JP3460165B2 - セメント混和材、セメント組成物、及びそれを用いた注入材 - Google Patents

セメント混和材、セメント組成物、及びそれを用いた注入材

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    • C04B2103/0021Compounds of elements having a valency of 3

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・建築分野
において使用されるセメント混和材、セメント組成物、
及びそれを用いた注入材に関する。
【0002】
【従来技術とその課題】土木・建築分野において、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、又は岩盤の亀裂箇所等には止水
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、材料分離抵抗性が小さく、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。
【0003】そのため、これら注入材が持つ課題を解消
するために、注入性が良好で、初期の強度発現性に優れ
た、カルシウムアルミネート系化合物を主成分とした急
硬性の注入材が提案されている(特開平3-88755号公報
等)。しかしながら、最近では、注入材の性能の向上が
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
努力を重ねた結果、特定のセメント混和材を注入材とし
て使用することにより、材料分離抵抗性や強度発現性に
優れたセメント組成物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、Li2O含
有量212重量%のCaO-Al2O3-Li2O系物質、無機硫酸
塩、及び凝結調整剤を含有してなる、最大粒径40μm以
下のセメント混和材であり、該セメント混和材と最大粒
径40μm以下のセメントとを含有してなるセメント組成
物であり、該セメント組成物を用いてなる注入材であ
る。
【0006】以下、本発明をさらに詳しく説明する。
【0007】本発明で使用するLi2O含有量1〜15重量%
のCaO-Al2O3-Li2O系物質(以下CALという)は、CaO原
料、Al2O3原料、及びLi2O原料を配合して熱処理するこ
とによって得られる。
【0008】CaO原料としては、消石灰、石灰石、及び
炭酸カルシウム等が、また、Al2O3原料としては、ボー
キサイト、アルミ残灰、及びアルミナ質等が、さらに、
Li2O原料としては、Li2CO3質やLiOH質などのリチウム塩
が挙げられる。
【0009】CAL製造の際の熱処理方法は特に限定さ
れるものではなく、例えば、ロータリーキルン等による
焼成法や電気炉による溶融法などがあり、熱処理時間
も、特に限定されるものではない。熱処理温度は、通
常、1,100〜1,800℃程度が好ましく、1,200〜1,700℃が
より好ましい。1,100℃未満では未反応の原料が残存す
る場合があり、1,800℃を越えるとエネルギー損失が大
きくなり、コスト面で好ましくない。熱処理品の冷却方
法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、放置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。
【0010】また、他の成分又は不純物の存在も、特に
限定されるものではなく、例えば、他の成分として混入
が予想される、TiO2、MgO、Fe2O3、Na2O、K2O、SiO2、B
2O3、P2O5、F2、及びSO3等の存在は、各原料の加熱処理
時、焼成物又は溶融物の融点を下げ、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好ましい面もあ
り、本発明の目的を実質的に阻害しない範囲では問題に
ならない。
【0011】CALのLi2O含有量は1〜15重量%であ
り、Li2O含有量が2〜12重量%が好ましく、3〜9重量
%がより好ましい。Li2O含有量がこの範囲外では本発明
の効果が十分に得られない場合がある。
【0012】また、CAL中のCaOとAl2O3の割合は特に
限定されるものではないが、CaO/Al2O3モル比(以下C
/Aモル比という)が1.5〜3.0が好ましく、2.0〜2.8が
より好ましい。C/Aモル比が1.5未満では強度発現性
が悪くなる場合があり、3.0を越えるとこれを用いたセ
メント混練物の作業性が低下する場合がある。
【0013】本発明においてCALは、結晶質、非晶質
いずれの使用も可能であるが、材料分離抵抗性や強度発
現性の面から非晶質のCALの使用が好ましい。
【0014】ここで、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%以上が好ましい。
【0015】本発明でいうガラス化率(X)は、CALを
1,000℃で3時間加熱し、その後、5℃/分の冷却速度
で冷却して得られた粉末を、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CAL中の結晶の
メインピークの面積Sとから、X(%)=(1−S/S0
100として得られる。
【0016】CALの粒度は特に限定されるものではな
いが、最大粒径は40μm以下が好ましく、20μm以下が
より好ましく、10μm以下が最も好ましい。最大粒径が
40μm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、CALの粉末度は、ブレーン値で5,
000〜10,000cm2/g程度が好ましい。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
越えてもさらなる効果の増進が期待できない場合があ
る。
【0017】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
とは、無水セッコウ、半水セッコウ、及び二水セッコウ
を総称するものであり、特に限定されるものではない
が、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無水セッコウや、工業
副産物として発生する無水セッコウ等の使用が可能であ
る。無機硫酸塩の粒度は特に限定されるものではない
が、最大粒径40μm以下が好ましく、20μm以下がより
好ましく、10μm以下が最も好ましい。最大粒径が40μ
m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,
000〜10,000cm2/gが好ましい。5,000cm2/g未満では注入
性が悪くなる場合があり、10,000cm2/gを越えてもさら
なる効果の増進が期待できない場合がある。無機硫酸塩
の使用量は、CAL、無機硫酸塩、及び凝結調整剤から
なるセメント混和材100重量部中、20〜70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
を越えると長期耐久性が悪くなる場合がある。
【0018】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が必要であ
り、施工を円滑に進める面で有効である。
【0019】ここで凝結調整剤とは、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
それらの塩、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、
特に限定されるものではないが、有機酸及び/又はその
塩と、アルカリ金属炭酸塩とを併用することが、強度発
現性が良好となる面から好ましい。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、一義的に決定
することができないが、通常、セメント混和材100重量
部に対して、0.5〜5重量部が好ましく、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重量部を越えて使用すると強度
発現性が低下する場合がある。
【0020】本発明のセメント混和材は、Li2O含有量1
〜15重量%のCaO-Al2O3-Li2O系物質、無機硫酸塩、及び
凝結調整剤を含有してなるもので、最大粒径40μm以下
である。本発明のセメント混和材の粒度は、最大粒径が
40μm以下であり、20μm以下が好ましく、10μm以下
がより好ましい。最大粒径が40μm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、セメン
ト混和材の粉末度は、ブレーン値で5,000〜10,000cm2/g
が好ましい。5,000cm2/g未満では注入性が悪い場合があ
り、10,000cm2/gを越えてもさらなる効果の増進が期待
できない場合がある。本発明のセメント混和材の作製方
法は特に限定されるものではなく、最大粒径が40μm以
下でLi2O含有量1〜15重量%のCaO-Al2O3-Li2O系物質、
最大粒径が40μm以下の無機硫酸塩、及び凝結調整剤を
混合する方法も可能であり、Li2O含有量1〜15重量%の
CaO-Al2O3-Li2O系物質、無機硫酸塩、及び凝結調整剤を
混合して、粉砕する方法も可能である。セメント混和材
の使用量は、セメントとセメント混和材とからなるセメ
ント組成物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
果が十分ではない場合があり、50重量部を越えると長期
耐久性が悪くなる場合がある。
【0021】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シリカ等のポゾラン物質を混
合した各種混合セメント等が挙げられる。
【0022】本発明のセメント混和材やセメント組成物
を製造する際に使用する混合装置としては、既存のいか
なる混合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。
【0023】本発明では、セメントやセメント混和材の
他に、砂や砂利などの骨材、減水剤、高性能減水剤、A
E剤、AE減水剤、高性能AE減水剤、増粘剤、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などの粘土鉱物、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、無機リン酸塩、並びに、ホウ酸等のうち
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。
【0024】
【実施例】以下、実施例により本発明を詳細に説明す
る。
【0025】実施例1 CaO原料、Al2O3原料、及びLi2O原料を混合し、1,600℃
の電気炉で溶融した溶融物を急冷して得られたクリンカ
ーを粉砕し、最大粒径40μm以下、ブレーン値6,500±2
00cm2/gに調整して表1に示すような各種の非晶質のC
ALを得た。CALの組成比は化学分析により求めた。
このCAL50重量部と無機硫酸塩50重量部とを配合し、
最大粒径40μm以下、ブレーン値6,500±200cm2/gのセ
メント混和材とし、最大粒径40μm以下に粉砕したセメ
ントと混合してセメント組成物を調製した。セメント組
成物100重量部中、セメント混和材を25重量部とし、セ
メント組成物100重量部に対して、凝結調整剤0.5重量部
を配合し、水/セメント組成物比300%で、モルタルミ
キサーを用いて60秒間混練し、練り上がり温度20℃に調
整したセメントペスートとした。このセメントペースト
を用いて、圧縮強度と、材料分離抵抗性を評価するため
の分離水率の測定を行った。結果を表1に併記する。
【0026】<使用材料> CaO原料 :和光純薬工業社製試薬1級CaCO3 Al2O3原料 :和光純薬工業社製試薬1級Al2O3 Li2O原料 :和光純薬工業社製試薬1級Li2CO3 無機硫酸塩:天然無水セッコウ、最大粒径40μm以下、
ブレーン値5,640cm2/g 凝結調整剤:試薬1級のクエン酸と炭酸カリウムの重量
比40/60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 水 :水道水
【0027】<試験方法> 圧縮強度 :4×4×16cmの供試体を作製し、材齢1日
で脱型し、20℃の水中養生を行い測定 分離水率 :材料分離抵抗性測定、調製したセメントペ
ーストをポリエチレン製のφ5cmの袋に高さ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から分離水率を算出
【0028】
【表1】
【0029】実施例2 CaO原料、Al2O3原料、及びLi2O原料を混合し、1,600℃
の電気炉で溶融した溶融物を徐冷して表2に示すような
各種結晶質のCALを得たこと以外は実施例1と同様に
行った。結果を表2に併記する。
【0030】
【表2】
【0031】実施例3 C/Aモル比2.5、Li2O含有量5重量%のCALを使用
し、表3に示すようにCALと無機硫酸塩とを配合した
こと以外は実施例1と同様に行った。結果を表3に併記
する。
【0032】
【表3】
【0033】実施例4 C/Aモル比2.5、Li2O含有量5重量%のCALを使用
し、セメント組成物100重量部中のセメント混和材を表
4に示すように配合したこと以外は実施例1と同様に行
った。結果を表4に併記する。
【0034】
【表4】
【0035】実施例5 C/Aモル比2.5、Li2O含有量5重量%のCALを使用
し、表5に示す最大粒径のセメント混和材を配合し、圧
縮強度、分離水率、及び注入浸透性を評価するための浸
透深さを測定したこと以外は実施例1と同様に行った。
結果を表5に併記する。
【0036】<試験方法> 浸透深さ :注入浸透性、φ10×20cmの円筒を立て、底
に布を敷き、比重2.63、粒度0.3〜1.2mm、及び間隙率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
後に脱型し測定
【0037】
【表5】
【0038】
【発明の効果】本発明のセメント混和材を使用すること
により材料分離抵抗性や強度発現性が良好なセメント組
成物が得られる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI C09K 17/02 C09K 17/02 P 17/06 17/06 P 17/08 17/08 P 17/10 17/10 P // C04B 103:12 C04B 103:12 111:70 111:70 (56)参考文献 特開 平5−24893(JP,A) 特開 昭64−22989(JP,A) 特開 平3−109245(JP,A) 特開 昭63−206346(JP,A) 特開 平8−310844(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C04B 2/00 - 32/02

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 Li20含有量12重量%のCaO-Al2O3-L
    i2O系物質、無機硫酸塩、及び凝結調整剤を含有してな
    る、最大粒径40μm以下のセメント混和材。
  2. 【請求項2】 請求項1記載のセメント混和材と最大粒
    径40μm以下のセメントとを含有してなるセメント組成
    物。
  3. 【請求項3】 請求項2記載のセメント組成物を用いて
    なる注入材。
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