JP2014019623A

JP2014019623A - 懸濁型セメント急結剤及びそれを用いた急結セメントコンクリート

Info

Publication number: JP2014019623A
Application number: JP2012161443A
Authority: JP
Inventors: Hidehiro Tanaka; 秀弘田中; Hirofumi Hara; 啓史原
Original assignee: Denki Kagaku Kogyo KK
Current assignee: Denka Co Ltd
Priority date: 2012-07-20
Filing date: 2012-07-20
Publication date: 2014-02-03

Abstract

【課題】急激に流動性の低い（スランプの小さい）セメントコンクリートの製造ができ、低粉じん、低リバウンドで、人体に対するアルカリ刺激の少ない吹付け施工を実現できる。さらに、湧水のある場所での施工も可能になる懸濁型セメント急結剤及びそれを用いた急結セメントコンクリートを提供する。
【解決手段】（１）Ａｌ_２Ｏ_３換算で１０〜１２質量％の硫酸アルミニウムを含有してなり、硫酸アルミニウムの最大粒子径が１０μｍ以下であることを特徴とする懸濁型セメント急結剤、（２）ポルトランドセメント類１００質量部に対して、（１）の懸濁型セメント急結剤を５〜１５質量部を含有してなる急結セメントコンクリート、である。
【選択図】なし

Description

本発明は、主に、土木・建築業界で使用されるセメント急結剤、それを用いたセメントコンクリートに関する。

従来、トンネル掘削等露出した地山の崩落を防止するために急結剤をコンクリートに配合した急結コンクリートの吹付工法が行われている（特許文献１参照）。また、地下やトンネル背面の空隙充填やひび割れなどの逸流を防止する方法、並びに、水が存在する場所での材料分離を防止する方法として、急結セメントコンクリートが有効である（特許文献２参照）。

従来から使用されている急結剤として、人体に対するアルカリ刺激性が少ない作業環境を配慮した硫酸アルミニウムを主成分とする液体急結剤が使用されている（特許文献３〜５）。
液体急結剤は、粉じん発生量を抑制できる点、人体に対するアルカリ刺激性が少ない点で優れているが、吹付け直後からの凝結速度が一般の急結剤に比べ遅く、湧水などがある場合や厚付けした場合、はく落する場合があった。

特開２０１１−１３６８８６号公報特開２００２− ４７０４８号公報特開２００５−６０２０１号公報特開２００５−８９２７６号公報特開２００８−３０９９９号公報

本発明は、特定の硫酸アルミニウムを主成分とする懸濁型セメント急結剤を適用することにより、急激に流動性の低い（スランプの小さい）セメントコンクリートの製造ができ、低粉じん、低リバウンドで、人体に対するアルカリ刺激の少ない吹付け施工を実現できる。さらに、湧水のある場所での施工も可能になる。

すなわち、本発明は、（１）Ａｌ_２Ｏ_３換算で１０〜１２質量％の硫酸アルミニウムを含有してなり、硫酸アルミニウムの最大粒子径が１０μｍ以下であることを特徴とする懸濁型セメント急結剤、（２）ポルトランドセメント類１００質量部に対して、（１）の懸濁型セメント急結剤を５〜１５質量部を含有してなる急結セメントコンクリート、である。

本発明の懸濁型セメント急結剤を用いることにより、急激に流動性の低い（スランプの小さい）セメントコンクリートの製造ができ、低粉じん、低リバウンドで、人体に対するアルカリ刺激の少ない吹付け施工を実現できる。さらに、湧水のある場所での施工も可能になる。

以下、本発明を詳細に説明する。
本発明で云うセメントコンクリートとは、セメントペースト（セメントミルク）、モルタル、及びコンクリートを総称するものである。
なお、本発明でいう部や％は特に規定のない限り質量基準で示す。

本発明で使用するポルトランドセメント類とは、普通、早強、超早強、低熱、及び中庸熱等の各種ポルトランドセメントや、これらポルトランドセメントに、高炉スラグ、フライアッシュ、又はシリカを混合した各種混合セメント、ブレーン比表面積で２０００ｃｍ^２/ｇ以上の石灰石粉末や高炉徐冷スラグ微粉末等を混合したフィラーセメント等のポルトランドセメントが挙げられ、これらのうちの１種又は２種以上が使用可能である。

本発明で使用する硫酸アルミニウムとは、ポルトランドセメント類の凝結を促進する成分であり、通常市販されているものが使用できる。例えば、水の凝集剤として市販されている水道用硫酸アルミニウムＪＩＳＫ１４５０（無水塩や含水塩）の固形型（通常は平均粒径５００μｍ程度の粉末）では、Ａｌ_２Ｏ_３換算で１５．０％以上の粉末であり、この粉末をＡｌ_２Ｏ_３換算で１０〜１２％となるように水に懸濁させて懸濁型（スラリー状）にする。
懸濁型にする方法は、特に限定するものではないが、懸濁液（スラリー）のＡｌ_２Ｏ_３量が１０〜１２％となる様に、所定量の水に攪拌しながら粉末硫酸アルミニウムを投入し、未溶解粒子の最大粒径が１０μｍ以下になるまで攪拌混合する。また、市販の水溶液硫酸アルミニウムに粉末硫酸アルミニウムをＡｌ_２Ｏ_３換算で１０から１２％になる様に添加混合することもできる。
粉末硫酸アルミニウムの水への最大溶解度は、Ａｌ_２Ｏ_３量で１０．１％（無水硫酸アルミニウムで３４％）程度であるが、温度を高くして溶解すると、常温（０〜３０℃）に戻ると結晶が生成して完全な水溶液が得にくいため、通常、一般に市販されている水道用硫酸アルミニウムの液体型では常温（０〜３０℃）でも水溶液になる様にＡｌ_２Ｏ_３量は８．０〜８．２％である。
攪拌混合するミキサは、高速回転ほど早く本願発明の懸濁型セメント急結剤を製造することができるので好ましい。
懸濁型セメント急結剤中のＡｌ_２Ｏ_３含有量が１０％未満では、十分な凝結力を得ることが難しい場合があり、１２％を超えると粘性が高くなり作業性が悪くなる可能性がある。
硫酸アルミニウムの未溶解粒子の粒子径は、１０μｍ以下であり、好ましくは５μｍ以下である。１０μｍを越えると急結性が弱く、材料分離が生じ易い。また、５μｍよりも小さくてもそれほど急結性が変わらず粉砕動力が多く掛かり経済的でないが、長期的な貯蔵安定性を得るには３μｍよりも小さくするとよい。

本発明の懸濁型セメント急結剤の使用量は、ポルトランドセメント類１００部に対して、５〜１５部である。５部未満では十分な凝結力を与えることが難しい場合があり、１５部を超えると、水セメント比が増加しすぎて、懸濁型セメント急結剤添加直後の強ばりを阻害し、長期強度が低下する場合がある。

本発明の吹付け方法は、特に限定するものではないが、圧送されてくる水を加えて練り
混ぜたセメントコンクリートに急結剤を合流させて吹き付ける湿式吹付け工法や、ドライ
な状態でコンクリートを圧送し、ノズル手前で液体急結剤を合流させて吹き付ける乾式吹
付け工法が可能である。

本発明では、本発明の効果を阻害しない範囲で、セメントや本発明の懸濁型セメント急結剤の他に、骨材、ベントナイト、石粉、及び各種セメント混和材やセメント混和剤を併用することが可能である。
特に、地下やトンネル背面等で水が存在する場所やひび割れなどへの逸流を防止する場所へ施工する場合、ベントナイトや石粉等の微粉末質や水中不分離混和剤の併用が水中不分離抵抗性向上の面で有効である。

本発明の懸濁型セメント急結剤は、急結性気泡モルタルの製造にも有効である。通常、急結性気泡モルタルの場合、急結剤の急結作用が必要以上に速いので、急結剤を添加混合している間に、気泡モルタル中の気泡が壊れてしまい、比重や強度等の所定の物性が得にくいものであった。
一方、本願発明の懸濁型セメント急結剤は数秒から数十秒の凝結時間があるため、気泡を壊すことなく急結性のエアモルタルを製造することができ、施工も充分に可能であり、凝結後の急結性状に優れている。このことにより、従来、エアモルタルの欠点とされていた、ひび割れなどへの逸流や水が存在する場所に打設したときの材料分離を防止することができる。

本発明のセメントコンクリートとしては、水と混練したものでも、水と混練していないものでも使用可能である。

セメントコンクリートに使用する水は、特に限定されるものではないが、通常、清水が用いられる。
水の使用量は、特に限定されるものではないが、通常は、セメント１００部に対して、４０〜１５０部である。４０部未満では流動性が悪くなる場合があり、１５０部を超えると強度発現が遅れる場合がある。

本発明では、水と混練したセメントコンクリートと懸濁型セメント急結剤とを混合すると、混合後、数秒で流動性がなくなるため、圧送距離を長く必要とする場合や施工性を考えた場合、懸濁型セメント急結剤と、水と混練したセメントコンクリートとをそれぞれ別々に送給して、送給管先端部で合流混合しながら施工することが好ましい。

合流混合の方法としては、Ｙ字管等の混合管を使用する方法、二重管を使用する方法、及び、懸濁型セメント急結剤をシャワー状に合流混合させるインレットピースを使用する方法等がある。
また、合流混合後の管中にスパイラル状のミキサをセットしてさらに混合する方法も可能である。
懸濁型セメント急結剤とセメントコンクリートとの混合が充分であれば、付着性や可塑性が出て施工性が良くなり、混合が不充分だと、部分的に流動する場合があり、完全に施工することが困難になる場合がある。

地下やトンネル背面の空隙に充填する場合は単に流し込む方法で充分であるが、水が存在する場所やひび割れなどへの逸流を防止する箇所に吹付け施工する場合等は、圧搾空気で吹き飛ばして施工することも有効である。圧搾空気の導入箇所は特に限定されるものではないが、混合管に導入することが好ましい。

以下、本発明の実験例に基づいてさらに説明する。

「実験例１」
セメント１００部と水１００部の配合割合で、ミキサ（スリーワンモーターにタービン型の攪拌羽を取り付けたもの）を用い混練してセメントミルクを製造した。
一方、硫酸アルミニウムと水を表１に示す割合になるように配合し所定の粒度になる様に粉砕（粉砕機は回転数２万回転のホモジナイザー）して懸濁型セメント急結剤を製造した。
製造したセメントミルクと懸濁型セメント急結剤とを別々に混合管に送給し、無駆動ラインミキサで、セメント１００部に対して、懸濁型セメント急結剤が１０部になるように合流混合しながら連続的に急結性セメントコンクリート（セメントミルク）を調製した。
調製した急結性セメントコンクリートのフロー値の測定と、水中に流し込んだ時の材料分離の確認を行った。結果を表１に併記する。環境温度は２０℃である。
なお、比較のため、懸濁型セメント急結剤を使用しないで同様の実験を行った。結果を表１に併記する。

＜使用材料＞
セメント：普通ポルトランドセメント、市販品
水：水道水
硫酸アルミニウム：粉末、試薬、平均粒子径４９０μｍ

＜測定方法＞
粒子径：未溶解粒子について走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）の画像から計測
フロー値：内径８０ｍｍ、高さ８０ｍｍのフローコーン、に急結性セメントコンクリートを入れコーンを引き抜いた後の広がりを１分後に測定（ＪＨＳ３１３に準拠）
材料分離：水中に流し込んだときの懸濁具合を目視観察（○：濁りなし、△：少し濁りが確認される、×：濁りが確認される）

「実験例２」
実験No.1-2の懸濁型セメント急結剤をセメント１００部に対して、表２に示す量となるように合流混合したこと以外は実験例１と同様に行った。結果を表２に併記する。

本発明の懸濁型セメント急結剤を用いることにより、流れ難いセメントコンクリートの製造が可能であり、吹付けコンクリートの跳ね返りが少なく、水が存在する場所でも材料分離することなく施工できる。また、ひび割れなどの空隙のある場所へも充分施工することが可能である。さらに、本発明の懸濁型セメント急結剤とセメントコンクリートをそれぞれ別々に送給して、ノズル先端で合流混合することによって、急結性セメントコンクリートを効率良く製造することができ、速やかに施工することが可能となるので、土木分野等で広範に適用できる。

Claims

Ａｌ_２Ｏ_３換算で１０〜１２質量％の硫酸アルミニウムを含有してなり、硫酸アルミニウムの最大粒子径が１０μｍ以下であることを特徴とする懸濁型セメント急結剤。
ポルトランドセメント類１００質量部に対して、請求項１に記載の懸濁型セメント急結剤を５〜１５質量部を含有してなる急結セメントコンクリート。