特開 2024-145051 ポリマーセメントモルタル組成物及びポリマーセメントモルタル

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024145051

(43)【公開日】2024-10-15

(54)【発明の名称】ポリマーセメントモルタル組成物及びポリマーセメントモルタル

(51)【国際特許分類】

   C04B 28/02 20060101AFI20241004BHJP

   C04B 14/10 20060101ALI20241004BHJP

   C04B 24/24 20060101ALI20241004BHJP

【ＦＩ】

C04B28/02

C04B14/10 B

C04B24/24 A

【審査請求】未請求

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023057284

(22)【出願日】2023-03-31

(71)【出願人】

【識別番号】501173461

【氏名又は名称】太平洋マテリアル株式会社

(72)【発明者】

【氏名】森 陽一

【テーマコード（参考）】

4G112

【Ｆターム（参考）】

4G112MC11

4G112PA06

4G112PB26

(57)【要約】

【課題】好な施工性と強度発現性を両立することができるポリマーセメントモルタル組成物及びポリマーセメントモルタルを提供すること。
【解決手段】セメント、セメント用ポリマー、非晶質アルミノシリケート及び細骨材を含み、セメント用ポリマーの含有量が、セメント１００質量部に対し、固形分換算で１～１８質量部であり、非晶質アルミノシリケートの含有量が、セメント１００質量部に対し、１～１５質量部である、ポリマーセメントモルタル組成物。
【選択図】なし

【特許請求の範囲】

【請求項1】

セメント、セメント用ポリマー、非晶質アルミノシリケート及び細骨材を含み、
前記セメント用ポリマーの含有量が、前記セメント１００質量部に対し、固形分換算で１～１８質量部であり、
前記非晶質アルミノシリケートの含有量が、前記セメント１００質量部に対し、１～１５質量部である、ポリマーセメントモルタル組成物。

【請求項2】

硬化時において、土木学会基準ＪＳＣＥ－Ｇ５０５－２０１３「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（案）」に準じて２０℃環境下で測定する材齢２８日の圧縮強度が５５Ｎ／ｍｍ^２以上である、請求項１に記載のポリマーセメントモルタル組成物。

【請求項3】

前記非晶質アルミノシリケートと前記セメント用ポリマーとの質量比（［前記非晶質アルミノシリケートの質量］／［前記セメント用ポリマーの質量（固形分換算）］）が０．１～２．５である、請求項１又は２に記載のポリマーセメントモルタル組成物。

【請求項4】

請求項１又は２に記載のポリマーセメントモルタル組成物及び水を含み、
前記水の含有量が、前記セメント１００質量部に対し、２５～５０質量部である、ポリマーセメントモルタル。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ポリマーセメントモルタル組成物及びポリマーセメントモルタルに関する。

【背景技術】

【0002】

コンクリート構造物（例えば、鉄筋コンクリート（ＲＣ）床版又はボックスカルバートの中床版等の床版、壁、天井部）には、疲労、乾燥収縮等の要因によってひび割れが生じる。この種の劣化が進行したり、ひび割れがすり合わされたりすることによって、ひび割れ幅が大きくなると、劣化箇所から水、塩化物イオン等の劣化因子がコンクリート構造物内に侵入する。この結果、コンクリート構造物に埋没されている鉄筋が腐食する。コンクリート構造物のひび割れによる損傷を放置していると、最終的に内部の鉄筋が腐食して断面欠損し、構造物の安全性が保てなくなる。このため、劣化した箇所を除去した後、その凹部に補修材又は補強材を充填することが行われている。

【0003】

補修材又は補強材としては、ポリマーセメントモルタルが提案されている。例えば、特許文献１には、セメントと、セメント用ポリマーと、骨材と、水とを含有するポリマーセメントモルタルであって、前記骨材には、軽量骨材に分類される骨材と、細骨材に分類される骨材とが含まれてなり、水／セメントが質量比で１８～４５％、ポリマー／セメントが質量比で１０～２８％、細骨材／セメントが容積比で０．３～１．２、軽量骨材／全骨材が容積比で０．４～０．９であることを特徴とするポリマーセメントモルタルが開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１５－０００８２０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

補修材又は補強材は、凹部へ充填したりコテ処理をしたりするため良好な施工性が求められる。また、補修材又は補強材はその用途から補修後の耐久性向上のために高い強度発現性も求められている。

【0006】

したがって、本発明は良好な施工性と強度発現性を両立することができるポリマーセメントモルタル組成物及びポリマーセメントモルタルを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明者らは上記課題について鋭意検討した結果、セメント用ポリマーと非晶質アルミノシリケートの配合を調整することで良好な施工性と強度発現性を両立できることを見出した。

【0008】

すなわち、本発明は以下のとおりである。
［１］セメント、セメント用ポリマー、非晶質アルミノシリケート及び細骨材を含み、セメント用ポリマーの含有量が、セメント１００質量部に対し、固形分換算で１～１８質量部であり、非晶質アルミノシリケートの含有量が、セメント１００質量部に対し、１～１５質量部である、ポリマーセメントモルタル組成物。
［２］硬化時において、土木学会基準ＪＳＣＥ－Ｇ５０５－２０１３「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（案）」に準じて２０℃環境下で測定する材齢２８日の圧縮強度が５５Ｎ／ｍｍ^２以上である、［１］に記載のポリマーセメントモルタル組成物。
［３］非晶質アルミノシリケートとセメント用ポリマーとの質量比（［非晶質アルミノシリケートの質量］／［セメント用ポリマーの質量（固形分換算）］）が０．１～２．５である、［１］又は［２］に記載のポリマーセメントモルタル組成物。
［４］［１］又は［２］に記載のポリマーセメントモルタル組成物及び水を含み、水の含有量が、セメント１００質量部に対し、２５～５０質量部である、ポリマーセメントモルタル。

【発明の効果】

【0009】

本発明によれば、良好な施工性と強度発現性を両立することができるポリマーセメントモルタル組成物及びポリマーセメントモルタルを提供することができる。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、本発明の一実施形態について説明する。

【0011】

本実施形態のポリマーセメントモルタル組成物は、セメント、セメント用ポリマー、非晶質アルミノシリケート及び細骨材を含む。

【0012】

セメントは種々のものを使用することができ、例えば、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、エコセメント、速硬性セメント、フライアッシュセメント等が挙げられる。セメントは、一種を単独で用いてもよく、二種以上を併せて用いてもよい。
セメントは、早期におけるより良好な強度発現性の観点から、速硬性セメントが好ましい。速硬性セメントは、カルシウムアルミネート類を有効成分として含有するものが好ましく、１１ＣａＯ・７Ａｌ_２Ｏ_３・ＣａＸ_２（Ｘはハロゲン原子を示す）又は３ＣａＯ・３Ａｌ_２Ｏ_３・ＣａＳＯ_４（アウイン）を有効成分として含有するものがより好ましい。１１ＣａＯ・７Ａｌ_２Ｏ_３・ＣａＸ_２は、いわゆるカルシウムアルミネートハロゲン化物系セメントである。ハロゲン原子としてはフッ素原子が好ましい。アウインはカルシウムサルホアルミネート系セメント（アウイン系セメント）とも称されるものである。これらは超速硬性セメントと呼ばれるものであり、商品名ジェットセメント又はスーパージェットセメントとして市販されている。速硬性セメントとしては、アウイン系セメントが最も好ましい。
カルシウムアルミネート類としては、この他にもＣａＯをＣ、Ａｌ_２Ｏ_３をＡ、Ｆｅ_２Ｏ_３をＦで表示した場合、Ｃ_３Ａ、Ｃ_２Ａ、Ｃ_１２Ａ_７、ＣＡ、ＣＡ_２等と表示される鉱物組成を有するカルシウムアルミネート、Ｃ_４ＡＦ等と表示されるカルシウムアルミノフェライト、アルミナセメント、並びにこれらにＳｉＯ_２、Ｋ_２Ｏ、Ｆｅ_２Ｏ_３、ＴｉＯ_２等が固溶又は化合したもの等が含まれる。カルシウムアルミネート類は結晶質又は非晶質のいずれであってもよいし、結晶質及び非晶質の混合体のようなものでもよい。これらのカルシウムアルミネート類と石膏等の無機塩類とを配合して調製された速硬性混和材を、ポルトランドセメントに添加したものも速硬性セメントとして用いることができる。

【0013】

セメント用ポリマーは、ＪＩＳ Ａ ６２０３：２０１５「セメント混和用ポリマーディスパージョン及び再乳化形粉末樹脂」に規定されるポリマーが好ましい。このようなセメント用ポリマーとしては、ポリマーディスパージョン、再乳化形粉末樹脂等が挙げられる。ポリマーディスパージョンとしては、スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）等の合成ゴム系；天然ゴム系；ゴムアスファルト系；エチレン酢酸ビニル系；アクリル酸エステル系；樹脂アスファルト系等が挙げられる。ポリマーディスパージョンは、中でも、合成ゴム系、エチレン酢酸ビニル系及びアクリル酸エステル系が好ましく、具体的には、合成ゴムラテックス、ポリアクリル酸エステル、エチレン酢酸ビニルがより好ましい。再乳化形粉末樹脂としては、スチレンブタジエンゴム等の合成ゴム系；アクリル酸エステル系；エチレン酢酸ビニル系；酢酸ビニル／バーサチック酸ビニルエステル；酢酸ビニル／バーサチック酸ビニル／アクリル酸エステル等が挙げられる。セメント用ポリマーとしては、ポリマーディスパージョンを用いてもよく、再乳化形粉末樹脂を用いてもよく、ポリマーディスパージョン及び再乳化形粉末樹脂を併用してもよい。
セメント用ポリマーの中でも、コンクリートとの接着性がより向上するという観点から、スチレンブタジエンゴムのポリマーディスパージョン及び／又は再乳化粉末樹脂が好ましい。スチレンブタジエンゴムは、スチレン及びブタジエンを共重合した合成ゴムの一種であり、スチレン含有量や加硫量により品質を適宜調整することができる。セメント混和用としては、結合スチレン量が５０～７０質量％のものが多く、安定性や接着性を向上させて使用されている。セメント用ポリマーは、一種を単独で用いてもよく、二種以上を併せて用いてもよい。

【0014】

セメント用ポリマーの含有量は、セメント１００質量部に対し、固形分換算で１～１８質量部である。セメント用ポリマーの含有量が上記範囲外であると、初期及び長期の強度発現性が低下する。流動性を確保しやすく、施工性も良好で初期及び長期の強度発現性にも優れる傾向にあるという観点から、セメント用ポリマーの含有量は、セメント１００質量部に対し、固形分換算で３～１５質量部であることが好ましく、６～１２質量部であることがより好ましい。

【0015】

非晶質アルミノシリケートは、粘土鉱物に由来し、非晶質部分を含むアルミノシリケートであれば特に限定されず、いずれも使用可能である。原料である粘土鉱物の例としては、カオリン鉱物、雲母粘土鉱物、スメクタイト型鉱物、及びこれらが混合生成した混合層鉱物が挙げられる。非晶質アルミノシリケートは、これらの結晶性アルミノシリケートを、例えば焼成・脱水して非晶質化することにより得られる。非晶質アルミノシリケートとしては、反応性に更に優れるという観点から、カオリナイト、ハロサイト、ディッカイト等のカオリン鉱物由来のものが好ましく、カオリナイトを焼成して得られるメタカオリンがより好ましい。非晶質アルミノシリケートは、一種を単独で用いてもよく、二種以上を併せて用いてもよい。非晶質アルミノシリケートのＢＥＴ比表面積は、１～４ｍ^２／ｇであることが好ましく、１．５～３ｍ^２／ｇであることがより好ましい。
本明細書において「非晶質」とは、粉末Ｘ線回折装置による測定で、原料である粘土鉱物に由来するピークがほぼ見られなくなることをいう。本実施形態に係る非晶質アルミノ珪酸鉱物粉末は非晶質の割合が７０質量％以上であればよく、好ましくは９０質量％以上、より好ましくは１００質量％、即ち粉末Ｘ線回折装置による測定でピークが全く見られないものが最も好ましい。ここで、非晶質の割合は標準添加法により求めた値である。非晶質の割合が高いアルミノシリケート、即ち結晶質の割合が低いアルミノシリケートは、非晶質の割合が低いアルミノシリケートに比べて、同じ混和量における強度発現性が更によい傾向にある。アルミノシリケートの非晶質化のための加熱としては、外熱キルン、内熱キルン、電気炉等による焼成、及び溶融炉を用いた溶融等が挙げられる。

【0016】

非晶質アルミノシリケートの含有量は、セメント１００質量部に対し、１～１５質量部である。非晶質アルミノシリケートの含有量が上記範囲外であると、練り混ぜが困難になり、施工性が確保できなくなる。流動性や施工性を確保しつつ、初期及び長期の強度発現性が一層向上するという観点から、非晶質アルミノシリケートの含有量は、セメント１００質量部に対し、３～１２質量部であることが好ましく、５～１０質量部であることがより好ましい。

【0017】

非晶質アルミノシリケートとセメント用ポリマーとの質量比（［非晶質アルミノシリケートの質量］／［セメント用ポリマーの質量（固形分換算）］）は０．１～２．５であることが好ましく、０．３～２．０であることがより好ましく、０．５～１．８であることが更に好ましい。非晶質アルミノシリケートとセメント用ポリマーとの質量比が上記範囲内であれば、より良好な施工性と強度発現性を両立することができる。

【0018】

細骨材としては、例えば、川砂、珪砂、砕砂、寒水石、石灰石砂、スラグ骨材等が挙げられる。細骨材は、これらの中から、微細な粉や粗い骨材を含まない粒度に調整した珪砂、石灰石等の骨材を用いることが好ましい。細骨材は、一種を単独で用いてもよく、二種以上を併せて用いてもよい。細骨材は、通常用いられる粒径５ｍｍ未満のもの（５ｍｍふるい通過分）を使用するのが好ましい。粒径が５ｍｍ未満の骨材とは、骨材をふるい分けした際に５ｍｍふるいを通過するものを指す。

【0019】

細骨材の粒度は特に限定されるものではなく、必要とする細骨材の粒度の範囲内で調整することができる。細骨材は、ＪＩＳ Ａ １１０２：２０１４「骨材のふるい分け試験方法」により規定される粗粒率からその粒度を考慮することができる。モルタル時において、より良好な流動性が得られやすく、ブリーディングを抑制しやすいという観点から、細骨材の粗粒率は、１～４であることが好ましく、１．５～３．８であることがより好ましく、２～３．５であることが最も好ましい。

【0020】

細骨材の含有量は、セメント１００質量部に対し、１５０～４５０質量部であることが好ましく、２００～４００質量部であることがより好ましく、２５０～３５０質量部であることが更に好ましい。細骨材の含有量が上記範囲内であれば、流動性や施工性に優れやすい。

【0021】

本実施形態のポリマーセメントモルタル組成物は減水剤を含んでもよい。減水剤は、高性能減水剤、高性能ＡＥ減水剤、ＡＥ減水剤及び流動化剤を含む。このような減水剤としては、ＪＩＳ Ａ ６２０４：２０１１「コンクリート用化学混和剤」に規定される減水剤が挙げられる。減水剤としては、例えば、ポリカルボン酸系減水剤、ナフタレンスルホン酸系減水剤、リグニンスルホン酸系減水剤、メラミン系減水剤、アクリル系減水剤が挙げられる。これらの中では、ナフタレンスルホン酸系減水剤が好ましい。減水剤は、一種を単独で用いてもよく、二種以上を併せて用いてもよい。

【0022】

減水剤の含有量は、セメント１００質量部に対し、固形分換算で０．１～５質量部であることが好ましく、０．３～３質量部であることがより好ましく、０．５～１．５質量部であることが最も好ましい。減水剤の含有量が上記範囲内であれば、モルタルとした際により良好な流動性が得られやすく、初期及び長期の強度発現性も向上しやすい。

【0023】

本実施形態のポリマーセメントモルタル組成物は凝結遅延剤を含んでもよい。凝結遅延剤を含むことで、夏場等ポリマーセメントモルタルの練り上り温度が高くなる場合においても、可使時間を確保しやすい。凝結遅延剤としては、例えば、クエン酸、グルコン酸、リンゴ酸、酒石酸等の有機酸又はその塩；ホウ酸、ホウ酸ナトリウム等のホウ酸塩、リン酸塩、アルカリ金属炭酸塩、アルカリ金属重炭酸塩等の無機塩；糖類が挙げられる。これらの中でも、クエン酸、クエン酸塩、酒石酸、酒石酸塩、アルカリ金属炭酸塩が好ましい。凝結遅延剤は、粉体であってもよく、液状体（例えば、水溶液、エマルジョン、懸濁液の形態）であってもよい。凝結遅延剤は、一種を単独で用いてもよく、二種以上を併せて用いてもよい。

【0024】

凝結遅延剤の含有量は、セメント１００質量部に対し、０．１～２．５質量部であることが好ましく、０．３～２質量部であることがより好ましく、０．５～１．５質量部であることが更に好ましい。凝結遅延剤の含有量が上記範囲内であれば、可使時間を更に確保しやすく、初期強度発現性が低下しにくい。

【0025】

本実施形態のポリマーセメントモルタル組成物には、本発明の効果が損なわれない範囲で各種混和剤（材）を配合してもよい。混和剤（材）としては、例えば、消泡剤、防水剤、防錆剤、収縮低減剤、増粘剤、保水剤、顔料、撥水剤、白華防止剤、繊維が挙げられる。

【0026】

本実施形態のポリマーセメントモルタル組成物は、通常用いられる混練器具により上記した各成分を混合することで調製でき、その器具は特に限定されるものではない。混練器具としては、例えば、ホバートミキサ、ハンドミキサ、傾胴ミキサ、２軸ミキサ等が挙げられる。

【0027】

本実施形態のポリマーセメントモルタル組成物は、硬化時において、土木学会基準ＪＳＣＥ－Ｇ５０５－２０１３「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（案）」に準じて２０℃環境下で測定する材齢２８日の圧縮強度が５５Ｎ／ｍｍ^２以上であることが好ましく、６０Ｎ／ｍｍ^２以上であることがより好ましく、６５Ｎ／ｍｍ^２以上であることがより好ましい。材齢２８日の圧縮強度は１００Ｎ／ｍｍ^２以下であってもよい。
ポリマーセメントモルタル組成物の硬化時の圧縮強度が上記範囲内であれば、長期の強度発現性が一層優れたものとなる。

【0028】

本実施形態のポリマーセメントモルタル組成物は、水と混合してポリマーセメントモルタルとして調製することができ、その水の含有量は用途に応じて適宜調整すればよい。水の含有量は、セメント１００質量部に対し、２０～５０質量部であることが好ましく、２５～４５質量部であることがより好ましく、３０～４０質量部であることが更により好ましい。水の含有量が上記範囲内であれば、より流動性を確保しやすく、材料分離の発生、硬化体の収縮の増加及び初期強度発現性の低下を抑制しやすい。

【0029】

本実施形態のポリマーセメントモルタルの調製は、通常のポリマーセメントモルタルと同様の混練器具を使用することができ、特に限定されるものではない。混練器具としては、例えば上述したものを用いることができる。

【0030】

本実施形態のポリマーセメントモルタル組成物及びポリマーセメントモルタルは、施工性に優れ、初期から長期にかけての強度発現性も良好なものとなる。そのため、本実施形態のポリマーセメントモルタル組成物及びポリマーセメントモルタルは、コンクリート構造物等を含む各種構造物の補修・補強に好適に用いることができる。その施工方法は特に限定されず、コテ塗り、振動機を用いて敷き均す方法等が選択できる。

【実施例0031】

以下、実施例を挙げて本発明を詳細に説明するが、本発明はこれに限定されるものでは
ない。実施例は全て２０℃環境下にて行った。

【0032】

実施例で用いる材料は以下のとおりである。
・セメント：超速硬性セメント（アウイン系）
・セメント用ポリマー：スチレンブタジエンゴム系エマルジョン
・非晶質アルミノシリケート：メタカオリン、ＢＥＴ比表面積２．５ｃｍ^２／ｇ
・細骨材：珪砂、粗粒率２．２
・減水剤：ナフタレンスルホン酸系減水剤
・凝結遅延剤：クエン酸

【0033】

［ポリマーセメントモルタル組成物の配合設計］
セメント１００質量部に対し、細骨材、セメント用ポリマー、非晶質アルミノシリケートを表１に示す割合とし、減水剤を１質量部とし、凝結遅延剤を１質量部として配合設計した。実施例において配合量は全て固形分換算である。

【0034】

［ポリマーセメントモルタルの作製］
２０℃環境下において、セメント用ポリマーを１０Ｌの円筒容器に添加し、表１で配合設計したポリマーセメントモルタル組成物の各材料及び水を添加し、ハンドミキサで６０～９０秒混練してポリマーセメントモルタルを約３Ｌ作製した。

【0035】

【表1】

【0036】

［評価方法］
下記に示す方法にて試験を行い、試験結果を表２に示す。
・流動性
ＪＩＳ Ｒ ５２０１：２０２１「セメントの物理試験方法」12. フロー試験に準じて、20℃環境下でポリマーセメントモルタルのフロー値（０打、１５打）を測定した。
・施工性
混錬したモルタルを用いてモルタルの一部を鏝板に乗せ、鏝を用いて伸ばした時に途切れる場合を不良（×）と評価し、鏝板上で伸ばした時に途切れない場合を良好（○）と評価し、施工性が良好なもののうち、コテにモルタルの付着が少なかった場合を最も良好（◎）と施工性を評価した。
・圧縮強度
土木学会基準ＪＳＣＥ－Ｇ５０５－２０１３「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（案）」に準じて、材齢１日及び２８日における圧縮強度を測定した。供試体の寸法は、直径５０ｍｍ、高さ１００ｍｍとした。供試体は封緘で養生し、材齢日に脱型した。

【0037】

【表2】

【0038】

実施例のポリマーセメントモルタルは施工性もよく、初期及び長期の強度発現性も良好だった。一方、比較例のポリマーセメントモルタルでは、Ｎｏ．７では練り混ぜ自体が困難であり、その他の試験例でも施工性や強度発現性が悪かった。