WO1987000163A1 - Procedes de production et d'application de mortier - Google Patents

Description

明 . 細 書 モルタル類の製造方法および施工方法

技 術 分 野

こ の発明は水和反応に要する水を小氷塊から得るセメ ン ト ぺ ース ト、 モルタル、 コ ンク リ ― ト等のセメ ン ト系組成物 （以下、 モルタル類という） の調合、 製造、 成形および施工方法に関す るものである。

背 景 技 術

モルタル類の調合に際してはセメ ン ト と水および必要に応じ 砂、 砂利等の骨材を混合攪拌する。 そして水セメ ン ト比説によ れば、 モルタル類の硬化後の強度はセメ ン トに対する水の量が 少ないほど強度が'大となる。 そして最近の説によればセメ ン ト の水和作用に必要な最低水量近 {旁で凝結硬化させることにより、 きわめて強度が大き く なり、 圧縮強度のみならず、 引張強度、 曲げ強度、 剪断強度も確保されるといわれている。

一方、 モルタル類の調合に際してはヮ一力ピ リ ティが必要で ある。 すなわち、 調合、 打込み、 成形等硬化以前での作業難易 に関連する軟かさ、 流動性、 粘性、 可塑性が通当であるこ とが 必要である。 このヮ一力ピリ ティ確保のためセメ ン ト の水和作 用に必要な水量よりかなり大量な水を混入するのが通例であり、 また水量を減らすため各種の混和剤を配合している。 しかし水 和作用に必要な最低水量となると水量が極端に少な く なるため ヮ一力ピリ ティ の確保が困難となる。 この場合硬化後の強度が 水セメ ン ト比だけでな く 、 セメ ン ト と骨材等の混合均質性、 水 和反応中の攪拌、 混合が重要であるがこれも実施が困難である。

またモルタル類は水を加えて攪拌、 混合すると水和反応が進 行するため生モルタル類の輪送には時間的な制約があり、 リ タ ーダ—を使用する例もあるが一般に水和反応時間の調節が凼難 である。

その他モルタル類の調合に際しては早期脱型すなわち早強化 の問題、 加圧成形の容易化、 無収縮性の問題等があり従来は各 種混和剤の使用によつて問題点を解消すベく種々の究明'がなさ れているがそれぞれ一長一短がある。

また従来、 メ チノレセノレロ ース、 ヒ ドロキシェチノレセノレロ ース 等のセルロ -ス誘導体やポリ ビュルアルコ -ル等の水溶性高分 子物質をモルタル類に混入し、 組成物にブリ 一ジングの低減、 水中打設時の分散抑制、 流動性の改善等の機能を付与する手段 がとられている。

これら、 水溶性高分子物質 （以下ポリ マ —という） をモルタ ル類に混入するには、 混練前あるいは混練後の組成物にボリ マ 一を粉末のまま、 あるいは水溶液となし添加し攪伴、 混合して' いた。 ところが、 例えばメ チルセルロースを粉末のまま添加し た場合はかたまり、 いわゆる " ままこ " を生じ易く 、 水溶液と して添加した場合は攪伴中の組成物粘度が著し く高く なり、 い ずれの方法でも均質な組成物をつく るためには混練に手間がか かり、 なかでも低水セメ ン ト比の組成物をつく るこ とばむずか しかった。 - また、 原子力発電設備の遮敝壁等に用いる重量コ ンク リ - ト に関しては、 モルタル部分から粗骨材が分離して不均質となり 易い。 この分離は粗骨材とモルタルの比重の差、 流動性の差、 寸法の差等が組合されて惹起される。 すなわち、 比重差が大き く 、 スラ ンプが大でモルタル部分の粘性が小さいと分離が著し く なり、 バイ ブレータ一等の締固めにより一層分離が促進され る。 従って高比重の骨材を用いた重量コ ンク リ 一 トは.密度の不 均一を生じ遮蔽上の欠点となり易かった。

コ ンク リ - ト の調合に際して、 均質な混合、 密実な充锾打設 等の、 いわゆるヮ一力ピリ ティを確保するために、 従来はセメ ン トの水和反応に必要な水量より可成り大量の水を混入するの が通例であった。 このために、 前記粗骨材の分離を抑制するこ とは容易ではなかった。 また、 水和反応に必要な水量以上に水 を添加することはコ ンク リ ー ト強度 低下をもたらし、 こ の面 からも改善が要望されている。

また、 寒冷地等、 低温条件の下におけるモルタル類の施工に 関し、 セメ ン トモルタルあるいはコ ンク リ — ト ス ラ リ — は - 0. 5 . 〜 2. 0 てで凍結するといわれ、 通常日平均気温が 4 以下の低 温時には凍結する恐れがあるため、 コ ンク リ - 卜の打設を行な わなかった。 モルタ ル類が凝結硬化の初期に凍結すると、 セメ ン ト の水和反応が遅れるほか、 その後に適温で養生しても強度、 耐久性、 水密性などの性質に悪影響を残すので、 初期凍結は避 けるべき ものとされていた。 このために、 低温時にモルタル類 を打込む場合には、 セメ ン ト ， 骨材等が余り冷えない様に貯蔵 したり、 低温の混練水の使用を避けたり、 運搬， 打込み， 養生 時等に保温する等の手段を必要とした。

また、 水セメ ン ト比を少な く とも 6 0 %以下となし、 単位水 量は所要の性質が得られる範囲内でできるだけ少な く し-て凍結 による被害を少な く する手段もとられている。 セメ ン ドの水和 反応に必要とする最低水量は、 通常コ ンク リ - ト スラ リ -等に 添加する水量に比べはるかに少ない量であり、 この少ない水量 で均質な組成物となし密に成形するならば高強度の硬化物をつ く ることができる。 しかし、 モルタ ル類は混練， 打込み， 成形 等の硬化以前の段階において均一な混練， 密実な充塡等を図る 上で適当な軟かさ、 流勤性， 粘性， 可塑性等のいわゆるヮ -力 ピ リ ティを必要とし、 一般に最低水量より もかなり大量の水を 混入しな く てはならなかった。 従って、 水量を減らして凍害を 緩和することは実際上は容易ではない。 また、 モルタル類を補強するために、 炭素繊維、 ガラス繊維、 石綿、 鋼繊維、 あるいは芳香族ポリ ァミ ド繊維等の補強用繊 維を混入する手段が採られている。 通常これら補強用繊維は短 繊維となし、 コ ンク リ ー ト、 モルタルスラ リ ー等に混入し、 こ れを硬化させて繊維補強モルタル類を得ていた。

ところが、 補強用繊維は一般に、 モルタル類に混入する工程 で、 絡まり合って房状になり易く 、 また、 炭素繊維、 ガラス繊 維等は折曲げ、 摩擦あるいは引張力等で切断されて繊維長が短 かく なり、 繊維本来の抗張力を硬化物の強度として充分に発現 し得なかった。 逆にこれらの欠点を補なうために、 望ましい繊 維县に比べ著し く短かい短絨維を用いたり、 混合、 混練工程で の繊維の損傷を減じるために、 水セメ ン ト比を高めて混合、 混 練時に要するせん断力を低下させる手段等がとられており、 繊 維およびモルタル類母材の本来の強度を最適条件下で発揮でき - なかった。 - また、 従来のモルタル類を用いた加圧成形方法は、 モルタル 類が液相であるので圧縮の効果が容易に飽和して加圧による充 瑱の効果が乏し く 、 逆に矢扳， パネル等の板伏体の加圧成形ェ 程に いては、 加圧力の僅かな不均衡によって加圧扳が傾き、 厚み斑等を発生して寸法精度が劣る欠点がある。 - また、 モルタル類の土木工事への利用例としてコ ンパクショ ンパイ ル工法を考えた場合、 次のような問題がある。

従来のサン ドコ ンパク ショ ンパィ ル工法は一般に外管内に砂 を投入し、 外管を引上げながら砂を地盤中に圧入して締め固め るこ とによりサン ドパイ ルを造成する。 ところでサン ドパイ ル に脫水劾果を期待する必要がない場合、 砂にセメ ン トあるいは 石英を混合しておけば地盤中で地下水と反応してサン ドパィル が硬化するこ とが考えられるが、 地下水が充璲浸透しないで全 体が硬化せず、 表層のみ硬化することとなり、 また硬化するま でに相当の期間を要することになり、 強度に均一性が得られな い。 また砂、 セメ ン ト 、 水を混合したモルタ ル類では地盤中で の圧密が困難であり、 現場打ちコ ンク リ - ト杭の造成の方が適 当な場合が多い。

さらに、 従来の現場打ちコ ンク リ - トでは投入に際して未だ に硬ま らないコ ンク リ ― トが骨材とセメ ン 卜 に分離する恐れが あり、 また地盤中で圧密が十分でない恐れがある。

こ の発明は上述のような従来技術における問題点を解決する ことを目的としたもので、 モルタル類の調合、 製造過程におい て、 水に代え小氷塊を用い、 低水セメ ン ト比のもとで、 高品質 の均質なモルタ ル類の製造を可能とするものである。

なお、 水に代って氷塊を用いたセメ ン ト系組成物に関する公 知文献としては次の 2つが知られている。 1つは日本国特許公 報昭 5 3 — 0 0 5 6 9 4号 （ J P , Β 2 , 5 3 - 0 0 5 6 9 4 ) 公告明細書 "建築用ボ - ドの製造法 " であり、 "水の融点以下 に冷却された粉末状水硬性結合材と破砕した氷または雪状の凍 結伏の水とを実質的に乾燥伏態で混合し、 こ の実質的に乾燥し た混合物を所定の厚さに圧縮し、 圧縮層を水の融点以上の温度 で硬化し、 かつ乾燥させて水硬性結合材の建築用ボ - ドを製造 する方法 " に関するものである。 ―

他の 1 つは ACI ( AMERICAN CONCRETE INSTITUTE ) Journal / December 1972 の ACT Committee 224 の報告 " Control of Cracking in Concrete S ructures ' 0 ψ © 8.5.5 Cold Concrete の項に記述してあるものであり、 計量混練水の全部あるいは一 部を氷の小片に置換えて得られる低温コ ンク リ ― トである。 こ の低温コ ン ク リ ― 卜 の効果としてはマス コ ンク リ ― ト工事にお ける温度差の減少、 気温が高い時のス ラ ンプロ スの減少、 ポ ン パビリ ティ の增大等をあげている。 発 明 の 開 示

この発明になるモルタル類の製造方法は水に代えて小氷塊を 用いる低水セメ ン ト比のセメ ン ト系組成物の製造方法であって、 セメ ン ト、 骨材等と小氷塊とを、 小氷塊の表面に生じる少量の 融解水で湿潤した擬似固相状態において攪伴混合し巨視的均一 系となし、 続いて小氷塊の融解に伴い徐々 に均一混合系に移行 せしめ、 打設時までに実質に全氷塊を融解せしめることを特徵 とする。

この製造方法では小氷塊の一部を融解せしめ、 その融解水で 湿潤したこの癸明でいう "擬似固相伏態 " でセメ ン ト、 骨材等 と小氷塊とを攪伴混合する。 表面が湿潤した氷塊表面にはセメ ン ト粒子や微細な細骨材類が付着し、 この付着した微細粒子は 少量の水を吸収して粘着性を帯び氷塊を核にして小塊を形成す る。 擬似固相伏態とはこの小塊と固相のセメ ·ン トおよび骨材が 共存する状態である。

この擬似固相状態においては、 水セメ ン ト比が低く 、 添加す る小氷塊の量が少な く ても、 小氷塊は表面が粘着性を帯びた小 塊として挙動し、 周囲のセメ ン ト、 骨材等の固体粒伏物中に分 散し、 対流混合が支配的な短時間の混合により、 容易に骨材等 が均一に分散した巨視的均一系になる。 従って擬似固相伏態は 組成物を攪伴、 混合する初期に比較的短時間出現するこ とによ り その主目的は達成される。

巨視的均一な混合系を轻て、 氷塊は雰囲気温度下において徐 々 に融解し、 融解水は周囲の固体を濡して擬似固相伏態から粘 性を帯びた均質な組成物に移行する。 固相に極めて近い伏態、 あるいは水が多く粘度.が低い伏態では、 骨材等が分離し均一な 組成物をつく り難いが、 この製造方法では、 前記した擬似固相 状態で巨視的均一系となし、 続いて低水セメ ン ト比の粘度の高 い組成物とするので、 骨材等の分離は起り難い。 通常モルタル類は、 混練、 輪送等の過程を経た後に打設され るが、 この製造方法では混練開始時に凝似固相伏態であり、 こ の状態で巨視的な均一系に分散せしめ、 引続いて全ての氷塊を 融解して均一な組成物となった後に打設される。 氷塊が残存し た状態で打設すると、 融解したあとに空洞を形成することもあ り好まし く ない。

この組成物は打設する時点において氷塊が残存しない均一系 であり、 氷塊が残存する状態では水和反応は殆ど進行しておら ず、 融解後においても、 漸次低温で水和反応が緩慢な伏態にあ るので、 水和反応の進行による粘度の增大、 すなわち可塑性の 低下をもたらすことな く良好な作業条件を保ち、 組成物を打設 して髙強度で均質性が高い硬化物をつく ることができる。

この発明でいう低水セメ ン ト比の領域とは、 従来の水を用い て組成物をつく る場合、 混練に ¾当大きな動力を必要とし、 均 - 質な混練がむずかしいとされていた領域および、 混練から打設 までの間に水和反応の進行によるスラ ンプロスが打設性能に大 きな影響をおよぼす領域である。 .

減水剤等を使用せず、 打設に加圧等の手段を用いることな く 、 バイ ブレ -タ -を用いた通常の打設を行なう条件で、 こ-の低水 セメ ン ト比領域の具体的数値は次のようになる。 セメ ン-トぺ— ス 卜の場合は 5 〜 3 0 %程度である。 このセメ ン トペース 卜に 砂を混合したモルタル、 モルタルに砂利が加ったコ ンク リ ー ト の場合はヮ 一力 ビリ ティ が低下するのでセメ ン ト ペース トに比 ベて水セメ ン ト比を高く しなければならない。 例えばセメ ン ト ノ砂 = 1 ノ 2 のモルタルの場合は 1 5 〜 4 0 %、 セメ ン ト /砂 ノ砂利 = 1 ノ 2ノ 2 のコ ンク リ 一 トの塲合は 2 5 〜 4 5 %程度 である。 したがって、 この製造方法が有効に用いられる低水セ メ ン ト比の領域という意味で、 こ こでいう低水セメ ン ト比の領 . 域を、 あえて数値をもって定義すれば、 水セメ ン ト比 4 5 %以 下となる。

この製造方法で用いる小氷塊の大きさは、 小さいほど均質な 混合ができるが、 その小ささには、 氷塊の製造法、 温度の制御 能力等による制約がある。 また、 氷塊の小ささの必要性も、 水 セメ ン ト比、 その他の条件で異なる。 実用という観点から考'え て、 水セメ ン ト比がきわめて低い領域以外のコ ンク リ ― トに用 いる小氷塊は、 アイ ス ' スライサ—でスライ スしたもので十分 である。 この他、 粒伏氷、 小氷片あるいは雪等の使用が考えら れる。 使用しうる氷塊の形状、 様態の範囲は極めて広く 、 前述 したように、 セメ ン トの微細粒子が氷塊を分散させる効果を有 するため、 -例えば、 氷塊が鑌伏につながっていても混合攪伴を 開始すれば、 それが分離し、 均質に分散する。 また、 氷塊表面 にマク αな水膜が生じている状態でもほとんど支障が^:.い。 従 つてこの製造方法は、 氷塊の製造管理等を極低温や狭い温度範 囲等の限られた条件下に保つ必要はない。 多量の小氷塊が必要 な場合は、 アイ ス · スライ サ -で製造した小氷塊を、 氷の融点 以下、 でき得れば、 氷の表面に擬似液層が生じない温度で保存 し、 使用時には破砕 （極めて簡単に破砕できる） して用いれば よい。 水セメ ン ト比が極めて低い領域のペース ト . モルタル類 を製造する場合に用いる小氷塊としては、 その大きさをより正 確に管理する必要がある。

この製造方法ではセメ ン ト、 骨材等に予め遅廷剤、 減水剤、 Α Ε剤、 水溶性高分子の增粘剤等を混合しておき、 これに小氷 塊を加えてモルタル類をつく ることもできる。 なかでも、 メ チ ルセルロ -ス等のセルロ -ス系の水溶性高分子物質は水に溶解 しに く く、 かつ高粘度となりセメ ン ト系組成物特に低水セメ ン ト比の組成物には混入しがたいが、 この製造方法では小氷塊を 用いるので、 メ チルセル口一ス等は小氷塊と共存する低温の水 に容易に溶解し、 かつ低粘度を維持するので、 セメ ン ト系組成 物に均一に混入せしめることができる。

なお、 先の "背景技術 " の項で挙げた 2つの公知文献に開示 された氷塊を用いる従来技術は、 この発明のモルタル類の製造 方法と目的を異にするので、 比較検討の要はないが、 前者とは 氷塊の利用法、 後者とは低温の効果という点で部分的に重複す る点があるので、 あえて、 従来技術に対する本法の位置づけを 行なっておく 。 本法は氷塊の融解過程を積極的に利用すること で工業化の容易さ、 取り扱いう る水セメ ン ト比の領域、 必要な 特性をう るための効果のいずれの面から考えても従来技術のそ れぞれの利点を包含しえたといえる。 すなわち、 本願発明は前 者における温度管理方式を格段に簡略化し、 このこ とにより混 合攪伴後の氷塊の融解によって生じる混合物の粘性が骨材分離 を抑制する利点を生み出している。 小氷塊を用いて擬似固相状 態とし、 ごく少水量であっても容易な均質混合^可能にした点 - が後者の技術を大き く発展させるものである。

先の水溶性高分子の混入に関してさらに述べると、 水溶性高 分子物質を混入してなるモルタル類の調合方法において、 該水 溶性高分子物質を水に溶解し、 その溶液を凍結し、 水溶性高分 子物質を氷片中に封入した伏態で添加、 混人する。 - ポリ マ -溶液の氷片は組成物中において、 骨材のごと く 挙動 し、 ポリ マ一が溶出して粘度が增大する以前の時点で、 対流を 主とする攪伴により溶液に均等に分散し、 徐々に融解するに伴 ない水およびポリ マ -を周囲の組成物中に放出して均質な組成 物を形成する。 すなわち、 ポ リ マ -は 1 つの氷片を単位にして 1次分散し、 ポリ マ -の溶出に伴ない組成物の粘度が増大して も、 氷片の表面から徐々 に溶出するポリ マ -は容易に周囲の組 成物中に移行して 2次分散し、 組成物.中に均等に混入される。 従って、 この調合方法では、 高粘度による混合、 混練の困難 性、 組成物の均質性の低下、 あるいはかたまりの発生が起らず、 容易に均質性が高い、 モルタル類を得ることができる。

この調合方法において、 添加する水の全量 （骨材等に付着し 持込まれる水を賒く ） を破砕氷片として加えても、 あるいは一 部を水で添加し残りを破砕氷片として加えてもよい。 例えば.水 の一部をポリ マ -を溶し込んだ氷片となし、 残りを単なる氷片 となし、 先ず単なる氷片をセメ ン ト、 骨材その他からなる混合 物に添加し、 攪伴混合後に、 ポリ マ -を溶し込んだ氷片を添加 し、 攪伴混入することができる。 また、 上記の単なる氷片に代 り水を用いてもよい。 あるいは添加すべき水の全量をポ リ マー を溶し込んだ氷片となし添加してもよい。

また、 添加すべき水を氷片として添加すると、 氷片'はセメ ン ト、 骨材等の混合物と固相あるいは一部融解水が入った凝似固 相状態で混合ができる。 氷片の表面にはセメ ン ト、 砂等の粉粒 体が付着し、 氷片の一部が融解しても氷片とこれに付着した粉 粒体は乾燥した固体のごと く挙動して对流を主とした攪伴によ ¾ 巨視的に均質な混合が可能となる。 これに引続く 、 氷片の融 解により水は周囲の組成物を湿潤し、 従来の直接水を添加した 場合に比べ、 低水セメ ン ト比となしても均質性が高いモルタル 類が得られる。 - こ の調合方法では、 またメ チルセル口 -ス等の水溶性高分子 物質を粉末として添加するこ ともできる。 メ チルセルロ ース， ヒ ドロキシェチノレセルロ ース、 あるいはポ リ ビニルアルコ 一ノレ 等の水溶性高分子物質はコ ンク リ - トスラ リ 一に添加して粘度 を向上せしめ、 骨材の分離を抑制する作用をする。 しかし、 こ れら高分子物質は前述のよう にコ ンク リ ー トスラ リ ーに粉末の まま添加するとかたまりを生じ易く 、 水溶液にして添加すると 粘度が著し く高く なり、 均一に分散せしめがた く 、 特に低水セ メ ン ト比の場合は容易ではなかった。 しかし、 この調合方法の 場合は、 小氷瑰と共に一次分散し、 その後、 氷塊の融解ととも に徐々に溶出せしめ低水セメ ン ト比であっても均一に分散した コ ンク リ — ト ス ラ リ —が得られる。

こ の水溶性高分子物質を添加したコ ンク リ - トス ラ リ ーは氷 塊が残存したり、 あるいは融解後間がない低温の伏態では粘度 が低く、 昇温に伴ない粘度が著し く上昇するので、 骨材等の均 一な混練を阻害することなく 、 コ ンク リ - ト打設時の粗骨材の 沈降分離の抑制を一層高めることができる ·。 高比重の骨材を舍 有する重量コ ンク リ - 卜の調合においては、 水に代えて小氷塊 を用い、 その水セメ ン ト比を 4 5 %以下となし、 セメ ン ト 、 骨 材等と小氷塊の表面に生じた少量の融解水で湿潤した凝似固相 状態において攪伴、 混合し巨視的均一系となし、 続いて小氷塊 の融解に伴ない徐々に均一系に移行せしめることができる。

この調合方法では小氷塊の一部を融解せしめ、 その融解水で 湿潤したこ の発明でいう "擬似固相伏態 " でセメ ン ト 、 骨材等 と小氷塊とを攪伴混合する。 表面が湿潤した氷塊表面にはセメ ン ト粒子や微細な細骨材類が付着し、 こ の付着した微細粒子は 少量の水を吸収して粘着性を帯び氷塊を核にして小塊を形成す る。

この擬似固相伏態においては、 水セメ ン ト比力 4 5 %以下の 低い値であっても、 小氷塊を核にした小塊は、 固相に似た挙動 をなし、 周囲のセメ ン ト、 骨材等の固体粒伏物中に分散し、 対 流混合が支配的な短時間の混合により、 容易に骨材等が均一に 分散した巨視的均一系になる。 また、 こ の凝似固相伏態におい ては、 小氷塊を核にした小塊表面は次第に粘性を帯び、 （乾燥 固体粒の混合で起る高比重粒の分離のごとき現象は起らず） 高 比重の骨材であっても均一に分散せしめることができる。 こ の 凝似固相状態は組成物を攪伴、 混合する初期に比較的短時間出 現する こ とによ り その主目的は達成される。

巨視的均一な混合系を経て、 氷塊は雰囲気温度下において徐 々に融解し、 融解水は周囲の固体を濡して擬固相状態 ら粘性 を帯びた均質なコ ンク リ — トスラ リ —に移行する。

この調合方法では水セメ ン ト比は 4 5 以下でなければなら ない。 例えば、 セメ ン トノ細骨材ノ粗骨材- 1 / 2 / 2 (重量 比） のコ ンク リ 一 トの場合 2 5〜 4 5 %の範囲が好適である。 2 5 %未満であると均一なコ ンク リ 一 トをつく ることが困難と なり、 通常のバイ ブレータ -を用いた打設では充分な締固め密 実な充壚がむずかし く なる。 4 5 %以上になると高比重の粗骨 材の分離が起り易 く なり不適当である。

この調合方法でつく る重量コ ンク リ ー トば、 例えば原子力発 電所の遮蔽壁等に用いるこ とができ、 その場合骨材として鉄片 (比重 d = 7.86〉 ， 鉛片 （11.34 ) 等の金属片、 磁鉄鉱 （4.5 〜 5.2 ) , 砂鉄 （ 4〜 5 ). , 褐鉄鉱 （ 3〜 4 ) , 針鉄鉱 （ 4〜 5.3 ) , チタ ン鉄鉱 （4.2 〜 4.8 ) , りん鉄 （5.8 〜 6.3 ) 等 の鉄化合物あるいはバラ ィ ト （ 4〜 4.7 ) , 銅からみ （約 3.6 ) 等の高比重のものが用いられる。

低温条件下での耐低温性乇-ルタル類の—製造においてはセメ ン ト - 骨材等の混合物に水セメ ン ト比 45%以下の量の小氷塊を加 え、 小氷塊の表面に生じる少量の融解水で湿潤した擬似固相伏 態において攪伴混合し巨視的均一系となし、 続いて小氷塊の融 解に伴なぃ徐々に均一混合系に移行せしめることにより高品質 のモルタル類を得ることができる。

巨視的均一な混合系を経て、 小氷塊は雰囲気温度下で徐々に •融解するが、 この水は微細に分散してセメ ン トを主体とする粒 子に吸着されて、 全体の混合系は 4 5 %以下の低水セメ ン ト比 であっても均質性が高い組成物に移行する。 従来の水を添加す る方法で水セメ ン ト比が 4 5 %以下の組成物をつく ろう として も水分を均一に分散せしめることはむずかしい。

この製造方法でつく つた組成物は水が極めて均一に分散吸着 されてあり、 かつ水セメ ン ト比が 4 5 %以下で比較的少量であ るので遊離した水が凝集して存在することはない。 この伏態の 水は凍結温度が低く 、 仮に凍結しても塊り状となった氷片を形 成しないので、 凍結による被害が小さい。 また、 この組成物は 水セメ ン ト比が低く 、 単位水量が少ないので、 セメ ン トの水和 反応熱が水の昇温に消費される割合が小で、 例えば養生初期に 短時間保温を図り、 水和反応を促進させるならば、 その反応熱 によ ¾温度を維持し凍結を起こすことな く凝結硬化を進行せし めるこ ともできる。

また、 この製造法でつく ったモルタル類は、 打設する時点に おいては氷塊は残存しない均一系としなければならない。 打設 する以前の氷塊が残存する状態では水和反応は殆んど進行せず、 融解後においてもしばら く の間は低温であって水和反応が緩慢 な伏態にあるので、 水和反応の進行による粘土の増大、 すなわ ち可塑性の低下をもたらすこ とな く 良好な作業条件を保ち、 打 設し密実な硬化物をつく るこ とができる。

添加する小氷塊は水セメ ン ト比 4 5 %以下の量である。 例え ばセメ ン トノ砂 = 1 ノ 2 のモルタルの場合'、 水セメ ン ト比が 45 %以上となると遊離した水が存在するようになり好ま し く ない。 また、 セメ ン トペース 卜の場合は、 水セメ ン ト比がモルタルと 同じであっても単位水量が多く なるので水セメ ン ト比は 2 0 〜 2 5 %以下が好ましい。 しかし、 通常の骨材を混合したモルタ ルあるいはコ ンク リ 一 ト組成物の場合は 4 5 %以下の水セメ ン ト比とすることにより、 この発明の目的を達成できる。

またモルタ ル類に補強用繊維を混入し繊維補強モルタル類を 製造する方法において、 混入すべき補強用繊維と、 水とを共存 させて凍結し、 補強用繊維を氷片中に封入した状態でセメ ン ト 系組成物に添加し、 混入するこ とができる。

氷片は組成物中において、 骨材のごと く 挙動し対流を主とす る攪伴により容易に均等に分散し、 徐々に融解するに伴ない封 入された繊維長が比較的短かい短繊維は組成物中に放出される。 すなわち、 繊維は 1つの氷片に封入された群を 1 つの単位とし て 1次分散し巨視的均一系となり、 氷片が融解するに伴ない繊 維群は 2次分散して 1つの短繊維を単位として分散する。 同時 に融解した水ば周囲の組成物を湿潤して均質なモルタル類を形 成する。 従って繊維混入量が著し く多い場合を除いて、 繊維が 邂逅する機会は低く 、 絡り合いは著し く减少する。 また、 混合 の過程において、 繊維は氷片中に封入された状態にある時間が 县く 、 外力による破損を受ける機会が低減する。

この製造方法では、 補強用繊維は繊維長が县ぃ繊維を水と共 に凍結し、 この凍結氷を所定の寸法に破砕し、 同時に繊維長を 所定の县さに揃えることができる。 また、 所定の繊維县の短絨 維を水と共に凍結し、 これを破砕して用いてもよい。 繊維と水 とが共存時に繊維が沈降し凍結氷中での繊維の分布が不均一と なっても破砕した氷片として混合し、 均等に分散せしめること ができるので差支えない。

この製造方法において、 モルタル類に添加する水の全量 （骨 付等に付着し持込まれる水は賒く） を破砕した氷片と加えても、 あるいは一部を水で添加し残りを破砕氷片として加えでもよい。 例えば添加する水の一部を繊維を封入した氷片となし、 残りを 封入しない氷片となし、 先ず封入しない氷片セメ ン ト、 骨材そ の他添加剤等からなる混合物に添加し、 攪伴、 混合後に、 繊維 を封入した氷片を添加し混入することができる。 また、 上記の 封入しない氷片に代り水を用いてもよい。 あるいは、 添加すベ き水の全量を織維を封入した氷片となし添加混合して補強用織 維を混合したモルタル類としてもよい。 要は補強用繊維を氷片 に封入した状態で組成物に添加し混合すればよい。 しかし、 添 加すべき水の全量を繊維を封入した氷片とするこ とにより、 繊 維の氷片中での分布密度を最低となし得るので、 繊維の絡り合 いを防ぐ上で好適である。

この製造方法で用いる繊維の繊維長は数™〜数 onであり、 従 来の製造方法で用いたものより も县く することができる。 破砕 氷片の粒径を封入した短繊維の繊維長程度とするならば、 氷の 破砕により短繊維が切断される確率を低く押えることができ、 補強を阻害する恐れはない。 また、 予め繊維長が長い繊維を用 い、 氷の破砕に伴なう切断により所望の繊維县となしてもよい。

なお、 補強用繊維を封入した氷には、 繊維の分散を促進する ための界面活性剤、 あるいは增粘剤、 セメ ン ト凝固遅延剤、 A E剤等の添加物を随時添加、 混入せしめることができる。

この発明のモルタル類の製造方法において、 加圧成形を行な う場合のモルタル類の成形方法は、 セメ ン トあるいはセメ ン ト， 骨材等の混合物に水セメ ン ト比 4 5 %以下の量の小氷塊を加.え、 セメ ン ト， 骨材等と小氷塊とを小氷塊の表面に生じる少量の融 解水で湿潤した凝固相伏態において攪伴混合し巨視的均一系と なし、 読いて小氷塊の融解に伴ぃ徐々に均一混合系のモルタル 類に移行せしめ、 このモルタル類を 3 0 kg erf以上の圧力で加 圧成形するこ とにより行なう。 - この成形方法で用いるモルタル類は水セメ ン ト比 4 5— %以下 でな くてはならない。 4 5 %以上では低水セメ ン ト比のモルタ ル類のよう な強度を発現することができな く なり、 かつ、 流動 性を帯び加圧成形の効果が発揮しがた く なり好ま し く ない。 よ り好ましい水セメ ン ト比の範囲は、 セメ ン トペース 卜の場合は 5 〜 3 0 %であり、 この範囲で均一な混練， 加圧による密実な 成形体の形成が可能となる。 このセメ ン トペース 卜に砂を混合 したモルタル、 モルタルに砂利が加ったコ ンク リ ー 卜の場合は ヮ 一力 ピリ ティ が低下するのでセメ ン トペース トに比べて水セ メ ン ト比を高く しなければならない。 例えばセメ ン トノ砂 = 1 / 2 の-モルタルの場合は 1 5 〜 4 0 %、 セメ ン トノ砂ノ砂利 = 1 Z 2 / 2 のコ ンク リ. — 卜の場合は 2 5 〜 4 5 %程度である。 したがって、 この成形方法で用いるモルタル類は水セメ ン ト比 4 5 %以下である。

従来の通常の水セメ ン ト比のモルタル類は液伏で流動性があ り、 1 0 〜 2 0 kg Z oi程度の成形圧力で圧縮効果は飽和する。 しかし、 水セメ ン ト比が 4 5 %以下で実質的に液相としての流 動性を示さないこの成形方法で用いるモルタル類は 2 0 kg / αί 程度では圧縮効果は飽和しない。 この成形方法では 3 Q g / d 以上の加圧下で成形しなくてはならない。 より具体的にはモル タル類の水セメ ン ト比におう じ成形圧力を設定し密実な成形体 を形成する。 逆の見方によれば成形時の圧力に応じて欠陥がな く密実な成形体が得られる範囲で 4 5 %以下の低い水セメ ン ト 比が設定される。 水セメ ン ト比が 4 5 以下のモルタル類は逋 常， 飽和に近い高圧で加圧成形しても、 水が絞り出されず、 あ るいは ί盖かしか絞り出されず、 実質的に非排水の条件下で加圧 成形することができる。

この成形法は小水塊による低水セメ ン ト比の効果と高圧の成 形による締固めの効果とがー体となり、 高強度を発現する。 ま た、 実質的に非排水の条件下で加圧成形するので排水による欠 陥部分の発生がな く 、 成形時の加圧力の不均衡に伴なう、 厚み 斑等の寸法精度の低下が起らない。

また、 この発明におけるモルタル類の輪送方法として、 セ ン ト と骨材等に小氷塊を加え、 これらを小氷塊の表面に生じる 少量の融解水で湿潤した擬似固相状態において攪伴混合し、 巨 視的均一系となし、 このよう にして調合したモルタル類を断熱 を施した空間、 あるいは冷却した空間に収納し輸送することに より、 水和反応の進行を抑制し、 長時間の輪送あるいは長距離 の輪送を可能とするこ とができる。 この輪送方法では、 モルタル類を調合する際に、 水の代りに 小氷塊を加え、 セメ ン トまたはセメ ン ト 、 骨材等と擬似固相伏 態で混合する。 小氷瑰は周りにセメ ン トあるいはセメ ン ト ， 骨 材等が付着し、 粉体がまぶされた粒子のごとき 態となり、 分 散して微視的には不均質であるが巨視的には均質の混合系を形 成する。 この様に調合してなったモルタル類は低温であり、 水 和反応に係る融解した遊離水の量も当初は少ないので、 従来の 水を加えたモルタル類に比べ水和反応は極めて緩慢である。 ま た、 粉体がまぶされた粒子のごとき伏態の小氷塊は断熱層で S れた形となって融解しがた く遊離水量を押えて、 水和反応を抑 制するのに寄与する。

このように調合した ルタル類は、 好まし く は断熱された空 間、 例えば断熱材で覆れた ト ラ ッ ク ミ キサ -車の ト-'ラム內に収 納して輸送する。 あるいは冷却した空間、 i列えば冷却装置によ り冷却されている ト ラ ッ ク ミ キサ—車の ドラム内に収納して輸 送する。

こ のよ う にモルタ 類は低温伏態で調合され、 水を添加した 場合に比べ融解水が少な く 、 輸送を断熟あるいは冷却した空間 に収納して行なうので、 昇温や小氷塊の融解が抑制されて水和 反応が進行しがた く 、 モルタ ル類は'县時間の輸送、 あるいは县 距離の輪送に耐えることができる。

こ の方法で輪送されたモルタル類は所定の地点に輪送された 後に、 打設， 施工される。 小氷塊は自然， 加熱， 加圧等の手段 により融解させる。 融解した水は周囲のセメ ン トあるいは骨材 等を湿潤して均質なモルタ ル類を形成し、 モルタ ル類の昇温と ともにセメ ン 卜の水和反応が進行して硬化物となる。

氷の融解時間は小氷塊の温度および氷径を適宜選定して生モ ルタル類の水和反応く までの時間を制御できる。 氷径を所定の 値にするため必要に応じて粒伏氷を篩分けして用いることもで きる。 粒状氷は所定温度の氷塊を粉砕して用いてもよいし、 粒 伏となした氷を所定の温度に深冷して用いてもよい。 また、 セ メ ン ト骨材等を予め冷却しておき、 モルタル類を調合すること もできる。

なお、 この輪送方法では、 セメ ン トの水和反応に必要とする 水の全量を小氷塊として供給するのが好ましいが、 通常、 砂そ の他骨材類は多少の水分を含有するので、 これら原料に同伴す る水分を除いた水量を小氷塊で供給することになる。

上述のようにこのモルタル類の輪送方法ば輪送中のモルタル 類の水和反応を抑制し、 モルタル類の打設までの時間を遅延せ しめるこ とができる。 このため生コ ンク リ ― トプラ ン ト等のモ ルタル類製造ブラ ン 卜の供給領域を拡大し稼働率を向上せしめ たり、-遠隔地におけるモルタル類を打設する工事の能率化を図 るこ とができる。

この発明の土木工事への適用例としてセメ ン ト、 骨材等と小 氷塊とを、 小氷塊の表面に生じる少量の融解水で湿潤した擬似 固相伏態において攪伴混合し巨視的均一系となしたパイ ル造成 材料を外管内に投入し、 かつ外管を所定深さまで打込んだ後そ れを引上げながら内管によつて、 前記材料を地盤中に圧入して 締め固め前記小氷塊の溶解によって生ずる水とセメ ン小とを水 和反応させて前記材料を一体的に固化させるコ ンパク ショ ンパ ィル工法について説明する。

この発明によるコ ンパク ショ ンパイ ル工法では砂中にセメ ン ト粉末および固相の小氷塊が混入されているが圧入、 締固めに 際しては砂のみの場合と略同様の施工ができる。 締固め後小氷 塊が融解し、 セメ ン ト と水和反応して砂とともに硬化してモル タルパイ ルとなり 、 サン ドパイ ルより も強度が大であり、 地下 水で流失される恐れが少ない。 さらに水和反応に要する水を小 氷塊により う るので、 水セメ ン ト比を低下され、 均質な調合が できる。 .

さらにこの発明は現場打ちコ ンク リ — トパイルの造成にも応 用することができる。 すなわち砂等の細骨材に加えて砂利等の 粗骨材を使用するこ とによってゴンク リ 一 トパイ ルとするこ と ができる。 そしてこの場合も粗骨材、 細骨材とセメ ン 卜が十分 混合され、 確実に地盤中に圧入され、 密実で、 均質なコ ンク リ ー トパイ ルとすることができる。

図面の簡単な説明

第 1図、 第 2図、'第 3図はそれぞれ実施例 A - 2、 比較例 1 , 2 の鋼球の分散を示す硬化体の縦方向の切断面の図面、 第 4図， 第 5図， 第 6図はそれぞれ実施例 A — 3 の （方法し 2 , 3 ) の経過時間と温度との相関グラフ、 第 7図， 第 8図はそれぞれ 実施例 A — 4 のセメ ン トペース トおよびモルタルの水セメ ン ト 比と強度との相関グラフである。

第 9図は実施例 B のセメ ン ト ミ ルクの経過時間と温度および 粘度の相関グラフである。

第 1 0図， 第 1 1 図， 第 1 2図， 第 1 3図， 第 1 4図はそれ ぞれ実施例 Cの水セメ ン ト比 3 5 % , 4 0 % , 4 5 ¾ , 5 0 ¾ , 5 5 %の硬化体試料割裂面の鋼球の分散度を示す図であ _る。

第 1 5図， 第 1 6図は実施例 Dのセメ ン トペース トおよびセ メ ン トモルタルの供試体の圧縮強度比と水セメ ン ト比との相関 グラフである。

第 1 7図は実施例 Gのセメ ン トペース トの経過時間と温度と の相関グラフである。

第 1 8図， 第 1 9図， 第 2 0図および第 2 1図はサン ドパイ ルを造成するこの癸明の施工過程の概要を示した断面図、 第

2 2図， 第 2 3図， 第 2 4図および第 2 5図はコ ンク リ ー トパ ィ ルを造成するこの発明の施工過程の概要を示した断面図であ る。 実施例の説明

以下、 この発明の具体的な実施例について説明する。

〔実施例 A - 1 〕

(目的）

水に代えて小氷塊を用いたセメ ン ト系組成物の製造方法の第 1 の特性は練り混ぜ性能にある。 しかしながらこの練り混ぜ性 能を直接的に定量的に評価することは極めて困難である。 従つ てこの実施例 A — 1 においてはマク ロな立場で間接的に評価す る手段を用いた。 具体的には極めて水セメ ン ト比が低い領域の セメ ン ト ペース トをつ く り 、 その強度特性を調べた。

(方法）

小氷塊は 0. 6 腿の篩を通つたものを用いた。 混合開始まで、 小氷塊、 セメ ン トは冷凍室内で - 2 0 で程度の低温に保った。 この小氷塊とセメ ン トを水セメ ン ト比 4 %および 7. 5 %め割合 で混合し、 室温 2 0 ° でモルタルミ キサーを用い攪拌し、 氷塊 が完全に融解した後加圧成形用型枠内に充瑱し、 1 0 0 0 kg / cniの圧力で短時間 （加圧から除荷まで約 5分） 加圧成形し 4 cm X 4 on (加圧方向） X I 6 onのセメ ン トペー ス ト供試体を つ く った。 4週間の密封養生後、 曲げおよび圧縮試験をおこな つた。 - (結果）

(考察）

水セメ ン ト比 4 % , 7. 5 %の超低水セメ ン ト比のセメ ン トぺ ース トをつく ることができ、 かつその硬化物は相当大きな圧縮 強度、 曲げ強度を癸現した。 この 2点から本製造法による低水 セメ ン ト組成物の均質性が間接的ではあるが確認された。

〔実施例 A— 2〕

(目的）

骨材分離の i頃向が大き く表れるように、 セメ ン ト と比重差が 大きい鋼球を骨材としてセメ ン ト ペース トをつく り、 骨材の分 離を検討した。

(方法）

骨材として直径 3 ««の綱球を用いて下記組成のセメ ン トぺー ス トをつく り骨材分散のモデル実験を行なった。

組成 ： 水 ノセメ ン トノ鋼球 （直径 3 mm )

0. 2 / 1. 0 / 1. 0 (重量比）

上記組成物を水にかえて小氷塊を用い 1 5 'c の室温下凝似固 相状態で練り混ぜ凝似固相伏態のまま 5 0 の縦置の円筒型 枠内に充填し、 1 2 の棒伏バイ ブレータ—を型枠の端に揷 入して 3 0秒間振動を加えた。 氷塊を完全に融解せしめた後、 上部から約 2 0 kgの力で締固めて硬化せしめた。 こ の硬化体の 中央部 （幅 2 0 mm ) の縦方向の切断面で鋼球の分散を調べた (第 1図参照） 。

比較例 1 - 前記実施例 A - 2 と同一の組成で、 3 0秒間振動を加えるま での工程を - 2 0 °cの温度下で、 すなわち、 固相に極めて近い 伏態のまま練り混ぜて、 型枠への充塡加振を行い、 硬化せしめ て得た硬化体の中央部 （幅 2 0 B« ) の縦方向の切断面で鋼球の 分散を調べた （第 2図参照） 。

比較例 2

前記実施例 A - 2 に比べ、 水量のみ 2倍にかえ、 すなわち水 セメ ン ト比 0. 4 とな し水を用いて練り混ぜ、 充壚、 加振を行い、 硬化せしめて得た硬化体の中央部 （幅 2 0 n ) の縦方向の切断 面で鋼球の分散を調べた （第 3図参照） 。 (考察）

混合材を均質に混合、 分散せしめ、 分離を生じさせないため には、 氷塊の一部を融解せしめ、 凝似固相状態となし、 適度の 粘度をもたせることが有効であることが判った。

〔実施例 A - 3〕

(目的）

水とセメ ン トの水和反応速度を調べるためにセメ ン トペース 卜の混練り後の温度変化を測定した。

(方法 1 )

水セメ ン ト比 0. 3 の混合物を約 3分間混練り してセメ ン ト べ 一ス トをつく り、 内法が？ 0!1 7 011 >< 1 4 011 (高さ） の合板

(厚さ 9 ) 製の箱に 1 2 cmの高さに充塡し、 その箱内の中央 部の温度を熱電対で測定した。 経過時間と温度との関係を混練 - 前の水または水塊とセメ ン ト'の温度をパラメ ータ—として第 4- 図に示した。

(方法 2 )

前記 （方法 1 ) のセメ ン トペース トを内法が 1 0 cm X 1 0 cm X 1 0 cmの 3 0 mm厚の発泡スチ口ール樹脂板で作成した断熟箱 に充壚し、 中央部の温度を熱電対で測定した。 充填後の-経過時 間と温度との関係を混練前の水または氷とセメ ン トの温度をパ ラメ一ターとして第 5図に示した。 また、 同時に混練後の室温 放置の影響もしらベた。

(方法 3 )

水セメ ン ト比 0. 2および 0. 4のセメ ン トペース トを室温のセ メ ン ト、 水を用いてつ く り 、 厚さ 3 0 職の発泡スチロール樹脂 板製の内法 1 0 cm X 1 0 cm X 1 Q cmの断熱箱に充塡し、 中央の 温度を測定した。 経過時間と温度との関係を第 6図に示した。 (考察）

第 4図は、 この製造方法を用い混練時の材料温度を低く する ことにより水和反応を相当遅延せしめう ることを示している。 第 5図は低.温で水和反応が遅れること、 また、 断熱伏態等の方 法で水和反応を制御しう ることを示している。 第 6図は水セメ ン ト比が低ければ水和反応が速いことを示している。

〔実施例 A - 4〕

(目的）

この製造法で使用し得る小氷塊の形状、 態様等の検討を目的 とした。 そこで小氷塊を室温 （ 1 5 〜 2 0 'c〉 でアイ ススライ サ一を用いてつ く り 、 これを用いてセメ ン トペース トおよびモ ルタルをつく り強度試験を行った。 具体的にはこの実施例にお いて、 スラ.イ スした小氷塊の表面にすでにある少量の水膜の影 響および氷塊を用いるこ とによる硬化体への悪影響の有無を確 認した。

('方法）

水セメ ン ト比をパラメ ータ 一にして、 アイ ススライ サ一で破 砕した小氷塊とセメ ン ト （室温 1 5 〜 2 0 ΐ ) および川砂 （粒 径 2. 5 mm以下、 表乾をセメ ン トの 2倍量） を用いセメ ン トぺ ー ス トおよびモルタルを作成した。 このペース トおよびモルタル を氷塊が完全に融解した後、 4 cm X 4 cm X 1 6 cmの型枠 _内に手 突きで密に充填し 4週間密封養生して硬化物をつく り、-その曲 げ強度および圧縮強度を測定した。

(結果）

セメ ン トペース トおよびモルタルの強度をそれぞれ第 7図、 第 8図に示した。

(考察）

水セメ ン ト比が 2 0 %前後の低水セメ ン ト比領域は従来、 練 り混ぜ、 打設が極めて困難であったことから、 ほとんど資料の ない領域である。 したがって、 定量的な検討はできないが第 7 図、 第 8図に示されるように、 ペース トにおいては 2 0 %前後、 モルタルにおいては 2 5 %前後の低水セメ ン ト比領域で、 相当 高強度がえられているという ことから考えて

(a) 実用的に使用しう る小氷塊の形状、 状態の範囲は相当に広 く、 アイススライサーで製造した小氷塊で十分に目的を達成 することができる。

(b) 小氷塊を用いて混合攪拌することによる悪影響はないと結 論しう る。

〔実施例 A — 5〕 '

(目的）

本製造法により、 従来殆ど不可能といわれていた低水セメ ン ト比領域のコ ンク リ - トを多量に製造し、 実大の鉄筋コ ンク リ ト構造物模型をつく り、 その数個所からコア一を切出し、 圧 縮試験を行い、 この製造方法の評価を行った。

(方法） " 階高 2 7 5 cm、 拄断面 4 0 X 4 0 cm、 梁断面 3 0 X 6 0 on、 スラブ厚 1 2 cm、 壁厚 1 2 cmのほぼ実際の鉄筋コ ンク リ 一 ト逑 物の寸法に近い型枠を作成し、 配筋状態も通常の鉄筋コ ン ク リ - ト建物と同程度のものとした実大模型でコ ンク リ - トを打設 した。 - コ ンク リ ー トの調合は、 氷ノセメ ン ト /砂 （最大粒 5 ¾» ： 表乾） /砂利 （最大粒径 2 5 m : 表乾） の重量比を、 0. 3ノ 1. 0 ノ 1. 5 1. 5 とした。

小氷塊としては、 アイ ススライサーで製造したものを一 1 0 で程度の冷凍室に保存し使用直前に再破砕したものを用いた。 ミ キサーは強制練り混ぜも行った。 このようにして製造したコ ンク リ ― トを捧伏バイ ブレーターを用いて、 ていねいに型枠内 に充壚した。 コ ンク リ ― ト打設 1週間後に型枠をはずし、 気中 養生 （東京 ' 夏期） を行った。 打設 2 8 日後に柱下部、 柱中間 部、 柱上部、 梁から計 7体の直径 1 0 cm 高さ 2 Ο ηの圧縮試

I 験片を切り出し、 圧縮試験を行った。

(結果）

水セメ ン ト比が 3 0 %という低水セメ ン ト比のコ ンク リ 一 ト を極めて密実に打設することができた。 7体の圧縮試験片の圧 縮強度は、 6 1 1 〜 7、 1 3 kg Z en!で平均値は、 6 6 2 kgノ erf で あった。

(考察）

水ノセメ ン トノ砂ノ砂利の重量比 0. 3ノ 1. 0 ノ 1. 5 / 1. 5 で 抄、 砂利の比率が少ない、 すなわち、 セメ ン ト量が多いコ ン ク リ - トであるが、 従来、 混和剂を用いなければ殆ど不可能であ るとされていた少水量のコ ンク リ ― トを極めて密実に打設する ことができ'た。 これは、 小氷塊を用いることによって、 練り混 ぜが容易になったこと、 および水和反応を遅延せしめ、 締め固 めに十分な時間がとり得るこ とによる。

各部位から切り出した圧縮試験片の圧縮強度は、 6 1 1 〜 7

1 3 kg / cn!であり、 極めて密実な高品質コ ンク リ — トの打設が 行い得たことを示している。

〔実施例 B〕

(目的） - 単に水を凍らせたものに代え、 水溶性高分子物質を水 -に溶解 し、 その溶液を凍結させ、 これを小氷塊として用いた場合の実 験を次のようにして行った。

(方法)

セメ ン ト 1 0 0 0 g

※メ チルセルロ ー ス 1, 96 %水溶液 3 0 0 g の破砕氷片 （— 2 で 〉 水ノセメ ン 卜比 2 9 % メ チルセルロ ース セメ ン ト比 0. 5 8 8 ¾

※破砕氷片は下記の水溶液を凍結し、 スライサー

で小氷片に破砕したもの。

水 4 5 0 g 、 メ チルセルロ ース （ ί言越化学ハイ

メ ト ロ 一ス） 1 0 g、 N a O H 0. 5 %水溶液 1 0 g

上記組成物をモルタルミ キサ一で混合、 混練しセメ ン ト ミ ル クを調合した。

(結果）

混練に際してメ チルセルロ ースによる粘度上昇は起こ らず、 容易に均質プぶ組成物が得られた。 この組成物は混練後、 第 9図 のダラフに示すごと く 、 温度の上昇に伴い顕著な粘度の増大を もたらした。 なお、 粘度は、 東京計器製、 B型粘度計ローター No. 7を用い 2 r p m で回転開始 3分後の値である。 またグラフ中 Xは髙粘度のため測定不能となつた点を示す。

この調合方法によれば、 セメ ン ト水系組成物の高粘度による 攪拌、 混練の困難性が起こ らず、 容易に水 m性高分子物質を混 入して均質な組成物をつく ることができる。 また、 添加すべき 水セメ ン ト比を低く なし、 母讨強度の向上を図ることが-できる 〔実施例 C〕 - (目的）

高比重の粗骨材を用いて重量コ ンク リ - トを混練製造し、 こ れを運搬、 打設、 締固める工程における粗骨材の分散を確かめ るためのモデル実験を行った。

(方法）

高比重粗骨材として 3 m_a øの鋼球を用い、 セメ ン ト Z砂 鋼 球 （重量比） が 1 / 2 Z 3 の重量コ ンク リ - トを水に代わり小 氷塊を用いてつく った。 なお、 砂は、 2. 5 ∞以下の川砂を表乾 で用いた。 水セメ ン ト比 3 5 %, 4 0 ¾ , 4 5 %, 5 0 %, 5 5 %の 5 種類を、 先ずセメ ン ト、 砂および小氷塊を混合攪拌し、 小氷塊 が融解した後、 鋼球を混入して混練した。 こ の重量コ ンク リ ー トを直径 5 cm X高さ 1 0 cmの型枠に入れ、 型枠の外側からバイ ブ レーターで 3 0秒間振動を加え締固めた。 簡単に表面仕上げ を行って硬化せしめ硬化体試料をつく つた。 この試料中央部を 縦方向に割裂させ、 割裂面で鋼球の分散度をしらべた。

(結果）

水セメ ン ト比 3 5 %, 4 0 %, 4 5 %, 5 0 %, 5 5 %の試 料割裂面の写点を、 それぞれ第 1 0図， 第 1 1図， 第 1 2図， 第 1 3図， 第 1 4図に示した。

(考察）

重量コ ン ク リ - ドの製造において、 高比重の粗骨材の分離を 生じさせず、 均一に分散させるためには、 水セメ ン ト比を低く 抑さえ、 相当硬練り とする必要がある。

水に代えて小氷塊を用い、 その水セメ ン ト比を 4 5 %以下と することにより 、 ①低水セメ ン ト比であっても均質性が高いコ ンク リ ― ト ス ラ リ ーをつ く る こ とができ る。 ②コ ンク リ 一 ト ス ラ リ ―は粘度が高く打設時の粗骨材の分離が起こり難い-。 ③低 温で混練、 調合し、 打設時まで余猶をもって水和反応を—抑制し、 ヮ一力ピリ ティ を維持できる。 ④低水セメ ン ト比による高強度 をコ ンク リ ― ト母材に付与できる。

以上の通り この調合方法によれば、 高比重粗骨材が分離しが たい、 均一性が高く 、 高強度のコ ン ク リ ー トをつく るこ とを可 能とする。

：:実施例 D〕

この発明で低温条件下で小氷塊を用. 、たモルタル類について の実験を次のようにして行った。 - (目的） 初期凍害の影響をしらべた。

(方法）

(a) 各種水セメ ン ト比のセメ ン トペース トを小氷塊を用いて作 り、 小氷塊が完全に溶解した時点で鋼製型枠 （ 4 X 4 X 1 6 (h) cm ) に充璲打設し、 打設直後および打設後 4時間、 1 5 'C の室内で養生した後、 - 2 0 で の冷凍室に 2 4時間放置して 完全に凍結させ、 その後再び 1 5 で の室内で 2 8 ョ間養生し て供試体をつく り、 凍結させないで 1 5 で、 2 8 日間養生し - ものに対する強度比を求めた。

(b) セメ ン トペース ト Z川砂 （表乾 2. 5 ««以下） = 1. 0ノ 2. 0 の各種水/セメ ン ト比のセメ ン トモルタルを小氷塊を用いて 作り、 小氷塊が完全に溶解した時点で鋼製型枠 （ 5 αη 0 Χ . 1 0 cm h ) に充塡打設し、 打設直後一 2 0 で の冷凍室に 2 4 時間放置して完全に凍結させ'、 その後 4 0 'cの高温室で 7 日 間養生して供試体をつく り、 凍結させないで 4 0 。c 7 日間養 生したものに対する強度比を求めた。

なお、 養生は (a) , (b)とも密封養生である。

(結果）

セメ ン トペース トおよびセメ ン トペース トモルタルの供試体 の圧縮強度比 ―

(凍結させた供試体の圧縮強度） Z (凍結させない供試体の圧 縮強度）

をそれぞれ第 1 5'図および第 1 6図に示した。

(考察）

第 1 5図のセメ ン トペース ト の場合は、 凍結が起こる時期が 早いほど凍害が顕著にあらわれることを示すが、 水ノセメ ン ト 比が小であれば凍害は起こ らない。

第 1 6図のセメ ン トモルタルの場合は、 打設直後に凍結させ たものであっても水ノセメ ン ト比 4 5 %以下であれば顕著な凍 害は生じなかった。 セメ ン トペース トに比べ高い水ノセメ ン ト 比であってもモルタルの場合は単位水量が少ないので凍害は緩 和できる。

この製造法によれば水 セメ ン ト比 4 5 %以下のセメ ン ト組 成物を高い均質製をもって製造することができ、 打設時の凍害 を防止することができる。 また同時に良好なヮ一力ピリ ティを 付与し、 作業性を損なう こともない。

〔実施例 E〕

(目的）

繊維伏の補強材を混入した場合の練り混ぜ性を確認するため に、 通常均質な練り混ぜが極めて困難であり、 セメ ン トに対す る重量比 2. 0 %程度が均 分散の限度とされていた炭素繊維を 用いた練り混ぜ試験を行つた。

(方法） '

材料としては白色セメ ン ト、 繊維县 1 0 皿の炭素繊維を用い た。

組成割合 ： 炭素繊維 セメ ン ト /"水 （重量比） .

3 / 1 0 0 / 3 0

炭素繊維は調合すべき水に混ぜ込み、 凍結し、 氷塊をつ く り、 この氷塊をスラ イ ス して炭素繊維混入小氷塊となし、 セ-メ ン ト に混入しモルタルミ キサ一で攪拌混合した。

(a) 3 0秒攪拌したものを用い、 5 cm ( φ ) X 1 0 cm ( h ) の 硬化物 （試料 A ) をつく つた。

(¾) 3 0秒攪拌し、 氷塊が完全に融解した後、 更に 3 0秒攪拌 混練を行ったものを用い、 前記と同じ寸法の硬化物 （試料 B ) をつく つた。

(c) (b)をさ らに 3 0秒攪拌混練したものを用い前記と同じ寸法 の硬化物 （試料 C〉 をつく った。

(結果） 上記硬化物 A , B , Cについて中央で切断し、 繊維の分散状 態を調べたところ、 硬化物 Aでは繊維の小さな塊りが随所に見 られ、 硬化物 Bでは塊りは小さ く 、 かつ一様に分散され、 硬化 物 Cではさ らに繊維の分散が進み、 塊りのほとんどない一様な 均質な分散状態が観察できた。 '

(考察）

繊維混入氷をスライ ス して混合攪拌するこ とによって、 第一 次分散すなわち、 繊維の小さな固まりが分散する。 次いで、 小 氷塊-が溶解し、 セメ ン 卜 と水の混練体が適度の粘度を有する伏 態で混練すれば、 極めて短時間のう ちに繊維の小さな固まりが ほぐれ、 絨維は混練体に均質に分散される。 .

(方法） の項で示した手順によって従来、 均質に分散させる ことが極めて困難とされていた量の炭素繊維を硬化物 Cとして、 小さな繊維のみの塊りがほとんどない状態に分散させることが できた。

すなわち、 この製造法によると①混入する補強用繊維の絡ま り合いや、 切断が起こ り難く 、 繊維の強度を効率よ く 硬化物に おいて発揮でき、 ②同時に水セメ ン ト比が小さいセメ ン ト組成 物となして硬化物母材の強度を高めることができ、 ® ¾強度の 繊維強化セメ ン ト系硬化物をつく ることを可能とする。 - 〔実施例 F ― 1〕

加圧して排水可能な型枠内で下記条件で調合したモルタルを 加圧成形した。

モルタル ： 小氷塊ノセメ ン ト 川砂 （絶乾 2. 5™以下）

重量比， 0. 2 5 1. 0ノ 2. 0 ^ 加圧成形 ： 1 0 0 0 kg ad , 極く少量の水が絞出されたのみ で実質的に非排水であつた。

得られた硬化物の 7 B強度は

曲げ引張強度 1 1 6 kg Z crf . 圧縮強度 7 3 0 kgZoi であった。

〔実施例 F - 2〕

加圧排水可能な型枠内で下記条件で調合したセメ ン トペース トを加圧成形した。

セメ ン ト ペース ト ： 小氷塊 Zセメ ン ト

重量比， 0. 2 0 / 1. 0

加圧成形 ： 8 4 0 g/c , 極く少量の水が絞出されたのみで 実質的に非排水であった。

得られた硬化物の 2 8 日強度は

曲げ引張強度 2 5 4 kg / αί

圧縮強度 1 4 4 6 <^ であり、

超高圧成形により高強度の硬化物が得られる。

〔実施例 F — 3 〕

加圧排水可能な型枠内で下記条件'で調合したセメ ン トモルタ ルを加圧成形した。

セメ ン トモルタ ル ： 小氷塊 セメ ン ト 川砂 （絶乾 2. 5 mm以 下）

重量比， 0. 2 5 ノ 1. 0 ノ 2. 0

加圧成形 ： 3 0 0 kg/crf , 排水はなかった。 - 得られた硬化物の 7 日強度は - 曲げ引張強度 9 9 kg d

圧縮強度 7 0 4 kg//_CIi であった。

〔実施例 F - 4〕

加圧， 非排水型枠内で下記条件で超低水セメ ン ト比のセメ ン トペース トを用いて硬化物を形成した。

セメ ン ト ペース ト ： 小氷塊※ 1 ノセメ ン ト ※ 2

重量比， 0. 4 0 / 1. 0

および 0. 0 7 5 1. 0

1 … _ 2 0 °cの氷をふるいにかけ、 0. 6 mmのふるいを； つ た小氷塊である。 この小氷塊は、 アイ ススライサーで 破砕した氷を冷凍室で - 2 0 。c程度に深冷し再度破砕 してふるい分けたものである。

※ 2 0 で程度に深冷したセメ ン ト 。 .

加圧成形 ： 1 0 0 0 kg Ζ αίで排水することな く成形する。

得られた硬化物の 2 8 日強度は

曲げ引張強度 1 3 9 kgノ , 2 2 5 kg / cni

圧縮強度 5 6 7 kg / cii , 1 0 0 5 kg / crf であった。 以上、 実施例 F — 1 〜 F — 4より、 次のことが考察される。 小氷塊を擬似固相状態で攪拌混合してなつたモルタル類は、 低水セメ ン ト比であっても均質性が高く 、 加圧成形と組合せて 空隙を残すことな く密実な成形体を成形できるので、 低.水セメ ン ト比のモルタル類の本来の強度を成形体に発現できる。 また 加圧成形に伴う厚み斑等寸法精度の低下も生じない。

〔実施例 G〕

モルタ ル類の輪送における小氷塊の利用効果に関し、 次のよ うな実験を行った。 ·

粒伏水 （— 2 で） ノセメ ン ト （ — 2 0 -で） を 0. 3 Z 1 の割合 で、 攛拌混合してセメ ン トペース トをつく り、 その混合直後の 試料 （ I ) 、 混合後 1. 5時間室温 （ 2 6 〜 2 8 ） 放置 0試料 ( Q ) 、 2. 5時間室温放置の試料 （ ΠΙ ) 、 および比較例として 室温の水、 セメ ン ト （混合比 0. 3 Z 1 ) を混合したセメ ン ト べ —ス 卜の混合直後の試料 （IV ) を、 そぞれ内法が 1 0 、ズ 1 O x 1 0 cm . 厚さ 3 0 龍の発泡スチロ—ル断熱箱に充塡封入し、 そ の中心温度を測定した。 結果は第 1 7図のダラフの通りであつ 断熱箱内のセメ ン トペース トは水和反応に伴う反応熱で昇温 するが、 試料 （ I ) は大幅に水和反応を遅延せしめることがで きた。 室温 1. 5時間放置し約 2 cに昇温した試料 （ II ) 、 ある いは 2. 5時間室温放置約 1 6。cに昇温した試料 （ DI ) も常温の 水、 セメ ン トペース トを混合した試料 （IV ) に比べ水和反応を 遅延せしめることができた。

〔実施例 H - 1 〕

第 1 8図〜第 2 1図はサン ドコ ンパク シ ョ ンパイ ルの造成ェ 程を示したもので、 その施工状態を図示した実施例に基づいて 説明する。

この方法は軟弱地盤で、 密度の低い砂質地盤で、 脫水圧密を 目的としない場合に適当である。

先ず、 地盤に圧入するパイル造成材料として骨材となる乾燥 砂に固相のセメ ン ト粉末および氷を粉砕する等してえられた小 氷塊を混合したものを使用する。 なお、 その際セメ ン ト粉末と 小氷塊を先ず混合し小氷塊のまわりにセメ ン ト粉末をまぶした 伏態にしておき、 次いで骨材を混合する。 水セメ ン ト比は例え ば 2 0〜 3 0 %となるよう配合する。 使用する装置としては従 来のサン ドコ ンパク シ ョ ンパイ ルの施工に使用するものでよ く 、 外眚 2 と内管 3からなる。

施工に際しては前記パイ ル造成材料 1 の所要量を内管 3を通 じて外管 2 に投入し、 内管 3を打擊することにより 、 地盤改良 材料 1 を栓伏態にして外管 2を所定深さまで打込む。 その後外 管 2を引上げながら、 内管 3を通じて地盤改良材料 1 と外管 2 内に投入し、 かつ内管 3を上下動させながら打撃するこ とによ り地盤改良材料 1 を地盤中に圧入して締め固める。

以上の圧入、 締め固めを繰り返すことにより 、 地盤中に地盤 改良讨料のパイ ル伏体が形成される。

混入した固相の小氷塊は順次溶解してセメ ン ト と水和反応し て砂とともに一 ί本的に固化して相当の強度のサン ドパィ ルとな る。

〔実施例 Η — 2〕 第 2 2図〜第 2 5図は現場打ちコ ンク リ ー トバイルの造成 工程を示したものであり、 先ず、 地盤に圧入するパイ ル造成材 料 1 として砂利、 砂の粗骨材、 細骨材の乾燥したものを固相の セメ ン ト粉末および氷を粉砕する等してえられた小氷塊を混合 したものを使用する。 その水セメ ン ト比は 1 5 〜 3 0 %程度と なるように配合する。

施工に際しては外管 2 の下端にシュ— 4を設けて内管 3 とと もに所定深さまで打込み、 次いで前記パイ ル造成材料 1を投入 し、 内管 3で締め固めながら外管 2を引上げる。 なお必要によ り、 鉄筋 5を外管 2 内に揷入してからパイ ル造成材料 1 を投入 する。

産業上の利用分野

この発明のモルタル類の製造方法および施工方法では、 上述 のように小氷塊を用い、 ヮ一力ピ リ ティを損なう ことな く 、 擬 似固相伏態での攪拌混合による巨視的均一系、 小氷塊の融解に 伴う均一混合系を経て、 低水セメ ン ト比のもとに、 高品質、 均 一なモルタル類が製造でき、 'また骨材等の分離が生じ難い。 こ のような利点により土木、 建築分野で使用される一般のコ ン ク リ ー ト、 モルタル等を用いた成形、 施工、 さ らに重量ユン ク リ ー ト、 寒中コ ンク リ ー ト等、 特殊条件の下での施工等に広く禾 IJ 用できる。 また、 工場における、 高加圧のもとでのセメ ン ト組 成物の成形、 現場打ちコ ンク リ ー ト 、 擬似固相伏態を利用した モルタ ル類の長距離、 長時間輪送等にも利用される。

Claims

請求の範囲

1. 水に代えて小氷塊を用いる低水セメ ン ト比のモルタル類の 製造方法であって、 セメ ン ト、 骨材等と小氷塊とを、 小氷塊の 表面に生じる少量の融解水で湿潤した凝似固相状態において攪 伴混合し巨視的均一系となし、 続いて小氷塊の融解に伴い除々 に均一混合系に移行せしめ、 打設時までに実質的に全氷塊を融 解せしめることを特徴とするモルタル類の製造方法。

2. 小氷塊は氷をアイ ス · スライサーでス ラ イ ス したもの、 粒 伏氷、 小氷片または雪である請求の範囲第 1 項記載のモルタ ル 類の製造方法。

3. 小氷塊は水溶性高分子物質を水に溶解し、 その溶液を凍結 したものである請求の-範囲第 1 項記載のモルタ ル類の製造方法,

4. 水溶性高分子物質を粉末のまま添加混合する請求の範囲第 1 項記載のモルタル類の製造方法。

5. 水溶性高分子物質はメ チルセル口 -スである請求の範囲第 3項または第 4項記載のモルタル '類の製造方法。

S. 高比重の骨材を含有する重量コ ン ク リ - ト の製造方法であ つて、 水に代えて小氷塊を用い、 セメ ン ト 、 骨材等と小氷塊と を小氷塊の表面に生じた少量の融解水で湿潤した凝似固相伏態 において攪伴混合し巨視的均一系となし、 続いて小氷塊の融解 に伴ない除々に均一系に移行せしめることを特徴とする重量コ ンク リ ー ト の製造方法。

7. 骨材の比重は 3. Q 以上である i 求の範囲第 6項記載の重量 コ ンク リ ー ト の製造方法。

8. 水セメ ン ト比を 45 %以下とする請求の範囲第 6項または第 7項記載の重量コ ンク リ - トの製造方法。

9. 低温条件の下に打設される耐低温モルタル類の製造方法で あって、 水に代えて小氷塊を用い、 セメ ン ト、 骨材等と小氷塊 とを、 小氷塊の表面に生じる少量の融解水で湿潤した擬似固相 状態において攪伴混合し巨視的均一系となし、 続いて小氷塊の 融解に伴い除々に均一混合系に移行せしめ、 打設時までに実質 的に全氷塊を融解せしめることを特徴とする耐低温モルタル類 の製造方法。

10 . 水セメ ン ト比を 45 %以下とする請求の範囲第 9項記載の耐 低温モルタル類の製造方法。

1 1 . セメ ン ト系組成物に補強用,繊維を混入したモルタル類の製 造方法であって、 混入すべき補強用繊維と水とを共存させて凍 結し、 補強用繊維を氷片中に封入した小氷塊を形成し、 セメ ン ト、 骨材等と前記小氷塊とを小氷塊の表面に生じる少量の融解 水で湿潤した擬似固相状態において攪伴混合し巨視的均一系と なし、 続いて小氷塊の融解に伴い除々に補強用繊維が分散され た均一混合系に移行せしめ、 打設時までに実質的に全氷塊を融 解せしめることを特徴とする繊維補強モルタ ル類の製造方法。

12 . 水に代えて小氷塊を用いる低水セメ ン ト比のモルタ ル類の 成形方法であって、 セメ ン ト、 骨材等と小氷塊とを、 小氷塊の 表面に生じる少量の融解水で湿潤した凝似固相状態にお て攪 伴混合し巨視的均一系となし、 こ のよ う にして調合した-モルタ ル類を加圧成形し、 前記小氷塊の融解に伴い除々に均一混合系 に移行せしめ、 融解によって生じる水とセメ ン トとを水和反応 させることを特徴とするモルタル類の成形方法。

13 . 水セメ ン ト比を 45 %以下とする請求の範囲第 12項記戴のモ ルタル類の成形方法。

14 . 加圧成形のための圧力を 30kg Z crf以上とする請求の範囲第 12項または第 13項記載のモルタル類の成形方法。

15 . モルタル類を輸送するに当たって、 セメ ン トあるいはセメ ン トと骨材等に小氷塊を加え、 これらを小氷塊の表面に生じる 少量の融解水で湿潤した擬似固相状態において攪伴混合し、 巨 視的均一系となして輪送することを特徴とするモルタル類の輸 送方法。

16. モルタル類を断熱を施した空間、 あるいは冷却した空間に 収納し、 輸送する請求の範囲第 15項記載のモルタ ル類の輸送方 法。

17. セメ ン ト、 骨材等と小氷塊とを、 小氷塊の表面に生じる少 量の融解水で湿潤した擬似固相状態において攪伴混合し巨視的 均一系となしたパイ ル造成材料を外管内に投入し、 かつ外管を 所定深さまで打込んだ後それを引上げながら内管によって、 前 記材料を地盤中に圧入して締め固め前記小氷塊の溶解によって 生ずる水とセメ ン 卜 とを水和反応させて前記材料を一体的に固 化させることを特徴とするコ ンパク ショ ンパイ ル工法。

18. 骨材が砂である請求の範囲第 Π項記載のコ ンパク ショ ンパ ィ ル工法。

19 . 骨材が粗骨材と細骨材である請求の範囲第 17項記載のコ ン ノ ク シ ヨ ンノ、。ィルェ法。