骨材およびその製造方法並びに吹付用モルタル・コンクリート
【課題】 傾斜勾配の大きい法面等を施工対象とする吹付用モルタル・コンクリートのように、単位セメント量の多いモルタル・コンクリートに使用しても、硬化性状に支障を及ぼさずに、アルカリ骨材反応を進行させることのない骨材を容易に得ること、並びに長期間に渡り劣化することもなく、法面などの傾斜面を安定化するための吹付施工に適した性状のモルタル・コンクリートを提供する。
【解決手段】 開口空隙を有する多孔性の骨材であって、該空隙に亜硝酸リチウムが含有されてなる骨材、並びにセメントと、開口空隙を有し、該空隙に亜硝酸リチウムが含有された多孔性軽量骨材を含有してなる吹付用モルタル・コンクリート。
【解決手段】 開口空隙を有する多孔性の骨材であって、該空隙に亜硝酸リチウムが含有されてなる骨材、並びにセメントと、開口空隙を有し、該空隙に亜硝酸リチウムが含有された多孔性軽量骨材を含有してなる吹付用モルタル・コンクリート。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば岩盤斜面防護用吹付材などの単位セメント量の多いモルタル・コンクリートに関するもので、特にこのような吹付用モルタル・コンクリートに適した骨材に関する。
【背景技術】
【０００２】
岩盤斜面のような法面の浸食や風化防止のため、コンクリートブロックなどの構造物や植生で法面を覆ったり、排水溝・路や土留構築物を施設することで法面の安定化が図られている。比較的傾斜勾配の大きい法面の安定化を行う工法には吹付用モルタル・コンクリートが使用されるが、吹付用モルタル・コンクリートは早期の強度発現性が必要であり、通常の建築用や製品用に使用されるものよりもセメント含有量が格段に多くされている。また、施工後硬化するまでの吹付付着物の安定性を確保する上で、吹付用モルタル・コンクリート中の骨材は軽量骨材を使用するのが有利である。軽量骨材でも天然軽量骨材は品質面で安定したものが得難いため、珪酸塩系の膨張性鉱物などを原料として焼成製造された人工軽量骨材が使用の主流を占めている。一方で、このような骨材は比較的大量のシリカ質を含有するため、水の存在下でセメント由来の可溶性アルカリと反応し（アルカリ骨材反応）、高膨張性の珪酸アルカリゲルを生成する。当該ゲルが生成されると硬化モルタル・コンクリートに膨張亀裂が生じ易くなり、亀裂発生に伴う強度低下や亀裂箇所からの中性化の進行等、モルタル・コンクリートの劣化が起る。特に、セメント含有量が多いモルタル・コンクリートでは可溶性アルカリの濃度も高くなるため、前記のような高シリカ質の骨材と併用するとアルカリ骨材反応が高まり、モルタル・コンクリートの劣化が進み易い。モルタル・コンクリートのアルカリ骨材反応を防ぐ方策としては、（ａ）シリカ質に富む反応性骨材の使用を避けるか低アルカリ質の特殊セメントを使用する。（ｂ）亜硝酸リチウム等のリチウム塩をモルタル・コンクリートに混和させる。（例えば、特許文献１参照。）（ｃ）リチウム塩をモルタル・コンクリート硬化体に注入又は含浸させる（例えば、特許文献２参照。）（ｄ）カルシウムリチウムアルミノシリケート等のリチウム系ガラスをモルタル・コンクリートに配合する、（例えば、特許文献３参照。）等の方策が知られている。しかるに、（ａ）の方策では、低シリカ質の軽量骨材は実質入手不可能であり、また低アルカリ質の特殊セメントはかなり高価でしかも自在に調達できるものではなく、これを大量に使用するのは実用的ではない。（ｂ）の方策では単位セメント量の多いモルタル・コンクリートではアルカリ骨材反応を十分抑制させる上で大量のリチウム塩の添加を必要とするが、過剰のリチウム塩はポルトランドセメントを使用した場合に初期に凝結遅延を起こす可能性があることから状況によっては瞬結性が不可欠な吹付材には必ずしも適していない。また（ｃ）の方策は対象が法面の吹付コンリートのような広範囲な施工硬化物では不向きであり、更に（ｄ）のような合成材料を混和する方策では、原料調合物を高温でガラス化し、更に混和に適した形態に粉砕せねばならず、多大な手間とこれを製造する設備が要る等の問題が残る。
【特許文献１】特開昭６１−２５６９５１号公報
【特許文献２】特開２００２−１７３３８０号公報
【特許文献３】特開２００４−１９６５６６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明は、前記問題点の解決を図るもので、傾斜勾配の大きい法面等を施工対象とする吹付用モルタル・コンクリートのように、単位セメント量の多いモルタル・コンクリートに使用しても、アルカリ骨材反応を進行させることのない骨材を容易に得ること、並びに長期間に渡り劣化することもなく、法面などの傾斜面を安定化するための吹付施工に適した性状のモルタル・コンクリートの提供を課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明者らは、前記課題を解決するために、骨材に開口空隙に富む多孔性の骨材を用い、該空隙に亜硝酸リチウムを充填させることで、これを単位セメント量の多い高シリカ含有量のモルタル・コンクリートに使用しても硬化性に支障を及ぼすことなくアルカリ骨材反応を長期に渡って十分抑制でき、しかもこのような骨材は、硝酸リチウム水溶液に浸漬させるという極めて簡単な方法で容易に得られること、また、この種の軽量骨材を用いた吹付コンクリートは、施工性状及び施工後の耐久性共優れていたこと、等から、本発明を完成させた。
【０００５】
即ち、本発明は、次の（１）〜（２）で表す骨材及び（３）で表す骨材の製造方法、更に（４）〜（５）で表す吹付用モルタル・コンクリートである。（１）開口空隙を有する多孔性の骨材であって、該空隙に亜硝酸リチウムが含有されてなる骨材。（２）吸水率が５〜３０％である前記（１）の骨材。（３）開口空隙を有する骨材を亜硝酸リチウム溶液に浸漬することを特徴とする骨材の製造方法。（４）セメントと、開口空隙を有し、該空隙に亜硝酸リチウムが含有された多孔性軽量骨材を含有してなる吹付用モルタル・コンクリート。（５）多孔性軽量骨材の開口空隙調に含有されるリチウムイオン量が吹付用モルタル・コンクリート中のリチウムを除くアルカリ金属及びアルカリ土類金属のイオン含有量の１００〜１２０％である多孔性軽量骨材を使用する前記（４）の吹付用モルタル・コンクリート。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、吹付用モルタル・コンクリートの硬化性に支障を及ぼすことなく、骨材表面付近を起点に進行するアルカリ骨材反応を十分防ぐことができ、長期間に渡って劣化が進み難い強固な吹付層を形成することができる。また、本発明の吹付用モルタル・コンクリートは骨材比重が低いため、単位容積質量が小さく、比較的勾配が急な斜面や法面に対しても高い付着性が得られ易く、吹付施工時のリバウンドや吹付物の剥落の抑制にも優れている。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
本発明の骨材は、開口空隙を有する多孔性の骨材の該空隙中に亜硝酸リチウムが含まれたものである。亜硝酸リチウムを含ませる骨材は、開口空隙を有するものである限り骨材成分は限定されず、シリカ分を多く含むものであっても良い。また骨材種としては例えば火山性の礫等の天然骨材、スラグ等の精錬副産骨材、膨張頁岩や粘板岩等を焼成して得た人工骨材の何れでも良いが、特に膨張頁岩を原料とする多孔性の人工軽量骨材が好適である。多孔性骨材の開口空隙量は特に制限されないが、吸水率として５〜３０％のものがアルカリ骨材反応を抑制するに足る亜硝酸リチウムを包含できるので好ましく、より好ましくは吸水率で１０〜２５％のものとする。吸水率が５％未満の多孔性骨材では一般的な単位セメント量のモルタル・コンクリートに対してもアルカリ骨材反応を抑制できるだけの亜硝酸リチウムの確保が難しく、また３０％を超える骨材では強度的に脆弱になり、斜面や壁面安定化のための吹付施工に使用するには適当でない。さらに亜硝酸リチウムを効率良く空隙中に担持し、また担持されたリチウムイオンが水分存在化でアルカリ骨材反応を阻止するために拡散する上で、骨材表面の開口空隙の径が約１０ｎｍ〜１００μｍであるのが好ましい。
【０００８】
また、多孔性骨材の開口空隙は必ずしも空隙の１００％が亜硝酸リチウムで占められている必要はなく、空隙中に含まれる亜硝酸リチウムのリチウムイオン量が、モルタルやコンクリート中のリチウムを除くアルカリ金属及びアルカリ土類金属のイオン総量に概ね等しいかアルカリ金属及びアルカリ土類金属のイオン総量の１２０％程度まで含まれていることが望ましい。これ以上多いリチウムイオン量ではポルトランドセメント等と併用した場合、所定のワーカビリティを確保できないことがある。また、リチウムイオン量が、モルタルやコンクリート中のリチウムを除くアルカリ金属及びアルカリ土類金属のイオン総量未満ではアルカリ骨材反応を十分抑制できないことがある。ここで、リチウムを除くアルカリ金属及びアルカリ土類金属のイオン総量とは、当該モルタルやコンクリートを構成するセメント、骨材及び他の混和成分中のリチウムイオンを除くアルカリ金属イオン及びアルカリ土類金属イオンの合計量である。
【０００９】
本発明の骨材の製造方法は、亜硝酸リチウムの水溶液中に前記の多孔性骨材を浸漬させれば良い。浸漬時間は２４時間〜１週間程度とする。浸漬は、常温又はその近傍温度で単に液中に骨材を静置するだけでも良いが、開口空隙深部まで亜硝酸リチウム水溶液を浸透させるには、例えば真空処理による減圧給水方法や１５０℃以下での熱間吸水方法を行うことで対処できる。使用する亜硝酸リチウムは市販試薬が使用できるが、これ以外のものでも構わない。また、多孔性骨材を浸漬させる水溶液の亜硝酸リチウム濃度は、少なくとも該骨材空隙中に含まれる亜硝酸リチウムのリチウムイオン量がモルタルやコンクリート中のリチウムを除くアルカリ金属イオン及びアルカリ土類金属イオン総量よりも同等以上のものが得られ易い濃度にする。浸漬後の骨材は例えば脱水機等で表面に付着した液分を拭い取り、可能ならば表乾状態にすることが望ましい。
【００１０】
また、本発明の吹付用モルタル・コンクリートは、セメントと前記の亜硝酸リチウムを含有させた開口空隙を有する多孔性の軽量骨材を含有してなるものである。軽量骨材としては比重がおよそ２．０以下の骨材が該当する。使用するセメントは普通、早強、超早強、低熱、中庸熱等の各種ポルトランドセメントが好ましく、また各種ポルトランドセメントと例えばフライアッシュ、高炉スラグ又は石灰石粉等を混合させた混合セメント、白色セメントやエコセメント等の特殊セメントでも良い。本発明の吹付用モルタル・コンクリートは、単位セメント量が４００〜４５０Ｋｇ／ｍ3のモルタル又は単位セメント量が３００〜４００Ｋｇ／ｍ3のコンクリートとするのが好ましく、セメント（Ｃ）と亜硝酸リチウムを包含させた多孔性軽量骨材（細骨材；Ｓ、粗骨材；Ｇ）の配合重量比は限定されるものではないが、モルタルでは概ねＣ：Ｓ＝１：４、コンクリートでは概ねＣ：Ｇ：Ｓ＝１：１：４が推奨される。単位セメント量が４００Ｋｇ／ｍ3未満のモルタルや３００Ｋｇ／ｍ3未満のコンクリートでは吹付用としては強度不足となる可能性があり、単位セメント量が４５０Ｋｇ／ｍ3を超えるモルタル又は単位セメント量が４００Ｋｇ／ｍ3を超えるコンクリートでは粘性が高くなり圧送性が低下する虞がある。
【００１１】
本発明の吹付用モルタル・コンクリートは、本発明の効果を喪失させるものでない限り、セメントと前記のような亜硝酸リチウムを含有させた開口空隙を有する多孔性軽量骨材以外の成分を含有でき、例えば減水剤、高性能減水剤、高性能ＡＥ減水剤、流動化剤、凝結調整剤、繊維、増粘剤、膨張材、顔料、白華防止剤、防水剤、セメント用ポリマー樹脂、撥水剤、急結剤等を１種又は２種以上含むものでも良い。また配合水の量はモルタル及びコンクリートともセメント１００重量部に対し４０〜６０重量部が好ましい。４０重量部未満では減水剤類を併用しない限り吹付用に適した流動状態が得難く施工性が低下する。また、６０重量部を超えると強度発現性が低下し、吹付用には不向きである。
【００１２】
本発明の吹付用モルタル・コンクリートの製造方法は特に限定されないが、好適な一例を示すと前記のように製造された亜硝酸リチウムを包含させた骨材とセメントと水並びに必要に応じて混和剤・材を、例えば圧力タンク式吹付装置に所定量一括投入し、混練すれば良い。また、本発明の吹付用モルタル・コンクリートの吹付施工方法も特に限定されず、例えば混練物を１系統の輸送管を通して吹付ノズルまで空気圧送して吹付ける湿式方式を挙げることができる。
【実施例】
【００１３】
［骨材の調整］
多孔性の天然及び人工の軽量細骨材を、亜硝酸リチウム（市販試薬）を蒸留水で希釈した濃度１０重量％の水溶液に、２０℃の温度下で２４時間浸漬させた。また、多孔性の人工軽量粗骨材を、亜硝酸リチウム（市販試薬）を蒸留水で希釈した濃度４０重量％の水溶液に、２０℃の温度下で２４時間浸漬させた。浸漬中は骨材を特に動かすことはなく液中に放置した。２４時間経過時点で亜硝酸リチウム水溶液から骨材を取出し、骨材表面に付着した余剰液分を布で拭い取り、表１に表す亜硝酸リチウム１０重量％水溶液を空隙に含有させた多孔性天然細骨材（Ｓ１）、亜硝酸リチウム１０重量％水溶液を空隙に含有させた多孔性天然細骨材（Ｓ２）及び亜硝酸リチウム４０重量％水溶液を空隙に含有させた多孔性粗骨材（Ｇ１）を得た。併せて、表１には浸漬前後の骨材重量の変化量から算出した浸漬による亜硝酸リチウムイオンの骨材空隙への含有量の値も記す。また、比較のため非多孔性の川砂からなる細骨材についても１０重量％亜硝酸リチウム水溶液による同様の浸漬処理を行ったものを作製（Ｓ３）し、また亜硝酸リチウム水溶液による浸漬処理を行わなかった非多孔性の天然細骨材前記川砂（Ｓ４）と共に表１に詳細を記す。
【００１４】
【表１】
【００１５】
［吹付用モルタルの製造］
亜硝酸リチウムに浸漬させた表１に表す細骨材Ｓ１〜Ｓ３を用い、次の配合・方法で使用細骨材別に３種類の吹付用フレッシュモルタルＭ１〜Ｍ３を作製した。細骨材１００．０Ｋｇ、普通ポルトランドセメント（太平洋セメント株式会社製）２５．０Ｋｇ及び水道水１２．５Ｋｇを秤量し、これをミキサ内蔵型吹付機（三和産業株式会社製）のミキサに投入した。全量投入後６０秒間混練し、フレッシュモルタルを得た。
【００１６】
また参考のため、亜硝酸リチウムに浸漬させてない表１に表す細骨材Ｓ４を１００．０Ｋｇ、普通ポルトランドセメント（太平洋セメント株式会社製）を２５．０Ｋｇ及び水道水を１２．５Ｋｇ秤量し、これをミキサ内蔵型吹付機（三和産業株式会社製）のミキサに一括投入し、６０秒間混練してフレッシュモルタルＭ４を作製した。また亜硝酸リチウムに浸漬させてない表１に表す細骨材Ｓ４を１００．０Ｋｇ、普通ポルトランドセメント（太平洋セメント株式会社製）を２５．０Ｋｇ、亜硝酸リチウム粉末（純度９９％；市販試薬）１２５０ｇ及び水道水を１２．５Ｋｇ秤量し、これをミキサ内蔵型吹付機（三和産業株式会社製）のミキサに一括投入し、６０秒間混練したフレッシュモルタルＭ５を作製した。
【００１７】
［吹付用モルタルの吹付け及び吹付硬化物のアルカリ骨材反応試験等］
前記の如く作製したフレッシュモルタル（Ｍ１〜Ｍ５）を、それぞれコンプレッサーで吹付ノズルに空気圧送し、水平地盤に垂直に設置した縦５０ｃｍ、横８０ｃｍ、奥行２０ｃｍで底面を有する木製型枠に１．５ｍの距離を隔てて均一に吹付けた。吹付時のリバウンド発生有無を目視で調べたが何れのモルタルもリバウンド発生は極僅かしか観察されなかった。吹付け後は７日間放置し、その間の吹付物の剥落発生有無も目視で調べた。次いで、放置７日後の硬化吹付物をコンクリートカッターで１０×１０×４０ｃｍの直方体形の試験体が得られるように切り出した。尚、試験体は１種類のモルタルに付き３個作製した。作製した硬化モルタル試験体は、飽和塩化ナトリウム水溶液中に漬け、恒温槽を使用し、５０±１℃で７日、３０日、９０日及び１８０日間連続養生した。所定の材齢で試験体の長さ変化を調べ、膨張量（各種類毎に試験体３個の平均値）を算出した。この結果から膨張量がおよそ０．０２％以下と実質的に殆ど膨張しなかったものをアルカリ骨材反応「無」、それ以外のものをアルカリ骨材反応「有」と判定した。以上の結果を表２に表す。
【００１８】
【表２】
【００１９】
［吹付用コンクリートの製造］
亜硝酸リチウムに浸漬させた多孔性細骨材Ｓ１を１００．０Ｋｇ、亜硝酸リチウムに浸漬させた多孔性粗骨材Ｇ１を２５．０Ｋｇ、普通ポルトランドセメント（太平洋セメント株式会社製）を２５．０Ｋｇ及び水道水を１２．５Ｋｇ秤量し、これをミキサ内蔵型吹付機（三和産業株式会社製）のミキサに投入した。全量投入後６０秒間混練し、吹付用フレッシュコンクリート（Ｃ１）を作製した。
【００２０】
［吹付用コンクリートの吹付及び吹付硬化物のアルカリ骨材反応試験］
吹付用フレッシュコンクリート（Ｃ１）をコンプレッサーで吹付ノズルに空気圧送し、水平地盤に垂直に設置した縦５０ｃｍ、横８０ｃｍ、奥行２０ｃｍで底面を有する木製型枠に１．５ｍの距離を隔てて均一に吹付けた。吹付け後は７日間放置し、その間の吹付物の剥落発生有無を目視で調べた。放置７日後の硬化吹付物をコンクリートカッターで１０×１０×４０ｃｍの直方体形の試験体が得られるように切り出した。尚、試験体は１種類のコンクリートに付き３個作製した。作製した硬化コンクリート試験体は、飽和塩化ナトリウム水溶液中に漬け、恒温槽を使用し、５０±１℃で７日、３０日、９０日及び１８０日間連続養生した。所定の材齢で試験体の長さ変化を調べ、膨張量を算出した。この結果から膨張量がおよそ０．０２％以下と実質的に殆ど膨張しなかったものをアルカリ骨材反応「無」、それ以外のものをアルカリ骨材反応「有」と判定した。以上の結果を表３に表す。
【００２１】
【表３】
【００２２】
表２より、本発明の骨材を用いた吹付用モルタル（Ｍ１及びＭ２）は何れもアルカリ骨材反応に伴う膨張が殆ど見られなかったことから、吹付後も長期間に渡って劣化が進み難いことがわかる。一方、非多孔性の細骨材では亜硝酸リチウムを殆ど含浸できないため、これを用いた吹付用モルタル（Ｍ３）はアルカリ骨材反応が起った。また、亜硝酸リチウムを混和添加する従来技術に基く吹付用モルタル（Ｍ４）は本発明による吹付用モルタル・コンクリート（Ｍ１、Ｍ２及びＣ１）よりも高い膨張量となり、アルカリ骨材反応の抑止効果が低くなったが、これは亜硝酸リチウムを骨材空隙中に担持した場合の方が混和添加した場合と比べ、骨材表面付近を起点に進行する骨材中の反応性成分（主にシリカ）とセメント由来のアルカリとのアルカリ骨材反応を効率良く抑制し、該抑制効果が高いことがわかる。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば岩盤斜面防護用吹付材などの単位セメント量の多いモルタル・コンクリートに関するもので、特にこのような吹付用モルタル・コンクリートに適した骨材に関する。
【背景技術】
【０００２】
岩盤斜面のような法面の浸食や風化防止のため、コンクリートブロックなどの構造物や植生で法面を覆ったり、排水溝・路や土留構築物を施設することで法面の安定化が図られている。比較的傾斜勾配の大きい法面の安定化を行う工法には吹付用モルタル・コンクリートが使用されるが、吹付用モルタル・コンクリートは早期の強度発現性が必要であり、通常の建築用や製品用に使用されるものよりもセメント含有量が格段に多くされている。また、施工後硬化するまでの吹付付着物の安定性を確保する上で、吹付用モルタル・コンクリート中の骨材は軽量骨材を使用するのが有利である。軽量骨材でも天然軽量骨材は品質面で安定したものが得難いため、珪酸塩系の膨張性鉱物などを原料として焼成製造された人工軽量骨材が使用の主流を占めている。一方で、このような骨材は比較的大量のシリカ質を含有するため、水の存在下でセメント由来の可溶性アルカリと反応し（アルカリ骨材反応）、高膨張性の珪酸アルカリゲルを生成する。当該ゲルが生成されると硬化モルタル・コンクリートに膨張亀裂が生じ易くなり、亀裂発生に伴う強度低下や亀裂箇所からの中性化の進行等、モルタル・コンクリートの劣化が起る。特に、セメント含有量が多いモルタル・コンクリートでは可溶性アルカリの濃度も高くなるため、前記のような高シリカ質の骨材と併用するとアルカリ骨材反応が高まり、モルタル・コンクリートの劣化が進み易い。モルタル・コンクリートのアルカリ骨材反応を防ぐ方策としては、（ａ）シリカ質に富む反応性骨材の使用を避けるか低アルカリ質の特殊セメントを使用する。（ｂ）亜硝酸リチウム等のリチウム塩をモルタル・コンクリートに混和させる。（例えば、特許文献１参照。）（ｃ）リチウム塩をモルタル・コンクリート硬化体に注入又は含浸させる（例えば、特許文献２参照。）（ｄ）カルシウムリチウムアルミノシリケート等のリチウム系ガラスをモルタル・コンクリートに配合する、（例えば、特許文献３参照。）等の方策が知られている。しかるに、（ａ）の方策では、低シリカ質の軽量骨材は実質入手不可能であり、また低アルカリ質の特殊セメントはかなり高価でしかも自在に調達できるものではなく、これを大量に使用するのは実用的ではない。（ｂ）の方策では単位セメント量の多いモルタル・コンクリートではアルカリ骨材反応を十分抑制させる上で大量のリチウム塩の添加を必要とするが、過剰のリチウム塩はポルトランドセメントを使用した場合に初期に凝結遅延を起こす可能性があることから状況によっては瞬結性が不可欠な吹付材には必ずしも適していない。また（ｃ）の方策は対象が法面の吹付コンリートのような広範囲な施工硬化物では不向きであり、更に（ｄ）のような合成材料を混和する方策では、原料調合物を高温でガラス化し、更に混和に適した形態に粉砕せねばならず、多大な手間とこれを製造する設備が要る等の問題が残る。
【特許文献１】特開昭６１−２５６９５１号公報
【特許文献２】特開２００２−１７３３８０号公報
【特許文献３】特開２００４−１９６５６６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明は、前記問題点の解決を図るもので、傾斜勾配の大きい法面等を施工対象とする吹付用モルタル・コンクリートのように、単位セメント量の多いモルタル・コンクリートに使用しても、アルカリ骨材反応を進行させることのない骨材を容易に得ること、並びに長期間に渡り劣化することもなく、法面などの傾斜面を安定化するための吹付施工に適した性状のモルタル・コンクリートの提供を課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明者らは、前記課題を解決するために、骨材に開口空隙に富む多孔性の骨材を用い、該空隙に亜硝酸リチウムを充填させることで、これを単位セメント量の多い高シリカ含有量のモルタル・コンクリートに使用しても硬化性に支障を及ぼすことなくアルカリ骨材反応を長期に渡って十分抑制でき、しかもこのような骨材は、硝酸リチウム水溶液に浸漬させるという極めて簡単な方法で容易に得られること、また、この種の軽量骨材を用いた吹付コンクリートは、施工性状及び施工後の耐久性共優れていたこと、等から、本発明を完成させた。
【０００５】
即ち、本発明は、次の（１）〜（２）で表す骨材及び（３）で表す骨材の製造方法、更に（４）〜（５）で表す吹付用モルタル・コンクリートである。（１）開口空隙を有する多孔性の骨材であって、該空隙に亜硝酸リチウムが含有されてなる骨材。（２）吸水率が５〜３０％である前記（１）の骨材。（３）開口空隙を有する骨材を亜硝酸リチウム溶液に浸漬することを特徴とする骨材の製造方法。（４）セメントと、開口空隙を有し、該空隙に亜硝酸リチウムが含有された多孔性軽量骨材を含有してなる吹付用モルタル・コンクリート。（５）多孔性軽量骨材の開口空隙調に含有されるリチウムイオン量が吹付用モルタル・コンクリート中のリチウムを除くアルカリ金属及びアルカリ土類金属のイオン含有量の１００〜１２０％である多孔性軽量骨材を使用する前記（４）の吹付用モルタル・コンクリート。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、吹付用モルタル・コンクリートの硬化性に支障を及ぼすことなく、骨材表面付近を起点に進行するアルカリ骨材反応を十分防ぐことができ、長期間に渡って劣化が進み難い強固な吹付層を形成することができる。また、本発明の吹付用モルタル・コンクリートは骨材比重が低いため、単位容積質量が小さく、比較的勾配が急な斜面や法面に対しても高い付着性が得られ易く、吹付施工時のリバウンドや吹付物の剥落の抑制にも優れている。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
本発明の骨材は、開口空隙を有する多孔性の骨材の該空隙中に亜硝酸リチウムが含まれたものである。亜硝酸リチウムを含ませる骨材は、開口空隙を有するものである限り骨材成分は限定されず、シリカ分を多く含むものであっても良い。また骨材種としては例えば火山性の礫等の天然骨材、スラグ等の精錬副産骨材、膨張頁岩や粘板岩等を焼成して得た人工骨材の何れでも良いが、特に膨張頁岩を原料とする多孔性の人工軽量骨材が好適である。多孔性骨材の開口空隙量は特に制限されないが、吸水率として５〜３０％のものがアルカリ骨材反応を抑制するに足る亜硝酸リチウムを包含できるので好ましく、より好ましくは吸水率で１０〜２５％のものとする。吸水率が５％未満の多孔性骨材では一般的な単位セメント量のモルタル・コンクリートに対してもアルカリ骨材反応を抑制できるだけの亜硝酸リチウムの確保が難しく、また３０％を超える骨材では強度的に脆弱になり、斜面や壁面安定化のための吹付施工に使用するには適当でない。さらに亜硝酸リチウムを効率良く空隙中に担持し、また担持されたリチウムイオンが水分存在化でアルカリ骨材反応を阻止するために拡散する上で、骨材表面の開口空隙の径が約１０ｎｍ〜１００μｍであるのが好ましい。
【０００８】
また、多孔性骨材の開口空隙は必ずしも空隙の１００％が亜硝酸リチウムで占められている必要はなく、空隙中に含まれる亜硝酸リチウムのリチウムイオン量が、モルタルやコンクリート中のリチウムを除くアルカリ金属及びアルカリ土類金属のイオン総量に概ね等しいかアルカリ金属及びアルカリ土類金属のイオン総量の１２０％程度まで含まれていることが望ましい。これ以上多いリチウムイオン量ではポルトランドセメント等と併用した場合、所定のワーカビリティを確保できないことがある。また、リチウムイオン量が、モルタルやコンクリート中のリチウムを除くアルカリ金属及びアルカリ土類金属のイオン総量未満ではアルカリ骨材反応を十分抑制できないことがある。ここで、リチウムを除くアルカリ金属及びアルカリ土類金属のイオン総量とは、当該モルタルやコンクリートを構成するセメント、骨材及び他の混和成分中のリチウムイオンを除くアルカリ金属イオン及びアルカリ土類金属イオンの合計量である。
【０００９】
本発明の骨材の製造方法は、亜硝酸リチウムの水溶液中に前記の多孔性骨材を浸漬させれば良い。浸漬時間は２４時間〜１週間程度とする。浸漬は、常温又はその近傍温度で単に液中に骨材を静置するだけでも良いが、開口空隙深部まで亜硝酸リチウム水溶液を浸透させるには、例えば真空処理による減圧給水方法や１５０℃以下での熱間吸水方法を行うことで対処できる。使用する亜硝酸リチウムは市販試薬が使用できるが、これ以外のものでも構わない。また、多孔性骨材を浸漬させる水溶液の亜硝酸リチウム濃度は、少なくとも該骨材空隙中に含まれる亜硝酸リチウムのリチウムイオン量がモルタルやコンクリート中のリチウムを除くアルカリ金属イオン及びアルカリ土類金属イオン総量よりも同等以上のものが得られ易い濃度にする。浸漬後の骨材は例えば脱水機等で表面に付着した液分を拭い取り、可能ならば表乾状態にすることが望ましい。
【００１０】
また、本発明の吹付用モルタル・コンクリートは、セメントと前記の亜硝酸リチウムを含有させた開口空隙を有する多孔性の軽量骨材を含有してなるものである。軽量骨材としては比重がおよそ２．０以下の骨材が該当する。使用するセメントは普通、早強、超早強、低熱、中庸熱等の各種ポルトランドセメントが好ましく、また各種ポルトランドセメントと例えばフライアッシュ、高炉スラグ又は石灰石粉等を混合させた混合セメント、白色セメントやエコセメント等の特殊セメントでも良い。本発明の吹付用モルタル・コンクリートは、単位セメント量が４００〜４５０Ｋｇ／ｍ3のモルタル又は単位セメント量が３００〜４００Ｋｇ／ｍ3のコンクリートとするのが好ましく、セメント（Ｃ）と亜硝酸リチウムを包含させた多孔性軽量骨材（細骨材；Ｓ、粗骨材；Ｇ）の配合重量比は限定されるものではないが、モルタルでは概ねＣ：Ｓ＝１：４、コンクリートでは概ねＣ：Ｇ：Ｓ＝１：１：４が推奨される。単位セメント量が４００Ｋｇ／ｍ3未満のモルタルや３００Ｋｇ／ｍ3未満のコンクリートでは吹付用としては強度不足となる可能性があり、単位セメント量が４５０Ｋｇ／ｍ3を超えるモルタル又は単位セメント量が４００Ｋｇ／ｍ3を超えるコンクリートでは粘性が高くなり圧送性が低下する虞がある。
【００１１】
本発明の吹付用モルタル・コンクリートは、本発明の効果を喪失させるものでない限り、セメントと前記のような亜硝酸リチウムを含有させた開口空隙を有する多孔性軽量骨材以外の成分を含有でき、例えば減水剤、高性能減水剤、高性能ＡＥ減水剤、流動化剤、凝結調整剤、繊維、増粘剤、膨張材、顔料、白華防止剤、防水剤、セメント用ポリマー樹脂、撥水剤、急結剤等を１種又は２種以上含むものでも良い。また配合水の量はモルタル及びコンクリートともセメント１００重量部に対し４０〜６０重量部が好ましい。４０重量部未満では減水剤類を併用しない限り吹付用に適した流動状態が得難く施工性が低下する。また、６０重量部を超えると強度発現性が低下し、吹付用には不向きである。
【００１２】
本発明の吹付用モルタル・コンクリートの製造方法は特に限定されないが、好適な一例を示すと前記のように製造された亜硝酸リチウムを包含させた骨材とセメントと水並びに必要に応じて混和剤・材を、例えば圧力タンク式吹付装置に所定量一括投入し、混練すれば良い。また、本発明の吹付用モルタル・コンクリートの吹付施工方法も特に限定されず、例えば混練物を１系統の輸送管を通して吹付ノズルまで空気圧送して吹付ける湿式方式を挙げることができる。
【実施例】
【００１３】
［骨材の調整］
多孔性の天然及び人工の軽量細骨材を、亜硝酸リチウム（市販試薬）を蒸留水で希釈した濃度１０重量％の水溶液に、２０℃の温度下で２４時間浸漬させた。また、多孔性の人工軽量粗骨材を、亜硝酸リチウム（市販試薬）を蒸留水で希釈した濃度４０重量％の水溶液に、２０℃の温度下で２４時間浸漬させた。浸漬中は骨材を特に動かすことはなく液中に放置した。２４時間経過時点で亜硝酸リチウム水溶液から骨材を取出し、骨材表面に付着した余剰液分を布で拭い取り、表１に表す亜硝酸リチウム１０重量％水溶液を空隙に含有させた多孔性天然細骨材（Ｓ１）、亜硝酸リチウム１０重量％水溶液を空隙に含有させた多孔性天然細骨材（Ｓ２）及び亜硝酸リチウム４０重量％水溶液を空隙に含有させた多孔性粗骨材（Ｇ１）を得た。併せて、表１には浸漬前後の骨材重量の変化量から算出した浸漬による亜硝酸リチウムイオンの骨材空隙への含有量の値も記す。また、比較のため非多孔性の川砂からなる細骨材についても１０重量％亜硝酸リチウム水溶液による同様の浸漬処理を行ったものを作製（Ｓ３）し、また亜硝酸リチウム水溶液による浸漬処理を行わなかった非多孔性の天然細骨材前記川砂（Ｓ４）と共に表１に詳細を記す。
【００１４】
【表１】
【００１５】
［吹付用モルタルの製造］
亜硝酸リチウムに浸漬させた表１に表す細骨材Ｓ１〜Ｓ３を用い、次の配合・方法で使用細骨材別に３種類の吹付用フレッシュモルタルＭ１〜Ｍ３を作製した。細骨材１００．０Ｋｇ、普通ポルトランドセメント（太平洋セメント株式会社製）２５．０Ｋｇ及び水道水１２．５Ｋｇを秤量し、これをミキサ内蔵型吹付機（三和産業株式会社製）のミキサに投入した。全量投入後６０秒間混練し、フレッシュモルタルを得た。
【００１６】
また参考のため、亜硝酸リチウムに浸漬させてない表１に表す細骨材Ｓ４を１００．０Ｋｇ、普通ポルトランドセメント（太平洋セメント株式会社製）を２５．０Ｋｇ及び水道水を１２．５Ｋｇ秤量し、これをミキサ内蔵型吹付機（三和産業株式会社製）のミキサに一括投入し、６０秒間混練してフレッシュモルタルＭ４を作製した。また亜硝酸リチウムに浸漬させてない表１に表す細骨材Ｓ４を１００．０Ｋｇ、普通ポルトランドセメント（太平洋セメント株式会社製）を２５．０Ｋｇ、亜硝酸リチウム粉末（純度９９％；市販試薬）１２５０ｇ及び水道水を１２．５Ｋｇ秤量し、これをミキサ内蔵型吹付機（三和産業株式会社製）のミキサに一括投入し、６０秒間混練したフレッシュモルタルＭ５を作製した。
【００１７】
［吹付用モルタルの吹付け及び吹付硬化物のアルカリ骨材反応試験等］
前記の如く作製したフレッシュモルタル（Ｍ１〜Ｍ５）を、それぞれコンプレッサーで吹付ノズルに空気圧送し、水平地盤に垂直に設置した縦５０ｃｍ、横８０ｃｍ、奥行２０ｃｍで底面を有する木製型枠に１．５ｍの距離を隔てて均一に吹付けた。吹付時のリバウンド発生有無を目視で調べたが何れのモルタルもリバウンド発生は極僅かしか観察されなかった。吹付け後は７日間放置し、その間の吹付物の剥落発生有無も目視で調べた。次いで、放置７日後の硬化吹付物をコンクリートカッターで１０×１０×４０ｃｍの直方体形の試験体が得られるように切り出した。尚、試験体は１種類のモルタルに付き３個作製した。作製した硬化モルタル試験体は、飽和塩化ナトリウム水溶液中に漬け、恒温槽を使用し、５０±１℃で７日、３０日、９０日及び１８０日間連続養生した。所定の材齢で試験体の長さ変化を調べ、膨張量（各種類毎に試験体３個の平均値）を算出した。この結果から膨張量がおよそ０．０２％以下と実質的に殆ど膨張しなかったものをアルカリ骨材反応「無」、それ以外のものをアルカリ骨材反応「有」と判定した。以上の結果を表２に表す。
【００１８】
【表２】
【００１９】
［吹付用コンクリートの製造］
亜硝酸リチウムに浸漬させた多孔性細骨材Ｓ１を１００．０Ｋｇ、亜硝酸リチウムに浸漬させた多孔性粗骨材Ｇ１を２５．０Ｋｇ、普通ポルトランドセメント（太平洋セメント株式会社製）を２５．０Ｋｇ及び水道水を１２．５Ｋｇ秤量し、これをミキサ内蔵型吹付機（三和産業株式会社製）のミキサに投入した。全量投入後６０秒間混練し、吹付用フレッシュコンクリート（Ｃ１）を作製した。
【００２０】
［吹付用コンクリートの吹付及び吹付硬化物のアルカリ骨材反応試験］
吹付用フレッシュコンクリート（Ｃ１）をコンプレッサーで吹付ノズルに空気圧送し、水平地盤に垂直に設置した縦５０ｃｍ、横８０ｃｍ、奥行２０ｃｍで底面を有する木製型枠に１．５ｍの距離を隔てて均一に吹付けた。吹付け後は７日間放置し、その間の吹付物の剥落発生有無を目視で調べた。放置７日後の硬化吹付物をコンクリートカッターで１０×１０×４０ｃｍの直方体形の試験体が得られるように切り出した。尚、試験体は１種類のコンクリートに付き３個作製した。作製した硬化コンクリート試験体は、飽和塩化ナトリウム水溶液中に漬け、恒温槽を使用し、５０±１℃で７日、３０日、９０日及び１８０日間連続養生した。所定の材齢で試験体の長さ変化を調べ、膨張量を算出した。この結果から膨張量がおよそ０．０２％以下と実質的に殆ど膨張しなかったものをアルカリ骨材反応「無」、それ以外のものをアルカリ骨材反応「有」と判定した。以上の結果を表３に表す。
【００２１】
【表３】
【００２２】
表２より、本発明の骨材を用いた吹付用モルタル（Ｍ１及びＭ２）は何れもアルカリ骨材反応に伴う膨張が殆ど見られなかったことから、吹付後も長期間に渡って劣化が進み難いことがわかる。一方、非多孔性の細骨材では亜硝酸リチウムを殆ど含浸できないため、これを用いた吹付用モルタル（Ｍ３）はアルカリ骨材反応が起った。また、亜硝酸リチウムを混和添加する従来技術に基く吹付用モルタル（Ｍ４）は本発明による吹付用モルタル・コンクリート（Ｍ１、Ｍ２及びＣ１）よりも高い膨張量となり、アルカリ骨材反応の抑止効果が低くなったが、これは亜硝酸リチウムを骨材空隙中に担持した場合の方が混和添加した場合と比べ、骨材表面付近を起点に進行する骨材中の反応性成分（主にシリカ）とセメント由来のアルカリとのアルカリ骨材反応を効率良く抑制し、該抑制効果が高いことがわかる。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
開口空隙を有する多孔性の骨材であって、該空隙に亜硝酸リチウムが含有されてなる骨材。
【請求項２】
吸水率が５〜３０％である請求項１記載の骨材。
【請求項３】
開口空隙を有する多孔性の骨材を亜硝酸リチウム溶液に浸漬することを特徴とする骨材の製造方法。
【請求項４】
セメントと、開口空隙を有し、該空隙に亜硝酸リチウムが含有された多孔性軽量骨材を含有してなる吹付用モルタル・コンクリート。
【請求項５】
多孔性軽量骨材の開口空隙調に含有されるリチウムイオン量が吹付用モルタル・コンクリート中のリチウムを除くアルカリ金属及びアルカリ土類金属のイオン含有量の１００〜１２０％である多孔性軽量骨材を使用する請求項４記載の吹付用モルタル・コンクリート。
【請求項１】
開口空隙を有する多孔性の骨材であって、該空隙に亜硝酸リチウムが含有されてなる骨材。
【請求項２】
吸水率が５〜３０％である請求項１記載の骨材。
【請求項３】
開口空隙を有する多孔性の骨材を亜硝酸リチウム溶液に浸漬することを特徴とする骨材の製造方法。
【請求項４】
セメントと、開口空隙を有し、該空隙に亜硝酸リチウムが含有された多孔性軽量骨材を含有してなる吹付用モルタル・コンクリート。
【請求項５】
多孔性軽量骨材の開口空隙調に含有されるリチウムイオン量が吹付用モルタル・コンクリート中のリチウムを除くアルカリ金属及びアルカリ土類金属のイオン含有量の１００〜１２０％である多孔性軽量骨材を使用する請求項４記載の吹付用モルタル・コンクリート。
【公開番号】特開２００６−１４３５０１（Ｐ２００６−１４３５０１Ａ）
【公開日】平成１８年６月８日（２００６．６．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−３３３６４０（Ｐ２００４−３３３６４０）
【出願日】平成１６年１１月１７日（２００４．１１．１７）
【出願人】（５０１１７３４６１）太平洋マテリアル株式会社 (307)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年６月８日（２００６．６．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年１１月１７日（２００４．１１．１７）
【出願人】（５０１１７３４６１）太平洋マテリアル株式会社 (307)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]