JP3873153B2

JP3873153B2 - 破砕剤組成物

Info

Publication number: JP3873153B2
Application number: JP28079298A
Authority: JP
Inventors: 俊晴檜田; 謙一田中; 誠朝見
Original assignee: Taiheiyo Materials Corp
Current assignee: Taiheiyo Materials Corp
Priority date: 1998-10-02
Filing date: 1998-10-02
Publication date: 2007-01-24
Anticipated expiration: 2018-10-02
Also published as: JP2000109785A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本願発明は岩石等の脆性物体を破壊するための静的破砕剤組成物に関し、より詳しくは、膨張性クリンカーとして水和速度と粒径が異なる顆粒ないし粉未のクリンカーを用い、急硬性セメントと組み合わせて使用することにより、安全かつ短時間に、作業性よく破砕することができるようにした破砕剤組成物に関するものである。
【０００２】
【従来技術】
従来、岩石やコンクリート等の脆性物体を破壊する工法の一つとして、脆性物体に予め穿孔し、この孔中に粉末状膨張性破砕剤と水とを混練りして調製したスラリーを注入し、破砕剤スラリーが水和する過程で発生する膨張圧を利用して脆性物体を破砕する工法が知られている。通常、この破砕方法では施工時の安全性を考慮して破砕時間を３時間以上としている。この理由は、破砕剤スラリーの反応時間(破砕時間)を３時間以内に短縮すると、従来の破砕剤では孔内に水和熱が蓄積して水分が水蒸気となり、この蒸気圧によって破砕剤スラリーが孔外に噴出するため膨張圧が破砕力として作用せず、しかも極めて危険である。
【０００３】
そこで、このような噴出現象を防止する破砕剤や工法として、(イ)破砕剤をカートリッジタイプとして自由水を少なくしたもの、(ロ)破砕剤を造粒し水蒸気を系外に逃がす方法(特公平2-17596号等)、(ハ)注入孔に蓋を設けて水蒸気の噴出を抑える方法などが試みられている。しかし、破砕剤をカートリッジタイプとしたものは破砕剤を孔中に充填した後に、十分突き固めなければ効果が無いので作業性が著しく劣る。また、造粒破砕剤は製造が煩雑であると共に充填時に空隙が多くなるので膨張による圧縮力が小さくなり十分な破砕力が得られない場合がある。さらに、注入孔に蓋を設ける方法は作業が煩雑であるため実用的ではないなどの問題がある。
【０００４】
【発明の解決課題】
本発明は従来の破砕剤組成物ないし破砕方法における上記問題を解決したものであって、従来よりも短時間で破砕でき、しかも破砕剤スラリーの噴出を生じることがなく安全に作業することができる破砕剤組成物を提供するものである。
【０００５】
すなわち、本発明は、（１）生石灰を主成分とする膨張性クリンカーと自硬性物質とを主体とする破砕剤組成物であって、膨張性クリンカーが遊離石灰量の異なることによって水和速度の異なる二種以上のクリンカーからなり、かつ遊離石灰６０重量％以下のクリンカーがクリンカー全体の６０重量％以下であり、自硬性物質が急硬性セメントであって該急硬性セメントの量が２〜１０重量％であることを特徴とする破砕剤組成物に関する。
【０００６】
本発明の上記破砕組成物は、具体的には、以下の態様を含む。
（２）膨張性クリンカーが、粒径１０mm以下であって、２.５〜１０mmの粒径が５〜７０重量％の粒度を有する上記(１)に記載する破砕剤組成物。
（３）自硬性物質の急硬性セメントがアルミナセメント、ジェットセメントに代表されるカルシウムアルミネート含有セメント、または、これらにポルトランドセメント及び／または石膏を加えたものである上記(１)または上記(２)に記載する破砕剤組成物。
（４）セメント減水剤および可使時間調整剤を含有する上記(１)〜上記(３)のいずれかに記載する破砕剤組成物。
【０００７】
【発明の実施形態】
以下、本発明を実施形態に即して具体的に説明する。
本発明において、生石灰を主成分とする膨張性クリンカーとは、石灰質原料を焼成して得られるもの、または石灰質原料を主成分とし、これにシリカ(SiO₂)、アルミナ(Al₂O₃)、フェライト(Fe₂O₃)、石膏(CaSO₄)等の一種または２種以上を混合し焼成して得られるものである。本発明の破砕剤組成物において、膨張性クリンカーの含有量は５０重量％以上が適当である。
【０００８】
生石灰を主成分とする上記膨張性クリンカーは、その遊離石灰の含有量によって水和速度が異なり、遊離石灰量が多いほど水和反応が急激に進行する。本発明は含有する遊離石灰量が異なり、従って水和速度の異なる二種以上のクリンカーを用いる。遊離石灰量の異なるクリンカーは、石灰量を変えた石灰原料と粘土や石膏等との混合原料を焼成して得られる。例えば、混合原料を１３５０〜１４５０℃で１〜２４時間焼成した硬焼クリンカーを用いる。
【０００９】
遊離石灰量の異なる二種以上のクリンカーにおいて、各クリンカーのうち少なくとも一種以上は含有する遊離石灰量が７０重量％より多く含むものが適当である。後述の実施例の示すように、２０℃において、遊離石灰量が６０重量％以下のクリンカーを単独に用いた破砕剤組成物は通常の施工条件下で３時間以内では膨張圧が生ぜず、短時間での破砕効果が得られない。さらに、二種以上のクリンカーを用いる場合でも、遊離石灰量が６０重量％以下のものがクリンカー全体の６０重量％以上を上回ると水和反応が遅いため膨張圧が小さく、十分な破砕効果が得られない。従って、生石灰を主成分とする二種以上の膨張性クリンカーは遊離石灰量が６０重量％以下のものがクリンカー全体の６０重量％以下であるものが好ましい。
【００１０】
さらに、好ましくは、遊離石灰量の異なる各クリンカーの量比は互いに１〜６倍の範囲、より好ましく１〜４倍の範囲が適当である。具体的には、例えば、遊離石灰量がおのおの５５重量％、７０重量％、８０重量％のクリンカーを二種以上含有するものにおいて、遊離石灰量５５重量％のクリンカーの含有量が６０重量％以下であって、遊離石灰量が７０重量％のものと８０重量％のものとが１〜６倍の量比で含有するものが好ましい。後述の実施例に示すように、遊離石灰量５５重量％のクリンカー０〜４７.５重量％、遊離石灰量７０重量％のクリンカー０〜６３.３重量％、遊離石灰量８０重量％のクリンカー３０〜６３.３重量％の量比で優れた破砕効果が得られる。
【００１１】
なお、膨張圧の発現による破砕効果及び安全性は施工温度によって影響され、温度が高いと破砕効果は大きくなるが安全性は低下する。一方、温度が低いと破砕効果は低下するが、安全性は向上する。従って、施工温度に応じて遊離石灰量が異なるものを組み合わせると良い。
【００１２】
上記膨張性クリンカーは粒径１０mm以下であって、２.５〜１０mmの範囲のものが５〜７０重量％であるものが良い。好ましくは２.５〜１０mmの粗粒部が２０〜４０重量％であって、これより微細な微粉部が８０〜６０重量％のものが良い。粗粒子の間に微粉末が介在して充填度を高めることにより破砕効果が向上する。この充填度を高めるにはいわゆるギャップグレードの粒径を有するものがより好ましい。
【００１３】
上記膨張性クリンカーと共に用いられる自硬性物質は水硬性材料であるセメントであるが、本発明は、その中でも急硬性セメント、例えばアルミナセメントやジェットセメント等の短時間に硬化する性能を有するセメントを用いる。これらのセメントは急硬性成分である１２ＣａＯ・７Ａｌ₂Ｏ₃、３ＣａＯ・Ａｌ₂Ｏ₃、ＣａＯ・Ａｌ₂Ｏ₃、１１ＣａＯ・７Ａｌ₂Ｏ₃・ＣａＦ₂等のカルシウムアルミネートを含むものである。また、これらのアルミナセメントやジェットセメント等に、ポルトランドセメントおよび必要に応じて石膏を加えたものである。なお、急硬性セメントに代えてポルトランドセメントを単独に用いると短時間に十分な膨張圧が得られないので好ましくない。
【００１４】
破砕剤に含まれる急硬性セメントの量は２〜１０重量％が適当である。この量は構成物の配合、性状、あるいは使用環境などの条件により適宜選択することができる。急硬性セメントが２重量％未満では破砕剤の硬化による孔壁との定着力が十分でないため、水和膨張力が孔上部や開口部等に逃げてしまい、また水和反応熱によって自由水が蒸気になり、スラリーを噴出させてしまう危険がある。なお、自硬性物質の配合重量比が１０重量％を超えると、破砕剤の硬化強度が過大になり自己拘束が大きくなるため膨張力が低下し、十分な破砕効果が得られない。
【００１５】
本発明の破砕剤組成物は、上記主要構成物に、さらに使用水量を減らす目的でセメント減水剤を使用し、また必要に応じて所望の可使時間を確保するための調整剤である反応遅延剤あるいは反応促進剤を配合することができる。さらに、必要に応じて骨材を配合することができる。
ここでセメント減水剤は、破砕剤の流動性を向上させて使用水量を減少させるために用いられ、高性能のものほど望ましい。たとえばβ−ナフタリンスルホン酸塩系、ポリカルボン酸塩系、リグニンスルホン酸塩系、メラミン樹脂系等の一種以上が使用される。使用量は自硬性物質に対して、例えば０.２〜３重量％の範囲で使用することができる。
また可使時間調整剤は、クリンカーおよび自硬性物質の水和反応速度を調整して、作業に必要な可使時間を確保するために使用され、例えば炭酸カリウム、炭酸ソーダ、クエン酸、酒石酸、クエン酸ソーダ、グルコン酸塩、消石灰等から選ばれた一種以上が用いられる。
【００１６】
以上の構成材料からなる本発明の破砕剤組成物は、水和反応速度の異なる２種以上のクリンカーが配合されているので、水和反応が一時期に集中せずに段階的に進行するので、スラリーを注入した孔壁から熱が放散され、孔内での水和反応熱の蓄熱が抑制される。従って、混練水の一部の自由水が反応熱によって加熱され水蒸気化する量が抑制され、スラリーの噴出を防止することができる。
また、水和速度の異なるクリンカーと自硬性物質と共に減水剤を用いた場合、混練水量を減少しても流動性のよいスラリーを得ることができるので、これにより水蒸気量を減少させ、スラリーの噴出を更に抑制することができる。
【００１７】
【実施例】
以下、本発明を実施例および比較例によって具体的に示す。
＜使用材料＞
(イ)膨張性クリンカー：(１)軟焼生石灰８０重量部、粘土１５重量部、石膏５重量部、(２)生石灰９０重量部、粘土８重量部、石膏２重量部、(３)生石灰９５重量部、粘土４重量部、石膏１重量部の３種の混合粉末を１４５０℃で１時間で焼成して得た焼結クリンカーをおのおのインペラブレーカーで粗砕し、更にミルで粉砕したものを用いた。
(ロ)自硬性物質：アルミナセメント１号(電気化学工業社製)、ジェットセメント(秩父小野田社製)、および普通ポルトランドセメントを用いた。
(ハ)セメント減水剤：ポリカルボン酸塩(秩父小野田社製)を使用した。
【００１８】
実施例
クリンカーおよび自硬性物質を、表１に示す割合で配合し、減水剤および可使時間調整剤を各々１重量部および０.２重量部で配合して破砕剤組成物とした。この各破砕剤組成物に水比２０重量％となるように水を加えて３０秒間混練し、スラリーを調製した。このスラリーを予め歪み計を設けた鋼管(内径40mm×長さ300mm)に注入し、３０分、１時間および３時間後の歪みを測定することにより膨張圧を求めた。また、破砕時間はコンクリート供試体(一辺600mmの立方体)の中央部に注入孔(φ40mm×400mm)を穿孔し、破砕剤スラリーを充填して測定した。この結果を表１に示した。なお実験は全て２０℃で行った。
【００１９】
表１の結果に示すように、遊離石灰量が５５重量％、７０重量％、８０重量％のクリンカーを単独に用いたもの(試料No.1,2,3)、および遊離石灰量５５重量％のクリンカーが６０重量％以上のもの(試料No.13)は何れも適切な破砕効果を得ることができない。また、自硬性物質の量が多過ぎるもの(試料No.14)や普通セメントを用いたもの(試料No,16)は膨張圧が低過ぎて十分な破砕効果が得られない。また、自硬性物質の量が少な過ぎると(試料No.15)スラリーが噴出する。
一方、水和速度の異なる(遊離石灰量の異なる)二種以上のクリンカー、および自硬性物質を本発明の範囲内で用いたものは、何れも短時間(３時間以内)で優れた破砕効果を発揮している。
【００２０】
【表１】

【００２１】
【発明の効果】
本発明の破砕剤組成物は、生石灰を主体とする膨張性クリンカーと水との反応が段階的に進むために水和反応熱が孔内に急激に蓄熱されず、従って水蒸気量が減少するのでスラリーの噴出を防止することができる。さらに減水剤を併用して水の使用量を減少することにより水蒸気量を一層減少することができる。このため破砕時間を１時間前後に早めてもスラリーが噴出する危険がないので安全に作業を行うことができ、従来よりも短時間で作業性よく破砕することができる。

Claims

生石灰を主成分とする膨張性クリンカーと自硬性物質とを主体とする破砕剤組成物であって、膨張性クリンカーが遊離石灰量の異なることによって水和速度の異なる二種以上のクリンカーからなり、かつ遊離石灰６０重量％以下のクリンカーがクリンカー全体の６０重量％以下であり、自硬性物質が急硬性セメントであって該急硬性セメントの量が２〜１０重量％であることを特徴とする破砕剤組成物。
膨張性クリンカーが、粒径１０mm以下であって、２.５〜１０mmの粒径が５〜７０重量％の粒度を有する請求項１に記載する破砕剤組成物。
自硬性物質の急硬性セメントがアルミナセメント、ジェットセメントに代表されるカルシウムアルミネート含有セメント、またはこれらにポルトランドセメント及び／または石膏を加えたものである請求項１または２に記載する破砕剤組成物。
セメント減水剤および可使時間調整剤を含有する請求項１〜３のいずれかに記載する破砕剤組成物。