JP7583592B2 - アンカー定着材料 - Google Patents

Description

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。

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。

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。

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）。

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）。

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）。

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。

特開２０１１－０７９７０８号公報 特開２００９－１１４０００号公報 特開２００６－３３５５８６号公報

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。

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。

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。

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５ｍ^２／ｇ～７０ｍ^２／ｇである［１］又は［２］に記載のアンカー定着材料。

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。

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。

［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。

［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。

（イーリマイト）
イーリマイトとは、３ＣａＯ・３Ａｌ_２Ｏ_３・ＣａＳＯ_４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・Ａｌ_２Ｏ_３・３ＣａＳＯ_４・３２Ｈ_２Ｏ）を形成し初期強度の向上に寄与する。

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４５００～１２０００ｃｍ^２／ｇであることが好ましく、５０００～１００００ｃｍ^２／ｇであることがより好ましい。

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。

（テルネサイト）
テルネサイトは、５ＣａＯ・２ＳｉＯ_２・ＳＯ_３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。

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。

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。

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、Ａｌ_２Ｏ_３原料、ＳｉＯ_２原料、ＣａＳＯ_４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２０００～６０００ｃｍ^２／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、Ａｌ_２Ｏ_３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、ＣａＳＯ_４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。

（可塑化剤）
本発明で使用する可塑化剤は、化学成分としてＳｉＯ_２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ＳｉＯ_２含有量は蛍光Ｘ線回折により測定することができる。
ＳｉＯ_２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。

可塑化剤のＢＥＴ比表面積は、５ｍ^２／ｇ～７０ｍ^２／ｇであることが好ましく、１０ｍ^２／ｇ～６０ｍ^２／ｇがより好ましい。比表面積（ＢＥＴ）が５ｍ^２／ｇ以上であると可塑性が十分に確保しやすくなり、７０ｍ^２／ｇ以下であるとポンプ圧送を良好にすることができる。

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。

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。

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。

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。

（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。

（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：ＳｉＯ_２含有量９９．３％のシリカフューム、ＢＥＴ比表面積４５ｍ^２／ｇ
膨張剤：ＣａＯ原料（石灰石）、Ａｌ_２Ｏ_３原料（ボーキサイト）、ＳｉＯ_２原料（珪石）、ＣａＳＯ_４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３，０００ｃｍ^２／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。

（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。

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。

（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。

（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：ＳｉＯ_２含有量８４．１％のシリカフューム、比表面積（ＢＥＴ）２０ｍ^２／ｇ
可塑化剤ロ：ＳｉＯ_２含有量９０．９％のシリカフューム、比表面積（ＢＥＴ）３３ｍ^２／ｇ
可塑化剤ハ：ＳｉＯ_２含有量９５．８％のシリカフューム、比表面積（ＢＥＴ）１８ｍ^２／ｇ
可塑化剤ニ：ＳｉＯ_２含有量９８．５％のシリカフューム、比表面積（ＢＥＴ）７４ｍ^２／ｇ
可塑化剤ホ：ＳｉＯ_２含有量９８．７％のシリカフューム、比表面積（ＢＥＴ）２０ｍ^２／ｇ
可塑化剤へ：ＳｉＯ_２含有量９９．３％のシリカフューム、比表面積（ＢＥＴ）４５ｍ^２／ｇ（実験例１で使用した可塑化剤と同様）

表２より特定のＳｉＯ_２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。

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。

Claims (1)

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。