JP2006298661A - 急硬性の水硬性組成物、及びこれらのモルタル並びに硬化物 - Google Patents
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Abstract
さらに無収縮性で硬化中の体積変化がなく、凝結始発時間と凝結終結時間との間の短い急硬性に優れる、アルミナセメント、ポルトランドセメント、石膏及び石灰系を含むグラウト用の水硬性組成物の提供を目的とする。
【解決手段】 アルミナセメント、ポルトランドセメント及び石膏とからなる水硬性成分と、凝結調整剤とを含む水硬性組成物であり、
凝結調整剤がクエン酸塩及び重炭酸塩を含むことを特徴とする水硬性組成物である。
【選択図】 なし
Description
有機酸類及びアルカリ金属炭酸塩とを含有するセメント組成物としては、特許文献1には、セメントと急硬材からなる急硬性セメントと、有機酸類、アルカリ金属炭酸塩、及び酸性物質を含有してなる急硬性セメントの凝結調整剤とを含有してなる地盤改良用注入材組成物が開示され、特許文献2には、アルカリ金属炭酸塩類、有機酸類、及び20℃における冷水可溶分が5〜90重量%のデキストリンを含有してなるセメント混和材が開示され、特許文献3には、硫酸カルシウム、カルシウムアルミネート、ポルトランドセメント及び凝結遅延剤を含有し、硫酸カルシウムのBET比表面積(I)とカルシウムアルミネートのBET比表面積(II)の比(I/II)が0.8〜2.0であることを特徴とする急硬性セメント組成物が開示されている。
さらに無収縮性で硬化中の体積変化がなく、凝結始発時間と凝結終結時間との間の短い急硬性に優れる、アルミナセメント、ポルトランドセメント及び石膏と膨張材とを含むグラウト用の水硬性組成物の提供を目的とする。
凝結調整剤がクエン酸塩及び重炭酸塩を含むことを特徴とする水硬性組成物である。
本発明の第三は、本発明の水硬性組成物と水との配合物を硬化させて得られる硬化物である。
1)相対湿度65%の環境下、20℃の温度で凝結始発時間が5分以上で、凝結終結時間が60分以下の水硬性組成物であり、さらに好ましくは5℃と20℃の温度、又は20℃と30℃の温度で、凝結始発時間が5分以上で、凝結終結時間が60分以下の水硬性組成物であり、より好ましくは相対湿度65%の環境下、5℃、20℃及び30℃の温度で、凝結始発時間が5分以上で、凝結終結時間が60分以下の水硬性組成物であり、特に好ましくは相対湿度65%の環境下、5℃から30℃の温度で、凝結始発時間が5分以上で、凝結終結時間が60分以下のモルタルが得られる水硬性組成物であること。
2)水硬性成分100質量部に対して、クエン酸塩を0.01〜3質量部及び重炭酸塩を0.01〜3質量部含むこと。
3)クエン酸塩及び重炭酸塩が、クエン酸三アルカリ金属塩及び重炭酸ナトリウムであること、とくにクエン酸三アルカリ金属塩は、クエン酸三ナトリウムであること。
4)凝結調整剤は、さらに凝結促進剤を含むこと、凝結促進剤は好ましくはリチウム塩、さらに好ましくは炭酸リチウムを含むこと。
5)水硬性組成物は、流動化剤、増粘剤及び消泡剤から選ばれる成分を少なくとも1種を含むこと。
6)水硬性成分は、アルミナセメント100質量部、ポルトランドセメント10〜120質量部及び石膏5〜80質量部であること。
7)水硬性組成物は、さらに消石灰を含むこと、好ましくは消石灰を水硬性成分100質量部に対して0.05〜15質量部の範囲で含むこと。
8)水硬性組成物は、さらに細骨材を含むこと。
9)水硬性組成物は、さらに膨張剤を含み、グラウト用であること。
10)水硬性組成物は、アルミナセメント100質量部、ポルトランドセメント10〜120質量部及び石膏5〜80質量部からなる水硬性成分と、水硬性成分100質量部に対して、膨張剤として金属粉0.0001〜0.02質量部とを含むことを特徴とするグラウト用の組成物であること。
本発明の水硬性組成物は、さらに炭酸リチウムなどの凝結促進剤を所定量含むことにより、早期に強度発現するモルタルを得ることができる。
本発明の水硬性組成物は、クエン酸塩と重炭酸塩の配合割合を調節することにより、凝結始発時間が5分以上で、凝結終結時間が60分以内の、適度な可使時間と急硬性とを併せ持つ水硬性組成物を得ることができ、さらに本発明の水硬性組成物は、凝結終結時間(A)と凝結始発時間(B)の差(A−B)が、好ましくは40分以内、さらに好ましくは30分以内、より好ましくは25分以内、特に好ましくは15分以内のモルタル(水硬性組成物と水とのスラリー状の混練物)を得ることができる。
ポルトランドセメントを好ましくは10〜120質量部、さらに好ましくは30〜110質量部、より好ましくは50質量部から100質量部未満、特に好ましくは60〜90質量部と、
石膏を好ましくは5〜80質量部、さらに好ましくは7〜60質量部、より好ましくは10〜40質量部、特に好ましくは15〜25質量部からなる水硬性成分を用いることにより、無収縮性で硬化中の体積変化の少ない硬化物を得ることができる。
本発明は、さらに上記水硬性組成物100質量部に対して、膨張剤である金属粉0.0001〜0.02質量部とを含むことにより、硬化中の体積変化の少ないグラウト用途に使用可能な組成物を得ることができる。
水硬性組成物は、水硬性成分100質量部に対して、クエン酸塩を好ましくは0.01〜3質量部、さらに好ましくは0.05〜2質量部、より好ましくは0.08〜1質量部、特に好ましくは0.1〜0.6質量部を含み、
重炭酸塩を好ましくは0.01〜3質量部、さらに好ましくは0.05〜2質量部、より好ましくは0.08〜1質量部、特に好ましくは0.1〜0.9質量部含むことが好ましい。
クエン酸塩及び重炭酸塩の2成分の配合割合は適宜調節して用いることができるが、例えば、
(1)低温で急硬性を得る場合には、重炭酸塩の配合割合又は配合量を増やすこと、
(2)高温で遅延硬化性を得る場合には、クエン酸塩の配合割合又は配合量を増やすことにより、凝結の始発時間と終結時間の調整を行うことができると考える。
本発明の水硬性組成物は、特開平8−333146号公報に記載の「酸性物質」を含んでもよいし、含まなくてもよい。
アルミナセメントは、どのようなブレーン比表面積のものでも用いることができるが、例えば、ブレーン比表面積が、好ましくは2000cm2/g以上のもの、さらに好ましくは2000〜10000cm2/gの範囲のもの、より好ましくは2500〜7000cm2/gの範囲のもの、特に好ましくは3000〜5000cm2/gの範囲のものを用いることができる。
石膏は、どのようなブレーン比表面積のものでも用いることができるが、例えば、ブレーン比表面積が、好ましくは2000〜15000cm2/gの範囲のもの、さらに好ましくは3000〜13000cm2/gの範囲のもの、より好ましくは3300〜10000cm2/gの範囲のもの、特に好ましくは3500〜7000cm2/gの範囲のものを用いることができる。
膨張材としては、金属粉、カルシウムサルフォアルミネート系(CSA系)、石灰系などを用いることができ、また、金属粉、カルシウムサルフォアルミネート系及び石灰系を2種以上併用して用いることができる。
膨張材の添加量は、水硬性成分100質量部に対して、金属粉では、好ましくは0.0001〜0.02質量部、さらに好ましくは0.0002〜0.005質量部、より好ましくは0.0003〜0.004質量部、特に0.0003〜0.003質量部で用いることが好ましく、
石灰系では、好ましくは0.05〜15質量部、さらに好ましくは0.08〜3質量部、より好ましくは0.1〜2質量部、特に0.2〜1質量部で用いることが好ましい。
石灰系としては、生石灰、生石灰−石膏混合系、仮焼ドロマイト等が挙げられ、一種又は二種以上の混合物として使用できる。特に石灰系としては、生石灰、生石灰−石膏混合系が好ましい。
消石灰の添加量は、水硬性成分100質量部に対して、好ましくは0.05〜15質量部、さらに好ましくは0.08〜3質量部、より好ましくは0.1〜2質量部、特に0.2〜1質量部で用いることが好ましい。
細骨材は、本発明の特性を損なわない範囲で添加することができ、水硬性成分100質量部に対して、好ましくは200質量部以下、さらに好ましくは30〜180質量部、より好ましくは40〜150質量部、特に好ましくは60〜120質量部が、流動性や硬化体強度発現性などのために好ましい。
細骨材としては、好ましくは2.5mm以下の粒度のもの、さらに好ましくは2mm以下の粒度のものを用いることが、流動性や硬化体強度発現性などのために好ましい。
細骨材ついては、珪砂、川砂、海砂、山砂、砕砂などの砂類、石英粉末、廃FCC触媒などの細骨材を用いることが好ましい。
特に、細骨材としては、珪砂、川砂、海砂、山砂、砕砂などの砂類などを好ましく用いることが出来る。
凝結調整剤としては、特に限定されるものではないが、例えば、塩化リチウム、硫酸アルミニウム、ミョウバン類、硫酸リチウム、硫酸ナトリウム及び硫酸カリウムなどの無機硫酸塩類、炭酸リチウム、炭酸ナトリウム及び炭酸カリウムなどの炭酸塩類、アルミン酸ナトリウム及びアルミン酸カリウムなどのアルカリアルミン酸塩類、硝酸リチウム、硝酸ナトリウム、硝酸カリウム及び硝酸カルシウムなどの硝酸塩類、亜硝酸ナトリウム、亜硝酸カリウム及び亜硝酸カルシウムなどの亜硝酸塩類、ギ酸、ギ酸ナトリウム、ギ酸カリウム及びギ酸カルシウムなどのギ酸塩類、乳酸、乳酸ナトリウム、乳酸カリウム及び乳酸カルシウムなどの乳酸塩類、酢酸、酢酸リチウム、酢酸ナトリウム、酢酸カリウム及び酢酸カルシウムなどの酢酸塩類、チオシアン酸ナトリウム、チオシアン酸カリウム及びチオシアン酸カルシウムなどのチオシアン酸塩類、チオ硫酸ナトリウム、チオ硫酸カリウム及びチオ硫酸カルシウムなどのチオ硫酸塩類、モノエタノールアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン及びトリイソプロパノールアミンなどのアルカノールアミン類、オキシカルボン酸及びその塩などを挙げることができる。
オキシカルボン酸の塩としては、クエン酸塩を除く、例えばオキシカルボン酸のアルカリ金属塩(具体的にはナトリウム塩、カリウム塩、リチウム塩など)、アルカリ土類金属塩(具体的にはカルシウム塩、バリウム塩、マグネシウム塩など)などを挙げることができる。
リチウム塩などの公知の凝結促進剤の配合割合は、水硬性成分100質量部に対し、好ましくは0を超えて3質量部以下、さらに好ましくは0.01〜2質量部、より好ましくは0.05〜1質量部、特に好ましくは0.3〜0.8質量部の範囲が、可使時間の調節と、得られる硬化体の強度の発現を早くすることができるために好ましい。
水硬性成分の主な成分であるアルミナセメントの発現強度は、水/セメント比の影響を大きく受けることから、減水効果を有する流動化剤を使用して水/水硬性成分比を小さくすることが不可欠である。
流動化剤としては、減水効果を合わせ持つ、メラミンスルホン酸のホルムアルデヒド縮合物、カゼイン、カゼインカルシウム、ポリエーテル系等、ポリエーテルポリカルボン酸などの市販のものが、その種類を問わず使用できる。
流動化剤は、用いる水硬性成分に応じて、特性を損なわない範囲で適宜添加することができ、水硬性成分100質量部に対し、0.001〜5質量部、さらに好ましくは0.01〜4質量部、より好ましくは0.05〜3.5質量部、特に好ましくは0.1〜3質量部であり、添加量が余り少ないと十分な効果が発現せず、また多すぎても添加量に見合った効果は期待できず単に不経済であるだけでなく、所要の流動性を得るための混練水量が増大し、同時に粘稠性も大きくなり、充填性が悪化する。
増粘剤の添加量は、本発明の特性を損なわない範囲で添加することができ、水硬性成分100質量部に対して、
好ましくは0.001〜2質量部、さらに好ましくは0.005〜1.5質量部、より好ましくは0.01〜1質量部、特に0.02〜0.5質量部含むことが好ましい。増粘剤の添加量が多くなると、流動性の低下を招く恐れがあり好ましくない。
増粘剤及び消泡剤を併用して用いることは、水硬性成分や細骨材などの骨材分離の抑制、気泡発生の抑制、硬化体表面の改善に好ましい効果を与え、水硬性組成物の硬化物の特性を向上させるために好ましい。
消泡剤の添加量は、本発明の特性を損なわない範囲で添加することができ、水硬性成分100質量部に対して、
好ましくは0.001〜2質量部、さらに好ましくは0.005〜1.5質量部、より好ましくは0.01〜1質量部、特に0.02〜0.5質量部含むことが好ましい。消泡剤の添加量は、上記範囲内が、消泡効果が認められるために好ましい。
高分子エマルジョンとしては、エチレン・酢酸ビニル共重合体、アクリル系重合体などの乳化重合した重合体を用いることができ、樹脂粉末としてはエマルジョンより溶媒を除去したものや樹脂の微粉砕物などを用いることができる。
水の添加量は、水硬性組成物100質量部に対し、好ましくは7〜40質量部、さらに好ましくは8〜30質量部、より好ましくは8〜20質量部、特に好ましくは9〜15質量部加えて用いることが好ましい。
水硬性組成物のプレミックス粉体は、所定量の水と混合、攪拌して、スラリー状のモルタルを製造することができ、その後モルタルを硬化させて水硬性組成物の硬化物を得ることができる。
本発明の水硬性組成物は、トンネルやシールドの裏込め、ダムの継ぎ目、橋梁のシュウ、構造物の補修や補強、鉄筋継手、機械基礎の固定、下水道の補修などの土木・建築分野のグラウト用途に用いることができる。
本発明の水硬性組成物は、学校、マンション、コンビニエンスストア、病院、ベランダ、屋上などの床下地材、壁下地材などに用いることが出来る。
本発明の水硬性組成物は、学校、マンション、コンビニエンスストア、病院、ベランダ、屋上などの床下地材、壁下地材などのセルフレベリング材に用いることが出来る。
1)アルミナセメント100質量部、ポルトランドセメント10〜120質量部及び石膏5〜80質量部からなる水硬性成分と、
2)水硬性成分100質量部に対して、クエン酸塩を好ましくは0.01〜3質量部、さらに好ましくは0.05〜2質量部、より好ましくは0.08〜1質量部、特に好ましくは0.1〜0.6質量部と、
重炭酸塩を好ましくは0.01〜3質量部、さらに好ましくは0.05〜2質量部、より好ましくは0.08〜1質量部、特に好ましくは0.1〜0.9質量部と、
3)リチウム塩などの公知の凝結促進剤を、水硬性成分100質量部に対し、好ましくは0を超えて3質量部以下、さらに好ましくは0.01〜2質量部、より好ましくは0.05〜1質量部、特に好ましくは0.3〜0.8質量部とを含む組成物を好ましく用いることができる。
1)凝結終結時間と凝結始発時間の測定: 温度5、20、30℃、湿度65%で調製した生成スラリーを同温湿度下において、JIS・R−5201に従いビガー針装置により測定する。
2)Jロート(秒): 土木学会充てんモルタル試験方法(案)(JSCE・F542−1993) J14ロートによる流下値を示す。
3)膨張率(%): 土木学会充てんモルタル試験方法(案)(JSCE・F542−1993) 試験体φ5×10cm(但し、膨張率は、膨張を+、収縮を−で示す。)
4)強度の評価(曲げ強度、圧縮強度): 下記の温度湿度条件で、JIS・R−5201に示される4×4×16cmの型枠に生成スラリーを型詰めして、生成スラリーの型詰めと同じ温度湿度条件で3時間気中養生した後、脱型し、さらに成型体をポリエチレン袋に密閉し、その成型体が入ったポリエチレン袋を生成スラリーの型詰めと同じ温度湿度条件の気中にて所定期間養生して成型体を得る。成型体は、JIS・R−5201記載の方法に従い測定する。
・温度湿度条件:(5℃、65%)、(20℃、65%)、又は(30℃、65%)。
1)水硬性成分:
・アルミナセメント(ラファージュアルミネート社製、ブレーン比表面積3300cm2/g、モノカルシウムアルミネート含有量45重量%)。
・ポルトランドセメント(宇部三菱セメント社製、早強ポルトランドセメント、ブレーン比表面積4500cm2/g)。
・石膏:II型無水石膏(セントラル硝子社製、ブレーン比表面積5340cm2/g)。
2)細骨材:
・珪砂:5号珪砂(宇部サンド工業社製)。
3)凝結調整剤:
・炭酸リチウム(本荘ケミカル社製、製品名:UF−300)。
・重炭酸ナトリウム(東ソー社製、製品名:工業用)。
・クエン酸三ナトリウム(磐田化学工業社製)。
4)混和剤:
・流動化剤:メラミン系流動化剤(日本シーカ社製、製品名:FF86/100)。
・増粘剤:メチルセルロース系増粘剤(松本油脂社製、製品名:65MP−400)。
・消泡剤:ポリエーテル系消泡剤(旭電化工業社製、製品名:B−115F)。
・膨張剤:アルミニウム粉(粒度44μm以下60重量%以上含有、大和金属粉工業社製、製品名:ALCファイン及びK−250の混合品)
・消石灰:(宇部マテリアル社製、製品名:特号)。
5)シリコーンオイル:メチルハイドロジェンポリシロキサンシリコーンオイル(信越化学工業社製、製品名:KF−99)。
表1に示す組成割合の成分と、表2に示す凝結調整剤とを用い、アイリッヒミキサを使用して混合し、グラウト組成物を得た。
相対湿度65%の環境下、温度5℃、20℃及び30℃の3点で、グラウト組成物100重量部に対し、水20重量部を加え、2分間混練して、各温度でモルタル(スラリー)を調整した。
得られた3種類(温度5℃、20℃及び30℃)のモルタルは、各温度湿度条件で、凝結始発時間及び凝結終結時間を測定し、結果を表2に示す。表2の[A]は、凝結終結時間より凝結始発時間を引いた時間である。
実施例1において、5℃で行った実施例を1−1として、20℃で行った実施例を1−2として、30℃で行った実施例を1−3として示している。以下に示す実施例及び比較例でも同様にして示す。
表3に示す炭酸リチウム、重炭酸ナトリウム及びクエン酸三ナトリウムの配合量と、試験温度で行う以外は、実施例1に示す表1の組成割合の成分を用い、アイリッヒミキサを使用して混合し、グラウト組成物を得た。
実施例1と同様にして、モルタル(スラリー)を調整した。
得られた3種類(温度5℃、20℃及び30℃)のモルタルは、各温度湿度条件で、凝結始発時間、凝結終結時間、Jロート及び圧縮強度を測定し、結果を表3に示す。表3の[A]は、凝結終結時間より凝結始発時間を引いた時間である。
表4に示す炭酸リチウム、重炭酸ナトリウム及びクエン酸三ナトリウムの配合量と、試験温度で行う以外は、実施例1に示す表1の組成割合の成分を用い、アイリッヒミキサを使用して混合し、グラウト組成物を得た。
実施例1と同様にして、モルタル(スラリー)を調整した。
得られた3種類のモルタルは、各温度湿度条件で、凝結始発時間及び凝結終結時間を測定し、結果を表4に示す。表4の[A]は、凝結終結時間より凝結始発時間を引いた時間である。
表5に示す炭酸リチウム、重炭酸ナトリウム及びクエン酸三ナトリウムの配合量と、試験温度で行う以外は、実施例1に示す表1の組成割合の成分を用い、アイリッヒミキサを使用して混合し、グラウト組成物を得た。
実施例1と同様にして、モルタル(スラリー)を調整した。
得られた3種類のモルタルは、各温度湿度条件で、凝結始発時間、凝結終結時間、Jロート及び圧縮強度を測定し、結果を表5に示す。表5の[A]は、凝結終結時間より凝結始発時間を引いた時間である。
表6に示す炭酸リチウム、重炭酸ナトリウム及びクエン酸三ナトリウムの配合量と、試験温度で行う以外は、実施例1に示す表1の組成割合の成分を用い、アイリッヒミキサを使用して混合し、グラウト組成物を得た。
実施例1と同様にして、モルタル(スラリー)を調整した。
得られた3種類のモルタルは、各温度湿度条件で、凝結始発時間及び凝結終結時間を測定し、結果を表6に示す。表6の[A]は、凝結終結時間より凝結始発時間を引いた時間である。
Claims (9)
- アルミナセメント、ポルトランドセメント及び石膏とからなる水硬性成分と、凝結調整剤とを含む水硬性組成物であり、
凝結調整剤がクエン酸塩及び重炭酸塩を含むことを特徴とする水硬性組成物。 - 水硬性組成物は、水硬性成分100質量部に対して、クエン酸塩を0.01〜3質量部及び重炭酸塩を0.01〜3質量部含むことを特徴とする請求項1に記載の水硬性組成物。
- クエン酸塩及び重炭酸塩が、クエン酸三アルカリ金属塩及び重炭酸ナトリウムであることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の水硬性組成物。
- 凝結調整剤は、さらに凝結促進剤を含むことを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の水硬性組成物。
- 水硬性組成物は、さらに流動化剤、増粘剤及び消泡剤から選ばれる成分を少なくとも1種を含むことを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の水硬性組成物。
- 水硬性組成物は、水と混練して、相対湿度65%の環境下、5℃及び20℃の温度、又は20℃及び30℃の温度で、凝結始発時間が5分以上で、凝結終結時間が60分以下のモルタルが得られることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の水硬性組成物。
- 水硬性組成物は、さらに膨張剤を含み、グラウト用に用いられることを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載の水硬性組成物。
- 請求項1〜7のいずれか1項に記載の水硬性組成物と水とを混練して得られるモルタル。
- 請求項1〜7のいずれか1項に記載の水硬性組成物と水との配合物を硬化させて得られる硬化物。
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