JP2016538225A - 二次硬化促進剤を含む流動性コンクリート - Google Patents

二次硬化促進剤を含む流動性コンクリート Download PDF

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Abstract

以下の２つの別個の成分を含む、コンクリート、モルタルまたはグラウトの組成物：以下を含むコンクリート混和物：（ａ）コンクリート混合物；（ｂ）アルカリ炭酸塩；（ｃ）凝結遅延剤；および（ｄ）水。以下を含む、硬化促進剤混合物：（ａ）硬化促進剤成分；および（ｂ）水。【選択図】なし

Description

本発明は、流動性（flowable）コンクリートまたはモルタル（mortar）用の硬化促進剤（accelerator）に関し、特に、噴霧可能なコンクリートおよび流動性のグラウト（grout）用、特に、裏込注入用グラウト（backfill grout）であり、しかし、これに限定されない。本発明は、また、流動性コンクリートの製造方法に関する。
速硬化性（Fast setting）および初期強度発現（early strength development）は、噴霧可能なコンクリートであるための重要な要件である。たとえば、トンネル内の岩の表面に、および、裏込注入用グラウトのために適用される場合、特に、トンネル穴あけ機（ＴＢＭ）により作られた隙間を埋めるために使用される場合である。
岩石基体（substrate）にコンクリートを適用する直前に、アルカリ・フリーの硬化促進剤が、吹付けコンクリート機器のスプレー・ノズルに加えられた。例は、ＷＯ９９／１８０４５、ＷＯ０５／０２８３９８、およびＷＯ０８／００６４１０に開示されている。一般に、水ガラスと呼ばれている、ケイ酸ナトリウム水溶液が、隙間に注入される直前に、裏込注入用グラウトに加えられた。アルカリ炭酸塩は、硬化時間（setting time）を短縮し、強度の発現（strength development）をスピードアップするために使用された。しかし、アルカリ炭酸塩は、弱酸性の、アルカリ・フリーの硬化促進剤に加えられたときに分解する。ケイ酸塩に炭酸塩を添加すると、シリカゲルの沈殿物が発生する。
ＷＯ９９／１８０４５ ＷＯ０５／０２８３９８ ＷＯ０８／００６４１０
本発明の第１の態様によれば、コンクリート、モルタルまたはグラウトの組成物は、以下の２つの個別の成分を含む。
１．下記を含むコンクリート混合物：
（ａ）コンクリート組成物；
（ｂ）アルカリ炭酸塩；
（ｃ）凝結遅延剤（retarder）；および
（ｄ）水；
２．下記を含む、主の硬化促進剤混合物：
（ａ）硬化促進剤成分；および
（ｂ）水。
コンクリートの組成物は、噴霧可能なコンクリートまたは吹付けモルタル（shot mortar）適用の際に使用される典型的なコンクリート混合物を含んでよい。該典型的なコンクリート混合物は、一般に、セメントおよび骨材（aggregates）、さらに、高流動化剤（superplasicisers）または他のコンクリート混和剤（admixtures）や水などのフィラーおよび他の成分を含む。噴霧可能なコンクリートまたは吹付けモルタル組成物は、便宜的に、流動性コンクリート組成物として言及される場合がある。
アルカリ炭酸塩は、二次硬化促進剤として機能し、炭酸カリウム、炭酸ナトリウム、またはこれらの混合物からなる群から選択され得る。水和物または無水塩を用いることができる。炭酸カリウムの使用が好ましい。炭酸リチウムまたは炭酸アンモニウムも、また、使うことができる。
アルカリ炭酸塩の量は、 コンクリート組成物のセメント成分の乾燥重量で、０．１％〜２％であることができ、好適には、乾燥重量で、０．２％〜１．５％、より好適には、０．２５％〜０．８％、最も好ましくは、０．３５％〜０．４％であることができる。
炭酸塩は、水溶液として、たとえば、５−５０％溶液として、加えることができる。
本明細書において使用される、百分率、比率および他の割合は、別段の指示がない限り、乾燥重量による。百分率と他の割合は、合計で、１００％になるように引用された任意の範囲から選択される。
凝結遅延剤は、主な硬化促進剤と組み合わせ、そして、基体へ適用する前に、コンクリートまたはモルタルの混合物の流動性を維持するために機能する。凝結遅延剤は、従来、凝結遅延剤として通常使用される材料から選択することができる。
好適な凝結遅延剤は、以下から選択される：
１．ヒドロキシカルボン酸、たとえば、クエン酸、グルコン酸、酒石酸およびそれらの塩、たとえば、クエン酸ナトリウム；
２．糖組成物、たとえば、ブドウ糖または糖蜜またはコーンシロップ；
３．ホスホン酸およびそれらの塩、または、リン酸塩、たとえば、アミノトリス（メチルホスホン酸）（ＡＴＭＰ）、ホスホノブタントリカルボン酸（ＰＢＴＣ）およびアミノトリス（ジメチルホスホン酸）（ＡＴＤＰ）。
ヒドロキシカルボン酸が、特に、好適である。
コンクリート混合物の成分は、好適には、この混合物が、ｐＨが約７以上のｐＨを有し、酸性でないように選択される。好適なｐＨは、約ｐＨ７〜約ｐＨ１４の範囲以内である。酸性でない混合物は、炭酸塩の分解を防ぐために好適である。
好ましい実施態様において、炭酸塩の、凝結遅延剤に対する比率は、約４：１〜約１：１の範囲であることができ、好ましくは、約３：１〜約１．５：１で、より好ましくは、重量で約２．２：１であることができる。
硬化促進剤の成分については、広い範囲で、主な硬化促進剤として、吹付けコンクリートとグラウト組成物において、使用することができる。硫酸アルミニウムを全部または一部に含む、非アルカリの硬化促進剤が好ましく、たとえば、Ｍａｐｅｑｕｉｃｋ ＡＦ ２０００、ＴａｍＳｈｏｔ ９０ＡＦまたはＴａｍＳｈｏｔ １００ＡＦである。非アルカリ硬化促進剤は、また、水酸化アルミニウム、カルボン酸、りん酸、アルカノールアミン、セピオライトおよび水などの安定剤を含んでもよい。
ケイ酸ナトリウム硬化促進剤は、裏込注入用グラウトに適用するのに好ましく、吹付けコンクリート用にも使用することができる。
本発明の第２の態様は、以下の手順を含む、コンクリート、モルタルまたはグラウト組成物を適用する方法である：
アルカリ炭酸塩と凝結遅延剤の混合物を提供し；
その混合物を、コンクリート混合物に加え、以下を含むセメント組成物を提供し；
（ａ）コンクリートの混合物；
（ｂ）アルカリ炭酸塩；
（ｃ）凝結遅延剤および
以下を含む、主たる硬化促進剤の組成物を提供し：
（ａ）硬化促進剤成分；および
（ｂ）水；
コンクリート混合物と硬化促進剤成分を組合せ、コンクリート組成物の硬化（curing）を開始し；
すぐに、コンクリート組成物を基体に適用し；そして、
コンクリート組成物を硬化させる。
主な硬化促進剤は、典型的には、別個の供給装置を使用して、スプレーヘッドに供給される。
本発明は、いくつかの利点を与える。アルカリ炭酸塩と凝結遅延剤の組み合わせは、二次硬化促進剤としての炭酸塩の活性化を阻害することができる。コンクリートの添加前に、炭酸塩と凝結遅延剤を組み合わせることができる。また、凝結遅延剤は、コンクリートに追加された後に、炭酸塩を加えることもできる。
適用されたコンクリートまたはグラウトは、本発明に従って炭酸塩が含まれていない組成物と比較して、優秀な硬化時間（set time）と初期強度特性（early strength characteristics）を有する。
噴霧可能なコンクリートにおいて、１ＭＰａ以上の初期強度は、１時間後に達成され得る。
本発明の組成物および方法は、フライアッシュ；高炉スラグの微粉（ＧＧＢＳ）またはシリカフュームまたはその混合物から選択される補助物質を含んでもよい混合セメントの使用を促進する。たとえば、最大２０％のフライアッシュを使用することができる。このような適用において、セメントによって提供される初期強度は、補助物質の、より低い反応性のために、増加させる必要がある。
さらなる利点は、二次硬化促進剤が、別個の供給装置を使用してスプレー・ヘッドに供給する必要がなく、既存のスプレー装置の変更は必要ないことである。
本発明は、さらに、実施例の手段によって、添付の表を参照して、開示されるが、いかなる限定を意図するものではない。
表１は、２つの吹付けコンクリート組成物について、圧縮強度値対時間を示す；そして、表２は、２つのＴＢＭ裏込注入用グラウトについて、２時間後の圧縮強度値を示す。
表１：in situで使用される標準試験法に従って、測定した、吹付けコンクリートの初期圧縮強度（early age compressive strength）における、二次硬化促進剤の効果を示す。
使用したコンクリートは、ｍ３のコンクリート当たり、４８０ｋｇのＣＥＭ ＩＩで設計された、ノルウェーの吹付けコンクリートミックスであった。
言及された凝結遅延剤は、ＥＮ ９３４−５に合致する標準的な「一貫性制御混和剤」であり、クエン酸とＰＢＴＣのブレンドである。二次硬化促進剤を含む、本凝結遅延剤は、水酸化ナトリウムを使用して弱アルカリ性にした、炭酸カリウムを追加した、同じ凝結遅延剤であった。
表２：成分１（セメント系混合物）と成分２（ケイ酸ナトリウム硬化促進剤）の混合後２時間における、ＴＢＭ裏込注入用グラウトの２つの成分の圧縮強度における、二次硬化促進剤の効果を示す。
測定は、in-situで使用される標準的な試験方法に従って行われた。用いた重量は、高硬度材のｋｇ／ｍ３である。含水率は表示されていない。用いられた凝結遅延剤は、裏込注入用グラウトに使用される、標準の砂糖／グルコン酸凝結遅延剤である。一方、二次硬化促進剤を含む、凝結遅延剤は、炭酸カリウムを追加した同じ凝結遅延剤である。
セメントおよびケイ酸ナトリウム含有量（ＴＢＭ裏込注入用グラウトにおける、２つの最も高価な成分）における違いは、二次硬化促進剤によって得られる経済的利益を示す。

Claims (30)

  1. 以下の２つの別個の成分を含む、コンクリート、モルタルまたはグラウト組成物：
    以下を含むコンクリート混合物：
    （ａ）コンクリート混合物；
    （ｂ）アルカリ炭酸塩；
    （ｃ）凝結遅延剤；および
    （ｄ）水。
    以下を含む、硬化促進剤混合物：
    （ａ）硬化促進剤成分；および
    （ｂ）水。
  2. 前記アルカリ炭酸塩が、炭酸カリウム；炭酸ナトリウム、炭酸リチウム；炭酸アンモニウムおよびこれらの混合物、からなる群から選択される、請求項１に記載のコンクリート組成物。
  3. アルカリ炭酸塩の量が、コンクリート混合物の乾燥重量で、０．１〜２％である、請求項１または２に記載のコンクリート組成物。
  4. アルカリ炭酸塩の量が、０．２〜１．５％である、請求項３に記載のコンクリート組成物。
  5. アルカリ炭酸塩の量が、０．２５〜０．８％である、請求項３に記載のコンクリート組成物。
  6. アルカリ炭酸塩の量が、０．３５〜０．４％である、請求項３に記載のコンクリート組成物。
  7. 前記凝結遅延剤が、ヒドロキシカルボン酸およびその塩からなる群から選択される、請求項１乃至６のいずれか１項に記載のコンクリート組成物。
  8. 前記ヒドロキシカルボン酸が、クエン酸、グルコン酸、酒石酸およびその塩からなる群から選択される、請求項７に記載のコンクリート組成物。
  9. 前記凝結遅延剤が、糖組成物を含む、請求項１乃至６のいずれか１項に記載のコンクリート組成物。
  10. 前記凝結遅延剤が、ぶどう糖、糖蜜；コーンシロップまたはその混合物からなる群から選択される糖組成物を含む、請求項９に記載のコンクリート組成物。
  11. 前記凝結遅延剤が、ホスホン酸およびその塩からなる群から選択される、請求項１乃至８のいずれか１項に記載のコンクリート組成物。
  12. 前記凝結遅延剤が、アミノトリス（メチルホスホン酸）、ホスホノブタントリカルボン酸およびアミノトリス（ジメチルホスホン酸）から選択される、請求項１１に記載のコンクリート組成物。
  13. 炭酸塩の凝結遅延剤に対する比率が、乾燥重量で６：１〜２：１の範囲内である、請求項１乃至１２のいずれか１項に記載のコンクリート組成物。
  14. 炭酸塩の凝結遅延剤に対する比率が、乾燥重量で５：１〜３：１の範囲内である、請求項１３に記載のコンクリート組成物。
  15. 炭酸塩の凝結遅延剤に対する比率が、乾燥重量で約２．２：１である、請求項１４に記載のコンクリート組成物。
  16. 以下の手順を含む、コンクリート組成物を適用する方法であって：
    コンクリート混和物を提供し；
    凝結遅延剤を前記混和物を加えて、混合し；
    水性のアルカリ金属炭酸塩を加えて、混合し、以下を含むセメント組成物（cementitious composition）を提供し；
    （ａ）コンクリート混合物；
    （ｂ）アルカリ炭酸塩；
    （ｃ）凝結遅延剤；および
    （ｄ）水；
    以下を含む、硬化促進剤組成物を提供し：
    （ａ）硬化促進剤；および
    （ｂ）水；
    セメント組成物と硬化促進剤を組合せ、コンクリート組成物を形成し；
    すぐに、コンクリート組成物を基体に適用し；そして
    コンクリート組成物を硬化させる、方法。
  17. 前記アルカリ炭酸塩が、炭酸カリウム；炭酸ナトリウム、炭酸リチウム；炭酸アンモニウムおよびこれらの混合物からなる群から選択される、請求項１６に記載のコンクリート組成物の適用方法。
  18. アルカリ炭酸塩の量が、コンクリート混合物の乾燥重量で０．１〜２％である、請求項１６または１７に記載のコンクリート組成物の適用方法。
  19. アルカリ炭酸塩の量が、０．２〜１．５％である、請求項１８に記載のコンクリート組成物の適用方法。
  20. アルカリ炭酸塩の量が、０．２５〜０．８％である、請求項１８に記載のコンクリート組成物の適用方法。
  21. アルカリ炭酸塩の量が、０．３５〜０．４％である、請求項１８に記載のコンクリート組成物の適用方法。
  22. 前記凝結遅延剤が、ヒドロキシカルボン酸およびその塩からなる群から選択される、請求項１６乃至２１のいずれか１項に記載のコンクリート組成物の適用方法。
  23. 前記ヒドロキシカルボン酸が、クエン酸、グルコン酸、酒石酸およびその塩からなる群から選択される、請求項２２に記載のコンクリート組成物の適用方法。
  24. 前記凝結遅延剤が、糖組成物を含む、請求項１６乃至２１のいずれか１項に記載のコンクリート組成物の適用方法。
  25. 前記凝結遅延剤が、ぶどう糖、糖蜜；コーンシロップまたはその混合物からなる群から選択される糖組成物を含む、請求項２４に記載のコンクリート組成物の適用方法。
  26. 前記凝結遅延剤が、ホスホン酸およびその塩からなる群から選択される、請求項１６乃至２３のいずれか１項に記載のコンクリート組成物の適用方法。
  27. 前記凝結遅延剤が、アミノトリス（メチルホスホン酸）、ホスホノブタントリカルボン酸およびアミノトリス（ジメチルホスホン酸）から選択される、請求項２６に記載のコンクリート組成物の適用方法。
  28. 炭酸塩の凝結遅延剤に対する比率が、乾燥重量で６：１〜２：１の範囲内である、請求項１６乃至２７のいずれか１項に記載のコンクリート組成物の適用方法。
  29. 炭酸塩の凝結遅延剤に対する比率が、乾燥重量で５：１〜３：１の範囲内である、請求項２８に記載のコンクリート組成物の適用方法。
  30. 炭酸塩の凝結遅延剤に対する比率が、乾燥重量で約２．２：１である、請求項２９に記載のコンクリート組成物の適用方法。
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