(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-11-06
(45)【発行日】2024-11-14
(54)【発明の名称】アンカー定着材料
(51)【国際特許分類】
C04B 28/02 20060101AFI20241107BHJP
C04B 22/06 20060101ALI20241107BHJP
C04B 22/08 20060101ALI20241107BHJP
C04B 22/14 20060101ALI20241107BHJP
E02D 5/80 20060101ALI20241107BHJP
E04B 1/41 20060101ALI20241107BHJP
【FI】
C04B28/02
C04B22/06 A
C04B22/08 Z
C04B22/14 D
E02D5/80 Z
E04B1/41 503A
(21)【出願番号】P 2020200454
(22)【出願日】2020-12-02
【審査請求日】2023-08-16
(73)【特許権者】
【識別番号】000003296
【氏名又は名称】デンカ株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100207756
【氏名又は名称】田口 昌浩
(74)【代理人】
【識別番号】100129746
【氏名又は名称】虎山 滋郎
(74)【代理人】
【識別番号】100135758
【氏名又は名称】伊藤 高志
(72)【発明者】
【氏名】渡辺 裕太
(72)【発明者】
【氏名】磯貝 豪彦
(72)【発明者】
【氏名】寺崎 聖一
(72)【発明者】
【氏名】伊藤 弘樹
(72)【発明者】
【氏名】佐々木 崇
【審査官】浅野 昭
(56)【参考文献】
【文献】国際公開第2020/008794(WO,A1)
【文献】国際公開第2006/075688(WO,A1)
【文献】特表2016-529200(JP,A)
【文献】特開2017-019712(JP,A)
【文献】特表2014-527014(JP,A)
【文献】特開2007-084420(JP,A)
【文献】特開平09-112198(JP,A)
【文献】特開2016-179921(JP,A)
【文献】特開2006-161461(JP,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
C04B 2/00-32/02
C04B 40/00-40/06
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
セメント、膨張剤、可塑化剤を含み、前記膨張剤はイーリマイト及びテルネサイトを含有し、前記テルネサイトに対する前記イーリマイトの質量比(イーリマイト/テルネサイト)が、1~40であ
り、
前記可塑化剤はSiO
2
を含有し、前記可塑化剤100質量部に対して前記SiO
2
が85質量部以上であり、BET比表面積が5m
2
/g~70m
2
/gのシリカヒュームであるアンカー定着材料。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、異形鉄筋、鉄筋、アンカーボルトやロックボルトなどの素子を穿孔内に定着するアンカー定着材料に関する。
【背景技術】
【0002】
従来から、建築、土木分野のコンクリート、石材、レンガ、ブロック、及び岩盤等の硬質部材に穿孔し、鉄筋、アンカーボルトやロックボルトなどの素子を固定する定着材料が使用されている。
【0003】
素子の固定方法は、金属系アンカーボルトのように、アンカーボルト埋設時にその先端部分が拡張し、固定する方法と、素子の周りを接着系の材料で定着する方法に分かれ、接着系の材料は、有機系定着材と無機系定着材に分かれる。
【0004】
無機系定着材としては、セメントと、カルシウムアルミネートを含有してなる水硬性物質を、ヒートロン紙を用いた昜破壊性の容器に収納して、アンカー打設時の挿入抵抗を抑えたアンカー定着材が公知である(特許文献1)。
【0005】
また、セメント、アルミノケイ酸カルシウムガラス又はカルシウムアルミネートガラス、石膏、骨材、コロイダルシリカ、ミクロフィブリル化した繊維状セルロース、水、及び凝結遅延剤を、易破壊性の容器に含有してなる素子定着用カプセルが公知である(特許文献2)。
【0006】
さらに、アルカリ金属炭酸塩、アルミン酸塩、無機化合物、カルシウムアルミネート、及び保水性物質を含有してなるアンカー素子定着材用急硬性セメント組成物が公知である(特許文献3)。
【0007】
上記特許文献1~3に記載されている無機系定着材を穿孔に定着する場合、セメント、カルシウムアルミネート、及び骨材を含有してなるセメント組成物に、吸水させるが、特に、特許文献2の場合、水と骨材が混合された状態で長期間貯蔵される場合があり、骨材と水が分離し、定着材の均一な混合ができず、素子を完全に穿孔に定着できない場合がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0008】
【文献】特開2011-079708号公報
【文献】特開2009-114000号公報
【文献】特開2006-335586号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0009】
上記のとおり、定着材の混合が均一であることは実用上必要であるが、その他にも、種々の施工箇所へ応用展開を考慮すれば、上面及び水平方向にある孔に対しても施工しやすかったり、圧送性が良好であったり、施工中に定着材が孔から流出せずに良好な密着性が得られたりするような定着材が今後はより重要になるといえる。
【0010】
そこで本発明では、水平方向や上方向にある孔に充填しても孔から流出することのない可塑性を有しつつ、ポンプ等で圧送可能な取扱い性を有し、挿入孔に挿入したアンカー素子を定着する際に、施工中に定着材が流出することなく、アンカー素子を高密着に固定化するアンカー定着材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】
【0011】
本発明者は、鋭意検討を重ねた結果、特定成分を含有する膨張剤、可塑化剤およびセメントを用いることで上記課題を解決できる知見を得て、本発明を完成するに至った。
【0012】
本発明は、下記のとおりである。
[1] セメント、膨張剤、可塑化剤を含み、前記膨張剤はイーリマイト及びテルネサイトを含有し、前記テルネサイトに対する前記イーリマイトの質量比(イーリマイト/テルネサイト)が、1~40であるアンカー定着材料。
[2] 前記可塑化剤はSiO2を含有し、前記可塑化剤100質量部に対して前記SiO2が85質量部以上である[1]に記載のアンカー定着材料。
[3] 前記可塑化剤は、BET比表面積が5m2/g~70m2/gである[1]又は[2]に記載のアンカー定着材料。
【発明の効果】
【0013】
本発明のセメント、膨張剤、可塑化剤を含むアンカー定着材料は水と練り混ぜることで、水平方向や上方向にある孔に充填しても流出しない可塑性を有しつつ、ポンプ等で圧送可能な取扱い性を有し、挿入孔に挿入したアンカー素子を定着する際に、施工中に定着材が流出することなく、アンカー素子を高密着に固定化することができる。
【発明を実施するための形態】
【0014】
以下、本発明の実施形態を詳細に説明するが、本発明は当該実施形態に限定されるものではない。本明細書における「部」や「%」は特に規定しない限り質量基準とする。
【0015】
[セメント]
本発明で使用するセメントは、通常、市販されている普通、早強、中庸熱、低熱、及び超早強等の各種ポルトランドセメント、これらのポルトランドセメントにフライアッシュや高炉スラグなどを混合した各種混合セメント、並びに、エコセメントなどが挙げられ、これらを微粉末化して使用することも可能である。
【0016】
[膨張材]
本発明で使用する膨張剤は、イーリマイト、テルネサイトを含有する。膨張材により、アンカー素子を高密着に固定化することができる。以下、詳細に説明する。
【0017】
(イーリマイト)
イーリマイトとは、3CaO・3Al2O3・CaSO4で表される鉱物であり、セッコウ等の存在下で水和してエトリンガイト(3CaO・Al2O3・3CaSO4・32H2O)を形成し初期強度の向上に寄与する。
【0018】
イーリマイトの粒度は、反応性の観点から、ブレーン比表面積で4500~12000cm2/gであることが好ましく、5000~10000cm2/gであることがより好ましい。
【0019】
イーリマイトの含有量は、膨張剤100部に対して、5~35部が好ましく、8~30部がより好ましい。5~35部であることで、初期強度を良好にすることができる。
【0020】
(テルネサイト)
テルネサイトは、5CaO・2SiO2・SO3で表される鉱物であり、イーリマイトの水硬反応を促進する。また、テルネサイト自体はほとんど反応しないためフィラーのような役割を果たして、流動性保持性を良好にすると推定される。そのため、フローダウンを少なくすることができる。
【0021】
テルネサイトの含有量は、膨張材100部に対して、0.05~20部が好ましく、0.1~15部がより好ましく、1~10部がさらに好ましい。0.05~20部であることで、イーリマイトの硬化促進と流動性保持性をともに良好にすることができる。
【0022】
ここで、テルネサイトに対するイーリマイトの質量比(イーリマイト/テルネサイト)は1~40とすることが好ましく、4~35がより好ましく、5~30とすることがさらに好ましい。当該質量比が1未満であると、膨張剤に適用とした際に良好な膨張特性、特に大きな長さ変化率が得られなくなることがある。また、当該質量比が40を超えるとテルネサイトによるイーリマイトの硬化促進効果が得られにくくなる。
【0023】
イーリマイト及びテルネサイトを含有する膨張剤は、例えば、CaO原料、Al2O3原料、SiO2原料、CaSO4原料を配合し、混合粉砕した後、1100~1600℃で焼成してクリンカを合成し、ブレーン比表面積で2000~6000cm2/g程度に粉砕して作製することができる。テルネサイトに対するイーリマイトの質量比は、原料の比率により調整することができる。CaO原料としては石灰石や消石灰が挙げられ、Al2O3原料としてはボーキサイトやアルミ残灰等が挙げられ、SiO2原料としては珪石等が挙げられ、CaSO4原料としては二水石膏、半水石膏および無水石膏が挙げられる。
【0024】
(可塑化剤)
本発明で使用する可塑化剤は、化学成分としてSiO2を含有しており、可塑化剤100質量部に対して85部以上が好ましく、90部以上がより好ましい。85部以上であることで高い可塑性を発現させることが出来る。ここでいう「可塑化」とは、施工後は、非流動性を保持しつつ、施工中には定着材が溢流することを防ぐ性質をいう。そして、その性質により、ポンプ圧送時や孔に充填する際に扱いが容易になる(加工をしやすくする)効果を奏することができる。ここで、可塑化剤中のSiO2含有量は蛍光X線回折により測定することができる。
SiO2を含有する可塑化剤としては、例えば、シリカフュームが挙げられる。
【0025】
可塑化剤のBET比表面積は、5m2/g~70m2/gであることが好ましく、10m2/g~60m2/gがより好ましい。比表面積(BET)が5m2/g以上であると可塑性が十分に確保しやすくなり、70m2/g以下であるとポンプ圧送を良好にすることができる。
【0026】
セメント、膨張剤、可塑化剤からなるアンカー定着材料100質量部中、セメントは85~98部であることが好ましく、90~95部であることがより好ましい。また膨張剤は、0.5~8部であることが好ましく、1~5部であることがより好ましい。さらに可塑化剤は、0.5~10部であることが好ましく、2~8部であることがより好ましい。アンカー定着材料100質量部中に上記各成分が所定の範囲にあることで、密着性、取り扱い性、可塑性が良好になる。
【0027】
本発明のアンカー定着材料には、砂、砂利等の骨材の他、減水剤、高性能減水剤、AE減水剤、高性能AE減水剤、流動化剤、消泡剤、増粘剤、防錆剤、防凍剤、収縮低減剤、高分子エマルジョン及び凝結調整剤、並びにセメント急硬材、ベントナイトやゼオライト等の粘土鉱物、ハイドロタルサイト等のアニオン交換体等のうちの1種又は2種以上を、本発明の目的を実質的に阻害しない範囲で使用することが可能である。
【0028】
本発明のアンカー定着材料は、これを水と混合してアンカーが挿入される穿孔に充填して施工することができるが、例えば、材料使用量の多い施工条件等では、施工用のミキサー等で水とアンカー定着材料を混合したものをポンプ等で圧送し、孔に材料充填後アンカーを挿入する方法により施工することができる。
【実施例】
【0029】
以下、実施例により本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【0030】
(実験例1~6)
セメント、膨張剤、可塑化剤からなるアンカー定着材料100質量部中、セメントを90質量部、膨張剤を5質量部、可塑化剤を5質量部使用し、水/アンカー定着材料比40%のセメントペーストを20℃の室内で調整して圧縮強度、長さ変化率およびフローを測定した。結果を表1に示す。
【0031】
(使用材料)
水:水道水
セメント:普通ポルトランドセメント、市販品
可塑化剤:SiO2含有量99.3%のシリカフューム、BET比表面積45m2/g
膨張剤:CaO原料(石灰石)、Al2O3原料(ボーキサイト)、SiO2原料(珪石)、CaSO4原料(無水石膏)を配合し、混合粉砕した後1,200℃で焼成してクリンカを合成し、ボールミルを用いてブレーン比表面積で3,000cm2/gに粉砕して、表1に示す組成の膨張材を作製した。
なお、鉱物組成は蛍光X線から求めた化学組成と粉末X線回折の同定結果に基づいて計算により求めた。
【0032】
(試験方法)
・圧縮強度:JIS R 5201に準じて4×4×16cmの試験体を作製し、材齢7日(7d)の圧縮強度を測定した。
・長さ変化:JIS A 6202に準拠して、材齢7日(7d)について測定し評価した。収縮が大きいと施工後にアンカーと既存構造物との密着性および固定性が十分に確保できず、逆に膨張が大きすぎると既存構造物を破壊する可能性がある。そこで、評価方法は○(膨張ひずみが-200×10-6~1000×10-6)、×(膨張ひずみが-200×10-6未満)で評価した。
・フロー:JIS R 5201-2015「セメントの物理試験方法」に準じて練り上り直後のフローコーンを引抜いた直後の静置状態と15打点後のフロー値を測定した。その後60分間練り置いた材料を用いて同様に測定を行いフローの変化を確認した。静置状態は材料の可塑性であり、120mm以下が望ましい。15打点後はポンプでの圧送性であり、160mm以上が望ましい。
【0033】
【0034】
表1より特定の鉱物比の膨張材を用いる事で良好なフロー保持性を持ち、硬化後に孔とアンカーを定着させるのに十分な膨張量を得ることがわかる。
【0035】
(実験例7~13)
セメント、膨張剤、可塑化剤からなるアンカー定着材料100質量部中、セメントを90質量部、膨張剤を5質量部、可塑化剤を5質量部使用し、水/アンカー定着材料比40%のセメントペーストを20℃の室内で調製して、圧縮強度と練り混ぜ直後のフロー(フローコーンを引抜いた直後と15打点後)と長さ変化の測定を行った。長さ変化の判定方法は実験1~6と同様とした。また、比較例に可塑化剤を添加しない例として、アンカー定着材料100質量部中セメントを95質量部、膨張剤を5部使用し、水/アンカー定着材料比40%のセメントペーストについて同様に試験を行った。試験の結果を表2に示す。
【0036】
(使用材料)
水:水道水
セメント:普通ポルトランドセメント、市販品
膨張剤:イーリマイト30部、テルネサイト1.5部(実験1に使用したNo.4)
可塑化剤イ:SiO2含有量84.1%のシリカフューム、比表面積(BET)20m2/g
可塑化剤ロ:SiO2含有量90.9%のシリカフューム、比表面積(BET)33m2/g
可塑化剤ハ:SiO2含有量95.8%のシリカフューム、比表面積(BET)18m2/g
可塑化剤ニ:SiO2含有量98.5%のシリカフューム、比表面積(BET)74m2/g
可塑化剤ホ:SiO2含有量98.7%のシリカフューム、比表面積(BET)20m2/g
可塑化剤へ:SiO2含有量99.3%のシリカフューム、比表面積(BET)45m2/g(実験例1で使用した可塑化剤と同様)
【0037】
【0038】
表2より特定のSiO2と所定の比表面積をもつ可塑化剤を使用することで、良好な可塑性と15打時の十分なフローの広がりを得ることがわかる。
比較例の試験No.13はフローコーン引抜直後のフロー値が大きいため、水平方向や上方向への施工時に材料が流出する可能性が高い。
なお長さ変化の測定による評価は、いずれも○(膨張ひずみが-200×10-6~1000×10-6)であった。
【産業上の利用可能性】
【0039】
本発明のアンカー定着材料は、土木、建築分野で好適に使用できる。