JP2012006999A

JP2012006999A - ベントナイト液

Info

Publication number: JP2012006999A
Application number: JP2010141614A
Authority: JP
Inventors: Tatsuhiko Adachi; 達彦足立; Takayuki Shimamiya; 貴之島宮; Yasuhiro Nagaoka; 康浩長岡
Original assignee: Tachibana Material Co Ltd
Current assignee: Tachibana Material Co Ltd
Priority date: 2010-06-22
Filing date: 2010-06-22
Publication date: 2012-01-12

Abstract

【課題】水に対し少量の珪酸ナトリウムおよび又はトリポリリン酸ナトリウムを加えベントナイトを投入分散したベントナイト液を提供する。
【解決手段】アルカリ金属の塩を添加してなるベントナイト液。アルカリ金属の塩は、アルカリ金属珪酸塩および／又はリン酸のナトリウム塩とした。アルカリ金属珪酸塩は、珪酸ナトリウムとした。上記ベントナイト量は、例えば、６０〜１４０ｋｇ、珪酸ナトリウムを０．５〜２０Ｌ、望ましくは１〜１０Ｌ用い、１ｍ３とした。珪酸ナトリウムとしてＮａ２ＯｎＳｉＯ２、モル比ｎ＝２．８９〜４．０５のものを用いた。リン酸のナトリウム塩としてトリポリリン酸ナトリウム又はヘキサメタリン酸ナトリウムを用いた。
【選択図】なし

Description

この発明は、長距離圧送を可能にした可塑性空洞充填システムに用いられ、泥土圧シールドの掘進用添加剤や、切り羽への充填、空洞充填、シールド工事等の裏込め等、各種セメント・ベントナイトモルタルにおけるベントナイト液の粘性低下と保持方法に関する。

ベントナイトを水に可能な限り高濃度で分散してブリーディングの無い高粘度の液体を用い、作液後、注入現場までポンプ圧送している。

セメント系モルタルにおけるベントナイトの役割は、分離防止を主な目的として用いられ、水に対する添加量が多い程その効能は向上する。また、可塑性モルタルとして用いる場合もその添加量が多い程可塑性状であるゲル強度が向上する。

ベントナイトの添加量を上げすぎると高粘性になり過ぎポンプ圧送出来なくなり、また、ベントナイトを水に分散させる作液作業もできなくなる。

そこで高粘度のベントナイト液への流動化剤添加を検討したが、添加直後の粘性は低下するものの、経時的に粘性が上昇する為、管内、ミキサー内に滞留される場合に問題となる事が判った。

従って、ベントナイトを作液できる限界添加量（例えば群馬県産３００メッシュ１５％濃度程度、米国産２５０メッシュで１０％濃度程度粘度３００ｃｐｓ）のセメント系モルタルを作成するしかなかった。

ベントナイトと珪酸ナトリウムの混合については特許文献１でベントナイト安定液に後から本発明より多くの珪酸ナトリウムを加える事によりグリース状にする技術があるが、これはベントナイト安定液を硬くする技術である。

特許文献２では分散剤をモルタルに添加出来る事が記述されているが、本発明はベントナイト液に添加するものである。

特開２０００−２５６６６０号公報特開平１１−１２４５７４号公報

ベントナイト液の粘性を低下させる分散剤は種々有るが、多くはセメントベントナイト液に用いると分離し易くなったり、可塑性状のゲル強度が劣る事が多かった。そこで、珪酸ナトリウムあるいはトリポリリン酸ナトリウムの少量添加により、ベントナイト液の粘性を低下させ、かつ、セメントベントナイト液の可塑性状のゲル強度や分離防止に効果がある事を見出した。

また、上記問題点を解決するために無機系の分散剤を検討した。炭酸ナトリウム、ヘキサメタリン酸ナトリウム、トリポリリン酸ナトリウム、珪酸ナトリウム等を検討した結果、珪酸ナトリウム及びトリポリリン酸ナトリウム少量で効果が有った。また、有機系分散剤としてポリカルボン酸系分散剤を検討した。

珪酸ナトリウムに代えてリチウム、カリウム等アルカリ金属の珪酸塩を用いる事も可能であるが、経済面から珪酸ナトリウムが優れていると思われる。

リン酸のナトリウム塩としてはヘキサメタリン酸ナトリウム、トリポリリン酸ナトリウムが上げられるが汎用性の高いトリポリリン酸ナトリウムを選定した。

ベントナイトは多量の水分子を層間に取り込み、膨潤する。珪酸ナトリウムによる粘性低下は膨潤力を抑制させている可能性が有り、これを用いるセメント・ベントナイトモルタルや、可塑性モルタルの性能低下が懸念されたが、珪酸ナトリウムあるいはトリポリリン酸ナトリウム添加量が少ない場合、これら製品の品質性能は満足された。

性能低下とは、セメント系ベントナイトモルタルのゲルの粘性の低下や遊離水の発生等をさす。

水に対する珪酸ナトリウムとベントナイトの添加順序はどちらを先にしても効果が認められた。

珪酸ナトリウム添加量を増加すると逆に粘性が上がり、さらに増加すると不分離性、可塑性へと性質が変化した。

この発明は、かかる現状に鑑み創案されたものであって、水に対し少量の珪酸ナトリウムおよび又はトリポリリン酸ナトリウムを加えベントナイトを投入分散したベントナイト液を提供しようとするものである。

上記目的を達成するため、請求項１に係るベントナイト液は、アルカリ金属の塩を添加したことを特徴とするものである。

また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のベントナイト液を技術的前提とし、アルカリ金属の塩は、アルカリ金属珪酸塩および／又はリン酸のナトリウム塩であることを特徴とする。

さらに、請求項３に記載の発明は、請求項１又は請求項２のいずれかに記載のベントナイト液を技術的前提とし、アルカリ金属珪酸塩は、珪酸ナトリウムであることを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、請求項１乃至は請求項３のいずれかに記載のベントナイト液を技術的前提とし、上記ベントナイト量６０〜２００ｋｇ珪酸ナトリウムを０．５〜２０Ｌ、望ましくは１〜１０Ｌ用い、１ｍ３とすることを特徴とする。

請求項５に記載の発明は、請求項１乃至は請求項４のいずれかに記載のベントナイト液を技術的前提とし、珪酸ナトリウムとしてＮａ２ＯｎＳｉＯ２、モル比ｎ＝２．８９〜４．０５のものを用いたことを特徴とする。

請求項６に記載の発明は、請求項１乃至は請求項５のいずれかに記載のベントナイト液を技術的前提とし、リン酸のナトリウム塩として、トリポリリン酸ナトリウム又はヘキサメタリン酸ナトリウムを用いたことを特徴とする。

この発明に係るによれば、ベントナイト安定液の粘性が低下し、圧送時の圧力損失が低下する事により圧送可能距離が長くなる。

周知のように、ベントナイト安定液の圧送は、非ニュートン流体のラミナフロー式に従うとされ、同一の配管抵抗になる粘性と菅長さは反比例の関係になる。ベントナイト１００ｋｇ／ｍ３で作液後３時間での粘性を比較すると、珪酸ナトリウム無添加では３２０ｃｐｓ、３．３Ｌ／ｍ３添加では１００ｃｐｓとなった。

これを用いて流体比重を１．１８、循環量１１０ｍ／ｓ、２インチ菅として配管抵抗の限界値１．５ＭＰａとなる菅長を算出すると、３２０ｃｐｓでは５００ｍ、１００ｃｐｓでは１６００ｍ可能と算出された。

従って、逆に１６００ｍ圧送可能な珪酸ナトリウム無添加のベントナイト液とした場合、そのベントナイトの添加量は約８０ｋｇ／ｍ３程度であるとされ、それでできるセメント系モルタルや可塑性モルタルのゲル強度は弱く、また、遊離水も多くなり性能が低下する、ということが判った。

以下、この発明の実施形態例を、以下に説明をする。

〔実施例〕
珪酸ナトリウムはＮａ２ＯｎＳｉＯ２（ｎ＝３．８５〜４．０５）（以下急硬型珪酸ナトリウムと呼ぶ）及び３号珪酸ナトリウムはＪＩＳ珪酸ナトリウム３号Ｋ１４０８珪酸ナトリウム３号（ＳｉＯ２２８〜３０％Ｎａ２Ｏ９〜１０％ｎはほぼ３）を使用した。

ベントナイトはワイオミング産を用いた。

攪拌機は一方回転縦型の槽型攪拌装置を用い、水に珪酸ナトリウムを入れて１０秒攪拌後、攪拌しながらベントナイトを加え、３分攪拌した。水は水道水を用いた。

粘度はファンネル粘度計及び回転粘度計（ＲＩＯＮ社製ビスコメーター）及びＢ型粘度計を用いて測定した。

珪酸ナトリウム添加量１０Ｌ／ｍ３以下では珪酸ナトリウム無添加に比べて長時間にわたってファンネル粘度が低下し、回転粘度計でも長時間経ると無添加より低粘度となった。

珪酸ナトリウム添加量が多いと無添加より高粘度となる場合が出現した。経験では２０Ｌ／ｍ３を超えると無添加より高粘度となる。珪酸ナトリウム後添加でも少量添加では粘度が低下した。

ポリカルボン酸系分散剤を加えたベントナイト液は、珪酸ナトリウム添加のベントナイト液よりも粘度低下効果が少なく、セメント系モルタルにした時のゲル強度が弱くなった。

セメントベントナイト液では珪酸ナトリウム、トリポリリン酸ナトリウムでベントナイト液の粘性が低下し、遊離水も低減した。ソーダ灰では遊離水が増大し、ポリカルボンサン系の分散剤ではベントナイト液の粘度低下がわずかであった。

可塑状グラウトでは珪酸ナトリウム、トリポリリン酸ナトリウムでＢ液の粘度が低下し、Ａ．Ｂ．液混合後、の可塑性状のゲル強度が確保された。ソーダ灰ＳＡＲＡＲＩ（株式会社立花マテリアル製：一般商品名「アロンＡＫフロー」、以下、ＳＡＲＡＲＩという。）では８ｃｍφ×８ｃｍｈフローコーンを用いたコンシステンシー試験では、そのフロー値が大きくなり可塑性が低下した。

１．ベントナイト液粘性低下試験
（１）珪酸ナトリウム、分散剤、トリポリリン酸、苛性ソーダ前添加試験結果を表１に示す。

（２）珪酸ナトリウム後添加の試験結果を表２に示す。

２．セメントベントナイト液の検討
（１）セメントベントナイト液の試験結果を表３に示す。

３．可塑状グラウト材の検討
（１）特許文献１に基く可塑状グラウト材性能試験結果
（２）可塑状グラウトにおけるコシステンシー（流動性）の比較試験
を表４に示す。Ｂ液の練り上がり量を６００Ｌに設定。

つぎに、Ｂ液の練り上がり量を５００Ｌに設定した試験結果を表５に示す。尚、本試験で使用した材料の内訳は下記の通りである。
・急硬型珪酸ナトリウム：株式会社立花マテリアル製急硬剤Ｑタイプ
・３号珪酸ナトリウム：東曹産業製３号珪酸ソーダ
・キャリボンＬ４００：三洋化成工業ポリカルボン酸型
・ＳＡＲＡＲＩ：立花マテリアル合成カルボン酸塩
・ソーダ灰：株式会社トクヤマ製ソーダ灰（ライト灰）
・ヘキサメタリン酸ソーダ：試薬
・トリポリリン酸ソーダ：株式会社セントラルガラス製
・苛性ソーダ：試薬
・ベントナイト：株式会社立花マテリアル製ＴＢ−Ｓ
・ポリビニールアルコール：クラレ株式会社製ＰＶＡ３０％水溶液

３号珪酸ナトリウム、トリポリリン酸ナトリウムは、Ｂ液粘度が低下し、Ａ．Ｂ．液混合後の粘性が確保された。

Claims

アルカリ金属の塩を添加してなるベントナイト液。
アルカリ金属の塩は、アルカリ金属珪酸塩および／又はリン酸のナトリウム塩であることを特徴とする請求項１に記載のベントナイト液。
アルカリ金属珪酸塩は、珪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のいずれかに記載のベントナイト液。
上記ベントナイト量６０〜２００ｋｇ、珪酸ナトリウムを０．５〜２０Ｌ、望ましくは１〜１０Ｌ用い、１ｍ３とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のベントナイト液。
珪酸ナトリウムとしてＮａ２ＯｎＳｉＯ２、モル比ｎ＝２．８９〜４．０５のものを用いたことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載のベントナイト液。
リン酸のナトリウム塩としてトリポリリン酸ナトリウム又はヘキサメタリン酸ナトリウムを用いたことを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載のベントナイト液。
前記ベントナイト量を６０〜１４０ｋｇ、トリポリリン酸ナトリウムを０．５〜２０ｋｇ、望ましくは１〜１０ｋｇ用い、１?とすることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれかに記載のベントナイト液。