JPS62100469A - 深海工事用の水中打設セメント組成物 - 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） 本発明は水中打設セメント組成物、即ち、トレミー管や
囲いを用いることなしに水中に打設されるモルタル又は
コンクリ−１−組成物に係り、殊に深海工事用の水中打
設セメント組成物に係る。

（従来の技術） 地上や地下における建設や構築に用いられる通常のセメ
ント組成物を水中打設用に供する場合には水中での運搬
中にセメント分の流出が生じ且つ水底等において打設後
も凝結硬化に至る迄に水流の作用により予期し得ない方
向から力を受けて変形したり侵蝕作用を受ける場合があ
り、更には水流の作用によりセメント分が部分的に消失
し、これらの結果として所期の形状を有し且つ強度の高
いセメント構造物となすことは従来極めて困難乃至不可
能とされて来た。

この欠陥を克服するために、近年に至りセメントを主材
とする基本セメント組成物（セメントと細骨材、又はセ
メントと細骨材と粗骨材）に合成又は天然高分子物質を
増粘剤乃至混和剤として配合することが提案され（西ド
イツ国特許出願公告第２３２６６４７号、特開昭５７−
３９２１号、同５７−１２３８５０号、同５８−１８１
７５４号、同５９−２６９５６号公報等）、現在ではこ
のための高分子増粘剤が実用化され、これを混和したセ
メント組成物が水中工事に汎用されるに至っている。

この目的で現在実用化されている高分子増粘剤の主剤は
合成高分子物質であって、その殆んどが水溶性セルロー
スエーテル系のものであり、一部がポリアクリルアミド
のようなアクリル系のものであり、前者はメチルセルロ
ース（ＭＣ）及びエチルセルロース（ＥＣ）のようなア
ルキルセルロース類と、ヒドロキシエチルセルロース（
ＨＥＣ）、ヒドロキシプロピルセルロース（ＨＰＣ＞、
ヒドロキシブチルセルロース（ＨＢＣ）のようなヒドロ
キシアルキルセルロース類と、ヒドロキシエチルメチル
セルロース（ＨＥＭＣ）、ヒドロキシプロピルメチルセ
ルロース（ＨＰ　Ｍ　Ｃ）　、じドロキシプロビルヒド
ロキシエチルヒルロース（ＨＰＨＥＣ）　、カルボキシ
メチルヒドロキシエチルセルロース（ＣＭＨＥＣ）のよ
うな混合セルロースエーテル類とに分類することができ
る。この種の高分子増粘剤を基本セメント組成物に配合
する主目的は水中運搬中での分離やセメン１−分の流失
を抑制すると共に打設凝１１ｉ！ｉ後に充分な強度を発
現させることにあり、−１次的目的はセメント組成物の
流動性や充填性を向上させて作業性を、延いては経済性
を高めると共にブリージングを防止することにある。

この種の高分子増粘剤を混和した水中打設セメント組成
物を用いた水中工事の現在迄の施工実績は最大水深５０
＋程度迄であり、従って現在得られているデータや技術
方策をその侭適用して水深２００１１以上の深海部での
工事を施工するのは甚だ困難とされているのが実情であ
る。

然るに、我国の現状は鉱物資源を求め、或いは他の目的
で海洋底の開発が急務とされており、又地震計の設置等
水深２００Ｉはおろか数ｉ　ｏｏ。

■、更には１００００ｍ程度の海底での工事の要求が高
まっているのである。このような深海底での工事は発信
器を備えた運搬容器に入れたセメント組成物を母船上か
ら降下させ海底で時期している潜水艇により運搬容器を
探索し、マニビル−タでこれを移動させた上で打設を行
なう必要があり、そのためのシステム確立も要件である
が、この工事に使用可能なセメント組成物の開発が何よ
りも肝要とされている。

（発明が解決しようとする問題点） 従って、本発明の目的は、このような深海底部での工事
用に使用し得る水中打設セメント組成物−　ｑ　″′ を提供することにあり、そのために解決すべき具体的問
題点は、例えば水深４．０００〜６０００■の海底にお
ける工事を想定すれば、次の通りである。

ａ）水中における運搬時開が長いが運搬中におけるセメ
ント分の流出を最小限に留め得ること（運搬容器の海中
における降下速度は海流、潮流等によって流されないた
めに２〜３−７秒と想定される）、 ｂ）セメント組成物の凝結始発を充分に遅延させると共
に始発から終結迄の期間を＃ｉＩＪ縮させ得ること（母
船上でのセメント組成物の加水混線から水中運搬を粁て
打設までの滴Ｔ時間が長時間であるが、始発時期の近傍
に至ると流動性が低下して運搬容器からの自然落下によ
る打設が夾ＷＡ、に不可能となるので、打設時迄セメン
ト組成物はフレツシコな即ら始発が始まっていない状態
を維持している必要があり、一方打設後は迅やか幀凝結
砂化してセメントの水和生成物である遊離石灰Ｃａ（Ｏ
Ｈ）；、−の溶出を抑止して強度を含めたセメント構造
体の品質保持をもたらすため）、 Ｃ）３０℃以上の温度差に対応し得ること（夏場におい
て母船上では３０℃以上であり、一方海底部では約２℃
の恒温状態であるため）、ｄ）高圧に対応し得ること（
海底部での圧力は４００〜７００ｋｇ／Ｃ■２であり、
従ってこの高圧によりセメント組成物に物性変化が生じ
るが安定状態を保持していることが必要なため）。

（問題点を解決するための手段及び作用）上記の問題点
を解決するには、先ず、セメント組成物がフレッシュな
（凝結始発が始まっていない）状態を保持すべき時間を
設定する必要がある。

この設定条件としては ａ）母船上での作業時間、 ｂ）水中での運搬時間、 Ｃ）潜水艇による探索時間、 ｄ）打設個所への潜水艇による移動（横持）時間、 ｅ）打設所要時間、 ｆ）余裕時間及び Ω）凝結時間の短縮比 がある。これらの諸条件の内で条件ａはセメント組成物
の加水混ｍ開始から海中に投入する迄の時間であり、一
定と看做し得るものであって、環境温度３０℃において
は約１．５時間である。条件すは運搬容器の降下速度と
水深に依存するものであり、降下速度は２〜３−７秒が
通例とされるのでこれから自動的に決まる。条件Ｃは水
深に依存する条件であり、潜水艇の到達時間と探索時間
とから決定され、潜水艇の航行速洩な０．８ｍ／秒と想
定すれば、前者は水１！２１０００−で約１０分、６０
００■で約４０分、１００００ｍで約７０分間であり、
後者は一定と見做すことができ、例えば約２０分間であ
る。条件ｄも又水深を考慮して設定されるものであり、
例えば水深１０００ｇｇで約１０分、６０００ｍで約７
０分間である。条件ｅは工事規模に依存するが１回当り
約３時間であり、水深には無関係である。条件ｆも又水
深には無関係であって、凝結始発時期に近づくと流動性
が低下し運搬容器からの自然落下による打設が困難とな
るために設定される時間条件であり、２゜５時間ｌ！ｊ
ｍが見込まれる。条件Ｃは高圧下においてセメントの凝
結時間が短縮し、例えば後記参考試験例３に見られるよ
うに７００　ｋｇ／　ｃｍ２の条件下では常圧（１ｋ（
１／ｃａ２　）より約１／２．５に短縮することを基準
として設定される係数であり、例えば水深１０００ｍで
１．１．６０００■で２゜１、ｉ　ｏｏｏｏ−で６．９
の値とすることができる。尚、上記の点を要約すれば下
記表に示される通りである。

表 これら条件を考慮に入れた場合の最短施工時開（′１ｉ
帖始発迄の時間）の設定は次式に基いてなされる。

（条件ａ）＋（条件ｂ＋ｅ＋ｄ＋θ）Ｘ（条件ｇ）＋（
条件ｆ）×（条件ｇ） この式に従えば、 水深ｉ　ｏｏｏ−の場合： ９０＋（２３０Ｘ１゜１）＋＜１５０Ｘ１，１＞＝５０
８分−８時間２８分、 水深６０００■の場合： 、、′１ ９０＋（７３０ｘ２．１　＞＋　（１５０ｘ２．１　）
−１０９８分−１８時間１８分 水深１００００ｍの場合： ９０→（４２５ｘ６゜９）＋　（１５０ｘ６．９＞榊４
０５８分−６７時間３８分 となる。

従って、深海での１亭＃Ｊ　１．′：供されるセメント
組成物はεのような凝結始ＪＩＭ［１紙を承り」ごメン
トペーストを構成するように１′！ねばならない。

本発明（、εよれば、この目的は、纏木的には１ミとし
て高分子増粘剤の種類を特定し、副次的にはセメントの
種類を特定し、必要に応じ更に凝結遅延剤を添加するこ
とにより、即ちこれら３者の組合せにより達成される。

本発明による水中打設セメント組成物に配合される高分
子増粘剤としては平均−換度（Ｑ　ｅｇｒｅｅｏｆ　　
３ｕｂｓｔｉｔｕｔｌｏｎ　）が約０．８〜３．０の範
囲の水溶性セルロースエーテルを主剤とする高分子増粘
剤が選択される。このような水溶性セルロースエーテル
が選択使用される理由は粘度が１％水溶液、２５℃の条
件で５００〜１００００ｃｐｓ程度であって取扱いが容
易であり且つ各種試験の結果セメントに混和される場合
に適正な凝結遅延を示すことが判明したからである。こ
の水溶性セルロースエーテルはメチルセルロース（ＭＯ
＞、エチルセルロース（ＥＣ）等のアルキルセルａ　−
ス類、ヒドロキシエチルセルロース（ＨＥＣ）、ヒドロ
キシプロピルセルロース（ＮＰＣ）、ヒドロキシブチル
セルロース（ＨＢＧ＞等のヒドロキシアルキルセルロー
ス類、ヒドロキシエチルメチルセルロース（ＨＥＭＣ）
　、ヒドロキシプロピルメチルセルロース（ＨＰＭＣ）
、ヒドロキシプ日ピルヒドロキシエチルセルロース（Ｈ
ＰＨＦＣ）、カルボキシメチルヒドロキシエチルセルロ
ース（ＣＭＨＥＣ）等の混合セルロースニーデル類等を
挙げることができる。

この高分子増粘剤の添加量はセメント組成物中の水１０
０１１量部に対して０．４〜３．０１１量部、殊に０．
５〜２．０重量部が適当である、麹しセメント組成物が
モルタルの場合の最適範囲は０゜５〜１．２重量部であ
り、コンクリートの場合には０．８〜２．０重量部だか
らである。セメントの種類は普通ポルトランドセメント
及び耐硫酸塩セメントから選択され、水深１０００ｗ程
度又はそれ以下の工事には前者を採択することができる
が水深が更に深い場合には後者が選択される、蓋し、後
者は前者よりも３℃で１．６倍、３０℃で２．７倍程度
凝粘時圀が長く且つ水深が大になる程海水中の硫酸塩濃
度が高くなるので凝結硬化後の耐久性を配慮せねばなら
ないからである。発明明によるセメント組成６１合によ
り配合されるべき凝結遅延剤としては！通常汎用される
各種のもの例えば２オキシカルボン酸塩！系のものくグ
ルコン酸カルシウム９等ｙを挙げることができ、この種
の凝結遅延剤を前記算の高分子増粘剤と併用すれば３℃
で２．５倍、３０℃で１．７倍程度セメント材の凝結時
間を延長せしめることができる。

従って水深が大となる場合にはこの種の凝結遅延剤を配
合するのが好ましい。

尚、本発明によるセメント組成物には、当然のことなが
ら、セメント分野で通常用いられｆる流動化剤、消泡剤
、防錆剤等を必要に応じ適宜配合することができる。

（試験例等） 次に、各種の試験例により本発明を更に具体的に説明す
る。

尚、下記試験例では普通ポルトランドセメント（又は耐
硫酸塩セメント）に高分子増粘剤（平均置換度が約０．
８〜３．０であるヒドロキシエチルセルロースを主剤と
するもの）が、更に必要に１２一 応じ凝結遅延剤（オキシカルボン酸塩系のものを主剤と
するもの）が添加配合されたセメント組成物のセメント
分に対し砂が適宜の割合で添加混合されたモルタルが水
中打設用セメント組成物〈試料）として供された。

参考試験例１ （水／セメント比及び１Ｍ骨材／セメント比と）〇−値
との関係） 水／セメント比及び細骨材（砂）／セメン１−１ｔを種
々に設定した各種の試料（対水重量基準で高分子増粘剤
をＯ８８％含有）をｌＩｉ勢し、混練直後のフロー値と
の関係を２５℃の条件下で計べた結果は第１図に示され
る通りであった。

フロー値は＠時的に減少し、深海部ではその＾圧の影響
によって減少し、この減少は岩盤への充填性の低下をも
たらすことを考慮すれば、混練直後における試料は１ｌ
８０−２００ａのノ目−値を有するものでなければなら
ない。

この設定値を満足する配合は、第１図から次の４種の配
合のものとなる。

（１）水／セメント−４０％ 細骨材／セメント−１，０ ■水／セメントー４５％ 細骨材／セメント−１，０ ■水／セメントー４５％ 細骨材／セメント−１，５ （４）水／セメント−５０％ 細骨材／セメント−２，０ しかしながら、これらの試料の混線時における高分子増
粘剤の分散性を考慮に入れれば、細骨材／セメント比は
１．５又はそれ以上が好ましく、従って配合■及び（４
の試料が有利なことが判明した。

艶直Ｗ 参考試験例１による結果に基き、配合（Ｊ及び（４の両
試料につき、練り置き時間と］〇−値との関係を調べた
処、第２図に示される結果が得られた。

配合■の試料即ち水／セメント比が４５％であって、細
骨材／セメント比が１．５の試料ではフロー値が練り胃
き時間と共に減少し、５時間後では１６８■となる。深
海部での高圧力（例えば６００　ｋ（１／　ｃｍ２　）
下におけるフロー値の低下量は約２０１１と推定される
ので、このような高圧条件下においてこの試料のフロー
値は１６８−２０−１４８１１となる。従って、この試
料の流動性は低く岩盤への充填性は著しく悪くなる。

一方、配合（４の試料即ち、水／セメント比が５０％で
あり、細骨材／セメント比が２．０の試料においてはフ
ロー値が逆に練り置き時間と共に増加し、５時間後には
２１３■となり、６００ｋｇ／Ｃ１２の高圧下において
も２１３−２０−１９３＋ｕ＋で充分な流動性、岩盤へ
の充填性を保持し、従って、この試料の有利なことが判
明した。

豊Ｊ」１１脛」− 参考試験例１及び２の結果に基き、水／セメント比を５
０％、細骨材／セメント比を２．０に設定し、高分子増
粘剤の対水含有層が０．８％にな−１′８− された耐硫酸塩セメント組成物を試料とし、この試料を
３℃の温度条件下に常圧（１ｋｆＪ／ｃｇ＋２　）気中
と、７００ｋＭＣ■２の海水中とに散瞳して注水からの
経過時間と貫入抵抗値との関係を調べた結果は第３図に
示される通りであり、高圧下では常圧下と比較して凝結
速成が約２．５倍となることが判明した。

試験例 セメントとして普通ポルトランドセメント及び耐硫酸塩
セメントの２種を採択し、高分子増粘剤として平均置換
度が１．０であるとドロキシエチルセルロースを主剤と
したもの（タイプＩ）及び平均置換度が１．６のヒドロ
キシエチルセルロースを主剤としたもの（タイプ■）の
２種を採択し、又凝結遅延剤としてのオキシカルボン酸
塩系のものの配合量を適宜変化させた試料であって、上
記参考試験例による結果を配慮して水／セメント比を５
０％、細骨材／セメント比を２．０、高分子増粘剤／水
比（重量％）を０．８に設定した試料をそれぞれ調製し
、各試料に関して温度と凝結始発時間との関係を調べた
結果は第４図に示される通りであった。

この第４図に示される結果と、工事の施工されるべき深
度と凝結始発時間との関係を示す既述の表に示される結
果を併せ考慮づれば、水深１００〇−程度又はそれ以内
の場合には普通ポルトランドセメントとタイプ■の高分
子増粘剤との組み合せが適当であり、水深が増加するに
つれて耐硫酸塩セメントとタイプ■の高分子増粘剤との
組み合せや更に凝結遅延剤を配合するのが適当となり、
更に水深が１００００＋程度又はそれ以上となる場合に
は耐硫酸塩セメントとタイプＩの高分子増粘剤との組み
合せが適切なものとなることが判る。

；１へ 換言すれば、工事を施せすべき叩ちセメント組成物が打
設されるべき海底の水深に対応して前記表から所要凝結
始発時間を設定し、これを第４図のグラフに当てはめれ
ば、水深的１０００−以下からｉ　ｏｏｏｏ−以上にお
ける工事において必要とされる水中打設セメント組成物
を決定することができるのである。

（発明の効果） 本発明による水中打設セメント組成物によれば、従来施
工されたことのない深海底においてセメント打設工事を
実施することが可能であり、深海底にコンクリートやモ
ルタルの安定な構築物を形成することができ、又深海底
に各種の器具等を定着させることができる。従って、本
発明は海洋底の資源開発や海洋底へのａｍ器具の設置時
等に際して極めて有用であると請う効果を有している。

【図面の簡単な説明】

第１図は細骨材／セメント比を変化させた試料に関する
水／セメント比とフロー値との関係を示すグラフ、第２
図は水／セメント比及び細骨材／セメント比が適正なも
のと考えられる２試料について練り置き時間とフロー値
との関係を示したグラフ、第３図は同一試料について常
圧下と高圧下での凝結時間の違いを示すグラフ、第４図
は本発明による水中打設セメントの各種試料について温
度と凝結始発時間との関係を示すグラフである。 Δ−Δム甘青せしｂじメン）＝　１．５ｏ−ｏ　ｗｗｔ
メン）＝　２．０ ７１（、／セメンＹ共、Ｗ全　（％） （ｕｌｕＪ）　！）−口り し くＨｓｄ）事Ｗ′ＸＪ土Ｙ― 第４ 温度（°Ｃ） 図 ０−０　ボ）シトランドセメントとタイプ■の隔分−５
−坩ＭｌとのＡ目藪 Δ−Δ　面１汝淫ひ益℃ヌントとタイプ■の帛毀す各１
ｆｆｉ省剤との組合丈 ×−×　唾仏資笹赳許たメントとダイブ■の高分子増粘
をｌと廊餉位Ｙ延ｆ−１（対水重量で＝０．０７°ｌ、
）との、組合℃＜−＜１１ｉｉｉ！龍咋Ｑ皿−ビメ　ン
トとメイブ正の高々〉予１曽桔斉１と凝桁１胞舌青１（
対水重量７・０．１０５″／、）トの、阻でト梵ロー口
　廁槓鮫咄ｆｉｔメ　ントとタイ７１１ρ高／Ｐｒバ序
ネ６をｌと凝析しダ廷削（対７１ぐト量と０．１４％）
とのＳｌぞ−↓ム一ム　面１稙部む晶ｔメントとｙイフ
゛Ｔｐ高７か号ヰ狗存午１との島ルＧ樋ｔ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）平均置換度が約０．８〜３．０の水溶性セルロー
   スエーテルを主剤とする高分子増粘剤がセメント組成物
   中の水１００重量部に対して０．４〜３．０重量部配合
   され且つ必要に応じ凝結遅延剤が配合されていることを
   特徴とする、深海工事用の水中打設セメント組成物。
2. （２）平均置換度が約１．３以上の水溶性セルロースエ
   ーテルを主剤とする高分子増粘剤が普通ポルトランドセ
   メントに配合されており、水深約１０００ｍ程度迄の工
   事に使用されることを特徴とする、特許請求の範囲第１
   項に記載の深海工事用の水中打設セメント組成物。
3. （３）平均置換度が約１．３以上の水溶性セルロースエ
   ーテルを主剤とする高分子増粘剤が耐硫酸塩セメントに 配合されており、水深１０００〜６００ ０ｍ程度の工事に使用されることを特徴とする、特許請
   求の範囲第１項に記載の深海工事用の水中打設セメント
   組成物。
4. （４）平均置換度が約０．８〜１．３の水溶性セルロー
   スエーテルを主剤とする高分子増粘剤が耐硫酸塩セメン
   トに配合されており、水深約６０００ｍ又はそれ以上の
   工事に使用されることを特徴とする、特許請求の範囲第
   １項に記載の深海工事用の水中打設セメント組成物。