JPH04224153A - セメント硬化体の形成方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 　　　　 【０００１】 【産業上の利用分野】本発明は、特にシールド工事用セ
グメントと地中との間隙にセメント又はモルタルを注入
する裏込め工法、泥水固化工法等、その他、軟弱あるい
は漏水地盤に適応するグラウト工法等、高水セメント比
（ｗ／ｃ）のスラリーを土木部門に使用するセメント硬
化体の形成方法に関するものである。 【０００２】 【従来の技術】シールド工法における２液性裏込め工法
とは、Ａ液とＢ液を任意の時間に上記所定箇所で混合し
、瞬時に硬化させる工法で、シールド工事用裏込め材を
形成するためのＡ液には水ガラス水溶液を、Ｂ液には高
炉セメント、ポルトランドセメントまたはモルタルを使
用している（例えば、シールド裏込め注入剤の強度特性
に関する実験１、土質工学研究発表会１９８７年、特公
昭４７−３６６８６号公報、特開昭５９−６２６８９号
公報、特公昭５３−２４７２２号公報）。 【０００３】一方、特公昭６２−５０４２８号公報には
、「γ−２ＣａＯＳｉＯ２および３ＣａＯ２ＳｉＯ２Ｃ
ａＦ２の１種または２種１０〜８０重量部と１２ＣａＯ
７Ａｌ２Ｏ３とＣａＦ２の固溶体９０〜２０重量部とを
含有する基質粉末１００重量部と、該基質粉末１００重
量部に対し石膏１．０〜１０００重量部とを主要成分と
するセメント」に関して記載されている。前記基質粉末
の成分は製鋼所において発生する製鋼還元期スラグに含
まれているので、前記還元期スラグを使用することがで
きる。 【０００４】 【発明が解決しようとする課題】上記刊行物に記載のも
の等の従来の工法は、高アルカリの水ガラスとセメント
の双方を基本的に必須とするので、以下の問題点が発生
している。 【０００５】（１）セメント自体のｐＨが１２．５と高
いのに高アルカリの水ガラスも用いるので、さらにｐＨ
１３以上のアルカリとなる。これが地中から地表面に溶
出し、農作物等に悪い害を与える。 【０００６】（２）高アルカリの水ガラスを使用する事
は、作業者身体にアルカリが付着するため火傷等安全管
理上の問題がある。 【０００７】（３）水ガラスによるセメント硬化体は、
水ガラスの溶出により長期強度が低下するばかりか、硬
化体自体の風化により、原形を留める事ができない。し
たがって、充填部分の空洞部が発生し問題となっている
。 【０００８】特公昭６２−５０４２８号公報に記載のセ
メントは、通常のｗ／ｃの範囲（０．２０〜０．５０）
で早強性があるとしている。しかし、ｗ／ｃが１．０を
越えるような高水セメント比の範囲では、還元期スラグ
スラリーと石膏スラリーを同時に混合すると硬化が遅い
うえスラリーの沈降が激しい。また粉砕した還元期スラ
グのスラリー使用では、その問題を解決できるものの硬
化コントロールが難しく上記工法への応用は適さなかっ
た。 【０００９】またセメントに対するアルミン酸塩の硬化
作用は公知であり、アルミン酸塩をセメント側に添加し
、早強性を向上させる試みは、前記特開昭５９−６２６
８９号公報に、アルミン酸塩を水ガラス側に添加し、早
強性を向上させる試みは、前記特公昭４７−３６６８６
号公報等で用いられている。しかし、いずれにしても、
裏込め工法のような高水セメント比（ｗ／ｃ）の領域で
は、アルミン酸塩のみでは十分な早強性は望めないので
、セメントと接触した時の水ガラスの瞬時のゲル化に期
待している。 【００１０】また、還元期スラグスラリーにも若干の自
硬性が有り、還元期スラグスラリー側にアルミン酸塩等
のアルカリを加えると自硬性が促進されるので、任意な
時間に２種のスラリーを混合してセメント硬化体を得よ
うとする裏込め工法には使用することができなかった。 【００１１】本発明は、上記従来技術の問題点を解決す
るセメント硬化体の形成方法を提供することを目的とす
る。 【００１２】 【課題を解決するための手段及び作用】本発明によれば
、次のセメント硬化体の形成方法により上記目的を達成
することができる。 【００１３】還元期スラグスラリーと、アルミン酸塩を
含有する石膏スラリーを混合するセメント硬化体の形成
方法。 【００１４】従来のように、還元期スラグスラリーと石
膏スラリーを混合しても、混合と同時に還元期スラグス
ラリーと石膏スラリーの硬化反応を開始させることがで
きないので、硬化体を形成するまでに必要以上の時間を
要する。 【００１５】そこで、本発明のセメント硬化体の形成方
法においては、石膏スラリーにアルミン酸塩を含有させ
ている。アルミン酸塩は、スラリー混合後すぐに硬化反
応を開始させることができる。従って、還元期スラグス
ラリーとアルミン酸塩を含有する石膏スラリーを混合す
ることによって、すぐに硬化反応を開始させることがで
き、必要以上の時間をかけることなく、硬化体を形成す
ることができる。 【００１６】 【好適な実施態様】 【還元期スラグスラリー】還元期スラグスラリーは、還
元期スラグが水に分散して成る。 【００１７】還元期スラグスラリーの還元期スラグは、
好ましくは、γ−２ＣａＯＳｉＯ２及び３ＣａＯ２Ｓｉ
Ｏ２ＣａＦ２の１種又は２種１０〜８０重量部と１２Ｃ
ａＯ７Ａｌ２Ｏ３とＣａＦ２の固溶体９０〜２０重量部
から成る。この還元期スラグを用いれば、十分な強度を
有すると共に亀裂のない硬化体を形成することができる
。 【００１８】還元期スラグは、水の存在下において石膏
と反応してエトリンジャイト（３ＣａＯＡｌ２Ｏ３３２
Ｈ２Ｏ）を生成する製鋼還元期スラグであり、例えば、
ＣａＯ、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、及びＣａＦ２を主要基
礎原料として得られる製鋼電気炉還元期スラグがある。 還元期スラグは、冷却時、急冷して一部がガラス化した
ものを粉砕したものでも良いが、好ましくは徐冷してダ
スチィングを生じせしめたものを用いる。より好ましく
は、１０％以上のエトリンジャイトを生成できる還元期
スラグである。このような還元期スラグは、スラリーに
して石膏スラリーと混合した場合に、瞬結性が良好であ
り沈降しにくいので、裏込めの充填に良好に使用するこ
とができる。還元期スラグは、その１５重量％程度まで
を、水の存在下において石膏と反応してエトリンジャイ
トを生成する化合物、例えばアルミナセメント若しくは
無水カルシウムサルフォアルミネート又はその双方で置
き換えても良い。これらを置換することによってエトリ
ンジャイトの生成する量が増加し、より強度の高いセメ
ント硬化体が得られる。 【００１９】還元期スラグは、主として、γ−２ＣａＯ
ＳｉＯ２及び３ＣａＯ２ＳｉＯ２ＣａＦ２の１種又は２
種の混合物と、１２ＣａＯ７Ａｌ２Ｏ３とＣａＦ２の固
溶体の共晶より成る。γ−２ＣａＯＳｉＯ２及び３Ｃａ
Ｏ２ＳｉＯ２ＣａＦ２の１種又は２種１０〜８０重量部
（より好ましくは１０〜７０重量部）と１２ＣａＯ７Ａ
ｌ２Ｏ３とＣａＦ２の固溶体９０〜２０重量部（より好
ましくは９０〜３０重量部）から成るものを用いた場合
、形成された硬化体は十分な強度を有すると共に、エト
リンジャイトの生成、成長による亀裂が生じない。 【００２０】還元期スラグとしては、上記の主たる成分
の他に、ガラス成分、３ＣａＯＡｌ２Ｏ３、２ＣａＯＡ
ｌ２Ｏ３ＳｉＯ２、３ＣａＯＳｉＯ２ＣａＦ２等の酸化
物、沸化物、硫化物、鉄等が数重量％程度まで含まれて
いるものを用いることができる。 【００２１】還元期スラグを水に分散させ１５分間以上
熟成したスラリーと、石膏スラリーを混合すると、硬化
反応が開始し硬化体を形成することができる。しかし、
還元期スラグを水に分散させたスラリーは、若干の自硬
性を有し時間の経過と共に凝結するので、可使時間（ス
ラリーの混合により硬化体を形成できる時間）が制限さ
れる。可使時間を延長するには、還元期スラグの水和反
応成分に吸着等してスラリーの凝結を遅延させる凝結遅
延剤（以下遅延剤という。）を、還元期スラグスラリー
に含有させることにより行なうことができる。 【００２２】遅延剤としては、ペプトン等の蛋白質とそ
の塩、グルコン酸等のオキシカルボン酸とその塩、クエ
ン酸及びシュウ酸とその塩のうちの少なくとも１種を用
いることができ、好ましくはグルコン酸又はその塩を用
いる。市販の超遅延剤としては、好ましくはパリックＴ
（藤沢薬品社製）又はポゾリスＮａ．３９（ポゾリス物
産社製）を用いる。遅延剤の含有量は、還元期スラグの
粒子に付着するだけの量以上とするのがよい。即ち、還
元期スラグの粒子に遅延剤が付着することにより還元期
スラグが凝結するのを防止することができるためである
。例えば、遅延剤としてグルコン酸ナトリウム又はその
塩を用い、可使時間を２４時間以上にしたい場合、季節
（気温等）にもよるが好ましくは０．０５〜２重量％で
スラリーに含有させる。グルコン酸ナトリウムの含有量
が０．０５重量％未満の場合、スラリー製造後８時間程
度まではスラリーが擬凝結を起こさず十分に使用するこ
とができるものの、１６時間程度もすると擬凝結を起こ
し裏込め用スラリーとしてはふさわしくなくなることが
多い。 また、グルコン酸ナトリウムの含有量が２重量％を越え
る場合も擬凝結を生ずることが多い。 【００２３】還元期スラグスラリー中の水／還元期スラ
グの比は、好ましくは０．４〜４．０にする。水／還元
期スラグの比が０．４以上であればポンプ圧送が可能で
あるが、４．０を越えると、アルミン酸塩を含有する石
膏スラリーと混合した場合でも水セメント比（水／（還
元期スラグ＋石膏））の割合が高く、形成される硬化体
の強度が十分でないことが多いからである。 【００２４】還元期スラグスラリー中の水／還元期スラ
グの比が１．０以上の場合、好ましくは還元期スラグの
沈降を防止する沈降防止剤を、水／還元期スラグの比に
応じてスラリー中に添加する。還元期スラグスラリー中
の沈降防止剤は、スラリーの混合後においては還元期ス
ラグ、石膏等の沈降を防止する。沈降防止剤としては、
セルロース系の有機高分子、ベントナイト等の粘土等を
用いることができる。ＨＥＣ（エチルセルロース）また
はＭＣ（メチルセルロース）の場合、水に対し０．５〜
２．０重量％、ベントナイトの場合、水に対し６〜１０
重量％の割合の範囲内で夫々使用することが好ましい。 前記範囲未満では還元期スラグ等の沈降が生じ、前記範
囲を越えて使用してもその作用に変化が見られないこと
が多く単にコスト高となるだけだからである。 【００２５】スラリーの流動性を調整するために、スラ
リー中に流動化剤や減水剤（市販のもので良い）を含ま
せておいてもよい。 【００２６】 【石膏スラリー】石膏スラリーは、アルミン酸塩を含有
する。アルミン酸塩としては、例えばアルミン酸ナトリ
ウム、アルミン酸カリウム等の水に可溶な可溶性塩を用
いることができる。スラリー中の水／石膏比が０．５〜
２．０程度の範囲においては、石膏の量によらずスラリ
ー中にアルミン酸塩を、好ましくは４０重量％以下の濃
度で含有させる。それを越える濃度の場合、スラリーの
製造後からおよそ１日経過するとスラリーはアルミン酸
塩の加水分解により流動性がなくなることが多く、スラ
リーの可使時間が制限される。 【００２７】アルミン酸塩は、還元期スラグスラリーと
石膏スラリーの混合後すぐに硬化反応が開始する程度の
量で、石膏スラリーに含有させる。アルミン酸塩が例え
ばアルミン酸ナトリウム（ｐＨ：１２．２）の場合、好
ましくは１．０〜８．０重量％の濃度で石膏スラリー中
に含有させる。アルミン酸ナトリウムが８．０重量％を
越える場合にはコスト高となると共に加水分解したＡｌ
（ＯＨ）３により硬化体の強度低下をもたらし、また１
．０重量％未満の場合には反応開始剤としての効果が小
さい。また、還元期スラグスラリーに凝結遅延剤が添加
されている場合には、還元期スラグの粒子に付着してい
る凝結遅延剤を粒子から剥ぎ取るだけの量以上とするの
がよい。 【００２８】石膏は、無水石膏、半水石膏、二水石膏又
はこれらの中間物ないし混合物等、種々のものを用いる
ことができ、その製造方法により制限されないが、好ま
しくは粒度の細かい酸化チタン副製石膏、廃酸処理石膏
を用いる。 【００２９】 【スラリーの混合】還元期スラグスラリーと、アルミン
酸塩を含有する石膏スラリーは、夫々のスラリー中の還
元期スラグと石膏の重量比が好ましくは４：１〜３：１
になるように混合すれば良いが、ポンプ圧送時の両スラ
リーの混合状態を考慮すると還元期スラグスラリーとア
ルミン酸塩を含有する石膏スラリーは、好ましくは９０
：１０〜１０：９０（最も好ましくは６０：４０〜４０
：６０）の範囲の重量比で混合する。還元期スラグが沈
降ないし沈殿しない範囲、水セメント比及び硬化体の強
度等を考慮すると、前記還元期スラグスラリーと前記石
膏スラリーは、好ましくは９０：１０〜２５：７５の範
囲の重量比で混合する。 【００３０】本発明の方法を土木工事で使用する場合の
スラリーの移送は、通常、セメントモルタルに使用する
ポンプで圧送すれば良く、両スラリーの混合は例えばプ
ロペラ型簡易混合機を用いて行なえば十分である。 【００３１】 【実施例】 【実施例１〜５】 【反応開始剤濃度の効果】０．０５％のグルコン酸Ｎａ
（グルコン酸ナトリウム）を含む水：９００ｌとベント
ナイト：９０ｋｇを混練した懸濁液に還元期スラグ：４
１７ｋｇ入れてスラリーを作り、さらに、流動性を増す
ために、マイチィ１５０減水剤５ｌを添加しスラリーと
する。 【００３２】該還元期スラグは、製鋼所より発生する製
鋼還元期スラグであり、その組成を以下のように測定し
た。 【００３３】組成中のＣａ、Ａｌ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｆｅに
ついてはプラズマ発光分光分析法により、Ｓｉについて
は重量法により、Ｓについては燃焼−赤外吸収法により
、Ｃｌについてはイオンクロマト法により存在割合を測
定した。１０回測定を行ない、その平均値を表１に示す
。この還元期スラグは以降の実施例にも使用した。 【００３４】別に１００ｌの水に脱硫石膏１３９ｋｇと
表２に示す濃度になるようにアルミン酸Ｎａ（アルミン
酸ナトリウム）を添加し、アルミン酸Ｎａ含有石膏スラ
リーを作る。この２液を作成後同時に、素早く混合し、
１００φ×２００ｍｍのモールドに流し込みスラリー（
ｗ／ｃ＝１．８）の沈降と初期の強度発現を調べた（表
２参照）。なお、脱型後は水中養生とした。 【００３５】比較例１として、アルミン酸Ｎａを添加し
ない以外は上記実施例と同様にした例についても表２に
記す。 【００３６】表２によれば、アルミン酸Ｎａの濃度が１
．０〜４０％の範囲において、１Ｈｒ後にて０．８ｋｇ
以上とセメント硬化体として必要な強度が得られること
がわかる。また、比較例１では硬化が遅いため、硬化ま
でに固形分が徐々に沈降している。 【表１】 【表２】 【００３７】このうち、実施例２で得た硬化体サンプル
と下記に示す通常使用されているシールド裏込め工法用
配合比において得た硬化体（比較例２の硬化体）のｐＨ
をガラス電極法により測定した。 【００３８】比較例２の硬化体は、水　７８０ｌと高炉
セメント（ｐＨ：１２．５）２８０ｋｇとアルミン酸ナ
トリウム５ｋｇとベントナイト８０ｋｇから成るスラリ
ーＡと、水５０ｌと３号水ガラス（ｐＨ：１４）５０ｌ
から成る水ガラス液Ｂを混合して得られたものである（
ｗ／ｃ：２．９６）。 【００３９】比較例２の硬化体は強アルカリ（ｐＨ：１
４）であるが本発明の硬化体（実施例２）は弱アルカリ
（ｐＨ：１１．３）で安全性が保障される。またアルミ
ン酸Ｎａ添加量は、本発明の添加量と同量であるにもか
かわらずセメントを含むスラリーＡのみでは硬化せず、
本発明におけるアルミン酸Ｎａの作用とは全く異なって
いる。 【００４０】 【実施例６〜７】 【水セメント比】０．０５％グルコン酸Ｎａの９％ベン
トナイト懸濁液９．９ｌに５．３６ｋｇ、または４．６
９ｋｇの還元期スラグを、水１．０ｌに１．７９ｋｇ、
または１．３９ｋｇの脱硫石膏と５０ｇのアルミン酸Ｎ
ａを添加し強度発現をみた（表３参照）。表３によれば
水セメント比が異なってもアルミン酸Ｎａの効果が示さ
れることがわかる。 【表３】 【００４１】 【実施例８〜９】 【可使時間】９％ベントナイト懸濁液９．９ｌにグルコ
ン酸Ｎａ５ｇ、マイチィ１５０減水剤５０ｃｃ、還元期
スラグ４．６９ｋｇまたは４．１７７ｋｇを加えたスラ
リーをＡスラリーとし、５０ｇのアルミン酸Ｎａを添加
した水１ｌに脱硫石膏１．５６ｋｇまたは１．３８８ｋ
ｇ加えたスラリーをＢスラリーとし、ＡスラリーとＢス
ラリーを作成後すぐ、および２４時間後混合し強度発現
をみた。測定した強度を表４に示す。表４によれば、ス
ラリー作成時から２４時間経過後においても、両スラリ
ーを使用して本発明を実施できるということがわかる。 また、混合までの時間が長い程、より高い強度が発現し
ているということがわかる。 【表４】 【００４２】 【実施例１０】 【硬化体の気乾時と飽水時の強度比較】８％ベントナイ
ト、０．０５％グルコン酸Ｎａおよび還元期スラグから
成るスラリーと、脱硫石膏と０．５％アルミン酸Ｎａを
添加したスラリーを混合し硬化体（水セメント比＝３．
０、還元期スラグ：脱硫石膏＝１５：２５）を得て、比
較例２の硬化体と飽水強度及び気乾強度について比較し
た（表５参照）。表５によれば、従来工法（比較例２）
によるセメント硬化体は気乾養生で表面が脆化し強度が
低下するが、本発明の方法で得られた硬化体は、強度が
向上し、いかなる環境にも適合する事が解る。 【表５】 【００４３】 【比較例３〜４】 【反応開始剤とスラリー寝かし時間】実施例１〜５のそ
れぞれの可使時間４８ｈｒを確保するため、比較例とし
て還元期スラグスラリー（Ａスラリー）側（表６、表７
）および実施例として石膏スラリー（Ｂスラリー）側（
表８）に前記夫々の表に示すような添加を行ない、スラ
リーのゲル化（硬化）時間を測定した。 【００４４】比較例３〜４の還元期スラグスラリーは、
還元期スラグ１５０ｇとベントナイト９重量％含有する
水３２０ｃｃから成るものである。このスラリーに、比
較例３ではアルミン酸Ｎａを表６に示す割合で添加し、
比較例４では脱硫石膏を表７に示す割合で添加した。 【００４５】表６、７によれば還元期スラグスラリー側
にアルミン酸Ｎａ、あるいは脱硫石膏を添加するとすべ
てゲル化してしまうことがわかる。 【００４６】 【比較例３】 【表６】 【００４７】 【比較例４】 【表７】 【００４８】 【実施例１１】１００、１５０、２００及び３００ｃｃ
の水に脱硫石膏を夫々１５０ｇずつ添加し、さらにアル
ミン酸Ｎａを５、１０又は１５ｇ添加し２４時間後のゲ
ル化状態を観察した。この結果を表８に示す。 【表８】 【００４９】表６及び表７に示すように、Ａスラリー側
にアルミン酸塩を添加すると数時間でゲル化をおこすの
で、ポンプ圧送によりＢスラリーと混合し硬化体を得る
事が不可能となった。したがって実施例１１に示すごと
く反応開始剤は、石膏スラリー側にしか添加できない。 また、添加量は半ゲル化状態でもポンプ圧送が可能なた
め８％以下が望ましい。アルミン酸塩のみを別系統で送
ってもよいが、施工上工程が繁雑になりコスト高となる
。 【００５０】 【実施例１２】スラリー中でのグルコン酸Ｎａによる凝
結防止効果を調べるため、還元期スラグ２１０ｇと表９
に示す割合のグルコン酸Ｎａとを添加した９％ベントナ
イトスラリー５４５ｇを作成し、グルコン酸Ｎａ各濃度
での凝結時間を測定した。その結果を表９に示す。 【表９】 【００５１】表９より明らかなように、グルコン酸Ｎａ
の濃度が０．０５〜０．１％の範囲が最も望ましいこと
が分る。なお、ポンプ圧送は数時間以内で終了する場合
もあり、上記範囲以外でも可能である。 【００５２】 【発明の効果】本発明のセメント硬化体の形成方法は、
還元期スラグスラリーと、スラリーの硬化反応を促進さ
せるアルミン酸塩を含有する石膏スラリーを混合するの
で、還元期スラグスラリーの可使時間を長くすることが
できると共に、混合後すぐに硬化反応を開始させて硬化
体を形成することができる。即ち、任意の時間に硬化反
応を開始させて硬化体を形成することができる。 【００５３】本発明のセメント硬化体の形成方法は、上
述のように混合後すぐに硬化反応を開始させることがで
きるので、スラリー混合物中の粉末成分（前記還元期ス
ラグ、石膏等）が沈殿し分離することがない。従って、
寸法変化のない安定した硬化体を形成することができる
。 【００５４】本発明のセメント硬化体の形成方法は、水
ガラス、ＮａＯＨ、Ｃａ（ＯＨ）２等の高アルカリを必
須としないので、裏込め工法において高アルカリ水が地
表に溶出することがない。また、作業上安全である。泥
水固化工法に使用すると、大幅な施工時間短縮となる。 また、スラリーの硬化反応開始剤の一種であるアルミン
酸Ｎａは、ｐＨ１２．２と若干高いものの従来使用され
ているポルトランドセメント（ｐＨ１２．５）より低く
、使用量も通常１％以下と少ないため問題にはならない
。 【００５５】強度面からみれば、最終１軸圧縮強度３〜
５ｋｇｆ／ｃｍ２が２時間で到達できる。さらに、還元
期スラグは非常に価格が安い等の理由で施工費が安くあ
がる。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】還元期スラグスラリーと、アルミン酸塩を
   含有する石膏スラリーを混合することを特徴とするセメ
   ント硬化体の形成方法。