JP6122647B2 - 液体急結剤、それを用いたセメント組成物および吹付け工法 - Google Patents
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Description
この工法は、通常、掘削工事現場に設置した計量混合プラントで、セメント、骨材、及び水を計量混合して吹付け用の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された急結剤と混合して急結性吹付けコンクリートとし、地山面に所定の厚さになるまで吹付ける工法である。
硫酸アルミニウムの水に対する溶解度は、20℃で27%であり、共存する溶質や液温によって変動するが、溶解度以上の硫酸アルミニウムを含有する液体急結剤は、貯蔵安定性が悪く、製造直後の性状を保持することが難しい。液中に析出物が生成したり、液がゲル化したり、懸濁粒子が沈降したりした状態の液体急結剤を使用すると、ポンプが閉塞したり、コンクリートとの混合性が悪くなり、優れた性状が得られなかったりする場合があった。また、溶解度は液温によって変動するため、この貯蔵性の問題は、貯蔵する温度に依存し、高温または低温で貯蔵すると、より顕著に現れる場合があった。
急結剤をセメント組成物に添加すると、流動性が急速に低下するため、急結剤とセメント組成物が十分に混合しない場合があるが、分散剤を併用することで、流動性が高まり、急結剤とセメント組成物の混合性が良好になる(特許文献7)。
また、硫酸アルミニウム、亜硫酸塩類、分散剤を含有してなるセメント混和材は知られているが、ここで言う分散剤とはポリカルボン酸系であり、本発明とは異なる(特許文献8)。また、既存の報告の硫酸アルミニウムの形態は、粉状あるいは水溶液状であるため、懸濁液のような高濃度の硫酸アルミニウムの液体に関する検討はなされていない。
なお、本発明でいうコンクリートとは、セメントペースト、モルタル、およびセメントコンクリートの総称である。
なお、本発明で言う部や%は、特に規定のない限り質量基準である。
液体急結剤の硫酸アルミニウムの濃度は、30〜50%が好ましく、33〜40%がより好ましい。30%未満ではコンクリートと混合した際に、優れた急結性が得られない場合があり、50%を超えると液の貯蔵安定性が損なわれたり、長期強度発現性を阻害したりする場合がある。
ポリオール系分散剤は、液体急結剤が懸濁状である場合に、不溶性粒子の凝集や沈降を抑え、分散性を向上させる。液体急結剤のポリオール系分散剤の濃度は、0.01〜5%が好ましく、0.1〜3%がより好ましい。0.01%未満では液の貯蔵安定性が損なわれる場合があり、5%以上ではコンクリートと混合した際に、強度発現性を阻害する場合がある。
本発明の液体急結剤の貯蔵安定性を、分離度で評価すると、10%以下が好ましく、5%以下がより好ましい。なお、ここで言う分離度とは、懸濁粒子が沈降して生じる上澄み液の、液全体に対する体積割合のことであり、分離度が極めて少ないことを、液が均一であると言う。
本発明の液体急結剤は、−10〜40℃において体積割合で液の90%以上が懸濁しているものであり、この温度範囲で分離度が極めて少なく液が均一である。−10℃未満では液が凝固する場合があり、40℃を超えると分離度が大きくなる場合がある。
フッ素化合物としては、フッ化水素、フッ化リチウム、フッ化ナトリウム、フッ化マグネシウム、フッ化カリウム、フッ化アルミニウム、フッ化亜鉛、フッ化アンモニウム、フッ化水素カリウム、三フッ化ホウ素、六フッ化アルミニウムナトリウム、六フッ化アルミニウムカリウム、ケイフッ化水素、ケイフッ化ナトリウム、ケイフッ化マグネシウム、ケイフッ化カリウム、ケイフッ化亜鉛、ケイフッ化アンモニウム等が挙げられ、これらのうち1種または2種以上が使用可能である。この中では、凝結性状が優れるという点で、六フッ化アルミニウムナトリウムが好ましい。
液体急結剤のフッ素化合物の濃度は、0.1〜10%が好ましく、0.3〜8%がより好ましい。0.1%未満では凝結性状や初期強度発現性の向上が小さい場合があり、10%を超えると貯蔵安定性が低下したり、長期強度発現性を阻害したりする場合がある。
アルコールアミン類とは、アミノ基とヒドロキシル基の両方を有する有機化合物の総称である。アルコールアミン類としては、エタノールアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン、N−メチルエタノールアミン等が挙げられ、これらのうち1種または2種以上が使用可能である。この中では、凝結性状が優れるという点で、ジエタノールアミンが好ましい。
液体急結剤のアルコールアミン類の濃度は0.1〜5%が好ましく、0.5〜3%がより好ましい。0.1%未満では凝結性状や初期強度発現性の向上が小さい場合があり、5%を超えると貯蔵安定性が損なわれたり、長期強度発現性を阻害したりする場合がある。
細骨材としては、川砂、山砂、石灰砂、及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、及び石灰砂利などが使用可能である。
硫酸アルミニウムとポリオール系分散剤を、表1に示す濃度になるように添加し、1時間攪拌することで、種々の液体急結剤を調製した。また、攪拌後、液を静置し、液の分離度を評価した。結果を表1に併記する。なお、比較例として、ポリオール系分散剤を添加しない硫酸アルミニウム25%水溶液と30%懸濁液も評価した。
硫酸アルミニウム:硫酸アルミニウム14水和物、粉末、市販品
ポリオール系分散剤A:BASFジャパン社製、商品名「ポゾリスNo.70L」、高変性ポリオール複合体
ポリオール系分散剤B:日本シーカ社製、商品名「プラストクリート30N」、変性ポリオールとポリカルボン酸系化合物
試験環境温度:20℃に設定。
分離度:液全体に対する懸濁相の体積割合をメスシリンダーで評価。分離度とは、懸濁粒子が沈降して生じる上澄み液の、液全体に対する体積割合。
実験例1と同様の方法で、促進剤の濃度が表2に示す通り、硫酸アルミニウム濃度が35%、ポリオール系分散剤濃度が1%となるような液体急結剤を調製した。また、実験例1と同様に、分離度を評価した。結果を表2に併記する。
促進剤ア:六フッ化アルミニウムナトリウム(ア)、市販品
促進剤イ:ジエタノールアミン(イ)、市販品
表3に示すように、実験例1、実験例2で示した配合の液体急結剤を調製した。また、調製後の液を、−10、20、40℃の温度で、実験例1と同様の手順で、3か月後の分離度を評価した。結果を表3に併記する。
さらに、硫酸アルミニウムの濃度が35%、ポリオール系分散剤の濃度が1%、一定の濃度の促進剤(フッ素化合物の濃度が0.1〜10%、あるいはアルコールアミン類の濃度が0.1〜5%)を含有する液体急結剤も、同様の条件で、貯蔵安定性に優れる。
実験例1と同様の方法で、硫酸アルミニウム、ポリオール系分散剤の濃度が、表4に示す値になるように、液体急結剤を調製した。また、細骨材/セメント比=3、水/セメント比=50%のモルタルを調製し、そのセメント100部に対して、液体急結剤を7部添加し、急結性モルタルとし、その凝結時間、さらに圧縮強度を測定した。液体急結剤は、製造1週間後のものを使用した。結果を表4に併記する。
セメント:普通ポルトランドセメント、市販品、ブレーン比表面積3,400cm2/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、5mm下品
凝結試験: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JIS R 5201に準じて測定
試験環境温度:20℃に設定
実験例1と同様の方法で、液体急結剤の濃度が、硫酸アルミニウム35%、ポリオール系分散剤1%の液体急結剤を調製した。また、実験例4と同様のモルタルを調製し、そのセメント100部に対して、液体急結剤を表5に示す量添加し、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。液体急結剤は、製造1週間後のものを使用した。結果を表5に併記する。
実験例1、2と同様の方法で、表6に示す種類および濃度の促進剤を含有し、硫酸アルミニウム濃度35%、ポリオール系分散剤濃度1%の液体急結剤を調製した。また、実験例4と同様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、さらに圧縮強度を測定した。液体急結剤は、製造1週間後のものを使用した。結果を表6に併記する。
Claims (4)
- 30〜50質量%の硫酸アルミニウムと、0.01〜7質量%のポリオール系分散剤とを含有し、20℃において3か月貯蔵した後に体積割合で液の90%以上が懸濁していることを特徴とする液体急結剤。
- さらに、0.1〜10質量%のフッ素化合物を含有することを特徴とする請求項1記載の液体急結剤。
- さらに、0.1〜5質量%のアルコールアミン類を含有することを特徴とする請求項1または2記載の液体急結剤。
- 請求項1〜3のうちのいずれか1項記載の液体急結剤をセメント100質量部に対し3〜20質量部含有させるように混合してセメント組成物を調製し、調製したセメント組成物を吹付けに用いることを含む、吹付け工法。
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