JP2004261722A

JP2004261722A - 膨張性組成物及びこれを含む破砕剤

Info

Publication number: JP2004261722A
Application number: JP2003055260A
Authority: JP
Inventors: Makoto Asami; 誠朝見; Shunichiro Uchida; 俊一郎宇智田
Original assignee: Taiheiyo Materials Corp
Current assignee: Taiheiyo Materials Corp
Priority date: 2003-03-03
Filing date: 2003-03-03
Publication date: 2004-09-24

Abstract

【課題】本発明は、幅広い温度範囲で安定して高い膨張圧を生起でき、しかも高い膨張圧の短時間での発現を容易にした膨張性組成物、並びに施工開始から３時間以内で完結する静的破砕に適し、広範囲な温度で使用でき、且つ注入充填した際に充填孔からの噴出も起らない破砕剤の提供を課題とする。
【解決手段】遊離生石灰の生成量が異なることによって区別される２種以上のクリンカの混合物であって、クリンカの一部が風化熟成過程を経たクリンカからなり、風化熟成過程を経たクリンカ（α）と風化熟成過程を経ないクリンカ（β）の含有重量比がα：β＝１：１．５〜３．５であることを特徴とする膨張性組成物。
【選択図】なし

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は膨張圧の発現時間が概ね３時間以内の膨張性組成物及び脆性物体の静的破砕に適した速効性の破砕剤に関する。
【０００２】
【従来の技術とその問題点】
岩石やコンクリート等の脆性物体を穿孔し、孔中に水性スラリー化させた膨張性破砕剤を充填注入し、水和過程で発生する膨張圧によって脆性物体を破砕することが行なわれている。膨張性破砕剤中の主な膨張性反応成分としては、ＣａＯ結晶やカルシウムサルホアルミネート類等がある。このうちＣａＯ結晶は特に水和膨張力が大きく、強い破砕力が得られるが、水和発熱の蓄積により蒸気圧上昇を起こし易く、これに伴う充填破砕剤の噴出を防ぐために、破砕剤の組成に調整が加えられてきた。このような組成調整された破砕剤として、ＣａＯ結晶（遊離生石灰）をアリット（３ＣａＯ・ＳｉＯ_２）などのカルシウムシリケートと共存させたクリンカ組成物（例えば、特許文献１参照）、硬焼生石灰にセメントや減水剤を加えたもの（例えば、特許文献２参照）などが知られている。一般に、この種の破砕剤は組成によって適正な使用温度範囲が定められている。これは、使用温度下限は脆性物体の破砕に有効な膨張圧が得られる限界から、また使用温度上限は破砕剤の噴出を防止できる水和反応温度の限界から必然的に定まったものであるが、使用温度の許容範囲は何れも比較的狭く、およそ１０℃程の範囲でしかない。一方で、施工環境の変化に応じて使用温度の異なる多種類の破砕剤を揃える煩雑さを解消するため、使用温度範囲を数十℃に広げた破砕剤も開発されている。このような破砕剤として溶解度が高い温度依存性を示す珪酸ソーダなどの水和遅延成分を生石灰に加えたものが知られている。（例えば、特許文献３参照）。しかるに、珪酸ソーダなどの水和遅延成分を用いると破砕完結までの時間が半日以上と長期化するため、施工作業の効率化等から施工開始から概ね３時間以内の短時間で静的破砕が完結するような破砕施工には適用できない。
【０００３】
【特許文献１】
特開昭５５−１４２８９４号公報
【特許文献２】
特開昭５６−６７０５９号公報
【特許文献３】
特開平４−８１６３６号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、幅広い温度範囲で安定して高い膨張圧を生起でき、しかも高い膨張圧の短時間での発現を容易にした膨張性組成物、並びに施工開始から３時間以内で完結する静的破砕に適し、幅広い温度範囲で使用でき、且つ注入充填した際に充填孔からの噴出も起らない破砕剤の提供を課題とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、前記課題に対し鋭意検討した結果、クリンカ中の遊離生石灰生成量によって所望の膨張圧を発生する水和反応の適正温度範囲も異なるという知見から、何れも生石灰を含み、遊離生石灰生成量の異なる２種以上のクリンカを混合することで、幅広い温度領域で高い膨張圧を安定して確保できたこと、またクリンカの一部を風化熟成過程を経たクリンカにすると所望の膨張圧の発現時間を極めて容易に調整することができたことから、風化熟成過程を経たクリンカと風化熟成過程を経ないクリンカを特定の含有割合にすることで脆性物体をおよそ３時間以内に破砕完結できるような膨張圧発現性を得たこと等から、本発明を完成するに至った。
【０００６】
即ち、本発明は、次の（１）〜（３）で表される膨張性組成物、及び（４）〜（５）で表される破砕剤である。（１）遊離生石灰の生成量が異なることによって区別される２種以上のクリンカの混合物であって、クリンカの一部が風化熟成過程を経たクリンカからなり、風化熟成過程を経たクリンカ（α）と風化熟成過程を経ないクリンカ（β）の含有重量比がα：β＝１：１．５〜３．５であることを特徴とする膨張性組成物。（２）混合物が遊離生石灰生成量７０重量％以上のクリンカと遊離生石灰生成量７０重量％未満のクリンカを含有し、かつ含有クリンカ全量の５０重量％以上が遊離生石灰生成量６０重量％以上のクリンカであることを特徴とする前記（１）の膨張性組成物。（３）クリンカの風化熟成が風化度で強熱減量１０重量％以下となる風化熟成であることを特徴とする前記（１）又は（２）の膨張性組成物。（４）前記（１）〜（３）の何れかの膨張性組成物を含有してなる破砕剤。（５）更に、水硬性物質と非水硬性の無機粉末を含有してなる前記（４）の破砕剤。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明の膨張性組成物を形成するクリンカは、少なくとも遊離生石灰（ＣａＯ結晶）が生成しているものであれば良く、例えばカルサイトなどの石灰質原料を約１３５０〜１４５０℃で焼成して遊離生石灰（ＣａＯ結晶）を生成させたものや、また少なくとも遊離生石灰が生成している限り、石灰質原料を主成分とし、これに例えば二酸化珪素（ＳｉＯ_２）、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）、酸化鉄（Ｆｅ_２Ｏ_３）、石膏（ＣａＳＯ_４）等の１種又は２種以上を混合したものの焼成物であっても良い。また、クリンカ中には遊離生石灰以外の生成物質、例えばアリット（３ＣａＯ・ＳｉＯ_２）結晶などが存在しても、種類等は特に制限されない。本発明の膨張性組成物は、このようなクリンカで遊離生石灰の生成量が異なる２種以上のクリンカを用い、それを混合した物である。また、本発明の膨張性組成物は前記クリンカ以外の成分の混入を妨げるものではない。この場合、膨張性組成物中に占めるクリンカの含有量が概ね５０重量％以上確保されていれば良い。混入が許容されるクリンカ以外の成分は、例えば珪砂、石灰石砂、水硬性の各種セメント等を挙げることができる。
【０００８】
前記クリンカは、含まれる遊離生石灰の量によって水和反応速度が異なり、遊離生石灰含有量が増加するに連れ、水和反応速度は速まる。本発明の膨張性組成物は、何れも水和反応速度が異なる２種以上のクリンカから形成されるため、各クリンカに基づいた個々の水和反応が、全体としては継続性のある水和反応の進行となって、これが温度依存性の少ない、またムラの無い膨張圧を生起することになり、幅広い使用温度で強力な膨張圧を安定して得ることができる。
【０００９】
本発明の膨張性組成物は、実用上有用な幅広い温度範囲で高い膨張圧を安定して発現させるために、遊離生石灰生成量７０重量％以上のクリンカと遊離生石灰生成量７０重量％未満のクリンカを混合させたものが好ましい。より好ましくは遊離生石灰生成量７０重量％以上のクリンカ含有率を全クリンカ量の６０〜９０重量％とする。また、遊離生石灰含有量が６０重量％未満のクリンカでは約５℃以下の低温時には低い膨張圧しか生起できないため、このようなクリンカの混合使用は膨張性組成物中の全クリンカ量の５０重量％未満とするのが好ましい。最も好ましくは、前記事項を満たした上で、混合すべき遊離生石灰生成量が一番多いクリンカと一番少ないクリンカの遊離生石灰生成量の差を２５〜３５重量％程度にすることで、およそ−５℃〜３５℃の広範囲な温度でも高い膨張圧を安定して生起できる。
【００１０】
本発明の膨張性組成物を形成するクリンカの一部は風化熟成過程を経たものとする。風化熟成したクリンカを風化熟成しないクリンカと併用することによって、遊離生石灰由来の膨張圧を喪失することなく、活性度の高い遊離生石灰の激しい水和反応を緩和して偏在無く水和反応が進行できることから膨張圧発現時間の調整を極めて容易に行なうことができる。例えば本膨張性組成物の膨張圧によって脆性物体をおよそ３時間以内に膨張破砕できるような、短時間での高い膨張圧発現性を得るには、クリンカ混合物中における風化熟成過程を経たクリンカの含有量（α）と風化熟成過程を経ないクリンカの含有量（β）の重量比を、α：β＝１：１．５〜３．５とする。ここでβが１．５未満では高い膨張圧発現性が短時間では得難いため好ましくなく、またβが３．５を超えると水和時に極めて激しい発熱反応が生じることもあるので好ましくない。風化熟成過程を経るクリンカは、膨張性組成物としての水和速度調整作用も付与することから水和活性が高い遊離生石灰生成量が多い方のクリンカとするのが好ましい。また、風化熟成は、風化度が強熱減量で１０％以下にするのが好ましい。より好ましくは風化度が強熱減量で３〜７％のものとする。風化度が強熱減量で１０％を超えると水和反応速度が著しく遅くなり所望の膨張圧が生起し難くなるため好ましくない。風化熟成の方法は特に限定されるものではないが、推奨される一例を示すと、焼成直後のクリンカに噴霧散水し、サイロ等の貯蔵庫に搬送して一定期間貯蔵することで風化熟成が成される。また、風化熟成するクリンカの粉末度は、ブレーン比表面積でおよそ１５００ｃｍ^２／ｇ〜３０００ｃｍ^２／ｇにするのが望ましい。
【００１１】
本膨張性組成物を形成するクリンカの粒径は、１０ｍｍ以下が好ましい。１０ｍｍを超える粒径では反応活性が低下したり、これを破砕剤成分に用いると注入性が低下するので好ましくない。より好ましくは、膨張圧発現時間が短時間であっても十分高い膨張力を得るため、全クリンカ粒子に占める粒径２．５〜１０ｍｍのクリンカ粒子割合を５〜７０重量％にすることで細密充填化が達成され易くなって膨張圧力の伝搬損失が著しく低減される。
【００１２】
また、本発明の破砕剤は前記膨張性組成物を含有してなるものである。前記膨張性組成物に水を加えるだけでも脆性物体を破砕しうるような効果が得られるものの、より確実に膨張破砕効果を得るには、前記膨張性組成物と水硬性物質及び水硬性を有しない無機粉末を含有した破砕剤とするのが好ましい。水硬性物質としてはセメントが挙げられ、セメントの種類は特に限定されず、更に石膏を加えたものでも良い。より好ましくは、水硬性物質がカルシウムアルミネート類を含むものにすると、適度な急硬性が付与され、短時間で強力な破砕作用が得られるので推奨される。本発明で云うカルシウムアルミネート類とは、ＣａＯとＡＩ_２Ｏ_３を主成分とし、水和反応を呈する無機物質の総称であり、これはＣａＯとＡＩ_２Ｏ_３以外の成分が化合、複合、固溶又は混合したものも含み、また結晶質や非晶質の何れであっても良い。カルシウムアルミネート類を含む水硬性物質の好適例は、アルミナセメントやジェットセメントである。本破砕剤中の水硬性物質の含有量は、０．５〜３０重量％が好ましい。０．５重量％未満では破砕剤と破砕対象物の破砕剤充填孔壁との付着状態が不十分となり、水和膨張力が孔上部や開口部に放散することがあるので好ましくなく、また３０重量％を超えると過大な硬化強度が生じて自己拘束が増大し、破砕に必要な膨張力が十分得られなくなることがあるので好ましくない。
【００１３】
また、本破砕剤に含有される非水硬性の無機粉末は、破砕剤を水性スラリー化した際の材料分離やブリージングの発生を抑制する作用を有する。非水硬性の無機粉末としては、セメントに混和可能な無機系の材料分離抑制剤やブリージング防止剤が使用でき、例えば石灰石砂、珪石砂、粘土鉱物粉、シリカフュームやフライアッシュ微粉などのポゾラン反応性物質等を挙げることができるが、何れも含有水分量が０．５％以下のものが好ましい。含有水分量が０．５％を超えると破砕剤として使用する前に破砕剤中の他の含有成分と反応を起し、破砕性能が低下することがあるので好ましくない。また無機粉末の粒度は５ｍｍ以下が好ましく、これを超える粒径では含有効果が低減したり、注入性が低下することがあるので好ましくない。水硬性を有しない無機粉末の本破砕剤中の含有量は、１０〜５０重量％とする。１０重量％未満では材料分離やブリージングの発生を十分防ぐことが困難なため好ましくなく、また５０重量％を超えると孔内への充填性が低下したり、膨張圧低下による破砕不良が生じ易くなるため好ましくない。
【００１４】
本発明の破砕剤は、本発明による効果を損なわない範囲で、前記成分以外の成分を適宜配合したものであっても良い。このような成分を例示すると、セメントに混和可能な分散剤・減水剤の類であれば何れのものでも良く、またオキシカルボン酸塩、アルカリ炭酸塩、糖類、デキストリン等の水和反応調整剤を挙げることができる。
【００１５】
本発明の破砕剤は、使用に際しては、本破砕剤１００重量部に水約１８〜２２重量部を加えて水性スラリー化し、このスラリーを破砕対象とする脆性物体の穿孔部に注入すれば良い。この際、穿孔部の孔径等は特に制限されない。またスラリー化せず例えば乾粉状の破砕剤として水溶性の容器や袋に充填し、これを所望の破砕予定箇所に設置し、外部から水分を補給する破砕工法に用いることもできる。
【００１６】
【実施例】
以下、実施例により本発明を説明する。
次のクリンカＡ〜Ｃ、アルミナセメント、普通ポルトランドセメント、石灰石砂（西部アスコン株式会社製、粒度：２．５ｍｍ超が１．３％、１．２〜２．５ｍｍが２６．７％、０．６〜１．２ｍｍが２７．８％、０．１５〜０．６ｍｍが４１．５％、０．１５ｍｍ未満が２．７％）、メラミン系高性能減水剤（昭和電工株式会社製；品名「メルメントＦ１０Ｍ」）を表１に示す配合割合で混練器に一括投入し、これに水配合比が２０重量％となるよう水を加えて約１分間混練を行い、スラリーを作製した。
【００１７】
クリンカＡ・・・化学成分がＣａＯ：９５．１重量％、ＡＩ_２Ｏ_３：０．４８重量％、ＳｉＯ_２：２．１重量％、Ｆｅ_２Ｏ_３：０．１６重量％、ＳＯ_３：０．４重量％のクリンカを比表面積２３００ｃｍ^２／ｇ程度に粉砕後、強熱減量値で６％となるよう散水して強制風化したもので、遊離生石灰含有量が約８６重量％。
クリンカＢ・・・化学成分がＣａＯ：９５．１重量％、ＡＩ_２Ｏ_３：０．４８重量％、ＳｉＯ_２：２．１重量％、Ｆｅ_２Ｏ_３：０．１６重量％、ＳＯ_３：０．４重量％のクリンカを粉砕分級し、粒径０．７〜２．５ｍｍが１２重量％、２．５〜８ｍｍが８０重量％、粒径０．７ｍｍ未満が８重量％から構成され、遊離生石灰含有量が約８６重量％。
クリンカＣ・・・化学成分がＣａＯ：８５．８重量％、ＡＩ_２Ｏ_３：１．７重量％、ＳｉＯ_２：７．３重量％、Ｆｅ_２Ｏ_３：０．９重量％、ＳＯ_３：１．６重量％のクリンカを比表面積２１００ｃｍ^２／ｇ程度に粉砕したもので、遊離生石灰含有量が約５６重量％。
【００１８】
【表１】

【００１９】
次いで、地面に設置した各辺６００ｍｍの立方体形のコンクリート硬化体の上面のほぼ中央部に直径４０ｍｍで深さ４００ｍｍの孔又は直径６７ｍｍで深さ４００ｍｍの孔を穿孔し、この孔に前記スラリーを流し込み、温度を変化させた際のコンクリート硬化体の破砕が完結するまでの時間及び注入後の孔からの注入スラリーの噴出有無を調べた。また、孔へのスラリー流し込みに先立ち、当該温度でのスラリーの材料分離有無を目視観察によってスラリー表面にブリージング水が発生しているか否かで判断した。以上の結果を表２に表す。
【００２０】
【表２】

【００２１】
【発明の効果】
本発明による破砕剤は、例えば−５℃〜３５℃という広範囲な温度でも使用可能なため、施工に際し、使用する環境や気候等の変化に対応して多種類の破砕剤を用意する必要が無くなる他、スラリー化しても材料分離やブリージンクを起こさず、また脆性物体中への注入・充填性にも優れ、注入後は充填孔からの吹出しもなく、３時間以内の短時間で殆どの脆性物体を十分破砕することができる。

Claims

遊離生石灰の生成量が異なることによって区別される２種以上のクリンカの混合物であって、クリンカの一部が風化熟成過程を経たクリンカからなり、風化熟成過程を経たクリンカ（α）と風化熟成過程を経ないクリンカ（β）の含有重量比がα：β＝１：１．５〜３．５であることを特徴とする膨張性組成物。
混合物が遊離生石灰生成量７０重量％以上のクリンカと遊離生石灰生成量７０重量％未満のクリンカを含有し、かつ含有クリンカ全量の５０重量％以上が遊離生石灰生成量６０重量％以上のクリンカであることを特徴とする請求項１記載の膨張性組成物。
クリンカの風化熟成が風化度で強熱減量１０重量％以下となる風化熟成であることを特徴とする請求項１又は２記載の膨張性組成物。
請求項１〜３の何れかの膨張性組成物を含有してなる破砕剤。
更に、水硬性物質と非水硬性の無機粉末を含有してなる請求項４記載の破砕剤。