JP3607383B2 - スラリー添加材及びスラリーの製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧送特性を改善するために使用されるスラリーに添加する添加材に関するもので、裏込め材料や中込め材料などの各種空洞充填材料に適用できるスラリーのスラリー添加材に関するものである。また、本発明は前記スラリー添加材を用いたスラリーの製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
セメントなどのスラリーは、地盤注入、地盤改良、空洞充填などの目的で注入される。このスラリーを注入箇所まで圧送する場合、流動性、ブリージングなどの問題点から、増粘材、流動化剤、安定剤などの添加材を添加し、諸物性を改善していた。
【０００３】
特に長距離を圧送する場合、大きなブリージングはセメント成分が沈降し、圧送管が閉鎖することにつながるため、スラリーにベントナイトもしくはメチルセルロース水溶液など、粘性の高い増粘材を添加してブリージングを小さく抑えることが行われる。また流動性を改善する目的で、流動化剤を添加し、流動性を高めて長距離圧送を可能にしていた。
【０００４】
しかしながら、ブリージングを改善する目的でベントナイトを添加すると、スラリーの粘度が増加して流動性を低下させるという問題が生じる。また、ベントナイトは、セメントなどの硬化材との混合に先立ち、水と混合して十分に膨潤させておく必要があるため、ベントナイトの攪拌、膨潤するまでの時間を要するなど作業性が悪い。しかも、ベントナイトは粒子同士が凝集しやすく、団塊状になりやすいので、十分な攪拌が困難であった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、長距離圧送するセメントスラリーなどのスラリーに対し、従来のスラリー添加材に代わる、長距離圧送に優れた効果を示すスラリー添加材を提供することを目的とする。また、本発明は、ブリージングと流動性との両特性を向上させたスラリーを提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するために、本発明者らは種々の研究の結果、ベントナイトとフライアッシュのみの混合物は、長距離圧送するスラリーに対し、良好なスラリー添加材となることを見出し、本発明を完成した。
【０００７】
すなわち本発明は、ベントナイトとフライアッシュのみの混合物からなることを特徴とするスラリー添加材（請求項１）、ベントナイトとフライアッシュのみからなり、ベントナイトとフライアッシュとを重量比で１０：９０〜５０：５０で混合してなる混合物からなることを特徴とするスラリー添加材（請求項２）、膨潤力２０ml／２ｇ以上のベントナイトと４４μｍふるい残分が１％以下である分級フライアッシュのみからなり、前記ベンドナイトと前記フライアッシュとを重量比で１０：９０〜５０：５０で混合してなる混合物からなることを特徴とするスラリー添加材（請求項３）、セメントスラリーの添加材であることを特徴とする請求項１〜３記載の何れか一項に記載のスラリー添加材（請求項４）、ベントナイトとフライアッシュのみを混合して得た混合物を、水に混合し、その後セメントを添加することを特徴とするスラリーの製造方法（請求項５）に関する。
【０００８】
本発明のスラリー添加材は、上記の如くベントナイトとフライアッシュのみの混合物からなることを特徴とするものである。
ベントナイトは、水に混合すると水分子を吸収して膨潤する。この膨潤性を利用し、スラリーの粘性を高めることで材料分離を防ぐことができる。
他方、フライアッシュは球状の微粒子で、そのベアリング効果により、ベントナイトの添加によるスラリーの流動性の低下を改善する。即ち、フライアッシュとベントナイトを混合すると、ベントナイトの粒子の間にフライアッシュ粒子が侵入してベントナイトの粒子間の距離が大きくなる。従ってこの混合物を水に混合しても、ベントナイト粒子同士が接触する確率が小さくなり、もって凝集が起こり難くなり、スラリーの流動性が改善される。また、ベントナイトおよびフライアッシュ粒子は共に表面電荷を持つため、水中で粒子同士が反発して、スラリーの分散性を良好に保ち、ブリージングが小さくなるうえに流動性も向上する。しかも、分散性が良いため、ベントナイト粒子と水分子の接触面積が大きく膨潤も早くなる。更に、フライアッシュは球状の微粒子であるため、攪拌助材的な機能を有しており、ベントナイトとフライアッシュとの混合が容易になり、生産性や作業性を向上させる。
このように、ベントナイトとフライアッシュのみを混合してなるスラリー添加材をセメントなどのスラリーに適用した場合、ブリージングと流動性の両特性を向上することができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下に本発明を詳細に説明する。
ベントナイトはナトリウム型ベントナイト、カルシウム型ベントナイトなどがあるが、ナトリウム型ベントナイトを多く含むベントナイトは、ケイ酸層を引き付ける力が弱く、多くの水分子を取込むことができ、膨潤力が高い。本発明においては、前記ナトリウム型ベントナイトが好ましく、特に日本ベントナイト工業会標準試験方法のベントナイト膨潤力測定方法（ＪＢＡＳ−１０４−７７）に準ずる、２０ｍｌ／２ｇ以上の膨潤力を有するベントナイトを好適に使用できる。
【００１０】
フライアッシュは、ＪＩＳ規格品、規格外品、分級し粒度を調整した分級フライアッシュをあげることができる。特に、４４μｍふるい残分が１％以下に分級した分級フライアッシュは球状粒子の含有量が多く、そのベアリング効果並びに攪拌助材的作用がより顕著に発現し、スラリーの流動性並びにベントナイトとの混合性の面で好ましい。
【００１１】
ベントナイトとフライアッシュとの混合割合は、５０：５０〜１０：９０が好ましく、この範囲内でベントナイトの量を増やすとスラリーのブリージングが改善され、フライアッシュの量を増やすとスラリーの流動性が改善される。
【００１２】
上記の如く構成される本発明のスラリー添加材は、一般的なセメントスラリー、セメントスラリーと水ガラスとからなる２液性空洞充填材料のセメントスラリーに好適であり、また流動性に優れることから長距離圧送用セメントスラリーの添加材としても好適である。
【００１３】
（実施例）
以下に、実施例に基づきさらに本発明を説明する。本実施例で使用した材料を表１に示す。
【００１４】
【表１】

【００１５】
○実施例１
本発明の添加剤に使用されるベントナイトの膨潤力を、日本ベントナイト協会のＪＢＡＳ−１０４−７７に規定する膨潤力測定方法で測定した。測定は、１００ｍｌメスシリンダーに１００ｍｌ蒸留水を入れ、２ｇのベントナイトを１０回もしくはそれ以上に分けて加え、２４時間放置した後に見掛け容積を読み取り、これを膨潤力とした。
また、ベントナイトとフライアッシュとの混合物についても、膨潤力を測定した。但し、この場合、フライアッシュは膨潤性がないためにベントナイトの量が少ないときは見掛けの膨潤は小さくなる。そこでフライアッシュを混合した場合には、ベントナイトの量を２ｇ一定とし、これに所定の割合のフライアッシュを混合し、フライアッシュ単独のときの沈降量から差し引いた値を膨潤力とした。
【００１６】
また、ベントナイトとフライアッシュとの混合物の分散性を測定した。測定は、先ずベントナイト２ｇに所定量を配合したフライアッシュ混合品を、１００ｃｃの水にマグネットスターラーで攪拌しながら混合し、５分毎に混合状況を観察して完全に均一になるまでの時間を測定し、分散時間とした。結果を表２に示す。
【００１７】
【表２】

【００１８】
フライアッシュの量が増えるに従って膨潤力が減少し、特にフライアッシュがベントナイト：フライアッシュ＝５：９５以上の配合では、著しく膨潤力が悪くなった。よって、フライアッシュがベントナイト：フライアッシュ＝１０：９０以下の配合が好ましい。
分散性では、ベントナイト単独の場合には分散時間がかなり長く、また膨潤力が高いものについては、攪拌性能に劣る。しかしながら、フライアッシュを混合した場合、攪拌性能が向上し、ベントナイト：フライアッシュ＝５０：５０以上フライアッシュが多い配合では、攪拌時間は短縮された。
以上の結果より、本発明の、ベントナイト：フライアッシュ＝１０：９０〜５０：５０の配合が好ましいことがわかり、またフライアッシュが多い場合には、攪拌性能が向上する。
【００１９】
○実施例２
ベントナイトおよびベントナイトとフライアッシュの混合物を水に混合し、セメントを添加してスラリーを作製し、流動性およびブリージングを調べた。
流動性は、平板上に直径８ｃｍ、高さ８ｃｍのアクリル製シリンダーをのせてスラリーをシリンダー上端まで充填し、シリンダーをゆっくり引き上げたときの広がりを測定した。
ブリージングは、５００ｃｃのメスシリンダーにスラリーを５００ｃｃまで入れ、乾燥しないように密封し、３時間後の浮き水量を測定し、ブリージング率を算出した。水の量は粉体の量と同量とした。結果を表３に示す。
以上の測定において、ベントナイトは膨潤力の異なるベントナイトＡ（膨潤力：２５ｍｌ／２ｇ）とベントナイトＢ（膨潤力：１０ｍｌ／２ｇ）とを用い、フライアッシュも粒度の異なるフライアッシュＡ（４４μｍふるい残分０．５％）とフライアッシュＢ（４４μｍふるい残分３０％）とを用いた。
【００２０】
【表３】

【００２１】
ベントナイトＡ及びベントナイトＢとも、混合時に団塊状となり攪拌が著しく困難であり、ベントナイトＡを単独で用いたものはスラリーにした状態で粘度が非常に高くなり、セメントとの混合が不可能となった。また、ベントナイトＢを用いた場合は、ブリージングが悪化した。しかしながらベントナイトとフライアッシュのみを混合した添加材は、攪拌も容易であり、ベントナイトＢを用いた場合はブリージングは大きくなったが、ベントナイトＡを用いた場合、ブリージング、流動性ともに改善され、良好な特性を示した。特にフライアッシュＡを用いると、ブリージング、流動性共に大きく向上した結果となった。
以上の結果より、本発明の、ベントナイトとフライアッシュのみの混合物からなるスラリー添加材は、スラリーのブリージングと流動性を改善し、特にベントナイトの膨潤力２０ｍｌ／２ｇ以上、フライアッシュの粒度４４μｍふるい残分１％以下のものを用いるのが好ましいことがわかる。
【００２２】
○実施例３
ベントナイトＡとフライアッシュＡとを混合した添加材を、セメントスラリーと水ガラスとからなる２液性空洞充填材料に適用して供試体を作製し、一軸圧縮強度を測定した。
供試体は、本発明のベントナイトＡとフライアッシュＡを混合した添加材を水混合し、セメントを添加してなるスラリーを高さ２０ｃｍ、直径５ｃｍアクリル製のモールドに１１ｃｍのところまで入れ、次いで所定量の水ガラスを入れて５秒間攪拌し、１時間静置後に取り出すことで直径５ｃｍ、高さ１０ｃｍの供試体を得た。得られた供試体を２０℃の水中で１日、および２８日養生し、一軸圧縮強度を測定した。測定結果を表４に示す。
【００２３】
【表４】

【００２４】
本発明のベントナイトとフライアッシュのみを混合してなるスラリー添加材は、２液性空洞充填材料に適用した場合、攪拌時間が短縮でき、また空洞充填材の強度としても問題なかった。
【００２５】
○実施例４
表５の配合でスラリーの圧送実験を行った。圧送は、内径２．５ｃｍ、長さ１０００ｍの圧送実験を行った。本発明の添加材を添加したスラリーは、圧送圧力の問題もなく圧送できた。
また圧送を停止し、圧送管内にスラリーを残留させたまま１日放置し、スラリーを再圧送したところ、圧送管内には残留物は見られず、圧送管閉鎖の問題は生じなかった。
【００２６】
【表５】

【００２７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のスラリー添加材は、水に混合する際の混合分散性が良く、作業性に優れている。また、セメントなどのスラリーに用いた場合、流動性とブリージングの特性を大幅に改善でき、長距離圧送にも好適に使用できる。

Claims (5)

1. ベントナイトとフライアッシュのみの混合物からなることを特徴とするスラリー添加材。
2. ベントナイトとフライアッシュのみからなり、ベントナイトとフライアッシュとを重量比で１０：９０〜５０：５０で混合してなる混合物からなることを特徴とするスラリー添加材。
3. 膨潤力２０ml／２ｇ以上のベントナイトと４４μｍふるい残分が１％以下である分級フライアッシュのみからなり、前記ベンドナイトと前記フライアッシュとを重量比で１０：９０〜５０：５０で混合してなる混合物からなることを特徴とするスラリー添加材。
4. セメントスラリーの添加材であることを特徴とする請求項１〜３記載の何れか一項に記載のスラリー添加材。
5. ベントナイトとフライアッシュのみを混合して得た混合物を、水に混合し、その後セメントを添加することを特徴とするスラリーの製造方法。