発明はこれら実験例に限定されるものではない。
【００３４】
実験例１
セメントと、セメントとシリカ質微粉末からなる結合材100部中、表１に示すシリカ質微粉末と、結合材100部に対して、酢酸カルシウム0.5部、減水剤ａ0.6部、発泡剤0.0008部、消泡剤0.15部、及び細骨材100部とを混合して、鉄筋継手用充填材組成物であるモルタル材料を調製し、水/結合材比が16％となるように水を添加して、高速ハンドミキサを用い３分間練り混ぜして、鉄筋継手用充填材であるモルタルを作製した。
作製したモルタルを用いて、20℃、80％RHの恒温恒湿室でその流動性を測定した。また、作製したモルタルを、20℃、80％RHの恒温恒湿室で型枠に打設し、膨張率や圧縮強度を測定した。結果を表１に併記する。
【００３５】
＜使用材料＞
セメント ：早強ポルトランドセメント、市販品
シリカ質微粉末Ａ：シリカフューム、SiO2含有率95.2％、ｐＨ=2.90、ZrO2含有、市販品
シリカ質微粉末Ｂ：シリカフューム、SiO2含有率96.3％、ｐＨ=7.73、市販品
シリカ質微粉末Ｃ：シリカフューム、SiO2含有率89.1％、ｐＨ=9.49、市販品
減水剤ａ ：ポリカルボン酸系減水剤、市販品
酢酸カルシウム：市販品
発泡剤 ：アルミニウム粉末、市販品
消泡剤 ：ポリオキシエチレンアルキルエーテル系消泡剤、市販品
細骨材 ：フェロクロムスラグ、密度3.20g/cm3、2.5mm下品、市販品
【００３６】
＜測定方法＞
流動性 ：日本規格協会ＪＩＳ Ｒ ５２０１-1997「セメントの物理試験方法」11.フロー試験で 15回の落下運動を行わない静置フローを測定。ここで使用するフローコーンは、附属書 １セメントの試験方法−凝結と安定性の測定で使用するセメントペースト容器とした。流動性の経時変化はそのつどモルタルを高速ハンドミキサにて10秒間練り返して測定。
膨張率 ：土木学会基準JSCE-F533-1999「ＰＣグラウトのブリーディング率および膨張率試験方法」に準じて測定。材齢１日の測定値。
圧縮強度 ：土木学会JSCE-G505-1999「円柱供試体を用いたモルタルまたはセメントペーストの圧縮強度試験方法」に準じて測定。１日で脱型後、材齢まで20℃水中養生とし、材齢28日の測定値。
【００３７】
【表１】
【００３８】
表１より、SiO2含有率が90％以上で、酸化ジルコニウムを含有し、水素イオン濃度が酸性領域にあるシリカ質微粉末Ａが結合材100部中、16〜25部である実施例の実験No.1- 2〜実験No.1- 4のモルタルは、優れた流動性保持性能や適当な膨張率が得られ、圧縮強度が高いことがわかる。
これに対して、SiO2含有率が90％以上であるが、水素イオン濃度がアルカリ領域であるシリカ質微粉末Ｂや、SiO2含有率が90％未満で、水素イオン濃度がアルカリ領域であるシリカ質微粉末Ｃの比較例の実験No.1-6や実験No.1-7のモルタルは、シリカ質微粉末Ａと同等の減水剤量では練り混ぜができず、減水剤量を増して練り混ぜても、泡が多量に発生し、優れた流動性が得にくく、圧縮強度が低下する。
したがって、優れた流動性とその保持性能、適当な膨張率、高い圧縮強度を得るには、SiO2含有率が90％以上で、酸化ジルコニウムを含有し、水素イオン濃度が酸性領域にあるシリカフュームを使用するのが好ましい。
【００３９】
実験例２
セメントと、結合材100部中シリカ質微粉末Ａ20部と、結合材100部に対して、表２に示す酢酸カルシウム、減水剤ａ0.6部、発泡剤0.0008部、消泡剤0.15部、及び細骨材100部とを混合し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。
【００４０】
【表２】
【００４１】
表２より、酢酸カルシウムの使用量を無添加とした比較例の実験No.2- 1のモルタルは、SiO2含有率が90％以上で、酸化ジルコニウムを含有し、水素イオン濃度が酸性領域にあるシリカ質微粉末Ａを使用しているが、流動性を得ることはできない。また、酢酸カルシウムの使用量を2.0部配合した実験No.2- 4のモルタルは、圧縮強度が低下している。したがって、優れた流動性とその保持性能、適当な膨張率、及び高い圧縮強度を得るには、酢酸カルシウムの使用量が、結合材100部に対して0.2〜1.0部であることが好ましい。
【００４２】
実験例３
セメントと、結合材100部中シリカ質微粉末Ａ20部と、結合材100部に対して、酢酸カルシウム0.50部、表３に示す減水剤、発泡剤0.0008部、消泡剤0.15部、及び細骨材100部とを混合し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。
【００４３】
＜使用材料＞
減水剤ｂ ：ナフタレンスルホン酸系減水剤、市販品
【００４４】
【表３】
【００４５】
表３より、減水剤をナフタレンスルホン酸系減水剤とした比較例の実験No.3- 1と実験No.3- 2のモルタルは、SiO2含有率が90％以上で、酸化ジルコニウムを含有し、水素イオン濃度が酸性領域にあるシリカ質微粉末Ａを使用しているが、ポリカルボン酸系減水剤と同等以上の減水剤量を混ぜても流動性を得ることはできない。上記の比較例に示されるように、ナフタレンスルホン酸系減水剤を使用したのでは、優れた流動性とその保持性能、適当な膨張率、高い圧縮強度を有するモルタルは得られないため、本発明の鉄筋継手用充填材においては、ポリカルボン酸系減水剤を使用する。
【００４６】
実験例４
セメントと、結合材100部中シリカ質微粉末Ａ20部と、結合材100部に対して、酢酸カルシウム0.50部、減水剤ａ0.6部、発泡剤0.0008部、消泡剤0.15部、及び細骨材100部とを混合してモルタルを調製し、表４に示す水/結合材比で練り混ぜたこと以外は実験例１と同様に行った。結果を表４に併記する。
【００４７】
【表４】
【００４８】
表４より、水/結合材比15〜19％で練り混ぜられた実験No.1-3、実験No.4- 1、及び実験No.4- 2のモルタルは、優れた流動性とその保持性能、適当な膨張量、高い圧縮強度が得られる。
これに対して、水/結合材比が19％を超える実験No.4- 3では、泡の発生が多量にみられ、流動性保持は優れているが圧縮強度が低下する。
したがって、本発明における鉄筋継手用充填材の練り混ぜに使用される水/結合材比は15〜19％が好ましい。
【００４９】
実験例５
実験例１の実験No.1- 3のモルタルを使用して鉄筋継手性能を評価した。
試験は、ＳＤ685鉄筋のＤ41を用い、ポストグラウト方式を採用し、継手に鉄筋を挿入後、練り上げたモルタルをダイヤフラム式手動ポンプで継手の注入口から充填し、空気排出口から排出されるのを確認してモルタルの充填を止めた。
モルタルを充填した鉄筋継手試験体は、20℃恒温室で所定の材齢まで養生後、(2007年版 建築物の構造関係技術基準解説書「鉄筋継手性能判定基準」)に定められた試験方法により継手試験を行った。
評価は、市販の高強度鉄筋継手用充填材との比較で行っており、20℃養生における実験No.1- 3配合のモルタルの、市販の高強度鉄筋継手用充填材に対する継手性能比率と、破壊形式を表５に示す。
なお、鉄筋継手試験体は、800mmにカットした鉄筋を使用し、継手長さは620mm、有効埋込み長さは275mmとした。
【００５０】
【表５】
【００５１】
表５より、実験No.1- 3のモルタルを充填した鉄筋継手は、市販の高強度鉄筋継手用充填材を充填したものに比べ、大きく向上した性能を得ることができたことがわかる。
引張強さは、実験No.1- 3のモルタルは、市販の高強度鉄筋継手用充填材に比べ１％程度の増加であるが、破壊形式が市販の高強度鉄筋継手用充填材が「抜出」であるのに対し、すべて「母材破断」であるので明らかに性能は向上しているといえる。
剛性は、実験No.1- 3のモルタルは、市販の高強度鉄筋継手用充填材に比べ２〜５％の増加と増加量が小さいと思われがちであるが、もともと継手の剛性は高いので性能は向上しているといえる。
すべり量は、数値が小さい程有効であり、実験No.1- 3のモルタルは、市販の高強度鉄筋継手用充填材に比べ10〜27％小さく、大きく向上している。
じん性は、実験No.1- 3のモルタルは19％の増加があり、明らかに向上していることがいえる。
これらのことから従来の鉄筋埋込み長さでは、本発明の鉄筋継手用充填材を用いることにより、各判定項目において大きく性能の向上が認められ、鉄筋の埋込み長さを短くできる可能性が高い。また、本発明の鉄筋継手用充填材を用い継手に充填する施工方法については、流動性の保持性に優れているために、ポンプ圧送性に優れ、従来品と同様な施工方法を採用した場合においても、より一層良好な充填性状を示す。
【産業上の利用可能性】
【００５２】
本発明の鉄筋継手用充填材組成物を使用してなるセメントモルタルは、上記のように、優れた流動性とその保持性能、適当な膨張率が得られ、圧縮強度が高いから、土木・建築工事、特に、高強度を要求される鉄筋コンクリート、プレキャストコンクリートなどの構造物において、鉄筋を接続させる鉄筋継手に充填する工法に使用することができる。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
セメント、ポゾラン微粉末、水溶性カルシウム塩、減水剤、発泡剤、消泡剤、及び細骨材を含有してなり、膨張材を含有しない鉄筋継手用充填材組成物において、前記ポゾラン微粉末が、SiO2含有率が90質量％以上で、酸化ジルコニウムを含有し、水素イオン濃度が酸性領域にあるシリカ質微粉末であり、前記水溶性カルシウム塩が酢酸カルシウムであり、前記減水剤がポリカルボン酸系減水剤であることを特徴とする鉄筋継手用充填材組成物。
【請求項２】
前記ポゾラン微粉末が、セメントとポゾラン微粉末からなる結合材100質量部中、16〜25質量部であることを特徴とする請求項１に記載の鉄筋継手用充填材組成物。
【請求項３】
前記水溶性カルシウム塩が、結合材100質量部に対して、0.2〜1.0質量部であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の鉄筋継手用充填材組成物。
【請求項４】
前記細骨材が、最大粒径2.5mmで密度3.0g/cm3以上の重量骨材であることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の鉄筋継手用充填材組成物。
【請求項５】
請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の鉄筋継手用充填材組成物と、前記結合材100質量部に対して、15〜19質量部の水とを混練してなる鉄筋継手用充填材。
【請求項６】
請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の鉄筋継手用充填材組成物に、前記結合材100質量部に対して、15〜19質量部の水を加えて、練り混ぜして、鉄筋継手部分に充填することを特徴とする鉄筋継手充填施工方法。
【請求項１】
セメント、ポゾラン微粉末、水溶性カルシウム塩、減水剤、発泡剤、消泡剤、及び細骨材を含有してなり、膨張材を含有しない鉄筋継手用充填材組成物において、前記ポゾラン微粉末が、SiO2含有率が90質量％以上で、酸化ジルコニウムを含有し、水素イオン濃度が酸性領域にあるシリカ質微粉末であり、前記水溶性カルシウム塩が酢酸カルシウムであり、前記減水剤がポリカルボン酸系減水剤であることを特徴とする鉄筋継手用充填材組成物。
【請求項２】
前記ポゾラン微粉末が、セメントとポゾラン微粉末からなる結合材100質量部中、16〜25質量部であることを特徴とする請求項１に記載の鉄筋継手用充填材組成物。
【請求項３】
前記水溶性カルシウム塩が、結合材100質量部に対して、0.2〜1.0質量部であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の鉄筋継手用充填材組成物。
【請求項４】
前記細骨材が、最大粒径2.5mmで密度3.0g/cm3以上の重量骨材であることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の鉄筋継手用充填材組成物。
【請求項５】
請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の鉄筋継手用充填材組成物と、前記結合材100質量部に対して、15〜19質量部の水とを混練してなる鉄筋継手用充填材。
【請求項６】
請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の鉄筋継手用充填材組成物に、前記結合材100質量部に対して、15〜19質量部の水を加えて、練り混ぜして、鉄筋継手部分に充填することを特徴とする鉄筋継手充填施工方法。
【公開番号】特開２０１０−１５００７２（Ｐ２０１０−１５００７２Ａ）
【公開日】平成２２年７月８日（２０１０．７．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−３２９３９１（Ｐ２００８−３２９３９１）
【出願日】平成２０年１２月２５日（２００８．１２．２５）
【出願人】（０００００３２９６）電気化学工業株式会社 (1,539)
【出願人】（３９０００５１８６）日本スプライススリーブ株式会社 (20)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年７月８日（２０１０．７．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１２月２５日（２００８．１２．２５）
【出願人】（０００００３２９６）電気化学工業株式会社 (1,539)
【出願人】（３９０００５１８６）日本スプライススリーブ株式会社 (20)
【Ｆターム（参考）】
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