JP2008138360A - 急硬成分を含有してなる素子定着用カプセル - Google Patents

Abstract

【課題】容器に収納された無機系定着材を使用して素子を削孔内に固定する場合に、削孔に垂直からのずれ角度があっても、施工に際して、水とセメント類とが均一に混合され、所定の引張力が得られるような無機系定着材（素子定着用カプセル）を提供する。
【解決手段】セメント、アルミノケイ酸カルシウムガラス、石膏、骨材、ミクロフィブリル化した繊維状セルロ−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である。
【選択図】なし

Description

本発明は、異形鉄筋、ＰＣストランド、炭素繊維やアラミド繊維製の棒状体、アンカ−ボルトやロックボルトなどの素子を削孔内に固定する素子定着用カプセルに関する。

従来から、建築、土木分野のコンクリ−ト、石材、レンガ、ブロック、岩盤等の硬質部材に削孔し、鉄筋、アンカ−ボルトやロックボルトを固定する定着材が使用されている。
定着材には、金属系アンカ−のように、アンカー埋設時にその先端部分が拡張し固定するものと素子の周りを接着系の材料で固定するものに分かれる。
接着系の材料には、有機系と無機系がある（非特許文献１参照）。エポキシ樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリエステル樹脂等の合成樹脂である有機系定着材は、高層建築、高温炉、煙突等の不燃耐熱を要求される場所や削孔内に水がある場合は使用が制限される場合がある。
広沢雅也・松崎育弘編「あと施工アンカ−設計・施工読本」（１９９１年１２月１日）株式会社建築技術 第６頁、第６１頁

無機系定着材としては、セメント質物質と、カルシウムアルミネートと、アルカリ硝酸塩類とを主成分とするセメント組成物を昜破壊性の容器に収納してなる素子の定着材が公知である（特許文献１参照）。
また、容器内に収納されたポルトランドセメント、アルミナセント、ジェットセメント等のセメントと該セメントとは隔離された水、水ガラス等の硬化剤とからなるボルト固定用無機カプセル（特許文献２参照）が公知である。
特許第２５５５２８１号公報 特開平０４−０５５６００号公報

上記特許文献１及び２に記載されているような容器に収納された無機系定着材を削孔に施工しようとすると、削孔が、水平から天井の間（垂直からのずれ角度が90度から180度の範囲）にある場合は、水が重力で削孔口に流れ、逆に、床から水平の間（垂直からのずれ角度が0度から90度の範囲）にある場合は、水が重力で奥に流れるため、水とセメント類とが均一に混合されず、所定の引張力が得られないという課題があった。
本発明は、容器に収納された無機系定着材を使用して素子を削孔内に固定する場合に、削孔に垂直からのずれ角度があっても、施工に際して、水とセメント類とが均一に混合され、所定の引張力が得られるような無機系定着材（素子定着用カプセル）を提供することを課題とする。

本発明者は、鋭意検討を重ねた結果、特定の急硬成分を含有してなるセメント質（以下、「急硬セメント」という）カプセルを使用することにより、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、上記課題を解決するために、以下の手段を採用する。
（１）セメント、アルミノケイ酸カルシウムガラス、石膏、骨材、ミクロフィブリル化した繊維状セルロ−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である。
（２）前記ミクロフィブリル化した繊維状セルロ−スが、繊維太さ0.01〜0.1μｍであることを特徴とする前記（１）の素子定着用カプセルである。
（３）前記ミクロフィブリル化した繊維状セルロ−スを、水100部に、固形分濃度0.1〜5部の割合で均一に分散させたことを特徴とする前記（１）又は（２）の素子定着用カプセルである。
（４）前記骨材が、モ−ス硬度4以上であることを特徴とする前記（１）〜（３）のいずれか一項の素子定着用カプセルである。
（５）前記容器が、ガラスであることを特徴とする前記（１）〜（４）のいずれか一項の素子定着用カプセルである。
（６）前記素子が、鉄筋であることを特徴とする前記（１）〜（５）のいずれか一項の素子定着用カプセルである。
なお、本発明で使用する部は特に規定のない限り質量基準である。

本発明の急硬セメントカプセルを使用することにより、素子を削孔内に定着する場合に、削孔の、垂直からのずれ角度が特に90度から180度の範囲にあるときの施工が容易になり、所定の引張力が得られる。

以下、本発明を詳しく説明する。
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。

本発明で使用するアルミノケイ酸カルシウムガラス（以下、ＣＡＳガラスという）は、カルシア（CaO）を含む原料と、アルミナ（Al₂O₃）を含む原料、及びケイ酸（SiO₂）を含む原料等を混合して、キルンでの焼成や、電気炉での溶融等の熱処理をして得られる、CaO、Al₂O₃、及びSiO₂を主たる成分とし、水和活性を有する物質の総称である。
また、CaO及び／又はAl₂O₃の一部が、アルカリ金属酸化物、アルカリ土類金属酸化物、酸化チタン、酸化鉄、アルカリ金属ハロゲン化物、アルカリ土類金属ハロゲン化物、アルカリ金属硫酸塩、及びアルカリ土類金属硫酸塩等と置換した物質、あるいは、CaO、Al₂O₃、及びSiO₂を主成分とするものに、これらが少量固溶した物質を含むものである。
そして、鉱物形態としては、溶融体を圧縮空気や高圧水等により急冷することによって得られるガラス質である。
ＣＡＳガラスの成分割合は、CaO30〜60部、Al₂O₃20〜60部、及びSiO₂5〜25部が好ましく、CaO30〜55部、Al₂O₃30〜60部、及びSiO₂10〜20部がより好ましい。CaOが30部未満、あるいは、Al₂O₃が60部を超えると急硬性が劣る場合があり、CaOが60部を超えるか、あるいは、Al₂O₃が20部未満では凝結遅延剤を多量に併用しても瞬結してしまい、作業性の面から好ましくない。また、SiO₂が5部未満では長期的な強度の伸びが期待できず、25部を超えると初期強度が小さい場合がある。
また、ＣＡＳガラス中のガラス質は80％以上が強度発現上好ましい。
ＣＡＳガラスの粒度は、ブレーン値で3,000cm²/g以上が好ましく、4,000cm²/g以上がより好ましい。3,000cm²/g未満では急硬性や初期強度発現性が低下する場合がある。

本発明で使用する石膏は市販のいずれの石膏も使用できるが、強度発現性の面で、II型無水石膏及び／又は天然無水石膏の使用が好ましい。
石膏の粒度は、ブレーン値で3,000cm²/g以上が好ましく、4,000〜7,000cm²/gがより好ましい。3,000cm²/g未満では初期強度発現性が低下する場合がある。
石膏の使用量は、ＣＡＳガラスと石膏からなる急硬成分100部中、30〜80部が好ましく、35〜70部がより好ましい。30部未満では長期強度発現性が小さい場合があり、80部を超えると初期強度発現性が小さい場合がある。

急硬成分の使用量は、セメントと急硬成分からなる急硬セメント100部中、5〜30部が好ましく、10〜25部がより好ましい。5部未満では初期強度発現性が小さい場合があり、30部を超えると長期強度が小さい場合がある。

本発明で使用する凝結遅延剤は、アンカ−施工時の作業性保持を可能とするものである。 凝結遅延剤は、粉状で使用可能である。
凝結遅延剤としては、有機酸類やアルカリ金属炭酸塩類等が挙げられる。これらの中では、硬化時間をコントロールでき、硬化後の強度発現性が良好な点で、有機酸類とアルカリ金属炭酸塩類を併用することが好ましい。

有機酸類は、有機酸又はその塩であり、具体的には、クエン酸、グルコン酸、酒石酸、及びリンゴ酸等のオキシカルボン酸又はこれらの塩の一種又は二種以上の使用が可能であり、その塩としては、ナトリウム塩やカリウム塩が好ましい。これらの中では、使用量と正比例して凝結時間が長くなり、コントロールがしやすく、凝結遅延剤をスラリー化した場合にカルシウム成分と化学反応を起こしにくい、有機酸塩が好ましく、オキシカルボン酸塩がより好ましい。

アルカリ金属炭酸塩類（以下、「炭酸アルカリ」という）としては、炭酸リチウム、炭酸ナトリウム、及び炭酸カリウムなどの炭酸塩や、炭酸水素ナトリウムや炭酸水素カリウムなどの重炭酸塩が挙げられ、これらのうち、硬化後の強度発現性が良好な面で、アルカリ金属炭酸塩が好ましく、炭酸カリウムがより好ましい。
有機酸類と炭酸アルカリを併用した場合の両者の混合割合は、炭酸アルカリ100部に対して、有機酸類5〜200部が好ましく、10〜100部がより好ましい。5部未満では硬化時間をコントロールできず、施工ができない場合があり、200部を超えると強度発現性が低下する場合がある。

凝結遅延剤の使用量は、アンカ−施工の作業時間、及び温度等により変動する、一義的に決定することは難しい。通常、セメント、アルミノケイ酸カルシウムガラス、石膏の合計（以下、「結合材」という）100部に対して、0.1〜5部が好ましく、0.3〜3部がより好ましい。0.1部未満では硬化時間をコントロールできず、施工ができない場合があり、7部を超えると強度発現性が低下する場合がある。

本発明で使用する骨材は、削孔径と定着材素子のクリアランスによるが、通常は5ｍｍ以下の細骨材が使用される。
骨材としては、天然砂、珪砂、及び石灰砂等が挙げられるが、モ−ス硬度4以上の硬質陶器、硬質磁器、金属、天然及び人工のコランダム（鋼玉）、たとえばエメリ-、正長石、溶融石英、黄玉、溶融アルミナ、溶融ジルコニア等が挙げられる。
骨材の使用量は、結合材100部に対して、５〜200部が好ましく、10〜100部がより好ましい。５部未満では素子引張力が得られない場合があり、200部を超えると施工が出来ない場合がある。

本発明で使用するミクロフィブリル化した繊維状セルロ−スとは、パルプ繊維を、例えば、超高圧ホモジナイザ−処理による強力な機械的せん断力を加え、分繊し、繊維太さ0.01〜0.1μｍまで細かく、ミクロフィブリル化したものである。
ミクロフィブリル化した繊維の絡み合いにより三次元網目構造が形成され、増粘性により安定が得られる。水100部に、ミクロフィブリル化した繊維状セルロ−スを固形分濃度0.1〜5部の割合で水に均一に分散させたものが好ましく、固形分濃度0.2〜2部がより好ましい。水に分散させるのにホモデ_イスパ−などを用いて強力に撹拌する必要がある。
ミクロフィブリル化した繊維状セルロ−スが固形分濃度0.1部未満では、増粘性が得られず、施工性が得られない場合があり、5部を超えると粘性が高すぎ粉体と水の混合がされない場合がある。

本発明で使用する水は、セメント、アルミノケイ酸カルシウムガラス、石膏の急硬セメントの水和を阻害しなければ良く、通常は、水道水が使用される。
本発明において、水結合材比（Ｗ／Ｐ）は、30〜55％が好ましく、35〜50％がより好ましい。30％未満ではセメントの粘性が大きくなり、作業性や施工性が低下する場合があり、55％を超えると所定の引抜き強度が得られない場合がある。

本発明では、さらに、減水剤を使用することが可能である。
減水剤とは、流動性を得るものであり、液体や粉体いずれも使用でき、具体的には、リグニンスルホン酸塩やその誘導体、また、高性能減水剤等が挙げられ、これらの一種又は二種以上が使用可能である。これらの中では、流動性が大きい面で、高性能減水剤が好ましい。
高性能減水剤としては、ポリエチレングリコールなどのポリオール誘導体、芳香族スルホン酸系高性能減水剤、ポリカルボン酸系高性能減水剤、エチレングリコ−ル鎖及びスルホン酸基を含有するポリエ−テル系高性能減水剤、メラミン系高性能減水剤、及びこれらの混合物等が挙げられる。これらの中では、凝結遅延効果、流動性、及び圧送性が大きい点で、芳香族スルホン酸系、ポリカルボン酸系、及びポリエ−テル系高性能減水剤が好ましい。
減水剤固形分の使用量は、結合材100部に対して、0.01〜3部が好ましく、0.1〜2部がより好ましい。0.01部未満ではセメントコンクリートの圧送性が小さく、3部を超えるとセメントコンクリートの凝結が不良となり、初期強度発現性が小さい場合がある。

本発明の容器は、易破壊性のものであり、ガラス、陶器、磁器、プラスチック、紙等が挙げられる。水を含有する容器は、シ−ルが完全で保存が確実なガラス、陶器、磁器、プラスチックが望ましい。セメント、アルミノケイ酸カルシウムガラス、石膏、骨材等の粉体はガラス、陶器、磁器、プラスチック、紙が使用可能である。
ガラスは、硼珪酸ガラスがアルカリ溶出が少なく、肉厚が薄く、耐久性に優れるので望ましい。硼珪酸ガラスの化学成分のNa₂Oが少ないものが、カプセル施工後の安定性にとって、より望ましい。

以下、本発明を実施例にて詳細に説明するが、本発明はこれら実施例に限られるものではない。

外径φ10ｍｍ×長さ135ｍｍのガラス管Ａに、ミクロフィブリル化した繊維状セルロ−ス0.4部、水39.6部を均一に分散させたものを、封入した。
ガラス管Ａを、外径φ16.7ｍｍ×長さ138ｍｍのガラス管Ｂ内に装填し、ガラス管Ａ、Ｂ間の隙間に、セメント80部、ＣＡＳガラス10部、石膏10部からなる急硬セメント100部、及び凝結遅延剤0.02部、骨材50部を充填し、封入したガラス管カプセルを作製した。
コンクリ−ト壁に、孔径20ｍｍ、深さ130ｍｍの孔を開けた。その削孔の、垂直からのずれ角度を90度、120度、150度、180度とし、ガラス管カプセルを削孔に挿入後、先端45℃にカットしたＤ16ｍｍ鉄筋をハンマ−ドリルを用いて12秒で深さ130ｍｍを打ち込んだ。
24時間後、鉄筋の引き抜き試験を実施した。
比較例は、ガラス管Ａの、ミクロフィブリル化した繊維状セルロ−ス無添加のものを実施例と同様に行った。結果を表１に併記する。

＜使用材料＞
セメント ：早強ポルトランドセメント、３種混合品、ブレーン値4,470cm²/g、密度3.14g/cm³
ＣＡＳガラス：CaO／Al₂O₃／SiO₂＝50／45／10、ガラス化率100％、ブレーン値5,100cm²/g
石膏 ：無水セッコウの粉砕品、ブレーン値4,600cm²/g
凝結遅延剤 ：クエン酸／炭酸カリウム重量比3／7の混合物
骨材 ：珪石4号、5号、6号混合品
水 ：水道水
ミクロフィブリル化した繊維状セルロ−ス：平均繊維太さ0.02μｍ

＜測定方法＞
鉄筋引張荷重 KN：ロ−ドセルとデ−タロガ−を用い測定

表１より、ミクロフィブリル化した繊維状セルロ−スを含有してなる実施例のカプセルを使用して鉄筋を定着した場合、引張荷重は、垂直からのずれ角度が90度から180度の範囲で72ＫＮと大きく、所定の引張力が得られていることが分かる（実験No.1-1〜No.1-4）。
これに対して、繊維状セルロ−スを含有しない比較例のカプセルを使用して鉄筋を定着した場合、引張荷重は、垂直からのずれ角度が90度でも30ＫＮと小さく、垂直からのずれ角度が大きくなるほど低下し、所定の引張力が得られない（実験No.1-5〜No.1-8）。

垂直からのずれ角度を90度とし、ガラス管Ａ中の、ミクロフィブリル化した繊維状セルロ−スの濃度を表２に示すように変えて、実施例1と同様に試験した。結果を表２に併記する。

表２より、水100部に固形分濃度0.04〜2.0部の割合で均一に分散させたミクロフィブリル化した繊維状セルロ−スを含有してなるカプセルを使用して、鉄筋を定着した場合、引張荷重は大きく、所定の引張力が得られていることが分かる（実験No.2-1〜No.2-4）。

ガラス管Ａに、ミクロフィブリル化した繊維状セルロ−スを0.4部とし、ガラス管Ｂ中のガラス管Ａとの間に入れる骨材の硬度と量を表３に示すように変えて、実施例２と同様に試験した。結果を表３に併記する。

＜使用材料＞
骨材ａ：珪石 モ−ス硬度5 密度2.60g/cm³
骨材ｂ：正長石 モ−ス硬度6 密度2.60g/cm³
骨材ｃ：石英 モ−ス硬度7 密度2.65g/cm³
骨材ｄ：コランダム モ−ス硬度9 密度2.93g/cm³

表３より、骨材を含有してなる実施例のカプセルを使用して鉄筋を定着した場合、引張荷重は大きく、所定の引張力が得られていることが分かる（実験No.3-2〜No.3-9）。
これに対して、骨材を含有しない比較例のカプセルを使用して鉄筋を定着した場合、引張荷重は小さく、所定の引張力が得られない（実験No.3-1）。
また、骨材の使用量が、結合材100部に対して10〜100部であると、引張荷重はより大きくなるから好ましく（実験No.3-3〜No.3-5）、モ−ス硬度４以上の骨材を使用すると、引張荷重はより大きくなるから好ましい（実験No.3-4、No.3-7〜No.3-9）。

異形鉄筋、ＰＣストランド、炭素繊維やアラミド繊維製の棒状体、アンカ−ボルトやロックボルトなどの素子を削孔内に固定する定着材として利用可能である。

Claims (6)

1. セメント、アルミノケイ酸カルシウムガラス、石膏、骨材、ミクロフィブリル化した繊維状セルロ−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。
2. 前記ミクロフィブリル化した繊維状セルロ−スが、繊維太さ0.01〜0.1μｍであることを特徴とする請求項１に記載の素子定着用カプセル。
3. 前記ミクロフィブリル化した繊維状セルロ−スを、水100部に、固形分濃度0.1〜5部の割合で均一に分散させたことを特徴とする請求項１又は２に記載の素子定着用カプセル。
4. 前記骨材が、モ−ス硬度4以上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素子定着用カプセル。
5. 前記容器が、ガラスであることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の素子定着用カプセル。
6. 前記素子が、鉄筋であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の素子定着用カプセル。