JP2002255602A

JP2002255602A - 水硬性組成物

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Publication number: JP2002255602A
Application number: JP2001051959A
Authority: JP
Inventors: Teruo Urano; 輝男浦野; Kosuke Mori; 宏介森
Original assignee: TOBU KAGAKU KK; Murakashi Lime Industry Co Ltd
Current assignee: TOBU KAGAKU KK; Murakashi Lime Industry Co Ltd
Priority date: 2001-02-27
Filing date: 2001-02-27
Publication date: 2002-09-11
Anticipated expiration: 2021-02-27
Also published as: JP4798734B2

Abstract

(57)【要約】【課題】アルカリ溶出のない構造物を構築でき、且つ
軟弱土壌に対して優れた安定処理効果を発揮する水硬性
組成物を提供する。【解決手段】主成分として酸化マグネシウム及びリン
酸一水素マグネシウムを含み、且つＭｇＯ／Ｐ_２Ｏ_５重
量比が３．５〜２３．０の範囲である組成物、又はこの
組成物１００重量部に対して無水石膏を０．５〜１５．
０重量部添加して成る組成物である。この組成物は、水
と反応して硬化し、低アルカリ性の硬化体を形成する。
硬化体の構成成分は、水に難溶性であるためアルカリ溶
出がなく、自然環境に優しい構造物を構築できる。さら
に、本発明の組成物の軟弱土壌に対する安定処理効果
は、従来のセメント系組成物、石灰系組成物より優れて
いる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明の水硬性組成物は、主成分
として酸化マグネシウム及びリン酸一水素マグネシウム
を含み、且つＭｇＯ／Ｐ_２Ｏ_５重量比が３．５〜２３．
０の範囲である組成物、及びこの組成物１００重量部に
対して無水石膏を０．５〜１５．０重量部含有する組成
物で、アルカリ溶出のない硬化体が得られ、構造用材料
として建築物の内装材、外装材、骨材を混合したコンク
リート、モルタル等に利用できる。さらに、関東ロー
ム、シルト、汚泥、有機質土等の軟弱土壌に対して、優
れた安定処理効果を発揮する土質安定処理材として利用
できる。

【０００２】

【従来の技術】一般的な水硬性組成物であるセメント系
組成物は、砂利、砂、鉄筋を複合化させたコンクリート
やモルタルとして建築物や構造物に広く利用されてい
る。セメント系組成物の代表として、ポルトランドセメ
ントが挙げられる。ポルトランドセメントを構造物に利
用した場合、水和反応による硬化に伴って遊離した水酸
化カルシウムが硬化体から溶出して高アルカリ性とな
る。溶出した水酸化カルシウムは、空気中の二酸化炭素
と反応して炭酸カルシウムを生成し、硬化体表面に析出
して白華（エフロレッセンス）等の問題をおこす。これ
らを解決する手段として、合成樹脂エマルジョンを添加
してアルカリの溶出を低減させるとか、硬化体表面を熱
硬化性樹脂コーティングして表面改質する等の方法があ
るが、作業の複雑化及びコストアップは避けられず、問
題の解決には至っていない。

【０００３】低アルカリ性のセメントとして、オキシク
ロライドセメント、オキシサルファイトセメントとリン
酸セメントが挙げられる。オキシクロライドセメント
は、弱アルカリ金属酸化物と、その金属の塩化物水溶液
を混合すると金属のヒドロキシ塩化物の水化物を生成し
て硬化することを利用している（化学式(1)）。 mMO + MCl₂ → mMO・MCl₂・nH₂O （M：Mg、Zn 等） (1) 一方オキシサルファイトセメントは塩化物の替りに硫酸
塩を用いたものである。しかし、オキシクロライドセメ
ント、オキシサルファイトセメントとも耐水性に乏し
く、熱に弱い欠点を有している。

【０００４】リン酸セメントは、各種の酸化物粉末とリ
ン酸液を混練すると、両者が反応して酸性リン酸塩を形
成し、硬化する特性を利用している。強度の大きな硬化
体を得るには不整構造の水和物を生じなければならない
ので、弱アルカリ性、又は両性でイオン半径の小さい陽
イオンからなる酸化物を利用する。常温硬化性の良好な
陽イオンはＡｌ、Ｚｎ、Ｍｇ、Ｃａ等で、硬化する際に
第一リン酸塩［Ｍｘ（Ｈ_２ＰＯ_４）ｙ、例えばＡｌ（Ｈ
_２ＰＯ_４）_３等］、又は第二リン酸塩［Ｍｘ（ＨＰ
Ｏ_４）ｙ、例えばＺｎＨＰＯ_４、ＭｇＨＰＯ_４、ＣａＨ
ＰＯ_４等］を生成する。ただし、このセメントは液状リ
ン酸を使う厄介さ、耐水性に乏しい、高価である等から
一般の用途には向かない。

【０００５】他のリン酸セメントとして、リン酸マグネ
シウムセメント（ホスホマグネシアセメント）があり、
速硬性セメントとして、土木・建築用の緊急補修材等に
使用されている。リン酸マグネシウムセメントの主成分
は、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）とリン酸二水素アンモ
ニウム（ＮＨ_４Ｈ_２ＰＯ_４）であり、その反応は一種の
酸−塩基反応と考えられ、以下の化学式(2)及び(3)で表
すことができる。 MgO + NH₄H₂PO₄ → NH₄MgPO₄・H₂O (2) MgO + NH₄H₂PO₄ + 5H₂O → NH₄MgPO₄・6H₂O (3) (2)及び(3)式の反応のように、最終的にリン酸マグネシ
ウム・アンモニウム水和物を形成し硬化する。この反応
は非常に速いため、適当な作業時間が得られるように予
め遅延剤が混合されている。また、硬化体を構成する化
合物が耐水性に乏しい酸性リン酸塩であるため、シリコ
ーン等の添加によって耐水性の向上を図っている。例え
ば特許第２８６６０１７号で開示している組成物があ
り、リン酸、リン酸誘導体、リン酸塩、リン酸水素塩
（カリウム塩、マグネシウム塩、アンモニウム塩等）或
いはこれらの混合物とＭｇＯから成り、バインダー相：
１０〜４０重量部（ＭｇＯ／Ｐ_２Ｏ_５重量比＝１〜
３）、凝集体（シリカ、アルミナ等の骨材又は細骨
材）：６０〜９０重量部、撥水剤（シリコーン）、凝結
遅延剤、その他の添加剤によって構成されている。

【０００６】その他の水硬性組成物として、酸化マグネ
シウムが挙げられる。酸化マグネシウムの水硬性は、水
和反応によって水酸化マグネシウムに変化することに起
因している。水酸化マグネシウムは水に対する溶解度が
小さいため、先ず初めに酸化マグネシウムが水和反応
し、一旦水に溶解した後、直ちに過飽和状態となり、水
酸化マグネシウムの低結晶性コロイド状粒子として析出
する。このコロイド状粒子が凝集し、さらに粗粒子間の
空隙を埋めることによって緻密な硬化体が形成される。
しかし、酸化マグネシウムには、偽凝結による作業性の
悪化、硬化体中に残存した未反応酸化マグネシウムが遅
れて水和することに起因した硬化体の膨張による破壊等
の問題があるため、構造用材料への利用は難しい。

【０００７】土質安定処理は、処理材と土粒子とのイオ
ン交換反応やポゾラン反応によって土の力学的・水理学
的性質を改善する方法である。主として関東ローム、粘
土質土壌には石灰系組成物、シルト、砂質系土壌にはセ
メント系組成物が用いられている。これらの組成物は基
本的に高アルカリ性であるため、改良土壌のｐＨ上昇に
よるアルカリ公害が問題となっている。

【０００８】有機質土や高含水土壌には、ポゾラン材
（高炉水砕スラグ、フライアッシュ等）と水和刺激材
（石膏、硫酸ナトリウム等）を混合した複合組成物、或
いはアルミナセメント系組成物、アウイン系組成物等の
特殊セメントが使用されている。しかし、カルシウムア
ルミネート系組成物やアウイン系組成物は高温焼成によ
り製造されるため、高価にならざるを得ない欠点を有し
ている。またアウイン系組成物は水の存在下で急結硬化
性を呈するため、土との混合中にゲル化を生じて作業性
が悪化する。この欠点を補うため凝結遅延剤を添加する
方法が採られているが、コストアップの原因となってい
る。セメント系組成物及び石灰系組成物は、有機質土や
高含水土壌に対して多量に使用する必要があり、実用に
適さない。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】したがって、ポルトラ
ンドセメントのようなアルカリ溶出がなく、自然環境に
優しい構造物を構築でき、且つ軟弱土壌に対して優れた
安定処理効果を発揮する水硬性組成物の開発が求められ
ていた。

【００１０】

【課題を解決するための手段】このような現状に鑑み鋭
意研究を重ねた結果、酸化マグネシウムとリン酸一水素
マグネシウムを混合し水と混練したものについて、硬化
体強度及び土質安定処理効果を調べたところ、ＭｇＯ／
Ｐ_２Ｏ_５重量比が３．５〜２３．０となる割合で両者を
混合した組成物が、高い硬化体強度及び土質安定処理効
果を示すことを見いだした。またこの組成物１００重量
部に対して無水石膏を０．５〜１５．０重量部添加した
場合、硬化体強度及び土質安定処理効果がさらに向上し
た。しかも、これらの組成物は前述の課題を解決し得る
ことを見い出し本発明を完成するに至った。以下、本発
明について詳細に説明する。

【００１１】リン酸一水素マグネシウム（ＭｇＨＰ
Ｏ_４）は、水に難溶性を示す化合物であり、反応性は緩
やかであるが、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）共存下で適
度の水を加えて混練することにより、両者が反応して水
不溶性リン酸マグネシウム水和物（Ｍｇ_３（ＰＯ_４）_２
・ｘＨ_２Ｏ、ｘ＝８又は２２）が生成する。例えば、リ
ン酸一水素マグネシウムマグネシウムが三水和物（Ｍｇ
ＨＰＯ_４・３Ｈ_２Ｏ）である場合、下式に従って反応が
進行する。 MgO + H₂O → Mg(OH)₂ (4) Mg(OH)₂ + 2MgHPO₄・3H₂O + 3H₂O → Mg₃(PO₄)₂・ 8H₂O (5) Mg(OH)₂ + 2MgHPO₄・3H₂O + 17H₂O → Mg₃(PO₄)₂・22H₂O (6) (5)及び(6)式から分かるように酸化マグネシウム１分子
に対してＭｇＨＰＯ_４・３Ｈ_２Ｏが２分子反応し、その
際に水を結晶中に取り込む。生成したＭｇ_３（ＰＯ_４）
_２・ｘＨ_２Ｏの形状を走査型電子顕微鏡で観察すると、
基本的に直径０．５〜１μｍ、長さ１０〜５０μｍの柱
状粒子（主にＭｇ_３（ＰＯ_４）_２・８Ｈ_２Ｏの結晶）
と、大きさ数十μｍの緻密なブロック状の粗粒子（主に
Ｍｇ_３（ＰＯ _４）_２・２２Ｈ_２Ｏの結晶）が混在してい
ることが確認できる。

【００１２】既存のリン酸セメント或いはリン酸マグネ
シウムセメントとは異なり、本発明で対象となる組成物
の水硬性は、酸化マグネシウムの水和反応による水酸化
マグネシウムの生成（化学式(4)）、及び酸化マグネシ
ウムとリン酸一水素マグネシウムの反応による水不溶性
リン酸マグネシウム水和物の生成（化学式(5)及び(6)）
に起因している。この反応を利用した水硬性組成物は新
規なものである。

【００１３】上記のように、酸化マグネシウムとリン酸
一水素マグネシウムが反応してＭｇ _３（ＰＯ_４）_２・ｘ
Ｈ_２Ｏが生成することによって水を結合し、これによっ
て生じた空隙に結晶が侵入・成長し、この結晶がネット
状に絡み合って他粒子の移動を拘束するため、含水比の
低下と相まって硬化体の強度を増加させる。水に溶解し
たＭｇ^２＋イオン及びＯＨ⁻イオンは、Ｍｇ_３（ＰＯ
_４）_２・ｘＨ_２Ｏの構成成分として消費されてｐＨが下
がり、酸化マグネシウムの水和反応速度が抑えられ、偽
凝結をおこさず緩やかに凝結が終了する。このあと、酸
化マグネシウムの水和反応物である水酸化マグネシウム
のコロイド状粒子が、初期に水が存在していた空隙を徐
々に満たして緻密化が進行するため、急激な緻密化によ
る硬化体の膨張及び破壊をおこさずに硬化する。本発明
の水硬性組成物の最大の特徴は、Ｍｇ_３（ＰＯ_４）_２・
ｘＨ_２Ｏ粒子と、水酸化マグネシウムコロイド状粒子の
絡み合いが、硬化体強度発現の大きな要因となっている
ことである。

【００１４】硬化体は、水に対する溶解度が小さい水酸
化マグネシウム（０．０００９ｇ／１００ｇＨ_２Ｏ（１
８℃））及びＭｇ_３（ＰＯ_４）_２・ｘＨ_２Ｏ（水に不
溶）で構成されているため耐水性に富み、また、リン酸
マグネシウムが酸性であるためｐＨが低下する。そのた
め、セメント系組成物のような硬化体からのアルカリ溶
出はなく、自然環境に優しい構造物を構築できる。

【００１５】本発明の水硬性組成物は、Ｍｇ_３（Ｐ
Ｏ_４）_２・ｘＨ_２Ｏと水酸化マグネシウムの生成による
自硬性の発現及び酸化マグネシウムと土壌成分（ＳｉＯ
_２、Ａｌ _２Ｏ_３等）とのポゾラン反応と言う２つの作用
によって土質安定効果を発揮する。更に、Ｍｇ_３（ＰＯ
_４）_２・ｘＨ_２Ｏの生成及び酸化マグネシウムの水和反
応によって多量の水を固定できるので、高含水土壌に対
する安定化処理に適している。

【００１６】水硬性組成物の主成分である酸化マグネシ
ウムとリン酸一水素マグネシウムとは、ＭｇＯ／Ｐ_２Ｏ
_５重量比が３．５〜２３．０の範囲となるようにする。
ＭｇＯ／Ｐ_２Ｏ_５重量比が３．５未満では、硬化体の主
成分がリン酸一水素マグネシウム及びＭｇ_３（ＰＯ_４）
_２・ｘＨ_２Ｏとなり、ＭｇＯ／Ｐ_２Ｏ_５重量比が２３．
０より大きい場合はＭｇ_３（ＰＯ_４）_２・ｘＨ_２Ｏの生
成量が少なすぎるため、本発明の特徴であるＭｇ_３（Ｐ
Ｏ_４）_２・ｘＨ_２Ｏ粒子と水酸化マグネシウム粒子の相
互作用による強度発現が期待できない。また、ＭｇＯ／
Ｐ_２Ｏ_５重量比が３．５未満では凝結時間が非常に速い
ため凝結遅延剤を使用しなければならず、ＭｇＯ／Ｐ_２
Ｏ_５重量比が２３．０より大きい場合は偽凝結をおこし
作業性が悪くなるため好ましくない。

【００１７】ＭｇＯ／Ｐ_２Ｏ_５重量比が３．５〜６．０
の範囲では、硬化体強度の発現要因である水酸化マグネ
シウムとＭｇ_３（ＰＯ_４）_２・ｘＨ_２Ｏの生成量のバラ
ンスが良く、高い硬化体強度が得られるため、構造用材
料として種々の用途に利用できる。さらに、土質安定効
果も高く、例えば、関東ロームでは、試験用供試体の材
令一週間における一軸圧縮強度が、セメント系組成物、
石灰系組成物の２〜３倍であった。

【００１８】ＭｇＯ／Ｐ_２Ｏ_５重量比が６．０〜２３．
０の範囲では、Ｍｇ_３（ＰＯ_４）_２・ｘＨ_２Ｏの生成量
が少ないため、水硬性組成物としての性能が若干下が
る。しかし、酸化マグネシウムはリン酸一水素マグネシ
ウムより格段に安く、材料のコストダウンが可能である
ため、資材を大量使用する用途に適し、土質安定処理材
として有効に利用できる。関東ロームに対する土質安定
効果は、試験用供試体の材令一週間における一軸圧縮強
度が、セメント系組成物、石灰系組成物の約２倍であっ
た。

【００１９】本発明の水硬性組成物は、酸化マグネシウ
ムとリン酸一水素マグネシウムの粉体同士を均一に混合
することによって得られる。そのため、酸化マグネシウ
ムとリン酸一水素マグネシウムは、予め粒子径を揃えて
おくことが好ましい。混合には、粉体が均一に混合でき
る機器（Ｖ型混合機、水平円筒型混合機、リボン型混合
機、円錐型スクリュー混合機、高速流動型混合機等）を
選択して使用することが好ましい。原料となる酸化マグ
ネシウム及びリン酸一水素マグネシウムは安価であり、
製造の際に化学反応や熱処理等の複雑な工程を経ないた
め、セメント系組成物より低コストで製造できる。

【００２０】酸化マグネシウムは水和活性の高いものが
良く、炭酸マグネシウム及び／又は水酸化マグネシウム
を１０００℃以下で焼成したものが好ましい。また反応
性、作業性を考慮した場合、最大粒子径が０．３ｍｍ以
下であることが好ましい。

【００２１】リン酸一水素マグネシウムは、無水物（Ｍ
ｇＨＰＯ_４）、三水和物（ＭｇＨＰＯ_４・３Ｈ_２Ｏ）、
四．五水和物（ＭｇＨＰＯ_４・４．５Ｈ_２Ｏ）、七水和
物（ＭｇＨＰＯ_４・７Ｈ_２Ｏ）の内、いずれか一種以上
を含んでいるものが好ましい。リン酸一水素マグネシウ
ムは、水に対する溶解度が低く潮解性が無い安定な物質
である。酸化マグネシウムと混合した場合、注水しない
限り反応を開始せず、且つ両者間の反応は緩やかに進行
するため、保存性、作業性に優れた組成物が得られる。
他のリン酸源として、リン酸セメント或いはリン酸マグ
ネシウムセメントで用いられている、正リン酸（Ｈ_３Ｐ
Ｏ_４）、水溶性リン酸塩等が存在するが、これらと酸化
マグネシウムを混合した場合、激しく反応が進行するこ
とや、注水せずとも、大気中の水分等によって酸化マグ
ネシウムと反応するので好ましくない。リン酸一水素マ
グネシウムは、反応性、作業性を考慮した場合、最大粒
子径が０．３ｍｍ以下であることが好ましい。

【００２２】無水石膏は、本発明の水硬性組成物に添加
することによって、組成物に対して適正な凝結挙動を与
え、さらに、無水石膏の水和反応による脱水効果及び自
身の水硬性によって硬化体強度を増加させる働きをす
る。無水石膏の添加効果は、硬化体形成時に生成する水
酸化マグネシウム量が多いほど顕著になる傾向がある。

【００２３】無水石膏は、本発明請求項１の水硬性組成
物１００重量部に対して０．５〜１５．０重量部添加す
ることによって、凝結促進剤としての効果及び硬化体強
度を増加させる効果を発揮する。添加量が０．５重量部
未満では、これらの効果は期待できず、１５重量部より
多い場合は、硬化体を構成する物質のバランスが悪くな
り強度が低下する。無水石膏は、反応性、作業性を考慮
した場合、最大粒子径が０．３ｍｍ以下であることが好
ましい。

【００２４】

【発明の実施の形態】以下、実施例によって本発明の水
硬性組成物の具体例及びその効果を説明するが、本発明
は下記の実施例に限定されるものではない。

【００２５】炭酸マグネシウム（マグネサイト）を１０
００℃以下で十分に焼成して酸化マグネシウム（Ｍｇ
Ｏ）を得た。この酸化マグネシウムを粉砕して、０．３
ｍｍ篩い通過分を回収した。同様に、リン酸水素マグネ
シウム無水物（ＭｇＨＰＯ_４、試薬特級）、リン酸一水
素マグネシウム三水和物（ＭｇＨＰＯ_４・３Ｈ_２Ｏ、試
薬特級）及び無水石膏（ＣａＳＯ_４、天然II型）を粉砕
して０．３ｍｍ篩い通過分を回収し、以下の試験に使用
した。

【００２６】

【比較例１】酸化マグネシウム１．０ｋｇ及びリン酸一
水素マグネシウム無水物９．０ｋｇをＶ型混合機で１時
間混合攪拌して水硬性組成物１０．０ｋｇを得た。この
組成物に含まれるＭｇＯ成分及びＰ_２Ｏ_５成分を分析し
た結果、ＭｇＯ／Ｐ_２Ｏ_５重量比は０．７５であった。
この組成物について、ＪＩＳＲ５２０１「セメント
の物理試験法」に従い、水／粉体比（％）、凝結時間
（ｈ）を測定した。測定結果を表１に示す。なお表中(w
t)は重量部を示す。水硬性組成物１重量部に対して砂
（ケイ砂４号）２重量部を混合したモルタルを調製し、
ＪＩＳＲ５２０１に記載の「圧縮強さ試験方法」に
従ってフロー値（ｍｍ）、水／粉体比（％）、成形体比
重、材令７日及び２８日の圧縮強度（Ｎ／ｍｍ^２）を
測定した。測定結果を表２に示す。

【００２７】

【比較例２】酸化マグネシウム２．０ｋｇ及びリン酸一
水素マグネシウム三水和物８．０ｋｇをＶ型混合機で混
合攪拌して水硬性組成物１０．０ｋｇを得た。この組成
物のＭｇＯ／Ｐ_２Ｏ_５重量比は１．１８であった。この
組成物について、比較例１と同様に物理試験を行った。
測定結果を表１及び２に示す。

【００２８】

【比較例３】酸化マグネシウム５．０ｋｇ及びリン酸一
水素マグネシウム無水物５．０ｋｇをＶ型混合機で１時
間混合攪拌して水硬性組成物１０．０ｋｇを得た。この
組成物のＭｇＯ／Ｐ_２Ｏ_５重量比は２．２５であった。
この組成物について、比較例１と同様に物理試験を行っ
た。測定結果を表１及び２に示す。

【００２９】

【実施例１】酸化マグネシウム５．５ｋｇ及びリン酸一
水素マグネシウム三水和物４．５ｋｇをＶ型混合機で１
時間混合攪拌して水硬性組成物１０．０ｋｇを得た。こ
の組成物のＭｇＯ／Ｐ_２Ｏ_５重量比は３．５６であっ
た。この組成物について、比較例１と同様に物理試験を
行った。測定結果を表１及び２に示す。

【００３０】

【実施例２】無水物グネシウム７．５ｋｇ及びリン酸一
水素マグネシウム無水物２．５ｋｇをＶ型混合機で１時
間混合攪拌して水硬性組成物１０．０ｋｇを得た。この
組成物のＭｇＯ／Ｐ_２Ｏ_５重量比は５．６３であった。
この組成物について、比較例１と同様に物理試験を行っ
た。測定結果を表１及び２に示す。

【００３１】

【実施例３】酸化マグネシウム９．０ｋｇ及びリン酸一
水素マグネシウム三水和物１．０ｋｇをＶ型混合機で１
時間混合攪拌して水硬性組成物１０．０ｋｇを得た。こ
の組成物のＭｇＯ／Ｐ_２Ｏ_５重量比は２２．６２であっ
た。この組成物について、比較例１と同様に物理試験を
行った。測定結果を表１及び２に示す。

【００３２】

【実施例４】酸化マグネシウム９．０ｋｇ、リン酸一水
素マグネシウム三水和物１．０ｋｇ、無水石膏０．５ｋ
ｇをＶ型混合機で１時間混合攪拌して水硬性組成物１
０．５ｋｇを得た。この組成物のＭｇＯ／Ｐ_２Ｏ_５重量
比は２２．６２であった。この組成物について、比較例
１と同様に物理試験を行った。測定結果を表１及び２に
示す。

【００３３】

【比較例４】酸化マグネシウムについて、比較例１と同
様に物理試験を行った。測定結果を表１及び２に示す。

【００３４】

【比較例５】酸化マグネシウム９．０ｋｇ、リン酸一水
素マグネシウム三水和物１．０ｋｇ、無水石膏２．０ｋ
ｇをＶ型混合機で１時間混合攪拌して水硬性組成物１
２．０ｋｇを得た。この組成物のＭｇＯ／Ｐ_２Ｏ_５重量
比は２２．６２であった。この組成物について、比較例
１と同様に物理試験を行った。測定結果を表１及び２に
示す。

【００３５】

【比較例６】酸化マグネシウム１０．０ｋｇ、無水石膏
０．５ｋｇをＶ型混合機で１時間混合攪拌して水硬性組
成物１０．５ｋｇを得た。この組成物について、比較例
１と同様に物理試験を行った。測定結果を表１及び２に
示す。

【００３６】

【表１】

【００３７】

【表２】

【００３８】ＭｇＯ／Ｐ_２Ｏ_５重量比が小さいほど凝結
時間が短く早強的であり、材令１週における圧縮強度は
他の組成物に比較して大きいが（比較例１、２及び
３）、材令４週での強度の伸びは見られなかった。材令
４週強度は、ＭｇＯ／Ｐ_２Ｏ_５重量比＝３．５６で最高
強度を示した（実施例１）。ＭｇＯ／Ｐ_２Ｏ_５重量比が
大きいほど凝結時間が長く、他の実施例に比較して材令
４週強度は低かった（実施例３）。しかし、無水石膏を
添加すると凝結時間が短くなり、さらに材令４週強度が
約２倍に増加した（実施例４）。ただし、無水石膏を多
量に添加した場合、凝結時は速まったものの、圧縮強度
は低下した（比較例５）。酸化マグネシウム、酸化マグ
ネシウムと無水石膏の混合物では、偽凝結をおこし凝結
始発時間が測定できず、また、材令４週では成形体が膨
張し亀裂が生じてしまった（比較例４及び６）。

【００３９】栃木県葛生町、村樫石灰工業（株）宮本鉱
山で採取した表土は、関東ロームで、密度１．４７ｇ／
ｃｍ^３、含水比９１．８％（外比）であった。この土
に対し、実施例１、２、３、４及び比較例１、２、４、
６で調製した水硬性組成物を用いて土質安定処理を行っ
た。水硬性組成物を土壌１ｍ^３当り１００ｋｇの割合
で添加して、よく混合した後、処理土を採取して一軸圧
縮強度試験用供試体を作成した。供試体の寸法は直径５
０ｍｍ、高さ１００ｍｍ、成形は１．５ｋｇランマーに
よる突き固めを２５回／３層で行った。養生期間は２０
℃湿空中７日間で、供試体の一軸圧縮強度はＪＩＳＡ
１２１６「土の一軸圧縮試験方法」に従って測定し
た。作成した供試体の湿潤密度（ｇ／ｃｍ^３）、乾燥
密度（ｇ／ｃｍ^３）、含水比（％）、一軸圧縮強度
（Ｎ／ｍｍ^２）の測定結果を表３に示す。

【００４０】

【比較例７】生石灰（ＣａＯ純度９５％）を用いて、実
施例１、２、３、４及び比較例１、２、４、６と同様に
関東ロームに対する土質安定処理を行った。試験結果を
表３に示す。

【００４１】

【比較例８】セメント系固化材（ＣａＯ：６０％、Ｓｉ
Ｏ_２：１９％、Ａｌ_２Ｏ_３：４．７％、Ｆｅ_２Ｏ_３：
２．５％、ＭｇＯ：１．３％、ＳＯ_３：７．５％）を用
いて、実施例１、２、３、４及び比較例１、２、４、６
と同様に関東ロームに対する土質安定処理を行った。試
験結果を表３に示す。

【００４２】

【表３】

【００４３】生石灰及びセメント系固化材では、関東ロ
ームににはる一軸圧縮強度の値が小さく、それに比較し
て本発明の水硬性組成物では両者を上回る強度が得られ
た。ＭｇＯ／Ｐ_２Ｏ_５重量比が大きい場合、強度が低下
する傾向が見られるが（実施例３）、無水石膏を添加す
ることによって強度が改善された（実施例４）。酸化マ
グネシウム、酸化マグネシウムと無水石膏の混合物で
は、生石灰及びセメント系固化材より高い強度が得られ
たが、本発明の水硬性組成物より劣っていた（比較例４
及び６）。

【００４４】

【発明の効果】本発明品の水硬性組成物は、主成分に酸
化マグネシウム及びリン酸一水素マグネシウムを含み、
且つＭｇＯ／Ｐ_２Ｏ_５重量比が３．５〜２３．０である
もの、又はこの組成物１００重量部に無水石膏を０．５
〜１５．０重量部添加したものである。当該組成物より
得られる硬化体は低アルカリ性であり、自然環境に優し
い構造物の構築が可能となる。また、セメント系組成物
に比べて、安価に製造できる、優れた土質安定効果を発
揮するため施工における組成物の使用量を削減できる等
の経済的効果が期待される。

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【手続補正書】

【提出日】平成１３年６月７日（２００１．６．７）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１１

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１１】リン酸一水素マグネシウム（ＭｇＨＰ
Ｏ_４）は、水に難溶性を示す化合物であり、反応性は緩
やかであるが、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）共存下で適
度の水を加えて混練することにより、両者が反応して水
不溶性リン酸マグネシウム水和物（Ｍｇ_３（ＰＯ_４）_２
・ｘＨ_２Ｏ、ｘ＝８又は２２）が生成する。例えば、リ
ン酸一水素マグネシウムマグネシウムが三水和物（Ｍｇ
ＨＰＯ_４・３Ｈ_２Ｏ）である場合、下式に従って反応が
進行する。 MgO + H₂O → Mg(OH)₂ (4) Mg(OH)₂ + 2MgHPO₄・3H₂O → Mg₃(PO₄)₂・ 8H₂O (5) Mg(OH)₂ + 2MgHPO₄・3H₂O + 14H₂O → Mg₃(PO₄)₂・22H₂O (6) (5)及び(6)式から分かるように酸化マグネシウム１分子
に対してＭｇＨＰＯ_４・３Ｈ_２Ｏが２分子反応し、その
際に水を結晶中に取り込む。生成したＭｇ_３（ＰＯ_４）
_２・ｘＨ_２Ｏの形状を走査型電子顕微鏡で観察すると、
基本的に直径０．５〜１μｍ、長さ１０〜５０μｍの柱
状粒子（主にＭｇ_３（ＰＯ_４）_２・８Ｈ_２Ｏの結晶）
と、大きさ数十μｍの緻密なブロック状の粗粒子（主に
Ｍｇ_３（ＰＯ _４）_２・２２Ｈ_２Ｏの結晶）が混在してい
ることが確認できる。

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００３０

【補正方法】変更

【補正内容】

【００３０】

【実施例２】酸化マグネシウム７．５ｋｇ及びリン酸一
水素マグネシウム無水物２．５ｋｇをＶ型混合機で１時
間混合攪拌して水硬性組成物１０．０ｋｇを得た。この
組成物のＭｇＯ／Ｐ_２Ｏ_５重量比は５．６３であった。
この組成物について、比較例１と同様に物理試験を行っ
た。測定結果を表１及び２に示す。

【手続補正３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００４３

【補正方法】変更

【補正内容】

【００４３】生石灰及びセメント系固化材では、関東ロ
ームに対する一軸圧縮強度の値が小さく、それに比較し
て本発明の水硬性組成物では両者を上回る強度が得られ
た。ＭｇＯ／Ｐ_２Ｏ_５重量比が大きい場合、強度が低下
する傾向が見られるが（実施例３）、無水石膏を添加す
ることによって強度が改善された（実施例４）。酸化マ
グネシウム、酸化マグネシウムと無水石膏の混合物で
は、生石灰及びセメント系固化材より高い強度が得られ
たが、本発明の水硬性組成物より劣っていた（比較例４
及び６）。

───────────────────────────────────────────────────── 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）Ｃ０９Ｋ 103:00 Ｃ０９Ｋ 103:00 Ｆターム(参考） 4G012 MB23 4H026 CA01 CA04 CB03 CC06

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】主成分として酸化マグネシウム及びリン
酸一水素マグネシウムを含み、且つＭｇＯ／Ｐ_２Ｏ_５重
量比が３．５〜２３．０の範囲である水硬性組成物。
【請求項２】リン酸一水素マグネシウムが、無水物、
三水和物、四．五水和物及び七水和物のうち、いずれか
一種又は２種以上である請求項１に記載の水硬性組成
物。
【請求項３】請求項１に記載の組成物１００重量部に
対して、無水石膏を０．５〜１５．０重量部含有する水
硬性組成物。