CN100375729C - 水泥用快凝性组合物及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
提供具有优良的凝胶初凝结强度和短时间即可具备高强度，可填充至空隙或者流水较多的山地等处的水泥用快凝性组合物、其制造方法以及施工方法。该水泥用快凝性组合物含有铝酸钙和无机硫酸盐，且布莱因比表面积值为7500cm2/g，其中无机硫酸盐的含量，相对于100质量份的铝酸钙，较好为50～200质量份。该快凝性组合物较好是将布莱因比表面积值在4000～6000cm2/g的铝酸钙和布莱因比表面积值在3000～6000cm2/g的无机硫酸盐混合粉碎至布莱因比表面积值到7500cm2/g以上而制造的。
Description
技术领域
本发明涉及水泥用快凝性组合物及其制造方法，以及使用该水泥快凝性组合物的施工方法。
背景技术
目前，铝酸钙和无机硫酸盐形成的水泥用快凝性组合物，作为在添加有凝结调节剂的水中搅拌混合而成的混合悬浊液，与含有水泥的混合悬浊液合并混合，在地基改良中使用，例如，通过将其注入土木工程中的土壤中的涌水部来止水的施工方法等(参考日本专利特开昭57-016089号公报)。
在此，以所用快凝性组合物为代表的水泥类的注入材料，在其流动性消失硬化的过程中，如其凝胶强度不足，则在凝胶上施力就会变成泥状，例如在有流水的场合等就不能发挥其注入效果，因此该凝胶就必须具有不会解体的强度。在本发明中，将其称为“凝胶的初凝结强度”。
目前，快凝性组合物使用布莱因(blaine)比表面积值为3000cm2/g以上，更高为5000cm2/g以上的铝酸钙和无机硫酸盐，由于可利用凝结调节剂的添加量自由调整流动性保持时间，另外，可利用水泥的混合量调整强度，因此在隧道、道路以及下水道等的地基改良中被广泛使用。
但是，由于快凝性组合物受到并用的水泥种类的影响大，根据水泥的JIS标准(JISR5210)的修订，将高炉渣或石灰石等的粉碎物混合，但存在高含水率混合时的凝胶的初凝结强度有下降的趋势。因此，使用目前的快凝性组合物注入到流水较多的山地等时存有在指定位置注入困难的问题。
发明的揭示
本发明提供快凝性组合物，该组合物是用于在施工时将在含有铝酸钙和无机硫酸盐的快凝性组合物中添加有凝结调节剂，在高含水率下搅拌混合而成的混合的悬浊液和在相同高含水率下搅拌混合而成的水泥的混合悬浊液合并，将其填充到目标场所的施工方法中所使用的水泥用快凝结性化合物，是具有良好的凝胶的初凝结强度和短时间即可具备强度，可填充到空隙或者流水较多的山地等的快凝性组合物。
本发明者，为达到上述目的经过各种研究结果后发现，含有铝酸钙和无机硫酸盐的，目前没有的，布莱因比表面积值极高的快凝性组合物，特别是，将铝酸钙和无机硫酸盐均粉碎至特定的粉末度后再混合粉碎，所得到的达到特定极高粉末度的快凝性组合物，即使在以高含水率混合的混合悬浊液中也可提高凝胶的初凝结强度和初期强度，获得了完成上述目的的新发现，并据此完成了本发明。
本发明以下述要点为特征。
(1)水泥用快凝性组合物，其特征在于，含有铝酸钙和无机硫酸盐，并且布莱因比表面积值为7500cm2/g以上。
(2)如上述(1）所述的水泥用快凝性组合物，其特征还在于，无机硫酸盐的含量相对于100份铝酸钙为50～200份。
(3)上述(1)或(2)所述的水泥用快凝性组合物的制造方法，其特征在于，将布莱因比表面积值为4000～6000cm2/g的铝酸钙和布莱因比表面积值为3000～6000cm2/g的无机硫酸盐混合粉碎至布莱因比表面积值为7500cm2/g以上。
(4)快凝性混合悬浊液，其特征在于，由含有铝酸钙和无机硫酸盐、且布莱因比表面积值为7500cm2/g以上的快凝性组合物，凝结调节剂以及水的混合悬浊液形成。
(5)上述(4)所述的快凝性混合悬浊液的制造方法，其特征在于，在装有包含凝结调节剂的水的搅拌机中，添加含有铝酸钙和无机硫酸盐、且布莱因比表面积值为7500cm2/g以上的快凝性组合物，进行混合。
(6)如上述(5)所述的快凝性混合悬浊液的制造方法，其特征还在于，使用相对于100份的铝酸钙的50～200份的无机硫酸盐，以及相对于100份的铝酸钙和无机硫酸盐的0.5～4份的凝结调节剂。
(7)施工方法，其特征在于，将上述(4)所述的快凝性混合悬浊液，以及水泥和水的混合悬浊液分别单独运送，在即将施工前混合注入地基。
实施发明的最佳方式
以下，进一步说明本发明。
本发明中的“份”或者“％”只要没有特定的规定均指质量基准。
作为在本发明中使用的铝酸钙，是化学成分以CaO和Al2O3为有效成分的物质，例如可使用12CaO·7Al2O3、11CaO·7Al2O3·CaF2、CaO·Al2O3以及3CaO·Al2O3等的熔融生成物或者烧成物，也可使用晶体或者非晶体的任一种。
本发明中所用到的铝酸钙，可使用含有碱金属的铝酸钙烧成物或者含有大量SiO2的冶金炉渣等铝硅酸钙。
其中，较好的为12CaO·7Al2O3或者11CaO·7Al2O3·CaF2等非晶体的铝酸钙，因为这些物质的快凝性很大。
铝酸钙的粉末度以布莱因比表面积值(以下，称为布莱因值)计为4000～6000cm2/g，较好为5000～6000cm2/g。在此范围之外，快凝性效果不能达到所希望的要求，并且有粉碎效率下降的情况发生。
本发明中使用的无机硫酸盐是用于提高钙矾石或者单硫酸盐水合物生成量的物质，作为代表性的有石膏，可例举如无水石膏、半水石膏以及二水石膏，可使用其中的一种或者两种以上。从提高强度表现性的方面出发，最好使用无水石膏。
无机硫酸盐的粉末度以布莱因值计为3000～6000cm2/g，更好为5000～6000cm2/g。若未满3000cm2/g则混合的快凝性组合物有易发生偏析的情况，若超过6000cm2/g则有快凝性效果不能达到期望值的情况发生。
无机硫酸盐的使用量，相对于100份的铝酸钙，以50～200份为好，较好为100～150份，此范围之外有快凝性组合物的短时间强度降低的情况发生。
本发明的快凝性组合物，以粉末度以布莱因值计在4000～6000cm2/g的铝酸钙和粉末度以布莱因值计在3000～6000cm2/g的无机硫酸盐混合粉碎所得的布莱因值在7500cm2/g以上的物质为好。若不使用布莱因值在4000～6000cm2/g的铝酸钙和布莱因值在3000～6000cm2/g的无机硫酸盐，将布莱因值在上述本发明的范围之外，例如，布莱因值比上述范围小的粉末度小的铝酸钙和无机硫酸盐混合粉碎，使所得快凝性组合物的布莱因值在7500cm2/g以上的情况下，在后述实施例中可看到，没有得到优良效果。其原因可以认为是由于铝酸钙和无机硫酸盐的硬度有很大差异，因而只有无机硫酸盐被优先微粉化，而铝酸钙没有被粉碎到能够得到较大的快凝性的程度。
本发明中，铝酸钙和无机硫酸盐的上述混合粉碎，若混合粉碎后的快凝性组合物的布莱因值在7500cm2/g以上，则没有特殊的限制。例如，可以将布莱因值在4000～6000cm2/g的铝酸钙和布莱因值在3000～6000cm2/g的无机硫酸盐混合，再将所得到的混合物可以共粉碎，另外，在使用间歇式粉碎机等时，将布莱因值在4000～6000cm2/g的铝酸钙和布莱因值在3000～6000cm2/g的无机硫酸盐不经事先混合而投入到粉碎机中，在粉碎机中边混合边粉碎。
本发明中，粉碎铝酸钙和/或无机硫酸盐时使用的粉碎机无特别的限制，较好为，使用球磨机或者振动磨机等粉碎机。粉碎机的粉碎条件也没有特别的限制，在已知的条件下实施即可。
使用本发明的上述含有铝酸钙和无机硫酸盐的快凝性组合物时，将该快凝性组合物的混合悬浊液A和水泥的混合悬浊液B合并混合进行施工。本发明，从快凝性组合物的混合悬浊液A的预拌保持性、将混合悬浊液A和水泥的混合悬浊液B合并混合时的凝结时间调整的方面考虑，以使用凝结调节剂为好。
作为凝结调节剂，可使用有机酸和碱性碳酸盐的混合物。有机酸，例如较好使用枸橼酸或酒石酸等有机羧酸或其盐。碱性碳酸盐，例如较好使用碳酸钙或者碳酸钠等碱金属碳酸盐。
有机酸和碱性碳酸盐的使用比例没有特殊的限制，对于100份的碱性碳酸盐，有机酸较好为20～60份，若在此范围之外，则有凝胶的初凝结强度以及初期强度表现性降低的情况发生。其中有机酸与碱性碳酸盐的使用比例以对应100份碳酸盐为30～50份为好。
本发明中的凝结调节剂，较好是添加到快凝性组合物中使用。凝结调节剂的使用量对应于合计量为100份的铝酸钙和无机硫酸盐，较好为0.5～4份。在此范围之外，有快凝性组合物的混合悬浊液的预拌时间缩短的情况发生。其中，凝结调节剂的使用量，对应于合计量为100份的铝酸钙和无机硫酸盐，更好为0.5～3份。
本发明中使用凝结调节剂制造快凝性组合物的混合悬浊液时，较好为，使用在收置含有凝结调节剂的水的搅拌机中，添加上述含有铝酸钙和无机硫酸盐，且布莱因比表面积值为7500cm2/g以上，较好为8000cm2/g的水泥用快凝性组合物，进行混合的方法。作为在此的搅拌机，较好使用单槽式拌浆机、横型二槽式拌浆机、纵型二槽式拌浆机等拌浆机或者砂浆拌和机。
使用本发明的快凝性组合物的施工方法，例如，较好为与水泥分开混合，将快凝性组合物的混合悬浊液A和水泥的混合悬浊液B各自通过注入管分别压送，在临注入地基时合并混合的利用1.5注射施工方法的地基注入。
快凝性组合物的混合悬浊液A以及水泥的混合悬浊液B的压送量，可采取等量注入和比例注入的任一种，快凝性组合物和水泥的比例是，对应于100份的水泥，快凝性组合物较好为按10～40份的比例混合。快凝性组合物未满10份则有凝胶的初凝结强度差的情况发生，另外，若大于40份以上，则长期强度的持续性减小，且从经济性的方面考虑也不适宜。
本发明中使用的水的量，对应于合计量100份的快凝性组合物和水泥，较好为250份以下。水的量大于250份则有凝胶的初凝结强度下降的情况发生。
通过使用本发明的快凝性组合物，能够以高于现有的含水比混合的混合悬浊液的注入施工法，具有良好的凝胶的初凝强度和短时间即可具备高强度，且可填充至空隙或者多流水的山地等处。
实施例
以下列举实施例，更具体说明本发明，当然本发明并不限于这些实施例的解释。另外，以下的实施例中，实验NO.1-2以及1-10是比较例，其他是本发明的实施例。
实施例1-1～1-10
使用振动磨机粉碎，将具有表1所示的布莱因值的铝酸钙和无机硫酸盐等量混合，在诺塔混合机中混合，所得的混合物在振动磨机中再粉碎制得快凝性组合物。
在加入了948cc水的混合容器中，溶解1.5g凝结调节剂，之后添加150g制得的快凝性组合物搅拌，制得含有快凝性组合物的1升的混合悬浊液A。
另一方面，在加入了810cc水的混合容器中，添加600g水泥搅拌，制得含有水泥的1升的混合悬浊液B。
将所得的混合悬浊液A和混合悬浊液B混合搅拌，测定其凝结时间，凝胶的初凝结强度以及压缩强度。试验均在温度20℃、湿度80％的恒温恒湿室内下进行，结果一并示于表1。
另外，表1的“制造方法”中“混合”是只混合的意思、“混合粉碎”是混合后再粉碎的意思。即，实施例1-1以及1-2是，不经混合粉碎，由具有表1所示的布莱因值的铝酸钙和无机硫酸盐混合而成的物质。
<使用材料>
铝酸钙：由12CaO·7Al2O3组成，用电炉熔化，通过急速冷却成为非晶体的熔物
无机硫酸盐：II型无水石膏、副产石膏、市售品。
凝结调节剂：主要成分为碳酸钙和枸橼酸的混合物、市售品
水泥：普通波兰特水泥，市售品
<测定方法>
凝结时间：将混合悬浊液A和混合悬浊液B混合，至混合物的流动性消失所需的时间。
凝胶的初凝结强度：使用配置有JISR5201中所示的凝结试验的终结用标准针的维卡针装置，将混合悬浊液A和混合悬浊液B混合，凝结后，迅速填充到水泥浆容器中，针进入到10mm以下所需的时间。
压缩强度：以JISR5201为标准，填充到灰浆供试体成形用型中，材料龄1.5小时的初期强度。
表1
| 实验NO. | 原料粉末度 | 制造方法 | 快凝性组合物的粉末度 | 凝结时间(秒) | 凝胶的初凝结强度 | 压缩强度(N/mm<sup>2</sup>) | 有无偏析 | |
| CA | 石膏 | |||||||
| 1-11-2 | 80506020 | 80806070 | 混合混合 | 80606050 | 2145 | 227590 | 0.060.03 | 无无 |
| 1-31-41-51-6 | 2680410050506020 | 5090509050905090 | 混合粉碎混合粉碎混合粉碎混合粉碎 | 7560758080508600 | 53434138 | 12523125 | 0.060.160.180.20 | 有无无无 |
| 1-71-81-9 | 410050505050 | 208030606070 | 混合粉碎混合粉碎混合粉碎 | 751076608550 | 654040 | 158185 | 0.070.160.19 | 有无无 |
| 1-10 | 5050 | 5090 | 混合粉碎 | 7030 | 50 | 358 | 0.06 | 无 |
CA是铝酸钙、石膏是无机硫酸盐、原料粉末度和快凝性组合物粉末度为布莱因值(cm2/g)
由表1可知，本发明的快凝性组合物即使在高含水率混合下，凝胶的初凝结强度也很大，而且短时间强度的表现性优良。
Claims (7)
1.水泥用快凝性组合物，其特征在于，含有铝酸钙和无机硫酸盐，而且布莱因比表面积值在7500cm2/g以上，所述铝酸钙为12CaO·7Al2O3和/或者11CaO·7Al2O3·CaF2非晶体。
2.如权利要求1所述的水泥用快凝性组合物，其特征还在于，对应于100质量份的铝酸钙，无机硫酸盐的含量为50～200质量份。
3.如权利要求1或2所述的水泥用快凝性组合物的制造方法，其特征在于，将布莱因比表面积值为4000～6000cm2/g的铝酸钙和布莱因比表面积值为3000～6000cm2/g的无机硫酸盐，混合粉碎至布莱因比表面积值为7500cm2/g以上。
4.快凝性混合悬浊液，其特征在于，由含有铝酸钙和无机硫酸盐、且布莱因比表面积值在7500cm2/g以上的快凝性组合物，凝结调节剂以及水的混合悬浊液组成，所述铝酸钙为12CaO·7Al2O3和/或者11CaO·7Al2O3·CaF2非晶体。
5.如权利要求4所述的快凝性混合悬浊液的制造方法，其特征在于，在装有包含凝结调节剂的水的搅拌机中，添加含有铝酸钙和无机硫酸盐、且布莱因比表面积值为7500cm2/g以上快凝性组合物，再混合。
6.如权利要求5所述的快凝性混合悬浊液的制造方法，其特征还在于，使用相对于100质量份的铝酸钙的50～200质量份的无机硫酸盐，以及相对于100质量份的铝酸钙和无机硫酸盐的0.5～4质量份的凝结调节剂。
7.施工方法，其特征在于，将权利要求4所述的快凝性混合悬浊液，以及水泥和水的混合悬浊液分别单独运送，在即将施工前混合注入地基。
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