JPS5827218B2 - セメント類の凝結法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はセメントの早期凝結法に関する。

セメントの凝結時間の調整はセメント工事上極めて重要
であって従来から多くの研究がなされている。

特にセメントの早期凝結は施工時間の短縮、止水作業等
にとって不可欠であり、種々の優れた技術が開発されて
いる。

その中でも注目すべき技術としてアクリル酸金属塩また
はアクリル酸金属塩オリコマ−をセメント中でレドクス
重合し、短時間に凝結させ、かなりの強度を有するセメ
ント成形物を得る方法が知られている。

（特公昭３９４８６７）。

本発明は上記技術を改良するものであって、優れた早期
凝結性と防水性および強度を付与させるセメント凝結法
に関する。

即ち本発明は重合性有機酸の金属塩を水溶性アルミニウ
ム塩のゲル化条件下、セメント材中でレドクス重合させ
ることを特徴とするセメント凝結法（こ関する。

本発明で使用される水溶性アルミニウム塩には硫酸アル
ミニウム、硝酸アルミニウム、塩酸アルミニウム、燐酸
アルミニウム、塩基性塩化アルミニウム、塩基性塩化硫
酸アルミニウム等が例示される。

これらは単独または混合使用してもよい。特に塩基性塩
はセメントとの反応において副生ずる塩類が少く、また
ゲル化速度も早いため本発明を実施する上で特に好まし
いものである。

塩基性アルミニウム塩類は当量の水に稀釈し、塩基度約
６０％以下に調整することにより長期安定性に優れた製
品とすることができる。

アルミニウム塩の使用量は対セメント１００重量部に対
し約Ａｌ２Ｏ３分で０１５〜５０重量部好ましくは約１
〜５重量部である。

また金属塩モノマーに対しては、その１００重量部に対
しＡｌ２Ｏ３換算で約５〜５０重量部、好ましくは約１
０〜３０重量部である。

Ａｌ２Ｏ３分がこれより多くなると凝結体の比重が軽く
なる反面、強度は低下し、Ａｌ２Ｏ３分がこれより少く
なると、ゲル形成時間が長くなる。

アルミニウム塩のゲル化は一価または二価の金属酸化物
、水酸化物、炭酸塩、重炭酸塩またはセメント中のアル
カリ成分と反応することにより行われる。

アルミニウムのゲル化剤はセメント粉末に予め混合して
おいてもよいが、金属塩上ツマ−（重合性有機酸）水溶
液中に混合しておいてもよく、あるいはまた使用直前に
混合して添加してもよい。

添加量はアルミニウム塩のｐＨが約５．０〜８．０とな
る範囲がよく、例えば水酸化マグネシウムまたは水酸化
カルシウムをＡｌ２Ｏ３分１０％、塩基度５０％のアル
ミニウム塩と共に使用する場合、アルミニウム塩使用量
の約１／３重量部がこれに相当する。

成形物の安全性および経済性の点でカルシウム塩、マグ
ネシウム塩は特に好ましい。

また発泡コンクリート等を得るには炭酸塩や重炭酸塩を
使用すればよい。

重合性有機酸はアクリル酸、メタクリル酸、マレイン酸
、フマール酸、イタコン酸等であり、アクリル酸または
メタクリル酸が最も好ましい。

もちろんこれらの酸を併用してもよい。

塩はすｌ−ＩＪウム、カリウム、カルシウム、マグネシ
ウム、亜鉛等適宜使用すればよくこれに限定されない。

有機酸塩はその水溶液ｐＨが６．０以上であっても安定
なものが好ましい。

防水性が特に強く要請される場合はメタクリル酸のＣａ
、Ｍｇ、Ｚｎ 等の塩を使用するのがよい。

これらの塩は水溶性が約１５％程度であり、セメントに
対する水の比率を厳しく管理する必要のある場合には、
上記低溶解性のメタクリル酸の塩では重合性有機酸の使
用量を減じなければならない場合を生じ、その結果、目
的の性能が得られない場合がある。

この場合は高濃度で安定な水溶液となる他の重合体の塩
、例えばアクリル酸カルシウム、アクリル酸マグネシウ
ム、アクリル酸亜塩等を併用するのがよい。

即ち、水の使用量が厳しく制限され、かつ防水性、強靭
性が要請される処方においてはアクリル酸の塩とメタク
リル酸の塩を併用するのが望ましい。

重合性有機酸塩のレドクス重合はレドクス重合触媒とそ
の還元剤を用いて行えばよい。

これらの触媒および還元剤は常套のものでよい。

例えば触媒は過硫酸アンモニウム、過硫酸カリウム等で
あり、これらのものはアルミニウム塩類との混合安定性
においても優れており本発明実施上特に好ましいもので
ある。

還元剤も限定的ではないが例えばアスコルビン酸は安全
性、貯蔵安定性がよく重合速度が速く好ましいものであ
る。

レドクス重合用触媒の使用量は重合性有機酸モノマー１
００重量部Ｑこ対し過硫酸塩の場合約１〜２０重量部、
好ましくは約５〜１５重量部であり、還元剤の量はｌ−
アスコルビン酸の場合触媒量の約２％前後が好ましい。

チオ硫酸ソーダを使用する場合は触媒量の約１０〜５０
％が好ましいが上記範囲は限定的ではなく、通常使用さ
れる範囲で重合速度、ゲル強度を勘案し適宜選定すれば
よい。

本発明に使用し得るセメントも限定的ではない。

一般にポルトランドセメント、白色セメント、混合ポル
トランドセメント、白色セメント、アルミナセメント、
焼石膏の硬化賦型剤、マグネシアセメント管種々のセメ
ントに適用し得るが、特にポルトランドセメント、白色
セメントＯこおいて有用である。

セメントには適宜の混和剤、例えば砂利、バラス、シラ
スバルーン、マイクロバルーン、硝子繊維、スチールフ
ァイバー、石綿、各種繊維類、桂皮、わら、土砂、スラ
ッジ等を配合して用いてもよい。

本発明中セメント材とはセメントおよびセメントにこれ
らの混和材を配合したものを包含した意味で使用する。

本発明方法を実施する上での好ましい態様は、重合性有
機酸の金属塩、レドクス触媒用還元剤およびゲル化剤を
含有する水でセメント材を十分混和して得られるセメン
トペーストとアルミニウム塩およびレドクス触媒を含有
するゲル形成用水溶液とを混和させる方法である。

本発明においてゲル化速度は水酸化アルミニウムゲルの
形成速度、即ら、セメント中のカルシウム、アルカリお
よび助剤として添加するアルカリ剤の種類に支配される
。

ｐＨ７，０以上では温度およびセメント固化に必要な弱
いかきまぜ下では約３０秒以内で行われる。

このゲル化と同時Ｏこアルミニウムに配位した重合性有
機酸塩が触媒の作用で重合を開始し、水酸化アルミニ・
ツムゲルの形成にともなって促進され発熱し始める。

混合後約２０秒経過後、徐々に昇温し約５分で約４０’
Ｃ前後となる。

凝結体の量によっては８０°Ｃ程度まで昇温することも
ある。

この反応速度は配合物中の水の量がセメントと同量以上
となると漸次低下する。

外気温が低い場合、凝結体が少量、あるいは薄い場合等
、冷却され易い条件下ではアルミニウム塩、重合性有機
酸の塩、触媒量等をやや多めＯこ使用することにより凝
結速度の低下を抑制することができる。

外気温が高い場合、凝結物が厚い場合はその逆である。

ゲル化速度は重合性有機酸塩の種類でも異り、一般にカ
ルシウム塩が最も早く、次いで亜鉛、マグネシウムの順
で遅くなる。

アクリル酸とメタクリル酸では前者の方が早くなる。

ゲルの性質はカルシウム塩、亜鉛塩が硬くマグネシウム
塩は弾性に富む傾向がある。

アクリル酸塩はメタクリル酸塩より弾性に富む傾向があ
る。

セメントペーストとゲル形成用水溶液を混合すると部分
的には瞬時硬化するが強く撹拌すると流動性が出てくる
。

これを注型または土壌注入する。注型後ゲル化時間はそ
の用途により調整すればよい。

ゲル化時間を約３０秒程度（こ調整すると約１０分後に
は離型が可能となる。

特別の添加剤を用いないポルトランドセメントが通常離
型に数時間を要するのに比べ極めて短時間で膠化するこ
とがわかる。

このような早記膠化の理由は必らずしも明瞭ではないが
アルミニウム塩がゲル化剤またはセメント中のアルカリ
成分と反応してアルミン酸の塩、例えばアルミン酸カル
シウムまたはマグネシウム等となり、これがセメントの
凝結を促進する効果、ゲル自体の賦型効果および重合性
有機酸が単なるレドクス重合のみではなく、それより数
倍の速さでアルミニウム塩との間に配位重合体を形成す
るためと考えられる。

本発明は単にセメントの凝結を促進するのみでなく、セ
メントに防水性を付与し、強度を高めると言う優れた効
果を有するものである。

本発明はセメント建材の製造時間の短縮、土木工事にお
ける止水材、目地材、地盤強化材、外装用吹付はモルタ
ル、道路施工用埋込み模様の施工（トラフィックペイン
ト分野）発泡コンクリート等多くの応用分野がある。

以下実施例をあげて説明するが、実施例中、部または％
とあるは特に限定しない限り重量部または重量％を示す
。

実施例 １ 以下の処方のセメントペーストとゲル形成用水溶液を調
製する。

セメントペースト ポルトランドセメント 浜砂 Ｂ−１液 ゲル形成用水溶液 ポリ塩化アルミニウム（Ａ１２０３分 １０％、日本水道協会規格品） ００ 重量部 ００ ００ ００ 過硫酸アンモニウム ０ ゲル形成用水溶液 重量部 ００ Ｂ−Ｉ液処方 アクリル酸マグネシウム ８５（４０％水溶
液） 水酸化マグネシウムスラリー（３５％） ３０１−ア
スコルビン酸 （０，２５％水溶液） ■００ セメントペーストを均一に混合し、これにゲル形成用水
溶液１００部を加える。

瞬時硬化するが強く撹拌すると流動性がでる。

この時点のｐＨは約１０．５であった。

これを注型し放置すると約３０秒で膠化を開始し、４０
〜５０℃に発熱する。

約１０分で離型し得る程度Ｇこ硬化した。

一方、ポルトランドセメント １００部浜砂
２００部 水 ７０部からなる組
成物を混練後注型したものは約８時間経過後も離型困難
であった。

実施例 ２ 各種重合性有機酸の塩を含む水溶液を調製し、これを実
施例１のゲル形成用水溶液と１＝１の割合で混合した。

使用重合性有機酸の塩含有水溶液処方は以下の通りであ
る。

Ｂ−ＩＩ液処方 アクリル酸カルシウム（３０％水溶液）１００部水酸化
カルシウムスラリー（３５％１）３５１１１−アスコル
ビン酸（０，２５％水溶液） １００／／Ｂ−Ｎ液
処方 アクリル酸亜鉛（５０％水溶液） ７５部水酸化
マグネシウムスラリー（３５％） ３０〃ｌ−アスコ
ルビン酸（０，２５％水溶液）１００／／水
２５／／Ｂ−ＩＶ液処方 メタクリル酸ナトリウム（２０％水溶液） ２００部水
酸化マグネシウムスラＩＪ−（３５％）３０１１１−ア
スコルビン酸 ０．２５／／Ｂ−■液
処方 マレイン酸マグネシウム（２０％水溶液） ２００部
水酸化マグネシウムスラリー（３５％） ３０〃ｌ
−アスコルビン酸 ０．２５／／Ｂ−
Ｖｌ液処方 アクリル酸亜鉛（５０％水溶液） ７５部酸化亜
鉛スラリー（２０％）３０１１ Ｂ−Ｖｌ液処方 ｌ−アスコルビン酸（０，２５％水溶液） １００部水
２５１１いず
れの処方との混合においても約４０°Ｃに発熱し１０〜
２０秒でゲル化し強靭な固形物が得られ、このものはそ
のまま土壌改質用の薬液注入剤として使用し得ることが
わかる。

また同時に、セメントの早期硬化が単にレドクス重合に
よってのみ起るものでないことを示している。

実施例 ３ セメントペースト処方 アサノホワイトセメント ２００部浜砂
１００１１ ルチル型酸化チタン ２０ ｔｔ実施
例２のＢ−ｌＩ液 １５０〃上記処方に
実施例１のゲル形成用水溶液１５０部を加え、流動性が
得られるまで混和後、予め、アスファルトに堀った巾１
０ｃｆｒＬ深さ２ｃｒｒＬ１長さ１００ｃｒｒＬの穴に
注入する。

これを路面と同じ高さに整形し路面標識を作る。

日照下１０分で歩行可能となり、５０分で２ｔｏｎ積み
リフトを２０Ｉｃｆｆｌ／時の速度で通過させても細管
変形しなかった。

このことは路面、壁面の標識材料として、あるいは二液
性塗装による外装用塗料としての有用性を示している。

実施例 ４ セメントペースト処方 アサノボルトランドセメント １００部浜砂
２００部 実施例ＩのＢ−Ｉ液 １００部上記セメ
ントペーストを均一に混合し、実施例Ｉのゲル形成用水
溶液１００部を加える。

瞬時硬化するが、これを流動性が出るまで強く撹拌する
。

万能ｐＨ試験紙によるｐＨは１０．５である。

これを注型すると２０〜３０秒で約４０〜４５℃に昇温
し硬化する。

２０分後離型しサランラップにて密封後７日間養生する
。

放置後の一軸圧縮強度は１１６に９／Ｃｒ？Ｌであった
。

比較のためアサノボルトランドセメント１００部、混抄
２００部および水７０部の混和物を注型し、２４時間後
型から取り出し、サランラップで密封後７日間養生した
。

このものの一軸圧縮強度は５１．４ｋｇ／−であった。

実施例 ５ セメントペースト処方 アサノボルトランドセメント １５０部浜砂
１５０ ／／ 耐アルカリ硝子繊維ＡＲＧ （鐘紡株式会社製） １５部実施例２の
Ｂ−ＩＩ液 １５０ ／／上記セメントペ
ーストを混和し、この中に実施例Ｉのゲル形成用水溶液
１００部を加える。

充分流動性がでるまで撹拌し、注型後２８日間放置する
。

比較例として上記処方中、Ｂ−１１液とゲル形成用水溶
液に代えて水１００部を用い混合注型し、型内で２８日
間放置する。

比較例の各種強度を１としたときの本発明実施例５の比
較強度は以下の通りである。

引張強度比１．３、曲げ破壌強度比１．５７、衝撃強度
比７．８、剪断強度比１．５６゜

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 重合性有機酸の金属塩を水溶性アルミニウム塩のゲ
   ル化条件下、セメント材中でレドクス重合させることを
   特徴とするセメント凝結法。 ２ 重合性有機酸の金属塩、ゲル化剤およびレドクス触
   媒用還元剤をセメント材と配合し、これに別途調製した
   アルミニウム塩とレドクス重合用触媒の水溶液を混合す
   る第１項記載の方法。 ３ 重合性有機酸がアクリル酸および／またはメタクリ
   ル酸である第１項または第２項記載の方法。 ４ 水溶性アルミニウム塩が塩基性塩化アルミニウムま
   たは塩基性塩化硫酸アルミニウムである第１項から第３
   項いずれかに記載の方法。