JPS61270246A - セメント急結剤 - 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】 〈産業上の利用分野〉 本発明はセメント急結剤に関し、特にトンネル、法面、
構造物等への吹付け、橋治下の吹付は補修等に際し、セ
メントに添加され。

モルタルあるいにコンクリートの初期付層性および初期
硬化性を高めるセメント急結剤に関する。

く従来の技術〉 一般にモルタルやコンクリートは初期硬化が早く発現す
ることが求められ、特に傾斜蘭や垂直面へモルタル、コ
ンクリートを吹付ける場合その初期付層性および初期硬
化性の大きいことが求められる。

例えばトンネルの天井部、橋治下等の水平面にモルタル
又はコンクリート’ｆ−吹付ける場合、吹付当初３０秒
以内にモルタルないしコンクリート自体が天井面に＋Ｉ
Ｎすると共に骨材が脱落しない種度の付着力を有し、吹
付３０秒経過後からは徐々に硬化が進み吹付は層の自重
を支えるに充分な強度を発揮するセメント用急結剤が必
要である。

このため従来各種のセメント急結剤が添加使用される。

上記目的に用いられる従来のセメント急結剤ハ（１）水
ガラスを主体とするもの。

（２）アルミン酸塩を主体とするもの、（３）■焼明バ
ン石を主体とするものがそれぞれ知られている。

〈発明が解決しようとする問題点〉 しかしながら、上記従来のセメント急結剤には夫々次の
欠点がある。

（１）水ガラス主体のもの 硬化後の強度が向上せず、長期安定性が不充分、かつｐ
Ｈ値も高＜　ｓ　Ｎａ公害を生ずる虞れがある。

（２）アルミン酸塩を主体とするもの アルミン酸ソーダと炭酸ソーダとからなるものは添加量
の変動により凝結時間、初期強度が急変する。又、吸湿
性が大きく、ｐＨ値も高く、また長期安定性が悪い。例
えばアルミナセメントのようなアルミン酸カルシウムと
硫酸ソーダと消石灰からなるものは初期硬化性能が十分
でなく、かつ長期安定も悪い。アルミン酸アルカリ塩と
炭酸アルカリからなるものは添加量の変動により凝結時
間、初期強度が急変する。又。

短期強度が不充分である。ハロアルミン酸カルシウムと
炭酸アルカリからなるものに。

吹付・３０秒以後急激に硬化する友め、吹付けに際しは
ねかえり軍が多くなる傾向がある。

（３）■清明バン石を主体とするものに、■清明バン石
と共に石コウが併用されており、初期付層性が低くかつ
初期硬化性も小さい。

さらに、とくに地下水等の湧水箇所のトンネル天井部に
おける吹付け、緩んだ地山における吹付け、止水、緊急
吹付けの場合には１．５〜３分の凝結開始では不充分で
あシ、秒オーダーでの凝結開始が必要であるので、上記
従来の急結剤はいずれもかかる条件に適合しない。

このような技術的背景の下で１本発明者らは先に、仮焼
明ノ々ン石、アルカリ金属アルミン酸塩、アルカリ金属
炭酸塩および石灰からなるセメント急結剤を開発し友。

このセメント急結剤は秒オーダーで凝結し、凝結強さお
よび耐久性において十分の性能を有するものである。

しかし、このセメント急結剤に、０〜１０℃の低温状態
で凝結速度が小さくなり、さらに１〜ｌＯ分後における
凝結強度が小さくなるという欠点を有していることが認
められた。

よって冬期の吹付は作業時において骨材温度、混線水温
、気温等が低い場合にはやや凝結速度が低下し、まｔ付
着性能も低下する友め１混疎水を加温する等、工法上の
工夫が必要であつｔ。

本発明に以上のような事情に鑑み、秒オーダーの凝結速
度を有し、かつ１〜１０分の初期強度および耐久性に優
れるとともに、低温状態においても凝結速度・凝結強度
の性能が変化しないセメント急結剤を提供することを目
的とする。

く問題点を解決するための手段〉 本発明者らは、前記目的を達成するために種々検討を重
ねた結果、仮焼明バン石、アルカリ金属アルミン酸塩、
アルカリ金属炭酸塩および石灰の混合物にさらにカルシ
ウムアルミネート水和物を６００〜９００℃で焼成した
ものを混合すると、低温状態においても凝結速度・凝結
強度が低下しないことを知見した。

このような知見に基づく本発明の構成は。

仮焼明ノ々ン石１０〜４５重景チアルカリ金属アルミン
酸塩１４〜１ｓｘｔ＊、アルカリ金属炭酸塩１０〜５５
重量係、消石灰６〜１８重量係およびカルシウムアルミ
ネート水和物の６００〜９００℃での焼成物１０〜５５
重量％からなることを特徴とする。

本発明に用いる■焼切／々ン石とは、アルミニウム明ノ
々ン石または鉄門バン石’１３５０〜７５０℃、好まし
くは５００〜７００℃にて焼成して活性化させたものを
適度に粉砕しｔものである。ここで３５０℃以下で焼成
しｔものは凝結時間が長く、かつ硬化強度が小さい。ま
た、この粒度にブレーン比表面積で３０００６１７ｐ以
上が好ましい。

アルカリ金属アルミン酸塩としてはアルミン酸ソーダ、
アルミン酸カリなどを用いることができる。このアルカ
リ金属アルミン酸塩の粒径ニ１．２−以下、好ましくは
０．６−以下がよい。

また、アルカリ金属炭酸塩としては、炭酸ソーダ、炭酸
カリなどを用いることができるこのアルカリ金属炭酸塩
の粒径ハ、　１．２■以下、好ましくは０．６霞以下が
よい。

消石灰はブレーン比表面積６０００６ｄｌ１以上のもの
が好ましい。

カルシウムアルミネート水和物’ｌ’Ｘ　−Ｃｓ　Ａ　
Ｈｓ（ここでＣ＝ＣａＯ，Ａ＝＝ＡｌｔＯｓ　５ＨｚＨ
ｔＯｔ−示す：以下間じ）　＊　Ｃ５ＡＨｔ、５−ａｓ
　Ｃ＋ｊ田７〜１９などの中から一種、または二種以上
を選んで用いることができる。本発明では、このカルシ
ウムアルミネート水和物上６００〜９００’Ｃ。

好ましくｆ１６５０〜８００℃で焼成し、粉末状にしｔ
ものを用いる。ここで％６００℃未満および１０００℃
超えると焼成物においてに、後の実験例で示すように本
発明の効果が得られない。

一般に、カルシウムアルミネート水和物を焼成すると活
性の強いＣｌ２Ａ？およびＣａＯが生じることが知られ
ている。しかし、カルシウムアルミネート水和物は、焼
成により、この、　ような化学物質変化とともに、セメ
ントを急結させる何らかの活性作用金有するものに変化
していると思われる。これは後の実験例により明らかで
ある。本発明に本発明者らによって新たに見出されたこ
のような活性作用により達成されるものである。

以下、実験例、実施例とともに本発明をさらに詳しく貌
明する。

く実　験　例〉 実験例Ｉ Ｃ５Ａ）Ｌｓ　ｋ　３００〜１２００℃の範囲の各温度
に設定された電気炉゛にて約１時間焼成し。

粉砕して各種カルシウムアルミネート焼成物を得友。

この焼成物３５重量部に、仮焼明バン石３０重量部、ア
ルミン酸ソーダ１５重量部、ソーダ灰１０重量部、消石
灰１０重量部を混合する。この混合粉末１８．２　ｆ　
ｆ：セメント２６０　ｆと混合し、さらに豊浦標準砂５
２０ｆｔ−混合しｔ後、φ１０　Ｘ　Ｌ　１５　ｅｓａ
の円筒製ポリ容器に移す。このポリ容器に水１６９　ｄ
　（ｗ／ｃ＝６５％）を加え九後友だちに１００　Ｏｒ
、ｐ、ｍのハネ付き攪拌機で６〜８秒混練し、その後容
器をたｔいて表面全平滑として静置する。

水を加えた時点からのモルタルの凝結時間（表面水が吸
いとられるまでの時間）、および１，２，３，４，５，
６，７．１０分後における１／４０ｉｌ！のブロクター
針が深さ１　ｉｎＪ［入するときのバネ抵抗値（凝結強
さの目やすとなる）ｔ−求めた。

なお、材料および水はすべて予め５℃にしておき、試験
も５℃の恒温室で実施した。

また、ここで用いた仮焼明バン石は６５０°Ｃで１時間
仮焼したブレーン比表面積４０００ψの粉末ＣＫ、Ｏ＝
４．２％）、アルミン駿ソ〜ダは粒径が１ｍ以下の粉末
でＮａ、０３４％、Ａｔｘ　Ｏｓ　４７　％のもの、消
石灰は工業用１級品でＣａ０９３％′のものである。

この結果全表−１に示す。

注　凌ｍＢ１１ｎｋとはカルシウムアルミネート焼成物
を使用しない場合であシ、このときの組成は仮焼明バン
石５０重量部。

アルミン酸ソーダ１８重量部、ソーダ灰１２重量部、消
石灰２０重量部である。

表−１の結果から明らかなように初期硬化性および２〜
１０分後の強さｆｌ、６００℃と９００℃の間で焼成し
たものを添加した急結剤で優れている。この中でも特に
６５０℃。

７００℃、７５０°ｃ、ｓｏｏ℃で焼成したものを添加
し友急結剤で顕著である。

ここで各焼成物のＸ線回折を行った。この結果６００〜
９００℃の焼成物でｆｌ　ｃ、、Ａ丁とＣａＯ，３００
℃の焼成物でｔ！　Ｃ，ＡＨｌ、Ｓ　、　５５０℃の焼
成物でにｃｌ！ＡＶとＣＩＩＡＨＩ−１−１０００。

１１００℃の焼成物ではほぼＣ，Ａ、１２００℃の焼成
物では完全にＣ５Ａとなっていた。ま几特に優れ次効果
を与えた６５０〜８００℃の焼成物では微細な孔構造が
観察され、活性の良いことを物語っている。

比較試験 上記ＸＭ回折の結果エリカルシウムアルミることが予想
される（このときの重量比は（４ｔＡｙ：　ＣａＯ＝　
６０　：　４０となる）。

よって台底して２０μｍ以下に微粉砕したｃｔｔＡｙと
、微粉砕し之ＣａＯとを６０：４０の重量比に混合しｔ
ものをカルシウムアルミネート焼成物の代りに使用して
実験例−１と同様に操作してブロクター貫入抵抗試験を
行つ九。

なおこのときの配合割合は仮焼明バン石３０゜アルミン
酸ンーダ１５．ソーダ灰１０．消石灰１０　、　ＣｕＡ
ｙ２１．　ＣａＯ１４（イずれも重量部）でありｓ結果
は表−２［示す。

表　　−２ この結果よシＣ，ＡＨ，の６００〜９００℃での焼成物
に単に化学的成分が変化し比ものではなく、何らかのセ
メント急結活性作用を有するものになっていることが明
らかである。

実験例−２ ＣｓＡＨａ　ｆニア　００℃で焼成したものを用いて表
−３に示す種々の配合の急結剤をつくシ。

実験例−１と同様に操作してブロクター貫人抵抗試験金
行つｔｏなお、仮焼明）９ン石、アルミン酸ソーダ、ソ
ーダ灰、消石灰は実験例−１と同様なものを使用した。

表−３の結果から明らかなように、カルシウムアルミネ
ート焼成物１０〜５５重量部、アルミン酸ソーダ１４〜
１８重量部、アルカリ金属炭酸塩（ソーダ灰）１０〜１
３重量部。

消石灰６〜１８重量部、仮焼間バン石１０〜４５重量部
の範囲からそれぞれ選ばれｔ５種類の粉末を合計が１０
０　Ｘ置部となるように混合し几組成物は、低温におい
ても１〜１０分の初期硬化性を大幅に改善するセメント
急結剤である。ここで、アルミン酸ソーダ、アルカリ金
属炭酸塩、消石灰および仮焼間バン石が上記範囲をはず
れた場合には、上記範囲内のものに較べて全般的に強度
が低下する。

ま之、仮焼明バン石１０〜４０重置部、アルミン酸ソー
ダ１５〜１８重量部、アルカリ金属炭酸塩（ソーダ灰）
１０〜１３重量部。

消石灰７〜１６重量部、カルシウムアルミネート焼成物
２０〜５０重量部の範囲゛からそれぞれ選ばれた５種類
の粉末を合計が１００重量部となるように混合した組成
物は、特に１〜５分の初期硬化性を向上させる急結剤で
ある。

く実　施　例〉 実施例−１ トンネル現場のＮＡＴＭ工法による冬期のコンクリート
吹付工事におめで、骨材、セメント等の材料がトンネル
の外にストックされているため、温度が３℃となってお
り、ｔｅ水も８℃になっていた。このような条件下ニお
いて、単位セメン）　量３６０　ｖ／粗骨材７７０’Ｉ
／ｌｒｔ、細骨材１０６０　’ｅ／ｒｔ、　Ｗ／ｃ　＝
　５５　％、急結剤、２４　’４／、ｌという条件にて
、あらかじめセメント、骨材、急結剤をドライミックス
しておき、圧送空気で吹付はノズル先端に送シ込み吹付
はノズルの先端で水と混合し、トンネルの天井部に吹付
けた。この時の設計平均吹付厚が２０ｃＩｎである。６
５０℃で１時間焼成し７ｔ　Ｃｓ　ＡＨａ焼成物３０．
仮焼間バン石３５゜アルミン酸ンーダ１５．ソーダ灰１
０、消石灰１０の混合粉末エフなる急結剤を使用して吹
付けたところ所定の２５ｃｒＩＫの厚さに吹付けること
ができ、はね返り率も１５チであっｔ。

比較の友め、先ず仮焼明バン石４８．アルミン酸ソーダ
２０．ソーダ灰１２．消石灰２０の混合粉末よりなる急
結剤を使用して吹付は友ところ、吹付厚１５ｃｒＩｔ程
度になると剥離し。

所定の厚さに吹付けることができず、はね返シ制Ｌ３０
％であった。

を之市販のアルミン酸ソーダ系の急結剤を使用し、吹付
は友ところ吹付は厚８ｃｍ程でりしてしまい、はね返シ
率も５５優であジ、所定厚の吹付けをできなかつ几。

実施例−２ 実施例−１と同様な条件で１幅１ｍ、長さ３ｍのトンネ
ルアーチの天井部に、１０分間にわ几って吹付け、吹付
は厚さと、はね返シ率を測定した結果、以下のとうシで
あった。

本発明品 ３２　　　　１５　　１２　　１２　３０　　２６ｃＩ
Ｌ　１４ｑｂ比較品 ４８　　　１９　　１０　２３　　１５傭　２８チ市販
アルミン酸ソーダ系急結剤　７ｃＩＩＬ５８％〈発明の
効果〉 以上、実験例、実施例とともに具体的に説明し几ように
本発明にかかるセメント急結剤を用いれば、秒オーダー
の凝結開始釦よび優れた凝結強さ・耐久性が得られると
ともに。

温度条件の悪い冬場においても夏場と同一の吹付の付層
性能を確保でき、かつ水セメント比が高くなシがちな湿
式１法等に適合しても優れ友効来が得られる。さらに、
本発明にがかる急結剤を用いると５〜１０分における凝
結強さの増進が著しいので、トンネル等に吹付は几場合
に地山の補強に著しい効果が得られるとともに厚吹きも
容易である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 仮焼明バン石１０〜４５重量％、アルカリ金属アルミン
   酸塩１４〜１８重量％、アルカリ金属炭酸塩１０〜１３
   重量％、消石灰６〜１８重量およびカルシウムアルミネ
   ート水和物の６００〜９００℃での焼成物１０〜５５重
   量％からなることを特徴とするセメント急結剤。