JP6148874B2 - 液体急結剤、急結性セメントコンクリート、及びそれを用いた吹付け工法 - Google Patents
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液状急結剤の液の安定性を確保する方法としては、亜リン酸及び/又はその有機酸塩を配合する方法がある(特許文献2)。
一方、本発明のリグニンスルホン酸系分散剤は、亜リン酸及び/又はその有機酸塩とは異なり、貯蔵安定性と急結力が向上するものであるが、このことについて特許文献2には記載がない。
リグニンスルホン酸系分散剤は、コンクリートやモルタルの減水剤として一般的に使用されており、コンクリートやモルタル側に添加して流動性をコントロールするものである。
特許文献3には硫酸アルミニウムを含む水溶液に減水剤を添加してもよいと記載されているが、コンクリート側に添加して使用するものであり、しかも、リグニンスルホン酸系分散剤を液体急結剤側に添加するものではない。
なお、本発明のセメントコンクリートとは、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。
水和水を除いた硫酸アルミニウムの使用量は、液体急結剤100部中、急結性セメントコンクリートの急結力や強度発現性等の点で、30〜50部が好ましく、33〜40部がより好ましい。30部未満では、低温時の安定性が低下する場合があり、50部を越えると貯蔵安定性が低下する場合がある。
これは、コンクリートやモルタル側に予めリグニンスルホン酸系分散剤を添加し、それを除く硫酸アルミニウムを成分とする液体急結剤を混合したときには見られない現象である。
リグニンスルホン酸系分散剤の使用量は、液体急結剤100部に対して0.02〜5部が好ましく、0.05〜3部がより好ましい。0.02部未満では、分散性を向上させる効果が小さい場合があり、5部を越えると、強度発現性を低下させる場合がある。なお、使用量とは、固形分量を指し、水溶液製品を使用する場合、濃度から固形分量を換算して使用する。
分散安定性は、吹付け施工時にタンクから液体急結剤を圧送する時に重要な性能である。液体急結剤が分離し、液体急結剤中の沈降物が多いと、タンクからのポンプによる排出ができない場合がある。液体急結剤を送液できたとしても、液体急結剤の有効成分濃度が均一でないために吹付けたセメントコンクリートの品質に影響を与える場合がある。
分離安定性を分離度(懸濁状態の液体急結剤において懸濁粒子が沈降して生じた上澄み液の体積割合)で評価すると、10%以下が好ましく、5%以下がより好ましい。
フッ化塩として、フッ化リチウム、フッ化ナトリウム、フッ化カリウム、フッ化カルシウム、フッ化アルミニウム、及びクリオライト等が挙げられる。クリオライトはヘキサフルオロアルミン酸ナトリウムを成分とし、天然物又は合成した物何れも使用可能である。
ケイフッ化塩として、ケイフッ化アンモニウム、ケイフッ化ナトリウム、ケイフッ化カリウム、及びケイフッ化マグネシウム等が挙げられる。
フッ化ホウ素塩としては、フッ化ホウ素、三フッ化ホウ素、三フッ化ホウ素モノエチルアミンコンプレックス、三フッ化ホウ素酢酸コンプレックス、三フッ化ホウ素トリエタノールアミン、ホウフッ化アンモニウム、ホウフッ化ナトリウム、ホウフッ化カリウム、及びホウフッ化第一鉄等が挙げられる。
有機フッ素化合物としては、フルオロメタン、フルオロエタン、フルオロプロパン、フルオロメタノール、フルオロエタノール、フルオロプロパノール、フルオロ酢酸、フルオロ酪酸、フルオロスルホン酸、フルオロメタンスルホン酸、フッ化カルボニル、フルオロアセトン等が挙げられる。なお、炭素原子に結合している水素原子は、フッ素、塩素、臭素、ヨウ素原子に置換されていてもよい。
これらフッ素化合物の中では、安全性が高く、製造コストが安く、凝結性状が優れる点で、クリオライトが好ましい。
フッ素化合物の使用量は、液体急結剤100部に対して0.2〜10部が好ましく、0.7〜7部がより好ましい。0.2部未満では凝結力の向上効果が小さい場合があり、10部を越えると強度発現性を阻害する場合がある。
アルカノールアミン類とは、構造式において>N−R−OH構造を有する有機化合物である。ここで、Rは通常アルキル基又はアリル基と呼ばれる原子団であり、メチレン基、エチレン基、n−プロピレン基等の直鎖型のアルキレン基、イソプロピレン基等の枝分かれ構造を有するアルキレン基、並びに、フェニル基及びベンジル基等の芳香族環を有するアリル基等が挙げられる。Rは窒素原子と2箇所以上で結合していてもよく、Rの一部又は全部が環状構造であってもよい。Rは複数の水酸基と結合していてもよい。Rはアルキル基の一部に炭素以外の元素及び水素以外の元素、例えば、イオウ、フッ素、塩素、及び酸素等を有してもよい。Rは複数の水酸基が結合していてもよい。
アルカノ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−メチルジエタノールアミン、N,N−ジメチルエタノールアミン、N,N−ジブチルエタノールアミン、N−(2−アミノエチル)エタノールアミン、三フッ化ホウ素トリエタノールアミン、及びこれらの誘導体等が挙げられる。これらの一種又は二種以上が使用可能である。
アルカノールアミン類の中では、溶解時の安定性や凝結性状の点で、ジエタノールアミンが好ましい。
アルカノールアミン類の使用量は、液体急結剤100部に対して0.2〜10部が好ましく、0.7〜7部がより好ましい。0.2部未満では、瞬間的な凝集力の向上が小さい場合があり、10部を越えると強度発現性を低下させる場合がある。
ヒドロキシル基を有する化合物としては、グリセリン、エチレングリコール、プロピレングリコール等の低分子化合物、ポリオキシエチレンアルキルエーテル類又はその誘導体等が挙げられる。ヒドロキシル基を有する化合物の中では、グリセリンが好ましい。
カルボン酸類とは、カルボン酸及び/又はカルボン酸塩をいう。カルボン酸類としては、ギ酸、酢酸、及びプロピオン酸等のモノカルボン酸類、シュウ酸、マロン酸、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、ピメリン酸、マレイン酸、フマル酸、及びフタル酸等のジカルボン酸類、トリメリト酸やトリカルバリリル酸等のトリカルボン酸類、ヒドロキシ酪酸、乳酸、及びサリチル酸等のオキシモノカルボン酸類、リンゴ酸のオキシジカルボン酸類、アスパラギン酸やグルタミン酸等のアミノカルボン酸類、エチレンジアミン四酢酸(EDTA)やトランス−1,2−ジアミノシクロヘキサン四酢酸(CyDTA)等のアミノポリカルボン酸類が挙げられる。カルボン酸塩を構成する塩としては、アルカリ金属やアルカリ土類金属等が挙げられる。これら一種又は二種以上が使用可能である。カルボン酸類の中では、容易に入手でき、安価である点で、シュウ酸が好ましい。
ヒドロキシル基を有する化合物及び/又はカルボン酸類の使用量は、液体急結剤100部に対して0.2〜5部が好ましく、0.5〜3部がより好ましい。0.2部未満では、目的とする効果を得にくい場合があり、5部を越えると凝結力を低下する場合がある。
本発明の液体急結剤は、20℃の条件下B型粘度計で測定したとき1000〜6000Pa・sの範囲になるまで混合することが好ましい。
本発明の液体急結剤の使用量は、セメント100部に対して固形分換算で0.5〜15部が好ましく、3〜10部がより好ましい。0.5部未満では十分な急結力を得ることが難しい場合があり、15部を越えるとセメントコンクリート中の水の量が増えて強度発現性が低下する場合がある。
本発明の目的を実質的に阻害しない範囲で、流動性保持剤、繊維、防凍剤、収縮低減剤、防錆剤、粘土鉱物、遅延剤、ポリマーディスパージョン、膨張材、高強度混和材、着色剤、AE剤、粉塵低減剤、増粘剤、防水剤、エフロレッセンス防止剤等のセメント混和剤を併用可能である。
湿式工法としては、セメント、骨材、水を混合したセメントコンクリートに液体急結剤を混合する方法等が挙げられる。
乾式工法としては、セメントと骨材を混合したセメントコンクリートに、水及び本液体急結剤を混合したり、液体急結剤のみを混合したりする方法が挙げられる。
液体急結剤をセメントコンクリートに混合し、吹付け材料とする方法としては、シャワー状に液体急結剤を添加できるシャワーリング管やY字管等を用いて、液体急結剤とセメントコンクリートを吹付け直前に混合する方法が好ましい。本発明の液体急結剤をセメントコンクリートに混合する時は、液体急結剤を予め圧縮空気でミスト状にし、添加してもよい。
硫酸アルミニウム600g、水400g、液体急結剤100部に対して表1に示す量のリグニンスルホン酸系分散剤を加え、20℃で1時間撹拌し、液体急結剤を調製した(硫酸アルミニウムの固形分濃度:37%)。調製した液体急結剤を撹拌後、ガラス製の容器に移し、密封してから、3カ月間保存し、分散状態を観察し、分離度を評価した。結果を表1に示す。
比較例として、リグニンスルホン酸系分散剤を添加しない組成も評価した。表2に比較例の組成を示す。
硫酸アルミニウム:粉末、市販の12水塩、試薬1級
リグニンスルホン酸系分散剤a:日本製紙ケミカル社製 商品名「サンエキスP201」
リグニンスルホン酸系分散剤b:日本シーカ社製 商品名 「プラストクリートNC」
フッ素化合物:ヘキサフルオロアルミン酸ナトリウム、市販品 試薬1級
アルカノールアミン類:ジエタノールアミン、市販品 試薬1級
カルボン酸類A:シュウ酸、市販品 試薬1級
ヒドロキシル基を有する化合物:グリセリン、市販品 試薬1級
カルボン酸類B:蟻酸カルシウム、市販品 試薬1級
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で、以下の式で表される。
(式)
分離度(%)=100−[(懸濁状態の液面から上の体積(cc)/100(cc))×100]
硫酸アルミニウムの液体急結剤100部中の量を表3に示す量とし、液体急結剤100部に対してリグニンスルホン酸系分散剤a0.3部を用いたこと以外は、実験例1と同様に行った。結果を表3に示す。
硫酸アルミニウム100部、リグニンスルホン酸系分散剤a0.3部、表5に示す液体急結剤100部に対する量のアルカノールアミン類を加えたこと以外は実験例1と同様に行った。結果を表5に示す。
硫酸アルミニウム100部、リグニンスルホン酸系分散剤a0.3部、表6に示す液体急結剤100部に対する量のヒドロキシル基を有する化合物及び/又はカルボン酸類を加えたこと以外は実験例1と同様に行った。結果を表6に示す。
硫酸アルミニウム100部、表7に示す液体急結剤100部に対する量のリグニンスルホン酸系分散剤a、フッ素化合物、アルカノールアミン類、ヒドロキシル基を有する化合物、カルボン酸類を加えたこと以外は実験例1と同様に行った。結果を表8に示す。
表9に示す液体急結剤を用い、液体急結剤保存時の温度条件を表9の温度にし、3ヶ月後の分散状態を確認したこと以外は実験例1と同様に行った。結果を表9に示す。
砂2100g、セメント700g、水315g、高性能減水剤をセメント100部に対して固形分換算で1.0部加え、モルタルミキサーで練り混ぜて吹付けモルタルを調製した。このモルタルに表10に示す組成の液体急結剤をセメント100部に対して固形分換算で8部加え、10秒間高速で撹拌し、急結性モルタルを調製した。急結性モルタルについて凝結性状とモルタル圧縮強度を評価した。評価では、翌日まで保存した液体急結剤を用いた。結果を表10に示す。
比較のために、リグニンスルホン酸系分散剤aを添加しない液体急結剤側の性能も評価した。なお、実験No.1−1の液体急結剤は翌日ゲル化するため、調製直後の液体急結剤を用いた。
砂:新潟県糸魚川産砕砂 密度2.66g/cm3
セメント:市販品、ポルトランドセメント 密度3.15g/cm3
水:水道水
高性能減水剤:市販品、ポリカルボン酸系減水剤
凝結性状:JSCE−D 102に準拠し、始発に達する時間範囲と終結に達する時間範囲を分単位で測定した(例えば、始発時間が10−11の場合、始発時間は10〜11分である)。試験温度は25℃。モルタル圧縮強度:JISR 5201に準拠し、圧縮強度を測定した。試験温度は25℃。
セメント100部に対して固形分換算で表11に示す量の液体急結剤を用いたこと以外は実験例8と同様に行った。結果を表11に示す。
各材料の単位量をセメント400kg/m3、細骨材1058kg/m3、粗骨材710kg/m3、水200kg/m3、高性能減水剤4kg/m3として吹付けコンクリートを調製し、この吹付けコンクリートを吹付け圧力0.4MPa、吹付け速度10m3/hの条件下で、コンクリート圧送機「MKW−25SMT」(シンテック社製)によりポンプ圧送した。急結剤を合流する混合管から3m後方の位置で圧縮空気を導入してコンクリートを空気搬送した。混合管の一方より、予め圧縮空気でミスト状にした表12の液体急結剤をセメントコンクリートに合流混合させた。急結剤を合流する混合管の内側には、管円周上に8個の孔(径3mm)が等間隔で配置されており、急結剤がシャワー状にセメントコンクリートに合流混合する方式である。圧縮空気と共に合流する液体急結剤の使用量はセメント100部に対して固形分換算で8部になるように調製した。この急結性吹付けコンクリートについてコンクリート圧縮強度、リバウンド率を測定した。結果を表12に示す。
粗骨材:新潟県糸魚川市姫川産川砂利、表乾状態、比重2.66、最大寸法10mm
細骨材:新潟県糸魚川市姫川産川砂利、表乾状態、比重2.62
コンクリート圧縮強度:材齢3時間と1日の圧縮強度は、幅25cm×長さ25cmのプルアウト型枠に設置したピンを、プルアウト型枠表面から急結性吹付けコンクリートで被覆し、型枠の裏側よりピンを引き抜き、その時の引き抜き強度を求め、(圧縮強度)=(引き抜き強度)×4/(供試体接触面積)の式から圧縮強度を算出した。材齢28日の圧縮強度は、幅50cm×長さ50cm×厚さ20cmの型枠に急結性吹付けコンクリートを吹付け、採取した直径5cm×長さ10cmの供試体を20トン耐圧機で測定し、圧縮強度を求めた。
リバウンド率:急結性吹付けコンクリートを10m3/hの圧送速度で10分間、鉄板でアーチ状に作成した高さ3.5m、幅2.5mの模擬トンネルに吹付けた。その後、(リバウンド率)=(模擬トンネルに付着せずに落下した急結性吹付けコンクリートの量)/(模擬トンネルに吹付けた急結性吹付けコンクリートの量)×100(%)で算出した。
これまで十分な急結力を付与するために、液体急結剤中の硫酸アルミニウムの濃度を大きくした場合、例えば、硫酸アルミニウムの固形分濃度が27%を越えた場合、溶解性が低下し、沈降物が生成する恐れがあった。すなわち、加熱により液状急結剤を溶解してもゲル化を起こす恐れがあり、液の安定性に課題があった。本発明は、これらの課題を解決し、液の安定性を向上した発明である。本発明の産業上利用性は極めて大きい。
Claims (6)
- 硫酸アルミニウム、リグニンスルホン酸系分散剤を含有し、−10〜45℃の温度領域において3ヶ月保存したときに液の体積割合で90%以上が懸濁しており、
液体急結剤100質量部に対して、水和分を除いた硫酸アルミニウムを30〜50質量部とリグニンスルホン酸系分散剤を0.02〜5質量部とを含む
ことを特徴とする液体急結剤。 - 更に、フッ素化合物を含有してなる請求項1記載の液体急結剤。
- 更に、アルカノールアミン類を含有してなる請求項1又は2記載の液体急結剤。
- 更に、ヒドロキシル基を有する化合物及び/又はカルボン酸類を有する化合物を含有してなる請求項1〜3のうちのいずれか1項記載の液体急結剤。
- セメントコンクリートと、請求項1〜4のうちのいずれか1項記載の液体急結剤とを混合して吹き付ける吹付け工法。
- −10℃〜45℃の温度領域で保存してなる請求項1〜4のうちのいずれか1項記載の液体急結剤の保存方法。
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