JP4846641B2 - セメント系固化材 - Google Patents

Description

本発明は、現位置で施工を行う路床・路盤安定処理工法や地盤改良工法地盤の改良工法に用いる発塵抑制型セメント系固化材に関する。

従来から、セメントなどを土質安定材（以下、固化材という）として使用する、路床・路盤安定処理工法や地盤改良工法（現位置で施工）などは、低品位の現地土が有効に活用でき、しかも他工法に比べて経済的であり広く実施されている。また建設残土低減から、これらの工法の必要性は今後さらに増大していくものと注目されている。

しかしながら、前述した従来の方法では、微粉末状のセメント系固化材の散布時に飛散することで、周辺環境の保全や作業環境の観点から、土質安定処理工事における粉塵発生の抑制や低減が強く望まれており、特に材料面から通常の施工方法によって使用できる防塵型の固化材の開発が期待されている。

特許文献１には、吹付け工法用の粉じん防止剤に、ポリエチレングリコール型界面活性剤及びその硫酸エステル塩を用いることが開示されている。また、特許文献２には、脂肪族多価アルコールを用いた発塵抑制方法が開示されている。また、特許文献３には、アルコール系化合物の水溶液による無粉塵固化材が開示されている。
特開昭５９−１４６９５９号公報 特開平６−８７６４３号公報 特許３０９０３０１号公報

特許文献１、２で用いられている界面活性剤や脂肪族多価アルコールは、危険物であるために取扱いが難しく、さらに粘性が高いために噴霧が困難である。また固化材表面への広がり性も悪く、結果として粉塵防止効果が期待できない等の課題がある。また、特許文献３のような固化材に対する水の添加は、固化材との水和物が発生する等の課題があり、強度低下を招く恐れがある。さらにアルコール化合物の中には、水を含んでいても低温で固化する化合物も含まれており、この場合は、保温設備等が必要になる。

本発明の課題は、散布時等の粉塵発生量が少なく、また、散布前の保存等による水和物の生成が少ないセメント系固化材を提供することである。

本発明は、多価アルコールのアルキレンオキサイド付加物（以下、多価アルコールＡＯ付加物という）と、水と、水硬性粉体とを含有するセメント系固化材であって、水硬性粉体１００重量部に対して、多価アルコールＡＯ付加物を０．５〜８重量部、水を０．０５重量部以上含有するセメント系固化材に関する。

また、本発明は、水硬性粉体と混合して上記本発明のセメント系固化材の製造に用いられる１０重量％以上の水を含有する多価アルコールＡＯ付加物水溶液からなる粉塵防止剤に関する。

また、本発明は、多価アルコールＡＯ付加物を５０〜９０重量％含有する多価アルコールＡＯ付加物水溶液を、水硬性粉体１００重量部に対して、多価アルコールＡＯ付加物が０．５〜８重量部となるように水硬性粉体と混合する工程を有する、セメント系固化材の製造方法であり、前記多価アルコールＡＯ付加物水溶液の２５℃における粘度が２０〜１５０ｍＰａ・ｓであり、且つ２５℃における表面張力が３０〜５５ｄｙｎ／ｃｍであるセメント系固化材の製造方法に関する。

本発明によれば、散布時等の粉塵発生量が少なく、また、散布前の保存等による水和物の生成が少ないセメント系固化材が得られる。

本発明において、微粉末状の水硬性粉体に所定量の多価アルコールＡＯ付加物の水溶液を添加・混合することにより、固化材表面に多価アルコールＡＯ付加物が均等に濡れ広がることで、粉体同士が液体架橋により粗大粒子群を形成し、散布時の飛散を防止すると推定される。

この液体架橋の形成には、水単独によっても可能であるが、時間経過とともに液体架橋している水は、水硬性粉体の水和反応に使用されるために粉塵防止効果がなくなるとともに、水和物（固化物）を生成することから、水を添加する場合は、水和反応を抑制することが必要条件となる。

このような点から、本発明では、保水機能があるアルキレンオキサイドを付加した多価アルコールＡＯ付加物に着目し、これに水を配合した多価アルコールＡＯ付加物水溶液を用いた。また、多価アルコールのＡＯ付加物を用いることで、セメント固化材を製造するための水溶液の低温での保存安定性も優れる。

本発明でいう多価アルコールＡＯ付加物は、多価アルコールにアルキレンオキサイド（以下、ＡＯと表記する）を付加したものであり、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、プロピレングリコール及びポリエチレングリコール等のグリコール類は、本発明の多価アルコールＡＯ付加物に含まない。

本発明における多価アルコールＡＯ付加物におけるＡＯは、保水効果及び安価である点から、エチレンオキサイド及び／又はプロピレンオキサイドが好ましい。さらに多価アルコールとしては、グリセリン、ペンタエリスリトール、ソルビトール等が挙げられ、ＡＯによる保水効果が、モル等量（水のモル数に対するＡＯモル数の比例関係）で効果が現れるために、比較的分子量の小さい低級アルコールが好ましく、炭素数８以下のアルコールが好ましい。さらに安全性の観点からグリセリンが好ましい。セメント固化材中の水のモル数に対するＡＯモル数の比率は、水１モルに対してＡＯが０．４５モル以上が好ましい。

また、水硬性粉体の水和反応抑制の観点から、ＡＯの平均付加モル数は、２モル以上が好ましく、噴霧が容易な水溶液粘度を得る観点から２０モル以下が好ましい。したがってＡＯ平均付加モル数は、２〜２０モルが好ましく、保水効果の観点から２〜１０モルがより好ましい。

微粉末状の水硬性粉体に多価アルコールＡＯ付加物水溶液を均一に添加・混合させる方法としては、混合機で撹拌されている水硬性粉体に多価アルコールＡＯ付加物水溶液を噴霧するか、または別の粉体に予め多価アルコールＡＯ付加物の水溶液を混合しておき、その粉体と水硬性粉体とを均一に混合する等の方法があり、その作業は簡便である。

ここで、上記本発明において、危険物として取り扱われることを回避するため、すなわち引火点を有しない観点から、多価アルコールＡＯ付加物水溶液は１０重量％以上の水を含有することが必要であり、好ましくは１０〜４０重量％、より好ましくは１５〜３０重量％、さらに好ましくは１８〜２８重量％である。また配合する水を保水し、水硬性粉体と混合した際に直ちに水和物（固化物）を生成させない観点から、多価アルコールＡＯ付加物が必須成分となる。

また、多価アルコールＡＯ付加物の水硬性粉体に対する添加量は、多価アルコールＡＯ付加物の有効分で水硬性粉体１００重量部に対し０．５〜８重量部であり、好ましくは１〜５重量部、より好ましくは１．５〜４重量部、さらに好ましくは２〜３重量部である。０．５重量部以上では、水硬性粉体表面へ均一に塗れ広がることが容易となり液体架橋を形成しやすく、発塵を防止する効果が良好となる。また８重量部以下であると、粉体の湿り具合が適切となり粉体としての流動性が損なわれず、固化材の散布や土壌との均一な撹拌・混合が容易となる。

本発明において多価アルコールＡＯ付加物水溶液の２５℃における粘度は、２０〜１５０ｍＰａ・ｓ、更に２０〜１００ｍＰａ・ｓが好ましい。粘度が１５０ｍＰａ・ｓ以下で、水硬性粉体との混合時に噴霧が容易となり、また粘度が２０ｍＰａ・ｓ以上で、多価アルコールＡＯ付加物水溶液中の多価アルコールＡＯ付加物の濃度を高くでき、アルキレンオキサイドによる保水効果が十分に発揮される。この粘度は（株）東京計器製ＶＩＳＣＯＭＥＴＥＲ（ＢＭ型）により２４〜２６℃の条件で測定されたものである。

また本発明において多価アルコールＡＯ付加物水溶液の２５℃における表面張力は、３０〜５５ｄｙｎ／ｃｍが好ましい。表面張力が５５ｄｙｎ／ｃｍ以下で水硬性粉体への濡れ性が良好であり、容易に均一な液体架橋の形成が可能になる。また表面張力が３０ｄｙｎ／ｃｍ以上で、水溶液の発泡が抑えられる。この表面張力は日本油試験機工業（株）ＡＮ−５２６Ｐにより２４〜２６℃の条件で測定されたものである。

本発明では、多価アルコールＡＯ付加物水溶液を、上記範囲の粘度、表面張力となるように適宜調整して水硬性粉体と混合することができる。

セメント系固化材の飛散による発塵を抑制するには、前述してきたように、水硬性粉体表面に、液体が、「濡れる」、「広がる」ことが重要である。粉体表面への濡れ性は、液体の表面張力が支配し、また粉体表面での広がり性は、液体の粘度が支配する。どちらか片方の機能が欠けた場合、発塵を抑制することが困難となる傾向にある。この液体に水を用いれば、前述したように、時間経過とともに水硬性粉体と水が反応し、固化材としての役目を果たさなくなる。

本発明の多価アルコールＡＯ付加物の水溶液の使用は、多価アルコールＡＯ付加物の粘度を下げることができ、噴霧による固化材への均一な添加・混合が可能になる。

そのため、多価アルコールＡＯ付加物単体の使用時に比べて、発塵の抑制効果が著しく向上する。したがって水分量は重要であり、水溶液の粘度は、噴霧による「均一な添加・混合」の観点から重要である。

水溶液中の水は、多価アルコールＡＯ付加物による保水効果によって、水硬性粉体との水和反応が抑制されるために、ＡＯ付加は「固化物生成」の観点から重要である。

このような１０重量％以上の水含有する多価アルコールＡＯ付加物の水溶液は、水硬性粉体と混合して本発明のセメント系固化材の製造に用いられ粉塵防止剤とすることができる。

本発明の固化材は、多価アルコールＡＯ付加物と、水と、水硬性粉体とを含有するセメント系固化材であって、水硬性粉体１００重量部に対して、多価アルコールＡＯ付加物を０．５〜８重量部、好ましくは１〜５重量部、より好ましくは１．５〜４重量部、さらに好ましくは２〜３重量部であり、水を０．０５重量部以上、好ましくは０．０５〜４重量部、より好ましくは０．１〜３．５重量部、さらに好ましくは０．２〜３重量部含有する。このような比率となるように、多価アルコールＡＯ付加物水溶液の使用量を調整することが好ましい。

なお、本発明の固化材中、水硬性粉体の含有量は９９．４５〜８９．４重量％、更に９８．３〜９３．４重量％が好ましく、多価アルコールＡＯ付加物の含有量は０．５〜７．０重量％、更に１．５〜３．８重量％が好ましく、水の含有量は０．０５〜３．６重量％、更に０．２〜２．８重量％が好ましい。

本発明において対象となる水硬性粉体としては、地盤の土壌と混合すると土中の水分と反応固化し、地盤を強化するものであればどのようなものでもよい。例えば、各種ポルトランドセメント、各種混合セメント、アルミナセメント等の特殊セメントであり、これらにスラグ、ポゾラン、せっこう、石灰等を混入したセメント系固化材及び市販のセメント系固化材も対象となる。

本発明の固化材は、さらに、エチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、プロピレングリコール、ポリエチレングリコール及びグリセリンから選ばれた１種以上の化合物を含有することができる。これらは、多価アルコールＡＯ付加物水溶液中に０超〜４０重量％配合して用いることが好ましい。その場合、当該水溶液の２５℃における粘度を１００ｍＰａ・ｓ以下とすることで、さらに噴霧を容易にすることができる。少量で低粘度化効果のあるプロピレングリコール、安全性の観点から天然成分であるグリセリンが好ましい。

本発明の固化材は発塵抑制の観点から、ふるい目開き５００μｍのふるい試験でふるい残の量が７５重量％を超えることが好ましく、水和物生成の観点から、このふるい残を指でおしてふるいを通過させる操作を行った際に、ふるいを通過できない固化物の量が５重量％以下であることが好ましい。

（１）水硬性粉体
・普通セメント：住友大阪セメント製普通ポルトランドセメント（表中、普通Ｃと表記する）
・スラグ混合セメント：普通セメント（住友大阪セメント製普通ポルトランドセメント）／高炉スラグ＝８０／２０（重量比）の混合セメント（表中、混合Ｃと表記する）

（２）粉塵防止剤
表１、２の成分を用いて、固化材を製造する際に用いる粉塵防止剤を得た。

（３）低温保存安定性
固化材を製造する際に用いる粉塵防止剤である多価アルコールＡＯ付加物の水溶液５０ｍｌをサンプル管に入れ、５℃で２４時間保存後の外観を観察にて固化の有無を評価した。固化なしを○、固化ありを×とした。

（４）混合方法
水硬性粉体として普通セメント又はスラグ混合セメント５００ｇをモルタルミキサー（（株）ダルトン製万能混合撹拌機、５ＤＭ−０３−ｒ、低速６２ｒｐｍ）で撹拌しながら、表１、２に示す粉塵防止剤を所定量滴下し、滴下終了後８分間撹拌して、固化材を調製した。

（５）粉塵防止剤の粘度
表１、２に示す粉塵防止剤の２５℃における溶液粘度をＢ型粘度計で測定し、以下の基準で評価した。
２００ｍＰａ・ｓ超：×
１５０ｍＰａ・ｓ超２００ｍＰａ・ｓ以下：△
１００ｍＰａ・ｓ超１５０ｍＰａ・ｓ以下：○
２０ｍＰａ・ｓ超１００ｍＰａ・ｓ以下：◎

（６）粉塵防止剤の表面張力
表１、２に示す粉塵防止剤の２５℃における表面張力をデュヌーイ型表面張力計により測定し、以下の基準で評価した。
６０ｄｙｎ／ｃｍ超：×
５５ｄｙｎ／ｃｍ超６０ｄｙｎ／ｃｍ以下：△
４０ｄｙｎ／ｃｍ超５５ｄｙｎ／ｃｍ以下：○
３０ｄｙｎ／ｃｍ超４０ｄｙｎ／ｃｍ以下：◎

（７）粉塵防止剤の水分量
危険物の指標として、粉塵防止剤中の水分量を測定し、以下の基準で評価した。
１重量％未満：×
１重量％以上１０重量％未満：△
１０重量％以上１５重量％未満：○
１５重量％以上：◎

（８）発塵抑制性
得られた固化材を密封式のナイロン袋に全量移し、４８時間静置後、ふるい試験（ふるい目開き５００μｍ）を行い、ふるい残量（全固化材に対する重量％）を測定し、以下の基準で評価した。
５０重量％未満：×
５０重量％以上７５重量％未満：△
７５重量％以上８５重量％未満：○
８５重量％以上：◎

（９）水和物生成の確認
ふるい試験後、ふるい上に残っている固化材を指で軽く濾し、さらにふるい上に残る固化材量（全固化材に対する重量％）を測定し、以下の基準で評価した。
１０重量％未満：×
５重量％以上１０重量％未満：△
１重量％以上５重量％未満：○
１重量％未満：◎

表中、粉塵防止剤の添加量は、水硬性粉体１００重量部に対する重量部である。また、ＥＯｐはエチレンオキサイドの平均付加モル数を意味する。

Claims (5)

1. 多価アルコールのアルキレンオキサイド付加物（以下、多価アルコールＡＯ付加物という）と、水と、水硬性粉体とを含有するセメント系固化材であって、水硬性粉体１００重量部に対して、多価アルコールＡＯ付加物を０．５〜８重量部、水を０．０５〜４重量部含有するセメント系固化材。
2. 多価アルコールＡＯ付加物がグリセリンのエチレンオキサイド及び／又はプロピレンオキサイドの付加物である請求項１記載のセメント系固化材。
3. 多価アルコールＡＯ付加物のアルキレンオキサイドの平均付加モル数が２〜２０である請求項１又は２記載のセメント系固化材。
4. 水硬性粉体と混合して請求項１〜３いずれか記載のセメント系固化材の製造に用いられる、１０重量％以上の水を含有する、多価アルコールのアルキレンオキサイド付加物水溶液からなる粉塵防止剤。
5. 多価アルコールのアルキレンオキサイド付加物（以下、多価アルコールＡＯ付加物という）を５０〜９０重量％含有する多価アルコールＡＯ付加物水溶液を、水硬性粉体１００重量部に対して、多価アルコールＡＯ付加物が０．５〜８重量部、水が０．０５〜４重量部となるように水硬性粉体と混合する工程を有する、セメント系固化材の製造方法であり、前記多価アルコールＡＯ付加物水溶液の２５℃における粘度が２０〜１５０ｍＰａ・ｓであり、且つ２５℃における表面張力が３０〜５５ｄｙｎ／ｃｍであるセメント系固化材の製造方法。