JP2017065936A - セメントミルク及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】気温が高い季節であっても流動性が低下し難いセメントミルク及びその製造方法を提供する。
【解決手段】本発明のセメントミルクは、硫酸スズ、硫酸鉄又はそれらの混合物を流動性向上剤として０．５質量％〜２質量％含有することを特徴とする。また、本発明のセメントミルクの製造方法は、４０℃以上の環境下において、セメントに流動性向上剤を配合して混合した後、水をさらに配合して混合するか、又は４０℃以上の環境下において、流動性向上剤の水溶液とセメントとを混合することを特徴とする。
【選択図】なし

Description

本発明は、セメントミルク及びその製造方法に関し、特に、セメントミルク工法などで使用されるセメントミルク及びその製造方法に関する。

セメントミルクは、セメントと水とを練り混ぜて製造されるミルク状の材料であり、土木建築分野において一般に用いられている。例えば、掘削機によって所定の深さまで地盤を掘削した後、セメントミルクを注入して杭を埋め込むセメントミルク工法が知られている。また、軟弱地盤の改良工事では、軟弱地盤を側方に押し広げながら所定の深度まで掘削した後、セメントミルクを注入して固化することによって杭状柱体を形成するピュアパイル工法も知られている。さらに、セメントミルクは、地下に建設されるトンネル、石油及び液化ガス用の備蓄タンク、廃棄埋設物設備などの建設の際に周囲の軟弱地盤の強度確保及び止水のためにも用いられている。

特に、セメントミルク工法やピュアパイル工法などでは、掘削した地盤内にセメントミルクを注入するため、セメントミルクの流動性を確保することが重要である。しかしながら、セメントミルクの流動性は周囲温度に依存するため、気温が低い季節（例えば、冬季など）においてはセメントミルクの流動性を確保することができるものの、気温が高い季節（例えば、夏季など）においてはセメントミルクの流動性が低下するという問題がある。そのため、気温が高い季節であっても流動性が低下し難いセメントミルクの開発が望まれている。

他方、セメント組成物に硫酸スズや硫酸鉄を添加する技術が知られている（例えば、特許文献１及び２）。この技術において、硫酸スズや硫酸鉄は、六価クロムの溶出を防止するためのクロム還元剤として用いられている。

特開２００９−１７３４９４号公報 特表２００７−５２２０６１号公報

本発明は、セメントミルクにおける上記の問題を解決するためになされたものであり、気温が高い季節であっても流動性が低下し難いセメントミルク及びその製造方法を提供することを目的とする。

本発明者らは、上記の問題を解決すべく鋭意研究を続けた結果、硫酸スズ及び硫酸鉄が、周囲温度の上昇によるセメントミルクの流動性の低下を抑制する効果を有することを見出し、本発明を完成するに至った。
すなわち、本発明は、以下の第（１）項〜第（５）項である。
（１）硫酸スズ、硫酸鉄又はそれらの混合物を流動性向上剤として０．５質量％〜２質量％含有することを特徴とするセメントミルク。
（２）前記流動性向上剤が、硫酸スズであることを特徴とする第（１）項に記載のセメントミルク。
（３）前記セメントミルクに含有されるセメントが、エコセメントであることを特徴とする第（１）項又は第（２）項に記載のセメントミルク。

（４）第（１）項〜第（３）項のいずれか一項に記載のセメントミルクの製造方法であって、
４０℃以上の環境下において、セメントに前記流動性向上剤を配合して混合した後、水をさらに配合して混合することを特徴とするセメントミルクの製造方法。
（５）第（１）項〜第（３）項のいずれか一項に記載のセメントミルクの製造方法であって、
４０℃以上の環境下において、前記流動性向上剤の水溶液とセメントとを混合することを特徴とするセメントミルクの製造方法。

本発明によれば、気温が高い季節であっても流動性が低下し難いセメントミルク及びその製造方法を提供することができる。

本発明のセメントミルクは、流動性向上剤を所定の割合で含有することを特徴とする。
セメントミルクとしては、特に限定されず、当該技術分野において公知のものを用いることができる。
セメントミルクは、一般に、セメント及び水を含有する。また、セメントミルクは、混和剤などの公知の添加剤を含有していてもよい。

セメントミルクに用いられるセメントとしては、特に限定されないが、普通ポルトランドセメント、早強ポルトランドセメント、耐硫酸塩ポルトランドセメント、低熱ポルトランドセメント、中庸熱ポルトランドセメント、高炉スラグセメント、エコセメントなどが挙げられる。これらは、単独又は２種以上を組み合わせて用いることができる。

セメントミルクの水セメント比（Ｗ／Ｃ）は、特に限定されず、セメントミルクの用途に応じて適宜設定すればよい。例えば、セメントミルク工法に用いる場合、セメントミルクの水セメント比は、好ましくは５０％〜９０％、より好ましくは５５％〜８０％である。

ここで、セメントとしてエコセメント及び普通ポルトランドセメントを用いたセメントミルク（水セメント比６０％）における周囲温度の上昇に伴う流動性の変化を表１に示す。流動性は、土木学会規準ＪＡロート流下時間による評価結果である。

表１に示されているように、エコセメント及び普通ポルトランドセメントを用いたセメントミルクはいずれも、周囲温度の上昇に伴ってＪＡロート流下時間が長くなり、流動性が低下する。特に、エコセメントを用いたセメントミルクは、普通ポルトランドセメントを用いたセメントミルクに比べて、周囲温度の上昇による流動性の低下が大きい。そこで本発明では、周囲温度の上昇によるセメントミルクの流動性の低下を抑制するために、流動性向上剤がセメントミルクに配合される。

流動性向上剤としては、硫酸スズ、硫酸鉄又はそれらの混合物が用いられる。一般に、硫酸スズや硫酸鉄は、六価クロムの溶出を防止するためのクロム還元剤として用いられているが、本発明では、周囲温度の上昇によるセメントミルクの流動性の低下を抑制する流動性向上剤として用いられる。硫酸スズ及び硫酸鉄以外の硫酸塩又はチオ硫酸塩では、周囲温度の上昇によるセメントミルクの流動性の低下を抑制する効果が十分に得られない。

硫酸スズとしては、硫酸第一スズを用いることができる。
硫酸鉄としては、硫酸第一鉄を用いることができる。硫酸第一鉄は、一水塩のもであっても、七水塩のものであってもよい。これらの硫酸スズ及び硫酸鉄は、市販の工業製品を用いることができる。

セメントミルクにおける流動性向上剤の含有量は、周囲温度の上昇によるセメントミルクの流動性の低下を十分に抑制する観点から、０．５質量％〜２質量％にする必要がある。流動性向上剤の含有量が０．５質量％未満又は２質量％超過であると、セメントミルクの流動性の低下を十分に抑制することができない。

本発明のセメントミルクは、セメントミルクに流動性向上剤を配合して混合することによって製造することができる。ただし、セメントミルクの製造時の環境温度及び流動性向上剤の配合のタイミングが、セメントミルクの流動性の低下を抑制する効果に影響を与えることが実験的に確認されたため、次の２つの方法を用いて本発明のセメントミルクを製造することが好ましい。
第１の方法は、４０℃以上の環境下において、セメントに流動性向上剤を配合して混合した後、水をさらに配合して混合する。
第２の方法は、４０℃以上の環境下において、流動性向上剤の水溶液とセメントとを混合する。

セメントミルクの製造時の環境温度が４０℃以上である場合、周囲温度の上昇によるセメントミルクの流動性の低下を抑制する効果が大きくなる傾向にある。特に、環境温度を５０℃以上とすることにより、その効果を安定して向上させることができる。環境温度の上限は、水が蒸発しない温度であれば特に限定されないが、好ましくは７０℃、より好ましくは６０℃である。
流動性向上剤は、セメントと混合する前に、水に予め配合して水溶液とすることにより、周囲温度の上昇によるセメントミルクの流動性の低下を抑制する効果が大きくなる傾向にある。
したがって、周囲温度の上昇による流動性の低下を抑制する効果がより大きいセメントミルクを得る観点からは、第２の方法を用いてセメントミルクを製造することが好ましい。
なお、セメントミルクの製造におけるその他の条件については、特に限定されず、公知のセメントミルクの製造方法に準じて設定すればよい。

以下、実施例により本発明を詳細に説明するが、これらによって本発明が限定されるものではない。
（実施例１）
５０℃の環境下において、エコセメント（太平洋セメント株式会社製）に硫酸第一スズ（ＳｎＳＯ_４）を配合して混合した後、水をさらに配合して混合することによってセメントミルクを得た。ここで、混合は、１８Ｌペール缶内でハンドミキサを用いて練り混ぜた。また、水を配合した後の混合時間は６０秒とした。また、セメントミルクの水セメント比は６０％、セメントミルク中の硫酸第一スズの含有量は０．５質量％とした。
（実施例２）
硫酸第一スズの代わりに硫酸第一鉄（ＦｅＳＯ_４・７Ｈ_２Ｏ）を用いたこと以外は、実施例１と同様にしてセメントミルクを得た。

（実施例３）
エコセメントの代わりに普通ポルトランドセメント（太平洋セメント株式会社製）を用いたこと以外は、実施例１と同様にしてセメントミルクを得た。
（実施例４）
セメントミルク中の硫酸第一スズの含有量を１．０質量％としたこと以外は、実施例３と同様にしてセメントミルクを得た。

（比較例１）
硫酸第一スズを配合しなかったこと以外は、実施例１と同様にしてセメントミルクを得た。
（比較例２）
硫酸第一スズの代わりにチオ硫酸ナトリウム（Ｎａ_２Ｓ_２Ｏ_３）を用いたこと以外は、実施例１と同様にしてセメントミルクを得た。
（比較例３）
硫酸第一スズの代わりに硫酸ナトリウム（Ｎａ_２ＳＯ_４）を用いたこと以外は、実施例１と同様にしてセメントミルクを得た。

（比較例４）
エコセメントの代わりに普通ポルトランドセメントを用い、且つ硫酸第一スズを配合しなかったこと以外は、実施例１と同様にしてセメントミルクを得た。
（比較例５）
エコセメントの代わりに普通ポルトランドセメントを用い、且つ硫酸第一スズの代わりに硫酸カルシウム（ＣａＳＯ_４）を用いたこと以外は、実施例１と同様にしてセメントミルクを得た。
（比較例６）
セメントミルク中の硫酸カルシウムの含有量を１．０質量％としたこと以外は、比較例５と同様にしてセメントミルクを得た。

上記の実施例及び比較例で得られたセメントミルクについて、５０℃における流動性の評価を土木学会規準ＪＡロート流下試験によって行った。その結果を表２に示す。

表２に示すように、硫酸第一スズ又は硫酸第一鉄を配合していない一般的なセメントミルク（比較例１及び４）では、５０℃の高温条件になるとＪＡロート流下時間が長くなり、流動性が低下することが確認された（表１も参照）。
これに対して、硫酸第一スズ又は硫酸第一鉄を配合したセメントミルク（実施例１〜４）では、５０℃の高温条件になってもＪＡロート流下時間が比較的短く、流動性の低下を抑制し得ることが確認された。
また、硫酸スズ及び硫酸鉄以外の硫酸塩又はチオ硫酸塩を配合したセメントミルク（比較例２、３、５及び６）では、流動性の低下を抑制する効果が得られないか、又はその効果が十分でなかった。

（実施例５）
５０℃の環境下において、水に硫酸第一スズを配合して混合することによって硫酸第一スズの水溶液を得た後、エコセメントをさらに配合して混合することによってセメントミルクを得た。ここで、水を配合した後の混合時間は６０秒とし、その他の条件は実施例１と同様にした。
（実施例６）
セメントミルク中の硫酸第一スズの含有量を２質量％に変えたこと以外は実施例１と同様にしてセメントミルクを得た。
（実施例７）
環境温度を４０℃に変えたこと、及びセメントミルク中の硫酸第一スズの含有量を１質量％に変えたこと以外は実施例１と同様にしてセメントミルクを得た。

（比較例７）
セメントミルク中の硫酸第一スズの含有量を０．２質量％に変えたこと以外は実施例１と同様にしてセメントミルクを得た。
（比較例８）
セメントミルク中の硫酸第一スズの含有量を３質量％に変えたこと以外は実施例１と同様にしてセメントミルクを得た。
（比較例９）
環境温度を４０℃に変えたこと以外は比較例１と同様にしてセメントミルクを得た。

上記の実施例及び比較例で得られたセメントミルクについて、流動性の評価を土木学会規準ＪＡロート流下試験によって行った。その結果を表３に示す。なお、全体の傾向を見るために、表３では実施例１及び比較例１の結果もあわせて示す。

表３に示すように、セメントミルク中の硫酸第一スズの含有量が０．５質量％未満及び２質量％超過である場合（比較例７及び８）に比べて、セメントミルク中の硫酸第一スズの含有量が０．５質量％〜２質量％である場合（実施例１、５及び６）の方が、ＪＡロート流下時間が短くなり、流動性の低下を抑制し得ることが確認された。
また、硫酸第一スズをセメントに加えた場合（実施例１）に比べて、硫酸第一スズを練水に加えた場合（実施例５）の方が、ＪＡロート流下時間が短くなり、流動性の低下を抑制する効果が向上することが確認された。

（実施例８）
環境温度を４０℃に変えたこと以外は実施例４と同様にしてセメントミルクを得た。

（実施例９）
４０℃の環境下において、水に硫酸第一スズを配合して混合することによって硫酸第一スズの水溶液を得た後、普通ポルトランドセメントをさらに配合して混合することによってセメントミルクを得た。ここで、セメントを配合した後の混合時間は６０秒とし、その他の条件は実施例８と同様にした。
（比較例１０）
硫酸第一スズを配合しなかったこと以外は実施例８と同様にしてセメントミルクを得た。

上記の実施例及び比較例で得られたセメントミルクについて、４０℃における流動性の評価を土木学会規準ＪＡロート流下試験によって行った。その結果を表４に示す。

表４に示すように、硫酸第一スズをセメント又は練水に加えた場合（実施例８及び９）の方が、ＪＡロート流下時間が短くなり、流動性の低下を抑制し得る効果が向上することが確認された。

以上の結果からわかるように、本発明によれば、気温が高い季節であっても流動性が低下し難いセメントミルク及びその製造方法を提供することができる。

Claims (5)

1. 硫酸スズ、硫酸鉄又はそれらの混合物を流動性向上剤として０．５質量％〜２質量％含有することを特徴とするセメントミルク。
2. 前記流動性向上剤が、硫酸スズであることを特徴とする請求項１に記載のセメントミルク。
3. 前記セメントミルクに含有されるセメントが、エコセメントであることを特徴とする請求項１又は２に記載のセメントミルク。
4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載のセメントミルクの製造方法であって、
   ４０℃以上の環境下において、セメントに前記流動性向上剤を配合して混合した後、水をさらに配合して混合することを特徴とするセメントミルクの製造方法。
5. 請求項１〜３のいずれか一項に記載のセメントミルクの製造方法であって、
   ４０℃以上の環境下において、前記流動性向上剤の水溶液とセメントとを混合することを特徴とするセメントミルクの製造方法。