JP4150135B2

JP4150135B2 - ノロ低減剤及びそれを用いた遠心力成形製品の製造方法

Info

Publication number: JP4150135B2
Application number: JP21031799A
Authority: JP
Inventors: 芳春渡辺; 等森山; 英男仲谷
Original assignee: Denki Kagaku Kogyo KK
Current assignee: Denka Co Ltd
Priority date: 1999-07-26
Filing date: 1999-07-26
Publication date: 2008-09-17
Anticipated expiration: 2019-07-26
Also published as: JP2001039744A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はノロ低減剤及びそれを用いた遠心力成形製品の製造方法に関し、詳しくはモルタル又はコンクリートを遠心力成形して製造するコンクリートパイル、鋼管・コンクリート複合パイル、ポール、ヒューム管、及び鋼管ライニング等の遠心力成形製品のノロの発生を低減又は防止するノロ低減剤及びそれを用いた遠心力成形製品の製造方法である。
【０００２】
【従来技術とその課題】
従来、遠心力成形で製造されるコンクリート製品製造時に、遠心力によってノロが多量に絞り出されてくる。このノロは水の他に固形分として２０〜４０重量％のセメントや微粒砂を含み強アルカリ性を呈する。従って、このまま工場外に廃棄することはできず、セメントペースト濃度の濃いパイル、ポール等のノロは１〜２ｍ³の容器にとってそのまま固め最終処分場に埋め立てられる。
【０００３】
セメントペースト濃度の薄いヒューム管では固形分を沈殿濾過した後、さらに脱水機に掛けて水分の少ない状態として最終処分場で処理され、残ったアルカリ水は中和して下水に流されるが、昨今の事情により固形分は産業廃棄物として処分し難くなっており、アルカリ水の管理も負担となっている。
このため当業界では、ノロ低減又は防止剤が切望されている。
【０００４】
これに対して、本発明者らはベントナイトを主成分とするノロ低減剤（特開平3-247543号公報）やそのノロ防止力を高めた、モンモリナイト系粘土鉱物（ベントナイト）と有機酸類、アミン類、糖類、フェノール類、アルコール類、及びリン酸化合物の群から選ばれた一種又は二種以上とを含有してなるノロ低減剤（特開平6-183799号公報）を提案した。
【０００５】
しかしながら、ベントナイトは天然産であるために種々の不純物を含み、膨潤度は同程度でも鉱区によりノロ防止力が異なり、場合によっては同じ鉱区でも採掘場所によりノロ防止力が異なることが明らかとなった。
さらに、ベントナイトの粉砕工程や運搬工程又はノロ低減剤の製造工程や運搬工程でＳＯ₃を含む成分が不純物として混入した場合も同様にノロ防止力が低下することも明らかとなった。
従って、ベントナイトを主成分とするノロ低減剤は入荷するベントナイトによって、さらには、ベントナイトの粉砕工程や運搬工程、ノロ低減剤の製造工程や運搬工程でＳＯ₃を含む成分が不純物として混入することによりノロ防止力が変動し、安定的にノロ低減剤を供給することが難しいという課題が発生した。
【０００６】
また、前記したベントナイトのノロ防止力を高める有機酸類、アミン類、糖類、フェノール類、アルコール類、及びリン酸化合物等の成分も入荷するベントナイトによっては効果がない場合や、逆にベントナイト自身のノロ防止力を低下させる成分もあるという課題も発生した。
【０００７】
本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意研究した結果、ベントナイトのノロ防止力を左右する成分の種類とその含有量を特定し、かつ、このようなベントナイトのノロ防止力を向上させる成分を知見し、本発明を完成するに至った。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
すなわち、本発明は、SO₃含有量が１重量％以下のノロ低減剤用ベントナイトを選択して使用する方法であり、コンクリート１m³に対して、SO₃含有量１重量％以下の、選択したノロ低減剤用ベントナイトを主成分とするノロ低減剤を１〜12kg添加して練混ぜ、それを遠心力成形する遠心力成形製品の製造方法であり、コンクリート１m³に対して、SO₃含有量１重量％以下の、選択したノロ低減剤用ベントナイト１〜12kgと、３〜24ｇのグリセリン及び／又は30〜240ｇの蔗糖とを主成分とするノロ低減剤を添加して練混ぜ、それを遠心力成形する遠心力成形製品の製造方法である。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を詳しく説明する。
本発明のベントナイトのノロ防止力を低下させる成分とはＳＯ₃であり、硫酸アルカリ金属塩や硫酸アルカリ土類塩等として含まれる。その理由は、一般にベントナイトは岩石の風化作用や地下深くで水熱合成によって変質して生成したものであるが、生成後に火山活動の影響を受けた場合やベントナイトが海水の作用により生成する場合及び単に生成しているベントナイトが海水の影響を受けた場合、さらに石膏鉱脈がベントナイトの鉱床に入り込んだ場合もＳＯ₃として数％含有する。
【００１０】
不純物としてのＳＯ₃が、石膏の形態として含まれる場合は、ベントナイトを一定の水比のスラリーとした時のスラリー粘度の変化は小さく、静置しておいても上澄み液の発生量は変わらなく、いわゆる保水性等のベントナイトの特性は変化しない。ＳＯ₃がＮａ₂ＳＯ₄の形態で含む場合は含有量が多くなるとスラリー粘度は上昇するが静置した時の上澄み液の発生量は少なくなり、むしろ保水性は強化される。そして、いずれの場合もノロ防止力を低下させる。
【００１１】
一方、ベントナイトのノロ防止機構も十分解明されていないが、セメントにベントナイトを添加して練混ぜたセメントペーストを液体窒素で直ぐに凍結して、凍結させた状態で走査型電子顕微鏡でペースト破断面を観察すると、微細で薄い箔のようなモンモリロナイトの結晶が六角形の連続した網目構造を形成していることから、この中に、水を閉じこめて遠心力に抵抗して水を移動させないものと推察される。
【００１２】
本発明で、ＳＯ₃とはＣａＳＯ₄の場合はＣａＯ・ＳＯ₃の中のＳＯ₃という意味であり、Ｎａ₂ＳＯ₄ではＮａ₂Ｏ・ＳＯ₃の中のＳＯ₃という意味である。
【００１３】
なお、コンクリート中のセメントにも石膏が入っているが、ベントナイトを添加しても、ベントナイト自身のノロ防止力には影響を受けない。
すなわち、コンクリートの練り混ぜ時に、ベントナイトを添加するからである。また、無水石膏を主成分とする高強度混和材を予め混和したコンクリートにベントナイトを添加しても、ベントナイト自身のノロ防止力には影響を受けない。むしろ、無水石膏を主成分とする高強度混和材を予め混和したコンクリートは、該高強度混和材を混和しないコンクリートよりも少ない量のベントナイトの添加で同様のノロ防止効果を達成できる。これより、ベントナイトのノロ防止力を低下させるのはベントナイト自身に自然と含まれるＳＯ₃、そして、ベントナイトの粉砕工程や運搬工程、ノロ低減剤の製造工程や運搬工程でＳＯ₃を含む成分が不純物として混入することによるものである。
【００１４】
本発明において、ベントナイト中のＳＯ₃含有量は、１重量％以下である。
ＳＯ₃の含有量が多くなるにつれてベントナイトのノロ防止力は順次低下し、１重量％を超えるようになると特に著しくなる。従って、ＳＯ₃量は１重量％以下、好ましくは０．７重量％以下であり、より好ましくは０．５重量％以下である。
【００１５】
本発明で使用されるベントナイトのＡ．Ｃ．Ｃ法による膨潤度は１０以上であり、好ましくは１５以上、より好ましくは２０以上であるが、上限は天然産では３０程度である。また、ベントナイトの添加量はコンクリート１ｍ³に対して１〜１２ｋｇであり、１ｋｇ未満では膨潤度が高くても実用的なノロ低減又は防止効果は小さく、また、１２ｋｇを超えて添加すると膨潤度が小さくても大幅に単位水量が増加し強度が大きく低下するようになり好ましくない。好ましくは１．５〜１０ｋｇであり、より好ましくは２〜８ｋｇである。
【００１６】
また、本発明のＳＯ₃を不純物として含有するベントナイトのノロ低減効果や防止力を高めるためにグリセリン及び／又は蔗糖を添加する。
前記したようにベントナイトのノロ低減効果や防止力を高める成分として有機酸類、アミン類、糖類、フェノール類、アルコール類、及びリン酸化合物等のＣａ²⁺イオン封鎖作用を有する成分がある。
しかしながら、適量のＳＯ₃を含有するベントナイトのノロ低減効果や防止力を高める作用を有するのはグリセリンと、糖類の中の蔗糖のみであり、それぞれ単独でもノロ防止力を向上させるが併用するとよりノロ防止力は向上する。しかしながら、ＳＯ₃含有量が１重量％を超えると効果は示されなくなる。
【００１７】
グリセリンの添加量は、コンクリート１ｍ³に対して３〜２４gであり、好ましくは４〜２０ｇであり、より好ましくは６〜１８ｇである。３ｇ未満ではノロ防止力の効果は小さく、また、２４ｇを超えて添加してもノロ防止力の向上作用は低下する。
【００１８】
蔗糖の添加量は、コンクリート１ｍ³に対して３０〜２４０ｇであり、好ましくは４０〜２００ｇであり、より好ましくは６０〜１８０ｇである。３０ｇ未満ではノロ防止力の効果は小さく、また、２４０ｇを超えて添加してもノロ防止力の効果は低下する。
【００１９】
本発明において、コンクリートを練混ぜる際に、ベントナイトは粉末状態又は練混ぜ水の一部や全量でスラリーの形で添加する。また、グリセリンや蔗糖は予めベントナイトに混ぜ込んでも、ベントナイトとは別々に添加してもよいものである。さらに、使用するセメントの種類は特に限定されなく、減水剤は高性能減水剤や高性能ＡＥ減水剤が使用されるが、特に好ましいのはポリアルキルアリルスルホン酸塩系やメラミン樹脂スルホン酸塩系の高性能減水剤である。
【００２０】
遠心力成形方法は、ノロの発生が低減又は防止され、かつ、遠心力成形製品の締まりがよく、運搬時の振動や衝撃などで脱落しなければ特に限定されない。
【００２１】
【実施例】
以下、本発明を実施例により詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００２２】
実施例１
同一鉱区から採掘されたＳＯ₃含有量の異なるベントナイト３種類と、限定する数値を正確に確定するためと天然にＳＯ₃が含まれる場合と人工的にベントナイトにＳＯ₃を添加した場合で同様の効果が示されか否かを確認するために以下の試験を行った。天然に含まれるＳＯ₃は二水石膏の形態であることがＸ線回折で確認され、人工的には天然無水石膏（粉末度6000cm²/g）をベントナイトに添加した。
最大骨材寸法15mm、スランプ10±2cm、空気量2±0.5%、単位水量140kg/m³、普通セメント500kg/m³、砂654kg/m³、砕石1075kg/m³、高性能減水剤9kg/m³の基本コンクリート配合に上記ベントナイトを混和して30リットル分のコンクリートを遊星型ミキサで練混ぜ、そのコンクリートをφ20×30L×5cmの遠心力成形型枠に17.5kg仕込んで、低速を３Ｇで３分、中速Ｉを１０Ｇで２分、中速IIを２０Ｇで２分、高速を３０Ｇで３分の条件で遠心力成形した。ベントナイトの添加量による単位水量の変動と成形後のノロ発生量及び20℃で４時間前養生してから75℃まで３時間で昇温し、そのまま５時間保持してから蒸気バルブを止め、翌日まで養生槽内に自然放冷した材齢１日の強度測定結果を表１に示す。
なお、コンクリートの練混ぜは骨材とセメントをミキサに投入して２０秒間空練りした後、減水剤を溶解した水を添加して３０秒間練混ぜ、次いで、ベントナイト１に対して水（練混ぜ水の一部を用いる）10としたスラリーを添加して１分間練混ぜ、スランプは設計値となるように水量の加減で調節した。
【００２３】
〈使用材料〉
セメント：普通ポルトランドセメント、市販品
細骨材：新潟県姫川産川砂
粗骨材：新潟県姫川産砕石
高性能減水剤：ナフタレン系、市販品
ベントナイト▲１▼：ＳＯ₃含有量0.11重量％の天然ベントナイト（膨潤度22）
ベントナイト▲２▼：ＳＯ₃含有量0.48重量％の天然ベントナイト（膨潤度24）
ベントナイト▲３▼：ＳＯ₃含有量1.26重量％の天然ベントナイト（膨潤度23）
ベントナイト▲４▼：ＳＯ₃含有量0.11重量％の天然ベントナイトに天然無水石膏をＳＯ₃として0.48重量％となるように添加したもの（膨潤度23）
ベントナイト▲５▼：ＳＯ₃含有量0.11重量％の天然ベントナイトに天然無水石膏をＳＯ₃として1.26重量％となるように添加したもの（膨潤度21）
【００２４】
【表１】

【００２５】
表１より、ノロ発生量はＳＯ₃含有量が高くなると多くなる。また、天然に含有する場合も人工的に添加した場合も同様のＳＯ₃含有量であれば、ノロ発生量は同様であることが示される。更に、ＳＯ₃化合物が石膏の場合は石膏の形態による影響もなく、ＳＯ₃含有量が１重量％を超えると発生するノロ量も急に多くなることが示される。
【００２６】
実施例２
最大骨材寸法15mm、スランプ10±2cm、空気量2±0.5%、単位水量140kg/m³（140kg/m³）、普通セメント500kg/m³（500kg/m³）、高強度混和材として天然無水石膏50kg/m³（0kg/m³）、砂654kg/m³（671kg/m³）、砕石1075kg/m³（1104kg/m³）、高性能減水剤9kg/m³（9kg/m³）の基本コンクリート配合［（）内数値は天然無水石膏を添加しない配合］に、ＳＯ₃含有量の少ないベントナイトを厳選し、その種類を変え、更にそれに天然無水石膏（粉末度6000cm²/g）を添加して人工的にＳＯ₃含有量を変えたベントナイト（表２参照）を用いて30リットル分のコンクリートを遊星型ミキサで練混ぜ、そのコンクリートをφ20×30L×5cmの遠心力成形型枠に17.5kg仕込んで、低速を３Ｇで３分、中速Ｉを１０Ｇで２分、中速IIを２０Ｇで２分、高速を３０Ｇで３分の条件で遠心力成形した。使用したベントナイトのＳＯ₃含有量を表２に、ベントナイトの添加量による単位水量の変動と成形後のノロ発生量及び20℃で４時間前養生してから75℃まで３時間で昇温し、そのまま５時間保持してから蒸気バルブを止め、翌日まで養生槽内に自然放冷した材齢１日の強度測定結果を表３〜表５に示す。
なお、コンクリートの練混ぜは骨材とセメント又は骨材とセメントと高強度混和材をミキサに投入して２０秒間空練りした後、減水剤を溶解した水にベントナイトを懸濁したものを添加して１分間練混ぜ、スランプは上記範囲となるように水量の加減で調節した。
【００２７】
【表２】

【００２８】
【表３】

【００２９】
【表４】

【００３０】
【表５】

【００３１】
表３と表４より、いずれの膨潤度のベントナイトでもＳＯ₃含有量が1.0重量%まではＳＯ₃量の増加に対してノロの発生量も徐々に増加するが、1.0重量%を超えると急激にノロ発生量は増加することが示される。また、膨潤度が大きくなるほどノロ防止効果も高くなり、より好ましくは20以上であることも示される(実験No.2-2〜2-36)。
そして高強度混和材として無水石膏を予め添加したコンクリートの方が無添加のコンクリートの場合よりもノロ防止効果が発揮されることも認められる(実験No.2-9〜2-15と実験No.2-38〜2-44)。
【００３２】
さらに、表３と表５よりベントナイトの添加量を増加させて行くとノロ発生量は指数関数的に減少するが、特に1kg/m³添加以上でノロ防止効果が増大し、好ましくは1.5kg/m³以上、より好ましくは2kg/m³以上である。一方、ベントナイトの添加量を多くするほどノロ防止効果は高くなるが、同一スランプとするのに単位水量が増加し、特に12kg/m³を超えると単位水量の増加は比例的でなくなり強度は著しく低下する。そして好ましくは10kg/m³以下、より好ましくは8kg/m³以下であることが示される（実験No.2-1、No.2-45〜2-56）
【００３３】
実施例３
実施例２の実験No.2-23、No.2-27、2-29のコンクリートに蔗糖（ａ，工業用）とグリセリン（ｂ，工業用）を添加量を変えて添加し、実施例２と同様の試験を行いノロの発生量のみを測定した結果を表６に示す。なお、蔗糖及び／又はグリセリンを添加してもスランプは変わらない。
【００３４】
【表６】

【００３５】
表６より、蔗糖は30g/m³よりノロ防止効果を助長し、60〜200g/m³でノロ防止に対する助長効果は最大値に達し、その後、蔗糖の添加量の増加は徐々にノロ量を多く発生させるが260g/m³では全く助長効果が示されなくなる(実験No.3-8〜3-16)。
また、ＳＯ₃含有量が少ない場合よりも適当量含有するベントナイトの方が蔗糖のノロ防止に対する助長効果（蔗糖0g/m³の場合のノロ量を100とした場合の低下率）は高く、ＳＯ₃含有量が1.3重量%と多すぎると助長効果は示されない（例えば実験No.3-4，3-12，3-18）。
グリセリンの場合も3g/m³より急にノロ防止に対する助長効果を示し、4〜12g/m³でノロ防止に対する助長効果は最大値に達し、その後、グリセリンの添加量の増加は徐々にノロ量を多く発生させるが26g/m³では全く助長効果が示されなくなる(実験No.3-20〜3-28)。
また、ＳＯ₃含有量が少ない場合よりも適当量含有するベントナイトの方がグリセリンのノロ防止に対する助長効果（グリセリン0g/m³の場合のノロ量を100とした場合の低下率）は高く、ＳＯ₃含有量が1.3重量%と多すぎると助長効果は示されない（例えば実験No.3-24、3-29、3-30）。
また、適量同士で有れば蔗糖とグリセリンの併用はよりノロ防止効果を高めることが示される（実験No.3-31、3-24、3-4）。
【００３６】
【本発明の効果】
本発明によれば、以下の効果を有する。
▲１▼安定したノロ低減又は防止効果が得られる。
▲２▼遠心力成形して製造するコンクリート製品の生産効率を高め、環境問題を改善する。

Claims

SO₃含有量が１重量％以下であるノロ低減剤用ベントナイトを選択して使用する方法。
コンクリート１m³に対して、SO₃含有量１重量％以下の、選択したノロ低減剤用ベントナイトを主成分とするノロ低減剤を１〜12kg添加して練混ぜ、それを遠心力成形することを特徴とする遠心力成形製品の製造方法。
コンクリート１m³に対して、SO₃含有量１重量％以下の、選択したノロ低減剤用ベントナイト１〜12kgと、３〜24ｇのグリセリン及び／又は30〜240ｇの蔗糖とを主成分とするノロ低減剤を添加して練混ぜ、それを遠心力成形することを特徴とする遠心力成形製品の製造方法。