JP5475224B2 - セメント系固化材の製造方法 - 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が散布時に飛散するため、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、土壌固化材にセメント系固化材の硬化反応に寄与しない液体としてアルコール系化合物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、濃度５〜７０重量％のアルコール系化合物の水溶液をセメント系固化材に対して１〜１０重量％均一に添加、混合した無粉塵固化材が開示されている。
特開平６−１２８５６７号公報 特開平６−８７６４３号公報 特許３０９０３０１号公報

特許文献１及び特許文献２で用いられている脂肪族多価アルコールは、消防法に定める危険物であるために取扱い上の制約があり、さらに粘性が高いために噴霧等による水硬性粉体との混合が困難である。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十分でない等の課題がある。これらの問題を解決するために特許文献３では５〜７０重量％のアルコール系化合物の水溶液を用いているが、散布前の貯蔵等により固化材を用いた硬化体の強度が低下することがある。

さらに散布前の貯蔵の際は、必ずしも恒温（温度が一定に保たれた）条件で保管されるわけではないため、低温から高温における貯蔵安定性が求められる。

本発明の課題は、散布時等の粉塵発生量が少なく、また、貯蔵安定性が良好なセメント系固化材が得られる製造方法を提供することである。

本発明は、アルキレンオキサイド平均付加モル数が５〜４０モルである炭素数１〜６の１価アルコールのアルキレンオキサイド付加物（Ａ）と（Ａ）以外のアルコール系化合物（Ｂ）とを合計で７２〜８５重量％の濃度で含有する水溶液と、水硬性粉体とを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って、かつ下記要件１〜２を全て満足するセメント系固化材の製造方法に関する。
要件１：前記水溶液における前記（Ａ）と前記（Ｂ）の重量比が（Ｂ）／（Ａ）で０／１００〜７０／３０である。
要件２：前記固化材中、水硬性粉体１００重量部に対して、前記（Ａ）が０．３〜７重量部、前記（Ｂ）が０〜４．９重量部、水が０．３〜２．８重量部、前記（Ａ）と前記（Ｂ）の合計が１〜７重量部である。

また、本発明は、アルキレンオキサイド平均付加モル数が５〜４０モルである低級アルコールのアルキレンオキサイド付加物（Ａ）と、（Ａ）以外のアルコール系化合物（Ｂ）とを含有し、（Ｂ）／（Ａ）の重量比が０／１００〜７０／３０である、セメント系固化材用粉塵防止剤に関する。

以下、アルキレンオキサイド平均付加モル数が５〜４０モルである低級アルコールのアルキレンオキサイド付加物（Ａ）を（Ａ）成分、（Ａ）成分以外のアルコール系化合物（Ｂ）を（Ｂ）成分として説明する。

本発明によれば、散布時等の粉塵発生量が少なく、また、貯蔵安定性が良好なセメント系固化材が得られる製造方法が提供される。

本発明において、水硬性粉体に所定量の（Ａ）成分を含有する水溶液を添加、混合することにより、水硬性粉体表面に（Ａ）成分が均等に濡れ広がることで、湿潤した水硬性粉体同士が粗大粒子群を形成し、散布時の前記粉体の飛散を防止すると推定される。

粉体の湿潤には、水単独によっても可能であるが、時間経過（貯蔵時）により水は、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、水硬性粉体の水和物を生成することから、固化材に水を加えて硬化体を製造する際に、前記水和生成物が不均一に分布し、得られる硬化体の強度が低下する。よって、粉塵防止を目的に水を添加する場合は、貯蔵時の水和反応を抑制することが必要条件である。また、これらの観点から添加する水は少ない方が望ましい。

本発明者は、（Ａ）成分を水硬性粉体に対して特定量用いることで、固化材の優れた粉塵抑制効果と、水と水硬性粉体との水和反応の抑制、高温保存における粉塵防止性の持続ができることを見出し、本発明を完成した。

本発明に用いられる水溶液は、危険物として取り扱われることを回避するため、すなわち危険物としての取扱い（引火点の有無）の観点から、（Ａ）成分と（Ｂ）成分の合計濃度が８５重量％以下であり、水和反応抑制の観点から、（Ａ）成分と（Ｂ）成分の合計濃度が７２重量％以上である。したがって危険物としての取扱い（引火点の有無）及び水和反応抑制の観点から、当該水溶液中の（Ａ）成分と（Ｂ）成分の合計濃度が７２〜８５重量％、好ましくは７３〜８０重量％、より好ましくは７４〜７８重量％である。

（Ａ）成分を構成する炭素数１〜６の１価アルコールは、取り扱い性、濡れ広がり性の観点から、好ましくは炭素数１〜３の１価アルコールであり、より好ましくはメタノールである。また、該アルコールに付加するアルキレンオキサイドは、炭素数２〜４のアルキレンオキサイドが挙げられ、貯蔵安定性の観点から、好ましくは炭素数２〜３、より好ましくはエチレンオキサイドである。

本発明に用いられる（Ａ）成分は、アルキレンオキサイド平均付加モル数が５〜４０モルである。このアルキレンオキサイド平均付加モル数は、例えばＮＭＲにより測定できる。（Ａ）成分は、水和反応抑制からアルキレンオキサイド平均付加モル数は５以上であり、固化や粘度増加の観点からアルキレンオキサイド平均付加モル数は４０以下である。したがって水和反応抑制及び凝固や粘度増加の観点から５〜４０、好ましくは５〜２５、より好ましくは７〜２０、さらに好ましくは８〜１５である。（Ａ）成分は、２種以上の混合物でもよい。

また、本発明に用いられる（Ｂ）成分としては、分子量６２〜２０００のポリオールが挙げられ、２〜６価のポリオールが好ましく、２〜３価のポリオールがより好ましい。（Ｂ）成分としては、ジエチレングリコール、ポリエチレングリコール、及びグリセリンから選ばれる１種又は２種以上が好ましい。ポリエチレングリコールは、重量平均分子量が１５０〜１０００であることが好ましい。（Ｂ）成分は、２種以上の混合物でもよい。（Ｂ）成分は、本発明に用いられる水溶液の凝固点を降下させるとともに、低温での貯蔵安定性を更に向上させる観点から好ましい。

本発明に用いられる水溶液では、（Ａ）成分と（Ｂ）成分の重量比が、水和反応抑制の観点から（Ｂ）／（Ａ）で０／１００以上であり、凝固や粘度増加の観点から、７０／３０以下である。したがって水和反応抑制及び凝固や粘度増加の観点から、（Ｂ）／（Ａ）の重量比が０／１００〜７０／３０、好ましくは２０／８０〜６５／３５、より好ましくは３０／７０〜６０／４０である（要件１）。

また、本発明に用いられる水溶液は、前記要件１、２を満たすことから、水溶液中の水と（Ａ）成分との重量比は、水／（Ａ）で、水和反応抑制の観点から５６／４４以下であり、凝固や粘度増加の観点から、１５／８５以上である。したがって、水和反応抑制及び凝固や粘度増加の観点から、水溶液中の水と（Ａ）成分の重量比は、水／（Ａ）で１５／８５〜５６／４４、好ましくは２０／８０〜４７／５３、より好ましくは３０／７０〜４５／５５である。

本発明の製造方法において、水硬性粉体に、本発明に係る所定の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当該水溶液を噴霧する方法、混合機で撹拌されている水硬性粉体に当該水溶液を滴下する方法、別の粉体に予め当該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挙げられる。

本発明に用いられる水溶液は、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、所定量の水を含有することが必要であり、該水溶液中の水の量は好ましくは１５〜２８重量％、より好ましくは１８〜２７重量％、さらに好ましくは２０〜２６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を生成させない観点から、前述の通り、該水溶液における水／（Ａ）の重量比は５６／４４以下が好ましい。

本発明に用いられる水溶液の水硬性粉体に対する添加量は、水硬性粉体１００重量部に対して、（Ａ）成分が１〜７重量部、好ましくは１．５〜６重量部、より好ましくは２〜５重量部、さらに好ましくは２．５〜４重量部である。また、本発明に用いられる水溶液の水硬性粉体に対する添加量は、水硬性粉体１００重量部に対して、（Ａ）成分と（Ｂ）成分の合計で、１〜７重量部、好ましくは１．５〜６重量部、より好ましくは２〜５重量部、さらに好ましくは２．５〜４重量部である。これらの何れの添加量においても、１重量部以上では、水硬性粉体表面へ均一に濡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７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。

本発明に用いられる水溶液の２５℃における粘度は、噴霧のし易さの観点から２０〜１５０ｍＰａ・ｓが好ましく、さらに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等が容易となる傾向があり、また粘度が２０ｍＰａ・ｓ以上で、水溶液中の（Ａ）成分、（Ｂ）成分の濃度を高くでき、水和反応抑制効果が発揮され易くなる。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。

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」、「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、また粉体表面での濡れ広がり性は、液体の粘度が支配する。発塵抑制効果の観点から、液体が、濡れると広がるの両方の機能を有することが好ましい。この液体に水のみを用いれば、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。

（Ａ）成分と（Ｂ）成分とを所定の条件で含有する本発明に係る水溶液の使用は、水を添加しないで使用する場合に比べて、（Ａ）成分と（Ｂ）成分の混合物の粘度を下げることができ、噴霧等による固化材への均一な添加、混合が可能になり、発塵の抑制効果が著しく向上する。したがって水溶液中の水の含有量は重要であり、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。

本発明に用いられる水溶液中の水は、引火点を有さない点、粘度を下げ水硬性粉体との混合性を良好にする点で重要であり、（Ａ）成分の保水効果によって貯蔵時における水硬性粉体と水との反応（水和反応）が抑制される。

さらに、本発明は、アルキレンオキサイド平均付加モル数が５〜４０モルである低級アルコールのアルキレンオキサイド付加物（Ａ）と、（Ａ）以外のアルコール系化合物（Ｂ）とを含有し、（Ｂ）／（Ａ）の重量比が０／１００〜７０／３０である、セメント系固化材用粉塵防止剤を提供する。該粉塵防止剤は、（Ａ）成分と（Ｂ）成分とを合計で７２〜８５重量％含有する水溶液からなることが好ましい。このような粉塵防止剤における（Ａ）成分、（Ｂ）成分及び水の比率や含有量、（Ａ）成分のアルキレンオキサイド平均付加モル数等は前記と同じであればよい。

本発明の製造方法により得られる固化材は、（Ａ）成分と、（Ｂ）成分と、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、これらの比率は、水硬性粉体１００重量部に対して、（Ａ）成分が０．３〜７重量部、（Ｂ）成分が０〜４．９重量部、水が０．３〜２．８重量部、（Ａ）成分と（Ｂ）成分の合計が１〜７重量部である（要件２）。好ましくは（Ａ）成分が０．５〜４．２重量部、（Ｂ）成分が０〜４．２重量部、水が０．５〜２．３重量部である。より好ましくは（Ａ）成分が０．８〜３．５重量部、（Ｂ）成分が０〜３．５重量部、水が０．８〜１．９重量部である。さらに好ましくは（Ａ）成分が３〜５重量部、（Ｂ）成分が０〜２．８重量部、水が１．０〜１．６重量部である。なお、（Ｂ）成分を用いる場合、水硬性粉体１００重量部に対する（Ｂ）成分の下限値は、好ましくは０．０７重量部以上、より好ましくは０．３重量部以上、さらに好ましくは０．５重量部以上、よりさらに好ましくは０．５重量部以上である。また、固化材における（Ａ）成分と（Ｂ）成分の合計は、水硬性粉体１００重量部に対して、好ましくは１．５〜６重量部、より好ましくは２〜５重量部、さらに好ましくは２．５〜４重量部である。このような比率となるように、（Ａ）成分と（Ｂ）成分とを含有する水溶液の使用量を調整することが好ましい。

なお、本発明に係る固化材中、水硬性粉体の含有量は９０．３〜９８．６重量％、さらに９４．４〜９６．５重量％が好ましく、（Ａ）成分と（Ｂ）成分の合計含有量は１．０〜７．０重量％、さらに２．５〜４．０重量％が好ましく、水の含有量は０．４〜２．７重量％、さらに１．０〜１．６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。これらは微粉末状の粉体が好ましい。

本発明に係る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％以上が好ましく、水和物生成の観点から、このふるい残を人差し指で押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水和物の量が１重量％未満であることが好ましい。なお、ふるい残を人差し指で押す力は、同様の力で天秤の皿を押して測定したところ、指の接触面は直径約１ｃｍの円であり、天秤の目盛りは５００ｇである。

（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

（２）粉塵防止剤
表１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）粉塵防止剤の粘度
表１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。数字が低いほど、噴霧による添加が容易である。
２００ｍＰａ・ｓ超：×
１５０ｍＰａ・ｓ超２００ｍＰａ・ｓ以下：△
１００ｍＰａ・ｓ超１５０ｍＰａ・ｓ以下：○
２０ｍＰａ・ｓ超１００ｍＰａ・ｓ以下：◎

（４）粉塵防止剤の引火点
危険物の指標として、粉塵防止剤の引火点の有無を測定し、以下の基準で評価した。
引火点あり：×
引火点なし：○

（５）固化材の製造
水硬性粉体として普通セメント１０００ｇ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に示す粉塵防止剤（低級アルコールのアルキレンオキサイド付加物とアルコール系化合物水溶液等）を所定量滴下し、滴下終了後６分間撹拌して、固化材を調製した。なお、水硬性粉体及び粉塵防止剤は２０℃に調整したものを用いて混合した。

（６）固化材の発塵抑制性
（５）で得られた固化材（混合温度が２０℃のもの）を密封式のナイロン袋に全量移し、１、３、７、１４日静置後、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。また貯蔵温度は、０℃、２０℃、４０℃の３水準で貯蔵した。
７５重量％未満：×
７５重量％以上８５重量％未満：○
８５重量％以上：◎

（７）固化材の水和物生成の確認
前記発塵抑制性におけるふるい試験の１４日静置後のものについて、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：×
１重量％以上１０重量％未満：△
１重量％未満：○

表中、ＡＯはアルキレンオキサイドの略である。また、粉塵防止剤の添加量は、固化材中の重量％である。また、ＤＥＧはジエチレングリコール、ＰＥＧ（６００）は重量平均分子量６００のポリエチレングリコールを、ＭＥＰＥＧは、メタノールエチレンオキサイド付加物を意味する。

Claims (5)

1. アルキレンオキサイド平均付加モル数が５〜４０モルである炭素数１〜６の１価アルコールのアルキレンオキサイド付加物（Ａ）と（Ａ）以外のアルコール系化合物（Ｂ）とを合計で７２〜８５重量％の濃度で含有する水溶液と、水硬性粉体とを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って、かつ下記要件１〜２を全て満足するセメント系固化材の製造方法。
   要件１：前記水溶液における前記（Ａ）と前記（Ｂ）の重量比が（Ｂ）／（Ａ）で０／１００〜７０／３０である。
   要件２：前記固化材中、水硬性粉体１００重量部に対して、前記（Ａ）が０．３〜７重量部、前記（Ｂ）が０〜４．９重量部、水が０．３〜２．８重量部、前記（Ａ）と前記（Ｂ）の合計が１〜７重量部である。
2. 前記（Ａ）が、メタノールのエチレンオキサイド付加物である請求項１記載のセメント系固化材の製造方法。
3. 前記（Ｂ）が、ジエチレングリコール、ポリエチレングリコール、及びグリセリンから選ばれる１種又は２種以上である請求項１又は２記載のセメント系固化材の製造方法。
4. アルキレンオキサイド平均付加モル数が５〜４０モルである炭素数１〜６の１価アルコールのアルキレンオキサイド付加物（Ａ）と、（Ａ）以外のアルコール系化合物（Ｂ）とを含有し、（Ｂ）／（Ａ）の重量比が０／１００〜７０／３０であり、前記（Ａ）と前記（Ｂ）とを合計で７２〜８５重量％含有する水溶液からなる、セメント系固化材用粉塵防止剤。
5. 前記水溶液中の水の量が１５〜２８重量％である、請求項４記載のセメント系固化材用粉塵防止剤。