JP3028120B2

JP3028120B2 - 水上浮揚構造物打設用の瞬結性材料

Info

Publication number: JP3028120B2
Application number: JP2115455A
Authority: JP
Inventors: 澄夫堀内
Original assignee: Shimizu Corp
Current assignee: Shimizu Corp
Priority date: 1990-05-01
Filing date: 1990-05-01
Publication date: 2000-04-04
Anticipated expiration: 2015-04-04
Also published as: JPH0414511A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は、瞬結性を有し、水上に打設される水上浮揚
構造物打設用の瞬結性材料に関する。

［従来の技術及び発明が解決しようとする課題］従
来、水上に浮遊構造物を設置しようとした場合、地上で
その軽量構造物を築造した後、それを水上に移送するこ
とによって行っていた。

浮遊構造物には水上構造物又は水中構造物があり、水
上構造物としては、石油プラットフォームやケーソンの
ような浮遊構造物と、人工島や海底トンネルのような固
定構造物があるが、こうした構造物を構築する方法とし
ては、現地に大掛かりな仮設構造物を構築したのち、
構造物を造る方法と、陸上にて構造物を構築したの
ち、台船等に載せて現場まで曳航し、設置する方法、の
２種があった。

ところが、の方法では仮設構造物の構築例えば足場
の確保や、外殻壁の構築などに多大な労力を要するほ
か、材料を現地まで輸送することも大変であった。また
の方法では構造物の設置に際して巨大な揚重機械を必
要とするほか、現場までの曳航にも多大な労力が必要で
あった。

このように従来技術には、現場が水上であると言う特
殊事情のため、陸上とは異なった困難性があった。

また従来、水面上の簡易仕切り壁の構築にオイルフェ
ンスなどが使用されているが、現場で製作することは容
易でなかった。例えば、石油採掘用プラットフォームや
タンカーからのオイルの流出に際して、短時間で簡易に
防護体を築造することができなく、被害が増大する場合
があった。

［課題を解決するための手段及び作用］本発明者は上記課題を解決すべく鋭意研究の結果、本
発明をなすに至ったものであり、すなわち本発明は、水
硬性硬化剤としてのセメントと起泡剤と急結剤としての
水ガラスと水を主剤とする混合物からなり、かつ該混合
物は水面に浮揚する密度を有し、水面に撒き出して打設
されるものであることを特徴とする水上浮揚構造物打設
用の瞬結性材料である。

本発明における水硬性硬化剤としては、通常はセメン
トが好ましく用いられる。しかし、石炭、スラグ等の無
機材料やウレタンプレポリマー、アクリルアミド等の有
機材料等も用いることができる。

また、起泡剤としては、膠質ブチルスルフォン酸ナフ
タレン、ゼラチン、カゼイン等の蛋白質の誘導体、サポ
ニン、樹脂石鹸、硫酸ラウリルソーダ等が用いられる。

急結剤としては、水ガラス、重クロム酸カリ、ケイフ
ッ化ソーダ、アルミン酸ソーダ、塩化アルミニウム、塩
化カルシウム等が挙げられるが、特に水ガラスが好まし
い。

また、本発明の瞬結性材料には各種補強材、例えばプ
ラスチック繊維、金属繊維等の補強材を加配してもよ
い。

さらに、土、スラグ等の充填材を加配してもよく、そ
してさらに、ベントナイトのごとき分離防止剤を加配し
てもよい。

なお、通常水ガラスとしては、JIS3号品（SiO₂含量28
〜30％）が用いられる。

急結剤としての水ガラスの使用は、瞬結性、強度発現
性、安全性等の点から特に好適である。

また、水硬性硬化剤としては、瞬結性及び長期強度を
確保する等のため、特にセメントが好ましいものであ
り、一般にポルトランドセメントが使用されるが、その
他の各種セメント、例えばアルミナセメント、高炉セメ
ント、フライアッシュセメント等も使用できる。

本発明の水上浮揚構造物打設用の瞬結性材料の好適組
成は、セメント100重量部に、起泡剤0.1〜5.0重量部
と、SiO₂換算量が８〜50重量部の水ガラスと水60〜600
重量部が混合されてなるものである。また、該混合物
は、セメント100重量部に、起泡剤0.1〜5.0重量部と、
水ガラス（JIS3号品）30〜150重量部と水40〜500重量部
からなる混合物に相当する。

なお、セメントと起泡剤及び水を主剤とする発泡ペー
ストを製造するには、気泡コンクリートの製造工程で採
用されているミックスフォーム方式あるいはプレフォー
ム方式のいずれを採用してもよい。

本発明において水上に浮揚する構造物を構築するため
には打設材料の軽量性が重要となる。

この軽量化のためには、気泡を混合する方法が有効で
ある。

また、水上打設に関しては、瞬結性が重要となる。す
なわち、打設材料が水面に接触する際においては、瞬結
性がないと、セメント粒子のごとき水硬性硬化剤成分が
水中へ沈降して逸失してしまう結果、軽量構造物が構築
できなくなる。

さらに、水面上に打設した材料の固結時間が長い場合
には、打設した材料が水平方向へ薄く広がり、波などの
力によって容易に破壊されてしまうなどの問題が生じ
る。こうした意味からも、材料の瞬結性は不可欠なもの
である。

これを防ぐためには、セメントと気泡とが分離する前
に打設材料が固結する必要があり、ゲルタイムで言えば
数秒ないし数十秒を確保することが好ましいものであ
る。

［実施例］次に本発明を実施例によって詳細に説明する。本発明
の水上浮揚構造物打設用の瞬結性材料による水上浮揚構
造物の築造方法についての概要を説明すると、まず、起
泡剤と水との混合物を撹拌して充分に起泡させ、これに
セメントスラリーを均一に混合して発泡ペーストとす
る。

これに急結剤としての水ガラス水溶液を混合して、水
面上に撒き出して打設する。

該混合物は数秒〜数10秒間で固結する。この固結する
に必要な時間（ゲルタイム）は発泡ペーストと水ガラス
との混合比によって調節することができる。

以上を第８図で図説すれば、作業船１上で発泡ペース
トの調製及び水ガラス水溶液の調製を行い、それらを混
合した混合物２をそのゲルタイム以内の短時間内に圧送
ポンプ３を介して送給ホース４先端から水面上に撒き出
すことによって、瞬時に水上に浮揚構造物体20を打設・
築造する。

なお、発泡ペーストと水ガラス水溶液とは、別々に２
本のホース又は二重管によって送給ホース４の先端まで
圧送し、そこで両者を混合して撒き出すようにすること
が好ましい。

次に本発明における好適例について説明する。本発明
実施例の軽量材料においては、下記のごとき、発泡ペー
ストの組成及び水ガラスの組成が好ましい。

［A:発泡ペーストの組成］セメント:100重量部、水:30〜200重量部起泡剤:0.1〜５重量部気泡安定剤:0.1〜５重量部気泡量:250〜900/m³ ［B:水ガラス水溶液の組成］水ガラス（JIS3号） :100重量部水 :30〜200重量部ゲルタイム調製剤（塩類） :0.1〜10重量部｛Ａ液とＢ液の混合比（重量比）｝ A:B＝1:0.1〜1:3.5 そして、特に好ましいものは、［Ａ′：発泡ペーストの組成］セメント:100重量部、水:40〜100重量部起泡剤:0.2〜３重量部気泡安定剤:0.1〜５重量部気泡量:250〜700/m³ ［Ｂ′：水ガラス水溶液の組成］水ガラス（JIS3号） :100重量部水 :30〜150重量部ゲルタイム調製剤（塩類） :0.1〜10重量部｛Ａ′液とＢ′液の混合比（重量比）｝Ａ′:B′＝1:0.1〜1:1.5 である。

次に、以上の組成を有する材料のうち、以下の配合の
瞬結性材料を調製して打設に供した。

［発泡ペーストの組成］セメント:100重量部、水:100重量部起泡剤:0.7重量部気泡安定剤:0.1重量部気泡量:650/m³ ［水ガラス水溶液の組成］水ガラス（JIS3号） :100重量部水 :50重量部ゲルタイム調製剤（塩類） :0.1重量部［（発泡ペースト）と（水ガラス水溶液）の配合
比（重量比）］：＝1:0.16 その結果、混合物のゲルタイムは５秒であり、硬化物
の密度は0.6ton/m³であり、打設後60秒の硬化浮揚構造
物の圧縮強度は0.1kgf/cm²、打設後２時間後の圧縮強度
は3kgf/cm²であった。なお、前記第８図説明方法と同様
にして水上に打設したが、この浮揚構造物は長期間にわ
たって、浮揚状態を持続することが確認されている。

次に、本発明実施例で配合使用される各成分について
説明する。

急結剤としての水ガラスについて水ガラス溶液について説明すると、通常市販の３号水
ガラス（Na₂O・3SiO₂・aq）が使用されるが、該水ガラ
ス原液（SiO₂:28〜30％、Na₂O:9〜10％、残：水）の粘
度は高く、そのままでは拡散速度が遅い。

このため、水を事前に添加して水ガラス液の粘度を下
げ、拡散速度を速くすることが望ましい。これは通常の
水ガラス系薬液注入での水ガラスの使用方法と同様であ
り、よく知られている事柄である。なお、多量の発泡ペ
ーストに少量の水ガラス原液（急結剤）を混合すること
は均一混合の意味からも非常に困難である。

第１図は、発泡ペーストと水ガラスからなる発泡硬化
体［発泡ペースト組成（ａ液組成）＝セメント:300kg/m
³、水：セメント重量の50％。起泡剤：セメント重量の
1.5％、カルボキシメチルセルローズ（CMC）：水重量の
0.5％、水ガラス水溶液組成（ｂ液組成）＝ｂ液中の水
ガラス（JIS3号）濃度：第１図図示濃度変化量］の、強
度と水ガラス濃度との関係を示すグラフ図であり、水ガ
ラスの濃度は低すぎても、高すぎても良くないことが解
る。すなわち、ｂ液として水ガラス原液を用いた場合
（水ガラス濃度100％）は、硬化後（２時間後）の強度
発現も大きくない。

起泡剤について次に、起泡剤について説明すると、本実施例において
も通常のセメント系混合物に使用される膠質ブチルスル
フォン酸ナフタレンや蛋白質などの起泡剤が用いられ
る。

第２図は、セメント100重量部、水30重量部、起泡剤
（第２図図示の添加量）の混合からなる発泡ペーストに
おける。起泡剤（動物蛋白質）添加率と発泡ペースト体
積との関係を示すものである。図示するごとく、多量の
起泡剤を使用することによって、多量の気泡を得ること
が可能であるが、起泡剤の添加率が多すぎるとセメント
粒子が凝集してしまうため、初期強度が低下するほか、
長期強度も低い。

このため、第３図に示すごとく起泡剤の添加率はセメ
ント粒子の凝集を生じる界面活性剤濃度が上限となり、
一般的な界面活性剤であればセメント重量の５％程度が
上限である。好ましくは、３％以下である。

密度を1.0ton/m³（水に浮上する密度）以下とするた
めには、160/m³以上の気泡が必要となる。この気泡を
得るには起泡剤の添加率は0.05％程度以上必要となる
が、気泡の安定性などの点から、好ましくは0.1％以
上、特に好ましくは0.2％以上である。

水量について発泡量は第４図（発泡ペースト組成＝セメント100重
量部に対して、水：図示の水／セメント比量、起泡剤：
セメント重量の1.5％、気泡安定剤:0.1％）に図示する
ごとく、発泡ペースト中の水量の増加によって増大させ
ることができる。水量を30％以下とした場合は、発泡量
が少ないので実用的でない。

また、第５図（第４図の発泡ペースト組成と同じ、）
のように発泡量の増加にともなって初期強度が低下す
る。

このため、発泡ペースト中の水量についても200％以
下（特に好ましくは100％以下）が、強度発現上から好
ましい。なお、強度発現は起泡剤の添加量によって大き
く影響を受けるため、最適水量も変化する。

セメント量について初期強度発現にはセメントと水ガラス（JIS3号）の比
率（重量比）を、2:1（ただし、添加操作においては、
水ガラスは67％水溶液として添加した）としたときの、
硬化軽量材料［組成は、発泡ペースト（＝セメント100
重量部、水100重量部、起泡剤0.75〜2.5重量部）及び水
ガラス水溶液（水ガラス（JIS3号）50重量部と水25重量
部の混合物）の混合物］の初期強度は第６図に示すとお
りであり、単位セメント量の増加とともに初期強度が増
加しているが、単位セメント量が50kg/m³程度であって
も強度発現が望めることが判る。必要となる初期強度は
用途によって異なるが、取扱の点から0.5kgf/cm²以上が
望ましい。このため、単位セメント量としては好ましく
は150kg/m³以上が必要となる。

セメントと水ガラスの比率について材料を瞬結させるのは急激な凝集反応であり、この反
応が進むには各材料（セメントと水ガラス）の比率が適
正でなければならない。

第７図（第４図の混合物組成と同じ、ただしセメント
／水ガラス比は図示のごとき変化量）に示すごとく、水
ガラスの量が少なくなると強度が大幅に減少する。水ガ
ラス（JIS3号品）は少なくともセメントの30％以上必要
である。

以上実施例等に示すごとく、本発明の水上浮揚構造物
打設用の瞬結性材料は極めて一般的な組成材料から構成
されるものであるが、その製造においても通常の土木用
のミキサー、ポンプ等が使用できる。

そして、水上にそのまま撒きだすことによって、浮揚
構造物として打設できるため、作業も容易である。

該水上瞬結性材料は、瞬結性であり、耐水性、機械的
強度も良好であるため、浮揚地盤の築造、例えば石油掘
削用人工島の築造、橋脚基礎構築用人工島等の築造、水
面上の簡易仕切り壁の築造などに好適に使用できる。

こうした直接的に打設材料を水面上に撒き出して浮揚
構造物を構築することは、従来例のない新規なものであ
る。

本発明の材料により構築した浮揚性構造物はそのまま
可動構造物として使用できるほか、固定構造物構築用の
仮設構造物として広範に使用できるため、それにより従
来困難であった水上での作業を容易かつ迅速にすすめる
ことが可能となる。

［発明の効果］上記のとおり本発明の水上浮揚構造物打設用の瞬結性
材料によれば、該材料は軽量かつ瞬結性であるため、水
上に撒き出して打設し、海洋、湖沼等に浮揚する軽量浮
揚地盤等の浮揚軽量構造物を容易に構築することができ
る。

さらに、本発明の瞬結性材料は打設時に起泡・膨張さ
せるものであるため、現場へ搬入すべき原材料は少量で
済み、よって原材料の運搬が容易かつ低コストなものと
なる。

また、本発明の水上浮揚構造物打設用の瞬結性材料は
その製造において、ミキサー、ポンプなどの通常の土木
機械がそのまま使用できる。

しかもその配合組成は一般的な材料の配合からなり、
硬化体は所要の耐水性、機械的強度等の諸特性を有す
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は発泡ペーストと水ガラスとの混合物における、
製品強度と水ガラス濃度との関係グラフ図、第２図は発
泡ペーストにおける気泡量と起泡剤の添加率との関係グ
ラフ図、第３図は製品強度と起泡剤の添加率との関係グ
ラフ図、第４図は発泡ペーストにおける、製品の発泡倍
率と水／セメント比の関係グラフ図、第５図は発泡ペー
ストと水ガラスとの混合物における、製品強度と水／セ
メント比の関係グラフ図、第６図は発泡ペーストと水ガ
ラスとの混合物における、製品強度と単位セメント量の
関係グラフ図、第７図は発泡ペーストと水ガラスとの混
合物における、製品強度と水ガラス／セメント比の関係
グラフ図を示し、第８図は本発明の水上浮揚構造物打設
用の瞬結性軽量材料を海洋上で打設する概説図を示す。 1:作業船， 2:瞬結性軽量材料混合物， 3:圧送ポンプ， 4:送給ホース， 20:浮揚構造物，

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩＣ０４Ｂ 38/10 Ｃ０４Ｂ 38/10 Ｃ

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】セメントと起泡剤と水ガラスと水を主剤と
する混合物からなり、かつ該混合物は水面に浮揚する密
度を有し、水面に撒き出して打設されるものであること
を特徴とする水上浮揚構造物打設用の瞬結性材料。
【請求項２】セメントと起泡剤及び水を主体とするスラ
リーを充分に起泡させて製造した発泡ペーストに、水ガラスを混合してなり、かつ該混合物は水面に浮
揚する密度を有し、水面に撒き出して打設されるもので
あることを特徴とする水上浮揚構造物打設用の瞬結性材
料。
【請求項３】発泡ペーストが、起泡剤が混合された水を
充分に撹拌して発泡させた発泡液に、セメントスラリー
を混合させて得られたものであることを特徴とする請求
項２記載の水上浮揚構造物打設用の瞬結性材料。
【請求項４】セメント100重量部に、起泡剤0.1〜5.0重
量部とSiO₂換算量が８〜50重量部の水ガラスと水60〜60
0重量部が混合されてなり、ゲルタイムが数秒ないし数
十秒であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれ
か１項に記載の水上浮揚構造物打設用の瞬結性材料。
【請求項５】水上浮揚構造物打設用の瞬結性材料が、プ
ラスチック繊維、金属繊維等の補強材を配合してなるも
のであることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか
１項に記載の水上浮揚構造物打設用の瞬結性材料。
【請求項６】水上浮揚構造物打設用の瞬結性材料が、
土、スラグ等の充填材を加配してなるものであることを
特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載の水
上浮揚構造物打設用の瞬結性材料。
【請求項７】水上浮揚構造物打設用の瞬結性材料が、ベ
ントナイト、カルボキシメチルセルロースのごとき分離
防止剤を加配してなるものであることを特徴とする請求
項１ないし５のいずれか１項に記載の水上浮揚構造物打
設用の瞬結性材料。