JP2001278674A - リチウム塩を含有する消石灰スラリー系急結剤 - Google Patents
リチウム塩を含有する消石灰スラリー系急結剤Info
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Abstract
粘性を抑制、施工中の急結剤固体粒子の沈降防止に優
れ、且つ、吹き付けられた吹付け材の強度発現性を向上
した湿式吹付施工における急結剤。 【解決手段】消石灰を5〜60重量%と、残部が水から
なるスラリーであって、スラリー100重量%に対し、
リチウム塩をLi2Oに換算して0.01〜10重量%
と、分散剤を0.1〜10重量%外掛け添加した急結剤
により早期強度発現がなされる。さらに、消石灰の全量
中で、粒子径が0.3μm以上が80%以上あり、ま
た、全量中に粒子径の30μm以下が80%以上を占
め、かつ、前記30μmを越える粒子及び0.3μm未
満の粒子を単独あるいは合量を20%以下にすること
で、消石灰粒子の沈降を抑制して性状の安定化を計るこ
とができる。更に、分散安定化剤及び/又は気泡剤を
0.05〜5重量%外掛け添加することにより沈降抑制
効果は一段と向上する。
Description
不定形耐火材料の湿式吹付施工により形成された補修耐
火物およびイニシャルライニングの速やかな強度発現を
実現させるための急結剤に関する。
しで、かつ短時間に施工可能であり、施工体も乾式吹付
施工に比べて緻密で、流し込み施工体並の品質を実現で
きることもあり、施工の省力化および低コスト化の観点
から、各種窯炉において、炉の補修およびイニシャルラ
イニングの施工方法として採用されている。その吹付け
施工体の急結性を得るため消石灰スラリーを急結剤に使
用することが、たとえば、特公昭57−7350号公
報、特公平2−27308号公報および特表平10−5
02574号公報に開示されている。
付け材の性状の安定化、吹付け施工時における急結剤固
体粒子の沈降防止、粘性抑制等が難しい等の問題があっ
た。この解決策として、本願出願人は、特願平11−2
94547号出願の、消石灰スラリーからなる急結剤に
おいて、消石灰の粒度を規定し、さらに分散剤、さらに
は、分散安定化剤あるいは気泡剤を配合したものを開示
した。しかしながら、強度発現速度において未だ不十分
であるため、特に早期硬化を必要とする天井部等の上向
きに吹き付ける施工では、十分な効果を発揮できるまで
に至っていない。
の性状の安定化を計り、圧送中の粘性を抑制し、施工中
の急結剤固体粒子の沈降防止に優れ、かつ、吹き付けら
れた吹付け材の強度発現性に優れた不定形耐火材料の湿
式吹付施工のための急結剤を提供する。
セメントの硬化促進をするだけのものではなく、吹付
中、流動状態にある不定形耐火材料と急結剤との混合に
より、瞬時に流動性を消失せしめ、かつ、硬化して比較
的強固な施工体とする機能を発揮するもので、消石灰を
5〜60重量%を含み残部が水からなるスラリーに、ス
ラリー中の消石灰100重量%に対し、リチウム塩をL
i2Oに換算して0.01〜10重量%と、分散剤を
0.1〜10重量%を添加した急結剤である。
工業生産されているものから選択でき、良好な消石灰ス
ラリーを得るために日本工業規格(JIS R900
1)の2号以上の成分、すなわちCaO成分65重量%
以上のものが良く、強度発現効果を得るために、リチウ
ム塩を添加する。
が良い。消石灰濃度が5重量%以下では急結性に劣り、
材料との反応性が小さすぎるため、施工面で吹付け材が
垂れるほか、スラリー中の水分が多くなると、施工体の
気孔率が高くなり、強度などで所望の品質が得られな
い。また、60重量%を越えると濃厚なスラリーとなり
すぎ、粘性が高くなり、ホイップ状となる。そのため、
圧送し難くなって急結剤注入用の急結剤ポンプが詰まっ
たり、不定形耐火材料との混練が不均一となり良好な施
工体とならない。
は、後述する消石灰の粒子径が0.3μmより小さい粒
子を20%より多く含有する場合と同じく、低粘性化の
ためには、なお多量の分散剤が必要となり、吹付作業
性、吹付施工体の品質などへ悪影響を及ぼすため、濃度
は60重量%以下にする。
進するもので、硬化時間を短縮できることは知られてい
る。急結する機構については定かではないが、アルミナ
セメントより溶出されるアルミニウムイオンとリチウム
塩から溶出したリチウムイオンが反応し、アルミン酸リ
チウムを生成することにより速硬性が向上すると考えら
れ、単なるセメントの硬化現象とは異なると考えられ
る。このような急結特性について、急結剤として石灰ス
ラリーとリチウム塩とを組み合わせた場合に著しい急結
性の向上が見られることの知見を得て、種々の検証実験
から、その適正範囲を見いだした。
してLi2O換算で、0.01〜10重量%の範囲で混
合させることで急結剤として最大の効果を発現を有する
もので、0.01重量%より少ないと急結促進効果が見
られない。10重量%を越えると急結性は良好である
が、乾燥時に爆裂を引き起こす原因となる。
化リチウム、炭酸リチウム、弗化リチウム、乳酸リチウ
ム、リン酸リチウム、クエン酸リチウム等多くのものが
使用可能である。
ーに対し圧送に可能な流動性を与える分散効果のある物
質であるならば良い。たとえば分子量15,000以下
のポリアクリル酸塩、芳香族スルホン酸塩、アルキルス
ルホン酸塩、リグニンスルホン酸塩、ポリカルボン酸
塩、高分子ポリカルボン酸塩、有機りん酸塩、アルカリ
金属炭酸塩、無機りん酸塩等である。これらは、1種類
もしくは、2種類以上組み合わせて使用してよい。
ーの粘性調整は、圧送性および材料との十分な混合状態
を得るため、200mPa・s未満が望ましく、スラリ
ーに対して0.1〜10重量%添加することで達成す
る。10重量%より多いと急結性を阻害することとな
り、0.1重量%より少ないと粘性低下に効果がない。
沈降をより抑え、分散性の良いスラリーを得る手段とし
て、消石灰の全量中で0.3μm以上の粒子径のものが
80%以上であり、また、全量中で粒子径30μm以下
が80%以上占め、かつ、前記30μmを越える粗粒域
の粒子および0.3μm未満の微粒域の粒子が各々単独
あるいは合量においても20%以内の粒度構成になるよ
う粒度調整して使用するものである。
より多く含む消石灰は、ボールミルなどで乾式もしくは
湿式粉砕することにより粒度調整を行う。この規制する
粒度範囲の消石灰を使用することによって、粒子の沈降
速度は遅くなり施工中に水と粒子が分離することはな
く、さらに、分散剤を使用することによって低粘性化で
き、容易にポンプ圧送が可能であり、かつ急結性の良い
消石灰スラリー急結剤が実現できる。
含有する消石灰を使用した場合、粗い粒子の沈降は顕著
となり、急結剤のタンク中でスラリー濃度に差が生じて
一定濃度の急結剤を供給できなくなるほか、数時間の施
工では、水と粒子の分離が進み、スラリー粘性が変化す
るため吐出量が不安定となり、ひいては圧送管内で詰ま
ってしまい施工不能となる。また、0.3μmより小さ
い粒子を20%より多く含有すると、粒子の沈降速度は
一段と遅くなり水と粒子の分離は問題ないものの、スラ
リーは高粘性となって圧送困難であり、低粘性化させる
ための分散剤も多量に必要とし、消石灰の反応性を鈍ら
せ、吹付時の付着不良や施工体の強度劣化を招く。
の微粒域の粒子の合量においても20%以内の粒度構成
にすることは、中間粒域である30〜0.3μmの粒子
量が少なくなることで、スラリーの粘性や沈降速度の調
整がコントロールし難くなることを防ぐためである。
して分散安定化剤及び/又は気泡剤を0.05〜5重量
%の範囲内で1種以上単独であるいはこれらを組み合わ
せて外掛け添加することで、分離を抑制し、沈降を抑制
した急結剤を得ることができる。なお、これらを組み合
わせる比率は特定されず、任意に状況に応じて、組み合
わせて使用できる。
解して粘性を増加させ、消石灰粒子の沈降速度を小さく
する効果をもつ無水珪酸、粘土などの無機増粘剤と、さ
らに消石灰粒子表面に吸着層を形成し、近接する粒子間
で立体的に緩い架橋結合をスラリー全体に形成させ沈降
を抑制する効果を合わせ持つ、たとえば、CMC.PV
A、分子量20,000以上のポリアクリル酸塩などの
水溶性高分子を使用できる。また、これらと同様な効果
がある物質から1種又は2種以上を使用条件に合わせて
選択して添加できる。これらの分散安定化剤の添加量
は、スラリーに対し、0.05〜5重量%が適正であ
り、0.05重量%より少ないと増粘効果がなく、5重
量%を越えると粘性が大きくなりすぎる。
の気泡の浮力により沈降を抑制する効果がある。たとえ
ばラウリル硫酸塩やカルボン酸系などの各種界面活性剤
があり、これらと同様な効果をもつ物質から1種又は2
種以上を選択して添加できる。その適正な添加量は、ス
ラリーに対し0.05〜5重量%であり、0.05重量
%より少ないと沈降抑制効果がなく5重量%を越えると
気泡が多くなりすぎ、定量的な圧送は困難となる。
は、0.01〜5重量%、より好ましくは0.1〜2重
量%であり、1時間後の強度がより高いものになる。
火材料やアルミナセメントをボンド(登録商標)とする
吹付け材のほか、粘土、りん酸塩、珪酸塩、水硬性遷移
アルミナ、マグネシア−シリカ、無機酸化物コロイドな
どをボンドとする吹付け材にも適応可能である。また、
装置や、熱間施工等の施工条件による拘束を受けること
なく使用可能である。
2に示す実施例によって、比較例と対比して説明する。
2.5重量%のものを使用し、水は水道水を使用した。
mの透明なプラスチック容器に100リットルの急結剤
を入れ、上部に透明な水の層が形成され始める時間を沈
降開始時間として測定した。
量10,000のポリアクリル酸ソーダ、沈降抑制を高
めるための場合には分散安定化剤として分子量100,
000のポリアクリル酸ソーダ、気泡剤にはカルボン酸
系を用いた。
ー、蒸発シリカ、アルミナセメントをボンドとする湿式
吹付け材料に水を6重量%添加し、急結剤は0.5重量
%を急結剤タンクに流し込んで1時間静置後材料と共に
吹付け施工し強度発現状況を測定した。
たシャモット質れんが表面に吹き付けたものから40×
40×160の片を切り出した耐火物を、室温30℃に
おける1時間後に三点曲げによる養生曲げ強度を測定
し、比較対象基準数値として1時間後の養生曲げ強度が
3.0mPa以上を施工作業可能とした。
を規定内で使用し強度発現効果を付加した消石灰スラリ
ー系急結剤を示す。また、比較例1〜5は、実施例に対
する分散剤、リチウム塩、沈降抑制剤の有無、および添
加量等の過少による特性値の変化を測定した例を示す。
することなく平均的な粒度域である0.3〜30μmを
主として使用し、リチウム塩を使用することで、従来よ
りも強度発現を速めることを主眼としたもので、半日以
内に施工が完了可能な場合の使用にも適用できるものも
含まれる。
チウムを使用したもので、消石灰の量およびリチウム塩
を規定内で変化させ特性を測定した。分散剤により粘性
は200mPa.sよりも低く、流動性には優れている
ことがわかる。沈降開始時間は分散剤の働きもあり何れ
も6時間以上を示し、特に沈降抑制剤を添加した実施例
8〜10は、15時間以上沈降開始を延ばすことがで
き、作業の上でも時間的余裕をもって実施可能となっ
た。
いた吹付け耐火物の強度発現状態を測定した結果、実施
例3〜10は言うまでもなく、規定内ではあるが消石灰
の濃度が5重量%と薄い実施例1、2においても、1時
間後には3.0mPaの基準値をクリアーし、その強度
発現性の効果が得られ早期施工体形成が必要とされる箇
所への作業も可能となった。
チウム塩とは、異なるリチウム塩に置き換えて実施した
例であり、何れも1時間後にはすでに基準値以上の養生
曲げ強度を示した。
用した例であるが、分散剤の添加がなく粘性が高すぎる
ため作業性が悪く、沈降抑制剤添加がなく3時間程度で
沈降が始まり可使時間に問題がある。施工された耐火物
も1時間後の曲げ強度が1.5mPaと小さく希望され
る施工体は得られなかった。
が規定範囲内であり、分散剤、沈降抑制剤添加がないた
め粘性が高すぎるため作業性が悪く、3時間程度で沈降
が始まり可使時間に問題がある。また、リチウム塩を添
加したが消石灰に対するリチウム塩の使用比率が多すぎ
るため強度発現は早かったが爆裂により亀裂が発生し
て、1時間後の養生曲げ強度は基準値を越えることがで
きず強度は劣化を示した。
ため濃厚なスラリーとなりすぎ、分散剤の効果が得られ
ず、沈降抑制剤を規定最大限に添加することで沈降開始
時間は14時間後と良好であったが、粘性が高く、圧送
し難くなって急結剤注入用の急結剤ポンプが詰まり、ま
た、不定形耐火材料との混線が不均一となって、リチウ
ム塩の添加効果もなく、養生曲げ強度が1時間後では
1.3mPaを示し、その後爆裂により亀裂が発生し強
度が劣化した。
り、分散剤の添加作用で粘度は10mPa・sであった
が、沈降抑制剤を添加しても、沈降抑制作用は働かず、
20分で沈降を開始した。また、消石灰が少量のためリ
チウム塩の添加効果もほとんどなく、早期強度発現によ
る養生曲げ強度の向上には至らなかった。
に分散剤を1.0重量%添加した例で、粘度、沈降開始
時間等は何れも良好であるが、リチウム塩の添加がない
ため早期強度発現による施工体を得ようとする本発明の
1時間後の養生曲げ強度3.0mPaの目標に対し、1
時間後の養生曲げ強度は2.2mPaであり遠く及ばな
かった。
う場合にも適用できるように、リチウム塩に加え消石灰
の粒度構成を規制して沈降速度を調整した実施例14〜
25と、それに対する比較例6〜13を示すもので、分
散剤、沈降抑制剤の有無、および添加量の過少および、
粒度構成の変化による特性を測定した消石灰スラリー系
急結剤を示す。
法により測定した。
わせて変化させた例であり、実施例14は、消石灰の使
用量が5重量%と規定量内ではあるが少なく分散剤によ
る粘性は低い。粒度構成は30μmを越えるものが0.
3μm未満の粒子より多いため沈降開始は12時間後と
他の実施例より早いが、十分な可使時間を有しており、
養生曲げ強度もリチウム塩により急結後、1時間後の養
生曲げ強度において目的の数値3.0mPaを越えて
4.9mPaを示した。
添加量の変化で強度発現状態を見た。リチウム塩が多い
実施例16は、9.5mPaとすでに1時間後の養生曲
げ強度において実施例15、17よりも高い強度の向上
が見られた。
し0.3μm未満の粒子の量を多く使用した例で、沈降
開始時間は22時間後まで延ばすことが可能となった。
粘性を下げるため分散剤を3.0重量%とした。また、
実施例19はリチウム塩の量を増やすことで養生曲げ強
度が実施例18より優れていた。
外のリチウム塩を使用した例で、何れも沈降開始時間は
18時間後であり、養生曲げ強度も1時間後には基準の
3.0mPaを十分に越えた状態になっていた。
で、実施例23は分散安定化剤、実施例24は気泡剤
を、実施例25は分散安定化剤と気泡剤の両方を添加し
たことで、沈降開始時間は何れも24時間以上となり養
生曲強度も十分であった。
3μm未満を限度近く、また、30μmを越える粒子を
規定量以上にし、両者の合量が20%を越えた例であ
る。リチウム塩の量を規定内で使用したため、何れもそ
の強度発現効果は得られた。
%、さらに分散安定化剤も規定内の5重量%としたが、
消石灰の30μmを越えるものを多く添加したことで粒
度構成のバランスが保てないため、粘性は400mPa
・sと下がらず、また、沈降抑制効果も得られず、安定
した吹付け作業ができない。
化剤、気泡剤の過剰添加により粘性が規定値まで低下せ
ず、分散剤過多が影響して急結性が劣り、比較例6より
強度発現低下の影響が見られた。さらに、消石灰粒度で
30μmを越える量が多すぎ、沈降開始が40分後と可
使時間が短いため安定した吹付け作業はできない。
量%とし、その粒度構成で0.3μm未満を28%と多
量にすることで18%を占める30μmを越える粒子と
の沈降のバランスをとって沈降開始の時間は8時間後と
なったが、それらの合量が20%を越える中で0.3μ
m未満の粒子が多すぎて分散剤による粘性低下はなら
ず、リチウム塩の添加は規定内ではあるが2.0%程度
では消石灰の量自体が少ないため強度発現効果も得られ
なかった。
0.3μm未満の粒子を26%と規定以上に使用した例
で、消石灰量は30重量%と十分で、リチウム塩による
強度発現効果も良い。しかし、過剰な微粒子は沈降開始
時間は延長には役に立ったが分散剤による粘性を低下を
成し得ず、吹付け作業に支障をきたした。
規定以上に使用した例である。過剰な消石灰は粘性を低
下させきれず吹付け作業は完遂できなかった。
と規定値より少量であり、リチウム塩添加による強度発
現効果を得るには足らなかった。
たため、何れも粘性が高く、安定した吹付け作業ができ
なかった。
養生曲げ強度を比較したものである。耐火物として、ア
ルミナセメントボンドの湿式不定形耐火材料を用いた。
練し、アレンタウン(Allentown)製AP−1
0スイング弁ポンプを用いて、内径0.051m(2イ
ンチ)、長さ30.48m(100ft)のヘビーデュ
ーティーホース内を圧送し、さらに先端に接続した吹付
ノズル部において、0.55mPa(80psi)、
8.5m3/分(300cft)の圧縮空気を急結剤と
ともに添加し、垂直に設置したシャモット質れんが表面
(1m2)に150mm厚さを吹き付ける方法で実施し
た。
時間後にはすでに8.5mPaの強度を示し、およそ
2.5時間後には最高の強度発現状態となり作業効率向
上を目指すに十分な強度を示している。これに対し、比
較例5の場合には、1時間後の曲げ強度が2.2mPa
であり、その後も強度の発現状態の進行が遅く、6時間
後に漸く最高の強度が発現した。この様に、本発明で規
定内のリチウム塩を含む急結剤を使用した場合、1時間
の時点ですでに高い数値を示すのに比較して、消石灰の
みの急結剤では、基準とする3.0mPaの曲げ強度を
得るには3時間以上必要とするため、天井部等の早期強
度発現を必要とする箇所や、早期に施工を完了し稼働が
要求される箇所での使用には適用できないことがわか
る。
ある消石灰スラリーにおける分散剤の添加量の違いによ
る粘性変化を示す対数グラフである。急結剤として、そ
の粒度構成が、0.3μm>を10%と、0.3〜30
μm82%と、30μm<8%の消石灰を30重量%に
対し、塩化リチウムをLi2O換算で外掛け1.8重量
%添加したものに、分散剤の添加量を換えてテストし
た。分散剤は0.01重量%と少量添加でも著しく粘性
が低下する。その後添加量が増すと粘性が増大する傾向
があり、10重量%より多いと200mp・s以上とな
るため作業性が悪く好ましくないことがわかる。
系急結剤を使用することにより、従来の、消石灰系の急
結剤を使用した場合に対し、急結剤中の固体粒子すなわ
ち消石灰粒子の沈降抑制効果により吹付け材の硬化性状
は安定化し、圧送中の吹付け材の粘性の抑制に加えて、
急結性が不足であった吹き付けられた吹付け材の強度発
現性を向上させ、施工が困難であった部位、たとえば天
井部などの吊り下げ部の施工も可能となり、作業性も向
上した。
変化を示すグラフである。
変化を示す対数グラフである。
Claims (3)
- 【請求項1】 消石灰を5〜60重量%と、残部が水か
らなるスラリーであって、前記スラリー100重量%に
対し、リチウム塩をLi2Oに換算して0.01〜10
重量%と、分散剤を0.1〜10重量%外掛け添加した
リチウム塩を含有する消石灰スラリー系急結剤。 - 【請求項2】 消石灰の全量中で、粒子径の0.3μm
以上が80%以上であり、また、全量中で粒子径30μ
m以下が80%以上を占め、かつ、前記30μmを越え
る粒子および0.3μm未満の粒子が単独あるいは合量
において20%以下の粒度構成比率とした請求項1に記
載の急結剤。 - 【請求項3】 さらに、消石灰スラリーに対し沈降抑制
剤として分散安定化剤及び/又は気泡剤を0.05〜5
重量%外掛け添加した請求項1および2記載の急結剤。
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