JP6401000B2

JP6401000B2 - 発塵抑制用組成物および水硬性粉状組成物

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Publication number: JP6401000B2
Application number: JP2014198540A
Authority: JP
Inventors: 隆人野崎; 松山　祐介; 祐介松山; 彰徳杉山
Original assignee: Taiheiyo Cement Corp
Current assignee: Taiheiyo Cement Corp
Priority date: 2014-09-29
Filing date: 2014-09-29
Publication date: 2018-10-03
Anticipated expiration: 2034-09-29
Also published as: JP2016069464A

Description

本発明は、発塵抑制用組成物、および、該組成物を含む水硬性粉状組成物に関する。

従来、粉塵の発生を防止するための様々な方法が知られている。例えば、特許文献１に、軟弱地盤等の土質改良に用いられる発塵が抑制された固化材として、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・混合した地盤改良用無粉塵固化材が記載されている。
また、特許文献２に、カルシウム系粉体に添加することによって、該カルシウム系粉体を取り扱う際に発生する粉塵を十分に抑制することができる発塵抑制用組成物として、デンプン類と、水和遅延剤とを含むことを特徴とする発塵抑制用組成物が記載されている。

特開平８−５３６６９号公報特開２０１４−８０５４３号公報

発塵を抑制するための水硬性粉状組成物として、デンプン類、水和遅延剤、固化材、及び水を含む組成物を用いる場合、この組成物（粉状物）の強度を高めるために水の量を増やすと、以下の問題がある。すなわち、この組成物（粉状物）を収容した袋を、多数積み重ねると、下方に位置する袋の中の組成物（粉状物）が、上方に位置する袋の重みによって固結し易くなり、この固結した組成物（粉状物）が不良品になるという問題である。
本発明の目的は、固化材（例えば、セメント系固化材等）および水と混合して用いるための発塵抑制用組成物であって、該組成物と固化材と水を混合して水硬性粉状組成物（発塵抑制性能を有する粉状の固化材）を調製した場合に、該水硬性粉状組成物が、保管時に固結し難く、使用時に粉塵の発生を十分に抑制し、硬化後に均質な物性を有するような発塵抑制用組成物を提供することである。

本発明者は、上記課題を解決するために鋭意検討した結果、デンプン類、水和遅延剤、およびアルコール化合物を含む発塵抑制用組成物によれば、前記の目的を達成することができることを見出し、本発明を完成した。
すなわち、本発明は、以下の［１］〜［３］を提供するものである。
［１］デンプン類、水和遅延剤、およびアルコール化合物を含むことを特徴とする発塵抑制用組成物。
［２］上記［１］に記載の発塵抑制用組成物、固化材、および水を含む水硬性粉状組成物。
［３］上記固化材１００質量部当たり、上記デンプン類の量が０．０１〜０．３質量部であり、上記水和遅延剤の量が０．０１〜０．４質量部であり、上記アルコール化合物の量が０．１〜３質量部であり、水の量が０．５〜３質量部である上記［２］に記載の水硬性粉状組成物。

本発明の発塵抑制用組成物と、固化材と、水を混合して、水硬性粉状組成物（発塵抑制性能を有する粉状の固化材）を調製した場合、該水硬性粉状組成物は、以下の優れた物性を有する。
該水硬性粉状組成物は、粉体の量（本発明の発塵抑制用組成物と、固化材の合計量）に対する水の量を例えば固化材１００質量部当たり３質量部以下に低減させても、使用時に発生する粉塵の量が少なく、施工者の作業環境を良好に保つことができる。また、この場合、水の量が少ないので、該水硬性粉状組成物を収容した袋を多数積み重ねても、下方に位置する袋の中の水硬性粉状組成物が、上方に位置する袋の重みによって固結するという問題が生じにくい。
また、該水硬性粉状組成物は、適度な強度（粒体が潰れにくいこと）および均一な粒度（５ｍｍ以上の粒度を有する粒体の割合が小さいこと）を有するので、水と混合して、硬化体を形成させた場合、硬化体全体にムラのない均質な物性を与えることができる

本発明の発塵抑制用組成物は、デンプン類、水和遅延剤、およびアルコール化合物を含むものである。
本発明で用いられるデンプン類とは、デンプンの他に化工デンプンを含む。
ここで、化工デンプンとは、デンプンに物理的、酵素的または化学的処理を行なったものをいう。化工デンプンの例としては、アルファー化デンプン、デキストリン、酸化デンプン、酵素処理デンプン、デンプン誘導体等が挙げられる。
デンプン誘導体の例としては、エーテル化デンプン、エステル化デンプン、架橋デンプン等が挙げられる。エーテル化デンプンの例としては、デンプングリコール酸ナトリウム、ヒドロキシプロピルデンプン、カチオンデンプン等が挙げられる。エステル化デンプンの例としては、酢酸デンプン、リン酸デンプン、オクテニルコハク酸デンプン等が挙げられる。架橋デンプンの例としては、リン酸架橋デンプン、アセチル化アジピン酸架橋デンプン、アセチル化リン酸架橋デンプン、ヒドロキシプロピル化リン酸架橋デンプン、リン酸モノエステル化リン酸架橋デンプン等が挙げられる。
中でも、発塵抑制効果の継続性、及び、後述する発塵抑制用組成物の強度発現性等の観点から、デンプン、およびアルファー化デンプンが好ましく、デンプンがより好ましい。
デンプン類は、１種を単独で、または２種以上を組み合わせて用いることができる。

本発明で用いられる水和遅延剤とは、固化材と水が接触した際に起こる水和反応を遅延させるものであればよい。
水和遅延剤の例としては、ヒドロキシカルボン酸もしくはその塩、糖類、無機酸もしくはその塩等が挙げられる。
ヒドロキシカルボン酸の例としては、クエン酸、グルコン酸、リンゴ酸、酒石酸、ヘプトン酸、ガラクトン酸等が挙げられる。ヒドロキシカルボン酸の塩の例としては、例えば、ナトリウム塩、カリウム塩等が挙げられる。糖類の例としては、グルコース、サッカロース、デキストリン等が挙げられる。無機酸の例としては、リン酸、硼酸等が挙げられる。無機酸の塩の例としては、例えば、上述の無機酸の例のナトリウム塩、カリウム塩等が挙げられる。
中でも、発塵抑制効果の継続性、及び、後述する水硬性粉状組成物の強度発現性等の観点から、クエン酸もしくはその塩、グルコン酸もしくはその塩、およびグルコースが好ましく、クエン酸もしくはその塩、および、グルコン酸もしくはその塩が、より好ましい。
水和遅延剤としては、市販のセメントの凝結遅延剤、生石灰の水和遅延剤等を用いることができる。
水和遅延剤は、１種を単独で、または２種以上を組み合わせて用いることができる。

本発明で用いられるアルコール化合物としては、プロピレングリコール、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、プロパノール、ポリエチレングリコール、ポリビニールアルコール、グリセリン等が挙げられる。中でも、無臭で揮発しにくく、かつ、安価であるという観点から、プロピレングリコールが好ましい。
アルコール化合物は、１種を単独で、または２種以上を組み合わせて用いることができる。

本発明の発塵抑制用組成物に含まれるデンプン類と水和遅延剤の質量比（デンプン類／水和遅延剤）は、好ましくは９０／１０〜１／９９、より好ましくは８０／１０〜１０／９０、さらに好ましくは７０／３０〜２０／８０、特に好ましくは６６／３４〜３０／７０である。該比が９０／１０以下であれば、発塵の抑制効果が向上する。該比が１／９９以上であれば、強度発現性が向上する。また、本発明の発塵抑制用組成物を含む水硬性粉状組成物の保管期間が長くなった場合においても、発塵の抑制効果が十分となる。さらに、該比が６６／３４〜３０／７０であれば、発塵の抑制効果および強度発現性がより優れたものとなり、かつ、水硬性粉状組成物の固結がより起こりにくくなる。

また、後で詳述する固化材１００質量部に対する、本発明の発塵抑制用組成物に含まれるデンプン類と水和遅延剤の合計量は、好ましくは０．０２〜０．７質量部、より好ましくは０．０４〜０．５質量部、特に好ましくは０．０６〜０．３質量部である。
該量が０．０２質量部以上であれば、発塵の抑制効果が向上する。該量が０．７質量部以下であれば、コストが低くなるとともに、強度発現性が向上する。

本発明の水硬性粉状組成物は、上記発塵抑制用組成物、固化材、および水を含むものである。
上記固化材の例としては、セメント、セメントを含む粉状組成物（例えば、セメント系固化材等）、石灰、石灰を含む粉状組成物（例えば石灰系固化材）等の、水硬性を有するカルシウム系粉体が挙げられる。
上記セメントの種類は、特に限定されるものではなく、例えば、普通ポルトランドセメント、早強ポルトランドセメント、中庸熱ポルトランドセメント、低熱ポルトランドセメント等の各種ポルトランドセメントや、高炉セメント、フライアッシュセメント等の混合セメント等を使用することができる。
水としては、特に限定されるものではなく、水道水等を用いることができる。

上記デンプン類の量は、上記固化材１００質量部当たり、好ましくは０．０１〜０．３質量部、より好ましくは０．０２〜０．２質量部、特に好ましくは０．０４〜０．１５質量部である。該量が０．０１質量部以上であれば、発塵の抑制効果および強度発現性が向上する。該量が０．３質量部以下であれば、水硬性粉状組成物の固結が起こりにくくなる。

上記水和遅延剤の量は、上記固化材１００質量部当たり、好ましくは０．０１〜０．４質量部、より好ましくは０．０２〜０．３質量部、特に好ましくは０．０４〜０．１質量部である。該量が０．０１質量部以上であれば、発塵の抑制効果が向上する。該量が０．４質量部以下であれば、強度発現性が向上する。

上記アルコール化合物の量は、上記固化材１００質量部当たり、好ましくは０．１〜３質量部、より好ましくは０．２〜２．５質量部、さらに好ましくは０．３〜２質量部、特に好ましくは０．３〜１．６質量部である。
該量が０．１質量部以上であれば、水硬性粉状組成物の固結が起こりにくくなる。該量が３質量部以下であれば、強度発現性が低下しない。

上記水の量は、上記固化材１００質量部当たり、好ましくは０．５〜３質量部、より好ましくは０．７〜２．５質量部、特に好ましくは１〜２質量部である。
該量が０．５質量部以上であれば、発塵の抑制効果が向上する。該量が３質量部以下であれば、強度発現性が向上し、水硬性粉状組成物の固結が起こりにくくなる。

上記水硬性粉状組成物の製造方法としては、（１）固化材とデンプン類を混合してなる混合物に、あらかじめ水和遅延剤とアルコール化合物と水を混合してなる水溶液を添加しながら混練する方法、（２）水とデンプン類と水和遅延剤とアルコール化合物を混合して、水溶液または懸濁液を調製し、該水溶液または懸濁液を固化材に添加しながら混練する方法、等が挙げられる。
中でも、作業性の観点から、前記（１）の方法が好ましい。
本発明の水硬性粉状組成物は、運搬、保存、施工時等において、粉塵の発生が少なく、これら施工時等における作業環境を良好にすることができる。

上記固化材がセメントの場合、セメントを含む水硬性粉状組成物と、水（混練水）と、細骨材とを混合することでモルタルを得ることができる。また、セメントを含む水硬性粉状組成物と、水（混練水）と、細骨材と、粗骨材を混合することによって、コンクリートを得ることができる。

以下、本発明を実施例により具体的に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
使用材料は、以下に示すとおりである。
（１）固化材：セメント系固化材（太平洋セメント社製、商品名「ジオセット２００」）
（２）デンプン類：デンプン（昭和産業社製、コーンスターチ）
（３）水和遅延剤：グルコン酸ナトリウム（試薬）
（４）水和遅延剤：クエン酸（試薬）
（５）アルコール化合物：プロピレングリコール溶液（濃度：８０質量％）
（６）水：水道水
（７）試料土：関東ローム

［実施例１］
表１に示すように、セメント系固化材１００質量部、デンプン０．０５質量部、グルコン酸ナトリウム（グルコン酸Ｎａ）０．０８質量部、プロピレングリコール溶液０．８質量部（固形分換算：０．６４質量部）、および水１．７質量部を混合して、水硬性粉状組成物を製造した。
得られた水硬性粉状組成物を１０日間、２０℃の条件下で保管したのち、発塵量および５ｍｍ篩残分量（質量％）を測定した。
発塵量は、テフロン処理防塵固化材技術資料の付録−１「テフロン処理防塵固化材の発塵試験方法」に準じ、浮遊粉塵量として測定した。なお、テフロンは登録商標である。デジタル粉塵計としては、柴田科学社製のデジタル粉じん計Ｐ−５Ｌ型を用いた。具体的には、内径７．５ｃｍ、高さ１０ｃｍの円筒状の試料落下装置の片側を、平滑なプラスチック板で蓋をして、試験落下装置の中に水硬性粉状組成物２００ｇを、強く締固めないように注意して、緩めに秤量した。
内径３９ｃｍ、高さ５９ｃｍの円筒容器の頂部投入口（直径７．５ｃｍ）より水硬性粉状組成物２００ｇを自然落下させ、底面より高さ４５ｃｍの位置の容器内の浮遊粉塵量（相対濃度ＣＰＭ［ＣｏｕｎｔＰｅｒＭｉｎｕｔｅ］）を散乱光式デジタル粉塵計により測定した。

浮遊粉塵量の測定は、試料落下直後から１分間計測を連続して５回行い、試料投入前の測定値（ダークカウント）を差し引いた値の幾何平均値を、下記式（１）より求め、当該試料の「発塵量」とした。結果を表１に示す。
ＬｏｇＸ＝１／５Σｌｏｇ（Ｘ_ｉ−ｄ）・・・（１）
（上記式（１）中、Ｘ_ｉは個々の測定値を示し、ｄはダークカウントを示す。）
また、５ｍｍ篩残分量は、ＪＩＳＡ１１０２：２００６「骨材のふるい分け試験方法」に準じて測定した。

また、得られた水硬性粉状組成物を７日間、２０℃の条件下で保管したのち、該水硬性粉状組成物を土壌に添加した場合の一軸圧縮強さを測定した。
具体的には、試料土（関東ローム、含水比：１０７％）に、上記水硬性粉状組成物を固形分換算で３００ｋｇ／ｍ^３添加して混合し、ＪＧＳ０８２１「安定処理土の締固めをしない供試体作製方法」に準じて、φ５ｃｍ×１０ｃｍの円柱供試体を作製した。該供試体の材齢７日の一軸圧縮強さをＪＩＳＡ１２１６「土の一軸圧縮試験方法」に準じて測定した。
得られた一軸圧縮強さから、一軸圧縮強さ比を算出した。なお、一軸圧縮強さ比とは、比較例１の一軸圧縮強さ比を１００％とした場合の一軸圧縮強さ（％）である。
さらに、得られた水硬性粉状組成物を、容量１０００リットルのポリプロピレン製のフレキシブルコンテナバック（袋）に収容し、２段に重ねて１週間静置した後、下方に位置する袋の中の水硬性粉状組成物の固結の有無を調べた。

［実施例２〜９］
上記各材料を表１に示す配合で用いた以外は実施例１と同様にして、水硬性粉状組成物を製造した。得られた水硬性粉状組成物の発塵量の測定等を、実施例１と同様にして行った。

［比較例１］
セメント系固化材の発塵量の測定等を、実施例１と同様にして測定した。なお、表１中、得られた一軸圧縮強さを１００（％）とした。
［比較例２〜５］
上記各材料を表１に示す配合で用いた以外は実施例１と同様にして、水硬性粉状組成物を製造した。得られた水硬性粉状組成物の発塵量の測定等を、実施例１と同様にして行った。
以上の結果を表１に示す。

表１から、本発明の発塵抑制用組成物と固化材と水を含む水硬性粉状組成物（実施例１〜９）は、比較例１〜５と比べて発塵量が少なく、また、比較例２〜５と異なり、固結を生じないことがわかる。
特に、実施例１、３、４、８、９の水硬性粉状組成物は、比較例１〜５と比べて、発塵量および５ｍｍ篩残分量が少なく、また、該水硬性粉状組成物を固化材として土壌に添加した場合、一軸圧縮強さが比較例１と同等であり、良好であることがわかる。

Claims

発塵抑制用組成物、固化材、および水を含む水硬性粉状組成物であって、
上記発塵抑制用組成物が、デンプン類、水和遅延剤、およびアルコール化合物を含むものであり、
上記固化材１００質量部当たり、上記デンプン類の量が０．０１〜０．３質量部であり、上記水和遅延剤の量が０．０１〜０．４質量部であり、上記アルコール化合物の量が０．１〜３質量部であり、上記水の量が０．５〜３質量部であることを特徴とする水硬性粉状組成物。