JP2005298221A - 化粧モルタル及び化粧モルタル硬化体 - Google Patents

Abstract

【課題】 短時間で高強度を発現し、接着性に優れ、無収縮で、しかもコンクリート製品との色差が極めて小さい高強度・速硬性化粧モルタルを提供する。
【解決手段】ポルトランドセメント、カルシウムアルミネート、及び半水セッコウからなる結合材、炭酸カルシウム、並びに凝結調整剤を含有する化粧モルタル。短時間で高強度を発現し、接着性に優れ、収縮が小さく、コンクリート製品との色差が小さいため、土木・建築業界で使用されるコンクリート製品の化粧モルタルに適する。
【選択図】 なし

Description

本発明は、主に、土木・建築業界において使用される化粧モルタル、特にコンクリート二次製品の修復や化粧塗りに使用される化粧モルタル及び化粧モルタル硬化体に関する。

本発明における部や％は特に規定しない限り質量基準で示す。

コンクリート製品は工場で製造されるため品質が安定している。このため、現場打ちコンクリートと違って、工事の造成計画が立てやすいメリットがある。コンクリート製品の具体例としては、例えば、セグメントやプレキャスト床版などが挙げられる。

これらコンクリート製品は強度などの要求性能が規格値を満たしていることのほかに、美観も求められる。特に、コンクリート製品の表面に発生するアバタやクレータは美観を損ねる。このため、コンクリート製品の美観を保つために、化粧モルタルを塗りつけて表面改質を行うことが望まれている。

化粧モルタルに関する文献例としては、たとえば特許文献１〜３等が挙げられる。

このような化粧モルタルは、高強度であること、速硬性であることに加えて、接着性が良好なこと、そして、無収縮であること、色目が下地のコンクリート製品と同程度であることなど、多様な性能が求められている。

そこで、本発明者は、前記課題を解消すべく鋭意検討努力を重ねた結果、特定の材料を特定の配合割合で組み合わせて調製されるモルタルが、短時間で高強度を発現し、接着性に優れ、無収縮でしかもコンクリート製品との色差が極めて小さく、化粧モルタルとして最適となることを知見し、本発明を完成するに至った。

特開平５−３８７１１号公報 特開平６−８０４８６号公報 特開平１１−７９８１０号公報

新規な化粧モルタル及びその硬化体を提供する。

本発明は、ポルトランドセメント、カルシウムアルミネート、及び半水セッコウからなる結合材、炭酸カルシウム、並びに凝結調整剤を含有する化粧モルタルである。

本発明の化粧モルタルは短時間で高強度を発現し、接着性に優れ、収縮が小さく、コンクリート製品との色差が小さいという利点がある。

本発明のポルトランドセメントは、特に限定されず、普通、早強、超早強、低熱、及び中庸熱等のポルトランドセメントや、これらポルトランドセメントに高炉スラグやフライアッシュやシリカを混合した各種混合セメント、都市ゴミ焼却灰や下水汚泥焼却灰等を原料として製造された廃棄物利用セメント（エコセメント）、石灰石微粉末や高炉水砕スラグ微粉末等を混合した各種フィラーセメント等が挙げられ、これらのうちの１種以上が使用可能である。ポルトランドセメントは、3CaO・SiO₂含有量が60％以上のものを使用することが初期強度発現性、強度発現性、コンクリートへの付着強度が良く好ましい。

カルシウムアルミネートは、CaOとAl₂O₃を主成分とする化合物を総称するものである。本発明では、CaO/Al₂O₃モル比が0.75〜1.5のカルシウムアルミネートを用いる。カルシウムアルミネートの具体例としては、例えば、CaO・2Al₂O₃、CaO・Al₂O₃、12CaO・7Al₂O₃、11CaO・7Al₂O₃・CaF₂、3CaO・3Al₂O₃・CaSO₄などと表される結晶性のカルシウムアルミネートや、CaOとAl₂O₃成分を主成分とする非晶質の化合物が挙げられる。CaO/Al₂O₃モル比が低いと充分な強度発現性が得られないことがある。また、CaO/Al₂O₃モル比が高いと充分な可使時間が得られないことがある。

カルシウムアルミネートを得る方法としては、CaO原料とAl₂O₃原料をロータリーキルンや電気炉等によって熱処理して得る方法が挙げられる。カルシウムアルミネートを製造する際のCaO原料としては、例えば、石灰石や貝殻等の炭酸カルシウム、消石灰などの水酸化カルシウム、あるいは生石灰などの酸化カルシウムを挙げることができる。また、Al₂O₃原料としては、例えば、ボーキサイトやアルミ残灰と呼ばれる産業副産物のほか、アルミ粉などが挙げられる。

カルシウムアルミネートを工業的に得る場合、不純物が含まれることがある。その具体例としては、例えば、SiO₂、Fe₂O₃、MgO、TiO₂、MnO、Na₂O、K₂O、Li₂O、S、P₂O₅、及びF等が挙げられる。これらの不純物は本発明の目的を実質的に阻害しない範囲では特に問題とはならない。具体的には、これらの不純物の合計が10%以下の範囲では特に問題とはならない。

カルシウムアルミネートの粒度は、特に限定されるものではないが、ブレーン比表面積値で3,000〜9,000cm^２/gの範囲にあり、4,000〜8,000cm^２/g程度のものがより好ましい。粒度が粗いと強度発現性が充分でない場合があり、粒度が細かいと可使時間の確保が困難になる場合がある。

半水セッコウの粒度は、特に限定されないが、通常、ブレーン比表面積値で3,000〜9,000cm^２/gの範囲にあり、4,000〜8,000cm^２/g程度のものがより好ましい。粒度が粗いと強度発現性が充分でない場合があり、粒度が細かいと取扱いが困難になる場合がある。

炭酸カルシウムは、硝酸ナトリウム構造と硝酸カリウム構造等の多形が存在することが知られており、天然には方解石、氷州石、あられ石等として存在し、石灰石、大理石などとして産出する。炭酸カルシウムは人工的に合成することも可能であり、天然品、人工品のいずれも使用可能であるが、入手が容易な石灰石微粉末を用いることが好ましい。

炭酸カルシウムの粒度は、特に限定されるものではないが、通常、ブレーン比表面積値で3,000〜9,000cm^２/gの範囲にあり、4,000〜8,000cm^２/g程度がより好ましい。粒度が粗いと明度指数を調整できない場合があり、粒度が細かいと練り水の増加を招いて強度発現性を損ねたり、取扱いが困難になったりする場合がある。

凝結調整剤は、可使時間の確保に重要な役割を果たす。凝結調整剤は、様々な有機酸やアルカリ金属炭酸塩、ホウ酸やその塩類、リン酸やその塩類などが挙げられる。本発明では、アルカリ金属炭酸塩と有機酸の混合物を使用することが、可使時間の確保と強度発現性の観点から好ましい。

アルカリ炭酸塩は特に限定されるものではないが、その具体例としては、例えば、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸アンモニウム、重炭酸ナトリウム、重炭酸カリウム、重炭酸アンモニウムなどが挙げられる。有機酸は特に限定されるものではないが、その具体例としては、例えば、クエン酸、酒石酸、リンゴ酸、グルコン酸、コハク酸などのオキシカルボン酸およびそれらのナトリウム、カリウム、カルシウム、マグネシウム、アンモニウム、アルミニウム等の塩などが挙げられる。中でも、クエン酸が好ましい。

細骨材は、発熱量や寸法変化の低減、耐久性の確保の観点から重要な役割を果たす。細骨材は特に限定されるものではなく、その具体例としては、例えば、ケイ砂系、石灰石系、スラグ系、再生骨材系等に分類される。本発明では、これらのうちの１種または２種を併用することができる。

本発明の高強度・速硬性化粧モルタルにおける各材料の配合割合は、ポルトランドセメント10〜60部、CaO/Al₂O₃モル比が0.75〜1.5のカルシウムアルミネート10〜50部、半水セッコウ10〜50部、ポルトランドセメントとカルシウムアルミネートと半水セッコウからなる結合材100部に対して、炭酸カルシウム5〜20部、凝結調整剤0.1〜2部と、細骨材を200部以内の範囲である。

結合材100部に対してカルシウムアルミネートの配合割合が不足すると初期強度発現性や高強度化が達成できない場合があり、過剰に配合すると可使時間が確保しにくくなる場合がある。

結合材100部に対して半水セッコウの配合割合が不足すると初期強度発現性や高強度化が達成できない場合があり、また、適度な膨張性を与えることができない場合がある。逆に、過剰に配合すると過膨張となる場合がある。

炭酸カルシウムの配合割合が不足すると明度が足りない場合があり、逆に、過剰に配合すると明度が大きくなり過ぎて、いずれもコンクリート製品との色目の差が際立ち美観上好ましくない場合がある。

凝結調整剤の配合割合が不足すると充分な可使時間が確保できない場合があり、逆に、過剰に配合すると凝結遅延が強くなり、初期強度の発現性が悪くなる場合がある。

細骨材の配合割合が過剰だと練り混ぜ水が極度に多くなって、初期強度発現性や高強度化の達成が困難となる場合がある。また、充分な接着性や適度な膨張性も得られない場合がある。

水の使用量は、使用する目的・用途や各材料の配合割合によって変化するため特に限定されるものではないが、通常、水結合材比で40〜60％の範囲が好ましく、45〜55％がより好ましい。水結合材比が不足すると流動性を得ることが難しい場合があり、逆に、過剰だと初期強度発現性や高強度化の達成が困難となる。また、充分な接着性や適度な膨張性も得られない場合がある。

本発明では、高炉水砕スラグ微粉末、高炉徐冷スラグ微粉末、下水汚泥焼却灰やその溶融スラグ、都市ゴミ焼却灰やその溶融スラグ、パルプスラッジ焼却灰等の混和材料、減水剤、AE減水剤、高性能減水剤、高性能AE減水剤、消泡剤、増粘剤、防錆剤、防凍剤、収縮低減剤、ポリマー、凝結調整剤、ベントナイト等の粘土鉱物、並びに、ハイドロタルサイトなどのアニオン交換体等のうちの１種または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。

本発明において、各材料の混合方法は特に限定されるものではなく、それぞれの材料を施工時に混合しても良いし、あらかじめ一部を、あるいは全部を混合しておいても差し支えない。

混合装置としては、既存のいかなる装置も使用可能であり、例えば、傾胴ミキサ、オムニミキサ、ヘンシェルミキサ、Ｖ型ミキサ、およびナウタミキサ等の使用が可能である。

化粧モルタル硬化体の明度指数の評価は、材齢７日以上の硬化体を充分に乾燥させた後、ＪＩＳに規定された方法によって評価する。まず試験体の分光立体角反射率Ｒ（λ）をＪＩＳ Ｚ ８７２２「物体色の測定方法」で定められた方法で測定する。すなわち、試験体をあらゆる方向から均等に照明し、試験面の法線とのなす角度が２°の方向の反射光を分光測光器に受光させて、試験体の分光立体角反射率Ｒ（λ）を測定する。光源はＪＩＳ Ｚ ８７２０で規定されている光源を用いればよく、特に限定されないが、ＪＩＳ Ｚ ８７２０で規定されたＤ65の光源を用いることが好ましい。

次に、測定した分光立体角反射率Ｒ（λ）から試験体の反射による物体色の三刺激値Ｘ，Ｙ，Ｚ及びＸＹＺ表色系におけるｘ，ｙ，ｚをＪＩＳ Ｚ ８７０１「表色系による色の表示方法」で定められた方法で下記数１の式によって算出し、物体色の数値化を行った。

ＸＹＺ表色系における三刺激値のＹは、視感立体角反射率を百分率で表した値となる。

更に、試験体の反射による物体色の三刺激値Ｘ，Ｙ，Ｚをもとに、試験体の物体色をＪＩＳ Ｚ ８７２９「物体色の表示方法」で規定されたＬ^＊ａ^＊ｂ^＊表色系で表示した。ＪＩＳ Ｚ ８７２９によればＬ^＊、ａ^＊、ｂ^＊は下記〔数２〕及び〔数３〕の式によって算出される。

〔数２〕
Ｌ^＊＝116 （Ｙ／Ｙｎ）^1/3 −16 Ｙ／Ｙｎ＞0.008856
但し、Ｙ：ＸＹＺ系における三刺激値の値
Ｙｎ：完全拡散反射面の標準の光によるＹの値

〔数３〕
ａ^＊＝500 〔（Ｘ／Ｘｎ）^1/3 −（Ｙ／Ｙｎ）^1/3 〕 Ｘ／Ｘｎ＞0.008856
ｂ^＊＝200 〔（Ｙ／Ｙｎ）^1/3 −（Ｚ／Ｚｎ）^1/3 〕 Ｙ／Ｙｎ＞0.008856
Ｚ／Ｚｎ＞0.008856
但し、Ｘ，Ｙ，Ｚ：ＸＹＺ系における三刺激値
Ｘｎ，Ｙｎ，Ｚｎ：完全拡散反射面のＸＹＺ系における三刺激値

実際に目視した場合の物体色の色名とＬ^＊ａ^＊ｂ^＊表色系で表示された数値の関係は、色彩技術ハンドブック、（平成２年１０月１日）、株式会社総合技術センター、村田幸雄、ｐ．１１８ー１１９によれば、次のように関連づけられている。すなわち、明度指数Ｌ^＊が大きな値であるほど物体色は白色を帯び、逆に明度指数Ｌ^＊が小さな値になるほど物体色は黒色の度合いを増す。このことは、ＪＩＳ Ｚ ８１０２で規定された物体色の明度Ｖと実際に目視した場合の物体色の関係からもわかる。すなわち、ＪＩＳ Ｚ ８１０２によれば、物体色の明度Ｖが大きな値であるほど物体色は白色を帯び、逆に明度Ｖが小さな値になるほど物体色は黒色の度合いを増すように規定されている。一方、ＪＩＳ Ｚ ８７２１によれば、視感立体角反射率Ｙが大きくなるほど明度Ｖは大きな値を示す。更に、ＸＹＺ表色系とＬ^＊ａ^＊ｂ^＊表色系の関係から、Ｌ^＊の値が大きくなるほど視感立体角反射率Ｙが大きくなり、明度Vの値も大きくなる。モルタル及びコンクリートの色彩は通常灰色（無彩色）であるから、表色系の明度指数Ｌ^＊のみを評価すれば良い。

表１に示すようなポルトランドセメントを使用し、ポルトランドセメント40部、カルシウムアルミネートＡ30部、半水セッコウ30部、炭酸カルシウム15部、凝結調整剤1.5部、細骨材100部を配合してモルタルを調製した。この際、練り水はポルトランドセメント40部、カルシウムアルミネートＡ30部、半水セッコウ30部からなる結合材の合計100部に対して、50部を使用した。モルタルの可使時間、圧縮強度、接着強度、長さ変化率を測定した。また、色彩計によって硬化体の明度指数を測定した。結果を表１に併記する。

＜使用材料＞
ポルトランドセメントα ：市販の普通ポルトランドセメント、3CaO・SiO₂含有量が55％、ブレーン比表面積3,000cm²/g。
ポルトランドセメントβ ：市販の早強ポルトランドセメント、3CaO・SiO₂含有量が65％、ブレーン比表面積4,600cm²/g。
ポルトランドセメントγ ：ポルトランドセメントα50部とポルトランドセメントβ50部の混合物、3CaO・SiO₂含有量が60％。
カルシウムアルミネートＡ ：CaO/Al₂O₃モル比1.00、強熱減量1.0％、結晶質、CaO・Al₂O₃を主成分とする。ブレーン比表面積5,000cm²/g。
半水セッコウ ：粉末、ブレーン比表面積6,000cm²/g。
炭酸カルシウム ：市販の石灰石微粉末、ブレーン比表面積4,000cm²/g。
凝結調整剤 ：試薬１級の炭酸カリウム75部とクエン酸25部の混合物。
水 ：水道水
細骨材 ：珪砂、市販品

＜測定方法＞
可使時間 ：JIS R 5201に準じてフロー値を測定し、フロー値が130mmを下回った時点とした。
圧縮強度：モルタルを型枠に詰めて4cm×4cm×16cmの成形体を作成し、JIS R5201に準じて測定した。
接着強度：JIS A 1171に準じて測定した。
長さ変化率：JIS A 6202(B)に準じて測定した。ただし、材齢1日で脱型後、材齢7日までの6日間、20℃の水中養生を行い、以後20℃・RH60%の環境で気乾養生を行った。
明度指数：モルタルをコンクリート板に塗り付け、硬化後色彩計（コニカーミノルタ ＣＲ−３１０型）を用い、ＪＩＳ Ｚ ８７３０に準じ、ＣＩＥ角２°、Ｃ光源を用い、Ｌ^*ａ^*ｂ^*表色系にて測定を行った。

ポルトランドセメントβを使用し、カルシウムアルミネートの種類を表２に示すように変化したこと以外は実施例１と同様に行った。結果を表２に併記する。

＜使用材料＞
カルシウムアルミネートＢ ：CaO/Al₂O₃モル比0.75、結晶質、CaO・Al₂O₃とCaO・2Al₂O₃とを主成分とする。ブレーン比表面積5,000cm²/g。
カルシウムアルミネートＣ ：CaO/Al₂O₃モル比1.50、非晶質、CaO・Al₂O₃と12CaO・7Al₂O₃、を主成分とする。試薬１級のシリカを3％添加して、1,650℃で溶融後、急冷して合成。ブレーン比表面積5,000cm²/g。
カルシウムアルミネートＤ ：CaO/Al₂O₃モル比1.00、非晶質、試薬１級のシリカを7%添加して、1,650℃で溶融後、急冷して合成。ブレーン比表面積5,000cm²/g。
カルシウムアルミネートＥ ：CaO/Al₂O₃モル比1.77(C₁₂A₇組成)、非晶質、試薬１級のシリカを7%添加して、1,650℃で溶融後、急冷して合成。ブレーン比表面積5,000cm²/g。

ポルトランドセメントとカルシウムアルミネートと半水セッコウからなる結合材１００部に対して、ポルトランドセメントβ４０部、カルシウムアルミネートＡと半水セッコウの配合割合を表３に示すように変化したこと以外は実施例１と同様に行った。結果を表３に併記する。

ポルトランドセメントβとカルシウムアルミネートＡと半水セッコウからなる結合材１００部に対して、細骨材の配合割合と水結合材比を表４に示すように変化したこと以外は実施例１と同様に行った。結果を表４に併記する。

ポルトランドセメントβとカルシウムアルミネートＡと半水セッコウからなる結合材１００部に対して、炭酸カルシウムの配合割合を表５に示すように変化したこと以外は実施例１と同様に行った。結果を表５に併記する。

本発明の高強度・速硬性化粧モルタルは、短時間で高強度を発現し、接着性に優れ、無収縮でしかもコンクリート製品との色差が極めて小さいため、土木・建築業界で使用されるコンクリート製品の化粧モルタルに適する。

Claims (7)

1. ポルトランドセメント、カルシウムアルミネート、及び半水セッコウからなる結合材、炭酸カルシウム、並びに凝結調整剤を含有する化粧モルタル。
2. ポルトランドセメント10〜60部、カルシウムアルミネート10〜50部、半水セッコウ10〜50部からなる結合材100部、炭酸カルシウム5〜20部、凝結調整剤0.1〜2部、並びに細骨材200部以下を含有する化粧モルタル。
3. ポルトランドセメントの3CaO・SiO₂含有量が60％以上であることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の化粧モルタル。
4. 凝結調整剤がアルカリ金属炭酸塩と有機酸の混合物であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の化粧モルタル。
5. カルシウムアルミネートのCaO/Al₂O₃モル比が0.75〜1.5であることを特徴とする請求項１〜４記載のうちのいずれか１項に記載の化粧モルタル。
6. 水結合材比が40〜60％、膨張率が0.015〜0.03％の範囲にあることを特徴とする請求項１〜５のうちのいずれか１項に記載の化粧モルタル。
7. 明度指数Ｌ^*が65±3の範囲にあることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の化粧モルタル硬化体。