布製型枠用のセメント混和材、セメント組成物及び布製型枠の施工方法
【課題】作業性にすぐれた流動性を保持していて布製型枠への充填性が良好であり、かつ圧入又は充填後の凝結が速くて布製型枠の補強が不要であることに加えて、余剰水が大幅に低減されていて河川や地下にアルカリ水が流れ出すことのないセメントコンクリートを調製できるセメント混和材を提供する。
【解決手段】アルミノケイ酸カルシウム、石膏、セルロース誘導体及びポリカルボン酸系減水剤を必須成分として含有してなる布製型枠用セメント混和材。該混和材を含有するセメント組成物、該セメント組成物を含有するセメントコンクリートを布製型枠に圧入することよりなる布製型枠の施工方法。
【解決手段】アルミノケイ酸カルシウム、石膏、セルロース誘導体及びポリカルボン酸系減水剤を必須成分として含有してなる布製型枠用セメント混和材。該混和材を含有するセメント組成物、該セメント組成物を含有するセメントコンクリートを布製型枠に圧入することよりなる布製型枠の施工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、各種土木工事における法面工事、河川・海岸の護岸及び根固め工、水中部の洗堀工、護床工事や土木工事で用いられる補強等に使用する布製型枠に充填する流動性のコンクリートやモルタルに使用するセメント組成物用のセメント混和材と、該セメント混和材を配合した布製型枠用のセメント組成物及び該セメント組成物を使用して調製されている流動性のモルタルやコンクリートによる布製型枠の施工方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、布製型枠を用いた法面工事等の施工は、布製型枠にポンプでコンクリート又はモルタルを圧入する方法で行われている。（特許文献１、２、３参照）。
【０００３】
しかしながら、布製型枠に圧入されたコンクリート又はモルタルは、施工個所が法面等の斜面が大半を占めることに加えて、布製型枠が透水性であるために、コンクリート又はモルタルの自重により、その混練り水の余剰分が絞り出されて、河川や地下にアルカリ水が流れ出すことによる汚染等の問題が生じることがあった。
【０００４】
また、余剰水を無くすため、水中不分離性コンクリートの使用も検討されている。しかし、水中不分離性コンクリートは粘性が高く、コンクリートの凝結が極端に遅くなる欠点があることに起因して、法面等に使用した場合に布製型枠の下部方向にコンクリートの自重が長時間掛ることから布製型枠の補強が必要となり、補強コストが加算される分コスト高となり、採算が合わない等の問題があった。
【０００５】
また、コンクリート又はモルタルにベントナイトを混和し、余剰水を低減する方法も検討されているが、スランプ・フロー低下が大きくて布製型枠への充填性が悪くなるので、余剰水の大幅な低減には未だ至っていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平１０−１０２５０１号公報
【特許文献２】特開２００５−２００８０４号公報
【特許文献３】特開２００３−０５５９７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、布製型枠に圧入されたコンクリート又はモルタルの混練り水の余剰水を極端に減らすことが可能で、かつスランプ・フロー低下のない流動性のモルタルやコンクリートを調製することができるセメント用混和材を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者らは、上記課題を解決すべく種々検討した結果、特定の材料を混和材として配合したセメントを使用することにより上記課題を解決することができるという知見を得て、以下の発明を完成するに至った。
【０００９】
（１）アルミノケイ酸カルシウム、石膏、セルロース誘導体及びポリカルボン酸系減水剤を必須成分として含有してなる、布製型枠用セメント混和材。
【００１０】
（２）前記アルミノケイ酸カルシウム１００質量部に対して石膏を５０〜２００質量部含有することを特徴とする（１）項記載の布製型枠用セメント混和材。
【００１１】
（３）前記アルミノケイ酸カルシウムと石膏の合計１００質量部に対して、セルロース誘導体３〜１００質量部及びポリカルボン酸系減水剤５〜１５０質量部を含有してなる、（１）項又は（２）項に記載の布製型枠用セメント混和材。
【００１２】
（４）前記アルミノケイ酸カルシウム、石膏、セルロース誘導体及びポリカルボン酸系減水剤からなる必須成分に加えて、アルミノケイ酸カルシウムと石膏の合計１００質量部に対して、１００〜１０００質量部のメリライト鉱物、１００質量部以下のベントナイト及び１００質量部以下のフライアッシュから選ばれる少なくとも一種を含有してなる、（１）項〜（３）項のいずれか１項に記載の布製型枠用セメント混和材。
【００１３】
（５）前記（１）項〜（４）項のいずれか１項に記載のセメント混和材を、セメント１００質量部に対して０．５〜５質量部含有してなる布製型枠用セメント組成物。
【００１４】
（６）セメントがポルトランドセメントである（５）項記載の布製型枠用セメント組成物。
【００１５】
（７）前記（５）項又は（６）項に記載の布製型枠用セメント組成物を含有する布製型枠用フレッシュモルタル。
【００１６】
（８）前記（５）項又は（６）項に記載の布製型枠用セメント組成物を含有する布製型枠用フレッシュコンクリート。
【００１７】
（９）前記（５）項又は（６）項に記載の布製型枠用セメント組成物を含有するフレッシュモルタル及びフレッシュコンクリートから選ばれる１種を調製し、布製型枠にポンプで圧入し、充填することよりなる布製型枠の施工方法。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の布製型枠用セメント混和材を用いることにより、布製型枠に圧入されたフレッシュモルタル又はフレッシュコンクリートから発生する余剰水を大幅に低減できるので河川や地下にアルカリ水である余剰水が大量に流れ出すことによる環境汚染等の問題が発生することがないし、また、水中不分離性コンクリートに比べて圧入、充填後の凝結が速いため、布製型枠の補強作業が不要であるという効果が得られる。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本発明の布製型枠用セメント混和材が添加されるセメントとしては、普通ポルトランドセメント、中庸熱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、低熱ポルトランドセメント等の各種ポルトランドセメント類、高炉セメント、シリカセメント、フライアッシュセメントのような混合セメント類等、通常市販されているセメント類が挙げられる。
【００２０】
本発明の布製型枠用セメント混和材は、アルミノケイ酸カルシウム、石膏、セルロース誘導体及びポリカルボン酸系減水剤を必須成分として含有する。
セメント混和材に使用するアルミノケイ酸カルシウム（以下、ＣＡＳともいう）は、ＣａＯ、Ａｌ２Ｏ３、及びＳｉＯ２を含有するものであり、石膏との併用により主として、フレッシュコンクリート又はフレッシュモルタル(以下、両者を総称して「セメントコンクリート」ともいう)に可塑性を生じさせ、緩やかな凝結の促進及び余剰水の発生防止に寄与するものである。
【００２１】
ＣＡＳの組成は、ＣａＯ含有率２０〜６０質量％、Ａｌ２Ｏ３含有率２０〜７０質量％及びＳｉＯ２含有率５〜３０質量％であることが好ましく、この組成範囲外では短期強度が小さくなる場合がある。ＣａＯ含有率３０〜５５質量％、Ａｌ２Ｏ３含有率３０〜６０質量％及びＳｉＯ２含有率１０〜２０質量％の組成であることがより好ましい。
【００２２】
ＣＡＳは、石灰石等のカルシア原料、アルミナ、ボーキサイト、長石、及び粘土等のアルミナ原料、並びに、ケイ石、ケイ砂、石英、及びケイ藻土等のシリカ原料等を所定の割合で配合した後、ロータリーキルン等で焼成、又は、電気炉や高周波炉等で溶融することにより製造することができる。
ＣＡＳとしては、２ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３・ＳｉＯ２やＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３・２ＳｉＯ２等の結晶性化合物を使用することも可能であるが、短期強度が大きい点で、溶融物を急冷して得られるガラス質のものが好ましい。
ＣＡＳのガラス化率は、ＣＡＳを１５００℃で２時間加熱後、水中に投入、急冷し、粉末Ｘ線回折法により結晶鉱物のメインピークの面積Ｓ０を求め、ＣＡＳの結晶のメインピークＳから、Ｘ（％）＝１００×（１−Ｓ／Ｓ０）として求められるものである。ＣＡＳのガラス化率は、短期強度の点で、５０％以上が好ましく、８０％以上がより好ましく、９０％以上が最も好ましい。５０％未満では短期強度が小さい場合がある。
【００２３】
ＣＡＳの粉末度は、好ましくはブレーン値で４，０００ｃｍ２／ｇ以上であり、４，０００ｃｍ２／ｇ未満であると、セメントコンクリートの可塑性が低下したり、短期の強度発現性の向上が不十分な場合がある。
【００２４】
本発明で布製型枠用セメント混和材に使用する石膏としては、無水石膏、半水石膏、及び二水石膏が挙げられる。さらに天然石膏や、リン酸副生石膏、排脱石膏、及びフッ酸副生石膏等の化学石膏、又はこれらを熱処理して得られる石膏等が挙げられる。これらの中では、強度発現性が大きい点で無水石膏が好ましい。
【００２５】
石膏の粉末度は、ブレーン値で４，０００ｃｍ２／ｇ以上であることが好ましく、４，０００ｃｍ２／ｇ未満であると、セメントコンクリートの短期の強度発現性の向上が達成されない場合がある。
石膏の使用量は、ＣＡＳ１００質量部に対して、５０〜２００質量部が好ましく、７０〜１５０質量部がより好ましい。５０質量部未満では長期強度の延びが小さい場合があり、２００質量部を超えると初期強度が小さくなり、余剰水防止が悪くなる場合がある。
【００２６】
本発明で布製型枠用セメント混和材に使用するセルロース誘導体としては、セメントコンクリートの余剰水の脱水の防止に寄与するものであれば特に限定されるものではないが、一般に水溶性高分子物質と呼ばれているメチルセルロース（ＭＣ）、カルボキシルメチルセルロース（ＣＭＣ）等が挙げられ、これらを配合するとセメントコンクリートの分離低減や圧送性の向上及び余剰水防止の効果がある。
【００２７】
セルロース誘導体の使用量は、通常、ＣＡＳと石膏の合計１００質量部に対して、３〜１００質量部、好ましくは、１０〜７０質量部であり、３質量部未満では余剰水の脱水防止効果が低いし、１００質量部を超えるとセメントコンクリートの粘度が上がり、圧送性が悪くなるばかりか経済的にも不利となる。
セルロース誘導体の混合方法は、特に限定されるものではないが、予め布製型枠セメント混和材（以下、単に混和材ともいう）と混合するか、若しくは水に溶解してセメントコンクリートに添加することができる。
【００２８】
本発明の布製型枠用セメント混和材には、布製型枠にポンプでセメントコンクリートを圧入した際の充填性を向上させるために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の使用量は、ＣＡＳと石膏の合計１００質量部に対して、５〜１５０質量部、好ましくは、２０〜１２０質量部であり、５質量部未満では、セメントコンクリートの粘度が上がり、圧送性が悪くなる場合があるし、１５０質量部を超えると、セメントコンクリートの分離が発生し、余剰水の防止効果がない。
【００２９】
ポリカルボン酸系減水剤は、不飽和カルボン酸モノマーを一成分として含む重合体や共重合体又はその塩である。不飽和カルボン酸モノマーとしては、ポリアルキレングリコールモノアクリル酸エステル、ポリアルキレングリコールモノメタクリル酸エステル、無水マレイン酸、アクリル酸やメタクリル酸及びアクリル酸やメタクリル酸の塩等が挙げられる。ポリカルボン酸系減水剤は、これらの不飽和カルボン酸モノマーと重合や共重合が可能なモノマーを、更に重合や共重合をしたものも含む。ポリカルボン酸系減水剤は、構成分子中にオキシエチレン単位構造を有しても良い。
ポリカルボン酸系減水剤の混合方法は、特に限定されるものではないが、粉末の場合は、予め混和材と混合するか、若しくは水に溶解して、別途セメントコンクリートに添加して使用することができる。
【００３０】
本発明の布製型枠用セメント混和材に、余剰水の低減効果を向上させるために、さらに、メリライト鉱物、ベントナイト及びフライアッシュから選ばれる少なくとも１種を添加することができる。
【００３１】
添加することができるメリライト鉱物は、鉄鋼製造の過程で高炉から排出される溶融状態のスラグを水等で急冷してガラス質にし、粉砕して粉末化したもので、潜在水硬性を有しており、アルカリの刺激作用により硬化する性質を持つものであり、ゲーレナイトとオケルマナイトの固溶体で高炉スラグの主要な鉱物である。
メリライト鉱物の粉末度は、ブレーン値で３０００ｃｍ２／ｇ以上、好ましくはブレーン値で４０００ｃｍ２／ｇ以上である。３０００ｃｍ２／ｇ未満の場合は、混和材への添加による余剰水の低減効果の向上が達成されないことがある。
【００３２】
メリライト鉱物の使用量は、アルミノケイ酸カルシウムガラスと石膏の合計１００質量部に対して、１００〜１０００質量部、好ましくは、２００〜７００質量部である。１００質量部未満ではセメントコンクリートの分離が生ずる場合があり、余剰水の脱水率の低下効果が不十分であるし、１０００質量部を超えると、流動性の低下により圧送性が悪くなる場合がある。
【００３３】
本発明の布製型枠用セメント混和材にさらに添加することができるベントナイトは、粘土鉱物の１種であり、モンモリロナイトを主成分とする。ベントナイトとしては、カルシウムベントナイト、マグネシウムベントナイト、ナトリウムベントナイト、カリウムベントナイト及びリチウムベントナイト等が挙げられる。これらの中では、効果が大きい点で、カリウムベントナイトが好ましい。
ベントナイトの膨潤度は、産地によりその膨潤度が極端に変わるため一概に配合割合を規定できないが、豊順洋行社製「榛名」ベントナイトで２０ｍｌ／２ｇ以上のものが好ましく、２５ｍｌ／２ｇ以上がより好ましい。ベントナイトの粒度は、４５μｍ湿式残渣において１０％以下が好ましい。
【００３４】
ベントナイトの使用量は、産地によりその膨潤度が極端に変わるため一概に配合割合を規定できないが、アルミノケイ酸カルシウムガラスと石膏の合計１００質量部に対して、１００質量部以下であり、５〜３０質量部が好ましい。１００質量部を超えると強度の低下や施工性が低下する虞がある。
【００３５】
本発明の布製型枠用セメント混和材にさらに添加することができるフライアッシュとは、例えば、火力発電所のボイラから排出される石炭を燃焼させて得られた燃焼灰の総称であり、石炭火力発電所から発生する灰であって微粉炭燃焼によって生成する、燃焼ボイラの燃焼ガスから空気余熱器、もしくは節炭器等を通過する際に落下採取された石炭灰、電気集塵機で採取された石炭灰、更には燃焼ボイラの炉底に落下した石炭灰等が該当する。これらの中は、ＪＩＳ規格のＩＩ種であるフライアッシュが好ましく、ブレーン比表面積は、２５００ｃｍ２／ｇ以上のものが好ましく、３８００〜４０００ｃｍ２／ｇであるものがより好ましい。
【００３６】
フライアッシュの使用量は、アルミノケイ酸カルシウムガラスと石膏の合計１００質量部に対して、１００質量部以下であり、５〜３０質量部が好ましい。１００質量部を超えると強度低下や施工性の低下の虞がある。
【００３７】
ＣＡＳ、石膏、セルロース誘導体、ポリカルボン酸系減水剤からなる本発明の混和材のセメント１００質量部に対する使用量は、０．１〜５．０質量部であり、０．２〜３．０質量部の範囲が好ましい。０．１質量部未満では、布製型枠に圧入されたモルタル又はコンクリートの混練り水の余剰水の低減効果が十分に発揮されない場合が多くなるし、５．０質量部を超えて多くなるにともなって粘度が上がり、圧送性が悪くなる場合がある。
さらにメリライト鉱物、ベントナイト、フライアッシュを含有する場合についても、混和材の合計使用量は、セメント１００質量部に対して５質量部以下とすることが好ましい。合計使用量が５質量部を超えると、セメントコンクリートの粘度が上がり、圧送性が悪くなる。
【００３８】
本発明の布製型枠用セメント混和材を添加するセメントとしては、普通、早強、及び超早強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又はフライアッシュ等を混合した各種混合セメント、エコセメント、微粒子セメント、並びに超微粒子セメント等が挙げられる。これらの中では、流動性、圧送性の点で、普通、高炉、フライアッシュセメントが好ましい。
【００３９】
セメントへの混和材の添加方法としては、生コンプラントでセメント投入時に同時に添加して混和する方法や、コンクリートミキサ車が作業現場に到着後、後部より粉末の混和材を投入するか、又は混和材を混合してコンクリートミキサ車後部より投入する方法等、何れの混合方法も採用可能である。
【００４０】
本発明のセメント組成物の水／セメント比は、２５％以上が好ましく、４５％以上がより好ましい。また、セメント組成物の水／セメント比は、７５％以下が好ましく、６０％以下がより好ましい。
混和材を混合したセメントコンクリートは、法面等に設置された布製型枠の投入口から、ポンプ等で型枠内に圧入される。
【実施例】
【００４１】
以下、実験例に基づいて本発明を詳細に説明する。
実験例１
表１に示す割合の水とセメントと細骨材を混合してセメント混合物を作製した。ＣＡＳ５０質量部と石膏５０質量部の合計１００質量部に対して、セルロース誘導体５０質量部、ポリカルボン酸系減水剤６０質量部、メリライト鉱物２００質量部からなる混和材を作製した。セメント１００質量部に対して表２に示す配合割合で上記混和材をセメント混合物に添加、混練りしてモルタルを調製した。得られたモルタルについて、モルタルフロー、その経時変化、脱水率及び圧縮強度の測定を行った。結果を表２に示した。
【００４２】
【表１】
【００４３】
＜使用材料＞
セメント：普通ポルトランドセメント
細骨材：姫川産川砂 密度＝２．６２ｇ／ｃｍ３ ＦＭ＝２．９２
ＣＡＳ：ＣａＯ＝４５％、Ａｌ２Ｏ３＝４０％、及びＳｉＯ２＝１５％のガラス化率９５％
ブレーン値＝５，５００ｃｍ２／ｇ
石膏：天然無水石膏粉砕品 ブレーン値＝５，７００ｃｍ２／ｇ
セルロース誘導体：メチルセルロースＳＭ１００００（信越化学社製）
ポリカルボン酸系減水剤：ＢＡＳＦジャパン社製 メルフラックスＡＰ１０１Ｆ
メリライト鉱物：高炉水砕スラグ粉砕品 ブレーン値＝５，５００ｃｍ２／ｇ
【００４４】
＜測定方法＞
ブレーン値：ＪＩＳ Ｒ ５２０１ 「セメントの物理試験方法」に基づき測定した。
モルタルフロー：ＪＨＳ３１３ コンシステンシ−試験方法のシリンダ−法に準じた。(Φ８０×８０ｍｍ)
脱水率：幅２５ｃｍ×長さ９０ｃｍの高強度合成繊維袋にモルタル１０リットルを投入し、そのモルタル入り袋を３０分間吊り下げて、脱水した混練り水の脱水率を測定した。
脱水率＝（３０分後の脱水量／モルタル中の水量）×１００（％）
圧縮強度：ＪＩＳ Ｒ ５２０１に準じて測定した。供試体は、４×４×１６ｃｍの供試体を使用した。Ｄは日。
【００４５】
【表２】
【００４６】
表２の結果より、混和材を添加することによりモルタルフローの低下が抑えられ、脱水率を抑制できることが判る。
【００４７】
実験例２
ＣＡＳと石膏１００質量部を一定とし、セルロース誘導体、減水剤、メリライト鉱物、ベントナイト及びフライアッシュ、セメント混和材の比を表３に示すように変えた以外は、実験例１と同様にセメント混和材を作製して試験を実施した。結果を表３に示す。なお、実験Ｎｏ．１−６については、前記表２における実験Ｎｏ．１−６の結果を転記している。
＜使用材料＞
ベントナイト：ホージュン社製榛名ベントナイト、膨潤度２７ｍｌ／２ｇ、５μｍ湿式残渣が５％以下
フライアッシュ：碧南火力ＪＩＳＩＩ種、ブレーン値３２００ｃｍ２／ｇ
＜測定方法＞
ベントナイトの膨潤度：ＡＣＣ法に準じて測定した。
５μｍ湿式残渣：ベントナイト工業会の試験方法に準じて測定した。ベントナイト１０ｇを、水３５０ｇに分散させた後、５μｍの篩を通過させ洗浄した。篩上に残る残渣を１１０℃で８時間乾燥した。５μｍの篩に残ったベントナイトの割合を測定した。
【００４８】
【表３】
【００４９】
表３の結果より、２−１は脱水率が悪く、２−６はフロー低下が著しく、いずれも布製型枠への投入ができないものであることが判る。これに対して、他の実験例は添加剤を混和することにより脱水率が抑えられることを示しており、モルタルフロー維持と脱水率が低く、良好なモルタルであることが判る。
【００５０】
実験例３
表４に示すようにＣＡＳと石膏の比を変えた以外は、実験例１と同様に混和材を作製し、試験を実施した。結果を表４に示した。
【００５１】
【表４】
【００５２】
表４の結果より、石膏を使用していない実験Ｎｏ．３−１の混和材を使用して調製されているモルタルはフロー低下が著しいので布製型枠への投入ができないものであること、ＣＡＳを使用していない実験Ｎｏ．３−５の混和材を使用したモルタルは脱水率が悪くなり初期強度発現が悪いものであることが判る。これに対して、ＣＡＳと石膏の適正な配合比である他の実験Ｎｏ．３−２〜３−４及び実験Ｎｏ．１−６の混和材を使用したモルタルは、モルタルフロー、脱水率、初期強度発現が良好なものであることが判る。
【産業上の利用可能性】
【００５３】
本発明の布製型枠工法用セメント混和材を用いることにより、布製型枠に圧入されたコンクリート又はモルタルの混練り水の余剰水を大幅に減じ、河川や地下にアルカリ水が流れ出し汚染等の問題を無くするばかりか、流動性が高く、材料分離が生じなく、布製型枠への充填性が良好で、圧入又は充填後の凝結が速いため、布製型枠の補強が不要という効果が得られる。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、各種土木工事における法面工事、河川・海岸の護岸及び根固め工、水中部の洗堀工、護床工事や土木工事で用いられる補強等に使用する布製型枠に充填する流動性のコンクリートやモルタルに使用するセメント組成物用のセメント混和材と、該セメント混和材を配合した布製型枠用のセメント組成物及び該セメント組成物を使用して調製されている流動性のモルタルやコンクリートによる布製型枠の施工方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、布製型枠を用いた法面工事等の施工は、布製型枠にポンプでコンクリート又はモルタルを圧入する方法で行われている。（特許文献１、２、３参照）。
【０００３】
しかしながら、布製型枠に圧入されたコンクリート又はモルタルは、施工個所が法面等の斜面が大半を占めることに加えて、布製型枠が透水性であるために、コンクリート又はモルタルの自重により、その混練り水の余剰分が絞り出されて、河川や地下にアルカリ水が流れ出すことによる汚染等の問題が生じることがあった。
【０００４】
また、余剰水を無くすため、水中不分離性コンクリートの使用も検討されている。しかし、水中不分離性コンクリートは粘性が高く、コンクリートの凝結が極端に遅くなる欠点があることに起因して、法面等に使用した場合に布製型枠の下部方向にコンクリートの自重が長時間掛ることから布製型枠の補強が必要となり、補強コストが加算される分コスト高となり、採算が合わない等の問題があった。
【０００５】
また、コンクリート又はモルタルにベントナイトを混和し、余剰水を低減する方法も検討されているが、スランプ・フロー低下が大きくて布製型枠への充填性が悪くなるので、余剰水の大幅な低減には未だ至っていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平１０−１０２５０１号公報
【特許文献２】特開２００５−２００８０４号公報
【特許文献３】特開２００３−０５５９７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、布製型枠に圧入されたコンクリート又はモルタルの混練り水の余剰水を極端に減らすことが可能で、かつスランプ・フロー低下のない流動性のモルタルやコンクリートを調製することができるセメント用混和材を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者らは、上記課題を解決すべく種々検討した結果、特定の材料を混和材として配合したセメントを使用することにより上記課題を解決することができるという知見を得て、以下の発明を完成するに至った。
【０００９】
（１）アルミノケイ酸カルシウム、石膏、セルロース誘導体及びポリカルボン酸系減水剤を必須成分として含有してなる、布製型枠用セメント混和材。
【００１０】
（２）前記アルミノケイ酸カルシウム１００質量部に対して石膏を５０〜２００質量部含有することを特徴とする（１）項記載の布製型枠用セメント混和材。
【００１１】
（３）前記アルミノケイ酸カルシウムと石膏の合計１００質量部に対して、セルロース誘導体３〜１００質量部及びポリカルボン酸系減水剤５〜１５０質量部を含有してなる、（１）項又は（２）項に記載の布製型枠用セメント混和材。
【００１２】
（４）前記アルミノケイ酸カルシウム、石膏、セルロース誘導体及びポリカルボン酸系減水剤からなる必須成分に加えて、アルミノケイ酸カルシウムと石膏の合計１００質量部に対して、１００〜１０００質量部のメリライト鉱物、１００質量部以下のベントナイト及び１００質量部以下のフライアッシュから選ばれる少なくとも一種を含有してなる、（１）項〜（３）項のいずれか１項に記載の布製型枠用セメント混和材。
【００１３】
（５）前記（１）項〜（４）項のいずれか１項に記載のセメント混和材を、セメント１００質量部に対して０．５〜５質量部含有してなる布製型枠用セメント組成物。
【００１４】
（６）セメントがポルトランドセメントである（５）項記載の布製型枠用セメント組成物。
【００１５】
（７）前記（５）項又は（６）項に記載の布製型枠用セメント組成物を含有する布製型枠用フレッシュモルタル。
【００１６】
（８）前記（５）項又は（６）項に記載の布製型枠用セメント組成物を含有する布製型枠用フレッシュコンクリート。
【００１７】
（９）前記（５）項又は（６）項に記載の布製型枠用セメント組成物を含有するフレッシュモルタル及びフレッシュコンクリートから選ばれる１種を調製し、布製型枠にポンプで圧入し、充填することよりなる布製型枠の施工方法。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の布製型枠用セメント混和材を用いることにより、布製型枠に圧入されたフレッシュモルタル又はフレッシュコンクリートから発生する余剰水を大幅に低減できるので河川や地下にアルカリ水である余剰水が大量に流れ出すことによる環境汚染等の問題が発生することがないし、また、水中不分離性コンクリートに比べて圧入、充填後の凝結が速いため、布製型枠の補強作業が不要であるという効果が得られる。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本発明の布製型枠用セメント混和材が添加されるセメントとしては、普通ポルトランドセメント、中庸熱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、低熱ポルトランドセメント等の各種ポルトランドセメント類、高炉セメント、シリカセメント、フライアッシュセメントのような混合セメント類等、通常市販されているセメント類が挙げられる。
【００２０】
本発明の布製型枠用セメント混和材は、アルミノケイ酸カルシウム、石膏、セルロース誘導体及びポリカルボン酸系減水剤を必須成分として含有する。
セメント混和材に使用するアルミノケイ酸カルシウム（以下、ＣＡＳともいう）は、ＣａＯ、Ａｌ２Ｏ３、及びＳｉＯ２を含有するものであり、石膏との併用により主として、フレッシュコンクリート又はフレッシュモルタル(以下、両者を総称して「セメントコンクリート」ともいう)に可塑性を生じさせ、緩やかな凝結の促進及び余剰水の発生防止に寄与するものである。
【００２１】
ＣＡＳの組成は、ＣａＯ含有率２０〜６０質量％、Ａｌ２Ｏ３含有率２０〜７０質量％及びＳｉＯ２含有率５〜３０質量％であることが好ましく、この組成範囲外では短期強度が小さくなる場合がある。ＣａＯ含有率３０〜５５質量％、Ａｌ２Ｏ３含有率３０〜６０質量％及びＳｉＯ２含有率１０〜２０質量％の組成であることがより好ましい。
【００２２】
ＣＡＳは、石灰石等のカルシア原料、アルミナ、ボーキサイト、長石、及び粘土等のアルミナ原料、並びに、ケイ石、ケイ砂、石英、及びケイ藻土等のシリカ原料等を所定の割合で配合した後、ロータリーキルン等で焼成、又は、電気炉や高周波炉等で溶融することにより製造することができる。
ＣＡＳとしては、２ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３・ＳｉＯ２やＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３・２ＳｉＯ２等の結晶性化合物を使用することも可能であるが、短期強度が大きい点で、溶融物を急冷して得られるガラス質のものが好ましい。
ＣＡＳのガラス化率は、ＣＡＳを１５００℃で２時間加熱後、水中に投入、急冷し、粉末Ｘ線回折法により結晶鉱物のメインピークの面積Ｓ０を求め、ＣＡＳの結晶のメインピークＳから、Ｘ（％）＝１００×（１−Ｓ／Ｓ０）として求められるものである。ＣＡＳのガラス化率は、短期強度の点で、５０％以上が好ましく、８０％以上がより好ましく、９０％以上が最も好ましい。５０％未満では短期強度が小さい場合がある。
【００２３】
ＣＡＳの粉末度は、好ましくはブレーン値で４，０００ｃｍ２／ｇ以上であり、４，０００ｃｍ２／ｇ未満であると、セメントコンクリートの可塑性が低下したり、短期の強度発現性の向上が不十分な場合がある。
【００２４】
本発明で布製型枠用セメント混和材に使用する石膏としては、無水石膏、半水石膏、及び二水石膏が挙げられる。さらに天然石膏や、リン酸副生石膏、排脱石膏、及びフッ酸副生石膏等の化学石膏、又はこれらを熱処理して得られる石膏等が挙げられる。これらの中では、強度発現性が大きい点で無水石膏が好ましい。
【００２５】
石膏の粉末度は、ブレーン値で４，０００ｃｍ２／ｇ以上であることが好ましく、４，０００ｃｍ２／ｇ未満であると、セメントコンクリートの短期の強度発現性の向上が達成されない場合がある。
石膏の使用量は、ＣＡＳ１００質量部に対して、５０〜２００質量部が好ましく、７０〜１５０質量部がより好ましい。５０質量部未満では長期強度の延びが小さい場合があり、２００質量部を超えると初期強度が小さくなり、余剰水防止が悪くなる場合がある。
【００２６】
本発明で布製型枠用セメント混和材に使用するセルロース誘導体としては、セメントコンクリートの余剰水の脱水の防止に寄与するものであれば特に限定されるものではないが、一般に水溶性高分子物質と呼ばれているメチルセルロース（ＭＣ）、カルボキシルメチルセルロース（ＣＭＣ）等が挙げられ、これらを配合するとセメントコンクリートの分離低減や圧送性の向上及び余剰水防止の効果がある。
【００２７】
セルロース誘導体の使用量は、通常、ＣＡＳと石膏の合計１００質量部に対して、３〜１００質量部、好ましくは、１０〜７０質量部であり、３質量部未満では余剰水の脱水防止効果が低いし、１００質量部を超えるとセメントコンクリートの粘度が上がり、圧送性が悪くなるばかりか経済的にも不利となる。
セルロース誘導体の混合方法は、特に限定されるものではないが、予め布製型枠セメント混和材（以下、単に混和材ともいう）と混合するか、若しくは水に溶解してセメントコンクリートに添加することができる。
【００２８】
本発明の布製型枠用セメント混和材には、布製型枠にポンプでセメントコンクリートを圧入した際の充填性を向上させるために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の使用量は、ＣＡＳと石膏の合計１００質量部に対して、５〜１５０質量部、好ましくは、２０〜１２０質量部であり、５質量部未満では、セメントコンクリートの粘度が上がり、圧送性が悪くなる場合があるし、１５０質量部を超えると、セメントコンクリートの分離が発生し、余剰水の防止効果がない。
【００２９】
ポリカルボン酸系減水剤は、不飽和カルボン酸モノマーを一成分として含む重合体や共重合体又はその塩である。不飽和カルボン酸モノマーとしては、ポリアルキレングリコールモノアクリル酸エステル、ポリアルキレングリコールモノメタクリル酸エステル、無水マレイン酸、アクリル酸やメタクリル酸及びアクリル酸やメタクリル酸の塩等が挙げられる。ポリカルボン酸系減水剤は、これらの不飽和カルボン酸モノマーと重合や共重合が可能なモノマーを、更に重合や共重合をしたものも含む。ポリカルボン酸系減水剤は、構成分子中にオキシエチレン単位構造を有しても良い。
ポリカルボン酸系減水剤の混合方法は、特に限定されるものではないが、粉末の場合は、予め混和材と混合するか、若しくは水に溶解して、別途セメントコンクリートに添加して使用することができる。
【００３０】
本発明の布製型枠用セメント混和材に、余剰水の低減効果を向上させるために、さらに、メリライト鉱物、ベントナイト及びフライアッシュから選ばれる少なくとも１種を添加することができる。
【００３１】
添加することができるメリライト鉱物は、鉄鋼製造の過程で高炉から排出される溶融状態のスラグを水等で急冷してガラス質にし、粉砕して粉末化したもので、潜在水硬性を有しており、アルカリの刺激作用により硬化する性質を持つものであり、ゲーレナイトとオケルマナイトの固溶体で高炉スラグの主要な鉱物である。
メリライト鉱物の粉末度は、ブレーン値で３０００ｃｍ２／ｇ以上、好ましくはブレーン値で４０００ｃｍ２／ｇ以上である。３０００ｃｍ２／ｇ未満の場合は、混和材への添加による余剰水の低減効果の向上が達成されないことがある。
【００３２】
メリライト鉱物の使用量は、アルミノケイ酸カルシウムガラスと石膏の合計１００質量部に対して、１００〜１０００質量部、好ましくは、２００〜７００質量部である。１００質量部未満ではセメントコンクリートの分離が生ずる場合があり、余剰水の脱水率の低下効果が不十分であるし、１０００質量部を超えると、流動性の低下により圧送性が悪くなる場合がある。
【００３３】
本発明の布製型枠用セメント混和材にさらに添加することができるベントナイトは、粘土鉱物の１種であり、モンモリロナイトを主成分とする。ベントナイトとしては、カルシウムベントナイト、マグネシウムベントナイト、ナトリウムベントナイト、カリウムベントナイト及びリチウムベントナイト等が挙げられる。これらの中では、効果が大きい点で、カリウムベントナイトが好ましい。
ベントナイトの膨潤度は、産地によりその膨潤度が極端に変わるため一概に配合割合を規定できないが、豊順洋行社製「榛名」ベントナイトで２０ｍｌ／２ｇ以上のものが好ましく、２５ｍｌ／２ｇ以上がより好ましい。ベントナイトの粒度は、４５μｍ湿式残渣において１０％以下が好ましい。
【００３４】
ベントナイトの使用量は、産地によりその膨潤度が極端に変わるため一概に配合割合を規定できないが、アルミノケイ酸カルシウムガラスと石膏の合計１００質量部に対して、１００質量部以下であり、５〜３０質量部が好ましい。１００質量部を超えると強度の低下や施工性が低下する虞がある。
【００３５】
本発明の布製型枠用セメント混和材にさらに添加することができるフライアッシュとは、例えば、火力発電所のボイラから排出される石炭を燃焼させて得られた燃焼灰の総称であり、石炭火力発電所から発生する灰であって微粉炭燃焼によって生成する、燃焼ボイラの燃焼ガスから空気余熱器、もしくは節炭器等を通過する際に落下採取された石炭灰、電気集塵機で採取された石炭灰、更には燃焼ボイラの炉底に落下した石炭灰等が該当する。これらの中は、ＪＩＳ規格のＩＩ種であるフライアッシュが好ましく、ブレーン比表面積は、２５００ｃｍ２／ｇ以上のものが好ましく、３８００〜４０００ｃｍ２／ｇであるものがより好ましい。
【００３６】
フライアッシュの使用量は、アルミノケイ酸カルシウムガラスと石膏の合計１００質量部に対して、１００質量部以下であり、５〜３０質量部が好ましい。１００質量部を超えると強度低下や施工性の低下の虞がある。
【００３７】
ＣＡＳ、石膏、セルロース誘導体、ポリカルボン酸系減水剤からなる本発明の混和材のセメント１００質量部に対する使用量は、０．１〜５．０質量部であり、０．２〜３．０質量部の範囲が好ましい。０．１質量部未満では、布製型枠に圧入されたモルタル又はコンクリートの混練り水の余剰水の低減効果が十分に発揮されない場合が多くなるし、５．０質量部を超えて多くなるにともなって粘度が上がり、圧送性が悪くなる場合がある。
さらにメリライト鉱物、ベントナイト、フライアッシュを含有する場合についても、混和材の合計使用量は、セメント１００質量部に対して５質量部以下とすることが好ましい。合計使用量が５質量部を超えると、セメントコンクリートの粘度が上がり、圧送性が悪くなる。
【００３８】
本発明の布製型枠用セメント混和材を添加するセメントとしては、普通、早強、及び超早強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又はフライアッシュ等を混合した各種混合セメント、エコセメント、微粒子セメント、並びに超微粒子セメント等が挙げられる。これらの中では、流動性、圧送性の点で、普通、高炉、フライアッシュセメントが好ましい。
【００３９】
セメントへの混和材の添加方法としては、生コンプラントでセメント投入時に同時に添加して混和する方法や、コンクリートミキサ車が作業現場に到着後、後部より粉末の混和材を投入するか、又は混和材を混合してコンクリートミキサ車後部より投入する方法等、何れの混合方法も採用可能である。
【００４０】
本発明のセメント組成物の水／セメント比は、２５％以上が好ましく、４５％以上がより好ましい。また、セメント組成物の水／セメント比は、７５％以下が好ましく、６０％以下がより好ましい。
混和材を混合したセメントコンクリートは、法面等に設置された布製型枠の投入口から、ポンプ等で型枠内に圧入される。
【実施例】
【００４１】
以下、実験例に基づいて本発明を詳細に説明する。
実験例１
表１に示す割合の水とセメントと細骨材を混合してセメント混合物を作製した。ＣＡＳ５０質量部と石膏５０質量部の合計１００質量部に対して、セルロース誘導体５０質量部、ポリカルボン酸系減水剤６０質量部、メリライト鉱物２００質量部からなる混和材を作製した。セメント１００質量部に対して表２に示す配合割合で上記混和材をセメント混合物に添加、混練りしてモルタルを調製した。得られたモルタルについて、モルタルフロー、その経時変化、脱水率及び圧縮強度の測定を行った。結果を表２に示した。
【００４２】
【表１】
【００４３】
＜使用材料＞
セメント：普通ポルトランドセメント
細骨材：姫川産川砂 密度＝２．６２ｇ／ｃｍ３ ＦＭ＝２．９２
ＣＡＳ：ＣａＯ＝４５％、Ａｌ２Ｏ３＝４０％、及びＳｉＯ２＝１５％のガラス化率９５％
ブレーン値＝５，５００ｃｍ２／ｇ
石膏：天然無水石膏粉砕品 ブレーン値＝５，７００ｃｍ２／ｇ
セルロース誘導体：メチルセルロースＳＭ１００００（信越化学社製）
ポリカルボン酸系減水剤：ＢＡＳＦジャパン社製 メルフラックスＡＰ１０１Ｆ
メリライト鉱物：高炉水砕スラグ粉砕品 ブレーン値＝５，５００ｃｍ２／ｇ
【００４４】
＜測定方法＞
ブレーン値：ＪＩＳ Ｒ ５２０１ 「セメントの物理試験方法」に基づき測定した。
モルタルフロー：ＪＨＳ３１３ コンシステンシ−試験方法のシリンダ−法に準じた。(Φ８０×８０ｍｍ)
脱水率：幅２５ｃｍ×長さ９０ｃｍの高強度合成繊維袋にモルタル１０リットルを投入し、そのモルタル入り袋を３０分間吊り下げて、脱水した混練り水の脱水率を測定した。
脱水率＝（３０分後の脱水量／モルタル中の水量）×１００（％）
圧縮強度：ＪＩＳ Ｒ ５２０１に準じて測定した。供試体は、４×４×１６ｃｍの供試体を使用した。Ｄは日。
【００４５】
【表２】
【００４６】
表２の結果より、混和材を添加することによりモルタルフローの低下が抑えられ、脱水率を抑制できることが判る。
【００４７】
実験例２
ＣＡＳと石膏１００質量部を一定とし、セルロース誘導体、減水剤、メリライト鉱物、ベントナイト及びフライアッシュ、セメント混和材の比を表３に示すように変えた以外は、実験例１と同様にセメント混和材を作製して試験を実施した。結果を表３に示す。なお、実験Ｎｏ．１−６については、前記表２における実験Ｎｏ．１−６の結果を転記している。
＜使用材料＞
ベントナイト：ホージュン社製榛名ベントナイト、膨潤度２７ｍｌ／２ｇ、５μｍ湿式残渣が５％以下
フライアッシュ：碧南火力ＪＩＳＩＩ種、ブレーン値３２００ｃｍ２／ｇ
＜測定方法＞
ベントナイトの膨潤度：ＡＣＣ法に準じて測定した。
５μｍ湿式残渣：ベントナイト工業会の試験方法に準じて測定した。ベントナイト１０ｇを、水３５０ｇに分散させた後、５μｍの篩を通過させ洗浄した。篩上に残る残渣を１１０℃で８時間乾燥した。５μｍの篩に残ったベントナイトの割合を測定した。
【００４８】
【表３】
【００４９】
表３の結果より、２−１は脱水率が悪く、２−６はフロー低下が著しく、いずれも布製型枠への投入ができないものであることが判る。これに対して、他の実験例は添加剤を混和することにより脱水率が抑えられることを示しており、モルタルフロー維持と脱水率が低く、良好なモルタルであることが判る。
【００５０】
実験例３
表４に示すようにＣＡＳと石膏の比を変えた以外は、実験例１と同様に混和材を作製し、試験を実施した。結果を表４に示した。
【００５１】
【表４】
【００５２】
表４の結果より、石膏を使用していない実験Ｎｏ．３−１の混和材を使用して調製されているモルタルはフロー低下が著しいので布製型枠への投入ができないものであること、ＣＡＳを使用していない実験Ｎｏ．３−５の混和材を使用したモルタルは脱水率が悪くなり初期強度発現が悪いものであることが判る。これに対して、ＣＡＳと石膏の適正な配合比である他の実験Ｎｏ．３−２〜３−４及び実験Ｎｏ．１−６の混和材を使用したモルタルは、モルタルフロー、脱水率、初期強度発現が良好なものであることが判る。
【産業上の利用可能性】
【００５３】
本発明の布製型枠工法用セメント混和材を用いることにより、布製型枠に圧入されたコンクリート又はモルタルの混練り水の余剰水を大幅に減じ、河川や地下にアルカリ水が流れ出し汚染等の問題を無くするばかりか、流動性が高く、材料分離が生じなく、布製型枠への充填性が良好で、圧入又は充填後の凝結が速いため、布製型枠の補強が不要という効果が得られる。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルミノケイ酸カルシウム、石膏、セルロース誘導体及びポリカルボン酸系減水剤を必須成分として含有してなる、布製型枠用セメント混和材。
【請求項２】
前記アルミノケイ酸カルシウム１００質量部に対して石膏を５０〜２００質量部含有することを特徴とする請求項１に記載の布製型枠用セメント混和材。
【請求項３】
前記アルミノケイ酸カルシウムと石膏の合計１００質量部に対して、セルロース誘導体３〜１００質量部及びポリカルボン酸系減水剤５〜１５０質量部を含有してなる、請求項１又は２に記載の布製型枠用セメント混和材。
【請求項４】
前記アルミノケイ酸カルシウム、石膏、セルロース誘導体及びポリカルボン酸系減水剤からなる必須成分に加えて、アルミノケイ酸カルシウムと石膏の合計１００質量部に対して、１００〜１０００質量部のメリライト鉱物、１００質量部以下のベントナイト及び１００質量部以下のフライアッシュから選ばれる少なくとも一種を含有してなる、請求項１〜３のいずれか１項に記載の布製型枠用セメント混和材。
【請求項５】
前記請求項１〜４のいずれか１項に記載のセメント混和材を、セメント１００質量部に対して０．５〜５質量部含有してなる布製型枠用セメント組成物。
【請求項６】
前記セメントがポルトランドセメントである請求項５に記載の布製型枠用セメント組成物。
【請求項７】
請求項５又は６に記載の布製型枠用セメント組成物を含有するフレッシュモルタル及びフレッシュコンクリートから選ばれる１種を調製し、布製型枠にポンプで圧入し、充填することよりなる布製型枠の施工方法。
【請求項１】
アルミノケイ酸カルシウム、石膏、セルロース誘導体及びポリカルボン酸系減水剤を必須成分として含有してなる、布製型枠用セメント混和材。
【請求項２】
前記アルミノケイ酸カルシウム１００質量部に対して石膏を５０〜２００質量部含有することを特徴とする請求項１に記載の布製型枠用セメント混和材。
【請求項３】
前記アルミノケイ酸カルシウムと石膏の合計１００質量部に対して、セルロース誘導体３〜１００質量部及びポリカルボン酸系減水剤５〜１５０質量部を含有してなる、請求項１又は２に記載の布製型枠用セメント混和材。
【請求項４】
前記アルミノケイ酸カルシウム、石膏、セルロース誘導体及びポリカルボン酸系減水剤からなる必須成分に加えて、アルミノケイ酸カルシウムと石膏の合計１００質量部に対して、１００〜１０００質量部のメリライト鉱物、１００質量部以下のベントナイト及び１００質量部以下のフライアッシュから選ばれる少なくとも一種を含有してなる、請求項１〜３のいずれか１項に記載の布製型枠用セメント混和材。
【請求項５】
前記請求項１〜４のいずれか１項に記載のセメント混和材を、セメント１００質量部に対して０．５〜５質量部含有してなる布製型枠用セメント組成物。
【請求項６】
前記セメントがポルトランドセメントである請求項５に記載の布製型枠用セメント組成物。
【請求項７】
請求項５又は６に記載の布製型枠用セメント組成物を含有するフレッシュモルタル及びフレッシュコンクリートから選ばれる１種を調製し、布製型枠にポンプで圧入し、充填することよりなる布製型枠の施工方法。
【公開番号】特開２０１３−１１２５４８（Ｐ２０１３−１１２５４８Ａ）
【公開日】平成２５年６月１０日（２０１３．６．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２５８３９９（Ｐ２０１１−２５８３９９）
【出願日】平成２３年１１月２８日（２０１１．１１．２８）
【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６月１０日（２０１３．６．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１１月２８日（２０１１．１１．２８）
【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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