JP4928066B2 - Ｐｃグラウト用混和剤 - Google Patents

Description

本発明は、土木、建築分野で使用される、セメント系結合材のＰＣグラウトに用いられるＰＣグラウト用混和剤に関する。さらに詳しくは、ポストテンション方式のプレストレストコンクリート（以下「ＰＣ」という）構造物を構築する際に、シース管などのダクトに注入されるグラウトに用いられるＰＣグラウト用混和剤に関する。

ＰＣグラウトには、ＰＣ鋼材の腐食を防止してＰＣ構造物の耐久性を維持するために、材料の分離がなくブリーディングの発生がないこと、注入作業が終了するまで安定して良好な流動性を有し空隙を残さずダクト内に注入できること、ＰＣ鋼材と部材コンクリート硬化体との一体性が確保できること、十分な圧縮強度を有することなどの性能が求められている。

ＰＣグラウトは、現場での入手の簡便さから、汎用性の高い袋詰め形態の普通ポルトランドセメントとＰＣグラウト用混和剤を用いて製造されるものが主流であり、より充填性の高いＰＣグラウトに対する要求により、ブリーディングの発生を防止することを目的として、セメント分散剤および分離防止剤からなるノンブリーディング型ＰＣグラウト用混和剤が主として用いられている。
また、現場での作業工程を減らし、品質管理を容易にすることを目的として、普通ポルトランドセメント、減水剤および増粘剤等をあらかじめ混合したものを商品として販売するプレミックス型ＰＣグラウトも販売されている（特許文献１および２）。さらに、セメント系結合材の特性を改変したＰＣグラウト材も報告されている（特許文献３および４）。

ＰＣ構造物の長大化に伴い、ＰＣグラウトに要求される耐久性能がさらに高くなることが予測されるほか、従来使用されていたＰＣグラウトにおいても、流動性が不充分であるためにＰＣ鋼材とダクトの間隙を完全に充填できないケースや、充填性が劣るためにダクト内上部に空隙が発生したりする場合の他、ＰＣグラウトの空気の連行量が多いため、注入作業後にＰＣグラウトから空気の一部が放出されて、ダクト内上部に空隙が発生してＰＣ構造物が劣化するという問題が、構造物の点検作業等により報告されている。
ダクト内およびＰＣグラウト硬化体内の空隙は、圧縮強度および付着強度の低下を招くだけではなく、ＰＣ鋼材の腐食の要因の一つであるとされている塩化物イオン等の拡散を助長させる。これにより、ＰＣ鋼材の腐食防止や、さらにはＰＣ構造物の耐久性の維持が極めて困難となるという深刻な問題を抱えているが、現時点でこれに対応できる技術は報告されていない。

一方、ＰＣグラウトに関する技術として、プレミックス型低粘性ＰＣグラウト材の分野において、消泡剤を用いることによりＰＣグラウトの練混ぜ時の気泡の発生を抑制し、圧縮強度の低下を解決する技術が提案されている（特許文献５）。しかしこの技術は、セメント系結合材を用いたＰＣ構造物の耐久性を向上させるという課題に答えるものでないばかりか、汎用性や現場での入手の簡便性に欠けるという欠点も有するものである。

特開平９−３２２９４号公報 特許第３３４４１７０号公報 特許第３１１４４７８号公報 特開２００１−２２６１６４号公報 特開２００２−２８５１５２号公報

従って、本発明が解決しようとする課題は、前記の諸問題を解消し、ＰＣグラウトの練混ぜ時に混入される空気の連行を防止し、注入作業終了後にＰＣグラウト硬化体内およびダクト内に残存する空隙を低減し、ＰＣ構造物の耐久性を長期間維持できるＰＣグラウト用混和剤を提供することにある。

本発明者らは、前記課題を解決すべく研究を重ねる中で、ＰＣグラウト用混和剤に消泡剤を配合することにより、かかる課題を一挙に解決できることを見出し、さらに研究を進めた結果、本発明を完成するに至った。

すなわち、本発明は、セメント系結合材のＰＣグラウトに用いる混和剤であって、消泡剤を含む、前記ＰＣグラウト用混和剤に関する。
また、本発明は、セメント分散剤および分離防止剤をさらに含む、前記ＰＣグラウト用混和剤に関する。
さらに本発明は、セメント分散剤２０〜７０質量％、分離防止剤２０〜６０質量％および消泡剤５〜３０質量％を含む、前記ＰＣグラウト用混和剤に関する。

また本発明は、消泡剤が、ポリエチレンオキシドとポリプロピレンオキシドのブロックポリマー系、シリコーン系、鉱物油系、アルコール系、脂肪酸エステル系およびポリエーテル系化合物の中から選ばれる１種または２種以上である、前記ＰＣグラウト用混和剤に関する。
さらに本発明は、セメント分散剤が、ポリカルボン酸系高分子化合物およびメラミンスルホン酸系高分子化合物の中から選ばれる１種または２種以上である、前記ＰＣグラウト用混和剤に関する。
また、本発明は、分離防止剤の２０℃における２質量％水溶液の粘度が、５，０００〜５０，０００（ｃｐ）である、前記ＰＣグラウト用混和剤に関する。

さらに本発明は、ＪＰ漏斗による流下時間が６〜１４秒未満の低粘性型ＰＣグラウトに用いる混和剤であって、セメント分散剤２５〜７０質量％、分離防止剤２０〜５５質量％および消泡剤１０〜３０質量％を含む、前記ＰＣグラウト用混和剤に関する。
また本発明は、ＪＰ漏斗による流下時間が１４〜２３秒の高粘性型ＰＣグラウトに用いる混和剤であって、セメント分散剤２０〜６５質量％、分離防止剤２５〜６０質量％および消泡剤５〜２５質量％を含む、前記ＰＣグラウト用混和剤に関する。
さらに本発明は、セメント系結合材が、早強ポルトランドセメント、高炉セメントＢ種および普通ポルトランドセメントの中から選ばれる１種または２種以上である、前記ＰＣグラウト用混和剤に関する。

また本発明は、前記ＰＣグラウト用混和剤とセメント系結合材の配合によるＰＣグラウト材料であって、消泡剤をセメント系結合材に対し０．０４質量％以上含む、前記ＰＣグラウト材料に関する。
さらに本発明は、前記ＰＣグラウト用混和剤とセメント系結合材の配合において、消泡剤をセメント系結合材に対して０．０４質量％以上となるように配合する、前記混和剤の使用に関する。

本発明のＰＣグラウト用混和剤を用いることにより、ＰＣグラウト硬化体内およびダクト内に空隙を形成することなく、確実で十分な付着が得られて一体構造とすることができるため、塩化物等の侵入を防止することにより、ＰＣ構造物の耐久性が格段に向上する。しかも、本発明のＰＣグラウト用混和剤は、プレミックスタイプとは異なり、普通ポルトランドセメント、早強ポルトランドセメント、高炉セメントＢ種を入手性に優れる袋詰め形態としたセメント系結合材に対して現場で簡便に使用することができるため、極めて利便性に優れるものである。
さらに、環境と共生する高度な循環型社会システムの構築に伴う建設材料の品質の規制緩和により、ＪＩＳ Ｒ ５２１０「ポルトランドセメント」が改訂され（２００３年）、普通ポルトランドセメント中の塩化物イオン量が大幅に緩和されたことに伴い、今後、ＰＣグラウトのセメント系結合材として、普通ポルトランドセメントから早強ポルトランドセメント、高炉セメントＢ種へとシフトすることも予想される。現時点で、普通ポルトランドセメントに比較し、ＰＣグラウトの品質を大きく変動する問題を有する早強ポルトランドセメント、高炉セメントＢ種対応のＰＣグラウトは存在しないものであるが、本願発明のＰＣグラウト用混和剤を用いることにより、早強ポルトランドセメント、高炉セメントＢ種を単味で用いたＰＣグラウトを可能とするものである。

以下に、本発明の実施の形態を説明することにより本発明をさらに詳述する。

本発明のＰＣグラウト用混和剤は、セメント分散剤、分離防止剤、消泡剤を含有するものであり、消泡剤の含有量は、本発明の目的とする、空隙形成の防止、耐久性の向上に寄与する程度の量であればとくに限定はされないが、典型的にはセメント系結合材に対して０．０４質量％以上が好ましく、より好ましくは、０．０７質量％以上である。消泡剤の量が少なすぎると、ＰＣグラウトの練混ぜ時に混入される空気の連行を充分に防止することが困難であり、注入作業終了後にＰＣグラウト硬化体内およびダクト内に空隙を形成させ、ＰＣ鋼材の腐食やＰＣ鋼材とダクトとの不十分な付着、さらにはＰＣ構造物の耐久性低下の原因となる。

本発明に用いられる消泡剤としては、ＰＣグラウトの練混ぜ時に混入される空気の連行を防止するために使用するものであり、ポリエチレンオキシドとポリプロピレンオキシドのブロックポリマー系、シリコーン系、鉱物油系、アルコール系、脂肪酸エステル系、ポリエーテル系化合物が例示できる。例えば、ポリエチレンオキシドとポリプロピレンオキシドのブロックポリマー系化合物としてはアデカプルロニックＬ−６１（旭電化工業株式会社製）、シリコーン系化合物としてはＳＮ−５４０Ｅ（サンノプコ株式会社）、鉱物油系化合物としてはアデカノールＬＧ−１５０（旭電化工業株式会社製）、アルコール系化合物としてはＳＮデフォーマー５７３（サンノプコ株式会社製）、脂肪酸エステル系化合物としてはトリミンＤＦ−１８０（ミヨシ油脂株式会社製）、ポリエーテル系化合物としてはＳＮデフォーマー１７０（サンノプコ株式会社製）などを用いることができる。

本発明に用いられるセメント分散剤としては、ＰＣグラウトの流動性を改善するために使用するものであり、ポリカルボン酸系高分子化合物、メラミンスルホン酸系高分子化合物が例示できる。ポリカルボン酸系高分子化合物としては、周知のポリカルボン酸系高分子化合物であり、例えば、特開平５−５８６９４号公報に示されるような（メタ）アクリル酸塩と（メタ）アクリレートの共重合体、特開２００１−２７８８号公報に示されるようなポリアルキレングリコール鎖を有する（メタ）アクリル酸系共重合体またはポリアルキレングリコール鎖を有するマレイン酸系共重合体、特許２６７６８５４号公報に示されるようなアリルエーテルとマレイン酸との共重合体が、メラミンスルホン酸系高分子化合物としてはメラミンスルホン酸塩ホルマリン縮合物が例示できる。

ここで、ＰＣグラウトの流動性については、土木学会２００２年制定コンクリート標準示方書（施工編）では一律に流下時間の値を設けていないが、プレストレスト・コンクリート建設業協会で刊行されている「ＰＣグラウト＆プレグラウトＰＣ鋼材施工マニュアル（改訂版）２００２」では、ＪＰ漏斗による流下時間が、ノンブリーディング・高粘性型が１４〜２３秒、ノンブリーディング・低粘性型が６〜１４秒未満と規定されていることから、本明細書では、ＪＰ漏斗による流下時間が１４〜２３秒のものを高粘性型、６〜１４秒未満のものを低粘性型と呼ぶ。

本発明に用いられる分離防止剤としては、ＰＣグラウトの充填性および分離抵抗性を改善する為に使用するものであり、２０℃における２質量％水溶液の粘度が５，０００〜５０，０００（ｃｐ）であることが好適である。５，０００（ｃｐ）未満の場合では、ＰＣグラウトの流動性は良くなるが、充填性が低下する傾向を示し、かつ、ブリーディングが発生する傾向を示す。また、５０，０００（ｃｐ）を超える場合は、逆にＰＣグラウトの流動性が低下する傾向を示す。使用できる分離防止剤の成分としては、セルロース系高分子化合物（例えば、カルボキシメチルセルロース、メチルセルロース、ヒドロキシプロピルメチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース）や、特許第２５７１７２９号公報や特許第２５４９５８９号公報に記載のものを例示することができる。

本発明におけるＰＣグラウト用混和剤は、セメント分散剤２０〜７０質量％、分離防止剤２０〜６０質量％、消泡剤５〜３０質量％を含有することが、流動性、充填性、分離抵抗性、消泡性能およびＰＣグラウトの品質の変動の低減に何れもが好適である。

低粘性型ＰＣグラウトは、ＪＰ漏斗による流下時間が６〜１４秒未満であり、注入するダクト内の空隙率（空隙面積）が特に小さい（空隙率４５％以下）ものや、シングルストランド、ＰＣ鋼線およびＰＣ鋼棒の横締め等のように水平に配置されたダクト、せん断鋼棒等鉛直方向に配置されたダクトなど、注入作業が困難な箇所には使用してもよいとされている。こうした低粘性型ＰＣグラウトに最適な用混和剤として、セメント分散剤２５〜７０質量％、分離防止剤２０〜５５質量％、消泡剤１０〜３０質量％に限定することにより、好適な組成物を得ることができる。高粘性型ＰＣグラウトは、ＪＰ漏斗による流下時間が１４〜２３秒であり、前記低粘性型ＰＣグラウトを用いる必要のある箇所を除き大半の場合に使用される。こうした高粘性型ＰＣグラウトに最適な混和剤として、セメント分散剤２０〜６５質量％、分離防止剤２５〜６０質量％、消泡剤５〜２５質量％に限定することにより、好適な組成物を得ることができる。

本発明におけるＰＣグラウト用混和剤の対象とするセメント系結合材としては、ポルトランドセメント、混合セメント、エコセメントなど種類・銘柄を問うことなく、市販されているものであれば何れでも使用できるが、現場での入手の簡便さに優れる、早強ポルトランドセメント、高炉セメントＢ種、普通ポルトランドセメントの袋詰めのものが好ましい。

さらに、本発明におけるＰＣグラウト用混和剤は、前記成分の他にＰＣグラウトに要求される性能を満足させるために、酸化アルミニウム粉末などの膨張剤を添加することが可能である。

以下、実施例及び比較例を挙げて、本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。

１．試験に使用した材料
セメント系結合材には、表１に示す市販の袋詰めの普通ポルトランドセメント、早強ポルトランドセメント、高炉セメントＢ種を用いた。また、セメント分散剤には、粉末状のポリカルボン酸系高分子化合物またはメラミンスルホン酸系高分子化合物を、分離防止剤にはセルロース系高分子化合物を、消泡剤には表２に示す化合物を用いた。なお、各組成物の混合割合は表３に示すとおりとした。

２．ＰＣグラウトの練混ぜ方法
ＰＣグラウトの練混ぜには、公称容量２５リットルの回転翼式グラウトミキサ（回転数：１,１００ｒｐｍ）を使用し、１バッチ当たりのセメント系結合材量を２５ｋｇとして練り混ぜた。なお、練混ぜ直後のグラウトの温度は２０±２℃の範囲であった。

３．試験方法
ＰＣグラウトは、下記に示す方法に従って物性試験を行った。なお、異なる３銘柄のセメント系結合材各々を試験に供することにより、それを用いて製造されるＰＣグラウトの品質の変動を確認し、表４によってその評価を行った。

１）流動性試験
土木学会規準「ＰＣグラウトの流動性試験方法（ＪＳＣＥ−Ｆ５３１―１９９９）」に従い、ＪＰ漏斗を用いて測定した。
２）空気量試験
ＪＩＳ Ａ １１７４−１９７８（１９９５確認）に規定された容器にグラウトを充填させ、質量を測定し計算により空気量を求めた。
３）圧縮強度試験
土木学会規準「ＰＣグラウトの圧縮強度試験方法 （ＪＳＣＥ−G５３１―１９９９）」に従い測定した。
４）耐久性に関連する試験
４−１）ブリーディング試験
土木学会規準「ＰＣグラウトのブリーディング率および膨張率試験方法 （ポリエチレン袋方法）（ＪＳＣＥ−Ｆ５３２―１９９９）」に従い測定し、表５によってその評価を行った。

４−２）注入試験
スクイズ式グラウトポンプを用い、水平に設置した透明アクリル製模擬ダクト（Φ１２５，Ｌ＝１，０００ｍｍ）へ、横側の注入口より５リットル／分の注入速度でグラウトの注入を行い、ダクトの半分までグラウトを注入した後、２０°の勾配に傾けて最後まで注入させた。注入完了後は２０°の勾配で静置し、ダクト内上部に発生した気泡の観察を行った。 なお、本願では、ダクト内上部の気泡の発生量を下記のように定義し、表６によってその評価を行った。

ダクト内空隙の面積率 ＝ ダクト内上部の気泡面積 ／ ダクト内表面積 × １００（％）

４−３）塩化物イオン浸透抵抗性試験
「急速塩化物透過性試験（ＡＳＴＭ Ｃ１２０２）」に準じ、ＰＣグラウトの塩化物イオン浸透抵抗性の評価試験を行った。なお、本願では、塩化物イオン浸透抵抗性を下記のように定義し、表７によってその評価を行った。

塩化物イオン浸透抵抗性指標 ＝ （各セメント系結合材における消泡剤無使用（Ｃ×０％）の場合（比較例１〜４）の通過電荷量） ／ （当該実施例における通過電荷量） × １００（％）

４．試験結果
表８に、高粘性型ＰＣグラウトに適した本発明品を、普通ポルトランドセメント、早強ポルトランドセメント、高炉セメントＢ種各々に使用した場合（実施例１、４および５）の試験結果を示す。さらに、消泡剤の使用量が異なるものを参考として、普通ポルトランドセメントの場合は、セメント系結合材に対し０．０４質量％および０．０２質量％とし、その他のセメント系結合材に対しては０．０２質量％で試験した（参考例６〜９）。また、消泡剤の種類が異なるものを参考として試験した（参考例２および３）。また、低粘性型ＰＣグラウトに適した本発明品を、普通ポルトランドセメントに使用した場合（実施例１０）、また参考として消泡剤の使用量が異なるもの（参考例１１、消泡剤の使用量：セメント系結合材に対して０．０２質量％）の試験結果も併記した。さらに、比較として、消泡剤を無使用とした場合（比較例１〜４）の試験結果も示した。表８より、高粘性型および低粘性型ＰＣグラウトに適した本発明品では、消泡剤を配合することにより無使用に比べてグラウト中の空気量を低減でき、これにより、圧縮強度を大幅に改善し、０．０４質量％以上では、注入後にダクト内に生ずる気泡の発生を防止することができた。また、塩化物イオン浸透抵抗性は、消泡剤を配合することにより無使用に比べて、本願で定義する塩化物イオン浸透抵抗性指標が大きい値を示した。これにより、本発明品を用いてＰＣグラウト中の連行空気を低減することによって、塩化物イオン浸透抵抗性が高まっていることが確認された。

表９に、低粘性型ＰＣグラウトに適した本発明品を、普通ポルトランドセメント、早強ポルトランドセメント、高炉セメントＢ種各々に使用した場合（実施例１２〜１４）の試験結果を示す。また、比較例５には、実施例１２と同一組成のＰＣグラウト用材料を均一に混合したもの（プレミックス）、比較例６にはプレミックス型ＰＣグラウト材（Ｃ社製）を試験に供した場合、の試験結果を示した。

表１０に、高粘性型ＰＣグラウトに適した本発明品を異なる３銘柄の早強ポルトランドセメントに適用した場合（実施例１５〜１７）の試験結果を示す。表１０より、本発明品では、何れの銘柄においても、練混ぜ直後から６０分後までの間、安定して良好な流動性を有しており、さらに品質の変動が小さいことがわかる。

本願のＰＣグラウト用混和剤は、普通ポルトランドセメントのみならず、早強ポルトランドセメント、高炉セメントＢ種用の混和剤としても使用できると共に、より耐久性が要求されるＰＣ構造物のＰＣグラウトとしての使用が可能となるものである。

Claims (7)

1. セメント系結合材のＰＣグラウトに用いる混和剤であって、ポリエチレンオキシドとポリプロピレンオキシドのブロックポリマー系消泡剤、セメント分散剤および分離防止剤２０〜６０質量％を含み、消泡剤をセメント系結合材に対し０．０７質量％以上含み、分離防止剤の２０℃における２質量％水溶液の粘度が、５，０００〜５０，０００（ｃｐ）である、前記ＰＣグラウト用混和剤。
2. セメント分散剤２０〜７０質量％および消泡剤５〜３０質量％を含む、請求項１に記載のＰＣグラウト用混和剤。
3. セメント分散剤が、ポリカルボン酸系高分子化合物およびメラミンスルホン酸系高分子化合物の中から選ばれる１種または２種以上である、請求項１または２に記載のＰＣグラウト用混和剤。
4. ＪＰ漏斗による流下時間が６〜１４秒未満の低粘性型ＰＣグラウトに用いる混和剤であって、セメント分散剤２５〜７０質量％、分離防止剤２０〜５５質量％および消泡剤１０〜３０質量％を含む、請求項１または３に記載のＰＣグラウト用混和剤。
5. ＪＰ漏斗による流下時間が１４〜２３秒の高粘性型ＰＣグラウトに用いる混和剤であって、セメント分散剤２０〜６５質量％、分離防止剤２５〜６０質量％および消泡剤５〜２５質量％を含む、請求項１または３に記載のＰＣグラウト用混和剤。
6. セメント系結合材が、早強ポルトランドセメント、高炉セメントＢ種および普通ポルトランドセメントの中から選ばれる１種または２種以上である、請求項１〜５のいずれかに記載のＰＣグラウト用混和剤。
7. 請求項１〜５のいずれかに記載されたＰＣグラウト用混和剤の使用。