JP2014141387A

JP2014141387A - 破砕材

Info

Publication number: JP2014141387A
Application number: JP2013159802A
Authority: JP
Inventors: Yoshihisa Hanei; 誉久羽根井; Makoto Asami; 誠朝見; Daisuke Yabaneta; 大輔矢羽田
Original assignee: Taiheiyo Materials Corp
Current assignee: Taiheiyo Materials Corp
Priority date: 2012-12-28
Filing date: 2013-07-31
Publication date: 2014-08-07
Anticipated expiration: 2033-07-31
Also published as: JP6110749B2

Abstract

【課題】膨張圧により物品を静的に破壊する遊離生石灰を有効成分とする破砕材において、膨張圧を低下させることなく、接水時の鉄砲現象を抑止し、かつ水和反応の発熱による過度の温度上昇を著しく低減できる手段を提供する。
【解決手段】遊離生石灰１００質量部と酸化リンを０．０５６〜０．１７質量部含有する水和膨張性物質と、デキストリン、カルシウムアルミネート及び水和反応遅延剤の群から選ばれる１種以上とを含有することを特徴とする破砕材。
【選択図】なし

Description

本発明は、鉄筋コンクリート構築物、岩石塊、岩盤等を爆破等の瞬動手段によらず、媒体の膨張圧によって静的に破砕する破砕媒体に関する。

主に建設・土木分野で、コンクリート構築物や岩石の取崩しや撤去の際に、周辺環境を考慮し、爆破や衝撃等の動的手段ではなく、水和反応膨張性薬剤を構築物等に刳り抜かれた複数の小孔に充填して膨張亀裂を生じさせる静的破砕手段が採用されることが多い。使用する水和反応膨張性薬剤は高膨張力を発現できる物質が必要で、一般に、遊離生石灰を有効成分とするものと、エトリンガイト形成物質、代表例としてカルシウムサルファアルミネート等、を有効成分とするものに大別される。実体は主に相加効果を利用したものであるが、両者を併用したものも散見する。このうち、遊離生石灰を有効成分とする水和反応膨張性薬剤は非常に高い膨張力が得られる可能性があるが、これを静的破砕に利用するには、幾つかの問題を解消する必要がある。即ち、水和反応活性が著しく高いため、接水直後から水和反応が急速に進行し、極短時間で反応が完結する。膨張は水和反応と連動するため、水和反応終了後は殆ど膨張しない。このように水和反応が早過ぎるため、破砕したい箇所の複数の薬剤注入孔への同時の充填と注水作業が甚だ行い難く、接水するとその後の施工調整等のための作業時間の確保は殆どできない。また、生石灰そのものは接水しても自硬性がないため、膨張時に破砕対象物の薬剤注入孔から膨張物が溢れ出し、急激に水和反応が進むと孔から噴出飛散する虞があった。（いわゆる「鉄砲」現象。）また、かかる水和反応は発熱反応であり、かなり大きな水和熱であるため、破砕対象物が高温、蓄熱され易く、その結果、前記噴出飛散現象が一層起こり易くなり、噴出の勢いも増すため、作業上、著しく支障をきたす。

早過ぎる水和反応を適度な時間に調整するために、例えばカルボン酸やその塩等の遅延剤を併用した遊離石灰系の破砕剤が知られている。（例えば、特許文献１参照。）しかるに遅延剤を併用しただけでは、経時的な反応活性が平坦広幅化して最大膨張圧が低下し易く、対象物によっては亀裂が入り難い、伸び難い、といった危惧があった。アルカリ金属の無機塩等の促進剤の使用により膨張速度が増すことから、遅延剤と併用して膨張力発現の時間的な調整を詳細に行うことが可能となる（例えば、特許文献２参照。）が、膨張力の向上には殆ど寄与しない。また、自硬性不足を補うため、セメント等の水硬性物質を遊離石灰と混ぜて静的破砕剤として使用することも知られている（例えば、特許文献３参照。）が、結果的に薬剤中の膨張性成分が希釈されるので、静的破砕剤単位量あたりの膨張力は低下し、特に膨張中に水硬性物質の硬化が先行すると、当該硬化相によって破砕対象物への膨張力の直接伝播が阻害される。また、接水時の水和熱抑制には、例えばデキストリンや澱粉等の多糖類を使用することが知られている。（例えば、特許文献４参照。）しかし、多糖類の使用は発熱抑制される分、熱による活性化力の補填がなされ難い。このため低温環境下の使用では膨張圧が低迷し、亀裂が伸びないといったことも多々見られた。

特開昭５７−第１１９８５０号公報特開平０１−第７９２８３号公報特開昭５７−第１８７０４４号公報特開２０００−第２９０６３５号公報

本発明は、前記実情を鑑み、（１）膨張圧を低下させずに高い膨張圧発現性を維持しつつ、（２）過激な水和反応を抑制して適度に膨張発現時間を調整でき、（３）孔や間隙等に充填した場合、接水後の薬剤の噴出も起こらず、（４）接水後の高発熱化も抑制でき、且つ（５）低温環境下でも被破砕物に良好な亀裂伸長を生じさることが容易な破砕材の提供を課題とする。

本発明者は、前記課題解決のため検討を重ねた結果、主たる膨張性成分が遊離生石灰であって、化学成分として特定量の酸化リンを含有してなる水和膨張性物質を、デキストリン、カルシウムアルミネート及び遅延剤との混合物にすることにより、従来から使用されている遊離生石灰系破砕材と勝るとも劣らない高膨張圧を具備し、且つ前記（１）〜（５）の課題を総じて解決できる破砕材が得られたことから本発明を完成するに至った。また、特に特定のデキストリンを用いることよって水和発熱を飛躍的に抑えることも可能となり、前記（３）〜（４）の課題をより確実に解決することができた。

即ち、本発明は、次の［１］〜［３］で表す破砕材である。
［１］遊離生石灰１００質量部と酸化リンを０．０５６〜０．１７質量部含有する水和膨張性物質と、デキストリン、カルシウムアルミネート及び水和反応遅延剤の群から選ばれる１種以上とを含有することを特徴とする破砕材。
［２］水和膨張性物質が遊離石灰含有量１００質量部に対しアルカリ金属酸化物を０．０４〜０．６質量部含有するものである前記［１］の破砕材。
［３］デキストリンが、冷水可溶分９５±１％のデキストリンである前記［１］又は［２］の破砕材。

本発明の破砕材は、（１）膨張圧を低下させずに高い膨張圧発現性を維持しつつ、（２）過激な水和反応を抑制して適度に膨張発現時間を調整でき、（３）孔や間隙等に充填した場合、接水後の薬剤の噴出も起こらず、（４）接水後の発熱も抑制でき、（５）低温環境下でも被破砕物に良好な亀裂伸長を生じさせるため、使用上の制約が著しく少ない静的破砕材であって、使用環境によらず十分高い破砕力を具備する。

本発明の破砕材の必須構成成分である水和膨張性物質は、遊離生石灰を有効成分とするものであり、かつ酸化リンを遊離生石灰含有量１００質量部に対し０．０５６〜０．１７質量部含有するものである。水和膨張性物質の有効成分である遊離生石灰は、結晶質のＣａＯである。遊離生石灰の含有量は例えばコンクリート硬化体に膨張亀裂を生じさせる膨張力を発現できるような量であれば良く、特に限定されるものではない。好ましくは、より高い膨張力を安定して発現できる可能性があることから、水和膨張性物質中の遊離石生灰含有率は６５質量％以上とする。より好ましくは遊離石生灰含有率８０質量％以上とする。

また、水和膨張性物質に必須含有される酸化リンは、好適にはＰ₂Ｏ₅の状態で水和膨張性物質中に遊離生石灰含有量１００質量部に対し０．０５６〜０．１７質量部含有される。好ましくは、０．０９〜０．１４質量部含有される。酸化リンの含有は、注水混練直後の急激な初期膨張圧を抑制する作用があり、初期膨張圧は抑制されるものの、その後の膨張圧は高い水準に達し、最大高膨張圧そのものは余り低下させずに、ピーク膨張圧発現時間のシフト化を図ることが可能となる。化学成分としての酸化リンの含有量が０．０５６質量部未満では、前記のような酸化リン含有作用が得られ難くなるので好ましくなく、また０．１７質量部を超える含有量では、初期反応の遅延化により、膨張圧の過度な低下を引き起こすため好ましくない。

また、水和膨張性物質の粒度は特に制限はされない。好ましくは、ブレーン比表面積で３０００〜１００００ｃｍ²／ｇにすることにより、反応活性および膨張性ともより適正な状態のものが得られ易い。本発明の破砕材に使用する水和膨張性物質の製法は、好適には、遊離生石灰や酸化リン等の形成源となる原料を使用し、遊離生石灰や酸化リン等が所望の生成量となるよう配合した混合物を焼成し、少なくとも遊離生石灰や酸化リンを生成させた焼成クリンカを、任意の手段で粉砕・分級することで製造できる。使用可能な原料は時に制限されるものではなく、例えば石灰石などの天然鉱石や工業的に精製されたＰ₂Ｏ₅試薬などを挙げることができるが、記載例に限定されない。また、焼成温度は概ね１２００〜１５００℃とと、焼成後は自然放冷などの徐冷処理することが遊離生石灰が安定して生成・成長し易いので推奨される。焼成装置は当該温度で焼成できるものなら何れのものでも使用できる。

また、本発明の破砕材に使用する水和膨張性物質は、さらに、アルカリ金属酸化物を、遊離生石灰含有量１００質量部に対し、０．０６５〜１質量部含むものが好ましい。アルカリ金属酸化物としては、酸化リチウム、酸化ナトリウム、酸化カリウムの何れかを挙げることができ、このうち２種以上を含有することもできる。アルカリ金属酸化物を０．０６５〜１質量部含むことによって、膨張速度の調整が行い易くなり、反応を促進するのに有利である。

また、本発明の破砕材に使用する水和膨張性物質は、前記の成分以外にも本発明の効果を実質喪失させるものでない限り、他の成分を含有したものであっても良い。

また、本発明の破砕材は、前記水和膨張性物質の他に、デキストリン、カルシウムアルミネート及び水和反応遅延剤の群から選ばれる１種以上を含有する。従って、何れか１種だけの使用含有は勿論、任意の組み合わせによる２種類を含有、又は３種全部を含有使用することもできる。好ましくは、少なくともデキストリンを含有するものとする。使用可能なデキストリンは何れのものでも良い。デキストリンの含有によって、破砕に有効な膨張圧を減ずることなく、水和反応熱に起因する過度な温度上昇を抑えることができる。また、鉄砲現象を起こさなくすることにも寄与する。デキストリンを含有する場合の含有量は限定されないが、好ましくは前記水和膨張性物質の含有量１００質量部に対し、０．１〜５質量部とする。より好ましくは０．５〜３質量部とする。この含有量範囲にすると、最大膨張圧を低下させることなく、前記含有効果がより強く発現される。

また、より好ましくは、使用するデキストリンは冷水可溶分９５±１％のデキストリンとする。ここで冷水可溶分とは、デキストリンが温度２１℃の蒸留水に溶解した割合であり、質量百分率で表される。また、±１％なる表記は質量百分率の値が前後１以内の値を許容範囲とすることを表し、例えば冷水可溶分９５±１％は、実質的には冷水可溶分９４〜９６％のものを意味する。本発明で使用するデキストリンは、冷水可溶分９５±１％のデキストリンなら何れのデキストリンでも使用できる。冷水可溶分９５±１％のデキストリンを含有することで、接水時の水和膨張性物質の水和発熱による温度上昇速度をかなり低くすることができ、初期水和反応も穏やかにすため鉄砲現象を引き起こすの過激な反応も十分抑制できる。

また、本発明の破砕材に使用可能なカルシウムアルミネートは、主要化学成分としてＣａＯとＡｌ₂Ｏ₃を含む水和活性物質の総称であり、化合物、固溶体又はガラス質等として、さらには左記何れかのものの混合物が例示できる。より具体的には、例えば１２ＣａＯ・７Ａｌ₂Ｏ₃、ＣａＯ・Ａｌ₂Ｏ₃、３ＣａＯ・Ａｌ₂Ｏ₃、ＣａＯ・２Ａｌ₂Ｏ₃、ＣａＯ・６Ａｌ₂Ｏ₃等が挙げられる。またＣａＯとＡｌ₂Ｏ₃に加えて他の化学成分が加わったものも広義のカルシウムアルミネートであり、他の化学成分も単体で、或いはＣａＯやＡｌ₂Ｏ₃の何れか又は両者と反応した生成物であっても良い。具体的には、ＣａＯとＡｌ₂Ｏ₃に加え、他の化学成分を含むカルシウムアルミネートとして、例えば４ＣａＯ・３Ａｌ₂Ｏ₃・ＳＯ₃、１１ＣａＯ・７Ａｌ₂Ｏ₃・ＣａＦ₂、Ｎａ₂Ｏ・８ＣａＯ・３Ａｌ₂Ｏ₃等が挙げられる。また、例示以外のＣａＯとＡｌ₂Ｏ₃の含有モル比となるカルシウムアルミネートでも良く、ＣａＯとＡｌ₂Ｏ₃の含有モル比の値は特に制限されるものではない。カルシウムアルミネートを含有することにより、膨張圧のより早期の発現が可能となる他、自硬性も付与できるため充填注水後の薬剤噴出抑制作用もある。カルシウムアルミネートを含有する場合の含有量は限定されないが、好ましくは破砕材中の水和膨張性物質の含有量１００質量部に対し５質量部以下、より好ましくは、０．２〜３質量部とすることにより、接水時の前記作用がより得られ易くなる。

また、本発明の破砕材は、水和反応遅延剤を含有することにより、初期の急激な水和反応を抑制し、全体的に反応時間と反応速度を遅くなるよう調整できるため、作業上必要な可使時間を確保したいときなどには有効策となる。含有使用する水和反応遅延剤は、モルタルやコンクリートに使用できる凝結遅延剤なら何れのものでも使用できる。具体的には、例えばクエン酸や酒石酸などのカルボン酸やその塩を挙げられる。このほか凝結遅延作用が認められるリグニンスルホン酸やナフタレンスルホン酸系のポリマーなども使用できる。好ましくは、概して少ない使用量で反応遅延作用が働き、遊離生石灰の含有量を余り調整せずに済むため、有機系遅延剤（ポリマーを含む。）が適当である。水和反応遅延剤を含有する場合の含有量は、限定されないが、好ましくは、前記水和膨張性物質の含有量１００質量部に対し、０．１〜１．５質量部とする。この含有量にすると、所望の膨張力を確保しつつ適正な反応遅延作用がより得易くなる。尚、デキストリン、カルシウムアルミネート、水和反応遅延剤のうちの何れか２種類以上を使用する場合も、それぞれについて単一種使用する場合の好適含有量を適用することができる。

本発明の破砕材は、前記水和膨張性物質、デキストリン、カルシウムアルミネート及び水和反応遅延剤以外の成分も、本発明の効果を喪失させないものである限り、含有することができる。

本発明の破砕材は接水によって水和膨張するものである。使用法は特に制限はないが、例えば、破砕対象物の亀裂、間隙又はコア部等に本破砕材を充填し、注水を行うか、所望の破砕治具に予め充填し、この治具を破断予定部位に設けたコア等に挿入して使用することができる。また、本発明の破砕材は自硬性がほとんど無いため、充填の向きによっては充填箇所からの膨張時の漏出を防止するために、セメント等の水硬性物質を併用するのが望ましい。使用可能なセメントは特に限定されず、例えば普通、早強、超早強、中庸熱、低熱等のポルトランドセメント、高炉セメントやシリカセメント等の混合セメント、エコセメント等の特殊セメントを挙げることができる。セメントの併用量は制限されない。好ましくは、破砕可能な膨張圧を十分確保する上で、本発明の破砕材１００質量部に対し、セメント４５質量部を上限とする。

以下、本発明を実施例によって具体的に説明するが、本発明は記載された実施例に限定されるものではない。

ＣａＯ（市販試薬）、Ｐ₂Ｏ₅（市販試薬）及びＮａ₂Ｏ（市販試薬）から選定される原料を用いた配合物を、電気炉で最高温度約１４００℃（±５０℃）で１時間焼成し、表１に表す成分含有量の焼成物を作製した。焼成物は、最高温度から炉内自然放冷を約５００℃まで行い、次いで炉外に取出した。冷却した焼成物はボールミルで粉砕し、セパレーターを使用して粉末度約３２００ｃｍ²／ｇの膨張性粉末を作製した。焼成物の生成相は粉末エックス線回折で確認し、成分含有量は化学分析により調べた。

作製した膨張性粉末と、デキストリンＡ（冷水可溶分４５％；市販試薬）、デキストリンＢ（冷水可溶分９５％；市販試薬）、デキストリンＣ（冷水可溶分９０％；市販試薬）、デキストリンＤ（冷水可溶分９８％；市販試薬）、クエン酸（市販試薬）、アルミナセメント（ケルネオス社製、品名「セカール５１」）から選定される材料を用い、表２に表す配合量となるようヘンシェルミキサで約３分間乾式混合し、破砕材を作製した。

作製した破砕材に、破砕材１００質量部に対し３０質量部の水を注水し、ホバートミキサで約１分間混練した。混練後直ちに、一方の端面を塞いだ円筒状鋼製型枠（内径４２ｍｍ、厚み３ｍｍ、高さ１５５ｍｍ）に混練物を充填し、充填後は他方の開口端面を厚さ３ｍｍの鋼材で塞いだ。この密封型枠を約５℃の恒温漕水中に８時間又は１６時間浸し、拘束膨張圧試験に準じた方法で鋼管の膨張量を鋼管表面に貼付けたひずみゲージにより計測し、膨張圧に換算することで５℃での膨張圧を測定した。その結果を表３に表す。

また、普通ポルトランドセメント１００質量部、細骨材（６号珪砂）２００質量部及び水１５質量部からなるモルタルで作製した円柱硬化体（外径１３０ｍｍ、高さ１６０ｍｍ）の一方の端面中心付近にコアドリルで直径４２ｍｍ、深さ１２５ｍｍの孔を穿孔した。１０℃環境下の下で、該孔に、前記と同様の配合・方法で得た破砕材と水との混練物を充填し、熱電対を削孔した孔の高さの中心部に設置し、充填物の温度上昇による最高温度と当該温度到達時間を測定した。尚、充填物の噴出等は何れの本発明品の破砕材を使用したものも一切起こらなかった。以上の測定・評価結果を表３に表す。

表３の結果から、本発明の破砕材は、より短時間で破砕に十分活用できる高い膨張圧を発現することができ、しかも発熱量も低く、最高温度到達時間も比較的長くなり、急激な発熱がかなり抑制されていることがわかる。

Claims

遊離生石灰１００質量部と酸化リンを０．０５６〜０．１７質量部含有する水和膨張性物質と、デキストリン、カルシウムアルミネート及び水和反応遅延剤の群から選ばれる１種以上とを含有することを特徴とする破砕材。
水和膨張性物質が遊離石灰含有量１００質量部に対しアルカリ金属酸化物を０．０６５〜１質量部含有するものである請求項１記載の破砕材。
デキストリンが、冷水可溶分９５±１％のデキストリンである請求項１又は２記載の破砕材。