JP2021133669A - セメントスラリーの吐出装置 - Google Patents
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Abstract
Description
図1は第一実施形態に係る吐出装置を模式的に示す正面図である。この図に示す吐出装置10は、水硬性を有するセメントスラリーを吐出するためのものである。吐出装置10は、比較的大規模のものであり、セメントスラリーの単位時間あたりの吐出量が、例えば、0.3〜10L/分程度である。
セメント含有液は、セメント、水及び無機酸を含む。セメント含有液は、アルカリ溶液が混合されることによって水硬性を有するセメントスラリーとなる。
アルカリ溶液は、アルカリ源とイオン性エマルション型増粘剤とを含む。アルカリ溶液は、pHが7より大きく14以下の溶液であれば特に限定されないが、pHが9以上14以下の溶液であることが好ましい。アルカリ溶液としては、例えば、水酸化ナトリウム、アミン、アルカノールアミン、オルトケイ酸ナトリウム、水酸化リチウム、アミノメチルプロパノール、水酸化カルシウム、水酸化カリウム、アルミン酸ナトリウム等を含む溶液であってよい。
混合器3から吐出されるセメントスラリーの可使時間は、セメント含有液及びアルカリ溶液の水セメント比、アルカリ溶液の溶質量、溶質の種類、石膏量、無機酸の濃度等を変えることにより、調整することができる。上記可使時間は、例えば、10秒〜300分であり、下限値は20秒又は30秒であってよく、上限値は250分又は200分であってよい。
図2は第二実施形態に係る吐出装置を模式的に示す断面図である。この図に示す吐出装置20は、第一実施形態に係る吐出装置10よりも小規模のものであり、セメントスラリーの単位時間あたりの吐出量が、例えば、0.01〜1L/分程度である。
材料及び試料のせん断粘度を以下のようにして測定した。すなわち、Anton Paar社製レオメーターReolabQCに共軸二重円筒治具CC27及び羽根型測定治具ST14−4V−35を取り付けた。温度20℃、せん断速度0.1s−1及び10s−1の条件下でそれぞれ180秒測定した。なお、測定には、練り混ぜ後3分経過した試料を用いた。なお、表中で“M−”と表記したものに関しては、粘度が低いために、装置のトルク検出限界以下であったことを示す。
練り混ぜ後3分経過した試料を円筒カップに入れ、135°傾けて10秒保持した。
(流動性の評価基準)
〇:135°傾けた状態で流れた。
×:135°傾けた状態で流れなかった。
(積層性の評価基準)
〇:135°傾けた状態で流れなかった。
×:135°傾けた状態で流れた。
「JIS R 5201:セメントの物理試験方法」に準拠してフロー試験を実施した。なお、試料は練り混ぜ後3分経過したものを用い、フロー値はフローコーンを取り除いた直後の状態におけるフロー値MF0(0打時のフロー)と、15打後のフロー値MF15を測定した。なお、フローコーンの底面の直径はφ100mmである。
以下の材料を準備した。
・水硬性結合材:アルミナ高含有アルミナセメント(Al2O3:68.7%)及び半水石膏(アルミナセメント:半水石膏=70:30)
・無機酸:リン酸(濃度:85wt%)
・セメント含有液A0:上記水硬性結合材100質量部に対して水51.2質量部及び上記無機酸1.6質量部を配合したもの(MF0:203mm)
・アルカリ溶液B0:NaOH水溶液(濃度:3mol/L)
・増粘剤C:アクリル酸系ポリマー/アニオン性/エマルション(温度20℃及びせん断速度10s−1の条件で測定される固形分35%の製品の粘度2.69×102mPa・s)
・増粘剤D:メタクリレート4級アンモニウム塩ポリマー/カチオン性/エマルション(温度20℃及びせん断速度10s−1の条件で測定される固形分35%の製品の粘度5.20×101mPa・s)
・増粘剤E:4級アンモニウム塩系ポリマー/カチオン性/エマルション(温度20℃及びせん断速度10s−1の条件で測定される固形分40%の製品の粘度1.03×103mPa・s)
・増粘剤F:アクリルアミド系ポリマー/ノニオン性/エマルション(温度20℃及びせん断速度10s−1の条件で測定される固形分35%の製品の粘度6.68×102mPa・s)
・増粘剤G:ダイユータンガム/アニオン性/粉末
・増粘剤H:セルロース系/ノニオン性/粉末
・砂:鹿島6号珪砂(高野商事株式会社製)
セメント含有液A0(100質量部)及び増粘剤C(0.71質量部)をプラスチック製容器に入れ、スリーワンモーター(撹拌翼:ディスクタービン型)を用いて回転数1200rpmで20秒間練り混ぜた。これによりセメント含有液A1(ペースト)を得た。表2にセメント含有液A1のせん断粘度及び評価結果を示す。セメント含有液A1のフロー値MF0は102mmであり、MF15は121mmであった。流動性評価とフロー値より、セメント含有液A0に増粘剤Cを入れたセメント含有液A1は流動性が不十分であることが分かった。
増粘剤Cの代わりに、増粘剤D〜Hをそれぞれ使用したことの他は、セメント含有液A1と同様にして、セメント含有液A2〜A6を調製した。表2にセメント含有液A1〜A6のせん断粘度及び評価結果を示す。
セメント含有液A0(100質量部)及び砂(セメント含有液A0に含まれる水硬性結合材と同じ質量)をプラスチック製容器に入れ、スリーワンモーター(撹拌翼:ディスクタービン型)を用いて、回転数1200rpmで1分間練り混ぜた。これによりセメント含有液A7(モルタル、水/結合材=0.51、砂/結合材=1.0)を得た。表3にセメント含有液A7のせん断粘度及び評価結果を示す。セメント含有液A7のフロー値MF0は163mmであり、MF15は186mmであった。フロー値から流動性が高いことが分かった。
砂の量を1.5倍に増やしたことの他は、セメント含有液A7と同様にしてセメント含有液A8を調製した。すなわち、セメント含有液A8の水/結合材は0.51とし、砂/結合材は1.5とした。表3にセメント含有液A8の評価結果を示す。セメント含有液A8の流動性評価は○であった。セメント含有液A8のフロー値MF0は115mmであり、MF15は150mmであった。
水及び砂の量を変更したことの他は、セメント含有液A7と同様にしてセメント含有液A8を調製した。すなわち、セメント含有液A9の水/結合材は0.6とし、砂/結合材は2.0とした。表3にセメント含有液A9の評価結果を示す。セメント含有液A9の流動性評価は○であった。セメント含有液A9のフロー値MF0は107mmであった。
セメント含有液A7(100質量部)に増粘剤Cを0.71質量部加え、スリーワンモーター(撹拌翼:ディスクタービン型)を用いて、回転数1200rpmで20秒間練り混ぜた。これによりセメント含有液A10(水/結合材=0.51、砂/結合材=1.0)を得た。表3にセメント含有液A10のせん断粘度及び評価結果を示す。セメント含有液A10のフロー値MF0は100mmであり、MF15は112mmであった。セメント含有液A10の流動性評価は×であった。
100mL容積のガラス製スクリュー管に、アルカリ溶液B0(100質量部)及び増粘剤C(11.6質量部)を入れた後、蓋をして手で振り混ぜた。試料を安定させるため、そのまま24時間静置した。表4にアルカリ溶液B1のせん断粘度及び評価結果を示す。
増粘剤Cの代わりに、増粘剤D〜Fをそれぞれ使用したことの他は、アルカリ溶液B1と同様にして、アルカリ溶液B2〜B4を調製した。表4にアルカリ溶液B2〜B4のせん断粘度及び評価結果を示す。
アルカリ溶液B0(100質量部)をプラスチック製容器に入れ、スリーワンモーター(撹拌翼:ディスクタービン型)を用いて回転数1200rpmで撹拌しながら、増粘剤G(11.6質量部)をダマにならないように加えた。増粘剤Gを全量加えた後に、回転数1200rpmで更に1分間練り混ぜた。試料を安定させるため、水が蒸発しないように蓋をし、そのまま24時間静置した。表4にアルカリ溶液B5のせん断粘度及び評価結果を示す。
増粘剤Gの代わりに、増粘剤Hを使用したことの他は、アルカリ溶液B5と同様にして、アルカリ溶液B6を調製した。表4にアルカリ溶液B6のせん断粘度及び評価結果を示す。
セメント含有液A0(100質量部)を収容しているプラスチック製容器にアルカリ溶液B1(6.83質量部)を加え、スリーワンモーター(撹拌翼:ディスクタービン型)を用いて、回転数1200rpmで20秒間練り混ぜた。これにより、水硬性ペーストP1を得た。表5に水硬性ペーストP1のせん断粘度及び評価結果を示す。水硬性ペーストP1のフロー値MF0は100mmであり、MF15は126mmであった。
アルカリ溶液B1の代わりに、アルカリ溶液B2を使用したことの他は、試験例1と同様にして水硬性ペーストP2を得た。表5に水硬性ペーストP2のせん断粘度及び評価結果を示す。水硬性ペーストP2も積層造形プロセスにおいて送液性と積層性との両立が可能である。
アルカリ溶液B1の代わりに、アルカリ溶液B3を使用したことの他は、試験例1と同様にして水硬性ペーストP3を得た。表5に水硬性ペーストP3のせん断粘度及び評価結果を示す。水硬性ペーストP3も積層造形プロセスにおいて送液性と積層性との両立が可能である。
セメント含有液A0(100質量部)を収容しているプラスチック製容器にアルカリ溶液B0(6.11質量部)を加え、スリーワンモーター(撹拌翼:ディスクタービン型)を用いて、回転数1200rpmで20秒間練り混ぜた。これにより、水硬性ペーストP4を得た。表5に水硬性ペーストP4のせん断粘度及び評価結果を示す。セメント含有液A0及びアルカリ溶液B0はいずれも流動性が○であるが、混合した後の水硬性ペーストの積層性が×であることから、送液性と積層性の両立は困難である。
セメント含有液A0の代わりに、セメント含有液A4を使用したことの他は、比較例1と同様にして水硬性ペーストP5を得た。表5に水硬性ペーストP5のせん断粘度及び評価結果を示す。セメント含有液A4及びアルカリ溶液B0はいずれも流動性が○であるが、混合した後の水硬性ペーストの積層性が×であることから、送液性と積層性の両立は困難である。
セメント含有液A7(100質量部)を収容しているプラスチック製容器にアルカリ溶液B1(4.16質量部)を加え、スリーワンモーター(撹拌翼:ディスクタービン型)を用いて、回転数1200rpmで20秒間練り混ぜた。これにより、水硬性モルタルM1を得た。表6に水硬性モルタルM1のせん断粘度及び評価結果を示す。表6に示された結果から、水硬性モルタルM1は積層造形プロセスにおいて送液性と積層性との両立が可能である。
セメント含有液A7の代わりに、セメント含有液A8を使用したことの他は、試験例4と同様にして水硬性モルタルM2を得た。表6に水硬性モルタルM2の評価結果を示す。水硬性モルタルM2も積層造形プロセスにおいて送液性と積層性との両立が可能である。
セメント含有液A7の代わりに、セメント含有液A9を使用したことの他は、試験例4と同様にして水硬性モルタルM3を得た。表6に水硬性モルタルM3の評価結果を示す。水硬性モルタルM3も積層造形プロセスにおいて送液性と積層性との両立が可能である。
Claims (12)
- 水硬性を有するセメントスラリーの吐出装置であって、
装置本体部と、
前記装置本体部に対して着脱自在に設けられており、セメント、水及び無機酸を含むセメント含有液を収容する第一の容器と、
前記装置本体部に対して着脱自在に設けられており、イオン性エマルション型増粘剤を含むアルカリ溶液を収容する第二の容器と、
前記セメント含有液と前記アルカリ溶液とを混合して前記セメントスラリーを得る混合器と、
前記第一の容器内の前記セメント含有液を前記混合器に移送する第一の移送手段と、
前記第二の容器内の前記アルカリ溶液を前記混合器に移送する第二の移送手段と、
前記混合器からの前記セメントスラリーを吐出する吐出口と、
を備える、セメントスラリーの吐出装置。 - 前記セメント含有液は、温度20℃及びせん断速度10s−1の条件で測定される粘度が1.0×102〜1.2×105mPa・sである、請求項1に記載のセメントスラリーの吐出装置。
- 前記セメント含有液は、温度20℃及びせん断速度0.1s−1の条件で測定される粘度が1.0×103〜5.0×106mPa・sである、請求項1又は2に記載のセメントスラリーの吐出装置。
- 前記アルカリ溶液は、温度20℃及びせん断速度10s−1の条件で、2.0×102〜2.0×104mPa・sである、請求項1〜3のいずれか一項に記載のセメントスラリーの吐出装置。
- 前記セメント含有液が骨材を更に含む、請求項1〜4のいずれか一項に記載のセメントスラリーの吐出装置。
- 前記セメント含有液のモルタルフローが0打フローで105mm以上である、請求項5に記載のセメントスラリーの吐出装置。
- 前記第一の容器の容量を100体積部とすると、前記第二の容器の容量は1〜40体積部である、請求項1〜6のいずれか一項に記載のセメントスラリーの吐出装置。
- 前記第一の移送手段は、前記第一の容器から前記混合器に至る第一の流路と、前記第一の流路の途中に設けられた第一のポンプとを含み、
前記第二の移送手段は、前記第二の容器から前記混合器に至る第二の流路と、前記第二の流路の途中に設けられた第二のポンプとを含む、請求項1〜7のいずれか一項に記載のセメントスラリーの吐出装置。 - 前記第一の容器の容量が1〜1000Lである、請求項8に記載のセメントスラリーの吐出装置。
- 前記第一の移送手段は、前記第一の容器の内面に対して摺動する第一のピストンと、前記第一のピストンによって前記第一の容器から押し出された前記セメント含有液を前記混合器に移送する第一の流路とを含み、
前記第二の移送手段は、前記第二の容器の内面に対して摺動する第二のピストンと、前記第二のピストンによって前記第二の容器から押し出された前記アルカリ溶液を前記混合器に移送する第二の流路とを含む、請求項1〜7のいずれか一項に記載のセメントスラリーの吐出装置。 - 前記第一の容器の容量が0.01〜1Lである、請求項10に記載のセメントスラリーの吐出装置。
- 前記吐出口を水平方向及び上下方向に移動させる駆動機構を更に備える、請求項1〜11のいずれか一項に記載のセメントスラリーの吐出装置。
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