JP3397463B2 - 注入材用セメント混和材及び注入材用セメント組成物 - Google Patents

注入材用セメント混和材及び注入材用セメント組成物

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、主に、土木・建築業界
において使用される注入材用セメント混和材及び注入材
セメント組成物に関する。
【0002】
【従来の技術とその課題】土木・建築業界において、各
種のセメント混和材が使用されている。特に、土壌の土
粒子の間隙、土層の層境、又は岩盤の亀裂個所等には、
止水や地盤安定化を目的として注入材が広範に使用され
ている。しかしながら、通常、使用されている注入材
は、水セメント比が大きいために、凝結・硬化が著しく
遅く、かつ、強度発現性に乏しいなどの課題があった。
そのため、これら注入材が持つ課題を解消するために、
急硬性の注入材が要望されている。
【0003】急硬性の注入材として、カルシウムアルミ
ネート系化合物を主成分とした急硬性を持つ水硬性注入
材料が提案されている(特開平 4−280844号公報)。この
水硬性注入材料は、注入性が良好で、初期の強度発現性
に優れたものであったが、一部の組成範囲においては、
材令1日以降の強度の伸びが乏しいという課題があっ
た。最近では注入材の強度発現性等の性能向上がますま
す要求され、それを満足する注入材の出現が待たれてい
た。
【0004】本発明者は、前記課題を解決すべく種々検
討を重ねた結果、特定の注入材用セメント混和材を、特
に注入材として使用することにより、強度発現性や材料
分離抵抗性に優れた注入材用セメント組成物とすること
ができるとの知見を得て本発明を完成するに至った。
【0005】
【課題を解決するための手段】即ち、本発明は、CaO/A
lOモル比が2.5〜3.5で、かつ、BO含有量が3〜
20重量%である最大粒径が40μ以下の非晶質カルシウム
アルミネートボレートと、無機硫酸塩を主成分とする
入材用セメント混和材であり、最大粒径40μ以下のセメ
ントと該セメント混和材を含有してなる注入材用セメン
ト組成物である。
【0006】以下、本発明をさらに詳しく説明する。
【0007】本発明の非晶質カルシウムアルミネートボ
レート(以下A−CABという)は、CaO/Al2O3モル比が
2.5〜3.5であり、かつ、B2O3を3〜20重量%含有するも
のである。CaO/Al2O3モル比は2.8〜3.2が好ましい。2.
5未満では、中期から長期材令における強度発現性が悪
くなる場合があり、CaO/Al2O3モル比が3.5を超える
と、寸法安定性やこれを用いたセメント混練物の作業性
が低下する場合がある。また、B2O3含有量は7〜10重量
%が好ましい。B2O3が上記の範囲にないと、本発明の効
果が十分に得られない場合がある。
【0008】本発明において非晶質とは、すべてが非晶
質である必要はなく、例えば、ガラス化率で50%程度以
上のものであり、70%以上のものが好ましい。
【0009】本発明でいうガラス化率(X)は、A−CA
Bを1,000℃で3時間加熱し、その後、5℃/分の冷却
速度で徐冷し、粉末X線回折法により求めた結晶鉱物の
メインピークの面積S0とA−CAB中の結晶のメインピ
ークの面積Sを用い、X(%)=(1−S/S0)×100の式
から算出することが可能である。
【0010】本発明で使用するA−CABの原料は、特
に限定されるものではなく、例えば、CaO原料として消
石灰や石灰石粉末などが、Al2O3原料としてボーキサイ
トやアルミ残灰などが、B2O3原料としてホウ砂等が各々
使用できる。A−CAB原料の加熱処理方法は、特に限
定されるものではないが、例えば、ロータリーキルンや
電気炉などを使用し、焼成又は溶融することができ、焼
成や溶融の時間も特に限定されるものではない。焼成物
又は溶融物の冷却方法としては、特に限定されるもので
はなく、例えば、水や高圧空気などによる急冷法や、自
然放冷による徐冷法などいずれの方法を用いることも可
能である。また、原料中の他の成分、あるいは不純物の
存在も特に限定されるものではない。例えば、SiO2、P2
O5、TiO2、MgO、Fe2O3、Na2O、K2O、F2、及びSO3等の混
入が予想されるが、これらの存在は、各原料の加熱処理
時、焼成物又は溶融物の融点を下げる効果があり、ま
た、焼成物又は溶融物の活性を高める効果があることな
どからその存在は好ましく、本発明の目的を実質的に阻
害しない範囲の量のその存在は問題にならない。
【0011】本発明のA−CABの最大粒径は40μ以下
であり、20μ以下が好ましく、10μ以下がより好まし
い。最大粒径が40μを越えると、地盤や岩盤などへの注
入が不能となる場合がある。また、A−CABの粉末度
はブレーン値で5,000〜10,000cm2/g程度の範囲のものが
好ましい。5,000cm2/g未満では十分な注入性が得られな
い場合があり、10,000cm2/gを超えても急硬性や強度発
現性のさらなる効果が期待できない。
【0012】本発明で使用する無機硫酸塩とは、セッコ
ウ類、硫酸アルミニウム、及びアルカリ金属硫酸塩等を
総称するものであり、特に限定されるものではないが、
セッコウ類を使用することが本発明の効果が大であるこ
とや経済的であることから好ましい。ここで、セッコウ
類としては、無水セッコウ、半水セッコウ、及び二水セ
ッコウ等が挙げられ、そのうち、無水セッコウを使用す
ることが本発明の効果が最も大きいことから好ましい。
無水セッコウとしては、例えば、天然に産出する天然無
水セッコウの他、半水セッコウや二水セッコウを熱処理
して脱水したものや、工業副産物として発生するもの等
の使用が可能である。無機硫酸塩の最大粒径は40μ以下
であり、20μ以下が好ましく、10μ以下がより好まし
い。最大粒径が40μを越えると、地盤や岩盤などへの注
入が不能となる場合がある。また、無機硫酸塩の粉末度
はブレーン値で5,000〜10,000cm/gが好ましい。5,000
cm/g未満では注入性が悪くなる場合があり、10,000cm
/gを超えても急硬性や強度発現性のさらなる効果が期
待できない。無機硫酸塩の使用量は、A−CABと無機
硫酸塩からなる注入材用セメント混和材100重量部中、2
0〜70重量部が好ましく、30〜60重量部がより好まし
い。20重量部未満では十分な強度増進効果が得られない
場合があり、70重量部を超えると長期耐久性が悪くなる
場合がある。
【0013】また、本発明では、一定の作業時間を確保
する目的で、さらに、凝結調整剤を併用することは、施
工を円滑に進める面で必要である。ここで凝結調整剤と
は特に限定されるものではないが、例えば、クエン酸、
酒石酸、グルコン酸、及びリンゴ酸等の有機酸又はこれ
らの塩、リン酸又はその塩、アルカリ金属炭酸塩、アル
カリ金属重炭酸塩、並びに、ホウ酸等が挙げられ、これ
らのうち、有機酸又はこれらの塩と、アルカリ金属炭酸
塩を併用することが強度発現性が良好となるので好まし
い。凝結調整剤の使用量は、使用する目的や用途に依存
するため、一義的に規定することはできないが、通常、
注入材用セメント混和材100重量部に対して、0.5〜5重
量部の範囲が好ましく、1〜3重量部がより好ましい。
0.5重量部未満では十分な作業性が得られない場合があ
り、5重量部を超えて使用すると強度発現性が低下する
可能性がある。
【0014】本発明の注入材用セメント混和材の最大粒
径は40μ以下であり、20μ以下が好ましく、10μ以下が
より好ましい。最大粒径が40μを越えると、地盤や岩盤
などへの注入が不能となる場合がある。また、注入材用
セメント混和材の粉末度はブレーン値で5,000〜10,000c
m/gの範囲で使用することが好ましい。5,000cm/g未
満では注入性が悪くなる場合があり、10,000cm/gを超
えて使用してもさらなる効果が期待できない。本発明の
注入材用セメント混和材の使用量は、セメントと注入材
セメント混和材からなる結合材100重量部中、10〜50
重量部が好ましく、20〜30重量部がより好ましい。10重
量部未満では急硬性効果が十分ではなく、50重量部を越
えると長期耐久性が悪くなる場合がある。
【0015】ここでセメントとしては、普通、早強、超
早強、及び中庸熱等の各種ポルトランドセメント、これ
らポルトランドセメントにポゾラン物質を混合した各種
混合セメント等が挙げられる。
【0016】本発明では、セメントや注入材用セメント
混和材の他に、減水剤、高性能減水剤、AE剤、AE減
水剤、高性能AE減水剤、増粘剤、砂や砂利等の骨材、
セメント膨張材、防錆剤、防凍剤、高分子エマルジョ
ン、ベントナイトやモンモリロナイト等の粘土鉱物、並
びに、ゼオライト、ハイドロタルサイト、及びハイドロ
カルマイト等のイオン交換体等のうちの一種又は二種以
上を本発明の目的を実質的に阻害しない範囲で併用する
ことが可能である。
【0017】本発明の注入材用セメント混和材や注入材
セメント組成物を製造する際に使用する混合・混練装
置としては、既存のいかなる撹拌装置も使用可能であ
り、例えば、傾胴ミキサー、オムニミキサー、V型ミキ
サー、ヘンシェルミキサー、及びナウターミキサー等が
使用可能である。また、混合は、それぞれの材料を施工
時に混合してもよいし、あらかじめ一部を、あるいは全
部を混合しておいても差し支えない。また、養生方法
も、特に限定されるものではなく、一般に行われる養生
方法が適用可能である。
【0018】
【実施例】以下、実施例により本発明を詳細に説明す
る。
【0019】実施例1 CaO原料、AlO原料、及びBO原料を混合し、電気
炉を用い、1,600℃で溶融した溶融物を高圧空気法で急
冷してクリンカーを得た。得られたクリンカーを粉砕
し、最大粒径を40μ以下、粉末度をブレーン値で6,500
±200cm/gに調整して表1に示すような各種A−CA
Bを得た。A−CABの組成比は化学分析により求めた
値である。このA−CAB50重量部と無機硫酸塩a50重
量部とを配合し、最大粒径40μ以下、ブレーン値4,500
±200cm/gのセメント混和材とし、40μ以下に粉砕し
たセメントと混合して結合材を調製した。結合材中の配
合割合は、結合材100重量部中の注入材用セメント混和
材を25重量部とし、結合材100重量部に対して凝結調整
剤Aを1重量部配合し、水/結合材比=300%で、モル
タルミキサーを用いて60秒混練し、練り上がり温度20℃
に調整したセメントペーストとした。このセメントペー
ストを用いて、圧縮強度と分離水率の測定を行った。結
果を表1に併記する。
【0020】<使用材料> CaO原料 :和光純薬工業社製試薬1級CaO Al2O3原料 :和光純薬工業社製試薬1級Al2O3 B2O3原料 :和光純薬工業社製試薬1級B2O3 無機硫酸塩:天然無水セッコウ 凝結調整剤:試薬1級のクエン酸40重量部と、試薬1級
の炭酸カリウム60重量部の混合品 セメント :電気化学工業社製普通ポルトランドセメン
トの40μ以下粉砕品 水 :水道水
【0021】<測定方法> 圧縮強度 :4×4×16cmの供試体を作製し、JIS A-52
01に準じ測定 分離水率 :ポリエチレン製のφ5cmの袋に、調整した
セメントペーストを高さ15cmまで入れ、24時間後、分離
した浮き水の高さを測定し、(浮き水の高さ/15)×100
として分離水率を求めた。
【0022】
【表1】
【0023】実施例2 CaO/Al2O3モル比が3.0、B2O3含有量が7重量%のA−
CABを使用し、A−CABと無機硫酸塩の使用量を変
化したこと以外は実施例1と同様に行った。結果を表2
に示す。
【0024】
【表2】
【0025】実施例3注入材用 セメント混和材の使用量を変化したこと以外は
実施例2と同様に行った。結果を表3に示す。
【0026】
【表3】
【0027】実施例4注入材用 セメント混和材の最大粒径を変化し、圧縮強
度、分離水率、及び注入浸透性を測定したこと以外は実
施例2と同様に行った。結果を表4に併記する。
【0028】<測定方法> 注入浸透性:φ10×20cmの円筒を立て、底に布を敷い
て、比重2.63、最大粒径0.3〜1.2mm、単位容積当たりの
空隙率である間隙率43%の砂を下部より高さ15cm充填
し、作製した注入用セメントペースト500ccを円筒の上
部より注ぎ込み、24時間後に脱型し、注入浸透性を測定
【0029】
【表4】
【0030】
【発明の効果】本発明の注入材用セメント混和材を使
することにより、強度発現性が良好で材料分離抵抗性に
も富んだ注入材用セメント組成物が得られる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平5−330875(JP,A) 特開 平4−280844(JP,A) 特開 平8−34650(JP,A) 特開 平8−91894(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C04B 22/08

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 CaO/AlOモル比が2.5〜3.5、BO
    含有量が3〜20重量%、最大粒径が40μ以下である非晶
    質カルシウムアルミネートボレートと、無機硫酸塩とを
    主成分とする注入材用セメント混和材。
  2. 【請求項2】 請求項1記載のセメント混和材と、最大
    粒径40μ以下のセメントとを含有してなる注入材用セメ
    ント組成物。
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