JP6770658B1 - 吹付け用急結剤 - Google Patents
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Abstract
Description
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。
[2] 前記硫酸アルミニウムに含まれるCaO含有量が0.005〜2質量%、MgO含有量が0.002〜2質量%である[1]に記載の吹付け用急結剤。
[3] さらに、アルカリ土類金属水酸化物を、前記カルシウムアルミネート100質量部に対して5〜105質量部含有する[1]又は[2]に記載の吹付け用急結剤。
[4] さらに、アルカリ金属炭酸塩、アルカリ土類金属炭酸塩、及びアルカリ土類金属硫酸塩からなる群から選択される少なくとも1種を含む[1]〜[3]のいずれかに記載の吹付け用急結剤。
[5] 前記アルカリ金属炭酸塩を含有し、該アルカリ金属炭酸塩の含有量が1〜30質量%である[4]に記載の吹付け用急結剤。
[6] 前記硫酸アルミニウムにおける粒径10μm以下の硫酸アルミニウムの割合が1〜40質量%である[1]〜[5]のいずれかに記載の吹付け用急結剤。
[7] 前記硫酸アルミニウムが水和物であり、その水和水の数が4〜12である[1]〜[6]のいずれかに記載の吹付け用急結剤。
また、アルカリ金属アルミン酸塩及びアルカリ金属水酸化物の少なくともいずれかを含む急結剤に比べて、取扱いにおいても高い安全性が確保される。
ここで、アルカリ金属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が挙げられ、アルカリ金属水酸化物としては、水酸化ナトリウム、水酸化カリウムが挙げられる。また、「実質的に含有せず」とは、XRF測定による検出下限未満の含有量を指し、具体的には0ppmである。
以下、本実施形態について詳細に説明する。なお、本明細書において、部や%は特に規定しない限り質量基準で示す。
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、急冷または、徐冷して得られる、結晶および/または非結晶質でCaOとAl2O3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Al2O3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、及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Al2O3とを主成分とするものに、これらが少量固溶、または、単独でコンタミとして、存在する物質である。
本実施形態に係る硫酸アルミニウムは、アルカリ土類金属を含有し、その含有量(アルカリ土類金属が複数種ある場合はその合計量)が、アルカリ土類金属酸化物換算で0.007〜4質量%であり、好ましくは0.01〜2質量%である。
上記のような硫酸アルミニウムは、例えば、アルカリ土類金属酸化物のようなアルカリ土類金属化合物を不純物として含む硫酸と水酸化アルミニウムとを混合して得ることができる。
なお、上記の「低温環境下」における「低温」とは、5℃以下を指し、「高温環境下」における「高温」とは、25℃以上を指す。
これらのアルカリ土類金属は、硫酸アルミニウムとともに、アルカリ土類金属単体、あるいは、アルカリ土類金属化合物、アルカリ土類金属含有固溶体、アルカリ土類金属含有非晶質体等のアルカリ土類金属含有物質として存在する。具体的な共存状態としては、例えば、アルカリ土類金属、アルカリ土類金属酸化物(BeO、MgO、CaO、SrO、BaOなど)、アルカリ土類金属水酸化物、アルカリ土類金属炭酸塩、アルカリ土類金属酸化物としての硫酸アルミニウム中への固溶体などが挙げられる。好ましくは、アルカリ土類金属硫酸塩は含まない。
硫酸アルミニウムに含まれるCaO含有量及びMgO含有量は、例えば、高純度の水酸化アルミニウムと、硫酸とを混合する際に硫酸に含まれるCaO及び/又はMgOを除去せずに混合するか、あるいは意図的に加えることによって含有量の調整を行うことができる。
水和水の数は、例えば、18水塩の硫酸アルミニウムを加熱等して所望の水和水の数になるように脱水すればよい。
本実施形態に係る吹付け用急結剤は、さらに、アルカリ土類金属水酸化物を含有することが好ましい。アルカリ土類金属水酸化物を含有することで、長期強度をより向上させることができる。
本実施形態に係る吹付け用急結剤には、必要に応じて、通常の急結剤で想定される材料を配合してもよい。例えば、アルカリ金属炭酸塩、アルカリ土類金属炭酸塩、及びアルカリ土類金属硫酸塩からなる群より選ばれた物質が挙げられ、アルカリ土類金属炭酸塩、及びアルカリ土類金属硫酸塩からなる群から選択される少なくとも1種であることが好ましい。アルカリ土類金属炭酸塩、及びアルカリ土類金属硫酸塩からなる群から選択される少なくとも1種は、長期強度の増進に寄与する点で好ましく、吹付け用急結剤中、3〜50%であることが好ましく、5〜40%であることがより好ましい。アルカリ土類金属炭酸塩、及びアルカリ土類金属硫酸塩としては、炭酸カルシウム、及び硫酸カルシウムなどが挙げられる。
各物性の測定方法及び使用材料は以下のとおりである。
(プロクター貫入試験及び圧縮強度)
試験温度30℃でセメント100部、水40部、砂300部からなるモルタルを調製し、表1に示す含有割合の急結剤(吹付け用急結剤)を10部加えてからプロクター貫入試験により、凝結の始発時間(始発)と終結時間(終結)を測定し、急結剤を加えてから材齢10分、3時間、28日の圧縮強度(JIS R 5201、以下同様)を測定した。
なお、表1に示す含有割合の各急結剤は、それぞれの材料を混合することで調製した(他の実験例についても同様)。
セメント:普通ポルトランドセメント、デンカ社製
砂:川砂、密度2.64g/cm3、粗粒率(F.M)2.83
水:上水道水
カルシウムアルミネート:CaO/Al2O3モル比:2.24、ブレーン比表面積:5900cm2/g、CaO源:生石灰(CaO:95%)、Al2O3源:天然ボーキサイト(Al2O3:85%)、製造方法:電気炉で溶融し、急冷したものを粉砕したガラス粉末、ガラス化率:90%、CaOとAl2O3の合計が96%
アルカリ土類金属水酸化物a:水酸化カルシウム(工業品)、水酸化カルシウム含有98%、ブレーン比表面積10,500cm2/g、
AS−ア: CaO:0.9質量%、MgO:0.7質量%を含み、アルカリ土類金属酸化物換算で1.6%のアルカリ土類金属を含有する硫酸アルミニウム、粒子径10μm以下:20%、8.5水塩
実験例1と同様に試験温度30℃でセメント100部、水40部、砂300部からなるモルタルを調製し、表2に示す含有割合の急結剤を10部加えてからプロクター貫入試験により、凝結の始発と終結の時間を測定し、急結剤を加えてから材齢10分、3時間、28日の圧縮強度を測定した。
なお、使用した硫酸アルミニウムはアルカリ土類金属を、金属酸化物換算で0.006%〜4.5%含有するものとし、以下にその略号を示す。
AS−ウ;CaO:0.005質量%、MgO:0.002質量%を含み、アルカリ土類金属酸化物換算で0.007%のアルカリ土類金属を含有する硫酸アルミニウム、粒子径10μm以下:20%、8.5水塩
AS−エ;CaO:0.006質量%、MgO:0.004質量%を含み、アルカリ土類金属酸化物換算で0.010%のアルカリ土類金属を含有する硫酸アルミニウム、粒子径10μm以下:20%、8.5水塩
AS−オ;CaO:0.8質量%、MgO:0.5質量%を含み、アルカリ土類金属酸化物換算で1.3%のアルカリ土類金属を含有する硫酸アルミニウム、粒子径10μm以下:20%、8.5水塩
AS−カ;CaO:1質量%、MgO:1質量%を含み、アルカリ土類金属酸化物換算で2.0%のアルカリ土類金属を含有する硫酸アルミニウム、粒子径10μm以下:20%、8.5水塩
AS−キ;CaO:1.3質量%、MgO:1.1質量%を含み、アルカリ土類金属酸化物換算で2.4%のアルカリ土類金属を含有する硫酸アルミニウム、粒子径10μm以下:20%、8.5水塩
AS−ク;CaO:1.6質量%、MgO:1.8質量%を含み、アルカリ土類金属酸化物換算で3.4%のアルカリ土類金属を含有する硫酸アルミニウム、粒子径10μm以下:20%、8.5水塩
AS−ケ;CaO:2.1質量%、MgO:2.3質量%を含み、アルカリ土類金属酸化物換算で4.4%のアルカリ土類金属を含有する硫酸アルミニウム、粒子径10μm以下:20%、8.5水塩
実験例1、2と同様に試験温度30℃でセメント100部、水40部、砂300部からなるモルタルを調製し、表3に示す含有割合の急結剤を10部加えてからプロクター貫入試験により、凝結の始発と終結の時間を測定し、急結剤を加えてから材齢10分、3時間、28日の圧縮強度を測定した。
試験温度30℃でセメント100部、水40部、砂300部からなるモルタルを調製し、表4に示す配合割合の急結剤を10部加えてからプロクター貫入試験により、凝結の始発と終結の時間を測定し、急結剤を加えてから材齢10分、3時間、28日の圧縮強度を測定した。なお、使用した硫酸アルミニウムは以下に示すものを使用した。
AS−サ;CaO:3質量%、MgO:0.5質量%を含み、アルカリ土類金属酸化物換算で3.5%のアルカリ土類金属を含有する硫酸アルミニウム、粒子径10μm以下:20%、8.5水塩
AS−シ;CaO:0.5質量%、MgO:0.001質量%を含み、アルカリ土類金属酸化物換算で0.501%のアルカリ土類金属を含有する硫酸アルミニウム、粒子径10μm以下:20%、8.5水塩
AS−ス;CaO:0.5質量%、MgO:2質量%を含み、アルカリ土類金属酸化物換算で2.5%のアルカリ土類金属を含有する硫酸アルミニウム、粒子径10μm以下:20%、8.5水塩
実験例1と同様のカルシウムアルミネート100部、アルカリ土類金属水酸化物a50部、硫酸アルミニウム(AS−ア)50部、更に表5に示す種類と量のアルカリ土類金属炭酸塩とアルカリ土類金属硫酸塩からなる急結剤を作製した。試験温度30℃でセメント100部、水40部、砂300部からなるモルタルを調製し、上記急結剤を10部加えてからプロクター貫入試験により、凝結の始発と終結の時間を測定し、急結剤を加えてから材齢10分、3時間、28日の圧縮強度を測定した。なお、使用したアルカリ土類金属炭酸塩とアルカリ土類金属硫酸塩は以下に示すものを使用した。
アルカリ土類金属炭酸塩イ:炭酸カルシウム工業品、ブレーン値3000cm2/g
アルカリ土類金属硫酸塩α:硫酸マグネシウム工業品、ブレーン値3500cm2/g
アルカリ土類金属硫酸塩β:硫酸カルシウム工業品、ブレーン値4500cm2/g
実験例5と同様のカルシウムアルミネート100部、アルカリ土類金属水酸化物a50部、硫酸アルミニウム(AS−ア)50部、アルカリ土類金属炭酸塩イ10部、アルカリ土類金属硫酸塩β10部、更に表6に示す種類と量のアルカリ金属炭酸塩からなる急結剤を作製した。試験温度30℃でセメント100部、水40部、砂300部からなるモルタルを調製し、上記急結剤を10部加えてからプロクター貫入試験により、凝結の始発と終結の時間を測定し、急結剤を加えてから材齢10分、3時間、28日の圧縮強度を測定した。なお、使用したアルカリ金属炭酸塩は以下に示すものを使用した。
アルカリ金属炭酸塩イ:炭酸カリウム工業品、炭酸カリウム含有量97%、ブレーン値1500cm2/g
アルカリ金属炭酸塩ウ:炭酸リチウム工業品、炭酸リチウム含有量98%、ブレーン値800cm2/g
試験温度30℃でセメント100部、水40部、砂300部からなるモルタルを調製し、表7に示す含有割合の急結剤を10部加えてからプロクター貫入試験により、凝結の始発と終結の時間を測定し、急結剤を加えてから材齢10分、3時間、28日の圧縮強度を測定した。なお、使用した硫酸アルミニウムは以下に示すものを使用した。
AS−ス;CaO:0.9質量%、MgO:0.7質量%を含み、アルカリ土類金属酸化物換算で1.6%のアルカリ土類金属を含有する硫酸アルミニウム、粒子径10μm以下:1.0%、8.5水塩
AS−セ;CaO:0.9質量%、MgO:0.7質量%を含み、アルカリ土類金属酸化物換算で1.6%のアルカリ土類金属を含有する硫酸アルミニウム、粒子径10μm以下:40%、8.5水塩
AS−ソ;CaO:0.9質量%、MgO:0.7質量%を含み、アルカリ土類金属酸化物換算で1.6%のアルカリ土類金属を含有する硫酸アルミニウム、粒子径10μm以下:41%、8.5水塩
試験温度30℃でセメント100部、水40部、砂300部からなるモルタルを調製し、表8に示す含有割合の急結剤を10部加えてからプロクター貫入試験により、凝結の始発と終結の時間を測定し、急結剤を加えてから材齢10分、3時間、28日の圧縮強度を測定した。なお、使用した硫酸アルミニウムは以下に示すものを使用した。
AS−チ;CaO:0.9質量%、MgO:0.7質量%を含み、アルカリ土類金属酸化物換算で1.6%のアルカリ土類金属を含有する硫酸アルミニウム、粒子径10μm以下:20%、14水塩
AS−ツ;CaO:0.9質量%、MgO:0.7質量%を含み、アルカリ土類金属酸化物換算で1.6%のアルカリ土類金属を含有する硫酸アルミニウム、粒子径10μm以下:20%、12水塩
AS−テ;CaO:0.9質量%、MgO:0.7質量%を含み、アルカリ土類金属酸化物換算で1.6%のアルカリ土類金属を含有する硫酸アルミニウム、粒子径10μm以下:20%、10.5水塩
AS−ト;CaO:0.9質量%、MgO:0.7質量%を含み、アルカリ土類金属酸化物換算で1.6%のアルカリ土類金属を含有する硫酸アルミニウム、粒子径10μm以下:20%、4.0水塩
AS−ナ;CaO:0.9質量%、MgO:0.7質量%を含み、アルカリ土類金属酸化物換算で1.6%のアルカリ土類金属を含有する硫酸アルミニウム、粒子径10μm以下:20%、無水塩
Claims (7)
- アルカリ金属アルミン酸塩及びアルカリ金属水酸化物を実質的に含有せず、カルシウムアルミネートと硫酸アルミニウムとを含有する吹付け用急結剤であって、
前記硫酸アルミニウムの含有量が、前記カルシウムアルミネート100質量部に対して5〜105質量部であり、
前記硫酸アルミニウム中のマグネシウム及びカルシウムの含有量が、酸化物換算で0.007〜4質量%である吹付け用急結剤。 - 前記硫酸アルミニウムに含まれるCaO含有量が0.005〜2質量%、MgO含有量が0.002〜2質量%である請求項1に記載の吹付け用急結剤。
- さらに、アルカリ土類金属水酸化物を、前記カルシウムアルミネート100質量部に対して5〜105質量部含有する請求項1又は2に記載の吹付け用急結剤。
- さらに、アルカリ金属炭酸塩、アルカリ土類金属炭酸塩、及びアルカリ土類金属硫酸塩からなる群から選択される少なくとも1種を含む請求項1〜3のいずれか1項に記載の吹付け用急結剤。
- 前記アルカリ金属炭酸塩を含有し、該アルカリ金属炭酸塩の含有量が1〜30質量%である請求項4に記載の吹付け用急結剤。
- 前記硫酸アルミニウムにおける粒径10μm以下の硫酸アルミニウムの割合が1〜40質量%である請求項1〜5のいずれか1項に記載の吹付け用急結剤。
- 前記硫酸アルミニウムが水和物であり、その水和水の数が4〜12である請求項1〜6のいずれか1項に記載の吹付け用急結剤。
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