JP5806079B2

JP5806079B2 - セメント急結剤、セメント組成物、および吹付け工法

Info

Publication number: JP5806079B2
Application number: JP2011231830A
Authority: JP
Inventors: 啓史原; 貴光室川; 三島　俊一; 俊一三島
Original assignee: Denki Kagaku Kogyo KK
Current assignee: Denka Co Ltd
Priority date: 2011-10-21
Filing date: 2011-10-21
Publication date: 2015-11-10
Anticipated expiration: 2031-10-21
Also published as: JP2013087041A

Description

本発明は、主に、土木・建築業界で使用される吹付け材料およびそれを用いた吹付け工法に関する。

トンネル掘削等の露出した地山の崩落を防止するために、急結剤をコンクリートに配合した急結コンクリートの吹付工法が行われている（特許文献１参照）。この工法は、通常、掘削工事現場に設置したセメント、骨材、および水の計量混合プラントで吹付コンクリートを調製し、アジテータ車で運搬し、コンクリートポンプで圧送し、途中に設けた合流管で、他方から圧送した急結剤と混合し、急結性吹付コンクリートとして地山面に所定の厚みになるまで吹付ける工法である。

急結剤としては、カルシウムアルミネート、アルカリ金属アルミン酸塩とアルカリ金属炭酸塩等との混合物、ならびに、カルシウムアルミネート、アルカリ金属アルミン酸塩、およびアルカリ金属炭酸塩等の混合物や、カルシウムアルミネートと３ＣａＯ・ＳｉＯ_２との混合物等が知られている（特許文献２〜５参照）。

これらの急結剤は、セメントの凝結を促進させる働きがあり、いずれもセメントコンクリートと混合して地山面に吹付けられる。
しかしながら、これらの急結剤は低温および高温領域において凝結性状が悪化し、コンクリートが剥落するという課題があった。

特公昭６０−００４１４９号公報特開昭６４−０５１３５１号公報特公昭５６−０２７４５７号公報特開昭６１−０２６５３８号公報特開昭６３−２１００５０号公報

本発明は、低温および高温領域の凝結性状が安定化し、従来の急結剤に比べ、凝結速度および初期強度発現性の温度依存性を小さくすることが出来るセメント急結剤、セメント組成物、それらを用いた吹付け工法を提供する。

すなわち、本発明は、（１）カルシウムアルミネート、セッコウ、トロナ灰、およびアルカリ金属アルミン酸塩を含有してなり、トロナ灰の粒度がブレーン比表面積３，０００ｃｍ ^２ /ｇ以上であるセメント急結剤、（２）カルシウムアルミネート１００質量部に対して、セッコウ５０〜２００質量部、トロナ灰３〜２０質量部、およびアルカリ金属アルミン酸塩３〜２０質量部である（１）のセメント急結剤、（３）セメントと、（１）または（２）のセメント急結剤を含有してなり、セメント急結剤がセメント１００質量部に対して３〜２０質量部であるセメント組成物、（４）（３）のセメント組成物を１５℃以下の環境で用いてなる吹付け工法、である。

本発明のセメント急結剤およびセメント組成物を用いることにより、低温および高温領域の凝結性状が安定化し、従来の急結剤に比べ、凝結速度および初期強度発現性の温度依存性を小さくすることが出来る。

以下、本発明を詳細に説明する。
本発明で使用する部、％は、特に規定しない限り質量基準である。
また、本発明で云うコンクリートとは、セメントペースト、セメントモルタル、セメントコンクリートを総称するものである。

本発明で使用するカルシウムアルミネートとは、カルシアを含む原料と、アルミナを含む原料等を混合して、キルンでの焼成や、電気炉での溶融等の熱処理をして得られる、ＣａＯとＡｌ_２Ｏ_３とを主たる成分とし、水和活性を有する物質の総称であり、ＣａＯやＡｌ_２Ｏ_３の一部が、アルカリ金属酸化物、アルカリ土類金属酸化物、酸化ケイ素、酸化チタン、酸化鉄、アルカリ金属ハロゲン化物、アルカリ土類金属ハロゲン化物、アルカリ金属硫酸塩、およびアルカリ土類金属硫酸塩等と置換した化合物、あるいは、ＣａＯとＡｌ_２Ｏ_３とを主成分とするものに、これらが少量固溶した物質である。
鉱物形態としては、結晶質、非晶質いずれであっても使用可能である。これらの中では、反応活性の面で、非晶質のカルシウムアルミネートが好ましく、１２ＣａＯ・７Ａｌ_２Ｏ_３（以下、Ｃ_１２Ａ_７という）組成に対応する熱処理物を急冷した非晶質のカルシウムアルミネートがより好ましい。

カルシウムアルミネートの粒度は、急結性や初期強度発現性の面で、ブレーン比表面積（以下、ブレーン値という）３，０００ｃｍ^２／ｇ以上が好ましく、５，０００ｃｍ^２／ｇ以上がより好ましい。３，０００ｃｍ^２／ｇ未満では、急結剤と吹付けセメントコンクリートを混合した急結性吹付けセメントコンクリートの急結性や初期強度発現性が低下する場合がある。

本発明で使用するセッコウとは、急結性吹付けセメントコンクリートの凝結性や強度発現性を向上するために混合するものである。
セッコウとしては、無水セッコウ、半水セッコウ、および二水セッコウが使用可能である。これらの中では、凝結性や強度発現性の面で無水セッコウの使用が好ましい。

セッコウの粒度は、通常、セメントなどに使用される程度でよいが、急結性吹付けセメントコンクリートの急結性や初期強度発現性の面で、ブレーン値３，０００ｃｍ^２／ｇ以上が好ましい。
セッコウの使用量は、カルシウムアルミネート１００部に対して、５０〜２００部が好ましく、５０〜１５０部がより好ましい。５０部未満では急結性吹付けセメントコンクリートの施工性や凝結性が低下して、長期強度発現性を促進しにくい場合があり、２００部を超えると初期凝結が遅れ、初期強度発現性が低下する場合がある。

本発明で使用するアルカリ金属アルミン酸塩（以下、アルミン酸塩という）とは、セメントの初期凝結を促進するものであり、例えば、水酸化アルミニウムとアルカリ金属水酸化物を混合溶解し、乾燥し、粉末状として得られるものである。
アルミン酸塩としては、アルミン酸ナトリウム、アルミン酸カリウム、およびアルミン酸リチウムなどが挙げられ、これらの一種又は二種以上を使用することが可能である。これらの中では、急結性吹付けセメントコンクリートの凝結性や初期強度発現性の面で、アルミン酸ナトリウムの使用が好ましい。

アルミン酸塩の使用量は、カルシウムアルミネート１００部対して、３〜２０部が好ましく、５〜１０部がより好ましい。３部未満では初期凝結が遅れ、初期強度発現性が低下する場合があり、２０部を超えると、急結性吹付けセメントコンクリートの施工性や長期強度発現性が低下する場合がある。

本発明で使用するトロナ灰とは、セメントの低温および高温領域における凝結性状の安定化を図れ、従来の急結剤よりも凝結速度および初期強度発現性の温度依存性を低減できるものであり、炭酸ナトリウム、炭酸水素ナトリウム、および水からなるＮａ_２（ＣＯ_３）・ＮａＨＣＯ_３・２Ｈ_２Ｏの組成をもつ天然の複塩を粉砕し、粉末状として得られるものである。
トロナ灰の粒度は、急結性や強度発現性の面で、ブレーン値３，０００ｃｍ^２/ｇ以上が好ましい。

トロナ灰の使用量は、カルシウムアルミネート１００部に対して、３〜２０部が好ましく、５〜１０部がより好ましい。３部未満では急結性吹付けセメントコンクリートの初期凝結が遅れ、初期強度発現性が低下する場合があり、２０部を超えると、施工性や長期強度発現性が低下する場合がある。

本発明のセメント急結剤の使用量は、セメント１００部に対して、３〜２０部が好ましく、５〜１５部がより好ましく、７〜１０部が最も好ましい。３部未満では急結性吹付けセメントコンクリートの初期凝結を促進しにくい場合があり、２０部を超えると長期強度発現性を阻害する場合がある。

ここでセメントとは、通常市販されている普通、早強、中庸熱、および超早強などの各種ポルトランドセメントや、これら各種ポルトランドセメントにフライアッシュや高炉スラグなどを混合した各種混合セメントなどが挙げられ、これらを微粉末化して使用することも可能である。

本発明で使用するセメントコンクリートは、セメントと骨材とを含有するものである。ここで、骨材としては、吸水率が低くて、骨材強度が高いものが好ましい。骨材の最大寸法は、吹付けできれば特に限定されるものではない。
細骨材としては、川砂、山砂、石灰砂、および珪砂などが使用可能であり、粗骨材としては、川砂利、山砂利、および石灰砂利などが使用可能である。

セメントコンクリートに使用する水の量は、強度発現性の面から３５％以上が好ましく、４０〜５５％がより好ましい。３５％未満ではセメントコンクリートを充分混合できない場合がある。

湿式吹付け工法としては、例えば、セメント、細骨材、粗骨材、および水を加えて混練し、空気圧送し、途中にＹ字管を設け、その一方から急結剤供給装置により圧送した急結剤を合流混合して急結性湿式吹付けコンクリートとしたものを吹付ける方法が挙げられる。

また、急結剤を圧送する圧送空気の圧力は、セメントコンクリートが急結剤の圧送管内に混入した時に圧送管内が閉塞しないように、セメントコンクリートの圧送圧力より０．０１〜０．３ＭＰａ大きいことが好ましい。

以下、実施例に基づき本発明を詳細に説明する。

「実験例１」
カルシウムアルミネート１００部、ならびに、カルシウムアルミネート１００部に対して表１に示す量のセッコウ、アルミン酸塩、およびトロナ灰からなるセメント急結剤を調製した。
また、砂／セメント比＝３、水／セメント比＝５３％のモルタルを調製し、そのセメント１００部に対して、急結剤を７部添加し、急結性モルタルとし、その凝結時間を、さらに、圧縮強度を測定した。測定は２０℃の恒温室内で行った。結果を表１に併記する。

＜使用材料＞
セメント：普通ポルトランドセメント、市販品、ブレーン値３，２００ｃｍ^２／ｇ、比重３．１６
細骨材：新潟県糸魚川市姫川産川砂、表乾状態、比重２．６２
カルシウムアルミネート：Ｃ_１２Ａ_７組成に対応するもの、非晶質、ブレーン値６，５００ｃｍ^２／ｇ
セッコウ：市販無水セッコウ粉砕品、ブレーン値５，９００ｃｍ^２／ｇ
アルミン酸塩：アルミン酸ナトリウム、市販品、強熱減量２．１％、９０％粒子径０．２ｍｍ
トロナ灰：炭酸ナトリウム、炭酸水素ナトリウム、水からなる複塩、市販品、ブレーン値４，５００ｃｍ^２／ｇ

＜測定方法＞
凝結時間：急結性モルタルを土木学会基準「吹付けコンクリート用急結剤品質規格（ＪＳＣＥＤ−１０２）」に準じて測定
圧縮強度：急結性モルタルをＪＩＳＲ５２０１に準じて測定

「実験例２」
カルシウムアルミネート１００部、ならびに、カルシウムアルミネート１００部に対してセッコウ５０部、アルミン酸塩１０部、およびトロナ灰１０部からなるセメント急結剤を調製し、セメント急結剤をセメント１００部に対して表２に示す使用量で変化させた以外は実験例１と同様に行った。結果を表２に併記する。

「実験例３」
カルシウムアルミネート１００部、ならびに、カルシウムアルミネート１００部に対してセッコウ５０部、アルミン酸塩１０部、およびトロナ灰１０部からなるセメント急結剤を調製し、セメント急結剤をセメント１００部に対し７部添加し、恒温室の温度を表３に示す範囲で変化させた以外は実験例１と同様に行った。比較例としてトロナ灰ではなく、炭酸ナトリウム（市販品、ブレーン値４，５００ｃｍ^２／ｇ）を代わりに用いた従来のセメント急結剤の測定結果を表３に併記する。

本発明のセメント急結剤、セメント組成物、それらを用いた吹付け工法を用いることにより、低温および恒温領域の凝結性状が安定化し、従来の急結剤に比べ、凝結速度および初期強度発現性の温度依存性を小さくすることが出来るので、土木、建築の分野などで広範に使用することが可能となる。

Claims

カルシウムアルミネート、セッコウ、トロナ灰、およびアルカリ金属アルミン酸塩を含有してなり、トロナ灰の粒度がブレーン比表面積３，０００ｃｍ ^２ /ｇ以上であるセメント急結剤。
カルシウムアルミネート１００質量部に対して、セッコウ５０〜２００質量部、トロナ灰３〜２０質量部、およびアルカリ金属アルミン酸塩３〜２０質量部である請求項１に記載のセメント急結剤。
セメントと、請求項１または２に記載のセメント急結剤を含有してなり、セメント急結剤がセメント１００質量部に対して３〜２０質量部であるセメント組成物。
請求項３記載のセメント組成物を１５℃以下の環境で用いてなる吹付け工法。