JP2001163650A

JP2001163650A - セメント用急結剤

Info

Publication number: JP2001163650A
Application number: JP34514599A
Authority: JP
Inventors: Shigeru Matsuura; 茂松浦; Yoji Ogawa; 洋二小川; Morio Yamamoto; 盛男山本; Wataru Yuki; 渡結城; Kazunori Nishi; 和紀西
Original assignee: Taiheiyo Cement Corp; Onoda Co Ltd
Current assignee: Taiheiyo Cement Corp; Onoda Co Ltd
Priority date: 1999-12-03
Filing date: 1999-12-03
Publication date: 2001-06-19

Abstract

(57)【要約】【解決手段】次の成分(A)〜(D) ： (A) 1400℃未満の温度で焼成され、CaOが40〜70重量
％、Na₂Oが５〜20重量％、Al₂O₃が20〜50重量％の化学
組成を有する結晶質のNa₂O-CaO-Al₂O₃系組成物：100重
量部 (B) 非晶質アルミナ又は低結晶質アルミナ：１〜30重量
部 (C) アルミン酸アルカリ、炭酸アルカリ、硫酸アルカ
リ、石灰及び石膏から選ばれる無機塩類：５〜200重量
部 (D) 早期反応性を有しないブレーン比表面積4000cm²/g
以上の微粉末：20〜100重量部を混合してなるセメント用急結剤。【効果】高強度タイプのコンクリートを用いた吹き付
けにおいて、急結剤添加直後の瞬結を抑制して吹き付け
ムラやポンプ詰まりを防止するとともに、速やかな硬化
が可能である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、トンネル、橋脚等
の工事における天井又は壁面へのセメントモルタルやコ
ンクリートの吹き付けに際し、特にセメント富配合の高
強度タイプのコンクリートを吹き付ける場合において、
ポンプ圧送に支障を与えることなく、良好な吹き付け施
行が可能なセメント用急結剤（以下、急結剤という）に
関する。

【０００２】

【従来の技術】水和活性に優れた混和材をセメントに混
合することによって、セメントの硬化、凝結速度を調整
することができ、これによりコンクリートやモルタルの
初期強度を著しく高めたり、凝結時間を極端に短くする
ことができる。また、これを用いてトンネルの天井部、
橋台下などの天板にコンクリートやモルタルを吹き付け
る、いわゆる吹き付け工法が広く行われている。通常、
このような用途に使用される急結剤としては、水ガラス
を主体とするもの、アルカリ金属アルミン酸塩を主体と
するもの、溶融アルミン酸カルシウムを主体とするもの
等がある。

【０００３】最近、吹き付けコンクリートによる一次覆
工が検討されており、これに伴い吹き付けコンクリート
の高品質化及び高強度化の要望が高まっている。しか
し、このような要望に沿った高強度タイプのセメント富
配合、低水セメント比のコンクリートは、従来のコンク
リートに比べ粘性が高く、急結剤との反応性も大きいた
め、これに従来のような瞬結性の急結剤を添加した場
合、ポンプ圧送の抵抗性が増大し圧送コンクリートの脈
動が発生することにより、吹き付けムラが頻発する等、
良好な吹き付け施行を実施することが困難となる。そし
て最悪の場合にはポンプ詰まりを生じ、大きなトラブル
になるという問題がある。特に、夏場の高温度環境下に
おいては、セメントと急結剤が一層激しく反応し、水和
が促進されるため、より大きな問題となる。

【０００４】一方、急結剤添加量を下げることにより、
初期の瞬結性を和らげることは可能であるが、従来の急
結剤を用いる限り、良好な吹き付け性状を得るための添
加量は、現行の施工機械では安定した供給ができない範
囲となることが指摘されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従って、本発明は、特
にセメント富配合、低水比のコンクリートを用いた高強
度吹き付けにおいて、急結剤添加直後の瞬結（こわば
り）を抑制することによりポンプ圧送時のトラブルを防
止できるとともに、吹き付け後自重による剥落の余裕を
与えることなく速やかに硬化させることができ、しかも
高い初期強度及び長期強度を発現し、長期にわたり安定
した強度が得られる急結剤を提供することを目的とす
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】かかる実情において、本
発明者らは急結剤の成分について鋭意検討を行った結
果、Na₂O-CaO-Al₂O₃系組成物を主成分とし、非晶質又は
低結晶質アルミナ、特定の無機塩、及び早期反応性のな
い微粉末を組合わせて用いることにより、所期の性能を
有する急結剤が得られることを見出し、本発明を完成す
るに至った。

【０００７】すなわち本発明は、次の成分(A)〜(D)： (A) 1400℃未満の温度で焼成され、CaOが40〜70重量
％、Na₂Oが５〜20重量％、Al₂O₃が20〜50重量％の化学
組成を有する結晶質のNa₂O-CaO-Al₂O₃系組成物：100重
量部 (B) 非晶質アルミナ又は低結晶質アルミナ：１〜30重量
部 (C) アルミン酸アルカリ、炭酸アルカリ、硫酸アルカ
リ、石灰及び石膏から選ばれる無機塩類：５〜200重量
部 (D) 早期反応性を有しないブレーン比表面積4000cm²/g
以上の微粉末：20〜100重量部を混合してなるセメント用急結剤を提供するものであ
る。

【０００８】

【発明の実施の形態】成分(A)のNa₂O-CaO-Al₂O₃系組成
物（以下「CNA組成物」と略称する）は、生石灰等のCaO
源、アルミナ等のアルミニウム源、及びソーダ灰のNa₂O
源の混合物を、電気炉等の適切な設備で焼成することに
より得られるが、焼成温度が高過ぎるとNa₂Oの揮散が高
くなるため、必ずしも高い温度で焼成する必要はなく、
焼成温度は1400℃未満、好ましくは1200〜1350℃であ
る。

【０００９】成分(A)としては、前記のような化学組成
を有するものが好ましく、更に8CaO・Na₂O・3Al₂O₃を50
重量％以上含む結晶質のものが好ましい。このような組
成物は、CNA組成物の中で、最も高カルシウム含有の組
成物であり、非常に水和活性に優れているものである。
また、成分(A)には、微量成分として５重量％程度のSiO
₂、K₂O、MgO、Fe₂O₃、TiO₂等が含まれていてもよい。

【００１０】成分(B)の非晶質又は低結晶質アルミナ
は、水又は水の存在下においてその他の急結剤成分及び
セメントと速やかに反応するような活性の高い非晶質又
は結晶度の低いアルミナ物質で、例えば活性アルミナ、
水硬性アルミナ、γ−アルミナ、ベーマイトゲル等が挙
げられる。α−アルミナは結晶性が高いので含まれな
い。

【００１１】このような非晶質又は低結晶質アルミナ
は、反応活性が高く、急結剤の一成分として、モルタル
・コンクリート中で水、あるいはその他の急結剤成分及
びセメントと速やかに反応し、それ自体水和するととも
に、カルシウム、硫黄成分などと結びついて、急結性を
引き起こすエトリンガイト等の水和物の生成に極めて有
効に寄与する。また、非晶質又は低結晶質アルミナの粉
末度又は粒度も活性との関係から重要である。粉度は、
平均粒径0.5 〜200μm 、特に１〜30μmが好ましく、BE
T比表面積が20m²/g以上、特に100m²/g 以上が好まし
い。

【００１２】成分(B)の配合量は、成分(A)の100重量部
に対し１〜30重量部であり、２〜20重量部が好ましい。
１重量部未満ではその効果が十分に得られず、30重量部
を超えると、急結剤添加直後の瞬結（こわばり）が大き
くなり、ポンプ圧送の支障になるとともに、長期の強度
発現性が低減する。

【００１３】また、成分(C)の無機塩類は、急結剤をセ
メントに添加した際の硬化を補助的に促し急結性能ある
いはその後の硬化促進を向上させるものであり、アルミ
ン酸アルカリ、炭酸アルカリ、硫酸アルカリ、石灰及び
石膏から選ばれ、単独で又は２種以上を組合せて使用す
ることができる。

【００１４】成分(C)のうち、アルミン酸アルカリは、
早期エトリンガイト生成のアルミニウム供給源となると
ともに、急結性を補完的に付与し、特にアルミン酸ソー
ダが好ましい。炭酸アルカリは、急結性を付与する場合
の補完的役割を果たし、炭酸リチウム、炭酸ソーダ、炭
酸カリウム等が挙げられる。硫酸アルカリは、水に溶解
してSO₄ ^2-イオン濃度を高め、CNA組成物の水和を穏やか
に進行させることができ、これにより、初期のこわばり
を抑制し、良好なポンプ圧送性を確保することができ
る。特に、硫酸ナトリウムが好ましい。また、石灰は生
石灰及び消石灰が使用され、エトリンガイトの生成量及
び生成速度を制御する役割を果たす。石膏は急結性をも
たらす主要生成物であるエトリンガイトのSO₃源とな
り、その生成量を調整する。

【００１５】成分(C)の配合量は使用温度によって異な
るが、成分(A)の100重量部に対し5〜200重量部の範囲で
あり、80〜160重量部が好ましい。

【００１６】成分(D)の早期反応性を有しない微粉末
は、成分(C)の無機塩類とは異なり、急結性をもたらす
早期の反応にはほとんど寄与しないことが特徴である。
成分(D)の配合量を変化させることにより急結成分の配
合量を調整し、初期の急結性能を制御してこわばりの発
生を防止し、良好なポンプ圧送性を得ることができる。
また、微粉末の粒子を使用することにより、適度な粘性
を付与することができ、吹き付けコンクリートの粘性に
よる付着・保持性能向上に有効である。かかる微粉末と
しては、炭酸カルシウム、石灰石微粉末、及び珪石微粉
末、シリカヒューム等の各種シリカ組成物などが挙げら
れるが、特に炭酸カルシウムが好ましい。成分(D)の微
粉末の粒度は、平均粒径15μm以下、特に10μm以下であ
るのが好ましく、ブレーン比表面積が4000cm²/g 以上、
特に5000cm²/g 以上が好ましい。特に、ブレーン比表面
積6000cm²/g 以上の炭酸カルシウム微粉末は、安価に入
手可能であり性能的にも有効である。

【００１７】成分(D)の配合量は、成分(A)の100重量部
に対し、20〜100重量部であり、30〜80重量部が好まし
い。20重量部未満では急結性能を適度に制御するには不
十分であり、また100重量部を超えると逆に急結性が確
保できなくなる。

【００１８】本発明の急結剤は、通常、コンクリート又
はモルタル中に、セメント100重量部に対して２〜15重
量部添加して使用され、特に、高強度吹き付けコンクリ
ートへの適用が好適である。

【００１９】

【実施例】以下、実施例を挙げて本発明を更に詳細に説
明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。

【００２０】実施例１下記記載に従い、各種急結剤を製造し、その性能評価を
行った。

【００２１】〔使用した材料〕 (A)CNA組成物原料として、CaO源に炭酸カルシウム、アルミニウム源
にアルミ灰、Na₂O源にソーダ灰を使用した。ロータリー
キルンにて1300℃で焼成した後、ボールミルで粉砕し、
粉末度をブレーン比表面積で約6000cm²/gに調整して、
表１に示す３種のCNA組成物を調製した。

【００２２】

【表１】

【００２３】(B) アルミナ非晶質又は低結晶質アルミナとして、水硬性アルミナ
（Hy）、γ−アルミナ（γ）を、結晶質アルミナとし
て、α−アルミナ（α）を用いた。

【００２４】(C) 無機塩類アルミン酸アルカリとして工業製品であるアルミン酸ソ
ーダ（AN）を、炭酸アルカリとして工業製品であるソー
ダ灰（N）を、石灰として工業製品である消石灰（CH）
を、石膏（G）としてブレーン比表面積6000cm²/gの無水
石膏を、硫酸アルカリとして工業製品である無水ボウ硝
（NS）を用いた。

【００２５】(D) 微粉末炭酸カルシウム（CC）としてブレーン比表面積6000cm²/
gの工業製品を、珪石微粉末（Si）としてSiO₂含有量96
重量％以上の伊豆特粉をブレーン比表面積4500cm²/gに
調整して使用した。

【００２６】〔急結剤の配合組成〕上記材料を用い、常
法に従って表２に示す各種急結剤を製造した。

【００２７】

【表２】

【００２８】〔急結剤の評価方法〕急結剤の性能評価
は、下記方法に従って、モルタルによるプロクター貫入
試験、ポンプ圧送試験及びモルタル圧縮強度試験により
行った。

【００２９】(1) プロクター貫入試験口径10cm、高さ16cmの円筒型ポリ容器に、セメント（早
強ポルトラントセメント）500g、及びJIS標準砂500g
（砂セメント比１）を量り取り、これに水200ml（水セ
メント比0.4）及び高性能減水剤NT-1000（(株) エヌエ
ムビー製）をセメント100重量部に対して1.0重量部添加
し、直径５cmの羽付ハンドドリルにて1200rpmの回転数
で１分間混合した後、30分間練り置いた。これを１分間
混練後、35ｇ（セメント100重量部に対して７重量部）
の急結剤を添加して５秒間攪拌し、次いでタッピングに
よりモルタル表面を平滑にした後、静置した。急結剤を
添加した直後からの材齢１、２、３及び６分後における
プロクター貫入抵抗値を測定した。

【００３０】(2) ポンプ圧送試験ポンプ圧送性は、簡易モルタル吹き付け装置を使用し
て、モルタルのポンプ送りによる脈動の生じ具合により
評価した。材料として、早強ポルトランドセメント、小
笠産陸砂を使用して、水セメント比0.4、砂セメント比
２に調整し、(1)と同様の高性能減水剤をセメント100重
量部に対して1.0重量部添加したモルタルを作製した。
このモルタルをポンプ圧送し、ノズル先端で急結剤をセ
メント100重量部に対して７重量部添加した。このとき
のポンプ圧送中の脈動を観察した。評価は、「脈動あ
り」を「×」、「やや脈動が見られる」を「△」、「脈
動なし」を「○」とした。

【００３１】(3) モルタル圧縮強度試験本発明品の中で代表的な４種について、上記(1)と同じ
配合のモルタルに対し、同量の急結剤を添加し、各材齢
におけるモルタル圧縮強度を測定した。比較例として、
急結剤無添加のモルタル（対照）の強度及び従来の急結
剤（(株) 小野田製，T-ROCK）を使用した場合（比較品
６）の強度を測定した。なお、従来の急結剤を使用した
配合では普通ポルトランドセメントを使用し、その配合
比は、水セメント比0.6、砂セメント比２とし、急結剤
の添加量はセメント100重量部に対して７重量部とし
た。

【００３２】〔評価結果〕 (1) プロクター貫入試験及びポンプ圧送試験の評価結果
を表３に示す。本発明品１〜８はいずれもポンプ圧送性
は良好であり、プロクター貫入抵抗値でみられる強度の
促進も良好であった。一方、比較品１、２は、非晶質又
は低結晶質アルミナを配合しない例であり、これは強度
の促進が遅く好ましくない。比較品３は、非晶質又は低
結晶質アルミナを多量に配合した例であり、ポンプ圧送
性にやや脈動が見られるとともに、強度発現もやや低め
の傾向であった。比較品４は微粉末を配合しない例であ
り、ポンプ圧送時に脈動が認められた。比較品５は微粉
末の添加量が多すぎ、本発明の範囲を超える例であり、
強度の増進が大きく遅れ、好ましくない。

【００３３】

【表３】

【００３４】(2) 圧縮強度試験の結果を表４に示す。本
発明品を使用した場合のモルタル圧縮強度は、従来タイ
プの急結剤（比較品６）を使用した場合に比べ、十分高
い強度が得られており、また、急結剤無添加の場合に比
べても、高い強度発現性を示した。また、非晶質又は低
結晶質アルミナを多量に配合した比較品３では、28日の
強度発現性が低下した。

【００３５】

【表４】

【００３６】

【発明の効果】本発明の急結剤は、特に高強度タイプの
コンクリートを用いた吹き付けにおいて、急結剤添加直
後の瞬結（こわばり）を抑制することによりポンプ圧送
時のトラブルを防止できるとともに、吹き付け後速やか
に硬化させることができ、しかも高い初期強度及び安定
した長期強度を発現するものである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｃ０４Ｂ 22/14 Ｃ０４Ｂ 22/14 ＢＥ２１Ｄ 11/10 Ｅ２１Ｄ 11/10 Ｄ // Ｃ０４Ｂ 103:12 Ｃ０４Ｂ 103:12 (72)発明者小川洋二千葉県佐倉市大作２丁目４番２号太平洋セメント株式会社佐倉研究所内 (72)発明者山本盛男千葉県佐倉市大作２丁目４番２号太平洋セメント株式会社佐倉研究所内 (72)発明者結城渡千葉県佐倉市大作２丁目４番２号株式会社小野田開発研究所内 (72)発明者西和紀千葉県佐倉市大作２丁目４番２号株式会社小野田開発研究所内Ｆターム(参考） 2D055 DB00 KA08 4G012 MB23 MB24 PB03 PB04 PB05 PB11 PC06

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】次の成分(A)〜(D)： (A) 1400℃未満の温度で焼成され、CaOが40〜70重量
％、Na₂Oが５〜20重量％、Al₂O₃が20〜50重量％の化学
組成を有する結晶質のNa₂O-CaO-Al₂O₃系組成物：100重
量部 (B) 非晶質アルミナ又は低結晶質アルミナ：１〜30重量
部 (C) アルミン酸アルカリ、炭酸アルカリ、硫酸アルカ
リ、石灰及び石膏から選ばれる無機塩類：５〜200重量
部 (D) 早期反応性を有しないブレーン比表面積4000cm²/g
以上の微粉末：20〜100重量部を混合してなるセメント用急結剤。
【請求項２】成分(A)が、1400℃未満の温度で焼成さ
れ、CaOが40〜70重量％、Na₂Oが５〜20重量％、Al₂O₃が
20〜50重量％の化学組成を有し、8CaO・Na₂O・3Al₂O₃を
50重量％以上含む結晶質のNa₂O-CaO-Al₂O₃系組成物であ
る請求項１記載のセメント用急結剤。
【請求項３】成分(D)の微粉末が、炭酸カルシウム、
石灰石微粉末、珪石微粉末及びシリカヒュームから選ば
れるものである請求項１又は２記載のセメント用急結
剤。