JP2009155183A - カートリッジ型注入方式固着剤 - Google Patents

Abstract

【課題】カートリッジに収納した薬剤を注入する方式の固着剤であって、短時間に低温度環境下においても優れた固着力を発揮し、あと施工アンカーの固着剤として最適な無機系固着剤を提供する。
【解決手段】Ａ薬剤とＢ薬剤とが個々にカートリッジに収納されており、ペースト状の両薬剤を各カートリッジから押し出し混合して使用する注入形式の固着剤であって、Ａ薬剤がリン酸一アンモニウムを有効成分とし、且つ水を含有し、Ｂ薬剤がマグネシウム塩を有効成分とすることを特徴とし、好ましくは、マグネシウム塩が酸化マグネシウムであり、Ａ剤がリン酸一アンモニウムと共にリン酸三カルシウムおよびトリポリリン酸ナトリウムを含み、Ｂ剤がマグネシウム塩と共に、Ａ剤に対して不活性な無機微粉および該無機微粉と含有するマグネシウム塩に不活性な液体を含む固着剤。
【選択図】図１

Description

本発明は、カートリッジに収納した薬剤を注入する方式の固着剤であって、鉄筋等を母材に固定する手段として利用され、短時間に低温度環境下においても優れた固着力を発揮し、あと施工アンカーの固着剤として最適な無機系固着剤に関する。

あと施工アンカーには金属系アンカーと接着系アンカーとが有り、金属系アンカーは金属部材を用いたアンカーであり、軽量付帯設備の転倒防止など作用する引張荷重の低い箇所に用いられている。一方、接着系アンカーは、接着剤を用いたアンカーであり、高い引張耐力を有するので構造物の補修、補強、重量物の吊り下げなど作用する引張荷重の高い箇所に用いられる。

接着系アンカーは使用材料面から大別して樹脂系と無機系とが有り、樹脂系薬剤としてはエポキシ樹脂、ウレタン樹脂などが用いられており、無機系薬剤としてはマグネシアリン酸塩、セメントなどが用いられている。

一般に、無機系固着剤は耐熱性に優れており、硬化後の収縮率が小さく、原材料の入手が比較的容易であり特別な設備を必要としないと云う利点を有している。また、セメント系固着剤は０℃以下では硬化せず、硬化性に温度依存性があるが、マグネシアリン酸塩系固着剤は−５℃の低温でも使用可能であり、１５分程度で硬化するなど低温環境下での硬化性に優れている。

一方、樹脂系固着剤は、耐熱性が低く、硬化後の収縮率も大きいうえ、硬化性は温度依存性があり、低温下においてエポキシ樹脂系は−５℃まで使用可能であるが硬化時間が長く、ウレタン樹脂系は０℃以下では硬化しない。また、樹脂系固着剤は原材料が入手し難く、合成設備が必要である。

また、従来の固着剤は、施工方法によってカプセル方式と注入方式とに分類される。カプセル方式は施工箇所に埋設して使用する方式であり、カプセルの形状が各種施工条件毎に固定されており基本的にはメーカーが推奨する標準施工に適用されアンカー筋の種類および径、定着長等が規定される。このためメーカーは各種施工条件に応じ多数の種類のカプセルを用意しなければならない。しかし、定着長が長い場合、カプセル方式では限界があり、また、アンカー筋の打ち残しの発生確率が高くなる、施工作業が煩雑となる等の問題がある。また、アンカー筋打ち込みの場合、振動や騒音が発生するため構造物を使用しながらの施工が困難である。

一方、注入方式はペースト状の主剤を収納したカートリッジと、主剤を固化させる固化剤を収納したカートリッジを用い、これらの薬剤を混合して施工箇所に注入する方式である。従来、施工の簡便性や品質を確保するため樹脂系カートリッジ型のアンカー固着剤が使用されてきた。

樹脂系固着剤の場合、ペースト状の主剤および固化剤をそれぞれのカートリッジに分離収納することが容易であり、これらの薬剤をピストンで押し出しカートリッジ先端に取り付けたミキシングノズルで混合することが容易であるので、従来は主に樹脂系固着剤が使用されてきた。

一方、無機系薬剤の固着剤は、固化成分として水硬性材料が用いられるが、その形態は粉末であるためカートリッジに充填してもピストンで押し出すことができない。また、カートリッジに薬剤を収納するにはペースト状にする必要があるが、水硬性材料はペースト化するために水を使用することが出来ない。このため、従来の無機系固化剤は、水硬性材料と水を含む材料とを分離収納されたカプセル型や紙チューブ式のものが知られている（特許文献１：特公平３−１６４８０号公報）。しかし、紙チューブ式の場合、水への浸漬時間の違いによって品質が大きく変動する問題があり、吸水後、紙チューブが柔らかくなり施工性が悪くなる等の欠点がある。

また、無機系のアンカー固着剤を使用することによって樹脂系アンカー固着剤で見られた問題点を解消できることが提案されている（特許文献２：特開２００４−２４４２３８号公報）。しかし、この提案はカプセル方式、回転・打撃型、ガラス管式の固着剤であり、カートリッジ型注入方式の固着剤ではない。
特公平３−１６４８０号公報 特開２００４−２４４２３８号公報

従来のカートリッジ型注入方式の固着剤は樹脂系薬剤を用いたものである。しかし、樹脂系薬剤は耐熱性が弱い欠点があり、例えば、火災発生時に温度と引抜き荷重が同時に作用した場合、固着力を失いアンカー筋が抜け出す問題がある。また、低温度下（特に氷点下）における強度発現が遅い欠点がある。

本発明は、注入方式における樹脂系固着剤の上記課題を解決した、以下に示す無機系注入方式の固着剤を提供する。
〔１〕Ａ薬剤とＢ薬剤とが個々にカートリッジに収納されており、ペースト状の両薬剤を各カートリッジから押し出し混合して使用する注入形式の固着剤であって、Ａ薬剤がリン酸一アンモニウムを有効成分とし、且つ水を含有し、Ｂ薬剤がマグネシウム塩を有効成分とすることを特徴とする固着剤。

本発明の固着剤は以下の態様を含む。
〔２〕マグネシウム塩が酸化マグネシウムである上記[１]に記載する固着剤。
〔３〕Ａ剤がリン酸一アンモニウムと共にリン酸三カルシウムおよびトリポリリン酸ナトリウムを含む上記[１]または上記[２]に記載する固着剤。
〔４〕Ｂ剤がマグネシウム塩と共に、Ａ剤に対して不活性な無機微粉および該無機微粉と含有するマグネシウム塩に不活性な液体を含む上記[１]〜上記[３]の何れかに記載する固着剤。
〔５〕Ａ剤およびＢ剤の粘度が２０℃において８００〜６０００mPa・Sの範囲である上記[１]〜上記[４]の何れかに記載する固着剤。
〔６〕低温で注入使用する上記[１]〜上記[５]の何れかに記載する固着剤。
〔７〕あと施工アンカーの固定に用いられる上記[１]〜上記[６]の何れかに記載する固着剤。

本発明の固着剤は、無機系薬剤を用いているので耐熱性に優れており、また、固着成分としてマグネシアリン酸塩を用いているので、氷点下−５℃程度においても強度発現が良好である。

また、本発明の固着剤は、従来は知られていない無機系注入方式、カートリッジ型アンカー固着剤であり、カプセル方式とは異なるので、あと施工アンカー固着剤として使用した場合、アンカー筋の径や定着長の制限を受けることが無く、種々の施工条件においても１種類の品種で対応が可能であり、打ち残しが無くなるなど、施工の安定化が得られる。また、アンカー筋を打ち込む際に大きな振動が発生しないため構造物の使用制限を受けずに施工が可能であるなどの利点を有する。

以下、本発明を実施形態に基づいて具体的に説明する。
本発明の固着剤は、Ａ薬剤とＢ薬剤とが個々にカートリッジに収納されており、両薬剤を各カートリッジから押し出し混合して使用する注入形式の固着剤であって、Ａ薬剤がリン酸一アンモニウムおよび水を有効成分とするペースト状薬剤であり、Ｂ薬剤がマグネシウム塩を有効成分とするペースト状薬剤であることを特徴とする固着剤である。

本発明の固着剤の使用態様を図１に示す。図示するように、ピストン型のカートリッジ１０、１１におのおの薬剤Ａ、薬剤Ｂが収納されている。カートリッジ１０、１１の先端にはミキシングノズル１２が接続している。カートリッジ１０、１１の後端はピストン部分１３であり、このピストン部分１３を押し込むと、薬液Ａ、薬液Ｂがミキシングノズル１２に押し出される。ミキシングノズル１２は一定の長さを有しており、薬液Ａおよび薬液Ｂはミキシングノズル１２を流れる間に混合され、混合された状態の薬剤(Ａ＋Ｂ)がノズル１２から押し出される。

〔Ａ剤の成分等〕
本発明の固着剤において、Ａ薬剤（Ａ剤と云う）はリン酸一アンモニウムを有効成分としている。Ａ剤のリン酸一アンモニウムは固着の際の硬化反応成分である。Ａ剤はリン酸一アンモニウムと共に水を含有している。水は反応性成分の一つであると共にＡ剤をペースト状に保つ成分である。

リン酸一アンモニウムに対する水の比は、好ましくは、０.７〜２.０（質量比）であり、より好ましくは、１.２〜１.７（質量比）である。リン酸一アンモニウムに対する水の比が０.７（質量比）未満になると、Ａ剤の粘度が増加するので、ミキシングノズル内でのＡ剤とＢ剤の混合性が低下し、リン酸一アンモニウムに対する水の比が２.０（質量比）を上回ると固着強度が低下する。

Ａ剤は、好ましくは、容量および粘度の調節のため、水溶性増粘剤、あるいは水と接触しても反応および変質を起こさず、かつミキシングノズルを通過することができる粒径約０.６mm程度以下の物質を一種類または二種類以上混入すると良い。これらの物質としてはリン酸三カルシウム、スラグ、珪砂、フライアッシュ、シリカフューム、ガラス、陶磁器、セラミックなどを用いることができる。

より好ましくは、リン酸三カルシウムを混入使用すると良い。なお、リン酸三カルシウムを用いる場合には、リン酸三カルシウムの分散および粘度の調節のためトリポリリン酸ナトリウムを用いるのが望ましい。また、硬化速度、強度発現の調整剤として、トリポリリン酸ナトリウム、ホウ酸ナトリウムを混入するのが好ましい。なお、強度発現の調節剤はかならずしもＡ剤に添加する必要は無くＢ剤に添加しても良い。

リン酸三カルシウムに対するトリポリリン酸ナトリウムの比は０.０３４〜０.３７５（質量比）の範囲が好ましい。また、ホウ酸ナトリウムはＡ剤量に対して０.１５（質量比）以下が好ましい。

Ａ剤の粘度は、２０℃において８００〜６０００mPa・Sの範囲が適している。Ａ剤の粘度が８００mPa・S未満であり、また６０００mPa・Sを上回るとミキシングノズル内でＡ剤とＢ剤の混合性が低下する。

〔Ｂ剤の成分等〕
本発明の固着剤において、Ｂ薬剤（Ｂ剤と云う）はマグネシウム塩を有効成分としている。また、Ｂ剤は、好ましくは、これをペースト化するためのペースト化溶液が併用される。マグネシウム塩は特に限定されず、例えば、好ましくは、酸化マグネシウム、水酸化マグネシウム、炭酸マグネシウムなどが用いられ、より好ましくは酸化マグネシウムが用いられる。

Ｂ剤中の酸化マグネシウム量は、Ａ剤と混合された際、Ａ剤中のリン酸一アンモニウムに対して０.３〜１.８（質量比）になる範囲が好ましく、１.１〜１.６（質量比）となる範囲がより好ましい。Ｂ剤中の酸化マグネシウム量が、Ａ剤中のリン酸一アンモニウムに対して０.３（質量比）未満であり、また１.８（質量比）を上回ると固着強度が低下する。

Ｂ剤はさらに容量、粘度の調節のため、水と接触しても反応および変質を起こさず、かつミキシングノズルを通過することができる無機微粉、即ち粒径約０.６mm程度以下の無機物質を一種類または二種類以上混入すると良い。これらの無機物質としてはスラグ、珪砂、フライアッシュ、シリカフューム、ガラス、陶磁器、セラミックなどを用いることができる。また、石灰系の膨張材を併用しても良い。

Ｂ剤に併用するペースト化溶液は、Ｂ剤中に含まれるマグネシウム塩および上記粒径約０.６mm程度以下の無機物質に対して実質的に不活性であって、Ａ剤との反応を阻害しないものであれば良く、例えば、アルコール、グリコール低級アルキルエーテール、ポリアルキレングリコール、ポリアルキレングリコール低級アルキルエーテルなどを用いることが出来る。これらの物質を一種類または二種類以上用いても良い。

アルコールとしては、エタノール、メタノールなどの低級アルコールを始めとして、高級アルコールあるいは多価アルコールなどを用いることができる。なお、ペースト化溶液の発火点温度はなるべく高い物がより好ましい。

ペースト化溶液の添加量は特に制限されず、カートリッジ先端に取り付けたミキシングノズルによってＡ剤とＢ剤が容易に混合され、押し出し抵抗が少なくなる範囲であれば良い。

Ｂ剤の粘度は、２０℃において８００〜６０００mPa・Sの範囲が適している。Ｂ剤の粘度が８００mPa・S未満であり、または６０００mPa・Sを上回るとミキシングノズル内でのＡ剤とＢ剤の混合性が低下する。

〔カートリッジの配合〕
カートリッジのＡ剤とＢ剤との混合比は、容積比でＡ剤１００体積部に対して、Ｂ剤は２５〜１４６体積部の範囲が望ましい。

〔カートリッジの形状・材質等〕
カートリッジの形状はＡ剤とＢ剤を同時に押し出す機能を有するものであれば良く、特に限定されない。運搬または保管時に破損せず、Ａ剤およびＢ剤の漏れが無いように封入でき、なるべく気密性に優れ、Ａ剤およびＢ剤の乾燥を防ぐ構造のものが望ましい。カートリッジの材質はＡ剤およびＢ剤によって劣化しないものを用い、使用後に廃棄のため焼却処理する場合を考慮し、なるべく火力が低くなるものがより好ましい。

先端のミキシングノズルは、Ａ剤とＢ剤を充分に混合する構造が好ましい。例えば、スパイラル状等のエレメントが内蔵されたノズルなどが好ましく、カートリッジから押し出されたＡ剤とＢ剤がスパイラル状等のエレメントによって撹拌され混合されるものなどが良い。また、種々の施工条件に対応出来るように数種類の長さのミキシングノズルを準備すると良い。

カートリッジは筒状であれば良く、材質はポリエチレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリアミド、ポリカーボネート、ポリテトラフローロエチレン類、ポリプロピレン、金属、内外面に防水処理を施した紙筒等にピストンを取り付けたもの、変形が容易な形状の金属製チューブまたはビニールチューブなどを用いることが出来る。

〔実施例１〕
＜薬剤成分＞
Ａ剤として、リン酸一アンモニウム、水、リン酸三カルシウム、トリポリリン酸ナトリウムを表１に示す量比に配合したものを用い、Ｂ剤として、酸化マグネシウム、フェロニッケルスラグ、７号珪砂、ブタノールを表１に示す量比に配合したものを用い、比較試料のC剤として、酸化マグネシウム、フェロニッケルスラグ、７号珪砂を表１に示す量比に配合したものを用い、これらをカートリッジに充填して、各薬剤の押し出し試験を行った。＜試験方法＞
二本のカートリッジ（内径３２mm、長さ１３５ｍｍ）を有する２液用カートリッジの先端に長さ１５５mmのミキシングノズルを取り付けたカートリッジを用い、このカートリッジにＡ剤を約１６６gとＢ剤を約２３０g充填した本発明品と、上記カートリッジにＡ剤を約１６６gとＣ剤を約１８３g充填した比較品とについて、これらを突出ガンにセットし、手動でピストンを押し込み、各薬剤の押し出し状態を観察した。この結果を表２に示した。
＜試験結果＞
表２に示すように、何れもペースト状のＡ剤およびＢ剤を用いた本発明品は、押し出し可能であり、Ａ剤とＢ剤の混合性が良好であるが、粉体のＣ剤を用いた比較品は、押し出し不能であり、Ａ剤とＣ剤を混合することができなかった。

〔実施例２〕
常温（２０℃）におけるアンカー筋の固定能力評価試験を以下のように行った。
＜施工方法＞
圧縮強度約３０N/mm²のコンクリート母材に錘径１９mmのドリルビットを用いて深さ１３０mmまで穿孔し、孔内を吸塵機、ブラシ、ブロアーを用いて清掃した後に、表３に示す配合からなる固着剤（本発明品１〜９、参考品１〜４）を孔内に約１５ml注入し、この中に全ねじアンカー筋（材質SS400、呼び径16mm）をゆっくり回転させながらアンカー筋の先端が孔底につくまで挿入した。
＜試験方法＞
最大出力２００kNのセンターホール型油圧ジャッキを母材コンクリートの表面に密着させて上記アンカー筋に引張荷重を与えた。荷重の検出は容量１５０kNのセンターホール型荷重計を用いて測定した。なお、本発明品１および本発明品９については材質SNB7のアンカー筋を用いて引張耐力の測定を行なった。この結果を表４に示した。

〔実施例３〕
低温（−５℃）におけるアンカー筋の固定能力評価試験を以下のように行った。
＜施工方法＞
実施例２と同様にして穿孔し、清掃した孔内に表３に示す配合からなる固着剤（本発明品１〜９、参考品１〜４）を約１５ml注入し、この中に全ねじアンカー筋（材質SS400、呼び径16mm）をゆっくり回転させながらアンカー筋の先端が孔底につくまで挿入した。
＜試験方法＞
アンカー筋が施工された試験体を３日間氷点下−５℃に養生した後、速やかに最大出力２００kNのセンターホール型油圧ジャッキを母材コンクリートの表面に密着させてアンカー筋に引張荷重を与えた。荷重の検出は容量１５０kNのセンターホール型荷重計を用いて測定した。この結果を表４に示した。

〔実施例４〕
高温度（２５０℃）におけるアンカー筋の固定能力評価試験を以下のように行った。
＜施工方法＞
実施例２と同様にして穿孔し、清掃した孔内に表３に示す配合からなる固着剤（本発明品１〜９、参考品１〜４）を約１５ml注入し、この中に全ねじアンカー筋（材質SS400、呼び径16mm）をゆっくり回転させながらアンカー筋の先端が孔底につくまで挿入した。
＜試験方法＞
アンカー筋が施工された試験体を約２時間電気炉で２５０℃に加熱した後、速やかに最大出力２００kNのセンターホール型油圧ジャッキを母材コンクリートの表面に密着させてアンカー筋に引張荷重を与えた。荷重の検出は容量１５０kNのセンターホール型荷重計を用いて測定した。この結果を表４に示した。

表４に示すように、参考品１は固着剤が硬化せず、引張耐力は測定できなかった。参考品２はミキシングノズル内で固着剤が硬化したため押し出し不能であり、引張耐力は測定できなかった。

本発明品は、表４に示すように、常温（２０℃）、氷点下（−５℃）、および高温下（２５０℃）の何れにおいても、７０kN以上の固着強度を発揮し、使用環境に影響されずに優れた固着力を得ることができる。また、本発明品は、比較例の参考品４に示す樹脂系の従来の固着剤と比較して、常温の場合、遜色の無い性能が得られ、低温の場合、強度発現性に優れおよび高温度の場合、著しい優位差が見られた。また高温度時においても施工されたアンカー筋は十分な引張耐力が得られた。

本発明の固着剤の使用態様を示す説明図。

符号の説明

１０、１１−カートリッジ、１２−ミキシングノズル、１３−ピストン部分。

Claims (7)

1. Ａ薬剤とＢ薬剤とが個々にカートリッジに収納されており、ペースト状の両薬剤を各カートリッジから押し出し混合して使用する注入形式の固着剤であって、Ａ薬剤がリン酸一アンモニウムを有効成分とし、且つ水を含有し、Ｂ薬剤がマグネシウム塩を有効成分とすることを特徴とする固着剤。
   
2. マグネシウム塩が酸化マグネシウムである請求項１に記載する固着剤。
   
3. Ａ剤がリン酸一アンモニウムと共にリン酸三カルシウムおよびトリポリリン酸ナトリウムを含む請求項１または請求項２に記載する固着剤。
   
4. Ｂ剤がマグネシウム塩と共に、Ａ剤に対して不活性な無機微粉および該無機微粉と含有するマグネシウム塩に不活性な液体を含む請求項１〜請求項３の何れかに記載する固着剤。
   
5. Ａ剤およびＢ剤の粘度が２０℃において８００〜６０００mPa・Sの範囲である請求項１〜請求項４の何れかに記載する固着剤。
   
6. 低温で注入使用する請求項１〜請求項５の何れかに記載する固着剤。
   
7. あと施工アンカーの固定に用いられる請求項１〜請求項６の何れかに記載する固着剤。

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